Практикалық сабақ №2. Химиялық тепе-теңдік. Қайтымды процестерді басқару.

Термодинамика – бұл химиялық процестердің жүру мүмкіндігі мен олардың бағытын анықтауға мүмкіндік беретін ғылым саласы. Химиялық термодинамика нақты осы жағдайда бастапқы заттардың соңғы өнімге айналу дәрежесі мен химиялық реакция кезіндегі жылулық эффектерді анықтауға мүмкіндік береді.

Термодинамиканың негізгі ережелері оның негізгі үш бастамасында бейнеленген.

Термодинамиканың бірінші бастамасы негізінде химиялық процестердің энергетикалық байланстарын есептейді. Екінші және үшінші бастама негізінде жүйенің тепе-теңдік күйін, яғни нақты осы жағдайда тұрақты тепе-тең күйде бола алатын өнім құрамдарын есептеуге болады.

Гесс заңы термодинамиканың бірінші заңының математикалық салдары бола отырып, термохимияның теориялық негізін құрайды. Термохимия әр түрлі физика-химиялық процестердің (кристалдану, еру, қайта кристалдану т.б.) жылулық эффектерін есептеу үшін Гесс заңының қолданылуын қарастыратын химиялық термодинамиканың бөлімі.

Практика үшін химиялық реакциялардың жылулық эффектерін термохимиялық есептеудің маңызы ерекше. Гесс заңы бойынша химиялық реакцияның жылу эффекті реакция өнімдерінің түзілу жылулары (энтальпия) қосындысынан бастапқы заттардың түзілу жылуларының қосындысының айырмасына тең.

ΔΗ⁰ = ∑ΔΗ_өн - ∑ΔΗ_бас

Мұндағы:

ΔΗ⁰- реакцияның жылу эффекті.

∑ ΔΗ_өн – реакция өнімдері түзілу жылуларының қосындысы.

∑ΔΗ_бас- бастапқы заттар түзілу жылуларының қосындысы.

Заттардың түзілу жылуларының (энтольпия) және басқа да термодинамикалық шамалардың (энтропия, бос энергия) мәндері стандартты термодинамикалық шамалар кестесінде көрсетілген (2.1 - кесте).

ΔZ = ∑ ΔΗ - T ∑ΔS

Ол шамаларды қолдану арқылы химиялық реакциялардың бос энергиясының өзгерісін (реакцияның қалыпты жағдайда өздігінен жүру мүмкіндігін) және химиялық реакцияның тепе-теңдік күйге көшу температурасын анықтауға болады.

Жұмыстың мақсаты: құрылыс материалдарын өндіруде маңызды болып есептелетін химиялық процестердің термохимиялық есептеулерін жүргізуді үйрену.

Ұсынылатын әдебиеттер:

4. Т.В. Кузнецова, И.В. Кудряшев, В.В. Тимашев – Физическая химия вяжущих материалов-М: Высшая школа 1989-384с.

5. Ю.М. Бутт, М.М. Сычев; В.В. Тимашев –Химическая технология вяжущих материалов -М: Высшая школа 1980.

6. В.Б. Ратинов, Ф.М. Иванов Химия в строительстве.

Өзін-өзі бақылау сұрақтары:

1. Термодинамиканың бірінші бастамасының мәні.

2. Термодинамиканың екінші бастамасының мәні.

3. Термодинамиканың үшініші бастамасының мәні.

4. Термодинамиканың негізгі ұғымдары.

5. Жүйенің ішкі энергиясы дегеніміз не?

6. Энтропия дегеніміз не?

7. Энтальпия дегеніміз не?

8. Дененің потенциялды энергиясы дегеніміз не?

9. Дененің кинетикалық энергиясы дегеніміз не?

10. Термохимия нені зерттейді?

Практикалық тапсырма:

Химиялық реакцияның негізгі термодинамикалық сипаттамаларын анықтау бағытындағы есептерді шешу.

Есеп №1

Кальций гидрокарбонатының түзілу реакциясының жылуын анықтаңдар ( H ).

C aCO_3(г) + H₂O_(с) + CO_2(г) Ca(HCO₃)_2(к)

Есеп №2

2.1 – кестедегі мәліметтерді пайдалана отырып, төмендегі реакцияның жылуын анықтаңдар:

С a(OH)_2(k) + CO_2(г) Ca CO_3(г) + H₂O_(с)

Есеп №3

2.1 – кестедегі мәліметтерді пайдалана отырып, төмендегі реакцияның жылуын анықтаңдар:

С a (OH)_2(k) + SiO_2(k) Ca SiO_3(k) + H₂O_(с)

Есеп №4

Төмендегі реакцияның бос энергиясының өзгерісін анықтаңдар:

С a (OH)_2(k) + CO_2(г) Ca CO_3(к) + H₂O_(с)

Есеп №5

Төмендегі реакция үшін тепе-теңдіктің қалыптасу температурасын анықтаңдар:

СaO + CO₂ ↔ CaCO₃

Есеп №6

Төмендегі реакцияның бос энергиясының өзгерісін анықтаңдар:

Сa (OH)_2(k) + Na₂ SiO_{3 (к)} → Ca SiO _3(к) +2Na OH_(с)

Есеп №7

Төмендегі реакция үшін тепе-теңдік температурасын анықтаңдар:

Ca CO_3(k) + CO_2(r) + H₂O_(с) ↔ Ca(HCO₃)_2(к)

2.1 кесте – Кейбір заттардың стандартты термодинамикалық шамаларының мәндері

Заттар	Агрегаттық күйі	∆Н0 298, кДж/моль	S0298, Дж/ (моль град.)	∆Z, кДж/ моль
Na	кристалды	0	51,12	0
Cl2	газ	12,65	165,34	105,55
C	Ккристалды	0	56,98	0
CO2	газ	- 394,07	213,94	-394,95
CH4	газ	-75	186,46	-50,87
H2O	газ	-242,18	188,97	-228,94
H2O	сұйық	-286,26	70,06	-237,53
H2O	кристалды	-292,25	39,39	-234,43
NaCl	кристалды	-411,58	72,49	-384,50
SiO2	кристалды	-860,63	41,49	-806,16
кварц	кристалды
SiO2	шыны тәрізді	-848,47	46,93	-799,87
Fe2O3	кристалды	-822,08	90,08	-742,05
Al2O3	кристалды	-1672,23	51,08	-1578,67
Корунд	кристалды
CaO	кристалды	-636,46	39,81	-605,04
CaCO3	кристалды	-1208,61	93,02	-1130.38
кальцит	кристалды
Ca(OH)2	кристалды	-988	76,26	-898,04