Реакция жылу эффектісіні температураа туелділігі. Кирхгофф заы

ДРІС. Термохимия. Гесс заы

Химиялы реакцияны жылу эффектілерін арастыратын термодинамиканы блігін термохимия деп атайды. 1880 жылы Гесс термохимияны негізгі заын ашты. Ол зады термодинамиканы 1-заыны химиялы трі деп айтуа болады.

Егер реакцияны бірнеше жолмен жргізуге болатын болса, онда энтальпияны жалпы згерісі (траты ысымдаы реакцияны жылу эффектісі) реакцияны жолына туелді емес.

2.1 Гесс заы P = const жне V = const жадайындаы процестер шін дл орындалады:

q_v = DU; q_p = DН.

Тек осы жадайлар шін жылу эффектісі жола байланысты емес, химиялы реакцияны ерекшелігіне байланысты.

Біра бл зады олдану шін мына шарттарды сатау міндет: процестерде бастапы жне соы кйлері бірдей болу керек. Онда тек ана химиялы рамын ана емес, оларды тран жадайлары (Т, Р т.б.) жне агрегатты кйі, ал кристал заттар шін кристал модификациясы бірдей болуы міндетті.

Гесс заынан термохимиялы есептеулер шін практикалы маызы бар бірнеше салдар шыады.

1-салдар. Реакцияны жылу эффектісі реакция німдеріні тзілу жылулары мен бастапы реагенттерді тзілу жылуларыны айырмасына те.

аА + вВ +…... = dД + eE +...

DH= (dDH_{тз. Д} + eDH_тз_._Е +...) - (aDH_т_тз_._А+ вDН_{тз. В}+...)

немесе (2.1)

Жай заттарды тзілу жылуы нлге те деп абылданады.

(Тзілу жылуы деген не? Еске тсірііз).

2-салдар. (Жану жылуын еске тсірііз). Егер реакцияа атысушы заттарды жану жылулары белгілі болса, онда реакцияны жылу эффектісін есептеуге болады.

Гесс заынан шыатын тжырым бойынша реакцияны жылу эффектісі бастапы заттар мен реакция німдеріні жану жылуларыны айырымына те.

(2.2)

Жану жылуларын да затты 1 молі шін табады (арнаулы калориметрде) жне анытама кестесінде мндері келтірілген.

Жылусиымдылыты температураа туелділігі

атты, сйы жне газдарды жылусиымдылытары температураа байланысты седі. Тек бір атомды газдар (Не, Ar, т.б.) ана бл ережеге баынбайды, оларды жылусиымдылыы температураа іс жзінде туелсіз. Жылусиымдылыты температураа туелділігін (детте С_р шін) кпмшелі температуралы атар трінде анытайды:

С_р= а + вТ + сТ² (органикалы заттар шін) (2.3)

С_р= а + вТ + с¢Т^-2 (анорганикалы заттар шін) (2.4)

Бл тедеулердегі коэффициенттер (а, в, с, с¢) таза заттарды сипаттаушы траты шамалар.

Реакция жылу эффектісіні температураа туелділігі. Кирхгофф заы

Процесті жылу эффектісіні температуралы коэффициенті (жылу эффектісіні температураа туелділігі) процесс нтижесінде системаны жылусиымдылыыны згеруіне те.

, (2.5) (2.6)

DС_v, - жылусиымдылыты реакция нтижесінде згерісі.

Жылу эффектісін температураны функциясы ретінде анытау шін бл тедеуді интегралдайды жне интеграл тратысынан тылу шін берілген температура интервалында жылу эффектісі белгілі болу керек.

1. DС_р>0 болса, dDH/dT>0 температура скенде DН седі

2. DС_р< 0 болса, dDH/dT<0 температура скенде DН кемиді

3. DС_р= 0 болса, dDH/dT=0 DН температураа туелді емес

Егер туелділік (1.30), (1.31) реакцияа атысушы барлы заттар шін белгілі болса, бл тедеулерді сйкес стехиометриялы коэффициенттерге кбейтіп, содан кейін оларды алгебралы осындысын тауып жне бірдей температураны дрежелері бар мшелерін біріктіріп DС= f(T) анытайды.

Осы алынан тедікті Кирхгофф тедеуіне ойып интеграл алады. детте интегралдау DН мні белгілі стандартты 25⁰С (298 К) температурадан белгілі бір температура аралыында жргізіледі. Сонда алатынымыз (егер реакция тек ана органикалы заттар атысуымен жрсе):

(2.7)

Енді реакцияа тек ана анорганикалы заттар атысса:

(2.8)

Жалпы жадай шін:

(2.9)

Dв₁ Dс₁ Dс¢- Dа сияты есептеледі.

