Химиялық реакциялардың энергетикасы


Химиялық процестер жүрген кезде – бір зат екінші затқа айналғанда – энергетикалық өзгерістер болады, яғни энергия (жылу) не сіңіріледі, не бөлінеді, себебі реакцияға түскен заттардағы байланыстар үзіліп, реакция нәтижесінде түзілген заттарда жаңа байланыстар түзіледі. Химиялық процестердің жылу эффектілері термохимия бөлімінде оқылады. Термохимиялық теңдеулерде жылу эффектісі көрсетіледі. Реакция кезінде жылу бөлінсе, экзотермиялық (+), жылу (энергия) сіңірілсе – эндотермиялық (-) реакциялар деп аталады. Химиялық реакциялардың жылу эффектілерін калориметрде өлшейді. Термохимияның заңын 1840 жылы Г.И. Гесс ашқан: Химиялық процесс тікелей жүрсе де, бірнеше сатымен өтсе де оған керекті жылу (тұрақты қысымда не тұрақты көлемде жүрген реакциялар үшін) әрқашан бір мөлшерде болады. Бұл заң энергия сақталу заңының салдары: жүйенің жұтқан энергиясы (Q) оның ішкі энергиясының өзгеруіне (U) және жұмыс жасауға жұмсалады: Q = U + A. Ішкі энергияның (U) абсолют мәні белгісіз, себебі жүйені энергиясы жоқ күйге әкелуге болмайды. Ішкі энергия да басқа энергиялар сияқты күй функциясы, яғни оның өзгерісі жүйенің алғашқы (U1) және соңғы (U2) күйлерінің өзгеруімен анықталады, процестің жүру жолына байланысты емес: U = U2 − U1. Жылу мен жұмыс жүйе күйінің функциясы болмайды, олар тек процеспен байланысты, яғни энергия беру түрі болып табылады. Химиялық процесс кезінде А – сыртқы қысымға қарсы жұмыс, А = pV, V2 – V1 = V – жүйе көлемінің өзгерісі. Көбінесе химиялық процестер тұрақты қысымда өтетіндіктен, изобара- изотермиялық процесте (p = const, T = const) Qp = U + pV; егер мына қосынды U + pV = H деп белгіленсе, Qp = H2 − H1 = H. Н – энтальпия деп аталып, изобара-изотермиялық процестегі жылу, процестің жүру жолына байланысты емес, яғни жүйенің алғашқы және соңғы күйімен анықталады, күй функциясы болады: Qp = H.

Изохора-изотермиялық процесте (V = const, T = const) V = 0 болғандықтан, реакция жылуы U болады, яғни жүйенің ішкі энергиясының өзгеруіне тең: Qv = U. Qp және Qv жылу эффектілері. Термодинамика – энергияның бір түрінің екінші түріне ауысуын зерттейді, сонымен бірге осы ауысулардың заңдылықтарын және сол жағдайлардағы әр түрлі процестердің өздігінен жүретін бағытын көрсетеді. Термодинамикада химиялық реакция кезінде жылу бөліну (-), жылу сіңірілу (+) деп белгіленеді. Түзілу жылуы – берілген жағдайларда жай заттардан 1 моль химиялық қосылыс түзілгендегі бөлінген не сіңірілген жылу; айрылу жылуы – 1моль химиялық қосылыс жай заттарға айрылғанда бөлінген не сіңірілген жылу; жану жылуы – 1моль зат жанғанда бөлінетін жылу. Стандартты жағдайда (25°С не 298К және 1,013×105Па) осы көрсетілген мәндерді былай белгілейді: U°, H°1 моль заттар үшін оларды «Анықтамалардан» алады. Термохимиялық есептеулерде көбінесе Гесс заңынан шығатын салдарлар қолданылады: химиялық реакцияның жылу эффектісі реакция нәтижесінде шыққан заттардың жылу эффектілерінің қосындысынан реакцияға түскен заттардың жылу эффектілерінің қосындысын алып тастағанға тең және сол заттар формулалары алдындағы коэффициенттер ескерілуі қажет:

Нх.р = Н°түз. - Н°түс. , түз. және түс. – түзілген, түскен заттар.