Реакциялардағы энергия

Оқулық: Оспанова М.Қ., Аухадиева Қ.С., Белоусова Т.Г. Химия: 8-сынып. — Алматы: Мектеп, 2018. Мәтін — оқулық тақырыптары бойынша өз сөзімізбен жазылған конспект. Жақшадағы бет — параграфтың басталатын беті.

§20. Отынның жануы және энергияның бөлінуі (8-сынып, 73-б.)

Отын — жанғанда көп жылу бөлетін және экономикалық тиімді заттар. Агрегаттық күйіне қарай: қатты отын (антрацит, тас көмір, қоңыр көмір, шымтезек, ағаш), сұйық отын (бензин, керосин, дизель отыны, мазут), газ тәрізді отын (табиғи газ — негізінен метан, ілеспе газ, пропан-бутан).

Жану — заттың оттекпен жылу мен жарық бөле жүретін тотығу реакциясы. Жану үшін үш шарт қажет: жанғыш зат, оттек (ауа), тұтану температурасына дейін қыздыру. Тұтану температурасы — заттың өздігінен жана бастайтын ең төменгі температурасы.

Толық жану: C + O₂ → CO₂; CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Оттек жетіспегенде толымсыз жану жүреді: 2C + O₂ → 2CO, сонымен қатар күйе (C) түзіледі. Иіс газы (CO) — түссіз, иіссіз, өте улы газ; пеш мұржасын ерте жабу қауіпті.

Отынның сапасы оның жылу бөлу қабілетімен бағаланады: антрацит пен табиғи газ жоғары жылу береді, шымтезек пен ағаш — аз. Газ отыны ең таза жанады, күл қалдырмайды.

Өрт сөндіру жану шарттарының бірін жою арқылы жүзеге асады: оттектің келуін тоқтату (құм, кошма, көбік, CO₂ өрт сөндіргіші), суыту (су), жанғыш затты алып тастау. Антипирендер — материалдарды жануға төзімді ету үшін сіңдірілетін заттар.

Жанармай жағудың экологиялық салдарлары: CO₂ (жылыжай эффектісі), SO₂ және азот оксидтері (қышқыл жаңбыр), күйе мен ұсақ шаң (түтін-тұман, смог).

§21. Жылыжай эффектісі (8-сынып, 76-б.)

Күн сәулесі Жер бетін жылытады, ал жылынған Жер беті инфрақызыл (жылу) сәулелер шығарады. Атмосферадағы кейбір газдар бұл жылу сәулелерін жұтып, Жерге кері қайтарады — жылыжайдың шынысы сияқты. Бұл құбылыс жылыжай эффектісі деп аталады.

Табиғи жылыжай эффектісі тіршілік үшін қажет: онсыз Жер бетінің орташа температурасы шамамен −18 °C болар еді, ал қазір шамамен +15 °C.

Негізгі жылыжай газдары: су буы, көмірқышқыл газы (CO₂), метан (CH₄), азот(I) оксиді (N₂O), фреондар, озон.

Адам әрекетінің әсері: көмір, мұнай, газ жағу, ормандарды кесу CO₂ мөлшерін арттырады; мал шаруашылығы, күріш алқаптары, қоқыс үйінділері метан бөледі. Нәтижесінде жылыжай эффектісі күшейіп, ғаламдық жылыну байқалады.

Салдарлары: мұздықтардың еруі, мұхит деңгейінің көтерілуі, климаттың өзгеруі, құрғақшылық пен су тасқындары, экожүйелердің бұзылуы.

Шешу жолдары: жаңартылатын энергия көздері (күн, жел, су), энергияны үнемдеу, орман отырғызу, отынды тиімді жағу, Париж келісімі сияқты халықаралық келісімдер.

§22. Экзотермиялық және эндотермиялық реакциялар. Жылу эффектісі (8-сынып, 80-б.)

Химиялық реакцияларда ескі байланыстар үзіліп (энергия жұмсалады), жаңа байланыстар түзіледі (энергия бөлінеді). Осы екі шаманың айырмасы реакцияның жылу эффектісін береді.

Экзотермиялық реакция — жылу бөле жүретін реакция (жану, бейтараптану, металдың қышқылмен әрекеттесуі, сөндірілмеген әктің сумен әрекеттесуі). Ортаның температурасы көтеріледі.

Эндотермиялық реакция — жылу жұтып жүретін реакция (әктасты айыру CaCO₃ → CaO + CO₂, фотосинтез, ас содасы мен лимон қышқылының әрекеттесуі). Ортаның температурасы төмендейді.

Жылу эффектісі (Q) — реакция кезінде бөлінген немесе жұтылған жылу мөлшері, кДж-мен өлшенеді. Энтальпия өзгерісі ΔH-пен де белгіленеді: экзотермиялық реакцияда ΔH < 0 (Q > 0), эндотермиялық реакцияда ΔH > 0 (Q < 0).

Энергетикалық диаграммада экзотермиялық реакцияның өнімдері реагенттерден төмен, эндотермиялық реакцияның өнімдері жоғары орналасады. Реакция басталуы үшін қажет энергия активтендіру энергиясы деп аталады.

Еру кезінде де жылу эффектісі байқалады: NaOH суда еригенде ерітінді қызады, ал NH₄NO₃ немесе KCl еригенде суиды (суық компресс осыған негізделген).

§23. Термохимиялық теңдеулер бойынша есептеулер (8-сынып, 83-б.)

Термохимиялық теңдеу — жылу эффектісі көрсетілген реакция теңдеуі. Мысалы: C(қ) + O₂(г) → CO₂(г) + 394 кДж CaCO₃(қ) → CaO(қ) + CO₂(г) − 178 кДж Мұнда заттардың агрегаттық күйі көрсетіледі, коэффициенттер моль санын білдіреді (сондықтан бөлшек коэффициент те болуы мүмкін).

Жылу мөлшері зат мөлшеріне тура пропорционал. Есептеу: Q = (n берілген / n теңдеудегі) · Q теңдеудегі.

Мысал: 2H₂ + O₂ → 2H₂O + 572 кДж. 8 г сутек жанғанда қанша жылу бөлінеді? n(H₂) = 8/2 = 4 моль. Теңдеуде 2 моль → 572 кДж, демек 4 моль → 1144 кДж.

Мысал: 24 г көміртек жанғанда 788 кДж жылу бөлінді. Термохимиялық теңдеуді құрастырыңыз. n(C) = 24/12 = 2 моль; 1 моль үшін Q = 788/2 = 394 кДж. Теңдеу: C + O₂ → CO₂ + 394 кДж.

Мысал: 1 моль метан жанғанда 890 кДж бөлінеді. 1780 кДж жылу алу үшін қ.ж. қанша литр метан керек? n = 1780/890 = 2 моль; V = 2 · 22,4 = 44,8 л.

4-зертханалық тәжірибе. Энергияның өзгеруімен жүретін химиялық реакциялар (8-сынып, 85-б.)

Төрт процесте сынауық сыртын қолмен ұстап немесе термометрмен температура өзгерісі бақыланады: 1) натрий карбонаты + сұйылтылған сірке қышқылы; 2) калий хлоридін суда еріту; 3) лимон қышқылы + натрий гидрокарбонаты; 4) магний + сұйылтылған күкірт қышқылы.

Күтілетін нәтиже: магний мен күкірт қышқылының реакциясы жылу бөледі (экзотермиялық, сынауық қызады); калий хлоридінің еруі және лимон қышқылы мен ас содасының реакциясы жылу жұтады (сынауық суиды, эндотермиялық). Әр процесс үшін теңдеу жазылып, типі анықталады: Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂↑; Na₂CO₃ + 2CH₃COOH → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂↑.

Қауіпсіздік: қышқыл және сілті ерітінділерімен сақ жұмыс істеу.