गठन की गर्मी की परिभाषा

गठन की ऊष्मा, जिसे गठन की तापीय धारिता या गठन की मानक तापीय धारिता भी कहा जाता है, ऊष्मा की वह मात्रा है जो किसी रासायनिक पदार्थ के 1 मोल को उसके घटक तत्वों से बनाने की प्रक्रिया से जुड़ी होती है, जब वे अपनी मानक अवस्था में होते हैं, अर्थात, 25 डिग्री सेल्सियस पर इसका सबसे स्थिर प्राकृतिक रूप। इस अर्थ में, गठन की गर्मी 25 डिग्री सेल्सियस पर किए गए रासायनिक प्रतिक्रिया के उत्पादों और अभिकारकों के बीच एन्थैल्पी अंतर का प्रतिनिधित्व करती है जिसमें एकमात्र उत्पाद ब्याज के पदार्थ का 1 मोल होता है, जबकि अभिकारक या अभिकारक ऐसे तत्व होते हैं जो उक्त पदार्थ को उक्त तापमान पर अपनी सबसे स्थिर प्राकृतिक अवस्था में बनाते हैं।

गठन की एन्थैल्पी को प्रतीक Δ _f H° _X द्वारा दर्शाया जाता है, जहाँ f इंगित करता है कि यह पदार्थ X के गठन की एन्थैल्पी है (X रासायनिक सूत्र या बनने वाले पदार्थ के नाम से मेल खाता है) और प्रतीक ° है मानक प्रतिक्रिया स्थितियों का प्रतिनिधित्व करने के लिए प्रयोग किया जाता है, इस मामले में टी = 25 डिग्री सेल्सियस या 298.15 के।

उदाहरण के लिए, पानी के निर्माण की ऊष्मा को Δ _f H° _H2O के रूप में दर्शाया जाता है और 25 °C पर की गई निम्नलिखित प्रतिक्रिया के एन्थैल्पी अंतर के अनुरूप होता है:

अच्छा अभ्यास नोट: अतीत में, एन्थैल्पी या गठन की गर्मी (यानी, ΔH _f ° _X ) का प्रतिनिधित्व करते समय गठन के एफ को एच के सबस्क्रिप्ट के रूप में रखना आम था। हालाँकि, अवधारणात्मक रूप से यह एक गलती है, क्योंकि एन्थैल्पी (H) पदार्थ का एक गुण है, पदार्थ के निर्माण की प्रक्रिया का नहीं, इसलिए इसमें अक्षर f नहीं होना चाहिए। दूसरी ओर, प्रतीक Δ (डेल्टा) जो अंतिम और प्रारंभिक अवस्थाओं के बीच अंतर का प्रतिनिधित्व करता है, गठन प्रक्रिया से संबंधित है, यही वजह है कि वर्तमान में f को इसके सबस्क्रिप्ट के रूप में रखा गया है।

गठन प्रतिक्रियाएं

ऊपर एक गठन प्रतिक्रिया (पानी की गठन प्रतिक्रिया) का एक उदाहरण है। एक गठन प्रतिक्रिया को पहचानने के लिए ध्यान में रखने वाले महत्वपूर्ण विवरण हैं:

• केवल एक उत्पाद होना चाहिए (इस मामले में एच ₂ ओ)।
• उत्पाद का रससमीकरणमितीय गुणांक 1 होना चाहिए।
• अभिकारक सभी तात्विक पदार्थ होने चाहिए (इस मामले में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन), यौगिक नहीं।
• उपस्थित प्रत्येक अभिकारक का आवंटन मानक स्थितियों के तहत सबसे स्थिर आवंटन के अनुरूप होना चाहिए (तत्व हाइड्रोजन के मामले में, यह आणविक हाइड्रोजन गैस है, और ऑक्सीजन के मामले में, यह आणविक ऑक्सीजन गैस है)।

मानक स्थिति में आइटम

मानक स्थितियों के तहत उनके सबसे स्थिर प्राकृतिक अवस्था में तत्वों के कुछ उदाहरण हैं:

एन्थैल्पी क्या है?

एन्थैल्पी एक राज्य कार्य है जो एक रासायनिक यौगिक, एक पिस्टन के अंदर एक दबाव वाली गैस, या यहां तक ​​​​कि एक ग्रह के चारों ओर परिक्रमा करने वाली प्रणाली की विशेषता है। इस संपत्ति को प्रतीक एच द्वारा दर्शाया गया है (जो अंग्रेजी में गर्मी शब्द से आता है, गर्मी ) और, थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण से, इसे सिस्टम (यू) की आंतरिक ऊर्जा और इसके दबाव के उत्पाद के योग के रूप में परिभाषित किया गया है। और इसकी मात्रा (उत्पाद पीवी)। यानी:

आदर्श गैसों जैसी बहुत सरल प्रणालियों को छोड़कर, निरपेक्ष एन्थैल्पी (H) को प्रयोगात्मक रूप से या आसानी से गणना नहीं किया जा सकता है। ऐसा इसलिए है, क्योंकि अपेक्षाकृत जटिल प्रणालियों के लिए, आंतरिक ऊर्जा (यू) का निर्धारण निर्धारित करने के लिए बेहद जटिल है, क्योंकि सिस्टम बनाने वाले कणों के बीच बातचीत से आने वाले बहुत से चरों पर विचार किया जाना चाहिए।

हालाँकि, जैसा कि अगले भाग में देखा जाएगा, विभिन्न प्रक्रियाओं के दौरान एन्थैल्पी भिन्नता को प्रयोगात्मक रूप से मापा जा सकता है, जो सापेक्ष एन्थैल्पी मूल्यों को स्थापित करने की अनुमति देता है, जिसमें फॉर्मेशन एन्थैल्पी एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं।

क्या यह प्रतिक्रिया की ऊष्मा है या प्रतिक्रिया की तापीय धारिता?

एन्थैल्पी (एच = यू + पीवी) की थर्मोडायनामिक परिभाषा के कारण, यह गणितीय रूप से दिखाया जा सकता है कि निरंतर दबाव पर की जाने वाली प्रक्रिया का एन्थैल्पी परिवर्तन (ΔH) उक्त प्रक्रिया के दौरान सिस्टम द्वारा जारी या अवशोषित गर्मी के बराबर होता है। प्रक्रिया। यानी सामान्य तौर पर:

जहां क्यू _पी निरंतर दबाव पर गर्मी का प्रतिनिधित्व करता है। इसका अर्थ यह है कि यद्यपि हम H को माप नहीं सकते, हम ΔH को माप सकते हैं, क्योंकि ऊष्मा को मापा जा सकता है। विद्युत क्षमता या वोल्टेज, V के साथ भी कुछ ऐसा ही होता है, जिसे हम सीधे वोल्टमीटर से नहीं माप सकते, लेकिन हम वोल्टेज, ΔV में अंतर को माप सकते हैं। यह एक सापेक्ष एन्थैल्पी स्केल स्थापित करने की संभावना को खोलता है, बशर्ते कि हम एक संदर्भ प्रणाली को खोजें या परिभाषित करें जिससे हम शून्य के मान को जोड़ते हैं।

वोल्टेज के मामले में, शून्य आमतौर पर ग्राउंड वोल्टेज होता है। थैलेपी के मामले में, शून्य में उनके मानक अवस्था में शुद्ध तत्व होते हैं या 25 डिग्री सेल्सियस पर सबसे स्थिर प्राकृतिक आवंटन होता है।

