Eritmalar bilan termodinamika asoslari bo'limi uchun topshiriqlar. Kimyoviy texnologiyada termodinamik hisoblar
Rossiya Federatsiyasi Ta'lim va fan vazirligi
Sankt-Peterburg davlat politexnika universiteti
Texnologiya va materiallar tadqiqoti fakulteti
“Jismoniy kimyo, mikro va nanotexnologiyalar” kafedrasi
KURS ISHI
“Oqim imkoniyatini termodinamik baholash
kimyoviy jarayon"
Variant raqami 18
"Jismoniy kimyo" fanidan
Ish 2068/2 guruh talabasi tomonidan bajarildi
______________ / Dmitrieva A.V.
Ish tekshirildi
______________ / San'at. o'qituvchi Elizarova E.P.
Hisoblash quyidagi taxminlar yordamida amalga oshiriladi:
- Reaksiyaning barcha ishtirokchilarining issiqlik sig'imlarini oling.
- Qabul qilmoq.
- Qabul qilmoq.
Reaksiyaning barcha ishtirokchilari uchun jadval ma'lumotlari quyida keltirilgan.
Modda |
kJ/mol∙K |
||||||
Oxirida barcha hisoblangan ma'lumotlarni jadvalda taqdim eting va olingan qiymatlarni tahlil qilish asosida quyidagi savollarga javob bering:
- Kimyoviy reaksiyaning berilgan haroratda borishining termodinamik imkoniyatini aniqlang.
- Termokimyo nuqtai nazaridan bu reaksiyaning turini aniqlang.
- Harorat va bosimning muvozanatning kattaligi va siljishiga ta'sirini baholang.
Gibbs energiyasining o'zgarishini va kimyoviy reaksiyaning muvozanat konstantasini hisoblashning entropiya usuli
Bu usul reaksiyada ishtirok etuvchi moddalarning entropiya qiymatlaridan foydalanadi. U nisbatga asoslanadi
(T temperaturada Gibbs energiyasining o'zgarishi qayerda;
reaksiyaning T temperaturada issiqlik effekti;
T haroratda reaksiya entropiyasining o'zgarishi),
doimiy haroratda ketayotgan reaksiya uchun G = H – TS tenglamasidan olingan. Moddalarning hosil bo'lish issiqliklari va entropiyalarining standart qiymatlari standart sharoitlarda (p = 1 atm, T = 298 K) aniqlanganligi sababli, Gibbs energiyasining standart o'zgarishini quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:
Birinchidan, 298 K haroratda, stexiometrik koeffitsientlarni hisobga olgan holda, reaktsiyaning issiqlik effekti va reaktsiya ishtirokchilarining entropiyalarining algebraik yig'indisi aniqlanadi:
Reaksiyaning ma'lum haroratdagi issiqlik effekti Kirxgof qonuni bo'yicha hisoblanadi: haroratga nisbatan issiqlik effektining hosilasi reaksiyada ishtirok etuvchi moddalarning issiqlik sig'imlarining algebraik yig'indisiga teng.
Agar, harorat oshishi bilan termal effekt kuchayadi; agar shunday bo'lsa, u kamayadi.
Reaksiya entropiyalarining algebraik yig‘indisi tenglamalardan topiladi
Nihoyat, Gibbs energiyasining o'zgarishini hisoblash uchun biz olamiz
Agar reaksiya ishtirokchilari o'rganilayotgan oraliqda fazaviy o'zgarishlarni boshdan kechirsalar, u holda entolpiya va entropiyadagi o'zgarishlarni integratsiya oralig'ini bo'limlarga bo'lish orqali topish kerak:
ma'lum bir harorat oralig'ida fazaga mos keladigan issiqlik quvvatlari;
agar hosil bo'lish issiqligi reaksiya mahsulotiga tegishli bo'lsa, "+" belgisi qo'yiladi; agar asl moddaga tegishli bo'lsa, unda "" belgisi.
Birinchi yaqinlashishda (*) tenglama issiqlik sig'imlari yig'indisini nolga tenglashtirish orqali soddalashtiriladi. Ya'ni, biz moddalarning entopiyalari va entropiyalarining haroratga bog'liqligini e'tiborsiz qoldiramiz:
Ikkinchi yaqinlashishda issiqlik sig'imi T = 298 K dagi moddalarning issiqlik sig'imiga teng doimiy qiymat sifatida qabul qilinadi va stexiometrik koeffitsientlarni hisobga olgan holda ularning algebraik yig'indisi topiladi:
Keyin (*) formuladan taxminan formulani olamiz:
Eng aniq uchinchi yaqinlashish moddalarning entopiyasi va entropiyasining haroratga bog'liqligini hisobga oladi va hisoblash (*) formula bo'yicha amalga oshiriladi.
Gibbs energiyasining standart o'zgarishi kimyoviy reaksiyaning asosiy xarakteristikasi - kimyoviy muvozanat konstantasini aniqlash imkonini beradi.
Har bir kimyoviy reaktsiya boshlanganidan keyin bir muncha vaqt o'tgach, muvozanat holatiga keladi. Muvozanat - bu tizim tarkibi vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydigan holat. Reaksiyaning muvozanati muvozanat konstantasi bilan tavsiflanadi. Parsial bosimlarda ifodalangan konstantalar eng katta amaliy ahamiyatga ega.
Agar reaksiyada ishtirok etuvchi barcha moddalar standart holatda bo'lsa, bu holda
Muvozanat konstantasining son qiymatini hisoblab, har qanday reaksiya mahsulotining unumini hisoblash va reaksiya uchun optimal sharoitlarni (bosim va harorat) baholash mumkin.
Shuningdek, Gibbs energiyasidagi standart o'zgarish belgisini bilib, reaktsiyaning termodinamik ehtimolini taxmin qilish mumkin. Agar, u holda reaksiya berilgan sharoitlarda o'z-o'zidan borishi mumkin. Agar, u holda reaksiya berilgan sharoitlarda davom etmaydi.
Hisob-kitob qismi
T=298 K da reaksiyaning issiqlik effekti:
T=298 K da reaksiya entropiyasining o‘zgarishi:
Birinchi yondashuv (:
T=298 K da reaksiyaga kirishuvchi moddalarning issiqlik sig’imlari:
T=298 K da issiqlik sig'imlarining algebraik yig'indisi:
Keyin T=1800 K da issiqlik effekti va reaksiya entropiyasining o'zgarishi:
ikkinchi taxminiy (
Uchinchi yaqinlashishda biz fazaviy o'tishlarni, bu reaktsiyada marganetsning erishini hisobga olamiz. Keyin biz 298-1800K harorat oralig'ini ikki qismga ajratamiz: erish nuqtasidan oldin va undan keyin va biz moddalarning issiqlik sig'imini haroratga bog'liq funktsiya sifatida ko'rib chiqamiz.
298 - 1517 K harorat oralig'i uchun:
1517 - 1800 K oralig'i uchun:
Fazali o'tishni hisobga olgan holda reaksiyaning issiqlik effekti va reaktsiya entropiyasining o'zgarishi qiymatlari:
Uchinchi taxmin (
Reaksiyaning muvozanat konstantasini uchta yaqinlik uchun aniqlaymiz:
Hisoblangan ma'lumotlar jadvali.
- Barcha taxminlarda Gibbs energiyasining o'zgarishining hisoblangan qiymati ijobiydir. Demak, 1800K haroratda reaksiya davom eta olmaydi.
- Reaksiyaning issiqlik effektining o'zgarishi ham barcha yaqinlashuvlarda ijobiy bo'ladi, ya'ni reaksiya endotermik bo'lib, issiqlikni yutish bilan davom etadi.
- a) haroratning muvozanat konstantasiga ta'siri:
shundan ko'rinib turibdiki, harorat ko'tarilgan sari muvozanat konstantasi ortib boradi va shunga mos ravishda muvozanat reaksiya mahsulotlari tomon siljiydi.
b) bosimning muvozanat konstantasiga ta'siri:
bu erda Const ba'zi qiymat; reaksiya natijasida molyar hajmning o'zgarishi.
bundan tashqari, ya'ni tizimdagi bosimning oshishi bilan muvozanat konstantasi ortadi va muvozanat reaktsiya mahsulotlari tomon siljiydi.
Ko'rib chiqilayotgan omillar muvozanatning siljishi printsipini umumlashtiradi, uni Le Shatelier printsipi deb ham ataladi: agar haqiqiy muvozanat holatidagi tizimga tashqi ta'sir ko'rsatilsa, tizimda bu ta'sirni qoplaydigan o'z-o'zidan jarayon sodir bo'ladi.
Adabiyot:
- A.G.Morachevskiy, I.B.Sladkov. Termodinamik hisoblarni bajarish bo'yicha qo'llanma. - L.: LPI, 1975 yil.
- A.P.Ruzinov, B.S.Gulnitskiy. Kimyoviy reaksiyalarning muvozanatli transformatsiyalari. - M .: Metallurgiya, 1976 yil.
Kirish. Termodinamik hisob-kitoblar bu jarayonning mumkinligi to'g'risida xulosa chiqarishga, kimyoviy reaktsiyani o'tkazish shartlarini tanlashga, mahsulotlarning muvozanat tarkibini aniqlashga, boshlang'ich moddalarning nazariy jihatdan erishiladigan konversiya darajalarini va mahsulotlarning hosildorligini hisoblashga imkon beradi. , shuningdek, energiya balanslarini tuzish va energiya xarajatlarini aniqlash uchun zarur bo'lgan energiya effektlari (reaktsiya issiqligi, agregatsiya holatining o'zgarishi issiqligi).
Termodinamikaning eng muhim tushunchalari "jarayon issiqligi" va "ish" dir. Termodinamik tizimning holatini tavsiflovchi kattaliklarga termodinamik parametrlar deyiladi. Bularga: harorat, bosim, solishtirma hajm, zichlik, molyar hajm, solishtirma ichki energiya kiradi. Ko'rib chiqilayotgan termodinamik tizimning massasiga (yoki moddaning miqdoriga) proportsional miqdorlar deyiladi keng qamrovli; bular hajm, ichki energiya, entalpiya, entropiya. Intensiv miqdorlar termodinamik tizimning massasiga bog'liq emas va faqat ular holat sifatida termodinamik parametrlar bo'lib xizmat qiladi. Bular harorat, bosim va keng qamrovli moddaning massa birligi, hajmi yoki miqdori bilan bog'liq miqdorlar. Kimyoviy-texnologik jarayonlarni tezlashtirish maqsadida intensiv parametrlarni o'zgartirish deyiladi kuchayishi.
Ekzotermik reaktsiyalarda boshlang'ich moddalarning ichki energiya zaxirasi (U 1) hosil bo'lgan mahsulotlardan (U 2) kattaroqdir. Farqi ∆U = U 1 - U 2 issiqlik shakliga aylanadi. Aksincha, endotermik reaksiyalarda ma’lum miqdorda issiqlik yutilishi hisobiga moddalarning ichki energiyasi ortadi (U 2 > U 1). ∆U J / mol bilan ifodalanadi yoki texnik hisob-kitoblarda ular 1 kg yoki 1 m 3 (gazlar uchun) deb ataladi. Reaksiyalarning issiqlik ta'sirini yoki agregatsiya yoki aralashtirish, erish holatlarini o'rganish bilan fizik kimyo yoki kimyoviy termodinamika - termokimyo bo'limi shug'ullanadi. Termokimyoviy tenglamalarda reaksiyaning issiqlik effekti ko'rsatilgan. Masalan: C (grafit) + O 2 \u003d CO 2 + 393,77 kJ / mol. Parchalanish issiqliklari teskari belgiga ega. Ularni aniqlash uchun jadvallardan foydalaniladi. D.P.Konovalovning fikricha, yonish issiqligi nisbatdan aniqlanadi: Q kuyish = 204,2n + 44,4m + ∑x (kJ/mol), bu yerda n - 1 mol kislorodning to‘liq yonishi uchun zarur bo‘lgan mol kislorod soni. berilgan modda, m - 1 mol moddaning yonishi paytida hosil bo'lgan suv mollari soni, ∑x - berilgan gomologik qator uchun doimiy tuzatish. Qanchalik cheksiz bo'lsa, shuncha ko'p ∑x.
