अभिक्रिया का ऊष्मा प्रभाव ज्ञात करना। गर्मी, गर्मी प्रभाव और गठन की गर्मी की मात्रा की गणना कैसे करें

थर्मोकैमिस्ट्री रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों का अध्ययन करती है। कई मामलों में, ये प्रतिक्रियाएं स्थिर मात्रा या स्थिर दबाव पर होती हैं। ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम से यह निम्नानुसार है कि इन परिस्थितियों में गर्मी राज्य का एक कार्य है। स्थिर आयतन पर, ऊष्मा आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होती है:

और निरंतर दबाव पर - थैलेपी में परिवर्तन:

रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर लागू होने वाली ये समानताएं इसका सार बनाती हैं हेस का नियम:

गर्मी प्रभाव रासायनिक प्रतिक्रियास्थिर दबाव या स्थिर आयतन पर बहना प्रतिक्रिया पथ पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि केवल अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों की स्थिति से निर्धारित होता है।

दूसरे शब्दों में, रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव राज्य के कार्य में परिवर्तन के बराबर होता है।
थर्मोकैमिस्ट्री में, ऊष्मप्रवैगिकी के अन्य अनुप्रयोगों के विपरीत, गर्मी को सकारात्मक माना जाता है यदि इसे पर्यावरण में छोड़ा जाता है, अर्थात। अगर एच < 0 или यू < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение एच(जिसे केवल "प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी" कहा जाता है) या यूप्रतिक्रियाएं।

यदि प्रतिक्रिया समाधान में या ठोस चरण में आगे बढ़ती है, जहां मात्रा परिवर्तन नगण्य है, तो

एच = यू + (पीवी) यू. (3.3)

यदि अभिक्रिया में आदर्श गैसें शामिल हैं, तो स्थिर तापमान पर

एच = यू + (पीवी) = यू+ एन. आर टी, (3.4)

जहाँ n अभिक्रिया में गैसों के मोलों की संख्या में परिवर्तन है।

विभिन्न अभिक्रियाओं की एन्थैल्पी की तुलना को सुगम बनाने के लिए "मानक अवस्था" शब्द का प्रयोग किया जाता है। मानक अवस्था 1 बार (= 10 5 Pa) के दबाव और दिए गए तापमान पर शुद्ध पदार्थ की स्थिति है. गैसों के लिए, यह 1 बार के दबाव पर एक काल्पनिक अवस्था है, जिसमें असीम रूप से दुर्लभ गैस के गुण होते हैं। तापमान पर मानक अवस्थाओं में पदार्थों के बीच अभिक्रिया की एन्थैल्पी टी, निरूपित करें ( आरका अर्थ है "प्रतिक्रिया")। थर्मोकेमिकल समीकरणों में, न केवल पदार्थों के सूत्र इंगित किए जाते हैं, बल्कि उनके समग्र राज्य या क्रिस्टलीय संशोधन भी होते हैं।

हेस के नियम से महत्वपूर्ण परिणाम मिलते हैं, जिससे रासायनिक प्रतिक्रियाओं की थैलीपी की गणना करना संभव हो जाता है।

कोरोलरी 1.

प्रतिक्रिया उत्पादों और अभिकर्मकों के गठन के मानक उत्साह के बीच अंतर के बराबर है (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

किसी पदार्थ के निर्माण की मानक थैलीपी (गर्मी) (एफमतलब "गठन") किसी दिए गए तापमान पर इस पदार्थ के एक मोल के गठन की प्रतिक्रिया की थैलीपी कहा जाता है तत्वों काजो सबसे स्थिर मानक अवस्था में हैं। इस परिभाषा के अनुसार, किसी भी तापमान पर मानक अवस्था में सबसे स्थिर सरल पदार्थों के निर्माण की एन्थैल्पी 0 होती है। संदर्भ पुस्तकों में 298 K के तापमान पर पदार्थों के बनने की मानक एन्थैल्पी दी गई है।

अवधारणा "गठन की थैलीपी" का उपयोग न केवल सामान्य पदार्थों के लिए किया जाता है, बल्कि समाधान में आयनों के लिए भी किया जाता है। इस मामले में, एच + आयन को संदर्भ बिंदु के रूप में लिया जाता है, जिसके लिए जलीय घोल में गठन की मानक थैलेपी को शून्य माना जाता है:

कोरोलरी 2. रासायनिक अभिक्रिया की मानक एन्थैल्पी

अभिकर्मकों और प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन के उत्साह के बीच अंतर के बराबर है (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

(सीमतलब "दहन")। किसी पदार्थ के दहन की मानक एन्थैल्पी (ऊष्मा) किसी पदार्थ के एक मोल के पूर्ण ऑक्सीकरण की अभिक्रिया की एन्थैल्पी कहलाती है। इस परिणाम का उपयोग आमतौर पर कार्बनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की गणना के लिए किया जाता है।

कोरोलरी 3. रासायनिक अभिक्रिया की एन्थैल्पी टूटे और बने रासायनिक बंधों की ऊर्जाओं के बीच के अंतर के बराबर होती है।

संचार की ऊर्जा से ए-बी बंधन को तोड़ने और परिणामी कणों को अनंत दूरी तक अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा है:

एबी (जी) ए (जी) + बी (जी)।

बंधन ऊर्जा हमेशा सकारात्मक होती है।

संदर्भ पुस्तकों में अधिकांश थर्मोकेमिकल डेटा 298 K के तापमान पर दिए गए हैं। अन्य तापमानों पर थर्मल प्रभावों की गणना करने के लिए, उपयोग करें किरचॉफ समीकरण:

(अंतर रूप) (3.7)

(अभिन्न रूप) (3.8)

कहाँ पे सी पी- प्रतिक्रिया उत्पादों और प्रारंभिक पदार्थों की समदाब रेखीय ताप क्षमता के बीच का अंतर। यदि अंतर टी 2 - टी 1 छोटा है, तो आप ले सकते हैं सी पी= स्थिरांक बड़े तापमान अंतर के साथ, तापमान निर्भरता का उपयोग करना आवश्यक है सी पी(टी) प्रकार:

जहां गुणांक ए, बी, सीआदि। अलग-अलग पदार्थों के लिए, उन्हें संदर्भ पुस्तक से लिया जाता है, और संकेत उत्पादों और अभिकर्मकों (गुणांक को ध्यान में रखते हुए) के बीच अंतर को दर्शाता है।

उदाहरण

उदाहरण 3-1। 298 K पर द्रव और गैसीय जल के निर्माण की मानक एन्थैल्पी क्रमशः -285.8 और -241.8 kJ/mol हैं। इस ताप पर जल के वाष्पन एन्थैल्पी की गणना कीजिए।

समाधान... गठन की थैलेपीज़ निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं के अनुरूप हैं:

एच 2 (जी) + ЅO 2 (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 1 0 = -285.8;

एच 2 (जी) + ЅO 2 (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 2 0 = -241.8.

दूसरी प्रतिक्रिया दो चरणों में की जा सकती है: पहली प्रतिक्रिया के अनुसार तरल पानी बनाने के लिए हाइड्रोजन को जलाया जाता है, और फिर पानी वाष्पित हो जाता है:

एच 2 ओ (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 0 आईएसपी =?

