ഹെസ് നിയമം: അഭിക്രിയകൾ കൂട്ടി ΔH കണ്ടെത്തൽ

അവസ്ഥാ ഫലനം എന്തുകൊണ്ട് ഹെസ് നിയമം പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നു

എൻതാൽപ്പി ഒരു അവസ്ഥാ ഫലനമാണ്: അതിന്റെ മൂല്യം വ്യൂഹത്തിന്റെ നിലവിലെ അവസ്ഥയെ മാത്രം ആശ്രയിക്കുന്നു, വ്യൂഹം അവിടെ എങ്ങനെ എത്തി എന്നതിനെ അല്ല. അതിനാൽ തുടക്ക അവസ്ഥയ്ക്കും അവസാന അവസ്ഥയ്ക്കും ഇടയിലെ മാറ്റം ΔH അവയ്ക്കിടയിലെ ഓരോ വഴിക്കും ഒന്നുതന്നെയാണ്. ഉയരവും ഇതേപോലെയാണ്. കുത്തനെയുള്ള പാതയിലൂടെയോ നീണ്ട വളവുകളിലൂടെയോ നിങ്ങൾ കുന്ന് കയറിയാലും ഉയരത്തിലുള്ള മാറ്റം ഒന്നുതന്നെയാണ്.

ഹെസ് നിയമം നേരിട്ട് ഇതിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിയുന്നു. ഒരു അഭിക്രിയയെ രണ്ടോ അതിലധികമോ ഘട്ടങ്ങളുടെ തുകയായി എഴുതാൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, അതിന്റെ ΔH ഘട്ടങ്ങളുടെ ΔH മൂല്യങ്ങളുടെ തുകയാണ്. ഘട്ടങ്ങൾ യഥാർഥത്തിൽ സംഭവിക്കണമെന്നില്ല; എൻതാൽപ്പികൾ അറിയാവുന്ന സാധുവായ രാസസമവാക്യങ്ങളായാൽ മതി. കലോറിമീറ്ററിൽ വൃത്തിയായി നടത്താൻ കഴിയാത്ത അഭിക്രിയകൾക്ക് ഈ നിയമത്തെ ഉപയോഗപ്രദമാക്കുന്നത് ആ സ്വാതന്ത്ര്യമാണ്.

താപരാസ സമവാക്യങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്യാനുള്ള മൂന്ന് നിയമങ്ങൾ

ΔH ഒരു വ്യാപക അവസ്ഥാ ഫലനമാണ് എന്ന വസ്തുതയിൽ നിന്നാണ് ഓരോ നിയമവും ഉരുത്തിരിയുന്നത്. ഒരു പ്രക്രിയയെ തിരിച്ചാക്കുന്നത് വ്യൂഹത്തെ തുടക്ക അവസ്ഥയിലേക്ക് മടക്കുന്നു, അതിനാൽ എൻതാൽപ്പി മാറ്റം തുല്യവും വിപരീതവുമായിരിക്കണം. അഭിക്രിയയുടെ അളവ് ഇരട്ടിയാക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്ന ഊർജത്തെ ഇരട്ടിയാക്കുന്നു.

എന്തെങ്കിലും സംയോജിപ്പിക്കുംമുമ്പ്, ലക്ഷ്യ സമവാക്യം നിങ്ങളുടെ ജോലിയുടെ മുകളിൽ എഴുതുക. പിന്നെ നൽകിയിട്ടുള്ള സമവാക്യങ്ങളിൽ ഒരിക്കൽ മാത്രം വരുന്ന ഓരോ പദാർഥവും കണ്ടെത്തുക. അതിന്റെ സ്ഥാനവും ഗുണാങ്കവും ആ സമവാക്യം തിരിച്ചിടണമോ എന്നും ഏത് ഘടകം കൊണ്ട് ഗുണിക്കണമെന്നും നിങ്ങളോട് പറയുന്നു.

• ഒരു സമവാക്യം തിരിച്ചിട്ടാൽ അതിന്റെ ΔH-ന്റെ ചിഹ്നം മാറുന്നു.
• ഒരു സമവാക്യത്തെ ഒരു ഘടകം കൊണ്ട് ഗുണിച്ചാൽ അതിന്റെ ΔH-നെയും അതേ ഘടകം കൊണ്ട് ഗുണിക്കുന്നു. ½ പോലുള്ള ഭിന്നസംഖ്യകൾ അനുവദനീയമാണ്.
• സമവാക്യങ്ങൾ കൂട്ടിയാൽ അവയുടെ ΔH മൂല്യങ്ങളും കൂട്ടുന്നു. തുകയുടെ ഇരുവശത്തും വരുന്ന സ്പീഷീസുകൾ ഒഴിവാകുന്നു, പക്ഷേ അവയുടെ ഭൗതിക അവസ്ഥകൾ ഒത്തുവരുമ്പോൾ മാത്രം.

