მოდით ვისაუბროთ იმაზე, თუ რა არის წარმოქმნის სითბო და ასევე განვსაზღვროთ ის პირობები, რომლებსაც სტანდარტული ეწოდება. ამ საკითხის გასაგებად ჩვენ გავარკვევთ განსხვავებას მარტივ და რთულ ნივთიერებებს შორის. "ფორმირების სითბოს" კონცეფციის გასამყარებლად, განიხილეთ კონკრეტული ქიმიური განტოლებები.
ნივთიერებების წარმოქმნის სტანდარტული ენთალპია
ნახშირბადის აირისებრ წყალბადთან ურთიერთქმედების რეაქციაში გამოიყოფა 76 კჯ ენერგია. ამ შემთხვევაში, ეს მაჩვენებელი არის ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტი. მაგრამ ეს არის ასევე მარტივი ნივთიერებებისგან მეთანის მოლეკულის წარმოქმნის სითბო. "რატომ?" - გეკითხებით. ეს გამოწვეულია იმით, რომ საწყისი კომპონენტები იყო ნახშირბადი და წყალბადი. 76 კჯ/მოლი იქნება ენერგია, რომელსაც ქიმიკოსები უწოდებენ "ფორმირების სითბოს".
მონაცემთა ცხრილები
თერმოქიმიაში არსებობს უამრავი ცხრილი, რომელიც მიუთითებს მარტივი ნივთიერებებისგან სხვადასხვა ქიმიკატების წარმოქმნის სიცხეებზე. მაგალითად, ნივთიერების წარმოქმნის სითბო, რომლის ფორმულაა CO2, აირისებრ მდგომარეობაში.აქვს ინდექსი 393,5 კჯ/მოლი.
პრაქტიკული მნიშვნელობა
რატომ გვჭირდება ეს მნიშვნელობები? წარმოქმნის სითბო არის მნიშვნელობა, რომელიც გამოიყენება ნებისმიერი ქიმიური პროცესის სითბოს ეფექტის გაანგარიშებისას. ასეთი გამოთვლების განსახორციელებლად საჭირო იქნება თერმოქიმიის კანონის გამოყენება.
თერმოქიმია
ის არის ძირითადი კანონი, რომელიც ხსნის ენერგეტიკულ პროცესებს, რომლებიც შეინიშნება ქიმიური რეაქციის პროცესში. ურთიერთქმედების დროს რეაქციის სისტემაში შეინიშნება თვისებრივი გარდაქმნები. ზოგიერთი ნივთიერება ქრება, მის ნაცვლად ჩნდება ახალი კომპონენტები. ასეთ პროცესს თან ახლავს შიდა ენერგეტიკული სისტემის ცვლილება, რომელიც ვლინდება მუშაობის ან სითბოს სახით. გაფართოებასთან დაკავშირებულ სამუშაოს აქვს ქიმიური გარდაქმნების მინიმალური მაჩვენებელი. ერთი კომპონენტის მეორე ნივთიერებად გარდაქმნისას გამოთავისუფლებული სითბო შეიძლება იყოს დიდი.
თუ განვიხილავთ მრავალფეროვან ტრანსფორმაციას, თითქმის ყველასთვის ხდება გარკვეული რაოდენობის სითბოს შეწოვა ან გამოყოფა. მომხდარი ფენომენების ასახსნელად შეიქმნა სპეციალური განყოფილება - თერმოქიმია.
ჰესის კანონი
თერმოდინამიკის პირველი კანონის წყალობით, შესაძლებელი გახდა თერმული ეფექტის გამოთვლა ქიმიური რეაქციის პირობებიდან გამომდინარე. გამოთვლები ეფუძნება თერმოქიმიის ძირითად კანონს, კერძოდ ჰესის კანონს. ჩვენ ვაძლევთ მის ფორმულირებას: ქიმიური ტრანსფორმაციის თერმული ეფექტიასოცირდება ბუნებასთან, მატერიის საწყის და საბოლოო მდგომარეობასთან, ის არ არის დაკავშირებული ურთიერთქმედების განხორციელების ხერხთან.
