ამოცანები თერმოდინამიკის საფუძვლების განყოფილებისთვის ამონახსნებით. თერმოდინამიკური გამოთვლები ქიმიურ ტექნოლოგიაში
რუსეთის ფედერაციის განათლებისა და მეცნიერების სამინისტრო
პეტერბურგის სახელმწიფო პოლიტექნიკური უნივერსიტეტი
ტექნოლოგიებისა და მასალების კვლევის ფაკულტეტი
"ფიზიკური ქიმიის, მიკრო და ნანოტექნოლოგიების" განყოფილება
საკურსო სამუშაო
„ნაკადის შესაძლებლობის თერმოდინამიკური შეფასება
ქიმიური პროცესი"
ვარიანტი ნომერი 18
დისციპლინაში "ფიზიკური ქიმია"
სამუშაო შეასრულა 2068/2 ჯგუფის მოსწავლემ
______________ / დიმიტრიევა ა.ვ.
სამუშაო შემოწმებულია
______________ / Ხელოვნება. მასწავლებელი ელიზაროვა ე.პ.
გაანგარიშება ხორციელდება შემდეგი მიახლოებით:
- მიიღეთ რეაქციის ყველა მონაწილის სითბოს შესაძლებლობები.
- Მიიღოს.
- Მიიღოს.
რეაქციის ყველა მონაწილის ცხრილის მონაცემები მოცემულია ქვემოთ.
ნივთიერება |
კჯ/მოლ∙K |
||||||
დასასრულს წარმოადგინეთ ყველა გამოთვლილი მონაცემი ცხრილში და მიღებული მნიშვნელობების ანალიზის საფუძველზე უპასუხეთ შემდეგ კითხვებს:
- განსაზღვრეთ ქიმიური რეაქციის თერმოდინამიკური შესაძლებლობა მოცემულ ტემპერატურაზე.
- განსაზღვრეთ ამ რეაქციის ტიპი თერმოქიმიის თვალსაზრისით.
- შეაფასეთ ტემპერატურისა და წნევის გავლენა წონასწორობის სიდიდესა და ცვლაზე.
ენტროპიის მეთოდი გიბსის ენერგიისა და ქიმიური რეაქციის წონასწორობის მუდმივის ცვლილების გამოსათვლელად
ეს მეთოდი იყენებს რეაქციაში მონაწილე ნივთიერებების ენტროპიის მნიშვნელობებს. იგი ეფუძნება თანაფარდობას
(სად არის გიბსის ენერგიის ცვლილება Т ტემპერატურაზე;
რეაქციის თერმული ეფექტი T ტემპერატურაზე;
რეაქციის ენტროპიის ცვლილება T ტემპერატურაზე),
მიღებული განტოლებიდან G = H – TS მუდმივ ტემპერატურაზე მიმდინარე რეაქციისთვის. ვინაიდან ენტროპიებისა და ნივთიერებების წარმოქმნის სითბოს სტანდარტული მნიშვნელობები განისაზღვრა სტანდარტულ პირობებში (p = 1 ატმ, T = 298 K), შესაძლებელია გიბსის ენერგიის სტანდარტული ცვლილების გამოთვლა ფორმულის გამოყენებით:
პირველ რიგში, 298 K ტემპერატურაზე, განისაზღვრება რეაქციის თერმული ეფექტი და რეაქციის მონაწილეთა ენტროპიების ალგებრული ჯამი, სტექიომეტრიული კოეფიციენტების გათვალისწინებით:
რეაქციის თერმული ეფექტი მოცემულ ტემპერატურაზე გამოითვლება კირხჰოფის კანონის მიხედვით: თერმული ეფექტის წარმოებული ტემპერატურასთან მიმართებაში უდრის რეაქციაში მონაწილე ნივთიერებების სითბოს შესაძლებლობების ალგებრულ ჯამს.
თუ, მაშინ თერმული ეფექტი იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად; თუ ასეა, მცირდება.
რეაქციის ენტროპიების ალგებრული ჯამი გვხვდება განტოლებიდან
და ბოლოს, გიბსის ენერგიის ცვლილების გამოსათვლელად, ჩვენ ვიღებთ
თუ რეაქციის მონაწილეები განიცდიან ფაზურ გარდაქმნებს შესწავლილ ინტერვალში, მაშინ ენტოლპიისა და ენტროპიის ცვლილებები უნდა მოიძებნოს ინტეგრაციის ინტერვალის მონაკვეთებად დაყოფით:
სითბოს სიმძლავრეები, რომლებიც შეესაბამება ფაზას მოცემულ ტემპერატურულ დიაპაზონში;
თუ ფორმირების სიცხე ეხება რეაქციის პროდუქტს, მაშინ იდება ნიშანი "+"; თუ თავდაპირველ ნივთიერებას, მაშინ ნიშანი "".
პირველ მიახლოებაში განტოლება (*) გამარტივებულია სითბოს სიმძლავრეების ჯამის ნულამდე გათანაბრებით. ანუ, ჩვენ უგულებელყოფთ ნივთიერებების ენტოლპიებისა და ენტროპიების ტემპერატურულ დამოკიდებულებას:
მეორე მიახლოებით, სითბოს სიმძლავრე მიიღება როგორც მუდმივი მნიშვნელობა, რომელიც ტოლია ნივთიერებების თბოტევადობის T = 298 K-ზე და მათი ალგებრული ჯამი გვხვდება სტექიომეტრიული კოეფიციენტების გათვალისწინებით:
შემდეგ ფორმულიდან (*) ვიღებთ სავარაუდო ფორმულას:
ყველაზე ზუსტი მესამე მიახლოება ითვალისწინებს ნივთიერებების ენტოლპიისა და ენტროპიის ტემპერატურულ დამოკიდებულებას და გაანგარიშება ხორციელდება ფორმულის მიხედვით (*).
გიბსის ენერგიის სტანდარტული ცვლილება საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ქიმიური რეაქციის მთავარი მახასიათებელი - ქიმიური წონასწორობის მუდმივა.
თითოეული ქიმიური რეაქცია მისი დაწყებიდან გარკვეული დროის შემდეგ მოდის წონასწორობის მდგომარეობაში. წონასწორობა არის მდგომარეობა, რომელშიც სისტემის შემადგენლობა არ იცვლება დროთა განმავლობაში. რეაქციის წონასწორობა დამახასიათებელი იქნება წონასწორობის მუდმივით. ნაწილობრივი წნევით გამოხატულ მუდმივებს უდიდესი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს.
თუ რეაქციაში მონაწილე ყველა ნივთიერება სტანდარტულ მდგომარეობაშია, მაშინ ამ შემთხვევაში
წონასწორობის მუდმივის რიცხვითი მნიშვნელობის გამოთვლით, შეიძლება გამოვთვალოთ ნებისმიერი რეაქციის პროდუქტის გამოსავლიანობა და შევაფასოთ რეაქციის ოპტიმალური პირობები (წნევა და ტემპერატურა).
ასევე, გიბსის ენერგიის სტანდარტული ცვლილების ნიშნის ცოდნა, შეიძლება შეფასდეს რეაქციის თერმოდინამიკური ალბათობა. თუ, მაშინ რეაქცია შეიძლება მიმდინარეობდეს სპონტანურად მოცემულ პირობებში. თუ, მაშინ რეაქცია არ მიმდინარეობს მოცემულ პირობებში.
დასახლების ნაწილი
რეაქციის თერმული ეფექტი T=298 K-ზე:
რეაქციის ენტროპიის ცვლილება T=298 K-ზე:
პირველი მიდგომა (:
რეაქციაში მონაწილე ნივთიერებების თბოტევადობა T=298 K-ზე:
სითბოს სიმძლავრეების ალგებრული ჯამი T=298 K-ზე:
შემდეგ თერმული ეფექტის ცვლილება და რეაქციის ენტროპია T=1800 K-ზე:
მეორე მიახლოება (
მესამე მიახლოებით ჩვენ გავითვალისწინებთ ფაზურ გადასვლებს, ამ რეაქციაში მანგანუმის დნობას. შემდეგ მთელ ტემპერატურულ ინტერვალს 298-1800K ვყოფთ ორ სეგმენტად: დნობის წერტილამდე და მის შემდეგ და განვიხილავთ ნივთიერებების თბოტევადობას ტემპერატურის მიხედვით.
ტემპერატურის დიაპაზონისთვის 298 - 1517 K:
1517 - 1800 K ინტერვალისთვის:
რეაქციის თერმული ეფექტის ცვლილების მნიშვნელობები და რეაქციის ენტროპიის ცვლილება, ფაზის გადასვლის გათვალისწინებით:
მესამე მიახლოება (
მოდით განვსაზღვროთ რეაქციის წონასწორობის მუდმივი სამი მიახლოებით:
გამოთვლილი მონაცემების ცხრილი.
- ყველა მიახლოებით, გიბსის ენერგიის ცვლილების გამოთვლილი მნიშვნელობა დადებითია. ეს ნიშნავს, რომ რეაქცია 1800K ტემპერატურაზე ვერ გაგრძელდება.
- რეაქციის თერმული ეფექტის ცვლილება ასევე დადებითია ყველა მიახლოებით, რაც ნიშნავს, რომ რეაქცია ენდოთერმულია და მიმდინარეობს სითბოს შთანთქმით.
- ა) ტემპერატურის გავლენა წონასწორობის მუდმივზე:
საიდანაც ჩანს, რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად, წონასწორობის მუდმივი გაიზრდება და შესაბამისად, წონასწორობა გადაინაცვლებს რეაქციის პროდუქტებისკენ.
ბ) წნევის გავლენა წონასწორობის მუდმივზე:
სადაც Const არის გარკვეული მნიშვნელობა; მოლური მოცულობის ცვლილება რეაქციის შედეგად.
უფრო მეტიც, ანუ სისტემაში წნევის მატებასთან ერთად, წონასწორობის მუდმივი გაიზრდება და წონასწორობა გადაინაცვლებს რეაქციის პროდუქტებისკენ.
განხილული ფაქტორები განაზოგადებენ წონასწორობის გადაადგილების პრინციპს, რომელსაც ასევე უწოდებენ ლე შატელიეს პრინციპს: თუ გარეგანი გავლენა მოქმედებს სისტემაზე ჭეშმარიტი წონასწორობის მდგომარეობაში, მაშინ სისტემაში ხდება სპონტანური პროცესი, რომელიც ანაზღაურებს ამ გავლენას.
ლიტერატურა:
- A.G. Morachevsky, I.B. Sladkov. თერმოდინამიკური გამოთვლების შესრულების გზამკვლევი. – L.: LPI, 1975 წ.
- A.P. Ruzinov, B.S. Gulnitsky. ქიმიური რეაქციების წონასწორული გარდაქმნები. - მ .: მეტალურგია, 1976 წ.
შესავალი.თერმოდინამიკური გამოთვლებით შესაძლებელია დავასკვნათ, რომ ეს პროცესი შესაძლებელია, შევარჩიოთ ქიმიური რეაქციის ჩატარების პირობები, განვსაზღვროთ პროდუქტების წონასწორული შემადგენლობა, გამოვთვალოთ საწყისი ნივთიერებების კონვერტაციის თეორიულად მიღწევადი ხარისხი და პროდუქტების გამოსავლიანობა. , ასევე ენერგეტიკული ეფექტები (რეაქციის სიცხე, აგრეგაციის მდგომარეობის ცვლილების სიცხე), რაც აუცილებელია ენერგეტიკული ნაშთების შედგენისა და ენერგეტიკული ხარჯების განსაზღვრისათვის.
თერმოდინამიკის ყველაზე მნიშვნელოვანი ცნებებია "პროცესის სითბო" და "მუშაობა". თერმოდინამიკური სისტემის მდგომარეობის დამახასიათებელ სიდიდეებს თერმოდინამიკური პარამეტრები ეწოდება. ესენია: ტემპერატურა, წნევა, სპეციფიკური მოცულობა, სიმკვრივე, მოლური მოცულობა, სპეციფიკური შიდა ენერგია. განხილული თერმოდინამიკური სისტემის მასის (ან მატერიის რაოდენობის) პროპორციული სიდიდეები ეწოდება ვრცელი;ეს არის მოცულობა, შინაგანი ენერგია, ენთალპია, ენტროპია. ინტენსიურირაოდენობები არ არის დამოკიდებული თერმოდინამიკური სისტემის მასაზე და მხოლოდ ისინი ემსახურებიან როგორც თერმოდინამიკურ პარამეტრებს, როგორც მდგომარეობას. ეს არის ტემპერატურა, წნევა და ვრცელისიდიდეები, რომლებიც დაკავშირებულია ნივთიერების მასის, მოცულობის ან რაოდენობის ერთეულთან. ქიმიურ-ტექნოლოგიური პროცესების დაჩქარების მიზნით ინტენსიური პარამეტრების შეცვლა ე.წ გაძლიერება.
ეგზოთერმული რეაქციების დროს საწყისი ნივთიერებების შიდა ენერგიის მარაგი (U 1) მეტია, ვიდრე მიღებული პროდუქტების (U 2). განსხვავება ∆U = U 1 - U 2 გარდაიქმნება სითბოს სახით. პირიქით, ენდოთერმულ რეაქციებში გარკვეული რაოდენობის სითბოს შეწოვის გამო იზრდება ნივთიერებების შინაგანი ენერგია (U 2 > U 1). ∆U გამოიხატება ჯ/მოლში ან ტექნიკურ გამოთვლებში მითითებულია 1 კგ ან 1 მ 3 (აირებისთვის). რეაქციების ან აგრეგაციის, ან შერევის, დაშლის თერმული ეფექტების შესწავლას განიხილავს ფიზიკური ქიმიის ან ქიმიური თერმოდინამიკის განყოფილება - თერმოქიმია. თერმოქიმიურ განტოლებებში მითითებულია რეაქციის სითბური ეფექტი. მაგალითად: C (გრაფიტი) + O 2 \u003d CO 2 + 393.77 კჯ / მოლი. დაშლის სიცხეებს საპირისპირო ნიშანი აქვთ. ცხრილები გამოიყენება მათი განსაზღვრისთვის. დ.პ. კონოვალოვის თანახმად, წვის სიცხე განისაზღვრება თანაფარდობიდან: Q წვა = 204,2n + 44,4 მ + ∑x (კჯ / მოლი), სადაც n არის ჟანგბადის მოლი რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 მოლის სრული წვისთვის. მოცემული ნივთიერება, m არის წყლის მოლების რაოდენობა, რომელიც წარმოიქმნება ნივთიერების 1 მოლის წვის დროს, ∑x არის მუდმივი კორექტირება მოცემული ჰომოლოგიური სერიისთვის. რაც უფრო შეუზღუდავია, მით მეტია ∑x.
