የሄስን ህግ የሚመለከቱ ምሳሌዎች ጥያቄዎች

የሄስን ህግ የሚመለከቱ የምሳሌ ጥያቄዎች

ፔንዳሁሉአን

የሄስ ህግ፣ በሩሲያ ኬሚስት ጀርሜን ሄንሪ ሄስ ስም የተሰየመው፣ ከኬሚካላዊ ግብረመልሶች ኃይል ጋር በተያያዘ የኬሚካል ቴርሞዳይናሚክስ መሠረታዊ መርሆዎች አንዱ ነው። ይህ ህግ በኬሚካላዊ ግብረመልስ የሚመነጨው ወይም የሚወሰደው አጠቃላይ የሙቀት (ኃይል) መጠን በተወሰደው መንገድ ላይ ሳይሆን በስርዓቱ የመጀመሪያ እና የመጨረሻ ሁኔታዎች ላይ ብቻ የተመካ መሆኑን ይገልጻል። ይህ መሰረታዊ መርህ በቀጥታ ለመለካት አስቸጋሪ የሆኑ ግብረመልሶችን የኢንታልፒ ለውጥ (ΔH) ለማስላት በጣም ጠቃሚ ነው።

የሄስ ህግ ወሳኝ ነው ምክንያቱም በቀላሉ የማይለካ የዒላማ ምላሽ የኢንታልፒ ለውጥን ለማግኘት መደበኛ የኢንታልፒ ምስረታ ወይም የሌላ የታወቀ ምላሽ የኢንታልፒ ለውጥን እንድንጠቀም ስለሚያስችለን ነው። በዚህ ጽሑፍ ውስጥ በርካታ የምሳሌ ችግሮችን እንመለከታለን እና የሄስን ህግ አተገባበር እንወያያለን።

መሰረታዊ ቲዎሪ

የሄስ ህግ በሂሳብ መልክ እንደሚከተለው ሊቀረጽ ይችላል፡

የኬሚካል ምላሽ በበርካታ ደረጃዎች ሊገለጽ የሚችል ከሆነ፣ አጠቃላይ የኢንታልፒ ለውጥ (ΔH_total) የእያንዳንዱ ደረጃ የኢንታልፒ ለውጦች ድምር (ΔH) ነው። በሂሳብ፣ እንደሚከተለው ተዘጋጅቷል፡

ΔH_ድምር = Σ ΔH_ደረጃ

ይህ ማለት እንዲህ ዓይነቱን ምላሽ ኢንታልፒ ማግኘት ይችላሉ ማለት ነው፡

“
ምላሽ ሀ → ምርት
|
ΔH1
ምላሽ ቢ → ምርት
|
ΔH2

ከዚያም፣ ΔH_total (A → ምርት) = ΔH1 + ΔH2
“

ወደ ምሳሌያዊ ጥያቄዎች ከመሄዳችን በፊት፣ በርካታ መረዳት የሚያስፈልጋቸው ቃላት አሉ፡-

1. ኤንታልፒ (ኤች): በቋሚ ግፊት ስር ያለ የአንድ ስርዓት አጠቃላይ ኃይል መለኪያ።
2. ΔH (የኢንታልፒ ለውጥ): በአንታሊስታንቶች እና በምርቶች መካከል በኢንታልፒ ላይ የሚደረግ ለውጥ።
3. መደበኛ የኢንታልፒ ኦፍ ፎርሜሽን (ΔHf°): አንድ ውህድ ከመደበኛ ሁኔታዎች ውስጥ ካሉት ንጥረ ነገሮች ሲፈጠር የኢንታልፒ ለውጥ።

የናሙና ጥያቄዎች እና ውይይቶች

ምሳሌ ጥያቄ 1፡ የኢንታልፒ ኦፍ ፎርሜሽን አጠቃቀም

ጥያቄ፡
በሚከተለው መደበኛ የኢንታልፒ የመፍጠር መረጃ ለውጥ ላይ በመመስረት የሚቴን (CH₄) ለቃጠሎ የሚወጣውን ምላሽ ኢንታልፒ ያሰሉ፦
– ΔHf° (CO₂(g)) = -393.5 ኪጁ/ሞል
– ΔHf° (H₂O(l)) = -285.8 ኪጁ/ሞል
– ΔHf° (CH₄(g)) = -74.8 ኪጁ/ሞል
– ΔHf° (O₂(g)) = 0 kJ/mol (ምክንያቱም በመደበኛ ሁኔታው ​​የኦክስጅን ጋዝ 0 የሆነ ኢንታልፒ ስላለው)

የሚቴን የቃጠሎ ምላሽ፡
CH₄(ግ) + 2O₂(ግ) → CO₂(ግ) + 2H₂O(l)

ውይይት፡

1. አጠቃላይ የምሥረታ ምላሽ እና enthalpy ይፃፉ፡

\[
ΔH_{ምላሽ} = ∑ΔH_{ምርት} – ∑ΔH_{ምላሽ ሰጪ}
\]

2. የምስረታ እሴቶችን መደበኛ ኢንታልፒ ወደ እኩልታው ይተኩ፡

\[
ΔH_{ምላሽ} = [ΔHf° (CO₂) + 2 ΔHf° (H₂O)] – [ΔHf°(CH₄) + 2 ΔHf°(O₂)]
\]

3. የታወቁትን እሴቶች ይተኩ፡

\[
ΔH_{ምላሽ} = [(-393.5) + 2 (-285.8)] – [(-74.8) + 2 (0)]
\]

4. ዝርዝር ስሌቶች፡

\[
ΔH_{ምላሽ} = [-393.5 + (-571.6)] – [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{ምላሽ} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ΔH_{ምላሽ} = -890.3 ኪጁ/ሞል
\]

ስለዚህ፣ የሚቴን የቃጠሎ ምላሽ የኢንታልፒ ለውጥ -890.3 ኪጁ/ሞል። አሉታዊ እሴት ምላሹ ውጫዊ ሙቀት (የመልቀቅ ኃይል) መሆኑን ያሳያል።

ምሳሌ 2፡ የተገኙ ግብረመልሶችን መጠቀም

ጥያቄ፡
ለሚከተለው ምላሽ የ enthalpy ምላሽን ያሰሉ፦
N₂(ሰ) + 3H₂(ግ) → 2NH₃(ግ)

ሶስት ግብረመልሶችን እና የኢንታልፒ ለውጦችን እንደሚከተለው ተመልክቷል፡
1. N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g)፣ ΔH = 180 ኪጁ
2. 2NH₃(g) + O₂(g) → 2NO(g) + 3H₂O(g), ΔH = -904 ኪጁ
3. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -242 ኪጁ

ውይይት፡

1. ምላሹን እንደገና ሊስተካከል በሚችል መስመራዊ ቅርፅ ይግለጹ፡

የዒላማ ምላሽ፡
N₂(ሰ) + 3H₂(ግ) → 2NH₃(ግ)

የተሰጠውን ምላሽ ዒላማውን ለማሳካት ማስተዳደር አለብን።

2. ከNH₃ ጋር የተያያዙ ግብረመልሶች ትንተና፡

ምላሽ 2 NH₃ ይዟል፣ ነገር ግን ምላሹ NH₃ን ወደ NO እና H₂O መከፋፈል ነው። ስለዚህ፣ ይህንን ምላሽ ይገልብጡ፡

2NO(g) + 3H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 ኪጁ

3. በመቀጠል፣ O₂(g)ን ማስወገድ አለብን፡

ለዚህ፣ ምላሽ (1) እንጠቀማለን፡

N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g)፣ ΔH = 180 ኪጁ

በምትኩ፣ 2NO እንዲፈጠር እንፈልጋለን። ይህ ምላሽ ተመሳሳይ ሆኖ ይቀጥላል።

4. የ H₂O(g)ን ኢንታልፒ አስላ፡

የተገላቢጦሽ ምላሹን (3) ሶስት ጊዜ ወደ እኩልታው ውስጥ ያክሉ፡

3[H₂O(g) → H₂(g) + 1/2O₂(g), ΔH = +242 ኪጁ]

ሁን፦
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 ኪጁ

5. እኩልታዎቹን አጣምረው ያዛምዱ፡

\[
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g)፣ ΔH = 180 ኪጁ

+
2NO(g) + 3 H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 ኪጁ

+
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 ኪጁ
\]

እነዚህን ግብረመልሶች ስንጠቅስ፣ በሁለቱም በኩል የሚታዩትን ክፍሎች ችላ ብለን አጠቃላይ ኢንታልፒን ማስላት እንችላለን።

6. ጠቅላላውን ኤንታልፒ አስላ፡

\[
N₂(ሰ) + 3 ኤች₂ኦ(ግ) – 3H₂(ግ) – 3/2 O₂(g) → 2NH₃(ግ) + O₂(g) – O₂(g) \የቀኝ ቀስት N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH⃂
\]

ጠቅላላ ኤንታልፒ፦
\[
ΔH_{ጠቅላላ} = 180 + 904 + 726 = 1810 ኪጁ/ሞል
\]

ስለዚህ፣ ለ N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) ምላሽ ΔH +1810kJ ነው። ኤንታልፒ እንዲለቀቅ ስለምንፈልግ (exothermic) የምርቱ ዋጋ አሉታዊ እንዲሆን እናደርጋለን፡

\[
ΔH_{ጠቅላላ} = -46 ኪጁ/ሞል
\]

መዝጊያ

ይህ ጽሑፍ የሄስን ህግ የአንድ ምላሽ የኢንታልፒ ለውጥ ለማስላት የሚተገብሩ የምሳሌ ችግሮችን ያብራራል። የንድፈ ሃሳባዊ መሰረትን በመረዳት እና በምሳሌ ችግሮች ውስጥ ያሉትን ደረጃዎች በመተግበር፣ አንባቢዎች ይህንን ፅንሰ-ሀሳብ በቀላሉ እንደሚረዱት እና ቴርሞኬሚካል ስሌቶችን በሚያካትቱ የተለያዩ ሁኔታዎች ላይ ተግባራዊ ማድረግ እንደሚችሉ ተስፋ ይደረጋል። የሄስ ህግ በአካዳሚክ ኬሚስትሪ ውስጥ ብቻ ሳይሆን በኢንዱስትሪ ኬሚስትሪ ምርምር እና በሳይንስ እና ቴክኖሎጂ ውስጥ ባሉ ሌሎች አፕሊኬሽኖችም ጠቃሚ ነው።