Termokimyo.

ОЛМАЛИҚ – 2021

1. Ekzо- vа endоtеrmik reaksiyalаr. Tеrmоkimyoviy reaksiyalаr. 2. Ichki enеrgiya vа entаlpiya. 3. Gеss qоnuni va undan kelib chiqadigan xulosalar. 4. Turli jаrаyоnlаrdаgi (yоnish, erish) entаlpiya hisоblаshdа Gеss qоnunini qo`llаnilishi. 

Kimyoviy rеaktsiya vaqtida ayrim kimyoviy bog’lar uziladi (enеrgiya yutilish kuzatiladi), ayrimlari hosil bo’ladi (enеrgiya ajraladi). Shuning uchun kimyoviy rеaktsiya yo’nalishini bashorat qilish uchun atrof muxit va har xil sistеmalar orasidagi enеrgiya almashinish qonunlarini bilish kеrak.

Bu qonunlarni “Tеrmodinamika” o’rganadi.

Tеrmodinamika tushunchasini 1854 yil V.Tomson fanga kiritgan. Tеrmo – issiqlik, dinamik – ish ya'ni, issiqlik – ish dеgan ma'noni anglatadi.

   Sistema-tashqi muhitdan haqiqiy yoki hayoliy sirt bilan chegaralangan bir-biri bilan o’zaro ta’sirda bo’lgan modda yoki moddalar yig’indisi.

Энергия – барча турдаги материялар ҳаракати ва ўзаро таъсирининг умумий миқдорий ўлчов бирлиги. У грек тилидан олинган бўлиб, ҳаракат, иш деган маънони билдиради.

Шартли равишда, маълум даражада материя ҳаракатининг турли шаклига мос равишда энергияни: иссиқлик, электромагнит, ядровий, механик ва ҳ.к. энергияларга ажратиш мумкин.

Иссиқлик (Q) – моддани ташкил этувчи заррачаларнинг (молекула, атом, электрон ва ҳ.к.) тартибсиз ҳаракат шакли.

Системанинг иссиқлик алмашиниши вақтида ажратган ёки қабул қилган энергияси иссиқлик миқдори дейилади ва энергия ўлчов бирлиги Ж (Жоуль) ёки кал (каллория)да ўлчанади.

1 кал = 4,184 Ж

Иссиқлик ва иш энергия беришнинг бир-бирига эквивалент шаклидир

Иссиқлик сиғими (С) – системанинг (модданинг) 1 градусга (10С ёки 1 К) иситилганда ютган иссиқлик миқдори. Солиштирма иссиқлик сиғими модда иссиқлик сиғимининг масса бирлигидир (Ж/кг·К), 1 моль модданинг иссиқлик сиғими моляр иссиқлик сиғими дейилади (Ж/мол·К). Ўзгармас босимда СP, ўзгармас ҳажмда СV билан белгиланади. Ўзгармас босимда берилган иссиқликнинг бир қисми система кенгайиши учун бажарилган ишга, бир қисми унинг ички энергиясининг ортишига сарф бўлса, ўзгармас ҳажмда ҳамма иссиқлик ички энергия ортишига сарфланади.

Кимёвий реакция тенгламаси тузилиши термокимёвий реакция тенгламаси тузилишидан фарқ қилади.

а) Кимёвий жараёнда қатнашаётган барча моддаларнинг агрегат ҳолати индекс қилиб кўрсатилади.
“қ” – қаттиқ моддаларга
“с” – суюқ моддаларга
“г” – газ моддаларга
“э” - эритмаларга

б) Реакция тенгламасининг ўнг томонига жараённинг иссиқлик эффекти кўрсатилади. Масалан:

2Na(қ) + H2O(с) = 2NaOH(э) + H2(г) + 368 кЖ

Турли реакцияларнинг иссиқлик эффектини эксперименталь аниқлаш билан кимёнинг “термокимё” бўлими шуғулланади ва олинган натижалар справочниклардан жой олган. Бу маълумотлар ёрдамида экспериментал имкони бўлмаган айрим реакцияларнинг ҳам иссиқлик эффектини аниқлаш мумкин.

Стандарт ҳосил бўлиш иссиқлиги (энтальпия) – стандарт шароитда 1 моль модданинг оддий моддалардан ҳосил бўлишида система ички энергиясининг ўзгариши. Оддий моддаларнинг энтальпияси “ноль”га тенг деб қабул қилинган.

ΔfH0298,

f – инглиз тилидан олинган “formation” “ҳосил бўлиш”
0 – стандарт шароит белгиси
298 К – абсольют ҳарорат
( ) – қаттиқ моддалар
[ ] – суюқ моддалар

Стандарт ёниш иссиқлиги (энтальпияси) – стандарт шароитда 1 моль модда кислородда ёнганда система ички энергиясининг ўзгариши. Энг юқори оксидланиш даражасидаги моддалар стандарт ёниш энтальпияси “ноль”га тенг деб қабул қилинган.