Asetilen uglevodorodlari uchun ∑x=213 kJ/mol. Etilen uglevodorodlar uchun ∑x=87,9 kJ/mol. To‘yingan uglevodorodlar uchun ∑x=0. Agar birikma molekulasida turli funksional guruhlar va bog lanish turlari bo lsa, u holda issiqlik xarakteristikasi yig ilish yo li bilan topiladi.
Reaksiyaning issiqlik effekti reaksiyada ishtirok etuvchi barcha moddalarning mol sonini hisobga olgan holda, reaksiya mahsulotlarining hosil bo‘lish issiqliklari yig‘indisidan dastlabki moddalarning hosil bo‘lish issiqliklari yig‘indisini ayirishga teng. Masalan, umumiy reaktsiya uchun: n 1 A + n 2 B \u003d n 3 C + n 4 D + Q x issiqlik effekti: Q x \u003d (n 3 Q C arr + n 4 Q D arr) - (n 1 Q A arr + n 2 Q B arr)
Reaksiyaning issiqlik effekti barcha reaksiyaga kirishuvchi moddalarning mol sonini hisobga olgan holda, boshlang'ich moddalarning yonish issiqliklari yig'indisidan reaksiya mahsulotlarining yonish issiqliklari yig'indisiga tengdir. Xuddi shu umumiy reaktsiya uchun:
Q x \u003d (n 1 Q A kuyish + n 2 Q B kuyish) - (n 3 Q C kuyish + n 4 Q D kuyish)
Ehtimollik Muvozanat reaktsiyalarining borishi termodinamik muvozanat konstantasi bilan belgilanadi, u quyidagicha aniqlanadi:
K r = e - ∆ G º/(RT) = e - ∆ H º/ RT ∙ e ∆ S º/ R Bu ifodaning tahlili shuni ko’rsatadiki, endotermik reaksiyalar uchun (Q< 0, ∆Hº > 0) entropiyaning pasayishi bilan (∆Sº< 0) самопроизвольное протекание реакции невозможно так как – ∆G > 0. Quyida kimyoviy reaksiyalarga termodinamik yondashuv batafsilroq ko‘rib chiqiladi.
Ma'ruza 4
Termodinamikaning asosiy qonunlari. Termodinamikaning birinchi qonuni. Issiqlik sig'imi va entalpiyasi. Reaksiya entalpiyasi. Murakkab hosil bo'lish entalpiyasi. Yonish entalpiyasi. Gess qonuni va reaksiya entalpiyasi.
Termodinamikaning birinchi qonuni: sistemaning ichki energiyasining (∆E) o'zgarishi tashqi kuchlarning ishiga (A′) va uzatilgan issiqlik miqdori (Q) ga teng: 1)∆E=A′+Q; yoki (2-tur) 2)Q=∆E+A – sistemaga berilgan issiqlik miqdori (Q) uning ichki energiyasini (∆E) va sistema bajargan ishni (A) o’zgartirishga sarflanadi. Bu energiya saqlanish qonunining turlaridan biridir. Agar tizim holatining o'zgarishi juda kichik bo'lsa, u holda: dQ=dE+dA - kichik (d) o'zgarishlar uchun bunday yozuv. Gaz uchun (ideal) dA=pdV. Izoxorik jarayonda dA=0, keyin dQ V =dE, chunki dE=C V dT, keyin dQ V =C V dT, bu erda C V doimiy hajmdagi issiqlik sig'imi. Kichik harorat oralig'ida issiqlik sig'imi doimiy, shuning uchun Q V =C V ∆T. Ushbu tenglamadan tizimning issiqlik sig'imi va jarayonlarning issiqligini aniqlash mumkin. C V - Joule-Lenz qonuniga muvofiq. Foydali ishsiz davom etuvchi izobar jarayonda, p ning doimiy ekanligini va differensial belgisi ostida qavsdan chiqarilishi mumkinligini hisobga olsak, ya'ni dQ P =dE+pdV=d(E+pV)=dH, bu erda H - ning entalpiyasi. tizim. Entalpiya tizimning ichki energiyasi (E) yig'indisi va bosim va hajmning mahsulotidir. Issiqlik miqdorini izobar issiqlik sig'imi (S R) bilan ifodalash mumkin: dQ P =S R dT, Q V =∆E(V = const) va Q P =∆H(p = const) - umumlashtirgandan keyin. Bundan kelib chiqadiki, tizim tomonidan qabul qilingan issiqlik miqdori ba'zi bir holat funktsiyasining o'zgarishi (entalpiya) bilan yagona aniqlanadi va faqat tizimning boshlang'ich va yakuniy holatiga bog'liq va jarayon bo'ylab harakatlanadigan yo'lning shakliga bog'liq emas. rivojlangan. Ushbu qoida kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektlari muammosini ko'rib chiqish uchun asos bo'ladi.
Reaksiyaning issiqlik effekti kimyoviy o'zgaruvchining o'zgarishi bilan bog'liq issiqlik miqdori, kimyoviy reaksiya sodir bo'lgan tizim tomonidan olingan va reaktsiya mahsulotlari dastlabki reagentlarning haroratini olgan (qoida tariqasida, Q V va Q P).
Bilan reaktsiyalar salbiy termal ta'sir, ya'ni atrof-muhitga issiqlik chiqishi bilan ekzotermik deyiladi. Bilan reaktsiyalar ijobiy issiqlik effekti, ya'ni atrof-muhitdan issiqlikni yutish bilan ketadigan deb ataladi endotermik.
Stokiometrik reaksiya tenglamasi quyidagicha bo'ladi: (1) ∆H=∑b J H J - ∑a i H i yoki ∆H=∑y i H i ; j - mahsulotlarning belgilari, i - reaktivlarning belgilari.
Bu pozitsiya deyiladi Hess qonuni: E i , H i miqdorlar sistema holatining funksiyalari va demak, ∆H va ∆E va shuning uchun Q V va Q r (Q V =∆E, Q r =∆H) issiqlik effektlari faqat nimaga bogʻliq. moddalar berilgan sharoitda reaksiyaga kirishadi va qanday mahsulotlar olinadi, lekin kimyoviy jarayonning sodir bo'lgan yo'liga bog'liq emas (reaktsiya mexanizmi).
Boshqacha qilib aytganda, kimyoviy reaktsiyaning entalpiyasi mahsulotlar uchun ortiqcha belgisi va boshlang'ich moddalar uchun minus belgisi bilan olingan tegishli komponentlarning stexiometrik koeffitsientlariga ko'paytiriladigan reaktsiya komponentlarining hosil bo'lish entalpiyalari yig'indisiga teng. Keling, misol sifatida topamiz∆H reaksiya uchun PCl 5 +4H 2 O=H 3 PO 4 +5HCl (2)
Reaksiya komponentining hosil bo'lish entalpiyalarining jadval qiymatlari mos ravishda PCl 5 uchun - 463 kJ / mol, suv (suyuqlik) uchun - 286,2 kJ / mol, H 3 PO 4 uchun - 1288 kJ / mol, uchun HCl (gaz) - 92,4 kJ / mol. Ushbu qiymatlarni formulaga almashtirsak: Q V =∆E, biz quyidagilarni olamiz:
∆H=-1288+5(-92,4)–(-463)–4(-286,2)=-142kJ/mol
Organik birikmalar uchun, shuningdek, CO uchun yonish jarayonini CO 2 va H 2 O ga o'tkazish oson. C m H n O p tarkibiga ega bo'lgan organik birikmaning yonishi uchun stexiometrik tenglama quyidagicha yozilishi mumkin. :
(3) C m H n O p + (p-m-n / 4) O 2 \u003d mCO 2 + n / 2 H 2 O
Shuning uchun (1) ga muvofiq yonish entalpiyasi uning hosil bo'lish entalpiyasi va CO 2 va H 2 O hosil bo'lishi bilan ifodalanishi mumkin:
∆H sg =m∆H CO 2 +n/2 ∆H H 2 O -∆H CmHnOp
Kalorimetr yordamida o'rganilayotgan birikmaning yonish issiqligini aniqlab, ∆H CO 2 va ∆H H 2 O ni bilib, uning hosil bo'lish entalpiyasini topish mumkin.
Hess qonuni har qanday reaktsiyalarning entalpiyalarini hisoblash imkonini beradi, agar reaktsiyaning har bir komponenti uchun uning termodinamik xususiyatlaridan biri ma'lum bo'lsa - oddiy moddalardan birikma hosil bo'lish entalpiyasi. Oddiy moddalardan birikma hosil bo'lish entalpiyasi deganda ularning agregatsiya va allotropik o'zgarishlarning tipik holatlarida olingan elementlardan bir mol birikma hosil bo'lishiga olib keladigan reaksiyaning ∆H i tushuniladi.
5-ma'ruza
Termodinamikaning ikkinchi qonuni. Entropiya. Gibbs funktsiyasi. Kimyoviy reaksiyalar jarayonida Gibbs funktsiyasidagi o'zgarishlar. Muvozanat doimiysi va Gibbs funksiyasi. Reaksiya ehtimolini termodinamik baholash.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni ikkinchi turdagi abadiy harakat mashinasini qurish mumkin emasligi haqidagi bayonotni chaqirdi. Qonun empirik tarzda olingan va bir-biriga ekvivalent ikkita formulaga ega:
a) jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi ma'lum bir jismdan olingan barcha issiqlikni unga ekvivalent ishga aylantirishdir;
b) jarayon mumkin emas, uning yagona natijasi energiyani issiqlik shaklida kamroq isitiladigan jismdan issiqroq jismga o'tkazishdir.
dQ/T funksiyasi ba’zi S funksiyaning to‘liq differentsialidir: dS=(dQ/T) arr (1) – bu funksiya S jismning entropiyasi deyiladi.
Bu erda Q va S bir-biriga proportsionaldir, ya'ni (Q) ortishi bilan (S) - ortadi va aksincha. (1) tenglama muvozanatli (qaytariladigan) jarayonga mos keladi. Agar jarayon muvozanatsiz bo'lsa, u holda entropiya oshadi, keyin (1) o'zgartiriladi:
dS≥(dQ/T)(2) Shunday qilib, muvozanatsiz jarayonlar sodir bo'lganda, tizimning entropiyasi ortadi. Agar (2) termodinamikaning birinchi qonuniga almashtirilsa, biz quyidagilarni olamiz: dE≤TdS-dA. Uni quyidagicha yozish odatiy holdir: dE≤TdS-dA'-pdV, demak: dA'≤-dE+TdS-pdV, bu yerda pdV muvozanatni kengaytirish ishi, dA' foydali ish. Bu tengsizlikning ikkala qismini izoxorik-izotermik jarayon uchun integrallash tengsizlikka olib keladi: A' V≤-∆E+T∆S(3). Va izobar-izotermik jarayon uchun (T=const, p=const) integratsiya tengsizlikka olib keladi:
A’ P ≤ - ∆E+T∆S – p∆V=-∆H + T∆S (4)
To'g'ri qismlar (3 va 4) mos ravishda ba'zi funktsiyalarga o'zgartirishlar sifatida yozilishi mumkin:
F=E-TS(5) va G=E-TS+pV; yoki G=H-TS (6)
F - Gelmgolts energiyasi va G - Gibbs energiyasi, u holda (3 va 4) A’ V ≤-∆F (7) va A’ P ≤-∆G (8) shaklida yozilishi mumkin. Tenglik qonuni muvozanat jarayoniga mos keladi. Bunda eng foydali ish bajariladi, ya'ni (A’ V) MAX = -∆F va (A’ P) MAX = -∆G. F va G mos ravishda izoxorik-izotermik va izobar-izotermik potensiallar deb ataladi.
Kimyoviy reaksiyalarning muvozanati sistemaning uzluksiz muvozanat holatidan o'tadigan jarayon (termodinamik) bilan tavsiflanadi. Ushbu holatlarning har biri termodinamik parametrlarning o'zgarmasligi (vaqt bo'yicha) va tizimda materiya va issiqlik oqimlarining yo'qligi bilan tavsiflanadi. Muvozanat holati muvozanatning dinamik tabiati, ya'ni to'g'ridan-to'g'ri va teskari jarayonlarning tengligi, Gibbs energiyasi va Gelmgolts energiyasining minimal qiymati (ya'ni dG=0 va d 2 G>0; dF) bilan tavsiflanadi. =0 va d 2 F>0). Dinamik muvozanatda to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi bir xil bo'ladi. Tenglama ham kuzatilishi kerak:
µ J dn J =0, bu yerda µ J =(ðG/ðn J) T , P , h =G J J komponentining kimyoviy potensiali; n J - J komponentining miqdori (mol). mJ ning katta qiymati zarrachalarning yuqori reaktivligini ko'rsatadi.
