Asosiy kontent

Kimyo

Course: Kimyo > Unit 15

Lesson 2: Entalpiya

Bogʻ entalpiyasi va reaksiya entalpiyasi

Bogʻ entalpiyasini aniqlash va reaksiya issiqligini aniqlashda qanday qilib bogʻ energiyasidan foydalanishni oʻrganish

Kimyoviy bogʻlar energiyasi

Kimyoviy bogʻ potensial energiyani ifodalaydi. Turli molekulalardagi kimyoviy bogʻlar bilan ifodalangan energiyaning miqdorini aniqlash reaksiyaning umumiy energiya taʼsirini tushunishning muhim qismidir. Ushbu maqolada biz ushbu energiyani tasvirlashga yordam beradigan ikki xil tushunchani koʻrib chiqamiz: reaksiya entalpiyasi va bogʻ entalpiyasi.

Reaksiya entalpiyasi

Kimyoviy reaksiya davomida atomlar orasidagi bogʻ uzilishi, qayta guruhlanishi yoki ikkalasida ham energiya yutishi yoki ajratishi mumkin. Natijada sistemaning potensial energiyasi oʻzgaradi. Doimiy bosim ostida sistemaga yutiligan yoki chiqarilgan issiqlik entalpiya deb ataladi va kimyoviy reaksiya natijasida oʻzgargan entalpiya reaksiya entalpiyasi deb ataladi. Reaksiya entalpiyasi odatda delta, start text, H, end text, start subscript, start text, r, e, a, k, end text, end subscript deb yoziladi.

Reaksiya entalpiyasini yaxshiroq tushunish uchun propenning (start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 6, end subscript) gidrogenlanib propanga (start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 8, end subscript) oʻtishini koʻrib chiqamiz. Bu reaksiyada propen gazi vodorod gazi (start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis) bilan reaksiyaga kirishadi va propan gaziga aylanadi:

$~~~~~~~\text{C}_3 \text{H}_6(g)~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~ \text H_2(g) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\text{C}_3 \text H_8 (g)$ space, space, space, space, space, space, space, start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 6, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 8, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis

Reaksiyada nima boʻladi? Dastlab reagentlarning uglerodlar orasidagi start color #1fab54, start text, C, end text, equals, start text, C, end text, end color #1fab54 bogʻi va vodorodlar orasidagi start color #1fab54, start text, H, end text, minus, start text, H, end text, end color #1fab54 bogʻi uziladi. Qoidaga koʻra atomlar oʻrtasidagi bogʻlarni uzish uchun energiya sarflash kerak boʻladi. Bogʻ qanchalik mustahkam boʻlsa, uni uzish uchun shunchalik koʻp energiya kerak boʻladi. Mahsulotimiz boʻlmish propanni hosil qilishda yangi start color #aa87ff, start text, C, negative, C, end text, end color #aa87ff bogʻ va ikkita yangi start color #aa87ff, start text, C, negative, H, end text, end color #aa87ff bogʻ shakllanadi. Bogʻlarni uzish energiya sarflashni talab qilgani kabi unga teskari boʻlgan jarayon yangi bogʻlarning hosil boʻlishi energiya ajralishi bilan boradi. Hosil boʻlayotgan bogʻ qanchalik mustahkam boʻlsa, shunchalik koʻp energiya ajraladi. Ayni reaksiyada yangi bogʻlar hosil boʻlishida ajralgan energiya bogʻlar uzilishida sarflangan energiyadan kattaroq boʻlgani sababli sistema reagentlarga qaraganda kamroq potensial energiyaga ega. Bu reaksiya entalpiyasining manfiy ekanini anglatadi.

