10 Билет

1.	Гесс заңының салдары бойынша химиялық реакция жылу эффектісін есептеуге мүмкіндік беретін теңдеулерді келтіріңіз.

2.	3H2+N22NH3 реакциясы мысалында Ле-Шателье-Браун принципінің термодинамикалық тұрғыдан негіздеңіз.

1) Ішкі энергия және энтальпия термодинамикалық функциялар, яғни күй функциялары. Олардың өзгерістері жүйенің бір күйден екінші күйге келу жолдарына тәуелсіз, алғашқы және соңғы күйлеріне байланысты. Олай болса Q_P және Q_V (химиялық реакцияның жылу эффектілері) реакцияның жүру жолына тәуелсіз. Бұл термодинамиканың бірінші заңынан тікелей шығатын салдар. Оны Гесс заңы деп атайды. Бұл заңды 1836 ж тәжірбие жолында ашқан орыс ғалымы Г.И. Гесс. Гесс заңы былай оқылады: Процестің жылу эффектісі процестің жолына тәуелсіз, ол тек жүйенің бастапқы жіне соңғы күйлерімен анықталады.

Гесс заңының орындалуы мынадай екі шартпен байланысты: а) жүйеде тек көлем ұлғаю жұмысы жасалуы тиіс, ол сыртқы қысымға қарсы жұмсалатын жұмыс; б) процесс не қысым P, не көлем V тұрақты жағдайда өтуі қажет.

Гесс заңына мынадай қорытындылар алуға болады.

1. Заттың түзілу жылуының мәні оның алғашқы заттардан алыну әдістеріне байланысты емес.

2. Заттың алғашқы заттарға ыдырау жылуы оның осы заттардан түзілу жылуына тең, тек олардың таңбалары қарама-қарсы болады (Лавуазье – Лаплас заңы).

3. Екі түрлі жүйедегі өтетін процестердің нәтижесінде бірдей заттар түзілетін болса, бұл процестер жылуларының айырымдары біреуінің екінші жүйеге ауысу жылуына тең болады.

Гесс заңына негіздеп белгісіз реакциялардың жылу эффектілерін есептеуге болады. Ол үшін белгілі реакциялардың стехиометриялы теңдеулерін үйлестіруге болады. Мұнымен қатар әр түрлі химиялық реакциялардың жылу мәндерін реакцияға қатысатын заттардың жану немесе түзілу жылулары арқылы есептеуге болады.

Энтальпия

Термодинамиканың бірінші заңын тек ұлғаю жұмысы жасайтын процестерге қолданғанда мынандай теңдеу қорытылып шығарылды:

δQ=dU+PdV

Тұрақты қысымда бұл теңдеуді интегралдасақ:

Q_p=(U₂-U₁)+P(V₂-V₁)

немесе түрлендіргенде:

Q_p=(U₂+PV₂)-(U₁+PV₁) (32)

P және V – жүйені сипаттайтын параметрлер, ал U – жүйенің күй функциясы. Олай болса жақшадағы U+PV шамасы да күй функциясы, ал оның өзгеруі процестің жолына тәуелсіз болады. U+PV өрнекке тең шама өзгеруі тек процестің бастапқы және соңғы күймен байланысты. Бұл функцияны Н деп белгілейік, сонда H=U+PV. H-функциясын энтальпия деп атайды. (32)-теңдеуден

H₂-H₁=ΔH=Q_p

2. ΔG= -RTLnK_p+RTLn P_NH3²/P_N2*P_H2

ΔG<0  ΔH<0 эндотермиялық

ΔG>0 

T˄ өскенде dLnK_p/dT= ΔH/RT²

dLnK­_p/dT<0 T˄ өскен сайын dLnK_p˅ төмендейді

9 Билет

1.	Термодинамиканың негізгі түсініктері мен анықтамаларын сипаттаңыз.

2.	Химиялық потенциал, оның термодинамикалық функциялармен байланысын көрсететін теңдеуді қортыңыз. Идеал және реал жүйелердегі компоненттің химиялық потенциалын есептеуге мүмкіндік беретін теңдеулерді келтіріңіз.. Активтілік және активтілік коэффициентін сипаттаңыз.

1. Физикалық химия – химиялық процестер мен химиялық құбылыстардың заңдылықтарын зерттейтін ғылым және қазіргі заманғы химия және химиялық технологияның теориялық негізі болып табылады. Физикалық химияның негізгі міндеттері – химиялық процестердің бағытын анықтау, олардың өту жылдамдықтарын және реакция өнімінің максимал шығымын алу жағдайларының негізгі заңдылықтарын орнату болып табылады. Термодинамиканың 3 зерттеу әдісі бар. Біреуі-термодинамикалық әдіс. Термодинамика деген ұғымды алғаш рет ғылымға енгізген Томсон (лорд Кельвин), грек тілінде термо-жылу, ал динамика қозғалыс деген мағананы білдіреді.

