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एन्थैल्पी (एच) एक थर्मोडायनामिक संपत्ति है जिसे थर्मोडायनामिक सिस्टम (यू) की आंतरिक ऊर्जा और उसके दबाव और मात्रा (पीवी) के उत्पाद के योग के रूप में परिभाषित किया गया है। अर्थात्, थैलेपी को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:
यह संपत्ति एक राज्य समारोह होने की विशेषता है। इसका मतलब यह है कि किसी दिए गए क्षण में किसी प्रणाली की एन्थैल्पी का मूल्य केवल उस स्थिति पर निर्भर करता है जिसमें वह है और न कि तुरंत पहले या उसके बाद आने वाली स्थिति पर। अर्थात्, एन्थैल्पी उस पथ पर निर्भर नहीं करता है जो सिस्टम को उस स्थिति तक ले जाता है जिसमें यह है, बल्कि केवल वर्तमान स्थिति पर निर्भर करता है।
एन्थैल्पी परिवर्तन
स्टेट फंक्शन के रूप में एन्थैल्पी की परिभाषा के कई निहितार्थ हैं। उनमें से एक यह है कि जब एक प्रणाली राज्य के परिवर्तन से गुजरती है, तो यह परिवर्तन बदले में प्रणाली के एन्थैल्पी में परिवर्तन का संकेत दे सकता है। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक प्रक्रिया जिसके अधीन एक प्रणाली होती है, उसमें एक संबद्ध परिवर्तन या एन्थैल्पी में भिन्नता होती है; इस भिन्नता को ΔH के रूप में दर्शाया गया है और यह धनात्मक, ऋणात्मक या शून्य भी हो सकता है।
जिस तरह से थैलेपी को परिभाषित किया गया है, और ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के परिणामस्वरूप, एक प्रक्रिया का एन्थैल्पी परिवर्तन जिसमें सिस्टम केवल निरंतर दबाव पर विस्तार कार्य करता है, उस गर्मी के बराबर होता है जिसे सिस्टम अवशोषित करता है। दूसरे शब्दों में, अन्य प्रकार के कार्यों के अभाव में,
जहाँ qP स्थिर दाब पर किसी प्रक्रिया के दौरान निकाय द्वारा अवशोषित ऊष्मा है । इस परिणाम का बहुत महत्व है क्योंकि लगातार दबाव पर बड़ी संख्या में रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं; इस कारण से, इन प्रक्रियाओं के दौरान जारी या अवशोषित गर्मी की मात्रा का प्रायोगिक माप अप्रत्यक्ष रूप से सिस्टम की तापीय धारिता में परिवर्तन को मापना संभव बनाता है।
यह विशेषता थर्मोकैमिस्ट्री के रूप में जानी जाने वाली चीज़ को जन्म देती है, जो कि ऊष्मप्रवैगिकी (या रसायन विज्ञान) के हिस्से से ज्यादा कुछ नहीं है जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं की घटना के कारण गर्मी हस्तांतरण का अध्ययन करती है।
हेस का नियम
दूसरा निहितार्थ है कि एन्थैल्पी एक राज्य कार्य है हेस के कानून के रूप में व्यक्त किया गया है. रासायनिक प्रतिक्रियाओं के संबंध में, यह कानून कहता है कि “जब अभिकारकों को उत्पादों में परिवर्तित किया जाता है, तो इस बात की परवाह किए बिना कि प्रतिक्रिया एक चरण में या चरणों की एक श्रृंखला में की जाती है, एन्थैल्पी परिवर्तन समान होता है।” इसका मतलब यह है कि अगर हम अभिकारक A से शुरू करते हैं और उत्पाद B के साथ समाप्त होते हैं, तो उक्त प्रतिक्रिया का ΔH प्रतिक्रिया के तरीके से स्वतंत्र होता है। यह, बदले में, यह दर्शाता है कि हम प्रतिक्रिया के ΔH की गणना केवल प्रतिक्रियाओं के एक सेट के ΔH मानों को जोड़कर कर सकते हैं जो समान अभिकारकों को समान उत्पादों में बदलने का प्रबंधन करते हैं। उत्तरार्द्ध थर्मोकैमिस्ट्री में सबसे आम प्रथाओं में से एक है और ठीक यही है कि निम्नलिखित नमूना समस्या क्या है।
हेस के नियम का उपयोग करके किसी प्रतिक्रिया के एन्थैल्पी परिवर्तन की गणना करने की समस्या का समाधान
कथन:
हेस के नियम का उपयोग करते हुए निम्नलिखित प्रतिक्रिया के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन की गणना करें,
निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं की तापीय धारिता को देखते हुए:
समाधान
