समाधान के साथ ऊष्मप्रवैगिकी की मूल बातें पर अनुभाग के लिए कार्य। रासायनिक प्रौद्योगिकी में थर्मोडायनामिक गणना
रूसी संघ के शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय
सेंट पीटर्सबर्ग स्टेट पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी
प्रौद्योगिकी और सामग्री अनुसंधान संकाय
"भौतिक रसायन विज्ञान, सूक्ष्म और नैनो प्रौद्योगिकी" विभाग
पाठ्यक्रम कार्य
"प्रवाह की संभावना का थर्मोडायनामिक मूल्यांकन
रासायनिक प्रक्रिया"
विकल्प संख्या 18
अनुशासन में "भौतिक रसायन विज्ञान"
यह काम 2068/2 समूह के एक छात्र द्वारा किया गया था
______________ / दिमित्रिवा ए.वी.
कार्य की जाँच की
______________ / कला। शिक्षक एलिज़ारोवा ई.पी.
गणना निम्नलिखित अनुमानों का उपयोग करके की जाती है:
- प्रतिक्रिया में सभी प्रतिभागियों की ताप क्षमता लें।
- स्वीकार करना।
- स्वीकार करना।
प्रतिक्रिया में सभी प्रतिभागियों के लिए सारणीबद्ध डेटा नीचे दिया गया है।
पदार्थ |
kJ/mol∙K |
||||||
अंत में, सभी गणना किए गए डेटा को एक तालिका में प्रस्तुत करें और प्राप्त मूल्यों के विश्लेषण के आधार पर, निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर दें:
- किसी दिए गए तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की थर्मोडायनामिक संभावना निर्धारित करें।
- थर्मोकैमिस्ट्री के दृष्टिकोण से इस प्रतिक्रिया के प्रकार का निर्धारण करें।
- परिमाण और संतुलन के बदलाव पर तापमान और दबाव के प्रभाव का मूल्यांकन करें।
गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन और रासायनिक प्रतिक्रिया के संतुलन स्थिरांक की गणना के लिए एन्ट्रॉपी विधि
यह विधि प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थों के एन्ट्रापी मूल्यों का उपयोग करती है। यह अनुपात पर आधारित है
(तापमान टी पर गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन कहां है;
तापमान टी पर प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव;
तापमान T पर प्रतिक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन),
एक स्थिर तापमान पर आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रिया के लिए समीकरण जी = एच - टीएस से व्युत्पन्न। चूंकि एन्ट्रापी के मानक मान और पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा मानक स्थितियों (p = 1 atm, T = 298 K) के तहत निर्धारित की गई थी, सूत्र का उपयोग करके गिब्स ऊर्जा में मानक परिवर्तन की गणना करना संभव है:
सबसे पहले, 298 K के तापमान पर, प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव और प्रतिक्रिया प्रतिभागियों की एन्ट्रापी के बीजगणितीय योग को निर्धारित किया जाता है, स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए:
किसी दिए गए तापमान पर प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना किरचॉफ कानून के अनुसार की जाती है: तापमान के संबंध में थर्मल प्रभाव का व्युत्पन्न प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थों की गर्मी क्षमता के बीजगणितीय योग के बराबर होता है।
यदि, तो बढ़ते तापमान के साथ तापीय प्रभाव बढ़ता है; यदि हां, तो यह घट जाती है।
प्रतिक्रिया एंट्रॉपी का बीजगणितीय योग समीकरणों से पाया जाता है
अंत में, गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की गणना करने के लिए, हम प्राप्त करते हैं
यदि प्रतिक्रिया प्रतिभागी अध्ययन के तहत अंतराल में चरण परिवर्तन से गुजरते हैं, तो एंटोल्पी और एन्ट्रापी में परिवर्तन को एकीकरण अंतराल को खंडों में विभाजित करके पाया जाना चाहिए:
किसी दिए गए तापमान सीमा में चरण के अनुरूप ताप क्षमता;
यदि गठन की गर्मी प्रतिक्रिया के उत्पाद को संदर्भित करती है, तो "+" चिन्ह लगाया जाता है; यदि मूल पदार्थ के लिए, तो चिह्न ""।
पहले सन्निकटन में, ताप क्षमता के योग को शून्य के बराबर करके समीकरण (*) को सरल बनाया गया है। यही है, हम पदार्थों की एंटोलपीज़ और एन्ट्रापीज़ की तापमान निर्भरता की उपेक्षा करते हैं:
दूसरे सन्निकटन में, ताप क्षमता को T = 298 K पर पदार्थों की ताप क्षमता के बराबर एक स्थिर मान के रूप में लिया जाता है और उनके बीजगणितीय योग को स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए पाया जाता है:
तब सूत्र (*) से हमें एक अनुमानित सूत्र प्राप्त होता है:
सबसे सटीक तीसरा सन्निकटन पदार्थ के एंटोल्पी और एन्ट्रापी के तापमान पर निर्भरता को ध्यान में रखता है, और गणना सूत्र (*) के अनुसार की जाती है।
गिब्स ऊर्जा में मानक परिवर्तन आपको रासायनिक प्रतिक्रिया की मुख्य विशेषता - रासायनिक संतुलन की निरंतरता निर्धारित करने की अनुमति देता है।
इसकी शुरुआत के कुछ समय बाद प्रत्येक रासायनिक प्रतिक्रिया एक संतुलन स्थिति में आती है। संतुलन एक ऐसी अवस्था है जिसमें सिस्टम की संरचना समय के साथ नहीं बदलती है। प्रतिक्रिया का संतुलन संतुलन स्थिरांक की विशेषता होगी। आंशिक दबावों के संदर्भ में व्यक्त किए गए स्थिरांक सबसे बड़े व्यावहारिक महत्व के हैं।
यदि प्रतिक्रिया में शामिल सभी पदार्थ मानक अवस्था में हैं, तो इस मामले में
संतुलन स्थिरांक के संख्यात्मक मान की गणना करके, कोई भी प्रतिक्रिया उत्पाद की उपज की गणना कर सकता है और प्रतिक्रिया (दबाव और तापमान) के लिए इष्टतम स्थितियों का अनुमान लगा सकता है।
इसके अलावा, गिब्स ऊर्जा में मानक परिवर्तन के संकेत को जानने के बाद, प्रतिक्रिया की थर्मोडायनामिक संभावना का अनुमान लगाया जा सकता है। यदि, तो दी गई शर्तों के तहत प्रतिक्रिया अनायास आगे बढ़ सकती है। यदि, तो दी गई शर्तों के तहत प्रतिक्रिया आगे नहीं बढ़ती है।
निपटान भाग
T=298 K पर अभिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव:
प्रतिक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन T=298 K:
पहले दृष्टिकोण (:
प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थों की ताप क्षमता T=298 K:
ताप क्षमता का बीजगणितीय योग T=298 K:
फिर तापीय प्रभाव में परिवर्तन और T=1800 K पर अभिक्रिया की एन्ट्रॉपी:
दूसरा सन्निकटन (
तीसरे सन्निकटन में, हम चरण संक्रमणों को ध्यान में रखेंगे, इस प्रतिक्रिया में, मैंगनीज का पिघलना। फिर हम पूरे तापमान अंतराल 298-1800K को दो खंडों में विभाजित करते हैं: गलनांक से पहले और उसके बाद, और हम तापमान के आधार पर पदार्थों की ताप क्षमता को एक कार्य के रूप में मानते हैं।
तापमान सीमा 298 - 1517 K के लिए:
1517 - 1800 के अंतराल के लिए:
चरण संक्रमण को ध्यान में रखते हुए, प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव में परिवर्तन और प्रतिक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन के मूल्य:
तीसरा सन्निकटन (
आइए हम तीन अनुमानों के लिए प्रतिक्रिया संतुलन स्थिरांक निर्धारित करें:
परिकलित डेटा की तालिका।
- सभी सन्निकटनों में, गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन का परिकलित मान धनात्मक होता है। इसका मतलब है कि 1800K के तापमान पर प्रतिक्रिया आगे नहीं बढ़ सकती है।
- प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव में परिवर्तन भी सभी अनुमानों में सकारात्मक है, जिसका अर्थ है कि प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है और गर्मी के अवशोषण के साथ आगे बढ़ती है।
- क) संतुलन स्थिरांक पर तापमान का प्रभाव:
जहाँ से यह देखा जा सकता है कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, संतुलन स्थिरांक बढ़ता जाएगा, और, तदनुसार, संतुलन प्रतिक्रिया उत्पादों की ओर स्थानांतरित हो जाएगा।
बी) संतुलन स्थिरांक पर दबाव का प्रभाव:
जहां कॉन्स्ट कुछ मूल्य है; प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप दाढ़ की मात्रा में परिवर्तन।
इसके अलावा, अर्थात्, प्रणाली में दबाव में वृद्धि के साथ, संतुलन स्थिरांक में वृद्धि होगी, और संतुलन प्रतिक्रिया उत्पादों की ओर स्थानांतरित हो जाएगा।
माने गए कारक संतुलन विस्थापन के सिद्धांत को सामान्य करते हैं, जिसे ले चेटेलियर का सिद्धांत भी कहा जाता है: यदि किसी प्रणाली पर वास्तविक संतुलन की स्थिति में बाहरी प्रभाव डाला जाता है, तो प्रणाली में एक सहज प्रक्रिया होती है जो इस प्रभाव की भरपाई करती है।
साहित्य:
- एजी मोराचेव्स्की, आईबी स्लादकोव। थर्मोडायनामिक गणना करने के लिए गाइड। - एल .: एलपीआई, 1975।
- ए.पी. रुज़िनोव, बी.एस. गुलनित्सकी। रासायनिक प्रतिक्रियाओं का संतुलन परिवर्तन। - एम।: धातुकर्म, 1976।
परिचय।थर्मोडायनामिक गणना यह निष्कर्ष निकालना संभव बनाती है कि यह प्रक्रिया संभव है, रासायनिक प्रतिक्रिया करने के लिए शर्तों का चयन करने के लिए, उत्पादों की संतुलन संरचना का निर्धारण करने के लिए, प्रारंभिक पदार्थों के सैद्धांतिक रूप से प्राप्त करने योग्य डिग्री और उत्पादों की पैदावार की गणना करने के लिए , साथ ही ऊर्जा प्रभाव (प्रतिक्रिया की ऊष्मा, एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन की ऊष्मा), जो ऊर्जा संतुलन और ऊर्जा लागतों के निर्धारण के लिए आवश्यक है।
ऊष्मप्रवैगिकी की सबसे महत्वपूर्ण अवधारणाएँ "प्रक्रिया की ऊष्मा" और "कार्य" हैं। थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति को चिह्नित करने वाली मात्रा को थर्मोडायनामिक पैरामीटर कहा जाता है। इनमें शामिल हैं: तापमान, दबाव, विशिष्ट आयतन, घनत्व, मोलर आयतन, विशिष्ट आंतरिक ऊर्जा। मानी जाने वाली थर्मोडायनामिक प्रणाली के द्रव्यमान (या पदार्थ की मात्रा) के अनुपात में मात्रा कहलाती है बहुत बड़ा;ये आयतन, आंतरिक ऊर्जा, तापीय धारिता, एन्ट्रापी हैं। गहनमात्राएँ थर्मोडायनामिक प्रणाली के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करती हैं, और केवल वे राज्यों के रूप में थर्मोडायनामिक मापदंडों के रूप में काम करती हैं। ये तापमान, दबाव और हैं बहुत बड़ाकिसी पदार्थ के द्रव्यमान, आयतन या मात्रा की इकाई से संबंधित मात्राएँ। रासायनिक-तकनीकी प्रक्रियाओं में तेजी लाने के लिए गहन मापदंडों को बदलना कहा जाता है तीव्रता।
एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं में, प्रारंभिक पदार्थों (U 1) की आंतरिक ऊर्जा का स्टॉक परिणामी उत्पादों (U 2) की तुलना में अधिक होता है। ∆U = U1 - U2 का अंतर ऊष्मा के रूप में परिवर्तित हो जाता है। इसके विपरीत, एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं में, गर्मी की एक निश्चित मात्रा के अवशोषण के कारण, पदार्थों की आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है (यू 2> यू 1)। ∆U को J / mol में व्यक्त किया जाता है या तकनीकी गणना में उन्हें 1 किग्रा या 1 मी 3 (गैसों के लिए) कहा जाता है। प्रतिक्रियाओं या राज्यों के एकत्रीकरण, या मिश्रण, विघटन के थर्मल प्रभावों का अध्ययन भौतिक रसायन विज्ञान या रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी - थर्मोकैमिस्ट्री के खंड द्वारा किया जाता है। थर्मोकेमिकल समीकरणों में, प्रतिक्रिया का ताप प्रभाव इंगित किया जाता है। उदाहरण के लिए: C (ग्रेफाइट) + O 2 \u003d CO 2 + 393.77 kJ / mol। अपघटन के तापों का विपरीत संकेत होता है। उन्हें परिभाषित करने के लिए टेबल्स का उपयोग किया जाता है। डीपी कोनोवलोव के अनुसार, दहन की गर्मी अनुपात से निर्धारित होती है: Q बर्न = 204.2n + 44.4m + ∑x (kJ / mol), जहां n 1 मोल के पूर्ण दहन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन के मोल्स की संख्या है एक दिया गया पदार्थ, m किसी पदार्थ के 1 मोल के दहन के दौरान बनने वाले पानी के मोल्स की संख्या है, ∑x दी गई सजातीय श्रृंखला के लिए एक निरंतर सुधार है। जितना अधिक असीमित, उतना अधिक ∑x।
एसिटिलीन हाइड्रोकार्बन के लिए ∑x=213 kJ/mol। एथिलीन हाइड्रोकार्बन के लिए ∑x=87.9 kJ/mol। संतृप्त हाइड्रोकार्बन के लिए ∑x=0। यदि यौगिक के अणु में भिन्न-भिन्न क्रियात्मक समूह तथा बंध के प्रकार हों तो योग द्वारा ऊष्मीय अभिलाक्षणिकता ज्ञात की जाती है।
