Термохимия

Ресурс 5.2

Термохимия

Химиктердің алдында тұрған негізгі міндеттердің бірі - белгілі бір реакцияның пайда болуын болжау. Теориялық тұрғыдан сол немесе басқа реакцияның негізгі мүмкіндігін болжау мүмкін бе? Бұл сұрақтың жауабын термодинамиканың бір саласы - химиялық термодинамика береді. Химиялық термодинамика сонымен қатар реакция берілген жағдайда қаншалықты жүре алатынын болжайды, яғни бастапқы реагенттердің өнімге айналуының мүмкіндік дәрежесі қандай.

Химиялық реакциялар үшін ең маңыздысы - атомдардағы электрондардың қозғалуымен байланысты энергия. Дәл осы энергия түрі химиялық байланыстың пайда болуына, әртүрлі химиялық реакциялардың жүруіне жауап береді және оны жай химиялық энергия деп атайды. Сонымен, темір мен күкірт қоспасынан тұратын массасы 1 кг дененің химиялық энергия қоры 1000 кДж артық; бұл энергия темір мен күкірттің өзара әрекеттесуі кезінде жылу түрінде бөлінеді. Барлығымызға белгілі,  жарылғыш заттарда, отынның әртүрлі түрлерінде және т.б.-да көп энергия шоғырланатыны.

Күнделікті өмірде байқауға болатын көптеген химиялық реакциялар жылу энергиясының бөлінуімен қатар жүреді.

Жылу энергиясының бөлінуімен жүретін химиялық реакциялар экзотермиялық деп аталады. Қоршаған ортадан жылу энергиясының сіңіруімен жүретін химиялық реакция эндотермиялық деп аталады. Эндотермиялық реакциялар көбінесе жоғары температурада жүреді.

Химиялық реакцияда бөлінетін немесе сіңірілетін энергияны сол реакцияның жылу эффектісі деп атайды. Әдетте бұл реакцияның кез-келген қатысушысының бір моліне қатысты. Егер реакция тұрақты қысымда жүрсе, оның жылу эффектісі ∆H белгісімен белгіленеді. ∆Hp мәні реакция энтальпиясы деп те аталады. Егер реакция экзотермиялық болса, ∆Нр белгісі теріс болады, яғни жүйенің химиялық энергиясы төмендейді, ал қоршаған ортаның температурасы сәйкесінше артады. Егер реакция эндотермиялық болса, ∆Нр белгісі оң болады, яғни  жүйенің химиялық энергиясы жоғарылайды, ал қоршаған ортаның температурасы сәйкесінше төмендейді.

[pic 1]

Химиялық реакциялардың жылу эффектісі энергияның бірліктерімен белгіленеді. Жеке атомдар мен молекулалардың энергиясы өте аз. Сонымен, бөлме температурасында бір молекуланың жылулық қозғалысының энергиясы шамамен 6 • 10-21 Дж құрайды. Сондықтан химиялық реакциялардың жылу эффектілері реакцияға қатысушылардың біреуінің бір моліна - бастапқы затқа немесе өнімге жатады және Дж / моль немесе кДж / моль бірліктерімен көрсетіледі. Егер бастапқы заттардың  химиялық энергиясы көп болса, онда ∆Нр < 0, ал керісінше болса, ∆Нр > 0 болса. Реагенттер мен өнімдердің химиялық энергиясы тең болғанда (термонейтралды(бейтарап) реакция) ∆Нр = 0.

Неліктен термохимиялық реакциялар жүреді? Сутектің хлормен реакциясы мысалын қарастырайық.

 +  → 2HC[pic 2][pic 3][pic 4]

Осы реакция нәтижесінде екі химиялық байланыс үзіледі - Н2 молекулаларында (436 кДж/моль) және  (242 кДж/моль) - және HCl молекулаларында екі жаңа химиялық байланыс түзіледі (432 кДж/моль) . Бұл жағдайда энергия көп бөлінеді (2 • 432 кДж),  H2 және  (436 + 242) кДж-да екі байланысты үзуге жұмсалғаннан энергияға қарағанда, өйткені жалпы екі H-Cl байланысы екі H-H және Cl-Cl байланысынан мықты болады.[pic 5][pic 6]