Келгиле, пайда болуу жылуулугу эмне экендиги жөнүндө сүйлөшөлү, ошондой эле стандарт деп аталган шарттарды аныктайлы. Бул маселени түшүнүү үчүн биз жөнөкөй жана татаал заттардын ортосундагы айырмачылыктарды табабыз. "Пайдалануу ысыгы" түшүнүгүн бекемдөө үчүн конкреттүү химиялык теңдемелерди карап көрүңүз.
Заттардын пайда болушунун стандарттуу энтальпиясы
Көмүртектин газ түрүндөгү суутек менен аракеттенүү реакциясында 76 кДж энергия бөлүнүп чыгат. Бул учурда, бул көрсөткүч химиялык реакциянын жылуулук эффектиси болуп саналат. Бирок бул да жөнөкөй заттардан метан молекуласынын пайда болушунун жылуулугу. "Неге?" – деп сурайсың. Бул баштапкы компоненттери көмүртек жана суутек болгондугу менен шартталган. 76 кДж/моль химиктер "пайдалануу жылуулугу" деп атаган энергия болот.
Маалымат таблицалары
Термохимияда жөнөкөй заттардан түрдүү химиялык заттардын пайда болуу жылуулуктарын көрсөткөн көптөгөн таблицалар бар. Мисалы, формуласы CO2 болгон заттын газ абалында пайда болуу жылуулугуиндекси 393,5 кДж/моль.
Практикалык баалуулук
Бул баалуулуктар бизге эмне үчүн керек? Пайда болуу жылуулугу – кандайдыр бир химиялык процесстин жылуулук эффектисин эсептөөдө колдонулуучу чоңдук. Мындай эсептөөлөрдү жүргүзүү үчүн термохимия мыйзамын колдонуу талап кылынат.
Термохимия
Ал химиялык реакция процессинде байкалган энергетикалык процесстерди түшүндүрүүчү негизги мыйзам. Өз ара аракеттенүү учурунда реакциялоочу системада сапаттык кайра жаралуулар байкалат. Кээ бир заттар жок болот, анын ордуна жаңы компоненттер пайда болот. Мындай процесс ички энергия системасынын өзгөрүшү менен коштолуп, жумуш же жылуулук түрүндө көрүнөт. Кеңейтүү менен байланышкан иш химиялык трансформациялар үчүн минималдуу көрсөткүчкө ээ. Бир компоненттин башка затка айланышында бөлүнүп чыккан жылуулук чоң болушу мүмкүн.
Эгерде ар кандай трансформацияларды эске алсак, дээрлик бардыгы үчүн жылуулуктун белгилүү бир көлөмүн сиңирүү же чыгаруу бар. Болгон кубулуштарды түшүндүрүү үчүн атайын бөлүм түзүлдү - термохимия.
Гесс мыйзамы
Термодинамиканын биринчи мыйзамынын аркасында химиялык реакциянын шарттарына жараша жылуулук эффектисин эсептөө мүмкүн болду. Эсептөөлөр термохимиянын негизги мыйзамына, тактап айтканда Гесс мыйзамына негизделген. Биз анын формуласын беребиз: химиялык трансформациянын жылуулук эффектисизаттын табияты, баштапкы жана акыркы абалы менен байланышкан, ал өз ара аракеттенүү жолу менен байланышпайт.
Бул сөздөн эмне келип чыгат? Белгилүү бир продуктуну алууда өз ара аракеттенүүнүн бир гана вариантын колдонуунун кереги жок, реакцияны ар кандай жолдор менен жүргүзүүгө болот. Кандай болгон күндө да, сиз каалаган затты кантип алганыңызга карабастан, процесстин жылуулук эффектиси бирдей мааниге ээ болот. Аны аныктоо үчүн бардык аралык трансформациялардын жылуулук эффекттерин жыйынтыктоо зарыл. Гесс мыйзамынын аркасында калориметрде жүргүзүү мүмкүн болбогон жылуулук эффекттеринин сандык көрсөткүчтөрүн эсептөөлөрдү жүргүзүү мүмкүн болду. Мисалы, көмүртек кычкылы затынын пайда болуу жылуулугу Гесс мыйзамы боюнча сандык жактан эсептелет, бирок сиз аны кадимки эксперименттер менен аныктай албайсыз. Ошондуктан атайын термохимиялык таблицалар абдан маанилүү, аларда стандарттык шарттарда аныкталган ар кандай заттар үчүн сандык маанилер киргизилет
Эсептөөдөгү маанилүү пункттар
Пайдалануу жылуулугу реакциянын жылуулук эффектиси экенин эске алсак, каралып жаткан заттын агрегация абалы өзгөчө мааниге ээ. Мисалы, өлчөөлөрдү жүргүзүүдө көмүртектин стандарттык абалы катары алмазды эмес, графитти кароо салтка айланган. Басым жана температура да эске алынат, башкача айтканда, реакцияга кирген компоненттер башында жайгашкан шарттар. Бул физикалык чоңдуктар өз ара аракеттенүүгө олуттуу таасирин тийгизиши мүмкүн, энергетикалык баалуулукту жогорулатат же азайтат. Негизги эсептөөлөр үчүн,термохимия, басымдын жана температуранын конкреттүү көрсөткүчтөрүн колдонуу салтка айланган.
