1. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
ХИМИЙН ТЕРМОДИНАМИКИЙН ҮНДСҮҮД
Энергийн нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжих зүй тогтоолын тухай сургаалыг
ерөнхийд нь термодинамик гэнэ. Ер нь дулааны энергийг механик энергит шилжүүлэх
үеэс эхлэн термодинамик гэсэн цоо шинэ шинжлэх ухаан 19-р зууны дундуур үүсэн
хөгжжээ.
Термодинамикийн үүсэл хөгжилд энерги хадгалагдах термодинамикийн хуулиуд
чухал үүрэг гүйцэтгэсэн юм. Термодинамикийн хуулиуд дээр үндэслэж, орчин үеийн
шинжлэх ухаан техникт физик-химийн янз бүрийн үзэгдлүүдийг судалж байна.
Үүний дотор элдэв төрлийн цахилгаан ба хөргөгч машин, компрессор,
уурын турбин, дотоод шаталтат ба пуужинт хөдөлгүүр, гальванийн элемент, электролиз
тэдгээрт явагдах процесс, химийн төрөл бүрийн урвалууд, атмосферийн үзэгдлүүд,
дэлхийн гадаргууд ургамал, амьтны организмд явагдах янз бүрийн процессууд
хамаарагдана. Термодинамикийг ерөнхий буюу физикийн, техникийн, химийн
термодинамик гэж ангилдаг.
Ерөнхий тсрмодинамикт термодинамикийн хуулиуд түүнийг дулаан
цахилгаан соронзон зэрэг үзэгдлүүд болон хатуу, хий, шингэн төлөв байдалтай бодисын
шинж чанарыг судлахад хэрэглэдэг.
Техникийн термодинамикт дулаан, ажлын хоорондох харьцаа, тэдгээрийн
харилцан хувирах хувиралд термодинамикийн хуулиудыг хэрэглэхийг судална.
Химийн термодинамикт химийн урвал түүний явагдах механизм, нөлөөлөх
хүчин зүйл, физик-химийн ба химийн процесст физикийн хууль, зүй тогтол, арга барил
хэрэглэх боломжийг судалдаг. Химийн термодинамикийн зүй тогтлыг гаргахын тулд
системийн эхний ба эцсийн орших байдал болон процесс явагдаж байгаа гадаад нөхцөл
(даралт, температур) зэргийг мэдэх хэрэгтэй юм. Химийн тсрмодинамик нь процессийн
явагдах механизм ба бодисын дотоод бүтцийн тухай ямар нэг дүгнэлт
хийдэггүй.Өөөрөөр хэлбэл Химийн процессыг термодинамикийн хуулиудыг
ашиглан судлах ухааныг химийн термодинамик гэнэ.
Термодинамик нь энергийн хэлбэрүүдийн харилцан шилжих зүй тогтлыг
судлахаас гадна хими физикийн процессуудыг явуулж байгаа энергийн эффект,
тэдгээрийн гадаад нөхцлөөс хамаарах хамаарал, ажил зарцуулахгүйгээр процессын
өөрөө аяндаа явагдах боломж, тэрхүү процессын чиглэл, хязгаар болон тэнцвэрийг
өөрчлөх нөхцлүүдийг судалдаг. Термодинамикийн судалгааны обеякт болох систем нь
1

2. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
өөр хоорондоо харилцан үйлчлэлд орших биет ба бүлэг биет юм. Системийг гомоген,
гетероген гэж ангилдаг. Системийг бүрдүүлэгч янз бүрийн бодисуудын хооронд ялгагдах
гадаргуугүй нэг төрлийн фазаас тогтсон нэг төрлийн системийг гомоген систем гэнэ.
Жишээ нь: хатуу ба шингэн уусмал, хийн хольц гэх мэт.
Физик ба химийн шинж чанар, химийн найрлагаараа ижил, зөвхөн
гадаргуугаараа системийн бусад хэсгээс ялгагдах тэр хэсгийг фаз гэнэ.
Хоёр буюу түүнээс дээш фазаас тогтсон системийг гетероген систем гэнэ.
Термодинамик системийн бүрдүүлэгч биеэ даасан бодис буюу химийн нэгдлийг
компонент гэх ба системийг компонентын тоогоор нь нэг, хоёр, гурван
компонентот систем гэж ангилдаг. Термодинамик нь ямар нэг үзэгдэл юмсыг авч
үзэхдээ хүрээлэн байгаа орчроос нь салгаж судалдаг.
Хүрээлэн байгаа орчноос нь тусгайлан авсан бөгөөд дотоод харилцан үйлчлэлд
орших системийг тусгаарлагдсан буюу битүү систем гэнэ. Өөрөөр хэлбэл тойрон байгаа
орчин буюу өөр бусад системтэй энерги ба бодисын солилцоо байхгүй системийг
термодинамикийн тусгаар систем гэнэ. Ийм системд идеаль хий, идеаль уусмал, идеаль
дамжуулагч гэх мэт биет, бүлэг биет хамрагдана. Иймээс систем гэдэг нь нилээд их хийсвэрлэл
юм. Харин энергийн солилцоотой боловч бодисын солилцоо байхгүй системийг
термодинамикийн хаалттай систем гэнэ. Энерги ба бодисын солилцоо аль аль нь чөлөөтэй
явагддаг системийг термодинамикийн задгай систем гэнэ.
Системийг тодорхойлж байгаа физик ба химийн шинж чанарыг нийтэд нь системийн
оришх байдал буюу төлөв гэнэ. Эдгээр шинж чанарын аль нэгийг өөрчилснөөр уг системийн
орших байдал өөрчлөгдөнө. Термодинамикт хэд хэдэн шинж чанар (температур, даралт,
цахилгаан статик потенциал г.м.) нь хугацаа өнгөрөх тутам өөрөө аяндаа өөрчлөгддөггүй,
фазын эзэлхүүний бүх цэгүүдэд ижил утгатай байх тийм үеийн системийн орших байдлыг
голлон авч үздэг. Системийн ийм орших: байдлыг тэнцвэрийн байдал гэдэг.
Термодинамик системийн орших байдал нь термодинамикийн параметрүүдээр
илэрхийлэгдэнэ. Термодинамикийн параметрүүдэд температур (Т), даралт (Р), эзэлхүүн (V),
концентраци (С) гэх мэт хамаарагдана. Термодинамикийн параметрийг экстенсив ба
интенсив параметр гэж ангилна.
Систем ба фазын хэмжээнээс хэмжигдэхүүн нь хамаарах параметрүүдийг экстенсив
параметр гэнэ. Ийм параметрүүд нь систем ба орчны масст пропорциональ хэмжээгээр
өсдөг. Экстенсив параметрт жин, эзэлхүүн зэрэг параметрийг нэрлэж болно.
Гадаргуугийн энергийг хайхрахгүй бол систем ба фазын хэмжээнээс хэмжигдэхүүн нь
2

3. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
үл хамаарах параметрийг интенсив параметр гэнэ. Температур, даралт, концентраци зэрэг нь
интенсив параметрүүд юм. Эдгээр параметрүүдийг өөрчилснөөр системийн орших байдлыг
өөрчилж болно. Иймээс термодинамик системийн орших байдал эдгээр параметрүүдийн функц
юм. Системийн термодинамикийн параметрүүдийн аль нэгийг өөрчилснөөр уг системийн дотор
явагдах бүх өөрчлөлтийг термодинамикийн процесс гэнэ. Параметрийн өөрчлөлт нь системийн
зөвхөн анхны ба эцсийн орших байдлаас хамаарч уг процессийн замаас хамаарахгүй байвал ийм
параметрийг оришх байдлын функц гэнэ. Эдгээр параметрүүдээс гадна системийн төлөв
байдал нь дотоод энерги, энтальпи, энтропи, Гибссийн энерги (внутренняя энергия U,
энтальпия H, энтропия S, энергия Гиббса G) гэсэн параметрүүдээр тодорхойлогдох ба эдгээр нь
процессыг явуулсан замаас хамаарахгүй зөвхөн системийн эхний ба эцсийн төлөвөөс л
хамаарна. Термодинамик систем нь анхныхаа байдлаас гарч өөрчлөгдөвч буцаж анхныхаа
байдалд ирж байвал уг процессыг эргэлдэх процесс буюу цикл гэнэ.
Иймд систем нэг төлөвөөс нөгөө төлөвт шилжиж ирэх процессын үед системийн дотоод
энерги (внутренняя энергия U) ямар хэмжээгээр (∆U) өөрчлөгдсөн болохыг хэмжиж болно.
∆U=U2-U1
Энд: U2 – II төлөвийн дотоод энерги
U1 - I төлөвийн дотоод энерги
Мөн дотоод энерги ба энтальпи нь дараах хамааралтай.
H=U+p·V
Энд: р – тухайн орчны даралт
V – судалж буй системийн эзэлхүүн
∆H=H2-H1
Энд: H2 – II төлөвийн энтальпи
U1 - I төлөвийн энтальпи
Явагдаж байгаа нөхцлөөс нь хамааруулж термодинамикийн процессыг изобар,
изотерм, адиабат, изобар-изотерм процесс гэх мэт ангилдаг.
Хэрэв систем нь шат дараалсан
өөрчлөлтүүдийн эцэст анх байсан төлөвтөө
эргэж ирвэл ийм процессийг цикл процесс
гэнэ.
3

4. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
 Тогтмол даралтанд (P=const) явагдаж байгаа термодинамик процессийг изоизобар
процесс гэнэ. Энэ процессийн үед дулааны эффект нь энтальпийн өөрчлөлтөөр
илэрхийлэгдэнэ.
∆H= ∆U+P∆V
 Тогтмол температурт (Т=const) явагдаж
байгаа термодинамик процессийг
изотерм процесс гэнэ. Идеал хийн
дотоод энерги нь зөвхөн температураас
хамаарна. Үүнийг Джоулын хууль гэнэ.
Тер-к I хууль ёсоор изотерм процесс
нь дараах хэлбэртэй байна.
Q=A
 Тогтмол эзэлхүүнд (V=const) явагдаж
байгаа термодинамик процессийг изохор
процесс гэнэ. Энэ процессийн үед
шингээж байгаа болон ялгарч байгаа
дулааны эффект нь зөвхөн дотоод
энергийн өөрчлөлтөөр илэрхийлэгдэнэ
Тойрон байгаа орчин буюу өөр нэг системтэй
дулаан солилцохгүйгээр явагдаж байгаа
процессийг адиабат процесс гэнэ. Энэ
процессын үед
A = –ΔU
4

5. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
I
5

6. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
6

7. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
.1 ш п үп х )МЖ))ний дулааныг шингээнэ. Өгөгдсөн хэмжээний
.....ш I.п 1"С-аар халаахад, зайлшгүй хэрэглэгдэх дулааны
ч (М>к ) ) 1 дулаан багтаамж гэнэ. Нэг грамм бодисыг 1°С-аар ч,|ыаад чарцуулагдах
дулааныг• хувийн дулаан багтаамж I 1 !>а и 1 )!' моль бодисын температурыг 1°С -аар
ахиулахад
1 , 1 1 1 1 1 1 1 1 үГ| шаардагдах дулааныг молийн дулаан багтаамж I I I и Молийн ба
хувийн дулаан багтаамжийн хооронд
.......рхом хамаарал байдаг.
Бодисын хувийн дулаан багтаамжийг уг бодисын Молпуп жипгээр
үржүүлсэнтэй молийн дулаан багтаамж Тнщүү юм. т масстай буюу п хэмжээний
бодис бүхий^ вйсн-мд (,) хжжээний дулаан өгвөл температур нь Т,-ээс Т 2 цүрI I I I
осиө. Системийн масс т (буюу бодисын хэмжээ п),
| 1,1,11!. ба 1смпературын хоорондох харилцан холбоо нь
|,||м.1 1)ппигг"злээр илэрхийлэгдэнэ.
{) = тС(Т 2 -Т{) = пСт(Г2 -7;) (1-18)
' дуидаж дулаан багтаамж. С т -молийн дулаан багтаамж.
/ / / ( / / ( ' үржвэрийг, температурын өгөгдсөн хязгаар дахь $ущ)иж дулаин багтаамж гэнэ.
Фичик химийн процесст молийн дулаан багтаамжийг |р н и ) Д ) г . Үүнээс гадна
дулаан багтаамжийг дундаж ба Ц(И11Х')1Г) дулаап багтаамж гэж ялгана.
Тсмнературын нэгж өөрчлөлтөнд ноогдох нэг грамм 6} 1<>у п »1 моль бодисыг
халаахад зарцуулагдсан дулааны тоо
1МЖ1)1) дундаж дулаан багтаамж С —гэнэ. (п=1 үед)
С = —е _ е буюу б = (1.19)
Тг - Т{ АТ
Их)пхи бодисын хувьд тогтмол даралтын үе дэх дундаж Дулааи багтаамж 298"К-
аас Т температурын хооронд Годорхой утгатай байдаг. 1 моль бодис агуулж байгаа
системд хязгааргүй бага дулааныг 8^ өгвөл түүний Гсмператур хязгааргүй бага
хэмжигдэхүүн йТ-ээр өснө.
буюу 0= СйТ (1.20)
7

8. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
Тлвэл дотоод энергийн өөрчлөлт нь урвалын өмнөх ба дараах энергийн нөөцүүдийн
хоорондох ялгаварт-ай тэнцүү юм.
Байгаль дээрх болоод техник дэх маш олон шроцессууд нь дотоод энергийг бууруулах
замаар явагддаг. Ийм тохиолдолд дотоод энерги нь энергийн өөр хэлбэрүүдэд хувирна.
Тухайлбал, дотоод энерги нь дулааны, механикийн, цахилгааны, туяаны гэх мэт энергийн аль
нэг хэ-лбэрүүдэд хувирпа.
Дотоод энерги нь системийн орших байдлаас хамаарна. Дотоод энергийн хэмжээ нь
биетийн төрх байдал, масс ба орших байдал буюу системийн гадаад нөхцлөөс ^амаардаг. Үүнд
гол төлөв биетийн эзэлхүүн, темнератур, даралт үндсэн үүрэг гүйцэтгэнэ.
1)=ДР, V. Т) -ийг дифференциалчилбал:
ди] (ди (ди
с1и = (IV (1.13) болно. — ф+ — д.Т +
—
Тусгаарлагдсан системд бүх хэлбэрийн энерг"илн нийлбзр
тогтмол байдаг учир ")ю баримтлалыг 11=соп81 б уюу сИ^~()
гэж бичиж болно.
Ямар нгл' ажлыг гүйцэтгэснээс буюу сисчем дулаан
ялгаруулсан буюу шингээснээс дотоод онергийн өөрчлөлт
гардаг.
Ажил ба дула_ан нь нэг
сисгемээс нөгөө систсмд
Г,7 2
энергийн идилжих хоёр
хэлбзр юм. Системийн
1 I ,Т,
нэг орших байдлаас
нөгөө орших бзайдал руу
шилжихэд догоод
энергийн өөрэчлөлт нь шилжүүлэх арга ба
3-р зураг. Нэг төлөв замаас хамаа_рахгүигээр нэг ижил хэмжээтзй байдаг.
байдчаас нөгөөд шилжих Үүнийг эзэлхүүн
ЯЙПЧПЙЧТ
гемперагурын координатаар үзүүлж болно.
8

9. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
1 исгсмийи орших байдлыг цэгээр, явагдаж байгаа
цроцсссыг зураасаар тэмдэглэе. Системийн эхний орших
Вййдил ш. V, ба Т, гэсэн параметр бүхий 1 гэсэн цэг юм.
)| шхүүм ба температурыг өөрчлөхөд уг систем нь V, ба Т2
I .......шш') координаттай хоёрдугаар орших байдал болох 2
I н щ ц')1 ллр иржээ. Системийг 2 дахь байдлаас нь анхны
бийдалд оор замаар эргүүлж авчирвал нэг битүү контор
үүси). ('ис1см 1-ээс 2-д шилжихэд дотоод энергийн өөрчлөлт
ЛЧ|Ь()11о бөгөөд 2-оос 1-д шилжихэд А]2 гэсэн дотоод
ИК'|М1и"и1 оөрчлөлт болсон гэвэл энэ өөрчлөлт нь тэгтэй
I шцүү Гюлпо. -
ду1=_ди2; Д11,+ДЦ,=0
1
)1и үсд хийгдэх дотоод энергийн өөрчлөлт нь I к ) и прп тэнцүү, зөвхөн
тэмдгээрээ ялгаатай юм. < ►ириор шбол дотоод энерги өөрчлөгдөхгүй бөгөөд цэгийн
фуцкм юм.
Ийммс ямар нэг биет буюу системийн" дотоод эснргийн 1Ю/1ЧII) пп пь завсрын байдлаас
буюу процессын замаас химтцшхгуп, зөвхон системийн эхний буюу эцсийп оришх нши) кшс
хамаарна.
1
)и > бол термодинамикийн нэгдүгээр эхлэлийн бас нэг
1ИМ ЬСОЛОЛ ЮМ.
| 1 ) ) . и л 1 байгаа орчноос системд дулаан өгснөөс буюу
ВИ< гсмос дулаан гадаад орчинд шилжсэнээс дотоод
(Нсргийи өөрчлөлт бий болдог. Системд дулаан өгснөөс
101 оод )нсргийн нөөц өсөх ба системээс орчинд дулаан
ШИЛЖС1ГЛС дотоод энери буурдаг. Мөн уг систем ажил
КИЙ< )')с буюу эсвэл уг систем дээр гадаад хүчний нөлөөгөөр
1ЖИЛ хийгдснээс болж дотоод энергийн нөөц өөрчлөгдөж
болно, Систем гадаад хүчний эсрэг ажил хийвэл дотоод
Шсрги буурах ба тэрхүү систем дээр ажил хийгдвэл уг
СИСТемийн дотоод энерги өснө.
Тус1 аарлагдсан системд бүх хэлбэрийн энергийн нийлбэр Г01 ГМОЛ байдаг.
9

10. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
=0 У
10

11. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
иролцож байгаа бодис ба цацрал (гэрлийн энерги)-ийн чоороадох харилцан үйлчлэлийг
судлах ба энэ (фотохими) нь молокулын бүтцийн тухай сургаал ба химийн кинетиктэй
11)11 Т ХОЛбоОТОЙ ЮМ.
11

12. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ Лекц 2
12