აცეტილენის ნახშირწყალბადებისთვის ∑x=213 კჯ/მოლი. ეთილენის ნახშირწყალბადებისთვის ∑x=87,9 კჯ/მოლი. გაჯერებული ნახშირწყალბადებისთვის ∑x=0. თუ ნაერთის მოლეკულას აქვს სხვადასხვა ფუნქციური ჯგუფი და ბმის ტიპები, მაშინ თერმული მახასიათებელი იპოვება შეჯამებით.
რეაქციის თერმული ეფექტი უდრის რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნის სითბოს ჯამს გამოკლებული საწყისი ნივთიერებების წარმოქმნის სითბოს ჯამს, რეაქციაში მონაწილე ყველა ნივთიერების მოლის რაოდენობის გათვალისწინებით. მაგალითად, ზოგადი რეაქციისთვის: n 1 A + n 2 B \u003d n 3 C + n 4 D + Q x თერმული ეფექტი: Q x \u003d (n 3 Q C arr + n 4 Q D arr) - (n 1 Q A arr + n 2 Q B arr)
რეაქციის თერმული ეფექტი უდრის საწყისი ნივთიერებების წვის სითბოს ჯამს გამოკლებული რეაქციის პროდუქტების წვის სითბოს ჯამს, ყველა რეაქტანტის მოლის რაოდენობის გათვალისწინებით. იგივე ზოგადი რეაქციისთვის:
Q x \u003d (n 1 Q A დამწვრობა + n 2 Q B დამწვრობა) - (n 3 Q C დამწვრობა + n 4 Q D დამწვრობა)
ალბათობაწონასწორული რეაქციების მიმდინარეობას განსაზღვრავს თერმოდინამიკური წონასწორობის მუდმივი, რომელიც განისაზღვრება:
К р = e - ∆ G º/(RT) = e - ∆ H º/ RT ∙ e ∆ S º/ R ამ გამოხატვის ანალიზი აჩვენებს, რომ ენდოთერმული რეაქციებისთვის (Q< 0, ∆Hº > 0) ენტროპიის შემცირებით (∆Sº< 0) самопроизвольное протекание реакции невозможно так как – ∆G > 0. შემდგომში უფრო დეტალურად იქნება განხილული ქიმიური რეაქციების თერმოდინამიკური მიდგომა.
ლექცია 4
თერმოდინამიკის ძირითადი კანონები. თერმოდინამიკის პირველი კანონი. სითბოს ტევადობა და ენთალპია. რეაქციის ენთალპია. ნაერთის წარმოქმნის ენთალპია. წვის ენთალპია. ჰესის კანონი და რეაქციის ენთალპია.
თერმოდინამიკის პირველი კანონი:სისტემის შიდა ენერგიის (∆E) ცვლილება უდრის გარე ძალების მუშაობას (A′) პლუს გადაცემული სითბოს რაოდენობა (Q): 1)∆E=A′+Q; ან (მე-2 ტიპი) 2)Q=∆E+A – სისტემაში გადაცემული სითბოს რაოდენობა (Q) იხარჯება მისი შიდა ენერგიის (∆E) და სისტემის მიერ შესრულებული სამუშაოს (A) შეცვლაზე. ეს არის ენერგიის შენარჩუნების კანონის ერთ-ერთი სახეობა. თუ სისტემის მდგომარეობის ცვლილება ძალიან მცირეა, მაშინ: dQ=dE+δA - ასეთი ჩანაწერი მცირე (δ) ცვლილებებისთვის. გაზისთვის (იდეალური) δА=pdV. იზოქორიულ პროცესში δA=0, შემდეგ δQ V =dE, ვინაიდან dE=C V dT, შემდეგ δQ V =C V dT, სადაც C V არის სითბოს სიმძლავრე მუდმივ მოცულობაზე. მცირე ტემპერატურულ დიაპაზონში სითბოს სიმძლავრე მუდმივია, შესაბამისად Q V =C V ∆T. ამ განტოლებიდან შესაძლებელია სისტემის სითბოს სიმძლავრის და პროცესების სიცხის დადგენა. C V - ჯოულ-ლენცის კანონის მიხედვით. იზობარულ პროცესში, რომელიც მიმდინარეობს სასარგებლო სამუშაოს გარეშე, იმის გათვალისწინებით, რომ p არის მუდმივი და შეიძლება ამოღებულ იქნას ფრჩხილიდან დიფერენციალური ნიშნით, ანუ δQ P =dE+pdV=d(E+pV)=dH, აქ H არის ენთალპია. სისტემა. ენთალპია არის სისტემის შიდა ენერგიის (E) ჯამი და წნევისა და მოცულობის ნამრავლი. სითბოს რაოდენობა შეიძლება გამოისახოს იზობარიული სითბოს სიმძლავრის მიხედვით (С Р): δQ P =С Р dT, Q V =∆E(V = const) და Q P =∆H(p = const) - განზოგადების შემდეგ. აქედან გამომდინარეობს, რომ სისტემის მიერ მიღებული სითბოს რაოდენობა ცალსახად განისაზღვრება გარკვეული მდგომარეობის ფუნქციის ცვლილებით (ენთალპია) და დამოკიდებულია მხოლოდ სისტემის საწყის და საბოლოო მდგომარეობებზე და არ არის დამოკიდებული იმ გზის ფორმაზე, რომლითაც პროცესი მიმდინარეობს. განვითარებული. ეს დებულება ემყარება ქიმიური რეაქციების თერმული ეფექტების პრობლემის განხილვას.
რეაქციის თერმული ეფექტიდაკავშირებულია ქიმიური ცვლადის ცვლილებასთან სითბოს რაოდენობა, მიღებული სისტემით, რომელშიც მიმდინარეობდა ქიმიური რეაქცია და რეაქციის პროდუქტებმა მიიღეს საწყისი რეაგენტების ტემპერატურა (როგორც წესი, Q V და Q P).
რეაქციები ერთად უარყოფითი თერმული ეფექტი, ანუ გარემოში სითბოს გამოყოფასთან ერთად ეგზოთერმული ეწოდება. რეაქციები ერთად დადებითითერმული ეფექტი, ანუ გარემოდან სითბოს შეწოვასთან ერთად, ე.წ ენდოთერმული.
სტექიომეტრული რეაქციის განტოლება იქნება: (1) ∆H=∑b J H J - ∑a i H i ან ∆H=∑y i H i; j არის პროდუქტების სიმბოლოები, მე ვარ რეაგენტების სიმბოლოები.
ეს პოზიციაეწოდება ჰესის კანონი: სიდიდეები Е i , H i არის სისტემის მდგომარეობის ფუნქციები და, შესაბამისად, ∆H და ∆Е, და შესაბამისად თერმული ეფექტები Q V და Q р (Q V =∆Е, Q р =∆H) დამოკიდებულია მხოლოდ იმაზე, თუ რა ნივთიერებები რეაგირებენ მოცემულ პირობებში და რა პროდუქტები მიიღება, მაგრამ არ არის დამოკიდებული იმ გზაზე, რომლითაც მოხდა ქიმიური პროცესი (რეაქციის მექანიზმი).
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ქიმიური რეაქციის ენთალპია უდრის რეაქციის კომპონენტების ფორმირების ენთალპიების ჯამს, გამრავლებული შესაბამისი კომპონენტების სტოქიომეტრიულ კოეფიციენტებზე, აღებული პროდუქტებისთვის პლუს ნიშნით და საწყისი ნივთიერებებისთვის მინუს ნიშნით. მოდი ვიპოვოთ როგორც მაგალითი∆H რეაქციისთვის PCl 5 +4H 2 O=H 3 PO 4 +5HCl (2)
რეაქციის კომპონენტის ფორმირების ენთალპიების ტაბულური მნიშვნელობები არის, შესაბამისად, PCl 5 - 463 კჯ / მოლი, წყლისთვის (თხევადი) - 286.2 კჯ / მოლ, H 3 PO 4 - 1288 კჯ / მოლ. HCl (გაზი) - 92,4 კჯ / მოლ. ამ მნიშვნელობების ჩანაცვლებით ფორმულაში: Q V =∆E, მივიღებთ:
∆H=-1288+5(-92.4)–(-463)–4(-286.2)=-142კჯ/მოლი
ორგანული ნაერთებისთვის, ისევე როგორც CO-სთვის, ადვილია წვის პროცესის ჩატარება CO 2 და H 2 O. ორგანული ნაერთის წვის სტექიომეტრიული განტოლება CmH n Op შემადგენლობით შეიძლება დაიწეროს როგორც. :
(3) C m H n O p + (p-m-n / 4) O 2 \u003d mCO 2 + n / 2 H 2 O
ამრიგად, წვის ენთალპია (1)-ის მიხედვით შეიძლება გამოიხატოს მისი წარმოქმნის ენთალპიებით და CO 2 და H 2 O წარმოქმნით:
∆H sg =m∆H CO 2 +n/2 ∆H H 2 O -∆H CmHnOp
კალორიმეტრის დახმარებით შესწავლილი ნაერთის წვის სიცხის დადგენის და ∆H CO 2 და ∆H H 2 O ცოდნით, შეიძლება ვიპოვოთ მისი წარმოქმნის ენთალპია.
ჰესის კანონისაშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ ნებისმიერი რეაქციის ენთალპია, თუ რეაქციის თითოეული კომპონენტისთვის ცნობილია მისი ერთ-ერთი თერმოდინამიკური მახასიათებელი - მარტივი ნივთიერებებისგან ნაერთის წარმოქმნის ენთალპია. მარტივი ნივთიერებებისგან ნაერთის წარმოქმნის ენთალპია გაგებულია, როგორც რეაქციის ΔH, რომელიც იწვევს ნაერთის ერთი მოლის წარმოქმნას ელემენტებიდან, რომლებიც აღებულია მათი ტიპიური აგრეგაციის მდგომარეობებში და ალოტროპული მოდიფიკაციებით.
ლექცია 5
თერმოდინამიკის მეორე კანონი. ენტროპია. გიბსის ფუნქცია. გიბსის ფუნქციის ცვლილებები ქიმიური რეაქციების დროს. წონასწორობის მუდმივი და გიბის ფუნქცია. რეაქციის ალბათობის თერმოდინამიკური შეფასება.
თერმოდინამიკის მეორე კანონიუწოდა განცხადებას, რომ შეუძლებელია მეორე სახის მუდმივი მოძრაობის მანქანის აშენება. კანონი მიღებულია ემპირიულად და აქვს ორი ერთმანეთის ექვივალენტური ფორმულირება:
ა) შეუძლებელია პროცესი, რომლის ერთადერთი შედეგია გარკვეული სხეულისგან მიღებული მთელი სითბოს მის ეკვივალენტურ სამუშაოდ გადაქცევა;
ბ) შეუძლებელია პროცესი, რომლის ერთადერთი შედეგია ენერგიის გადაცემა სითბოს სახით ნაკლებად გახურებული სხეულიდან უფრო ცხელ სხეულზე.
ფუნქცია δQ/T არის ზოგიერთი S ფუნქციის ჯამური დიფერენციალი: dS=(δQ/T) arr (1) – ამ ფუნქციას S ეწოდება სხეულის ენტროპია.
აქ Q და S ერთმანეთის პროპორციულია, ანუ (Q) (S) მატებით - იზრდება და პირიქით. განტოლება (1) შეესაბამება წონასწორობის (შექცევად) პროცესს. თუ პროცესი არ არის წონასწორობა, მაშინ ენტროპია იზრდება, მაშინ (1) გარდაიქმნება:
dS≥(δQ/T)(2) ამრიგად, როდესაც ხდება არათანაბარი პროცესები, სისტემის ენტროპია იზრდება. თუ (2) ჩანაცვლებულია თერმოდინამიკის პირველ კანონში, მივიღებთ: dE≤TdS-δA. ჩვეულებრივია მისი ჩაწერა ფორმაში: dE≤TdS-δA'-pdV, აქედან გამომდინარე: δA'≤-dE+TdS-pdV, აქ pdV არის წონასწორული გაფართოების სამუშაო, δA' არის სასარგებლო სამუშაო. ამ უთანასწორობის ორივე ნაწილის ინტეგრაცია იზოქორიულ-იზოთერმული პროცესისთვის იწვევს უთანასწორობას: A' V≤-∆E+T∆S(3). ხოლო იზობარულ-იზოთერმული პროცესისთვის ინტეგრაცია (Т=const, p=const) იწვევს უთანასწორობას:
A’ P ≤ - ∆E+T∆S – p∆V=-∆H + T∆S (4)
მარჯვენა ნაწილები (3 და 4) შეიძლება დაიწეროს როგორც ცვლილებები ზოგიერთ ფუნქციში, შესაბამისად:
F=E-TS(5) და G=E-TS+pV; ან G=H-TS (6)
F არის ჰელმჰოლცის ენერგია და G არის გიბსის ენერგია, მაშინ (3 და 4) შეიძლება დაიწეროს როგორც A' V ≤-∆F (7) და A' P ≤-∆G (8). თანასწორობის კანონი შეესაბამება წონასწორობის პროცესს. ამ შემთხვევაში კეთდება ყველაზე სასარგებლო სამუშაო, ანუ (A’ V) MAX = -∆F და (A’ P) MAX = -∆G. F და G-ს შესაბამისად იზოქორიულ-იზოთერმული და იზობარულ-იზოთერმული პოტენციალები ეწოდება.
