ROSSIYA FEDERATSIYASI TA'LIM VAZIRLIGI

Voronej davlat texnika universiteti

KURS LOYIHASI

“Progressiv texnologiyaning nazariy asoslari” fanidan

Mavzu: “Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti va uning amaliy qo‘llanilishi”.

Voronej, 2004 yil

Kirish ………………………………………………………………………	3
1. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti……………………………….	4
1.1. Kimyoviy reaksiya tenglamalari………………………………	8
1.2. Termokimyoning asosiy qonunlari……………………………….	10
2. Issiqlik effektining amaliyotda qo‘llanilishi………………………….	12
2.1 Issiqlikka chidamli qoplamalar……………………………………….	1
2.2.Olmosga ishlov berishning termokimyoviy usuli………………….	14
2.3.Tsement ishlab chiqarish uchun texnogen xom ashyo………………	15
2.4. Biosensorlar…………………………………………………….	16
Xulosa……………………………………………………………….	17
Adabiyotlar ro'yxati…………………………………………………………	18

Kirish

Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik ta'siri ko'plab texnik hisoblar uchun zarurdir. Ular ko'plab sohalarda, shuningdek, harbiy ishlanmalarda keng qo'llaniladi.

Ushbu kurs ishining maqsadi issiqlik effektining amaliy qo'llanilishini o'rganishdir. Biz uni qo'llashning ba'zi variantlarini ko'rib chiqamiz va zamonaviy texnologiyalarni rivojlantirish sharoitida kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik ta'siridan foydalanish qanchalik muhimligini bilib olamiz.

1. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti

Har bir moddada ma'lum miqdorda energiya saqlanadi. Biz moddalarning bu xususiyatiga nonushta, tushlik yoki kechki ovqat paytida duch kelamiz, chunki oziq-ovqat mahsulotlari tanamizga oziq-ovqat tarkibidagi turli xil kimyoviy birikmalar energiyasidan foydalanishga imkon beradi. Organizmda bu energiya harakatga, ishga aylanadi va doimiy (va ancha yuqori!) tana haroratini saqlash uchun sarflanadi.

Termokimyo sohasida ishlayotgan eng mashhur olimlardan biri Berthelot. Berthelot - Parijdagi Oliy farmatsevtika maktabining kimyo professori (1859). Ta'lim va tashqi ishlar vaziri.

1865 yildan boshlab Berthelot termokimyoda faol ishtirok etdi, keng ko'lamli kalorimetrik tadqiqotlar o'tkazdi, bu, xususan, "kalorimetrik bomba" (1881) ixtirosiga olib keldi; u "ekzotermik" va "endotermik" reaktsiyalar tushunchasiga ega. Berthelot juda ko'p miqdordagi reaktsiyalarning issiqlik ta'siri, parchalanish issiqligi va ko'plab moddalarning hosil bo'lishi haqida keng ma'lumot oldi.

Berthelot portlovchi moddalarning ta'sirini o'rgandi: portlash harorati, yonish tezligi va portlash to'lqinining tarqalishi va boshqalar.

Kimyoviy birikmalarning energiyasi asosan kimyoviy bog'larda to'plangan. Ikki atom o'rtasidagi aloqani uzish uchun energiya kerak bo'ladi. Kimyoviy bog'lanish hosil bo'lganda, energiya chiqariladi.

Har qanday kimyoviy reaktsiya ba'zi kimyoviy aloqalarni uzish va boshqalarni hosil qilishdan iborat.

Kimyoviy reaksiya natijasida yangi bog'lanishlar hosil bo'lganda, dastlabki moddalardagi "eski" aloqalarni yo'q qilish uchun zarur bo'lganidan ko'proq energiya ajralib chiqsa, ortiqcha energiya issiqlik shaklida chiqariladi. Bunga yonish reaktsiyalari misol bo'la oladi. Masalan, tabiiy gaz (metan CH4) atmosfera kislorodida katta miqdorda issiqlik chiqishi bilan yonadi (1a-rasm). Bunday reaksiyalar ekzotermikdir.

Issiqlik chiqishi bilan davom etadigan reaksiyalar ijobiy issiqlik effektini ko'rsatadi (Q> 0, DH<0) и называются экзотермическими.

Boshqa hollarda, boshlang'ich moddalardagi bog'lanishlarni yo'q qilish yangi bog'lanishlar hosil bo'lishida ajralib chiqishi mumkin bo'lgan energiyadan ko'proq narsani talab qiladi. Bunday reaktsiyalar faqat energiya tashqaridan ta'minlanganda sodir bo'ladi va endotermik deb ataladi.

dan issiqlikni yutish bilan kechadigan reaktsiyalar muhit(Q<0, DH>0), ya'ni. salbiy termal ta'sirga ega, endotermikdir.

Bunga misol tariqasida ko‘mir va suvdan uglerod oksidi (II) CO va vodorod H2 hosil bo‘lishi mumkin, bu faqat qizdirilganda sodir bo‘ladi (1b-rasm).

Guruch. 1a

Guruch. 1b

Guruch. 1a, b. Kimyoviy reaksiyalarni molekulyar modellar yordamida tasvirlash: a) ekzotermik reaksiya, b) endotermik reaksiya. Modellar doimiy miqdordagi atomlar bilan ular orasidagi eski kimyoviy aloqalar qanday yo'q qilinishini va yangi kimyoviy aloqalar paydo bo'lishini aniq ko'rsatadi.

Shunday qilib, har qanday kimyoviy reaktsiya energiyaning chiqishi yoki yutilishi bilan birga keladi. Ko'pincha energiya issiqlik shaklida chiqariladi yoki so'riladi (kamroq, yorug'lik yoki mexanik energiya shaklida). Bu issiqlikni o'lchash mumkin. O'lchov natijasi reaktivning bir moliga yoki (kamdan-kam hollarda) reaktsiya mahsulotining bir moliga kilojoullarda (kJ) ifodalanadi. Bu miqdor reaksiya issiqligi deyiladi.

Issiqlik effekti - kimyoviy tizimda sodir bo'lgan kimyoviy reaktsiya paytida chiqarilgan yoki so'rilgan issiqlik miqdori.

Issiqlik effekti Q yoki DH (Q = -DH) belgilari bilan belgilanadi. Uning qiymati reaktsiyaning boshlang'ich va oxirgi holatlari energiyalari o'rtasidagi farqga to'g'ri keladi:

DH = H kon. - H ref. = E con. - E ref.

(d), (g) piktogrammalar moddalarning gaz va suyuq holatini bildiradi. Bundan tashqari, (tv) yoki (k) - qattiq, kristalli modda, (aq) - suvda erigan modda va boshqalar mavjud.

Moddaning agregatsiya holatini belgilash muhim ahamiyatga ega. Masalan, vodorodning yonishi reaktsiyasida suv dastlab bug 'shaklida (gaz holatida) hosil bo'ladi, uning kondensatsiyasi paytida bir oz ko'proq energiya ajralib chiqishi mumkin. Shuning uchun suyuqlik shaklida suv hosil bo'lishi uchun reaksiyaning o'lchanadigan issiqlik effekti faqat bug' hosil bo'lishiga qaraganda bir oz kattaroq bo'ladi, chunki bug'ning kondensatsiyasi paytida issiqlikning yana bir qismi ajralib chiqadi.

Reaksiyaning issiqlik effektining alohida holati ham qo'llaniladi - yonish issiqligi. Nomidan ko'rinib turibdiki, yonish issiqligi yoqilg'i sifatida ishlatiladigan moddani tavsiflash uchun xizmat qiladi. Yonish issiqligi yoqilg'i bo'lgan moddaning 1 molini bildiradi (oksidlanish reaktsiyasida qaytaruvchi), masalan:

Molekulalarda saqlanadigan energiyani (E) energiya shkalasi bo'yicha chizish mumkin. Bunda reaksiyaning issiqlik effektini (DE) grafik ko'rinishda ko'rsatish mumkin (2-rasm).

2-rasm. Issiqlik effektining grafik tasviri (Q = D E): a) vodorod yonishning ekzotermik reaksiyasi; b) elektr toki ta'sirida suvning parchalanishining endotermik reaksiyasi. Reaksiya koordinatasini (grafaning gorizontal o'qi), masalan, moddalarning aylanish darajasi (100% - boshlang'ich materiallarning to'liq konvertatsiyasi) sifatida ko'rib chiqish mumkin.

1.1. Kimyoviy reaksiya tenglamalari

· Reaksiyaning issiqlik effekti reaksiyaga kirishuvchi moddalar va mahsulotlar bilan birga qayd qilinadigan kimyoviy reaksiyalar tenglamalari termokimyoviy tenglamalar deyiladi.

Termokimyoviy tenglamalarning xususiyati shundaki, ular bilan ishlashda moddalar formulalarini va issiqlik effektlarining kattaliklarini tenglamaning bir qismidan ikkinchisiga o'tkazish mumkin. Qoida tariqasida, kimyoviy reaktsiyalarning odatiy tenglamalari bilan buni qilish mumkin emas.

Termokimyoviy tenglamalarni termin bo'yicha qo'shish va ayirish ham ruxsat etiladi. Bu eksperimental o'lchash qiyin yoki imkonsiz bo'lgan reaktsiyalarning issiqlik ta'sirini aniqlash uchun zarur bo'lishi mumkin.

Keling, bir misol keltiraylik. Laboratoriyada uglerodni vodorod bilan to'g'ridan-to'g'ri qo'shish orqali metan CH 4 ni olish reaktsiyasini "sof shaklda" amalga oshirish juda qiyin:

C + 2 H 2 \u003d CH 4

Ammo hisob-kitoblar yordamida bu reaktsiya haqida ko'p narsalarni bilib olishingiz mumkin. Misol uchun, bu reaktsiya exo bo'ladimi yoki yo'qligini bilish uchun - yoki endotermik va hatto termal effektning kattaligini miqdoriy jihatdan aniqlang.

Metan, uglerod va vodorodning yonish reaktsiyalarining issiqlik effektlari ma'lum (bu reaktsiyalar oson):

a) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) + 890 kJ

b) C (tv) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 394 kJ

c) 2 H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2 H 2 O (l) + 572 kJ

(a) tenglamadan oxirgi ikkita (b) va (c) tenglamalarni ayirib tashlang. Tenglamalarning chap qismlari chapdan, o'ngdan - o'ngdan chiqariladi. Bunda barcha O 2, CO 2 va H 2 O molekulalari kamayadi.Bizga erishamiz:

CH 4 (g) - C (tv) - 2 H 2 (g) \u003d (890 - 394 - 572) kJ \u003d -76 kJ

Bu tenglama biroz g'ayrioddiy ko'rinadi. Tenglamaning ikkala tomonini (-1) ga ko'paytiring va CH 4 ni qarama-qarshi belgi bilan o'ng tomonga o'tkazing. Ko'mir va vodoroddan metan hosil bo'lishi uchun zarur bo'lgan tenglamani olamiz:

C (televizor) + 2 H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 kJ / mol

Shunday qilib, bizning hisob-kitoblarimiz shuni ko'rsatdiki, uglerod va vodoroddan metan hosil bo'lishining issiqlik effekti 76 kJ (metan moliga) va bu jarayon ekzotermik bo'lishi kerak (bu reaktsiyada energiya chiqariladi).

