2. Тапсырма: Химиялық, реакцияның жылу тиімділігін есептеу.

Химиялық процестердегі байқалатын жылу тиімділіктерінің басьш біріктіретін термохимияның бірнеше зацы бар. Олар энергия сақталу заңьшың дербес түрлері больш саналады.

Термохимияның заңын орыс ғалымы Г.И.Гесс 1840 жылы ашқан. Түрақты қысым мен көлемде көптеген химиялық реакциялардың жылу тиімділіктерін анықтау нәтижесінде Гесс өз заңын былай тұжырымдады: химиялық реакция тікелей жүрседе немесе бірнеше сатыда өтседе, бәрі бір оған сай жылудың мөлшері түрақты болады. Басқаша айтқанда химиялық реакцияның жылу тиімділігі оның жүру жольша тәуелді емес, тек қана реагенттер мен енімдердщ күйіне тәуелді. Гесс заңының практикальж, маңызы өте зор. Оны пайдаланып кейбір реакциялардың жылу тиімділікгерін жанама жолмен анықтауға болады. Ол үшін термохимиялық теңдеулерді топтастырады. Термохимиялық теңдеулерде реакцияға қатысушы реагенттер мен өшмдердің агреагттық күйі, сіңірілетін немесе бөлініп шыгатьш жылу мөлшері көрсетіліп жазылады. Мысал ретінде төмендегі химиялық реакциялардың теңдеуін қарастырайық:

Бүл тендеуде реакцияға қатысушы реагенттердің бірі Na қатгы күйінде, ал екіншісі СІ^ газ күйінде. Реакция өнімі NaCl қатгы күйде. 25''С жөне 1,0133 10^ Па бағьшасында 1 моль Na 0,5 моль СІ^ ерекетгескенде 1 моль NaCl түзіліп, 411,3 кДж жылу бөлінеді екен.

34

Демек, жүйенің энтальпиясы кемиді. Оны былай өрнектеп жазады: АН''=411,3 қДж. АН-химиялық қосылыстың жай заттардан тузілуі жылу тиімділігі болып саналады. Жай затгардан және қысымы 1,0133 10', Па бағанасы кезіндегі 1 моль зат түзілгендегі реакция жылу тиімділігін стандарт жағдайдағы түзілу жылуы немесе стандартгы энтальпия деп атайды. Оны А деп белгілейді. Жоғарғы индекс стандарт күйді, ал төменгі Кельвин шкаласы бойынша альшған температураны (273+25"'^) көрсетеді. Жай затгардың түзілу жылулары нольге тең етіп альшады.

Тапсырманы орындау реті:

Гесс заңының маңызды екі салдары бар. Олар бойынша реакцияның жылу тиімділігін табу жолдары былай белгіленеді:

Химиялық, реакцияның жылу тиімділігі. (А х.р.) реакция өнімдерінщ түзілу жылуларьшың қосьшдысьшан бастапқы реагенггер- дің түзілу жылуларьшың қосьшдысьш альш тастағаңцағы айырымға тең:

Мысалы, алюминий оксидімен күкірт (VI) оксидінің әрекетгесіп алюминий сульфатын түзу реакциясының жылу тиімділігін есептеп шығарайың:

(1.33) тендеуді пайдаланьш А Я" ^, табамыз: Енді сандық мәндерін қойсақ:

Демек жоғарыдағы химияльш. реакцияның жылу тиімділігі.:

2. Химиялық реакцияның жылу тиімділігі (АЯ^р ) реакцияға қатысушы реагентгсрдің жану жьшуларьшың қосындысьшан реакция өнімдерінің жану жылуларьшың қосындысьш алып тастағандағы айрымға тең:

Мысалы, С₅Н₂+Н₂=2СН₄ реакциясьшың жылу тиімділігін төмеңцегі мәліметгерге сүйеніп анықтайық. Этанның жану жылуы

, метанның жану жылуы , ал

. (1.34) теңдеуді пайдаланып табамыз:

Сандьш, мәндерін орьшдарьша қойсақ:

Демек, реакцияның жылу тиілщілігі Осылайша

реакцияға түскен және нәтижесінде шыққан затгардың түзілу немесе жану жылуларьш қолдана отырьш көптеген химиялық реакциялардың жылу тиімділіктеріп есептеп шьп-аруға болады.

Гесс заңы негізінде химиялық реакциялардың жылу тиімділгімен қатар заттардың түзілу, жану, еру, тотықсыздану, гидратгану жөне нейтралдау жылуларьш табуға болады.

Жану жылуы-1 моль зат стандарт жағдайда оттекпен толық өрекеттесіп жанған кездегі химиялың реакцияның жылу тиімділігі.

Еру жылуы-1 моль затгы еріткіштің ете кеп мөлшерінде еріткенде бөлінетін немесе сіңірілетін жылу мелшері.

