Химиялық тепе-теңдік

                        H =-286 кДж/моль

                       -75+ H =-394+2(-286)

                       H =-891 кДж/моль

   Міне,осылайша,сутек  ( H ) пен метанның  ( H ) молярлық жану жылулығы анықталды.

    Газдың  көлемін литрмен өрнелтейді.1м =1000л;газдың молярлық  көлемі: V =22,4л/моль.

      Онда  H (г) жанғанда  энергия бөлінеді;ал метан жанғанда энергия бөлінеді.

   Демек, Q= =23570кДж  

   Олай  болса газ қоспасының жылушығарғыштық  қабілеті шамамен 236*10 кДж/м болады.

Химиялық реакциялардың  қозғаушы күштерінің бірі энтальпиясының азаюы болып келеді.Экзотермиялық реакциялардың ( H<0) басым көпшілігі өздігінен жүріп өтеді. Бірақ та H<0 шарты химиялық реакцияның өздігінен өтуіне шекті өлшем (критерий) бола бермейді,өйткені H>0 болатын эндотермиялық реакциялар да өздігінен жүре береді.

    Демек,жүйенің  энтальпиясы азаюынан басқа,өздігінен  жүретін процестің басқа да  қозғаушы күші бар болғаны.Мұндай күш бөлшектердің (молекулалардың,атомдардың, иондардың) ретсіз қозғалысқа ұмтылуы,ал жүйенің-реттелген күйден ретсіз күйге ауысуы болмақ.

   Энтропия S-ол күйдің термодинамикалық функциясы және жүйенің ретсіздік өлшемі. Жүйенің бір және сол макрокүйі көптеген микрокүйден тұрады.Жүйенің термодинамикалық ықтималдығы W микрокүйдің саны болып келеді,оның көмегімен осы макрокүй жүзеге асуы мүмкін.

   Барлық  заттар үшін  T=0   кезінде бөлшектердің орын ауыстыруының тек бір ғана мүмкіндігі болады,яғни абсолюттік нөлдік температурада W=1    және     S=0. Сондықтан W да заттардың энтропиясында абсолюттік мән (мағына) болаы.Жүйедегі бөлшектер саны өте көп және үлкен сандармен өрнектелетін болғандықтан, да үлкен сандармен өрнектеледі.Сондықтан термодинамикалық ықтималдықтың ондық логарифмімен өрнектеп пайдаланады In W.

      Энтропияның  S шамасы жүйенің термодинамикалық ықтималдығымен W  Больцман формуласымен тікелей байланысқан:

                                           S=kInW,

  мұндағы   k= -Больцман  тұрақтысы;

                    R - газ тұрақтысы;

                     N -Авогадро саны.  

2.Химиялық реакциялардың өздігінен жүру жағдайлары. 

Термодинамиканың  екінші заңы.Гиббс  энергиясы. 

Заттардың стандартты күйі.

    

   Көптеген      процестер сыртқы көзден энергия жеткізей-ақ жүреді.Мұндай процестерді өздігінен жүретіндер дейді.Оған мысал.тастың жоғарыдан құлауы,судың сайға ағуы,жылы бөлмедегі жылулықтың салқын бөлмеге ауысуы,қыздырылған дене жылуының салқын денеге өтуі,металдағы таттың пайда болуы,тұздың суда еруі және т.б.Ал өздігінен жүрмейтін химиялық реакциялар үшін тұрақты энергетикалық қолдау керек. Мысалы,фотосинтез реакциясы күн сәулесінің энергиясынсыз жүрмейді,ал электролиз кезіндегі анод пен катодтағы тотығу-тотықсыздану реакциясы да тұрақты ток берілмесе жүрмей қалады.

Оқшауланған жүйелер  үшін термодинамиканың екінші заңы орындалады:оқшауланған жүйедегі энтропия тек көбейе алады (қайтымсыз процестер) немесе тұрақты болып қалады (қайтымды процестер).