प्रो टिप: एक प्रक्रिया के उत्साह को एक गठन प्रतिक्रिया के रूप में संदर्भित करने का सही तरीका “एन्थैल्पी परिवर्तन” होना चाहिए क्योंकि यह एक ΔH है। यह इसे पूर्ण एन्थैल्पी या एच से अलग करने की अनुमति देगा। हालांकि, चूंकि गठन प्रतिक्रिया स्पष्ट रूप से प्रारंभिक अवस्था से अंतिम अवस्था में परिवर्तन की प्रक्रिया है, शब्द “भिन्नता” कहने के बिना चला जाता है। इसलिए, जब भी कोई किसी प्रक्रिया की एन्थैल्पी के बारे में बात करता है, तो वह ΔH के मान के बारे में बात कर रहा होता है, जबकि, जब कोई किसी विशेष अवस्था में शुद्ध पदार्थ के रूप में किसी सिस्टम की एन्थैल्पी के बारे में बात करता है, तो वह एक पूर्ण एन्थैल्पी (H) को संदर्भित करता है। .

गठन की गर्मी की इकाइयां

चूंकि एन्थैल्पी ऊर्जा और पीवी उत्पाद का योग है, और इसके अलावा, तापीय धारिता अंतर भी निरंतर दबाव पर गर्मी का प्रतिनिधित्व करता है, गठन की गर्मी की इकाइयां प्रति मोल ऊर्जा की इकाइयां हैं ([ऊर्जा]/मोल या [ऊर्जा] .मोल ^-1 )। ज्यादातर मामलों में, इकाइयां kJ.mol ^-1 हैं , लेकिन कुछ मामलों में kcal.mol ^{-1 का} भी उपयोग किया जाता है।

गठन की गर्मी कैसे मापी जाती है?

किसी रासायनिक पदार्थ के निर्माण की ऊष्मा को आमतौर पर सीधे नहीं मापा जाता है, क्योंकि अधिकांश मामलों में, गठन की प्रतिक्रिया को अंजाम देना संभव नहीं होता है। प्रयोगशाला में केवल कुछ ही निर्माण अभिक्रियाएँ की जा सकती हैं, जैसे कि हाइड्रोजन गैस को जलाकर पानी का निर्माण , या कार्बन ग्रेफाइट को जलाकर कार्बन डाइऑक्साइड का निर्माण।

हालांकि, ग्रेफाइट कार्बन और हाइड्रोजन से सीधे बेंजीन जैसे रासायनिक यौगिक का उत्पादन संभव नहीं है। इस समस्या का समाधान हेस के नियम में मिलता है । इसके बजाय जो किया जाता है वह यह है कि जिस प्रतिक्रिया में पदार्थ शामिल होता है उसकी गर्मी को मापा जाता है और इसमें ऐसे पदार्थ भी शामिल होते हैं जिनके गठन की एन्थैल्पी हम जानते हैं। एक बहुत ही सामान्य उदाहरण दहन प्रतिक्रियाओं का उपयोग करना है, क्योंकि परिभाषा के अनुसार ऑक्सीजन निर्माण की एन्थैल्पी शून्य है, और पानी और कार्बन डाइऑक्साइड की एन्थैल्पी को सीधे मापा जा सकता है, जैसा कि हमने अभी समझाया है।

उदाहरण:

_{मान लीजिए} कि हम बेंजीन (C6H6 ₎ के बनने की ऊष्मा ज्ञात करना चाहते हैं । इस मामले में, हम बेंजीन का दहन करेंगे जिसका रासायनिक समीकरण नीचे प्रस्तुत किया गया है, और हम प्रतिक्रिया की तापीय धारिता को मापेंगे:

_{फिर, हेस के कानून का उपयोग करके, और सीओ 2} और एच ₂ ओ के गठन की गर्मी , बेंजीन के गठन की गर्मी निकलती है:

लेकिन दहन जैसी प्रतिक्रियाओं की एन्थैल्पी को कैसे मापा जाता है? यह कैलोरीमेट्री नामक तकनीक का उपयोग करके किया जाता है।

उष्मामिति

रिएक्शन एन्थैल्पी को कैलोरीमेट्री द्वारा मापा जाता है। इस तकनीक में ज्ञात कुल ऊष्मा क्षमता (C _Cal ) के एक कैलोरीमीटर के अंदर एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है , फिर प्रतिक्रिया द्वारा जारी या अवशोषित गर्मी के कारण कैलोरीमीटर के तापमान में परिवर्तन को मापने के लिए (ΔT = T f – _T ) _मैं )। इस तापमान परिवर्तन का उपयोग निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके कैलोरीमीटर (जो प्रतिक्रिया द्वारा अवशोषित या जारी की गई गर्मी का ऋणात्मक है) द्वारा जारी या अवशोषित गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए किया जाता है:

दो मुख्य प्रकार के कैलोरीमीटर हैं, जो निरंतर दबाव पर काम करते हैं और जो स्थिर मात्रा में काम करते हैं। निरंतर दबाव कैलोरीमेट्री के मामले में, पिछले समीकरण के अनुसार गणना की गई ऊष्मा सीधे प्रतिक्रिया की तापीय धारिता को मापती है (Q _r = Δ _r H° = – Q _Cal , याद रखें कि निरंतर दबाव पर एक प्रक्रिया की एन्थैल्पी ऊष्मा के बराबर होती है। उक्त प्रक्रिया का)। हालांकि, इस तकनीक को लागू करना हमेशा आसान नहीं होता है।

लगातार मात्रा कैलोरीमीटर अधिक सामान्य और संचालित करने में आसान होते हैं। निम्नलिखित आंकड़ा एक विशिष्ट स्थिर आयतन कैलोरीमीटर का एक योजनाबद्ध दिखाता है जो इसके भागों को दर्शाता है।

निरंतर आयतन कैलोरीमेट्री में मापी गई ऊष्मा प्रतिक्रिया के कारण प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करती है, न कि एन्थैल्पी का। हालाँकि, यह निम्नलिखित समीकरण के माध्यम से प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी से संबंधित है:

जहाँ Δ _r n _गैस शामिल रासायनिक प्रतिक्रिया के उत्पादों और अभिकारकों के बीच गैसों के मोल की संख्या में भिन्नता का प्रतिनिधित्व करती है। इस समीकरण से प्रतिक्रिया की तापीय धारिता इस प्रकार प्राप्त की जाती है:

गठन की तापीय धारिता या गठन की गर्मी किसके लिए उपयोग की जाती है?

# 1 इसका उपयोग रिएक्शन एन्थैल्पी निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

एन्थैल्पी हेस के नियम का पालन करती है, जो इस तथ्य को व्यक्त करने का एक तरीका है कि एन्थैल्पी एक राज्य कार्य है। इस कानून में कहा गया है कि “जब अभिकारकों को रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान उत्पादों में परिवर्तित किया जाता है, तो इस बात की परवाह किए बिना कि प्रतिक्रिया एक ही चरण में या कई चरणों में की जाती है, एन्थैल्पी परिवर्तन समान होता है। ” दूसरे शब्दों में, हेस के नियम में कहा गया है कि एन्थैल्पी परिवर्तन अभिकारकों से उत्पादों तक जाने के लिए लिए गए पथ से स्वतंत्र है।

हेस के नियम का एक परिणाम यह है कि चूंकि हम मौजूद किसी भी यौगिक के लिए गठन प्रतिक्रियाओं को लिख सकते हैं, और चूंकि हम इच्छानुसार गठन प्रतिक्रियाओं में हेरफेर कर सकते हैं, जब तक परिवर्तन संशोधित प्रतिक्रियाओं की एन्थैल्पी में परिलक्षित होते हैं, हम एन्थैल्पी लिख सकते हैं प्रतिक्रिया में शामिल अभिकारकों और उत्पादों के गठन की एन्थैल्पी के संदर्भ में कोई भी रासायनिक प्रतिक्रिया। सामान्य तौर पर, हम निम्न की तरह एक सामान्य प्रतिक्रिया के लिए लिख सकते हैं:

प्रतिक्रिया की तापीय धारिता (Δ _r H°) द्वारा दिया जाता है

या, अधिक आम तौर पर:

जहाँ ν _j और ν _i क्रमशः प्रत्येक उत्पाद और अभिकारक के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक का प्रतिनिधित्व करते हैं, और Δ _f H _j ° और Δ _f H _i ° क्रमशः प्रत्येक उत्पाद और अभिकारक के गठन के तापों का प्रतिनिधित्व करते हैं।

#2 वे अपने मानक अवस्था में रासायनिक पदार्थों की सापेक्ष तापीय धारिता के मूल्य का प्रतिनिधित्व करते हैं।

जैसा कि हमने पहले उल्लेख किया है, 25 डिग्री सेल्सियस पर उनके मानक राज्य या सबसे स्थिर प्राकृतिक आवंटन में शुद्ध तत्व सापेक्ष तापीय धारिता पैमाने के निर्धारण के लिए संदर्भ बिंदु का प्रतिनिधित्व करते हैं। ऐसा इसलिए है, क्योंकि गठन प्रतिक्रियाओं की परिभाषा दी गई है, उनके सबसे स्थिर प्राकृतिक अवस्था में शुद्ध तत्वों के गठन की तापीय धारिता शून्य होनी चाहिए, क्योंकि उनकी गठन प्रतिक्रिया में एक ही अभिकारक और एक ही उत्पाद होगा (यह एक अशक्त प्रतिक्रिया होगी)।

चूंकि इस गठन की प्रतिक्रिया में वास्तव में राज्य के किसी भी परिवर्तन को शामिल नहीं किया जाता है, तो इस प्रतिक्रिया की तापीय धारिता, जो कि अंतिम तापीय धारिता शून्य से प्रारंभिक उत्साह के बराबर होती है, शून्य होनी चाहिए, क्योंकि दोनों अवस्थाएँ समान हैं।

उदाहरण के लिए, 25°C पर ऑक्सीजन गैस बनने की अभिक्रिया निम्न द्वारा दी जाती है:

फिर, इस प्रतिक्रिया की तापीय धारिता, जो ऑक्सीजन के गठन की तापीय धारिता के बराबर होना चाहिए, द्वारा दिया जाएगा:

यह हमें प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी को मापने की अनुमति देता है जैसा कि हमने पहले देखा था।

इसी तरह के तर्क के बाद, हम तत्वों की पूर्ण एन्थैल्पी को उनकी सबसे स्थिर प्राकृतिक अवस्था में भी शून्य के रूप में परिभाषित कर सकते हैं, और ऐसा करने में, विभिन्न पदार्थों के गठन की एन्थैल्पी (Δ fHX °) के तहत पदार्थों की सापेक्ष एन्थैल्पी बन जाती _{है ।} मानक स्थिति (एच _एक्स °)।

उदाहरण के लिए, ऊपर प्रस्तुत पानी के गठन के मामले में:

यदि हम हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की एन्थैल्पी को शून्य के रूप में परिभाषित करते हैं, तो हम प्राप्त करते हैं कि पानी के गठन की तापीय धारिता इस सापेक्ष पैमाने पर पानी की मानक एन्थैल्पी के बराबर है:

यह एन्थैल्पी बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि एन्थैल्पी विविधताओं की गणना या माप के माध्यम से, हम इन सापेक्ष थैलेपीज़ को रूपांतरित कर सकते हैं जो मानक स्थितियों में हैं, किसी भी अन्य परिस्थितियों में (उदाहरण के लिए अन्य तापमान या अन्य दबावों पर) रिलेटिव एन्थैल्पी में। यह गैर-मानक स्थितियों के तहत रासायनिक प्रतिक्रियाओं और चरण परिवर्तनों के ऊर्जा आदान-प्रदान का अध्ययन करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है, इसलिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले पदार्थों जैसे कि पानी और अन्य सॉल्वैंट्स, ईंधन पदार्थ और अन्य रासायनिक पदार्थों के लिए अलग-अलग तापमान पर एन्थैल्पी टेबल प्राप्त करना आम है। और दबाव, सभी की गणना गठन की एन्थैल्पी से की जाती है।

संदर्भ

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