Termokimyoviy tenglamalarda faqat bir xil agregat holatda bo'lgan moddalarni qo'shish, ayirish va muddatlar sonini qisqartirish mumkinligiga e'tibor berish kerak, aks holda biz issiqlik effektini o'tish issiqligi bilan aniqlashda xato qilamiz. bir agregat holatini boshqasiga o'tkazish.

1.2. Termokimyoning asosiy qonunlari

Kimyoning kimyoviy reaksiyalarda energiyaning oʻzgarishi bilan shugʻullanadigan boʻlimi termokimyo deb ataladi.

Termokimyoning ikkita eng muhim qonuni mavjud. Ulardan birinchisi, Lavuazye-Laplas qonuni quyidagicha tuzilgan:

· To'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaning issiqlik effekti har doim teskari ishorali teskari reaksiyaning issiqlik effektiga teng.

Bu shuni anglatadiki, har qanday birikma hosil bo'lganda, uning dastlabki moddalarga parchalanishi paytida so'rilgan (bo'shatilgan) energiya miqdori bir xil miqdorda chiqariladi (so'riladi). Masalan:

2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (l) + 572 kJ (kislorodda vodorodning yonishi)

2 H 2 O (l) + 572 kJ \u003d 2 H 2 (g) + O 2 (g) (suvning elektr toki bilan parchalanishi)

Lavuazye-Laplas qonuni energiyani tejash qonunining natijasidir.

Termokimyoning ikkinchi qonuni 1840 yilda rus akademigi G. I. Gess tomonidan ishlab chiqilgan:

· Reaksiyaning issiqlik effekti faqat moddalarning dastlabki va oxirgi holatiga bog'liq bo'lib, jarayonning oraliq bosqichlariga bog'liq emas.

Bu shuni anglatadiki, bir qator ketma-ket reaktsiyalarning umumiy issiqlik effekti, agar ushbu seriyalarning boshida va oxirida bir xil boshlang'ich va yakuniy moddalar bo'lsa, boshqa har qanday reaktsiyalar seriyasi bilan bir xil bo'ladi. Termokimyoning bu ikki asosiy qonuni termokimyoviy tenglamalarni matematik tenglamalarga ma'lum darajada o'xshashligini beradi, bunda reaksiya tenglamalarida hadlarni bir qismdan ikkinchi qismga o'tkazish, kimyoviy birikmalarning formulalarini qo'shish, ayirish va qisqartirish mumkin. Bunda reaksiya tenglamalarida koeffitsientlarni hisobga olish kerak va moddaning qo'shilgan, ayirilgan yoki kamaytirilgan mollari bir xil yig'ilish holatida bo'lishi kerakligini unutmang.

2. Issiqlik effektining amaliyotda qo'llanilishi

Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektlari ko'plab texnik hisoblar uchun kerak. Misol uchun, Rossiyaning kosmik kemalar va boshqa foydali yuklarni orbitaga olib chiqishga qodir kuchli Energia raketasini olaylik. Uning bosqichlaridan birining dvigatellari suyultirilgan gazlar - vodorod va kislorodda ishlaydi.

Aytaylik, biz raketani Yer yuzasidan orbitaga yuk bilan yetkazish uchun sarflanishi kerak bo'lgan ishni (kJ da) bilamiz, shuningdek, parvoz paytida havo qarshiligini va boshqa energiya xarajatlarini yengish bo'yicha ishlarni bilamiz. Ushbu raketada yoqilg'i va oksidlovchi sifatida ishlatiladigan (suyultirilgan holatda) zarur bo'lgan vodorod va kislorod zaxirasini qanday hisoblash mumkin?

Vodorod va kisloroddan suv hosil bo'lish reaktsiyasining termal ta'sirisiz buni qilish qiyin. Axir, termal effekt - bu raketani orbitaga qo'yishi kerak bo'lgan energiya. Raketaning yonish kameralarida bu issiqlik issiq gaz molekulalarining (bug ') kinetik energiyasiga aylanadi, u nozullardan chiqib ketadi va reaktiv zarba hosil qiladi.

Kimyo sanoatida endotermik reaktsiyalar sodir bo'ladigan issiqlik reaktorlariga issiqlik miqdorini hisoblash uchun termal effektlar kerak. Energetika sohasida yoqilg'ining yonish issiqligidan foydalanib, issiqlik energiyasini ishlab chiqarish hisoblab chiqiladi.

Parhezshunoslar nafaqat bemorlar uchun, balki sog'lom odamlar - sportchilar, turli kasbdagi ishchilar uchun ham to'g'ri ovqatlanishni shakllantirish uchun tanadagi oziq-ovqat oksidlanishining termal ta'siridan foydalanadilar. An'anaga ko'ra, hisob-kitoblar uchun bu erda joul emas, balki boshqa energiya birliklari - kaloriyalar (1 kal = 4,1868 J) ishlatiladi. Oziq-ovqatning energiya tarkibi oziq-ovqat mahsulotlarining ba'zi bir massasini bildiradi: 1 g, 100 g yoki hatto mahsulotning standart qadoqlari. Misol uchun, quyultirilgan sut idishining yorlig'ida siz quyidagi yozuvni o'qishingiz mumkin: "kaloriya tarkibi 320 kkal / 100 g."

Issiqlik effekti almashtirilgan aromatik aminlar sinfiga kiruvchi monometilanilinni olgandan keyin hisoblanadi. Monometilanilinni qo'llashning asosiy sohasi benzin uchun taqillatishga qarshi qo'shimcha hisoblanadi. Bo'yoqlar ishlab chiqarishda monometilanilindan foydalanish mumkin. Tovar monometilanilin (N-metilanilin) ​​katalizatordan davriy yoki uzluksiz distillash orqali ajratiladi. Reaksiyaning issiqlik effekti ∆N= -14±5 kJ/mol.

2.1 Issiqlikka chidamli qoplamalar

Yuqori haroratli texnologiyaning rivojlanishi ayniqsa issiqlikka chidamli materiallarni yaratishni talab qiladi. Ushbu muammoni o'tga chidamli va issiqlikka chidamli metallar yordamida hal qilish mumkin. Intermetalik qoplamalar tobora ko'proq e'tiborni jalb qilmoqda, chunki ular juda ko'p qimmatli fazilatlarga ega: oksidlanishga chidamlilik, agressiv eritmalar, issiqlikka chidamlilik va boshqalar. Bu birikmalar tarkibidagi elementlardan hosil bo’lishining sezilarli ekzotermikligi ham qiziqish uyg’otadi.Metalllararo birikmalar hosil bo’lish reaksiyasining ekzotermikligidan foydalanishning ikki yo’li mavjud. Birinchisi, kompozitsion, ikki qatlamli kukunlarni ishlab chiqarish. Qizdirilganda, kukun tarkibiy qismlari o'zaro ta'sir qiladi va ekzotermik reaksiyaning issiqligi himoyalangan sirtga to'liq erigan holatda etib kelgan va asosga mahkam yopishgan past porozlikli qoplama hosil qiluvchi zarrachalarning sovishini qoplaydi. Yana bir variant - changlarning mexanik aralashmasini qo'llash. Zarrachalarning etarli darajada isishi bilan ular allaqachon qoplama qatlamida o'zaro ta'sir qiladi. Agar termal ta'sirning kattaligi sezilarli bo'lsa, u holda bu qoplama qatlamining o'z-o'zidan erishi, yopishish kuchini oshiradigan oraliq diffuziya qatlamining shakllanishi va zich, past gözenekli qoplama tuzilishining shakllanishiga olib kelishi mumkin. Katta termal effektga ega bo'lgan intermetalik qoplamani tashkil etuvchi va ko'plab qimmatli fazilatlarga ega bo'lgan kompozitsiyani tanlashda - korroziyaga chidamlilik, etarli issiqlikka chidamlilik va aşınma qarshilik, nikel aluminidlari, xususan NiAl va Ni 3 Al e'tiborni tortadi. NiAl hosil bo'lishi maksimal issiqlik effekti bilan birga keladi.

2.2.Olmosni qayta ishlashning termokimyoviy usuli

"Termokimyoviy" usul o'z nomini yuqori haroratlarda davom etishi va olmosning kimyoviy xususiyatlaridan foydalanishga asoslanganligi sababli oldi. Usul quyidagicha amalga oshiriladi: olmos uglerodni o'zida eritishga qodir bo'lgan metall bilan aloqa qiladi va eritish yoki qayta ishlash jarayoni uzluksiz davom etishi uchun u erigan uglerod bilan o'zaro ta'sir qiladigan gaz atmosferasida amalga oshiriladi. metallda, lekin olmos bilan bevosita reaksiyaga kirishmaydi. Jarayonda termal effektning kattaligi yuqori qiymatga ega bo'ladi.

Olmosni termokimyoviy qayta ishlashning optimal shartlarini aniqlash va usulning imkoniyatlarini aniqlash uchun adabiyotlar tahlili ko'rsatganidek, umuman o'rganilmagan ayrim kimyoviy jarayonlarning mexanizmlarini o'rganish kerak edi. Olmosni termokimyoviy qayta ishlashni aniqroq o'rganish, birinchi navbatda, olmosning o'ziga xos xususiyatlarini etarli darajada bilishga to'sqinlik qildi. Ular uni issiqlik bilan buzishdan qo'rqishdi. Olmosning termal barqarorligi bo'yicha tadqiqotlar faqat so'nggi o'n yilliklarda amalga oshirildi. Neytral atmosferada yoki vakuumda qo'shimchalari bo'lmagan olmoslarni ularga hech qanday zarar etkazmasdan 1850 "C" ga qadar qizdirish mumkinligi aniqlandi.

Olmos o'zining noyob qattiqligi, chidamliligi va biologik to'qimalarga nisbatan past ishqalanishi tufayli eng yaxshi pichoq materialidir. Olmosli pichoqlar bilan ishlash operatsiyalarni osonlashtiradi, kesmalarning shifo vaqtini 2-3 barobarga qisqartiradi. Moskva ko'z mikroxirurgiyasi ilmiy-texnika markazining mikroxirurglarining fikriga ko'ra, termokimyoviy usul bilan o'tkirlangan pichoqlar nafaqat eng yaxshi xorijiy namunalardan kam emas, balki sifat jihatidan ham ustundir. Termokimyoviy o'tkir pichoqlar allaqachon minglab operatsiyalarni bajargan. Turli xil konfiguratsiya va o'lchamdagi olmosli pichoqlar tibbiyot va biologiyaning boshqa sohalarida qo'llanilishi mumkin. Shunday qilib, elektron mikroskopda preparatlar ishlab chiqarish uchun mikrotomlar qo'llaniladi. Elektron mikroskopning yuqori aniqligi namunalar kesimining qalinligi va sifatiga alohida talablar qo'yadi. Termokimyoviy usulda charxlangan olmosli mikrotomlar kerakli sifatdagi kesimlarni yasash imkonini beradi.

2.3. Tsement ishlab chiqarish uchun texnogen xom ashyo

Sement ishlab chiqarishni yanada jadallashtirish sanoatning turli tarmoqlari chiqindilaridan foydalangan holda energiya va resurslarni tejovchi texnologiyalarni keng joriy etishni nazarda tutadi.

Skarn-magnetit rudalarini qayta ishlash jarayonida quruq magnit ajralish (SMS) qoldiqlari chiqariladi, ular maydalangan toshga o'xshash don o'lchami 25 mm gacha. CMC qoldiqlari ancha barqaror kimyoviy tarkibga ega, og'irligi %: SiO 2 40…45, Al 2 O 3 10…12, Fe 2 O 3 15…17, CaO 12…13, MgO 5…6, S 2…3, R 2 O 2…4. Portlend tsement klinkerini ishlab chiqarishda CMC qoldiqlaridan foydalanish imkoniyati isbotlangan. Olingan tsementlar yuqori mustahkamlik xususiyatlari bilan ajralib turadi.

