Химиялық термодинамиканың негіздері және оның химиялық процестерге қолданылуы

1. Гесс заңы және оның салдарлары
2. Жылу эффектілерінің температураға тәуелділігі. Кирхгоф заңы
3. Жылу эффектілерінің түрлері және оларды анықтау
4. Түзілу, бейтараптану, еру, жану жылулары

Реакция өнімдерінің өшкі энергиясы реакцияға түскен заттардың ішкі энергиясынан өзгеше болатындықтан, химиялық процестер кезінде жүйенің ішкі энергиясы өзгереді. Химиялық реакциялар кезінде ішкі энергияның өзгеруіжылуды сіңіру немесе бөлу және жұмыс істелудің нәтижесінде болады. Әдетте жұмыстың шамасы аз болғандықтан, ол еленбейді. Реакция нәтижесінде бөлінетін жылуды тәжірибе арқалы калориметр деп атаалатын аспаппен өлшеуге болады. Реакция нәтижесінде бөлінетін немесе реакция жүру үшін берілетін жылу реакцияның жылу эффектісі деп аталады.
Реакцияның жылу эффектісін зерттейтін физикалық химияның саласын термохимия деп атайды. Термохимия еру процесі кезіндегі де жылу эффектілерін қарастырады.
Жылу эффектісінің шамасы бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің агрегаттық күйіне байланысты болады. Мысалы, сутектің жануы нәтижесінде газ күйіндегі және сұйық күйдегі өнімдер алынуы мүмкін. Осыған орай реакцияның жылу эффектілері әртүрлі болады:
H2 + 1/2O2 = H2O + 285851 Дж/моль
H2 + 1/2O2 = + 241835 Дж/моль
Жақша ішінде жазылған әріптер заттардың агрегаттық күйін көрсетеді.
1840 ж. Г.И.Гесс ашқан заң соның атымен аталып, термохимиялық негізгі заң болып табылады. Ол заң бойынша егер бастапқы берілген заттардан әр түрлі жолдармен белгілі бір өнімдер алатын болса, онда осы өнімдердің алу жолдарына байланассыз барлық жолдардың жылу эффектілері бірдей болады. Басқаша айтқанда, химиялық реакцияның жылу эффектісі бастапқы заттар мен реакция өнімдерідің түрлері мен күйіне байланыста болады да, ол реакцияның жүру жолына тәуелсіз болады.
Гесс заңы іс жүзінде көп қолданылады. Ол кейбір химиялық реакцияларды жүргізбей-ақ, олардың жылу эффектілерін есептеуге мүмкіндік береді.
Гесс заңынан бірнеше салдар шығады.
Бірінші салдар. Қайбір химиялық қосылыстың айырылуының (ыдырауының) жылу эффектісі оның түзілу жылу эффектісіне тең, тек таңбасы қарама-қарсы.(Мұны Лавуазье-Лаплас (1780-1784) заңы деп те атайды.) Мысалы, кальций оксидінің металдық кальций мен оттектен түзілу жылуы мынаған тең:
Ca + 1/2O2 = CaO + 636,4кДж
1 моль кальций оксидін кальций мен оттекке ыдырату үшін 636,4кДж жұмсау керек:
Ca = Ca + 1/2O2 – 636,4кДж
Сонымен кальций оксидінің түзілу жылу эффектісімен айырылу жылу эффектісінің алгебралық қосындысы нөлге тең екенін білдік. Кейбір заттың түзілу жылу эффектісін – Q, ал айрылу жылу эффектісін Q деп белгілесек, онда Q + Q =0 болады.

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ және ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

Химия кафедрасы

Оқу пәні: Физикалық және коллоидтық химия

Тақырыбы: Химиялық термодинамиканың негіздері және оның химиялық
процестерге қолданылуы.
Шифр, мамандық: 5В072100, Органикалық заттарының химиялық технологиясы

Орындаған: ХО-303 тобы, Жұмабекова М.

Тексерген: Баяхметова Б. Б.