Термодинамика жылу мен жұмыстың өзара байланысын зерттейтін ғылым. Термодинамикада энергияның бір түрден екінші түрге айлануын қарастыру арқылы әр түрлі құбылыстар зерттеледі. Ол процестің жүру механизмін, оның жылдамдығын қарастырмайды, тек қана соңғы нәтижесін беріп, бағытын көрсетеді, яғни оның өту себебін ашпай, тек процестің алғашқы және соңғы күйін көрсетеді. Бұдан шығатын қортынды: термодинамика тепе-теңдік процестердің күйін зерттейді, сондықтан да бұл сала термодинамика емес термостатика деп аталуы керек еді, яғни қозғалыс жоқ (тепе-теңдік күйде), алайда тарихи қалыптасқан жағдайға байланысты термодинамика деген атау қала берді және бұл күндерде ғылыми тілге мықтап енді.

Термодинамика макрожүйелерді зерттейтін ғылым. Жеке бөлшектерді (молекулалар, атомдар, электрондар) термодинамика қарастырмайды.

Ал енді термодинамиканың өзі негізінен үш тарауға бөлінеді: біріншісі –жалпы немесе физикалық термодинамика, екіншісі –техникалық термодинамика, үшіншісі- химиялық термодинамика.

Жалпы термодинамикада, физика курсынан білесіздер, термодинамиканың негізгі заңдары беріледі, сонымен қатар физикалық мәселелерді шешуде бұл заңдардың қолданылуы қарастырылады.

Техникалық термодинамикада жылу мен жұмыстың бір-біріне айналуы зертеледі, яғни мұндағы мақсат жылу қозғалтқыштар теориясын ұсыну және бұд қозғалтқыштардың (двигательдердің) пайдалы әсер коэффициенттерін (КПД) арттыру болып табылады.

Химиялық термодинамика туралы айтпас бұрын жалпы термодинамиканың тарихына , оның дамуына аздап шолу жасап өтеу керек.Термодинамиканың негізін құрған француз әскери инженері Сади Карно, ол кісі 1824 жылы «Оттың қозғаушы күщіжәне осы күшті дамытатын машина туралы ойлар» деген еңбегінде жылу машиналары теориясының негізін жазып шықты. Алайда, бұл жұмыста Карно жылудың табиғатына дұрыс түсінік бере алмады, бірақта оның жасаған қортындылары дұрыс болды және осы күнге дейін термодинамикада үлкен роль атқарып келеді. 1842 жылы неміс ғалымдары Р.Майердің, 1843 жылы Г.Гельгольцтің еңбектерінде жылу мен әртүрлі жұмыстың бір-біріне эквивалентті екендігі дәлелденді, соның арқасында термодинамиканың 1-ші заңы дүниеге келді. 1850 жылы неміс ғалымы Р.Клаузиус термодинамиканың үлкен бір ұғымы –энтропияны ғылыми тілге енгізді.

Міне, жалпы термодинамиканың осы заңдарын химиялық процестерге қолданған Америка ғалымы У. Гиббс болды. Сөйтіп, У. Гиббстің арқасында 1876 жылы химиялық термодинамиканың негізі салынды. Міне, содан бері 100 жылдан артық уақыт өтсе де бұл салада Гиббстен кейін, әлі күнге дейін көзге түсерлік үлкен жаңалықтар, өзгерістер жасалына қойған жоқ. Сөйтіп, өмірге физикалық химияның бір бөлімі – химиялық термодинамика келді.Оның мақсаты, тағы бір рет қайталап айтсақ, жалпы термодинамиканың заңдарын химиялық процестерге қолдану.

Термодинамика классикалық және статистикалық болып та бөлінеді. Классикалық (феноменологиялық) термодинамика жекелеген атом, молекула сияқты бөлшектерді емес, бу машиналарының, іштен жанатын двигательдердің жұмыс істеу ерекшіліктерін, кристалдану, электролиз сияқты макроскопиялық жүйелерді зерттейді.

Ал статистикалық термодинамика жекелеген атом, молекула сияқты бөлшектерді қарастырады, олардың біріккен сипаты мен қасиеттерін айқындайды. Бұл сала кейіннен пайда болды.