Мысал 2-1. 298 К температурада реакцияны жылу эффектісін а).траты ысымда жне б). траты клемде табыыз.

Есепті шешуі:

Аl₂O_{3корунд} +3SO₃ =Al₂(SO₄)_3кр

_fH°₂₉₈(Аl₂O₃)=-1675 кДж/моль

_fH°₂₉₈(SO₃) =-395,2 кДж/моль

_fH°₂₉₈(Al₂(SO₄)₃) =-3434 кДж/моль

Аl₂O₃, Al₂(SO₄) атты заттар боландытан, реакциядаы газтріздес заттарды моль сандар згерісі =-3 те болады.

(2.16) тедеуі бойынша траты ысымдаы (P=const) жылу эффектісін табамыз:

_rН^º₂₉₈=_fH°₂₉₈(Al₂(SO₄)₃ - (_fH°₂₉₈(Аl₂O₃)+3_fH°₂₉₈(SO₃)) =

=-3434+1675+3·395,2= -573,4 кДж/моль

Траты клемдегі (V=const) жылу эффектісін табамыз:

_rU°₂₉=_fH°₂₉₈+3·8,3143·298= -573,4·10³+7,433·10³= -566,0·10³Дж = -566,0 кДж

Мысал 2-2. – глюкозыны адам организмінде стандартты жадайда жану жылу эффектісін есептеіз.

Есепті шешуі: Реакция былай жреді:

C₆H₁₂O₆(с)+6O₂(г) =6CO₂(г)+6H₂O(с) _rH°₂₉₈

(2.25) тедеуі жне жану жылуы берілген кестені пайдалана отырып:

_rH⁰₂₉₈=[H_ж(С₆H₁₂O₆) +6H_ж(O_г)] - [6H_ж(CO_2г) +6H_жO₂)]=(2802+0)-(0+0)=2802 кДж/моль

Мысал 2-3. Этил спиртіні С₂Н₅ОН стандартты тзілу энтальпиясын стандарттымольдік жану энтальпиясымен анытаыз.

Есепті шешуі:

2 С (графит) + 3Н_2(г) + ½ О_{2 (г)} С₂Н₅ОН_(с)+ Н⁰_ж,

Н⁰_ж = (2Н⁰_ж(С) + 3Н⁰_ж(Н₂) + ½ Н_ж(О₂) – Н⁰_ж(С₂Н₅ОН) =

=[ 2·(-393,57) + 3·(-285,83) + 0] – (-1368) = - 276,5 кДж/моль

Бл этил спиртіні тзілу жылуынны кестелік крсеткішімен сйкес келеді: Н⁰_f(С₂Н₅ОН) = - 277 кДж/моль, яни, тжірибе жзінде тзілу жыл-уыны санды мні жану жылуы бойынша есептеуге сйкес келді.

Мысал 2-4. Стандартты ысымда жне 298К температурада реакцияны жылу эффектілері бойынша аммиакты тзілу жылу эффектісін есептеіз:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О_(с) + Н⁰₁, (1)

4NН₃+3О₂= 6Н₂О_(с)+2N₂+Н⁰₂(2)

Н⁰₁=-571,68 кДж. Н⁰₂ = -1530,28 кДж.

Есепті шешуі:

Жылу эффектісін анытайтын реакцияны тедеуін жазамыз:

(3)

Н₂О_(с) жне О₂ (3) тедеуге кірмейді, сондытан оларды (1) жне (2) тедеулерден шыарамыз. Ол шін (1) тедеуді 3-ке кбейтіп жне (2) тедеуін аламыз:

6Н₂+3О₂ - 4NН₃ - 3О₂= 6Н₂О_(с)+3Н⁰₁- 6Н₂О_(с) - 2N₂ -Н⁰₂(4)

(4) тедеуді трлендіргеннен кейін, 4-ке блгенде мына тедеуді аламыз:

_rН^º₂₉₈=Н⁰_х= (3Н⁰₁ – Н⁰₂)/4 = [3-(571,68)-(-1530,28)]/4 = -46,19 кДж/моль.

Негізгі дебиет: 1[8-10, 14-35]; 2[16-31,237-272]; 4[50-63]; 7[33-57]; 11[6-21]

осымша дебиет: 12[10-43]