Гесс законун талкуулоо боюнча мисал суроолор
Pendahuluan
Орус химиги Жермен Анри Гесстин атынан коюлган Гесс мыйзамы химиялык термодинамиканын химиялык реакциялардын энергиясына байланыштуу негизги принциптеринин бири болуп саналат. Бул мыйзам химиялык реакцияда өндүрүлгөн же сиңирилген жылуулуктун (энергиянын) жалпы көлөмү алынган жолго эмес, системанын баштапкы жана акыркы шарттарына гана көз каранды экенин айтат. Бул негизги принцип түздөн-түз өлчөө кыйын болгон реакциялардын энтальпиясынын өзгөрүшүн (ΔH) эсептөөдө абдан пайдалуу.
Гесс закону абдан маанилүү, анткени ал бизге стандарттык пайда болуу энтальпиясын же башка белгилүү реакциянын энтальпия өзгөрүшүн колдонуп, оңой өлчөнө албаган максаттуу реакциянын энтальпия өзгөрүшүн табууга мүмкүндүк берет. Бул макалада биз бир нече мисал маселелерди карап чыгып, Гесс законун колдонууну талкуулайбыз.
Негизги теория
Гесс законун математикалык түрдө төмөнкүдөй түрдө туюнтса болот:
Эгерде химиялык реакцияны бир нече этапта көрсөтүүгө мүмкүн болсо, анда жалпы энтальпиянын өзгөрүшү (ΔH_total) ар бир этаптын энтальпиянын өзгөрүшүнүн (ΔH) суммасы болуп саналат. Математикалык жактан ал төмөнкүдөй формулировкаланат:
ΔH_жалпы = Σ ΔH_баскычы
Бул сиз мындай реакциянын энтальпиясын таба аласыз дегенди билдирет:
""
А реакциясы → Продукт
|
ΔH1
В реакциясы → Продукт
|
ΔH2
Анда, ΔH_жалпы (A → Көбөйтүндү) = ΔH1 + ΔH2
""
Мисал суроолорго өтүүдөн мурун, түшүнүү керек болгон бир нече терминдер бар:
1. Энтальпия (Н): Туруктуу басым астындагы системанын жалпы энергиясынын өлчөмү.
2. ΔH (Энтальпиянын өзгөрүшү): Реагенттер менен продуктылардын ортосундагы энтальпиянын өзгөрүшү.
3. Стандарттык пайда болуу энтальпиясы (ΔHf°): Стандарттык абалдагы элементтерден бир мол кошулма пайда болгондо энтальпиянын өзгөрүшү.
Үлгү суроолор жана талкуу
1-мисал суроо: Пайда болуу энтальпиясын колдонуу
Суроо:
Төмөнкү стандарттуу пайда болуу энтальпиясынын өзгөрүшүнүн маалыматтарына таянып, метандын (CH₄) күйүү реакциясынын энтальпиясын эсептегиле:
– ΔHf° (CO₂(g)) = -393.5 кДж/моль
– ΔHf° (H₂O(l)) = -285.8 кДж/моль
– ΔHf° (CH₄(г)) = -74.8 кДж/моль
– ΔHf° (O₂(g)) = 0 кДж/моль (анткени кычкылтек газынын стандарттык абалындагы пайда болуу энтальпиясы 0гө барабар)
Метандын күйүү реакциясы:
CH₄(г) + 2O₂(г) → CO₂(г) + 2H₂O(л)
Талкуу:
1. Жалпы реакцияны жана пайда болуу энтальпиясын жазыңыз:
\[
ΔH_{реакция} = ∑ΔH_{продукт} – ∑ΔH_{реактив}
\]
2. Түзүлүш маанилеринин стандарттуу энтальпиясын төмөнкү теңдемеге алмаштырыңыз:
\[
ΔH_{реакция} = [ΔHf° (CO₂) + 2 ΔHf° (H₂O)] – [ΔHf°(CH₄) + 2 ΔHf°(O₂)]
\]
3. Белгилүү маанилерди алмаштырыңыз:
\[
ΔH_{реакция} = [(-393.5) + 2 (-285.8)] – [(-74.8) + 2 (0)]
\]
4. Толук эсептөөлөр:
\[
ΔH_{реакция} = [-393.5 + (-571.6)] – [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{реакция} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ΔH_{реакция} = -890.3 кДж/моль
\]
Демек, метандын күйүү реакциясынын энтальпиясынын өзгөрүшү -890.3 кДж/моль. Терс маани реакциянын экзотермикалык (энергия бөлүнүп чыгуу) экенин көрсөтөт.
