1Химиялық термодинамика. Термодинамиканың бірінші заңы және оның қолданылуы. Гесс заңы және оның салдары. Кирхгоф теңдеуі

Химиялық реакциялар энергияның бөлінуі не сіңірілуі түрінде байқалады. Әдетте бұл энергия жылу түрінде бөлінеді немесе сіңіріледі. Жану, металлдардың күкіртпен немесе хлормен қосылуы, қышқылдың сілтімен бейтарапталануы көп мөлшерде жылудың бөлінуімен жүреді. Керісінше, мұндай реакциялар, яғни кальций карбонатының ыдырауы, азот оксидінің азот пен оттектен түзілуі, сол кездегі жылудың үзіліссіз сырттай құйылуы мен тоқтатылуы үшін керек. Бұл реакциялардың жылу сіңірілуімен жүруі түсінікті.

Әр түрлі заттардың әрекеттесуі кезінде жылудың бөлінуі осы заттардың реакцияға дейінгі жасырын формада белгілі мөлшерде энергияны иеленуін білдіреді. Ішкі энергия деп дененің өзінің потенциалдық және кинетикалық энергиясынан басқа барлық энергиялардың жиынтығын айтады.

Химиялық айналымдар кезінде бөліктен тұратын энергия заттары босатылады. Реакция кезінде бөлінген жылу мөлшерін өлшей отырып, біз жиналған қордың өзгерісін байқай аламыз.

Кейбір реакциялар кезінде сәулелі энергияның бөлінуін немесе сіңірілуін байқаймыз. Әдетте реакция кезінде жарықтың бөлінуі мен ішкі энергия сәулеленуге тікелей емес, жылу арқылы айналады. Мысалы, көмірдің жанған кезіндегі жарықтың пайда болуы реакция кезінде бөлінген жылудың арқасында көмір әбден қызып, жарқырай бастайды. Бірақ ішкі энергия сәулеленуге тікелей айналады. Бұл процесстерді люминесценция деп атайды. Іштей өзара айналу және электрлік энергия процесстері көп мағынаға ие болады. Айтылған реакция кезінде ішкі энергия жылуға, кейін механикалық энергияға айналады.

Химиялық реакция кезінде заттың ішкі энергиясы жылулық, сәулелік, электрлік немесе механикалық энергияға айналады. Химиялық реакцияларды энергетикалық жағынан алғанда экзотермиялық (жылуды сыртқа шығарады) және эндотермиялық (жылуды ішке сіңіреді) болып екіге бөлінеді.

Химиялық реакциялар әр түрлі жылдамдықпен жүреді. Реакция жылдамдығы әрекеттесуші заттар концентрацияларының белгілі уақыт ішінде өзгеруімен өлшенеді. Бұдан басқа бір реакция әр түрлі жағдайларда, мысалы, температура жоғарлағанда тез жүруі мүмкін, ал басқа жағдайларда, яғни суытқанда ақырын жүреді. Сонымен бірге бір реакция жылдамдығының айырмашылығы өте үлкен болуы мүмкін.

Химиялық реакция жылдамдығының өте үлкен ғылыми және тәжірибиелі мағынасы бар. Мысалы, химиялық өндірісте реакция жылдамдығына байланысты өндіріс заттың өлшемі, өндіріс аппаратурасы және өндірілетін өнімнің мөлшері өзгереді.

Реакция жылдамдығын қарастырғанда реакцияның гомогенді не гетерогенді жүйеде жүріп жатқанын айыра білу керек.

Белгілі көлем ішінде жеке заттың немесе бірнеше заттың қоспасын химияда жүйе деп атайды. Осы жүйеге қарама-қайшы болатын сыртқы орта, яғни заттар. Әдетте осы жүйе ортадан физикалық түрде шектелген.

Жүйе гомогенді және гетерогенді болады. Гомогенді жүйе – бір фазалы, гетерогенді жүйе екі не одан да көп фазадан тұрады. Гетерогенді жүйенің басқа бөлімдерімен араласпай тұрған біртекті бөлімі фаза деп аталады.

Кез келген газ қоспасы гомогенді жүйеге мысал бола алады. Мысалы үшін оттек пен азоттың қосындысы. Гомогенді жүйенің тағы бір мысалы ретінде бір ертіндідегі бірнеше заттардың ерітіндісін қарастыруға болады. Мысалы, натрий хлоридінің, магний сульфатының, азот пен оттегінің судағы ерітіндісі. Осы екі жағдайдың әр қайсысында жүйе бір ғана фазадан тұрады: бірінші мысалда газды фазада, ал екіншісінде су ерітіндісінде.

Гетерогенді жүйеге мысал ретінде, яғни су мен тұздың, қою ерітінді тұнба мен ауа атмосферасындағы күкірт пен көмірдің жүйе ретінде келтірілген болатын. Соңғы жағдайда жүйе үш фазадан тұрады: екеуі қатты, біреуі газ.

Егер реакцияның гомогенді жүйеде жүріп жатса, онда ол жүйенің барлық көлемінде өтеді. Мысалы, күкірттің пайда болуынан натрий трисульфаты мен күкірт қышқылының ерітінділерінің тұнбалануы, ерітіндінің бүкіл көлемінде байқалады.