Түзілу жылуы дегеніміз не, сондай-ақ стандартты деп аталатын шарттарды анықтайық. Бұл мәселені түсіну үшін қарапайым және күрделі заттардың айырмашылығын анықтаймыз. «Түзілу жылуы» түсінігін бекіту үшін арнайы химиялық теңдеулерді қарастырыңыз.
Заттардың түзілудің стандартты энтальпиясы
Көміртектің газ тәрізді сутегімен әрекеттесу реакциясында 76 кДж энергия бөлінеді. Бұл жағдайда бұл көрсеткіш химиялық реакцияның жылу эффектісі болып табылады. Бірақ бұл да қарапайым заттардан метан молекуласының түзілу жылуы. «Неге?» - сен сұрадың. Бұл бастапқы құрамдастардың көміртегі мен сутегі болғандығына байланысты. 76 кДж/моль химиктер «түзілу жылуы» деп атайтын энергия болады.
Дерек кестелері
Термохимияда қарапайым заттардан әртүрлі химиялық заттардың түзілу жылуларын көрсететін көптеген кестелер бар. Мысалы, формуласы CO2 болатын заттың газ күйіндегі түзілу жылуыиндексі 393,5 кДж/моль.
Практикалық мән
Бұл құндылықтар бізге не үшін қажет? Түзілу жылуы кез келген химиялық процестің жылу эффектісін есептегенде қолданылатын шама. Мұндай есептеулерді жүргізу үшін термохимия заңын қолдану қажет.
Термохимия
Ол химиялық реакция процесінде байқалатын энергетикалық процестерді түсіндіретін негізгі заң. Өзара әрекеттесу кезінде реакциялық жүйеде сапалық түрлендірулер байқалады. Кейбір заттар жоғалады, орнына жаңа компоненттер пайда болады. Мұндай процесс ішкі энергия жүйесінің өзгеруімен бірге жүреді, ол жұмыс немесе жылу түрінде көрінеді. Кеңейтумен байланысты жұмыс химиялық түрлендірулер үшін минималды көрсеткішке ие. Бір компоненттің екінші затқа айналуы кезінде бөлінетін жылу үлкен болуы мүмкін.
Әртүрлі түрлендірулерді қарастыратын болсақ, барлығына дерлік белгілі бір мөлшердегі жылуды сіңіру немесе шығару бар. Болып жатқан құбылыстарды түсіндіру үшін арнайы бөлім құрылды - термохимия.
Гесс заңы
Термодинамиканың бірінші заңының арқасында химиялық реакцияның жүру шарттарына байланысты жылу эффектісін есептеу мүмкін болды. Есептер термохимияның негізгі заңына, яғни Гесс заңына негізделген. Біз оның формуласын береміз: химиялық түрленудің жылу эффектісізаттың табиғатымен, бастапқы және соңғы күйімен байланысты, ол өзара әрекеттесу жүзеге асырылу тәсілімен байланысты емес.
Бұл сөзден не шығады? Белгілі бір өнімді алған жағдайда бір ғана әрекеттесу нұсқасын қолданудың қажеті жоқ, реакцияны әртүрлі тәсілдермен жүргізуге болады. Кез келген жағдайда, қажетті затты қалай алғаныңызға қарамастан, процестің жылу әсері бірдей мәнге ие болады. Оны анықтау үшін барлық аралық түрлендірулердің жылу эффектілерін қорытындылау қажет. Гесс заңының арқасында жылу эффектілерінің сандық көрсеткіштерінің есептеулерін орындау мүмкін болды, оны калориметрде жүргізу мүмкін емес. Мысалы, көміртегі тотығы затының түзілу жылуы сандық түрде Гесс заңы бойынша есептеледі, бірақ оны қарапайым тәжірибелер арқылы анықтай алмайсыз. Сондықтан арнайы термохимиялық кестелер өте маңызды, оларда стандартты жағдайларда анықталған әртүрлі заттар үшін сандық мәндер енгізіледі
Есептеудегі маңызды нүктелер
Түзілу жылуы реакцияның жылу эффектісі екенін ескерсек, қарастырылып отырған заттың агрегация күйінің ерекше маңызы бар. Мысалы, өлшеу жүргізгенде көміртектің стандартты күйі ретінде алмазды емес, графитті қарастыру әдетке айналған. Қысым мен температура да есепке алынады, яғни реакцияға түсетін компоненттер бастапқыда орналасқан жағдайлар. Бұл физикалық шамалар өзара әрекеттесуге айтарлықтай әсер етіп, энергия құндылығын жоғарылатуы немесе азайтуы мүмкін. Негізгі есептеулер үшін,термохимия үшін қысым мен температураның нақты көрсеткіштерін пайдалану әдетке айналған.
