हेसच्या नियमावर चर्चा करणारे नमुना प्रश्न

हेसच्या नियमावर चर्चा करणारे उदाहरण प्रश्न

पेंडाहुलुआन

रशियन रसायनशास्त्रज्ञ जर्मेन हेन्री हेस यांच्या नावावरून ठेवलेला हेसचा नियम, हा रासायनिक अभिक्रियांच्या ऊर्जेशी संबंधित रासायनिक ऊष्मागतिकीच्या मूलभूत तत्त्वांपैकी एक आहे. हा नियम सांगतो की, रासायनिक अभिक्रियेत निर्माण होणारी किंवा शोषली जाणारी एकूण उष्णता (ऊर्जा) ही अभिक्रियेच्या मार्गावर अवलंबून नसते, तर केवळ प्रणालीच्या सुरुवातीच्या आणि अंतिम स्थितीवर अवलंबून असते. हे मूलभूत तत्त्व, ज्या अभिक्रिया थेट मोजणे कठीण असते, त्यांमधील एन्थाल्पी बदल (ΔH) मोजण्यासाठी खूप उपयुक्त आहे.

हेसचा नियम महत्त्वाचा आहे कारण तो आपल्याला, सहजपणे मोजता न येणाऱ्या लक्ष्य अभिक्रियेचा एन्थाल्पी बदल शोधण्यासाठी, मानक निर्मिती एन्थाल्पी किंवा दुसऱ्या ज्ञात अभिक्रियेच्या एन्थाल्पी बदलाचा वापर करण्यास अनुमती देतो. या लेखात, आपण अनेक उदाहरणे पाहणार आहोत आणि हेसच्या नियमाच्या उपयोगावर चर्चा करणार आहोत.

मूलभूत सिद्धांत

हेसचा नियम गणितीय स्वरूपात खालीलप्रमाणे मांडता येतो:

जर एखादी रासायनिक अभिक्रिया अनेक टप्प्यांमध्ये व्यक्त करता येत असेल, तर एकूण एन्थाल्पी बदल (ΔH_total) हा प्रत्येक टप्प्यातील एन्थाल्पी बदलांची (ΔH) बेरीज असतो. गणितानुसार, हे खालीलप्रमाणे मांडले जाते:

ΔH_total = Σ ΔH_stage

याचा अर्थ असा की तुम्ही अशा प्रतिक्रियेची एन्थाल्पी शोधू शकता:

"`
अभिक्रिया अ → उत्पादन
|
ΔH1
अभिक्रिया B → उत्पादन
|
ΔH2

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

उदाहरणादाखल दिलेल्या प्रश्नांकडे जाण्यापूर्वी, काही संज्ञा समजून घेणे आवश्यक आहे:

१. एन्थाल्पी (H): स्थिर दाबाखालील प्रणालीच्या एकूण ऊर्जेचे मोजमाप.
२. ΔH (एन्थॅल्पी बदल): अभिकारके आणि उत्पादने यांच्यातील एन्थॅल्पीमधील बदल.
३. मानक निर्मिती एन्थाल्पी (ΔHf°): जेव्हा एखाद्या संयुगाचा एक मोल त्याच्या मूलद्रव्यांपासून मानक स्थितीत तयार होतो, तेव्हा होणारा एन्थाल्पीमधील बदल.

नमुना प्रश्न आणि चर्चा

उदाहरण प्रश्न १: निर्मिती एन्थाल्पीचा उपयोग

प्रश्न:
खालील मानक निर्मिती एन्थाल्पी बदलाच्या माहितीच्या आधारे मिथेनच्या (CH₄) ज्वलनाची अभिक्रिया एन्थाल्पी काढा:
– ΔHf° (CO₂(g)) = -३९३.५ kJ/mol
– ΔHf° (H₂O(l)) = -285.8 kJ/mol
– ΔHf° (CH₄(g)) = -७४.८ kJ/mol
– ΔHf° (O₂(g)) = 0 kJ/mol (कारण ऑक्सिजन वायूची त्याच्या मानक अवस्थेत निर्मिती एन्थाल्पी 0 असते)

