Issiqlik effekti va uning turlari, issiqlik effektining haroratga bog’liqligi Reja

Kimyoviy birikmalarning hosil bo’lish issiqligi
Oddiy moddalardan 1 g-molekula birikma hosil bo`ganida ajralib chiqadigan yoki yutiladigan issiqlik miqdori shu birikmalarning hosil bo`lish issiqligi deyiladi.

Masalan:

H₂+S+2O₂=H₂SO₄—∆H₁

S+3O₂=SO₃—∆H₂

H₂+½O₂=H₂O—∆H₃

Bu yerda ∆H₁, ∆H₂, ∆H₃ ― sul’fat kislota, oltingugurt (IV)- oksid va suvning hosil bo`lish issiqlik effekti.

Masalan: suvning hosil bo`lish issiqligi 68,5 kkal ga teng. Demak, 2 gr H<sub>2</sub> va 16 gr O<sub>2</sub> o`zaro birikib, 18 gr H₂O hosil qilganda 68,5 kkal issiqlik chiqadi.

Oddiy modda molekula (H₂,O₂, N₂, Cl₂, Br₂ va hakozo) larning hosil bo`lish issiqlik effekti nol (0) gat eng deb qabul qilingan. Oddiy modda standart sharoitda (T=293⁰K; P=1 atm) barqaror agregat holatda olinadi.

Har bir kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti qat’iy aniq kattalikka teng. Lekin bu kattalik reaksiya uchun olingan va reaksiya natijasida hosil bo`lgan moddalarning agregat holatlariga bog’liq bo`ladi. Masalan; gaz holatdagi (g) O₂ va gaz holatdagi (g) H₂ dan hosil bo`lgan suvning agregat holatiga qarab, reaksiyaning issiqlik effekti turlicha bo`ladi; buni quyidagi sxemadan ochiq ko`rish mumkin:

H_2(g) +½O_2(g) →H₂O_(s)+68,5 kkal

H_2(g) +½O_2(g) →H₂O_(g)+57,8 kkal
Bu yerda kuzatilgan ayirma (10,7kkal) 1gr gaz holatidagi suvning 1gr suyuq suvga aylanish vaqtida chiqadigan issiqlik miqdoriga teng.

Hosil bo`lish issiqligining son qiymatiga va ishorasiga qarab birikmaning naqadar barqaror yoki beqaror ekanligini bilish mumkun. Agar birikma hosil bo`lish paytida issiqlik ko`p chiqsa, bu birikma ancha barqaror bo`ladi va aksincha, issiqlik kam chiqsa, birikma beqaror bo`ladi.

½H₂+½Cl₂=HCl, Q_P=−∆H=22,0 kkal

½H₂+½J₂=HJ, Q_P=−∆H=−5,43 kkal

Ca+½O₂=CaO, Q_P=−∆H=152,8 kkal

Na+½Cl₂=NaCl Q_P=−∆H=97,8 kkal

Bu tenglamalardan ko’rinib turibdiki, HJ HCl ga qaraganda ancha beqarordir. Tajriba buni to`la tasdiqlaydi.

3-jadvalda bir qancha moddalarning standart holatdagi (25⁰ va 1 atm dagi) hosil bo`lish issiqliklari ko`rsatilgan.

5-jadval

Ba’zi moddalarning hosil bo`lish issiqliklari

Moddaning formulasi	Hosil bo`lish issiqligi(kkal hisobida)	Moddaning formulasi	Hosil bo`lish issiqligi(kkal hisobida)
H2O (bug' holatda)	57,8	CO	29,7
H2O (suyuq holatda)	68,5	CO2	97,7
HCl	21,9	CuO	37,8
SO2	69,3	CaO	152,1
NH3	11,0	Ca(OH)2	235,5
N2O	17,7	Fe2O3	198,0
NO	21,6	Al2O3	393,0
P2O5	37,0	Na2CO3	272,6
CH4	21,7	H2SO4(suyuq holatda)	194,1
C2H6	13,6	HNO3 (gaz holatda)	34,4
C2H2	48,6	NH4Cl	75,8

Bir qancha moddalarning hosil bo`lish issiqliklarini bir-biri bilan solishtirish natijasida quyidagi qoidalar topilgan:

1.D.I.Mendeleev jadvalining ma’lum qatorida turgan elementlardan birikmalar hosil bo`lganida kuzatiladigan hosil bo`lish issiqligi o`zaro birikuvchi elementlarning tartib nomerlari orasidagi farqning ortishi bilan ortib boradi. Masalan: Q_NaCl=98,3 kkal; ½Q_MgCl2=76,6 kkal; ⅓Q_AlCl3=55,6 kkal.

