Խոսենք այն մասին, թե որն է առաջացման ջերմությունը, ինչպես նաև սահմանենք այն պայմանները, որոնք կոչվում են ստանդարտ։ Այս հարցը հասկանալու համար մենք պարզելու ենք պարզ և բարդ նյութերի տարբերությունները։ «Ձևավորման ջերմություն» հասկացությունը համախմբելու համար դիտարկեք հատուկ քիմիական հավասարումներ:
Նյութերի առաջացման ստանդարտ էնթալպիա
Ածխածնի և գազային ջրածնի փոխազդեցության ռեակցիայի ժամանակ անջատվում է 76 կՋ էներգիա։ Այս դեպքում այս ցուցանիշը քիմիական ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունն է: Բայց սա նաև պարզ նյութերից մեթանի մոլեկուլի ձևավորման ջերմությունն է։ - Ինչո՞ւ։ -հարցնում ես։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ սկզբնական բաղադրիչները եղել են ածխածինը և ջրածինը։ 76 կՋ/մոլ կլինի այն էներգիան, որը քիմիկոսներն անվանում են «առաջացման ջերմություն»:
Տվյալների աղյուսակներ
Ջերմաքիմիայում կան բազմաթիվ աղյուսակներ, որոնք ցույց են տալիս պարզ նյութերից տարբեր քիմիական նյութերի առաջացման ջերմությունները: Օրինակ՝ նյութի առաջացման ջերմությունը, որի բանաձևը CO2 է, գազային վիճակում.ունի 393,5 կՋ/մոլ ինդեքս։
Գործնական արժեք
Ինչու՞ են մեզ պետք այս արժեքները: Ձևավորման ջերմությունը արժեք է, որն օգտագործվում է ցանկացած քիմիական գործընթացի ջերմային ազդեցությունը հաշվարկելիս: Նման հաշվարկներ իրականացնելու համար կպահանջվի ջերմաքիմիայի օրենքի կիրառում։
Ջերմաքիմիա
Նա հիմնական օրենքն է, որը բացատրում է քիմիական ռեակցիայի գործընթացում դիտվող էներգետիկ գործընթացները։ Փոխազդեցության ընթացքում արձագանքող համակարգում նկատվում են որակական փոխակերպումներ։ Որոշ նյութեր անհետանում են, փոխարենը հայտնվում են նոր բաղադրիչներ։ Նման գործընթացն ուղեկցվում է ներքին էներգետիկ համակարգի փոփոխությամբ, որն արտահայտվում է աշխատանքի կամ ջերմության տեսքով։ Ընդլայնման հետ կապված աշխատանքը նվազագույն ցուցանիշ ունի քիմիական փոխակերպումների համար: Մեկ բաղադրիչի մեկ այլ նյութի փոխակերպման ժամանակ արտազատվող ջերմությունը կարող է մեծ լինել։
Եթե դիտարկենք փոխակերպումների բազմազանությունը, ապա գրեթե բոլորի համար տեղի է ունենում որոշակի քանակությամբ ջերմության կլանում կամ արտազատում: Տեղի ունեցող երևույթները բացատրելու համար ստեղծվել է հատուկ բաժին՝ ջերմաքիմիա։
Հեսսի օրենքը
Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի շնորհիվ հնարավոր է դարձել հաշվարկել ջերմային ազդեցությունը՝ կախված քիմիական ռեակցիայի պայմաններից։ Հաշվարկները հիմնված են ջերմաքիմիայի հիմնական օրենքի՝ Հեսսի օրենքի վրա։ Մենք տալիս ենք դրա ձևակերպումը. քիմիական փոխակերպման ջերմային ազդեցությունըկապված է նյութի բնության, սկզբնական և վերջնական վիճակի հետ, այն կապված չէ փոխազդեցության իրականացման ձևի հետ:
Ի՞նչ է բխում այս ձևակերպումից. Որոշակի արտադրանքի ձեռքբերման դեպքում կարիք չկա օգտագործել միայն մեկ փոխազդեցության տարբերակ, հնարավոր է ռեակցիան իրականացնել տարբեր ձևերով։ Ամեն դեպքում, անկախ նրանից, թե ինչպես եք ստանում ցանկալի նյութը, գործընթացի ջերմային ազդեցությունը կլինի նույն արժեքը: Այն որոշելու համար անհրաժեշտ է ամփոփել բոլոր միջանկյալ փոխակերպումների ջերմային ազդեցությունները։ Հեսսի օրենքի շնորհիվ հնարավոր է դարձել կատարել ջերմային էֆեկտների թվային ցուցիչների հաշվարկներ, որոնք անհնար է իրականացնել կալորիմետրում։ Օրինակ, քանակականորեն ածխածնի մոնօքսիդ նյութի առաջացման ջերմությունը հաշվարկվում է Հեսսի օրենքի համաձայն, բայց սովորական փորձերով այն չի կարելի որոշել։ Ահա թե ինչու այդքան կարևոր են հատուկ ջերմաքիմիական աղյուսակները, որոնցում թվային արժեքներ են մուտքագրվում տարբեր նյութերի համար՝ որոշված ստանդարտ պայմաններում
Կարևոր միավորներ հաշվարկներում