तब हेस के नियम के अनुसार,

एच 1 0 + एच 0 आईएसपी = एच 2 0 ,

कहाँ पे एच 0 आईएसपी = -241.8 - (-285.8) = 44.0 केजे / मोल।

उत्तर। 44.0 केजे / मोल।

उदाहरण 3-2।प्रतिक्रिया की थैलीपी की गणना करें

6सी (जी) + 6एच (जी) = सी 6 एच 6 (जी)

क) गठन की एन्थैल्पी द्वारा; बी) बंधन ऊर्जा द्वारा, इस धारणा पर कि सी 6 एच 6 अणु में दोहरे बंधन निश्चित हैं।

समाधान... a) गठन की एन्थैल्पी (kJ / mol में) संदर्भ पुस्तक में पाई जाती है (उदाहरण के लिए, P.W. Atkins, Physicalchemistry, 5th Edition, pp. C9-C15): एफ एच 0 (सी 6 एच 6 (जी)) = 82.93, एफ एच 0 (सी (जी)) = 716.68, एफ एच 0 (एच (जी)) = 217.97. प्रतिक्रिया की थैलीपी है:

आर एच 0 = 82.93 - 6 716.68 - 6 217.97 = -5525 केजे / मोल।

b) इस प्रतिक्रिया में, रासायनिक बंधन टूटते नहीं हैं, बल्कि बनते हैं। फिक्स्ड डबल बॉन्ड के सन्निकटन में, C 6 H 6 अणु में 6 C-H बॉन्ड, 3 C-C बॉन्ड और 3 C = C बॉन्ड होते हैं। बॉन्ड एनर्जी (kJ / mol में) (P.W. एटकिंस, फिजिकल केमिस्ट्री, 5वां संस्करण, p. C7): इ(सी-एच) = 412, इ(सी-सी) = 348, इ(सी = सी) = 612. प्रतिक्रिया की उत्साह है:

आर एच 0 = - (6 412 + 3 348 + 3 612) = -5352 kJ / mol।

सटीक परिणाम -5525 kJ / mol के साथ अंतर इस तथ्य के कारण है कि बेंजीन अणु में C-C सिंगल बॉन्ड नहीं होते हैं और C = C डबल बॉन्ड होते हैं, लेकिन 6 सुगंधित C C बॉन्ड होते हैं।

उत्तर। ए) -5525 केजे / एमओएल; बी) -5352 केजे / मोल।

उदाहरण 3-3।संदर्भ डेटा का उपयोग करके प्रतिक्रिया की थैलीपी की गणना करें

3Cu (s) + 8HNO 3 (aq) = 3Cu (NO 3) 2 (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (g)

समाधान... संक्षिप्त आयनिक प्रतिक्रिया समीकरण है:

3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) = 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)।

हेस के नियम के अनुसार अभिक्रिया की एन्थैल्पी है:

आर एच 0 = 4एफ एच 0 (एच 2 ओ (जी)) + 2 एफ एच 0 (नहीं (जी)) + 3 एफ एच 0 (घन 2+ (एक्यू)) - 2 एफ एच 0 (संख्या 3 - (एक्यू))

(तांबे और एच + आयन के गठन की थैलेपी बराबर हैं, परिभाषा के अनुसार, 0)। गठन की एन्थैल्पी (P.W. Atkins, Physicalchemistry, 5th Edition, pp. C9-C15) के मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हुए, हम पाते हैं:

आर एच 0 = 4 (-285.8) + 2 90.25 + 3 64.77 - 2 (-205.0) = -358.4 kJ

(तांबे के तीन मोल पर आधारित)।

उत्तर। -358.4 केजे।

उदाहरण 3-4। 1000 K पर मिथेन के दहन की एन्थैल्पी की गणना करें, 298 K पर गठन की एन्थैल्पी दी गई है: एफ एच 0 (सीएच 4) = -17.9 किलो कैलोरी / मोल, एफ एच 0 (सीओ 2) = -94.1 किलो कैलोरी / मोल, एफ एच 0 (एच 2 ओ (जी)) = -57.8 किलो कैलोरी / मोल। 298 से 1000 K की सीमा में गैसों की ऊष्मा क्षमता (cal / (mol। K) में) बराबर होती है:

सी पी (सीएच 4) = 3.422 + 0.0178। टी, सी पी(ओ 2) = 6.095 + 0.0033। टी,

सी पी (सीओ 2) = 6.396 + 0.0102। टी, सी पी(एच 2 ओ (जी)) = 7.188 + 0.0024। टी.

समाधान... मीथेन दहन प्रतिक्रिया की थैलीपी

सीएच 4 (जी) + 2 ओ 2 (जी) = सीओ 2 (जी) + 2 एच 2 ओ (जी)

298 K के बराबर है:

94.1 + 2 (-57.8) - (-17.9) = -191.8 किलो कैलोरी / मोल।

आइए हम तापमान के फलन के रूप में ऊष्मा धारिता में अंतर ज्ञात करें:

सी पी = सी पी(सीओ 2) + 2 सी पी(एच 2 ओ (जी)) - सी पी(सीएच 4) - 2 सी पी(ओ 2) =
= 5.16 - 0.0094टी(कैल / (मोल। के))।

1000 K पर अभिक्रिया की एन्थैल्पी की गणना किरचॉफ समीकरण का उपयोग करके की जाती है:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0.0094 (1000 2 -298 2) / 2 = -192500 कैल / मोल।

उत्तर। -192.5 किलो कैलोरी / मोल।

कार्य

3-1. 500 ग्राम Al (mp 658 о ,) को स्थानांतरित करने के लिए कितनी गर्मी की आवश्यकता होती है, एच 0 pl = 92.4 cal / g) कमरे के तापमान पर पिघला हुआ अवस्था में लिया जाता है यदि सी पी(अल टीवी) = 0.183 + 1.096 10 -4 टीकैल / (जी के)?

3-2. प्रतिक्रिया की मानक थैलीपी CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g), एक खुले बर्तन में 1000 K के तापमान पर आगे बढ़ना, 169 kJ / mol है। एक ही तापमान पर, लेकिन एक बंद बर्तन में होने वाली इस प्रतिक्रिया की गर्मी क्या है?

