एन्थाल्पी र एन्थाल्पी परिवर्तनहरू छलफल गर्ने उदाहरण प्रश्नहरू
एन्थाल्पी रासायनिक थर्मोडायनामिक्समा एक प्रमुख अवधारणा हो, जुन रासायनिक प्रतिक्रियाहरूदेखि चरण परिवर्तनहरूसम्म विभिन्न रसायन विज्ञान विषयहरूमा बारम्बार देखा पर्दछ। यस लेखमा, हामी धेरै उदाहरण समस्याहरूको समीक्षा गर्नेछौं र अवधारणालाई राम्रोसँग बुझ्न मद्दत गर्न एन्थाल्पी र एन्थाल्पी परिवर्तनहरू छलफल गर्नेछौं।
एन्थाल्पी बुझ्दै
एन्थाल्पी (H) भनेको थर्मोडायनामिक प्रणालीमा रहेको कुल ऊर्जाको मात्रा हो। यसमा कणहरूमा भण्डारण गरिएको आन्तरिक ऊर्जा मात्र नभई दिइएको दबाब वातावरणमा कणहरूको लागि ठाउँ सिर्जना गर्न आवश्यक ऊर्जा पनि समावेश हुन्छ। अन्तर्राष्ट्रिय प्रणाली (SI) मा एन्थाल्पीलाई जुल (J) मा मापन गरिन्छ।
गणितीय रूपमा, एन्थाल्पीलाई यसरी परिभाषित गरिएको छ:
\[ H = U + PV \]
कहाँ:
– \( H \) एन्थाल्पी हो
– \( U \) आन्तरिक ऊर्जा हो
– \( P \) भनेको चाप हो
– \( V \) भनेको आयतन हो
एन्थाल्पी परिवर्तन
एन्थाल्पी परिवर्तन (\( \डेल्टा एच \)) तब हुन्छ जब रासायनिक प्रतिक्रिया वा भौतिक प्रक्रिया हुन्छ। यो एन्थाल्पी परिवर्तनलाई स्थिर दबाबमा प्रणालीद्वारा निस्कने वा अवशोषित हुने तापको मात्राको रूपमा परिभाषित गर्न सकिन्छ। गणितीय रूपमा:
\[ \डेल्टा H = H_{\पाठ{उत्पादन}} – H_{\पाठ{प्रतिक्रियाशील}} \]
एक्जोथर्मिक प्रतिक्रियाहरू ती प्रतिक्रियाहरू हुन् जसले वातावरणमा ताप छोड्छ, र यी प्रतिक्रियाहरूमा, \( \डेल्टा H \) नकारात्मक हुन्छ। यसैबीच, एन्डोथर्मिक प्रतिक्रिया भनेको वातावरणबाट ताप अवशोषित गर्ने प्रतिक्रिया हो, र यस प्रतिक्रियामा, \( \डेल्टा H \) को सकारात्मक मान हुन्छ।
नमुना प्रश्न र छलफल
उदाहरण प्रश्न १: दहनको एन्थाल्पीमा परिवर्तन
प्रश्न:
यो ज्ञात छ कि १ मोल मिथेन (\(CH_4\)) को पूर्ण दहनले कार्बन डाइअक्साइड (\(CO_2\)) र पानी (\(H_2O\)) उत्पादन गर्दछ। गठन डेटाको एन्थाल्पी निम्नानुसार छ:
– \( \डेल्टा H_{{f, H_2O (l)}} = -२८५.८ \पाठ{kJ/mol} \)
– \( \डेल्टा H_{{f, CO_2 (g)}} = -३९३.५ \पाठ{kJ/mol} \)
– \( \डेल्टा H_{{f, CH_4 (g)}} = -७४.८ \पाठ{kJ/mol} \)
दहन प्रतिक्रियाको एन्थाल्पी परिवर्तन (\( \डेल्टा एच \)) गणना गर्नुहोस्।
छलफल:
मिथेनको दहन प्रतिक्रिया यस्तो छ:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \ rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
प्रतिक्रिया (\( \Delta H \)) को एन्थाल्पी परिवर्तन गठनको एन्थाल्पी प्रयोग गरेर गणना गर्न सकिन्छ:
\[ \डेल्टा H = \सिग्मा \डेल्टा H_f \पाठ{उत्पादनहरू} – \सिग्मा \डेल्टा H_f \पाठ{प्रतिक्रियाशीलकहरू} \]
उत्पादन:
\[ \डेल्टा H_f (CO_2 (g)) = -३९३.५ \पाठ{kJ/mol} \]
\[ \डेल्टा H_f (H_2O (l)) = -२८५.८ \पाठ{kJ/mol} \]
उत्पादनहरूको कुल एन्थाल्पी:
\[ (-३९३.५ \text{kJ/mol}) + २\पटक(-२८५.८ \text{kJ/mol}) = -३९३.५ – ५७१.६ = -९६५.१ \text{kJ/mol} \]
प्रतिक्रियाकर्ताहरू:
\[ \डेल्टा H_f (CH_4 (g)) = -७४.८ \पाठ{kJ/mol} \]
\[ \डेल्टा H_f (O_2 (g)) = ० \पाठ{kJ/mol} \]
(मानक अवस्थामा अक्सिजनमा शून्यको निर्माणको एन्थाल्पी हुन्छ।)
अभिकर्ताहरूको कुल एन्थाल्पी:
\[ (-७४.८ \पाठ{kJ/mol}) + २\पटक(० \पाठ{kJ/mol}) = -७४.८ \पाठ{kJ/mol} \]
त्यसैले, एन्थाल्पी (\( \डेल्टा एच \)) मा परिवर्तन यो हो:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} - (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
