1. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
ТЕРМОДИНАМИКИЙН I ХУУЛЬ
Термодинамикт харилцан холбоо бүхий чухал ойлголт бол энерги, ажил, дулаан юм.
Энерги бол материйн хөдөлгөөний янз бүрийн хэлбэрийг илэрхийлэх тооны хэмжүүр юм. Ер нь
ямар нэг биетийн ажил хийж чадах чадварыг энерги гэж ойлгох бөгөөд биет бүхэн энергийн
тодорхой нөөцтэй байх ба үүгээрээ зохих хэмжээний ажил хийнэ.
Оросын алдарт эрдэмтэн М.В.Ломоносов 1758 онд материйн энерги хадгалагдах нийтлэг
хуулийг нээсэн юм. Энэ хууль ёсоор "энерги нь нэг хэлбэрээс нөгөөд ишлжихээс биш оргүй
замхрах ёсгүй. Энергийн хэлбэрууд бие биедээ тодорхой бөгөөд тогтмол тоогоор
шилжиж мөнхийн эргэлтэнд оршино "гэж томъёологдоно.
Тусгаарлагдсан системд энергийн янз бүрийн хэлбэрүүд нь бие биедээ шилжих
бөгөөд ийм систем дэх энергийн хэмжээ нь тогтмол хэмжигдэхүүн байна.
∑ E = const
Механик хөдөлгөөний энерги нь дулааны, цахилгааны энергид ба соронзон энергид
шилжиж болно. Цахилгааны энерги нь бодисын химийн задралыг явуулах ба
химийн урвал өөрийп ээлжинд цахилгааныг үүсгэн энэ цахилгаан нь шууд
соронзон чанарыг бий болгоно. Эцэст нь дулаан, цахилгааны тусламжаар ажил
хийгдэнэ. Тухайлбал: Ажил дулаанд эквивалент харьцаагаар ишлжинэ.
 Нэг биетээс нөгөө биетэд эсвэл нэг системээс нөгөө системд энерги шилжүүлэх арга нь
дулаан ба ажил байдаг. Биет (систем) гадны хүчний үйлчлэлээр орон зайд шилжих
хөдөлгөөний (энергийн) хэмжээг ажил гэнэ. Хоёр өөр температуртай биет буюу
системийг хооронд нь их Т-тай биетээс бага Т-тай биетэд молекулын мөргөлдөх
хөдөлгөөнөөр энерги шилжинэ. Ийм замаар шилжих энергийг дулаан гэнэ. Химийн
термодинамикт гаднаас шилжүүлэн авч буй дулааныг эерэг дулаан, харин систем
гадагш алдаж буй дулааныг сөрөг дулаан гэнэ.
Термодинамикийн нэгдүгээр хууль. Термодинамикийн I хууль нь энерги
хадгалагдах түгээмэл хуулиас эх үүсвэртэй бөгөөд түүний илэрхийллийг тогтооход Г.И.Гесс,
Р.Майер, Г.Джоуль, Дж.Г.Гельмгольц нарын ажил онцгой үүрэг гүйцэтгэсэн юм.
Термодинамикийн I хууль нь хэд хэдэн томьёололтой байдаг.
• Янз бүрийн хэлбэрийн энерги нь бие биедээ тодорхой эквивалент, ямагт
тогтмол харьцаатайгаар шилжин хувирна.
• Нэгдүгээр зэргийн мөнхийн хөдөлгүүр байж болохгүй. ӨХ: энерги
1

2. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
зарцуулахгүйгээр ажил үйлдэж чаддаг хөдөлгүүр гэж байхгүй.
• Ямар ч тусгаар системийн энергийн нийт нөөцийн хэмжээ тогтмол байна.
Тер-к I хуулийн математик томьёолол:
Тусгаар системийн дотоод энерги тогтмол байна. dU=0 Тер-кийн I хууль ёсоор изохор
процессын үед гаднаас өгч буй дулаан нь зөвхөн системийн дотоод энергийг нэмэгдүүлэхэд
зарцуулагдана. Дулаан багтаамж нь ∆U-өөр илэрхийлэгдэнэ.
 Изотерм процессын (T=const) хувьд 1 моль идеал хийн хувьд болох ба
эндээс: болох ба интеграл авбал:
 Изобар процессын (Р=const) хувьд
 Адиабат процесс. (Q=0) Энэ процесст хийгдэх ажил нь
ба
 Химийн процессийн үед системийн U өөрчлөгдөнө. Энэ өөрчлөлт нь (Q ба А-ын
хэлбэрээр илэрдэг. ӨХ: химийн урвалын явцад Q ялгарах буюу шингээх үзэгдэл
ажиглагдана. Урвалын дүнд үүссэн бодисын 1 моль массад оногдох ялгарсан ба
шингээсэн Q-ны хэмжээг урвалын дулааны эффект гэнэ. Жишээ нь:
Оросын эрдэмтэн академич Г.И.Гесс 1836-1840 онд термохимийн гол хуулийг анх нээжээ.
Химийн урвалын дулааны эффект нъ урвалыг явуулж буй замаас хатаардаггүй харин урвалд
орж байгаа бодисын эхний төлөв ба урвалын бүтээгдэхүүний эцсийн төлөв байдлаас
хамаарна гэж томъёолжээ.
2

3. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
Гессийн хуулиар дээрх схемийн дагуу явагдаж байгаа урвалын дулааны эффект нь:
∆H 1 = ∆H 2 + ∆ H 3 = ∆ H 4 + ∆H 5 + ∆H 6
Системийн температурыг 10С-аар ахиулахад үүссэн дулааны эффектийн өөрчлөлт нь урвалд
орсон анхны бодис ба урвалын бүтээгдэхүүний дулаан багтаамжийн ялгавартай тэнцүү. Үүнийг
Р.Крихгофийн хууль гэдэг. Температурьн өөрчлөлт нь хязгааргүй бага утгад тэмүүлж байгаа
тохиолдолд ямар ч ажил хийгдэхгүй. А=0
dQ dH
= = C1 − C2
Идеаль хийн dT элэлтийн ажлыг системийн хжйж бай] аа ажил гэж үзвэл
т dT
термодинамикийн нэгдүгээр эхлэлийг доорх хэлбэртэй бичиж болно.
Процессийн хязгааргүй бага өөрчлөлтийн үед
йи = сЩ - р ■ дУ (1-14) болно.
1.14-р тэгшитгэлээс хэдэн чухал мөрдлөгөө» гард.аг. Изохор процессын үед уг
тэгшитгэл дараах хэлбэрт шилжии1| (У=соп81, ёУ=0)
(Ш = Щ (1-15)
Өөрчлөлтийн эцэст Д11=С)„ болох ба изохор процесс явагдаж байгаа системийн дотоод
энергийн өөрчлөлт нь шингэзон дулаанд эквивалент хэмжээтэй юм.
Практикт тогтмол даралтанд явагдаж байгаа ироцессюй маш олон тохиолддог.
Изобар процссст зориз^лж 1.14-р тэгшитгэлийг дараах байдалтай бичиж болно.
∆U = QP − P ⋅ ∆V U 2 − U 1 = QP − P ⋅ (V2 − V1 ) (U 2 + P ⋅ V2 ) − (U 1 + P ⋅ V1 ) = QP
Ш = 0,, - /> • ДК буюу И 2 -V, =() Р -Р- <7 2 ~ У ) (Ь т 2 +Р-Ү 2 )-{1] { +Р-1) = () р
Г
(1.16)
гэсэн шинэ функцийг Р.Клаузиус энтальпи (1^+1?Ү=Н) гт ■ нэрлэсэн юм.
Нг-Н,= & буюу АЯ = 2, (1.17)
3

4. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
Өөрөөр хэлбэл системийн энтальпийн өөрчлөлт нь изобар процессын үе дзх шингээсэн
буюу ялгаруулсан дулаантай тэнцүү юм. Энтальпи бол зөвхөн нэг биетээс нөгөө рүү
энергийн нэвтрэх хэлбэр бөгөөд бодис буюу систегмийн шинж чанар юм. Энтальпи нь
дотоод энергийн нэг адилг системийн эхний ба эцсийн орших байдлаас
хамаарахаас биш процессын явцаас хамаарахгүй.
6. Дулааны тоо хэмжээ ба дулаан багтаалвж
Термохимийн ба термодинамикийн тооцоонд хий, хатуу, шингэн биетийн дулаан
багтаамжийг өргөн ашиггладаг. Янз бүрийн бодисыг ижил тсмпсратурт халаахад
харилцан
26
U + PV = H
4

5. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
.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)
Тлвэл дотоод энергийн өөрчлөлт нь урвалын өмнөх ба дараах энергийн нөөцүүдийн
5

6. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
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.
6

7. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
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.
7

8. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
Тус1 аарлагдсан системд бүх хэлбэрийн энергийн нийлбэр Г01 ГМОЛ байдаг.
=0 У
8

9. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
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.
9

10. ÔÈÇÈÊ ÊÎËËÎÈÄ ÕÈÌÈ Ëåêö 3
10