হেসের সূত্র: বিক্রিয়া যোগ করে ΔH নির্ণয়

অবস্থা অপেক্ষক কেন হেসের সূত্রকে কাজ করায়

এনথালপি একটি অবস্থা অপেক্ষক: এর মান কেবল সিস্টেমের বর্তমান অবস্থার ওপর নির্ভর করে, সিস্টেম কীভাবে সেখানে পৌঁছেছে তার ওপর নয়। তাই একটি শুরুর অবস্থা ও একটি শেষ অবস্থার মধ্যকার পরিবর্তন ΔH তাদের মধ্যকার প্রতিটি পথের জন্য একই। উচ্চতাও একইভাবে কাজ করে। খাড়া পথে উঠুন বা দীর্ঘ আঁকাবাঁকা পথে, আপনার উচ্চতার পরিবর্তন একই।

হেসের সূত্র সরাসরি এ থেকে আসে। কোনো বিক্রিয়াকে দুই বা ততোধিক ধাপের যোগফল হিসেবে লেখা গেলে তার ΔH ধাপগুলোর ΔH মানের যোগফল। ধাপগুলো বাস্তবে ঘটতে হবে না; এগুলোকে কেবল বৈধ রাসায়নিক সমীকরণ হতে হবে যাদের এনথালপি জানা। এই স্বাধীনতাই সূত্রটিকে সেই বিক্রিয়ার জন্য কার্যকর করে যা আপনি ক্যালরিমিটারে পরিষ্কারভাবে চালাতে পারেন না।

তাপরাসায়নিক সমীকরণ নাড়াচাড়ার তিনটি নিয়ম

প্রতিটি নিয়ম আসে এই তথ্য থেকে যে ΔH একটি বিস্তৃত অবস্থা অপেক্ষক। কোনো প্রক্রিয়া উল্টালে সিস্টেম শুরুর অবস্থায় ফিরে যায়, তাই এনথালপির পরিবর্তন সমান ও বিপরীত হতে হবে। বিক্রিয়ার পরিমাণ দ্বিগুণ করলে জড়িত শক্তি দ্বিগুণ হয়।

কিছু যুক্ত করার আগে আপনার কাজের শীর্ষে লক্ষ্য সমীকরণটি লিখুন। তারপর প্রদত্ত সমীকরণগুলোতে প্রতিটি সেই পদার্থ খুঁজুন যা কেবল একবার আসে। তার অবস্থান ও সহগ বলে দেয় সেই সমীকরণটি উল্টাতে হবে কি না এবং কোন গুণক দিয়ে গুণ করতে হবে।

• সমীকরণ উল্টালে তার ΔH-এর চিহ্ন বদলে যায়।
• সমীকরণকে কোনো গুণক দিয়ে গুণ করলে তার ΔH-কেও একই গুণক দিয়ে গুণ করতে হয়। ½-এর মতো ভগ্নাংশ অনুমোদিত।
• সমীকরণ যোগ করলে তাদের ΔH মানও যোগ হয়। যোগফলের দুই পাশে থাকা প্রজাতি কেটে যায়, কিন্তু কেবল তখনই যদি তাদের ভৌত অবস্থা মেলে।

সমাধান করা উদাহরণ: দুটি সমীকরণ উল্টানো ও যোগ করা

গ্রাফাইটকে হীরায় রূপান্তরের জন্য ΔH° বের করুন, C(graphite) → C(diamond)। সরাসরি রূপান্তরে চরম চাপ লাগে এবং তা ক্যালরিমিটারে চালানো যায় না, কিন্তু কার্বনের দুটি রূপই পোড়ে। ব্যবহার করুন (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, এবং (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ। প্রথম মানটি OpenStax Chemistry 2e পরিশিষ্ট G থেকে; দ্বিতীয়টি একই সারণি থেকে হিসাব করা।

