የሄስ ሕግ፦ ምላሾችን በመደመር ΔHን ማግኘት

የሁኔታ ተግባር የሄስን ሕግ እንዲሠራ የሚያደርገው ለምን

ኢንታልፒ የሁኔታ ተግባር ነው፦ እሴቱ የሚወሰነው በሲስተም አሁን ባለበት ሁኔታ ብቻ ነው እንጂ ሲስተሙ እዚያ እንዴት እንደደረሰ አይደለም። ስለዚህ በመነሻና በመጨረሻ ሁኔታ መካከል ያለው ለውጥ ΔH በመካከላቸው ላለው ለእያንዳንዱ መንገድ ተመሳሳይ ነው። ከፍታ በተመሳሳይ መንገድ ይሠራል። ኮረብታን በቀጥተኛ ቁልቁለት መንገድ ወይም በረዥም ዚግዛጎች ቢወጡ የከፍታ ለውጥዎ ተመሳሳይ ነው።

የሄስ ሕግ በቀጥታ ይከተላል። አንድ ምላሽ እንደ ሁለት ወይም ከዚያ በላይ ደረጃዎች ድምር ሊጻፍ ከቻለ ΔHው የደረጃዎቹ ΔH እሴቶች ድምር ነው። ደረጃዎቹ በእውነታው መከሰት የለባቸውም፤ ኢንታልፒያቸው የታወቀ ትክክለኛ ኬሚካዊ እኩልታዎች መሆን ብቻ ያስፈልጋቸዋል። በካሎሪሜትር ውስጥ በንጽህና ማካሄድ ለማትችሉት ምላሾች ሕጉን ጠቃሚ የሚያደርገው ይህ ነፃነት ነው።

የሙቀት ኬሚካዊ እኩልታዎችን ለመቆጣጠር ሦስት ደንቦች

እያንዳንዱ ደንብ ΔH ሰፊ የሁኔታ ተግባር መሆኑን ይከተላል። ሂደትን መገልበጥ ሲስተሙን ወደ መነሻ ሁኔታው ይመልሳል፤ ስለዚህ የኢንታልፒ ለውጡ እኩል እና ተቃራኒ መሆን አለበት። የምላሹን መጠን በእጥፍ ማድረግ የሚካተተውን ኃይል በእጥፍ ያደርጋል።

ምንም ነገር ከማጣመርዎ በፊት የዒላማውን እኩልታ በሥራዎ አናት ላይ ይጻፉ። ከዚያ በተሰጡት እኩልታዎች ውስጥ አንድ ጊዜ ብቻ የሚታየውን እያንዳንዱን ንጥረ ነገር ያግኙ። ቦታውና ብዜት ቁጥሩ ያ እኩልታ መገልበጥ እንዳለበትና በምን ብዜት መባዛት እንዳለበት ይነግሩዎታል።

• እኩልታን ይገልብጡ እና የΔHውን ምልክት ይለውጣሉ።
• እኩልታን በአንድ ብዜት ያባዙ እና ΔHውን በተመሳሳይ ብዜት ያባዛሉ። እንደ ½ ያሉ ክፍልፋዮች ይፈቀዳሉ።
• እኩልታዎችን ይደምሩ እና የΔH እሴቶቻቸውን ይደምራሉ። በድምሩ ሁለቱም ጎኖች ላይ የሚታዩ ንጥረ ነገሮች ይሰረዛሉ፤ ነገር ግን አካላዊ ሁኔታዎቻቸው ከተመሳሰሉ ብቻ።

የተሠራ ምሳሌ፦ ሁለት እኩልታዎችን መገልበጥና መደመር

ግራፋይትን ወደ አልማዝ ለመቀየር ΔH°ን ያግኙ፣ C(graphite) → C(diamond)። ቀጥተኛው ለውጥ እጅግ ከፍተኛ ግፊት ይፈልጋል፤ በካሎሪሜትር ውስጥ ሊካሄድ አይችልም፤ ነገር ግን ሁለቱም የካርቦን ቅርፆች ይቃጠላሉ። (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g)፣ ΔH° = −393.51 kJ፣ እና (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g)፣ ΔH° = −395.40 kJ ይጠቀሙ። የመጀመሪያው እሴት ከOpenStax Chemistry 2e አባሪ G ነው፤ ሁለተኛው ከተመሳሳይ ሠንጠረዥ ተሰልቷል።