∆Gº=-RTLnK p(9)
(9) tenglama Vant-Haff izotermasi tenglamasi deyiladi. Ko'p minglab kimyoviy birikmalar uchun mos yozuvlar adabiyotidagi jadvallardagi ∆Gº qiymati.
K p \u003d e - ∆ G º / (RT) \u003d e - ∆ H º / RT ∙ e ∆ S º / R (11). (11) dan reaksiya sodir bo'lish ehtimolining termodinamik bahosini berish mumkin. Shunday qilib, ekzotermik reaktsiyalar uchun (∆Nº<0), протекающих с возрастанием энтропии, К р >1 va ∆G<0, то есть реакция протекает самопроизвольно. Для экзотермических реакций (∆Нº>0) entropiyaning pasayishi (∆Sº>0) bilan jarayonning o'z-o'zidan ketishi mumkin emas.
Agar ∆Hº va ∆Sº bir xil belgiga ega bo'lsa, jarayonning termodinamik ehtimoli ∆Hº, ∆Sº va Tº ning o'ziga xos qiymatlari bilan aniqlanadi.
Ammiak sintezi reaktsiyasi misolidan foydalanib, ∆N o va ∆S o ning jarayonni amalga oshirish imkoniyatiga qo'shma ta'sirini ko'rib chiqing:
Bu reaksiya uchun ∆N o 298 = -92,2 kJ/mol, ∆S o 298 = -198 J/ (mol * K), T∆S o 298 = -59 kJ/mol, ∆G o 298 = -33, 2kJ/mol.
Berilgan ma'lumotlardan ko'rinib turibdiki, entropiyaning o'zgarishi manfiy bo'lib, reaksiyaga ijobiy ta'sir ko'rsatmaydi, lekin shu bilan birga, jarayon katta manfiy entalpiya effekti ∆Hº bilan tavsiflanadi, buning natijasida jarayon mumkin. Haroratning oshishi bilan reaksiya, kalorimetrik ma'lumotlardan ko'rinib turibdiki, yanada ekzotermik bo'ladi (T=725K, ∆H=-113kJ/mol), lekin ∆So manfiy qiymati bilan haroratning oshishi haroratni sezilarli darajada kamaytiradi. jarayonning yuzaga kelish ehtimoli.
Kimyodagi eng muhim savollardan biri kimyoviy reaksiyaning mumkinligi masalasidir. Kimyoviy reaksiyaning asosiy maqsadga muvofiqligining miqdoriy mezoni, xususan, Gibbs energiyasi (G) deb ataladigan tizim holatining xarakterli funktsiyasidir. Ushbu mezonni ko'rib chiqishga o'tishdan oldin, keling, bir qator ta'riflarga to'xtalib o'tamiz.
spontan jarayonlar. Spontan jarayonlar tashqi manbadan energiya ta'minotisiz sodir bo'ladigan jarayonlardir. Ko'pgina kimyoviy jarayonlar o'z-o'zidan sodir bo'ladi, masalan, shakarning suvda erishi, metallarning havoda oksidlanishi (korroziya) va boshqalar.
Qaytariladigan va qaytarilmas jarayonlar. Ko'pgina kimyoviy reaktsiyalar reaktivlar to'liq tugamaguncha bir yo'nalishda davom etadi. Bunday reaktsiyalar deyiladi kimyoviy jihatdan qaytarilmas. Masalan, natriy va suvning o'zaro ta'siri.
Boshqa reaksiyalar reaksiya mahsulotlarining oʻzaro taʼsiri tufayli avval oldinga, soʻngra toʻgʻri va teskari yoʻnalishda boradi. Natijada, ham boshlang'ich moddalarni, ham reaksiya mahsulotlarini o'z ichiga olgan aralashma hosil bo'ladi. Bunday reaktsiyalar deyiladi kimyoviy jihatdan qaytariladigan. Kimyoviy qaytariladigan jarayon natijasida, haqiqiy (barqaror) kimyoviy muvozanat, bu quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanadi:
1) tashqi ta'sirlar bo'lmaganda, tizimning holati cheksiz o'zgarishsiz qoladi;
2) tashqi sharoitlarning har qanday o'zgarishi tizim holatining o'zgarishiga olib keladi;
3) muvozanat holati uning qaysi tomondan erishilganiga bog'liq emas.
Haqiqiy muvozanatdagi sistemaga ekvimolekulyar aralashmani misol qilib keltirish mumkin
CO (g) + H 2 O (g) CO 2 (g) + H 2 (g).
Haroratning yoki boshqa sharoitlarning har qanday o'zgarishi muvozanatning o'zgarishiga olib keladi, ya'ni. tizim tarkibining o'zgarishi.
Haqiqiy muvozanatdan tashqari, ko'rinadigan (noto'g'ri, to'siqli) muvozanatlar juda tez-tez uchrab turadi, bunda tizimning holati o'z vaqtida juda uzoq vaqt saqlanib qolsa, lekin tizimga ozgina ta'sir qilish uning holatining kuchli o'zgarishiga olib kelishi mumkin. Masalan, vodorod va kislorod aralashmasi bo'lib, ular xona haroratida tashqi ta'sirlar bo'lmaganda abadiy o'zgarishsiz qolishi mumkin. Biroq, bu aralashmaga platinlangan asbestni (katalizator) kiritish kifoya, chunki energetik reaktsiya boshlanadi.
H 2 (g) + O 2 (g) \u003d H 2 O (g),
boshlang'ich materiallarning to'liq tugashiga olib keladi.
Agar bir xil katalizator bir xil sharoitda suyuq suvga kiritilsa, unda dastlabki aralashmani olish mumkin emas.
Entropiya. Har qanday tizimning holati to'g'ridan-to'g'ri o'lchangan parametrlarning qiymatlari (p, T va boshqalar) bilan tavsiflanishi mumkin. bu tizimning makroholatiga xos xususiyat. Tizimning holatini tizimning har bir zarrasi (atom, molekula) xususiyatlari bilan ham tavsiflash mumkin: koordinata, tebranish chastotasi, aylanish chastotasi va boshqalar. bu tizimning mikroholatiga xos xususiyat. Tizimlar juda ko'p sonli zarralardan iborat, shuning uchun bitta makrostata juda ko'p turli xil mikroholatlarga mos keladi. Bu raqam holatning termodinamik ehtimolligi deyiladi va quyidagicha belgilanadi V.
Termodinamik ehtimollik materiyaning boshqa xususiyati bilan bog'liq - entropiya (S, J / (mol. K)) - Boltsman formulasi
bu yerda R universal gaz doimiysi va N A Avogadro doimiysi.
Entropiyaning fizik ma'nosini quyidagi fikrlash tajribasi bilan tushuntirish mumkin. Natriy xlorid kabi ba'zi moddalarning ideal kristali mutlaq nol haroratgacha sovutilsin. Bunday sharoitda kristallni tashkil etuvchi natriy va xlor ionlari amalda harakatsiz bo'lib qoladi va bu makroskopik holat bitta mikroholat bilan tavsiflanadi, ya'ni. W=1, va (3.13) ga muvofiq S=0. Harorat ko'tarilgach, ionlar kristall panjaradagi muvozanat pozitsiyalari atrofida tebranishni boshlaydi, bitta makroholatga to'g'ri keladigan mikroholatlar soni ortadi va shuning uchun S>0.
Shunday qilib, entropiya - bu tizim holatining buzilishining o'lchovidir. Tizimning entropiyasi barcha jarayonlarda tartibning pasayishi (isitish, erishi, bug'lanish, parchalanish reaktsiyalari va boshqalar) bilan ortadi. Tartibning ortishi bilan sodir bo'ladigan jarayonlar (sovutish, kristallanish, siqish va boshqalar) entropiyaning pasayishiga olib keladi.
Entropiya holat funktsiyasidir, lekin boshqa termodinamik funktsiyalardan farqli o'laroq, moddaning entropiyasining mutlaq qiymatini eksperimental ravishda aniqlash mumkin. Bu imkoniyat M. Plankning postulatiga asoslanadi, unga ko'ra absolyut nolda ideal kristalning entropiyasi nolga teng(termodinamikaning uchinchi qonuni).
Moddaning entropiyasining haroratga bog'liqligi shaklda sifat jihatidan keltirilgan. 3.1.
Shaklda. 3.1 dan ko'rinib turibdiki, 0 K ga teng haroratda moddaning entropiyasi nolga teng. Haroratning oshishi bilan entropiya muammosiz ortadi va fazaviy o'tish nuqtalarida entropiyaning keskin o'sishi bog'liqlik bilan belgilanadi.
(3.14)
bu yerda D f.p S, D f.p H va T f.p mos ravishda entropiya, entalpiya va fazaga oʻtish haroratining oʻzgarishi.
B moddaning standart holatdagi entropiyasi quyidagicha belgilanadi. Ko'pgina moddalar uchun standart entropiyalarning mutlaq qiymatlari aniqlanadi va ma'lumotnomalarda keltirilgan.
Entropiya, ichki energiya va entalpiya kabi, holat funktsiyasidir, shuning uchun jarayonda tizim entropiyasining o'zgarishi uning yo'liga bog'liq emas va faqat tizimning boshlang'ich va oxirgi holatlari bilan belgilanadi. Kimyoviy reaksiya paytida entropiyaning o'zgarishini (3.10) reaksiya mahsulotlarining entropiyalari yig'indisi va boshlang'ich moddalarning entropiyalari yig'indisi o'rtasidagi farq sifatida topish mumkin:
Entropiya tushunchasi formulalardan birida qo'llaniladi termodinamikaning ikkinchi qonuni: izolyatsiyalangan tizimlarda faqat entropiya ortishi (DS>0) bilan sodir bo'ladigan jarayonlar o'z-o'zidan davom etishi mumkin. Izolyatsiya qilingan tizimlar deganda atrof-muhit bilan modda yoki energiya almashmaydigan tizimlar tushuniladi. Kimyoviy jarayonlar sodir bo'ladigan tizimlar izolyatsiyalangan tizimlarga kirmaydi, chunki ular atrof-muhit bilan energiya almashadilar (reaksiyaning issiqlik effekti) va bunday tizimlarda jarayonlar entropiyaning pasayishi bilan ham sodir bo'lishi mumkin.
SO 2 (g) + 2H 2 S (g) \u003d 3S (t) + 2H 2 O (l), agar oltingugurt oksidi (IV), vodorod sulfidi, oltingugurt va suvning standart entropiyalari 248,1 bo'lsa; 205,64; 31,88 va 69,96 J/(mol K), mos ravishda.
Yechim.(3.15) tenglamaga asoslanib, biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:
Bu reaksiyadagi entropiya kamayadi, bu gazsimon moddalardan qattiq va suyuq mahsulotlar hosil bo'lishi bilan bog'liq.
3.8-misol. Hisob-kitoblarni amalga oshirmasdan, quyidagi reaktsiyalarda entropiyaning o'zgarishi belgisini aniqlang:
1) NH 4 NO 3 (c) \u003d N 2 O (g) + 2H 2 O (g),
2) 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g),
3) 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g).
Yechim.(1) reaksiyada 1 mol NH 4 NO 3 kristall holatda 3 mol gaz hosil qiladi, shuning uchun D r S 1 >0.
(2) va (3) reaksiyalarda gazsimon moddalarning umumiy mollari ham, mollari soni ham kamayadi. Shuning uchun D r S 2<0 и D r S 3 <0. При этом уменьшение энтропии в реакции (3) больше, чем в реакции (2) , так как S о (H 2 O (ж)) < S о (H 2 O (г)).