Мисал маселе 2: Туунду реакцияларды колдонуу
Суроо:
Төмөнкү реакция үчүн реакция энтальпиясын эсептегиле:
N₂(г) + 3Н₂(г) → 2NH₃(г)
Төмөнкүдөй үч реакция жана энтальпиянын өзгөрүшү берилген:
1. N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 кДж
2. 2NH₃(g) + O₂(g) → 2NO(g) + 3H₂O(g), ΔH = -904 кДж
3. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -242 кДж
Талкуу:
1. Реакцияны кайра жайгаштырууга боло турган сызыктуу формада сүрөттөп бериңиз:
Максаттуу реакция:
N₂(г) + 3Н₂(г) → 2NH₃(г)
Максаттуу реакцияга жетүү үчүн берилген реакцияны манипуляциялашыбыз керек.
2. NH₃ катышкан реакцияларды талдоо:
2-реакцияда NH₃ бар, бирок реакция NH₃ду NO жана H₂Oго бөлүү болуп саналат. Ошондуктан, бул реакцияны тескерисинче аткарыңыз:
2NO(g) + 3H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 кДж
3. Андан кийин, биз O₂(g)ден арылышыбыз керек:
Бул үчүн биз (1) реакциясын колдонобуз:
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 кДж
Анын ордуна, бизге 2NO пайда болушу керек. Бул реакция ошол бойдон калат.
4. H₂O(g) үчүн энтальпияны эсептегиле:
Теңдемеде тескери реакцияны (3) үч жолу кошуңуз:
3[H₂O(g) → H₂(g) + 1/2O₂(g), ΔH = +242 кДж]
Бол:
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 кДж
5. Теңдемелерди бириктирип, теңдеме чыгаргыла:
\[
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 кДж
+
2NO(g) + 3 H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 кДж
+
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 кДж
\]
Бул реакцияларды кошкондо, эки тарапта тең пайда болгон компоненттерди этибарга албай, жалпы энтальпияны эсептей алабыз.
6. Жалпы энтальпияны эсептегиле:
\[
N₂(г) + 3 H₂O(г) – 3Н₂(г) – 3/2 O₂(г) → 2NH₃(г) + O₂(г) – O₂(г) \оң жебе N₂(г) + 3H₂(г) → 2NH₃(g)
\]
Жалпы энтальпия:
\[
ΔH_{жалпы} = 180 + 904 + 726 = 1810 кДж/моль
\]
Ошентип, N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) реакциясы үчүн ΔH +1810 кДж. Бошотулган энтальпияны (экзотермикалык) алгыбыз келгендиктен, көбөйтүндү маанисин терс деп эсептейбиз:
\[
ΔH_{жалпы} = -46 кДж/моль
\]
Penutup
Бул макалада Гесс законун реакциянын энтальпия өзгөрүшүн эсептөө үчүн колдонгон мисал маселелер талкууланат. Теориялык негизди түшүнүү жана мисал маселелердеги кадамдарды колдонуу менен, окурмандар бул түшүнүктү оңой түшүнүп, аны термохимиялык эсептөөлөргө байланыштуу ар кандай кырдаалдарга колдоно алышат деп үмүттөнөбүз. Гесс закону академиялык химияда гана эмес, өнөр жай химиясын изилдөөдө жана илим менен технологиядагы башка ар кандай колдонмолордо да маанилүү.