Ерудің интеграл жылуы-еріткіштің белгілі мелшерінде 1 моль затгы еріткенде сіңірілетін немесе бөлінетін жылу мөлшері.

Оның шамасын мъша тендеумен есептеуге болады:

мұіщағы ΔН₂-ерудің интегралды жылуы; ΔН_инт-тәжірибе жүзінде анықталған еру жылуы; т-еріген заттың салмақтық массасы; М — еріген затгың молярлык, массасы.

Нәтижелерді рәсімдеу:

Түздар суда ерігенде екі процесс қатар жүреді;

І.Заттың кристалдық торының бүзылуы және молекулалардың иондарға диссоциациялануы. Бұл процесс эндотермиялық процесс,

3 9

яғни бұл кезде жылу сіңіріледі. Сіңірілген жылудың Н_инт деп белгілейді.

2. Түзілген иондар еріткіш молекулаларымен сольватганады. Сольваттану процесі-экзотермиялық процесс, демек бұл кезде жылу бөлінеді. Оны ΔНm деп белгілейді.

тең екенідігін көреміз. Егер ΔНm>ДН болса, еру кезінде жылу сіңіріледі, ал ΔНm<ΔНинт болса, жылу бөлінеді.

Нейтралдау жылуы-қьшіқылды негізбен нейтралдағаңда 1 моль up түзілгенде бөлінетін жылу мөлшері. Әдетге күпггі қьппқылдарды күшті негізбен нейтралдағанда, олардың табиғатына қарамастан, реакция механизмі бірдей болғандықтан, белінетін жылу мөлшері түрақты-57,1 кДж/моль. Нейтралдау реакциясы кезінде химияльпс, реакция сутек және гидроксил-иондарьшың арасьшда ғана жүреді. Әлсіз негіздерді күшті қышқылдармен нейтралдағанда немесе керісінше болған жағдайда нейтралдау жылуы 57,1 кДж/моль кем немесе артық болады. Ол ауытқу өлсіз қышқыл мен негіздің дассоциациялану жылу тиімділііінщ шамасьша байланысты.

Жылу тиімділігі сусыз тұздардың еріп гидратгануы кезінде де байқалады. Оны анықтау үшін сусыз тұздың жөне кристалло-гидраттың еру жылуларьш жеке-жеке анықтап, төмеңдегі теңдеу ■бойьшша есептейді:

мүндағы: АН^^ — түздың гидраттану жылуы, ал Н, және кристаллгидратгың және сусыз тұздың еру жылулары. Химиялық процестердің жылу тиімділігін анықтау үшін калориметр түрақтысьш (жылу сыйымдылығьш) білу керек.

Бақылау сұрақтары:

1. Термохимияның негізгі заңының мәні неде?

2. Температуралардың өзгеруіне байланысты жылу сыйымдылығының өзгер графигін құрастырыңыздар.

3. Жылу эффектілерін есептеу үшін термохимияның негізгі заңын қандай жағдайларда қолданады

№ 3 лабораториялық жұмыс: Кристалдау температурасын зертгеу арқылы ерітінділердің қату температураларының төмендеуін, еріген затгың молекулалық салмағын анықтау

Сабақтың мақсаты:: Криоскопия әдісін пайдаланып, молярлық массасын, қату температурасының төмендеуі бойынша анықтау

Тапсырмалар: 1.Колориметр тұрақтысын анықтау. 2..Ерітінді бетінде су қысымның, анықтау. 3. Молярлық массасын қату температурасының төмендеуі бойынша анықтау

Құрал-саймандар, ыдыс-аяқ, инструменттер: калориметрге, салқындатқьші қоспа (мүз), ыстық су,. Стаканға,еріткіш,HjO немесе С^Н^ ,орналастырьш үстағьшшен, термометр , орналастырғыш. штатив, қыстарғышьша,. орналастырғыш .

Екі немесе одан да кеп компоненттерден тұратын біртекті (гомогенді) жүйені ерітінді деп атайды. Ерітінділерді идеал жене реал ерітінді деп екіге бөледі. Идеал ерітіндіде компонентгерді өзара кез келген көлемде араластырғанда жалпы келемнің сығылуы немесе артуы, жылу бөліну немесе сіңіру байқалмайды, ал реал ерітінділерде компоненттердің молекулаларының өзара ассоциациялануы, диссоциациялануы, сольваттануы нәтижесінде ерітіндіде әр түрлі қүбылыстар байқалады. Химиялық қүрамы жене физикалық қасиетгері өзара жақьш затгардан түзілген ерітінділер, сонымен қатар шексіз сүйытылған ерітінділер көптеген қасиеттері жағьшан идеал ерітінділерге жақьш болады. Идеал ерітінділердің кейбір қасиетгерін (қаныққан бу қысымьш, қайнау температурасьш, кристалдау температурасын) зертгеу арқылы еріген затгың молекулалық салмаіғын және диссоциациялану дережесін анықтауға болады.