Стандарт кимёвий боғ иссиқлиги (энтальпияси) – стандарт шароитда 1 та кимёвий боғ ҳосил бўлганда ажралган иссиқлик ёки шу боғ узилганда сарфланадиган иссиқлик.

Кимёвий боғлар боғ энтальпиясига қараб:

Стандарт сублиматланиш (буғланиш) иссиқлиги (энтальпияси) – стандарт шароитда модданинг қаттиқ ёки суюқ ҳолатдан газ ҳолатга ўтиши учун сарфланган иссиқлик. Металлар учун атомланиш энтальпияси ҳам дейилади.

ΔsH0 – сублиматланиш энтальпияси, s – “sublimation” сублимация (ҳайдалиш)
ΔvH0 – буғланиш энтальпияси, v – “vaporization” буғланиш

Стандарт суюқланиш иссиқлиги (энтальпияси) – стандарт шароитда 1 моль модданинг қаттиқ ҳолатдан суюқ ҳолатга ўтиши учун сарфланган иссиқлик.

ΔmH0 – суюқланиш энтальпияси, m – “melting” суюқланиш

Қоидаси: Кимёвий реакциянинг иссиқлик эффекти жараённинг йўналишига, оралиқ жараёнларига боғлиқ эмас, у системанинг дастлабки ва охирги ҳолатига боғлиқ.

с

Реакциядан фойдаланиб глюкозанинг ҳосил бўлиш энтальпиясини ҳисоблаб топамиз

Яна бир мисол: қонун асосида этиленнинг ҳосил бўлиш энтальпиясини топамиз.

Этиленни гидрирлаш реакцияси – (- 136,8 кЖ/моль)
Этаннинг ёниш реакцяси – (- 1559,8 кЖ/моль)

Берилганлардан фойдаланиб, термокимёвий цикл ёзамизки натижасида 1 моль этилен ҳосил бўлсин.

Борн-Габер цикли: Кристалл панжара энергиясини аниқлаш

Кимёвий потенциал – эркин энергиянинг модда миқдори (моль)га нисбати.

G – Гиббснинг эркин энергияси
n – модда миқдори (мол)
μ – кимёвий потенциал

μi0 – тоза моддани кимёвий потенциали
рi – тоза модда порциал босими

сi – концентрация

аi –модданинг фаолланиш концентрацияси
γi – фаолланиш коэффиценти

Кимёвий мувозанат одатда ўзгармас босим ва ҳажмда ўрганилади.

Кимёвий мувозанат – вақт бирлиги ичида система ҳолатининг ташқи таъсирлар асосида ўзгармаслиги. Қайтар реакциялар тўғри ва тескари жараёнлардан иборат. Тўғри ва тескари реакциялар тезликлари тенглашган вақт кимёвий мувозанат қарор топади.

Система минимал эркин энергияга интилади, қайсики бу ҳолат система мувозанатда турган вақтда кузатилади.

Термокимё қонунини Гиббснинг эркин энергиясига қўлласак кимёвий мувозанатнинг қуйидаги критерийсига эга бўламиз.

Gi ва Gj – реакция киришган ва ҳосил бўлган моддалар эркин энергияси
ni ва nj – реакция киришган ва ҳосил бўлган моддалар стехиометрик коэффициенти (мол)

Эркин энергияни кимёвий потенциал билан алмаштирсак, қуйидаги тенгликни оламиз

МУВОЗАНАТ КОНСТАНТАСИ

Эркин энергия ўзгариши ўзгармас ҳароратда доимий катталик.

Маълум даражада реакция махсулотлари парциал босимлари кўпайтмасининг дастлабки моддалар парциал босимлари кўпайтмасига нисбати ҳам ўзгармас бўлиб, бу мувозанат константаси дейилади.

рi ва рj – реакция киришган ва ҳосил бўлган моддалар парциал босими
ni ва nj – реакция киришган ва ҳосил бўлган моддалар стехиометрик коэффициенти (мол)

сi ва сj – реакция киришган ва ҳосил бўлган моддалар парциал босими

Мувозанат константасини бир неча мисолларда кўриб чиқамиз.

1. Қуйидаги газ фазадаги реакция учун

мувозанат константаси қуйидагича топилади

2. Ҳар хил агрегат ҳолатдаги моддалар қатнашган гетероген реакция учун

мувозанат константаси қуйидагича топилади

ва

Тегишли моддаларнинг активлиги бўлиб, улар бирга тенг, чунки бу моддалар механик аралашма ҳосил қилади ва бир-бирида эримайди.

Шунинг учун юқоридаги реакциянинг мувозанат константаси қуйидаги кўринишга келади

3. Газ моддалар иштирокисиз борадиган гомоген реакция учун

мувозанат константаси қуйидагича топилади

Реакцияга киришаётган моддаларнинг мувозанат константалари (моль/л)

Реакция махсулотларининг мувозанат константалари (моль/л)