Metallurgiya texnikasining tarixi va rivojlanishi Reja

§ 7. Termodinamikaning ikkinchi qonuni va metallurgik jarayonlarning
yo‘nalishi
Hozirgi kunda metallurgik amaliyotning asosiy masalalaridan biri bu kimyoviy
reaksiyalarning oqib o‘tish imkoniyatidir. Ularning sodir bo‘lish imkoniyatlarini
o‘rganish muhim ahamiyatga ega. Chunki, reaksiyalarning sodir bo‘lish
sharoitlarini o‘rganish mobaynida shu reaksiyalar uchun qancha energiya sarf
bo‘lishini hisoblab topish mumkin yoki reaksiya oddiy sharoitlarda oqib o‘tmasa,
bu reaksiyalarning oqib otish imkoniyatlarini beradigan haroratlarni nazariy
jihatdan hisoblab topib reaksiya uchun ketadigan ortiqcha energiya va sarf-
xarajatni tejab iqtisod qilishimiz mumkin. Bu esa olinadigan mahsulotning tan-
narxini kamaytirib, ishlab chiqarish unumdorligini oshiradi. Bunday
imkoniyatlarga ega bo‘lish va bu jarayonlarni amaliyotda qo‘llash uchun
mutaxassis termodinamikaviy qonuniyatlardan va metallurgik jarayonlarning
yo‘nalishidan boxabar bo‘lishi kerak.
Tabiatda moddalarda sodir bo‘ladigan reaksiyalarni ikkiga ajratish mumkin:
qaytar va qaytmas reaksiyalar.
Qaytar reaksiyalarga oxirigacha bormaydigan reaksiyalar kiradi. Bunday
reaksiyalar natijasida hosil bo‘ladigan moddalar yana o‘zaro ta’sirlashib dastlabki
moddalarni hosil qiladi. Bunday reaksiyalarga faqat Le-Shatelye prinsipiga
muvofiq ta’sir etib, reaksiyani kerakli tomonga siljitish mumkin.
Qaytmas reaksiyalarga esa oxirigacha boradigan reaksiyalar kiradi. Bunday
reaksiyalarning oxirigacha borishiga sabab, reaksiya natijasida gaz, cho‘kma yoki
kuchsiz elektrolitlar hosil bo‘lib, reaksion sistemani (muhitni) tark etadi. Shuning
uchun teskari reaksiyaning borishiga imkon bo‘lmaydi va reaksiya faqat bir
tomonga – mahsulot hosil bo‘lish tomonga (o‘ng tomonga) boradi. Bunday
reaksiyalarga ko‘mirning yonishi, temir oksidining qattiq uglerod bilan tiklanishi
va hokazolar kiradi.
Termodinamikaning ikkinchi qonuniga muvofiq ikki jismga yoki sistemalarga
hech qanday o‘zgarishlar ta’sir etmagan holda sovuq jismdan issiq jismga issiqlik
o‘tishi mumkin emas, ya’ni o‘z-o‘zidan sovuq muhitdan issiq muhitga issiqlik
o‘tmaydi. Bunday jarayon sodir bo‘lishi uchun qandaydir ish sarf bo‘lishi kerak.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni va qaytmas tabiiy jarayonlar
moddalarning atom-molekular tabiati va tavsifini, zarrachalarning issiqlikda
tartibsiz harakatlanishini xarakterlovchi jarayonlardir.
Sistemada zarrachalarning “tartibsizlik” holatini miqdoriy tavsifnomasi
sifatiga entropiya funksiyasi kiritilgan bo‘lib, u S harfi bilan belgilanadi va kJ/mol
· K birliklarida o‘lchanadi. Jarayonlar o‘z-o‘zidan borishi uchun sistemaning
entropiyasi reaksiyadan oldingi holatdagiga nisbatan reaksiyadan keyin oshishi
kerak, ya’ni ΔS_k.r > 0 bo‘lishi kerak. Kimyoviy reaksiyalarda entropiya o‘zgarishi
quyidagi asosiy formula bilan hisoblanadi:
ΔS_{298 k.r} = ∑S_{298(mahsulot)} – ∑S_{298(dast.modda)}

Bu yerda: ∑S_{298(mahsulot)} – reaksiya natijasida hosil bo‘lgan modalar standart
entropiyalarining yig‘indisi; ∑S_{298(dast.modda)} – reaksiyaga kirishayotgan moddalar
standart entropiyalari yig‘indisi.