ഉദാഹരണം: രണ്ട് സമവാക്യങ്ങൾ തിരിച്ചിട്ട് കൂട്ടൽ

ഗ്രാഫൈറ്റിനെ വജ്രമാക്കി മാറ്റുന്നതിനുള്ള ΔH° കണ്ടെത്തുക, C(graphite) → C(diamond). നേരിട്ടുള്ള പരിവർത്തനത്തിന് അതിയായ മർദം വേണം, കലോറിമീറ്ററിൽ നടത്താനാകില്ല, പക്ഷേ കാർബണിന്റെ രണ്ട് രൂപങ്ങളും കത്തുന്നു. (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ എന്നിവ ഉപയോഗിക്കുക. ആദ്യ മൂല്യം OpenStax Chemistry 2e അനുബന്ധം G-ൽ നിന്നാണ്; രണ്ടാമത്തേത് അതേ പട്ടികയിൽ നിന്ന് കണക്കാക്കിയതാണ്.

ഗ്രാഫൈറ്റ് (1)-ലും ലക്ഷ്യത്തിലും അഭികാരകമാണ്, അതിനാൽ (1) നിലനിർത്തുക. വജ്രം (2)-ൽ അഭികാരകവും ലക്ഷ്യത്തിൽ ഉൽപ്പന്നവുമാണ്, അതിനാൽ (2) തിരിച്ചിടുക: CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. രണ്ടും കൂട്ടുമ്പോൾ O₂-ഉം CO₂-ഉം ഇരുവശത്തും ഒരിക്കൽ വീതം വന്ന് ഒഴിവാകുന്നു, ലക്ഷ്യം കൃത്യമായി ശേഷിക്കുന്നു. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

ഉത്തരം വ്യാഖ്യാനിക്കുക. പോസിറ്റീവ് ചിഹ്നം വജ്രം ഗ്രാഫൈറ്റിനെക്കാൾ അൽപ്പം ഉയർന്ന എൻതാൽപ്പിയിലാണെന്ന് അർഥമാക്കുന്നു, ഇത് കാർബണിന്റെ റഫറൻസ് രൂപം വജ്രമല്ല ഗ്രാഫൈറ്റാണ് എന്നതുമായി യോജിക്കുന്നു. സംഖ്യയുടെ ചെറിയ വലുപ്പം, ഏതാണ്ട് തുല്യമായ രണ്ട് വലിയ മൂല്യങ്ങൾ കുറയ്ക്കുന്നത് അവയുടെ അനിശ്ചിതത്വം വർധിപ്പിക്കുന്നു എന്നതിന്റെ ഓർമപ്പെടുത്തലാണ്.

ഉദാഹരണം: മൂന്ന് സമവാക്യങ്ങളും ഒരു പരസ്പര പരിശോധനയും

ജ്വലന ഡാറ്റയിൽ നിന്ന് ഹൈഡ്രജനീകരണം C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)-ന് ΔH° കണ്ടെത്തുക. (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; (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ എന്നിവ ഉപയോഗിക്കുക. നിങ്ങൾക്ക് ആവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന വിധത്തിൽ അനുബന്ധം G രൂപീകരണ ഡാറ്റയിൽ നിന്നാണ് ഈ ജ്വലന മൂല്യങ്ങൾ കണക്കാക്കിയത്.

C₂H₄-ഉം H₂-ഉം ലക്ഷ്യത്തിലും (1), (2) സമവാക്യങ്ങളിലും അഭികാരകങ്ങളാണ്, അതിനാൽ അവ എഴുതിയതുപോലെ നിലനിർത്തുക. C₂H₆ ലക്ഷ്യത്തിൽ ഉൽപ്പന്നവും (3)-ൽ അഭികാരകവുമാണ്, അതിനാൽ (3) തിരിച്ചിട്ട് അതിന്റെ ചിഹ്നം +1560.5 kJ ആക്കുക. ഇനി കണക്കെടുക്കുക: ഓക്സിജൻ ഇടതുവശത്ത് 3 + ½ = 7/2 O₂ ഉം വലതുവശത്ത് 7/2 O₂ ഉം; കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് ഇരുവശത്തും 2; വെള്ളം വലതുവശത്ത് 2 + 1 = 3 ഉം ഇടതുവശത്ത് 3 ഉം. ലക്ഷ്യമൊഴികെ എല്ലാം ഒഴിവാകുന്നു. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, ഏറ്റവും കൃത്യത കുറഞ്ഞ മൂല്യങ്ങൾക്ക് ഒരു ദശാംശസ്ഥാനമുള്ളതിനാൽ ഒരു ദശാംശസ്ഥാനത്തിൽ രേഖപ്പെടുത്തുന്നു.