Gibbs energiyasi(izobarik-izotermik potensial). Ko'p hollarda tabiatda o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar potentsiallar farqi mavjud bo'lganda sodir bo'ladi, masalan, elektr potentsiallari farqi zaryad o'tkazilishini, tortishish potentsiallari farqi esa tananing tushishiga olib keladi. Bu jarayonlar minimal potentsialga erishilganda tugaydi. Doimiy bosim va haroratda sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlarning harakatlantiruvchi kuchi izobarik-izotermik potentsial deb ataladi Gibbs energiyasi va belgilandi G. Kimyoviy jarayonda Gibbs energiyasining o'zgarishi munosabat bilan aniqlanadi
DG = DH –TOS, (3.16)
bu erda DG - kimyoviy jarayonning Gibbs energiyasining o'zgarishi; DH - kimyoviy jarayon entalpiyasining o'zgarishi; DS - kimyoviy jarayon entropiyasining o'zgarishi; T - harorat, K.
(3.16) tenglamani quyidagi shaklda ifodalash mumkin:
∆H = ∆G + T∆S. (3.17)
(3.17) tenglamaning ma'nosi shundan iboratki, reaksiyaning issiqlik effektining bir qismi ishni bajarishga (DG) sarflanadi, bir qismi esa atrof-muhitga (TOS) tarqaladi.
Gibbs energiyasi o'z-o'zidan paydo bo'ladigan reaktsiyaning asosiy imkoniyatining mezoni hisoblanadi. Agar reaksiya jarayonida Gibbs energiyasi kamaysa, jarayon quyidagi sharoitlarda o'z-o'zidan davom etishi mumkin:
DG< 0. (3.18)
Ushbu shartlar ostida jarayonni amalga oshirish mumkin emas, agar
DG > 0. (3,19)
(3.18) va (3.19) iboralar bir vaqtning o'zida teskari reaktsiya (3.18) yoki (3.19) o'z-o'zidan borishi mumkinligini anglatadi.
Reaktsiya teskari, ya'ni. ham oldinga, ham teskari yo'nalishda oqishi mumkin, agar
(3.20) tenglama kimyoviy muvozanat uchun termodinamik shartdir.
(3.18) - (3.20) munosabatlari fazaviy muvozanatlarga ham tegishli, ya'ni. bir moddaning ikki fazasi (agregat holati) muvozanatda bo'lgan holatlarga, masalan, muz va suyuq suv.
Entalpiya va entropiya omillari.(3.16) va (3.18) tenglamalardan kelib chiqadiki, jarayonlar o'z-o'zidan borishi mumkin (DG)<0), если они сопровождаются уменьшением энтальпии (ΔH<0) и увеличением энтропии системы (ΔS>0). Agar tizimning entalpiyasi oshsa (DH>0) va entropiya kamaysa (DS)<0), то такой процесс протекать не может (ΔG>0). DS va DN ning boshqa belgilari bilan jarayonning asosiy imkoniyati entalpiya (DH) va entropiya (THS) omillarining nisbati bilan belgilanadi.
Agar DN>0 va DS>0 bo'lsa, ya'ni. Entalpiya komponenti teskari ta'sir ko'rsatganligi va entropiya komponenti jarayonning borishini ma'qullaganligi sababli, reaktsiya entropiya komponenti tufayli o'z-o'zidan davom etishi mumkin, agar |DH|<|TΔS|.
Agar entalpiya komponenti yoqsa va entropiya jarayonga qarshi tursa, u holda |DH|>|TODS| sharti bilan entalpiya komponenti hisobiga reaksiya oʻz-oʻzidan borishi mumkin.
Reaksiya yo‘nalishiga haroratning ta’siri. Harorat Gibbs energiyasining entalpiyasi va entropiya komponentlariga ta'sir qiladi, bu esa bu reaktsiyalarning Gibbs energiyasining belgisini va shuning uchun reaktsiyalar yo'nalishini o'zgartirishi bilan birga bo'lishi mumkin. Gibbs energiyasining belgisi o'zgargan haroratni taxminiy baholash uchun DN va DS ning haroratga bog'liqligini e'tiborsiz qoldirishimiz mumkin. Keyin (3.16) tenglamadan kelib chiqadiki, haroratda Gibbs energiyasining belgisi o'zgaradi.
Ko'rinib turibdiki, harorat o'zgarishi bilan Gibbs energiyasining belgisi o'zgarishi faqat ikkita holatda mumkin: 1) DN>0 va DS>0 va 2) DN.<0 и ΔS<0.
Standart Gibbs hosil bo'lish energiyasi - standart sharoitda barqaror bo'lgan oddiy moddalardan 1 mol birikma hosil bo'lish reaksiyasi Gibbs energiyasining o'zgarishi. Oddiy moddalar hosil bo'lishining Gibbs energiyasi nolga teng deb hisoblanadi. Moddalarning hosil bo'lishining standart Gibbs energiyalarini tegishli ma'lumotnomalarda topish mumkin.
Kimyoviy reaksiyaning Gibbs energiyasi. Gibbs energiyasi davlat funktsiyasidir, ya'ni. uning jarayondagi o'zgarishi uning oqimining yo'liga bog'liq emas, balki tizimning boshlang'ich va oxirgi holatlari bilan belgilanadi. Shuning uchun kimyoviy reaksiyaning Gibbs energiyasini (3.10) formuladan hisoblash mumkin
E'tibor bering, reaktsiyaning D r G bo'yicha davom etishining asosiy imkoniyati haqidagi xulosalar faqat reaktsiyaning Gibbs energiyasining o'zgarishi hisoblangan shartlarga taalluqlidir. Agar shartlar standartdan farq qilsa, u holda tenglamadan D r G ni topish mumkin Van't-Xoff izotermlari, bu gazlar orasidagi reaksiya uchun (3.10) quyidagicha yoziladi
(3.23)
va erigan moddalar orasida
(3.24)
mos keladigan moddalarning qisman bosimlari qayerda; c A, c B, c D, c E mos erigan moddalarning konsentratsiyasi; a, b, d, e - mos keladigan stoxiometrik koeffitsientlar.
Agar reaktivlar standart holatda bo'lsa, (3.23) va (3.24) tenglamalar tenglamaga aylanadi.
3.9-misol. Standart shakllanish entalpiyalari va entropiyalar haqidagi ma'lumotlardan foydalanib, standart sharoitda 298,15 K haroratda NH 3 (g) + HCl (g) \u003d NH 4 Cl (k) reaktsiyasining imkoniyatini aniqlang.
Yechim. Gess qonunining birinchi natijasiga asoslanib, biz reaksiyaning standart entalpiyasini topamiz:
; reaktsiya ekzotermik, shuning uchun entalpiya komponenti reaktsiyaga yordam beradi.
Reaksiya entropiyasining o'zgarishini tenglama bo'yicha hisoblaymiz
Reaksiya entropiyaning pasayishi bilan birga kechadi, ya'ni entropiya komponenti reaktsiyaga qarshi turadi.
Jarayonning Gibbs energiyasining o'zgarishini (3.16) tenglama bo'yicha topamiz:
Shunday qilib, bu reaksiya standart sharoitlarda o'z-o'zidan borishi mumkin.
3.10-misol. Standart shakllanish entalpiyalari va entropiyalar haqidagi ma'lumotlardan foydalanib, N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g) tizimida qanday haroratda muvozanat paydo bo'lishini aniqlang.
Yechim. Tizimning muvozanat sharti DG=0. Buning uchun (3.21) munosabatdan foydalanib, DG=0 bo'lgan haroratni topamiz. Reaksiyaning standart entalpiyasi va entropiyasini hisoblang:
Entalpiya komponenti yoqadi, entropiya komponenti esa reaksiyaga qarshilik qiladi, ya'ni ma'lum bir haroratda Gibbs energiyasining belgisini o'zgartirish, ya'ni reaksiya yo'nalishini o'zgartirish mumkin.
Muvozanat sharti quyidagicha yoziladi:
∆G = ∆H –T∆S,
yoki raqamli qiymatlarni almashtirsak, biz olamiz
0 \u003d - 92,38 - T (-198,3) 10 -3.
Shuning uchun reaksiya haroratda muvozanatda bo'ladi
TO.
Bu haroratdan pastda reaksiya oldinga, undan yuqori harorat esa teskari yo'nalishda davom etadi.
3.11-misol. Muayyan T haroratda endotermik reaksiya A®B amalda yakunlanadi. Aniqlang: a) reaksiyaning D r S belgisi; b) T haroratda B ® A reaksiyasining DG belgisi; c) past haroratlarda B ® A reaktsiyasining mumkinligi.
Yechim. a) A ® B reaktsiyasining o'z-o'zidan paydo bo'lishi DG ekanligini ko'rsatadi<0. Поскольку DН>0, keyin tenglamadan
DG = DH - TDS DS>0 ekanligini bildiradi; teskari reaktsiya B ® A DS uchun<0.
b) A ® B DG reaksiyasi uchun<0. Следовательно, для обратной реакции при той же температуре DG>0.
c) A ® B reaktsiyasi endotermikdir (DH<0), следовательно, обратная реакция В ® А экзотермическая. При низких температурах абсолютная величина члена TDS мала, так что знак DG определяется знаком DН. Следовательно, при достаточно низких температурах протекание реакции В ® А возможно.
3.12-misol. Gibbs energiyasining qiymatini hisoblang va CO + Cl 2 ÛCOCl 2 reaktsiyasini 700 K haroratda amalga oshirish mumkinligini aniqlang, agar bu haroratda reaktsiyaning muvozanat konstantasi 10,83 atm -1 bo'lsa va barcha komponentlarning qisman bosimlari bo'lsa. bir xil va birga teng.
Yechim. A + B Û C + D reaksiyasining D r G 0 va K r munosabati (3.22) izoterma tenglamasi bilan berilgan.
Standart sharoitda, har bir reaktivning qisman bosimi 1 atm bo'lganda, bu nisbat shaklni oladi
Binobarin, T=700 K da reaksiya o'z-o'zidan oldinga yo'nalishda borishi mumkin.
Mustaqil ta'lim uchun savollar va topshiriqlar
1. Standart va normal sharoitlarga mos keladigan xalqaro birliklar tizimida, shuningdek atmosferalarda, simob millimetrlari va Selsiy graduslarida bosim va haroratning raqamli qiymatlarini keltiring.
2. Davlat funktsiyalari qanday shartni qanoatlantiradi? Jarayondagi holat funktsiyasi qiymatining o'zgarishi nima bilan bog'liq?
3. Izobar-izotermik va izoxorik-izotermik jarayonlarni qanday parametrlarning doimiyligi xarakterlaydi?
4. Termodinamikaning birinchi qonunini tuzing.
5. Jarayonning issiqlik effekti qanday sharoitlarda bo'ladi: a) bu jarayon entalpiyasining o'zgarishiga teng; b) jarayonning ichki energiyasining o'zgarishiga teng?
6. Kimyoviy reaksiya muhrlangan reaktorda sodir bo'ladi. Qaysi holat funksiyasining o‘zgarishi reaksiyaning issiqlik effektini aniqlaydi?
7. Kimyoviy reaksiya jarayonida sistemaning harorati ko'tariladi. Bu jarayon ekzotermikmi yoki endotermikmi? Ushbu jarayonning entalpiyasi o'zgarishi qanday belgi (+) yoki (-) ga ega?
8. Gess qonunini tuzing.
9. «Moddaning hosil bo'lishining standart entalpiyasi» atamasini aniqlang.
10. Molekulyar xlor hosil bo'lishining standart entalpiyalari va 298 K haroratda barqaror bo'lgan temir a-Fe modifikatsiyasi qanday?
11. Oq fosfor hosil bo'lishining standart entalpiyasi nolga teng, qizil esa - (-18,41) kJ / mol. Allotropik modifikatsiyalardan qaysi biri 25 o S haroratda barqarorroq?
12. Gess qonunining 1-chi xulosasini tuzing.
13. “Moddaning yonishning standart entalpiyasi” tushunchasiga ta’rif bering.
14. Uglerod - grafitning T = 298 K modifikatsiyasida karbonat angidrid hosil bo'lishining standart entalpiyasi va yonishning standart entalpiyasi qanday barqaror?
