"` белгилөө
Гесс закону: Химиялык реакциялардагы энергиянын сакталуу законунун мааниси
Pengantar
Химия жөн гана пробиркалардагы түстөрдүн өзгөрүшү, формалары жана укмуштуудай реакциялар жөнүндө эмес. Ар бир химиялык реакциянын артында заттын жана энергиянын жүрүм-турумун жөнгө салуучу фундаменталдык принциптер жатат. Бул фундаменталдык принциптердин бири - Гесс закону, ал химиялык реакциялар учурунда энергиянын кандайча катышаарын жана кандайча өткөрүлөрүн түшүнүүдө чечүүчү ролду ойнойт.
Гесс законунун аныктамасы
Орус химиги Жермен Анри Гесстин атынан аталган Гесс мыйзамы термохимиянын негизги тирөөчтөрүнүн бири болуп саналат. Бул мыйзам химиялык реакция учурундагы жалпы энтальпиянын өзгөрүшү, жолго же жасалган кадамдарга карабастан, бирдей экенин айтат. Башкача айтканда, эгерде баштапкы реакция жана акыркы продуктылар бирдей бойдон калса, анда талап кылынган же бөлүнүп чыккан жалпы энергия көлөмү туруктуу бойдон калат.
Математикалык жактан Гесс законун төмөнкүчө түшүндүрүүгө болот:
\[ \Дельта H_{жалпы} = \Дельта H_1 + \Дельта H_2 + \Дельта H_3 + \ldots + \Дельта H_n \]
мында \(\Дельта H\) - ар бир реакция кадамындагы энтальпиянын өзгөрүшү.
Гесс законунун негизги принциптери
Гесс мыйзамы чындыгында энергиянын сакталуу мыйзамынын химияга колдонулушу болуп саналат. Энергиянын сакталуу мыйзамына ылайык, энергияны түзүүгө же жок кылууга болбойт — ал бир түрдөн экинчи түргө гана өзгөрүшү мүмкүн. Химиялык реакциялардын контекстинде бул энергия, адатта, системада сакталган жалпы энергияны өлчөөчү энтальпия (Н) түрүндө көрсөтүлөт.
Эгерде химиялык реакцияны түз реакциядан айырмаланган бир нече кичирээк баскычтарга бөлүүгө мүмкүн болсо, анда биз бул кичирээк баскычтардын ар биринин энтальпия өзгөрүүлөрүн кошуп, жалпы энтальпия өзгөрүүсүн алабыз. Бул татаал реакциянын жалпы энтальпиясын аны түзгөн жөнөкөй реакциялардын энтальпияларын кемитүү менен эсептей алабыз дегенди билдирет.
Гесс законунун колдонулушу
Гесс мыйзамы химиянын ар кандай тармактарында көптөгөн практикалык колдонмолорго ээ, алардын айрымдары төмөнкүлөрдү камтыйт:
1. Реакция энтальпиясын эсептөө
Энтальпиянын өзгөрүшүн түздөн-түз өлчөө кыйын болгон реакцияга туш болгондо, Гесс закону бизге реакцияны жөнөкөй кадамдарга бөлүүгө мүмкүндүк берет, алардын энтальпия өзгөрүүлөрүн жеткиликтүү термохимиялык маалыматтардан оңой өлчөөгө же билүүгө болот.
Мисал: Мисалы, реакция үчүн энтальпиянын өзгөрүшүн (\(\Дельта H\)) аныктагыбыз келет дейли:
\[ C(s) + 1/2 \, O_2(g) \rightarrow CO(g) \]
Бул реакцияны төмөнкүдөй бөлүп көрсөтсөк болот:
\[ C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \quad (\Delta H = -393.5 \; \text{kJ/mol}) \]
\[ CO_2(g) \rightarrow CO(g) + 1/2 \, O_2(g) \quad (\Delta H = +283.0 \; \text{kJ/mol}) \]
Гесс законун колдонуп, жалпы энтальпиянын өзгөрүшү төмөнкүдөй болот:
\[ \Delta H = -393.5 \; \text{кДж/моль} + 283.0 \; \text{кДж/моль} = -110.5 \; \текст{кДж/моль} \]
2. Байланыш энергиясын аныктоо
Гесс закону көп учурда түздөн-түз өлчөөгө мүмкүн болбогон байланыш энергияларын аныктоо үчүн да колдонулат. Окумуштуулар белгилүү реакциялардан алынган энтальпия маалыматтарын жана ар кандай божомолдорду же башка калибрлөө ыкмаларын колдонуу менен химиялык байланыштарды үзүүгө жана түзүүгө катышкан энергияларды баалай алышат.
