हेसचा नियम: अभिक्रिया जोडून ΔH शोधणे

अवस्था फलन हेसचा नियम कसा चालवते

एन्थॅल्पी हे अवस्था फलन आहे: त्याचे मूल्य निकायाच्या सध्याच्या अवस्थेवर अवलंबून असते, निकाय तेथे कसा पोहोचला यावर नाही. म्हणून प्रारंभिक आणि अंतिम अवस्थेतील ΔH बदल त्यांच्यामधील प्रत्येक मार्गासाठी सारखा असतो. उंचीचेही असेच असते. तुम्ही टेकडी खडी पायवाटेने चढा किंवा लांब नागमोडी वाटेने, तुमच्या उंचीतील बदल सारखाच असतो.

हेसचा नियम यातूनच थेट निघतो. अभिक्रिया दोन किंवा अधिक टप्प्यांची बेरीज म्हणून लिहिता येत असेल तर तिचा ΔH टप्प्यांच्या ΔH मूल्यांची बेरीज असतो. टप्पे प्रत्यक्षात घडण्याची गरज नाही; ते फक्त वैध रासायनिक समीकरणे असावी लागतात ज्यांच्या एन्थॅल्पी ज्ञात आहेत. उष्णतामापकात स्वच्छपणे चालवता न येणाऱ्या अभिक्रियांसाठी हा नियम उपयुक्त ठरतो ते याच स्वातंत्र्यामुळे.

उष्णतारासायनिक समीकरणे हाताळण्याचे तीन नियम

प्रत्येक नियम ΔH हे विस्तारी अवस्था फलन असल्यापासून निघतो. प्रक्रिया उलट केल्याने निकाय त्याच्या प्रारंभिक अवस्थेत परत येतो, म्हणून एन्थॅल्पी बदल समान आणि विरुद्ध असला पाहिजे. अभिक्रियेचे प्रमाण दुप्पट केल्याने गुंतलेली ऊर्जा दुप्पट होते.

काहीही एकत्र करण्यापूर्वी तुमच्या कामाच्या सर्वात वर लक्ष्य समीकरण लिहा. मग दिलेल्या समीकरणांमध्ये फक्त एकदाच येणारा प्रत्येक पदार्थ शोधा. त्याची जागा आणि गुणांक तुम्हाला सांगतात की ते समीकरण उलट करावे लागेल का आणि कोणत्या गुणकाने गुणावे लागेल.

• समीकरण उलट करा आणि त्याच्या ΔH चे चिन्ह बदला.
• समीकरणाला एखाद्या गुणकाने गुणा आणि त्याच्या ΔH ला त्याच गुणकाने गुणा. ½ सारखे अपूर्णांक चालतात.
• समीकरणे जोडा आणि त्यांचे ΔH मूल्ये जोडा. बेरजेच्या दोन्ही बाजूंना दिसणाऱ्या स्पीशीज छेदल्या जातात, पण फक्त त्यांच्या भौतिक अवस्था जुळत असतील तरच.

सोडवलेले उदाहरण: दोन समीकरणे उलट करणे आणि जोडणे

ग्रेफाइटचे हिऱ्यात रूपांतर, C(graphite) → C(diamond), साठी ΔH° शोधा. थेट रूपांतरणाला अतिशय उच्च दाब लागतो आणि ते उष्णतामापकात चालवता येत नाही, पण कार्बनची दोन्ही रूपे जळतात. (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, आणि (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ वापरा. पहिले मूल्य OpenStax Chemistry 2e परिशिष्ट G मधील आहे; दुसरे त्याच तक्त्यावरून काढले आहे.

ग्रेफाइट (1) मध्ये आणि लक्ष्यात अभिक्रियाकारक आहे, म्हणून (1) ठेवा. हिरा (2) मध्ये अभिक्रियाकारक आहे पण लक्ष्यात उत्पादन आहे, म्हणून (2) उलट करा: CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. दोन्ही जोडल्यास O₂ आणि CO₂ प्रत्येक बाजूला एकदा येतात आणि छेदले जातात, आणि नेमके लक्ष्य उरते. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

उत्तराचा अर्थ लावा. धन चिन्हाचा अर्थ हिरा ग्रेफाइटपेक्षा एन्थॅल्पीत थोडा उंच आहे, जे हिरा नव्हे तर ग्रेफाइट कार्बनचे संदर्भ रूप असल्याशी सुसंगत आहे. संख्येचा लहान आकार आठवण करून देतो की दोन मोठी, जवळजवळ समान मूल्ये वजा केल्याने त्यांची अनिश्चितता वाढते.

सोडवलेले उदाहरण: तीन समीकरणे आणि पडताळा

ज्वलन माहितीवरून हायड्रोजनीकरण C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) साठी ΔH° शोधा. (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; आणि (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ वापरा. ही ज्वलन मूल्ये परिशिष्ट G मधील निर्मिती माहितीवरून काढली आहेत जेणेकरून तुम्ही ती पुन्हा मिळवू शकाल.

C₂H₄ आणि H₂ लक्ष्यात आणि समीकरणे (1) व (2) मध्ये अभिक्रियाकारक आहेत, म्हणून ती जशी लिहिली आहेत तशीच ठेवा. C₂H₆ लक्ष्यात उत्पादन आहे पण (3) मध्ये अभिक्रियाकारक आहे, म्हणून (3) उलट करा आणि त्याचे चिन्ह +1560.5 kJ करा. आता ताळा करा: ऑक्सिजन डावीकडे 3 + ½ = 7/2 O₂ आणि उजवीकडे 7/2 O₂ आहे; कार्बन डायऑक्साइड प्रत्येक बाजूला 2 आहे; पाणी उजवीकडे 2 + 1 = 3 आणि डावीकडे 3 आहे. लक्ष्य वगळता सर्व काही छेदले जाते. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, एका दशांश स्थानापर्यंत नोंदवले कारण सर्वात कमी अचूक मूल्यांमध्ये एक आहे.

