હેસના નિયમની ચર્ચા કરતા પ્રશ્નોના ઉદાહરણ

હેસના નિયમની ચર્ચા કરતા ઉદાહરણ પ્રશ્નો

પેન્ડાહુલુઆન

રશિયન રસાયણશાસ્ત્રી જર્મૈન હેનરી હેસના નામ પરથી રાખવામાં આવેલ હેસનો નિયમ, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની ઊર્જા સંબંધિત રાસાયણિક ઉષ્માગતિશાસ્ત્રના મૂળભૂત સિદ્ધાંતોમાંનો એક છે. આ નિયમ જણાવે છે કે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયામાં ઉત્પાદિત અથવા શોષાયેલી ગરમી (ઊર્જા) ની કુલ માત્રા લેવામાં આવેલા માર્ગ પર આધારિત નથી, પરંતુ ફક્ત સિસ્ટમની પ્રારંભિક અને અંતિમ પરિસ્થિતિઓ પર આધારિત છે. આ મૂળભૂત સિદ્ધાંત સીધી રીતે માપવા મુશ્કેલ હોય તેવી પ્રતિક્રિયાઓના એન્થાલ્પી પરિવર્તન (ΔH) ની ગણતરી કરવામાં ખૂબ ઉપયોગી છે.

હેસનો નિયમ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે આપણને સરળતાથી માપી ન શકાય તેવી લક્ષ્ય પ્રતિક્રિયાના એન્થાલ્પી ફેરફાર શોધવા માટે રચનાના પ્રમાણભૂત એન્થાલ્પી અથવા અન્ય જાણીતી પ્રતિક્રિયાના એન્થાલ્પી ફેરફારનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ લેખમાં, આપણે ઘણી ઉદાહરણો સમસ્યાઓ જોઈશું અને હેસના નિયમના ઉપયોગની ચર્ચા કરીશું.

મૂળભૂત સિદ્ધાંત

હેસનો નિયમ ગાણિતિક સ્વરૂપમાં નીચે મુજબ ઘડી શકાય છે:

જો રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને અનેક તબક્કામાં વ્યક્ત કરી શકાય, તો કુલ એન્થાલ્પી ફેરફાર (ΔH_total) એ દરેક તબક્કાના એન્થાલ્પી ફેરફારો (ΔH) નો સરવાળો છે. ગાણિતિક રીતે, તે આ રીતે ઘડવામાં આવે છે:

ΔH_કુલ = Σ ΔH_સ્ટેજ

આનો અર્થ એ કે તમે આ રીતે પ્રતિક્રિયાની એન્થાલ્પી શોધી શકો છો:

"`
પ્રતિક્રિયા A → ઉત્પાદન
|
ΔH1
પ્રતિક્રિયા B → ઉત્પાદન
|
ΔH2

પછી, ΔH_total (A → ઉત્પાદન) = ΔH1 + ΔH2
"`

ઉદાહરણ પ્રશ્નોમાં જતા પહેલા, ઘણા શબ્દો સમજવા જરૂરી છે:

1. એન્થાલ્પી (H): સતત દબાણ હેઠળ સિસ્ટમની કુલ ઊર્જાનું માપ.
2. ΔH (એન્થાલ્પી ફેરફાર): રિએક્ટન્ટ્સ અને ઉત્પાદનો વચ્ચે એન્થાલ્પીમાં ફેરફાર.
3. પ્રમાણભૂત એન્થાલ્પી ઓફ ફોર્મેશન (ΔHf°): જ્યારે સંયોજનનો એક છછુંદર તેના તત્વોમાંથી પ્રમાણભૂત અવસ્થામાં બને છે ત્યારે એન્થાલ્પીમાં ફેરફાર.

નમૂના પ્રશ્નો અને ચર્ચા

ઉદાહરણ પ્રશ્ન 1: એન્થાલ્પી ઓફ ફોર્મેશનનો ઉપયોગ

પ્રશ્ન:
નીચેના પ્રમાણભૂત એન્થાલ્પી ફેરફારના નિર્માણ ડેટાના આધારે મિથેન (CH₄) ના દહન માટે પ્રતિક્રિયા એન્થાલ્પીની ગણતરી કરો:
– ΔHf° (CO₂(g)) = -393.5 kJ/mol
– ΔHf° (H₂O(l)) = -285.8 kJ/મોલ
– ΔHf° (CH₄(g)) = -74.8 kJ/મોલ
– ΔHf° (O₂(g)) = 0 kJ/mol (કારણ કે ઓક્સિજન વાયુ તેની પ્રમાણભૂત સ્થિતિમાં 0 ની રચનાની એન્થાલ્પી ધરાવે છે)

મિથેન દહન પ્રતિક્રિયા:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

ચર્ચા:

1. રચનાની સામાન્ય પ્રતિક્રિયા અને એન્થાલ્પી લખો:

\[
ΔH_{પ્રતિક્રિયા} = ∑ΔH_{ઉત્પાદન} – ∑ΔH_{પ્રતિક્રિયા કરનાર}
\]

2. સમીકરણમાં રચના મૂલ્યોના પ્રમાણભૂત એન્થાલ્પીને બદલો:

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

3. જાણીતા મૂલ્યોને બદલો:

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

4. વિગતવાર ગણતરીઓ:

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

તેથી, મિથેનની દહન પ્રતિક્રિયા માટે એન્થાલ્પી ફેરફાર -890.3 kJ/mol છે. નકારાત્મક મૂલ્ય સૂચવે છે કે પ્રતિક્રિયા એક્ઝોથર્મિક (ઊર્જા મુક્ત કરતી) છે.