രൂപീകരണ എൻതാൽപ്പികൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പരസ്പര പരിശോധന: C₂H₆(g)-ന്റെ ΔH°f −84.0 kJ/mol ഉം C₂H₄(g)-ന്റേത് +52.4 kJ/mol ഉം ആണ്, H₂(g) പൂജ്യമാണ്; അതിനാൽ ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. രണ്ട് വ്യത്യസ്ത വഴികൾ ഒരേ ഉത്തരം നൽകുന്നു, ഒരു അവസ്ഥാ ഫലനം ഉറപ്പുനൽകുന്നത് ഇതാണ്.

മാനക രൂപീകരണ എൻതാൽപ്പികളും റഫറൻസ് അവസ്ഥകളും

മാനക രൂപീകരണ എൻതാൽപ്പി, ΔH°f, ഒരു മോൾ സംയുക്തം അതിന്റെ മൂലകങ്ങളിൽ നിന്ന്, ഓരോന്നും മാനക സാഹചര്യങ്ങളിലെ റഫറൻസ് രൂപത്തിൽ, രൂപപ്പെടുമ്പോഴുള്ള എൻതാൽപ്പി മാറ്റമാണ്. അപൂർവ അപവാദങ്ങളോടെ ഏറ്റവും സ്ഥിരതയുള്ള രൂപമാണ് റഫറൻസ് രൂപം: ഫോസ്ഫറസിന് വെളുത്ത P₄(s) ഉപയോഗിക്കുന്നു, അനുബന്ധം G അതിനെ പൂജ്യമായി പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നു. IUPAC മാനക മർദം 1 bar ആയി നിശ്ചയിക്കുന്നു; പല പട്ടികകളും ഇപ്പോഴും 1 atm ഉപയോഗിക്കുന്നു, മിക്ക എൻതാൽപ്പി ജോലികൾക്കും വ്യത്യാസം അവഗണിക്കാവുന്നതാണ്. പട്ടികപ്പെടുത്തിയ മൂല്യങ്ങൾ സാധാരണയായി 298.15 K-ൽ ആണ് നൽകുന്നത്.

രൂപീകരണ സമവാക്യം എപ്പോഴും കൃത്യമായി ഒരു മോൾ ഉൽപ്പന്നം ഉണ്ടാക്കുന്നു, അതിനാൽ ഭിന്നസംഖ്യാ ഗുണാങ്കങ്ങൾ സാധാരണമാണ്: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. O₂(g), H₂(g), ഗ്രാഫൈറ്റ്, ദ്രാവക ബ്രോമിൻ പോലെ ഇതിനകം റഫറൻസ് രൂപത്തിലുള്ള മൂലകത്തിന് ΔH°f നിർവചനപ്രകാരം പൂജ്യമാണ്. ഒരു മൂലകത്തിന്റെ മറ്റ് രൂപങ്ങൾ പൂജ്യമല്ല: ഗ്രാഫൈറ്റിനെ അപേക്ഷിച്ച് അനുബന്ധം G വജ്രത്തെ +1.89 kJ/mol ആയി പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നു.

രൂപീകരണ ഡാറ്റയിൽ നിന്ന് ΔH°rxn കണക്കാക്കൽ

ഏത് അഭിക്രിയയെയും രണ്ട് ഘട്ടങ്ങളായി സങ്കൽപ്പിക്കാം: അഭികാരകങ്ങളെ അവയുടെ മൂലകങ്ങളായി വിഘടിപ്പിക്കുക, പിന്നെ ആ മൂലകങ്ങളിൽ നിന്ന് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ നിർമിക്കുക. ആദ്യ ഘട്ടം അഭികാരകങ്ങളുടെ രൂപീകരണ അഭിക്രിയകളുടെ വിപരീതവും രണ്ടാമത്തേത് ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ രൂപീകരണ അഭിക്രിയകളുമാണ്. അത് പ്രവർത്തന സൂത്രവാക്യം ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ) − Σ m ΔH°f(അഭികാരകങ്ങൾ) നൽകുന്നു, ഇവിടെ n, m സമീകൃത സമവാക്യത്തിലെ ഗുണാങ്കങ്ങളാണ്.