Стандартты шарттар
Заттың түзілу жылуы стандартты жағдайларда энергетикалық әсердің шамасын анықтау болғандықтан, біз оларды жеке бөліп аламыз. Есептеулер үшін температура 298 К (25 градус Цельсий), қысым - 1 атмосфера таңдалады. Сонымен қатар, кез келген қарапайым заттар үшін түзілу жылуы нөлге тең болатындығына назар аударған маңызды мәселе. Бұл қисынды, өйткені қарапайым заттар өздігінен түзілмейді, яғни олардың түзілуіне энергия шығыны болмайды.
Термохимия элементтері
Қазіргі химияның бұл бөлімі ерекше маңызға ие, өйткені дәл осы жерде маңызды есептеулер жүргізіледі, жылу энергетикасында қолданылатын нақты нәтижелер алынады. Термохимияда қажетті нәтижелерді алу үшін жұмыс істеу үшін маңызды көптеген ұғымдар мен терминдер бар. Энтальпия (ΔH) химиялық әсерлесудің тұйық жүйеде болғанын, басқа реагенттер тарапынан реакцияға әсер етпегенін, қысым тұрақты болғанын көрсетеді. Бұл нақтылау орындалған есептеулердің дәлдігі туралы айтуға мүмкіндік береді.
Қандай реакция түрі қарастырылатынына байланысты, нәтижесінде пайда болатын жылу әсерінің шамасы мен белгісі айтарлықтай өзгеше болуы мүмкін. Сонымен, бір күрделі заттың бірнеше қарапайым құрамдас бөліктерге ыдырауымен байланысты барлық түрлендірулер үшін жылуды сіңіру қабылданады. Көптеген бастапқы заттарды бір, күрделірек өнімге біріктіру реакциялары жүредіэнергияның айтарлықтай мөлшерін бөледі.
Қорытынды
Кез келген термохимиялық есептерді шешу кезінде бірдей әрекеттер алгоритмі қолданылады. Біріншіден, кестеге сәйкес әрбір бастапқы компонент үшін, сондай-ақ реакция өнімдері үшін агрегаттық күйді ұмытпай, түзілу жылуының мәні анықталады. Әрі қарай, олар Гесс заңымен қаруланып, қажетті мәнді анықтау үшін теңдеу құрады.
Нақты теңдеудегі бастапқы немесе соңғы заттардың алдында болатын стереохимиялық коэффициенттерді есепке алуға ерекше назар аудару керек. Егер реакцияда жай заттар болса, онда олардың стандартты түзілу жылулары нөлге тең болады, яғни мұндай құраушылар есептеулерде алынған нәтижеге әсер етпейді. Алынған ақпаратты белгілі бір реакцияға қолдануға тырысайық. Мысал ретінде графитпен әрекеттесу арқылы темір оксидінен (Fe3+) таза металдың түзілу процесін алсақ, онда анықтамалықтан мәндерді табуға болады түзілудің стандартты жылуы. Темір оксиді үшін (Fe3+) –822,1 кДж/моль болады, графит (қарапайым зат) үшін ол нөлге тең. Реакция нәтижесінде көміртегі тотығы (СО) түзіледі, ол үшін бұл көрсеткіш 110,5 кДж/моль мәніне ие, ал бөлінген темір үшін түзілу жылуы нөлге сәйкес келеді. Берілген химиялық әсерлесудің стандартты түзілу жылуының жазбасы келесідей сипатталады:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 кДж.
ТалдауГесс заңы бойынша алынған сандық нәтиже, бұл процесс эндотермиялық түрлендіру, яғни темірдің үш валентті оксидінен тотықсыздану реакциясы үшін энергия шығынын білдіреді деген логикалық қорытынды жасауға болады.
