С. Жайлауов физикалық химия
Жылу эффектісі және температура
жүктеу/скачать 2.46 Mb.
|
| Жылу эффектісі және температура. Жылу эффектісі мен тем-пература бір-біріне өте жақын ұғымдар. Олардын арасындағы негізгі байланысты анықтап, жылу эффектісінін, температураға тәуелділігін көрсететін теңдеуді тұжырымдау үшін мына тендеу-лерді пайдаланамыз: Qv= U=U2-U2 Qp= H=H2-H1
Өрнектегі U1 және Н1 реагенттердің ішкі энергиясы мен энталь-пиясы, ал H2 және H2 өнімнің ішкі энергиясы мен энтальпиясы. Реакция кезіндегі системаның жылу эффектісінің температураға тәуелділігін анықтау үшін осы теңдеулерді температура бойынша дифференциалдау керек: (31) (29) мен (30) теңдеулерде түрақты қысым мен көлемдегі жылу сыйымдылығының температураға тәуелділігі берілген. Сол сияқты этальпияның мәнін көрсететін (9) теңдеуде қысым тұрақты болса, онда рҮ де тұақты болады: H=U+pV p-conct. Cp= Системаның жылу сыйымдылығы, сол система құрамына енетін компоненттердің жылу сыйымдылықтарының қосындысына тең: мұндағы n —і компонентіндегі моль саны; Сү — молярлі изохо-ралық жылу сыйымдылығы: Ср— молярлі изобаралық жылу сы-йымдылығы. Егер (31) теңдеуге (29), (30) және (33) теңдеулерде берілген мәндерді қойса, жоғарыда келтірілген пікірлерді қоры-тындылайтын теңдеу алынады: Qv= 34 Мұнан әрі, (34) теңдеуді ТІ және Т^ температуралық интервалын-да интегралдасақ: (Qv)T2-(Qv)T1= Бұл Кирхгоф теңдеуі деп аталады, да, оның математикалық тұ-жырымдамасы Қирхгоф заңы делінеді: реакциялардық жылу эф-фектісінщ температуралыщ коэффициенті (сК^/сІТ) реакцияға түсе-тін заттардыц соқғы жэне әуелгі күйдегі жылу эффектілерініқ қосындыларыньщ айырмасына тец. Егер химиялык реакцияның '1\ температурадағы жылу эффектілері ((2І/ және (^р) белгілі болса, олардың Т2 температурадағы мәндерін табу үшін (35) теңдеудегі интегралдың оң жақтағы бөлігін интегралдан шығарады. Ал реак-ция теддеуіндегі химиялық қосылыстар алдында тұратын коэффи-циентті пайдаланып, мольдік шаманы көрсететін стехиметриялық коэффициентті (пг ) табуға болады. Олай болса, химиялық реак-циялардың жылу эффектілерінің температураға тәуелділігін табу дегеніміз белгілі интегралдарды таза математикалық тұрғыдан есептеп шығару екен. Химиялық реакциялардың немесе термодинамикалық система-лардың жылу эффектілері температураға тәуелді бола бермейді. Ендеше температуралық интервал аса көп болмаса, яғни бірнеше ондаған градустан аспаса және ол өте бір дәлдікпен анықтауды керек етпесе, онда интеграл астында тұрған барлық жылу сыйым-дылықтарын тұрақты деуге болады. Ал, температуралық интервал біршама көп болып және едәуір дәлдік кажет болса, жылу сыйым-дылығының температураға тәуелділігін ескеру керек. Қирхгоф за-ңын мына төмендегі өрнекпен де көрсетуге болады: (Qv)T2-(Qv)T2= (Qp)T2-(Qp)T1 = (36) Т2 — ТІ температуралык интервалында изохоралық жылу сыйым-дылығы Сү мен изобаралык. жылу сыйымдылығы Ср температу-раға тәуелсіз деп, осы өрнекті интегралдасақ: (Qv)t2-(Qv)t1=( ) (37) (Qp)t2-(Qp)t1= Едәуір дәлдікпен есептеу кезінде