ઉદાહરણ સમસ્યા 2: વ્યુત્પન્ન પ્રતિક્રિયાઓનો ઉપયોગ

પ્રશ્ન:
નીચેની પ્રતિક્રિયા માટે પ્રતિક્રિયા એન્થાલ્પીની ગણતરી કરો:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

નીચે મુજબ ત્રણ પ્રતિક્રિયાઓ અને એન્થાલ્પી ફેરફારો આપેલ છે:
1. N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
2. 2NH₃(g) + O₂(g) → 2NO(g) + 3H₂O(g), ΔH = -904 kJ
3. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -242 kJ

ચર્ચા:

1. ફરીથી ગોઠવી શકાય તેવી રેખીય સ્વરૂપમાં પ્રતિક્રિયાનું વર્ણન કરો:

લક્ષ્ય પ્રતિક્રિયા:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

લક્ષ્ય પ્રતિક્રિયાને પૂર્ણ કરવા માટે આપણે આપેલ પ્રતિક્રિયામાં ફેરફાર કરવાની જરૂર છે.

2. NH₃ ને સંડોવતા પ્રતિક્રિયાઓનું વિશ્લેષણ:

પ્રતિક્રિયા 2 માં NH₃ છે, પરંતુ પ્રતિક્રિયા NH₃ ને NO અને H₂O માં વિભાજીત કરવાની છે. તેથી, આ પ્રતિક્રિયાને ઉલટાવી દો:

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

3. આગળ, આપણે O₂(g) થી છુટકારો મેળવવાની જરૂર છે:

આ માટે, આપણે પ્રતિક્રિયા (1) નો ઉપયોગ કરીએ છીએ:

N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ

તેના બદલે, આપણને 2NO ઉત્પન્ન કરવાની જરૂર છે. આ પ્રતિક્રિયા એવી જ રહે છે.

4. H₂O(g) માટે એન્થાલ્પીની ગણતરી કરો:

સમીકરણમાં વિપરીત પ્રતિક્રિયા (3) ત્રણ વખત ઉમેરો:

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

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

5. સમીકરણોને જોડો અને સંતુલિત કરો:

\[
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
\]

આ પ્રતિક્રિયાઓનો સારાંશ આપતી વખતે, આપણે બંને બાજુ દેખાતા ઘટકોને અવગણી શકીએ છીએ અને કુલ એન્થાલ્પીની ગણતરી કરી શકીએ છીએ.

6. કુલ એન્થાલ્પીની ગણતરી કરો:

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

કુલ એન્થાલ્પી:
\[
ΔH_{કુલ} = ૧૮૦ + ૯૦૪ + ૭૨૬ = ૧૮૧૦ kJ/મોલ
\]

તેથી, પ્રતિક્રિયા N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) માટે ΔH +1810kJ છે. કારણ કે આપણે એન્થાલ્પી મુક્ત કરવા માંગીએ છીએ (એક્ઝોથર્મિક) તો આપણે ઉત્પાદનનું મૂલ્ય નકારાત્મક બનાવીએ છીએ:

\[
ΔH_{કુલ} = -46 kJ/મોલ
\]

પેનટઅપ

આ લેખ પ્રતિક્રિયાના એન્થાલ્પી પરિવર્તનની ગણતરી કરવા માટે હેસના નિયમનો ઉપયોગ કરતી ઉદાહરણ સમસ્યાઓની ચર્ચા કરે છે. સૈદ્ધાંતિક આધારને સમજીને અને ઉદાહરણ સમસ્યાઓમાં પગલાં લાગુ કરીને, એવી આશા રાખવામાં આવે છે કે વાચકો આ ખ્યાલને વધુ સરળતાથી સમજી શકશે અને તેને થર્મોકેમિકલ ગણતરીઓ સાથે સંકળાયેલી વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં લાગુ કરી શકશે. હેસનો નિયમ માત્ર શૈક્ષણિક રસાયણશાસ્ત્રમાં જ મહત્વપૂર્ણ નથી પણ ઔદ્યોગિક રસાયણશાસ્ત્ર સંશોધન અને વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજીમાં અન્ય વિવિધ એપ્લિકેશનોમાં પણ ઉપયોગી છે.