Bu yerda bitta bo`lanish uchun to`g`ri keladigan issiqlik berilgan.

Bu sonlarni bir-biriga taqqoslab, quyidagi qoida aniqlanadi:o`xshash birikmalar hosil bo`lganida o`rtadagi element birikmasining hosil bo`lish issiqligi uning yonidagi ikkala element birikmalari hosil bo`lish issiqliklarining o`rtacha arifmetik qiymatiga teng bo`ladi; masalan, MgCl<sub>2</sub> ning hosil bo`lish issiqligi 76.8 kkal, ya’ni 76.6 kkal ga yaqin. Bu qoida 1928 yilda A.M.Berkengeym tomonidan topilgan.

2.Biror metallning davriy jadvalning ma’lum guruhidagi metalloidlar bilan birikma hosil qilish issiqligi metalloid atom og’irligining ortishi bilan kamayadi. Masalan:

Q_KF=134,5 kkal Q_KBr=95,3 kkal

Q_KCl=105,6 kkal Q_KJ=80,1 kkal

3.Bir metal ma’lum bir metalloid bilan bir nechta birikma hosil qila oladigan bo`lsa, metal bilan metalloidning birinchi atomi birikkanda eng ko`p issiqlik chiqib, keyingi atomlar birikkanda kamroq issiqlik chiqadi.

Masalan:

Q_FeCl2=82,1 kkal

Q_FeCl3=99,0 kkal

Bu qoidaga asoslanib, birikmadagi eng keyingi metalloid atomini chiqarib yuborish oson degan xulosa chiqara olamiz.

4. Kimyoviy xossalari bir-biriga yaqin elementlarning o`xshash birikmalar hosil qilish issiqliklari bir-birinikiga yaqin bo`ladi.

Masalan:

Q_FeO=60,0 kkal; Q_FeS=18 kkal; Q_FeCl2=82,1 kkal

Q_NiO=57,9 kkal; Q_NiS=17,3 kkal; Q_NiCl2=74,0 kkal

Q_CoO=57,6 kkal; Q_CoS=19,7 kkal; Q_CoCl2=76,0 kkal

5. Kristall moddaning hosil bo`lish issiqligi amorf moddaning hosil bo`lish issiqligidan ortiq bo`ladi.

6. Birikmalarning atomlardan hosil bo`lish issiqligi molekulalardan hosil bo`lish issiqligidan ortiqdir.

Gess qonuni muhim amaliy ahamiyatga ega. U kimyoviy reaksiyani o`tkazmay turib, uning issiqlik effektini hisoblashga imkon beradi. Bu qonun fiziologik va biokimyoviy jarayonlarda ko`p qo`llaniladi. Organizmda ovqat maxsulotlari oksidlanganda qancha energiya chiqishi hisoblab topiladi va ovqatlarning kaloriyasi (to`yimliligi) aniqlanadi.

1mol glyukoza kuydirilganda, yoki oksidlanish reaksiyasi o`tkazilganda quyidagi tenglamaga muvofiq :

C₂H₁₂O_6(q)+6O₂₍₂₎=6CO₂₍₂₎+6H₂O_(c)+673 kkal yoki 2816 kJ issiqlik ajralib chiqadi.

Organizmda glyukoza va boshqa maxsulotlar bir necha bosqichda oksidlanadi. Biroq bu jarayonning oxirgi maxsuloti CO₂ va H₂O dir. Shuni aytib o`tish kerakki, organizmda oziq moddalarning oksidlanishidan ajralgan energiyaning ko`p qismi ishga aylanadi, oz qismi esa issiqlik sifatida ajralib chiqadi va u tana haroratini bir xilda doimiy saqlash imkonini beradi. Agar oksidlanish jarayoni bir bosqichda borganida bir yo`la katta miqdor energiya issiqlik holida ajralib chiqqan bo`lar edi va ishga sarflash uchun energiya etishmay qolar edi. Oksidlanish jarayonlari organizmda ko`p bosqichlarda boradi va bunda ajralgan energiyaning ko`p qismi ishga aylanadi.

Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti (Gess qonunidan kelib chiqadigan oqibatlarning biriga muvofiq) maxsulolarning hosil bo`lish issiqliklari yig’indisidan dastlabki moddalarning hosil bo`lish issiqliklari yig’indisidan ayirmasi qiymatiga teng:

Q _reaksiya = ∑Q _maxs −∑ Q_dast.modda

yoki ental’piyalar orqali yozsak, quyidagi tenglamaga ega bo`lamiz:

∆ H⁰_reak=∑∆ H⁰_max−∑∆ H⁰_dast.modda

Bu yerda ∆H⁰_reak−ayni reaksiya entalpiyasi, ∑∆H⁰_max —reaksiya maxsulotlarining oddiy moddalardan hosil bo`lish ental’piyalari yig’indisi, ∑∆H<sup>0</sup><sub>dast.modda</sub>—reaksiya uchun olingan dastlabki moddalarning oddiy moddalardan hosil bo`lish ental’piyalari yig’indisini ko`rsatadi.

Misol: Termodinamik kattaliklar jadvalidan foydalanib:

2Mg_(q)+CO₂₍₂₎ →2 MgO_(q)+C_(grafit)

reaksiyasining ental’piyasi topilsin.

Echish: Jadvaldan quyidagilarni topamiz: ∆ H⁰₂₉₈ (CO₂)= −393,5 kJ/mol; ∆H⁰₂₉₈ (MgO)=−601,8 kJ/mol; Mg va C ning ental’piyalari (ular oddiy moddalar bo`lgani ucun) nol (0) gat eng. So`ngra bu qiymatlarni yuqoridagi formulaga qo`yamiz:

∆H⁰_reak =2∆H⁰ (MgO) − ∆ H⁰(CO₂) )= −601,8∙2 − (395,5) = −810,1 kJ.

Standart issiqlik effektlari ichki energiya va ental’piyaning mutloq qiymatini o`lchash va hisoblash mumkin emas va shu sababdan faqat ularni ma’lum jarayondagi o`zgarishini o`lchash va hisoblash mumkin. Odatda bu o`zgarish ma’lum temperaturada, ularning mutloq T=0 qiymatiga nisbatan (U_T-U_O) yoki T=298,16⁰K (25⁰C) qiymatiga nisbatan (U_T-T_298,16) hisoblanadi. Odatda, T=298,16⁰ K – nisbatan o`zgarishi olinadi.

Turli termokimyoviy hisoblar uchun turli issiqlik effektlari bir xil sharoitga moslangan bo`lishi kerak.

(298,16⁰ K, 25⁰C va P=1 atm. Ana shunday sharoit sifatida qabul qilingan). Bu sharoitdagi issiqlik effektlari (ichki energiya ental’piya) standart issiqlik effektlari deyiladi, ∆H⁰298 va ∆U⁰298 ko`rinishida beriladi hamda 1 mol toza moddaga nisbatan hisoblangan bo`ladi.

Quyidagi reaksiyaning

C₂H₅OH+CH₃COOH CH₃COOC₂H₅+H₂O

Standart issiqlik effektini aniqlang?

C₂H₅OH va CH₃COOH va CH₃COOC₂H₅ ning standart yonish issiqlik effektlari mos ravishda -1370; -876; -2250 kJ/mol ga teng.

∆H_yon.H₂O= 0 ga teng.

Echish: ∆H_P=(∑n ∆H_yon)_dest―(∑n∆H_yon)_maxs. Tenglamadan foydalanamiz:

∆H_P=(∆H_yon,C₂H₅OH+∆H_yonCH₃COOH)−(∆H_yon(CH₃COOC₂H₅))=(−1370+(−876)−(−2250)=4 kJ∕mol.