ქიმიური რეაქციების წონასწორობახასიათდება პროცესით (თერმოდინამიკური), რომლის დროსაც სისტემა გადის წონასწორობის მდგომარეობის უწყვეტ სერიას. თითოეულ ამ მდგომარეობას ახასიათებს თერმოდინამიკური პარამეტრების უცვლელობა (დროში) და სისტემაში მატერიისა და სითბოს ნაკადების არარსებობა. წონასწორობის მდგომარეობა ხასიათდება წონასწორობის დინამიური ბუნებით, ანუ პირდაპირი და საპირისპირო პროცესების თანასწორობით, გიბსის ენერგიის და ჰელმჰოლცის ენერგიის მინიმალური მნიშვნელობა (ანუ dG=0 და d 2 G>0; dF. =0 და d 2 F>0). დინამიურ წონასწორობაში, წინა და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარე იგივეა.ასევე უნდა დაიცვან განტოლება:
μ J dn J =0, სადაც µ J =(ðG/ðn J) T , P , h =G J არის J კომპონენტის ქიმიური პოტენციალი; n J არის J კომპონენტის რაოდენობა (მოლი). μ J-ის დიდი მნიშვნელობა მიუთითებს ნაწილაკების მაღალ რეაქტიულობაზე.
∆Gº=-RTLnK გვ(9)
განტოლებას (9) ეწოდება ვან ჰაფის იზოთერმული განტოლება. ΔGº-ის მნიშვნელობა ცხრილებში საცნობარო ლიტერატურაში მრავალი ათასი ქიმიური ნაერთისთვის.
K p \u003d e - ∆ G º / (RT) \u003d e - ∆ H º / RT ∙ e ∆ S º / R (11). (11)-დან შეიძლება მივცეთ რეაქციის წარმოშობის ალბათობის თერმოდინამიკური შეფასება. ასე რომ, ეგზოთერმული რეაქციებისთვის (∆Нº<0), протекающих с возрастанием энтропии, К р >1 და ∆G<0, то есть реакция протекает самопроизвольно. Для экзотермических реакций (∆Нº>0) ენტროპიის შემცირებით (∆Sº>0), პროცესის სპონტანური ნაკადი შეუძლებელია.
თუ ∆Hº და ∆Sº აქვთ იგივე ნიშანი, პროცესის განხორციელების თერმოდინამიკური ალბათობა განისაზღვრება ∆Hº, ∆Sº და Tº სპეციფიკური მნიშვნელობებით.
განვიხილოთ, ამიაკის სინთეზის რეაქციის მაგალითის გამოყენებით, ∆Н o და ∆S o-ის კომბინირებული ეფექტი პროცესის განხორციელების შესაძლებლობაზე:
ამ რეაქციისთვის, ∆Н o 298 = -92,2 კჯ / მოლი, ∆S o 298 = -198 ჯ / (მოლ * K), T∆S o 298 = -59 კჯ / მოლი, ∆G o 298 = -33, 2 კჯ/მოლ.
მოცემული მონაცემებიდან ჩანს, რომ ენტროპიის ცვლილება უარყოფითია და არ უწყობს ხელს რეაქციას, მაგრამ ამავდროულად, პროცესს ახასიათებს დიდი უარყოფითი ენთალპიის ეფექტი ∆Hº, რის გამოც პროცესი შესაძლებელია. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, რეაქცია, როგორც კალორიმეტრიული მონაცემებიდან ჩანს, ხდება კიდევ უფრო ეგზოთერმული (T=725K, ∆H=-113kJ/mol), მაგრამ ΔSо უარყოფითი მნიშვნელობით, ტემპერატურის მატება მნიშვნელოვნად ამცირებს პროცესის დაწყების ალბათობა.
ქიმიაში ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი საკითხია ქიმიური რეაქციის შესაძლებლობის საკითხი. ქიმიური რეაქციის ფუნდამენტური მიზანშეწონილობის რაოდენობრივი კრიტერიუმია, კერძოდ, სისტემის მდგომარეობის დამახასიათებელი ფუნქცია, რომელსაც ეწოდება გიბსის ენერგია (G). სანამ ამ კრიტერიუმის განხილვას გადავიდოდეთ, მოდით ვისაუბროთ რამდენიმე განმარტებაზე.
სპონტანური პროცესები.სპონტანური პროცესები არის პროცესები, რომლებიც ხდება გარე წყაროდან ენერგიის მიწოდების გარეშე. ბევრი ქიმიური პროცესი სპონტანურია, როგორიცაა შაქრის დაშლა წყალში, ლითონების დაჟანგვა ჰაერში (კოროზია) და ა.შ.
შექცევადი და შეუქცევადი პროცესები.ბევრი ქიმიური რეაქცია მიმდინარეობს ერთი მიმართულებით, სანამ რეაგენტები მთლიანად არ ამოიწურება. ასეთ რეაქციებს ე.წ ქიმიურად შეუქცევადია. ამის მაგალითია ნატრიუმის და წყლის ურთიერთქმედება.
სხვა რეაქციები მიმდინარეობს ჯერ წინა მიმართულებით, შემდეგ კი წინ და საპირისპირო მიმართულებით რეაქციის პროდუქტების ურთიერთქმედების გამო. შედეგად, იქმნება ნარევი, რომელიც შეიცავს როგორც საწყის მასალებს, ასევე რეაქციის პროდუქტებს. ასეთ რეაქციებს ე.წ ქიმიურად შექცევადი.ქიმიურად შექცევადი პროცესის შედეგად, ნამდვილი (სტაბილური) ქიმიური წონასწორობა, რომელიც ხასიათდება შემდეგი მახასიათებლებით:
1) გარე გავლენის არარსებობის შემთხვევაში, სისტემის მდგომარეობა განუსაზღვრელი ვადით უცვლელი რჩება;
2) გარე პირობების ნებისმიერი ცვლილება იწვევს სისტემის მდგომარეობის ცვლილებას;
3) წონასწორობის მდგომარეობა არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რომელი მხრიდან არის იგი მიღწეული.
ჭეშმარიტ წონასწორობაში მყოფი სისტემის მაგალითია ეკვიმოლეკულური ნარევი
CO (გ) + H 2 O (გ) CO 2 (გ) + H 2 (გ).
ტემპერატურის ან სხვა პირობების ნებისმიერი ცვლილება იწვევს წონასწორობის ცვლილებას, ე.ი. სისტემის შემადგენლობის ცვლილება.
ჭეშმარიტი წონასწორობის გარდა, ძალიან ხშირად გვხვდება აშკარა (ცრუ, შეფერხებული) წონასწორობა, როდესაც სისტემის მდგომარეობა გრძელდება დროში ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში, მაგრამ სისტემაზე მცირე ზემოქმედებამ შეიძლება გამოიწვიოს მისი მდგომარეობის ძლიერი ცვლილება. ამის მაგალითია წყალბადისა და ჟანგბადის ნაზავი, რომელიც ოთახის ტემპერატურაზე გარეგანი გავლენის არარსებობის შემთხვევაში შეიძლება უცვლელი დარჩეს განუსაზღვრელი ვადით. თუმცა, საკმარისია ამ ნარევში პლატინიზებული აზბესტის (კატალიზატორი) შეყვანა, რადგან ენერგიული რეაქცია დაიწყება.
H 2 (გ) + O 2 (გ) \u003d H 2 O (გ),
რაც იწვევს საწყისი მასალების სრულ ამოწურვას.
თუ იგივე კატალიზატორი ერთსა და იმავე პირობებში შეჰყავთ თხევად წყალში, მაშინ შეუძლებელია საწყისი ნარევის მიღება.
ენტროპია.ნებისმიერი სისტემის მდგომარეობა შეიძლება დახასიათდეს უშუალოდ გაზომილი პარამეტრების მნიშვნელობებით (p, T და ა.შ.). ის სისტემის მაკროსტატისათვის დამახასიათებელი.სისტემის მდგომარეობა ასევე შეიძლება აისახოს სისტემის თითოეული ნაწილაკების (ატომის, მოლეკულის) მახასიათებლებით: კოორდინატი, ვიბრაციის სიხშირე, ბრუნვის სიხშირე და ა.შ. ის სისტემის მიკრომდგომარეობის დამახასიათებელი.სისტემები შედგება ნაწილაკების ძალიან დიდი რაოდენობით, ამიტომ ერთი მაკროსტატია შეესაბამება სხვადასხვა მიკრომდგომარეობის უზარმაზარ რაოდენობას. ამ რიცხვს ეწოდება მდგომარეობის თერმოდინამიკური ალბათობა და აღინიშნება როგორც ვ.
თერმოდინამიკური ალბათობა დაკავშირებულია მატერიის სხვა თვისებასთან - ენტროპია (S, J / (მოლ. K)) -ბოლცმანის ფორმულა
სადაც R არის გაზის უნივერსალური მუდმივა და N A არის ავოგადროს მუდმივა.
ენტროპიის ფიზიკური მნიშვნელობა შეიძლება აიხსნას შემდეგი სააზროვნო ექსპერიმენტით. მოდით, რომელიმე ნივთიერების იდეალური კრისტალი, როგორიცაა ნატრიუმის ქლორიდი, გაცივდეს აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურამდე. ამ პირობებში ნატრიუმის და ქლორის იონები, რომლებიც ქმნიან კრისტალს, პრაქტიკულად უმოძრაო ხდება და ამ მაკროსკოპულ მდგომარეობას ახასიათებს ერთი მიკრო მდგომარეობა, ე.ი. W=1 და (3.13) S=0-ის შესაბამისად. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, იონები იწყებენ რხევას კრისტალური მედის წონასწორობის პოზიციების ირგვლივ, იზრდება ერთი მაკროსტატის შესაბამისი მიკრომდგომარეობების რაოდენობა და, შესაბამისად, S>0.
Ამგვარად, ენტროპია არის სისტემის მდგომარეობის არეულობის საზომი.სისტემის ენტროპია იზრდება ყველა პროცესში, რომელსაც თან ახლავს რიგის შემცირება (გათბობა, დაშლა, აორთქლება, დაშლის რეაქციები და ა.შ.). პროცესები, რომლებიც ხდება წესრიგის მატებასთან ერთად (გაციება, კრისტალიზაცია, შეკუმშვა და ა.შ.) იწვევს ენტროპიის შემცირებას.
ენტროპია არის მდგომარეობის ფუნქცია, მაგრამ სხვა თერმოდინამიკური ფუნქციებისგან განსხვავებით, შესაძლებელია ნივთიერების ენტროპიის აბსოლუტური მნიშვნელობის ექსპერიმენტულად დადგენა. ეს შესაძლებლობა ეფუძნება მ.პლანკის პოსტულატს, რომლის მიხედვითაც აბსოლუტურ ნულზე, იდეალური კრისტალის ენტროპია არის ნული(თერმოდინამიკის მესამე კანონი).
ნივთიერების ენტროპიის ტემპერატურული დამოკიდებულება ხარისხობრივად არის წარმოდგენილი ნახ. 3.1.
ნახ. 3.1 ჩანს, რომ 0 K-ის ტოლ ტემპერატურაზე ნივთიერების ენტროპია ნულის ტოლია. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ენტროპია შეუფერხებლად იზრდება, ხოლო ფაზური გადასვლის წერტილებში ხდება ენტროპიის მკვეთრი ზრდა, რაც განისაზღვრება მიმართებით.
(3.14)
სადაც Δ f.p S, Δ f.p H და T f.p არის ცვლილებები ენტროპიის, ენთალპიისა და ფაზის გადასვლის ტემპერატურის შესაბამისად.
B ნივთიერების ენტროპია სტანდარტულ მდგომარეობაში აღინიშნება როგორც . მრავალი ნივთიერებისთვის, სტანდარტული ენტროპიების აბსოლუტური მნიშვნელობები განისაზღვრება და მოცემულია საცნობარო წიგნებში.
ენტროპია, ისევე როგორც შინაგანი ენერგია და ენთალპია, არის მდგომარეობის ფუნქცია, ამიტომ სისტემის ენტროპიის ცვლილება პროცესში არ არის დამოკიდებული მის გზაზე და განისაზღვრება მხოლოდ სისტემის საწყისი და საბოლოო მდგომარეობებით. ქიმიური რეაქციის დროს ენტროპიის ცვლილება (3.10) შეიძლება მოიძებნოს, როგორც განსხვავება რეაქციის პროდუქტების ენტროპიების ჯამსა და საწყისი მასალების ენტროპიების ჯამს შორის:
ერთ-ერთ ფორმულირებაში გამოყენებულია ენტროპიის ცნება თერმოდინამიკის მეორე კანონი: იზოლირებულ სისტემებში მხოლოდ ენტროპიის (ΔS>0) გაზრდით მიმდინარე პროცესები შეიძლება სპონტანურად გაგრძელდეს.იზოლირებული სისტემები გაგებულია, როგორც სისტემები, რომლებიც არ ცვლიან არც მატერიას და არც ენერგიას გარემოსთან. სისტემები, რომლებშიც მიმდინარეობს ქიმიური პროცესები, არ მიეკუთვნება იზოლირებულ სისტემებს, რადგან ისინი ცვლიან ენერგიას გარემოსთან (რეაქციის თერმული ეფექტი) და ასეთ სისტემებში პროცესები შეიძლება მოხდეს ენტროპიის შემცირებითაც.
SO 2 (g) + 2H 2 S (g) \u003d 3S (t) + 2H 2 O (l), თუ გოგირდის ოქსიდის (IV), წყალბადის სულფიდის, გოგირდის და წყლის სტანდარტული ენტროპიებია 248,1; 205.64; 31.88 და 69.96 J/(mol K), შესაბამისად.
გამოსავალი.განტოლების (3.15) საფუძველზე შეგვიძლია დავწეროთ:
ამ რეაქციაში ენტროპია მცირდება, რაც დაკავშირებულია აირისებრი ნივთიერებებისგან მყარი და თხევადი პროდუქტების წარმოქმნასთან.
მაგალითი 3.8.გამოთვლების გარეშე დაადგინეთ ენტროპიის ცვლილების ნიშანი შემდეგ რეაქციებში:
1) NH 4 NO 3 (c) \u003d N 2 O (გ) + 2H 2 O (გ),
2) 2H 2 (გ) + O 2 (გ) \u003d 2H 2 O (გ),
3) 2H 2 (გ) + O 2 (გ) \u003d 2H 2 O (გ).
გამოსავალი.რეაქციაში (1), 1 მოლი NH 4 NO 3 კრისტალურ მდგომარეობაში წარმოქმნის 3 მოლ გაზს, შესაბამისად, D r S 1 >0.
