1

Åðºíõèé õèìèéí ëåêö¿¿ä

III.1 ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈÊ. ÕÈÌÈÉÍ ÓÐÂÀËÛÍ ×ÈÃËÝË

Ëåêö ¹ 12

• Àÿíäàà ÿâàãäàõ ººð÷ëºëò. Òåðìîäèíàìèêèéí II õóóëü.

• Ýíòðîïè (S), Ñòàíäàðò ýíòðîïè. Òåðìîäèíàìèêèéí III

õóóëü

• Тогтолцооны энтропи ба х¿ðýýëýí áóé îð÷íû ýíòðîïè

• Ãèááñûí ÷ºëººò ýíåðãè áà óðâàëûí ÷èãëýë

• Гиббсын чөлөөт энергийн өөрчлөлтийг үндэслэн хийх тооцоо

III. Õимийн áîäèñûí õàðèëöàí ¿éë÷ëýë

Бодисын харилцан їйлчлэл. ХИМИЙН УРВАЛ

Юмс

Матери

Õимийн бодис

Õарилцан їйлчлэлЇзэгдэл

Áодис

ΔЕ - энергийн

ΔN - тоо хэмжээний

ΔD - шинж чанар,

бїтэцийн

• тодорхой нєхцєлд

• тодорохой хугацаанд

ЄЄРЧЛЄЛТИЙГ СУДЛАХ АРГАЧЛАЛ:

2. ÕÓÃÖÀÀÍÛ ТÎДÎРÕÎЙ ЇЕ ШÀТÀÍД ÁÎËÎÕ ТÎÎ ÕÝÌЖÝÝÍÈЙ ªªР×˪ËÒ:

ХИМИЙН КИНЕТИКÕóãàöààíû ¿å шàт = õóãàöàà

1. ТОДОРХОЙ НªÕÖªЛÄ (ТªЛªВ ÁАЙÄАЛÄ) ÈЛÐÝÕ ÝНÅÐÃÈЙН ªªÐ×ЛªЛТ :

ТЕРМОДИНАМИК

Õимийн урвал

ЄЄРЧЛЄЛТ

Кэхний тєлєв

ΔÅ

Кэöñèéí тєлєв

Êîíöåíòðàöûí ººð÷ëºëò

Δt1 Δt2 Δt3

ΔÑ1 ΔÑ2 ΔÑ3

3. ÓÐÂÀË ßÂÀÃÄÀÕ ÒÎÃÒÎËÖÎÎÍÄ ÁÎËÎÕ Á¯ÒÝÖ ÁÀÉÃÓÓËÀÌÆÈÉÍ ªªÐ×ËÀËÒ

Õèìèéí òýíöâýð.

• Масс үйлчлэлийн хууль ба тэнцвэр

• Õимийн тэнцвэрийн шилжилт, түүнд нөлөөлөх хүчин зүйлс.

• Ле-Шатальегийн дүрэм

Õ¿÷èë-ñóóðèéí òýíöâýð.

• Аррениусын электролитийн онол. Усан уусмалын орчин- рН

• Áрёнстед-Лоурийн протолитийн онол. Äавсны гидролиз

• Льюисийн элекртон хосын онол

Óñàí óóñìàë äàõü èîíû òýíöâýð

o Áуфер уусмал. Áуфер дэх ионы тэнцвэр, буферийн багтаамж

o Муу уусдаг элекролит. Уусалтын үржвэр.

o Тундас үүсэхүй ба тунадас уусахуй. Èоны урвал.

4

ÒÅÐÌÎÕÈÌÈ

Õèìèéí óðâàëûí ÿâöàä áîëîõ ýíåðãèéí ººð÷ëºëòèéã ñóäëàõ

òåðìîäèíàìèêèéí ñàëáàðõèìèéí õàðèëöàí ¿éë÷ëýëä îðæ áàéãàà áîäèñûí ýíеðãèéí ººð÷ëºëòèéã

òîãòîîõäîî òåðìîäèíàìèêèéí õóóëèéã àøèãëàíà.

ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈÊ

Ýíåðãèéí òîäîðõîé òºðë¿¿ä, òýäãýýðèéí õîîðîíäûí õîëáîî, õàðèëöàí

øèëæèëòèéã ñóäëàíà.

ïðîöåññûí ÷èãëýë, ýíåðãèéí èëðýë, ïðîöåññ ººðºº àÿíäàà ÿâàãäàõ

ç¿é òîãòëûí ìºí ÷àíàðûã èëð¿¿ëíý

Ñóäàëãààíû îíöëîã:

• Õàðèëöàí ¿éë÷èëæ áóé áîäèñûí ýõíèé áà ýöñèéí òºëºâèéã ñóäëàíà

• Ñóäàëãàà ÿâóóëàõ îáüåêòîî îð÷íîîñ òóñãààðëàí òîãòîëöîî ãýæ ¿çíý

Ãåññûí õóóëèéu àøèãëàí:

• õèìèéí öýâýð áîäèñûí ñòàíäàðò

ýíòàëüïèéã òîäîðõîéëæ,

• õèìèéí õóâèðàë ººð÷ëºëòýé õîëáîîòîé

á¿õèé ë äóëààíû èëðýëèéã òîîöîîëäîã.

ÒÅÐÌÎÕÈÌÈ

Тåðìîäèíàìèêèéí I õóóëü áóþó

ýíåðãè õàäãàëàãäàõ, øèëæèõ

õóóëийг судална.

I õóóëийн õèìèéí èëðýëийг

òåðìîõèìèéí ¿íäñýí õóóëü

(Ãåññûí õóóëü) гэнэ.

Òåðìîäèíàìèêèéí I õóóëü:

• ýíåðãè óñòàõã¿é, øèíýýð ¿¿ñýõã¿é õàðèí

íýã õýëáýðýýñ íºãººä øèëæäýã,

• òîãòîëöîîíû íèéëáýð ýíåðãè ÿìàãò

òîãòìîë áàéäàã,

•àæèë áà äóëààí ýêâèâàëåíò õàðüöààãààð

øèëæäýã (A = iQ ),

• òîãòîëöîîíû ýíåðãèéí ººð÷ëºëò òóõàéí

òîãòîëöîîíû ýõíèé áà ýöñèéí òºëºâ

áàéäëààñ õàìààðäàã áîëîõûã òîãòîîдог

Аяíäàà ÿâàãäàõ ¿çýãäýë ò¿¿íèé

÷èãëýëèéã òîäîðõîéëîõ áîëîìæ

олгоно

Уðâàë àÿíäàà ÿâàãäàõ ç¿é

òîãòîë, урвалын ÷èãëýëèéã

тогтоодог.

Тåðìîäèíàìèêèéí II õóóëü

ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈÊ

Òýã êåëüâèíû òåìïåðàòóðò

èäèàë òàëñòûí ýíòðîïèéí

àáñîëþò óòãà, òýãòýé òýíö¿¿

áàéíà.

Àëèâàà òîãòîëöîîíы ýíòðîïèéí

ººðчëºëò ýåðýã, ñºðºã ÿìàð ч

óòãà àâñàí îðчëîíãèéí

ýíòðîïèéí ººðчëºëò èõñýõ

чèãëýлä õóâèðàë, ººðчëºëò

àÿíäàà ÿâàãäàíà.

Тåðìîäèíàìèêèéí III õóóëü

6

Òîãòìîë òåìïåðàòóðò àÿíäàà

ÿâàãäàõ óñíû ôàçûí øèëæèëò.

1880 îíä ýðäýìòýí Клаизус

Судалгааны үр дүнгүүдийг харьцуулан

судлах явцад

• àÿíäàà ÿâàãäàõ ïðîöåññ èë¿¿ öýãöòýé

òºëºâººñ áàãà öýãöýðñýí òºëºâò

øèëæиж байгаа нийтлэг зүй тогтлыг

илрүүлсэн

• аяндаа явагдах үзэгдлын чиглэлийг

тогтооход тогтолцооны эмх цэгцэд гарах

өөрчлөлт чухал үүрэгтэй гэж үзсэн.

Тухайн тогтолцооны эмх цэгцийн үзүүлэлт

(хэмжүүр) -ийг ýíòðîïè (S) ãýæ

íýðëýñýí. Тогтолцоо хэдий эмх цэгцгүй

төлөвт шилжинэ түүний энтропи өснө.

Үүний эсрэгээр цэгцэрсэн төлөвт

шилжихийн хирээр тогтолцооны энтропи

буурна.

Sцэгцгүй S цэгцтэй

7

А. Тогтолцооны энтропи

T

QS øèíãтогт

Тîãòìîë òåìïåðàòóðò îðøèõ òîãòîëöîî

àæèë õèéãýýã¿é áîë ò¿¿íèé øèíãýýñýí

äóëààí òºëºâ áàéäëûí ººðчëºëò õèéõýä

çàðöóóëàãäàíà.

Èймд, тогтмол температурт (T),

тогтолцооны шингээсэн дулаан (Qшиíã)

тухайн тогтолцооны ýíòðîïèéí ººðчëºëòºä

( Sтоãт) õàðãàëçàíà

.

,

8

• Энòðîïèéí ººðчëºëò (ýìõ

öýãöèéí ººðчëºëò) íü òîãòìîë

òåìïåðàòóðûí ¿åä òîãòîëöîîíû

øèíãýýñýí äóëààíààð

õýìæèãäýнэ

• Òîãòîëöîîíû ýöñèéí òºëºâ

ýõíèé òºëºâººñ èë¿¿ öýãöã¿é

(Sýö>Sýõ) áîë тогтолцооны

ýíòðîïèéí ººðчëºëò ýåðýã

óòãàòàé эсрэг тохиолдолд сөрөг

утгатай байна.

