Химиялық реакциялардың жылу эффектісі термохимиялық теңдеулер әдісімен есептеу

Химиялық реакциялардың жылу эффектісі термохимиялық теңдеулер әдісімен есептеу

Көпшілік химиялық реакциялар жүргенде жылу (Q) бөлінуі мүмкін (экзотермиялық реакция), немесе жылу сіңіріледі (эндотермиялық реакция).

Бөлінген немесе сіңірілген жылуды теңдеу мүшесі ретінде көрсетсек, онда ол термохимиялық теңдеу деп аталады.

Теңдеуде бөлінген немесе сіңірілген жылу реакция өнімі ретінде көрсетілсе, реакцияның жылу эффектісі деп аталады.

Мысалы:

2Н2(г)  + О2(г) = 2H2O + 483,2 кДж (экзотермиялық реакция)

N2O4(г) = 2NO2(г) – 58,1 кДж.

Осы теңдеулердігі (+483,2 кДж) (-58,1кДж) реакциялардың жылу эффектілері.

Реакцияның жылу эффектісінің шамасы реакциялаушы заттар мөлшеріне сәйкес болады. Мысалы 482,2 кДж 2 моль Н2О түзілуіне сай келеді.

Тұрақты жағдайларда 1 моль заттың жай заттардан түзілуіне қажет реакцияның жылу эффектісі берілген заттың түзілу жылуы делінеді (Qf), яғни Н2О түзілуінің Qf мына теңдеумен өрнектеледі:

Н2(г) + 1/2О2(г) = Н2О(г) + 241,6 кДж, яғни Qf = 241,6 кДж.

Реакцияның жылу эффектісінің және заттардың түзілу жылуының мәндері реакцияласушы заттардың қандай агрегаттық күйде болуына тәуелді.

Мысалы:

Н2(г) + 1/2О2(г)= H2O(г) + 241,6 кДж,

Н2(г) + 1/2О2(г)= H2O(с) + 285,5 кДж,

Яғни Qf H2O(г)>QfH2O(с)

Ол Qf H2O(г)>QfH2O(с) ауысқанда конденсация жылуы бөлінуіне байланысты.

Сонымен реакция нәтижесінде бөлінген немесе сіңірілген жылу бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің салыстырмалы энергия қорына байланысты болады.

Егер осы салыстырмалы энергия қоры тұрақты қысымда (Р=const) өлшенсе, оны энтальпия деп атайды (Н). Көпшілік реакциялар тұрақты атмосфералық қысымда өтеді. Экзотермиялық реакция энтальпияның (∆Н) теріс мәніне сәйкес келеді. ∆Н мәні моль санына дәл келеді.

2Н2(г) + О2(г)=2Н2О(г)        ∆Н=-483,2 кДж

Егер реакцияның ∆Н мәні 1 моль заттың жай заттардан түзілуіне сәкес келсе, онда заттардың түзілу энтальпиясы (∆Нf) деп аталады.

Энтальпияның барлық өзгерісі тәжірибені жүргізу жағдайына, зат мөлшеріне, концентрацияға және газдардың парциальды қысымына тәуелді болады.

Анықтамаларда көбінесе стандартты түзілу энтальпиясы беріледі (∆Н[pic 1]298), ол 1 моль қосылыстың t=250C (298к) және Р=101,3 кПа тұрақты жағдайларда жай заттардан түзілуіне сәйкес келеді. Жай заттардың  ∆Н[pic 2]298 тұрақты жағдайларда 0-ге тең. ∆Нf заттың қандай агрегаттық күйіне сәйкес келетінін білудің маңызы зор. Газ тәрізді судың энтальпиясы сұйық су энтальпиясынан жоғары болары сөзсіз.

Оттегі мен сутегіден сұйық суды алудың екі жолы бар.

Н2(г)+1/2О2(г)=Н2О(с);                       ∆Н = -285,5кДж

Н2(г)+1/2О2=Н2О(г);                          ∆Н = -241,6кДж

Н2О(г)=Н2О(с);                                        ∆Н = -43,9кДж

Екі жағдайда да ∆Нf(Н2О)с=-285,5 кДж/моль, яғни Н2Ос алу әдісіне байланысты емес. Бұл жағдай 1840 жылғы орыс химигі Гесс Г.И. ашқан негізгі термохимиялық заңмен түсіндіріледі.

Гесс заңының мәні мынада: энтальпия өзгерісі бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің түрі мен күйіне ғана байланысты, оның алыну жолына байланыссыз (энергия сақталу заңының тұжырымдарының бірі). Сондықтан термохимиялық теңдеулерді қосуға, алуға, көбейткіштерге көбейтуге болады. Гесс заңының салдарының бірі: