Термохимия

Уикипедия — ашық энциклопедиясынан алынған мәлімет
Мұнда ауысу: шарлау, іздеу

Термохимияхимиялық динамиканың бөлімі, ол химмиялық реакциялардың жылу эффектісін және реакцияның жүру барысындағы элементтердің физико-химиялық параметрлеріне тәуелділігін қарастырады. Сонымен қатар термохимия мақсатына жылудың фазалық өтулер, ерулер, қосылу, тағы басқа процестер, жылу сыйымдылықты меңгеру және заттардың энтальпиясы мен энтропиясы кіреді. Термохимияның негізгі тәсілі – калориметрия болып табылады. Кей жағдайларда калориметриялық емес те тәсілдер (тепе-теңдік константасын өлшеу нәтижелерінен жылу эффектілерін санау) қолданылады, алайда бұл жағдайларда нәтижелер онша дәл болмайды.

1840 жылы Гесс атты химик тамаша заң ашты, кейіннен осы заңға оның аты беріліп, бұл заң реакцияның жылу эффектісін, заттардың түзілу жылулығын немесе олардың жануын есептеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар тузілуі қиын, ал кейде мүлде мүмкін емес реакцияның жылу эффектісін табуға жол ашты. Есептеуге қажетті стандартты жылу түзілулер \Delta Hтүз о фундаменталды термохимиялық анықтамаларда жиылған. ХІХ ғасылдың ортасында Томсон және Бертло ой тұжырымдады, олардың айтуы бойынша, энергиясыз болып жатқын химиялық реакциялар максималды жылу бөлінген жаққа ағады. Олармен және олардың шәкірттерімен термохимияның негізгі эксперименталдық тәсілдері жасалды және көптеген реакциялардың жылу эффектілері өлшенді.

1-сурет 1 – термометр 2 – су 3 – үлгіні жағу үшін арналған спираль 4 – ауа кеңістігі 5 – араластырғыш 6 – үлгі салынған ыдыс 7 – қысымдағы оттегі 8 – бомба калориметр

Жалпы алғанда Бертло-Томсеннің мәлімдемелері шындыққа сай болмады, бірақ термохимияда белгілі бір шартта химиялық реакциялардың ағу мүмкіндігін зерттеу маңызы сақталды. Сонымен,

\Delta H- T \Delta S=-RT Ln Kp

– термодинамиканың бірінші және екінші бастамасының жалпы теңдеуі болып табылып (\Delta H – энтальпия өзгеруі, \Delta S – химиялық реакция кезіндегі энтропияның өзгеруі, Т – температура, R – газ тұрақтысы), кез-келген реакцияның тепе-теңдік констартасын Кр жылулық өлшемдер арқылы есептеуге мүмкіндік береді.

2-сурет 1 – термометр 2 – ампула сындыруғы арналған араластырғаш 3 – ампула 4 – калориметрлік сұйықтық 5 – калориметрлік қабықша

Энтальпия өзгеруін (жылу эффект) лабораторияда оңай есептеуге болады. Мұны көбіне реакция шекарасын қоршап жасайды: бұл кезде энергия алмасу жүзеге асады. Егер реакция экзотермиялық болса, онда су қызады, ал егер эндотермиялық болса, онда суиды. Егер судың температура өзгеруін өлшесе және су массасы мен оның меншікті жылу сыйымдылығы белгілі болса, бұл жағдайдахимиялық реакция кезінде жұтқан немесе бөліп шығарған энергия мөлшерін табуға болады. Басқа тәсілдер мен өлшеулерге қарағанда 1-суретте көрсетілген қондырғы көмегімен \Delta H-тың нақты шамасын алуға болады. Бұл қондырғы – калориметрлік бомба деп аталады және заттардың жану жылуын өлшеуге арналған. Кейбір реакциялармен \Delta H өлшеуге болады. Мысал ретінде метанның жану реакциясын алуға болады. Бұл реакцияның \Delta H қарапайым асүйлік жабдық пен газ плитасын қолданып табуға болады. Ал басқа реакцияларға мұны орындау қиынға түседі. Мысалға, СаСО3 түзілу (еру) реакциясына 8000С-дан артық температура қажет. Бұл жағдайда берілген энергияны табу үшін суды қолдану қиынға түседі.бұл жағдайларда энтальпияның өзгеруін табу жанама жүріп, энтальпиялық циклдер қолданылуымен жүзеге асады. Жоғарыда айтылғандай, калориметрия реакцияның жылу эффектісін анықтауға, соның ішінде ол тұздардың еру жылуын немесе басқа қосылыстардың суда, не басқа еріткіштерде еруін анықтау үшін пайдаланылады. Бұл термохимияның ең қызықты мақсаты болып табылады, өйткені тұз еріген кездегі бөлінген жылу заттарды қыздыру немесе суыту үшін пайдаланылады.