3. Эритмелердин термодинамикасын изилдөө
Фармацевтикада жана аналитикалык химияда Гесс закону заттардын эригичтигин (эригичин) жана агрегациясын (байланышын) түшүнүүгө жардам берет. Мисалы, ал ар кандай эриткичтерде эриген дары-дармектин энтропиясын (ΔS) жана энтальпиясын (ΔH) айырмалоого жардам берет.
Тарыхы жана өнүгүүсү
Гесстин законун биринчи жолу 1840-жылы Жермен Анри Гесс түзгөн. Ошол учурда Гесс туруктуу басымдагы химиялык реакцияда бөлүнүп чыккан же сиңирилген жылуулук реакция түз же бир катар кадамдар аркылуу жүрсө да бирдей экенин байкаган.
Анын ачылышы термохимияны изилдөөдө андан ары өнүгүүлөргө жол ачты, анын ичинде сан системанын ал абалга кантип жеткенине эмес, баштапкы жана акыркы абалдарына гана көз каранды болгон абал функциялары сыяктуу башка маанилүү түшүнүктөр бар.
Гесс законун колдонуунун сандык мисалы
Гесс законун колдонуунун конкреттүү мисалы катары, биз метандын көмүр кычкыл газына жана сууга күйүүсүнөн энтальпиянын өзгөрүшүн эсептейбиз:
\[ CH_4(g) + 2 \, O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2 \, H_2O(g) \]
Этаптар төмөнкүдөй:
1. Метандын көмүр кычкыл газына жана сууга күйүшү:
\[ CH_4(g) + 2 \, O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2 \, H_2O(g) \quad (\Delta H_{реакциясы?}) \]
2. Биз билебиз:
\[ CH_4(g) + 2 \, O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2 \, H_2O(l) \quad (\Delta H = -890.3 \; \text{kJ/mol}) \]
Анан:
\[ H_2O(l) \rightarrow H_2O(g) \quad (\Delta H_{vap} = +44.0 \; \text{kJ/mol}) \]
Гесс законун колдонуу менен:
\[ \Дельта H = -890.3 \; \текст{кДж/моль} + 2 \cdot 44.0 \; \текст{кДж/моль} = -802.3 \; \текст{кДж/моль} \]
Ошентип, ар кандай реакция шарттарында метандын көмүр кычкыл газына жана сууга күйүүсүндөгү энтальпиянын өзгөрүшүн Гесс законун колдонуу менен оңой эсептөөгө болот.
Корутунду
Гесс мыйзамы химиялык реакциялардагы энергиянын сакталышына терең түшүнүк берет жана химия илимпоздоруна жана практиктерине ар кандай реакциялардын термохимиялык жүрүм-турумун түшүнүүгө жана алдын ала айтууга жардам берет. Гесс мыйзамынын принциптеринин жардамы менен микроскопиялык деңгээлде болуп жаткан энергиянын трансформацияларын жогорку тактык менен эсептеп жана талдап чыгууга болот, бул химиянын, физиканын жана материал технологиясынын ар кандай тармактарында андан ары өнүгүүгө мүмкүндүк берет.
Гесс мыйзамын жакшы түшүнүү менен, химиктер гана эмес, ар кандай тармактардагы изилдөөчүлөр да химиялык синтезден баштап энергетикалык технологиядагы инновацияларга чейин ар кандай практикалык колдонмолор үчүн химиялык реакцияларды изилдеп жана манипуляциялай алышат.
""
Бул макалада термохимиядагы Гесс законунун аныктамасы, негизги принциптери, практикалык колдонулушу, тарыхы жана конкреттүү мисалдары кыскача баяндалат. Бул сизге химиядагы бул маанилүү түшүнүктү түшүнүүгө жана колдонууга жардам берет деп үмүттөнөбүз.
