1. ХИМИЙН ТЭНЦВЭР БА ТЕРМОДИНАМИК ҮНДЭСЛЭЛ
Химийн маш олон хувиралуудад урвалд орж байгаа бодисууд бүгдээрээ урвалын
бүтээгдэхүүн болон хувирдаггүй байна. Тодорхой хугацаа өнгөрсний дараа урвалд
оролцож байгаа бодисуудын тооны харьцааг тусгасан тэнцвэрийн байдал бий болно.
Өөрөөр хэлбэл урвалд орж байгаа бодис ба урвалаас үүссэн бүтээгдэхүүний хооронд
химийн тэнцвэр тогтдог. Системийн орших байдал удаан хугацааны турш хувиралгүй
байхыг тэнцвэрт байдал гэдэг. Энэхүү тэнцвэрийн тогтож байх нь хугацаанаас
хамаарахгүй, харин системийн гадаад нөхцлөөс хамаарна. Эргэдэг урвалын шулуун ба
урвуу урвалын хурд хоорондоо тэнцсэн үед химийн тэнцвэр тогтоно. Химийн тэнцвэр
тогтвортой байх нь хэд хэдэн ерөнхий нөхцлүүдээр тодорхойлогдоно.
- Гадаад нөхцөл тогтмол байхад системийн тэнцвэрийн байдал өөрчлөгдөхгүй
чанартай байдаг.
- Химийн тэнцвэр нь хөдөлгөөнт чанартай байдаг. Өөрөөр хэлбэл шулуун ба буцах
процессын хурд тэнцүү болсон тэр үед тэнцвэр тогтох ба хадгалагдах чанартай байдаг.
- Системийн тэнцвэрийг өөрчилж байгаа гадаад үйлчлэлийг (нөхцлийг) зогсооход
тэнцвэр өөрөө аяндаа тогтох чанартай байдаг.
- Тэнцвэр тогтсон үед тодорхойлогч функцүүд хамгийн бага утгатай байдаг.
Химийн тэнцвэрийн эдгээр тодорхой нөхцлүүдийи илэрхийлэл нь масс үйлчлэлийн хууль
юм. Өөрөөр хэлбэл химийн тэнцвэрийн тогтмол юм. Анх 1865 онд Оросын эрдэмтэн
Н.Н.Бекетов химийн процессын хурд ба түүний чиглэлд урвалд орсон бодисын
концентраци хэрхэн нөлөөлдгийг тогтоожээ. Хожим нь К.Гульдберг, П.Вааге нар энэ
баримтлалыг ерөнхийд нь томъѐолжээ. "Химийн урвалын хурд нь урвалд орж байгаа
бодисуудын концентрацийн үржвэртэй шууд пропорционал хамааралтай байна".
А ба В бодис урвалд орсон бол уг шууд урвалын хурд v K A B болно.
Нэгж хугацаан дах А ба В гэдэг анхны бодисын концентрацийн өөрчлөгдөх хурд өгөгдсөн
хугацаанд урвалд орж байгаа хоѐр бодисын концентрацийн үржвэрт пропорциональ
хэмжээтэй байна. Пропорциональ чанарыг илэрхийлэгч коэффициент (К)-ийг урвалын
хурдын тогтмол гэнэ. Энэ тогтмолыы хэмжээ урвалд орж байгаа бодисын концентрациас
хамаарахгүй боловч харин урвалд орж байгаа бодисын төрх байдал, орчны температур,
катализатор байгаа эсэхээс хамаарна.
Хэрэв урвалд орж байгаа бодисын концентрацийг моль/л гэвэл урвалын хурдын
тогтмолын тооны утга нэгж хугацаанд урвалд орсон бодисын хэмжээтэй тэнцүү байна.
Өөрөөр хэлбэл [А]=[В]=1моль/л бол хурдны тогтмолын утга нь концентрацитай
1

2. бодисуудын хооронд явагдсан урвалын хурд болно.