Matematik jihatdan biz reaksiya entalpiyasini mahsulotlar bogʻlarining potensial energiyalari va reagentlarning potensial energiyalari oʻrtasidagi farq deb olishimiz mumkin:

$\begin{aligned}\Delta\text H_{\text{reak}}&=\text{mahsulot bogʻlarining potensial energiyasi}-\text{reagent bogʻlarining potensial energiyasi}\\ \\ &=\text{reagent bogʻlarini uzish uchun sarflangan energiya}+\text{mahsulot bogʻlari hosil boʻlganda ajralib chiqqan energiya}\end{aligned}$

Reaksiya mahsulotlarining potensial energiyasi reagentnikidan kamroq boʻlsa, masalan, yuqorida bayon qilingan propenni gidrogenlash kabi bu reaksiya ekzotermik deyiladi. Reaksiyada mahsulotlarning potensial energiyasi reagentnikidan yuqoriroq boʻlsa, endotermik boʻladi.

Ekzotermik reaksiyalarda ajralgan energiya shunchaki yoʻqolib ketmaydi, issiqlik koʻrinishida kinetik energiyaga oʻtadi. Buni reaksiya jarayonida haroratning ortayotganini koʻrishimiz mumkin. Boshqa tomondan endotermik reaksiyalarda koʻpincha mahsulot hosil boʻlishi uchun energiya sarflanishini talab qiladi. Amalda bu turdagi reaksiyalarda koʻpincha issiqlik manbai bilan yuqori haroratda olib borilishini anglatadi.

Berilgan reaksiya uchun reaksiya entalpiyasini hisoblashning bitta usuli reaksiyada ishtirok etayotgan barcha molekulalarning standart hosil boʻlish entalpiyalaridan foydalanish hisoblanadi. Ushbu qiymatlar birikmaning oddiy moddalardan hosil boʻlgandagi entalpiyaning oʻzgarishini tasvirlaydi. Mahsulotlarning standart hosil boʻlish entalpiyalaridan reagentlarning hosil boʻlishning standart entalpiyalarini ayirib tashlasak, sistema uchun reaksiya entalpiyasiga yaqinroq qiymatni olamiz. Hosil boʻlish entalpiyalari (shuningdek, hosil boʻlish issiqligi deb ataladi) va reaksiya entalpiyasini hisoblashda ulardan qanday foydalanish haqida koʻproq bilish uchun standart hosil boʻlish issiqligi va reaksiya entalpiyasini hisoblashda hosil boʻlish issiqliklaridan foydalanish toʻgʻrisidagi video ni koʻrib chiqing.

Reaksiya entalpiyasini topishning yana bir muqobil usuli, reaksiyada qatnashgan har bir bogʻni koʻrib chiqishdir. Agar biz bogʻlarni hosil boʻlishi va parchalanishi uchun qancha energiya zarurligini bilsak, bu qiymatlardan reaksiya entalpiyasi topishda foydalana olamiz. Ushbu usulni ushbu maqolaning qolgan qismida batafsil muhokama qilamiz.

Bogʻ entalpiyasi

Bogʻ entalpiyasi (bogʻ-dissotsatsiya entalpiyasi, oʻrtacha bogʻ energiyasi yoki bogʻ kuchi sifatida ham bilamiz) molekuladagi atomlar orasidagi bogʻlardagi potensial energiyani ifodalaydi. Xususiy holda gaz fazasidagi bogʻni gomolitik yoki simmetrik uzish kerak boʻladigan energiyani ifodalaydi. Bogʻni gomolitik yoki simmetrik uzish hodisasi shuni anglatadiki, bogʻ uzilganda ion hosil qilishdan farqli oʻlaroq, dastlabki bogʻlanishda qatnashgan har bir atom bittadan elektronni oladi va radikalga aylanadi.

Kimyoviy bogʻlar termodinamik jihatdan afzal boʻlgani sababli paydo boʻladi va ularning buzilishi muqarrar energiya sarfi bilan boradi. Shu sababdan bogʻ entalpiyasining qiymati doimo musbat boʻladi va odatda start text, k, J, slash, m, o, l, end text yoki start text, k, k, a, l, slash, m, o, l, end text larda oʻlchanadi. Bogʻ entalpiyasi qanchalik yuqori boʻlsa, bogʻni uzish uchun shunchalik koʻp energiya sarflanadi va bogʻ kuchliroq boʻladi. Yangi bogʻ hosil boʻlganda qancha energiya chiqishini aniqlash uchun uni parchalamasdan, balki shunchaki bogʻlanish entalpiyasining qiymatini manfiy holatga keltiramiz.