3-3. तरल बेंजीन के गठन की मानक आंतरिक ऊर्जा की गणना 298 K पर करें यदि गठन की मानक थैलीपी 49.0 kJ / mol है।

3-4. एन 2 ओ 5 (जी) के गठन के उत्साह की गणना करें टी= 298 K निम्नलिखित आंकड़ों के आधार पर:

2NO (g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), एच 1 0 = -114.2 केजे / मोल,

4एनओ 2 (जी) + ओ 2 (जी) = 2एन 2 ओ 5 (जी), एच 2 0 = -110.2 केजे / मोल,

एन 2 (जी) + ओ 2 (जी) = 2NO (जी), एच 3 0 = 182.6 केजे / मोल।

3-5. 25 डिग्री सेल्सियस पर -ग्लूकोज, -फ्रक्टोज और सुक्रोज के दहन की एन्थैल्पी -2802 के बराबर होती है,
-2810 और -5644 kJ / mol, क्रमशः। सुक्रोज हाइड्रोलिसिस की गर्मी की गणना करें।

3-6. डिबोरेन बी 2 एच 6 (जी) के गठन के उत्साह का निर्धारण करें टी= 298 K निम्नलिखित डेटा से:

बी 2 एच 6 (जी) + 3ओ 2 (जी) = बी 2 ओ 3 (टीवी) + 3एच 2 ओ (जी), एच 1 0 = -2035.6 केजे / मोल,

2बी (टीवी) + 3/2 ओ 2 (जी) = बी 2 ओ 3 (टीवी), एच 2 0 = -1273.5 केजे / मोल,

एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 3 0 = -241.8 केजे / मोल।

3-7. साधारण पदार्थों से जिंक सल्फेट के बनने की ऊष्मा की गणना करें टी= 298 K निम्नलिखित आंकड़ों पर आधारित है।

7. मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया की गर्मी की गणना करें:फे 2 ओ 3 (टी) + 3 सीओ (जी) = 2 फे (टी) + 3 सीओ 2 (जी), अगर गठन की गर्मी: फे 2 ओ 3 (टी) = - 821.3 केजे / एमओएल; सीओ (जी ) = - 110.5 केजे / मोल;

सीओ 2 (जी) = - 393.5 केजे / मोल।

Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) = 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g),

प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन के मानक गर्मी प्रभावों को जानने के बाद, हम मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना करते हैं:

16. तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता। वानट हॉफ का नियम। प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक।

केवल सक्रिय अणुओं के बीच टकराव, जिसकी औसत ऊर्जा प्रतिक्रिया में प्रतिभागियों की औसत ऊर्जा से अधिक होती है, प्रतिक्रियाओं को जन्म देती है।

जब एक निश्चित सक्रियण ऊर्जा E अणुओं को प्रदान की जाती है (औसत से अधिक ऊर्जा), अणुओं में परमाणुओं की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा कम हो जाती है, अणुओं के अंदर के बंधन कमजोर हो जाते हैं, अणु प्रतिक्रियाशील हो जाते हैं।

सक्रियण ऊर्जा आवश्यक रूप से बाहर से आपूर्ति नहीं की जाती है; यह अणुओं के कुछ हिस्से को उनके टकराव के दौरान ऊर्जा का पुनर्वितरण करके प्रदान किया जा सकता है। बोल्ट्जमैन के अनुसार, एन अणुओं में निम्नलिखित सक्रिय अणुओं की संख्या एन  बढ़ी हुई ऊर्जा के साथ है:

एन एन ई - ई / आरटी  (1)

जहां ई सक्रियण ऊर्जा है, औसत स्तर की तुलना में ऊर्जा की आवश्यक अतिरिक्त दिखा रहा है कि प्रतिक्रिया संभव होने के लिए अणुओं के पास होना चाहिए; शेष पद सर्वविदित हैं।

दो तापमानों टी 1 और टी 2 के लिए थर्मल सक्रियण के साथ, दर स्थिरांक का अनुपात होगा:

जो आपको दो अलग-अलग तापमान टी 1 और टी 2 पर प्रतिक्रिया दर को मापकर सक्रियण ऊर्जा निर्धारित करने की अनुमति देता है।

तापमान में 10 0 की वृद्धि से प्रतिक्रिया दर 2 - 4 गुना बढ़ जाती है (अनुमानित वानट हॉफ नियम)। तापमान में 10 0 की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर कितनी बार बढ़ती है (और इसलिए दर स्थिर) दर्शाती है कि संख्या को प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक कहा जाता है:

इसका मतलब है, उदाहरण के लिए, 2 ( = 2) के एक कारक द्वारा औसत दर में पारंपरिक रूप से स्वीकृत वृद्धि के लिए तापमान में 100 0 की वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर 2 10 से बढ़ जाती है, अर्थात। लगभग 1000 बार, और के लिए = 4 - 4 10 बार, अर्थात्। 1,000,000 बार। वैन्ट हॉफ का नियम उन अभिक्रियाओं के लिए लागू होता है जो अपेक्षाकृत से चलती हैं उच्च तापमानउनके संकीर्ण अंतराल में। बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया दर में तेज वृद्धि को इस तथ्य से समझाया जाता है कि इस मामले में सक्रिय अणुओं की संख्या तेजी से बढ़ जाती है।

25. वैंट हॉफ की रासायनिक प्रतिक्रिया के समताप मंडल का समीकरण।

एक मनमानी प्रतिक्रिया के लिए सामूहिक कार्रवाई के नियम के अनुसार

ए ए + बीबी = सीसी + डीडी

प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की दर के लिए समीकरण लिखा जा सकता है:

और विपरीत प्रतिक्रिया की गति के लिए:

जैसे-जैसे प्रतिक्रिया बाएँ से दाएँ आगे बढ़ती है, पदार्थ A और B की सांद्रता घटती जाती है और प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की गति घटती जाती है। दूसरी ओर, जैसे-जैसे प्रतिक्रिया उत्पाद सी और डी जमा होते हैं, दाएं से बाएं प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होगी। एक क्षण आता है जब वेग 1 और υ 2 समान हो जाते हैं, सभी पदार्थों की सांद्रता अपरिवर्तित रहती है, इसलिए,

जहां से के सी = के 1 / के 2 =

निरंतर मूल्य с, आगे और रिवर्स प्रतिक्रियाओं के दर स्थिरांक के अनुपात के बराबर, प्रारंभिक पदार्थों के संतुलन सांद्रता और उनकी बातचीत के उत्पादों (उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक की डिग्री में) के माध्यम से संतुलन की स्थिति का मात्रात्मक रूप से वर्णन करता है और संतुलन स्थिरांक कहलाता है। संतुलन स्थिरांक केवल दिए गए तापमान के लिए स्थिर होता है, अर्थात।

के सी = एफ (टी)। एक रासायनिक प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक आमतौर पर एक अनुपात द्वारा व्यक्त किया जाता है, जिसके अंश में प्रतिक्रिया उत्पादों के संतुलन दाढ़ सांद्रता का उत्पाद होता है, और हर में प्रारंभिक पदार्थों की सांद्रता का उत्पाद होता है।

यदि प्रतिक्रिया के घटक आदर्श गैसों का मिश्रण हैं, तो संतुलन स्थिरांक (K p) घटकों के आंशिक दबावों के माध्यम से व्यक्त किया जाता है:

K r से K c तक जाने के लिए, हम अवस्था P · V = n · R · T के समीकरण का उपयोग करते हैं। जहां तक ​​कि

यह समीकरण से निम्नानुसार है कि K p = K s बशर्ते कि प्रतिक्रिया गैस चरण में मोल की संख्या को बदले बिना आगे बढ़ती है, अर्थात। जब (सी + डी) = (ए + बी)।

यदि प्रतिक्रिया निरंतर P और T या V और T पर स्वतःस्फूर्त रूप से आगे बढ़ती है, तो इस प्रतिक्रिया के G और F के मान समीकरणों से प्राप्त किए जा सकते हैं:

जहां सी ए, सी बी, सी सी, सी डी प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के गैर-संतुलन सांद्रता हैं।

जहां , , , D प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के आंशिक दबाव हैं।