Эргэх процессын тэгшитгэлийг авч үзье. mA nB pC gD
үед шулуун урвалын хурд: v1 K1 A
m
B
n
болно. Харин буцах урвалын хурдыг
p g
тодорхойлбол: v2 K2 C D
Химийн тэнцвэр тогтсон үед v1 v2 болох ба K1 A
m
B
n
K2 C
p
D
g болно.
K1
p
C D
g K1 C D
p g
KC KC
Эндээс: m n K2 бол m n болно.
K2 A B A B
KC-химийн тэнцвэрийн тогтмол, Дээрх томьѐо нь масс үйлчлэлийн хуулийн
математик томьѐолол юм. Химийн тэнцвэр гадаад нөхцлөөсөө хамааран өөрчлөгдөж
болно. Химийн урвалд орж байгаа бодисуудын концентрацийг өөрчлөхөд химийн тэнцвэр
нь урвалын бүтээгдэхүүн үүсэх чиглэлд буюу эсвэл урвалд орж байгаа бодисын буцаж
үүсэх чиглэл рүү шилжиж болно. Мөн системийн даралт ба температурыг өөрчилснөөр
химийн тэнцвэрийг хувиргаж болно. Тэгэхээр гадаад нөхцлийн ямарч өөрчлөлт
тэнцвэрийн байдлыг эвдэж байдаг. Ийнхүү системийн нэг тэнцвэрийн байдлаас өөр нэг
тэнцвэрийн байдалд хувирахыг химийн тэнцвэрийн шилжилт гэдэг
Янз бүрийн нөлөөний улмаас химийн тэнцвэрийн хувирах ерөнхий зүй тогтлыг Ле-
Шаталье, Браун нар нээжээ Энэ зүй тогтлыг тэнцвэрийн шилжих зарчим буюу өөрөөр Ле-
Шатальегийн зарчим гэдэг. Энэ зарчмыг дараах маягаар томъѐолдог. Тогтвортой
тэнцвэрт байгаа системд гадаад нөхцлийг өөрчлөх замаар үйлчилбэл уг систем, тэр
үйлчилж байгаа хүчний нөлөөг бууруулах замаар тэнцвэрээ хувиргана. ӨХ: Химийн
тэнцэлд оршиж байгаа системийн аль нэг нөхцлийг (концентраци, даралт, температур)
хувиргавал тэнцэлд нөлөөлж байгаа хүчний эсрэг хүч тэр системд бий болно. Энэ
зарчмыг 1884 онд Ле-Шаталье нээсэн бөгөөд үүнийг 1888 онд Браун термодинамикийн
хоѐрдугаар хуулиар тусламжтайгаар баталжээ.
Химийн тэнцвэр тогтоно гэдэг бол шууд ба буцах урвалын хурдууд тэнцэхтэй
холбоотой юм. Тэгэхээр гадаад нөхцлийн үйлчлэл нь буцах ба шууд урвалын хурдад
адилгүйгээр нөлөөлдөг бөгөөд үүнээс буцах ба шулуун урвалын хурд тэнцүү биш болно.
Ийнхүү хурдууд тэнцүү биш болсноор химийн тэнцвэр хувирч, систем өөр нэг шинэ
төлөвт шилждэг байна. Энэ шинэ байдалд уг хоѐр урвалын хурд тэнцэж ахин химийн
тэнцвэр тогтдог.
Температурын өөрчлөлтийн нөлөө. Аммиакийн синтезийн урвалын үед:
N 2 3H 2 2 NH 3 92.18êÄæ
2

3. Аммиакийн үүсэх урвал нь дулаан ялгаруулах замаар явагдах бөгөөд аммиакийн
диссоциаци дулааныг шингээх замаар явагддаг."Өөрөөр хэлбэл аммиакийн синтезийн
процесс экзотермийн бөгөөд аммиакийн диссоциацийн процесс эндотермийн процесс юм
Ийнхүү системийн температурыг ихэсгэх нь химийн тэнцвэрийг дулаан шингээх тал руу
хувиргана. Ингэснээр гаднын үйлчлэлийн нөлөөг бууруулж болно.