Kimyoviy reaksiyalar sodir bo‘layotgan paytda bir vaqtning o‘zida
sistemaning ham entalpiyasi, ham entropiyasi o‘zgaradi. Ana shu ikki effektning
yig‘indisi sistema (reaksiya)ning “Gibbs energiyasi” (erkin energiyasi) deyiladi.
Bu paytda sistemaning harorati va bosimi o‘zgarmas holda saqlanganligi uchun
Gibbs energiyasini boshqacha qilib – sistema izobar-izotermik potensialining
o‘zgarishi ham deyiladi va u ΔG holiday belgilanadi, uning o‘lchov birligi –
kJ/mol, kkal/mol. “1 mol” moddaning standart sharoitda hosil bo‘lishida reaksiya
izobar-izotermik potensialining o‘zgarishi shu moddaning standart hosil bo‘lish
izobar-izotermik potensiali o‘zgarishi deyiladi va ΔGh.b.298 yoki ΔGf298 ko‘rinishda
yoziladi.
Har qanday kimyoviy reaksiya izobar-izotermik potensialining o‘zgarishi –
ΔG_{298 (k.r.)} quyidagi formula yordamida hisoblanadi:
ΔG(h.r.)298 = ∑ΔG h.b.298(mahsulot) – ∑ΔG h.b.298(dast.modda)
Bu yerda: ∑ΔG h.b.298(mahsulot) – reaksiya natijasida hosil bo‘lgan moddalar
standart Gibbs energiyalari o‘zgarishining stexiometrik koeffitsiyentlarni hisobga
olib topilgan yig‘indisi, kJ/mol;
∑ΔG h.b.298(dast.modda) – reaksiyaga kirishayotgan dastlabki moddalar standart
Gibbs energiyalari o‘zgarishining yuqoridagidek yig‘indisi, kJ/mol.
Umuman sistemaning harorati (T), entalpiya o‘zgarishi (ΔH), entropiya
o‘zgarishi (ΔS) hamda Gibbs energiyasi (ΔG) o‘rtasida quyidagi bog‘lanish
mavjud:
ΔG = ΔH – TΔS
Sistemaning Gibbs energiyasi qiymatiga qarab, standart sharoitda
reaksiyalarning o‘z-o‘zicha borish-bormasligi va reaksiyaning yo‘nalishi
to‘g‘risida xulosa qilinadi:
a) agar kimyoviy reaksiya Gibbs energiyasi o‘zgarishining qiymati ΔG_{298 (k.r.)} >
0, ya’ni musbat bo‘lsa, bu reaksiyalar standart sharoitda o‘z-o‘zidan bora olmaydi;
b) agar ΔG_{298 (k.r.)} < 0, ya’ni manfiy bo‘lsa, bu reaksiyalar standart sharoitda
o‘z-o‘zidan boradi. Bu reaksiyalar iqtisodiy va texnologik jihatdan qulay
hisoblanadi;
d) agar ΔG_{298 (k.r.)} = 0 bo‘lsa, bunda sistema kimyoviy muvozanat holatida
bo‘ladi. Muvozanatni zarur reaksiya boradigan tomonga yo‘naltirish uchun sistema
parametrlari (P, T, C, V lar)ni o‘zgartirish kerak bo‘ladi.
Umuman termodinamik kattaliklarning o‘zgarishini bilish jarayonlarni
boshqarishni o‘rgatib, u yoki bu reaksiyalar amalda borish-bormasligini asoslab
beruvchi fundamental usuldir.