15. Spontan kimyoviy jarayonlarga 3 ta misol keltiring.
16. Kimyoviy (haqiqiy) muvozanat belgilarini sanab bering.
17. Quyidagilar bilan kechadigan jarayonlarga misollar keltiring: a) entropiyaning ortishi; b) entropiyaning pasayishi.
18. Agar D r N=0 bo'lsa, o'z-o'zidan sodir bo'ladigan reaksiya entropiyasining o'zgarishi qanday belgiga ega bo'lishi kerak?
19. Kaltsiy karbonatning termik parchalanish reaksiyasi entropiyasining o'zgarishi qanday belgiga ega bo'lishi kerak? Nega? Reaksiya tenglamasini yozing.
20. Reaksiyaning mumkinligi haqidagi masalani yechish uchun reaksiya ishtirokchilarining qanday termodinamik xossalarini bilishingiz kerak?
21. Gazlar orasidagi ekzotermik reaksiya hajmning ortishi bilan kechadi. Bunday reaktsiya ehtimoli haqida nima deyish mumkin?
22. Qaysi hollarda harorat o‘zgarishi bilan reaksiya yo‘nalishini o‘zgartirish mumkin: a) DH.<0, DS<0; б) DH>0, DS>0; c) DH<0, DS>0; d) DH>0, DS<0?
23. Gazsimon oltingugurt (IV) oksidning kislorod bilan gazsimon oltingugurt (VI) oksidga oksidlanishining standart entalpiyasini toping. Shakllanishning standart entalpiyalari SO 2 - (-297 kJ / mol) va SO 3 - (-395 kJ / mol).
Javob: -196 kJ.
24. Quyidagi reaksiyalarda entropiyaning o‘zgarish belgisini ko‘rsating:
a) CO (G) + H 2 (G) \u003d C (T) + H 2 O (G);
b) CO 2 (G) + C (T) \u003d 2CO (G);
c) FeO (T) + CO (G) \u003d Fe (T) + CO 2 (G);
d) H 2 O (V) \u003d H 2 O (G);
Javob: a) (-); b) (+); c)(~0); d) (+); e) (-).
25. Gazsimon oltingugurt (IV) oksidning kislorod bilan gazsimon oltingugurt (VI) oksidga oksidlanish reaksiyasining standart entropiyasini toping. SO 2 hosil bo'lishining standart entropiyasi - (248 J / (mol K), SO 3 - (256 J / (mol K)), O 2 - (205 J / (mol K)).
Javob: -189 J/K.
26. Benzolning yonish entalpiyasi (-3302 kJ/mol), atsetilen esa (-1300 kJ/mol) bo'lsa, atsetilendan benzol sintezi reaksiyasining entalpiyasini toping.
Javob: - 598 kJ.
27. Natriy gidrokarbonatning parchalanish reaksiyasining standart Gibbs energiyasini toping. Bunday sharoitda reaktsiya o'z-o'zidan davom etishi mumkinmi?
Javob: 30,88 kJ.
28. 2Fe (T) + 3H 2 O (G) \u003d Fe 2 O 3 (T) + 3H 2 (G) reaktsiyasining standart Gibbs energiyasini toping (uglerod po'latining suv bug'lari bilan korroziya reaktsiyalari). Bunday sharoitda reaktsiya o'z-o'zidan davom etishi mumkinmi?
Javob: -54,45 kJ.
29. 2NO (g) + O 2 (g) Û 2NO 2 (g) sistemada kimyoviy muvozanat qanday haroratda yuzaga keladi?
Javob: 777 K.
30. H 2 O (l) hosil bo‘lishning standart entalpiyasi (-285,84 kJ/mol) bo‘lsa, 298 K haroratda 1 g suvning bug‘lanish jarayonining issiqlik effektini toping (bug‘lanishning solishtirma issiqligi), va gazsimon - (-241,84 kJ / mol).
Javob: 2,44 kJ / g.
3.4.Joriy va oraliq boshqaruvlar uchun topshiriqlar
I bo'lim
1. Grafitning kislorodda yonishida karbonat angidrid hosil bo'lish jarayoni ikki yo'l bilan borishi mumkin:
I. 2C (g) + O 2 (g) \u003d 2CO (g); 2CO (g) + O 2 \u003d 2CO 2 (g), D r H ° \u003d -566 kJ.
II. C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g), D r H ° \u003d -393 kJ.
D f H°(CO) toping.
Javob: -110 kJ / mol.
2. Quyidagi reaksiyalar asosida uglerod oksidi (CO) hosil bo‘lish entalpiyasi va yonish entalpiyasini hisoblang:
I. 2C (g) + O 2 (g) \u003d 2CO (g), D r H ° \u003d -220 kJ.
II. 2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g), D r H ° \u003d -566 kJ.
Javob: -110 kJ/mol; -283 kJ/mol.
3. Termokimyoviy tenglamadan natriy sulfit hosil bo‘lish standart entalpiyasini toping.
4Na 2 SO 3 (cr) \u003d 3Na 2 SO 3 (cr) + Na 2 S (cr) - 181,1 kJ,
agar 
kJ/mol va 
kJ/mol.
Javob: -1090 kJ / mol.
4. CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g), D r H ° \u003d -802 kJ reaktsiyasi asosida metanning standart yonish entalpiyasini toping.
Javob: -802 kJ / mol.
5. Ijobiy yoki salbiy bo'lishini bashorat qiling
reaksiyalarda sistema entropiyasining o'zgarishi:
a) H 2 O (g) ® H 2 O (g) (25 ° C haroratda);
b) CaCO 3 (t) ® CaO (t) + CO 2 (g);
c) N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g);
d) N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g);
e) Ag + (eritma) + Cl - (eritma) = AgCl (t).
Hisob-kitoblarni amalga oshirmasdan tushuntirishlar bering.
Javob: a) +; b) +; in) -; d) ~0; e) -.
6. Quyidagilarning har birida DS tizimining belgisini taxmin qiling
jarayonlar:
a) 1 mol CCl 4(g) ning bug'lanishi;
b) Br 2(g) → Br 2(g);
v) NaCl(aq.) va AgNO 3 (aq.) ni aralashtirish orqali AgCl(t) ni cho'ktirish.
Tushuntirishlar bering.
Javob: a) +; b) -; ichida) -.
7. Standart sharoitdagi moddalar entropiyalarining mutlaq qiymatlarining jadval qiymatlaridan foydalanib (S °) quyidagi juftliklarning har birida 298 K haroratdagi moddalarning mutlaq entropiyalari qiymatlarini solishtiring. :
a) O 2 (g) va O 3 (g);
b) C (olmos) va C (grafit);
c) NaCl (t) va MgCl 2(t).
Har bir holatda S° farqi sababini tushuntiring.
8. Reaksiyalar uchun D r S° ni hisoblang
a) N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g); b) 2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g),
standart sharoitlarda moddalarning mutlaq entropiyalarining jadval qiymatlaridan foydalanish.
Javob: a) -197,74 J/K; b) -188,06 J/K.
9. Mutlaq qiymatlarning jadval qiymatlaridan foydalanish
tropium (S°), quyidagi jarayonlar uchun D r S° ni hisoblang:
a) CO (g) + 2H 2 (g) \u003d CH 3 OH (g);
b) 2HCl (g) + Br 2 (g) \u003d 2HBr (g) + Cl 2 (g);
c) 2NO 2 (g) = N 2 O 4 (g).
D r S° belgisi har bir holatda sifat ko'rsatkichlari asosida kutilishi kerak bo'lgan narsaga mos keladimi? Javoblarni tushuntiring.
Javob: a) -218,83 J/K; b) 94,15 J/K; c) -175,77 J/K.
10. CO (g) hosil bo'lishining standart entalpiyasi -110,5 kJ/mol. 2 mol CO (g) yonishi natijasida 566 kJ issiqlik ajralib chiqadi. Hisoblash
Javob: -393,5 kJ / mol.
11. 100 kg ohakni suv bilan söndürganda ajralib chiqadigan issiqlik miqdorini aniqlang: CaO (k) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (k), agar CaO (k) hosil bo'lishining standart issiqliklari bo'lsa, H 2 O (l) , Ca(OH) 2(k) mos ravishda -635,14; -285,84; -986,2 kJ/mol.
Javob: -1165357,2 kJ.
12. Vodorod peroksidning (H 2 O 2) suv va kislorodga parchalanish entalpiyasini quyidagi ma’lumotlardan foydalanib aniqlang:
SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + H 2 O 2 (p) \u003d SnCl 4 (p) + 2H 2 O (l), D r H ° \u003d -393,3 kJ;
SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + 1 / 2O 2 (g) \u003d SnCl 4 (p) + H 2 O (l), D r H ° \u003d -296,6 kJ.
Javob: - 96,7 kJ.
13. Bir sutkada 10 6 kg ammiak ishlab chiqarishda ajralib chiqadigan issiqlik miqdorini hisoblang, agar
Javob: -2.7. 10 9 kJ.
14. Quyidagi ma’lumotlar asosida aniqlang:
P 4 (cr) + 6Cl 2 (g) \u003d 4PCl 3 (l), D r H ° \u003d -1272,0 kJ;
PCl 3 (g) + Cl 2 (g) \u003d PCl 5 (cr), D r H ° \u003d -137,2 kJ.
Javob: -455,2 kJ / mol.
15. Standart sharoitlarda reaktsiya entalpiyasining o'zgarishini hisoblang: H 2 (g) + 1 / 3O 3 (g) \u003d H 2 O (g), quyidagi ma'lumotlarga asoslanib:
2O 3 (g) \u003d 3O 2 (g), D r H ° \u003d -288,9 kJ,
kJ/mol.
Javob: -289,95 kJ.
16. Quyidagi ma'lumotlardan foydalanib, PbO hosil bo'lish reaksiyasining standart entalpiyasini hisoblang:
1) 2Pb (cr) + O 2 (g) \u003d 2PbO 2 (cr) - 553,2 kJ;
2) 2PbO 2 (cr) \u003d 2PbO (cr)) + O 2 (g) + 117,48 kJ.
Javob: -217,86 kJ / mol.
17. Quyidagi ma'lumotlardan foydalanib CuCl hosil bo'lish reaksiyasining standart entalpiyasini hisoblang:
1) CuCl 2 (cr) + Cu (cr) = 2 CuCl (cr) - 63,5 kJ;
2) Cu (cr) + Cl 2 (g) = CuCl 2 (cr) - 205,9 kJ.
Javob: 134,7 kJ / mol.
18. Quyidagi ma’lumotlarni bilib, suyuq holatdagi metil spirtining D f H° ni hisoblang:
H 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) \u003d H 2 O (g), D r H ° \u003d -285,8 kJ;
C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g), D r H ° \u003d -393,7 kJ;
CH 3 OH (l) + 3 / 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (l), D r H ° \u003d -715,0 kJ.
Javob: -250,3 kJ / mol.
19. Benzol va asetilenning yonishning standart entalpiyalari mos ravishda -3270 va -1302 kJ/mol. Asetilenning benzolga aylanishining D r H ° ni aniqlang: 3C 2 H 2 (g) \u003d C 6 H 6 (g).
Javob: -636 kJ.
20. Agar 20 g temir oksidlanganda 146,8 kJ issiqlik ajralib chiqqan bo'lsa, temir oksidi (III) hosil bo'lish standart entalpiyasini aniqlang.
Javob: -822 kJ / mol.
21. Agar 22,4 litr ammiak (n.o.) olinganda ajraladigan issiqlik miqdorini hisoblang.
N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g), D r H ° \u003d -92 kJ.
Javob: -46 kJ.
22. Quyidagi ma’lumotlardan foydalanib etilenning D f H° ni aniqlang.
C 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g) + 2H 2 O (g) -1323 kJ;
C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) -393,7 kJ;
H 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) \u003d H 2 O (g) -241,8 kJ.
Javob: 52 kJ / mol.
23. Reaksiya entalpiyasini hisoblang F (g) + Li (g) \u003d F - (g) + Li + (g),
agar F (g) + e \u003d F - (g) -322 kJ / mol;
Li (g) \u003d Li + (g) + e + 520 kJ / mol.
Javob: 198 kJ.
24. Quyidagi ma'lumotlardan foydalanib, Hg 2 Br 2 hosil bo'lishining standart entalpiyasini hisoblang:
1) HgBr 2 (cr) + Hg (g) = Hg 2 Br 2 (cr) - 37,32 kJ;
2) HgBr 2 (cr) \u003d Hg (l) + Br 2 (l) + 169,45 kJ.