एक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन के ताप के योग के बराबर होता है, जो प्रारंभिक पदार्थों के गठन के ताप के योग के बराबर होता है, प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले सभी पदार्थों के मोल्स की संख्या को ध्यान में रखते हुए। उदाहरण के लिए, एक सामान्य प्रतिक्रिया के लिए: n 1 A + n 2 B \u003d n 3 C + n 4 D + Q x थर्मल प्रभाव: Q x \u003d (n 3 Q C arr + n 4 Q D arr) - (n 1 Q A आगमन + एन 2 क्यू बी आगमन)
एक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव सभी अभिकारकों के मोल्स की संख्या को ध्यान में रखते हुए, प्रारंभिक पदार्थों के दहन के तापों के योग के बराबर होता है, जो प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन के तापों का योग होता है। समान सामान्य प्रतिक्रिया के लिए:
क्यू एक्स \u003d (एन 1 क्यू ए बर्न + एन 2 क्यू बी बर्न) - (एन 3 क्यू सी बर्न + एन 4 क्यू डी बर्न)
संभावनासंतुलन प्रतिक्रियाओं का कोर्स थर्मोडायनामिक संतुलन स्थिरांक द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो इसके द्वारा निर्धारित होता है:
К р = e - ∆ G º/(RT) = e - ∆ H º/ RT ∙ e ∆ S º/ R इस अभिव्यक्ति के विश्लेषण से पता चलता है कि एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए (Q< 0, ∆Hº > 0) एंट्रॉपी में कमी के साथ (∆Sº< 0) самопроизвольное протекание реакции невозможно так как – ∆जी > 0. निम्नलिखित में, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण पर अधिक विस्तार से विचार किया जाएगा।
व्याख्यान 4
ऊष्मप्रवैगिकी के बुनियादी नियम। ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम। ताप क्षमता और तापीय धारिता। प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी। यौगिक के गठन की तापीय धारिता। दहन की तापीय धारिता। हेस का नियम और प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी।
ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम:सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा (∆E) में परिवर्तन बाहरी बलों (A′) के कार्य के साथ-साथ स्थानांतरित गर्मी की मात्रा (Q) के बराबर है: 1)∆E=A′+Q; या (दूसरा प्रकार) 2)Q=∆E+A - सिस्टम (Q) को स्थानांतरित गर्मी की मात्रा इसकी आंतरिक ऊर्जा (∆E) और सिस्टम द्वारा किए गए कार्य (A) को बदलने पर खर्च की जाती है। यह ऊर्जा के संरक्षण के कानून के प्रकारों में से एक है। यदि सिस्टम की स्थिति में परिवर्तन बहुत छोटा है, तो: dQ=dE+δA - छोटे (δ) परिवर्तनों के लिए ऐसा रिकॉर्ड। गैस के लिए (आदर्श) δА=pdV. आइसोकोरिक प्रक्रिया में δA=0, फिर δQ V =dE, चूँकि dE=C V dT, फिर δQ V =C V dT, जहाँ C V स्थिर आयतन पर ताप क्षमता है। एक छोटे तापमान रेंज में, ताप क्षमता स्थिर होती है, इसलिए Q V =C V ∆T। इस समीकरण से, सिस्टम की ताप क्षमता और प्रक्रियाओं की गर्मी का निर्धारण करना संभव है। C V - जूल-लेनज़ नियम के अनुसार। उपयोगी कार्य के बिना आगे बढ़ने वाली एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में, यह देखते हुए कि p स्थिर है और अंतर चिह्न के तहत ब्रैकेट से बाहर निकाला जा सकता है, यानी δQ P =dE+pdV=d(E+pV)=dH, यहाँ H की एन्थैल्पी है प्रणाली। एन्थैल्पी सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा (ई) और दबाव और मात्रा के उत्पाद का योग है। ऊष्मा की मात्रा को समदाब रेखीय ऊष्मा क्षमता (С Р) के रूप में व्यक्त किया जा सकता है: δQ P =С Р dT, Q V =∆E(V = const) और Q P =∆H(p = const) - सामान्यीकरण के बाद। यह इस प्रकार है कि सिस्टम द्वारा प्राप्त गर्मी की मात्रा विशिष्ट रूप से कुछ राज्य फ़ंक्शन (एन्थैल्पी) में परिवर्तन से निर्धारित होती है और केवल सिस्टम के प्रारंभिक और अंतिम राज्यों पर निर्भर करती है और पथ के रूप पर निर्भर नहीं होती है जिसके साथ प्रक्रिया होती है विकसित। यह प्रावधान रासायनिक प्रतिक्रियाओं के तापीय प्रभावों की समस्या पर विचार करता है।
प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभावरासायनिक चर में परिवर्तन से संबंधित है गर्मी की मात्रा, उस प्रणाली द्वारा प्राप्त किया गया जिसमें रासायनिक प्रतिक्रिया हुई और प्रतिक्रिया उत्पादों ने प्रारंभिक अभिकर्मकों (एक नियम के रूप में, क्यू वी और क्यू पी) का तापमान लिया।
के साथ प्रतिक्रियाएँ नकारात्मक थर्मल प्रभाव, यानी, पर्यावरण में गर्मी की रिहाई के साथ, एक्ज़ोथिर्मिक कहा जाता है। के साथ प्रतिक्रियाएँ सकारात्मकऊष्मीय प्रभाव, अर्थात् वातावरण से ऊष्मा के अवशोषण के साथ जाने को कहा जाता है एंडोथर्मिक।
रससमीकरणमितीय अभिक्रिया समीकरण होगा: (1) ∆H=∑b JHJ - ∑a i H i या ∆H=∑y i H i ; j उत्पादों के प्रतीक हैं, i अभिकर्मकों के प्रतीक हैं।
यह स्थितिकहा जाता है हेस का नियम: मात्रा Е i , H i सिस्टम की स्थिति के कार्य हैं और इसके परिणामस्वरूप, ∆H और ∆E, और इस प्रकार थर्मल प्रभाव Q V और Q р (Q V = ∆Е, Q р = ∆H) केवल किस पर निर्भर करते हैं पदार्थ दी गई शर्तों के तहत प्रतिक्रिया करते हैं और क्या उत्पाद प्राप्त होते हैं, लेकिन उस पथ पर निर्भर नहीं होते हैं जिसके साथ रासायनिक प्रक्रिया (प्रतिक्रिया तंत्र) हुई थी।
दूसरे शब्दों में, किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी प्रतिक्रिया घटकों के गठन की एन्थैल्पी के योग के बराबर होती है, जो संबंधित घटकों के स्टोइकियोमेट्रिक गुणांक से गुणा होती है, जो उत्पादों के लिए प्लस चिन्ह के साथ और पदार्थों को शुरू करने के लिए माइनस साइन के साथ ली जाती है। आइए एक उदाहरण के रूप में खोजेंप्रतिक्रिया के लिए ∆H PCl 5 +4H 2 O=H 3 PO 4 +5HCl (2)
प्रतिक्रिया घटक के गठन के तापीय धारियों के सारणीबद्ध मान क्रमशः PCl 5 - 463 kJ / mol, पानी (तरल) के लिए - 286.2 kJ / mol, H 3 PO 4 - 1288 kJ / mol के लिए हैं। एचसीएल (गैस) - 92.4 केजे / मोल। सूत्र में इन मानों को प्रतिस्थापित करना: क्यू वी = ∆E, हम प्राप्त करते हैं:
∆H=-1288+5(-92.4)–(-463)–4(-286.2)=-142kJ/mol
कार्बनिक यौगिकों के साथ-साथ सीओ के लिए, दहन प्रक्रिया को सीओ 2 और एच 2 ओ तक ले जाना आसान है। रचना सी एम एच एन ओ पी के साथ एक कार्बनिक यौगिक के दहन के लिए स्टोइकोमेट्रिक समीकरण के रूप में लिखा जा सकता है :
(3) सी एम एच एन ओ पी + (पी-एम-एन / 4) ओ 2 \u003d एमसीओ 2 + एन / 2 एच 2 ओ
इसलिए, (1) के अनुसार दहन की तापीय धारिता इसके गठन की उत्साह और सीओ 2 और एच 2 ओ के गठन के संदर्भ में व्यक्त की जा सकती है:
∆H sg =m∆H CO 2 +n/2 ∆H H 2 O -∆H CmHnOp
एक कैलोरीमीटर की मदद से अध्ययन किए गए यौगिक के दहन की गर्मी को निर्धारित करने और ∆H CO 2 और ∆H H 2 O को जानने के बाद, इसके गठन की एन्थैल्पी का पता लगाया जा सकता है।
हेस का नियमआपको किसी भी प्रतिक्रिया के उत्साह की गणना करने की अनुमति देता है, अगर प्रतिक्रिया के प्रत्येक घटक के लिए इसकी थर्मोडायनामिक विशेषताओं में से एक ज्ञात है - सरल पदार्थों से एक यौगिक के गठन की तापीय धारिता। सरल पदार्थों से एक यौगिक के गठन की एन्थैल्पी को एक प्रतिक्रिया के ∆H के रूप में समझा जाता है, जो एकत्रीकरण और अलॉट्रोपिक संशोधनों के अपने विशिष्ट राज्यों में लिए गए तत्वों से एक यौगिक के एक मोल के गठन के लिए अग्रणी होता है।
व्याख्यान 5
ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम। एंट्रॉपी। गिब्स समारोह। रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान गिब्स कार्यप्रणाली में परिवर्तन। संतुलन स्थिरांक और गिब्स कार्य। प्रतिक्रिया की संभावना का थर्मोडायनामिक अनुमान।
ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियमइस कथन को कहा जाता है कि दूसरी तरह की सतत गति मशीन बनाना असंभव है। कानून अनुभवजन्य रूप से प्राप्त किया गया था और इसमें एक दूसरे के बराबर दो योग हैं:
क) एक प्रक्रिया असंभव है, जिसका एकमात्र परिणाम एक निश्चित पिंड से प्राप्त सभी ऊष्मा का उसके समतुल्य कार्य में परिवर्तन है;
बी) एक प्रक्रिया असंभव है, जिसका एकमात्र परिणाम एक शरीर से गर्मी के रूप में ऊर्जा का स्थानांतरण होता है जो कम गर्म होता है।
फ़ंक्शन δQ/T कुछ फ़ंक्शन S का कुल अंतर है: dS=(δQ/T) arr (1) - इस फ़ंक्शन S को पिंड की एन्ट्रॉपी कहा जाता है।
यहाँ Q और S एक दूसरे के आनुपातिक हैं, अर्थात (Q) (S) में वृद्धि के साथ - बढ़ता है, और इसके विपरीत। समीकरण (1) एक संतुलन (प्रतिवर्ती) प्रक्रिया से मेल खाती है। यदि प्रक्रिया गैर-संतुलन है, तो एन्ट्रापी बढ़ जाती है, तब (1) रूपांतरित हो जाती है:
dS≥(δQ/T)(2) इस प्रकार, जब गैर-संतुलन प्रक्रियाएँ होती हैं, तो सिस्टम की एन्ट्रापी बढ़ जाती है। यदि (2) को ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम में प्रतिस्थापित किया जाता है, तो हमें मिलता है: dE≤TdS-δA। इसे इस रूप में लिखने की प्रथा है: dE≤TdS-δA'-pdV, इसलिए: δA'≤-dE+TdS-pdV, यहाँ pdV संतुलन विस्तार कार्य है, δA' उपयोगी कार्य है। एक आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल प्रक्रिया के लिए इस असमानता के दोनों हिस्सों का एकीकरण असमानता की ओर जाता है: ए' वी≤-∆E+T∆S(3)। और आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल प्रक्रिया के लिए एकीकरण (Т=const, p=const) असमानता की ओर जाता है:
A' P ≤ - ∆E+T∆S – p∆V=-∆H + T∆S (4)
सही भागों (3 और 4) को क्रमशः कुछ कार्यों में परिवर्तन के रूप में लिखा जा सकता है:
एफ = ई-टीएस(5) और जी = ई-टीएस + पीवी; या जी = एच-टीएस (6)
F हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा है और G गिब्स ऊर्जा है, तो (3 और 4) को A’ V ≤-∆F (7) और A’ P ≤-∆G (8) के रूप में लिखा जा सकता है। समानता का नियम एक संतुलन प्रक्रिया से मेल खाता है। इस मामले में, सबसे उपयोगी काम किया जाता है, वह है, (A' V) MAX = -∆F, और (A' P) MAX = -∆G। F और G को क्रमशः आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल और आइसोबैरिक-इज़ोथर्मल पोटेंशिअल कहा जाता है।
रासायनिक प्रतिक्रियाओं का संतुलनएक प्रक्रिया (थर्मोडायनामिक) द्वारा विशेषता जिसमें प्रणाली संतुलन राज्यों की एक सतत श्रृंखला के माध्यम से जाती है। इन राज्यों में से प्रत्येक को थर्मोडायनामिक मापदंडों की अपरिवर्तनीयता (समय में) और सिस्टम में पदार्थ और गर्मी के प्रवाह की अनुपस्थिति की विशेषता है। संतुलन स्थिति को संतुलन की गतिशील प्रकृति की विशेषता है, अर्थात, प्रत्यक्ष और विपरीत प्रक्रियाओं की समानता, गिब्स ऊर्जा का न्यूनतम मूल्य और हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा (अर्थात, dG=0 और d 2 G>0; dF) =0 और d 2 F>0). गतिशील संतुलन में, आगे और रिवर्स प्रतिक्रियाओं की दर समान होती है।समीकरण भी देखा जाना चाहिए:
μ जे डीएन जे = 0, जहां µ J =(ðG/ðn J) T , P , h =G J घटक J की रासायनिक क्षमता है; n J, घटक J (mol) की मात्रा है। µ J का बड़ा मान कणों की उच्च प्रतिक्रियाशीलता को इंगित करता है।
∆Gº=-RTLnK p(9)
समीकरण (9) को वांट हाफ समतापी समीकरण कहा जाता है। कई हजारों रासायनिक यौगिकों के संदर्भ साहित्य में तालिकाओं में ∆Gº का मान।
के पी \u003d ई - ∆ जी º / (आरटी) \u003d ई - ∆ एच º / आरटी ∙ ई ∆ एस º / आर (11)। (11) से कोई प्रतिक्रिया होने की संभावना का थर्मोडायनामिक अनुमान दे सकता है। तो, एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए (∆Нº<0), протекающих с возрастанием энтропии, К р >1, और ∆जी<0, то есть реакция протекает самопроизвольно. Для экзотермических реакций (∆Нº>0) एंट्रॉपी (∆Sº>0) में कमी के साथ, प्रक्रिया का सहज प्रवाह असंभव है।
यदि ∆Hº और ∆Sº का एक ही चिन्ह है, तो आगे बढ़ने वाली प्रक्रिया की थर्मोडायनामिक संभावना ∆Hº, ∆Sº और Tº के विशिष्ट मूल्यों द्वारा निर्धारित की जाती है।
अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के उदाहरण का उपयोग करते हुए, प्रक्रिया को लागू करने की संभावना पर ∆Н o और ∆S o के संयुक्त प्रभाव पर विचार करें:
इस प्रतिक्रिया के लिए, ∆Н o 298 = -92.2 kJ / mol, ∆S o 298 = -198 J / (mol * K), T∆S o 298 = -59 kJ / mol, ∆G o 298 = -33, 2kJ/mol.