•Ýíòðîïèéí ººðчëºëò çºâõºí

òîãòîëöîîíû ýõíèé áà ýöñèéí

òºëºâ áàéäëààñ õàìààðàõ òóë

ýíòðîïèéã òîãòîëöîîíû òºëºâ

áàéäëûí ôóíêö ãýíý

TSQQ тогтõàëààõøèíã )()(

ýõýöтогт SSS

ýõýöтогт SSS

Sýö>Sýõ үед:

Sýö<Sýõ үед:

T

QS øèíãтогт

9

Ñòàíäàðò ýíòðîïè. Êåëüâèíû òýã òåìïåðàòóðò áîäèñûí àòîì, ìîëåêóëóóä

èäèàë òàëñòûí çàíãèëààíä, õàìãèéí öýãöýðñýí òºëºâò, õàìãèéí áàãà ýíåðãèòýé,

õºäºë㺺íã¿é îðøèíî ãýæ ¿çâýë ò¿¿íèé ìàãàäëàë çºâõºí íýã óòãà àâíà.

W = 1, ¿åä

Áîäèñûí ñòàíäàðò ýíòðîïèéã òóðøèëòûí çàìààð òîãòîîíо

01lnlnK0 k'Wk'S Тåðìîäèíàìèêèéí III õóóëü

298S

dTT

QS

T

QS шингшинг

298

298298 ,

Íýã ìîëü áîäèñûã òýã êåëüâèíýýñ (0 K) -ýýñ 298 °Ê õ¿ðòýë õàëààõàä тухайн

бодисын øèíãýýсэн äóëààí (Qшиíã) -íû òîî õýìæýýã áîäèñûí ñòàíäàðò

ìîëèéí ýíòðîïè (ñòàíäàðò ýíòðîïè) ãýæ íýðëýí, S° ýñâýë

ΔTCT

dTCdT

T

ÑS ìîëüìîëü

ìîëü 298298

298

Нýã ìîëü áîäèñûí òåìïåðàòóðûã 0K-ýýñ 298 °Ê õ¿ðòýë ººð÷ëºõºä áîëîõ

áîäèñûí ìîëèéí äóëààí áàãòààìæ (Ñìîëü) áà òåìïåðàòóðûí ººð÷ëºëòèéí

¿ðæâýðèéã ñòàíäàðò ìîëèéí ýíòðîïè ãýíý.

10

Soõий

Soõàт

Soшиí Ýíòðîïè áà

òåìïåðàòóðûí

ºñºëòºä

õàðãàëçàõ óñíû

ôàçûí øèëæèëò.

o

õèé

o

øèí

o

õàò SSS

11

Õèìèéí óðâàëûí ¿åä илрэх ýíòðîïèéí ººðчëºëò, ýíòðîïèéí àäèë óðâàë

õýäýí øàòààð ÿâàгäàõààñ ¿ë õàìààðàн, урвалын эх ба бүтээгдэхүүн

бодисын энтальпийн утгаас хамаарах òóë õèìèéí óðâàëûí ñòàíäàðò

ýíòðîïèéí ººðчëºëò (S óрв) äàðààõ òîìü¸îãîîð èëýðõèéëýãäýíý.

áîäýõòáâó SSS nm ¿ð

Õимийн урвалын ñòàíäàðò

ýíòðîïèéí ººðчëºëò (S ) Ãессийн

хуулинд захирагдана.

Óñíû ôàçûí øèëæèëòèéí ¿åä áîëîõ

ýíòàëüïè áà ýíòðîïèéí ºөðчëºëò

∆Sñóáëèìàö = ∆Sõàéëàõ + ∆Sóóðøèõ

∆Íñóáëèìàö = ∆Íõàéëàõ + ∆Íóуðøèõ

12

Б. Õ¿ðýýëýí áóé îðчíû ýíòðîïè

Хүрээлэн буй орчин ба тогтолцооны хооронд энергийн тасралтгүй

шилжилт явагдана.

•Эндотем урвалын үед явцад тогтолцоо дулаан шингээн, орчны дулаан

буурч, жижиг хэсгийн эмх замбараагүй хөлөдгөөн багасан, орчин илүү

цэгцэрсэн төлөвт шилжинэ. Ийнхүү эндотерм процессын явцад орчны

энтропийн бууралт болно.