Javob: -206,77 kJ / mol.
25. Quyidagi ma'lumotlardan foydalanib, natriy gidrokarbonat hosil bo'lishining standart entalpiyasini hisoblang:
2NaHCO 3 (cr) \u003d Na 2 CO 3 (cr) + CO 2 (g) + H 2 O (g) + 130,3 kJ,
agar 
kJ/mol;
C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) - 393,7 kJ; H 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) \u003d H 2 O (g) -241,8 kJ.
Javob: -947,4 kJ / mol.
26. Quyidagi ma'lumotlardan foydalanib CaCO 3 (cr) hosil bo'lishining standart entalpiyasini hisoblang:
Ca (OH) 2 (c) + CO 2 (g) \u003d CaCO 3 (cr) + 173,9 kJ;
C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) - 393,7 kJ;
kJ/mol.
Javob: -1206 kJ / mol.
27. Temir oksidi (III) hosil bo`lishining standart entalpiyasini aniqlang, agar reaksiya jarayonida bo`lsa
2Fe + Al 2 O 3 \u003d Fe 2 O 3 + 2Al
har 80 g Fe 2 O 3 uchun 426,5 kJ issiqlik yutiladi, 
kJ/mol.
Javob: -823 kJ / mol.
28. 11,2 kg temir olish uchun qancha issiqlik sarflanishi kerak, agar termokimyoviy tenglamaga muvofiq FeO (t) + H 2 (g) \u003d Fe (t) + H 2 O (g) + 23 kJ bo'lsa. .
Javob: 4600 kJ.
29. Agar grafitning standart yonish issiqligi -393,51 kJ/mol, issiqlik esa bo‘lsa, olmosning yonish issiqligini toping.
va fazaviy o'tish S(grafit) ® S(olmos) bo'ladi
1,88 kJ/mol.
Javob: -395,39 kJ / mol.
30. 1 kg qizil fosfor qora fosforga aylantirilganda qancha issiqlik ajralib chiqadi, agar ma'lum bo'lsa,
qizil va qora fosfor hosil bo'lishining standart entalpiyalari mos ravishda -18,41 va -43,20 kJ/mol.
Javob: -800 kJ.
II bo'lim
Kimyoviy birikmalarning standart hosil bo'lish entalpiyalari va mutlaq entropiyalari qiymatlaridan 25 ° C haroratda kimyoviy reaktsiyaning Gibbs energiyasining standart o'zgarishini hisoblang va o'z-o'zidan reaktsiya ehtimolini aniqlang:
1. 4NH 3g + 5O 2g = 4NO g + 6H 2 O g.
Javob: -955,24 kJ; reaksiya mumkin.
2. SO 2g + 2H 2 S g \u003d 3S dan + 2H 2 O gacha bo'lgan quduq.
Javob: -107,25 kJ; reaksiya mumkin.
3. 2H 2 S g + 3O 2g = 2H 2 O g + 2SO 2g.
Javob: -990,48 kJ; reaksiya mumkin.
4. 2NO g + O 3g + H 2 O quduq \u003d 2HNO 3g.
Javob: - 260,94 kJ; reaksiya mumkin.
5. 3Fe 2 O 3k + CO g \u003d 2Fe 3 O 4k + CO 2g.
Javob: - 64,51 kJ; reaksiya mumkin.
6. 2CH 3 OH w + 3O 2g \u003d 4H 2 Og + 2CO 2g.
Javob: - 1370,46 kJ; reaksiya mumkin.
7. CH 4g + 3CO 2g \u003d 4CO g + 2H 2 O g.
Javob: 228,13 kJ; reaktsiya mumkin emas.
8. Fe 2 O 3k + 3CO g \u003d 2Fe k + 3CO 2g.
Javob: -31,3 kJ; reaksiya mumkin.
9. C 2 H 4g + 3O 2g \u003d 2CO 2g + 2H 2 O g.
Javob: -1313,9 kJ; reaksiya mumkin.
10. 4NH 3g + 3O 2g = 6H 2 O g + 2N 2g.
Javob: -1305,69 kJ; reaksiya mumkin.
11. 4NO 2g + O 2g + 2H 2 O x = 4HNO 3g.
Javob: -55,08 kJ; reaksiya mumkin.
12. 2HNO 3l + NO g = 3NO 2g + H 2 O l.
Javob: -7,71 kJ; reaksiya mumkin.
13. 2C 2 H 2g + 5O 2g \u003d 4CO 2g + 2H 2 O g.
Javob: -2452,81 kJ; reaksiya mumkin.
14. Fe 3 O 4k + 4H 2g \u003d 3Fe dan + 4H 2 O g gacha.
Javob: 99,7 kJ; reaktsiya mumkin emas.
15. 2Fe 2 O 3k + 3C k \u003d 4Fe k + 3CO 2g.
Javob: 297,7 kJ; reaktsiya mumkin emas.
16. Fe 3 O 4k + 4CO g \u003d 3Fe k + 4CO 2g.
Javob: -14,88 kJ; reaksiya mumkin.
17. 2H 2 S g + O 2g \u003d 2H 2 O quduq + 2S c.
Javob: -407,4 kJ; reaksiya mumkin.
18. Fe 2 O 3k + 3H 2g \u003d 2Fe dan + 3H 2 O g gacha.
Javob: 54,47 kJ; reaktsiya mumkin emas.
Kimyoviy birikmalarning standart hosil bo'lish entalpiyalari va mutlaq entropiyalari qiymatlaridan 25 ° C haroratda kimyoviy reaksiyaning Gibbs energiyasining standart o'zgarishini hisoblang va tizimda qanday haroratda muvozanat paydo bo'lishini aniqlang.
19. 4HCl g + O 2g ↔ 2Cl 2g + 2H 2 O f.
Javob: -93,1 kJ; ~552 K.
20. Cl 2g + 2HI g ↔ I 2c + 2HCl g.
Javob: -194,0 kJ; ~1632 K.
21. SO 2g + 2CO g ↔ 2CO 2g + S c.
Javob: -214,24 kJ; ~1462 K.
22. CH 4g + 2H 2 Og ↔ CO 2g + 4H 2g.
Javob: 113,8 kJ; ~959 K.
23. CO g + 3H 2g ↔ CH 4g + H 2 O g.
Javob: -142,36 kJ; ~ 963 K.
Kimyoviy birikmalarning standart hosil bo'lish entalpiyalari va absolyut entropiyalaridan 350 °C haroratda kimyoviy reaksiyaning Gibbs energiyasining o'zgarishini hisoblang. D f H ° va S ° ning haroratga bog'liqligiga e'tibor bermang. Spontan reaktsiyalar ehtimolini belgilang:
24. 2RN 3g + 4O 2g \u003d P 2 O 5k + 3H 2 O g.
Javob: 1910,47 kJ; reaksiya mumkin.
25. Cl 2 g + SO 2 g + 2H 2 O w = H 2 SO 4 w + 2HCl g.
Javob: -80,0 kJ; reaksiya mumkin.
26. P 2 O 5k + 5C k \u003d 2P k + 5CO g.
Javob: 860,0 kJ; reaktsiya mumkin emas.
27. 2CO g + SO 2g \u003d S dan + 2CO 2g gacha.
Javob: -154,4 kJ; reaksiya mumkin.
28. CO 2g + 4H 2g \u003d CH 4g + 2H 2 O g.
Javob: -57,9 kJ; reaksiya mumkin.
29. NO g + O 3 g = O 2 g + NO 2 g.
Javob: -196,83 kJ; reaksiya mumkin.
30. CH 4g + 2O 2g \u003d CO 2g + 2H 2 O g.
Javob: -798,8 kJ; reaksiya mumkin.
O'z-o'zidan reaktsiya ehtimoli;
Entropiya;
Izobarik - izotermik potensial yoki Gibbsning erkin energiyasi.
O'z-o'zidan jarayonlar chaqiriladi, buning natijasida foydali ishlarni olish mumkin, o'z-o'zidan bo'lmagan ishni sarflash kerak bo'lgan jarayonlardir.
Ikkita spontan jarayonni ko'rib chiqing - natriy gidroksidning erishi va ammoniy selitraning erishi:
Bular o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar, lekin ulardan biri issiqlikning chiqishi, ikkinchisi esa issiqlikning yutilishi bilan birga keladi. Ko'rib turganimizdek, jarayonning issiqlik effektining belgisi (entalpiya omili) o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonning imkoniyatini aniq belgilamaydi. Jarayonning o'z-o'zidan paydo bo'lishida 2-chi omil mavjud - entropiya omili.
Entropiya nima?
Har qanday tizimning holati, bir tomondan, tizimning o'lchangan parametrlarining qiymati (tizimning makroholatlari), ikkinchi tomondan, tizimning holatini bir lahzali mikroholatlar to'plami bilan tavsiflash mumkin. , bu bizning tizimimizni tashkil etuvchi mikrozarrachalarning turli energiya darajalariga mos keladi.
Materiyaning makroholatiga mos keladigan mikroholatlar soni deyiladi termodinamik ehtimollik uning holatlari (W), ya'ni W - molekulalarning turli energiya darajalari o'rtasida taqsimlanishi mumkin bo'lgan usullar soni.
Termodinamik holat ehtimoli bilan bog'liq bo'lib, tizimning holat funktsiyasi entropiya (S) deb ataladi.
S = k ln Vt, bu yerda k - Boltsman doimiysi, k ≈ 1,38∙10 -23 J/K,
W - tizim holatining termodinamik ehtimolligi.
1 mol modda uchun:
S = R ln W, bu erda R universal gaz doimiysi, bu erda S bilan o'lchanadi.
Davlat ehtimoli maksimal sistemaning maksimal tartibsizligida, ya'ni tizim eng tartibsiz holatda bo'lganida entropiya maksimal bo'ladi. Bu tizim o'z-o'zidan harakat qiladi.
Har qanday tizim eng katta tartibsizlik holatiga o'tishga intiladi, ya'ni o'z-o'zidan, har qanday tizim entropiyani oshirishga intiladi. Va entropiya tizimdagi buzilishning o'lchovidir. Gazlarning erishi, qaynashi, kengayishi kabi fizik jarayonlarda kuchayadi. Kimyoviy jarayonlarda qattiq yoki suyuq holatda olingan dastlabki moddalardan gazsimon reaksiya mahsulotlari olinsa yoki reaksiya jarayonida molekulalar soni ortib ketsa, entropiya ortadi.
Ya'ni, entropiya o'sadi, chunki harakatlanuvchi zarralar soni ortadi.
D.S.< 0 , - энтропия уменьшается т. к. уменьшается количество частиц (из 3-х в 2) и система переходит из газообразного состояния в жидкое.
V 1 hajm bilan tavsiflangan bir holatdan ikkinchisiga - V 2 hajmga o'tish paytida tizimdagi entropiyaning o'zgarishini ko'rib chiqing:
Agar V 2 > V 1 bo'lsa, u holda DS > 0, agar V 2 bo'lsa< V 1 , то DS < 0, т.е. при увеличении объема энтропия увеличивается.
Mutlaq noldagi ideal kristalning entropiyasi nolga teng, shuning uchun siz har bir modda uchun entropiyaning mutlaq qiymatini hisoblashingiz mumkin. Jadvallar standart sharoitlarda entropiyaning standart qiymatini (S °) ko'rsatadi.
Entropiya materiya holatining funktsiyasi bo'lib, u tizimning bir holatdan ikkinchi holatga o'tish yo'liga bog'liq emasligini bildiradi. Qaytariladigan izotermik jarayonlar uchun ( fazali o'tishlar), entropiyaning o'zgarishi entalpiya o'zgarishining haroratga bo'linishiga teng:
Entropiya haroratga bog'liq:
Bu erda C P - doimiy bosimdagi molyar issiqlik sig'imi.
Nazariy ma'lumotlar
Kimyoviy jarayonni kimyoviy ob'ektlardan - elektron, proton, atomdan tirik tizimga ko'tarilishning birinchi bosqichi deb hisoblash mumkin.