अंतिम दो समीकरणों को वैंट हॉफ रासायनिक प्रतिक्रिया इज़ोटेर्म समीकरण कहा जाता है। यह अनुपात प्रारंभिक पदार्थों की विभिन्न सांद्रता पर इसकी दिशा निर्धारित करने के लिए, प्रतिक्रिया के G और F के मूल्यों की गणना करना संभव बनाता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, दोनों गैस प्रणालियों के लिए और समाधान के लिए, जब ठोस प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं (यानी, विषम प्रणालियों के लिए), ठोस चरण की एकाग्रता संतुलन स्थिरांक के लिए अभिव्यक्ति में शामिल नहीं है, क्योंकि यह एकाग्रता व्यावहारिक रूप से है लगातार। तो, प्रतिक्रिया के लिए

2 सीओ (जी) = सीओ 2 (जी) + सी (टी)

संतुलन स्थिरांक को इस प्रकार लिखा जाता है

तापमान पर संतुलन स्थिरांक की निर्भरता (तापमान T 2 के सापेक्ष तापमान T 1 के लिए) निम्नलिखित वैंट हॉफ समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:

जहां 0 प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव है।

एक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया के लिए (प्रतिक्रिया गर्मी के अवशोषण के साथ आगे बढ़ती है), बढ़ते तापमान के साथ संतुलन निरंतर बढ़ता है, सिस्टम, जैसा कि यह था, हीटिंग का प्रतिरोध करता है।

34. परासरण, आसमाटिक दबाव। वैंट हॉफ का समीकरण और आसमाटिक गुणांक।

ऑस्मोसिस एक अर्धपारगम्य झिल्ली के माध्यम से विलायक के अणुओं की सहज गति है, जो कम सांद्रता के घोल से उच्च सांद्रता वाले घोल में अलग-अलग सांद्रता के घोल को अलग करता है, जो बाद वाले के कमजोर पड़ने की ओर जाता है। एक सिलोफ़न फिल्म को अक्सर छोटे छिद्रों के माध्यम से एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के रूप में उपयोग किया जाता है, जिसमें से केवल छोटे-मात्रा वाले विलायक अणु ही चुनिंदा रूप से गुजर सकते हैं और उच्च-आणविक पदार्थों के लिए, और कम-आणविक वाले के लिए बड़े या सॉल्वेटेड अणुओं या आयनों को बनाए रखा जाता है। कॉपर फेरोसाइनाइड की फिल्म। सॉल्वेंट ट्रांसफर (ऑस्मोसिस) की प्रक्रिया को उच्च सांद्रता वाले घोल में बाहरी हाइड्रोस्टेटिक दबाव लागू करके रोका जा सकता है (संतुलन की स्थिति के तहत, यह तथाकथित आसमाटिक दबाव होगा, जिसे अक्षर द्वारा दर्शाया जाएगा)। गैर-इलेक्ट्रोलाइट समाधानों में के मान की गणना करने के लिए, अनुभवजन्य वैन्ट हॉफ समीकरण का उपयोग किया जाता है:

जहाँ C पदार्थ की मोलल सांद्रता है, mol / kg;

आर - सार्वभौमिक गैस स्थिरांक, जे / मोल · के।

आसमाटिक दबाव का परिमाण किसी दिए गए घोल में घुले एक या अधिक पदार्थों के अणुओं (सामान्य स्थिति में, कणों की संख्या) की संख्या के समानुपाती होता है, और यह उनकी प्रकृति और विलायक की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है। . मजबूत या कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान में, अणुओं के पृथक्करण के कारण व्यक्तिगत कणों की कुल संख्या बढ़ जाती है, इसलिए संबंधित आनुपातिकता गुणांक, जिसे आइसोटोनिक गुणांक कहा जाता है, को आसमाटिक दबाव की गणना के लिए समीकरण में दर्ज किया जाना चाहिए।

सी आर टी,

जहां मैं आइसोटोनिक गुणांक है, जिसकी गणना इस पदार्थ के अणुओं की प्रारंभिक संख्या में आयनों और गैर-पृथक इलेक्ट्रोलाइट अणुओं की संख्या के योग के अनुपात के रूप में की जाती है।

तो, यदि इलेक्ट्रोलाइट के पृथक्करण की डिग्री, अर्थात। आयनों में विघटित अणुओं की संख्या का अनुपात विलेय के अणुओं की कुल संख्या के बराबर होता है और इलेक्ट्रोलाइट अणु n आयनों में विघटित हो जाता है, फिर आइसोटोनिक गुणांक की गणना निम्नानुसार की जाती है:

मैं = 1 + (एन -1) , (i> 1)।

मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए, आप  = 1 ले सकते हैं, फिर i = n, और गुणांक i (1 से भी अधिक) को ऑस्मोटिक गुणांक कहा जाता है।

परासरण की घटना का पौधे और जानवरों के जीवों के लिए बहुत महत्व है, क्योंकि कई पदार्थों के समाधान के संबंध में उनकी कोशिकाओं की झिल्लियों में अर्ध-पारगम्य झिल्ली के गुण होते हैं। वी साफ पानीकुछ मामलों में झिल्ली के टूटने तक, और लवण की उच्च सांद्रता वाले घोल में, इसके विपरीत, आकार में कमी हो जाती है और पानी की एक बड़ी हानि के कारण कोशिका सिकुड़ जाती है। इसलिए, खाद्य पदार्थों को संरक्षित करते समय, उनमें बड़ी मात्रा में नमक या चीनी मिलाया जाता है। ऐसी स्थितियों में सूक्ष्मजीवों की कोशिकाएं महत्वपूर्ण मात्रा में पानी खो देती हैं और मर जाती हैं।

थर्मोकैमिस्ट्री में, गर्मी की मात्रा क्यू, जो रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप जारी या अवशोषित होता है, कहलाता है थर्मल प्रभाव।ऊष्मा मुक्त होने वाली अभिक्रिया कहलाती है एक्ज़ोथिर्मिक (प्रश्न> 0), और गर्मी अवशोषण के साथ - एन्दोठेर्मिक (क्यू<0 ).

ऊष्मप्रवैगिकी में, क्रमशः, वे प्रक्रियाएँ जिनमें ऊष्मा निकलती है, कहलाती हैं एक्ज़ोथिर्मिक, और वे प्रक्रियाएँ जिनमें ऊष्मा अवशोषित होती है - एन्दोठेर्मिक.

ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के परिणाम के अनुसार आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल प्रक्रियाओं के लिए, थर्मल प्रभाव सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होता है .

चूंकि थर्मोकैमिस्ट्री थर्मोडायनामिक्स के संबंध में विपरीत संकेत का उपयोग करती है, इसलिए।

आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल प्रक्रियाओं के लिए, थर्मल प्रभाव सिस्टम के थैलेपी में परिवर्तन के बराबर होता है .

