హెస్ నియమం: చర్యలను కూడి ΔH కనుగొనడం

స్థితి ప్రమేయం హెస్ నియమాన్ని ఎందుకు పనిచేయిస్తుంది

ఎంథాల్పీ ఒక స్థితి ప్రమేయం: దాని విలువ వ్యవస్థ ప్రస్తుత స్థితిపై మాత్రమే ఆధారపడుతుంది, వ్యవస్థ అక్కడికి ఎలా చేరిందనే దానిపై కాదు. కాబట్టి ప్రారంభ స్థితి, చివరి స్థితి మధ్య మార్పు ΔH వాటి మధ్య ప్రతి మార్గానికీ ఒకటే. ఎత్తు కూడా ఇలాగే పనిచేస్తుంది. ఒక కొండను నిటారు దారిలో ఎక్కినా, పొడవైన మెలికల దారిలో ఎక్కినా, మీ ఎత్తు మార్పు ఒకటే.

హెస్ నియమం నేరుగా అనుసరిస్తుంది. ఒక చర్యను రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ దశల మొత్తంగా రాయగలిగితే, దాని ΔH దశల ΔH విలువల మొత్తం. దశలు నిజంగా జరగాల్సిన అవసరం లేదు; ఎంథాల్పీలు తెలిసిన చెల్లుబాటు అయ్యే రసాయన సమీకరణాలుగా ఉంటే చాలు. కెలోరీమీటర్‌లో శుభ్రంగా నడపలేని చర్యలకు ఈ నియమాన్ని ఉపయోగకరంగా చేసేది ఆ స్వేచ్ఛే.

ఉష్ణరసాయన సమీకరణాలను మార్చడానికి మూడు నియమాలు

ప్రతి నియమం ΔH ఒక విస్తార స్థితి ప్రమేయం అనే వాస్తవం నుండి వస్తుంది. ప్రక్రియను తిప్పితే వ్యవస్థ ప్రారంభ స్థితికి తిరిగి వస్తుంది, కాబట్టి ఎంథాల్పీ మార్పు సమానంగా, వ్యతిరేకంగా ఉండాలి. చర్య పరిమాణాన్ని రెట్టింపు చేస్తే సంబంధిత శక్తి రెట్టింపవుతుంది.

ఏదైనా కలపడానికి ముందు, మీ పని పైన లక్ష్య సమీకరణాన్ని రాయండి. తర్వాత ఇచ్చిన సమీకరణాలలో ఒక్కసారి మాత్రమే కనిపించే ప్రతి పదార్థాన్ని కనుగొనండి. దాని స్థానం, గుణకం ఆ సమీకరణాన్ని తిప్పాలా, ఏ కారకంతో గుణించాలా అని చెబుతాయి.

• సమీకరణాన్ని తిప్పితే దాని ΔH గుర్తు మారుతుంది.
• సమీకరణాన్ని ఒక కారకంతో గుణిస్తే దాని ΔH ను అదే కారకంతో గుణించాలి. ½ వంటి భిన్నాలు అనుమతించబడతాయి.
• సమీకరణాలను కలిపితే వాటి ΔH విలువలను కూడండి. మొత్తానికి రెండు వైపులా కనిపించే జాతులు రద్దవుతాయి, కానీ వాటి భౌతిక స్థితులు సరిపోతేనే.

సాధన ఉదాహరణ: రెండు సమీకరణాలను తిప్పి, కూడటం

గ్రాఫైట్‌ను వజ్రంగా మార్చడానికి ΔH° కనుగొనండి, C(graphite) → C(diamond). నేరుగా మార్పిడికి తీవ్ర పీడనం అవసరం, దాన్ని కెలోరీమీటర్‌లో నడపలేము, కానీ కార్బన్ రెండు రూపాలూ మండుతాయి. (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ ఉపయోగించండి. మొదటి విలువ OpenStax Chemistry 2e అనుబంధం G నుండి; రెండోది అదే పట్టిక నుండి లెక్కించబడింది.

