Հեսսի օրենքը

«Նշում
Հեսսի օրենքը. Էներգիայի պահպանման օրենքի կարևորությունը քիմիական ռեակցիաներում

Պենգանտար

Քիմիան միայն գույների փոփոխությունների, ձևերի և փորձանոթներում զարմանալի ռեակցիաների մասին չէ: Յուրաքանչյուր քիմիական ռեակցիայի հետևում կանգնած են հիմնարար սկզբունքներ, որոնք կարգավորում են նյութի և էներգիայի վարքագիծը: Այդ հիմնարար սկզբունքներից մեկը Հեսսի օրենքն է, որը կարևոր դեր է խաղում քիմիական ռեակցիաների ընթացքում էներգիայի ներգրավվածության և փոխանցման հասկացման գործում:

Հեսսի օրենքի սահմանումը

Հեսսի օրենքը, որը կոչվել է ռուս քիմիկոս Ժերմեն Անրի Հեսի անունով, ջերմաքիմիայի հիմնական հիմնասյուներից մեկն է։ Այս օրենքը նշում է, որ քիմիական ռեակցիայի ընթացքում ընդհանուր էնթալպիայի փոփոխությունը նույնն է՝ անկախ ուղուց կամ քայլերից։ Այլ կերպ ասած, եթե սկզբնական ռեակցիան և վերջնական արգասիքները մնում են նույնը, ապա պահանջվող կամ արտանետվող էներգիայի ընդհանուր քանակը կմնա անփոփոխ։

Մաթեմատիկորեն, Հեսսի օրենքը կարելի է բացատրել հետևյալ կերպ.
\[ \Դելտա H_{ընդհանուր} = \Դելտա H_1 + \Դելտա H_2 + \Դելտա H_3 + \լդոտս + \Դելտա H_n \]
որտեղ \(\Դելտա H\)-ն էնթալպիայի փոփոխությունն է ռեակցիայի յուրաքանչյուր փուլում։

Հեսսի օրենքի հիմնարար սկզբունքները

Հեսսի օրենքը իրականում էներգիայի պահպանման օրենքի կիրառումն է քիմիայում: Էներգիայի պահպանման օրենքի համաձայն՝ էներգիան չի կարող ստեղծվել կամ ոչնչացվել. այն կարող է միայն մեկ ձևից անցնել մյուսին: Քիմիական ռեակցիաների համատեքստում այս էներգիան սովորաբար արտահայտվում է էնթալպիայի (H) տեսքով, որը չափում է համակարգում պահված ընդհանուր էներգիան:

Եթե ​​քիմիական ռեակցիան կարելի է վերադասավորել մի քանի փոքր քայլերի, որոնք տարբերվում են ուղղակի ռեակցիայից, ապա մենք կարող ենք գումարել այս փոքր քայլերից յուրաքանչյուրի էնթալպիայի փոփոխությունները` ստանալու համար էնթալպիայի ընդհանուր փոփոխությունը: Սա նշանակում է, որ մենք կարող ենք հաշվարկել բարդ ռեակցիայի ընդհանուր էնթալպիան` հանելով այն կազմող ավելի պարզ ռեակցիաների էնթալպիաները:

Հեսսի օրենքի կիրառումը

Հեսսի օրենքը բազմաթիվ գործնական կիրառություններ ունի քիմիայի տարբեր ոլորտներում, որոնցից մի քանիսը ներառում են.

1. Ռեակցիայի էնթալպիայի հաշվարկ
Երբ մենք հանդիպում ենք մի ռեակցիայի, որի համար դժվար է ուղղակիորեն չափել էնթալպիայի փոփոխությունը, Հեսսի օրենքը թույլ է տալիս մեզ այն բաժանել ավելի պարզ քայլերի, որոնց էնթալպիայի փոփոխությունները կարող են ավելի հեշտությամբ չափվել կամ հայտնի լինել առկա ջերմաքիմիական տվյալներից։

Օրինակ՝ Ենթադրենք, որ մենք ուզում ենք որոշել ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը (\(\Դելտա H\)):
\[ C(s) + 1/2 \, O_2(g) \rightarrow CO(g) \]

Այս ռեակցիան կարող ենք բաժանել հետևյալի՝
\[ C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \quad (\Delta H = -393.5 \; \text{կՋ/մոլ}) \]
\[ CO_2(գ) \rightarrow CO(գ) + 1/2 \, O_2(գ) \quad (\Դելտա H = +283.0 \; \text{կՋ/մոլ}) \]

Հեսսի օրենքը կիրառելով՝ ընդհանուր էնթալպիայի փոփոխությունը կլինի՝
\[ \Դելտա H = -393.5 \; \text{kJ/mol} + 283.0 \; \text{kJ/mol} = -110.5 \; \text{kJ/mol} \]