Klinker hosil bo'lishining issiqlik effekti (TEC) endotermik jarayonlar (ohaktoshning dekarbonizatsiyasi, gil minerallarning suvsizlanishi, suyuq faza hosil bo'lishi) va ekzotermik reaktsiyalar (CMC qoldiqlari tomonidan kiritilgan piritning oksidlanishi, hosil bo'lishi) issiqliklarining algebraik yig'indisi sifatida aniqlanadi. klinker fazalari).

Tsement ishlab chiqarishda skarn-magnetit rudalarini boyitish chiqindilaridan foydalanishning asosiy afzalliklari quyidagilardan iborat:

Texnogen manba hisobiga xomashyo bazasini kengaytirish;

Sement sifatini saqlab qolgan holda tabiiy xom ashyoni tejash;

Klinkerni yoqish uchun yoqilg'i va energiya xarajatlarini kamaytirish;

Kam energiyali faol past asosli klinkerlarni ishlab chiqarish imkoniyati;

Chiqindilarni oqilona yo'q qilish va klinkerni yoqish paytida atmosferaga gaz chiqindilarini kamaytirish orqali ekologik muammolarni hal qilish.

2.4. Biosensorlar

Biosensorlar - immobilizatsiyalangan fermentlarga asoslangan sensorlar. Murakkab, ko'p komponentli moddalar aralashmalarini tez va samarali tahlil qilish imkonini beradi. Hozirgi vaqtda ular fan, sanoat, qishloq xo'jaligi va sog'liqni saqlashning qator tarmoqlarida tobora ko'proq foydalanilmoqda. Enzimologiya va muhandislik enzimologiyasi sohasidagi so'nggi yutuqlar fermentativ tahlilning avtomatik tizimlarini yaratish uchun asos bo'lib xizmat qildi. Fermentlarning o'ziga xos fazilatlari - ta'sirning o'ziga xosligi va yuqori katalitik faolligi - bu analitik usulning soddaligi va yuqori sezgirligiga yordam beradi va hozirda ma'lum bo'lgan va o'rganilayotgan ko'plab fermentlar tahlil qilinadigan moddalar ro'yxatini doimiy ravishda kengaytirish imkonini beradi.

Enzimatik mikrokalorimetrik datchiklar - fermentativ reaksiyaning issiqlik effektidan foydalanadi. U immobilizatsiyalangan fermentga ega tashuvchi bilan to'ldirilgan va termistorlar bilan jihozlangan ikkita ustundan (o'lchash va nazorat qilish) iborat. Tahlil qilingan namunani o'lchash ustunidan o'tkazilganda, qayd etilgan termal effekt bilan birga bo'lgan kimyoviy reaktsiya sodir bo'ladi. Ushbu turdagi sensor o'zining ko'p qirraliligi bilan qiziq.

Xulosa.

Demak, kimyoviy reaksiyalarning issiqlik effektining amaliy qo‘llanilishini tahlil qilib, shunday xulosaga kelishimiz mumkinki, issiqlik effekti kundalik hayotimiz bilan chambarchas bog‘liq, u doimiy izlanishlarga duchor bo‘ladi va amaliyotda yangi qo‘llanmalarni topadi.

Zamonaviy texnologiyalarning rivojlanishi bilan iliq effekt turli sohalarda qo'llanilishini topdi. Kimyo, harbiy, qurilish, oziq-ovqat, tog'-kon sanoati va boshqa ko'plab sohalar o'z ishlanmalarida issiqlik effektidan foydalanadilar. U ichki yonuv dvigatellari, sovutgich va turli yonish qurilmalarida, shuningdek, jarrohlik asboblari, issiqqa chidamli qoplamalar, yangi turdagi qurilish materiallari va boshqalarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi.

Doimiy rivojlanib borayotgan zamonaviy sharoitda biz ishlab chiqarish sohasida tobora ko'proq yangi ishlanmalar va kashfiyotlar paydo bo'layotganini ko'rmoqdamiz. Bu kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektini qo'llashning tobora ko'proq yangi sohalarini talab qiladi.

Adabiyotlar ro'yxati

1. Musabekov Yu. S., Marselin Berthelot, M., 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P., 1929.

2. Patent 852586 Rossiya Federatsiyasi. MKI V 28 D 5/00. Olmosni o'lchovli qayta ishlash usuli /A.P.Grigoriev, S.X.Lifshits, P.P.Shamayev (Rossiya Federatsiyasi). - 2 s.

3. Klassen V.K. . Material balansi.Issiqlik birliklarining issiqlik muhandislik hisoblari. - Belgorod: BTISM, 1978. -114 p.

4. Peregudov V.V., Rogovoy M.I. Qurilish mahsulotlari va qismlari texnologiyasida issiqlik jarayonlari va qurilmalari.- M.: Stroyizdat, 1983.-416s.

5. Elektron pochta: [elektron pochta himoyalangan]

6. “Biotexnologiyalar” (http://www.ictc.ru/R_42.htm).

7. S.D. Varfolomeev, Yu.M. Evdokimov, M.A. Ostrovskiy. "ROSSIYA FALAR AKADEMİYASI BULLETENI".

Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti yoki kimyoviy reaksiya natijasida tizim entalpiyasining oʻzgarishi kimyoviy reaksiya sodir boʻlgan va reaksiya mahsulotlari olgan sistema tomonidan qabul qilingan kimyoviy oʻzgaruvchining oʻzgarishi bilan bogʻliq boʻlgan issiqlik miqdoridir. reaktivlarning harorati.

Issiqlik effekti faqat davom etayotgan kimyoviy reaktsiyaning tabiatiga bog'liq bo'lgan miqdor bo'lishi uchun quyidagi shartlar bajarilishi kerak:

· Reaksiya yo doimiy hajmda Q v (izoxorik jarayon) yoki doimiy bosim Q p (izobarik jarayon) da borishi kerak.

· P = const bilan mumkin bo'lgan kengaytirish ishlaridan tashqari tizimda hech qanday ish bajarilmaydi.

Agar reaktsiya standart sharoitlarda T \u003d 298,15 K \u003d 25 ° C va P \u003d 1 atm \u003d 101325 Pa da amalga oshirilsa, termal effekt reaktsiyaning standart termal effekti yoki reaktsiyaning standart entalpiyasi deb ataladi. DH r O. Termokimyoda reaktsiyaning standart issiqlik effekti hosil bo'lishning standart entalpiyalari yordamida hisoblanadi.

Standart shakllanish entalpiyasi (standart shakllanish issiqligi)

Standart hosil bo'lish issiqligi deganda, barqaror standart holatda bo'lgan oddiy moddalardan, uning tarkibiy qismlaridan bir mol moddaning hosil bo'lish reaksiyasining issiqlik effekti tushuniladi.

Masalan, uglerod va vodoroddan 1 mol metan hosil bo'lishining standart entalpiyasi reaksiya issiqligiga teng:

C (tv) + 2H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 kJ / mol.

Shakllanishning standart entalpiyasi DH f O bilan belgilanadi. Bu erda f indeksi shakllanish (ta'lim) degan ma'noni anglatadi va Plimsol diskiga o'xshash chizilgan doira, qiymat moddaning standart holatini bildiradi. Adabiyotda standart entalpiya uchun yana bir belgi ko'pincha topiladi - DH 298,15 0, bu erda 0 bosimning bir atmosferaga tengligini (yoki, aniqrog'i, standart shartlar) va 298,15 haroratni bildiradi. Ba'zan 0 indeksi sof moddaga tegishli miqdorlar uchun qo'llaniladi, u bilan standart termodinamik miqdorlarni faqat sof modda standart holat sifatida tanlanganda belgilash mumkinligini ko'rsatadi. Standartni, masalan, haddan tashqari suyultirilgan eritmadagi moddaning holatini ham olish mumkin. "Plimsol disk" bu holda, uning tanlovidan qat'i nazar, moddaning haqiqiy standart holatini anglatadi.

Oddiy moddalarning hosil bo'lish entalpiyasi nolga teng qabul qilinadi va hosil bo'lish entalpiyasining nol qiymati deb T = 298 K da barqaror bo'lgan agregatsiya holatini bildiradi. Masalan, yod uchun kristall holatda DH I2. (s) 0 = 0 kJ/mol, suyuq yod uchun esa DH I2 (g) 0 = 22 kJ/mol. Oddiy moddalarning standart sharoitda hosil bo'lish entalpiyalari ularning asosiy energiya xarakteristikalari hisoblanadi.

Har qanday reaktsiyaning issiqlik effekti barcha mahsulotlarning hosil bo'lish issiqliklari yig'indisi va ushbu reaksiyadagi barcha reaktivlarning hosil bo'lish issiqliklari yig'indisi o'rtasidagi farq sifatida topiladi (Gess qonunining natijasi):

DH reaksiyasi O = SDAH f O (mahsulotlar) - SDAH f O (reagentlar)

Termokimyoviy ta'sirlarni kimyoviy reaksiyalarga kiritish mumkin. Chiqarilgan yoki yutilgan issiqlik miqdori ko'rsatilgan kimyoviy tenglamalar termokimyoviy tenglamalar deyiladi. Atrof-muhitga issiqlik chiqishi bilan birga keladigan reaktsiyalar salbiy termal ta'sirga ega va ekzotermik deb ataladi. Issiqlikning yutilishi bilan kechadigan reaktsiyalar ijobiy issiqlik ta'siriga ega va endotermik deb ataladi. Issiqlik effekti odatda reaksiyaga kirishgan boshlang'ich materialning bir moliga tegishli bo'lib, uning stexiometrik koeffitsienti maksimaldir.

Reaksiyaning termal effektining (entalpiyasi) haroratga bog'liqligi

Reaksiya entalpiyasining haroratga bog'liqligini hisoblash uchun reaksiyaga kiruvchi moddalarning molyar issiqlik sig'imlarini bilish kerak. Haroratning T 1 dan T 2 gacha ko'tarilishi bilan reaksiya entalpiyasining o'zgarishi Kirchhoff qonuniga muvofiq hisoblanadi (bu harorat oralig'ida molyar issiqlik sig'imlari haroratga bog'liq emas va faza o'zgarishlari yo'q deb taxmin qilinadi):

Agar fazali o'zgarishlar ma'lum bir harorat oralig'ida sodir bo'lsa, hisoblashda tegishli o'zgarishlarning issiqliklarini, shuningdek, bunday o'zgarishlarni boshdan kechirgan moddalarning issiqlik sig'imining haroratga bog'liqligi o'zgarishini hisobga olish kerak:

bu erda DS p (T 1 ,T f) - T 1 dan fazaga o'tish haroratigacha bo'lgan harorat oralig'ida issiqlik sig'imining o'zgarishi; DC p (T f, T 2) - fazaga o'tish haroratidan oxirgi haroratgacha bo'lgan harorat oralig'ida issiqlik sig'imining o'zgarishi va T f - fazaga o'tish harorati.

Yonishning standart entalpiyasi DHhor, kisloroddagi bir mol moddaning yonish reaktsiyasining eng yuqori oksidlanish darajasidagi oksidlarning hosil bo'lishiga issiqlik ta'siri. Yonuvchan bo'lmagan moddalarning yonish issiqligi nolga teng deb hisoblanadi.

Eritilishning standart entalpiyasi DH eritmasi, cheksiz miqdordagi erituvchida 1 mol moddani eritish jarayonining issiqlik effektidir. U oʻzgaruvchan birikmalar hosil qilish uchun erituvchi molekulalarining erigan moddaning molekulalari yoki ionlari bilan oʻzaro taʼsiri natijasida ajralib chiqadigan kristall panjaraning parchalanish issiqligi va gidratlanish issiqligidan (yoki suvsiz eritmalar uchun solvatlanish issiqligidan) iborat. tarkibi - hidratlar (solvatlar). Kristal panjaraning buzilishi, qoida tariqasida, endotermik jarayon - DH sol > 0, ionlarning hidratsiyasi esa ekzotermik, DH gidr.< 0. В зависимости от соотношения значений ΔH реш и ΔH гидр энтальпия растворения может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Так растворение кристаллического гидроксида калия сопровождается выделением тепла:

DH eritmasiKOH o \u003d DH sol o + DH gidroK + o + DH gidroOH - o \u003d -59 kJ / mol

Gidratsiya entalpiyasi - DH gidr, 1 mol ionning vakuumdan eritmaga o'tishida ajralib chiqadigan issiqlikni anglatadi.

Neytrallanishning standart entalpiyasi - standart sharoitda 1 mol suv hosil bo'lishi bilan kuchli kislotalar va asoslarning o'zaro ta'siri reaktsiyasining DH neytrallash entalpiyasi:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H + + OH - \u003d H 2 O, DH neytral ° \u003d -55,9 kJ / mol

Kuchli elektrolitlarning konsentrlangan eritmalari uchun neytrallanishning standart entalpiyasi suyultirilganda hidratsiya ° ionlarining DH qiymatining o'zgarishi tufayli ionlarning kontsentratsiyasiga bog'liq.

Entalpiya - bu issiqlikka aylanishi mumkin bo'lgan energiya miqdorini ko'rsatadigan moddaning xususiyati.

Entalpiya moddaning termodinamik xususiyati bo'lib, uning molekulyar tuzilishida saqlanadigan energiya darajasini ko'rsatadi. Bu shuni anglatadiki, materiya harorat va bosimga asoslangan energiyaga ega bo'lishi mumkin, ammo ularning hammasi ham issiqlikka aylantirilmaydi. Ichki energiyaning bir qismi doimo moddada qoladi va uning molekulyar tuzilishini saqlaydi. Moddaning kinetik energiyasining bir qismi uning harorati atrof-muhit haroratiga yaqinlashganda mavjud emas. Shuning uchun entalpiya - bu ma'lum bir harorat va bosimda issiqlikka aylanish uchun mavjud bo'lgan energiya miqdori. Entalpiya birliklari energiya uchun ingliz termal birliklari yoki joul va o'ziga xos energiya uchun Btu / lbm yoki J / kg.

Entalpiya miqdori

Moddaning entalpiyasi miqdori uning berilgan haroratiga asoslanadi. Bu harorat olimlar va muhandislar tomonidan hisob-kitoblar uchun asos sifatida tanlangan qiymatdir. Bu moddaning entalpiyasi nolga teng bo'lgan haroratdir J. Boshqacha qilib aytganda, moddada issiqlikka aylanadigan mavjud energiya yo'q. Bu harorat turli moddalar uchun har xil. Masalan, suvning bu harorati uch nuqta (0 ° C), azot -150 ° C, metan va etan asosidagi sovutgichlar esa -40 ° C dir.

Agar moddaning harorati berilgan haroratdan yuqori bo'lsa yoki ma'lum haroratda gaz holatiga o'tsa, entalpiya musbat son sifatida ifodalanadi. Aksincha, moddaning berilgan entalpiyasidan past haroratda manfiy son sifatida ifodalanadi. Entalpiya ikki holat orasidagi energiya darajasidagi farqni aniqlash uchun hisob-kitoblarda qo'llaniladi. Bu uskunani sozlash va jarayonning samaradorligini aniqlash uchun kerak.

Entalpiya ko'pincha moddaning umumiy energiyasi sifatida aniqlanadi, chunki u ish qobiliyati (pv) bilan birga ma'lum bir holatda uning ichki energiyasi (u) yig'indisiga teng. Lekin, aslida, entalpiya mutlaq noldan (-273 ° C) yuqori ma'lum bir haroratda moddaning umumiy energiyasini ko'rsatmaydi. Shuning uchun, entalpiyani moddaning umumiy issiqligi sifatida belgilashdan ko'ra, uni issiqlikka aylantirilishi mumkin bo'lgan moddaning mavjud energiyasining umumiy miqdori sifatida belgilash to'g'riroqdir.
H=U+pV

HESS QONUNI: kimyoning issiqlik effekti. p-tion sistemaning faqat boshlang'ich va oxirgi holatlariga bog'liq va uning intervallariga bog'liq emas. davlatlar. G. h. kimyoviy tizimlar uchun energiyaning saqlanish qonunining ifodasidir. p-tion va termodinamikaning birinchi qonunining natijasi birinchi qonundan oldinroq tuzilgan. Doimiy hajmda yoki doimiy bosimda oqadigan tumanlar uchun amal qiladi; birinchisi uchun issiqlik effekti ext o'zgarishiga teng. kimyoviy tufayli tizim energiyasi. p-tion, ikkinchisi uchun, entalpiyaning o'zgarishi. Tumanlarning issiqlik ta'sirini hisoblash uchun, shu jumladan. amaliy jihatdan mumkin emas, termokimyoviy tizimni tashkil qiladi. ur-tions, to-rye - berilgan t-re da tegishli issiqlik effektlari bilan birga qayd etilgan p-tionlarning ur-tionlari. Bunday holda, reaksiyaga kirishuvchi moddalarning agregatsiya holatini ko'rsatish muhimdir, chunki tumanning issiqlik effektining kattaligi bunga bog'liq.

termokimyoviy tizim. ur-tionlarni matning oddiy a'zolari sifatida bir xil holatda bo'lgan in-in-f-lamlari bilan ishlash orqali hal qilish mumkin. ur-tion.

I. Yonish va sekin oksidlanish

Yonish insonga ma'lum bo'lgan birinchi kimyoviy reaktsiyadir. Olov... Bizning mavjudligimizni olovsiz tasavvur qilish mumkinmi? U bizning hayotimizga kirdi, undan ajralmas bo'ldi. Yong'insiz odam ovqat pishirolmaydi, po'latdir, usiz tashish mumkin emas. Olov bizning do‘stimiz va hamkorimiz, ulug‘vor ishlar, xayrli ishlar timsoli, o‘tmish xotirasiga aylandi.

Siktyvkardagi Shon-sharaf yodgorligi

Olov, olov yonish reaktsiyasining ko'rinishlaridan biri sifatida o'zining monumental aksiga ega. Bunga yorqin misol keltirish mumkin Siktyvkardagi shon-sharaf yodgorligi.

Har to'rt yilda bir marta dunyoda "jonli" olovni o'tkazish bilan birga voqea sodir bo'ladi. Olimpiada asoschilariga hurmat belgisi sifatida Gretsiyadan olov yetkaziladi. An'anaga ko'ra, taniqli sportchilardan biri ushbu mash'alani Olimpiadaning asosiy maydoniga etkazib beradi.

Olov haqida ertaklar, afsonalar bor. Qadimgi kunlarda odamlar kichik kaltakesaklar olovda - olov ruhlarida yashaydi deb o'ylashgan. Olovni xudo deb bilganlar va uning sharafiga ibodatxonalar qurganlar ham bor edi. Yuzlab yillar davomida bu ibodatxonalarda olov xudosiga bag'ishlangan lampalar so'nmasdan yonib turdi. Olovga sig'inish odamlarning yonish jarayonidan bexabarligi oqibati edi.

olimpiya olovi

M.V.Lomonosov shunday degan edi: "Olov tabiatini va kimyosiz o'rganish aslo imkonsizdir".

Yonish - yetarlicha yuqori tezlikda ketayotgan oksidlanish reaksiyasi, issiqlik va yorug'likning chiqishi bilan birga.

Ushbu oksidlanish jarayonini sxematik tarzda quyidagicha ifodalash mumkin:

Issiqlik chiqaradigan reaktsiyalar deyiladi ekzotermik(yunoncha "ekso" dan - tashqariga).

Yonish paytida intensiv oksidlanish sodir bo'ladi, yonish paytida olov paydo bo'ladi, shuning uchun bunday oksidlanish juda tez sodir bo'ladi. Agar a Reaktsiya tezligi etarlicha tez bo'ladimi? Portlash sodir bo'lishi mumkin. Yonuvchan moddalarning havo yoki kislorod bilan aralashmalari shunday portlaydi. Afsuski, havo aralashmalarining metan, vodorod, benzin bug'lari, efir, un va shakar changlari va boshqalar bilan portlashi vayron bo'lishiga va hatto odamlarning qurbon bo'lishiga olib keladigan holatlar mavjud.

Yonish paydo bo'lishi uchun sizga kerak bo'ladi:

• yonuvchan modda
• oksidlovchi (kislorod)
• isitish yonuvchan modda yonish haroratiga qadar

Har bir moddaning yonish harorati har xil.

Eterni issiq sim bilan yoqish mumkin bo'lsa-da, o'tinni yoqish uchun uni bir necha yuz darajaga qadar qizdirish kerak. Moddalarning yonish harorati har xil. Oltingugurt va yog'och taxminan 270 ° C da, ko'mir taxminan 350 ° C da, oq fosfor esa 40 ° C da yonadi.

Biroq, barcha oksidlanishlar yorug'lik paydo bo'lishi bilan birga bo'lishi shart emas.

Oksidlanishning juda ko'p holatlari mavjud bo'lib, biz ularni yonish jarayoni deb atay olmaymiz, chunki ular shunchalik sekin boradiki, ular bizning hislarimiz uchun sezilmaydi. Faqat ma'lum, ko'pincha juda uzoq vaqt o'tgach, biz oksidlanish mahsulotlarini ushlay olamiz. Masalan, metallarning juda sekin oksidlanishi (zanglanishi) bilan bog'liq vaziyat

yoki parchalanish jarayonlarida.

Albatta, sekin oksidlanish jarayonida issiqlik ajralib chiqadi, lekin bu ajralib chiqish jarayonning davomiyligi tufayli sekin davom etadi. Biroq, yog'och bo'lagi tez yonadimi yoki ko'p yillar davomida havoda sekin oksidlanishga duchor bo'ladimi, muhim emas - ikkala holatda ham bir xil miqdorda issiqlik chiqariladi.

sekin oksidlanish - Bu issiqlik (energiya) sekin chiqishi bilan moddalarning kislorod bilan sekin o'zaro ta'siri jarayonidir.

Moddalarning yorug'lik chiqarmasdan kislorod bilan o'zaro ta'siriga misollar: go'ngning, barglarning parchalanishi, yog'ning xiralashishi, metallarning oksidlanishi (temir nozullari uzoq vaqt foydalanish bilan ingichka va kichikroq bo'ladi), aerob jonzotlarning, ya'ni kislorod bilan nafas olayotganlarning nafas olishi issiqlikning ajralib chiqishi, uglerod hosil bo'lishi bilan birga keladi. dioksid va suv.

Jadvalda keltirilgan yonish va sekin oksidlanish jarayonlarining xarakteristikalari bilan tanishib chiqamiz.

Yonish va sekin oksidlanish jarayonlarining xususiyatlari

Reaktsiya belgilari	Jarayon
	Yonish	sekin oksidlanish
Yangi moddalarning shakllanishi	Ha (oksidlar)	Ha (oksidlar)
Issiqlikni chiqarish	Ha	Ha
Issiqlik chiqarish tezligi	Katta	kichik (sekin yuradi)
Nurning ko'rinishi	Ha	Yo'q

DA xulosa : yonish va sekin oksidlanish reaksiyalari bu jarayonlarning tezligida farq qiluvchi ekzotermik reaksiyalardir.

II. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti.

Har bir moddada ma'lum miqdorda energiya saqlanadi. Biz moddalarning bu xususiyatiga nonushta, tushlik yoki kechki ovqat paytida duch kelamiz, chunki oziq-ovqat mahsulotlari tanamizga oziq-ovqat tarkibidagi turli xil kimyoviy birikmalar energiyasidan foydalanishga imkon beradi. Organizmda bu energiya harakatga, ishga aylanadi va doimiy (va ancha yuqori!) tana haroratini saqlash uchun sarflanadi.

Har qanday kimyoviy reaktsiya energiyaning chiqishi yoki yutilishi bilan birga keladi. Ko'pincha energiya issiqlik shaklida chiqariladi yoki so'riladi (kamroq, yorug'lik yoki mexanik energiya shaklida). Bu issiqlikni o'lchash mumkin. O'lchov natijasi reaktivning bir MOL uchun yoki (kamdan-kam hollarda) reaktsiya mahsulotining mol uchun kilojoullarda (kJ) ifodalanadi. Kimyoviy reaksiyada ajralib chiqqan yoki yutilgan issiqlik miqdori deyiladi reaksiyaning termal effekti (Q) . Masalan, kisloroddagi vodorodning yonish reaksiyasining issiqlik effekti ikkita tenglamadan biri bilan ifodalanishi mumkin:

2 H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2 H 2 O (g) + 572 kJ

2 H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2 H 2 O (g) + Q

Bu reaksiya tenglamasi deyiladitermokimyoviy tenglama. Bu erda belgi "+ Q" vodorod yondirilganda issiqlik ajralib chiqishini bildiradi. Bu issiqlik deyiladi reaksiyaning termal effekti. Termokimyoviy tenglamalarda ko'pincha moddalarning agregat holatlari ko'rsatiladi.

Energiya chiqaradigan reaksiyalar EKSOTERMIK deb ataladi.(lotincha "ekso" dan - tashqi). Masalan, metanning yonishi:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + Q

Energiyaning yutilishi bilan sodir bo'ladigan reaktsiyalar ENDOTHERMIK deb ataladi(Lotin "endo" dan - ichkarida). Bunga misol tariqasida ko'mir va suvdan uglerod oksidi (II) CO va vodorod H 2 hosil bo'lishi mumkin, bu faqat qizdirilganda sodir bo'ladi.

C + H 2 O \u003d CO + H 2 - Q

Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektlari ko'plab texnik hisoblar uchun kerak.

Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektlari ko'plab texnik hisoblar uchun kerak. O'zingizni bir lahzaga kosmik kemalar va boshqa foydali yuklarni orbitaga olib chiqishga qodir kuchli raketa dizayneri sifatida tasavvur qiling (rasm).

Guruch. Bayqonur kosmodromida uchirilishidan oldin dunyodagi eng kuchli Rossiyaning Energia raketasi. Uning bosqichlaridan birining dvigatellari suyultirilgan gazlar - vodorod va kislorodda ishlaydi.

Aytaylik, siz raketani Yer yuzasidan orbitaga yuk bilan yetkazish uchun sarflanishi kerak bo'lgan ishni (kJ da) bilasiz, shuningdek, parvoz paytida havo qarshiligini va boshqa energiya xarajatlarini yengish bo'yicha ishlarni bilasiz. Ushbu raketada yoqilg'i va oksidlovchi sifatida ishlatiladigan (suyultirilgan holatda) zarur bo'lgan vodorod va kislorod zaxirasini qanday hisoblash mumkin?

Vodorod va kisloroddan suv hosil bo'lish reaktsiyasining termal ta'sirisiz buni qilish qiyin. Axir, termal effekt - bu raketani orbitaga qo'yishi kerak bo'lgan energiya. Raketaning yonish kameralarida bu issiqlik issiq gaz molekulalarining (bug ') kinetik energiyasiga aylanadi, u nozullardan chiqib ketadi va reaktiv zarba hosil qiladi.

Kimyo sanoatida endotermik reaktsiyalar sodir bo'ladigan issiqlik reaktorlariga issiqlik miqdorini hisoblash uchun termal effektlar kerak. Energetika sohasida yoqilg'ining yonish issiqligidan foydalanib, issiqlik energiyasini ishlab chiqarish hisoblab chiqiladi.

Parhezshunoslar nafaqat bemorlar uchun, balki sog'lom odamlar - sportchilar, turli kasbdagi ishchilar uchun ham to'g'ri ovqatlanishni shakllantirish uchun tanadagi oziq-ovqat oksidlanishining termal ta'siridan foydalanadilar. An'anaga ko'ra, hisob-kitoblar uchun bu erda joul emas, balki boshqa energiya birliklari - kaloriyalar (1 kal = 4,1868 J) ishlatiladi. Oziq-ovqatning energiya tarkibi oziq-ovqat mahsulotlarining ba'zi bir massasini bildiradi: 1 g, 100 g yoki hatto mahsulotning standart qadoqlari. Misol uchun, quyultirilgan sut idishining yorlig'ida siz quyidagi yozuvni o'qishingiz mumkin: "kaloriya tarkibi 320 kkal / 100 g."

№2. “Takrorlanmaydigan harflar” boshqotirmasi.

Ushbu jumboqni hal qilish uchun har bir qatorni diqqat bilan ko'rib chiqing. Ulardan hech qachon takrorlanmaydigan harflarni tanlang. Agar siz buni to'g'ri qilsangiz, ushbu harflardan foydalanib, yong'in bilan ishlash qoidalari haqida maqol yasashingiz mumkin.

QO'SHIMCHA:

Termokimyo kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik ta'sirini o'rganadi. Ko'p hollarda bu reaktsiyalar doimiy hajmda yoki doimiy bosimda davom etadi. Termodinamikaning birinchi qonunidan kelib chiqadiki, bunday sharoitlarda issiqlik holatning funktsiyasidir. Doimiy hajmda issiqlik ichki energiyaning o'zgarishiga teng:

va doimiy bosimda - entalpiyaning o'zgarishi:

Kimyoviy reaksiyalarga tatbiq etilganda bu tengliklar mohiyatini tashkil etadi Hess qonuni:

Doimiy bosim yoki doimiy hajmda kechadigan kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti reaksiya yoʻliga bogʻliq emas, faqat reaktivlar va reaksiya mahsulotlarining holati bilan belgilanadi.

Boshqacha aytganda, kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti holat funktsiyasining o'zgarishiga teng.
Termokimyoda, termodinamikaning boshqa ilovalaridan farqli o'laroq, issiqlik atrof-muhitga chiqarilsa, ijobiy hisoblanadi, ya'ni. agar H < 0 или U < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение H(bu oddiygina "reaktsiya entalpiyasi" deb ataladi) yoki U reaktsiyalar.

Agar reaktsiya eritmada yoki qattiq fazada davom etsa, bu erda hajmning o'zgarishi ahamiyatsiz bo'lsa, u holda

H = U + (pV) U. (3.3)

Agar ideal gazlar reaksiyada ishtirok etsa, u holda doimiy haroratda

H = U + (pV) = U+n. RT, (3.4)

Bu erda n - reaksiyadagi gazlar mol sonining o'zgarishi.

Turli reaksiyalarning entalpiyalarini solishtirishni osonlashtirish uchun "standart holat" tushunchasi qo'llaniladi. Standart holat - bu toza moddaning 1 bar (= 10 5 Pa) bosimi va ma'lum bir haroratdagi holati.. Gazlar uchun bu cheksiz siyrak gazning xususiyatlariga ega bo'lgan 1 bar bosimdagi faraziy holat. Haroratda standart holatdagi moddalar orasidagi reaksiya entalpiyasi T, belgilang ( r"reaktsiya" degan ma'noni anglatadi). Termokimyoviy tenglamalarda nafaqat moddalarning formulalari, balki ularning agregat holatlari yoki kristall modifikatsiyalari ham ko'rsatilgan.

Gess qonunidan muhim oqibatlar kelib chiqadi, bu kimyoviy reaktsiyalarning entalpiyalarini hisoblash imkonini beradi.

Natija 1.

reaksiya mahsulotlari va reagentlar hosil bo'lishining standart entalpiyalari o'rtasidagi farqga teng (stexiometrik koeffitsientlarni hisobga olgan holda):

Moddaning hosil bo'lishining standart entalpiyasi (issiqligi). (f"hosil bo'lish" degan ma'noni anglatadi) ma'lum bir haroratda ushbu moddaning bir molining hosil bo'lish reaktsiyasining entalpiyasidir. elementlardan eng barqaror standart holatda. Ushbu ta'rifga ko'ra, standart holatdagi eng barqaror oddiy moddalarning hosil bo'lish entalpiyasi har qanday haroratda 0 ga teng. 298 K haroratda moddalar hosil bo'lishining standart entalpiyalari ma'lumotnomalarda keltirilgan.

«Hosil bo`lish entalpiyasi» tushunchalari nafaqat oddiy moddalar, balki eritmadagi ionlar uchun ham qo`llaniladi. Bunday holda, mos yozuvlar nuqtasi sifatida H + ioni olinadi, buning uchun suvli eritmadagi standart hosil bo'lish entalpiyasi nolga teng deb hisoblanadi:

Natija 2. Kimyoviy reaksiyaning standart entalpiyasi

reaktivlar va reaksiya mahsulotlarining yonish entalpiyalari o'rtasidagi farqga teng (stexiometrik koeffitsientlarni hisobga olgan holda):

(c"yonish" degan ma'noni anglatadi). Moddaning yonishining standart entalpiyasi (issiqligi) bir mol moddaning to'liq oksidlanish reaktsiyasi entalpiyasi deb ataladi. Bu natija odatda organik reaksiyalarning issiqlik effektlarini hisoblash uchun ishlatiladi.

Natija 3. Kimyoviy reaksiyaning entalpiyasi buzilgan va hosil bo'lgan kimyoviy bog'larning energiyalari orasidagi farqga teng.

Bog'lanish energiyasi bilan A-B aloqani uzish va hosil bo'lgan zarralarni cheksiz masofaga suyultirish uchun zarur bo'lgan energiyani nomlaydi:

AB (r) A (r) + B (r) .

Bog'lanish energiyasi har doim ijobiydir.

Qo'llanmalardagi termokimyoviy ma'lumotlarning aksariyati 298 K haroratda berilgan. Boshqa haroratlarda termal effektlarni hisoblash uchun foydalaning. Kirxgof tenglamasi:

(differensial shakl) (3.7)

(integral shakl) (3.8)

qayerda Cp reaksiya mahsulotlari va boshlang'ich materiallarning izobar issiqlik sig'imlari orasidagi farqdir. Farqi bo'lsa T 2 - T 1 kichik, keyin siz qabul qilishingiz mumkin Cp= const. Katta harorat farqi bilan haroratga bog'liqlikdan foydalanish kerak Cp(T) turi:

bu erda koeffitsientlar a, b, c va hokazo. alohida moddalar uchun ular ma'lumotnomadan olinadi va belgi mahsulotlar va reagentlar o'rtasidagi farqni bildiradi (koeffitsientlarni hisobga olgan holda).

MISOLLAR

3-1-misol. 298 K da suyuq va gazsimon suv hosil bo'lishining standart entalpiyalari mos ravishda -285,8 va -241,8 kJ/mol. Bu haroratda suvning bug'lanish entalpiyasini hisoblang.

Yechim. Shakllanish entalpiyalari quyidagi reaksiyalarga mos keladi:

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), H 1 0 = -285.8;

H 2 (g) + SO 2 (g) \u003d H 2 O (g), H 2 0 = -241.8.

Ikkinchi reaktsiya ikki bosqichda amalga oshirilishi mumkin: birinchi navbatda, birinchi reaktsiyaga ko'ra suyuq suv hosil qilish uchun vodorodni yoqing, so'ngra suvni bug'lang:

H 2 O (g) \u003d H 2 O (g), H 0 ispancha =?

Keyin, Gess qonuniga ko'ra,

H 1 0 + H 0 ispancha = H 2 0 ,

qayerda H 0 ispancha \u003d -241,8 - (-285,8) \u003d 44,0 kJ / mol.

Javob. 44,0 kJ/mol.

3-2-misol. Reaksiya entalpiyasini hisoblang

6C (g) + 6H (g) \u003d C 6 H 6 (g)

a) hosil bo'lish entalpiyalariga ko'ra; b) C 6 H 6 molekulasidagi qo‘sh bog‘lanishlar o‘zgarmas deb faraz qilib, bog‘lanish energiyalari orqali.

Yechim. a) hosil bo'lish entalpiyalari (kJ/molda) qo'llanmada keltirilgan (masalan, P.V. Atkins, Fizika kimyosi, 5-nashr, C9-C15-betlar): fH 0 (C 6 H 6 (g)) = 82,93, fH 0 (C (g)) = 716,68, fH 0 (H (g)) = 217,97. Reaksiya entalpiyasi:

r H 0 \u003d 82,93 - 6 716,68 - 6 217,97 \u003d -5525 kJ / mol.

b) Bu reaksiyada kimyoviy bog`lar uzilmaydi, faqat hosil bo`ladi. Ruxsat etilgan qo'sh bog'ning yaqinlashuvida C 6 H 6 molekulasi 6 ta C-H aloqasi, 3 ta C-C aloqasi va 3 ta C=C aloqasini o'z ichiga oladi. Bog'lanish energiyasi (kJ/molda) (P.W.Atkins, Fizika kimyosi, 5-nashr, C7-bet): E(C-H) = 412, E(C-C) = 348, E(C=C) = 612. Reaksiya entalpiyasi:

r H 0 \u003d - (6 412 + 3 348 + 3 612) \u003d -5352 kJ / mol.

Aniq natija bilan -5525 kJ / mol farqi, benzol molekulasida C-C yagona bog'lanish va C=C qo'sh bog'lanish mavjud emas, lekin 6 C C aromatik aloqa mavjud.

Javob. a) -5525 kJ/mol; b) -5352 kJ/mol.

3-3-misol. Malumotdan foydalanib, reaksiya entalpiyasini hisoblang

3Cu (tv) + 8HNO 3(aq) = 3Cu(NO 3) 2(aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)

Yechim. Qisqartirilgan ion reaksiya tenglamasi:

3Cu (tv) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) \u003d 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l).

Gess qonuniga ko'ra, reaktsiyaning entalpiyasi:

r H 0 = 4fH 0 (H 2 O (l)) + 2 fH 0 (NO(g)) + 3 fH 0 (Cu 2+ (aq)) - 2 fH 0 (NO 3 - (aq))

(mis va H + ionining hosil bo'lish entalpiyalari, ta'rifi bo'yicha, 0). Shakllanish entalpiyalarini almashtirib (P.V. Atkins, Fizika kimyosi, 5-nashr, C9-C15-betlar) biz quyidagilarni topamiz:

r H 0 = 4 (-285,8) + 2 90,25 + 3 64,77 - 2 (-205,0) = -358,4 kJ

(uch mol misga asoslangan).

Javob. -358,4 kJ.

3-4-misol. Metanning 1000 K da yonish entalpiyasini hisoblang, agar 298 K da hosil boʻlish entalpiyalari berilgan boʻlsa: fH 0 (CH 4) \u003d -17,9 kkal / mol, fH 0 (CO 2) \u003d -94,1 kkal / mol, fH 0 (H 2 O (g)) = -57,8 kkal / mol. 298 dan 1000 K gacha bo'lgan gazlarning issiqlik sig'imlari (kal/(mol. K) da):

C p (CH 4) = 3,422 + 0,0178. T, Cp(O 2) = 6,095 + 0,0033. T,

C p (CO 2) \u003d 6,396 + 0,0102. T, Cp(H 2 O (g)) = 7,188 + 0,0024. T.

Yechim. Metanning yonish reaksiyasining entalpiyasi

CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

298 K da:

94,1 + 2 (-57,8) - (-17,9) = -191,8 kkal/mol.

Issiqlik sig‘imlari farqini haroratga bog‘liq holda topamiz:

Cp = Cp(CO2) + 2 Cp(H 2 O (g)) - Cp(CH 4) - 2 Cp(O2) =
= 5.16 - 0.0094T(kal/(mol. K)).

Kirchhoff tenglamasidan foydalanib, 1000 K da reaksiya entalpiyasini hisoblaymiz:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0,0094 (1000 2 -298 2) / 2 \u003d -192500 kal / mol.

Javob. -192,5 kkal/mol.

VAZIFALAR

3-1. 500 g Al ni o'tkazish uchun qancha issiqlik kerak bo'ladi (mp. 658 o C, H 0 pl \u003d 92,4 kal / g), xona haroratida erigan holatga olinadi, agar Cp(Al TV) \u003d 0,183 + 1,096 10 -4 T kal/(g K)?

3-2. Ochiq idishda 1000 K haroratda davom etadigan CaCO 3 (tv) \u003d CaO (tv) + CO 2 (g) reaktsiyasining standart entalpiyasi 169 kJ / mol ni tashkil qiladi. Xuddi shu haroratda, lekin yopiq idishda davom etadigan bu reaktsiyaning issiqligi qanday?

3-3. Suyuq benzolning hosil bo'lishining standart entalpiyasi 49,0 kJ/mol bo'lsa, 298 K da hosil bo'lishining standart ichki energiyasini hisoblang.

3-4. N 2 O 5 (g) ning hosil bo'lish entalpiyasini hisoblang T= 298 K quyidagi ma'lumotlarga asoslanib:

2NO (g) + O 2 (g) \u003d 2NO 2 (g), H 1 0 \u003d -114,2 kJ / mol,

4NO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2N 2 O 5 (g), H 2 0 \u003d -110,2 kJ / mol,

N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g), H 3 0 = 182,6 kJ/mol.

3-5. 25 ° C da -glyukoza, -fruktoza va saxarozaning yonish entalpiyalari -2802,
-2810 va -5644 kJ/mol. Saxaroza gidrolizlanish issiqligini hisoblang.

3-6. Diboran B 2 H 6 (g) at hosil bo'lish entalpiyasini aniqlang T= 298 K quyidagi ma'lumotlardan:

B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (tv) + 3H 2 O (g), H 1 0 \u003d -2035,6 kJ / mol,

2B (televizor) + 3/2 O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (televizor), H 2 0 \u003d -1273,5 kJ / mol,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) \u003d H 2 O (g), H 3 0 \u003d -241,8 kJ / mol.

3-7. At oddiy moddalardan rux sulfat hosil bo'lish issiqligini hisoblang T= 298 K quyidagi ma'lumotlar asosida.

Kirish

Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik ta'siri ko'plab texnik hisoblar uchun zarurdir. Ular ko'plab sohalarda, shuningdek, harbiy ishlanmalarda keng qo'llaniladi.

Ushbu kurs ishining maqsadi issiqlik effektining amaliy qo'llanilishini o'rganishdir. Biz uni qo'llashning ba'zi variantlarini ko'rib chiqamiz va zamonaviy texnologiyalarni rivojlantirish sharoitida kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik ta'siridan foydalanish qanchalik muhimligini bilib olamiz.

Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti

Har bir moddada ma'lum miqdorda energiya saqlanadi. Biz moddalarning bu xususiyatiga nonushta, tushlik yoki kechki ovqat paytida duch kelamiz, chunki oziq-ovqat mahsulotlari tanamizga oziq-ovqat tarkibidagi turli xil kimyoviy birikmalar energiyasidan foydalanishga imkon beradi. Organizmda bu energiya harakatga, ishga aylanadi va doimiy (va ancha yuqori!) tana haroratini saqlash uchun sarflanadi.

Termokimyo sohasida ishlayotgan eng mashhur olimlardan biri Berthelot. Berthelot - Parijdagi Oliy farmatsevtika maktabining kimyo professori (1859). Ta'lim va tashqi ishlar vaziri.

1865 yildan boshlab Berthelot termokimyoda faol ishtirok etdi, keng ko'lamli kalorimetrik tadqiqotlar o'tkazdi, bu, xususan, "kalorimetrik bomba" (1881) ixtirosiga olib keldi; u "ekzotermik" va "endotermik" reaktsiyalar tushunchasiga ega. Berthelot juda ko'p miqdordagi reaktsiyalarning issiqlik ta'siri, parchalanish issiqligi va ko'plab moddalarning hosil bo'lishi haqida keng ma'lumot oldi.

Berthelot portlovchi moddalarning ta'sirini o'rgandi: portlash harorati, yonish tezligi va portlash to'lqinining tarqalishi va boshqalar.

Kimyoviy birikmalarning energiyasi asosan kimyoviy bog'larda to'plangan. Ikki atom o'rtasidagi aloqani uzish uchun energiya kerak bo'ladi. Kimyoviy bog'lanish hosil bo'lganda, energiya chiqariladi.

Har qanday kimyoviy reaktsiya ba'zi kimyoviy aloqalarni uzish va boshqalarni hosil qilishdan iborat.

Kimyoviy reaksiya natijasida yangi bog'lanishlar hosil bo'lganda, dastlabki moddalardagi "eski" aloqalarni yo'q qilish uchun zarur bo'lganidan ko'proq energiya ajralib chiqsa, ortiqcha energiya issiqlik shaklida chiqariladi. Bunga yonish reaktsiyalari misol bo'la oladi. Masalan, tabiiy gaz (metan CH4) atmosfera kislorodida katta miqdorda issiqlik chiqishi bilan yonadi (1a-rasm). Bunday reaksiyalar ekzotermikdir.

Issiqlik chiqishi bilan kechadigan reaktsiyalar ijobiy issiqlik effektini ko'rsatadi (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.

Boshqa hollarda, boshlang'ich moddalardagi bog'lanishlarni yo'q qilish yangi bog'lanishlar hosil bo'lishida ajralib chiqishi mumkin bo'lgan energiyadan ko'proq narsani talab qiladi. Bunday reaktsiyalar faqat energiya tashqaridan ta'minlanganda sodir bo'ladi va endotermik deb ataladi.