ግራፋይት በ(1) እና በዒላማው ውስጥ ምላሽ ሰጪ ነው፤ ስለዚህ (1)ን ያቆዩ። አልማዝ በ(2) ምላሽ ሰጪ ነው፤ በዒላማው ግን ምርት ነው፤ ስለዚህ (2)ን ይገልብጡ፦ CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g)፣ ΔH° = +395.40 kJ። ሁለቱን መደመር O₂ እና CO₂ በእያንዳንዱ ጎን አንድ ጊዜ ይታያሉ፤ ይሰረዛሉ፤ ዒላማውን በትክክል ይተዋሉ። ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ።

መልሱን ይተርጉሙ። አዎንታዊ ምልክቱ አልማዝ ከግራፋይት በትንሹ በኢንታልፒ ከፍ ብሎ ይገኛል ማለት ነው፤ ይህም ግራፋይት እንጂ አልማዝ ለካርቦን የማጣቀሻ ቅርፅ ከመሆኑ ጋር ይስማማል። የቁጥሩ አነስተኛነት ሁለት ትላልቅ፣ ተቀራራቢ እሴቶችን መቀነስ እርግጠኛ አለመሆናቸውን እንደሚያጎላ ማስታወሻ ነው።

የተሠራ ምሳሌ፦ ሦስት እኩልታዎችና ማጣሪያ

ከቃጠሎ መረጃ ለሃይድሮጅኔሽኑ C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) ΔH°ን ያግኙ። (1) C₂H₄(g) + 3 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 2 H₂O(l)፣ ΔH° = −1411.1 kJ፤ (2) H₂(g) + ½ O₂(g) → H₂O(l)፣ ΔH° = −285.83 kJ፤ እና (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l)፣ ΔH° = −1560.5 kJ ይጠቀሙ። እነዚህ የቃጠሎ እሴቶች እንዲደግሟቸው ከአባሪ G የምስረታ መረጃ ተሰልተዋል።

C₂H₄ እና H₂ በዒላማውና በእኩልታዎች (1) እና (2) ሁለቱም ምላሽ ሰጪዎች ናቸው፤ ስለዚህ እንደተጻፉ ያቆዩዋቸው። C₂H₆ በዒላማው ምርት ነው፤ በ(3) ግን ምላሽ ሰጪ ነው፤ ስለዚህ (3)ን ይገልብጡና ምልክቱን ወደ +1560.5 kJ ይቀይሩ። አሁን ይቁጠሩ፦ ኦክስጅን በግራ 3 + ½ = 7/2 O₂ ሲሆን በቀኝም 7/2 O₂፤ ካርቦን ዳይኦክሳይድ በእያንዳንዱ ጎን 2፤ ውሃ በቀኝ 2 + 1 = 3 በግራም 3። ከዒላማው በስተቀር ሁሉም ይሰረዛል። ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ፣ ትንሹ ትክክለኛ እሴቶች አንድ ስላላቸው እስከ አንድ የአስርዮሽ ቦታ ይገለጻል።

በምስረታ ኢንታልፒዎች ማጣራት፦ የC₂H₆(g) ΔH°f −84.0 kJ/mol ነው፤ የC₂H₄(g) ደግሞ +52.4 kJ/mol ነው፤ H₂(g) ዜሮ ነው፤ ስለዚህ ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ። ሁለት የተለያዩ መንገዶች ተመሳሳይ መልስ ይሰጣሉ፤ የሁኔታ ተግባር የሚያረጋግጠው በትክክል ይህንን ነው።

መደበኛ የምስረታ ኢንታልፒዎችና የማጣቀሻ ሁኔታዎች

መደበኛ የምስረታ ኢንታልፒ ΔH°f አንድ ሞል ውህድ ከንጥረ ነገሮቹ፣ እያንዳንዳቸው በማጣቀሻ ቅርፃቸው፣ በመደበኛ ሁኔታዎች ሲፈጠር ያለው የኢንታልፒ ለውጥ ነው። የማጣቀሻ ቅርፁ በጥቂት ልዩ ሁኔታዎች በጣም የተረጋጋው ቅርፅ ነው፦ ፎስፎረስ ነጭ P₄(s) ይጠቀማል፤ አባሪ G በዜሮ ይዘረዝረዋል። IUPAC መደበኛ ግፊትን 1 bar ያደርጋል፤ ብዙ ሠንጠረዦች አሁንም 1 atm ይጠቀማሉ፤ ልዩነቱ ለአብዛኛው የኢንታልፒ ሥራ ቸል የሚባል ነው። የተሰነዱ እሴቶች ብዙውን ጊዜ በ298.15 K ይሰጣሉ።