Харин системийн температурын бууралт нь химийн тэнцвэрийг дулаан ялгаруулах
замаар явагдах процессын тал руу хувиргана. Ингэснээрээ химийн тэнцвэр аммиакийн
үүсэх тал руу шилжинэ. Эдгээрийн үндсэн дээр:
- Температурыг ихэсгэхэд эндотермийн процесс явагдана.
- Температурыг багасгахад экзотермийн процесс явагдана гэсэн дүгнэлт хийж болно.
Тэгэхээр өгөгдсөн процессын дулааны эффект хэдий чинээ их байна, температурыг
өөрчлөхөд химийн тэнцвэр төдий чинээ хүчтэй хувирна. Хэрэв процессын дулааны
эффект бага бол температурыг өөрчлөхөд химийн тэнцвэр төдий чинээ бага хувирна.
Даралтын өөрчлөлтийн нөлөө. Даралтыг ихэсгэх буюу багасгахад химийн
тэнцвэр чухам хаашаа шилжиж байгааг тухайн урвалын үе дэх эзэлхүүний өөрчлөлтөөр
тодорхойлдог. Энэ урвалаас харахад нэг эзэлхүүн азот, гурван эзэлхүүн устөрөгчөөс хоѐр
эзэлхүүн аммиак үүсч байна. Өөрөөр хэлбэл шулуун урвал эзэлхүүиийг хоѐр дахин
багасгах замаар явагдаж байна. Харин буцах урвал эзэлхүүнийг хоѐр дахин ихэсгэх замаар
явагдаж байна
Тэнцвэртэй байгаа системийн даралтыг ихэсгэхэд өгөгдсөн нөхцөлд бага
эзэлхүүнтэй байгаа бодисын үүсэх явдлыг сайжруулдаг. Даралтыг багасгах нь химийн
тэнцвэрийг эзэлхүүний ихэсгэх тал руу хувиргана. Ямар нэг процессын эзэлхүүний
өөрчлөлт нь хэдий чинээ их бол тэнцвэр төдий чинээ хүчтэй хувирна. Харин эзэлхүүний
өөрчлөлт бага бол тэнцвэр нь төдий чинээ бага хувирна.
Хэрэв хий байдалтай бодисууд урвалд орж байвал эзэлхүүний ихээхэн өөрчлөлт
болдог. Харин шингэн болоод хатуу фазын дотор явагдаж байгаа процесст эзэлхүүний
өөрчлөлт явагддаггүй. Ийм процессын химийн тэнцвэрийг хувиргахад даралт ямарч
нөлөөгүй юм. Харин урвалын бүтээгдэхүүн нь хий байдалтайгаар үүсч байвал даралт
нөлөөлнө
Концентрацийн өөрчлөлтийн нөлөө. Тэнцвэрийн хувирах явдал концентрациас
хамаарна. Урвалд орж байгаа бодисын аль нэгний нь концентрацийг ихэсгэхэд химийн
тэнцвэр урвалын бүтээгдэхүүний үүсэх чиглэл рүү шилжинэ. Харин багасгавал урвалын
бүтээгдэхүүн задрах талруу химийн тэнцвэр хувирна. Дээрх химийн тэгшитгэлээс харахад
азотын концентрацийг ихэсгэвэл аммиакийи синтезийн процессын тал руу химийн
3

4. тэнцвэр хувирна. Азотын концентрацийг багасгавал аммиакийн диссоциацийн процессын
тал руу явагдана.
