Химиялық үдерістердің жүру заңдылықтары Химиялық термодинамика

3 дәріс. Химиялық үдерістердің жүру заңдылықтары Химиялық термодинамика

Жоспары:

1. Химиялық реакциялардың энергетикалық эффектісі. 2. Термохимиялық заңдар.

3. Энтальпия.

4. Энтропия.

5. Гиббс энергиясы.

Химиялық термодинамика – термодинамиканың заңдарын химия- лық  процестерге қолданады; химиялық реакциялар кезінде энергияның бір түрден басқа  түрге айналуын, реакциялардың бағытын және реакциялардың өздігінен жүру  мүмкіндігін анықтайды. Термоди- намикада жүйе қарастырылады. Жүйе – нақты

немесе ойша бөлінген зат немесе заттар жиынтығы. Жүйелер тұйық - қоршаған  ортамен энергиямен де, затпен де алмаспайтын (мысалы, термос), ашық - қоршаған  ортамен энергиямен де, затпен де алмасатын (мысалы, клетка), жабық - қоршаған  ортамен затпен алмаспайтын, тек энергиямен алмасатын (мысалы, жабық стақан) деп

бөлінеді.

Термодинамиканың бірінші заңы – энергия сақталу заңы бойынша

«Энергияның әр түрлі формалары бір-біріне эквивалентті мөлшерде ауысады, яғни  энергия пайда болмайды немесе жоғалмайды».

Жекеленген жүйеге берілген жылу жүйенің ішкі энергиясын  өзгертуге және белгілі бір жұмыс жасауға жұмсалады.

Q = ΔU + A

ΔU – жүйенің ішкі энергиясы (жүйенің барлық бөлшектерінің атомда-рының,  электрондар, молекулалардың қозғалу, молекулааралық әрекет-тесу т.б. формалары,  тек жүйенің кинетикалық және потенциалдық энер-гияларынан басқасы) А – жұмыс.

Ішкі энергияның абсолюттік мәнін өлшеуге болмайды, сондықтан ішкі  энергияның өзгеруін ΔU анықтайды:

ΔU = U2 - U1

Химиялық реакциялар үшін жүйенің жасайтынжұмысы А деп не-гізінен сыртқы  қысымға қарсы жұмсалатын жұмысты атайды. Ол кө- лемнің өзгеруінің қысымға  көбейтіндісіне тең:

А = Р-ΔV

Термодинамиканың бірінші заңын химиялық реакцияларға қол- дану  жағдайлары.

Химиялық реакциялар жүру жағдайына қарай изобара-изотер- малық және  изохора-изотермалық деп бөлінеді.

1) изобара-изотермалық реакциялар Р = const t = const

2) изохора-изотермалық реакциялар V = const t =const

1) Термодинамиканың 1 заңын изохора-изотермалық реакциялар үшін қолданылуы.

Q = ΔU + A = ΔU + PΔV

ΔV = 0 QV =ΔU

Көлем тұрақты жағдайда жүретін реакция кезінде бөлінетін немесе сіңірілетін  жылудың мөлшері жүйенің ішкі энергиясының өзегруіне жұмсалды.

2) Изобара-изотермалық реакцияларда жылу жүйенің ішкі энер- гиясын  өзгертуге және сыртқы қысымға қарсы жұмыс жасауғажұмса-лады.

Qp = ΔU + A = ΔU + PΔV = (U2 – U1) + P(V2 – V1)

Мүшелерінің орнын ауыстырып теңдеуді былай жазуға болады:

Qp = (U2 + PV2) – (U1 + PV1) U +  

PV = H

Qp = Н2 – Н1 = ΔН

ΔН – жүйенің энтальпиясы; изобаралық процесс кезіндегі жүйенің жылу  эффектісі

Qp = -ΔН

Энтальпияның абсолюттік мәнін өлшеуге болмайды; сондықтан  энтальпияның өзгеруін өлшейді.

Химиялық реакцияларда жылу бөлінуі немесе сіңірілуі мүмкін. Жылу бөліне жүретін реакциялар экзотермиялық, ал жылу сіңіре жүре-тін реакцияларды  эндотермиялық деп атайды.

Реакция теңдеуінде бөлінген немесе сіңірілген жылу эффектісі көрсетілген  теңдеулерді термохимиялық деп атайды. Термохимиялық теңдеуде бөлінген жылу мөлшерінің алдына «-» минус таңбасын, ал сіңі- рілген жылу мөлшерінің алдына «+»  таңбасын қояды.