हेस के नियम का उपयोग करके एन्थैल्पी भिन्नता या परिवर्तन की गणना करने के लिए, हमें उन रासायनिक समीकरणों को संयोजित करने का एक तरीका खोजना होगा जो हमें डेटा के रूप में दिए गए हैं, ताकि जब जोड़ा जाए, तो वे रासायनिक प्रतिक्रिया के समीकरण में परिणत हों, जिनके एन्थैल्पी परिवर्तन की हम गणना करना चाहते हैं।
इसमें विभिन्न तरीकों से रासायनिक समीकरणों में हेरफेर करना शामिल है, जिसमें उन्हें उल्टा करना, स्थिर मूल्यों से गुणा करना या निरंतर मूल्यों से विभाजित करना शामिल है। ध्यान रखने वाली सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि रासायनिक समीकरण के लिए जो कुछ भी किया जाता है वह उसके ΔH के मान के लिए भी किया जाना चाहिए। वह है:
- किसी थर्मोकैमिकल समीकरण को पलटने या फ़्लिप करने पर, इसके एन्थैल्पी परिवर्तन के चिह्न को भी उलटा होना चाहिए।
- जब एक संपूर्ण समीकरण को एक स्थिरांक से गुणा किया जाता है, तो एन्थैल्पी परिवर्तन को भी उसी स्थिरांक से गुणा किया जाना चाहिए।
- किसी रासायनिक समीकरण को एक स्थिरांक से विभाजित करते समय, एन्थैल्पी परिवर्तन को भी उसी स्थिरांक से विभाजित किया जाना चाहिए।
आइए इन सिद्धांतों को प्रभावी ढंग से लागू करने के लिए आवश्यक चरणों को देखें:
चरण 1: समीकरण के सही पक्ष में दी गई प्रतिक्रियाओं में दिखाई देने वाले अभिकारकों और उत्पादों का पता लगाएं
इन समस्याओं में से अधिकांश में लागू की जा सकने वाली एक सामान्य रणनीति अज्ञात प्रतिक्रिया के अभिकारकों और उत्पादों के लिए एक-एक करके खोज करना है, अर्थात, जिसकी एन्थैल्पी हम गणना करना चाहते हैं, उन सभी प्रतिक्रियाओं में जो हमें डेटा के रूप में दी गई हैं . अगला, आपको यह सुनिश्चित करना होगा कि जिस यौगिक में आप रुचि रखते हैं वह समीकरण के दाईं ओर है; अन्यथा, समीकरण उलट जाता है।
उदाहरण के लिए, वर्तमान समस्या में, हम एलिमेंटल एल्युमीनियम और आयरन ऑक्साइड में रुचि रखते हैं, जो प्रतिक्रियाओं के अभिकारकों के बीच दिखाई देते हैं, जिनकी एन्थैल्पी ज्ञात हैं। जैसा कि देखा जा सकता है, इसका अर्थ है दोनों समीकरणों को उल्टा करना, साथ ही साथ उनके एन्थैल्पी परिवर्तनों के संकेत को उलटना:
इन समीकरणों को उल्टा करके हम अभिकारकों को उस तरफ रख सकते हैं जहाँ हमें उनकी आवश्यकता है, लेकिन साथ ही हम उत्पादों को सही तरफ रखते हैं। हालाँकि, प्रक्रिया अभी तक तैयार नहीं है, जैसा कि देखा जा सकता है, इन दो प्रतिक्रियाओं का योग आवश्यक प्रतिक्रिया नहीं देता है।
चरण 2: आवश्यक होने पर रससमीकरणमितीय गुणांकों को गुणा या विभाजित करें
यह समझ लेना चाहिए कि आप अज्ञात समीकरण देने के लिए दिए गए रासायनिक समीकरणों का योग चाहते हैं। इसका तात्पर्य यह है कि प्रत्येक प्रजाति जो अंतिम प्रजाति में प्रकट नहीं होती है, उसे रद्द कर दिया जाना चाहिए और अन्य सभी प्रजातियों में उचित स्टोइकीओमेट्रिक गुणांक होना चाहिए।
हमारी समस्या में यह देखा जा सकता है कि डेटा के रूप में दी गई प्रतिक्रियाओं में आणविक ऑक्सीजन शामिल है, जो उस प्रतिक्रिया में मौजूद नहीं है जिसकी हम तलाश कर रहे हैं, इसलिए हमें यह सुनिश्चित करना चाहिए कि समीकरण जोड़ते समय यह रद्द हो जाए। ऐसा होने के लिए और, इसके अलावा, आयरन और फेरिक ऑक्साइड के गुणांक सही होने के लिए, दूसरे समीकरण को 2 से विभाजित किया जाना चाहिए, साथ ही इसकी एन्थैल्पी भी। यानी:
जिसके परिणामस्वरूप:
चरण 3: समीकरण जोड़ें
सभी अभिकारकों और उत्पादों को सही पक्ष पर और सही गुणांकों के साथ, समीकरणों और उनके संबंधित एन्थैल्पी को जोड़ा जा सकता है, ताकि हम जिस एन्थैल्पी की तलाश कर रहे हैं उसे प्राप्त कर सकें:
अंत में, हमारे पास यह है कि प्रतिक्रिया का तापीय धारिता परिवर्तन है:
उत्तर:
लोहा और एल्यूमीनियम ऑक्साइड देने के लिए एल्यूमीनियम और फेरिक ऑक्साइड के बीच की प्रतिक्रिया में -845.6 kJ/mol का मानक एन्थैल्पी परिवर्तन होता है।
संदर्भ
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