Atrof-muhitdan issiqlikni yutish bilan kechadigan reaktsiyalar (Q<0, DH>0), ya'ni. salbiy termal ta'sirga ega, endotermikdir.

Bunga misol tariqasida ko‘mir va suvdan uglerod oksidi (II) CO va vodorod H2 hosil bo‘lishi mumkin, bu faqat qizdirilganda sodir bo‘ladi (1b-rasm).

Guruch. 1a, b. Kimyoviy reaksiyalarni molekulyar modellar yordamida tasvirlash: a) ekzotermik reaksiya, b) endotermik reaksiya. Modellar doimiy miqdordagi atomlar bilan ular orasidagi eski kimyoviy aloqalar qanday yo'q qilinishini va yangi kimyoviy aloqalar paydo bo'lishini aniq ko'rsatadi.

Shunday qilib, har qanday kimyoviy reaktsiya energiyaning chiqishi yoki yutilishi bilan birga keladi. Ko'pincha energiya issiqlik shaklida chiqariladi yoki so'riladi (kamroq, yorug'lik yoki mexanik energiya shaklida). Bu issiqlikni o'lchash mumkin. O'lchov natijasi reaktivning bir moliga yoki (kamdan-kam hollarda) reaktsiya mahsulotining bir moliga kilojoullarda (kJ) ifodalanadi. Bu miqdor reaksiya issiqligi deyiladi.

Issiqlik effekti - kimyoviy tizimda sodir bo'lgan kimyoviy reaktsiya paytida chiqarilgan yoki so'rilgan issiqlik miqdori.

Issiqlik effekti Q yoki DH (Q = -DH) belgilari bilan belgilanadi. Uning qiymati reaktsiyaning boshlang'ich va oxirgi holatlari energiyalari o'rtasidagi farqga to'g'ri keladi:

DH = Hend - Past = Ekon.- Eout.

(d), (g) piktogrammalar moddalarning gaz va suyuq holatini bildiradi. Bundan tashqari, (tv) yoki (k) - qattiq, kristalli modda, (aq) - suvda erigan modda va boshqalar mavjud.

Moddaning agregatsiya holatini belgilash muhim ahamiyatga ega. Masalan, vodorodning yonishi reaktsiyasida suv dastlab bug 'shaklida (gaz holatida) hosil bo'ladi, uning kondensatsiyasi paytida bir oz ko'proq energiya ajralib chiqishi mumkin. Shuning uchun suyuqlik shaklida suv hosil bo'lishi uchun reaksiyaning o'lchanadigan issiqlik effekti faqat bug' hosil bo'lishiga qaraganda bir oz kattaroq bo'ladi, chunki bug'ning kondensatsiyasi paytida issiqlikning yana bir qismi ajralib chiqadi.

Reaksiyaning issiqlik effektining alohida holati ham qo'llaniladi - yonish issiqligi. Nomidan ko'rinib turibdiki, yonish issiqligi yoqilg'i sifatida ishlatiladigan moddani tavsiflash uchun xizmat qiladi. Yonish issiqligi yoqilg'i bo'lgan moddaning 1 molini bildiradi (oksidlanish reaktsiyasida qaytaruvchi), masalan:

asetilen								asetilenning kaloriyali qiymati

Molekulalarda saqlanadigan energiyani (E) energiya shkalasi bo'yicha chizish mumkin. Bunda reaksiyaning issiqlik effektini ( E) grafik ko'rinishda ko'rsatish mumkin (2-rasm).

Guruch. 2. Issiqlik effektining grafik tasviri (Q =  E): a) vodorod yonishning ekzotermik reaksiyasi; b) elektr toki ta'sirida suvning parchalanishining endotermik reaksiyasi. Reaksiya koordinatasini (grafaning gorizontal o'qi), masalan, moddalarning aylanish darajasi (100% - boshlang'ich materiallarning to'liq konvertatsiyasi) sifatida ko'rib chiqish mumkin.

Kimyoviy reaksiya tenglamalari

Reaksiyaga kirishuvchi moddalar va mahsulotlar bilan birga reaksiyaning issiqlik effekti ham yoziladigan kimyoviy reaksiyalar tenglamalari termokimyoviy tenglamalar deyiladi.

Termokimyoviy tenglamalarning xususiyati shundaki, ular bilan ishlashda moddalar formulalarini va issiqlik effektlarining kattaliklarini tenglamaning bir qismidan ikkinchisiga o'tkazish mumkin. Qoida tariqasida, kimyoviy reaktsiyalarning odatiy tenglamalari bilan buni qilish mumkin emas.

Termokimyoviy tenglamalarni termin bo'yicha qo'shish va ayirish ham ruxsat etiladi. Bu eksperimental o'lchash qiyin yoki imkonsiz bo'lgan reaktsiyalarning issiqlik ta'sirini aniqlash uchun zarur bo'lishi mumkin.

Keling, bir misol keltiraylik. Laboratoriyada uglerodni vodorod bilan to'g'ridan-to'g'ri qo'shish orqali metan CH4 ni olish reaktsiyasini "sof shaklda" amalga oshirish juda qiyin:

C + 2H 2 = CH 4

Ammo hisob-kitoblar yordamida bu reaktsiya haqida ko'p narsalarni bilib olishingiz mumkin. Masalan, bu reaksiya ekzotermik yoki endotermik bo'ladimi, aniqlang va hatto termal effektning miqdorini aniqlang.

Metan, uglerod va vodorodning yonish reaktsiyalarining issiqlik effektlari ma'lum (bu reaktsiyalar oson):

a) CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (l) + 890 kJ

b) C (tv) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 394 kJ

c) 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (l) + 572 kJ

(a) tenglamadan oxirgi ikkita (b) va (c) tenglamalarni ayirib tashlang. Tenglamalarning chap qismlari chapdan, o'ngdan - o'ngdan chiqariladi. Bunda barcha O 2, CO 2 va H 2 O molekulalari kamayadi.Bizga erishamiz:

CH 4 (g) - C (tv) - 2H 2 (g) \u003d (890 - 394 - 572) kJ \u003d -76 kJ

Bu tenglama biroz g'ayrioddiy ko'rinadi. Tenglamaning ikkala tomonini (-1) ga ko'paytiring va CH 4 ni qarama-qarshi belgi bilan o'ng tomonga o'tkazing. Ko'mir va vodoroddan metan hosil bo'lishi uchun zarur bo'lgan tenglamani olamiz:

C (televizor) + 2H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 kJ / mol

Shunday qilib, bizning hisob-kitoblarimiz shuni ko'rsatdiki, uglerod va vodoroddan metan hosil bo'lishining issiqlik effekti 76 kJ (metan moliga) va bu jarayon ekzotermik bo'lishi kerak (bu reaktsiyada energiya chiqariladi).

Termokimyoviy tenglamalarda faqat bir xil agregat holatda bo'lgan moddalarni qo'shish, ayirish va muddatlar sonini qisqartirish mumkinligiga e'tibor berish kerak, aks holda biz issiqlik effektini o'tish issiqligi bilan aniqlashda xato qilamiz. bir agregat holatini boshqasiga o'tkazish.

Termokimyoning asosiy qonunlari

Kimyoning kimyoviy reaksiyalarda energiya oʻzgarishini oʻrganuvchi boʻlimi termokimyo deb ataladi.

Termokimyoning ikkita eng muhim qonuni mavjud. Ulardan birinchisi, Lavuazye-Laplas qonuni quyidagicha tuzilgan:

To'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaning issiqlik effekti har doim qarama-qarshi belgi bilan teskari reaktsiyaning issiqlik effektiga teng.

Bu shuni anglatadiki, har qanday birikma hosil bo'lganda, uning dastlabki moddalarga parchalanishi paytida so'rilgan (bo'shatilgan) energiya miqdori bir xil miqdorda chiqariladi (so'riladi). Masalan:

2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 572 kJ (kislorodda vodorodning yonishi)

2 H 2 O (l) + 572 kJ \u003d 2H 2 (g) + O 2 (g) (suvning elektr toki bilan parchalanishi)

Lavuazye-Laplas qonuni energiyani tejash qonunining natijasidir.

Termokimyoning ikkinchi qonuni 1840 yilda rus akademigi G. I. Gess tomonidan ishlab chiqilgan:

Reaksiyaning issiqlik effekti faqat moddalarning dastlabki va oxirgi holatiga bog'liq bo'lib, jarayonning oraliq bosqichlariga bog'liq emas.

Bu shuni anglatadiki, bir qator ketma-ket reaktsiyalarning umumiy issiqlik effekti, agar ushbu seriyalarning boshida va oxirida bir xil boshlang'ich va yakuniy moddalar bo'lsa, boshqa har qanday reaktsiyalar seriyasi bilan bir xil bo'ladi. Termokimyoning bu ikki asosiy qonuni termokimyoviy tenglamalarni matematik tenglamalarga ma'lum darajada o'xshashligini beradi, bunda reaksiya tenglamalarida hadlarni bir qismdan ikkinchi qismga o'tkazish, kimyoviy birikmalarning formulalarini qo'shish, ayirish va qisqartirish mumkin. Bunda reaksiya tenglamalarida koeffitsientlarni hisobga olish kerak va moddaning qo'shilgan, ayirilgan yoki kamaytirilgan mollari bir xil yig'ilish holatida bo'lishi kerakligini unutmang.

Issiqlik effektining amaliyotda qo'llanilishi

Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektlari ko'plab texnik hisoblar uchun kerak. Misol uchun, Rossiyaning kosmik kemalar va boshqa foydali yuklarni orbitaga olib chiqishga qodir kuchli Energia raketasini olaylik. Uning bosqichlaridan birining dvigatellari suyultirilgan gazlar - vodorod va kislorodda ishlaydi.

Aytaylik, biz raketani Yer yuzasidan orbitaga yuk bilan yetkazish uchun sarflanishi kerak bo'lgan ishni (kJ da) bilamiz, shuningdek, parvoz paytida havo qarshiligini va boshqa energiya xarajatlarini yengish bo'yicha ishlarni bilamiz. Ushbu raketada yoqilg'i va oksidlovchi sifatida ishlatiladigan (suyultirilgan holatda) zarur bo'lgan vodorod va kislorod zaxirasini qanday hisoblash mumkin?

Vodorod va kisloroddan suv hosil bo'lish reaktsiyasining termal ta'sirisiz buni qilish qiyin. Axir, termal effekt - bu raketani orbitaga qo'yishi kerak bo'lgan energiya. Raketaning yonish kameralarida bu issiqlik issiq gaz molekulalarining (bug ') kinetik energiyasiga aylanadi, u nozullardan chiqib ketadi va reaktiv zarba hosil qiladi.

Kimyo sanoatida endotermik reaktsiyalar sodir bo'ladigan issiqlik reaktorlariga issiqlik miqdorini hisoblash uchun termal effektlar kerak. Energetika sohasida yoqilg'ining yonish issiqligidan foydalanib, issiqlik energiyasini ishlab chiqarish hisoblab chiqiladi.

Parhezshunoslar nafaqat bemorlar uchun, balki sog'lom odamlar - sportchilar, turli kasbdagi ishchilar uchun ham to'g'ri ovqatlanishni shakllantirish uchun tanadagi oziq-ovqat oksidlanishining termal ta'siridan foydalanadilar. An'anaga ko'ra, hisob-kitoblar uchun bu erda joul emas, balki boshqa energiya birliklari - kaloriyalar (1 kal = 4,1868 J) ishlatiladi. Oziq-ovqatning energiya tarkibi oziq-ovqat mahsulotlarining ba'zi bir massasini bildiradi: 1 g, 100 g yoki hatto mahsulotning standart qadoqlari. Misol uchun, quyultirilgan sut idishining yorlig'ida siz quyidagi yozuvni o'qishingiz mumkin: "kaloriya tarkibi 320 kkal / 100 g."

