हेसको नियमको बारेमा छलफल गर्ने उदाहरण प्रश्नहरू

हेसको कानूनको बारेमा छलफल गर्ने उदाहरण प्रश्नहरू

पेन्डाहुलुआन

रूसी रसायनशास्त्री जर्मेन हेनरी हेसको नामबाट नामकरण गरिएको हेसको नियम, रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको ऊर्जासँग सम्बन्धित रासायनिक थर्मोडायनामिक्सको आधारभूत सिद्धान्तहरू मध्ये एक हो। यो नियमले बताउँछ कि रासायनिक प्रतिक्रियामा उत्पादन वा अवशोषित हुने कुल ताप (ऊर्जा) को मात्रा लिइएको मार्गमा निर्भर गर्दैन तर प्रणालीको प्रारम्भिक र अन्तिम अवस्थाहरूमा मात्र निर्भर गर्दछ। यो आधारभूत सिद्धान्त प्रत्यक्ष रूपमा मापन गर्न गाह्रो प्रतिक्रियाहरूको एन्थाल्पी परिवर्तन (ΔH) गणना गर्न धेरै उपयोगी छ।

हेसको नियम महत्त्वपूर्ण छ किनभने यसले हामीलाई सजिलै मापन गर्न नसकिने लक्षित प्रतिक्रियाको एन्थाल्पी परिवर्तन पत्ता लगाउन गठनको मानक एन्थाल्पी वा अर्को ज्ञात प्रतिक्रियाको एन्थाल्पी परिवर्तन प्रयोग गर्न अनुमति दिन्छ। यस लेखमा, हामी धेरै उदाहरण समस्याहरू हेर्नेछौं र हेसको नियमको प्रयोगको बारेमा छलफल गर्नेछौं।

आधारभूत सिद्धान्त

हेसको नियमलाई गणितीय रूपमा निम्नानुसार तयार गर्न सकिन्छ:

यदि रासायनिक प्रतिक्रियालाई धेरै चरणहरूमा व्यक्त गर्न सकिन्छ भने, कुल एन्थाल्पी परिवर्तन (ΔH_total) प्रत्येक चरणको एन्थाल्पी परिवर्तनहरू (ΔH) को योगफल हो। गणितीय रूपमा, यसलाई यसरी सूत्रबद्ध गरिएको छ:

ΔH_कुल = Σ ΔH_चरण

यसको मतलब तपाईंले यस प्रकारको प्रतिक्रियाको एन्थाल्पी फेला पार्न सक्नुहुन्छ:

"'
प्रतिक्रिया A → उत्पादन
|
ΔH1
प्रतिक्रिया B → उत्पादन
|
ΔH2

त्यसपछि, ΔH_total (A → उत्पादन) = ΔH1 + ΔH2
"'

उदाहरणका प्रश्नहरूमा जानु अघि, बुझ्न आवश्यक पर्ने धेरै शब्दहरू छन्:

१. एन्थाल्पी (H): स्थिर दबाबमा प्रणालीको कुल ऊर्जाको मापन।
२. ΔH (एन्थाल्पी परिवर्तन): अभिकर्ता र उत्पादनहरू बीच एन्थाल्पीमा परिवर्तन।
३. मानक एन्थाल्पी अफ गठन (ΔHf°): मानक अवस्थाहरूमा तत्वहरूबाट यौगिकको एक मोल बनाउँदा एन्थाल्पीमा हुने परिवर्तन।

नमुना प्रश्न र छलफल

उदाहरण प्रश्न १: एन्थाल्पी अफ फर्मेसनको उपयोग

प्रश्न:
निम्न मानक एन्थाल्पी परिवर्तनको गठन डेटाको आधारमा मिथेन (CH₄) को दहनको लागि प्रतिक्रिया एन्थाल्पी गणना गर्नुहोस्:
– ΔHf° (CO₂(g)) = -३९३.५ kJ/mol
– ΔHf° (H₂O(l)) = -२८५.८ kJ/mol
– ΔHf° (CH₄(g)) = -७४.८ kJ/mol
– ΔHf° (O₂(g)) = ० kJ/mol (किनभने अक्सिजन ग्यासको मानक अवस्थामा ० को निर्माणको एन्थाल्पी हुन्छ)

मिथेन दहन प्रतिक्रिया:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

छलफल:

१. गठनको सामान्य प्रतिक्रिया र एन्थाल्पी लेख्नुहोस्:

\[
ΔH_{प्रतिक्रिया} = ∑ΔH_{उत्पादन} – ∑ΔH_{प्रतिक्रियाशील}
\]

२. समीकरणमा गठन मानहरूको मानक एन्थाल्पी प्रतिस्थापन गर्नुहोस्:

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

३. ज्ञात मानहरू प्रतिस्थापन गर्नुहोस्:

\[
ΔH_{प्रतिक्रिया} = [(-३९३.५) + २ (-२८५.८)] – [(-७४.८) + २ (०)]
\]