Հաշվի առնելով, որ առաջացման ջերմությունը ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունն է, խնդրո առարկա նյութի ագրեգացման վիճակը առանձնահատուկ նշանակություն ունի։ Օրինակ, չափումներ կատարելիս ընդունված է որպես ածխածնի ստանդարտ վիճակ դիտարկել գրաֆիտը, այլ ոչ թե ադամանդը։ Հաշվի են առնվում նաև ճնշումը և ջերմաստիճանը, այսինքն՝ այն պայմանները, որոնցում ի սկզբանե գտնվում էին արձագանքող բաղադրիչները։ Այս ֆիզիկական մեծությունները կարող են զգալի ազդեցություն ունենալ փոխազդեցության վրա, բարձրացնել կամ նվազեցնել էներգիայի արժեքը: Հիմնական հաշվարկների համար.ջերմաքիմիա, ընդունված է օգտագործել ճնշման և ջերմաստիճանի հատուկ ցուցիչներ։
Ստանդարտ պայմաններ
Քանի որ նյութի առաջացման ջերմությունը ստանդարտ պայմաններում էներգիայի ազդեցության մեծության որոշումն է, դրանք կառանձնացնենք առանձին։ Հաշվարկների համար ջերմաստիճանն ընտրված է 298 Կ (25 աստիճան Ցելսիուս), ճնշումը՝ 1 մթնոլորտ։ Բացի այդ, կարևոր կետ, որի վրա արժե ուշադրություն դարձնել, այն փաստն է, որ ցանկացած պարզ նյութի ձևավորման ջերմությունը զրոյական է: Սա տրամաբանական է, քանի որ պարզ նյութերն իրենք չեն ձևավորվում, այսինքն՝ դրանց առաջացման համար էներգիայի ծախս չկա։
Ջերմաքիմիայի տարրեր
Ժամանակակից քիմիայի այս բաժինը առանձնահատուկ նշանակություն ունի, քանի որ այստեղ է, որ կատարվում են կարևոր հաշվարկներ, ստացվում են կոնկրետ արդյունքներ, որոնք օգտագործվում են ջերմաէներգետիկայի մեջ։ Ջերմաքիմիայում կան բազմաթիվ հասկացություններ և տերմիններ, որոնք կարևոր են գործել ցանկալի արդյունքներ ստանալու համար: Էնթալպիան (ΔH) ցույց է տալիս, որ քիմիական փոխազդեցությունը տեղի է ունեցել փակ համակարգում, այլ ռեակտիվների ռեակցիայի վրա ազդեցություն չի եղել, ճնշումը եղել է մշտական։ Այս պարզաբանումը թույլ է տալիս խոսել կատարված հաշվարկների ճշգրտության մասին։
Կախված նրանից, թե ինչպիսի ռեակցիա է դիտարկվում, ստացվող ջերմային ազդեցության մեծությունն ու նշանը կարող են զգալիորեն տարբերվել: Այսպիսով, բոլոր փոխակերպումների համար, որոնք ներառում են մեկ բարդ նյութի տարրալուծումը մի քանի ավելի պարզ բաղադրիչների, ենթադրվում է ջերմության կլանումը: Բազմաթիվ մեկնարկային նյութերի մեկ, ավելի բարդ արտադրանքի մեջ միավորելու ռեակցիաները ուղեկցվում ենազատելով զգալի քանակությամբ էներգիա։
Եզրակացություն
Ցանկացած ջերմաքիմիական խնդիր լուծելիս կիրառվում է գործողությունների նույն ալգորիթմը։ Նախ, ըստ աղյուսակի, յուրաքանչյուր սկզբնական բաղադրիչի, ինչպես նաև ռեակցիայի արտադրանքի համար որոշվում է առաջացման ջերմության արժեքը՝ չմոռանալով ագրեգացման վիճակը։ Այնուհետև, զինված Հեսսի օրենքով, նրանք կազմում են հավասարում` ցանկալի արժեքը որոշելու համար:
Հատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել հաշվի առնելու ստերեոքիմիական գործակիցները, որոնք գոյություն ունեն որոշակի հավասարման սկզբնական կամ վերջնական նյութերի դիմաց: Եթե ռեակցիայի մեջ կան պարզ նյութեր, ապա դրանց առաջացման ստանդարտ ջերմությունները հավասար են զրոյի, այսինքն՝ նման բաղադրիչները չեն ազդում հաշվարկներում ստացված արդյունքի վրա։ Փորձենք ստացված տեղեկատվությունը օգտագործել կոնկրետ ռեակցիայի վերաբերյալ։ Եթե որպես օրինակ վերցնենք երկաթի օքսիդից մաքուր մետաղի առաջացման գործընթացը (Fe3+) գրաֆիտի հետ փոխազդեցությամբ, ապա տեղեկագրքում կարող եք գտնել արժեքները. ձևավորման ստանդարտ ջերմություն: Երկաթի օքսիդի համար (Fe3+) այն կկազմի –822,1 կՋ/մոլ, գրաֆիտի (պարզ նյութ) համար հավասար է զրոյի։ Ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է ածխածնի օքսիդ (CO), որի համար այս ցուցանիշը ունի 110,5 կՋ/մոլ արժեք, իսկ արտանետվող երկաթի համար առաջացման ջերմությունը համապատասխանում է զրոյի։ Տվյալ քիմիական փոխազդեցության առաջացման ստանդարտ ջերմության ռեկորդը բնութագրվում է հետևյալ կերպ՝
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 կՋ։
ՎերլուծումՀեսսի օրենքի համաձայն ստացված թվային արդյունքը կարող է տրամաբանական եզրակացություն անել, որ այս գործընթացը էնդոթերմային փոխակերպում է, այսինքն՝ այն ներառում է էներգիայի ծախս՝ երկաթի եռարժեք օքսիդից վերացման ռեակցիայի համար։
