Термодинамиканың негізгі функциялары.
Оценка 4.8

Термодинамиканың негізгі функциялары.

Оценка 4.8
docx
15.12.2020
Термодинамиканың негізгі функциялары.
Лекция-1598871393890.docx

5- тақырып. Термодинамиканың негізгі функциялары.

 

1 Химиялық тепе – теңдік  туралы түсінік

Химиялық  тепе–теңдік сандық жағынан берілген температура үшін тұрақты шама тепе–теңдік константасымен сипатталады. Тепе–теңдік константасы реакция өнімдерінің стехиометриялық коэффициентеріне дәрежеленген тепе – теңдік концентрация көбейтіндісінің  бастапқы заттардың сондай концентрация көбейтіндісінің қатынасымен анықталады. Келесі қайтымды реакция үшін:

 

                                                   (3.1)

 

мұндағы  реакция реагенттерінің тепе – теңдік концентрациялары, a, b, c, d стехиометриялық коэффициенттер, Kc химиялық тепе–теңдік константасы.

Газтәріздес заттар арасындағы реакция үшін тепе-теңдік константасын есептеуде, егер газдарды идеал десек, тепе-теңдік концентрация орнына газдардың парциальды қысымын пайдалануға болады. Бұл кезде   химиялық тепе–теңдік константасы  Kр арқылы белгіленеді.

Берілген қайтымды химиялық реакция үшін егер реагенттер газ десек,  химиялық тепе – теңдік константасы келесідей тәуелділікті көрсетеді:

 

                                            (3.2)

 

мұндағы    реакция реагенттерінің тепе-теңдіктегі парциаль қысымдары, a, b, c, d – стехиометриялық коэффициенттер, Kр – химиялық тепе–теңдік константасы.

Егер әрекеттесуші заттардың концентарциялары мольдік үлеспен (%), ал газдар – көлемдік үлеспен (%) есептелінсе, онда:

                                                                                         (3.3)

Тепе–теңдік константасы әрекеттесуші заттар табиғатынан, температурадан тәуелді, концентрациядан, активтіліктен, қысымнан тәуелсіз. Kc, Kр, KN –реагентердің моль сандары өзгере жүретін реакциялар үшін өлшемсіз шамалар. Басқа жағдайларда:

 Kр –  қысым өлшемімен,

 KcDn  дәрежедегі  концентрация өлшемімен өрнектеледі.  Dn – стехиометриялық коэффициенттердің алгебралық қосындыларының айырымы:

( өнім) - (баст. зат) =

 

Kc  және   Kр  келесідей байланыста:

                                                               (3.4)

2 Химиялық реакцияның изотерма теңдеуі

 

Химиялық тепе–теңдік константасы стандартты жағдайда химиялық реакцияның DG және DF шамаларымен байланысты:

 

                                             (3.5)

 

                                             (3.6)

 

Әрекеттесуші заттардың берілген концентрациялары немесе парциал қысымдарындағы химиялық реакцияларда DG және DF өзгерістерін химиялық реакцияның изотерма теңдеуі арқылы есептеуге болады.

                                         (3.7)

 

                                     (3.8) 

 

                                  (3.9)

 

Бұл теңдеулер (3.8), (3.9) химиялық реакцияның изотерма теңдеулері. (3.8) – теңдеуі изобаралы – изотермиялық процесс үшін, (3.9) – изохоралы – изотермиялық үшін. Көрсетілген теңдеулер термодинамикалық потенциалдар DG, DF  өзгеруі мен химиялық тепе – теңдік константалар Kр, Kc   арасындағы тәуелділікті көрсетеді. Химиялық реакция изотерма теңдеулері бойынша берілген жағдайда Гиббс және Гельмгольц энергиялар өзгерісін есептеуге, процестің өздігінен өту бағытын анықтауға болады.

Егер      

Химиялық реакция изотерма теңдеуінен Гиббс энергиясының мәні және таңбасы   және  салыстырмалы мәндерінен тәуелді екенін көруге болады. ( )  Егер

 

 <   болса,       < 0

 

(3.8)  теңдеуге сәйкес реакция  өздігінен солдан оңға қарай өтеді.

 

 >            > 0

 

(3.8)  теңдеуге сәйкес реакция  өздігінен кері бағытта (оңнан солға) өтеді.

 

          

 

реакция тепе – теңдік күйде.

   

3  Тепе – теңдік константасының температурадан тәуелділігі. Изобара және изохора  теңдеулері

Температураны жоғарлату тепе– теңдікті эндотермиялық реакция(жылу сіңіру) өту бағытына қарай ығыстырады.

Температураны төмендету тепе – теңдікті экзотермиялық реакция (жылу бөлу) бағытына қарай ығыстырады.  Мысалы аммиактың синтезделу реакциясы үшін:

N2 + 3H2 Û2NH3+ 92,3 кДж

  Температураны арттыру  тепе – теңдікті солға (себебі DН > 0 ),  ал төмендету – оңға (себебі DН < 0) ығыстырады.