अगर डी एच> 0- प्रक्रिया गर्मी के अवशोषण के साथ आगे बढ़ती है और है ऊष्माशोषी

अगर डी एच< 0 - प्रक्रिया गर्मी की रिहाई के साथ होती है और है ऊष्माक्षेपी

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम से निम्नानुसार हैहेस का नियम:

रासायनिक प्रतिक्रियाओं का ऊष्मीय प्रभाव केवल प्रारंभिक पदार्थों और अंतिम उत्पादों के प्रकार और अवस्था पर निर्भर करता है, लेकिन प्रारंभिक अवस्था से अंतिम अवस्था में संक्रमण के मार्ग पर निर्भर नहीं करता है।

इस कानून का एक परिणाम यह नियम है कि थर्मोकेमिकल समीकरणों के साथ, आप सामान्य बीजीय संचालन कर सकते हैं।

एक उदाहरण के रूप में, CO2 के लिए कोयले की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया पर विचार करें।

प्रारंभिक पदार्थों से अंतिम में संक्रमण सीधे कोयले को 2 में जलाने से किया जा सकता है:

सी (टी) + ओ 2 (जी) = सीओ 2 (जी)।

इस प्रतिक्रिया का गर्मी प्रभाव Δ एच 1.

इस प्रक्रिया को दो चरणों में किया जा सकता है (चित्र 4)। पहले चरण में, कार्बन प्रतिक्रिया द्वारा CO में जलता है

सी (टी) + ओ 2 (जी) = सीओ (जी),

दूसरे सीओ पर सीओ 2 जलता है

सीओ (टी) + ओ 2 (जी) = सीओ 2 (जी)।

इन अभिक्रियाओं का उष्मा प्रभाव क्रमशः एच 2औरΔ एच 3.

चावल। 4. कोयले की दहन प्रक्रिया का आरेख 2

व्यवहार में तीनों प्रक्रियाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हेस का नियम आपको इन तीन प्रक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों को समीकरण द्वारा संबंधित करने की अनुमति देता है:

Δ एच 1=Δ एच 2 + Δ एच 3.

पहली और तीसरी प्रक्रियाओं के ताप प्रभाव को अपेक्षाकृत आसानी से मापा जा सकता है, लेकिन उच्च तापमान पर कोयले को कार्बन मोनोऑक्साइड में जलाना मुश्किल है। इसके तापीय प्रभाव की गणना की जा सकती है:

Δ एच 2=Δ एच 1 - Δ एच 3.

. के मान एच 1और एच 2उपयोग किए गए कोयले के प्रकार पर निर्भर करता है। मात्रा एच 3इससे संबंधित नहीं है। जब CO का एक मोल 298K पर स्थिर दाब पर जलाया जाता है, तो ऊष्मा की मात्रा होती है एच 3= -283.395 केजे / मोल। मैं एच 1= -393.86 kJ / mol 298K पर। फिर 298K . पर एच 2= -393.86 + 283.395 = -110.465 kJ / mol।

हेस का नियम उन प्रक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की गणना करना संभव बनाता है जिनके लिए कोई प्रयोगात्मक डेटा नहीं है या जिसके लिए उन्हें मापा नहीं जा सकता है सही शर्तें... यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर भी लागू होता है, और विघटन, वाष्पीकरण, क्रिस्टलीकरण, सोखना आदि की प्रक्रियाओं पर भी लागू होता है।

हेस के नियम को लागू करते समय, निम्नलिखित शर्तों का कड़ाई से पालन किया जाना चाहिए:

दोनों प्रक्रियाओं में, वास्तव में एक ही प्रारंभिक अवस्थाएँ और वास्तव में एक ही अंतिम अवस्थाएँ होनी चाहिए;

इतना ही नहीं होना चाहिए रासायनिक संरचनाउत्पाद, बल्कि उनके अस्तित्व की शर्तें (तापमान, दबाव, आदि) और एकत्रीकरण की स्थिति, और के लिए क्रिस्टलीय पदार्थऔर क्रिस्टल संशोधन।

हेस के नियम के आधार पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों की गणना करते समय, आमतौर पर दो प्रकार के तापीय प्रभावों का उपयोग किया जाता है - दहन की गर्मी और गठन की गर्मी।

शिक्षा की गर्मी सेसरल पदार्थों से दिए गए यौगिक के बनने की प्रतिक्रिया का ऊष्मा प्रभाव कहलाता है।

ज्वलन की ऊष्माऑक्सीजन के साथ दिए गए यौगिक की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव संबंधित तत्वों के उच्च ऑक्साइड या इन ऑक्साइड के एक यौगिक के गठन के साथ कहा जाता है।

ऊष्मा और अन्य मात्राओं के लिए संदर्भ मान आमतौर पर पदार्थ की मानक अवस्था के लिए संदर्भित होते हैं।

जैसा मानक अवस्थाअलग-अलग तरल और ठोस पदार्थ किसी दिए गए तापमान पर और एक वायुमंडल के बराबर दबाव पर अपनी स्थिति लेते हैं, और अलग-अलग गैसों के लिए - उनकी अवस्था जब किसी दिए गए तापमान और दबाव पर 1.01 10 5 Pa (1 एटीएम) के बराबर होती है। एक आदर्श गैस के गुण गणना की सुविधा के लिए, संदर्भ डेटा को संदर्भित किया जाता है मानक तापमान 298 के.

यदि कोई तत्व कई संशोधनों में मौजूद हो सकता है, तो एक संशोधन जो 298 K और . पर स्थिर है वायुमण्डलीय दबाव 1.01 10 5 पा (1 एटीएम) के बराबर

पदार्थों की मानक अवस्था से संबंधित सभी मूल्यों को एक वृत्त के रूप में एक सुपरस्क्रिप्ट द्वारा चिह्नित किया जाता है: ... धातुकर्म प्रक्रियाओं में, अधिकांश यौगिक गर्मी की रिहाई के साथ बनते हैं, इसलिए उनके लिए थैलेपी वृद्धि होती है। मानक स्थिति में आइटम के लिए, मान।

प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थों के गठन के मानक तापों के संदर्भ डेटा का उपयोग करके, कोई आसानी से प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना कर सकता है।

यह हेस के नियम से निम्नानुसार है:प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव समीकरण के दाईं ओर इंगित सभी पदार्थों के गठन की गर्मी के अंतर के बराबर है(अंत पदार्थ या प्रतिक्रिया उत्पाद) , और समीकरण के बाईं ओर इंगित सभी पदार्थों के गठन की गर्मी(आरंभिक सामग्री) , प्रतिक्रिया समीकरण में इन पदार्थों के सूत्रों के सामने गुणांक के बराबर गुणांक के साथ लिया गया:

कहाँ पे एन- अभिक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थ के मोलों की संख्या।

उदाहरण। आइए प्रतिक्रिया Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2 के थर्मल प्रभाव की गणना करें। प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थों के गठन की गर्मी हैं: Fe 3 O 4 के लिए, CO के लिए, FeO के लिए, CO 2 के लिए।

प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव:

चूंकि 298K पर प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है, अर्थात। गर्मी अवशोषण के साथ आता है।

जिस प्रकार किसी व्यक्ति की शारीरिक विशेषताओं में से एक शारीरिक शक्ति है, आवश्यक विशेषताकोई भी रासायनिक बंधन बंधन शक्ति है, अर्थात। उसकी ऊर्जा।

याद रखें कि रासायनिक बंधन की ऊर्जा वह ऊर्जा है जो रासायनिक बंधन के निर्माण के दौरान जारी होती है या वह ऊर्जा जिसे इस बंधन को नष्ट करने के लिए खर्च करने की आवश्यकता होती है।