Bogʻ entalpiyasining qiymatlaridan koʻp foydalanishgani sababli koʻp uchraydigan bogʻlar uchun oʻrtacha bogʻlar entalpiyalari qiymati maʼlumot jadvallarida mavjud. Aslida bogʻlarning hosil boʻlishi va uzilishida haqiqiy energiya oʻzgarishi maʼlum bir molekuladagi qoʻshni atomlarga ham bogʻliq boʻlsa-da, jadvallarda mavjud boʻlgan oʻrtacha qiymatlar taxminiy qiymatlar sifatida ishlatilishi mumkin.

Maslahat: jadvallarda keltirilgan bogʻ qiymatlari bir mol moddadagi bitta bogʻ uchun berilgan. Bu shuni anglatadiki, agar bir xil bogʻlar bir nechta boʻlsa yoki reaksiyada hosil boʻlsa, bu reaksiya uchun siz hisob-kitob vaqtida bogʻ entalpiyasini bir xil turdagi bogʻlar soniga koʻpaytirishingiz kerak. Yana, shuningdek, tenglama toʻgʻri tenglashtirilganiga ishonch hosil qiling va koeffitsiyentlar har bir bogʻni toʻgʻri ifodalagan holda mumkin boʻlgan eng kichik butun sonlar bilan yozilganiga eʼtibor qiling.

Reaksiya entalpiyasini hisoblashda bogʻ energiyasidan foydalanish

Bogʻ entalpiyalarini tushunib olganimizdan soʻng, biz ularni reaksiya entalpiyasini hisoblash uchun ishlatamiz. Buning uchun biz quyidagi ketma-ketlikdan foydalanishimiz mumkin:

1-bosqich. Reagentlardagi qaysi bogʻlar uzilganini aniqlang va ularning bogʻ entalpiyalarini toping.

2-bosqich. Uzilgan barcha bogʻlar energiyalarini qoʻshib chiqing.

3-bosqich. Mahsulotlarda qanday yangi bogʻlar hosil boʻlayotganini aniqlang va ularning manfiy bogʻ entalpiyasi sifatida koʻrsating. Unutmangki, bogʻlar hosil boʻlganda ajraladigan energiyani topish uchun bogʻ entalpiyasi qiymatlarini ishorasini almashtiramiz.

4-bosqich. Mahsulotlardagi yangi hosil boʻlgan bogʻlar entalpiyasini qoʻshing.

5-bosqich. Reaksiya entalpiyasini topish uchun bogʻlar uzilishi (2-bosqichdan) va bogʻlar hosil boʻlishining (4-bosqichdan) umumiy qiymatlarini birlashtiring.

Misol: propenning gidrogenlanishi

Keling, maqolamiz boshida koʻrib chiqqan misolimiz – propen gidratlanishining reaksiya entalpiyasini topamiz.

1-bosqich: uzilgan bogʻlarni topish

Ushbu reaksiyada bitta start text, C, end text, equals, start text, C, end text bogʻ va bitta start text, H, end text, minus, start text, H, end text bogʻ uziladi.

Maʼlumotnomadan start text, C, end text, equals, start text, C, end text bogʻning bogʻ entalpiyasi 610, start text, k, J, slash, m, o, l, end text ekanini va start text, H, end text, minus, start text, H, end text bogʻniki esa 436, start text, k, J, slash, m, o, l, end text ekanligni aniqlaymiz.

2-bosqich: uzilgan bogʻlarning energiyalari yigʻindisini topamiz

1-bosqich dagi maʼlumotlarni umumlashtirsak, quyidagilarni olamiz:

start color #1fab54, start text, U, z, i, l, g, a, n, space, b, o, g, ʻ, l, a, r, n, i, n, g, space, e, n, e, r, g, i, y, a, s, i, end text, end color #1fab54, equals, 610, start text, k, J, slash, m, o, l, end text, plus, 436, start text, k, J, slash, m, o, l, end text, equals, 1046, start text, k, J, slash, m, o, l, end text

propan va vodorod gazidagi kerakli bogʻlarni uzish uchun zarur boʻlgan umumiy energiya.