\[ \डेल्टा एच = -८९०.३ \पाठ{kJ/mol} \]
त्यसैले, १ मोल मिथेनको दहनको लागि एन्थाल्पी परिवर्तन \(-890.3 \text{kJ/mol}\) हो।
उदाहरण प्रश्न २: भौतिक प्रक्रियाहरूमा एन्थाल्पी परिवर्तनहरू
प्रश्न:
०°C मा ५० ग्राम बरफ (\(H_2O_{(s)}\)) लाई ०°C मा पानी (\(H_2O_{(l)}\)) मा पगालेपछि एन्थाल्पी परिवर्तन गणना गर्नुहोस्। बरफ पग्लने ताप (\( \Delta H_{\text{fus}} \)) ६.०१ kJ/mol र पानीको मोलर पिण्ड १८ ग्राम/mol हुन्छ भन्ने कुरा थाहा छ।
छलफल:
पहिलो चरण भनेको बरफको मोलहरूको संख्या गणना गर्नु हो।
\[ \text{बरफको मोल} = \frac{50 \text{g}}{18 \text{g/mol}} \लगभग २.७८ \text{mol} \]
अब हामी बरफ पग्लने क्रममा हुने एन्थाल्पी परिवर्तनको गणना गर्छौं:
\[ \डेल्टा H = n \cdot \डेल्टा H_{\text{fus}} \]
\[ \डेल्टा एच = २.७८ \पाठ{मोल} \cdot ६.०१ \पाठ{केजुल/मोल} \]
\[ \डेल्टा एच \लगभग १६.७ \पाठ{kJ} \]
त्यसैले, ०°C मा ५० ग्राम बरफ पगाल्दा एन्थाल्पी परिवर्तन लगभग १६.७ kJ हुन्छ। यो एक एन्डोथर्मिक प्रक्रिया हो किनभने बरफले पानीमा परिणत हुन ताप अवशोषित गर्छ।
उदाहरण ३: हेस प्रतिक्रिया
प्रश्न:
निम्न प्रतिक्रियाको लागि एन्थाल्पी परिवर्तन निर्धारण गर्न हेसको नियम प्रयोग गर्नुहोस्:
\[ २ C(ग्रेफाइट) + ३ H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g) \]
धेरै प्रतिक्रियाहरू तिनीहरूको सम्बन्धित एन्थाल्पी परिवर्तनहरूसँग ज्ञात छन्:
१. \( C(ग्रेफाइट) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g), \Delta H = -३९३.५ \text{kJ} \)
२. \( H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l), \Delta H = -२८५.८ \text{kJ} \)
३. \( २ C_2H_6(g) + ७ O_2(g) \rightarrow ४ CO_2(g) + ६ H_2O(l), \Delta H = -३११९.६ \text{kJ} \)
छलफल:
प्रतिक्रियाको एन्थाल्पी परिवर्तन (\( \डेल्टा एच \)) गणना गर्न, हामीले लक्षित प्रतिक्रियासँग मिलाउन केही प्रतिक्रियाहरूलाई उल्ट्याउन र गुणन गर्न आवश्यक छ।
Langkah-langkah:
१. प्रतिक्रिया परिवर्तन गर्नुहोस् \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
प्रतिक्रियाहरूलाई उल्टो र विभाजन गर्नुहोस्:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \rightarrow 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]
२. प्रतिक्रिया \(C \rightarrow CO_2\):
\[ ४C(ग्रेफाइट) + ४O_२(छ) \rightarrow ४CO_२(छ), \Delta H = ४ \गुणा -३९३.५ = -१५७४ \text{kJ} \]
३. प्रतिक्रिया \(H_2\rightarrow H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \rightarrow 6H_2O(l), \Delta H = 6 \times -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
सबैलाई संयोजन गर्दा, हामी पाउँछौं:
\[2C(ग्रेफाइट) + 3H_2(g) \rightarrow C_2H_6\]
\[ \डेल्टा एच = १५५९.८ – १५७४ – १७१४.८ = -१७२९ \text{kJ}\]
त्यसैले, ग्रेफाइटको २ मोल र \(H_2\) को ३ मोलको \(C_2H_6(g)\) मा प्रतिक्रियाको एन्थाल्पी परिवर्तन -१७२९ kJ छ।
यसरी, एन्थाल्पीको अवधारणा र विभिन्न प्रकारका प्रतिक्रियाहरूमा यसको प्रयोग बुझ्नाले रासायनिक र भौतिक परिवर्तनहरूमा ऊर्जा कसरी संलग्न हुन्छ भन्ने बारेमा अन्तर्दृष्टि प्रदान गर्दछ। माथिका समस्याहरू यी अवधारणाहरूको बुझाइलाई सुदृढ पार्न पाठ्यक्रममा बारम्बार प्रयोग गरिने केही उदाहरणहरू हुन्।