४. विस्तृत गणना:

\[
ΔH_{प्रतिक्रिया} = [-३९३.५ + (-५७१.६)] – [-७४.८ + ०]
\]
\[
ΔH_{प्रतिक्रिया} = -९६५.१ + ७४.८
\]
\[
ΔH_{प्रतिक्रिया} = -८९०.३ kJ/mol
\]

त्यसैले, मिथेनको दहन प्रतिक्रियाको लागि एन्थाल्पी परिवर्तन -८९०.३ kJ/mol हो। ऋणात्मक मानले प्रतिक्रिया एक्जोथर्मिक (ऊर्जा जारी गर्ने) हो भनेर संकेत गर्छ।

उदाहरण समस्या २: व्युत्पन्न प्रतिक्रियाहरू प्रयोग गर्दै

प्रश्न:
निम्न प्रतिक्रियाको लागि प्रतिक्रिया एन्थाल्पी गणना गर्नुहोस्:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

निम्नानुसार तीन प्रतिक्रियाहरू र एन्थाल्पी परिवर्तनहरू दिइएको छ:
१. N₂(g) + O₂(g) → २NO(g), ΔH = १८० kJ
२. २NH₃(g) + O₂(g) → २NO(g) + ३H₂O(g), ΔH = -९०४ kJ
३. H₂(g) + १/२ O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -२४२ kJ

छलफल:

१. पुन: व्यवस्थित गर्न सकिने रेखीय रूपमा प्रतिक्रिया वर्णन गर्नुहोस्:

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

लक्षित प्रतिक्रिया पूरा गर्न हामीले दिइएको प्रतिक्रियालाई हेरफेर गर्न आवश्यक छ।

२. NH₃ समावेश गर्ने प्रतिक्रियाहरूको विश्लेषण:

प्रतिक्रिया २ मा NH₃ छ, तर प्रतिक्रिया भनेको NH₃ लाई NO र H₂O मा विभाजन गर्नु हो। त्यसैले, यो प्रतिक्रियालाई उल्टाउनुहोस्:

२NO(g) + ३H₂O(g) → २NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +९०४ kJ

३. अर्को, हामीले O₂(g) हटाउनु पर्छ:

यसको लागि, हामी प्रतिक्रिया (1) प्रयोग गर्छौं:

N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ

बरु, हामीलाई उत्पन्न गर्न 2NO चाहिन्छ। यो प्रतिक्रिया उस्तै रहन्छ।

४. H₂O(g) को लागि एन्थाल्पी गणना गर्नुहोस्:

समीकरणमा उल्टो प्रतिक्रिया (3) तीन पटक थप्नुहोस्:

३[H₂O(g) → H₂(g) + १/२O₂(g), ΔH = +२४२ kJ]

बन्नुहोस्:
३H₂O(g) → ३H₂(g) + ३/२ O₂(g), ΔH = +७२६ kJ

५. समीकरणहरू मिलाउनुहोस् र सन्तुलन गर्नुहोस्:

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

+
२NO(g) + ३ H₂O(g) → २NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +९०४ kJ

+
३H₂O(g) → ३H₂(g) + ३/२ O₂(g), ΔH = +७२६ kJ
\]

यी प्रतिक्रियाहरूलाई संक्षेप गर्दा, हामी दुवै पक्षमा देखा पर्ने घटकहरूलाई बेवास्ता गर्न सक्छौं र कुल एन्थाल्पी गणना गर्न सक्छौं।

६. कुल एन्थाल्पी गणना गर्नुहोस्:

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

कुल एन्थाल्पी:
\[
ΔH_{कुल} = १८० + ९०४ + ७२६ = १८१० kJ/mol
\]

त्यसैले, प्रतिक्रिया N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) को लागि ΔH +1810kJ हुन्छ। हामी एन्थाल्पी रिलिज (एक्जोथर्मिक) प्राप्त गर्न चाहन्छौं, त्यसैले हामी गुणनको मान ऋणात्मक बनाउँछौं:

\[
ΔH_{कुल} = -४६ kJ/मोल
\]

बन्द

यस लेखले प्रतिक्रियाको एन्थाल्पी परिवर्तन गणना गर्न हेसको नियम लागू गर्ने उदाहरण समस्याहरूको बारेमा छलफल गर्दछ। सैद्धान्तिक आधार बुझेर र उदाहरण समस्याहरूमा चरणहरू लागू गरेर, आशा छ कि पाठकहरूले यो अवधारणालाई अझ सजिलै बुझ्नेछन् र थर्मोकेमिकल गणनाहरू समावेश गर्ने विभिन्न परिस्थितिहरूमा यसलाई लागू गर्न सक्षम हुनेछन्। हेसको नियम शैक्षिक रसायन विज्ञानमा मात्र महत्त्वपूर्ण छैन तर औद्योगिक रसायन विज्ञान अनुसन्धान र विज्ञान र प्रविधिमा विभिन्न अन्य अनुप्रयोगहरूमा पनि उपयोगी छ।