የምስረታ እኩልታ ሁልጊዜ በትክክል አንድ ሞል ምርት ይሠራል፤ ስለዚህ ክፍልፋይ ብዜት ቁጥሮች የተለመዱ ናቸው፦ ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g)፣ ΔH°f = −45.9 kJ/mol። በማጣቀሻ ቅርፁ ላለ ንጥረ ነገር፣ እንደ O₂(g)፣ H₂(g)፣ ግራፋይት ወይም ፈሳሽ ብሮሚን፣ ΔH°f በትርጓሜ ዜሮ ነው። ሌሎች የንጥረ ነገር ቅርፆች ዜሮ አይደሉም፦ አባሪ G ከግራፋይት አንጻር አልማዝን በ+1.89 kJ/mol ይዘረዝራል።

ከምስረታ መረጃ ΔH°rxnን ማስላት

ማንኛውም ምላሽ እንደ ሁለት ደረጃዎች ሊታሰብ ይችላል፦ ምላሽ ሰጪዎቹን ወደ ንጥረ ነገሮቻቸው መስበር፣ ከዚያ ከእነዚያ ንጥረ ነገሮች ምርቶቹን መገንባት። የመጀመሪያው ደረጃ የምላሽ ሰጪዎቹ የምስረታ ምላሾች ተገላቢጦሽ ሲሆን ሁለተኛው የምርቶቹ የምስረታ ምላሾች ናቸው። ይህ የሚሠራውን ቀመር ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(products) − Σ m ΔH°f(reactants) ይሰጣል፤ n እና m በተመጣጠነው እኩልታ ውስጥ ያሉ ብዜት ቁጥሮች ናቸው።

የተሠራ ምሳሌ። ለ2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g) ΔH°ን ያግኙ፤ በአንዳንድ የሮኬት ሞተሮች ጥቅም ላይ የሚውል ዓይነት የሃይድራዚን ምላሽ። ከአባሪ G፦ N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol፣ N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol፣ H₂O(g) −241.82 kJ/mol፣ እና N₂(g) 0። ምርቶች፦ 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ። ምላሽ ሰጪዎች፦ 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ። ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ፣ 11.1 አንድ ስላለው እስከ አንድ የአስርዮሽ ቦታ ይገለጻል። ይህ በአንድ ሞል ሃይድራዚን −539.8 kJ ነው።

የውሃው ሁኔታ አስፈላጊ ነው። እኩልታው ፈሳሽ ውሃ ቢያመርት፣ −285.83 kJ/mol በመጠቀም፣ መልሱ −1255.7 kJ ይሆን ነበር። ልዩነቱ አንድ ሞል የውሃ እንፋሎት ሲጠራቀም ከሚለቀቀው ኢንታልፒ አራት እጥፍ ነው።

የሄስን ሕግ ስሌት የሚያበላሹ ስህተቶች

በእነዚህ ችግሮች ውስጥ አብዛኞቹ ስህተቶች የሂሳብ አያያዝ ስህተቶች ናቸው፤ የእያንዳንዱ ንጥረ ነገር የተጻፈ ቆጠራ ሁሉንም ማለት ይቻላል ይይዛል። መሰረዙ ዒላማውን በትክክል ካላባዛ አንድ እኩልታ በስህተት ተገልብጧል ወይም ተሰፍቷል ማለት ነው።

ሁለተኛው ፍተሻ ምልክቱን መገመት ነው። ቃጠሎዎችና የአብዛኞቹ የተረጋጉ ውህዶች አፈጣጠር ሙቀት ሰጪ ናቸው፤ ስለዚህ ነዳጅን ለማቃጠል አዎንታዊ መልስ የተገለበጠ ደረጃን ያመለክታል።

• እኩልታን የΔHውን ምልክት ሳይቀይሩ መገልበጥ።
• እኩልታን በ2 ወይም በ½ ማባዛት ግን ΔHውን ሳይለውጡ መተው።
• በተሳሳተ ቅደም ተከተል መቀነስ፦ ቀመሩ ምርቶች ሲቀነስ ምላሽ ሰጪዎች ነው።
• የምስረታ ኢንታልፒዎችን ሲደምሩ ብዜት ቁጥሮችን መርሳት።
• ለተሳሳተ ሁኔታ ΔH°f መጠቀም፣ ለምሳሌ እኩልታው H₂O(l) ሲኖረው H₂O(g)።
• በማጣቀሻ ቅርፁ ላለ ንጥረ ነገር ዜሮ ያልሆነ ΔH°f መስጠት፣ ወይም ለውህድ ዜሮ መስጠት።