(1)-এ ও লক্ষ্যে গ্রাফাইট বিক্রিয়ক, তাই (1) যেমন আছে রাখুন। (2)-এ হীরা বিক্রিয়ক কিন্তু লক্ষ্যে উৎপাদ, তাই (2) উল্টান: CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ। দুটি যোগ করলে O₂ ও CO₂ প্রতি পাশে একবার করে আসে এবং কেটে যায়, ঠিক লক্ষ্যটি রেখে। ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ।

উত্তরটির ব্যাখ্যা দিন। ধনাত্মক চিহ্ন মানে হীরা এনথালপিতে গ্রাফাইটের চেয়ে সামান্য ওপরে, যা সংগত এই তথ্যের সঙ্গে যে হীরা নয়, গ্রাফাইটই কার্বনের প্রসঙ্গ রূপ। সংখ্যাটির ছোট আকার মনে করিয়ে দেয় যে দুটি বড়, প্রায় সমান মান বিয়োগ করলে তাদের অনিশ্চয়তা বেড়ে যায়।

সমাধান করা উদাহরণ: তিনটি সমীকরণ এবং একটি ক্রস-যাচাই

দহনের উপাত্ত থেকে C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) হাইড্রোজেনেশনের জন্য ΔH° বের করুন। ব্যবহার করুন (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; এবং (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ। এই দহন মানগুলো পরিশিষ্ট G-র গঠন উপাত্ত থেকে হিসাব করা, যাতে আপনি সেগুলো পুনরুৎপাদন করতে পারেন।

C₂H₄ ও H₂ লক্ষ্যে এবং সমীকরণ (1) ও (2)-তে বিক্রিয়ক, তাই সেগুলো যেমন লেখা আছে তেমন রাখুন। C₂H₆ লক্ষ্যে উৎপাদ কিন্তু (3)-এ বিক্রিয়ক, তাই (3) উল্টান এবং তার চিহ্ন বদলে +1560.5 kJ করুন। এবার হিসাব মেলান: অক্সিজেন বাম পাশে 3 + ½ = 7/2 O₂ এবং ডান পাশে 7/2 O₂; কার্বন ডাই-অক্সাইড দুই পাশেই 2; পানি ডান পাশে 2 + 1 = 3 এবং বাম পাশে 3। লক্ষ্য ছাড়া সবকিছু কেটে যায়। ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, এক দশমিক স্থানে লেখা কারণ সবচেয়ে কম সূক্ষ্ম মানগুলোতে একটি আছে।

গঠন এনথালপি দিয়ে ক্রস-যাচাই: C₂H₆(g)-এর ΔH°f −84.0 kJ/mol এবং C₂H₄(g)-এর +52.4 kJ/mol, আর H₂(g) শূন্য, তাই ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ। দুটি ভিন্ন পথ একই উত্তর দেয়, যা ঠিক সেটাই যা একটি অবস্থা অপেক্ষক নিশ্চিত করে।

আদর্শ গঠন এনথালপি ও প্রসঙ্গ অবস্থা

আদর্শ গঠন এনথালপি, ΔH°f, হলো আদর্শ অবস্থায় কোনো যৌগের এক মোল তার মৌলগুলো থেকে, প্রতিটি তার প্রসঙ্গ রূপে, গঠিত হলে এনথালপির পরিবর্তন। প্রসঙ্গ রূপ হলো বিরল ব্যতিক্রমসহ সবচেয়ে স্থিতিশীল রূপ: ফসফরাসের জন্য সাদা P₄(s), যা পরিশিষ্ট G শূন্য হিসেবে তালিকাভুক্ত করে। IUPAC আদর্শ চাপ 1 bar নির্ধারণ করে; অনেক সারণি এখনও 1 atm ব্যবহার করে, এবং বেশিরভাগ এনথালপির কাজে পার্থক্য নগণ্য। সারণিবদ্ধ মান সাধারণত 298.15 K-এ দেওয়া হয়।