निर्मिती एन्थॅल्पींनी पडताळा: C₂H₆(g) चा ΔH°f −84.0 kJ/mol आणि C₂H₄(g) चा +52.4 kJ/mol आहे, आणि H₂(g) शून्य आहे, म्हणून ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. दोन वेगवेगळे मार्ग तेच उत्तर देतात, जी अवस्था फलन देत असलेली नेमकी हमी आहे.

प्रमाणित निर्मिती एन्थॅल्पी आणि संदर्भ अवस्था

प्रमाणित निर्मिती एन्थॅल्पी, ΔH°f, म्हणजे प्रमाणित परिस्थितीत संयुगाचा एक मोल त्याच्या मूलद्रव्यांपासून, प्रत्येक त्याच्या संदर्भ रूपात, बनतो तेव्हाचा एन्थॅल्पी बदल. संदर्भ रूप दुर्मिळ अपवाद वगळता सर्वात स्थिर रूप असते: फॉस्फरससाठी पांढरा P₄(s) वापरतात, जो परिशिष्ट G शून्य म्हणून देते. IUPAC प्रमाणित दाब 1 bar ठरवते; अनेक तक्ते अजूनही 1 atm वापरतात, आणि बहुतेक एन्थॅल्पी कामासाठी फरक नगण्य आहे. सारणीबद्ध मूल्ये सहसा 298.15 K वर दिली जातात.

निर्मिती समीकरण नेहमी उत्पादनाचा नेमका एक मोल बनवते, म्हणून अपूर्णांक गुणांक सामान्य आहेत: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. आधीच संदर्भ रूपात असलेल्या मूलद्रव्यासाठी, जसे O₂(g), H₂(g), ग्रेफाइट किंवा द्रव ब्रोमीन, ΔH°f व्याख्येनुसार शून्य असतो. मूलद्रव्याची इतर रूपे शून्य नसतात: परिशिष्ट G ग्रेफाइटच्या सापेक्ष हिरा +1.89 kJ/mol देते.

निर्मिती माहितीवरून ΔH°rxn काढणे

कोणतीही अभिक्रिया दोन टप्प्यांत कल्पिता येते: अभिक्रियाकारकांचे त्यांच्या मूलद्रव्यांत विघटन करा, मग त्या मूलद्रव्यांपासून उत्पादने बनवा. पहिला टप्पा अभिक्रियाकारकांच्या निर्मिती अभिक्रियांचा उलट आहे आणि दुसरा उत्पादनांच्या निर्मिती अभिक्रिया आहे. यातून कार्यरत सूत्र मिळते ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(उत्पादने) − Σ m ΔH°f(अभिक्रियाकारक), जेथे n आणि m संतुलित समीकरणातील गुणांक आहेत.

सोडवलेले उदाहरण. 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g) साठी ΔH° शोधा, काही रॉकेट इंजिनांत वापरल्या जाणाऱ्या प्रकारची हायड्रेझिन अभिक्रिया. परिशिष्ट G मधून: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol आणि N₂(g) 0. उत्पादने: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. अभिक्रियाकारक: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, एका दशांश स्थानापर्यंत नोंदवले कारण 11.1 मध्ये एक आहे. म्हणजे प्रति मोल हायड्रेझिन −539.8 kJ.

पाण्याची अवस्था महत्त्वाची आहे. समीकरणाने द्रव पाणी बनवले असते, −285.83 kJ/mol वापरून, तर उत्तर −1255.7 kJ आले असते. फरक म्हणजे पाण्याच्या बाष्पाचा एक मोल संघनित होताना सुटणाऱ्या एन्थॅल्पीच्या चौपट.

हेसच्या नियमाच्या गणनेला बिघडवणाऱ्या चुका

या प्रश्नांतील बहुतेक चुका हिशोबाच्या चुका असतात, आणि प्रत्येक स्पीशीजचा लिहिलेला ताळा जवळजवळ सर्व पकडतो. छेदातून नेमके लक्ष्य मिळाले नाही तर एखादे समीकरण चुकीचे उलटले किंवा गुणले गेले आहे.

दुसरी तपासणी चिन्हाचा अंदाज बांधणे आहे. ज्वलने आणि बहुतेक स्थिर संयुगांची निर्मिती ऊष्माक्षेपी असतात, म्हणून इंधन जाळण्यासाठी धन उत्तर आले तर एक टप्पा उलटलेला असल्याचे संकेत मिळतात.

• समीकरण उलट करताना त्याच्या ΔH चे चिन्ह न बदलणे.
• समीकरणाला 2 किंवा ½ ने गुणणे पण त्याचा ΔH अपरिवर्तित ठेवणे.
• चुकीच्या क्रमाने वजाबाकी करणे: सूत्र उत्पादने वजा अभिक्रियाकारक असे आहे.
• निर्मिती एन्थॅल्पींची बेरीज करताना गुणांक विसरणे.
• चुकीच्या अवस्थेसाठी ΔH°f वापरणे, जसे समीकरणात H₂O(l) असताना H₂O(g).
• संदर्भ रूपातील मूलद्रव्याला शून्येतर ΔH°f देणे, किंवा संयुगाला शून्य देणे.