Ko`pgina hollarda hosil bo`lish issiqligi to`g`ridan-to`g`ri kalorimetrik usul bilan aniqlanadi. Shunday bo`lsa ham birikmaning hosil bo`lish issiqligini topishda, asosan, Gess qonunidan foydalaniladi. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti temperaturaga va moddaning holatiga bog’liq bo`lgani uchun, issiqlik effekti jadvallarda ma’lum temperatura, bosim va moddaning biror holatiga moslangan bo`lishi kerak.

Jadvallarda keltirilgan sonlardan foydalanib, kimyoviy reaksiyaning issiqlik effektini topish mumkin. Masalan: MgCl₂ ga Na ta’sir ettirilsa, reaksiya natijasida Mg ajralib chiqadi:

MgCl₂ + 2Na→2NaCl + Mg

Q_P=152,8 0 2∙97,8 0

Agar MgCl₂ oddiy modda bo`lganda edi, NaCl hosil bo`lishidan chiqqan issiqlik shu reaksiyaning issiqlik effekti bo`lar edi. Ammo MgCl<sub>2</sub> murakkab modda, shu sababli uning parchalanib reaksiyaga kirishuvi uchun hosil bo`lish issiqligiga teng issiqlik sarflanashi kerak. Shunga ko`ra, NaCl hosil bo`lishida chiqadigan issiqlikning bir qismi MgCl₂ ning parchalanishi uchun sarf bo`ladi, natijada reaksiyaning issiqlik effekti:

(2∙97,8)−152,8=42,8 kkal

bo`ladi. Moddalarning hosil bo`lish issiqligi aniqlanganda turli kimyoviy bog’lanishlarning energiyasiham topiladi.

Qattiq moddalar suvda eriganda yo isish, yo sovish hodisasi yuz beradi. Modda suvda erish vaqtida qattiq moddaning kristalik panjarasi buzilib, modda zarrachalari eritma hajmiga tekis tarqaladi. Bu jarayon vaqtida issiqlik yutiladi, shuning uchun ham eritma soviydi. Modda erigan vaqtda uning zarrachalari eritmada sol’vatlanadi (ya’ni erituvchi molekulalari bilan birikadi). Bu hodisada esa issiqlik chiqadi.

Demak, erish issiqligi ikki qismdan iborat bo`lib, bulardan biri sol’vatatsiya issiqligi, ikkinchisi esa moddaning qattiq, suyuq va gaz holatdan eritma holatiga o`tish issiqligidar.

Moddalarning erish issiqligi ertuvchining miqdoriga ham bog’liq bo`ladi. Agar erituvchidan ko`p miqdorda olinsa, moddaning erish issiqligi o`zgarmas qiymatga ega bo`ladi.

1 gr-molekula modda juda ko`p miqdordagi (300-400 mol’) erituvchida erigan vaqtda chiqadigan yoki yutiladigan issiqlik miqdori moddaning erish issqligi deb ataladi.

Qattiq moddaning erish issiqligini topish uchun uning manfiy ishora bilan olingan suyuqlanish issiqligiga musbat ishora bilan olingan sol’vatatsiya issiqligini qo`shish kerak: Q=Q₂+(-Q₁), bu yerda Q₁―suyuqlanish issiqligi, Q₂―sol’vatatsiya issiqligi.

Agar modda sol’vatlanmasa (yoki zaif darajada sol’vatlansa), uning erish issiqligi manfiy qiymatga ega bo`ladi (ya’ni eritma soviydi). Agar sol’vatatsiya kuchli bo`sa, eritma isib ketadi.

1gr- ekvivalent kislota bilan 1 gr- ekvivalent ishqorning o`zaro ta’siri natijasida ajralib chiqadigan issiqlik miqdori neytrallaninsh issiqligi deb ataladi.