Issiqlik effekti almashtirilgan aromatik aminlar sinfiga kiruvchi monometilanilinni olgandan keyin hisoblanadi. Monometilanilinni qo'llashning asosiy sohasi benzin uchun taqillatishga qarshi qo'shimcha hisoblanadi. Bo'yoqlar ishlab chiqarishda monometilanilindan foydalanish mumkin. Tovar monometilanilin (N-metilanilin) ​​katalizatordan davriy yoki uzluksiz distillash orqali ajratiladi. Reaksiyaning issiqlik effekti ∆N= -14±5 kJ/mol.

Issiqlikka chidamli qoplamalar

Yuqori haroratli texnologiyaning rivojlanishi ayniqsa issiqlikka chidamli materiallarni yaratishni talab qiladi. Ushbu muammoni o'tga chidamli va issiqlikka chidamli metallar yordamida hal qilish mumkin. Intermetalik qoplamalar tobora ko'proq e'tiborni jalb qilmoqda, chunki ular juda ko'p qimmatli fazilatlarga ega: oksidlanishga chidamlilik, agressiv eritmalar, issiqlikka chidamlilik va boshqalar. Ushbu birikmalarning tarkibiy elementlaridan hosil bo'lishining muhim ekzotermikligi ham qiziqish uyg'otadi. Intermetall birikmalar hosil bo'lishida reaksiyaning ekzotermikligidan foydalanishning ikki yo'li mavjud. Birinchisi, kompozitsion, ikki qatlamli kukunlarni ishlab chiqarish. Qizdirilganda, kukun tarkibiy qismlari o'zaro ta'sir qiladi va ekzotermik reaksiyaning issiqligi himoyalangan sirtga to'liq erigan holatda etib kelgan va asosga mahkam yopishgan past porozlikli qoplama hosil qiluvchi zarrachalarning sovishini qoplaydi. Yana bir variant - changlarning mexanik aralashmasini qo'llash. Zarrachalarning etarli darajada isishi bilan ular allaqachon qoplama qatlamida o'zaro ta'sir qiladi. Agar termal ta'sirning kattaligi sezilarli bo'lsa, u holda bu qoplama qatlamining o'z-o'zidan erishi, yopishish kuchini oshiradigan oraliq diffuziya qatlamining shakllanishi va zich, past gözenekli qoplama tuzilishining shakllanishiga olib kelishi mumkin. Katta termal effektga ega bo'lgan intermetalik qoplamani tashkil etuvchi va ko'plab qimmatli fazilatlarga ega bo'lgan kompozitsiyani tanlashda - korroziyaga chidamlilik, etarli issiqlikka chidamlilik va aşınma qarshilik, nikel aluminidlari, xususan NiAl va Ni 3 Al e'tiborni tortadi. NiAl hosil bo'lishi maksimal issiqlik effekti bilan birga keladi.

Olmosni qayta ishlashning termokimyoviy usuli

"Termokimyoviy" usul o'z nomini yuqori haroratlarda davom etishi va olmosning kimyoviy xususiyatlaridan foydalanishga asoslanganligi sababli oldi. Usul quyidagicha amalga oshiriladi: olmos uglerodni o'zida eritishga qodir bo'lgan metall bilan aloqa qiladi va eritish yoki qayta ishlash jarayoni uzluksiz davom etishi uchun u erigan uglerod bilan o'zaro ta'sir qiladigan gaz atmosferasida amalga oshiriladi. metallda, lekin olmos bilan bevosita reaksiyaga kirishmaydi. Jarayonda termal effektning kattaligi yuqori qiymatga ega bo'ladi.

Olmosni termokimyoviy qayta ishlashning optimal shartlarini aniqlash va usulning imkoniyatlarini aniqlash uchun adabiyotlar tahlili ko'rsatganidek, umuman o'rganilmagan ayrim kimyoviy jarayonlarning mexanizmlarini o'rganish kerak edi. Olmosni termokimyoviy qayta ishlashni aniqroq o'rganish, birinchi navbatda, olmosning o'ziga xos xususiyatlarini etarli darajada bilishga to'sqinlik qildi. Ular uni issiqlik bilan buzishdan qo'rqishdi. Olmosning termal barqarorligi bo'yicha tadqiqotlar faqat so'nggi o'n yilliklarda amalga oshirildi. Neytral atmosferada yoki vakuumda qo'shimchalari bo'lmagan olmoslarni ularga hech qanday zarar etkazmasdan 1850 "C" ga qadar qizdirish mumkinligi aniqlandi.

Olmos o'zining noyob qattiqligi, chidamliligi va biologik to'qimalarga nisbatan past ishqalanishi tufayli eng yaxshi pichoq materialidir. Olmosli pichoqlar bilan ishlash operatsiyalarni osonlashtiradi, kesmalarning shifo vaqtini 2-3 barobarga qisqartiradi. Moskva ko'z mikroxirurgiyasi ilmiy-texnika markazining mikroxirurglarining fikriga ko'ra, termokimyoviy usul bilan o'tkirlangan pichoqlar nafaqat eng yaxshi xorijiy namunalardan kam emas, balki sifat jihatidan ham ustundir. Termokimyoviy o'tkir pichoqlar allaqachon minglab operatsiyalarni bajargan. Turli xil konfiguratsiya va o'lchamdagi olmosli pichoqlar tibbiyot va biologiyaning boshqa sohalarida qo'llanilishi mumkin. Shunday qilib, elektron mikroskopda preparatlar ishlab chiqarish uchun mikrotomlar qo'llaniladi. Elektron mikroskopning yuqori aniqligi namunalar kesimining qalinligi va sifatiga alohida talablar qo'yadi. Termokimyoviy usulda charxlangan olmosli mikrotomlar kerakli sifatdagi kesimlarni yasash imkonini beradi.

Tsement ishlab chiqarish uchun texnogen xom ashyo

Sement ishlab chiqarishni yanada jadallashtirish sanoatning turli tarmoqlari chiqindilaridan foydalangan holda energiya va resurslarni tejovchi texnologiyalarni keng joriy etishni nazarda tutadi.

Skarn-magnetit rudalarini qayta ishlash jarayonida quruq magnit ajralish (SMS) qoldiqlari chiqariladi, ular maydalangan toshga o'xshash don o'lchami 25 mm gacha. CMC qoldiqlari ancha barqaror kimyoviy tarkibga ega, og'irligi%:

SiO2 40…45,

Al 2 O 3 10…12,

Fe 2 O 3 15…17,

CaO 12…13,

MgO 5…6,

Portlend tsement klinkerini ishlab chiqarishda CMC qoldiqlaridan foydalanish imkoniyati isbotlangan. Olingan tsementlar yuqori mustahkamlik xususiyatlari bilan ajralib turadi.

Klinker hosil bo'lishining issiqlik effekti (TEC) endotermik jarayonlar (ohaktoshning dekarbonizatsiyasi, gil minerallarning suvsizlanishi, suyuq faza hosil bo'lishi) va ekzotermik reaktsiyalar (CMC qoldiqlari tomonidan kiritilgan piritning oksidlanishi, hosil bo'lishi) issiqliklarining algebraik yig'indisi sifatida aniqlanadi. klinker fazalari).

Tsement ishlab chiqarishda skarn-magnetit rudalarini boyitish chiqindilaridan foydalanishning asosiy afzalliklari quyidagilardan iborat:

Texnogen manba hisobiga xomashyo bazasini kengaytirish;

Sement sifatini saqlab qolgan holda tabiiy xom ashyoni tejash;

Klinkerni yoqish uchun yoqilg'i va energiya xarajatlarini kamaytirish;

Kam energiyali faol past asosli klinkerlarni ishlab chiqarish imkoniyati;

Chiqindilarni oqilona yo'q qilish va klinkerni yoqish paytida atmosferaga gaz chiqindilarini kamaytirish orqali ekologik muammolarni hal qilish.

Biosensorlar

Biosensorlar immobilizatsiyalangan fermentlarga asoslangan sensorlardir. Murakkab, ko'p komponentli moddalar aralashmalarini tez va samarali tahlil qilish imkonini beradi. Hozirgi vaqtda ular fan, sanoat, qishloq xo'jaligi va sog'liqni saqlashning qator tarmoqlarida tobora ko'proq foydalanilmoqda. Enzimologiya va muhandislik enzimologiyasi sohasidagi so'nggi yutuqlar fermentativ tahlilning avtomatik tizimlarini yaratish uchun asos bo'lib xizmat qildi. Fermentlarning o'ziga xos fazilatlari - ta'sirning o'ziga xosligi va yuqori katalitik faolligi - bu analitik usulning soddaligi va yuqori sezgirligiga yordam beradi va hozirgi kunga qadar ma'lum va o'rganilgan ko'plab fermentlar tahlil qilinadigan moddalar ro'yxatini doimiy ravishda kengaytirish imkonini beradi.

Enzimatik mikrokalorimetrik datchiklar - fermentativ reaksiyaning issiqlik effektidan foydalanadi. U immobilizatsiyalangan fermentga ega tashuvchi bilan to'ldirilgan va termistorlar bilan jihozlangan ikkita ustundan (o'lchash va nazorat qilish) iborat. Tahlil qilingan namunani o'lchash ustunidan o'tkazilganda, qayd etilgan termal effekt bilan birga bo'lgan kimyoviy reaktsiya sodir bo'ladi. Ushbu turdagi sensor o'zining ko'p qirraliligi bilan qiziq.

Xulosa

Demak, kimyoviy reaksiyalarning issiqlik effektining amaliy qo‘llanilishini tahlil qilib, shunday xulosaga kelishimiz mumkinki, issiqlik effekti kundalik hayotimiz bilan chambarchas bog‘liq, u doimiy izlanishlarga duchor bo‘ladi va amaliyotda yangi qo‘llanmalarni topadi.

Zamonaviy texnologiyalarning rivojlanishi bilan iliq effekt turli sohalarda qo'llanilishini topdi. Kimyo, harbiy, qurilish, oziq-ovqat, tog'-kon sanoati va boshqa ko'plab sohalar o'z ishlanmalarida issiqlik effektidan foydalanadilar. U ichki yonuv dvigatellari, sovutgich va turli yonish qurilmalarida, shuningdek, jarrohlik asboblari, issiqqa chidamli qoplamalar, yangi turdagi qurilish materiallari va boshqalarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi.

Doimiy rivojlanib borayotgan zamonaviy sharoitda biz ishlab chiqarish sohasida tobora ko'proq yangi ishlanmalar va kashfiyotlar paydo bo'layotganini ko'rmoqdamiz. Bu kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektini qo'llashning tobora ko'proq yangi sohalarini talab qiladi.

Chernix E.A.

Adabiyotlar ro'yxati

Musabekov Yu. S., Marselin Berthelot, M., 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P., 1929.

Patent 852586 Rossiya Federatsiyasi. MKI V 28 D 5/00. Olmosni o'lchovli qayta ishlash usuli /A.P.Grigoriev, S.X.Lifshits, P.P.Shamayev (Rossiya Federatsiyasi). - 2 s.