Температура өзгерісінің тепе– теңдік константасына әсерін сандық жағынан изобара және изохора теңдеулері көрсетеді.

Химиялық реакцияның изобара теңдеуі  р = соnst.

 

                                                    (3.10)

 

Химиялық реакцияның изохора теңдеуі V =const.

 

                                                    (3.11)

 

Изобара және изохора теңдеулері реакция бағытын анықтауға, тепе – теңдік константасының температурадан тәуелділігін бағалауға мүмкіндік береді.

  және    шамаларын химиялық тепе – теңдік константасы логарифмінің температуралық коэффициенті дейді. Тепе–теңдік константасының температурадан тәуелділігі химиялық реакцияның жылу эффектісі таңбасы мен мәнімен анықталады.

Егер  DН < 0,  Т – ның   өсуімен Kр  кемиді;

          DН > 0,  Т – ның   өсуімен Kр артады;

          DН = 0,  Kр    температурадан тәуелсіз

Теңдеуді Т1  - ден  Т2  аралығында интегралдасақ:

 

                                   (3.12)

 

 –  Т1 және  Т2 температурадағы тепе – теңдік константалары.

Егер химиялық реакцияның жылу эффектісі және қандай да бір температурадағы тепе – теңдік константасы белгілі болса,  соңғы теңдеу арқылы басқа температурадағы тепе – теңдік константасын есептеуге болады.                                                 

4 Газ фазасында өтетін реакциялар тепе – теңдігіне қысымның әсері

Моль сандары өзгерісіз өтетін реакциялар.

А + В Û 2АВ                       

                                               (3.13)

                                                                     

Қысым  тепе – теңдіктің ығысуына әсер етпейді

Моль сандары артатын реакциялар.

 

АВ Û А + В

                                                (3.14)

 

Моль сандары арта жүретін реакциялар үшін қысымды жоғарлату тепе – теңдікті солға ығыстырады.                                                                                 

Моль сандары кемитін реакциялар.

 

А + 2В Û 2АВ                   

                                             (3.15)

 

Моль сандары кеми жүретін реакциялар үшін қысымды жоғарлату тепе – теңдікті оңға ығыстырады.

 

5 Реакция реагенттер концентрацияларының тепе – теңдікке әсері

Егер тепе – теңдік күйдегі жүйеге реагент немесе соңғы өнім енгізсек, тепе – теңдік сол компоненттің концентрациясы кемитін бағытқа қарай ығысады. Мысалы:

 

3СOOH+C2H5OHÛ3СOOC2H5+H2O

 

Егер CН3СOOH, C2H5OH енгізсек, тепе – теңдік оңға, ал  CН3СOOC2H5  – солға ығысады.

Тепе – теңдік күйдегі қоспадан реакция компоненттерінің біреуін алып кету, тепе – теңдікті сол өнімнің қосымша түзілу бағытына қарай ығыстырады.  

3СOOH, C2H5OH алып отыру тепе – теңдікті солға, CН3СOOC2H5 – оңға ығыстырады.

 

Есептер

Келесі реакциялар үшін  Kp  өрнектеңіз.

Реакциялар

1

2SO2 (г) + O2  (г ) Û SO3 (г)

2

ZnO (қ) + H2 (г) Û  Zn (қ) + H2O (г)

3

H2 (г) + CO2 (г) Û  CO (г) + H2O (г)

4

4NH3 (г) + 3O2 (г)   Û    2N2 (г) + 6H2O (г)

5

NH4NO3 (қ)   Û     N2 (г) + 2 H2O (г)

6

2H2S (г) + 3O2  (г)   Û 2H2O (г) + 2SO2 (г)

7

2NO2 (г )   Û     2NO (г) + O2 (г)

8

2HI (г)  Û  H2 (г ) + I2 (г)

9

S ( тв  ) + O2 (г)   Û     SO2 ( г  )

10

H2( г ) +Cl2 (г )   Û    2HCl ( г )

 


 

Термодинамиканың негізгі функци ялары

Термодинамиканың негізгі функци ялары

K c – D n дәрежедегі концентрация өлшемімен өрнектеледі

K c – D n дәрежедегі концентрация өлшемімен өрнектеледі

Химиялық реакция изотерма теңдеуінен

Химиялық реакция изотерма теңдеуінен

Тепе–теңдік константасының температурадан тәуелділігі химиялық реакцияның жылу эффектісі таңбасы мен мәнімен анықталады

Тепе–теңдік константасының температурадан тәуелділігі химиялық реакцияның жылу эффектісі таңбасы мен мәнімен анықталады

Моль сандары кеми жүретін реакциялар үшін қысымды жоғарлату тепе – теңдікті оңға ығыстырады

Моль сандары кеми жүретін реакциялар үшін қысымды жоғарлату тепе – теңдікті оңға ығыстырады
Скачать файл