مثال طور هيس جي قانون تي بحث ڪندڙ سوال

هيس جي قانون تي بحث ڪندڙ مثال سوال

پنڊال

هيس جو قانون، جيڪو روسي ڪيمسٽ جرمين هينري هيس جي نالي تي رکيو ويو آهي، ڪيميائي ٿرموڊائنامڪس جي بنيادي اصولن مان هڪ آهي جيڪو ڪيميائي رد عمل جي توانائي سان لاڳاپيل آهي. هي قانون ٻڌائي ٿو ته ڪيميائي رد عمل ۾ پيدا ٿيندڙ يا جذب ٿيل گرمي (توانائي) جي ڪل مقدار ورتو ويو رستي تي منحصر ناهي پر صرف سسٽم جي شروعاتي ۽ آخري حالتن تي منحصر آهي. هي بنيادي اصول رد عمل جي اينٿالپي تبديلي (ΔH) جي حساب ۾ تمام ڪارآمد آهي جن کي سڌو سنئون ماپڻ ڏکيو آهي.

هيس جو قانون انتهائي اهم آهي ڇاڪاڻ ته اهو اسان کي ٺهڻ جي معياري اينٿالپي يا ڪنهن ٻئي سڃاتل رد عمل جي اينٿالپي تبديلي کي استعمال ڪرڻ جي اجازت ڏئي ٿو ته جيئن هڪ ٽارگيٽ رد عمل جي اينٿالپي تبديلي کي ڳولي سگهجي جيڪا آساني سان ماپي نه سگهجي. هن مضمون ۾، اسان ڪيترن ئي مثالن جي مسئلن تي نظر وجهنداسين ۽ هيس جي قانون جي لاڳو ٿيڻ تي بحث ڪنداسين.

بنيادي نظريو

هيس جي قانون کي رياضي جي صورت ۾ هن ريت ترتيب ڏئي سگهجي ٿو:

جيڪڏهن ڪيميائي رد عمل کي ڪيترن ئي مرحلن ۾ ظاهر ڪري سگهجي ٿو، ته پوءِ ڪل اينٿالپي تبديلي (ΔH_total) هر مرحلي جي اينٿالپي تبديلين (ΔH) جو مجموعو آهي. رياضي طور تي، ان کي هن طرح ترتيب ڏنو ويو آهي:

ΔH_ڪل = Σ ΔH_اسٽيج

ان جو مطلب آهي ته توهان هن طرح رد عمل جي اينٿالپي ڳولي سگهو ٿا:

“
رد عمل الف → پيداوار
|
ΔH1
رد عمل ب → پيداوار
|
ΔH2

پوءِ، ΔH_total (A → پراڊڪٽ) = ΔH1 + ΔH2
“

مثال جي سوالن ۾ وڃڻ کان اڳ، ڪيترائي اصطلاح آهن جيڪي سمجهڻ جي ضرورت آهي:

1. اينٿالپي (H): مسلسل دٻاءُ هيٺ ڪنهن نظام جي ڪل توانائي جو اندازو.
2. ΔH (اينٿالپي تبديلي): ري ايڪٽنٽ ۽ شين جي وچ ۾ اينٿالپي ۾ تبديلي.
3. ٺهڻ جي معياري اينٿالپي (ΔHf°): اينٿالپي ۾ تبديلي جڏهن هڪ مرڪب جو هڪ مول ان جي عنصرن مان معياري حالتن ۾ ٺهي ٿو.

نموني سوال ۽ بحث

مثال سوال 1: فارميشن جي اينٿالپي جو استعمال

سوال:
ٺهڻ واري ڊيٽا جي هيٺ ڏنل معياري اينٿالپي تبديلي جي بنياد تي ميٿين (CH₄) جي ٻرڻ لاءِ رد عمل اينٿالپي جو حساب لڳايو:
– 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 (ڇاڪاڻ ته آڪسيجن گيس پنهنجي معياري حالت ۾ 0 جي ٺهڻ جي اينٿالپي رکي ٿي)

ميٿين جي ٻرڻ جو رد عمل:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

بحث:

1. ٺهڻ جو عام رد عمل ۽ اينٿالپي لکو:

\[
ΔH_{رد عمل} = ∑ΔH_{پيداوار} - ∑ΔH_{رد عمل ڪندڙ}
\]

2. مساوات ۾ ٺهڻ جي قدرن جي معياري اينٿالپي کي تبديل ڪريو:

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

3. ڄاڻايل قدرن کي تبديل ڪريو:

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

4. تفصيلي حساب:

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

تنهن ڪري، ميٿين جي ٻرڻ واري رد عمل لاءِ اينٿالپي تبديلي -890.3 kJ/mol آهي. هڪ منفي قدر ظاهر ڪري ٿو ته رد عمل ايڪسوٿرمڪ آهي (توانائي جاري ڪرڻ).

