Химиялық реакциялардың бағытталуы

Қоршаған ортамен байланысына қарай үш топқа бөлеміз:

1.Жабық жүйе –қоршаған ортамен энергиясымен алмасып, массасымен алмаспайтын жүйе.

2.Оқшау жүйе(тұйық жүйе)-қоршаған ортамен массасымен де, энергиясымен де алмаспайтын жүйе.

3.Ашық жүйе –қоршаған ортамен энергиясымен де массасымен де алмасатын жүйе.

Біркелкілігіне қарай жүйені екі топқа бөледі:

Термодинамикалық параметрлер-жүйе күйін сипаттайтын шамалар.Газдың күйін температура,қысым, және көлем анықтайды.Термодинамикалық параметрлер екі түрге бөлінеді.

1.интенсивтік (қарқындылық) параметрлері –жүйелер бір-бірімен әрекеттескен кезде жүйенің қасиеттері массаға тәуелсіз теңесетін шамалар (температура,қысым,тығыздық,концентрация,μ- химиялық потенциал).Бұларды жүйе күйінің негізгі параметрлері деп атайды және оларды бірден өлшеуге болады.

2.экстенсивтік (сиымдылық )параметрлері-массаға тәуелді жүйенің қасиеттері(көлем,масса,Cm –жылу сиымдылығы,U-ішкі энергия, H-энтальпия,S-энтропия,G-Гиббс, F-Гельмгольц энергиялары).Бірден өлшеуге болмайтын параметрлерді (ішкі энергия, энтальпия,Гибсс энергиялары) жүйе күйінің негізгі параметрлерінің фунциялары деп атайды.

Термодинамиканың бірінші заңы-энергия жоқтан пайда болмайды және жоғалмайды, ол тек бір түрден екінші түрге эквивалентті өзгеріп отырады.Осыдан,жүйеге берілетін жылу (Q) жүйенің ішкі энегриясының (U) өзгертуге және сыртқы ортаға қарсы жұмыс (W) істеуге жұмсалады:

Q=ΔU+W немесе Q= ΔU+pΔ V (1)

(1)- термодинамиканың бірінші заңының математикалық теңдеуі.

Изохоралық процесс үшін (V=const): Qv= ΔU

Изобаралық процесс үшін (P=const):Qp= ΔH

Жүйенің сыртқы ортаға қарсы жасаған жұмысы- W=Pсыртқы ΔV

U-ішкі энергия жүйенің жалпы энергия қорын сипатттайды.Ішкі энергия заттың табиғатына, оның массасына және жүйе күйінің параметрлеріне тәуелді.Жүйенің толық ішкі энергия қорын анықтау мүмкін емес, тек жүйенің бастапқы (U1) және соңғы күйдегі (U2) ішкі энегрияларының айырымын, яғни энергия өзгерісін (Δ U) ғана есептеуге болады:

ΔU=U2-U1

Ішкі энергия өлшем бірліктері- кДж/моль; Дж/моль;

Энтальпия - тұрақты қысымдағы жүйенің энергиясы.Ол ішкі энергия мен потенциалдық энергияның қосындысына тең: ΔH=U+PV

Энтальпия ішкі энергия сияқты жүйенің бастапқы және соңғы күйіне ғана тәуелді:

ΔH=H баст -H соңғы=H2-H1

Энтальпияның өлшем бірліктері- ккал; кал.

Экзотермиялық процестер үшін ΔU<0; ΔH<0, ал эндотермиялық процестер үшін ΔU>0; ΔH>0

Термохимиялық теңдеулер- жылу эффектілері көрсетіліп жазылатын теңдеулер.Термохимиялық теңдеулерде:

Заттардың агрегаттық күйі;

Процестің жүру жағдайы (298K-дегі стандартты жылу эффектісі- ΔH0298 ) көрсетіледі.

Лавуазье-Лапласс заңы –заттың түзілу жылуы оның теріс таңбамен алынған ыдырау жылуына тең:

ΔHтүзілу= -ΔHыдырау

Стандартты түзілу жылуы (энтальпиясы) (ΔH0298(T))-стандартты жағдайда (T=298K, P=10^5 Па) жай заттардан бір күрделі зат түзілгенде бөлінетін немесе сіңірілетін жылу.

Гесс заңы-химиялық реакцияның жылу эффектісі тек жүйенің бастапқы және соңғы күйіне ғана тәуелді, ал жүру жолына тәуелсіз.Химиялық реакциялардың жылу эффектілерін есептеу үшін Гесс заңының салдарын қолданады.

Гесс заңдарының салдары : стандартты жағдайда реакцияның жылу эффектісі сәйкес стехиометриялық коэффиценттеріне көбейтілген өнімдердің түзілу жылуларының қосындысы мен бастапқы заттардың түзілу жылуларының қосындыларының айырымына тең:

ΔH0(реакция)= ∑nΔH0тұз(өнім) - ∑nΔH0тұз (баст.зат).

Термодинамиканың екінші заңы (екінші бастамасы)-жылу өздігінен суық денеден ыстық денеге ауыса алмайды.Термодинамиканың екінші заңының математикалық теңдеуі:

ΔS≥δQ\T

ΔS=δQ\T- қайтымды процестер үшін;

ΔS>δQ\T –қайтымсыз процестер үшін;

ΔS>0 - тұйық жүйеде;

Энтропия(S)- жүйенің ретсіздігінің өлшемі.Ол процестің жүру бағытын сипаттайтын жүйе күйінің функциясы.Өлшем бірлігі – Дж/моль•К. Энтропия заттың табиғатына,массасына және температураға тәуелді.Зат сұйық күйден газға, қатты күйден сұйыққа айналғанда және оның мөлшері өскен сайын,мөлшері өскен сайын, энтропияның шамасы да артады.Ол жүйенің бастапқы және соңғы күйіне тәуелді де, жүру жолына тәуелсіз:

ΔS0реакция=S2-S1=∑nS⁰өнім - ∑nS⁰баст.зат

Реакцияның бағытын және жүру мүмкіндігін Гиббс энергиясының өзгерісі (ΔG) немесе Гельмгольц энергиясының өзгерісі (ΔF) арқылы анықтайды:

ΔG= ΔH-TΔS; ΔF=ΔU-TΔS

жүйеде реакция жүру1: ΔF<0; ΔG<0 жағдайда реакция өздігінен жүреді;

ΔF>0; ΔG>0 жағдайда журмейді

ΔF=0; ΔG=o жағдайда жүйе тепе-теңдік күйде болады.

ΔG, ΔF- тың шамаларын Гесс заңының салдары арқылы есептейді.Бұл шамалар процестің жүру жолына тәуелсіз, тек жүйенің бастапқы және соңғы күйіне ғана тәуелді.Гиббс,Гельмгольц энергияларының өлшем бірлігі – кДж/моль.