একটি গঠন সমীকরণ সবসময় ঠিক এক মোল উৎপাদ তৈরি করে, তাই ভগ্নাংশ সহগ স্বাভাবিক: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol। ইতিমধ্যে প্রসঙ্গ রূপে থাকা মৌলের জন্য, যেমন O₂(g), H₂(g), গ্রাফাইট বা তরল ব্রোমিন, ΔH°f সংজ্ঞা অনুযায়ী শূন্য। মৌলের অন্য রূপ শূন্য নয়: পরিশিষ্ট G গ্রাফাইটের সাপেক্ষে হীরাকে +1.89 kJ/mol তালিকাভুক্ত করে।

গঠন উপাত্ত থেকে ΔH°rxn হিসাব

যেকোনো বিক্রিয়াকে দুই ধাপে কল্পনা করা যায়: বিক্রিয়কগুলোকে তাদের মৌলে ভেঙে ফেলুন, তারপর সেই মৌলগুলো থেকে উৎপাদ গড়ুন। প্রথম ধাপ বিক্রিয়কগুলোর গঠন বিক্রিয়ার বিপরীত এবং দ্বিতীয় ধাপ উৎপাদগুলোর গঠন বিক্রিয়া। এটি কার্যকর সূত্র দেয় ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(উৎপাদ) − Σ m ΔH°f(বিক্রিয়ক), যেখানে n ও m সমতাকৃত সমীকরণের সহগ।

সমাধান করা উদাহরণ। 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g)-এর জন্য ΔH° বের করুন, কিছু রকেট ইঞ্জিনে ব্যবহৃত ধরনের একটি হাইড্রাজিন বিক্রিয়া। পরিশিষ্ট G থেকে: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, এবং N₂(g) 0। উৎপাদ: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ। বিক্রিয়ক: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ। ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, এক দশমিক স্থানে লেখা কারণ 11.1-এ একটি আছে। এটি প্রতি মোল হাইড্রাজিনে −539.8 kJ।

পানির অবস্থা গুরুত্বপূর্ণ। সমীকরণ তরল পানি উৎপন্ন করলে, −285.83 kJ/mol ব্যবহার করে, উত্তর হতো −1255.7 kJ। পার্থক্য এক মোল জলীয় বাষ্প ঘনীভূত হলে নির্গত এনথালপির চার গুণ।

যে ভুলগুলো হেসের সূত্রের হিসাব ভেঙে দেয়

এই সমস্যাগুলোর বেশিরভাগ ভুল হিসাবরক্ষণের ভুল, এবং প্রতিটি প্রজাতির লিখিত হিসাব প্রায় সবগুলোই ধরে ফেলে। কাটাকাটি ঠিক লক্ষ্যটি পুনরুৎপাদন না করলে কোনো সমীকরণ ভুলভাবে উল্টানো বা স্কেল করা হয়েছে।

দ্বিতীয় যাচাই হলো চিহ্ন আন্দাজ করা। দহন এবং বেশিরভাগ স্থিতিশীল যৌগের গঠন তাপমোচী, তাই জ্বালানি পোড়ানোর জন্য ধনাত্মক উত্তর একটি উল্টে যাওয়া ধাপের সংকেত।

• ΔH-এর চিহ্ন না বদলে সমীকরণ উল্টানো।
• সমীকরণকে 2 বা ½ দিয়ে গুণ করে ΔH অপরিবর্তিত রাখা।
• ভুল ক্রমে বিয়োগ করা: সূত্রটি উৎপাদ বিয়োগ বিক্রিয়ক।
• গঠন এনথালপি যোগ করার সময় সহগ ভুলে যাওয়া।
• ভুল অবস্থার জন্য ΔH°f ব্যবহার, যেমন সমীকরণে H₂O(l) থাকলে H₂O(g)।
• প্রসঙ্গ রূপের মৌলকে অশূন্য ΔH°f দেওয়া, বা কোনো যৌগকে শূন্য দেওয়া।