గ్రాఫైట్ (1) లో, లక్ష్యంలో క్రియాజనకం, కాబట్టి (1) ను ఉంచండి. వజ్రం (2) లో క్రియాజనకం కానీ లక్ష్యంలో ఉత్పన్నం, కాబట్టి (2) ను తిప్పండి: CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. రెండింటినీ కలిపితే, O₂, CO₂ ప్రతి వైపు ఒకసారి కనిపించి రద్దవుతాయి, ఖచ్చితంగా లక్ష్యాన్ని మిగులుస్తాయి. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

సమాధానాన్ని వివరించండి. ధన గుర్తు వజ్రం ఎంథాల్పీలో గ్రాఫైట్ కంటే కొద్దిగా ఎత్తులో ఉందని సూచిస్తుంది, ఇది కార్బన్ నిర్దేశ రూపం వజ్రం కాక గ్రాఫైట్ అనే దానికి సరిపోతుంది. సంఖ్య చిన్నగా ఉండటం, దాదాపు సమానమైన రెండు పెద్ద విలువలను తీసివేస్తే వాటి అనిశ్చితి పెరుగుతుందని గుర్తుచేస్తుంది.

సాధన ఉదాహరణ: మూడు సమీకరణాలు, ఒక క్రాస్-చెక్

దహన డేటా నుండి C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) హైడ్రోజనీకరణకు ΔH° కనుగొనండి. (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 ఉపయోగించండి. మీరు వాటిని పునరుత్పత్తి చేయగలిగేలా ఈ దహన విలువలు అనుబంధం G ఏర్పడే డేటా నుండి లెక్కించబడ్డాయి.

C₂H₄, H₂ లక్ష్యంలో, సమీకరణాలు (1), (2) లో క్రియాజనకాలు, కాబట్టి వాటిని రాసినట్లుగానే ఉంచండి. C₂H₆ లక్ష్యంలో ఉత్పన్నం కానీ (3) లో క్రియాజనకం, కాబట్టి (3) ను తిప్పి దాని గుర్తును +1560.5 kJ గా మార్చండి. ఇప్పుడు టాలీ: ఆక్సిజన్ ఎడమ వైపు 3 + ½ = 7/2 O₂, కుడి వైపు 7/2 O₂; కార్బన్ డైఆక్సైడ్ ప్రతి వైపు 2; నీరు కుడి వైపు 2 + 1 = 3, ఎడమ వైపు 3. లక్ష్యం తప్ప అన్నీ రద్దవుతాయి. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, అతి తక్కువ కచ్చితమైన విలువలకు ఒక దశాంశం ఉన్నందున ఒక దశాంశ స్థానానికి చెప్పబడింది.

ఏర్పడే ఎంథాల్పీలతో క్రాస్-చెక్: C₂H₆(g) ΔH°f −84.0 kJ/mol, C₂H₄(g) +52.4 kJ/mol, H₂(g) సున్నా, కాబట్టి ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. రెండు వేర్వేరు మార్గాలు ఒకే సమాధానాన్ని ఇస్తాయి, స్థితి ప్రమేయం హామీ ఇచ్చేది సరిగ్గా అదే.

ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీలు, నిర్దేశ స్థితులు

ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీ, ΔH°f, అంటే ఒక మోల్ సమ్మేళనం ప్రామాణిక పరిస్థితులలో దాని మూలకాల నుండి, ప్రతిదీ దాని నిర్దేశ రూపంలో, ఏర్పడినప్పుడు కలిగే ఎంథాల్పీ మార్పు. అరుదైన అపవాదాలతో నిర్దేశ రూపం అత్యంత స్థిర రూపం: ఫాస్ఫరస్ తెల్ల P₄(s) ను ఉపయోగిస్తుంది, ఇది అనుబంధం G లో సున్నాగా జాబితా చేయబడింది. IUPAC ప్రామాణిక పీడనాన్ని 1 bar గా నిర్ణయించింది; అనేక పట్టికలు ఇప్పటికీ 1 atm ఉపయోగిస్తాయి, చాలా ఎంథాల్పీ పనికి తేడా అతి స్వల్పం. పట్టిక విలువలు సాధారణంగా 298.15 K వద్ద ఇవ్వబడతాయి.

ఏర్పడే సమీకరణం ఎల్లప్పుడూ సరిగ్గా ఒక మోల్ ఉత్పన్నాన్ని చేస్తుంది, కాబట్టి భిన్న గుణకాలు సాధారణం: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. O₂(g), H₂(g), గ్రాఫైట్ లేదా ద్రవ బ్రోమిన్ వంటి ఇప్పటికే నిర్దేశ రూపంలో ఉన్న మూలకానికి, ΔH°f నిర్వచనం ప్రకారం సున్నా. ఒక మూలకం ఇతర రూపాలకు సున్నా కాదు: అనుబంధం G గ్రాఫైట్‌కు సాపేక్షంగా వజ్రాన్ని +1.89 kJ/mol గా జాబితా చేస్తుంది.

ఏర్పడే డేటా నుండి ΔH°rxn లెక్కించడం

ఏ చర్యనైనా రెండు దశలుగా ఊహించవచ్చు: క్రియాజనకాలను వాటి మూలకాలుగా విడగొట్టండి, ఆపై ఆ మూలకాల నుండి ఉత్పన్నాలను నిర్మించండి. మొదటి దశ క్రియాజనకాల ఏర్పడే చర్యలకు వ్యతిరేకం, రెండోది ఉత్పన్నాల ఏర్పడే చర్యలు. అది పని సూత్రాన్ని ఇస్తుంది: ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(ఉత్పన్నాలు) − Σ m ΔH°f(క్రియాజనకాలు), ఇక్కడ n, m సమతుల్య సమీకరణంలోని గుణకాలు.

సాధన ఉదాహరణ. కొన్ని రాకెట్ ఇంజిన్‌లలో ఉపయోగించే రకమైన హైడ్రజీన్ చర్య అయిన 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g) కు ΔH° కనుగొనండి. అనుబంధం G నుండి: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, N₂(g) 0. ఉత్పన్నాలు: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. క్రియాజనకాలు: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, 11.1 కు ఒకటి ఉన్నందున ఒక దశాంశ స్థానానికి చెప్పబడింది. అది ప్రతి మోల్ హైడ్రజీన్‌కు −539.8 kJ.

నీటి స్థితి ముఖ్యం. సమీకరణం ద్రవ నీటిని ఉత్పత్తి చేసి −285.83 kJ/mol ఉపయోగిస్తే, సమాధానం −1255.7 kJ అయ్యేది. తేడా ఒక మోల్ నీటి ఆవిరి ఘనీభవించినప్పుడు విడుదలయ్యే ఎంథాల్పీకి నాలుగు రెట్లు.

హెస్ నియమ లెక్కను విచ్ఛిన్నం చేసే తప్పులు

ఈ సమస్యలలో చాలా తప్పులు లెక్కల తప్పులు, ప్రతి జాతికీ రాసుకున్న టాలీ దాదాపు అన్నింటినీ పట్టుకుంటుంది. రద్దవడం లక్ష్యాన్ని ఖచ్చితంగా పునరుత్పత్తి చేయకపోతే, ఒక సమీకరణం తప్పుగా తిప్పబడింది లేదా స్కేల్ చేయబడింది.

రెండో తనిఖీ గుర్తును అంచనా వేయడం. దహనాలు, చాలా స్థిర సమ్మేళనాల ఏర్పడటం ఉష్ణమోచకాలు, కాబట్టి ఇంధనాన్ని మండించడానికి ధన సమాధానం ఒక దశ తిప్పబడిందని సూచిస్తుంది.

• ΔH గుర్తు మార్చకుండా సమీకరణాన్ని తిప్పడం.
• సమీకరణాన్ని 2 లేదా ½ తో గుణించి దాని ΔH ను మార్చకుండా వదిలేయడం.
• తప్పు క్రమంలో తీసివేయడం: సూత్రం ఉత్పన్నాలు మైనస్ క్రియాజనకాలు.
• ఏర్పడే ఎంథాల్పీలను కూడేటప్పుడు గుణకాలను మర్చిపోవడం.
• సమీకరణంలో H₂O(l) ఉన్నప్పుడు H₂O(g) వంటి తప్పు స్థితికి ΔH°f ఉపయోగించడం.
• నిర్దేశ రూపంలో ఉన్న మూలకానికి సున్నా కాని ΔH°f ఇవ్వడం, లేదా సమ్మేళనానికి సున్నా ఇవ్వడం.