मिथेन ज्वलन अभिक्रिया:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

चर्चा:

१. सामान्य अभिक्रिया आणि निर्मिती एन्थाल्पी लिहा:

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

२. मानक निर्मिती एन्थाल्पीची मूल्ये समीकरणात ठेवा:

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

३. ज्ञात मूल्ये ठेवा:

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

४. सविस्तर गणना:

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

म्हणून, मिथेनच्या ज्वलन अभिक्रियेतील एन्थाल्पी बदल -890.3 kJ/mol आहे. ऋण मूल्य हे दर्शवते की अभिक्रिया उष्णतादायी आहे (ऊर्जा बाहेर टाकणारी).

उदाहरण समस्या २: व्युत्पन्न अभिक्रियांचा वापर

प्रश्न:
खालील अभिक्रियेची अभिक्रिया एन्थाल्पी काढा:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

खालीलप्रमाणे तीन अभिक्रिया आणि एन्थाल्पी बदल दिलेले आहेत:
1. N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
२. 2NH₃(g) + O₂(g) → 2NO(g) + 3H₂O(g), ΔH = -904 kJ
३. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -२४२ kJ

चर्चा:

१. पुनर्रचना करता येईल अशा रेषीय स्वरूपात अभिक्रियेचे वर्णन करा:

लक्ष्यित प्रतिक्रिया:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

लक्ष्यित प्रतिक्रिया साधण्यासाठी आपल्याला दिलेल्या प्रतिक्रियेत फेरफार करणे आवश्यक आहे.

२. NH₃ चा समावेश असलेल्या अभिक्रियांचे विश्लेषण:

अभिक्रिया २ मध्ये NH₃ आहे, परंतु ही अभिक्रिया NH₃ चे NO आणि H₂O मध्ये विघटन करण्याची आहे. म्हणून, ही अभिक्रिया उलट करा:

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

३. यानंतर, आपल्याला O₂(g) काढून टाकायचा आहे:

यासाठी, आपण अभिक्रिया (1) वापरतो:

N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ

त्याऐवजी, आपल्याला 2NO तयार करण्याची गरज आहे. ही अभिक्रिया तशीच राहते.

४. H₂O(g) साठी एन्थाल्पीची गणना करा:

समीकरणात उलट अभिक्रिया (3) तीन वेळा समाविष्ट करा:

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

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

५. समीकरणे एकत्र करून संतुलित करा:

\[
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
\]

या अभिक्रियांची बेरीज करताना, आपण दोन्ही बाजूंना दिसणाऱ्या घटकांकडे दुर्लक्ष करून एकूण एन्थाल्पीची गणना करू शकतो.

६. एकूण एन्थाल्पीची गणना करा:

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

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

म्हणून, N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) या अभिक्रियेसाठी ΔH हे +1810kJ आहे. आपल्याला मुक्त झालेली एन्थाल्पी (उष्मादायी) मिळवायची असल्याने, आपण उत्पादनाचे मूल्य ऋणात्मक ठेवतो:

\[
ΔH_{total} = -46 kJ/mol
\]

बंद होत आहे

या लेखात, अभिक्रियेतील एन्थाल्पी बदलाची गणना करण्यासाठी हेसचा नियम लागू करणाऱ्या उदाहरणांवर चर्चा केली आहे. सैद्धांतिक आधार समजून घेऊन आणि उदाहरणांमधील पायऱ्या लागू करून, वाचकांना ही संकल्पना अधिक सहजपणे समजेल आणि ते औष्णिक-रासायनिक गणनांशी संबंधित विविध परिस्थितींमध्ये ती लागू करू शकतील, अशी आशा आहे. हेसचा नियम केवळ शैक्षणिक रसायनशास्त्रातच महत्त्वाचा नाही, तर औद्योगिक रसायनशास्त्रातील संशोधन आणि विज्ञान व तंत्रज्ञानातील इतर विविध उपयोगांमध्येही उपयुक्त आहे.