Жоғары температурада жану реакциясының термодинамикалық мінездемелері

Жұмыстың мақсаты: Реакцияның тепе – теңдік константасының температурадан тәуелділігін табу. Газды қорытпалардағы оттегінің тепе – теңдік парциалды қысымын анықтау

Жұмыстың жоспары: Газ қоспасындағы оттегінің тепе – тең парциалды қысымын анықтау. Есеп анықтамасының әдістемесін меңгеру үшін сутегі және иісті газ жануының екі реакциясына салыстырмалы талдау беру. Теңдік реакциясының жануының газдың қоспаларын көрелік парциялдық қысымдардың отегінің тәуелді температурадағы әр түрлі байланыстағы газдың қоспаларын қарастырайық. Екі химиялық реакцияның жануының парциялдық қысымының оттегісін «жеңіл» ағып өтуін анықтап, салыстыру.

Кілт сөздер: жылу эффектісі, Гиббс энергиясы, температура, еркін энергия.

Бақылау сұрақтары:

1. Реакцияның ТД-лық анализі үшін маңызды шама

2. Әр түрлі реакциялар үшін ∆G⁰ =f(T) байланысы қандай формуламен өрнектеледі?

3. Жылу эффектісі қалай белгіленеді?

4. ∆G⁰=М-NТ теңдігіндегі М мен N шамалары қалай анықталады?

5. Газ қоспасындағы оттегінің парциалды қысымы қалай анықталады?

Глоссарий:

1. Пирометаллургиялық үрдістер деп – газды, металдық және қожды (тотықты) фазалардың қатысуымен жүретін жоғары температура жағдайындағы күрделі үрдіс.

2. Қалдықсыз технология – металдарды тиімді алу және қндіріс қалдықтарының толық утилизациясы.

3. Диссоциация – күрделі заттардың (молекулалардың) қарапайым заттарға (атомдарға) ыдырауы.

Теориялық бөлім

Реакцияның термодинамикалық мінездемелеріне жылу эффектісі мен ∆G° мәні – сәйкесінше реакциялар еркін энергиясының стандартты өзгерісі жатады. Жоғары температура жағдайында ∆G° мәні -берілген реакция үшін Гиббс энергиясы мен еркін энергияның стандартты өзгерісі маңыздырақ. Әр түрлі реакциялар үшін ∆G° температурадан тәуелділігі мына формуламен өрнектеледі:

∆G°=М – N*Т. (1.1)

Әр түрлі реакциялар М және N мәндері 1 қосымшада келтірілген. Бұл коэффициценттер әр түрлі реакциялар тепе – теңдіктерінің эалпылама эксперименттік берілгендері негізінде анықталады. М және N мәндері (∆Н) жылу эффектілерінің орта мәндеріне жақын және сәйкесінше реакциялар үшін энтропия өзгерісі (∆S):

∆Н≈М ∆S≈ - N.

∆G° мәндері жоғары температура жағдайындағы реакция өнімдерінің беріктілігі мен әсерлесуші заттардың химиялық туыстығын бағалау үшін қолданылады, сонымен қатар сәйкесінше реакциялардың тепе – теңдік константасының мәнін есептеуде қолданылады. Ол үшін мынадай түрдегі байланыс қолданылады:

∆G°= - RТ ln К_р. (1.2)

R=8,3192 Дж/(моль*К) болғандықтан

∆G°= - 8,3192 Т ln К_р. (1.3)

Ондық логарифмге ауысқанда алатынымыз:

∆G°= -19,155 ТlgК_р (1.4)

Жоғары температура жағдайында тепе – теңдік константасының мәнін есептеу үшін, термодинамикалық мәндер анықтамасында немесе қосымшаларда берілген ∆G°_Т температуралық байланыс теңдігі қолданылады. Егер анықтама кестесінде бізге керекті реакция болмаса, онда ∆G° сәйкес мәнін басқа реакцияларды біріктіру жолымен табады. ∆G° мен ∆Н° мәндері қосылғыштық мәндеріне ие, химиялық реакциялардың өзінен алгебралық іс –әрекеттер жүргізуге болады.

Мысал. 1600°С температура жағдайында және =Р_Н2О /Р_Н2=γ=0,25 қатынастағы бірдей мәндер кездегі СО – СО₂ және Н₂ – Н₂О газдар қоспасындағы оттегінің тепе – теңдік парциалды қысымын анықтау.

Шығарылуы. Сутегі мен көміртегі тотықтары жану реакциясының тепе – теңдігін қарастырамыз:

Осы реакциялар үшін температуралар функциялары сияқты ∆G° мәні теңдіктермен өрнектеледі:

;

Осы реакциялар үшін тепе – теңдік константасының температурадан тәуелділігін табамыз:

Берілген температура бойынша тепе – теңдік константасы мынадай түрге ие:

Осы өрнектен СО мен Н жану реакцияларының тепе – теңдік константасы үшін газды қоспаларындағы оттегінің тепе – теңдік парциалды қысымын табамыз:

;

Сонымен, газды қоспалардың бірдей құрамы болған жағдайда, Н₂ – Н₂О газды қоспаларының тепе – теңдік қысымы СО – СО₂ қарағанда аз. Бұл жоғары температуралар аймағында сутегінің оттегіге химиялық туыстығының жоғарлығымен түсіндіріледі.