Семей, 2015

Жоспар:
Гесс заңы және оның салдарлары
Жылу эффектілерінің температураға тәуелділігі. Кирхгоф заңы
Жылу эффектілерінің түрлері және оларды анықтау
Түзілу, бейтараптану, еру, жану жылулары

1. Гесс заңы және оның салдары
Реакция өнімдерінің өшкі энергиясы реакцияға түскен заттардың ішкі
энергиясынан өзгеше болатындықтан, химиялық процестер кезінде жүйенің ішкі
энергиясы өзгереді. Химиялық реакциялар кезінде ішкі энергияның
өзгеруіжылуды сіңіру немесе бөлу және жұмыс істелудің нәтижесінде болады.
Әдетте жұмыстың шамасы аз болғандықтан, ол еленбейді. Реакция нәтижесінде
бөлінетін жылуды тәжірибе арқалы калориметр деп атаалатын аспаппен өлшеуге
болады. Реакция нәтижесінде бөлінетін немесе реакция жүру үшін берілетін
жылу реакцияның жылу эффектісі деп аталады.
Реакцияның жылу эффектісін зерттейтін физикалық химияның саласын
термохимия деп атайды. Термохимия еру процесі кезіндегі де жылу
эффектілерін қарастырады.
Жылу эффектісінің шамасы бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің
агрегаттық күйіне байланысты болады. Мысалы, сутектің жануы нәтижесінде газ
күйіндегі және сұйық күйдегі өнімдер алынуы мүмкін. Осыған орай реакцияның
жылу эффектілері әртүрлі болады:
H2 + 12O2 = H2O + 285851 Джмоль
H2 + 12O2 = + 241835 Джмоль
Жақша ішінде жазылған әріптер заттардың агрегаттық күйін көрсетеді.
1840 ж. Г.И.Гесс ашқан заң соның атымен аталып, термохимиялық негізгі
заң болып табылады. Ол заң бойынша егер бастапқы берілген заттардан әр
түрлі жолдармен белгілі бір өнімдер алатын болса, онда осы өнімдердің алу
жолдарына байланассыз барлық жолдардың жылу эффектілері бірдей болады.
Басқаша айтқанда, химиялық реакцияның жылу эффектісі бастапқы заттар мен
реакция өнімдерідің түрлері мен күйіне байланыста болады да, ол реакцияның
жүру жолына тәуелсіз болады.
Гесс заңы іс жүзінде көп қолданылады. Ол кейбір химиялық реакцияларды
жүргізбей-ақ, олардың жылу эффектілерін есептеуге мүмкіндік береді.
Гесс заңынан бірнеше салдар шығады.
Бірінші салдар. Қайбір химиялық қосылыстың айырылуының (ыдырауының) жылу
эффектісі оның түзілу жылу эффектісіне тең, тек таңбасы қарама-қарсы.(Мұны
Лавуазье-Лаплас (1780-1784) заңы деп те атайды.) Мысалы, кальций оксидінің
металдық кальций мен оттектен түзілу жылуы мынаған тең:
Ca + 12O2 = CaO + 636,4кДж
1 моль кальций оксидін кальций мен оттекке ыдырату үшін 636,4кДж
жұмсау керек:
Ca = Ca + 12O2 – 636,4кДж
Сонымен кальций оксидінің түзілу жылу эффектісімен айырылу жылу
эффектісінің алгебралық қосындысы нөлге тең екенін білдік. Кейбір заттың
түзілу жылу эффектісін – Q, ал айрылу жылу эффектісін Q деп белгілесек,
онда Q + Q =0 болады.
Екінші салдар. Егер әр түрлі бастапқы күйлерден бірдей соңғы (ақырғы)
күйге келетін екі реакция жүретін болса, онда олардың жылу эффектілерінің
айырмасы бастапқы күйлердің бір-біріне ауысқандағы жылу эффектісіне тең.
Мысалы, өте таза көмір, графит және алмаз көміртек (IV) оксидіне
дейін жанғанда 1 моль көміртек үшін мынадай жылу эффектілері пайда болады:
Cкөмір + O2 = CO2 +409,2 кДж
Cкөмір + O2 = CO2+ 393,2 кДж
Cкөмір + O2 = CO2 +395,4 кДж
Көміртектің аллотроптық бір күйден екінші күйге ауысқандағы жылу
эффектісінің тәжірибе арқылы өлшей алмайтындықтан, Гесс заңының екінші
салдарын пайдалана отырып, оны есеатеуге болады. Мысалы, көмірден графитке
ауысқанда – 409,2- 393,5 = 15,7 кДж, алмаздан графитке ауысқанда -395,4-
393,5 = -1,9 кДж. Мұндағы жылу эффектілерінің бәрі 1 мольге есептеліп отыр.
Үшінші салдар. Бірдей бастапқы күй- жағдайдан әр түрлі соңғы күйлерге
келетін екі реакция жүретін болса, онда олардың жылу эффектілерінің
айырмасы соңғы күй- жағдайлардың бір-біріне ауысқандағы жылу эффектісіне
тең. Мысал ретінде көміртек пен көміртек (II)оксидіне жануын қарастыруға
болады. Тәжірибе арқылы олардың жылу эффектілері былай анықталады:
C + O2 = CO2 + 409,2 кДж (а)
CO + 12O2 = CO2 + 284,9кДж (б)
Ал C+ 12O2 = CO2 = CO2 + Q реакцияның жылу эффектісі тәжірибе арқылы
анықталмайды, өйткені реакция нәтижесінде көміртек (II) оксидімен қатар
көміртек(IV) оксиді де түзіледі. Алайда Гесс заңының үшінші салдарын
пайдалана отырып, СО -ның түзілу жылуын анықтай аламыз. Ол үшін а
теңдеуінен б теңдеуін алып тастасақ, мынаны аламыз;
C + 1O2 = CO2 +124,3 кДж
Сонымен Гесс заңын және оның салдарларын қарастыра отырып, бұл заңның
энергия сақталу заңының бір дербес жағдайы екенін көреміз. Жүйенің
энергиясы оның күй-жағдайының функциясы болып табылады. Егер процесс
тұрақты көлемде жүрсе, онда жылу эффектісі – ішкі энергияның өзгеруінің
өлшемі, ал егер процес тұрақты қысымда жүрсе, онда ол энтальпияның
өзгеруінің өлшемі болады.

