-Mavzu: Gibbs energiyasi. Joul-Tomson effekti

18-Mavzu: Gibbs energiyasi. Joul-Tomson effekti.
Reja:
Gibbs energiyasi.
Joul-Tomson effekti.
Termodinamikaning ikkinchi qonuniga koʻra borliqning entropiyasi spontan (oʻz-oʻzidan sodir boʻladigan) jarayonlar natijasida doimiy ravishda oshib boradi: ΔSborliq=ΔSsistema+ΔSatrof-muhit>0ΔSborliq=ΔSsistema+ΔSatrof-muhit>0delta, start text, S, end text, start subscript, start text, b, o, r, l, i, q, end text, end subscript, equals, delta, start text, S, end text, start subscript, start text, s, i, s, t, e, m, a, end text, end subscript, plus, delta, start text, S, end text, start subscript, start text, a, t, r, o, f, negative, m, u, h, i, t, end text, end subscript, is greater than, 0
Oʻzgarmas bosim va haroratda Gibbs erkin energiyasining oʻzgarishi ΔG=ΔH−TΔSΔG=ΔH−TΔSdelta, start text, G, end text, equals, delta, start text, H, end text, minus, start text, T, end text, delta, start text, S, end text formula bilan aniqlanadi.
ΔGΔGdelta, start text, G, end text manfiy boʻlsa, jarayon oʻz-oʻzidan boradi va ekzergonik deb ataladi.
Spontan jarayonlar haroratga bogʻliq boʻladi.
Spontan (oʻz-oʻzidan sodir boʻladigan) jarayonlar
Kimyoda oʻz-oʻzidan boradigan jarayonlar tashqi muhitdan energiya olmasdan sodir boʻladi. Spontan jarayonlar tez yoki sekin borishi mumkin, chunki spontanlikning (oʻz-oʻzidan sodir boʻlish) kinetikasi yoki reaksiya tezligi yoʻq. Klassik misol sifatida quyidagi reaksiyani keltirishimiz mumkin: olmos shaklidagi uglerodning grafitga aylanish jarayoni
C(�,olmos)→C(�,grafit)C(q,olmos)→C(q,grafit)start text, C, end text, left parenthesis, q, comma, start text, o, l, m, o, s, end text, right parenthesis, right arrow, start text, C, end text, left parenthesis, q, comma, start text, g, r, a, f, i, t, end text, right parenthesis
Bu reaksiya shunchalik uzoq davom etadiki, odamlarning odatiy vaqt hisobi bilan aniqlab boʻlmaydi, shuning uchun “olmos abadiydir” deyishadi. Agar biz yetarlicha uzoq kutishimiz mumkin boʻlganda edi, biz olmos shaklidagi uglerodning yanada barqaror, ammo kamroq yorqin, grafit shakliga aylanishini koʻrishimiz mumkin boʻlardi.
Yodda tutish kerak boʻlgan yana bir narsa, spontan jarayonlar ekzotermik yoki endotermik boʻlishi mumkin. Bu esa spontan jarayonlarning entalpiya oʻzgarishi ΔHΔHdelta, start text, H, end text bilan bogʻliq emasligini taʼkidlashning yana bir usulidir.
Jarayon oʻz-oʻzidan sodir boʻlishini qanday bilamiz? Qisqa, ammo biroz murakkab javob: biz termodinamikaning ikkinchi qonunini qoʻllashimiz mumkin. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga koʻra har qanday oʻz-oʻzidan sodir boʻladigan jarayon borliqdagi entropiyasini orttirishi kerak. Buni matematik tarzda quyidagicha ifodalash mumkin:
ΔSborliq=ΔSsistema+ΔSatrof-muhit>0 Spontan jarayonlar uchun
Ajoyib! Shunday qilib, biz butun borliqning entropiyasi oʻzgarishini oʻlchashimiz kerak, toʻgʻrimi? Baxtga qarshi, yuqorida koʻrsatilgan usulda ikkinchi qonunni amalda qoʻllashda biroz noqulayliklar boʻlishi mumkin. Dastlab kimyogarlar uzoq vaqt stakandagi kimyoviy reaksiya ketganda sistemaning oʻzgarishi bilan qiziqishgan. Haqiqatan ham biz butun olamni oʻrganishimiz kerakmi? (Bu kimyogarlar dangasa yoki boshqa degani emas, lekin biz buni qanday qilishimiz mumkin?)
Yaxshiyamki, kimyogarlar borliqning entropiya oʻzgarishini Gibbs erkin energiyasi deb nomlangan yangi termodinamik qiymatni aniqlash va qoʻllash orqali topishlari mumkin.
Gibbsning erkin eneriyasidan spontan jarayonlarni aniqlashda foydalanganimizda biz uning mutloq qiymati GGstart text, G, end text ni emas, faqatgina uning oʻzgarishini topamiz. Shunday qilib, Gibbs erkin energiyasining oʻzgarishi ΔGΔGdelta, start text, G, end text, mahsulotlarning Gibbsning erkin energiyasi GoxirgiGoxirgistart text, G, end text, start subscript, start text, o, x, i, r, g, i, end text, end subscript va reagentlarning Gibbs erkin energiyalari GboshlangʻichGboshlangʻichstart text, G, end text, start subscript, start text, b, o, s, h, l, a, n, g, ʻ, i, c, h, end text, end subscript oʻrtasidagi farqqa teng boʻladi.
ΔG=Goxirgi−Gdastlabki
ΔGsistema=ΔHsistema−TΔSsistema
Bundan tashqari koʻrishingiz mumkinki, ushbu reaksiya tenglamasidagi termodinamik qiymatlar sistemaga (atrof-muhit yoki borliqqa emas!) tegishli ekani koʻrsatilmagan holda yozilgan, ammo bu qiymatlar ΔHΔHdelta, start text, H, end text va ΔSΔSdelta, start text, S, end text sistema uchun ekani hammaga tushunarli. Ushbu tenglama juda qiziqarli, chunki sistema entalpiyasining oʻzgarishi ΔHΔHdelta, start text, H, end text va entropiyasining oʻzgarishidan ΔSΔSdelta, start text, S, end text foydalanib Gibbsning erkin energiyasini oʻzgarishini topishimiz mumkin. ΔGΔGdelta, start text, G, end text dan foydalanib biz reaksiya spontan ravishda ketib toʻgʻri yoʻnalishda boradimi, yoki teskari yoʻnalishda ketadimi, yoki muvozanatda boʻladimi, degan savollarga javob topishimiz mumkin.
Agar ΔG<0ΔG<0delta, start text, G, end text, is less than, 0 boʻlsa, jarayon ekzergonik boʻladi va koʻproq mahsulot hosil boʻlib, oʻz-oʻzidan toʻgʻri yoʻnalishda ketadi.
Agar ΔG>0ΔG>0delta, start text, G, end text, is greater than, 0 boʻlsa, jarayon endergonik boʻladi va oʻz-oʻzicha toʻgʻri yoʻnalishda ketmaydi. Aksincha, teskari yoʻnalishga, boshlangʻich mahsulotlar hosil boʻlishi tomon ketadi.
Agar ΔG=0ΔG=0delta, start text, G, end text, equals, 0 boʻlsa, sistema muvozanatda boʻladi va mahsulot va reagentning konsentratsiyasi oʻzgarmas boʻlib qoladi.
|