რეაქციებში (2) და (3) მცირდება მოლების საერთო რაოდენობაც და აირისებრი ნივთიერებების მოლების რაოდენობაც. ამიტომ, 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)).
გიბსის ენერგია(იზობარულ-იზოთერმული პოტენციალი). ხშირ შემთხვევაში, ბუნებაში სპონტანური პროცესები ხდება პოტენციური სხვაობის არსებობისას, მაგალითად, ელექტრული პოტენციალების განსხვავება იწვევს მუხტის გადაცემას, ხოლო გრავიტაციული პოტენციალების განსხვავება იწვევს სხეულის დაცემას. ეს პროცესები მთავრდება, როდესაც მიიღწევა მინიმალური პოტენციალი. მუდმივ წნევასა და ტემპერატურაზე მიმდინარე ქიმიური პროცესების მამოძრავებელი ძალა არის იზობარულ-იზოთერმული პოტენციალი, ე.წ. გიბსის ენერგიადა აღნიშნა გ. გიბსის ენერგიის ცვლილება ქიმიურ პროცესში განისაზღვრება მიმართებით
ΔG = ΔH –TΔS, (3.16)
სადაც ΔG არის ქიმიური პროცესის გიბსის ენერგიის ცვლილება; ΔH არის ქიმიური პროცესის ენთალპიის ცვლილება; ΔS არის ქიმიური პროცესის ენტროპიის ცვლილება; T არის ტემპერატურა, K.
განტოლება (3.16) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი სახით:
∆H = ∆G + T∆S. (3.17)
განტოლების მნიშვნელობა (3.17) არის ის, რომ რეაქციის სითბური ეფექტის ნაწილი იხარჯება სამუშაოს შესრულებაზე (ΔG), ნაწილი კი იფანტება გარემოში (TΔS).
გიბსის ენერგია არის კრიტერიუმი სპონტანური რეაქციის ფუნდამენტური შესაძლებლობისთვის. თუ რეაქციის დროს გიბსის ენერგია მცირდება, მაშინ პროცესი შეიძლება სპონტანურად გაგრძელდეს შემდეგ პირობებში:
ΔG< 0. (3.18)
პროცესი ამ პირობებში შეუძლებელია თუ
ΔG > 0. (3.19)
გამონათქვამები (3.18) და (3.19) ერთდროულად ნიშნავს, რომ საპირისპირო რეაქცია არ შეიძლება (3.18) ან შეიძლება (3.19) გაგრძელდეს სპონტანურად.
რეაქცია შექცევადია, ე.ი. შეიძლება მიედინება როგორც წინ, ასევე უკანა მიმართულებით, თუ
განტოლება (3.20) არის ქიმიური წონასწორობის თერმოდინამიკური მდგომარეობა.
მიმართებები (3.18) - (3.20) ასევე გამოიყენება ფაზურ წონასწორობებზე, ე.ი. იმ შემთხვევებზე, როდესაც ერთი და იგივე ნივთიერების ორი ფაზა (აგრეგატული მდგომარეობა) წონასწორობაშია, მაგალითად, ყინული და თხევადი წყალი.
ენთალპია და ენტროპიის ფაქტორები.(3.16) და (3.18) განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ პროცესები შეიძლება სპონტანურად მიმდინარეობდეს (ΔG<0), если они сопровождаются уменьшением энтальпии (ΔH<0) и увеличением энтропии системы (ΔS>0). თუ სისტემის ენთალპია იზრდება (ΔH>0), ხოლო ენტროპია მცირდება (ΔS<0), то такой процесс протекать не может (ΔG>0). ΔS და ΔН სხვა ნიშნებით, პროცესის განხორციელების ფუნდამენტური შესაძლებლობა განისაზღვრება ენტალპიის (ΔH) და ენტროპიის (ТΔS) ფაქტორების თანაფარდობით.
თუ ΔН>0 და ΔS>0, ე.ი. ვინაიდან ენთალპიის კომპონენტი ეწინააღმდეგება და ენტროპიის კომპონენტი ხელს უწყობს პროცესის მიმდინარეობას, რეაქცია შეიძლება სპონტანურად გაგრძელდეს ენტროპიის კომპონენტის გამო, იმ პირობით, რომ |ΔH|<|TΔS|.
თუ ენთალპიის კომპონენტი ხელს უწყობს და ენტროპია ეწინააღმდეგება პროცესს, მაშინ რეაქცია შეიძლება გაგრძელდეს სპონტანურად ენთალპიის კომპონენტის გამო, იმ პირობით, რომ |ΔH|>|TΔS|.
ტემპერატურის გავლენა რეაქციის მიმართულებაზე.ტემპერატურა გავლენას ახდენს გიბსის ენერგიის ენთალპიასა და ენტროპიის კომპონენტებზე, რასაც შეიძლება თან ახლდეს ამ რეაქციების გიბსის ენერგიის ნიშნის ცვლილება და, შესაბამისად, რეაქციების მიმართულება. ტემპერატურის უხეში შეფასებისთვის, რომლის დროსაც იცვლება გიბსის ენერგიის ნიშანი, შეგვიძლია უგულებელვყოთ ΔН და ΔS-ის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. შემდეგ განტოლებიდან (3.16) ირკვევა, რომ გიბსის ენერგიის ნიშანი შეიცვლება ტემპერატურაზე.
აშკარაა, რომ გიბის ენერგიის ნიშნის ცვლილება ტემპერატურის ცვლილებით შესაძლებელია მხოლოდ ორ შემთხვევაში: 1) ΔН>0 და ΔS>0 და 2) ΔН.<0 и ΔS<0.
სტანდარტული გიბის წარმოქმნის ენერგია არის გიბსის ენერგიის ცვლილება 1 მოლი ნაერთის წარმოქმნის რეაქციის დროს მარტივი ნივთიერებებისგან, რომლებიც სტაბილურია სტანდარტულ პირობებში. მარტივი ნივთიერებების წარმოქმნის გიბსის ენერგია ნავარაუდევია ნულის ტოლფასი. ნივთიერებების წარმოქმნის სტანდარტული გიბსის ენერგიები შეგიძლიათ იხილოთ შესაბამის საცნობარო წიგნებში.
ქიმიური რეაქციის გიბის ენერგია.გიბსის ენერგია არის მდგომარეობის ფუნქცია, ე.ი. მისი ცვლილება პროცესში არ არის დამოკიდებული მისი დინების გზაზე, არამედ განისაზღვრება სისტემის საწყისი და საბოლოო მდგომარეობებით. ამრიგად, ქიმიური რეაქციის გიბსის ენერგია (3.10) შეიძლება გამოითვალოს ფორმულიდან
გაითვალისწინეთ, რომ დასკვნები რეაქციის მიმდინარეობის ფუნდამენტური შესაძლებლობის შესახებ Δ r G-ის თვალსაზრისით გამოიყენება მხოლოდ იმ პირობებზე, რომლებზეც გამოითვლება რეაქციის გიბსის ენერგიის ცვლილება. თუ პირობები განსხვავდება სტანდარტისგან, მაშინ განტოლება შეიძლება გამოყენებულ იქნას Δ r G-ს მოსაძებნად ვანტ ჰოფის იზოთერმები, რომელიც აირებს შორის რეაქციისთვის (3.10) იწერება როგორც
(3.23)
და ხსნარებს შორის
(3.24)
სად არის შესაბამისი ნივთიერებების ნაწილობრივი წნევა; c A, c B, c D, c E არის შესაბამისი გახსნილი ნივთიერებების კონცენტრაციები; a, b, d, e არის შესაბამისი სტექიომეტრიული კოეფიციენტები.
თუ რეაქტანტები სტანდარტულ მდგომარეობაშია, მაშინ განტოლებები (3.23) და (3.24) ხდება განტოლება.
მაგალითი 3.9.განსაზღვრეთ რეაქციის შესაძლებლობა NH 3 (g) + HCl (g) \u003d NH 4 Cl (k) სტანდარტულ პირობებში 298,15 K ტემპერატურაზე, ფორმირების სტანდარტული ენთალპიებისა და ენტროპიების მონაცემების გამოყენებით.
გამოსავალი.ჰესის კანონის პირველ დასკვნაზე დაყრდნობით, ჩვენ ვპოულობთ რეაქციის სტანდარტულ ენთალპიას:
; რეაქცია ეგზოთერმულია, შესაბამისად, ენთალპიის კომპონენტი ხელს უწყობს რეაქციას.
განტოლების მიხედვით ვიანგარიშებთ რეაქციის ენტროპიის ცვლილებას
რეაქციას თან ახლავს ენტროპიის დაქვეითება, რაც ნიშნავს, რომ ენტროპიის კომპონენტი ეწინააღმდეგება რეაქციას.
ჩვენ ვპოულობთ პროცესის გიბსის ენერგიის ცვლილებას (3.16) განტოლების მიხედვით:
ამრიგად, ეს რეაქცია შეიძლება სპონტანურად გაგრძელდეს სტანდარტულ პირობებში.
მაგალითი 3.10.ფორმირების სტანდარტული ენთალპიებისა და ენტროპიების მონაცემების გამოყენებით, დაადგინეთ, რა ტემპერატურის წონასწორობა მოხდება სისტემაში N 2 (გ) + 3H 2 (გ) \u003d 2NH 3 (გ).
გამოსავალი.სისტემის წონასწორობის პირობაა ΔG=0. ამისათვის, მიმართებით (3.21) ვიპოვით ტემპერატურას, რომლის დროსაც ΔG=0. გამოთვალეთ რეაქციის სტანდარტული ენთალპია და ენტროპია:
ენთალპიის კომპონენტი ხელს უწყობს, ხოლო ენტროპიის კომპონენტი ეწინააღმდეგება რეაქციას, რაც ნიშნავს, რომ გარკვეულ ტემპერატურაზე შესაძლებელია გიბსის ენერგიის ნიშნის შეცვლა, ანუ რეაქციის მიმართულების შეცვლა.
წონასწორობის პირობა დაიწერება შემდეგნაირად:
∆G = ∆H –T∆S,
ან რიცხვითი მნიშვნელობების ჩანაცვლებით მივიღებთ
0 \u003d - 92.38 - T (-198.3) 10 -3.
ამიტომ, რეაქცია იქნება წონასწორობაში ტემპერატურაზე
TO.
ამ ტემპერატურის ქვემოთ, რეაქცია გაგრძელდება წინა მიმართულებით, ხოლო ამ ტემპერატურის ზემოთ, საპირისპირო მიმართულებით.
მაგალითი 3.11.გარკვეულ ტემპერატურაზე T, ენდოთერმული რეაქცია A®B პრაქტიკულად სრულდება. განსაზღვრეთ: ა) რეაქციის ნიშანი D r S; ბ) ნიშანი B ® A რეაქციის DG T ტემპერატურაზე; გ) B ® A რეაქციის შესაძლებლობა დაბალ ტემპერატურაზე.
გამოსავალი.ა) A ® B რეაქციის სპონტანური გაჩენა მიუთითებს იმაზე, რომ DG<0. Поскольку DН>0, შემდეგ განტოლებიდან
DG = DH - TDS გულისხმობს, რომ DS>0; საპირისპირო რეაქციისთვის B ® A DS<0.
ბ) რეაქციისთვის A ® B DG<0. Следовательно, для обратной реакции при той же температуре DG>0.
გ) რეაქცია A ® B არის ენდოთერმული (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.
მაგალითი 3.12.გამოთვალეთ გიბსის ენერგიის მნიშვნელობა და დაადგინეთ შესაძლებელია თუ არა რეაქცია CO + Cl 2 ÛCOCl 2 700 K ტემპერატურაზე, თუ ამ ტემპერატურაზე რეაქციის წონასწორობის მუდმივია 10,83 ატმ -1 და ყველა კომპონენტის ნაწილობრივი წნევაა. იგივე და ერთის ტოლი.
გამოსავალი. A + B Û C + D რეაქციის D r G 0 და K r კავშირი მოცემულია იზოთერმის განტოლებით (3.22)
სტანდარტულ პირობებში, როდესაც თითოეული რეაქტანტის ნაწილობრივი წნევა არის 1 ატმ, ეს თანაფარდობა მიიღებს ფორმას
შესაბამისად, რეაქცია T=700 K-ზე შეიძლება სპონტანურად გაგრძელდეს წინსვლის მიმართულებით.
კითხვები და ამოცანები თვითშესწავლისთვის
1. მიეცით წნევისა და ტემპერატურის რიცხვითი მნიშვნელობები ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში, ასევე ატმოსფეროში, ვერცხლისწყლის მილიმეტრებში და გრადუს ცელსიუსში, სტანდარტული და ნორმალური პირობების შესაბამისი.
2. რა პირობას აკმაყოფილებს სახელმწიფო ფუნქციები? რა განსაზღვრავს პროცესში სახელმწიფო ფუნქციის ღირებულების ცვლილებას?
3. რა პარამეტრების მუდმივობა ახასიათებს იზობარულ-იზოთერმული და იზოქორიულ-იზოთერმული პროცესებს?
4. ჩამოაყალიბეთ თერმოდინამიკის პირველი კანონი.
5. რა პირობებში იქნება პროცესის თერმული ეფექტი: ა) უტოლდება ამ პროცესის ენთალპიის ცვლილებას; ბ) უდრის პროცესის შინაგანი ენერგიის ცვლილებას?
6. ქიმიური რეაქცია მიმდინარეობს დალუქულ რეაქტორში. რომელი მდგომარეობის ფუნქციის ცვლილება განსაზღვრავს რეაქციის თერმულ ეფექტს?
7. ქიმიური რეაქციის დროს სისტემის ტემპერატურა მატულობს. ეს პროცესი ეგზოთერმულია თუ ენდოთერმული? რა ნიშანი (+) ან (-) აქვს ამ პროცესის ენთალპიურ ცვლილებას?
8. ჩამოაყალიბეთ ჰესის კანონი.
9. განსაზღვრეთ ტერმინი „ნივთიერების წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია“.
10. როგორია მოლეკულური ქლორის წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპიები და სტაბილურია 298 K ტემპერატურაზე რკინის α-Fe მოდიფიკაცია?