Kimyoviy jarayonlar haqidagi ta'limot- bu fizika, kimyo, biologiya eng chuqur o'zaro bog'liq bo'lgan fan sohasi. Bu nazariya kimyoviy termodinamika va kinetikaga asoslangan.
Moddaning kimyoviy o'zgarishlarga duchor bo'lish qobiliyati ularning reaktivligi bilan belgilanadi, ya'ni. reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiati - kimyoviy bog'lanishning tarkibi, tuzilishi, tabiati; jarayonning imkoniyatini belgilovchi energiya omillari va uning borish tezligini belgilovchi kinetik omillar.
Deyarli barcha kimyoviy jarayonlar energiyaning chiqishi yoki yutilishi bilan birga keladi, ko'pincha issiqlik va ish shaklida.
Issiqlik - berilgan tizimni tashkil etuvchi zarrachalarning tasodifiy, tartibsiz harakatining miqdoriy o'lchovi.
Ish - yo'naltirilgan kuch maydonida zarralarning tartibli harakatining miqdoriy o'lchovi.
Kimyoviy reaktsiyalar jarayonida energiyaning bir shakldan ikkinchisiga o'tishini o'rganadigan va ma'lum sharoitlarda ularning o'z-o'zidan oqimining yo'nalishi va chegaralarini belgilovchi kimyo bo'limi deyiladi. kimyoviy termodinamika .
Kimyoviy termodinamikaning o'rganish ob'ekti kimyoviy tizimdir.
Tizim - bu o'rganilayotgan jism yoki bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiluvchi va atrof-muhitdan issiqlikni o'tkazuvchi yoki o'tkazmaydigan chegaralar bilan aqliy yoki haqiqatda ajratilgan jismlar guruhi.
Tizimning atrof-muhit bilan o'zaro ta'sirining tabiatiga qarab, mavjud ochiq, yopiq va izolyatsiyalangan tizimlari.
ochiq tizimlar atrof-muhit bilan energiya va materiya almashishi mumkin. Masalan, ochiq idishdagi natriy xloridning suvli eritmasi. Suv eritmadan bug'langanda va issiqlik almashinuvi paytida tizimning massasi va uning harorati o'zgaradi va natijada energiya.
Yopiq tizimlar atrof-muhit bilan moddalarni almashtirmang. Masalan, natriy xloridning yopiq idishdagi eritmasi. Agar eritma va muhit har xil haroratga ega bo'lsa, u holda eritma isitiladi yoki soviydi va shuning uchun uning energiyasi o'zgaradi.
Izolyatsiya qilingan tizimlar atrof-muhit bilan modda yoki energiya almasha olmaydi. Izolyatsiya qilingan tizim idealizatsiyadir. Tabiatda bunday tizimlar mavjud emas. Ammo, amaliy amalga oshirishning imkoni yo'qligiga qaramay, izolyatsiyalangan tizimlar tizim va uning muhiti o'rtasidagi maksimal nazariy energiya farqlarini aniqlashga imkon beradi.
Tizimning holati xususiyatlar to'plami bilan belgilanadi va bilan tavsiflanadi termodinamik parametrlar : harorat (), bosim (), hajm (), zichlik (), moddaning miqdori (), bajarilgan ish (), issiqlik (). Kamida bitta termodinamik parametrning o'zgarishi butun tizim holatining o'zgarishiga olib keladi. Agar barcha parametrlar vaqt va makonda doimiy bo'lsa, u holda tizimning bu holati deyiladi muvozanat .
Termodinamikada tizimning xossalari uning muvozanat holatida: tizimning bir holatdan ikkinchi holatga oʻtish yoʻlidan qatʼiy nazar, boshlangʻich va yakuniy holatda koʻrib chiqiladi. Tizimning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishi , = const chaqirdi izobarik-izotermik, da, = const– izoxorik-izotermik.
Kimyoviy termodinamikaning eng muhim vazifalari ma'lum bir kimyoviy reaksiyaning ma'lum sharoitlarda va ma'lum bir yo'nalishda o'z-o'zidan sodir bo'lishi mumkinligini yoki mumkin emasligini yoritib berishdan iborat; jarayonning maksimal chiqishiga erishiladigan termodinamik parametrlarning qiymatini belgilash; tizimda sodir bo'ladigan energiya o'zgarishining xususiyatlarini aniqlash. Uni toping termodinamik funktsiyalar ().
Davlat funktsiyasi xarakterlanadi tizimning ichki energiyasi – tananing barcha zarralarining bir-biri bilan o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi va ularning harakatining kinetik energiyasi yig'indisi. Bu moddaning holatiga - turiga, massasiga, yig'ilish holatiga bog'liq. Ichki energiyaning mutlaq qiymatini o'lchash mumkin emas. Kimyoviy jarayonlarni o'rganish uchun tizimning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishida faqat ichki energiyaning o'zgarishini bilish muhimdir.
(27)
Qayerda 
qachon tizimning ichki energiyasi kamayadi 
- ortadi. Ichki energiyadagi barcha o'zgarishlar molekulalarning xaotik to'qnashuvi (bu yo'l bilan uzatiladigan energiya o'lchovi issiqlik) va har qanday kuchlar ta'sirida ko'p miqdordagi zarrachalardan tashkil topgan massalarning harakati (o'tkazilgan energiya o'lchovi) tufayli sodir bo'ladi. bu ish). Shunday qilib, ichki energiyani uzatish qisman issiqlik shaklida va qisman ish shaklida amalga oshirilishi mumkin:
(28)
Yuqoridagi tenglama matematik ifodadir Termodinamikaning I qonuni : Agar tizimga issiqlik berilsa, u holda berilgan issiqlik tizimning ichki energiyasini oshirishga va buning uchun ishlarni bajarishga sarflanadi.
Izokorik-izotermik jarayonda tizimga berilgan barcha issiqlik ichki energiyani o'zgartirishga sarflanadi:
(29)
Izobar-izotermik jarayonda tizim tomonidan bajariladigan yagona ish kengayish ishi hisoblanadi:
(30)
tizimdagi bosim qayerda, hajmning o'zgarishi
Keyin termodinamikaning birinchi qonunining matematik ifodasi quyidagi shaklni oladi: 
(31)
Belgilovchi 
, olamiz 
Tizim holati funktsiyasi H - entalpiya tizimning umumiy energiya zahirasi, ya'ni. tizimning energiya tarkibi hisoblanadi. Tizimning entalpiyasi ish miqdori bo'yicha ichki energiyadan katta.
Reaksiya jarayonida energiya namoyon bo'lishini tavsiflash, tushuncha termal effekt.
termal effekt- bu reaksiyaning qaytarilmas jarayoni davomida ajralib chiqadigan yoki yutilgan issiqlik miqdori, bunda yagona ish kengayish ishi hisoblanadi. Bunday holda, boshlang'ich moddalar va reaktsiya mahsulotlarining harorati bir xil bo'lishi kerak. termal effekt endotermik reaksiya(issiqlik yutilishi bilan oqimlar) ijobiy bo'ladi: 
, 
. termal effekt ekzotermik reaksiya(issiqlik chiqishi bilan oqadi) salbiy bo'ladi: 
, 
.
Kimyoning kimyoviy reaksiyalarning issiqlik ta'sirini o'rganishga bag'ishlangan bo'limi deyiladi termokimyo .
Har qanday kimyoviy reaktsiya reaksiyaga kirishuvchi moddalarning energiya zahirasining o'zgarishi bilan birga keladi. Kimyoviy birikma hosil bo'lganda qancha energiya ajralib chiqsa, bu birikma shunchalik barqaror bo'ladi va aksincha, endotermik reaksiya natijasida olingan modda beqaror bo'ladi.
Reaksiya issiqligi ko'rsatilgan kimyoviy tenglamalarda ular deyiladi termokimyoviy. Ular massa va energiyaning saqlanish qonunlari asosida tuzilgan.
Turli jarayonlarning issiqlik ta'sirini solishtirish uchun ularning paydo bo'lish shartlari standartlashtirilgan. Standart shartlar - T 0 \u003d 298 K, p 0 \u003d 101,313 kPa, n - 1 mol sof modda, entalpiya o'zgarishi ( 
) moddaning birlik miqdorini bildiradi, kJ/mol. Barcha standart termodinamik funktsiyalar jadval qiymatlari hisoblanadi, bu moddaning agregatsiya holatiga bog'liq.
Termokimyoning miqdoriy qonunlari termodinamikaning I qonunidan kelib chiqadi.
Lavuazye-Laplas qonuni(1780 - 1784) - har bir kimyoviy birikma uchun parchalanish issiqligi uning hosil bo'lish issiqligiga teng, lekin teskari belgiga ega.
Qonun G.I. Hess(1840) - kimyoviy reaksiyaning issiqlik ta'siri dastlabki moddalar va yakuniy mahsulotlarning tabiati va fizik holatiga bog'liq, lekin reaktsiyaning tabiati va yo'liga bog'liq emas, ya'ni. individual oraliq bosqichlar ketma-ketligidan. Bu qonun termokimyoning nazariy asosi hisoblanadi. Undan bir qator oqibatlar kelib chiqadi:
Termokimyoviy hisoblarda oddiy moddalarning standart sharoitda hosil bo'lish issiqligi (entalpiyasi) nolga teng deb qabul qilinadi.
(oddiy modda) = 0
Oddiy sharoitlarda oddiy moddadan 1 mol murakkab modda hosil bo'lganda ajralib chiqadigan yoki yutilgan energiya miqdori standart hosil bo'lish entalpiyasi deb ataladi ( 
, kJ/mol).
Standart sharoitda karbonat angidrid va suvga parchalanadigan 1 mol organik modda tomonidan chiqarilgan yoki so'rilgan energiya miqdori standart yonish entalpiyasi deb ataladi ( 
, kJ/mol).
Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti stexiometrik koeffitsientlarni hisobga olgan holda reaksiya mahsulotlarining hosil bo'lish issiqliklari yig'indisi bilan boshlang'ich moddalarning hosil bo'lish issiqliklari yig'indisi o'rtasidagi farqga teng:
standart sharoitda kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti qayerda; 
- reaksiya mahsulotlarining hosil bo'lishining standart issiqliklari yig'indisi; 
- boshlang'ich moddalarning hosil bo'lishining standart issiqliklari yig'indisi; 
, 
- reaksiya mahsulotlari va boshlang'ich materiallarning mos ravishda stexiometrik koeffitsientlari.
Gess qonuni turli reaksiyalarning issiqlik effektlarini hisoblash imkonini beradi. Ammo issiqlik effektining belgisi va kattaligi jarayonlarning o'z-o'zidan borish qobiliyatini baholashga imkon bermaydi va jarayonlarning yo'nalishi va to'liqligi haqida ma'lumotni o'z ichiga olmaydi.
Spontan jarayonlar(tabiiy yoki ijobiy) - tashqi muhitning aralashuvisiz tizimdagi oqim va tizimning ichki energiyasining pasayishi va energiyani issiqlik va ish shaklida atrof-muhitga o'tkazish bilan birga keladi. Endotermik o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar bu ta'rifga zid emas, chunki ular izolyatsiyalanmagan tizimda sodir bo'lishi va atrof-muhitning issiqligi tufayli ish hosil qilishi mumkin.
O'z-o'zidan (tashqi ta'sirsiz) sodir bo'lmaydigan jarayonlar deyiladi o'z-o'zidan bo'lmagan , g'ayritabiiy yoki salbiy. Bunday jarayonlar energiyani tashqi muhitdan tizimga issiqlik yoki ish shaklida o'tkazish orqali amalga oshiriladi.
Termodinamikaning ikkinchi qonuniga ko'ra, o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar tizimning ichki energiya zaxirasini yoki entalpiyasini kamaytirish yo'nalishida boradi. Biroq, bunday jarayonlar ma'lumki, tizimning ichki energiyasini o'zgartirmasdan o'z-o'zidan ketadi. Bunday jarayonlarning harakatlantiruvchi kuchi tizimning entropiyasidir.
