"`белгілеу
Гесс заңы: Химиялық реакциялардағы энергияның сақталу заңының маңызы
Пенгантар
Химия тек түс өзгерістері, пішіндер және пробиркалардағы таңғажайып реакциялар туралы ғана емес. Әрбір химиялық реакцияның артында зат пен энергияның әрекетін реттейтін негізгі қағидалар жатыр. Осы негізгі қағидалардың бірі - химиялық реакциялар кезінде энергияның қалай қатысатынын және қалай берілетінін түсінуде маңызды рөл атқаратын Гесс заңы.
Гесс заңының анықтамасы
Орыс химигі Жермен Анри Гесстің есімімен аталған Гесс заңы термохимияның негізгі тіректерінің бірі болып табылады. Бұл заң химиялық реакция кезіндегі жалпы энтальпия өзгерісі жолға немесе жасалған қадамдарға қарамастан бірдей болатынын көрсетеді. Басқаша айтқанда, егер бастапқы реакция және соңғы өнімдер өзгеріссіз қалса, онда қажетті немесе бөлінетін жалпы энергия мөлшері тұрақты болып қалады.
Математикалық тұрғыдан Гесс заңын келесідей түсіндіруге болады:
\[ \Дельта H_{жалпы} = \Дельта H_1 + \Дельта H_2 + \Дельта H_3 + \ldots + \Дельта H_n \]
мұндағы \(\Delta H\) - әрбір реакция сатысындағы энтальпияның өзгеруі.
Гесс заңының негізгі принциптері
Гесс заңы шын мәнінде энергияның сақталу заңын химияға қолдану болып табылады. Энергияның сақталу заңына сәйкес, энергияны жасау немесе жою мүмкін емес - ол тек бір түрден екінші түрге ауыса алады. Химиялық реакциялар контексінде бұл энергия әдетте жүйеде сақталған жалпы энергияны өлшейтін энтальпия (H) түрінде көрінеді.
Егер химиялық реакцияны тікелей реакциядан өзгеше бірнеше кішірек сатыға қайта бөлуге болатын болса, онда жалпы энтальпия өзгерісін алу үшін осы кішірек сатылардың әрқайсысының энтальпия өзгерістерін қосуға болады. Бұл күрделі реакцияның жалпы энтальпиясын оны құрайтын қарапайым реакциялардың энтальпияларын алып тастау арқылы есептей алатынымызды білдіреді.
Гесс заңының қолданылуы
Гесс заңының химияның әртүрлі салаларында көптеген практикалық қолданыстары бар, олардың кейбіреулері:
1. Реакция энтальпиясын есептеу
Энтальпия өзгерісін тікелей өлшеу қиын реакцияға тап болған кезде, Гесс заңы реакцияны қарапайым қадамдарға бөлуге мүмкіндік береді, олардың энтальпия өзгерістерін оңай өлшеуге немесе қолжетімді термохимиялық деректерден білуге болады.
Мысал: Реакция үшін энтальпия өзгерісін (\(\Дельта H\)) анықтағымыз келеді делік:
\[ C(s) + 1/2 \, O_2(g) \rightarrow CO(g) \]
Бұл реакцияны келесідей жіктеуге болады:
\[ C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \quad (\Delta H = -393.5 \; \text{kDj/mol}) \]
\[ CO_2(g) \rightarrow CO(g) + 1/2 \, O_2(g) \quad (\Delta H = +283.0 \; \text{kDj/mol}) \]
Гесс заңын қолданып, жалпы энтальпия өзгерісі:
\[ \Delta H = -393.5 \; \text{кДж/моль} + 283.0 \; \text{кДж/моль} = -110.5 \; \text{кДж/моль} \]
2. Байланыс энергиясын анықтау
Гесс заңы тікелей өлшеу мүмкін емес байланыс энергияларын анықтау үшін де жиі қолданылады. Белгілі реакциялардан алынған энтальпия деректерін және әртүрлі болжамдарды немесе басқа калибрлеу әдістерін пайдалану арқылы ғалымдар химиялық байланыстардың үзілуіне және түзілуіне қатысатын энергияларды бағалай алады.
3. Ерітінді термодинамикасын зерттеу
Фармацевтика және аналитикалық химияда Гесс заңы заттардың ерігіштігін (ерігіштігін) және агрегациясын (байланысуын) түсінуге көмектеседі. Мысалы, ол әртүрлі еріткіштерде еріген дәрінің энтропиясын (ΔS) және энтальпиясын (ΔH) ажыратуға көмектеседі.
Тарихы және дамуы
Гесс заңын алғаш рет 1840 жылы Жермен Анри Гесс тұжырымдаған. Сол кезде Гесс тұрақты қысымдағы химиялық реакция кезінде бөлінетін немесе жұтылатын жылудың реакция тікелей немесе бірқатар сатылар арқылы жүруіне қарамастан бірдей екенін байқады.
Оның жаңалығы термохимияны зерттеудегі одан әрі дамуға жол ашты, соның ішінде күй функциялары сияқты басқа да маңызды ұғымдар, мұнда шама жүйенің сол күйге қалай жеткеніне емес, тек бастапқы және соңғы күйлерге байланысты.
Гесс заңын қолданудың сандық мысалы
Гесс заңын қолданудың нақты мысалы ретінде метанның көмірқышқыл газы мен суға жануынан энтальпияның өзгеруін есептейміз:
\[ CH_4(g) + 2 \, O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2 \, H_2O(g) \]
Кезеңдер келесідей:
1. Метанның көмірқышқыл газы мен суға жануы:
\[ CH_4(g) + 2 \, O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2 \, H_2O(g) \quad (\Delta H_{реакциясы?}) \]
2. Біз білеміз:
\[ CH_4(g) + 2 \, O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2 \, H_2O(l) \quad (\Delta H = -890.3 \; \text{kDj/mol}) \]
Содан кейін:
\[ H_2O(l) \rightarrow H_2O(g) \quad (\Delta H_{vap} = +44.0 \; \text{kDj/mol}) \]
Гесс заңын қолдану:
\[ \Дельта H = -890.3 \; \мәтін{кДж/моль} + 2 \cdot 44.0 \; \мәтін{кДж/моль} = -802.3 \; \мәтін{кДж/моль} \]
Осылайша, әртүрлі реакция жағдайларында метанның көмірқышқыл газы мен суға жануындағы энтальпия өзгерісін Гесс заңын пайдаланып оңай есептеуге болады.
Қорытынды
Гесс заңы химиялық реакциялардағы энергияның сақталуына терең түсінік береді және химиялық ғалымдар мен мамандарға әртүрлі реакциялардың термохимиялық мінез-құлқын түсінуге және болжауға көмектеседі. Гесс заңының принциптерінің көмегімен микроскопиялық деңгейде жүретін энергия түрленулерін жоғары дәлдікпен есептеуге және талдауға болады, бұл химияның, физиканың және материал технологиясының әртүрлі салаларын одан әрі дамытуға мүмкіндік береді.
Гесс заңын жақсы түсінген жағдайда, тек химиктер ғана емес, сонымен қатар әртүрлі салалардағы зерттеушілер де химиялық синтезден бастап энергетикалық технологиядағы инновацияларға дейінгі әртүрлі практикалық қолданбалар үшін химиялық реакцияларды зерттеп, басқара алады.
««
Бұл мақалада термохимиядағы Гесс заңының анықтамасы, негізгі принциптері, практикалық қолданылуы, тарихы және нақты мысалдары қысқаша баяндалған. Бұл сізге химиядағы осы маңызды тұжырымдаманы түсінуге және қолдануға көмектеседі деп үміттенеміз.