რა გამოდის ამ ფორმულირებიდან? გარკვეული პროდუქტის მიღების შემთხვევაში არ არის საჭირო მხოლოდ ერთი ურთიერთქმედების ვარიანტის გამოყენება, შესაძლებელია რეაქციის განხორციელება სხვადასხვა გზით. ნებისმიერ შემთხვევაში, როგორც არ უნდა მიიღოთ სასურველი ნივთიერება, პროცესის თერმული ეფექტი იგივე მნიშვნელობა ექნება. მის დასადგენად აუცილებელია ყველა შუალედური ტრანსფორმაციის თერმული ეფექტის შეჯამება. ჰესის კანონის წყალობით შესაძლებელი გახდა თერმული ეფექტის რიცხვითი მაჩვენებლების გამოთვლების შესრულება, რაც კალორიმეტრში შეუძლებელია. მაგალითად, რაოდენობრივად ნახშირბადის მონოქსიდის ნივთიერების წარმოქმნის სიცხე გამოითვლება ჰესის კანონის მიხედვით, მაგრამ ამას ჩვეულებრივი ექსპერიმენტებით ვერ დაადგენთ. სწორედ ამიტომ არის განსაკუთრებული თერმოქიმიური ცხრილები, რომლებშიც შეყვანილია რიცხვითი მნიშვნელობები სხვადასხვა ნივთიერებისთვის, რომლებიც განისაზღვრება სტანდარტულ პირობებში
მნიშვნელოვანი ქულები გამოთვლებში
იმის გათვალისწინებით, რომ წარმოქმნის სიცხე არის რეაქციის თერმული ეფექტი, მოცემული ნივთიერების აგრეგაციის მდგომარეობას განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს. მაგალითად, გაზომვების გაკეთებისას, ჩვეულებრივ ნახშირბადის სტანდარტულ მდგომარეობად მიჩნეულია გრაფიტი და არა ალმასი. ასევე მხედველობაში მიიღება წნევა და ტემპერატურა, ანუ პირობები, რომლებშიც თავდაპირველად მდებარეობდა მორეაქტიული კომპონენტები. ამ ფიზიკურ სიდიდეებს შეუძლიათ მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინონ ურთიერთქმედებაზე, გაზარდონ ან შეამცირონ ენერგიის ღირებულება. ძირითადი გამოთვლებისთვის,თერმოქიმიაში, ჩვეულებრივ გამოიყენება წნევის და ტემპერატურის სპეციფიკური მაჩვენებლების გამოყენება.
სტანდარტული პირობები
რადგან ნივთიერების წარმოქმნის სიცხე არის ენერგიის ეფექტის სიდიდის განსაზღვრა სტანდარტულ პირობებში, მათ ცალკე გამოვყოფთ. გამოთვლებისთვის არჩეულია ტემპერატურა 298 K (25 გრადუსი ცელსიუსი), წნევა - 1 ატმოსფერო. გარდა ამისა, მნიშვნელოვანი პუნქტი, რომელსაც ყურადღება უნდა მიაქციოთ, არის ის ფაქტი, რომ ნებისმიერი მარტივი ნივთიერების წარმოქმნის სითბო ნულის ტოლია. ეს ლოგიკურია, რადგან მარტივი ნივთიერებები თავისთავად არ წარმოიქმნება, ანუ არ იხარჯება მათი ფორმირებისთვის ენერგია.