Kuchli kislotaning kuchli asos bilan neytrallanish issiqligi bu moddalarning xiliga bog’liq bo`lmaydi, masalan:

HNO₃+NaOH=NaNO₃+H₂O+13,7 kkal

HCl+KOH=KCl+H₂O+13,7 kkal

HClO₄+NaOH=NaClO₄+H₂O+13,7 kkal

Bu reaksiyalarning hammasida ham gidroksil ionlari vodorod ionlari bilan birikib, H₂O hosil qiladi:

H⁺+OH^-=H₂O+13,7 kkal

Kislota yoki asos kuchsiz bo`lsa, bir mol’ suv uchun olingan neytrallanish issiqligi 13,7 kkal dan kam bo`ladi, Chunki issiqlikning bir qismi kislota yoki asos molekulalarining ionlarga ajralishi uchun sarf bo`ladi. Masalan, kuchsiz kislota HClO ning kuchli asos NaOH bilan neytrallnish issiqligi 10 kkal ga teng:

HClO + NaOH = NaClO + H₂O +10 kkal

Misol: 10 g NaOH 250 g suvda eriganda suvning temperaturasi 9,5⁰ ko`tarilgan. Eritmaning solishtirma issiqlik sig’imi 1 ga teng deb olib, NaOH ning suvda erish issiqligini toping.

Echish. Eritmaning issiqlik sig’imini 1 ga teng deb, erish vaqtida ajralib chiqqan issiqlikni topamiz:

Q=1∙260∙9,5=2470 kkal

1 gr-m NaOH 40 gr bo`lgani uchun NaOH ning erish issiqligi (Q) ni quyidagi proporsiyadan hisoblab topamiz:

10gr NaOH eriganda 2470 kal issiqlik chiqsa,

40gr,, eriganda x,,,, chiqadi.

Bundan: x= kkal

Termodinamikaning kattagina qismi, organik moddalarning yonish issiqligini aniqlash bilan shug’ullanadi.

Moddaning bir gr- molekulasi to`la yonganda ajralib chiqadigan issiqlik miqdori shu moddaning yonish issiqligi deb ataladi; bunda modda tarkibidagi uglerod karbonat angidridga, vodorod suvga, oltingugurt sul’fit angidridga, azot esa erkin holatga aylanishi shart.

Moddalarning yonish issiqligi ma’lum miqdor moddani kalorimetrik bombada yondirish orqali topiladi. Yonish jarayonining yetarli darajada shiddatli borishi uchun bombaga bosim ostida toza kislorod beriladi.

Organik moddalarning yonish issiqliklarini o`rganish natijasida bir necha qonuniyat topilgan. Organik moddalarninggomologik qatorida tarkibning bir metal gruppaga o`zgarishi natijasida moddaning yonish issiqligi 157 kkal ortadi. Masalan, etanning yonish issiqligi 372,82 kkal, propanning yonish issiqligi 530,61 kkal dir.

Ma’lumki, organik moddalarning elementlaridan bevosita hosil bo`lishi ancha qiyin; shuning uchun organik moddalarning hosil bo`lish issiqligini bevosita aniqlab bo`lmaydi. Lekin organik moddalarning yonish issiqligini aniqlash qiyin emas. Shu sababli organik moddalarning hosil bo`lish issiqligi Gess qonuni asosida hisoblab topiladi: organik moddalarning hosil bo`lish issiqligi uning yonish issiqligi bilan modda tarkibidagi elementlarning yonish issiqliklari yig’indisi orasidagi ayirmaga teng:

Q_h.b=∑Q_el.yo ―Q_yo.

Bu erda Q_h.b ―ayni organik moddaning hosil bo`lish issiqligi; Q_yo. ―moddaning yonish issiqligi; ∑Q_el.yo―modda tarkibiga kirgan elementlarning yonish issiqliklari yig’indisi.

Agar moddaning yonish issiqligi ma’lum bo`lsa, uning hosil bo`lish issiqligini topish mumkin: Masalan, uglerod sul’fid (CS₂) ning yonish issiqligi 258,7 kkalga teng. Uning

C+S₂ →CS₂+x reaksiya natijasida hosil bo`lish issiqligi (x) quyidagicha topiladi.

CS₂ ni Bertloning kalorimetrik bombasida yondiramiz:

CS₂ + 30₂ = CO₂ + 2SO₂ + 258,7 kkal.

Yonish maxsuloti CO₂ ning hosil bo`lish issiqligi 94,25 kkal, SO<sub>2</sub> ning hosil bo`lish issiqligi esa 69,3 kkal gat eng; binobarin:

94,25+2∙69,3―x=258,7-x=-25,85 kkal.

Demak, CS₂ ning C va S dan hosil bo`lish jarayoni endotermik jarayon ekan.