مثال مسئلو 2: نڪتل رد عمل استعمال ڪرڻ

سوال:
هيٺ ڏنل رد عمل لاءِ رد عمل اينٿالپي جو حساب لڳايو:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

هيٺ ڏنل ٽي رد عمل ۽ اينٿالپي تبديليون ڏنيون ويون آهن:
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

بحث:

1. رد عمل کي لڪير واري شڪل ۾ بيان ڪريو جيڪو ٻيهر ترتيب ڏئي سگهجي ٿو:

نشانو ردعمل:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

اسان کي ڏنل رد عمل کي ٽارگيٽ رد عمل کي پورو ڪرڻ لاءِ ترتيب ڏيڻ جي ضرورت آهي.

2. NH₃ سان لاڳاپيل رد عملن جو تجزيو:

رد عمل 2 ۾ NH₃ آهي، پر رد عمل NH₃ کي NO ۽ H₂O ۾ ٽوڙڻ آهي. تنهن ڪري، هن رد عمل کي الٽ ڪريو:

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

3. اڳيون، اسان کي O₂(g) کان نجات حاصل ڪرڻ جي ضرورت آهي:

ان لاءِ، اسين رد عمل (1) استعمال ڪندا آهيون:

N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g)، ΔH = 180 ڪلو جول

ان جي بدران، اسان کي پيدا ڪرڻ لاءِ 2NO جي ضرورت آهي. هي رد عمل ساڳيو رهي ٿو.

4. H₂O(g) لاءِ اينٿالپي جو حساب ڪريو:

مساوات ۾ ٽي ڀيرا ريورس رد عمل (3) شامل ڪريو:

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

ٿيو:
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g)، ΔH = +726 ڪلو جول

5. مساواتن کي گڏ ڪريو ۽ متوازن ڪريو:

\[
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g)، ΔH = 180 ڪلو جول

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

+
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g)، ΔH = +726 ڪلو جول
\]

جڏهن انهن رد عملن کي گڏ ڪيو وڃي ٿو، ته اسان ٻنهي پاسن تي ظاهر ٿيندڙ جزن کي نظرانداز ڪري سگهون ٿا ۽ ڪل اينٿالپي جو حساب لڳائي سگهون ٿا.

6. ڪُل اينٿالپي جو حساب ڪريو:

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

ڪُل اينٿالپي:
\[
ΔH_{ڪل} = 180 + 904 + 726 = 1810 ڪلو جيل/مول
\]

تنهن ڪري، رد عمل N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) لاءِ ΔH +1810kJ آهي. جيئن ته اسان اينٿالپي کي جاري ڪرڻ چاهيون ٿا (ايڪسوٿرمڪ) اسان پيداوار جي قيمت کي منفي بڻايون ٿا:

\[
ΔH_{ڪل} = -46 ڪلو جيل/مول
\]

پينوٽ اپ

هي مضمون مثال جي مسئلن تي بحث ڪري ٿو جيڪي هيس جي قانون کي رد عمل جي اينٿالپي تبديلي جي حساب سان لاڳو ڪن ٿا. نظرياتي بنياد کي سمجهڻ ۽ مثال جي مسئلن ۾ قدمن کي لاڳو ڪرڻ سان، اميد آهي ته پڙهندڙ هن تصور کي وڌيڪ آساني سان سمجهي سگهندا ۽ ان کي ٿرمو ڪيميڪل حسابن سان لاڳاپيل مختلف حالتن ۾ لاڳو ڪرڻ جي قابل هوندا. هيس جو قانون نه رڳو تعليمي ڪيمسٽري ۾ اهم آهي پر صنعتي ڪيمسٽري جي تحقيق ۽ سائنس ۽ ٽيڪنالاجي ۾ مختلف ٻين ايپليڪيشنن ۾ پڻ مفيد آهي.