दिए गए आंकड़ों से यह देखा जा सकता है कि एन्ट्रॉपी में परिवर्तन नकारात्मक है और प्रतिक्रिया का पक्ष नहीं लेता है, लेकिन साथ ही, प्रक्रिया को बड़े नकारात्मक एन्थैल्पी प्रभाव ∆Hº की विशेषता है, जिसके कारण प्रक्रिया संभव है। तापमान में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया, जैसा कि कैलोरीमेट्रिक डेटा द्वारा दिखाया गया है, और भी अधिक ऊष्माक्षेपी हो जाती है (T=725K, ∆H=-113kJ/mol पर), लेकिन ∆Sо के ऋणात्मक मान के साथ, तापमान में वृद्धि बहुत कम कर देती है प्रक्रिया होने की संभावना।
रसायन विज्ञान में सबसे महत्वपूर्ण प्रश्नों में से एक रासायनिक प्रतिक्रिया की संभावना का प्रश्न है। एक रासायनिक प्रतिक्रिया की मौलिक व्यवहार्यता के लिए एक मात्रात्मक मानदंड, विशेष रूप से, सिस्टम की स्थिति का विशिष्ट कार्य है, जिसे गिब्स ऊर्जा (जी) कहा जाता है। इस कसौटी पर विचार करने के लिए आगे बढ़ने से पहले, आइए हम कई परिभाषाओं पर ध्यान दें।
सहज प्रक्रियाएं।सहज प्रक्रियाएं ऐसी प्रक्रियाएं होती हैं जो बाहरी स्रोत से ऊर्जा की आपूर्ति के बिना होती हैं। कई रासायनिक प्रक्रियाएं सहज होती हैं, जैसे पानी में चीनी का घुलना, हवा में धातुओं का ऑक्सीकरण (जंग), आदि।
प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं।कई रासायनिक अभिक्रियाएँ एक दिशा में तब तक चलती हैं जब तक कि अभिकारक पूरी तरह से समाप्त नहीं हो जाते। ऐसी अभिक्रियाएँ कहलाती हैं रासायनिक रूप से अपरिवर्तनीय. एक उदाहरण सोडियम और पानी की परस्पर क्रिया है।
अन्य प्रतिक्रियाएँ पहले आगे की दिशा में आगे बढ़ती हैं, और फिर प्रतिक्रिया उत्पादों की परस्पर क्रिया के कारण आगे और पीछे की दिशा में। नतीजतन, एक मिश्रण बनता है जिसमें शुरुआती सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पाद दोनों होते हैं। ऐसी अभिक्रियाएँ कहलाती हैं रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती।रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, सच्चा (स्थिर) रासायनिक संतुलन, जो निम्नलिखित विशेषताओं की विशेषता है:
1) बाहरी प्रभावों की अनुपस्थिति में, प्रणाली की स्थिति अनिश्चित काल तक अपरिवर्तित रहती है;
2) बाहरी परिस्थितियों में कोई भी बदलाव सिस्टम की स्थिति में बदलाव की ओर ले जाता है;
3) संतुलन की स्थिति इस बात पर निर्भर नहीं करती है कि यह किस तरफ से पहुंचा है।
सच्चे संतुलन में एक प्रणाली का एक उदाहरण एक सम-आणविक मिश्रण है
सीओ (जी) + एच 2 ओ (जी) सीओ 2 (जी) + एच 2 (जी)।
तापमान या अन्य स्थितियों में कोई भी परिवर्तन संतुलन में बदलाव का कारण बनता है, अर्थात प्रणाली की संरचना में परिवर्तन।
सच्चे संतुलन के अलावा, स्पष्ट (झूठे, बाधा) संतुलन अक्सर सामने आते हैं, जब सिस्टम की स्थिति बहुत लंबे समय तक बनी रहती है, लेकिन सिस्टम पर एक छोटे से प्रभाव से इसकी स्थिति में एक मजबूत बदलाव हो सकता है। एक उदाहरण हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का मिश्रण है, जो बाहरी प्रभावों की अनुपस्थिति में कमरे के तापमान पर अनिश्चित काल तक अपरिवर्तित रह सकता है। हालाँकि, इस मिश्रण में प्लैटिनाइज़्ड एस्बेस्टस (उत्प्रेरक) को मिलाना पर्याप्त है, क्योंकि एक ऊर्जावान प्रतिक्रिया शुरू हो जाएगी।
एच 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी),
प्रारंभिक सामग्री की पूर्ण थकावट के लिए अग्रणी।
यदि उसी उत्प्रेरक को समान परिस्थितियों में तरल पानी में पेश किया जाता है, तो प्रारंभिक मिश्रण प्राप्त करना असंभव है।
एंट्रॉपी।किसी भी प्रणाली की स्थिति को सीधे मापे गए मापदंडों (पी, टी, आदि) के मूल्यों की विशेषता हो सकती है। यह सिस्टम के मैक्रोस्टेट की विशेषता।सिस्टम की स्थिति को सिस्टम के प्रत्येक कण (परमाणु, अणु) की विशेषताओं द्वारा भी वर्णित किया जा सकता है: समन्वय, कंपन आवृत्ति, रोटेशन आवृत्ति, आदि। यह सिस्टम के माइक्रोस्टेट की विशेषता।सिस्टम में बहुत बड़ी संख्या में कण होते हैं, इसलिए एक मैक्रोस्टेट बड़ी संख्या में विभिन्न माइक्रोस्टेट के अनुरूप होगा। इस संख्या को राज्य की थर्मोडायनामिक संभावना कहा जाता है और इसे निरूपित किया जाता है डब्ल्यू.
थर्मोडायनामिक संभावना पदार्थ की एक और संपत्ति से जुड़ी है - एंट्रॉपी (एस, जे / (मोल। के)) -बोल्ट्जमैन सूत्र
जहाँ R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है और N A अवोगाद्रो स्थिरांक है।
एन्ट्रॉपी का भौतिक अर्थ निम्नलिखित विचार प्रयोग द्वारा समझाया जा सकता है। किसी पदार्थ के एक आदर्श क्रिस्टल, जैसे सोडियम क्लोराइड, को पूर्ण शून्य तापमान तक ठंडा होने दें। इन शर्तों के तहत, क्रिस्टल बनाने वाले सोडियम और क्लोरीन आयन व्यावहारिक रूप से स्थिर हो जाते हैं, और यह मैक्रोस्कोपिक अवस्था एक एकल माइक्रोस्टेट की विशेषता है, अर्थात। डब्ल्यू = 1, और (3.13) एस = 0 के अनुसार। जैसे ही तापमान बढ़ता है, आयन क्रिस्टल जाली में संतुलन की स्थिति के आसपास दोलन करना शुरू कर देते हैं, एक मैक्रोस्टेट के अनुरूप माइक्रोस्टेट्स की संख्या बढ़ जाती है, और इसके परिणामस्वरूप, S > 0।
इस तरह, एन्ट्रॉपी एक प्रणाली की स्थिति के विकार का एक उपाय है।क्रम में कमी (ताप, विघटन, वाष्पीकरण, अपघटन प्रतिक्रियाएं, आदि) के साथ सभी प्रक्रियाओं में प्रणाली की एन्ट्रापी बढ़ जाती है। क्रम में वृद्धि (शीतलन, क्रिस्टलीकरण, संपीड़न, आदि) के साथ होने वाली प्रक्रियाएं एंट्रोपी में कमी की ओर ले जाती हैं।
एन्ट्रॉपी अवस्था का एक कार्य है, लेकिन अधिकांश अन्य थर्मोडायनामिक कार्यों के विपरीत, किसी पदार्थ की एन्ट्रापी के निरपेक्ष मान को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करना संभव है। यह संभावना एम. प्लैंक के सिद्धांत पर आधारित है, जिसके अनुसार पूर्ण शून्य पर, एक आदर्श क्रिस्टल की एन्ट्रापी शून्य होती है(ऊष्मप्रवैगिकी का तीसरा नियम)।
किसी पदार्थ की एन्ट्रापी की तापमान निर्भरता को चित्र में गुणात्मक रूप से प्रस्तुत किया गया है। 3.1।
अंजीर पर। 3.1 यह देखा जा सकता है कि 0 K के बराबर तापमान पर किसी पदार्थ की एन्ट्रापी शून्य होती है। तापमान में वृद्धि के साथ, एंट्रॉपी आसानी से बढ़ जाती है, और चरण संक्रमण के बिंदुओं पर, एंट्रॉपी में अचानक वृद्धि होती है, जो संबंध द्वारा निर्धारित होती है
(3.14)
जहां Δ f.p S, Δ f.p H और T f.p क्रमशः एन्ट्रापी, एन्थैल्पी और चरण संक्रमण तापमान में परिवर्तन हैं।
मानक अवस्था में किसी पदार्थ B की एन्ट्रापी को निरूपित किया जाता है। कई पदार्थों के लिए, मानक एन्ट्रापी के निरपेक्ष मान निर्धारित किए जाते हैं और संदर्भ पुस्तकों में दिए जाते हैं।
एन्ट्रापी, आंतरिक ऊर्जा और थैलेपी की तरह, राज्य का एक कार्य है, इसलिए एक प्रक्रिया में एक प्रणाली की एन्ट्रापी में परिवर्तन उसके पथ पर निर्भर नहीं करता है और केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है। एक रासायनिक प्रतिक्रिया (3.10) के दौरान एन्ट्रापी में परिवर्तन प्रतिक्रिया उत्पादों की एन्ट्रापी के योग और प्रारंभिक सामग्री के एन्ट्रापी के योग के बीच के अंतर के रूप में पाया जा सकता है:
एन्ट्रापी की अवधारणा का उपयोग एक सूत्रीकरण में किया जाता है ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम: पृथक प्रणालियों में, एन्ट्रॉपी (ΔS>0) में वृद्धि के साथ होने वाली प्रक्रियाएं अनायास आगे बढ़ सकती हैं।पृथक प्रणालियों को उन प्रणालियों के रूप में समझा जाता है जो पर्यावरण के साथ पदार्थ या ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं करते हैं। जिन प्रणालियों में रासायनिक प्रक्रियाएँ होती हैं, वे पृथक प्रणालियों से संबंधित नहीं होती हैं, क्योंकि वे पर्यावरण (प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव) के साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं, और ऐसी प्रणालियों में एंट्रॉपी में कमी के साथ प्रक्रियाएं भी हो सकती हैं।
SO 2 (g) + 2H 2 S (g) \u003d 3S (t) + 2H 2 O (l), यदि सल्फर ऑक्साइड (IV), हाइड्रोजन सल्फाइड, सल्फर और पानी के मानक एन्ट्रापी 248.1 हैं; 205.64; 31.88 और 69.96 J/(mol K), क्रमशः।
समाधान।समीकरण (3.15) के आधार पर हम लिख सकते हैं:
इस प्रतिक्रिया में एन्ट्रापी घट जाती है, जो गैसीय पदार्थों से ठोस और तरल उत्पादों के निर्माण से जुड़ी होती है।
उदाहरण 3.8।गणना किए बिना, निम्नलिखित अभिक्रियाओं में एन्ट्रापी में परिवर्तन के चिह्न का निर्धारण करें:
1) NH 4 NO 3 (c) \u003d N 2 O (g) + 2H 2 O (g),
2) 2 एच 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2 एच 2 ओ (जी),
3) 2 एच 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2 एच 2 ओ (जी)।
समाधान।प्रतिक्रिया (1) में, एनएच 4 एनओ 3 का 1 मोल क्रिस्टलीय अवस्था में 3 मोल गैसें बनाता है, इसलिए, डी आर एस 1> 0।
प्रतिक्रियाओं (2) और (3) में, मोल्स की कुल संख्या और गैसीय पदार्थों के मोल्स की संख्या दोनों घट जाती है। इसलिए, डी आर एस 2<0 и D r S 3 <0. При этом уменьшение энтропии в реакции (3) больше, чем в реакции (2) , так как S о (H 2 O (ж)) < S о (H 2 O (г)).
गिब्स ऊर्जा(आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल क्षमता)। कई मामलों में, प्रकृति में सहज प्रक्रियाएं संभावित अंतर की उपस्थिति में होती हैं, उदाहरण के लिए, विद्युत क्षमता में अंतर चार्ज ट्रांसफर का कारण बनता है, और गुरुत्वाकर्षण क्षमता में अंतर शरीर को गिरने का कारण बनता है। न्यूनतम क्षमता तक पहुँचने पर ये प्रक्रियाएँ समाप्त हो जाती हैं। निरंतर दबाव और तापमान पर होने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं की प्रेरक शक्ति आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल क्षमता कहलाती है गिब्स ऊर्जाऔर निरूपित जी. रासायनिक प्रक्रिया में गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन संबंध द्वारा निर्धारित होता है
ΔG = ΔH –TΔS, (3.16)
जहां ΔG रासायनिक प्रक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन है; ΔH रासायनिक प्रक्रिया की तापीय धारिता में परिवर्तन है; ΔS रासायनिक प्रक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन है; टी तापमान है, के।
समीकरण (3.16) को निम्नलिखित रूप में दर्शाया जा सकता है:
∆H = ∆G + T∆S। (3.17)
समीकरण (3.17) का अर्थ यह है कि अभिक्रिया के ऊष्मा प्रभाव का कुछ भाग कार्य (ΔG) करने में खर्च होता है, और कुछ भाग पर्यावरण (TΔS) में नष्ट हो जाता है।
गिब्स ऊर्जा एक सहज प्रतिक्रिया की मौलिक संभावना के लिए एक कसौटी है। यदि प्रतिक्रिया के दौरान गिब्स ऊर्जा कम हो जाती है, तो प्रक्रिया इन शर्तों के तहत अनायास आगे बढ़ सकती है:
डी जी< 0. (3.18)
यदि इन शर्तों के तहत प्रक्रिया संभव नहीं है
ΔG > 0. (3.19)
अभिव्यक्तियों (3.18) और (3.19) का एक साथ मतलब है कि विपरीत प्रतिक्रिया (3.18) या (3.19) अनायास आगे नहीं बढ़ सकती है।
प्रतिक्रिया उत्क्रमणीय है, अर्थात आगे और पीछे दोनों दिशाओं में प्रवाहित हो सकता है, यदि
समीकरण (3.20) रासायनिक संतुलन के लिए एक थर्मोडायनामिक स्थिति है।
संबंध (3.18) - (3.20) चरण संतुलन पर भी लागू होते हैं, अर्थात ऐसे मामलों में जब एक ही पदार्थ के दो चरण (कुल अवस्था) संतुलन में होते हैं, उदाहरण के लिए, बर्फ और तरल पानी।
एन्थैल्पी और एंट्रॉपी कारक।यह समीकरणों (3.16) और (3.18) से अनुसरण करता है कि प्रक्रियाएं अनायास आगे बढ़ सकती हैं (ΔG<0), если они сопровождаются уменьшением энтальпии (ΔH<0) и увеличением энтропии системы (ΔS>0). यदि सिस्टम की तापीय धारिता बढ़ जाती है (ΔH>0), और एन्ट्रापी घट जाती है (ΔS<0), то такой процесс протекать не может (ΔG>0). ΔS और ΔН के अन्य संकेतों के साथ, प्रक्रिया के आगे बढ़ने की मौलिक संभावना एन्थैल्पी (ΔH) और एंट्रॉपी (ТΔS) कारकों के अनुपात से निर्धारित होती है।
अगर ΔН>0 और ΔS>0, यानी चूँकि एन्थैल्पी घटक प्रतिकार करता है, और एंट्रॉपी घटक प्रक्रिया के पाठ्यक्रम का समर्थन करता है, एंट्रॉपी घटक के कारण प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से आगे बढ़ सकती है, बशर्ते कि |ΔH|<|TΔS|.
यदि एन्थैल्पी घटक अनुकूल है और एंट्रॉपी प्रक्रिया का प्रतिकार करती है, तो एन्थैल्पी घटक के कारण प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से आगे बढ़ सकती है, बशर्ते कि |ΔH|>|TΔS|।
प्रतिक्रिया की दिशा पर तापमान का प्रभाव।तापमान गिब्स ऊर्जा के तापीय धारिता और एन्ट्रापी घटकों को प्रभावित करता है, जो इन प्रतिक्रियाओं की गिब्स ऊर्जा के संकेत में परिवर्तन के साथ हो सकता है, और इसलिए प्रतिक्रियाओं की दिशा। तापमान के मोटे अनुमान के लिए जिस पर गिब्स ऊर्जा का संकेत बदलता है, हम तापमान पर ΔН और ΔS की निर्भरता की उपेक्षा कर सकते हैं। इसके बाद समीकरण (3.16) से पता चलता है कि तापमान पर गिब्स ऊर्जा का चिन्ह बदल जाएगा
यह स्पष्ट है कि तापमान परिवर्तन के साथ गिब्स ऊर्जा का सांकेतिक परिवर्तन केवल दो मामलों में संभव है: 1) ΔН>0 और ΔS>0 और 2) ΔН<0 и ΔS<0.
गठन की मानक गिब्स ऊर्जा सामान्य पदार्थों से एक यौगिक के 1 मोल के गठन की प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन है जो मानक परिस्थितियों में स्थिर हैं। साधारण पदार्थों के निर्माण की गिब्स ऊर्जा शून्य मानी जाती है। पदार्थों के निर्माण की मानक गिब्स ऊर्जा संबंधित संदर्भ पुस्तकों में पाई जा सकती है।
एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा।गिब्स ऊर्जा एक अवस्था फलन है, अर्थात प्रक्रिया में इसका परिवर्तन इसके प्रवाह के मार्ग पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं द्वारा निर्धारित होता है। इसलिए, रासायनिक प्रतिक्रिया (3.10) की गिब्स ऊर्जा की गणना सूत्र से की जा सकती है
ध्यान दें कि Δ r G के संदर्भ में प्रतिक्रिया की मूलभूत संभावना के बारे में निष्कर्ष केवल उन स्थितियों पर लागू होते हैं जिनके लिए प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की गणना की जाती है। यदि शर्तें मानक से भिन्न हैं, तो समीकरण का उपयोग Δ r G को खोजने के लिए किया जा सकता है वैंट हॉफ इज़ोटेर्म्स, जिसे गैसों के बीच प्रतिक्रिया (3.10) के रूप में लिखा जाता है
(3.23)
और विलेय के बीच
(3.24)
संबंधित पदार्थों के आंशिक दबाव कहाँ हैं; सी ए, सी बी, सी डी , सी ई संगत भंग पदार्थों की सांद्रता हैं; a, b, d, e संगत रससमीकरणमितीय गुणांक हैं।
यदि अभिकारक मानक अवस्था में हैं, तो समीकरण (3.23) और (3.24) समीकरण बन जाते हैं
उदाहरण 3.9।एनएच 3 (जी) + एचसीएल (जी) \u003d एनएच 4 सीएल (के) की प्रतिक्रिया की संभावना 298.15 के तापमान पर मानक परिस्थितियों में गठन और एन्ट्रापी के मानक एन्थैल्पी पर डेटा का उपयोग करके निर्धारित करें।
समाधान।हेस नियम के प्रथम परिणाम के आधार पर, हम प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी पाते हैं:
; प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है, इसलिए एन्थैल्पी घटक प्रतिक्रिया का समर्थन करता है।
हम समीकरण के अनुसार अभिक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन की गणना करते हैं
प्रतिक्रिया एन्ट्रापी में कमी के साथ होती है, जिसका अर्थ है कि एन्ट्रापी घटक प्रतिक्रिया का प्रतिकार करता है।
हम समीकरण (3.16) के अनुसार प्रक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन पाते हैं:
इस प्रकार, यह प्रतिक्रिया मानक परिस्थितियों में अनायास आगे बढ़ सकती है।
उदाहरण 3.10।गठन और एन्ट्रापी के मानक एन्थैल्पी पर डेटा का उपयोग करते हुए, यह निर्धारित करें कि सिस्टम N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g) में किस तापमान पर संतुलन होगा।
समाधान।सिस्टम के लिए संतुलन की स्थिति ΔG=0 है। ऐसा करने के लिए, संबंध (3.21) का उपयोग करते हुए, हम उस तापमान को ज्ञात करते हैं जिस पर ΔG=0। प्रतिक्रिया की मानक तापीय धारिता और एन्ट्रापी की गणना करें:
थैलेपी घटक पक्षधर है, और एन्ट्रापी घटक प्रतिक्रिया का विरोध करता है, जिसका अर्थ है कि एक निश्चित तापमान पर गिब्स ऊर्जा के संकेत को बदलना संभव है, अर्थात प्रतिक्रिया की दिशा बदलना।
संतुलन की स्थिति इस प्रकार लिखी जाएगी:
∆G = ∆H –T∆S,
या, संख्यात्मक मानों को प्रतिस्थापित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं
0 \u003d - 92.38 - टी (-198.3) 10 -3।
इसलिए, प्रतिक्रिया एक तापमान पर संतुलन में होगी
प्रति।
इस तापमान के नीचे, प्रतिक्रिया आगे की दिशा में और इस तापमान से ऊपर, विपरीत दिशा में आगे बढ़ेगी।
उदाहरण 3.11।एक निश्चित तापमान T पर, एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया A®B व्यावहारिक रूप से पूरी हो जाती है। निर्धारित करें: ए) प्रतिक्रिया का संकेत डी आर एस; बी) तापमान टी पर प्रतिक्रिया बी® ए के डीजी पर हस्ताक्षर करें; ग) कम तापमान पर प्रतिक्रिया बी® ए की संभावना।
समाधान।ए) प्रतिक्रिया ए® बी की सहज घटना इंगित करती है कि डीजी<0. Поскольку DН>0, फिर समीकरण से
डीजी = डीएच - टीडीएस का तात्पर्य है कि डीएस> 0; रिवर्स रिएक्शन के लिए B® A DS<0.
बी) प्रतिक्रिया ए® बी डीजी के लिए<0. Следовательно, для обратной реакции при той же температуре DG>0.
सी) प्रतिक्रिया ए® बी एंडोथर्मिक (डीएच<0), следовательно, обратная реакция В ® А экзотермическая. При низких температурах абсолютная величина члена TDS мала, так что знак DG определяется знаком DН. Следовательно, при достаточно низких температурах протекание реакции В ® А возможно.
उदाहरण 3.12।गिब्स ऊर्जा के मूल्य की गणना करें और निर्धारित करें कि प्रतिक्रिया CO + Cl2 ÛCOCl2 700 K के तापमान पर संभव है, यदि इस तापमान पर प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक 10.83 atm -1 है और सभी घटकों के आंशिक दबाव हैं समान और एक के बराबर।
समाधान।रिएक्शन A + B Û C + D का संबंध D r G 0 और K r इज़ोटेर्म समीकरण (3.22) द्वारा दिया गया है
मानक परिस्थितियों में, जब प्रत्येक अभिकारक का आंशिक दबाव 1 एटीएम होता है, तो यह अनुपात रूप ले लेगा
नतीजतन, टी = 700 के पर प्रतिक्रिया आगे की दिशा में स्वचालित रूप से आगे बढ़ सकती है।
स्व-अध्ययन के लिए प्रश्न और कार्य
1. मानक और सामान्य स्थितियों के अनुरूप इकाइयों की अंतरराष्ट्रीय प्रणाली के साथ-साथ वायुमंडल, पारा के मिलीमीटर और डिग्री सेल्सियस में दबाव और तापमान के संख्यात्मक मान दें।
2. राज्य के कार्य किस शर्त को पूरा करते हैं? प्रक्रिया में राज्य समारोह के मूल्य में परिवर्तन क्या निर्धारित करता है?
3. आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल और आइसोकोरिक-इज़ोथर्मल प्रक्रियाओं को किन मापदंडों की विशेषता है?
4. ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम तैयार करें।
5. किन परिस्थितियों में प्रक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव होगा: क) इस प्रक्रिया की एन्थैल्पी में परिवर्तन के बराबर; b) प्रक्रिया की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर है?
6. सीलबंद रिएक्टर में रासायनिक प्रतिक्रिया होती है। किस अवस्था में परिवर्तन प्रतिक्रिया के तापीय प्रभाव को निर्धारित करेगा?
7. रासायनिक अभिक्रिया के दौरान निकाय का तापमान बढ़ जाता है। क्या यह प्रक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक या एंडोथर्मिक है? इस प्रक्रिया के एन्थैल्पी परिवर्तन का चिह्न (+) या (-) क्या है?
8. हेस का नियम बनाइए।
9. शब्द "किसी पदार्थ के निर्माण की मानक एन्थैल्पी" को परिभाषित करें।
10. लोहे α-Fe के 298 K संशोधन के तापमान पर आणविक क्लोरीन के गठन की मानक एन्थैल्पी और स्थिर क्या हैं?
11. सफेद फास्फोरस के गठन की मानक तापीय धारिता शून्य है, और लाल - (-18.41) kJ / mol। 25 o C के तापमान पर कौन सा अलॉट्रोपिक संशोधन अधिक स्थिर है?
12. हेस के नियम का प्रथम उपप्रमेय प्रतिपादित कीजिए।
13. "पदार्थ के दहन की मानक तापीय धारिता" की अवधारणा को परिभाषित करें।
14. कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण की मानक एन्थैल्पी और दहन की मानक एन्थैल्पी T = 298 K कार्बन-ग्रेफाइट के संशोधन पर स्थिर कैसे हैं?
15. सहज रासायनिक प्रक्रमों के तीन उदाहरण दीजिए।
16. रासायनिक (वास्तविक) साम्यावस्था के चिह्नों की सूची बनाइए।
17. प्रक्रियाओं के उदाहरण दें जिनके साथ: ए) एंट्रॉपी में वृद्धि; b) एन्ट्रापी में कमी।
18. एक अनायास होने वाली प्रतिक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन का क्या संकेत होना चाहिए यदि Δ r Н=0?
19. कैल्सियम कार्बोनेट के उष्मीय अपघटन की अभिक्रिया की एन्ट्रॉपी में परिवर्तन का क्या लक्षण होना चाहिए? क्यों? प्रतिक्रिया समीकरण लिखिए।
20. प्रतिक्रिया की संभावना के मुद्दे को हल करने के लिए आपको प्रतिक्रिया में भाग लेने वालों के थर्मोडायनामिक गुणों को जानने की आवश्यकता है?
21. गैसों के बीच ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया आयतन में वृद्धि के साथ होती है। ऐसी प्रतिक्रिया की संभावना के बारे में क्या कहा जा सकता है?
22. निम्नलिखित में से किस मामले में तापमान में बदलाव के साथ प्रतिक्रिया की दिशा बदलना संभव है: ए) डीएच<0, DS<0; б) DH>0, डी एस> 0; ग) डीएच<0, DS>0; डी) डीएच> 0, डीएस<0?
23. गैसीय सल्फर (IV) ऑक्साइड का ऑक्सीजन के साथ गैसीय सल्फर (VI) ऑक्साइड में ऑक्सीकरण के लिए मानक एन्थैल्पी ज्ञात कीजिए। SO 2 - (-297 kJ / mol) और SO 3 - (-395 kJ / mol) के गठन की मानक एन्थैल्पी।
उत्तर: -196 किलोजूल।
24. निम्नलिखित अभिक्रियाओं में एन्ट्रापी में परिवर्तन के चिह्न को इंगित कीजिए:
ए) सीओ (जी) + एच 2 (जी) \u003d सी (टी) + एच 2 ओ (जी);
बी) सीओ 2 (जी) + सी (टी) \u003d 2CO (जी);
ग) FeO (T) + CO (G) \u003d Fe (T) + CO 2 (G);
डी) एच 2 ओ (डब्ल्यू) \u003d एच 2 ओ (जी);
उत्तर: ए) (-); बी) (+); सी) (~ 0); डी) (+); ई) (-)।
25. गैसीय सल्फर (IV) ऑक्साइड के ऑक्सीजन के साथ गैसीय सल्फर (VI) ऑक्साइड के ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया की मानक एन्ट्रापी का पता लगाएं। SO2 के गठन की मानक एन्ट्रापी - (248 J / (mol के), एसओ 3 - (256 जे / (मोल के)), ओ 2 - (205 जे / (मोल के))।
उत्तर: -189 जम्मू/कश्मीर।
26. एसिटिलीन से बेंजीन के संश्लेषण के लिए प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी का पता लगाएं, यदि बेंजीन के दहन की तापीय धारिता (-3302 kJ/mol) और एसिटिलीन - (-1300 kJ/mol) है।
उत्तर :- 598 किलोजूल।
27. सोडियम बाइकार्बोनेट की अपघटन अभिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा ज्ञात कीजिए। क्या इन परिस्थितियों में अभिक्रिया का अनायास आगे बढ़ना संभव है?
उत्तर: 30.88 केजे।
28. प्रतिक्रिया 2Fe (T) + 3H 2 O (G) \u003d Fe 2 O 3 (T) + 3H 2 (G) (जल वाष्प के साथ कार्बन स्टील की जंग प्रतिक्रिया) की मानक गिब्स ऊर्जा का पता लगाएं। क्या इन परिस्थितियों में अभिक्रिया का अनायास आगे बढ़ना संभव है?
उत्तर: -54.45 kJ।
29. सिस्टम 2NO (g) + O2 (g) Û 2NO2 (g) में किस तापमान पर रासायनिक संतुलन होगा?
उत्तर: 777 के.
30. 298 K के तापमान पर 1 ग्राम पानी (वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा) के वाष्पीकरण प्रक्रिया का तापीय प्रभाव ज्ञात करें, यदि H2O (l) के गठन की मानक तापीय धारिता (-285.84 kJ / mol) है, और गैसीय - (-241.84 kJ /mol)।
उत्तर: 2.44 केजे / जी।
3.4 वर्तमान और मध्यवर्ती नियंत्रणों के लिए कार्य
धारा I
1. ऑक्सीजन में ग्रेफाइट के दहन के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड के बनने की प्रक्रिया दो तरह से आगे बढ़ सकती है:
I. 2C (g) + O 2 (g) \u003d 2CO (g); 2CO (g) + O 2 \u003d 2CO 2 (g), D r H ° \u003d -566 kJ।
द्वितीय। सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी), डी आर एच ° \u003d -393 केजे।
D f H°(CO) ज्ञात कीजिए।
उत्तर: -110 kJ/mol।
2. निम्नलिखित अभिक्रियाओं के आधार पर कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) के बनने की एन्थैल्पी और दहन की एन्थैल्पी की गणना करें:
I. 2C (g) + O 2 (g) \u003d 2CO (g), D r H ° \u003d -220 kJ।
द्वितीय। 2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g), D r H ° \u003d -566 kJ।
उत्तर: -110 kJ/mol; -283 केजे/मोल।
3. थर्मोकेमिकल समीकरण से सोडियम सल्फाइट के निर्माण की मानक एन्थैल्पी का पता लगाएं
4Na 2 SO 3 (cr) \u003d 3Na 2 SO 3 (cr) + Na 2 S (cr) - 181.1 kJ,
यदि 
केजे/मोल और 
केजे / एमओएल।
उत्तर:-1090 किलो जूल/मोल।
4. प्रतिक्रिया CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g), D r H ° \u003d -802 kJ के आधार पर मीथेन के दहन की मानक तापीय धारिता का पता लगाएं।
उत्तर:-802 किलो जूल/मोल।
5. भविष्यवाणी करें कि यह सकारात्मक होगा या नकारात्मक
प्रतिक्रियाओं में प्रणाली की एन्ट्रापी में परिवर्तन:
ए) एच 2 ओ (जी) ® एच 2 ओ (जी) (25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर);
बी) सीएसीओ 3 (टी) ® सीएओ (टी) + सीओ 2 (जी);
सी) एन 2 (जी) + 3 एच 2 (जी) \u003d 2 एनएच 3 (जी);
डी) एन 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2NO (जी);
ई) एजी + (समाधान) + सीएल - (समाधान) = एजीसीएल (टी)।
गणना किए बिना स्पष्टीकरण दें।
उत्तर: ए) +; बी) +; में) -; डी) ~ 0; इ) -।
6. निम्नलिखित में से प्रत्येक में DS प्रणाली के चिह्न की भविष्यवाणी कीजिए
प्रक्रियाएं:
ए) 1 मोल सीसीएल 4 (जी) का वाष्पीकरण;
बी) बीआर 2 (जी) → बीआर 2 (जी);
ग) NaCl(aq.) और AgNO3 (aq.) को मिलाकर AgCl(t) का अवक्षेपण।
स्पष्टीकरण दें।
उत्तर: ए) +; बी) -; में)-।
7. मानक स्थितियों (S °) के तहत पदार्थों की एन्ट्रापी के निरपेक्ष मूल्यों के सारणीबद्ध मूल्यों का उपयोग करते हुए, निम्नलिखित जोड़े में से प्रत्येक में 298 K के तापमान पर पदार्थों की पूर्ण एन्ट्रापी के मूल्यों की तुलना करें :
ए) ओ 2 (जी) और ओ 3 (जी);
बी) सी (हीरा) और सी (ग्रेफाइट);
ग) NaCl (t) और MgCl 2(t)।
प्रत्येक स्थिति में S° के अंतर का कारण स्पष्ट कीजिए।
8. अभिक्रियाओं के लिए D r S° की गणना कीजिए
ए) एन 2 (जी) + 3 एच 2 (जी) \u003d 2 एनएच 3 (जी); बी) 2एसओ 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2एसओ 3 (जी),
मानक स्थितियों के तहत पदार्थों की पूर्ण एन्ट्रॉपी के सारणीबद्ध मूल्यों का उपयोग करना।
उत्तर: ए) -197.74 जे/के; बी) -188.06 जे/के।
9. पूर्ण एन के सारणीबद्ध मूल्यों का उपयोग करना-
ट्रोपियम (S°), निम्नलिखित प्रक्रियाओं के लिए D r S° की गणना करें:
ए) सीओ (जी) + 2 एच 2 (जी) \u003d सीएच 3 ओएच (जी);
बी) 2एचसीएल (जी) + ब्र 2 (जी) \u003d 2 एचबीआर (जी) + सीएल 2 (जी);
सी) 2एनओ 2 (जी) = एन 2 ओ 4 (जी)।
क्या प्रत्येक मामले में D r S° का चिन्ह उस बात से मेल खाता है जिसकी गुणात्मक निरूपण के आधार पर अपेक्षा की जानी चाहिए? उत्तर स्पष्ट कीजिए।
उत्तर: ए) -218.83 जे/के; बी) 94.15 जे/के; ग) -175.77 जम्मू/कश्मीर।
10. CO (g) की मानक एन्थैल्पी -110.5 kJ/mol है। 2 mol CO (g) के दहन से 566 kJ ऊष्मा निकलती है। गणना
उत्तर: -393.5 kJ/mol।
11. 100 किलोग्राम चूने को पानी से बुझाने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करें: CaO (k) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (k), यदि गठन CaO (k) का मानक ताप है, एच 2 ओ (एल), सीए (ओएच) 2 (के) क्रमशः -635.14 हैं; -285.84; -986.2 केजे/मोल।
उत्तर: -1165357.2 केजे।
12. नीचे दिए गए डेटा का उपयोग करके हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2) के पानी और ऑक्सीजन में अपघटन की एन्थैल्पी निर्धारित करें:
SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + H 2 O 2 (p) \u003d SnCl 4 (p) + 2H 2 O (l), D r H ° \u003d -393.3 kJ;
SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + 1 / 2O 2 (g) \u003d SnCl 4 (p) + H 2 O (l), D r H ° \u003d -296.6 kJ।
उत्तर :- 96.7 kJ.
13. प्रति दिन 10 6 किग्रा अमोनिया के उत्पादन में निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना करें, यदि
उत्तर: -2.7। 10 9 केजे।
14. निम्नलिखित आंकड़ों के आधार पर निर्धारित करें:
पी 4 (सीआर) + 6Cl 2 (जी) \u003d 4PCl 3 (एल), डी आर एच ° \u003d -1272.0 केजे;
PCl 3 (g) + Cl 2 (g) \u003d PCl 5 (cr), D r H ° \u003d -137.2 kJ।
उत्तर: -455.2 kJ/mol।
15. मानक स्थितियों के तहत प्रतिक्रिया की तापीय धारिता में परिवर्तन की गणना करें: H 2 (g) + 1 / 3O 3 (g) \u003d H 2 O (g), निम्न डेटा के आधार पर:
2O 3 (g) \u003d 3O 2 (g), D r H ° \u003d -288.9 kJ,
केजे / एमओएल।
उत्तर: -289.95 kJ।
16. निम्नलिखित डेटा का उपयोग करके पीबीओ गठन प्रतिक्रिया के मानक एन्थैल्पी की गणना करें:
1) 2Pb (cr) + O 2 (g) \u003d 2PbO 2 (cr) - 553.2 kJ;
2) 2PbO 2 (cr) \u003d 2PbO (cr)) + O 2 (g) + 117.48 kJ।
उत्तर: -217.86 kJ/mol।
17. निम्नलिखित डेटा का उपयोग करके CuCl गठन प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी की गणना करें:
1) CuCl 2 (cr) + Cu (cr) = 2 CuCl (cr) - 63.5 kJ;
2) क्यू (सीआर) + सीएल 2 (जी) = क्यूसीएल 2 (सीआर) - 205.9 केजे।
उत्तर: 134.7 kJ/mol।
18. निम्नलिखित आँकड़ों को जानकर, द्रव अवस्था में मिथाइल अल्कोहल के Δ f H° की गणना कीजिए:
एच 2 (जी) + 1 / 2 ओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी), डी आर एच ° \u003d -285.8 केजे;
सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी), डी आर एच ° \u003d -393.7 केजे;
CH 3 OH (l) + 3 / 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (l), D r H ° \u003d -715.0 kJ।
उत्तर: -250.3 kJ/mol।
19. बेंजीन और एसिटिलीन के दहन की मानक एन्थैल्पी क्रमशः -3270 और -1302 kJ / mol हैं। एसिटिलीन के बेंजीन में रूपांतरण का D r H ° निर्धारित करें: 3C 2 H 2 (g) \u003d C 6 H 6 (g)।
उत्तर: -636 kJ।
20. आयरन ऑक्साइड (III) के निर्माण की मानक एन्थैल्पी निर्धारित करें, यदि 20 ग्राम लोहे के ऑक्सीकरण के दौरान 146.8 kJ ऊष्मा जारी की गई थी।
उत्तर:-822 किलो जूल/मोल।
21. 22.4 लीटर अमोनिया (n.o.) प्राप्त करने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना करें यदि
एन 2 (जी) + 3 एच 2 (जी) \u003d 2 एनएच 3 (जी), डी आर एच ° \u003d -92 केजे।
उत्तर: -46 kJ।
22. निम्नलिखित आँकड़ों का प्रयोग करते हुए एथिलीन का Δ f H° ज्ञात कीजिए।
C 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g) + 2H 2 O (g) -1323 kJ;
सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी) -393.7 केजे;
एच 2 (जी) + 1 / 2 ओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी) -241.8 केजे।
उत्तर: 52 kJ/mol।
23. प्रतिक्रिया एफ (जी) + ली (जी) \u003d एफ - (जी) + ली + (जी) की तापीय धारिता की गणना करें,
अगर एफ (जी) + ई \u003d एफ - (जी) -322 केजे / एमओएल;
ली (जी) \u003d ली + (जी) + ई + 520 केजे / मोल।
उत्तर: 198 kJ।
24. निम्नलिखित डेटा का उपयोग करके एचजी 2 बीआर 2 के गठन के मानक एन्थैल्पी की गणना करें:
1) एचजीबीआर 2 (सीआर) + एचजी (जी) = एचजी 2 बीआर 2 (सीआर) - 37.32 केजे;
2) HgBr 2 (cr) \u003d Hg (l) + Br 2 (l) + 169.45 kJ।
उत्तर: -206.77 किलो जूल/मोल।
25. निम्नलिखित डेटा का उपयोग करके सोडियम बाइकार्बोनेट गठन की मानक एन्थैल्पी की गणना करें:
2NaHCO 3 (cr) \u003d Na 2 CO 3 (cr) + CO 2 (g) + H 2 O (g) + 130.3 kJ,
यदि 
केजे/मोल;
सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी) - 393.7 केजे; एच 2 (जी) + 1 / 2 ओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी) -241.8 केजे।
उत्तर:-947.4 किलो जूल/मोल।
26. निम्नलिखित डेटा का उपयोग करके CaCO 3 (cr) के गठन की मानक एन्थैल्पी की गणना करें:
सीए (ओएच) 2 (सी) + सीओ 2 (जी) \u003d सीएसीओ 3 (सीआर) + 173.9 केजे;
सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी) - 393.7 केजे;
केजे / एमओएल।
उत्तर: -1206 kJ/mol।
27. प्रतिक्रिया के दौरान आयरन ऑक्साइड (III) के गठन की मानक एन्थैल्पी निर्धारित करें
2Fe + Al 2 O 3 \u003d Fe 2 O 3 + 2Al
Fe2O3 के प्रत्येक 80 ग्राम के लिए, 426.5 kJ ऊष्मा अवशोषित होती है, 
केजे / एमओएल।
उत्तर: -823 kJ/mol।
28. थर्मोकेमिकल समीकरण FeO (t) + H 2 (g) \u003d Fe (t) + H 2 O (g) + 23 kJ के अनुसार, 11.2 किलोग्राम लोहा प्राप्त करने के लिए कितना ताप खर्च करना चाहिए .
उत्तर: 4600 केजे।
29. हीरे के दहन की ऊष्मा ज्ञात कीजिए यदि ग्रेफाइट के दहन की मानक ऊष्मा -393.51 kJ/mol है, और ऊष्मा है
और चरण संक्रमण С(ग्रेफाइट) ® С(हीरा) है
1.88 केजे/मोल।
उत्तर: -395.39 kJ/mol।
30. 1 किग्रा लाल फास्फोरस को काले फास्फोरस में बदलने पर कितनी ऊष्मा निकलती है, यदि ज्ञात हो,
कि लाल और काले फॉस्फोरस के निर्माण की मानक एन्थैल्पी क्रमशः -18.41 और -43.20 kJ/mol हैं।
उत्तर: -800 kJ।
खंड द्वितीय
25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में मानक परिवर्तन की गणना रासायनिक यौगिकों के गठन के मानक तापीय धारियों और पूर्ण एन्ट्रापी के मूल्यों से करें और एक सहज प्रतिक्रिया की संभावना स्थापित करें:
1. 4NH 3g + 5O 2g = 4NO g + 6H 2 O g।
उत्तर: -955.24 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
2. SO 2g + 2H 2 S g \u003d 3S से + 2H 2 O अच्छी तरह से।
उत्तर: -107.25 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
3. 2H 2 S g + 3O 2g = 2H 2 O g + 2SO 2g।
उत्तर: -990.48 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।
4. 2NO g + O 3g + H 2 O वेल \u003d 2HNO 3g।
उत्तर :- 260.94 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।
5. 3Fe 2 O 3k + CO g \u003d 2Fe 3 O 4k + CO 2g।
उत्तर :- 64.51 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।
6. 2CH 3 OH w + 3O 2g \u003d 4H 2 Og + 2CO 2g।
उत्तर :- 1370.46 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।
7. सीएच 4 जी + 3 सीओ 2 जी \u003d 4 सीओ जी + 2 एच 2 ओ जी।
उत्तर: 228.13 केजे; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।
8. Fe 2 O 3k + 3CO g \u003d 2Fe k + 3CO 2g।
उत्तर: -31.3 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
9. C 2 H 4g + 3O 2g \u003d 2CO 2g + 2H 2 O g।
उत्तर: -1313.9 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
10. 4NH 3g + 3O 2g = 6H 2 O g + 2N 2g।
उत्तर: -1305.69 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
11. 4NO 2g + O 2g + 2H 2 O x = 4HNO 3g।
उत्तर: -55.08 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
12. 2HNO 3l + NO g = 3NO 2g + H 2 O l।
उत्तर: -7.71 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
13. 2C 2 H 2g + 5O 2g \u003d 4CO 2g + 2H 2 O g।
उत्तर: -2452.81 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
14. Fe 3 O 4k + 4H 2g \u003d 3Fe से + 4H 2 O g।
उत्तर: 99.7 केजे; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।
15. 2Fe 2 O 3k + 3C k \u003d 4Fe k + 3CO 2g।
उत्तर: 297.7 केजे; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।
16. Fe 3 O 4k + 4CO g \u003d 3Fe k + 4CO 2g।
उत्तर: -14.88 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
17. 2H 2 S g + O 2g \u003d 2H 2 O अच्छी तरह से + 2S c।
उत्तर: -407.4 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
18. Fe 2 O 3k + 3H 2g \u003d 2Fe से + 3H 2 O g।
उत्तर: 54.47 केजे; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।
25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में मानक परिवर्तन की गणना रासायनिक यौगिकों के गठन के मानक एन्थैल्पी और पूर्ण एन्ट्रापी के मूल्यों से करें और यह निर्धारित करें कि सिस्टम में किस तापमान पर संतुलन होगा।
19. 4HCl g + O 2g ↔ 2Cl 2g + 2H 2 O च।
उत्तर: -93.1 केजे; ~ 552 के.
20. Cl 2g + 2HI g ↔ I 2c + 2HCl g।
उत्तर: -194.0 केजे; ~ 1632 के.
21. SO 2g + 2CO g ↔ 2CO 2g + S c।
उत्तर: -214.24 केजे; ~ 1462 के.
22. सीएच 4 जी + 2 एच 2 ओग ↔ सीओ 2 जी + 4 एच 2 जी।
उत्तर: 113.8 केजे; ~ 959 के.
23. सीओ जी + 3 एच 2 जी ↔ सीएच 4 जी + एच 2 ओ जी।
उत्तर: -142.36 केजे; ~ 963 के.
350 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की गणना रासायनिक यौगिकों के गठन के मानक तापीय धारियों और पूर्ण एन्ट्रापी से करें। D f H° और S° की तापमान निर्भरता पर ध्यान न दें। सहज प्रतिक्रियाओं की संभावना निर्धारित करें:
24. 2РН 3g + 4O 2g \u003d P 2 O 5k + 3H 2 O g।
उत्तर: 1910.47 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।
25. सीएल 2 जी + एसओ 2 जी + 2 एच 2 ओ डब्ल्यू = एच 2 एसओ 4 डब्ल्यू + 2 एचसीएल जी।
उत्तर: -80.0 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
26. पी 2 ओ 5k + 5C k \u003d 2P k + 5CO जी।
उत्तर: 860.0 केजे; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।
27. 2CO g + SO 2g \u003d S से + 2CO 2g।
उत्तर: -154.4 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
28. सीओ 2 जी + 4 एच 2 जी \u003d सीएच 4 जी + 2 एच 2 ओ जी।
उत्तर: -57.9 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।
29. NO g + O 3 g = O 2 g + NO 2 g।
उत्तर: -196.83 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।
30. सीएच 4 जी + 2 ओ 2 जी \u003d सीओ 2 जी + 2 एच 2 ओ जी।
उत्तर: -798.8 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।
सहज प्रतिक्रिया की संभावना;
एंट्रॉपी;
समदाब रेखीय - समतापीय क्षमता या गिब्स मुक्त ऊर्जा।
अविरलप्रक्रियाओं को कहा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उपयोगी कार्य प्राप्त किया जा सकता है, गैर सहजऐसी प्रक्रियाएं हैं जिन्हें काम खर्च करने की आवश्यकता होती है।
दो सहज प्रक्रियाओं पर विचार करें - सोडियम हाइड्रॉक्साइड का विघटन और अमोनियम नाइट्रेट का विघटन:
ये सहज प्रक्रियाएं हैं, लेकिन उनमें से एक गर्मी की रिहाई के साथ होती है, और दूसरी गर्मी के अवशोषण के साथ होती है। जैसा कि हम देख सकते हैं, प्रक्रिया के ऊष्मीय प्रभाव (थैलीपी कारक) का संकेत स्पष्ट रूप से एक सहज प्रक्रिया की संभावना को निर्धारित नहीं करता है। प्रक्रिया की सहजता में दूसरा कारक है - एन्ट्रापी कारक.
एंट्रॉपी क्या है?
किसी भी प्रणाली की स्थिति का वर्णन किया जा सकता है, एक ओर, सिस्टम के मापा मापदंडों (सिस्टम के मैक्रोस्टेट्स) के मूल्य से, दूसरी ओर, सिस्टम की स्थिति को तात्कालिक माइक्रोस्टेट्स के एक सेट द्वारा वर्णित किया जा सकता है। , जो हमारे सिस्टम को बनाने वाले माइक्रोपार्टिकल्स के विभिन्न ऊर्जा स्तरों के अनुरूप हैं।
माइक्रोस्टेट्स की संख्या जो किसी दिए गए मैक्रोस्टेट के अनुरूप होती है, कहलाती है थर्मोडायनामिक संभावनाइसकी अवस्थाएँ (W), यानी W उन तरीकों की संख्या है जिनमें अणुओं को विभिन्न ऊर्जा स्तरों के बीच वितरित किया जा सकता है।
थर्मोडायनामिक राज्य संभावना के साथ संबद्ध प्रणाली का राज्य कार्य है, जिसे एंट्रॉपी (एस) कहा जाता है।
एस = के एलएन डब्ल्यू, जहां के बोल्टज़मान स्थिरांक है, के ≈ 1.38∙ 10 -23 जे / के,
डब्ल्यू सिस्टम की स्थिति की थर्मोडायनामिक संभावना है।
किसी पदार्थ के 1 मोल के लिए:
S = R ln W, जहाँ R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है, यहाँ S को में मापा जाता है।
राज्य संभावना ज्यादा से ज्यादासिस्टम के अधिकतम विकार पर, यानी, एन्ट्रॉपी अधिकतम होती है जब सिस्टम सबसे अव्यवस्थित स्थिति में होता है। यह वही है जो सिस्टम अनायास करने का प्रयास करता है।
कोई भी प्रणाली सबसे बड़ी अव्यवस्था की स्थिति में जाने की प्रवृत्ति रखती है, अर्थात अनायास, कोई भी प्रणाली एन्ट्रॉपी को बढ़ा देती है। और एन्ट्रापी सिस्टम में गड़बड़ी का पैमाना है। यह पिघलने, उबलने, गैसों के विस्तार जैसी भौतिक प्रक्रियाओं में बढ़ता है। रासायनिक प्रक्रियाओं में, यदि गैसीय प्रतिक्रिया उत्पादों को ठोस या तरल अवस्था में लिए गए प्रारंभिक पदार्थों से प्राप्त किया जाता है, या यदि प्रतिक्रिया के दौरान अणुओं की संख्या बढ़ जाती है, तो एन्ट्रापी बढ़ जाती है।
यही है, एन्ट्रापी बढ़ती है, क्योंकि गतिमान कणों की संख्या बढ़ जाती है।
डी.एस.< 0 , - энтропия уменьшается т. к. уменьшается количество частиц (из 3-х в 2) и система переходит из газообразного состояния в жидкое.
वॉल्यूम V 1 से दूसरे में विशेषता वाले एक राज्य से संक्रमण के दौरान सिस्टम में एन्ट्रापी में परिवर्तन पर विचार करें - वॉल्यूम V 2 के साथ:
यदि वी 2> वी 1, तो डीएस> 0, यदि वी 2< V 1 , то DS < 0, т.е. при увеличении объема энтропия увеличивается.
निरपेक्ष शून्य पर एक आदर्श क्रिस्टल की एन्ट्रापी शून्य होती है, इसलिए आप प्रत्येक पदार्थ के लिए एन्ट्रापी के निरपेक्ष मान की गणना कर सकते हैं। टेबल मानक स्थितियों के तहत एंट्रॉपी (एस डिग्री) का मानक मान दिखाते हैं।
एन्ट्रापीपदार्थ की स्थिति का एक कार्य है, जिसका अर्थ है कि यह सिस्टम के एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण के मार्ग पर निर्भर नहीं करता है। प्रतिवर्ती इज़ोटेर्मल प्रक्रियाओं के लिए ( चरण संक्रमण), एन्ट्रापी में परिवर्तन तापीय धारिता में परिवर्तन तापमान से विभाजित के बराबर है:
एंट्रोपी तापमान पर निर्भर करती है:
जहाँ C P स्थिर दाब पर दाढ़ ताप क्षमता है।
सैद्धांतिक जानकारी
रासायनिक प्रक्रिया को रासायनिक वस्तुओं - इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, परमाणु - से एक जीवित प्रणाली तक चढ़ाई में पहला कदम माना जा सकता है।
रासायनिक प्रक्रियाओं का सिद्धांत- यह विज्ञान का क्षेत्र है जिसमें भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान का गहनतम अंतर्संबंध है। यह सिद्धांत रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी और कैनेटीक्स पर आधारित है।
किसी पदार्थ की रासायनिक परिवर्तनों से गुजरने की क्षमता उनकी प्रतिक्रियाशीलता से निर्धारित होती है, अर्थात। प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति - रासायनिक बंधन की संरचना, संरचना, प्रकृति; ऊर्जा कारक जो प्रक्रिया की संभावना और गतिज कारक निर्धारित करते हैं जो इसके पाठ्यक्रम की गति निर्धारित करते हैं।
लगभग सभी रासायनिक प्रक्रियाएं ऊर्जा की रिहाई या अवशोषण के साथ होती हैं, जो अक्सर गर्मी और काम के रूप में होती हैं।
गरमाहट -किसी दिए गए सिस्टम को बनाने वाले कणों के यादृच्छिक, अराजक आंदोलन का मात्रात्मक माप।
काम -एक निर्देशित बल क्षेत्र में कणों की क्रमबद्ध गति का एक मात्रात्मक माप।
रसायन विज्ञान की वह धारा जो रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान एक रूप से दूसरे रूप में ऊर्जा के संक्रमण का अध्ययन करती है और दी गई परिस्थितियों में उनके सहज प्रवाह की दिशा और सीमा को स्थापित करती है, कहलाती है रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी .
रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी के अध्ययन का उद्देश्य एक रासायनिक प्रणाली है।
व्यवस्था -यह अध्ययन के तहत शरीर या निकायों का एक समूह है जो एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं और मानसिक रूप से या वास्तव में पर्यावरण से अलग होते हैं जो गर्मी का संचालन करते हैं या नहीं करते हैं।
पर्यावरण के साथ प्रणाली की बातचीत की प्रकृति के आधार पर, वहाँ हैं खुला, बंद और अछूतासिस्टम।
ओपन सिस्टमपर्यावरण के साथ ऊर्जा और पदार्थ का आदान-प्रदान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक खुले बर्तन में सोडियम क्लोराइड का एक जलीय घोल। जब पानी समाधान से वाष्पित हो जाता है और गर्मी विनिमय के दौरान, सिस्टम का द्रव्यमान और इसका तापमान बदल जाएगा, और इसके परिणामस्वरूप, ऊर्जा।
बंद सिस्टमपर्यावरण के साथ पदार्थ का आदान-प्रदान न करें। उदाहरण के लिए, एक बंद बर्तन में सोडियम क्लोराइड का घोल। यदि समाधान और पर्यावरण के तापमान अलग-अलग हैं, तो समाधान गर्म या ठंडा हो जाएगा, और इसके परिणामस्वरूप इसकी ऊर्जा बदल जाएगी।
पृथक प्रणालीपर्यावरण के साथ पदार्थ या ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं कर सकता। एक पृथक प्रणाली एक आदर्शीकरण है। प्रकृति में ऐसी कोई व्यवस्था नहीं है। लेकिन, व्यावहारिक कार्यान्वयन की असंभवता के बावजूद, पृथक प्रणालियां सिस्टम और उसके पर्यावरण के बीच अधिकतम सैद्धांतिक ऊर्जा अंतरों को निर्धारित करना संभव बनाती हैं।
सिस्टम की स्थिति गुणों के एक सेट द्वारा निर्धारित की जाती है और इसकी विशेषता है थर्मोडायनामिक पैरामीटर : तापमान (), दबाव (), आयतन (), घनत्व (), पदार्थ की मात्रा (), किया गया कार्य (), ऊष्मा ()। कम से कम एक थर्मोडायनामिक पैरामीटर में बदलाव से पूरे सिस्टम की स्थिति में बदलाव होता है। यदि समय और स्थान में सभी पैरामीटर स्थिर हैं, तो सिस्टम की यह स्थिति कहलाती है संतुलन .
ऊष्मप्रवैगिकी में, एक प्रणाली के गुणों को इसके संतुलन राज्यों में माना जाता है: प्रारंभिक और अंतिम, सिस्टम के एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण के मार्ग की परवाह किए बिना। सिस्टम का एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण, = स्थिरांकबुलाया आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल,पर, = स्थिरांक– आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल।
रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी का सबसे महत्वपूर्ण कार्य दी गई शर्तों के तहत और दी गई दिशा में किसी विशेष रासायनिक प्रतिक्रिया की सहज प्रक्रिया की संभावना या असंभवता को स्पष्ट करना है; थर्मोडायनामिक मापदंडों का मूल्य निर्धारित करना जिस पर प्रक्रिया का अधिकतम उत्पादन प्राप्त होता है; सिस्टम में होने वाले ऊर्जा परिवर्तन की विशेषताओं का निर्धारण। इसके साथ खोजें थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन ()।
राज्य समारोह की विशेषता है प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा – शरीर के सभी कणों की एक दूसरे के साथ बातचीत की संभावित ऊर्जा और उनके आंदोलन की गतिज ऊर्जा का योग। यह पदार्थ की अवस्था - प्रकार, द्रव्यमान, एकत्रीकरण की अवस्था पर निर्भर करता है। आंतरिक ऊर्जा का पूर्ण मूल्य मापा नहीं जा सकता है। रासायनिक प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए, एक प्रणाली से दूसरे राज्य में संक्रमण के दौरान केवल आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन को जानना महत्वपूर्ण है।
(27)
जिसमें 
सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा कब घटती है 
- बढ़ती है। आंतरिक ऊर्जा में सभी परिवर्तन अणुओं की अराजक टक्कर के कारण होते हैं (इस तरह स्थानांतरित ऊर्जा का माप गर्मी है) और किसी भी बल की कार्रवाई के तहत बड़ी संख्या में कणों से युक्त द्रव्यमान की गति (ऊर्जा का माप में स्थानांतरित) यह तरीका काम है)। इस प्रकार, आंतरिक ऊर्जा का स्थानांतरण आंशिक रूप से ऊष्मा के रूप में और आंशिक रूप से कार्य के रूप में किया जा सकता है:
(28)
उपरोक्त समीकरण एक गणितीय अभिव्यक्ति है मैं ऊष्मप्रवैगिकी का नियम : यदि तंत्र को ऊष्मा की आपूर्ति की जाती है, तो आपूर्ति की गई ऊष्मा व्यवस्था की आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने और इसके लिए कार्य करने पर व्यय होती है।
एक आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल प्रक्रिया में, सिस्टम को आपूर्ति की जाने वाली सभी गर्मी आंतरिक ऊर्जा को बदलने पर खर्च की जाती है:
(29)
एक आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल प्रक्रिया में, सिस्टम द्वारा किया जाने वाला एकमात्र कार्य विस्तार कार्य है:
(30)
सिस्टम में दबाव कहां है, वॉल्यूम में बदलाव है
तब ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम की गणितीय अभिव्यक्ति रूप लेती है: 
(31)
दर्शाने 
, हम पाते हैं 
सिस्टम स्टेट फंक्शन एच - तापीय धारिता प्रणाली का कुल ऊर्जा भंडार है, अर्थात प्रणाली की ऊर्जा सामग्री है। काम की मात्रा से प्रणाली की तापीय धारिता आंतरिक ऊर्जा से अधिक है।
एक प्रतिक्रिया, अवधारणा के दौरान ऊर्जा अभिव्यक्तियों को चिह्नित करने के लिए ऊष्मीय प्रभाव।
ऊष्मीय प्रभाव- यह ऊष्मा की वह मात्रा है जो प्रतिक्रिया के अपरिवर्तनीय पाठ्यक्रम के दौरान जारी या अवशोषित होती है, जब एकमात्र कार्य विस्तार का कार्य होता है। इस मामले में, प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों का तापमान समान होना चाहिए। ऊष्मीय प्रभाव एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया(गर्मी अवशोषण के साथ प्रवाह) सकारात्मक होगा: 
, 
. ऊष्मीय प्रभाव उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया(गर्मी की रिहाई के साथ प्रवाह) नकारात्मक होगा: 
, 
.
रासायनिक अभिक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों के अध्ययन के लिए समर्पित रसायन विज्ञान की शाखा कहलाती है ऊष्मारसायन .
किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ प्रतिक्रियाशील पदार्थों के ऊर्जा भंडार में परिवर्तन होता है। रासायनिक यौगिक के निर्माण के दौरान जितनी अधिक ऊर्जा जारी होती है, यह यौगिक उतना ही अधिक स्थिर होता है, और, इसके विपरीत, एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त पदार्थ अस्थिर होता है।
रासायनिक समीकरणों में जिनमें अभिक्रिया की ऊष्मा का संकेत मिलता है, वे कहलाते हैं थर्मोकेमिकल।उन्हें द्रव्यमान और ऊर्जा के संरक्षण के नियमों के आधार पर संकलित किया गया है।
विभिन्न प्रक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों की तुलना करने के लिए, उनकी घटना के लिए शर्तों को मानकीकृत किया गया है। मानक स्थितियाँ - T 0 \u003d 298 K, p 0 \u003d 101.313 kPa, n - 1 मोल शुद्ध पदार्थ, तापीय धारिता परिवर्तन ( 
) पदार्थ की इकाई मात्रा, kJ/mol को संदर्भित करता है। सभी मानक थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन टेबल मान हैं, जो पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति पर निर्भर करता है।
थर्मोकैमिस्ट्री के मात्रात्मक नियम थर्मोडायनामिक्स के I कानून से अनुसरण करते हैं।
लेवोइसियर-लाप्लास कानून(1780 - 1784) - प्रत्येक रासायनिक यौगिक के लिए, अपघटन की ऊष्मा उसके बनने की ऊष्मा के बराबर होती है, लेकिन इसका विपरीत संकेत होता है।
कानून जी.आई. हेस(1840) - रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव प्रारंभिक पदार्थों और अंतिम उत्पादों की प्रकृति और भौतिक स्थिति पर निर्भर करता है, लेकिन प्रतिक्रिया की प्रकृति और पथ पर निर्भर नहीं करता है, अर्थात। व्यक्तिगत मध्यवर्ती चरणों के अनुक्रम से।यह कानून थर्मोकैमिस्ट्री का सैद्धांतिक आधार है। इसके कई परिणाम सामने आते हैं:
थर्मोकेमिकल गणनाओं में, मानक परिस्थितियों में सरल पदार्थों के गठन (एन्थैल्पी) की गर्मी शून्य मानी जाती है।
(एक साधारण पदार्थ) = 0
मानक परिस्थितियों में साधारण पदार्थों से जटिल पदार्थ के 1 मोल के निर्माण के दौरान जारी या अवशोषित होने वाली ऊर्जा की मात्रा को मानक गठन एन्थैल्पी कहा जाता है ( 
, केजे / एमओएल)।
मानक परिस्थितियों में कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में विघटित होने वाले कार्बनिक पदार्थ के 1 मोल द्वारा जारी या अवशोषित ऊर्जा की मात्रा दहन की मानक एन्थैल्पी कहलाती है ( 
, केजे / एमओएल)।
एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन के तापों के योग और प्रारंभिक पदार्थों के गठन के तापों के योग के बीच के अंतर के बराबर है, स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए:
मानक स्थितियों के तहत रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव कहां है; 
- प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन के मानक ताप का योग; 
- प्रारंभिक पदार्थों के गठन के मानक तापों का योग; 
, 
- प्रतिक्रिया उत्पादों और शुरुआती सामग्री के क्रमशः स्टोइकोमेट्रिक गुणांक।
हेस का नियम आपको विभिन्न प्रतिक्रियाओं के तापीय प्रभावों की गणना करने की अनुमति देता है। लेकिन थर्मल प्रभाव का संकेत और परिमाण किसी को प्रक्रियाओं की क्षमता को अनायास आगे बढ़ने की अनुमति नहीं देता है और इसमें प्रक्रियाओं की दिशा और पूर्णता के बारे में जानकारी नहीं होती है।
सहज प्रक्रियाएं(प्राकृतिक या सकारात्मक) - बाहरी वातावरण से हस्तक्षेप के बिना सिस्टम में प्रवाह और सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में कमी और गर्मी और काम के रूप में पर्यावरण में ऊर्जा के हस्तांतरण के साथ। एंडोथर्मिक सहज प्रक्रियाएं इस परिभाषा का खंडन नहीं करती हैं, क्योंकि वे एक गैर-पृथक प्रणाली में हो सकती हैं और पर्यावरण की गर्मी के कारण कार्य उत्पन्न कर सकती हैं।
ऐसी प्रक्रियाएं जो स्वयं (बाहरी प्रभाव के बिना) नहीं हो सकती हैं, कहलाती हैं गैर सहज , अप्राकृतिक या नकारात्मक। इस तरह की प्रक्रियाओं को बाहरी वातावरण से ऊर्जा को गर्मी या काम के रूप में प्रणाली में स्थानांतरित करके किया जाता है।
ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के अनुसार, सहज प्रक्रियाएं आंतरिक ऊर्जा के भंडार या सिस्टम की एन्थैल्पी को कम करने की दिशा में जाती हैं। हालाँकि, ऐसी प्रक्रियाएँ ज्ञात हैं जो सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को बदले बिना अनायास आगे बढ़ती हैं। ऐसी प्रक्रियाओं की प्रेरक शक्ति प्रणाली की एन्ट्रापी है।
एन्ट्रापी(बाध्य ऊर्जा) (
एस)
- यह प्रक्रिया की अपरिवर्तनीयता का एक उपाय है, ऊर्जा के संक्रमण का एक रूप है जिसमें से यह स्वतंत्र रूप से किसी अन्य ऊर्जा में नहीं हो सकता है। एन्ट्रापी प्रणाली में विकार की विशेषता है, विकार जितना अधिक होगा, एन्ट्रॉपी उतना ही अधिक होगा। यह बढ़ते कण गति के साथ बढ़ता है। बाहरी वातावरण से पृथक प्रणालियों में, एन्ट्रापी () बढ़ने की दिशा में प्रक्रियाएं अनायास आगे बढ़ती हैं। प्रक्रियाएं जिनके लिए एंट्रॉपी घट जाती है ( 
) पृथक प्रणालियों में संभव नहीं हैं। यदि आगे और पीछे की दिशाओं में प्रक्रिया संभव है, तो एक पृथक प्रणाली में यह बढ़ती हुई एन्ट्रापी की दिशा में आगे बढ़ेगी। एक पृथक प्रणाली में एक सहज प्रक्रिया का कोर्स संतुलन की स्थिति के साथ समाप्त होता है। इसलिए, संतुलन में सिस्टम एन्ट्रापी ज्यादा से ज्यादा
.
बोल्ट्जमैन ने एक समीकरण निकाला जिसके अनुसार
(34) जहां बोल्ट्जमैन स्थिरांक है, डब्ल्यू एक राज्य की संभावना है, किसी दिए गए माइक्रोस्टेट के अनुरूप माइक्रोस्टेट्स की संख्या निर्धारित करता है।
यह रिश्ता दर्शाता है कि एन्ट्रापी को एक प्रणाली के आणविक विकार के माप के रूप में देखा जा सकता है।
समतापीय प्रक्रिया के लिए ऊष्मप्रवैगिकी के द्वितीय नियम के अनुसार, एन्ट्रापी में परिवर्तन है:
; [जे / (मोल कश्मीर] (35)
सरल पदार्थों की एन्ट्रापी शून्य के बराबर नहीं होती है। एन्थैल्पी के विपरीत, एन्ट्रापी का निरपेक्ष मान मापा जा सकता है। "निरपेक्ष शून्य पर, एक आदर्श क्रिस्टल की एन्ट्रॉपी शून्य होती है" - एम. प्लैंक (1911) द्वारा इस अभिधारणा को कहा जाता है ऊष्मप्रवैगिकी का तृतीय नियम।
रासायनिक प्रक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन संतुलन समीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है:
किसी भी प्रणाली को क्रम () और विकार () की विशेषता है। उनका अनुपात प्रतिक्रिया की दिशा निर्धारित करता है।
इस प्रकार, प्रणाली के एक स्थिर स्थिति में सहज आंदोलन के दौरान, दो प्रवृत्तियाँ दिखाई देती हैं: थैलेपी में कमी 
और एन्ट्रापी में वृद्धि। स्थिर तापमान और दबाव पर दो प्रवृत्तियों का संयुक्त प्रभाव परिलक्षित होता है आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल क्षमता या गिब्स ऊर्जा ()
.
राज्य समारोह
प्रक्रिया की सामान्य प्रेरणा शक्ति, सिस्टम द्वारा निष्पादित अधिकतम संभव उपयोगी कार्य ("मुक्त ऊर्जा") की विशेषता है; 
- ऊर्जा का वह हिस्सा जिसे उपयोगी कार्य ("बाध्य ऊर्जा") में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है।
रासायनिक प्रतिक्रियाएं एक खुले बर्तन में मात्रा में परिवर्तन के साथ आगे बढ़ती हैं, इसलिए संभावना (सहजता) और प्रक्रिया की दिशा मानक स्थितियों के तहत संतुलन समीकरण द्वारा निर्धारित फ़ंक्शन की विशेषता है:
; 
(38)
प्रक्रिया का सहज पाठ्यक्रम गिब्स ऊर्जा में कमी से मेल खाता है, 
. जितना अधिक यह घटता है, उतनी ही अपरिवर्तनीय रूप से प्रक्रिया अंतिम प्रतिक्रिया उत्पादों के निर्माण की ओर बढ़ती है। आइसोबैरिक क्षमता में वृद्धि 
दी गई शर्तों के तहत प्रक्रिया की अव्यवहारिकता का संकेत है। अर्थ 
संतुलन की स्थिति की विशेषता है, अर्थात ऐसी अवस्था जिसमें सिस्टम उपयोगी कार्य नहीं कर रहा है।
गिब्स समीकरण में मूल्यों के विश्लेषण से पता चला है कि एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया की संभावना एक ही संकेत के कारण होती है और। एक निश्चित तापमान पर, मान और समान हो जाओ। इसलिए, गिब्स समीकरण से, कोई "संतुलन" तापमान या प्रक्रिया की शुरुआत का तापमान निर्धारित कर सकता है ():
; = 0
; 
; 
(39)
इस प्रकार अभिक्रियाएँ अनायास चलती हैं जिसमें मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन ऋणात्मक होता है। जिसमें प्रतिक्रियाएँ , केवल इस शर्त के तहत प्रवाह करें कि बाहरी शक्तियों द्वारा सिस्टम पर काम किया जाता है या ऊर्जा को बाहर से सिस्टम में स्थानांतरित किया जाता है। प्रक्रिया के सहज प्रवाह के लिए स्थितियाँ अंजीर में दिखाई गई हैं। 3.
रासायनिक प्रतिक्रियाएँ, रासायनिक प्रतिक्रियाएँ,
अनायास बह रहा है अनायास नहीं बह रहा है
एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाएँ, एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाएँ,
साथ देने वाला
एन्ट्रॉपी में वृद्धि एंट्रॉपी में कमी
पर कोईतापमान पर उच्चतापमान
एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाएं
के साथ
एन्ट्रापी वृद्धि
पर कमतापमान
चावल। 3. प्रक्रिया के सहज प्रवाह के लिए शर्तें।
3.2। प्रश्नों और कार्यों को नियंत्रित करें
1. सिस्टम किसे कहते हैं? सिस्टम के पैरामीटर क्या हैं?
2. सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा, आइसोकोरिक और आइसोबैरिक प्रक्रियाओं की अवधारणा का वर्णन करें।
3. एन्थैल्पी किसे कहते हैं?
4. यौगिकों के निर्माण की एन्थैल्पी, दहन की मानक एन्थैल्पी और पदार्थों के निर्माण का वर्णन करें।
5. हेस का नियम और इसके परिणाम, थर्मोकेमिकल गणना में इसका अनुप्रयोग।
6. न्यूट्रलाइजेशन, डिजॉल्यूशन, हाइड्रेशन के हीट (एन्थैल्पी) का निर्धारण।
7. एंट्रॉपी। बोल्ट्जमैन समीकरण। एंट्रॉपी तापमान के साथ कैसे बदलती है?
8. गिब्स ऊर्जा। प्रक्रिया के सहज प्रवाह के लिए मानदंड।
9. परिशिष्ट 3 में दिए गए संदर्भ डेटा का उपयोग करते हुए, प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी में परिवर्तन की गणना करें ():
10. परिशिष्ट 3 में संदर्भ डेटा का उपयोग करके, प्रतिक्रिया के मानक एंट्रॉपी में परिवर्तन की गणना करें ( 
):
11. 846 0 С पर प्रतिक्रियाओं की गणना करें, यदि = 230 kJ, = 593 जम्मू/कश्मीर।
समस्या समाधान के उदाहरण
उदाहरण 1एथिल अल्कोहल की दहन प्रतिक्रिया थर्मोकेमिकल समीकरण C 2 H 5 OH (L) + 3O 2 (G) \u003d 2CO 2 (G) + 3H 2 O (L) द्वारा व्यक्त की जाती है। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करें यदि यह ज्ञात है कि सी 2 एच 5 ओएच (एल) के वाष्पीकरण की दाढ़ गर्मी +42.36 केजे है, और सी 2 एच 5 ओएच (जी) = -235.31 केजे के गठन की गर्मी, सीओ 2 (जी) \u003d -393.51 केजे, एच 2 ओ (एल) \u003d -285.84 केजे।
समाधान।प्रतिक्रिया के ΔΗ को निर्धारित करने के लिए, सी 2 एच 5 ओएच (एल) के गठन की गर्मी को जानना आवश्यक है। हम डेटा से उत्तरार्द्ध पाते हैं:
सी 2 एच 5 ओएच (एफ) \u003d सी 2 एच 5 ओएच (जी); ΔΗ = +42.36 केजे
42.36 \u003d -235.31 - ΔΗ (सी 2 एच 5 ओएच (डब्ल्यू))
ΔΗ (सी 2 एच 5 ओएच (डब्ल्यू)) \u003d -235.31-42.36 \u003d -277.67 केजे
हम हेस कानून से परिणामों को लागू करते हुए प्रतिक्रिया के ΔΗ की गणना करते हैं:
द एच.आर. \u003d 2 (-393.51) + 3 (-285.84) + 277.67 \u003d -1366.87 केजे।
प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव 1366.87 kJ है।
ए) फे 2 ओ 3 (के) + 3 एच 2 (जी) \u003d 2 एफई (के) + 3 एच 2 ओ (जी)
बी) Fe 2 O 3 (K) + 3CO (G) \u003d 2Fe (K) + 3CO 2 (G)
किस प्रक्रिया में अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है?
समाधान।ΔΗ XP की गणना करने के लिए, हम हेस कानून और प्रत्येक पदार्थ के गठन के मानक उत्साह [परिशिष्ट 3] से परिणाम के सूत्र का उपयोग करते हैं:
a) ΔΗ XP \u003d 2ΔΗ (Fe) + 3ΔΗ (H 2 O) - (ΔΗ (Fe 2 O 3) + 3ΔΗ (H 2)) \u003d 2 (0) + 3 (-241.8) - ((-822) .2) + 3(0)) = -725.4 + 822.2 = 96.8 केजे।
बी) ΔΗ XP \u003d 2ΔΗ (Fe) + 3ΔΗ (CO 2) - (ΔΗ (Fe 2 O 3) + 3ΔΗ (CO)) \u003d 2 (0) + 3 (-393.5) - ((-822.2 ) + 3(-110.5)) = -1180.5 + 822.2 + 331.5 = -26.5 केजे।
गणना के अनुसार, प्रक्रिया a) - हाइड्रोजन के साथ आयरन ऑक्साइड (III) की कमी, प्रक्रिया b की तुलना में अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है)। प्रक्रिया बी में), प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक भी है (ऊर्जा गर्मी के रूप में जारी होती है)।
उदाहरण 3जल गैस हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड (II) की समान मात्रा का मिश्रण है। 112 लीटर जल गैस के दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा ज्ञात कीजिए, (सं.)।
समाधान।आइए हम प्रक्रिया के थर्मोकेमिकल समीकरण की रचना करें:
एच 2 (जी) + सीओ (जी) + ओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी) + सीओ 2 (जी) ΔΗ XP \u003d - क्यू।
आइए हम ΔΗ XP की गणना करें जब 2 मोल जल गैस जलती है (1 mol H 2 और 1 mol CO), अर्थात। 22.4 एल / मोल 2 मोल \u003d 44.8 एल। गणना हेस कानून के परिणाम के सूत्र और प्रत्येक पदार्थ के गठन के मानक तापीय धारियों के अनुसार की जाती है [जोड़ें। 3]:
ΔΗ XP \u003d ΔΗ (H 2 O) + ΔΗ (CO 2) - (ΔΗ (H 2) + ΔΗ (CO) + ΔΗ (O 2)) \u003d -241.8 - 393.5 - (0 - 110.5 + 0) = - 635.3 + 110.5 = - 524.8 केजे
हम एक अनुपात बनाते हैं:
44.8 लीटर जल गैस जलती है - 524.8 kJ ऊष्मा निकलती है
112 एल - एक्स केजे
एक्स \u003d 112 524.8 / 44.8 \u003d 1312 केजे
112 लीटर जल गैस जलाने पर 1312 kJ ऊष्मा निकलती है।
उदाहरण 4योजना के अनुसार Ga + HCl) ↔ GaCl 3 (t) + H 2 (g) प्रक्रिया की थर्मोडायनामिक विशेषता दें:
1. रससमीकरणमितीय समीकरण लिखिए।
2. शामिल पदार्थों के थर्मोडायनामिक कार्यों को लिखें।
3. किसी रासायनिक अभिक्रिया की मानक एन्थैल्पी में परिवर्तन की गणना कीजिए और एन्थैल्पी आरेख खींचिए।
4. निर्धारित करें कि क्या प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक या एंडोथर्मिक है; इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप सिस्टम में तापमान बढ़ता या घटता है।
5. अभिक्रिया की मानक एन्ट्रापी में परिवर्तन की गणना कीजिए, अभिक्रिया के दौरान एन्ट्रापी में परिवर्तन की व्याख्या कीजिए।
6. संतुलन समीकरण और गिब्स समीकरण से गिब्स ऊर्जा में मानक परिवर्तन की गणना करें। प्राप्त आंकड़ों का विश्लेषण दीजिए।
7. राशियों के चिह्नों का मिलान कीजिए 
. तथा 
निष्कर्ष निकालें कि प्रतिक्रिया उत्क्रमणीय है।
8. प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया के लिए, गिब्स समीकरण के अनुसार संतुलन तापमान की गणना करें, यह मानते हुए कि अधिकतम स्वीकार्य तापमान 3000 K है। निष्कर्ष निकालें: Tp - वसूली योग्य या वसूली योग्य नहीं।
9. मूल्य की गणना करें 
तीन तापमानों (500, 1000 और 1500 K) पर। प्लॉट ग्राफिकल डिपेंडेंसी 
..
10. रासायनिक प्रतिक्रिया की सहजता के बारे में एक निष्कर्ष निकालें। उन परिस्थितियों का निर्धारण करें जिनके तहत प्रतिक्रिया संभव है
समाधान।
1 रससमीकरणमितीय समीकरण लिखिए।
2. हम प्रतिक्रिया घटकों (तालिका 21) के गठन के लिए मानक थर्मोडायनामिक कार्यों को लिखते हैं ([परिशिष्ट 3] से पदार्थों के थर्मोडायनामिक पैरामीटर)।