11. თეთრი ფოსფორის წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია არის ნული, ხოლო წითელი - (-18,41) კჯ/მოლი. ალოტროპული მოდიფიკაციებიდან რომელია უფრო სტაბილური 25 o C ტემპერატურაზე?
12. ჩამოაყალიბეთ ჰესის კანონის 1-ლი დასკვნა.
13. განსაზღვრეთ „ნივთიერების წვის სტანდარტული ენთალპიის“ ცნება.
14. რამდენად სტაბილურია ნახშირორჟანგის წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია და წვის სტანდარტული ენთალპია ნახშირბად-გრაფიტის მოდიფიკაციის T = 298 K-ზე?
15. მოიყვანეთ სპონტანური ქიმიური პროცესების 3 მაგალითი.
16. ჩამოთვალეთ ქიმიური (ჭეშმარიტი) წონასწორობის ნიშნები.
17. მოიყვანეთ პროცესების მაგალითები, რომლებსაც თან ახლავს: ა) ენტროპიის ზრდა; ბ) ენტროპიის შემცირება.
18. რა ნიშანი უნდა ჰქონდეს სპონტანურად წარმოქმნილი რეაქციის ენტროპიის ცვლილებას, თუ Δ r Н=0?
19. რა ნიშანი უნდა ჰქონდეს კალციუმის კარბონატის თერმული დაშლის რეაქციის ენტროპიის ცვლილებას? რატომ? დაწერეთ რეაქციის განტოლება.
20. რეაქციის მონაწილეთა რა თერმოდინამიკური თვისებები უნდა იცოდეთ რეაქციის შესაძლებლობის საკითხის გადასაჭრელად?
21. გაზებს შორის ეგზოთერმულ რეაქციას თან ახლავს მოცულობის მატება. რა შეიძლება ითქვას ასეთი რეაქციის შესაძლებლობაზე?
22. ქვემოთ ჩამოთვლილთაგან რომელ შემთხვევაშია შესაძლებელი ტემპერატურის ცვლილებით რეაქციის მიმართულების შეცვლა: ა) დჰ.<0, DS<0; б) DH>0, DS>0; გ) DH<0, DS>0; დ) DH>0, DS<0?
23. იპოვეთ სტანდარტული ენთალპია აირისებრი გოგირდის(IV) ოქსიდის ჟანგბადით აირისებრ გოგირდის(VI) ოქსიდში დაჟანგვისთვის. ფორმირების სტანდარტული ენთალპიები SO 2 - (-297 კჯ / მოლი) და SO 3 - (-395 კჯ / მოლი).
პასუხი: -196 კჯ.
24. მიუთითეთ ენტროპიის ცვლილების ნიშანი შემდეგ რეაქციებში:
ა) CO (G) + H 2 (G) \u003d C (T) + H 2 O (G);
ბ) CO 2 (G) + C (T) \u003d 2CO (G);
გ) FeO (T) + CO (G) \u003d Fe (T) + CO 2 (G);
დ) H 2 O (W) \u003d H 2 O (G);
პასუხი: ა) (-); ბ) (+); გ)(~0); დ) (+); ე) (-).
25. იპოვეთ აირისებრი გოგირდის(IV) ოქსიდის ჟანგბადით აირისებრ გოგირდის(VI) ოქსიდზე დაჟანგვის სტანდარტული ენტროპია. SO 2-ის წარმოქმნის სტანდარტული ენტროპია - (248 ჯ / (მოლ K), SO 3 - (256 J / (mol K)), O 2 - (205 J / (mol K)).
პასუხი: -189 ჯ/კ.
26. იპოვეთ აცეტილენისგან ბენზოლის სინთეზის რეაქციის ენთალპია, თუ ბენზოლის წვის ენთალპია არის (-3302 კჯ/მოლი), ხოლო აცეტილენი - (-1300 კჯ/მოლი).
პასუხი: - 598 კჯ.
27. იპოვეთ ნატრიუმის ბიკარბონატის დაშლის რეაქციის სტანდარტული გიბის ენერგია. შესაძლებელია თუ არა ამ პირობებში რეაქცია სპონტანურად მიმდინარეობდეს?
პასუხი: 30,88 კჯ.
28. იპოვეთ რეაქციის სტანდარტული გიბის ენერგია 2Fe (T) + 3H 2 O (G) \u003d Fe 2 O 3 (T) + 3H 2 (G) (ნახშირბადოვანი ფოლადის კოროზიის რეაქციები წყლის ორთქლთან ერთად). შესაძლებელია თუ არა ამ პირობებში რეაქცია სპონტანურად მიმდინარეობდეს?
პასუხი: -54,45 კჯ.
29. რა ტემპერატურაზე დადგება ქიმიური წონასწორობა 2NO (g) + O 2 (g) Û 2NO 2 (g) სისტემაში?
პასუხი: 777 კ.
30. იპოვეთ 1 გ წყლის აორთქლების პროცესის თერმული ეფექტი (აორთქლების სპეციფიკური სითბო) 298 K ტემპერატურაზე, თუ H 2 O (ლ) წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია არის (-285,84 კჯ/მოლი), ხოლო აირისებრი - (-241,84 კჯ/მოლ).
პასუხი: 2,44 კჯ / გ.
3.4 ამოცანები მიმდინარე და შუალედური კონტროლისთვის
განყოფილება I
1. ჟანგბადში გრაფიტის წვის დროს ნახშირორჟანგის წარმოქმნის პროცესი შეიძლება მიმდინარეობდეს ორი გზით:
I. 2C (გ) + O 2 (გ) \u003d 2CO (გ); 2CO (g) + O 2 \u003d 2CO 2 (g), D r H ° \u003d -566 kJ.
II. C (გრ) + O 2 (გ) \u003d CO 2 (გ), D r H ° \u003d -393 კჯ.
იპოვეთ D f H°(CO).
პასუხი: -110 კჯ/მოლ.
2. გამოთვალეთ ნახშირბადის მონოქსიდის (CO) წარმოქმნის ენთალპია და წვის ენთალპია შემდეგი რეაქციების საფუძველზე:
I. 2C (გ) + O 2 (გ) \u003d 2CO (გ), D r H ° \u003d -220 კჯ.
II. 2CO (გ) + O 2 (გ) \u003d 2CO 2 (გ), D r H ° \u003d -566 კჯ.
პასუხი: -110 კჯ/მოლი; -283 კჯ/მოლ.
3. იპოვეთ ნატრიუმის სულფიტის წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია თერმოქიმიური განტოლებიდან
4Na 2 SO 3 (cr) \u003d 3Na 2 SO 3 (cr) + Na 2 S (cr) - 181.1 კჯ,
თუ 
კჯ/მოლი და 
კჯ/მოლ.
პასუხი: -1090 კჯ/მოლ.
4. იპოვეთ მეთანის წვის სტანდარტული ენთალპია რეაქციის საფუძველზე CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g), D r H ° \u003d -802 kJ.
პასუხი: -802 კჯ/მოლ.
5. იწინასწარმეტყველე დადებითი იქნება თუ უარყოფითი
სისტემის ენტროპიის ცვლილება რეაქციებში:
ა) H 2 O (g) ® H 2 O (გ) (25 ° C ტემპერატურაზე);
ბ) CaCO 3 (t) ® CaO (t) + CO 2 (გ);
გ) N 2 (გ) + 3H 2 (გ) \u003d 2NH 3 (გ);
დ) N 2 (გ) + O 2 (გ) \u003d 2NO (გ);
ე) Ag + (ხსნარი) + Cl - (ხსნარი) = AgCl (t).
მიეცით განმარტებები გამოთვლების გარეშე.
პასუხი: ა) +; ბ) +; in) -; დ) ~0; ე) -.
6. იწინასწარმეტყველეთ DS სისტემის ნიშანი თითოეულ შემდეგში
პროცესები:
ა) 1 მოლი CCl 4(g) აორთქლება;
ბ) Br 2(g) → Br 2(g);
გ) AgCl(t) ნალექი NaCl(aq.) და AgNO 3 (aq.) შერევით.
მიეცით განმარტებები.
პასუხი: ა) +; ბ) -; in) -.
7. ნივთიერების ენტროპიების აბსოლუტური მნიშვნელობების ცხრილის გამოყენებით სტანდარტულ პირობებში (S °), შეადარეთ ნივთიერებების აბსოლუტური ენტროპიების მნიშვნელობები 298 K ტემპერატურაზე თითოეულ შემდეგ წყვილში. :
ა) O 2 (გ) და O 3 (გ);
ბ) C (ბრილიანტი) და C (გრაფიტი);
გ) NaCl (t) და MgCl 2 (t).
ახსენით S°-ში განსხვავების მიზეზი თითოეულ შემთხვევაში.
8. გამოთვალეთ D r S° რეაქციებისთვის
ა) N 2 (გ) + 3H 2 (გ) \u003d 2NH 3 (გ); ბ) 2SO 2 (გ) + O 2 (გ) \u003d 2SO 3 (გ),
სტანდარტულ პირობებში ნივთიერებების აბსოლუტური ენტროპიების ტაბულური მნიშვნელობების გამოყენებით.
პასუხი: ა) -197,74 ჯ/კ; ბ) -188,06 ჯ/კ.
9. აბსოლუტური ენ-ის ცხრილის მნიშვნელობების გამოყენება
ტროპიუმი (S°), გამოთვალეთ D r S° შემდეგი პროცესებისთვის:
ა) CO (გ) + 2H 2 (გ) \u003d CH3 OH (გ);
ბ) 2HCl (გ) + Br 2 (გ) \u003d 2HBr (გ) + Cl 2 (გ);
გ) 2NO 2 (გ) = N 2 O 4 (გ).
ეთანხმება თუ არა D r S°-ის ნიშანი თითოეულ შემთხვევაში იმას, რაც უნდა იყოს მოსალოდნელი თვისებრივი წარმოდგენის საფუძველზე? ახსენი პასუხები.
პასუხი: ა) -218,83 ჯ/კ; ბ) 94,15 ჯ/კ; გ) -175,77 ჯ/კ.
10. CO (გ) წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია არის -110,5 კჯ/მოლი. 2 მოლი CO (გ) წვის შედეგად გამოიყოფა 566 კჯ სითბო. გამოთვალეთ
პასუხი: -393,5 კჯ/მოლ.
11. განსაზღვრეთ გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა 100 კგ ცაცხვის წყლით ჩაქრობისას: CaO (k) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (k), თუ ფორმირების სტანდარტული სითბოა CaO (k), H2O (l), Ca(OH) 2(k) არის შესაბამისად -635.14; -285,84; -986,2 კჯ/მოლ.
პასუხი: -1165357,2 კჯ.
12. განსაზღვრეთ წყალბადის ზეჟანგის (H 2 O 2) წყალში და ჟანგბადში დაშლის ენთალპია ქვემოთ მოცემული მონაცემების გამოყენებით:
SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + H 2 O 2 (p) \u003d SnCl 4 (p) + 2H 2 O (l), D r H ° \u003d -393,3 კჯ;
SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + 1 / 2O 2 (g) \u003d SnCl 4 (p) + H 2 O (l), D r H ° \u003d -296,6 კჯ.
პასუხი: - 96,7 კჯ.
13. გამოთვალეთ სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა დღეში 10 6 კგ ამიაკის წარმოებისას, თუ
პასუხი: -2.7. 10 9 კჯ.
14. განსაზღვრეთ შემდეგი მონაცემების საფუძველზე:
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 კჯ.
პასუხი: -455,2 კჯ/მოლ.
15. გამოთვალეთ რეაქციის ენთალპიის ცვლილება სტანდარტულ პირობებში: H 2 (g) + 1 / 3O 3 (g) \u003d H 2 O (g), შემდეგი მონაცემების საფუძველზე:
2O 3 (გ) \u003d 3O 2 (გ), D r H ° \u003d -288,9 კჯ,
კჯ/მოლ.
პასუხი: -289,95 კჯ.
16. გამოთვალეთ PbO წარმოქმნის რეაქციის სტანდარტული ენთალპია შემდეგი მონაცემების გამოყენებით:
1) 2Pb (cr) + O 2 (g) \u003d 2PbO 2 (cr) - 553,2 კჯ;
2) 2PbO 2 (cr) \u003d 2PbO (cr)) + O 2 (გ) + 117,48 კჯ.
პასუხი: -217,86 კჯ/მოლ.
17. გამოთვალეთ CuCl წარმოქმნის რეაქციის სტანდარტული ენთალპია შემდეგი მონაცემების გამოყენებით:
1) CuCl 2 (cr) + Cu (cr) = 2 CuCl (cr) - 63,5 კჯ;
2) Cu (cr) + Cl 2 (g) = CuCl 2 (cr) - 205,9 კჯ.
პასუხი: 134,7 კჯ/მოლ.
18. გამოთვალეთ მეთილის სპირტის Δ f H° თხევად მდგომარეობაში შემდეგი მონაცემების გათვალისწინებით:
H 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) \u003d H 2 O (g), D r H ° \u003d -285,8 კჯ;
C (გრ) + O 2 (გ) \u003d CO 2 (გ), D r H ° \u003d -393,7 კჯ;
CH 3 OH (ლ) + 3 / 2O 2 (გ) \u003d CO 2 (გ) + 2H 2 O (ლ), D r H ° \u003d -715,0 კჯ.
პასუხი: -250,3 კჯ/მოლ.
19. ბენზოლისა და აცეტილენის წვის სტანდარტული ენთალპიებია შესაბამისად -3270 და -1302 კჯ/მოლი. განსაზღვრეთ აცეტილენის ბენზოლად გადაქცევის D r H °: 3C 2 H 2 (გ) \u003d C 6 H 6 (გ).
პასუხი: -636 კჯ.
20. განსაზღვრეთ რკინის ოქსიდის წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია (III), თუ 20 გ რკინის დაჟანგვის დროს გამოიყოფა 146,8 კჯ სითბო.
პასუხი: -822 კჯ/მოლ.
21. გამოთვალეთ სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა 22,4 ლიტრი ამიაკის მიღებისას (ნ.ო.), თუ
N 2 (გ) + 3H 2 (გ) \u003d 2NH 3 (გ), D r H ° \u003d -92 კჯ.
პასუხი: -46 კჯ.