सामान्य स्थिति में एक रासायनिक प्रतिक्रिया कुछ पदार्थों का दूसरों में परिवर्तन है। नतीजतन, एक रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान, कुछ बंधन टूट जाते हैं और अन्य बनते हैं, अर्थात। ऊर्जा का परिवर्तन।

भौतिकी का मौलिक नियम कहता है कि ऊर्जा शून्य से उत्पन्न नहीं होती है और बिना किसी निशान के गायब नहीं होती है, बल्कि केवल एक प्रकार से दूसरे प्रकार में जाती है। इसकी सार्वभौमिकता के कारण, यह सिद्धांत स्पष्ट रूप से रासायनिक प्रतिक्रिया पर लागू होता है।

रासायनिक प्रतिक्रिया का गर्मी प्रभाव ऊष्मा की मात्रा कहलाती है,

प्रतिक्रिया के दौरान जारी (या अवशोषित) और प्रतिक्रिया (या गठित) पदार्थ के 1 मोल के लिए जिम्मेदार।

ऊष्मा प्रभाव को Q अक्षर द्वारा दर्शाया जाता है और आमतौर पर kJ / mol या kcal / mol में मापा जाता है।

यदि प्रतिक्रिया ऊष्मा के निकलने के साथ होती है (Q> 0), तो इसे ऊष्माक्षेपी कहते हैं, और यदि ऊष्मा के अवशोषण के साथ (Q)< 0) – эндотермической.

यदि आप योजनाबद्ध रूप से प्रतिक्रिया की ऊर्जा प्रोफ़ाइल को चित्रित करते हैं, तो एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए उत्पाद अभिकर्मकों की तुलना में ऊर्जा में अधिक होते हैं, और एक्ज़ोथिर्मिक के लिए - इसके विपरीत, प्रतिक्रिया उत्पाद अभिकर्मकों की तुलना में ऊर्जा में कम (अधिक स्थिर) होते हैं।

यह स्पष्ट है कि जितना अधिक पदार्थ प्रतिक्रिया करता है, उतनी ही अधिक ऊर्जा मुक्त (या अवशोषित) होगी, अर्थात। ऊष्मीय प्रभाव सीधे पदार्थ की मात्रा के समानुपाती होता है। इसलिए, किसी पदार्थ के 1 मोल को ऊष्मीय प्रभाव का असाइनमेंट एक दूसरे के साथ विभिन्न प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की तुलना करने की हमारी इच्छा के कारण होता है।

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव उदाहरण 1. हाइड्रोजन के साथ 8.0 ग्राम कॉपर (II) ऑक्साइड को कम करने पर, धात्विक तांबा और जल वाष्प का निर्माण हुआ और 7.9 kJ ऊष्मा निकली। कॉपर (II) ऑक्साइड की अपचयन अभिक्रिया के ऊष्मा प्रभाव की गणना कीजिए।

समाधान । प्रतिक्रिया समीकरण CuO (s) + H2 (g) = Cu (s) + H2 O (g) + Q (*)

आइए अनुपात की रचना करें जब 0.1 mol - 7.9 kJ को कम किया जाए; 1 mol को कम करने पर - x kJ जारी किया जाता है

जहां से x = + 79 kJ/mol. समीकरण (*) रूप लेता है

CuO (s) + H2 (g) = Cu (s) + H2 O (g) +79 kJ

थर्मोकेमिकल समीकरणएक रासायनिक प्रतिक्रिया का समीकरण है, जो प्रतिक्रिया मिश्रण (अभिकर्मकों और उत्पादों) के घटकों के एकत्रीकरण की स्थिति और प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव को इंगित करता है।

तो, बर्फ को पिघलाने या पानी को वाष्पित करने के लिए, आपको खर्च करने की आवश्यकता है निश्चित मात्रागर्मी, जबकि जब तरल पानी जम जाता है या जल वाष्प संघनित हो जाता है, तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है। इसीलिए जब हम पानी छोड़ते हैं तो हम ठंडे होते हैं (शरीर की सतह से पानी के वाष्पीकरण के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है), और पसीना शरीर के अधिक गरम होने के खिलाफ एक जैविक रक्षा तंत्र है। इसके विपरीत, एक फ्रीजर पानी को जमा देता है और आसपास के क्षेत्र को गर्म करता है, जिससे अतिरिक्त गर्मी निकलती है।

पर यह उदाहरणजल की समग्र अवस्था में परिवर्तन के ऊष्मीय प्रभावों को दिखाया गया है। संलयन की ऊष्मा (0o C पर) = 3.34 × 105 J/kg (भौतिकी), या Qpl। = - 6.02 kJ / mol (रसायन विज्ञान), वाष्पीकरण की गर्मी (वाष्पीकरण) (100o C पर) q = 2.26 × 106 J / किग्रा (भौतिकी) या Qtest। = - 40.68 kJ / mol (रसायन विज्ञान)।

गलन

गिरफ्तार, 298.

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव बेशक, उच्च बनाने की क्रिया संभव है, जब एक ठोस

गैस चरण में गुजरता है, गैस चरण से तरल अवस्था और रिवर्स डिपोजिशन (क्रिस्टलीकरण) की प्रक्रियाओं को दरकिनार करते हुए, उनके लिए थर्मल प्रभाव की गणना या माप करना भी संभव है।

यह स्पष्ट है कि प्रत्येक पदार्थ में रासायनिक बंधन होते हैं, इसलिए प्रत्येक पदार्थ में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा होती है। हालांकि, एक रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा सभी पदार्थों को एक दूसरे में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। इसलिए, हम एक मानक राज्य शुरू करने के लिए सहमत हुए।

पदार्थ की मानक अवस्था- यह 298 K के तापमान पर पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति है, इन परिस्थितियों में सबसे स्थिर एलोट्रोपिक संशोधन में 1 वायुमंडल का दबाव है।

मानक शर्तें 298 K का तापमान और 1 वायुमंडल का दबाव है। मानक स्थितियां (मानक स्थिति) सूचकांक 0 द्वारा इंगित की जाती हैं।

यौगिक के निर्माण की मानक ऊष्मा मानक अवस्था में लिए गए साधारण पदार्थों से किसी दिए गए यौगिक के बनने की रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव कहलाता है। यौगिक के बनने की ऊष्मा को प्रतीक Q . द्वारा दर्शाया जाता है 0 कई यौगिकों के लिए, गठन की मानक ऊष्मा भौतिक-रासायनिक मात्राओं की संदर्भ पुस्तकों में दी गई है।

साधारण पदार्थों के निर्माण की मानक ऊष्माएँ 0 हैं। उदाहरण के लिए, Q0 arr, 298 (O2, गैस) = 0, Q0 arr, 298 (C, tv।, ग्रेफाइट) = 0।

उदाहरण के लिए । कॉपर (II) सल्फेट के निर्माण के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखिए। संदर्भ पुस्तक Q0 नमूने से, 298 (CuSO4) = 770 kJ / mol।

Cu (ठोस) + S (ठोस) + 2O2 (g) = CuSO4 (ठोस) + 770 kJ।

नोट: थर्मोकेमिकल समीकरण किसी भी पदार्थ के लिए लिखा जा सकता है, लेकिन यह समझना चाहिए कि में असली जीवनप्रतिक्रिया पूरी तरह से अलग तरीके से आगे बढ़ती है: सूचीबद्ध अभिकर्मकों में, तांबा (II) और सल्फर (IV) ऑक्साइड हीटिंग के दौरान बनते हैं, लेकिन कॉपर (II) सल्फेट नहीं बनता है। एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष: एक थर्मोकेमिकल समीकरण एक मॉडल है जो गणना की अनुमति देता है, यह अन्य थर्मोकेमिकल डेटा के साथ अच्छी तरह से सहमत होता है, लेकिन अभ्यास के परीक्षण के लिए खड़ा नहीं होता है (यानी, यह प्रतिक्रिया की संभावना या असंभवता का सही अनुमान लगाने में असमर्थ है)।

(बी जे) - ए आई × क्यू नमूना 0, 298 आई

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। रासायनिक अभिक्रिया का ऊष्मा प्रभाव

स्पष्टीकरण। आपको गुमराह न करने के लिए, मैं तुरंत उस रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी को जोड़ दूंगा प्रतिक्रिया की संभावना / असंभवता की भविष्यवाणी कर सकते हैंहालांकि, इसके लिए अधिक गंभीर "उपकरणों" की आवश्यकता होती है जो स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के दायरे से बाहर जाते हैं। इन विधियों की तुलना में थर्मोकेमिकल समीकरण चेप्स पिरामिड की पृष्ठभूमि के खिलाफ पहला कदम है - आप इसके बिना नहीं कर सकते, लेकिन आप ऊंची चढ़ाई नहीं कर सकते।

उदाहरण 2। 5.8 ग्राम वजनी जल संघनन के ऊष्मीय प्रभाव की गणना करें। संघनन प्रक्रिया को थर्मोकेमिकल समीकरण H2 O (g) = H2 O (l) + Q द्वारा वर्णित किया गया है - संक्षेपण आमतौर पर एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया है 25o C 37 kJ / mol (संदर्भ) पर पानी के संघनन की गर्मी।

इसलिए, क्यू = 37 × 0.32 = 11.84 केजे।

19 वीं शताब्दी में, रूसी रसायनज्ञ हेस, जिन्होंने प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों का अध्ययन किया, ने प्रयोगात्मक रूप से रासायनिक प्रतिक्रियाओं के संबंध में ऊर्जा के संरक्षण के कानून की स्थापना की - हेस का नियम।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव प्रक्रिया के मार्ग पर निर्भर नहीं करता है और केवल अंतिम और प्रारंभिक अवस्था के बीच के अंतर से निर्धारित होता है।

रसायन विज्ञान और गणित के दृष्टिकोण से, इस कानून का अर्थ है कि हम प्रक्रिया की गणना करने के लिए किसी भी "गणना प्रक्षेपवक्र" को चुनने के लिए स्वतंत्र हैं, क्योंकि परिणाम इस पर निर्भर नहीं करता है। इस कारण से, अत्यंत महत्वपूर्ण हेस का नियम अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण है हेस के नियम का परिणाम.

एक रासायनिक प्रतिक्रिया का गर्मी प्रभाव प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन की गर्मी के योग के बराबर होता है, अभिकारकों के गठन की गर्मी का योग (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए)।

दृष्टिकोण से व्यावहारिक बुद्धियह परिणाम उस प्रक्रिया से मेल खाता है जिसमें पहले सभी अभिकर्मक सरल पदार्थों में बदल गए, जो फिर एक नए तरीके से इकट्ठे हुए, ताकि प्रतिक्रिया उत्पाद प्राप्त हो सकें।

एक समीकरण के रूप में, हेस के नियम का परिणाम इस तरह दिखता है प्रतिक्रिया समीकरण: ए 1 ए 1 + ए 2 ए 2 +… + ए एन ए एन = बी 1 बी 1 + बी 2 बी 2 +… बी

इस मामले में, a i और b j स्टोइकोमेट्रिक गुणांक हैं, A i अभिकर्मक हैं, B j प्रतिक्रिया उत्पाद हैं।

तब हेस के नियम के उपफल का रूप है Q = b j × Q arr 0.298

कश्मीर बीके + क्यू

(ए मैं)

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव चूंकि कई पदार्थों के गठन की मानक गर्मी होती है

ए) विशेष तालिकाओं में संक्षेपित किया गया है या बी) प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है, फिर पर्याप्त उच्च सटीकता के साथ बहुत बड़ी संख्या में प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभाव की भविष्यवाणी (गणना) करना संभव हो जाता है।

उदाहरण 3. (हेस के नियम का कोरोलरी)। मानक शर्तों के तहत गैस चरण में होने वाली मीथेन के भाप सुधार के थर्मल प्रभाव की गणना करें:

CH4 (वर्ष) + H2 O (वर्ष) = CO (वर्ष) + 3 H2 (वर्ष)

निर्धारित करें कि क्या दी गई प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक या एंडोथर्मिक है?

हल: हेस के नियम का परिणाम

संदर्भ पुस्तक से हम मिश्रण के शेष घटकों के बनने की ऊष्मा पाते हैं।

समीकरण में मूल्यों को प्रतिस्थापित करना

क्यू = 0 + 110.5 - 74.6 - 241.8 = -205.9 केजे / एमओएल, प्रतिक्रिया जोरदार एंडोथर्मिक है।

उत्तर: क्यू = -205.9 केजे / एमओएल, एंडोथर्मिक

उदाहरण 4. (हेस के नियम का अनुप्रयोग)। अभिक्रियाओं की ऊष्मा ज्ञात है

सी (टीवी।) + ½ ओ (जी।) = सीओ (जी।) + 110.5 केजे

(tv.) + O2 (g.) = CO2 (g.) + 393.5 kJ प्रतिक्रिया 2CO (g.) + O2 (g.) = 2CO2 (g.) का ऊष्मीय प्रभाव ज्ञात कीजिए। 2 . पर दूसरा समीकरण

2C (s) + O2 (g) = 2CO (g) + 221 kJ 2C (s) + 2O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ

दूसरे समीकरण से घटाएं पहले

O2 (g) = 2CO2 (g) + 787 kJ - 2CO (g) - 221 kJ,

2CO (g) + O2 (g) = 2CO2 (g) + 566 kJ उत्तर: 566 kJ / mol।

नोट: थर्मोकैमिस्ट्री का अध्ययन करते समय, हम बाहर (बाहर) से एक रासायनिक प्रतिक्रिया पर विचार करते हैं। इसके विपरीत, रासायनिक थर्मोडायनामिक्स - रासायनिक प्रणालियों के व्यवहार का विज्ञान - सिस्टम को अंदर से जांचता है और सिस्टम की थर्मल ऊर्जा के रूप में "एंथैल्पी" एच की अवधारणा के साथ काम करता है। एन्थैल्पी, सो

व्याख्यान 6. थर्मोकैमिस्ट्री। एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव, एक तरह से, ऊष्मा की मात्रा के समान अर्थ रखता है, लेकिन इसका विपरीत संकेत है: यदि सिस्टम से ऊर्जा निकलती है, वातावरणयह गर्म हो जाता है और गर्म हो जाता है, और सिस्टम ऊर्जा खो देता है।

साहित्य:

1. पाठ्यपुस्तक, वी.वी. एरेमिन, एन.ई. कुज़्मेंको एट अल।, ग्रेड 9 रसायन विज्ञान, पैराग्राफ 19,

2. अध्ययन मार्गदर्शिका "मूल बातें सामान्य रसायन शास्त्र" भाग ---- पहला।

एसजी द्वारा संकलित। बारम, आई.एन. मिरोनोव। - अपने साथ लेलो! अगले संगोष्ठी के लिए

3. ए.वी. मनुइलोव। रसायन विज्ञान की मूल बातें। http://hemi.nsu.ru/index.htm

9.1 रासायनिक अभिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव। थर्मोकैमिस्ट्री के बुनियादी नियम।

9.2 ** थर्मोकैमिस्ट्री (जारी)। तत्वों से किसी पदार्थ के बनने की ऊष्मा।

गठन की मानक थैलीपी।

ध्यान!

हम कम्प्यूटेशनल समस्याओं को हल करने के लिए आगे बढ़ रहे हैं, इसलिए, एक कैलकुलेटर अब रसायन विज्ञान संगोष्ठियों के लिए वांछनीय है।

इसके बाद, सूचकांक मैंप्रारंभिक पदार्थों या अभिकर्मकों और सूचकांकों का संदर्भ लें जे- अंतिम पदार्थों या प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए; और - क्रमशः प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए प्रतिक्रिया समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक गुणांक।

उदाहरण:आइए हम मानक परिस्थितियों में मेथनॉल संश्लेषण प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना करें।

समाधान:गणना के लिए, हम प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थों के गठन के मानक ताप पर संदर्भ डेटा का उपयोग करेंगे (संदर्भ पुस्तक के पृष्ठ 72 पर तालिका 44 देखें)।

हेस के नियम (समीकरण 1.15) के पहले परिणाम के अनुसार मानक परिस्थितियों में मेथनॉल संश्लेषण प्रतिक्रिया का गर्मी प्रभाव बराबर है:

रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की गणना करते समय, यह ध्यान रखना आवश्यक है कि थर्मल प्रभाव अभिकर्मकों के एकत्रीकरण की स्थिति और रिकॉर्डिंग के प्रकार पर निर्भर करता है। रासायनिक समीकरणप्रतिक्रियाएं:

हेस के नियम के दूसरे परिणाम के अनुसार, दहन के ताप का उपयोग करके थर्मल प्रभाव की गणना की जा सकती है सी एच, प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन के ताप के बीच के अंतर के रूप में (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

जहां आर सी पी- रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप सिस्टम की आइसोबैरिक ताप क्षमता में परिवर्तन की विशेषता है और इसे प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव का तापमान गुणांक कहा जाता है।

यह किरचॉफ अंतर समीकरण से निम्नानुसार है कि तापमान पर थर्मल प्रभाव की निर्भरता Δ के संकेत से निर्धारित होती है आर सी पी, अर्थात। निर्भर करता है कि कौन सा अधिक है, प्रारंभिक सामग्री की कुल गर्मी क्षमता या प्रतिक्रिया उत्पादों की कुल गर्मी क्षमता। आइए किरचॉफ अंतर समीकरण का विश्लेषण करें।

1. यदि तापमान गुणांक आर सी पी> 0, फिर व्युत्पन्न > 0 और फ़ंक्शन की बढ़ती। नतीजतन, बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव बढ़ता है।

2. यदि तापमान गुणांक आर सी पी< 0, то производная < 0 и функция घट रहा है। नतीजतन, बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव कम हो जाता है।

3. यदि तापमान गुणांक आर सी पी= 0, फिर अवकलज = 0 और ... नतीजतन, प्रतिक्रिया की गर्मी तापमान से स्वतंत्र होती है। यह मामला व्यवहार में नहीं होता है।

विभेदक समीकरण विश्लेषण के लिए सुविधाजनक हैं, लेकिन गणना के लिए असुविधाजनक हैं। एक रासायनिक प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना के लिए एक समीकरण प्राप्त करने के लिए, हम चरों को विभाजित करके किरचॉफ अंतर समीकरण को एकीकृत करते हैं:

पदार्थों की ऊष्मा क्षमता तापमान पर निर्भर करती है, इसलिए, ... हालांकि, रासायनिक इंजीनियरिंग प्रक्रियाओं में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले तापमान की सीमा में, यह निर्भरता महत्वपूर्ण नहीं है। व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, पदार्थों की औसत ताप क्षमता का उपयोग तापमान सीमा में 298 K से तक किया जाता है तापमान सेट करें , जो संदर्भ पुस्तकों में दिए गए हैं। औसत ताप क्षमता का उपयोग करके गणना की गई तापीय प्रभाव का तापमान गुणांक:

उदाहरण:आइए हम 1000 K के तापमान और मानक दबाव पर मेथनॉल संश्लेषण प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना करें।

समाधान:गणना के लिए, हम तापमान रेंज में प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थों की औसत गर्मी क्षमता 298 K से 1000 K तक संदर्भ डेटा का उपयोग करेंगे (संदर्भ पुस्तक के पृष्ठ 56 पर तालिका 40 देखें):

रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्रणाली की औसत ताप क्षमता में परिवर्तन:

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम

में से एक महत्वपूर्ण कार्यरासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी माना दिशा में एक रासायनिक प्रतिक्रिया की सहज घटना की मौलिक संभावना (या असंभव) की व्याख्या है। ऐसे मामलों में जहां यह स्पष्ट हो जाता है कि यह रासायनिक बातचीत हो सकती है, प्रारंभिक सामग्री के रूपांतरण की डिग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों की उपज, यानी प्रतिक्रिया की पूर्णता निर्धारित करना आवश्यक है।

स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया की दिशा दूसरे नियम या ऊष्मागतिकी की शुरुआत के आधार पर निर्धारित की जा सकती है, उदाहरण के लिए, क्लॉसियस की अभिधारणा के रूप में:

गर्मी अपने आप ठंडे शरीर से गर्म शरीर में नहीं जा सकती है, यानी ऐसी प्रक्रिया असंभव है, जिसका एकमात्र परिणाम कम तापमान वाले शरीर से उच्च तापमान वाले शरीर में गर्मी का स्थानांतरण होगा।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के कई सूत्र प्रस्तावित किए गए हैं। थॉमसन - प्लैंक सूत्रीकरण:

असंभव सतत गति मशीनदूसरी तरह की, यानी समय-समय पर चलने वाली ऐसी मशीन असंभव है, जिससे गर्मी स्रोत को ठंडा करके ही काम प्राप्त करना संभव हो सके।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का गणितीय सूत्रीकरण एन। कार्नोट और आर। क्लॉसियस के कार्यों में ताप इंजनों के संचालन के विश्लेषण में उत्पन्न हुआ।

क्लॉसियस ने राज्य समारोह की शुरुआत की एस, जिसे एन्ट्रॉपी कहा जाता है, वह परिवर्तन जिसमें तापमान को संदर्भित प्रतिवर्ती प्रक्रिया की गर्मी के बराबर होता है

किसी भी प्रक्रिया के लिए

(1.22)

परिणामी अभिव्यक्ति ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम की गणितीय अभिव्यक्ति है।