თერმოქიმიის ელემენტები
თანამედროვე ქიმიის ამ განყოფილებას განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს, რადგან სწორედ აქ ტარდება მნიშვნელოვანი გამოთვლები, მიიღება კონკრეტული შედეგები, რომლებიც გამოიყენება თბოენერგეტიკაში. თერმოქიმიაში არსებობს მრავალი ცნება და ტერმინი, რომელთა გამოყენებაც მნიშვნელოვანია სასურველი შედეგების მისაღებად. ენთალპია (ΔH) მიუთითებს, რომ ქიმიური ურთიერთქმედება მოხდა დახურულ სისტემაში, სხვა რეაგენტების რეაქციაზე არანაირი გავლენა არ ყოფილა, წნევა მუდმივი იყო. ეს დაზუსტება საშუალებას გვაძლევს ვისაუბროთ შესრულებული გამოთვლების სიზუსტეზე.
დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა სახის რეაქცია განიხილება, მიღებული თერმული ეფექტის სიდიდე და ნიშანი შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს. ასე რომ, ყველა ტრანსფორმაციისთვის, რომელიც მოიცავს ერთი რთული ნივთიერების რამდენიმე მარტივ კომპონენტად დაშლას, ვარაუდობენ სითბოს შთანთქმას. მრავალი საწყისი ნივთიერების ერთ, უფრო რთულ პროდუქტში გაერთიანების რეაქციები თან ახლავსათავისუფლებს ენერგიის მნიშვნელოვან რაოდენობას.
დასკვნა
ნებისმიერი თერმოქიმიური პრობლემის გადაჭრისას გამოიყენება მოქმედებების იგივე ალგორითმი. პირველ რიგში, ცხრილის მიხედვით, თითოეული საწყისი კომპონენტისთვის, ისევე როგორც რეაქციის პროდუქტებისთვის, განისაზღვრება წარმოქმნის სითბოს მნიშვნელობა, არ დაივიწყოს აგრეგაციის მდგომარეობა. გარდა ამისა, ჰესის კანონით შეიარაღებული, ისინი ქმნიან განტოლებას სასურველი მნიშვნელობის დასადგენად.
განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს იმ სტერეოქიმიური კოეფიციენტების გათვალისწინებას, რომლებიც არსებობს კონკრეტული განტოლების საწყისი ან საბოლოო ნივთიერებების წინ. თუ რეაქციაში არის მარტივი ნივთიერებები, მაშინ მათი წარმოქმნის სტანდარტული სიცხეები ნულის ტოლია, ანუ ასეთი კომპონენტები არ მოქმედებს გამოთვლებით მიღებულ შედეგზე. შევეცადოთ გამოვიყენოთ მიღებული ინფორმაცია კონკრეტულ რეაქციაზე. თუ მაგალითად ავიღოთ რკინის ოქსიდიდან სუფთა ლითონის წარმოქმნის პროცესი (Fe3+) გრაფიტთან ურთიერთქმედებით, მაშინ საცნობარო წიგნში შეგიძლიათ იპოვოთ მნიშვნელობები. ფორმირების სტანდარტული სითბო. რკინის ოქსიდისთვის (Fe3+) იქნება –822,1 კჯ/მოლი, გრაფიტისთვის (მარტივი ნივთიერება) ნულის ტოლია. რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება ნახშირბადის მონოქსიდი (CO), რისთვისაც ამ ინდიკატორს აქვს მნიშვნელობა 110,5 კჯ / მოლი, ხოლო გამოთავისუფლებული რკინისთვის, წარმოქმნის სითბო შეესაბამება ნულს. მოცემული ქიმიური ურთიერთქმედების წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს ჩანაწერი ხასიათდება შემდეგნაირად:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 კჯ.
გაანალიზებაჰესის კანონის მიხედვით მიღებული რიცხვითი შედეგით, შეგვიძლია ლოგიკური დასკვნა გამოვიტანოთ, რომ ეს პროცესი არის ენდოთერმული ტრანსფორმაცია, ანუ ის გულისხმობს ენერგიის ხარჯვას მისი სამვალენტიანი ოქსიდიდან რკინის შემცირების რეაქციისთვის.