Entropiya(bog'langan energiya) (
S)
- bu jarayonning qaytarilmasligining o'lchovidir, energiyaning mustaqil ravishda boshqa energiyaga o'tishi mumkin bo'lmagan shaklga o'tish o'lchovidir. Entropiya tizimdagi tartibsizlikni tavsiflaydi, tartibsizlik qanchalik yuqori bo'lsa, entropiya shunchalik yuqori bo'ladi. U zarrachalar harakatining kuchayishi bilan ortadi. Tashqi muhitdan ajratilgan tizimlarda jarayonlar o'z-o'zidan ortib borayotgan entropiya () yo'nalishi bo'yicha boradi. Entropiya kamayadigan jarayonlar ( 
) izolyatsiyalangan tizimlarda amalga oshirib bo'lmaydi. Agar jarayon to'g'ridan-to'g'ri va teskari yo'nalishlarda mumkin bo'lsa, u holda izolyatsiyalangan tizimda u entropiyani oshirish yo'nalishida davom etadi. Izolyatsiya qilingan tizimdagi o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonning borishi muvozanat holati bilan tugaydi. Shuning uchun, muvozanatda tizim entropiyasi maksimal
.
Boltsman shunga ko'ra tenglama chiqardi
(34) bu yerda Boltsman doimiysi, W - holat ehtimoli, berilgan mikroholatga mos keladigan mikroholatlar sonini aniqlaydi.
Bu munosabat shuni ko'rsatadiki, entropiyani tizimning molekulyar buzilishining o'lchovi sifatida ko'rish mumkin.
Izotermik jarayon uchun termodinamikaning II qonuniga ko'ra, entropiyaning o'zgarishi:
; [J/(mol K] (35)
Oddiy moddalarning entropiyasi nolga teng emas. Entalpiyadan farqli o'laroq, entropiyaning mutlaq qiymatini o'lchash mumkin. "Mutlaq nolda ideal kristalning entropiyasi nolga teng" - M. Plank (1911) tomonidan bu postulat deyiladi. Termodinamikaning III qonuni.
Kimyoviy jarayon entropiyasining o'zgarishi balans tenglamasi bilan aniqlanadi:
Har qanday tizim tartib () va tartibsizlik () bilan tavsiflanadi. Ularning nisbati reaktsiya yo'nalishini belgilaydi.
Shunday qilib, tizimning barqaror holatga o'z-o'zidan harakatlanishi paytida ikkita tendentsiya paydo bo'ladi: entalpiyaning pasayishi. 
va entropiyaning ortishi. Doimiy harorat va bosimdagi ikki tendentsiyaning birgalikdagi ta'sirini aks ettiradi izobarik-izotermik potentsial yoki Gibbs energiyasi ()
.
Davlat funktsiyasi
jarayonning umumiy harakatlantiruvchi kuchini, tizim tomonidan bajariladigan maksimal mumkin bo'lgan foydali ishni ("erkin energiya") tavsiflaydi; 
- foydali ishga aylantirilmaydigan energiyaning bir qismi ("bog'langan energiya").
Kimyoviy reaktsiyalar ochiq idishda hajmning o'zgarishi bilan davom etadi, shuning uchun jarayonning imkoniyati (o'z-o'zidan) va yo'nalishi standart sharoitlarda muvozanat tenglamasi bilan aniqlangan funktsiyani tavsiflaydi:
; 
(38)
Jarayonning o'z-o'zidan borishi Gibbs energiyasining pasayishiga to'g'ri keladi, 
. Qanchalik kamaysa, jarayon shunchalik qaytarilmas tarzda yakuniy reaksiya maxsulotlarini hosil qilish tomon boradi. Izobarik potentsialning oshishi 
berilgan sharoitda jarayonni amalga oshirish mumkin emasligining belgisidir. Ma'nosi 
muvozanat holatini tavsiflaydi, ya'ni. tizim foydali ish yaratmaydigan holat.
Gibbs tenglamasidagi qiymatlarni tahlil qilish shuni ko'rsatdiki, teskari jarayonning mumkinligi bir xil belgilar va . Muayyan haroratda qiymatlar va teng bo'lish. Shuning uchun Gibbs tenglamasidan "muvozanat" haroratini yoki jarayonning boshlanishi haroratini aniqlash mumkin ():
; = 0
; 
; 
(39)
Shunday qilib, erkin energiyaning o'zgarishi salbiy bo'lgan reaktsiyalar o'z-o'zidan davom etadi. qaysi reaksiyalar , faqat tizimda ish tashqi kuchlar tomonidan bajarilgan yoki energiya tashqaridan tizimga o'tkazilgan holda oqim. Jarayonning o'z-o'zidan ketishi uchun shartlar shaklda ko'rsatilgan. 3.
Kimyoviy reaksiyalar, Kimyoviy reaksiyalar,
o'z-o'zidan oqayotgan o'z-o'zidan emas
ekzotermik reaksiyalar, ekzotermik reaksiyalar,
hamrohlik qiluvchi
entropiyaning ortishi entropiyaning pasayishi
da har qanday haroratlarda yuqori haroratlar
endotermik reaksiyalar
hamrohlik qilgan
entropiya ortishi
da past haroratlar
Guruch. 3. Jarayonning o'z-o'zidan ketishining shartlari.
3.2. Nazorat savollari va topshiriqlari
1. Tizim deb nimaga aytiladi? Tizimning parametrlari qanday?
2. Sistemaning ichki energiyasi, izoxorik va izobar jarayonlar haqida tushuncha bering.
3. Entalpiya deb nimaga aytiladi?
4. Birikmalarning hosil bo`lish entalpiyasi, moddalarning yonish va hosil bo`lish standart entalpiyalarini aytib bering.
5. Gess qonuni va uning oqibatlari, termokimyoviy hisoblarda qo‘llanilishi.
6. Neytrallanish, erish, gidratlanish issiqliklarini (entalpiyalarini) aniqlash.
7. Entropiya. Boltsman tenglamasi. Entropiya harorat bilan qanday o'zgaradi?
8. Gibbs energiyasi. Jarayonning spontan oqimining mezonlari.
9. 3-ilovadagi ma'lumotnoma ma'lumotlaridan foydalanib, reaktsiyaning standart entalpiyasining o'zgarishini hisoblang ():
10. 3-ilovadagi ma'lumotnoma ma'lumotlaridan foydalanib, reaksiyaning standart entropiyasining o'zgarishini hisoblang ( 
):
11. 846 0 S da reaksiyalarni hisoblang, agar = 230 kJ, = 593 J/K.
Muammoni hal qilishga misollar
1-misol Etil spirtining yonish reaktsiyasi C 2 H 5 OH (L) + 3O 2 (G) \u003d 2CO 2 (G) + 3H 2 O (L) termokimyoviy tenglama bilan ifodalanadi. Reaksiyaning issiqlik effektini hisoblang, agar C 2 H 5 OH (L) ning bug'lanishning molyar issiqligi +42,36 kJ va C 2 H 5 OH (G) ning hosil bo'lish issiqligi = -235,31 kJ ekanligi ma'lum bo'lsa, CO 2 (G) \u003d -393,51 kJ, H 2 O (L) \u003d -285,84 kJ.
Yechim. Reaksiyaning D ni aniqlash uchun C 2 H 5 OH (L) hosil bo'lish issiqligini bilish kerak. Biz ma'lumotlardan ikkinchisini topamiz:
C 2 H 5 OH (F) \u003d C 2 H 5 OH (G); D D = +42,36 kJ
42,36 \u003d -235,31 - DE (C 2 H 5 OH (Vt))
DE (C 2 H 5 OH (W)) \u003d -235,31-42,36 \u003d -277,67 kJ
Gess qonuni natijalarini qo'llagan holda reaktsiyaning D ni hisoblaymiz:
D H.R. \u003d 2 (-393,51) + 3 (-285,84) + 277,67 \u003d -1366,87 kJ.
Reaksiyaning issiqlik effekti 1366,87 kJ ni tashkil qiladi.
a) Fe 2 O 3 (K) + 3H 2 (G) \u003d 2Fe (K) + 3H 2 O (G)
b) Fe 2 O 3 (K) + 3CO (G) \u003d 2Fe (K) + 3CO 2 (G)
Qaysi jarayon ko'proq energiya talab qiladi?
Yechim. DA XP ni hisoblash uchun biz Gess qonuni natijasi formulasidan va har bir moddaning hosil bo'lishining standart entalpiyalaridan foydalanamiz [3-ilova]:
a) DE XP \u003d 2D (Fe) + 3D (H 2 O) - (DE (Fe 2 O 3) + 3D (H 2)) \u003d 2 (0) + 3 (-241,8) - ((-822) .2) + 3(0)) = -725,4 + 822,2 = 96,8 kJ.
b) DE XP \u003d 2D (Fe) + 3D (CO 2) - (DE (Fe 2 O 3) + 3D (CO)) \u003d 2 (0) + 3 (-393,5) - ((-822,2 ) + 3(-110,5)) = -1180,5 + 822,2 + 331,5 = -26,5 kJ.
Hisob-kitoblarga ko'ra, a) jarayon - temir oksidi (III) ning vodorod bilan qaytarilishi b) jarayonga qaraganda ko'proq energiya talab qiladi. b) jarayonida reaksiya hatto ekzotermik (energiya issiqlik shaklida chiqariladi).
3-misol Suv gazi teng hajmdagi vodorod va uglerod oksidi (II) aralashmasidir. 112 litr suv gazining yonishida ajralib chiqadigan issiqlik miqdorini toping, (n.o.).
Yechim. Jarayonning termokimyoviy tenglamasini tuzamiz:
H 2 (G) + CO (G) + O 2 (G) \u003d H 2 O (G) + CO 2 (G) DE XP \u003d - Q.
2 mol suv gazi (1 mol H 2 va 1 mol CO) yonganda D XP ni hisoblaylik, ya'ni. 22,4 l / mol 2 mol \u003d 44,8 l. Hisoblash Gess qonunining oqibati formulasi va har bir moddaning hosil bo'lish standart entalpiyalari bo'yicha amalga oshiriladi [Qo'shish. 3]:
DE XP \u003d DA (H 2 O) + DA (CO 2) - (DE (H 2) + DE (CO) + DA (O 2)) \u003d -241,8 - 393,5 - (0 - 110,5) = 0 - 635,3 + 110,5 = - 524,8 kJ
Biz nisbatni tuzamiz:
44,8 litr suv gazi yonadi - 524,8 kJ issiqlik chiqariladi
112 l - X kJ
X \u003d 112 524,8 / 44,8 \u003d 1312 kJ
112 litr suv gazini yoqishda 1312 kJ issiqlik ajralib chiqadi.
4-misol Reja bo'yicha Ga + HCl) ↔ GaCl 3 (t) + H 2 (g) jarayonining termodinamik tavsifini bering:
1. Stokiometrik tenglamani yozing.
2. Ishtirok etgan moddalarning termodinamik funksiyalarini yozing.
3. Kimyoviy reaksiyaning standart entalpiyasining o‘zgarishini hisoblang va entalpiya diagrammasini tuzing.
4. Reaksiyaning ekzotermik yoki endotermik ekanligini aniqlang; bu reaksiya natijasida tizimdagi harorat ortadi yoki kamayadi.
5. Reaksiyaning standart entropiyasining o‘zgarishini hisoblang, reaksiya jarayonida entropiyaning o‘zgarishini tushuntiring.
6. Balans tenglamasi va Gibbs tenglamasidan Gibbs energiyasining standart o'zgarishini hisoblang. Olingan ma'lumotlarning tahlilini bering.
7. Miqdorlarning belgilarini moslang 
. va 
Reaksiya teskari degan xulosaga keling.
8. Qaytariladigan reaksiya uchun maksimal ruxsat etilgan harorat 3000 K deb faraz qilib, Gibbs tenglamasi bo'yicha muvozanat haroratini hisoblang. Xulosa qiling: Tp - amalga oshiriladi yoki amalga oshirilmaydi.
9. Qiymatni hisoblang 
uchta haroratda (500, 1000 va 1500 K). Syujetli grafik bog'liqlik 
..
10. Kimyoviy reaksiyaning o`z-o`zidan bo`lishi haqida xulosa chiqaring. Reaksiya mumkin bo'lgan sharoitlarni aniqlang
Yechim.
1 Stokiometrik tenglamani yozing.
2. Reaksiya komponentlarini hosil qilishning standart termodinamik funksiyalarini yozamiz (21-jadval) (moddalarning termodinamik parametrlari [3-ilova] dan).