Стандарттык шарттар
Заттын пайда болуу жылуулугу стандарттык шарттарда энергетикалык эффекттин чоңдугун аныктоо болгондуктан, аларды өзүнчө бөлүп чыгабыз. Эсептөөлөр үчүн температура 298 К (25 градус Цельсий), басым - 1 атмосфера тандалган. Мындан тышкары, көңүл бура турган маанилүү жагдай – бул жөнөкөй заттар үчүн пайда болуу жылуулукунун нөлгө барабар болушу. Бул логикалуу, анткени жөнөкөй заттар өзүнөн өзү пайда болбойт, башкача айтканда, алардын пайда болушуна эч кандай энергия сарпталбайт.
Термохимиянын элементтери
Заманбап химиянын бул бөлүмү өзгөчө мааниге ээ, анткени бул жерде маанилүү эсептөөлөр жүргүзүлөт, жылуулук энергетикасында колдонулуучу конкреттүү натыйжалар алынат. Термохимияда керектүү натыйжаларды алуу үчүн иштөө үчүн маанилүү болгон көптөгөн түшүнүктөр жана терминдер бар. Энтальпия (ΔH) химиялык өз ара аракеттешүү жабык системада болгонун, реакцияга башка реагенттердин таасири болбогонун, басым туруктуу болгонун көрсөтөт. Бул тактоо аткарылган эсептөөлөрдүн тактыгы жөнүндө айтууга мүмкүндүк берет.
Кандай реакция каралып жатканына жараша, пайда болгон жылуулук эффектинин чоңдугу жана белгиси олуттуу түрдө айырмаланышы мүмкүн. Ошентип, бир татаал заттын бир нече жөнөкөй компоненттерге ажырашын камтыган бардык трансформациялар үчүн жылуулукту жутуу болжолдонот. Көптөгөн баштапкы заттарды бир, татаалыраак продуктуга бириктирүү реакциялары менен коштолотолуттуу көлөмдөгү энергияны бөлүп чыгарат.
Тыянак
Кандайдыр бир термохимиялык маселени чечүүдө ошол эле аракеттердин алгоритми колдонулат. Биринчиден, таблицага ылайык, ар бир баштапкы компонент үчүн, ошондой эле реакция продуктылары үчүн агрегация абалын унутпай, пайда болуу жылуулугунун мааниси аныкталат. Андан тышкары, Гесс мыйзамы менен куралданышып, алар каалаган маанини аныктоо үчүн теңдеме түзүшөт.
Белгилүү бир теңдемедеги баштапкы же акыркы заттардын алдында турган стереохимиялык коэффициенттерди эске алууга өзгөчө көңүл буруу керек. Эгерде реакцияда жөнөкөй заттар болсо, анда алардын стандарттык пайда болуу жылуулуктары нөлгө барабар, башкача айтканда, мындай компоненттер эсептөөдө алынган натыйжага таасирин тийгизбейт. Келгиле, алынган маалыматты конкреттүү реакцияга колдонууга аракет кылалы. Мисал катары графит менен өз ара аракеттенүү аркылуу темир кычкылынан (Fe3+) таза металлдын пайда болуу процессин алсак, анда маалымдама китебинен баалуулуктарды таба аласыз стандарттык пайда болуу жылуулуктун. Темир оксиди үчүн (Fe3+) –822,1 кДж/моль болот, графит үчүн (жөнөкөй зат) нөлгө барабар. Реакциянын натыйжасында көмүртек кычкылы (СО) пайда болот, ал үчүн бул көрсөткүч 110,5 кДж/моль мааниге ээ, ал эми бөлүнүп чыккан темир үчүн пайда болуу жылуулугу нөлгө туура келет. Берилген химиялык өз ара аракеттешүүнүн стандарттуу пайда болушунун жазуусу төмөнкүчө мүнөздөлөт:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 кДж.
ТалдооГесс мыйзамы боюнча алынган сандык натыйжадан биз бул процесс эндотермиялык трансформация болуп саналат, башкача айтканда, темирди анын үч валенттүү оксидинен калыбына келтирүү реакциясы үчүн энергияны сарптайт деген логикалык тыянак чыгара алабыз.