Эндотем процесс: Qтогт 0, Qорчин 0 Sорчин 0

•Экзотерм хувирал өөрчлөлтийн явцад, тогтолцоо дулаанаа алдаж, орчны

дулаан ихсэнэ. Орчны жижиг хэсгийн эмх замбараагүй хөдөлгөөн

ихэссэнээр, орчин илүү цэгцгүй төлөвт шилжинэ.

Экзотерм процесс: Qтогт 0, Qорчин 0 Sорчин 0

T

ÍS òîãòорчин

ΔΔ

13

(õèé)3(õèé)2(õèé)2 2NH3HN

êÆ91.80êÆ/ìîëü)45.9(ìîëü2

)ìîëü1ìîëü3(

ìîëü2

)().(

)(ðð

22

3

o

Nf

o

Hf

o

NHâó

o

âó

o

òîãò

HH

HHH

Æ/ê308.0êÆ/Ê0.308

Ê298

êÆ91.8òîãòорчин

T

HS

ΔΔ

Жишээ нь: дараах óðâàë 298 Ê -ä àÿíäàà ÿâàãäàõ ýñýõèéã òîãòîî¸.

Áîäèñûí ¿¿ñýõèéí ñòàíäàðò ýíòаëüïèéí óòãа Õ¿ñíýãòээр өгөгдддөг тул

тухайн урвалын (тогтолцооны) энтальпийн утгыг Ãессын хуулиар

тооцоолно.

∆Sòîãò =∆Sóðâ болох тул,

∆Sîðчëîí = ∆Sòîãò + ∆Sîðчèí =-197 Æ/Ê + 308 Æ/Ê = 111 Æ/Ê

∆Sîðчëîí >0

Îð ëîíãèéí ýíòðîïè ýåðýã óòãàòàé áàéãàà òóë óðâàë 298 Ê -ä

àÿíäàà ÿâàãäàíà.

ýõâáîäòáâó nSmSS ¿ð

ÊÆ/ìîëü197

Ê)]Æ/ìîëü130.6(3

Ê)Æ/ìîëü191.5[(1

Ê)Æ/ìîëü193(2

14

Ãèááñûí ºëººò ýíåðãè áà óðâàëûí èãëýë

Áàéãàëü äýýð áîëîõ á¿õèé ë ººð ëºëò, õóâèðàëûí ¿åä õî¸ð õºäºëãºã õ¿

íýãýí çýðýã ¿éë èëæ áàéäãèéã òîãòîîñîí áàéíà.

• íýã íü òîãòîëöîîã àëü áîëîõ áàãà ýíåðãèòýé òºëºâò øèëæ¿¿ëýõ õ¿ ,

• íºãºº íü òîãòîëöîîã õàìãèéí ìàãàäëàëòàé òºëºâò øèëæ¿¿ëýõ õ¿

(ýðìýëçýë)

Õèìèéí óðâàëûí ¿åä òîãòîëöîîíû ýíåðãè áîëîí ýìõ öýãöëèéí çýðýã

íýãýí çýðýã ººðчëºãääºã òóë òýäãýýðèéí íèéëáýðýýð èëýðõèéëýãäýõ

õºäºëãºãч õ¿ч áóóðàõ чèãò óðâàë ººðºº àÿíäàà ÿâàãäàíà.

STUF Õэрэв процесс тогтмол эзэлхүүн,

температурт явагдаж байвал

тогтолцооны хөдөлгөгч хүч изохор-

изотерм потенциал буюу

Гельмгольцын чөлөөт энерги (∆F) -ээр

тодорхойлогдоно.

V - constant

15

ΔH ΔS ΔG Урвалын жишээ Урвал àÿíäàà явагдах

боломж

- + - aA +bB = cC +Q Áїх экзотерм урвалууд

аяндаа явагдана.

- - -

N2 + 2O2 = 2NO2

Т оС 0

Ýкзотерм урвал илїї бага

температурт явагдана.

+ + - N2O4 = 2NO2

T = 1000 0C

Ýíäîòåðì óðâàë ºíäºð

òåìïåðàòóðò ÿâàãäàíà

+ - +

N2 + 2O2 = 2NO2

Öàõèëãààí

íýðëýãýýð

Òåìïåðàòóðûí

ººð ëºëòººð óðâàë

àÿíäàà ÿâàõã¿é

0 N2 + 2O2 2NO2 Óðâàë òýíöâýðò îðøèíî

Õимийн урвал аяндаа явах боломж ба термодинамикийн

функцїїдийн утгын хамаарал

16

∆F

∆Í

∆U

P∆V

P∆V

T∆S

T∆S

∆G

Изобар ба изохор потенциал өөрчлөлтийн

сөрөг утга орчлонгийн энтропийн эерэг

утгатай дүйцнэ.

-∆Gîðчëîí = +∆Sîðчëîí.

Даалгавар:

Бүлэг 9 –ийн 5 жишээг уншиж

ойлгох