2. Жылу эффектілерінің температураға тәуелділігі. Кирхгоф заңы
Жүйенің ішкі энергиясының тұрақты көлемде өзгеруін температур бойынша
дифференциалдағанда былай өрнектеледі:
(d( Δ U) dT) = (dUdT) – (dUdT)
25- теңдеу бойынша: dUdT = C
Олай болса:
(d( Δ U)dT) = Cv2 – Cv1 = Cv
Мұндағы C жүйенің бастапқы күйінің изохорлық жылусыйымдылығы, C -
жүйенің соңғы күйінің изохорлық жылусыйымдылығы,C жүйенің бастапқы күйінен
(1) соңғы күйіне (2) ауысқандағы изохорлық жылусыйымдылығының өзгеруі.
Жалпы жағдайда изохорлық жылусыйымдылықтың өзгеруі үшін мынадай формула
жазуға болады:
Сv = (nCv)соңғы — (nCv)соңғы
Тұрақты қысымдағы процестер үшін осыларға ұқсас былай өрнектей аламыз:
(d( Δ H)(dT) = Cp2- Cp1 = Cp
29 және 31 теңдеулері – Кирхгоф заңының теңдеулері. Ол заң былай
айтылады: процестің жылу эффектісінің температуралық коэффициенті процес
нәтижесінде жүйенің жылусыйымдылығының өзгеруіне тең.
Егер С = C болса, онда Кирхгоф заңы бойынша жылу эффектісі
температураға байланыссыз болады (C= 0). Ол бастапқы және соңғы заттар
кристалдық күйде болғанда байқалады. Өйткені қатты дененің жылусыйымдылығы
олардың құрам бөліктерінің жылусыйымдылықтарының қосындысына тең. Сол
себептен мұндай реаклардың жылусыйымдылықтары іс жүзінде температураға
тәуелсіз болады.

3. Жылу эффектілерінің түрлері және оларды анықтау
Әдетте жылу эффектілерінің калориметр деген аспаппен өлшейтінін
айттық. Мұндай аспаптармен өлшегенде көп жағдайда көлем тұрақты болады, сол
себептен онда өлшенген жылуды Q деп белгілейді. Ал техника мен көптеген
химиялық есептеулерде тұрақты қысымдағы реакциялардың жылуын өлшеуге(Q)
тура келеді. Ал олардың айырмашылығы қысым тұрақты болғанда (p= const),
ұлғаю жұмысына тең. Оны былай көрсетуге болады. Егер реакция кезінде көлем
ұлғайып(V), ал сыртқы қысым болса, ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.