Reaksiyaların dörd əsas tipi

Başlanğıc maddələrin və məhsulların sayına və tərkibinə görə reaksiyalar dörd tipə bölünür:

Birləşmə: iki və ya bir neçə maddədən bir mürəkkəb maddə alınır: $\mathrm{CaO+H_2O=Ca(OH)_2}$ .
Parçalanma: bir mürəkkəb maddədən iki və ya daha çox maddə alınır: $\mathrm{CaCO_3=CaO+CO_2}$ , $\mathrm{2KMnO_4=K_2MnO_4+MnO_2+O_2}$ .
Əvəzetmə: bəsit maddənin atomları mürəkkəb maddədəki elementlərdən birinin atomlarını əvəz edir: $\mathrm{Zn+2HCl=ZnCl_2+H_2}$ , $\mathrm{Fe+CuSO_4=FeSO_4+Cu}$ .
Dəyişmə (mübadilə): iki mürəkkəb maddə tərkib hissələrini dəyişir: $\mathrm{NaOH+HCl=NaCl+H_2O}$ , $\mathrm{BaCl_2+Na_2SO_4=BaSO_4\downarrow+2NaCl}$ .

Məhlulda mübadilə reaksiyası o zaman sona qədər gedir ki, çöküntü, qaz və ya az dissosiasiya edən maddə (məsələn, su) əmələ gəlsin. Əvəzetməyə mütləq bəsit və mürəkkəb maddə daxil olur. Bütün reaksiyalar bu dörd tipə sığmır: məsələn, $\mathrm{CH_4+2O_2=CO_2+2H_2O}$ .

Homogen və heterogen reaksiyalar

Homogen reaksiyada bütün maddələr bir fazadadır: qaz qarışığında ( $\mathrm{H_2+Cl_2=2HCl}$ ) və ya məhlulda ( $\mathrm{NaOH+HCl}$ ). Reaksiya bütün həcm boyu gedir.

Heterogen reaksiyada maddələr müxtəlif fazalardadır və reaksiya yalnız onların toxunma səthində gedir: kömürün yanması, sinkin xlorid turşusu ilə reaksiyası. Ona görə heterogen reaksiyanın sürəti bərk maddənin xırdalanma dərəcəsindən (səthin sahəsindən) asılıdır.

İstilik effekti, ekzotermik və endotermik reaksiyalar

Reaksiya zamanı ayrılan və ya udulan istilik miqdarına istilik effekti ( $Q$ ) deyilir. İstilik ayrılan reaksiyalar ekzotermik ( $Q>0$ ), istilik udulan reaksiyalar endotermik ( $Q<0$ ) adlanır. Çox vaxt entalpiyanın dəyişməsi də işlədilir: $\Delta H=-Q$ , yəni ekzotermik reaksiyada $\Delta H<0$ .

Maddələrin aqreqat halı və istilik effekti göstərilən tənliyə termokimyəvi tənlik deyilir:

\mathrm{C(qrafit)+O_2(q)=CO_2(q)}+393{,}5\ \text{kC}

\mathrm{CaCO_3(b)=CaO(b)+CO_2(q)}-178\ \text{kC}

Burada əmsallar mol sayını göstərir, ona görə kəsr əmsal da yazmaq olar: $\mathrm{H_2(q)+\tfrac12O_2(q)=H_2O(m)}+286$ kC. Yanma və neytrallaşma reaksiyaları ekzotermik, parçalanma reaksiyalarının çoxu isə endotermikdir.

Əmələgəlmə istiliyi, yanma istiliyi, istiliktörətmə qabiliyyəti

Əmələgəlmə istiliyi 1 mol mürəkkəb maddənin bəsit maddələrdən (onların davamlı formalarından) əmələ gəlməsi zamanı ayrılan və ya udulan istilikdir. Bəsit maddələrin ( $\mathrm{O_2}$ , $\mathrm{H_2}$ , qrafit) əmələgəlmə istiliyi sıfır qəbul edilir. Yuxarıdakı tənliyə görə $\mathrm{CO_2}$ -nin əmələgəlmə istiliyi 393,5 kC/mol-dur.

Yanma istiliyi 1 mol maddənin oksigendə tam yanması zamanı ayrılan istilikdir (karbon $\mathrm{CO_2}$ -yə, hidrogen suya çevrilir). Metanın yanma istiliyi təxminən 890 kC/mol-dur.

Yanacağın istiliktörətmə qabiliyyəti 1 kq yanacağın (qaz yanacaq üçün çox vaxt 1 m³-ün) tam yanmasından ayrılan istilikdir. Metan üçün: $\dfrac{890\ \text{kC}}{16\ \text{q}}\approx55{,}6$ kC/q, yəni təxminən 55,6 MC/kq.

Hess qanunu və termokimyəvi hesablamalar

Hess qanunu: reaksiyanın istilik effekti yalnız başlanğıc maddələrin və məhsulların halından asılıdır, prosesin hansı yolla (neçə mərhələdə) getməsindən asılı deyil. Karbonu birbaşa $\mathrm{CO_2}$ -yə qədər yandırsaq da, əvvəlcə $\mathrm{CO}$ alıb sonra onu yandırsaq da, ümumi istilik 393,5 kC olur: $110{,}5+283=393{,}5$ .

Qanunun nəticəsi: reaksiyanın istilik effekti məhsulların əmələgəlmə istilikləri cəmi ilə başlanğıc maddələrin əmələgəlmə istilikləri cəminin fərqinə bərabərdir (əmsallar nəzərə alınır):

Q_{\text{r}}=\sum Q_{\text{m}}-\sum Q_{\text{b}},

burada $Q_{\text{m}}$ məhsulların, $Q_{\text{b}}$ isə başlanğıc maddələrin əmələgəlmə istilikləridir.

Termokimyəvi tənlik üzrə hesablamada istilik maddə miqdarına düz mütənasibdir: tənlikdə $n$ mol maddəyə $Q$ istilik uyğundursa, $x$ mol üçün istilik $\dfrac{x}{n}\,Q$ olar.

Yadda saxla

Birləşmə: $\mathrm{A+B=AB}$ ; parçalanma: $\mathrm{AB=A+B}$ ; əvəzetmə: bəsit + mürəkkəb maddə; mübadilə: iki mürəkkəb maddə tərkib hissələrini dəyişir.
Homogen reaksiya bir fazada bütün həcm boyu, heterogen reaksiya fazaların sərhədində gedir.
Ekzotermik: $Q>0$ , $\Delta H<0$ ; endotermik: $Q<0$ , $\Delta H>0$ .
Bəsit maddələrin əmələgəlmə istiliyi sıfırdır; yanma istiliyi 1 mol maddəyə aiddir.
Hess qanunu: $Q_{\text{r}}=\sum Q_{\text{m}}-\sum Q_{\text{b}}$ (məhsulların və başlanğıc maddələrin əmələgəlmə istilikləri); istilik maddə miqdarı ilə düz mütənasibdir.

Həll olunmuş misallar

Misal 1
Termokimyəvi tənliyə görə $\mathrm{S+O_2=SO_2}+297$ kC. Kükürd yandırıldıqda 74,25 kC istilik ayrıldı. Yanan kükürdün kütləsini və alınan $\mathrm{SO_2}$ -nin həcmini (n.ş.) hesablayın. ( $A_r$ : S 32)
Həlli
1. Tənliyə görə 1 mol kükürd yandıqda 297 kC istilik ayrılır.
2. $n(\mathrm{S})=\dfrac{74{,}25}{297}=0{,}25$ mol.
3. $m(\mathrm{S})=0{,}25\cdot32=8$ q.
4. Tənliyə görə $n(\mathrm{SO_2})=n(\mathrm{S})=0{,}25$ mol, $V(\mathrm{SO_2})=0{,}25\cdot22{,}4=5{,}6$ l.
Cavab: 8 q kükürd, 5,6 l $\mathrm{SO_2}$ .
Misal 2
Aşağıdakı termokimyəvi tənliklərə əsasən karbon(II) oksidin əmələgəlmə istiliyini hesablayın:
- $\mathrm{C+O_2=CO_2}+393{,}5$ kC
- $\mathrm{CO+\tfrac12O_2=CO_2}+283$ kC
Həlli
1. $\mathrm{CO}$ -nun əmələgəlmə tənliyi: $\mathrm{C+\tfrac12O_2=CO}+Q$ .
2. Karbon $\mathrm{CO_2}$ -yə iki mərhələdə də çevrilə bilər: $\mathrm{C\to CO\to CO_2}$ . Hess qanununa görə ümumi istilik yoldan asılı deyil: $Q+283=393{,}5$ .
3. $Q=393{,}5-283=110{,}5$ kC.
Cavab: 110,5 kC/mol; $\mathrm{CO}$ -nun əmələ gəlməsi ekzotermikdir.

Özünü yoxla

Əvvəl özün həll et, sonra cavaba bax.

Hansı reaksiya həm əvəzetmə, həm də heterogen reaksiyadır?
1. $\mathrm{H_2(q)+Cl_2(q)=2HCl(q)}$
2. dənəvər sinkin duru sulfat turşusu ilə reaksiyası: $\mathrm{Zn+H_2SO_4=ZnSO_4+H_2\uparrow}$
3. məhlulda $\mathrm{NaOH+HCl=NaCl+H_2O}$
4. $\mathrm{CaCO_3(b)=CaO(b)+CO_2(q)}$
5. $\mathrm{2NO(q)+O_2(q)=2NO_2(q)}$
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: B dənəvər sinkin duru sulfat turşusu ilə reaksiyası: $\mathrm{Zn+H_2SO_4=ZnSO_4+H_2\uparrow}$
Əvəzetmədə bəsit maddə ( $\mathrm{Zn}$ ) mürəkkəb maddədən hidrogeni sıxışdırıb çıxarır; bərk sink və məhlul müxtəlif fazalardır, reaksiya səthdə gedir. A və E homogen birləşmə, C homogen mübadilə, D isə heterogen, amma parçalanma reaksiyasıdır.
$\mathrm{2H_2+O_2=2H_2O(m)}+572$ kC tənliyinə görə 11,2 l (n.ş.) hidrogen yandıqda nə qədər istilik ayrılar?
1. 286 kC
2. 572 kC
3. 143 kC
4. 71,5 kC
5. 1144 kC
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: C 143 kC
$n(\mathrm{H_2})=\dfrac{11{,}2}{22{,}4}=0{,}5$ mol. Tənlikdə 572 kC 2 mol hidrogenə uyğundur, deməli 0,5 mol üçün $\dfrac{0{,}5}{2}\cdot572=143$ kC. 286 kC 1 mol hidrogenin yanma istiliyidir.
Əmələgəlmə istilikləri: $\mathrm{CaCO_3}$ 1207 kC/mol, $\mathrm{CaO}$ 635 kC/mol, $\mathrm{CO_2}$ 394 kC/mol. $\mathrm{CaO+CO_2=CaCO_3}+Q$ reaksiyasının istilik effektini tapın.
1. 2236 kC
2. −178 kC
3. 572 kC
4. 178 kC
5. 1029 kC
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: D 178 kC
Hess qanununun nəticəsinə görə məhsulun əmələgəlmə istiliyindən başlanğıc maddələrin əmələgəlmə istiliklərinin cəmini çıxırıq: $Q=1207-(635+394)=178$ kC. $Q>0$ , yəni bu birləşmə reaksiyası ekzotermikdir; əks proses, $\mathrm{CaCO_3}$ -ün parçalanması, endotermikdir.

Tipik səhvlər

İşarələri qarışdırmaq: istilik ayrılırsa $Q>0$ , amma $\Delta H<0$ -dır.
Termokimyəvi tənlikdəki istiliyi həmişə 1 mol üçün götürmək: $\mathrm{2H_2+O_2=2H_2O}+572$ kC tənliyində 572 kC 2 mol hidrogenə aiddir.
İki mürəkkəb maddənin reaksiyasını əvəzetmə saymaq: $\mathrm{CuO+CO=Cu+CO_2}$ əvəzetmə deyil, çünki başlanğıc maddələrin ikisi də mürəkkəbdir.

Hələ də tam aydın deyil?

Mövzunu sənə səsli dərs kimi izah edir, lövhədə yazır və suallarla yoxlayır.

Bu mövzunu Canlı Müəllimlə öyrən Məsələni şəkillə həll et