Химийн урвалын изохор ба изобар тэгшитгэл. Термодинамикийн хоѐрдугаар
хуулийн дифференциал тэгшитгэл dT dA
dA Q Q T
T -ээс dT болно.
dA
Тер-кийн 1-р хууль Q U A -аас U Q A T A ба
dT
dA
U TA
dT болно. Энэ тэгшитгэл бол нэг ба хоѐрдугаар хуулийн тэгшитгэл
бөгөөд үүнийг Гиббс-Гельмгольцийн тэгшитгэл гэнэ. Химийн урвалын изотерм
тэгшитгэл ѐсоор урвалын максималь ажил болох ба үүнийг
Am RTd ln K C
дифференциалчилбал:
dA RTd ln K C R ln K C dT болно. Эндээс
dA RTd ln K C R ln K C dT RT 2 d ln K C RT ln K C dT
A QV T RT ln K C QV T
dT -д орлуулбал: dT dT dT
d ln K C d ln K C QV
Өөрөөр хэлбэл: QV RT 2 Эндээс ба
dT dT RT 2
Энэ тэгшитгэл нь тогтмол эзэлхүүнд явагдаж байгаа химийн урвалып дулааны эффект ба
температуртай тэнцвэрийн тогтмол хэрхэн холбоотойг тогтоож байна. Үүнийг химийн
урвалын изохор тэгшитгэл гэнэ. Үүнтэй төстэйгээр тогтмол даралтанд явагдаж байгаа
урвалын дулааны эффект ба температуртай химийн тэнцвэрийн тогтмолын өөрчлөлт
хэрхэн холбоотойг дараах тэгшитгэлээр илэрхийлж болно.
d ln K P QP
dT RT 2 ба Энэ тэгшитгэлийг химийн урвалын
изобар тэгшитгэл гэдэг.
Гетероген урвалын химийн тэнцвэр. Хоѐр ба түүнээс дээш тооны фаз агуулсан
системийг гетероген систем гэнэ. Урвалд орж байгаа ба урвалаас үүсч байгаа бодисуудын
агрегат (физик) байдал нь ижил биш байвал эдгээр бодисын оролцоотой явагдах урвал
гетероген урвал болно. Гетероген урвалыг доторх хийн молийн тооны өөрчлөлтөөр хоѐр
хуваана.
4

5. Молийн тоо нь өөрчлөгдөхгүйгээр явагдах урвал. Жишээ нь: металлургийн урвал
FеО + СО = Fе + СО2
Энэ урвалд орсон бодисын молийн тоо өөрчлөгдсөнгүй.
Молийн тоо нь өөрчлөгдөх замаар явагдах урвал. Генераторын зууханд явагдах
урвалыг жишээ нь:
С + СО2 = 2СО
Эдгээр системүүд нь гетероген систем юм. Масс үйлчлэлийн хуулийг гетероген системд
хэрэглэх нь гомоген системд хэрэглэхээс өөр юм. Гомоген системийн бүх хэсгүүдийн
хоорондох тэнцвэрийг масс үйлчлэлийн хуулиар тодорхойлдог бол гетероген системийн
зөвхөн нэг төрлийн хэсгүүдийн хоорондох тэнцвэрийг тодорхойлдог. Харин системийн
ижил бус хэсгүүдийн хоорондох тэнцвэр масс үйлчлэлийн хуульд захирагддаггүй.
Жишээ нь:
СаСО3 = СаО + СО2
Энэ бол 2 фаз 3 компонентоос тогтсон гетероген процесс. (Энэ нь маш өндөр температурт
явагдана.) Энэ урвалыг гомоген урвал гэж үзвэл систем дэх тэнцвэр (Хийн фаз дотор
явагдаж байна гэж үзвэл) PCaO PCO2
KP
PCaCO3
Эдгээрээс СаСО3, СаО гэсэн хатуу бодисын уурын даралт нь өгөгдсөн температурт
тогтмол хэмжигдэхүүн юм. Иймд PCaO Эндээс K P K1 PCO2 ба
K1
KP PCaCO3
PCO2 const PCO2 -ийг диссоциацийн даралт гэх бөгөөд дээрх тэнцвэр
K1
нь өгөгдсөн температурт диссоциацийн даралт зөвхөн нэг тодорхой утгатай байна гэдгийг
зааж байна. Иймэрхүү дүгнэлтийг зөвхөн нэг компонент хий байдалтай орших гетероген
системд хийж болно. Диссоциацийн даралт нь температурыг ихэсгэхэд хүчтэй өсдөг.
Диссоциацийн даралт нь температурын функц юм.
PCO2 f T
5

6. 6