2. Կապի էներգիայի որոշում
Հեսսի օրենքը հաճախ օգտագործվում է նաև այն կապերի էներգիաները որոշելու համար, որոնք ուղղակիորեն չեն կարող չափվել: Օգտագործելով հայտնի ռեակցիաներից ստացված էնթալպիայի տվյալները և տարբեր ենթադրություններ կամ այլ տրամաչափման մեթոդներ, գիտնականները կարող են գնահատել քիմիական կապերի խզման և առաջացման հետ կապված էներգիաները:

3. Լուծույթների թերմոդինամիկայի ուսումնասիրություն
Դեղագործության և անալիտիկ քիմիայի մեջ Հեսսի օրենքը օգնում է հասկանալ նյութերի լուծելիությունը (լուծարումը) և ագրեգացիան (կապումը): Օրինակ, այն օգնում է տարբերակել տարբեր լուծիչներում լուծվող դեղամիջոցի էնտրոպիան (ΔS) և էնթալպիան (ΔH):

Պատմություն և զարգացում

Հեսսի օրենքն առաջին անգամ ձևակերպել է Ժերմեն Անրի Հեսը 1840 թվականին։ Այդ ժամանակ Հեսը նկատել է, որ քիմիական ռեակցիայի ընթացքում հաստատուն ճնշման տակ անջատված կամ կլանված ջերմությունը նույնն է՝ անկախ նրանից, թե ռեակցիան տեղի է ունենում անմիջապես, թե մի շարք քայլերով։

Նրա հայտնագործությունը հիմք հանդիսացավ ջերմաքիմիայի ուսումնասիրության հետագա զարգացման համար, ներառյալ այլ կարևոր հասկացություններ, ինչպիսիք են վիճակային ֆունկցիաները, որտեղ մեծությունը կախված չէ նրանից, թե ինչպես է համակարգը հասել այդ վիճակին, այլ միայն սկզբնական և վերջնական վիճակներից։

Հեսսի օրենքի կիրառման թվային օրինակ

Որպես Հեսսի օրենքի կիրառման կոնկրետ օրինակ, մենք կհաշվարկենք մեթանի այրումից մինչև ածխաթթու գազի և ջրի այրում էնթալպիայի փոփոխությունը.

\[ CH_4(գ) + 2 \, O_2(գ) \rightarrow CO_2(գ) + 2 \, H_2O(գ) \]

Փուլերը հետևյալն են՝
1. Մեթանի այրումը ածխաթթու գազի և ջրի վերածվելով.
\[ CH_4(g) + 2 \, O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2 \, H_2O(g) \quad (\Delta H_{ռեակցիա՞}) \]
2. Մենք գիտենք.
\[ CH_4(գ) + 2 \, O_2(գ) \rightarrow CO_2(գ) + 2 \, H_2O(լ) \quad (\Դելտա H = -890.3 \; \text{կՋ/մոլ}) \]
Ապա՝
\[ H_2O(l) \rightarrow H_2O(g) \quad (\Delta H_{vap} = +44.0 \; \text{կՋ/մոլ}) \]

Հեսսի օրենքի կիրառումը.
\[ \Դելտա H = -890.3 \; \text{կՋ/մոլ} + 2 \cdot 44.0 \; \text{կՋ/մոլ} = -802.3 \; \text{կՋ/մոլ} \]

Այսպիսով, տարբեր ռեակցիայի պայմաններում մեթանի այրման էնթալպիայի փոփոխությունը ածխաթթու գազի և ջրի վերածվելու դեպքում կարելի է հեշտությամբ հաշվարկել Հեսսի օրենքի միջոցով։

Եզրակացություն

Հեսսի օրենքը խորը պատկերացում է տալիս քիմիական ռեակցիաներում էներգիայի պահպանման մասին և օգնում է քիմիկոսներին և մասնագետներին հասկանալ և կանխատեսել տարբեր ռեակցիաների ջերմաքիմիական վարքագիծը: Հեսսի օրենքի սկզբունքների օգնությամբ մանրադիտակային մակարդակում տեղի ունեցող էներգիայի փոխակերպումները կարող են հաշվարկվել և վերլուծվել բարձր ճշգրտությամբ, ինչը հնարավորություն է տալիս քիմիայի, ֆիզիկայի և նյութական տեխնոլոգիայի տարբեր ճյուղերի հետագա զարգացումներին:

Հեսսի օրենքի լավ ըմբռնմամբ՝ ոչ միայն քիմիկոսները, այլև տարբեր ոլորտների հետազոտողները կարող են ուսումնասիրել և մանիպուլյացիաներ կատարել քիմիական ռեակցիաների հետ՝ բազմազան գործնական կիրառություններով, սկսած քիմիական սինթեզից մինչև էներգետիկ տեխնոլոգիաների նորարարությունները։
««

Այս հոդվածը ամփոփում է Հեսսի օրենքի սահմանումը, հիմնական սկզբունքները, գործնական կիրառությունները, պատմությունը և կոնկրետ օրինակները ջերմաքիմիայում: Հուսով ենք, որ սա կօգնի ձեզ հասկանալ և կիրառել այս կարևոր հասկացությունը քիմիայում: