হেসের সূত্র নিয়ে আলোচনামূলক উদাহরণমূলক প্রশ্ন।

হেসের সূত্র নিয়ে আলোচনামূলক উদাহরণ প্রশ্ন

পেন্ডাহুলুয়ান

রুশ রসায়নবিদ জার্মেইন হেনরি হেসের নামে নামকরণ করা হেসের সূত্রটি রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার অন্যতম মৌলিক নীতি, যা রাসায়নিক বিক্রিয়ার শক্তির সাথে সম্পর্কিত। এই সূত্রানুসারে, কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় উৎপন্ন বা শোষিত মোট তাপ (শক্তি)-র পরিমাণ বিক্রিয়ার পথের উপর নির্ভর করে না, বরং তা কেবল সিস্টেমের প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত অবস্থার উপর নির্ভর করে। যেসব বিক্রিয়া সরাসরি পরিমাপ করা কঠিন, সেগুলোর এনথালপি পরিবর্তন (ΔH) গণনা করার ক্ষেত্রে এই মৌলিক নীতিটি অত্যন্ত কার্যকর।

হেসের সূত্র অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এর সাহায্যে আমরা কোনো একটি নির্দিষ্ট বিক্রিয়ার, যা সহজে পরিমাপ করা যায় না, তার এনথালপি পরিবর্তন নির্ণয় করতে পারি। এর জন্য আমাদের প্রমাণ গঠন এনথালপি বা অন্য কোনো জ্ঞাত বিক্রিয়ার এনথালপি পরিবর্তন ব্যবহার করতে হয়। এই প্রবন্ধে আমরা কয়েকটি উদাহরণমূলক সমস্যা দেখব এবং হেসের সূত্রের প্রয়োগ নিয়ে আলোচনা করব।

মৌলিক তত্ত্ব

হেসের সূত্রকে গাণিতিক আকারে নিম্নরূপে প্রকাশ করা যায়:

যদি কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়াকে কয়েকটি পর্যায়ে প্রকাশ করা যায়, তবে মোট এনথালপি পরিবর্তন (ΔH_total) হলো প্রতিটি পর্যায়ের এনথালপি পরিবর্তনগুলোর (ΔH) সমষ্টি। গাণিতিকভাবে, এটিকে নিম্নরূপে প্রকাশ করা হয়:

ΔH_total = Σ ΔH_stage

এর মানে হলো, আপনি একটি বিক্রিয়ার এনথালপি এইভাবে বের করতে পারেন:

"
বিক্রিয়া A → উৎপাদ
|
ΔH1
বিক্রিয়া B → উৎপাদ
|
ΔH2

তাহলে, ΔH_total (A → Product) = ΔH1 + ΔH2
"

উদাহরণ প্রশ্নগুলিতে যাওয়ার আগে, কয়েকটি পরিভাষা বোঝা প্রয়োজন:

১. এনথালপি (H): স্থির চাপে কোনো সিস্টেমের মোট শক্তির একটি পরিমাপ।
২. ΔH (এনথালপি পরিবর্তন): বিক্রিয়ক ও উৎপাদের মধ্যে এনথালপির পরিবর্তন।
৩. প্রমাণ গঠন এনথালপি (ΔHf°): প্রমাণ অবস্থায় থাকা মৌলসমূহ থেকে এক মোল যৌগ গঠিত হওয়ার সময় এনথালপির যে পরিবর্তন হয়।

নমুনা প্রশ্ন ও আলোচনা

উদাহরণ প্রশ্ন ১: গঠন এনথালপির ব্যবহার

প্রশ্ন:
নিম্নলিখিত প্রমাণ গঠন এনথালপি পরিবর্তনের তথ্যের উপর ভিত্তি করে মিথেন (CH₄) এর দহনের বিক্রিয়া এনথালপি গণনা করুন:
– ΔHf° (CO₂(g)) = -393.5 kJ/mol
– ΔHf° (H₂O(l)) = -285.8 kJ/mol
– ΔHf° (CH₄(g)) = -74.8 kJ/mol
– ΔHf° (O₂(g)) = 0 kJ/mol (কারণ প্রমাণ অবস্থায় অক্সিজেন গ্যাসের গঠন এনথালপি ০)

মিথেন দহন বিক্রিয়া:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

আলোচনা:

১. সাধারণ বিক্রিয়া এবং গঠন এনথালপি লেখো:

\[
ΔH_{reaction} = ∑ΔH_{product} – ∑ΔH_{reactant}
\]

২. সমীকরণে প্রমাণ গঠন এনথালপির মানগুলো বসান:

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

৩. জ্ঞাত মানগুলো প্রতিস্থাপন করুন:

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

৪. বিস্তারিত গণনা:

\[
ΔH_{reaction} = [-393.5 + (-571.6)] – [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{reaction} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ΔH_{reaction} = -890.3 kJ/mol
\]

সুতরাং, মিথেনের দহন বিক্রিয়ার এনথালপি পরিবর্তন হলো -৮৯০.৩ কিলোজুল/মোল। ঋণাত্মক মান নির্দেশ করে যে বিক্রিয়াটি তাপোৎপাদী (শক্তি নির্গমনকারী)।

উদাহরণ সমস্যা ২: উদ্ভূত বিক্রিয়া ব্যবহার

প্রশ্ন:
নিম্নলিখিত বিক্রিয়াটির বিক্রিয়া এনথালপি গণনা করুন:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

নিচে তিনটি বিক্রিয়া এবং তাদের এনথালপি পরিবর্তন দেওয়া হলো:
১. N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
২. 2NH₃(g) + O₂(g) → 2NO(g) + 3H₂O(g), ΔH = -904 kJ
৩. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -242 kJ

আলোচনা:

১. বিক্রিয়াটিকে এমন একটি রৈখিক আকারে বর্ণনা করো যা পুনর্বিন্যাস করা যায়:

লক্ষ্য প্রতিক্রিয়া:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

লক্ষ্যমাত্রা অনুযায়ী বিক্রিয়াটি সম্পন্ন করার জন্য আমাদের প্রদত্ত বিক্রিয়াটিকে পরিবর্তন করতে হবে।

২. NH₃ সংশ্লিষ্ট বিক্রিয়াসমূহের বিশ্লেষণ:

বিক্রিয়া ২-এ NH₃ রয়েছে, কিন্তু এই বিক্রিয়াটির উদ্দেশ্য হলো NH₃ ভেঙে NO এবং H₂O তৈরি করা। সুতরাং, এই বিক্রিয়াটিকে বিপরীত করুন:

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

৩. এরপর, আমাদের O₂(g) অপসারণ করতে হবে:

এর জন্য, আমরা বিক্রিয়া (1) ব্যবহার করি:

N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ

এর পরিবর্তে, 2NO উৎপন্ন হওয়া প্রয়োজন। এই বিক্রিয়াটি একই থাকে।

৪. H₂O(g)-এর এনথালপি গণনা করুন:

সমীকরণে বিপরীত বিক্রিয়া (3) তিনবার যোগ করুন:

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

হয়ে উঠুন:
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ

৫. সমীকরণগুলো একত্রিত ও ভারসাম্য করুন:

\[
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ

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

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

এই বিক্রিয়াগুলির যোগফল বের করার সময়, আমরা উভয় দিকে উপস্থিত উপাদানগুলিকে উপেক্ষা করতে পারি এবং মোট এনথালপি গণনা করতে পারি।

৬. মোট এনথালপি গণনা করুন:

\[
N₂(g) + 3 H₂O(g) – 3H₂(g) – 3/2 O₂(g) → 2NH₃(g) + O₂(g) – O₂(g) \rightarrow N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
\]

মোট এনথালপি:
\[
ΔH_{total} = 180 + 904 + 726 = 1810 kJ/mol
\]

সুতরাং, N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) বিক্রিয়াটির জন্য ΔH হলো +1810 kJ। যেহেতু আমরা নির্গত এনথালপি (তাপমোচী) পেতে চাই, তাই আমরা গুণফলের মান ঋণাত্মক করি:

\[
ΔH_{total} = -46 kJ/mol
\]

বন্ধ

এই প্রবন্ধে হেসের সূত্র প্রয়োগ করে কোনো বিক্রিয়ার এনথালপি পরিবর্তন গণনার কিছু উদাহরণমূলক সমস্যা আলোচনা করা হয়েছে। তাত্ত্বিক ভিত্তিটি বুঝে এবং উদাহরণমূলক সমস্যাগুলোর ধাপগুলো প্রয়োগ করার মাধ্যমে, আশা করা যায় যে পাঠকগণ এই ধারণাটি আরও সহজে আয়ত্ত করতে পারবেন এবং তাপ-রাসায়নিক গণনা-সংক্রান্ত বিভিন্ন পরিস্থিতিতে এটি প্রয়োগ করতে সক্ষম হবেন। হেসের সূত্র শুধুমাত্র প্রাতিষ্ঠানিক রসায়নেই গুরুত্বপূর্ণ নয়, বরং এটি শিল্প রসায়ন গবেষণা এবং বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির অন্যান্য বিভিন্ন প্রয়োগেও উপযোগী।