22. განსაზღვრეთ ეთილენის Δ f H° შემდეგი მონაცემების გამოყენებით.
C 2 H 4 (გ) + 3O 2 (გ) \u003d 2CO 2 (გ) + 2H 2 O (გ) -1323 კჯ;
C (გრ) + O 2 (გ) \u003d CO 2 (გ) -393,7 კჯ;
H 2 (გ) + 1 / 2O 2 (გ) \u003d H 2 O (გ) -241,8 კჯ.
პასუხი: 52 კჯ / მოლ.
23. გამოთვალეთ რეაქციის ენთალპია F (g) + Li (g) \u003d F - (g) + Li + (g),
თუ F (g) + e \u003d F - (გ) -322 კჯ / მოლი;
Li (g) \u003d Li + (g) + e + 520 კჯ / მოლ.
პასუხი: 198 კჯ.
24. გამოთვალეთ Hg 2 Br 2-ის წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია შემდეგი მონაცემების გამოყენებით:
1) HgBr 2 (cr) + Hg (g) = Hg 2 Br 2 (cr) - 37,32 კჯ;
2) HgBr 2 (cr) \u003d Hg (l) + Br 2 (l) + 169,45 კჯ.
პასუხი: -206,77 კჯ/მოლ.
25. გამოთვალეთ ნატრიუმის ბიკარბონატის წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია შემდეგი მონაცემების გამოყენებით:
2NaHCO 3 (cr) \u003d Na 2 CO 3 (cr) + CO 2 (გ) + H 2 O (გ) + 130.3 კჯ,
თუ 
კჯ/მოლი;
C (გრ) + O 2 (გ) \u003d CO 2 (გ) - 393,7 კჯ; H 2 (გ) + 1 / 2O 2 (გ) \u003d H 2 O (გ) -241,8 კჯ.
პასუხი: -947,4 კჯ/მოლ.
26. გამოთვალეთ CaCO 3 (cr) წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია შემდეგი მონაცემების გამოყენებით:
Ca (OH) 2 (c) + CO 2 (g) \u003d CaCO 3 (cr) + 173,9 კჯ;
C (გრ) + O 2 (გ) \u003d CO 2 (გ) - 393,7 კჯ;
კჯ/მოლ.
პასუხი: -1206 კჯ/მოლ.
27. განსაზღვრეთ რკინის ოქსიდის წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია (III), თუ რეაქციის დროს
2Fe + Al 2 O 3 \u003d Fe 2 O 3 + 2Al
ყოველ 80 გ Fe 2 O 3-ზე შეიწოვება 426,5 კჯ სითბო, 
კჯ/მოლ.
პასუხი: -823 კჯ/მოლ.
28. რამდენი სითბო უნდა დაიხარჯოს 11,2 კგ რკინის მისაღებად, თუ თერმოქიმიური განტოლების შესაბამისად FeO (t) + H 2 (g) \u003d Fe (t) + H 2 O (g) + 23 კჯ. .
პასუხი: 4600 კჯ.
29. იპოვეთ ალმასის წვის სითბო, თუ გრაფიტის წვის სტანდარტული სიცხეა -393,51 კჯ/მოლი, ხოლო სითბო არის
ხოლო ფაზური გადასვლა С(გრაფიტი) ® С(ბრილიანტი) არის
1,88 კჯ/მოლ.
პასუხი: -395,39 კჯ/მოლ.
30. რამდენი სითბო გამოიყოფა 1 კგ წითელი ფოსფორის შავ ფოსფორად გადაქცევისას, თუ ცნობილია;
რომ წითელი და შავი ფოსფორის წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპიებია შესაბამისად -18,41 და -43,20 კჯ/მოლი.
პასუხი: -800 კჯ.
ნაწილი II
გამოთვალეთ ქიმიური რეაქციის გიბსის ენერგიის სტანდარტული ცვლილება 25 °C ტემპერატურაზე ფორმირების სტანდარტული ენთალპიებისა და ქიმიური ნაერთების აბსოლუტური ენტროპიების მნიშვნელობებიდან და დაადგინეთ სპონტანური რეაქციის შესაძლებლობა:
1. 4NH 3g + 5O 2g = 4NO g + 6H 2 O გ.
პასუხი: -955,24 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
2. SO 2g + 2H 2 S g \u003d 3S to + 2H 2 O კარგად.
პასუხი: -107,25 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
3. 2H 2 S g + 3O 2g = 2H 2 O g + 2SO 2g.
პასუხი: -990,48 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
4. 2NO g + O 3g + H 2 O კარგად \u003d 2HNO 3g.
პასუხი: - 260,94 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
5. 3Fe 2 O 3k + CO g \u003d 2Fe 3 O 4k + CO 2g.
პასუხი: - 64,51 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
6. 2CH 3 OH w + 3O 2g \u003d 4H 2 Og + 2CO 2g.
პასუხი: - 1370,46 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
7. CH 4g + 3CO 2g \u003d 4CO g + 2H 2 O g.
პასუხი: 228,13 კჯ; რეაქცია შეუძლებელია.
8. Fe 2 O 3k + 3CO g \u003d 2Fe k + 3CO 2g.
პასუხი: -31,3 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
9. C 2 H 4g + 3O 2g \u003d 2CO 2g + 2H 2 O g.
პასუხი: -1313,9 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
10. 4NH 3g + 3O 2g = 6H 2 O g + 2N 2g.
პასუხი: -1305,69 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
11. 4NO 2g + O 2g + 2H 2 O x = 4HNO 3გ.
პასუხი: -55,08 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
12. 2HNO 3l + NO g = 3NO 2g + H 2 O l.
პასუხი: -7,71 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
13. 2C 2 H 2g + 5O 2g \u003d 4CO 2g + 2H 2 O გ.
პასუხი: -2452,81 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
14. Fe 3 O 4k + 4H 2g \u003d 3Fe to + 4H 2 O g.
პასუხი: 99,7 კჯ; რეაქცია შეუძლებელია.
15. 2Fe 2 O 3k + 3C k \u003d 4Fe k + 3CO 2გ.
პასუხი: 297,7 კჯ; რეაქცია შეუძლებელია.
16. Fe 3 O 4k + 4CO g \u003d 3Fe k + 4CO 2g.
პასუხი: -14,88 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
17. 2H 2 S g + O 2g \u003d 2H 2 O ჭა + 2S გ.
პასუხი: -407,4 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
18. Fe 2 O 3k + 3H 2g \u003d 2Fe to + 3H 2 O g.
პასუხი: 54,47 კჯ; რეაქცია შეუძლებელია.
გამოთვალეთ ქიმიური რეაქციის გიბის ენერგიის სტანდარტული ცვლილება 25 °C ტემპერატურაზე ფორმირების სტანდარტული ენთალპიებისა და ქიმიური ნაერთების აბსოლუტური ენტროპიების მნიშვნელობებიდან და დაადგინეთ რა ტემპერატურის წონასწორობა მოხდება სისტემაში.
19. 4HCl g + O 2g ↔ 2Cl 2g + 2H 2 O f.
პასუხი: -93,1 კჯ; ~ 552 კ.
20. Cl 2g + 2HI g ↔ I 2c + 2HCl g.
პასუხი: -194,0 კჯ; ~ 1632 კ.
21. SO 2g + 2CO g ↔ 2CO 2g + S c.
პასუხი: -214,24 კჯ; ~ 1462 კ.
22. CH 4g + 2H 2 Og ↔ CO 2g + 4H 2g.
პასუხი: 113,8 კჯ; ~ 959 კ.
23. CO g + 3H 2g ↔ CH 4g + H 2 O გ.
პასუხი: -142,36 კჯ; ~ 963 კ.
გამოთვალეთ ქიმიური რეაქციის გიბის ენერგიის ცვლილება 350 °C ტემპერატურაზე წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპიებიდან და ქიმიური ნაერთების აბსოლუტური ენტროპიებიდან. უგულებელყოთ D f H° და S° ტემპერატურული დამოკიდებულება. დააყენეთ სპონტანური რეაქციების შესაძლებლობა:
24. 2РН 3g + 4O 2g \u003d P 2 O 5k + 3H 2 O გ.
პასუხი: 1910.47 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
25. Cl 2 g + SO 2 g + 2H 2 O w = H 2 SO 4 w + 2HCl g.
პასუხი: -80,0 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
26. P 2 O 5k + 5C k \u003d 2P k + 5CO გ.
პასუხი: 860,0 კჯ; რეაქცია შეუძლებელია.
27. 2CO g + SO 2g \u003d S-დან + 2CO 2g-მდე.
პასუხი: -154,4 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
28. CO 2g + 4H 2g \u003d CH 4g + 2H 2 O გ.
პასუხი: -57,9 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
29. NO g + O 3 g = O 2 g + NO 2 g.
პასუხი: -196,83 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
30. CH 4g + 2O 2g \u003d CO 2g + 2H 2 O გ.
პასუხი: -798,8 კჯ; რეაქცია შესაძლებელია.
სპონტანური რეაქციის შესაძლებლობა;
ენტროპია;
იზობარი - იზოთერმული პოტენციალი ან გიბსის თავისუფალი ენერგია.
სპონტანურიპროცესებს უწოდებენ, რის შედეგადაც შესაძლებელია სასარგებლო სამუშაოს მიღება, არასპონტანურიარის პროცესები, რომლებიც საჭიროებენ სამუშაოს დახარჯვას.
განვიხილოთ ორი სპონტანური პროცესი - ნატრიუმის ჰიდროქსიდის დაშლა და ამონიუმის ნიტრატის დაშლა:
ეს არის სპონტანური პროცესები, მაგრამ ერთ მათგანს თან ახლავს სითბოს გამოყოფა, მეორეს კი სითბოს შთანთქმა. როგორც ვხედავთ, პროცესის თერმული ეფექტის ნიშანი (ენთალპიის ფაქტორი) ერთმნიშვნელოვნად არ განსაზღვრავს სპონტანური პროცესის შესაძლებლობას. პროცესის სპონტანურობაში არის მეორე ფაქტორი - ენტროპიის ფაქტორი.
რა არის ენტროპია?
ნებისმიერი სისტემის მდგომარეობა შეიძლება აღიწეროს, ერთის მხრივ, სისტემის გაზომილი პარამეტრების მნიშვნელობით (სისტემის მაკრომდგომარეობები), მეორე მხრივ, სისტემის მდგომარეობა შეიძლება აღწერილი იყოს მყისიერი მიკრომდგომარეობების სიმრავლით. , რომლებიც შეესაბამება ჩვენი სისტემის შემადგენელი მიკრონაწილაკების სხვადასხვა ენერგეტიკულ დონეს.
მიკრომდგომარეობების რაოდენობას, რომელიც შეესაბამება მატერიის მოცემულ მაკროსტატს, ეწოდება თერმოდინამიკური ალბათობამისი მდგომარეობა (W), ანუ W არის გზების რაოდენობა, რომლითაც შესაძლებელია მოლეკულების განაწილება ენერგიის სხვადასხვა დონეებს შორის.
თერმოდინამიკური მდგომარეობის ალბათობასთან ასოცირდება სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია, რომელსაც ეწოდება ენტროპია(S).
S = k ln W, სადაც k არის ბოლცმანის მუდმივი, k ≈ 1.38∙10 -23 J/K,
W არის სისტემის მდგომარეობის თერმოდინამიკური ალბათობა.
ნივთიერების 1 მოლისთვის:
S = R ln W, სადაც R არის უნივერსალური აირის მუდმივი, აქ S იზომება.
სახელმწიფო ალბათობა მაქსიმუმსისტემის მაქსიმალურ აშლილობაზე, ანუ ენტროპია მაქსიმალურია, როცა სისტემა ყველაზე არეულ მდგომარეობაშია. სწორედ ამისკენ ისწრაფვის სისტემა სპონტანურად.
ნებისმიერი სისტემა მიდრეკილია გადავიდეს უდიდესი აშლილობის მდგომარეობაში, ანუ სპონტანურად, ნებისმიერი სისტემა მიდრეკილია გაზარდოს ენტროპია. და ენტროპია არის სისტემაში არსებული აშლილობის საზომი. ის იზრდება ისეთ ფიზიკურ პროცესებში, როგორიცაა დნობა, დუღილი, გაზების გაფართოება. ქიმიურ პროცესებში ენტროპია იზრდება, თუ აირისებრი რეაქციის პროდუქტები მიიღება მყარ ან თხევად მდგომარეობაში აღებული საწყისი ნივთიერებებისგან, ან თუ რეაქციის დროს იზრდება მოლეკულების რაოდენობა.
ანუ იზრდება ენტროპია, რადგან იზრდება მოძრავი ნაწილაკების რაოდენობა.
დ.ს.< 0 , - энтропия уменьшается т. к. уменьшается количество частиц (из 3-х в 2) и система переходит из газообразного состояния в жидкое.
განვიხილოთ ენტროპიის ცვლილება სისტემაში ერთი მდგომარეობიდან გადასვლისას, რომელიც ხასიათდება V 1 მოცულობით მეორეზე - V 2 მოცულობით:
თუ V 2 > V 1, მაშინ DS > 0, თუ V 2< V 1 , то DS < 0, т.е. при увеличении объема энтропия увеличивается.
იდეალური კრისტალის ენტროპია აბსოლუტურ ნულზე არის ნული, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ ენტროპიის აბსოლუტური მნიშვნელობა თითოეული ნივთიერებისთვის. ცხრილები აჩვენებს ენტროპიის სტანდარტულ მნიშვნელობას (S°) სტანდარტულ პირობებში.
ენტროპიაარის მატერიის მდგომარეობის ფუნქცია, რაც ნიშნავს, რომ ის არ არის დამოკიდებული სისტემის ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლის გზაზე. შექცევადი იზოთერმული პროცესებისთვის ( ფაზური გადასვლები), ენტროპიის ცვლილება ტოლია ენთალპიის ცვლილებას გაყოფილი ტემპერატურაზე:
ენტროპია დამოკიდებულია ტემპერატურაზე:
სადაც C P არის მოლური სითბოს სიმძლავრე მუდმივი წნევის დროს.