3-bosqich: hosil boʻlgan bogʻlarni aniqlash

Ushbu reaksiyada bitta yangi start text, C, end text, minus, start text, C, end text bogʻ va ikkita yangi start text, C, end text, minus, start text, H, end text bogʻ hosil boʻladi.

Maʼlumotnomadan start text, C, end text, minus, start text, C, end text bogʻning bogʻ entalpiyasi 346, start text, k, J, slash, m, o, l, end text ekanini va start text, C, end text, minus, start text, H, end text bogʻning bogʻ entalpiyasi 413, start text, k, J, slash, m, o, l, end text ekanini topamiz. Ushbu bogʻlar hosil boʻlganda qancha energiya sarflanganini topish uchun har bir bogʻ entalpiyasini minus, 1 ga koʻpaytirish kerak. Bundan tashqari ikkita yangi start text, C, end text, minus, start text, H, end text bogʻ hosil boʻlgani uchun start text, C, end text, minus, start text, H, end text bogʻning entalpiyasini 2 ga koʻpaytirishimiz kerak.

4-bosqich: yangi bogʻlar hosil qilishda ajralgan umumiy energiyani topish

3-bosqich dagi qiymatlarni qoʻshib chiqamiz:

start color #aa87ff, start text, M, a, h, s, u, l, o, t, d, a, g, i, space, b, o, g, ʻ, l, a, r, space, h, o, s, i, l, space, b, o, ʻ, l, g, a, n, d, a, space, a, j, r, a, l, g, a, n, space, e, n, e, r, g, i, y, a, end text, end color #aa87ff, equals, minus, 346, start text, k, J, slash, m, o, l, end text, plus, left parenthesis, 2, times, minus, start text, 413, end text, start text, k, J, slash, m, o, l, end text, right parenthesis, equals, minus, 1172, start text, k, J, slash, m, o, l, end text

yangi bogʻlarni hosil boʻlganda ajralgan umumiy energiya.

5-bosqich: uzilgan va hosil boʻlgan bogʻlarning energiyalarini qoʻshing

2-bosqich va 4-bosqichdan bogʻlarni uzish uchun 1046, start text, k, J, end text energiya va bogʻlarni hosil qilish uchun minus, 1172, start text, k, J, end text energiya kerakligini bilib oldik. Ushbu qiymatlarni qoʻshsak, reaksiya entalpiyasini olamiz:

$\begin{aligned}\Delta\text H_{\text{reak}}&=\text{reagent bogʻlarini uzish uchun sarflangan energiya}+\text{mahsulot bogʻlari hosil boʻlganda ajralgan energiya}\\ \\ &=1046\,\text{kJ/mol}+(-1172\,\text{kJ/mol})\\ \\ &=-126\,\text{kJ/mol}\end{aligned}$

Propenni gidrogenlash reaksiyasini entalpiyasining qiymati manfiy boʻlganidan reaksiya ekzotermik ekanini bilamiz.

Xulosa

Bogʻ entalpiyasi va reaksiya entalpiyasi bizga kimyoviy sistemalar reaksiyalar vaqtida energiyadan qanday foydalanishini tushunishimizga yordam beradi. Bogʻ entalpiyasi bogʻlarni uzish yoki hosil qilish uchun qancha energiya talab qilinishini tavsiflaydi, shuningdek, bogʻlar mustahkamligining oʻlchovi hamdir. Reaksiya davomida uzilgan va hosil boʻlgan barcha bogʻlar uchun bogʻ entalpiyalari qiymatlarini birlashtirib, doimiy bosimdagi reaksiya uchun sistemaning potensial energiyasining umumiy oʻzgarishini delta, start text, H, end text, start subscript, start text, r, e, a, k, end text, end subscript hisoblash mumkin. Reaksiyaning entalpiyasi musbat yoki manfiy boʻlishiga qarab, reaksiyaning endotermik yoki ekzotermik boʻlishini aniqlashimiz mumkin.

[Qoʻshimcha maʼlumotlar va manbalar]

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.