                S= ≥0,өйткені W ≥W

    Жабық  жүйелерде жүретін процестерде  энтропияның өзгеруі үлкен немесе  нөлден кіші болуы мүмкін,оған басты себеп жүйе мен қоршаған орта арасында жылулықпен алмасу мүмкіндігі болса керек. Термодинамиканың  екінші заңы өз күшінде болады,егер де жабық жүйе мен қоршаған ортаны біріктіріп,оқшауланған жүйе ретінде қарастырылса.

   Энтропия  Дж/(моль ) бірлігінде өлшенеді.

   Стандартты  күйде берілген 1 моль заттың энтропиясын  стандартты энтропия  S   деп атайды.

   Бөлшектер  қозғалысы көбейген сайын энтропия  өседі:қыздырғанда,буландырғанда, балқытқанда,газ  кеңейгенде,атомдардың арасындағы  байланыстар әлсірегенде немесе  үзілгенде.Қарапайым заттардың энтропиясы элементтің реттік нөмірінің периодтық функциясы болады.Молекуладағы атомдар санының көбеюі мен молекуланың күрделенуі энтропияның артуына әкеледі. Энтропияның кішіреюіне әкелетін процестер:газдардың сұйылуы,заттар концентрациясының артуы,кристалану,байланыстардың берік бола түсуі, полимеризация және т.б.

   Химиялық реакциясының жүруі нәтижесінде жүйе энтропиясының өзгеруі  (стехиометриялық коэффициенттерді ескере отырып),реакция өнімдері энтропиясының қосындысынан әуелгі заттар энтропия қосындыларын шегергенге тең:  

                        S =Σ S -Σ S

  №8 мысал.Реакцияның энтропиясын есептеңдер:

                       CH +HO (г)=CO+3H  

   Шешуі.Реакция  энтропиясы реагенттер мен процесс  өнімдерінің стандартты күйінде  және 298К температурада тең:

       

      S = S (CO)+3 S (H )- S (CH )- S (H O(г))=197,54+ 3 Дж/(моль ).

    

        S>0,ендеше,бұл реакция стандартты жағдайда өздігінен жүреді.

     Процестің  өздігінен жүруі мүмкін болатын  жағдайлар:

1.Оқшауланған  жүйелердегі энтропияның жоғарылауымен байланысты жүретін процестер ( S>0) өздігінен жүреді.Берілген мәндегі жағдай үшін энтропия максимумға жетсе,жүйеде тепе-теңдік күй орнайды;

2.Көлем мен  температура тұрақты кезінде,тек F азаюымен байланысты жүретін процестер ( <0) ғана өздігінен жүре алады,ал мұндағы  F мәні тепе-теңдік жағдайы болады,ол минималды мәнге жеткенде орыдалады.

   F-термодинамикалық функция,ол изохора-изотермиялық потенциал немесе Гельмгольц еркін энергиясы деп аталады:

                                           

                             = U-T   

    

      Қысым мен температура тұрақты кезінде тек G азаюымен байланысты жүретін процестер ( <0) ғана өздігінен жүреді,оның жүру шегі,яғни тепе-теңік жағдайы кейбір минималды G мәнге жетуі.

   G-термодинамикалық функция,ол изобара-изотермиялық потенциал немесе Гиббс еркін энергиясы деп аталады.

      Реакцияның Гиббс энергиясын есептеуді Гиббс- Гельмгольц теңдеуі бойынша жүргізеді:

                             = -T   

   

    Бұл функцияның өзгеру белгісі және ол заттар арасындағы реакцияның өздігінен жүру мүмкіндігін анықтайды:

• егер  <0   болса,онда реакция мүмкін;
• егер >0   болса,онда реакция мүмкін емес;

 

     Бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің анықтамалық кестедегі және   мәндерін пайдаланып,реакция үшін  есептеу оңай,әрине,ондағы заттардың бәрі де стандартты күйде болады.

    Стандартты жағдайда жүргізілген термодинамикалық тұрақты түрөзгерісте болатын, жай заттардан берілген қосылыстың  1 молі түзілетін реакциядағы Гиббс энергиясының өзгеруін зат түзілуінің стандарттық Гиббс энергиясы  деп атайды.