თეორიული ინფორმაცია
ქიმიური პროცესი შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც პირველი ნაბიჯი ქიმიური ობიექტებიდან - ელექტრონი, პროტონი, ატომი - ცოცხალ სისტემაში ასვლისას.
დოქტრინა ქიმიური პროცესების შესახებ- ეს არის მეცნიერების დარგი, რომელშიც ფიზიკის, ქიმიის, ბიოლოგიის ყველაზე ღრმა ურთიერთშეღწევაა. ეს თეორია ემყარება ქიმიურ თერმოდინამიკასა და კინეტიკას.
ნივთიერების უნარი განიცადოს ქიმიური გარდაქმნები მათი რეაქტიულობით, ე.ი. რეაქტიული ნივთიერებების ბუნება - ქიმიური ბმის შემადგენლობა, სტრუქტურა, ბუნება; ენერგეტიკული ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ პროცესის შესაძლებლობას და კინეტიკური ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ მისი კურსის სიჩქარეს.
თითქმის ყველა ქიმიურ პროცესს თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა ან შთანთქმა, ყველაზე ხშირად სითბოს და მუშაობის სახით.
სითბო -ნაწილაკების შემთხვევითი, ქაოტური მოძრაობის რაოდენობრივი საზომი, რომლებიც ქმნიან მოცემულ სისტემას.
სამუშაო -ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობის რაოდენობრივი საზომი მიმართულ ძალის ველში.
ქიმიის განყოფილება, რომელიც შეისწავლის ენერგიის გადასვლას ერთი ფორმიდან მეორეზე ქიმიური რეაქციების დროს და ადგენს მათი სპონტანური დინების მიმართულებასა და საზღვრებს მოცემულ პირობებში, ე.წ. ქიმიური თერმოდინამიკა .
ქიმიური თერმოდინამიკის შესწავლის ობიექტია ქიმიური სისტემა.
სისტემა -ეს არის შესასწავლი სხეული ან სხეულთა ჯგუფი, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან და გონებრივად ან რეალურად გამოყოფილია გარემოსგან საზღვრებით, რომლებიც ატარებენ ან არ ატარებენ სითბოს.
სისტემის გარემოსთან ურთიერთქმედების ბუნებიდან გამომდინარე, არსებობს ღია, დახურული და იზოლირებულისისტემები.
ღია სისტემებიშეუძლია ენერგიისა და მატერიის გაცვლა გარემოსთან. მაგალითად, ნატრიუმის ქლორიდის წყალხსნარი ღია ჭურჭელში. როდესაც წყალი აორთქლდება ხსნარიდან და სითბოს გაცვლის დროს, შეიცვლება სისტემის მასა და ტემპერატურა და, შესაბამისად, ენერგია.
დახურული სისტემებინუ გაცვლით ნივთებს გარემოსთან. მაგალითად, ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარი დახურულ ჭურჭელში. თუ ხსნარს და გარემოს განსხვავებული ტემპერატურა აქვს, მაშინ ხსნარი გაცხელდება ან გაცივდება და შესაბამისად, შეიცვლება მისი ენერგია.
იზოლირებული სისტემებიარ შეუძლია მატერიის ან ენერგიის გაცვლა გარემოსთან. იზოლირებული სისტემა იდეალიზაციაა. ასეთი სისტემები ბუნებაში არ არსებობს. მაგრამ, მიუხედავად პრაქტიკული განხორციელების შეუძლებლობისა, იზოლირებული სისტემები შესაძლებელს ხდის სისტემის და მის გარემოს შორის მაქსიმალური თეორიული ენერგიის განსხვავებების განსაზღვრას.
სისტემის მდგომარეობა განისაზღვრება თვისებების სიმრავლით და ხასიათდება თერმოდინამიკური პარამეტრები : ტემპერატურა (), წნევა (), მოცულობა (), სიმკვრივე (), ნივთიერების რაოდენობა (), შესრულებული სამუშაო (), სითბო (). მინიმუმ ერთი თერმოდინამიკური პარამეტრის ცვლილება იწვევს მთლიანად სისტემის მდგომარეობის ცვლილებას. თუ ყველა პარამეტრი მუდმივია დროსა და სივრცეში, მაშინ სისტემის ეს მდგომარეობა ეწოდება წონასწორობა .
თერმოდინამიკაში სისტემის თვისებები განიხილება წონასწორობის მდგომარეობებში: საწყისი და საბოლოო, მიუხედავად სისტემის ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლის გზაზე. სისტემის გადასვლა ერთი მდგომარეობიდან მეორეზე , = კონსტდაურეკა იზობარულ-იზოთერმული,ზე, = კონსტ– იზოქორიულ-იზოთერმული.
ქიმიური თერმოდინამიკის ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანებია მოცემულ პირობებში და მოცემულ მიმართულებით კონკრეტული ქიმიური რეაქციის სპონტანური პროცესის შესაძლებლობის ან შეუძლებლობის გარკვევა; თერმოდინამიკური პარამეტრების მნიშვნელობის დაყენება, რომლითაც მიიღწევა პროცესის მაქსიმალური გამოსავალი; სისტემაში მომხდარი ენერგიის ცვლილების მახასიათებლების განსაზღვრა. იპოვეთ იგი თერმოდინამიკური ფუნქციები ().
სახელმწიფო ფუნქცია ახასიათებს სისტემის შიდა ენერგია – სხეულის ყველა ნაწილაკების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის ჯამი და მათი მოძრაობის კინეტიკური ენერგია. ეს დამოკიდებულია მატერიის მდგომარეობაზე - ტიპზე, მასაზე, აგრეგაციის მდგომარეობაზე. შინაგანი ენერგიის აბსოლუტური მნიშვნელობის გაზომვა შეუძლებელია. ქიმიური პროცესების შესასწავლად მნიშვნელოვანია ვიცოდეთ მხოლოდ შიდა ენერგიის ცვლილება სისტემის ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლისას.
(27)
სადაც 
სისტემის შიდა ენერგია მცირდება როცა 
- იზრდება. შინაგანი ენერგიის ყველა ცვლილება ხდება მოლეკულების ქაოტური შეჯახების გამო (ამ გზით გადაცემული ენერგიის საზომი არის სითბო) და მასების მოძრაობა, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით ნაწილაკებისგან ნებისმიერი ძალის მოქმედების ქვეშ (გადაცემის ენერგია ეს გზა არის სამუშაო). ამრიგად, შიდა ენერგიის გადაცემა შეიძლება განხორციელდეს ნაწილობრივ სითბოს სახით და ნაწილობრივ სამუშაოს სახით:
(28)
ზემოაღნიშნული განტოლება არის მათემატიკური გამოხატულება თერმოდინამიკის I კანონი : თუ სითბო მიეწოდება სისტემას, მაშინ მიწოდებული სითბო იხარჯება სისტემის შიდა ენერგიის გაზრდაზე და მისთვის სამუშაოს შესრულებაზე.
იზოქორიულ-იზოთერმული პროცესის დროს სისტემას მიეწოდება მთელი სითბო იხარჯება შიდა ენერგიის შეცვლაზე:
(29)
იზობარულ-იზოთერმული პროცესში, სისტემის მიერ შესრულებული ერთადერთი სამუშაო არის გაფართოების სამუშაო:
(30)
სად არის წნევა სისტემაში, არის მოცულობის ცვლილება
შემდეგ თერმოდინამიკის პირველი კანონის მათემატიკური გამოხატულება იღებს ფორმას: 
(31)
აღმნიშვნელი 
, ვიღებთ 
სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია H - ენთალპია არის სისტემის მთლიანი ენერგიის რეზერვი, ე.ი. არის სისტემის ენერგიის შემცველობა. სისტემის ენთალპია მუშაობის მოცულობით მეტია შიდა ენერგიაზე.
რეაქციის მსვლელობისას ენერგეტიკული გამოვლინებების დასახასიათებლად ცნება თერმული ეფექტი.
თერმული ეფექტი- ეს არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა ან შეიწოვება რეაქციის შეუქცევად მიმდინარეობისას, როდესაც ერთადერთი სამუშაო არის გაფართოების სამუშაო. ამ შემთხვევაში, საწყისი მასალების და რეაქციის პროდუქტების ტემპერატურა უნდა იყოს იგივე. თერმული ეფექტი ენდოთერმული რეაქცია(მიედინება სითბოს შთანთქმით) დადებითი იქნება: 
, 
. თერმული ეფექტი ეგზოთერმული რეაქცია(მიედინება სითბოს გამოყოფით) უარყოფითი იქნება: 
, 
.
ქიმიის დარგი, რომელიც ეძღვნება ქიმიური რეაქციების თერმული ეფექტების შესწავლას, ეწოდება თერმოქიმია .
ნებისმიერ ქიმიურ რეაქციას თან ახლავს რეაქტიული ნივთიერებების ენერგიის რეზერვის ცვლილებები. რაც მეტი ენერგია გამოიყოფა ქიმიური ნაერთის წარმოქმნის დროს, მით უფრო სტაბილურია ეს ნაერთი და პირიქით, ენდოთერმული რეაქციის შედეგად მიღებული ნივთიერება არასტაბილურია.
ქიმიურ განტოლებებში, რომლებშიც მითითებულია რეაქციის სიცხე, მათ უწოდებენ თერმოქიმიური.ისინი შედგენილია მასისა და ენერგიის შენარჩუნების კანონების საფუძველზე.
სხვადასხვა პროცესის თერმული ეფექტის შესადარებლად, მათი წარმოშობის პირობები სტანდარტიზებულია. სტანდარტული პირობები - T 0 \u003d 298 K, p 0 \u003d 101.313 kPa, n - 1 მოლი სუფთა ნივთიერების, ენთალპიის ცვლილება ( 
) ეხება ნივთიერების ერთეულ რაოდენობას, კჯ/მოლ. ყველა სტანდარტული თერმოდინამიკური ფუნქცია არის ცხრილის მნიშვნელობები, რომლებიც დამოკიდებულია ნივთიერების აგრეგაციის მდგომარეობაზე.
თერმოქიმიის რაოდენობრივი კანონები გამომდინარეობს თერმოდინამიკის I კანონიდან.
ლავუაზიე-ლაპლასის კანონი(1780 - 1784) - თითოეული ქიმიური ნაერთისთვის, დაშლის სითბო უდრის მისი წარმოქმნის სითბოს, მაგრამ აქვს საპირისპირო ნიშანი.
სამართალი გ.ი. ჰეს(1840) - ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტი დამოკიდებულია საწყისი ნივთიერებებისა და საბოლოო პროდუქტების ბუნებასა და ფიზიკურ მდგომარეობაზე, მაგრამ არ არის დამოკიდებული რეაქციის ბუნებასა და გზაზე, ე.ი. ცალკეული შუალედური ეტაპების თანმიმდევრობიდან.ეს კანონი არის თერმოქიმიის თეორიული საფუძველი. მისგან რამდენიმე შედეგი მოჰყვება:
თერმოქიმიურ გამოთვლებში მარტივი ნივთიერებების წარმოქმნის (ენთალპიის) სიცხე სტანდარტულ პირობებში ნულის ტოლფასია.
(მარტივი ნივთიერება) = 0
ენერგიის რაოდენობას, რომელიც გამოიყოფა ან შეიწოვება მარტივი ნივთიერებისგან 1 მოლი რთული ნივთიერების წარმოქმნის დროს სტანდარტულ პირობებში, ეწოდება წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია ( 
კჯ/მოლი).
ენერგიის რაოდენობას, რომელიც გამოიყოფა ან შეიწოვება 1 მოლი ორგანული ნივთიერებით, რომელიც იშლება ნახშირორჟანგამდე და წყალში სტანდარტულ პირობებში, ეწოდება წვის სტანდარტული ენთალპია. 
კჯ/მოლი).
ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტი უდრის განსხვავებას რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნის სითბოს ჯამს შორის და საწყისი ნივთიერებების წარმოქმნის სითბოს ჯამს შორის, სტექიომეტრიული კოეფიციენტების გათვალისწინებით:
სად არის ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტი სტანდარტულ პირობებში; 
- რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს ჯამი; 
- საწყისი ნივთიერებების წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს ჯამი; 
, 
- რეაქციის პროდუქტებისა და საწყისი მასალების სტოქიომეტრიული კოეფიციენტები.
ჰესის კანონი საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ სხვადასხვა რეაქციების თერმული ეფექტი. მაგრამ თერმული ეფექტის ნიშანი და სიდიდე არ იძლევა საშუალებას ვიმსჯელოთ პროცესების სპონტანურად წარმართვის უნარზე და არ შეიცავს ინფორმაციას პროცესების მიმართულებისა და სისრულის შესახებ.
სპონტანური პროცესები(ბუნებრივი ან დადებითი) - სისტემაში დინება გარე გარემოდან ჩარევის გარეშე და თან ახლავს სისტემის შიდა ენერგიის დაქვეითება და ენერგიის გადაცემა გარემოში სითბოს და სამუშაოს სახით. ენდოთერმული სპონტანური პროცესები არ ეწინააღმდეგება ამ განმარტებას, რადგან ისინი შეიძლება მოხდეს არაიზოლირებულ სისტემაში და აწარმოონ სამუშაო გარემოს სიცხის გამო.
პროცესებს, რომლებიც ვერ განხორციელდება თავისთავად (გარე გავლენის გარეშე) ეწოდება არასპონტანური , არაბუნებრივი ან უარყოფითი. ასეთი პროცესები ხორციელდება გარე გარემოდან სისტემაში ენერგიის გადაცემით სითბოს ან სამუშაოს სახით.
თერმოდინამიკის მეორე კანონის მიხედვით, სპონტანური პროცესები მიდის შიდა ენერგიის მარაგის ან სისტემის ენთალპიის შემცირების მიმართულებით. თუმცა ცნობილია ისეთი პროცესები, რომლებიც სპონტანურად მიმდინარეობს სისტემის შიდა ენერგიის შეცვლის გარეშე. ასეთი პროცესების მამოძრავებელი ძალა არის სისტემის ენტროპია.
