Termokimyo.
Deyarli barcha kimyoviy reaksiyalarda isstqlik xolidagi energiya yutiladi yoki chiqariladi. Yutilgan yoki chiqarilgan energiya miqdori reaksiyaning issiqlik effekti deyiladi. Fizik kimyoning va kimyoviy termodinamikaning reaksiyalarning (jarayonlarining) issiqlik effektini, moddalarning issiqlik sig‘imini o‘rganadigan bo‘limi termokimyo deyiladi. Issiqlik chiqishi bilan boradigan reaksiyalar ekzotermik, issiqlik yutilishi bilan boradiganlari endotermik reaksiyalar deyiladi. Issiqlik effekti odatda reaksiyagakirishayotgan 1 mol modda uchun olinadi va kilokaloriya yoki kilojoullarda ifodalanadi. Issiqlik effekti tajribada kalorimetrlar yordamida o‘lchanadi.
Termokimyo yordamida olingan ma’lumotlar kimyoviy ishlab chiqarishning optimal texnologik rejimlarini tanlashga, shuningdek, moddalarning eyenergetik xarakteristikalari bilan ularning tuzilishi, tarkibi, barqarorligi va reaksiyaga kirishish xususiyati orasidagi bog‘lanishni aniqlashga imkon beradi.
Termodinamikada sistemaga berilgan va unga yutilgan issiqlik musbat, sistemadan olingan, ya’ni undan ajralib chiqqan issiqlik esa manfiy ishora bilan belgilanadi. Masalan:
H2 + 1/2 О2 = H2О + 286,06 kJ
СаСО3 = СаО + СО2 - 179,2 kJ
Reaksiyalarining birinchisida issiqlik ajralib chiqadi, ikkinchisida esa issiqlik yutiladi. Bu termokimyoviy ifodalash bo‘lsa, termodinamikaviy ifodalash quyidagicha bo‘ladi:
H2 + 1/2 О2 = H2О; DН0 = - 286,06 kJ
СаСО3 = СаО + СО2 ; DН0 = 179,2 kJ
Oddiy moddalardan 1 mol murakkab modda hosil bo‘lishida ajralib chiqqan yoki yutilgan issiqlik shu murakkab moddaning hosil bo‘lish issiqligi deyiladi. 1 mol modda 300-400 mol erituvchida eriganda ajralib chiqqan yoki yutilgan issiqlik erish issiqligi deyiladi. Erish issiqligi erigan modda bilan erituvchining nisbiy miqdoiga bog‘liq bo‘ladi. Qattiq modda suvda eritilganda moddaning kristall panjarsi buziladi va bunda energiya sarflanadi. Shu bilan bir vaqtda erigan modda molekulalari erituvchi molekulalari bilan reaksiyaga kirishadi (gidratlanish yoki solg‘vatlanish reaksiyalari), bunda, odatda issiqlik ajralib chiqadi. Demak, erish issiqligi kristall panjaraning buzilish issiqligi bilan gidratlanish yoki solg‘vatlanish issiqligining algebraik yig‘indisidan iborat.
Termodinamikaning birinchi qonuni issiqlik effekti bilan sistema ichki energiyasining yoki entalpiyaning o‘zgarishi orasidagi munosabatni aniqlash imkon beradi. O‘zgarmas xajmda boradigan, ya’ni izoxorik jarayonlar uchun
Qu = ¾ DU,
ya’ni bunday jarayonlarning issiqlik effekti sistema ichki enargiyasining kamayishiga teng. Izobarik jarayonlar uchun esa
Qр = ¾ DH,
ya’ni o‘zgarmas bosimda boradigan jarayonlarning issiqlik effekti sistema entalpiyasining kamayishiga teng. U va N ning o‘zgarishi sistema bosib o‘tgan yo‘lga bog‘liq bo‘lganligi uchun o‘zgarmas bosim va xajmda boradigan jarayonlarning issiqlik effekti ham sistema bosib o‘tgan yo‘lga bog‘liq emas va uning qiymati sistemaning boshlang‘ich hamda oxirgi xolatlari bilan belgilanadi.
Reaksiya issiqlik effektining jarayon bosib o‘tgan yo‘liga bog‘liq emasligini 1836 yilda rus akademigi Gess tajribada aniqladi. Gess qonuniga ko‘ra, kimyoviy reaksiyalarning issiqlik effekti reaksiyada ishtirok etadigan moddalarning boshlang‘ich va oxirgi xolatlarigagina bog‘liq, lekin boshlang‘ich xolatdan ohirgi xolatga qanday yo‘l bilan o‘tilganiga bog‘liq emas. Masalan,
uglerod kislorodda yondirilganda karbonat angidrid hosil bo‘lishi mumkin.
С + О2 = СО2
Gess qonuniga ko‘ra:
Q = Q1 + Q2
Moddalar o‘zaro reaksiyaga kirishib boshqa moddalarga aylanishda qancha issiqlik chiqishi yoki yutilishini aniqlash uchun Gess qonuniga ko‘ra, boshlang‘ich va ohirgi moddalarning xosil bo‘lish issiqligini bilish kerak. Masalan: SN4+2O2=SN2+2N2O+Q
reaksiyada moddalarning elementlaridan hosil bo‘lish issiqliklari quyidagicha:
С + 2Н2 = СН4 = 74,555 kJ
С + О2 = СО2 = 393,768 kJ
2Н2 + О = 2Н2О =2*285,96 kJ
Reaksiyaning issiqlik effekti:
Q = QCО2 + QH2 - QCH4 = 890,951 kJ
Demak, Gess qonuniga ko‘ra, reaksiyaning issiqlik effekti reaksiya maxsulotlarining hosil bo‘lishi issiqliklari yig‘indisi bilan dastlabki moddalarning hosil bo‘lishi issiqliklari yig‘indisi orasidagi ayirmaga teng.
Gess qonuni fiziologiyada katta ahamiyatga ega: organizmda ovqat mahsulotlar oksidlanganda qancha energiya chiqishi shu qonun asosiy hisoblab topiladi va ovqatlarning kaloriyaliligi hamda to‘yimliligi aniqlanadi. Masalan, glyukozaning bevosita oksidlanishida
С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О = 2817,716 kJ
2817,7 kJ issiqlik chiqadi. Lekin organizmda glyukozaning oksidlnishi bevosita yuqoridagi reaksiya asosida emas, balki bir qancha oraliq bosqichilar orqali boradi. Ammo shunday murakkab jarayonlar natijasida ham oxirida karbonat angidrid va suv hosil bo‘ladi. Demak, Gess qonuniga ko‘ra, 1 mol glyukozaning ana shunday murakkab jarayonlar orqali oksidlanishidan chiqqan energiyalarning umumiy miqdori 2817,7 kJ ga teng. Bu energiyaning ko‘p qismi ishga aylanadi va oz qismigina tana temperaturasini bir mehyorda saqlab turishga sarflanadi.
|
