Пәннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «химия есептерін шығару әдістемесі»

2*447,7 кДж

Қай жолмен болсада (тікелей немесе сатылану жолдары) бес хлорлы фосфор түзілгенде бөлініп шығатын жылу мөлшері 447,7 кДж.
Химиялық термодинамика заңдары.
Сурет 1. Лавуазе мен Лаплас және Г.И.Гесс заңдарының графикалық бейнесі.

aA + bB = dD + Q_p Q_p ≠ Q(D) _түзілу

a/d A + b/d B = D + Q_p Q_p = Q(D) _түзілу

Лавуазье-Лаплас заңы: |Q_түзілу| = |Q_{айырылу}|

D = a/d A + b/d B - Q_p Q_p = Q(D) _{айырылу}
Термодинамика термохимия сияқты жүйедегі жүретін үрдістердің бастапқы және соңғы күйін қарастырғанымен оның соңғы күйге жету жолын ескермейді. Жүйенің күйі оның интенсивті және экстенсивті және қасиеттерімен анықталады. Интенсивті қасиеттеріне қысым, температура, концентрация жатады, бұлармен жүйенің әрбір нүктесі сипатталады. Ал, экстенсивтіге – зат мөлшері мен массасына байланысты қасиеттері жатады. Осы екі қасиетке де физикалық шама уақыт кірмейді, оның себебі термодинамика тепе-теңдікте тұрған жүйені зерттейді. Жүйенің күйін былай өрнектеуге болады:

f(P, V, T) = 0 (1)

Бұл үш шама арасындағы байланыс идеалды газдар үшін Клапейрон-Менделеев теңдеуімен өрнектеледі:

PV = m/M *RT; (2)

T = 273 + t;

R = 8,3144 Дж/к*моль

Көпшілік жүйелер үшін жүйенің күйін көрсететін теңдеулер белгісіз. Сондықтан, термодинамика жүйенің күйін сипаттау үшін бес түрлі функция пайдаланылады: E, U, H, S, G.

E – жүйенің толық энергиясы. Тоық энергия қозғалыстағы жүйенің үш түрлі энергиясымен анықталатындығын формуласын көрсету арқылы түсіндірілді.

Е = Е_кин + Е_пот + U (3)

Мұндағы, Е_кин - кинетикалық энергия

Е_пот – потенциялдық энергия

U – жүйенің ішкі энергиясы

Жүйенің ішкі энергиясы (U) деп жүйені құрайтын материалдық дүниелердің кинетикалық және потенциалдық энергиясынан басқа энергия түрлерінің (молекула және молекула ішілік байланыс энергиясы, атомның құрамдас бөліктерініңбайланыс энергиясы) қосындысымен анықталатын шаманы айтады. Бұл шаманың сандық мәнін нақты анықтауға мүмкін де емес және термодинамика үшін тек оның өзгерісін білген жеткілікті.

Термодинамиканың бірінші заңы бойынша жүйенің ішкі энергиясының қоры сыртқы ортамен энергия алмасу болмағанда тұрақты болады.

Жүйеге сырттан берілетін энергия оның ішкі энергиясын өзгертеді және сыртқы күштерге қарсы әсер ететін жұмысқа айналады:

Q = ∆ U + A (4)

Бұл формула термодинамиканың бірінші заңының және энергия сақталу заңының математикалық өрнегі болып есептелінеді.

Тұрақты қысымда өтетін, әрі жұмыс газының көлем ұлғаюына тең болып жүретін изобаралық процестерді сипаттайтын жаңа шама энтальпия енгізілді.

∆H = ∆U + p* ∆ V (5)

Жүйенің ішкі энергиясымен оның құрамындағы бөлшектердің атқаратын жұмысы біріккен күйдегі жалпы энергиясы энтальпия деп аталады. Химиялық реакцияның жылу эффектісі энтальпияның өзгерісіне тең.

Q_p = H₂ – H₁; Q = ∆H; (6)

Изоляцияланған жүйеде энтрапияның арту бағытында үрдіс өздігінен жүреді, бұл термодинамиканың ІІ-заңы болып есептелінеді. Ендігі функция Гиббс энергиясын (G) енгіземіз, ол тұрақты қысымда жүйенің тұрақтылығының өлшемі болып есептеледі, осы функцияның өзгерісі реакцияның жүруіне әсер ететін фактор (энтальриялық және энтропиялық) басын біріктіреді және жүйеде жүретін үрдіс бағытын анықтауға мүмкіндік береді.

∆G = ∆H - T∆S (7)

Гесс заңы бойынша тек химиялық реакция жылу эффектісін емес жылу өзгере жүретін процестердің еру, кристалдану, булану фазалық өзгерістерін жылу эффектілерінде анықтауға болады.

Гесс заңының маңызды 2 салдары бар:

1. 
   Химиялық реакцияның жылу эффектісі реакция өнімдерінің түзілу жылуларының қосындысынан бастапқы реагенттердің түзілу жылуларының қосындысын алып тастағанғандағы айырмаға тең.
   
2. 
   Реакцияның жылу эффектісін табу үшін реагенттер мен өнімдердің жану жылуларының айырымын пайдаланады.
   

∆G⁰ = ∆H⁰ +T∆S⁰ (8)

Реакцияның жүруі жағдайына энтальпиялық және энтропиялық фактор әсер етеді, ол төмендегі кестеде көрсетілген:

Кесте 5 - Реакциялардың жүру бағытын анықтау.

№	∆H0	∆S0	∆G0	Реакцияның жүру, жүрмеу мүмкіндігі	Мысал:
1	-	-	±	|∆H0| > |T∆G0 | төмен температурада жүреді	N2 + 3H2 → 2NH3 + Q T < ∆H0/∆S0
2	+	+	±	|∆H0| < |T∆G0 | жоғары температурада жүреді	CaCO3(kp) → CaO(kp) + CO2(г) – Q T > ∆H0/∆S0
3	-	+	-	Өздігінен жүреді	2Na(kp) + 2H2O(c)→ →2NaOH(c)+H2()+Q