ഉദാഹരണം. 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g)-ന് ΔH° കണ്ടെത്തുക; ചില റോക്കറ്റ് എൻജിനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന തരത്തിലുള്ള ഹൈഡ്രസീൻ അഭിക്രിയ. അനുബന്ധം G-ൽ നിന്ന്: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, N₂(g) 0. ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. അഭികാരകങ്ങൾ: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, 11.1-ന് ഒരു ദശാംശസ്ഥാനമുള്ളതിനാൽ ഒരു ദശാംശസ്ഥാനത്തിൽ രേഖപ്പെടുത്തുന്നു. അത് ഓരോ മോൾ ഹൈഡ്രസീനും −539.8 kJ ആണ്.

ജലത്തിന്റെ അവസ്ഥ പ്രധാനമാണ്. സമവാക്യം ദ്രാവക ജലം ഉണ്ടാക്കിയിരുന്നെങ്കിൽ, −285.83 kJ/mol ഉപയോഗിച്ച്, ഉത്തരം −1255.7 kJ ആകുമായിരുന്നു. ഒരു മോൾ ജലബാഷ്പം ഘനീഭവിക്കുമ്പോൾ പുറത്തുവരുന്ന എൻതാൽപ്പിയുടെ നാലിരട്ടിയാണ് വ്യത്യാസം.

ഹെസ് നിയമ കണക്കുകൂട്ടലിനെ തകർക്കുന്ന പിശകുകൾ

ഈ പ്രശ്നങ്ങളിലെ മിക്ക പിശകുകളും കണക്കെഴുത്ത് പിശകുകളാണ്, ഓരോ സ്പീഷീസിന്റെയും എഴുതിയ കണക്കെടുപ്പ് മിക്കവാറും എല്ലാറ്റിനെയും പിടികൂടും. ഒഴിവാക്കൽ ലക്ഷ്യത്തെ കൃത്യമായി പുനഃസൃഷ്ടിക്കുന്നില്ലെങ്കിൽ, ഒരു സമവാക്യം തെറ്റായി തിരിച്ചിടുകയോ ഗുണിക്കുകയോ ചെയ്തിട്ടുണ്ട്.

രണ്ടാമത്തെ പരിശോധന ചിഹ്നം ഏകദേശം കണക്കാക്കുന്നതാണ്. ജ്വലനങ്ങളും മിക്ക സ്ഥിരതയുള്ള സംയുക്തങ്ങളുടെ രൂപീകരണവും താപമോചകമാണ്, അതിനാൽ ഇന്ധനം കത്തിക്കുന്നതിന് പോസിറ്റീവ് ഉത്തരം ലഭിക്കുന്നത് തിരിച്ചിട്ട ഒരു ഘട്ടത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

• ഒരു സമവാക്യം തിരിച്ചിടുകയും അതിന്റെ ΔH-ന്റെ ചിഹ്നം മാറ്റാതിരിക്കുകയും ചെയ്യൽ.
• ഒരു സമവാക്യത്തെ 2 അല്ലെങ്കിൽ ½ കൊണ്ട് ഗുണിക്കുകയും അതിന്റെ ΔH മാറ്റാതെ വിടുകയും ചെയ്യൽ.
• തെറ്റായ ക്രമത്തിൽ കുറയ്ക്കൽ: സൂത്രവാക്യം ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ മൈനസ് അഭികാരകങ്ങൾ എന്നാണ്.
• രൂപീകരണ എൻതാൽപ്പികൾ കൂട്ടുമ്പോൾ ഗുണാങ്കങ്ങൾ മറക്കൽ.
• സമവാക്യത്തിൽ H₂O(l) ഉള്ളപ്പോൾ H₂O(g) എന്നതുപോലെ തെറ്റായ അവസ്ഥയുടെ ΔH°f ഉപയോഗിക്കൽ.
• റഫറൻസ് രൂപത്തിലുള്ള മൂലകത്തിന് പൂജ്യമല്ലാത്ത ΔH°f നൽകൽ, അല്ലെങ്കിൽ സംയുക്തത്തിന് പൂജ്യം നൽകൽ.