барлық жылу сыйымдылық-тарының температураға тәуелділігін есептеу шұбалаңқы шығады, бірақ оның мәні қарапайым қалады. Жылу сыйымдылығының тем-ператураға тәуелділігі шамалы қатынаста қабылдайды: 35 C=ao +a1T+a2 T2 C=ao+a1 T +a-2 T-2 (38) Бұл теңдеулердегі а0, а\, а2 және а^коэффициенттері анықта-малықтарда берілген. Таблицада, әдетте коэффициенттердің мәні ғана келтіріледі. Егер ол мән Ср үшін болса, онда (36) теңдеудегі екінші формуланы пайдаланамыз. Ал, ішкі энергия (Д£/) мәнін табу керек болса, онда қатты және сұйық заттар үшін Ср^Сү екенін, ал газдар үшін Сү = Ср—Қ екенін ескеру керек. Кейде жо-ғарғы теңдеуді (36) теңдеуге қойсақ, (38) теңдеуге қатынасты жылу сыйымдылықтарының бір бөлігі ауысып, кері де болуы мүм-кін. Сондықтан, а2Т2және а_2Г~2 сияқты белгілерді интеграл астьша енгізсек, (әр түрлі затқа қатынасы бар а2 немесе а _2 коэффици-енттер нөлге тең: (Qp)t2 –(Qp)t1 = + (39) Кирхгоф формуласы сұйық заттардың булану жылуының тем-ператураға байланысын көрсетіп, оны есептеуге мүмкіндік береді. Алайда кейбір қосымша шарттардың орындалуы талап етіледі. Мысалы, екі температура арасындағы жылу эффектісін есептеу ке-рек болсын. Т\ температурасының жылу эффектісі белгілі жағдай-да Т2 температурасының жылу эффектісін есептеп шығару үшш, осы Т2 температурадағы компоненттердін, қысымы әуелгі Т\ тем-пературадағы қысымға тең болуы керек. Температура өзгергенде қысым тұрақты болса, фазалық ауысу болмайды, бұл онын, химия-лық реакциядан өзгешелігін көрсетеді. Алайда, фазалық ауысу кезіндегі қысым мен температура өзара байланысты болғандық-тан, әрбір фазалық тепе-теңдік жағдайындағы жылу сыйымдылы-ғы Ср, сондай-ақ Сү шамаларынан өзгеше болады. Әйтсе де Қирх-гоф формуласы мұны да шамамен есептеуге жарайды. Енді термодинамика бірінші заңының биологиялық процестер-ді зерттеудегі маңызын қарастырайық. Термодинамиканың бірін-ші заңы табиғаттағы әмбебап заңдардың бірі, өйткені ол тірі ор-ганизмдер үшін де қолданылады. Тірі организмдегі әрбір процесс энергияның қатысуымен жүреді. Мысалы, салмағы 80 кг кісі ты-ныштык, жағдайында, яғни ешбір физикалық жұмыс істемегенде тәулігіне өзін қоршаған ортаға 1200 ккал шамасындағы жылу та-ратады екен. Организм дүрыс жұмыс атқару үшін онда зат алмасу процесі жүру керек. Бұған да энергия қажет. Қез келген тағамның анық химиялық құрамын, дәл формуласын көрсету мүмкін емес. Әйтсе де, олардың организмде тотығуы нәтижесіндегі жылу арқылы, яғни термодинамиканың бірінші за- 36 ңына құрамдас болып енетін термохимия немесе Гесс заңын пай-даланып, әлгі тағамдардың калориясын есептеуге, анықтауға бо-лады. Алайда, мұндай есептеулер организмде болатын құбылыс жайлы толық және нақтылы дерек бермейді, өйткені тағамдар организмде тотыққанда, кәдімгі химиялық реакция кезіндегідей толык жанып, көмір қышқыл газы, су және азот бере бермейді, Организмдегі тағам көбіне жартылай ыдырап, басқа күрделі орга-никалық қосылыстар түзеді. жүктеу/скачать 2.46 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|