ენტროპია(შეზღუდული ენერგია) (
ს)
- ეს არის პროცესის შეუქცევადობის საზომი, ენერგიის ისეთ ფორმაში გადასვლის საზომი, საიდანაც მას არ შეუძლია დამოუკიდებლად სხვა ენერგიაში. ენტროპია ახასიათებს სისტემაში არსებულ აშლილობას, რაც უფრო მაღალია უწესრიგობა, მით უფრო მაღალია ენტროპია. ის იზრდება ნაწილაკების მოძრაობის გაზრდით. გარე გარემოდან იზოლირებულ სისტემებში პროცესები სპონტანურად მიმდინარეობს ენტროპიის გაზრდის მიმართულებით (). პროცესები, რომლებშიც ენტროპია მცირდება ( 
) შეუძლებელია იზოლირებულ სისტემებში. თუ პროცესი შესაძლებელია წინა და საპირისპირო მიმართულებით, მაშინ იზოლირებულ სისტემაში ის გაგრძელდება ენტროპიის გაზრდის მიმართულებით. იზოლირებულ სისტემაში სპონტანური პროცესის მიმდინარეობა სრულდება წონასწორობის მდგომარეობით. ამიტომ წონასწორობაში სისტემის ენტროპია მაქსიმუმ
.
ბოლცმანმა გამოიღო განტოლება, რომლის მიხედვითაც
(34) სადაც არის ბოლცმანის მუდმივი, W არის მდგომარეობის ალბათობა, განსაზღვრავს მოცემული მიკრომდგომარეობის შესაბამისი მიკრომდგომარეობების რაოდენობას.
ეს ურთიერთობა აჩვენებს, რომ ენტროპია შეიძლება განიხილებოდეს, როგორც სისტემის მოლეკულური აშლილობის საზომი.
იზოთერმული პროცესისთვის თერმოდინამიკის II კანონის მიხედვით, ენტროპიის ცვლილება არის:
; [J/(mol K] (35)
მარტივი ნივთიერებების ენტროპია არ არის ნულის ტოლი. ენთალპიისგან განსხვავებით, ენტროპიის აბსოლუტური მნიშვნელობის გაზომვა შესაძლებელია. "აბსოლუტურ ნულზე იდეალური კრისტალის ენტროპია არის ნული" - ეს პოსტულატი M. Planck (1911) ე.წ. თერმოდინამიკის III კანონი.
ქიმიური პროცესის ენტროპიის ცვლილება განისაზღვრება ბალანსის განტოლებით:
ნებისმიერ სისტემას ახასიათებს წესრიგი () და უწესრიგობა (). მათი თანაფარდობა განსაზღვრავს რეაქციის მიმართულებას.
ამრიგად, სისტემის სტაბილურ მდგომარეობაში სპონტანური გადაადგილებისას ჩნდება ორი ტენდენცია: ენთალპიის დაქვეითება. 
და ენტროპიის ზრდა. ორი ტენდენციის კომბინირებული ეფექტი მუდმივ ტემპერატურასა და წნევაზე აისახება იზობარულ-იზოთერმული პოტენციალი ან გიბსის ენერგია ()
.
სახელმწიფო ფუნქცია
ახასიათებს პროცესის ზოგად მამოძრავებელ ძალას, სისტემის მიერ შესრულებულ მაქსიმალურ შესაძლო სასარგებლო სამუშაოს („თავისუფალი ენერგია“); 
- ენერგიის ნაწილი, რომელიც არ შეიძლება გარდაიქმნას სასარგებლო სამუშაოდ („შეკრული ენერგია“).
ქიმიური რეაქციები მიმდინარეობს ღია ჭურჭელში მოცულობის ცვლილებით, ამიტომ პროცესის შესაძლებლობა (სპონტანურობა) და მიმართულება ახასიათებს ბალანსის განტოლებით განსაზღვრულ ფუნქციას სტანდარტულ პირობებში:
; 
(38)
პროცესის სპონტანური მიმდინარეობა შეესაბამება გიბსის ენერგიის შემცირებას, 
. რაც უფრო მცირდება, მით უფრო შეუქცევად მიდის პროცესი საბოლოო რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნისკენ. იზობარული პოტენციალის ზრდა 
მოცემულ პირობებში პროცესის განუხორციელებლობის ნიშანია. მნიშვნელობა 
ახასიათებს წონასწორობის მდგომარეობას, ე.ი. მდგომარეობა, რომელშიც სისტემა არ აწარმოებს სასარგებლო სამუშაოს.
მნიშვნელობების ანალიზმა და გიბსის განტოლებაში აჩვენა, რომ შექცევადი პროცესის შესაძლებლობა განპირობებულია იგივე ნიშნებით და. გარკვეულ ტემპერატურაზე, მნიშვნელობები და თანაბარი გახდეს. მაშასადამე, გიბსის განტოლებიდან შეიძლება განისაზღვროს "წონასწორობის" ტემპერატურა ან პროცესის დაწყების ტემპერატურა ():
; = 0
; 
; 
(39)
ამრიგად, რეაქციები მიმდინარეობს სპონტანურად, რომელშიც თავისუფალი ენერგიის ცვლილება უარყოფითია. რეაქციები, რომელშიც , მიედინება მხოლოდ იმ პირობით, რომ სისტემაზე მუშაობა კეთდება გარე ძალებით ან ენერგია სისტემაში გადადის გარედან. პროცესის სპონტანური დინების პირობები ნაჩვენებია ნახ. 3.
ქიმიური რეაქციები, ქიმიური რეაქციები,
მიედინება სპონტანურად მიედინება არა სპონტანურად
ეგზოთერმული რეაქციები, ეგზოთერმული რეაქციები,
თანმხლები თანმხლები
ენტროპიის ზრდა ენტროპიის შემცირება
ზე ნებისმიერიტემპერატურაზე მაღალიტემპერატურა
ენდოთერმული რეაქციები
თან ახლავს
ენტროპიის ზრდა
ზე დაბალიტემპერატურა
ბრინჯი. 3. პროცესის სპონტანური დინების პირობები.
3.2. აკონტროლეთ კითხვები და ამოცანები
1. რას ჰქვია სისტემა? რა არის სისტემის პარამეტრები?
2. აღწერეთ სისტემის შინაგანი ენერგია, იზოქორული და იზობარული პროცესების ცნება.
3. რას ჰქვია ენთალპია?
4. აღწერეთ ნაერთების წარმოქმნის ენთალპია, წვის სტანდარტული ენთალპიები და ნივთიერებების წარმოქმნა.
5. ჰესის კანონი და მისი შედეგები, მისი გამოყენება თერმოქიმიურ გამოთვლებში.
6. განეიტრალების, დაშლის, დატენიანების სითბოს (ენთალპიების) განსაზღვრა.
7. ენტროპია. ბოლცმანის განტოლება. როგორ იცვლება ენტროპია ტემპერატურასთან ერთად?
8. გიბსის ენერგია. პროცესის სპონტანური დინების კრიტერიუმები.
9. დანართ 3-ში მოცემული საცნობარო მონაცემების გამოყენებით გამოთვალეთ რეაქციის სტანდარტული ენთალპიის ცვლილება ():
10. მე-3 დანართში მოცემული საცნობარო მონაცემების გამოყენებით გამოთვალეთ რეაქციის სტანდარტული ენტროპიის ცვლილება ( 
):
11. გამოთვალეთ რეაქციები 846 0 С-ზე, თუ = 230 კჯ, = 593 ჯ/კ.
პრობლემის გადაჭრის მაგალითები
მაგალითი 1ეთილის სპირტის წვის რეაქცია გამოიხატება თერმოქიმიური განტოლებით C 2 H 5 OH (L) + 3O 2 (G) \u003d 2CO 2 (G) + 3H 2 O (L). გამოთვალეთ რეაქციის თერმული ეფექტი, თუ ცნობილია, რომ C 2 H 5 OH (L) აორთქლების მოლური სითბო არის +42,36 კჯ და C 2 H 5 OH (G) ფორმირების სითბო = -235,31 კჯ, CO 2 (G) \u003d -393,51 kJ, H 2 O (L) \u003d -285,84 kJ.
გამოსავალი.რეაქციის ΔΗ-ს დასადგენად საჭიროა ვიცოდეთ წარმოქმნის სითბო C 2 H 5 OH (L). ამ უკანასკნელს ვპოულობთ მონაცემებიდან:
C 2 H 5 OH (F) \u003d C 2 H 5 OH (G); ΔΗ = +42,36 კჯ
42.36 \u003d -235.31 - ΔΗ (C 2 H 5 OH (W))
ΔΗ (C 2 H 5 OH (W)) \u003d -235.31-42.36 \u003d -277.67 kJ
ჩვენ ვიანგარიშებთ რეაქციის ΔΗ, ჰესის კანონის შედეგების გამოყენებით:
ΔΗ H.R. \u003d 2 (-393,51) + 3 (-285,84) + 277,67 \u003d -1366,87 კჯ.
რეაქციის თერმული ეფექტია 1366,87 კჯ.
ა) Fe 2 O 3 (K) + 3H 2 (G) \u003d 2Fe (K) + 3H 2 O (G)
ბ) Fe 2 O 3 (K) + 3CO (G) \u003d 2Fe (K) + 3CO 2 (G)
რომელი პროცესი მოითხოვს მეტ ენერგიას?
გამოსავალი.ΔΗ XP-ს გამოსათვლელად ვიყენებთ ჰესის კანონის შედეგის ფორმულას და თითოეული ნივთიერების წარმოქმნის სტანდარტულ ენთალპიებს [დანართი 3]:
ა) ΔΗ XP \u003d 2ΔΗ (Fe) + 3ΔΗ (H 2 O) - (ΔΗ (Fe 2 O 3) + 3ΔΗ (H 2)) \u003d 2 (0) + 3 (-241.8) - ((-822 .2) + 3(0)) = -725,4 + 822,2 = 96,8 კჯ.
ბ) ΔΗ XP \u003d 2ΔΗ (Fe) + 3ΔΗ (CO 2) - (ΔΗ (Fe 2 O 3) + 3ΔΗ (CO)) \u003d 2 (0) + 3 (-393.5) - ((-822.2 ) + 3(-110,5)) = -1180,5 + 822,2 + 331,5 = -26,5 კჯ.
გამოთვლებით, პროცესი ა) - რკინის ოქსიდის (III) წყალბადით რედუქცია, უფრო მეტ ენერგიას მოითხოვს, ვიდრე ბ პროცესი). ბ პროცესში რეაქცია კი ეგზოთერმულია (ენერგია გამოიყოფა სითბოს სახით).
მაგალითი 3წყლის გაზი არის წყალბადის და ნახშირბადის მონოქსიდის თანაბარი მოცულობის ნარევი (II). იპოვეთ 112 ლიტრი წყლის გაზის წვის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა, (n.o.).
გამოსავალი.მოდით შევადგინოთ პროცესის თერმოქიმიური განტოლება:
H 2 (G) + CO (G) + O 2 (G) \u003d H 2 O (G) + CO 2 (G) ΔΗ XP \u003d - Q.
გამოვთვალოთ ΔΗ XP, როდესაც იწვის 2 მოლი წყლის გაზი (1 მოლი H 2 და 1 მოლი CO), ე.ი. 22,4 ლ / მოლი 2 მოლი \u003d 44,8 ლ. გამოთვლა ხორციელდება ჰესის კანონის შედეგისა და თითოეული ნივთიერების წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპიების ფორმულის მიხედვით [დამატ. 3]:
ΔΗ XP \u003d ΔΗ (H 2 O) + ΔΗ (CO 2) - (ΔΗ (H 2) + ΔΗ (CO) + ΔΗ (O 2)) \u003d -241.8 - 393.5 - (0 - 110.5 + 0) = - 635,3 + 110,5 = - 524,8 კჯ
ჩვენ ვაკეთებთ პროპორციას:
იწვის 44,8 ლიტრი წყლის გაზი - გამოიყოფა 524,8 კჯ სითბო
112 ლ - X კჯ
X \u003d 112 524.8 / 44.8 \u003d 1312 კჯ
112 ლიტრი წყლის გაზის წვისას გამოიყოფა 1312 კჯ სითბო.
მაგალითი 4მიეცით პროცესის თერმოდინამიკური მახასიათებელი Ga + HCl) ↔ GaCl 3 (t) + H 2 (g) გეგმის მიხედვით:
1. ჩაწერეთ სტექიომეტრიული განტოლება.
2. ჩაწერეთ ჩართული ნივთიერებების თერმოდინამიკური ფუნქციები.
3. გამოთვალეთ ქიმიური რეაქციის სტანდარტული ენთალპიის ცვლილება და დახაზეთ ენთალპიის დიაგრამა.
4. დაადგინეთ რეაქცია ეგზოთერმულია თუ ენდოთერმული; ამ რეაქციის შედეგად სისტემაში ტემპერატურა იზრდება ან იკლებს.
5. გამოთვალეთ რეაქციის სტანდარტული ენტროპიის ცვლილება, ახსენით ენტროპიის ცვლილება რეაქციის დროს.
6. გამოთვალეთ გიბის ენერგიის სტანდარტული ცვლილება ბალანსის განტოლებიდან და გიბსის განტოლებიდან. მიეცით მიღებული მონაცემების ანალიზი.
7. შეუსაბამეთ რაოდენობების ნიშნები 
. და 
დაასკვნეთ, რომ რეაქცია შექცევადია.
8. შექცევადი რეაქციისთვის გამოთვალეთ წონასწორობის ტემპერატურა გიბსის განტოლების მიხედვით, იმ ვარაუდით, რომ მაქსიმალური დასაშვები ტემპერატურაა 3000 K. გააკეთეთ დასკვნა: Tp - რეალიზებადი ან არარეალიზებადი.
9. გამოთვალეთ მნიშვნელობა 
სამ ტემპერატურაზე (500, 1000 და 1500 კ). გრაფიკული დამოკიდებულება 
..
10. გამოიტანე დასკვნა ქიმიური რეაქციის სპონტანურობის შესახებ. განსაზღვრეთ პირობები, რომლებშიც შესაძლებელია რეაქცია
გამოსავალი.
1 ჩაწერეთ სტოქიომეტრიული განტოლება.
2. ჩვენ ვწერთ რეაქციის კომპონენტების ფორმირების სტანდარტულ თერმოდინამიკურ ფუნქციებს (ცხრილი 21) (ნივთიერებების თერმოდინამიკური პარამეტრები [დანართი 3]-დან).