   Химиялық реакцияның Гиббс энергиясы  (стехиометриялық коэффициенттерді ескере отырып),реакция өнімдерінің түзілуі Гиббс энергиясының қосындысынан,әуелгі заттардың түзілуі Гиббс энергиясының қосынысын шегергенге тең.

                           =Σ - Σ  

№9 мысал.Этенді гидрлеудің Стандартты Гиббс энергиясын   есептеңдер.

 Шешуі.CH = CH +H →CH - CH

           

=-137кДж, =-121Дж/К

          

= -298 =-137-298 =-101 кДж

  

Этенді гидрлеу  реакциясының стандартты Гиббс энергиясы-101кДж  құрайды.

 ►Реакцияның  стандартты Гиббс энергиясының  мәні бойынша тепе-теңдік тұрақтысын есептеуге болады:

                   =-RT InK

-реакцияның стандартты Гиббс энергиясы;

R-әмбебапты газ тұрақтысы;

T-температура;

K -тепе-теңдік тұрақтысы;

№10 мысал.Этенді гидрлеу реакциясы жүргізілді.Ондағы 298К температурада    =-101кДж.Енді  осы реакфцияның тепе-теңдік тұрақтысын K есептеңдер.

   Шешуі.  =-RT InK

                 InK =- =40,8

                 K = =5  

     Сонымен,этенді  гидрлеу реакциясының тепе-теңдік  тұрақтысы   K =5 құрайды.

   Температураның реакция бағытына әсері.Гиббс-Гельмгольц теңдеуі бойынша, температураның  -ға және   таңбасымен және шамасымен анықталынады. Мысалы,

                  2С(графит)+О (г)=2СО(г)

Реакция энтропияның  артуымен ( S>0) жүреді.Температураның жоғарылауы  теріс мәнінің артуына әкеледі.Жоғары температуралық режим процестің жүруіне оң ықпал етеді.

    Ал  энтропияның азаюымен ( S<0)жүретін реакция үшін,

                 2Hg(c)+O (г)=2HgO(k),

температураның  жоғарылаумен теріс мәні кішірейеді.Мұндайда жоғары температуралық режим процестің жүруіне кедергі келтіреді.Тиісті температураларда оң мәнге ие бола бастайды және онда реакция кері бағытта жүреді.Жоғарыда келтірілген мысалдағы реакция Т>500К температура тұсында кері бағытта жүретін болады.

                  2HgO(k)= 2Hg(c)+ O (г), S>0

   Ендеше,сынап  температура 500К төмен болса,оттекпен тотығады,ал температура 500К жоғары болса,онда сынап оксиді оттек бөле ыдырайы.

    Егер  де процесс жүргенде жүйенің  энтропиясы өзгеріссіз қалса,онда  мәні температурадан іс жүзінде тәуелсіз қалады.

►Энтальпияның кішіреюімен ( <0)  және энтропияның жоғарылаумен    ( S>0) жүретін процестер практикада қайтымсыз.Мұндай жағдайда қандайтемператураны алғанына қарамастан,  әрқашан да теріс мәнде қалады.  

 3.Химиялық тепе-теңдік. 

Химиялық  реакция жылдамдығы. 

Химиялық   реакция жылдамдығына әсер ететін факторлар.

      

    Химиялық реакцияны термодинамикалық тұрғыдан жүргізу мүмкіндігі негізгі тірек болса да,ол әлі де жеткіліксіз жағдайдың бірі.Сондықтан химиялық реакциялардың жүру заңдылықтарын зерттеудегі екінші кезең сол,ол химиялық реакцияның жылдамдығы мен механизмін қарастыру,қазіргі теориялық ілім тұрғысынан зерделеу,ал блар өз кезегінде химиялық кинетиканың негізгі міндеті.Теориялық зерттеу үшін де,іс жүзіндегі қолданбалық мінетті шешу үшін де химиялық тепе-теңдік пен кинетиканы зерделеудің маңызы үлкен.Әртүрлі температурлар мен қысымдар тұсындағы тепе-теңдіктің жағдайы