එන්තැල්පි සහ එන්තැල්පි වෙනස්කම් සාකච්ඡා කරන උදාහරණ ප්රශ්න
රසායනික තාප ගති විද්යාවේ ප්රධාන සංකල්පයක් වන එන්තැල්පිය, රසායනික ප්රතික්රියා වල සිට අදියර වෙනස්වීම් දක්වා විවිධ රසායන විද්යා මාතෘකා වලදී නිතර දක්නට ලැබේ. මෙම ලිපියෙන්, සංකල්පය වඩා හොඳින් තේරුම් ගැනීමට උපකාර කිරීම සඳහා උදාහරණ ගැටළු කිහිපයක් සමාලෝචනය කර එන්තැල්පි සහ එන්තැල්පි වෙනස්කම් සාකච්ඡා කරමු.
එන්තැල්පිය අවබෝධ කර ගැනීම
එන්තැල්පිය (H) යනු තාප ගතික පද්ධතියක මුළු ශක්ති ප්රමාණයයි. එයට අංශු තුළ ගබඩා කර ඇති අභ්යන්තර ශක්තිය පමණක් නොව, දී ඇති පීඩන පරිසරයක අංශු සඳහා අවකාශය නිර්මාණය කිරීමට අවශ්ය ශක්තිය ද ඇතුළත් වේ. ජාත්යන්තර පද්ධතියේ (SI) එන්තැල්පිය මනිනු ලබන්නේ ජූල් (J) වලිනි.
ගණිතමය වශයෙන්, එන්තැල්පිය අර්ථ දැක්වෙන්නේ:
\[ එච් = යූ + පීවී \]
කොහෙද:
– \( H \) යනු එන්තැල්පියයි
– \( U \) යනු අභ්යන්තර ශක්තියයි
– \( P \) යනු පීඩනයයි
– \( V \) යනු පරිමාවයි
එන්තැල්පි විපර්යාසය
රසායනික ප්රතික්රියාවක් හෝ භෞතික ක්රියාවලියක් සිදුවන විට එන්තැල්පි වෙනස (\( \Delta H \)) සිදු වේ. මෙම එන්තැල්පි වෙනස නියත පීඩනයකදී පද්ධතියක් මගින් මුදා හරින හෝ අවශෝෂණය කරන තාප ප්රමාණය ලෙස අර්ථ දැක්විය හැක. ගණිතමය වශයෙන්:
\[ \ඩෙල්ටා H = H_{\පෙළ{නිෂ්පාදනය}} – H_{\පෙළ{ප්රතික්රියාකාරකය}} \]
තාපදායක ප්රතික්රියා යනු පරිසරයට තාපය මුදා හරින ප්රතික්රියා වන අතර, මෙම ප්රතික්රියා වලදී, \( \Delta H \) සෘණ වේ. මේ අතර, අන්තරාසර්ග ප්රතික්රියාවක් යනු පරිසරයෙන් තාපය අවශෝෂණය කරන ප්රතික්රියාවක් වන අතර, මෙම ප්රතික්රියාවේදී, \( \Delta H \) ධනාත්මක අගයක් ඇත.
නියැදි ප්රශ්න සහ සාකච්ඡා
උදාහරණ ප්රශ්නය 1: දහනයේ එන්තැල්පියේ වෙනස
ප්රශ්නය:
මීතේන් (\(CH_4\)) මවුලයක් සම්පූර්ණයෙන් දහනය කිරීමෙන් කාබන් ඩයොක්සයිඩ් (\(CO_2\)) සහ ජලය (\(H_2O\)) නිපදවන බව දන්නා කරුණකි. සෑදීමේ දත්තවල එන්තැල්පිය පහත පරිදි වේ:
– \( \ඩෙල්ටා H_{{f, H_2O (l)}} = -285.8 \පෙළ{kJ/mol} \)
– \( \ඩෙල්ටා H_{{f, CO_2 (g)}} = -393.5 \පෙළ{kJ/mol} \)
– \( \ඩෙල්ටා H_{{f, CH_4 (g)}} = -74.8 \පෙළ{kJ/mol} \)
දහන ප්රතික්රියාවේ එන්තැල්පි වෙනස (\( \Delta H \)) ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
මීතේන් දහන ප්රතික්රියාව පහත පරිදි වේ:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
ප්රතික්රියාවේ එන්තැල්පි වෙනස (\( \Delta H \)) සෑදීමේ එන්තැල්පිය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැක:
\[ \ඩෙල්ටා H = \සිග්මා \ඩෙල්ටා H_f \පෙළ{නිෂ්පාදන} – \සිග්මා \ඩෙල්ටා H_f \පෙළ{ප්රතික්රියාකාරක} \]
නිෂ්පාදන:
\[ \ඩෙල්ටා H_f (CO_2 (g)) = -393.5 \පෙළ{kJ/mol} \]
\[ \ඩෙල්ටා H_f (H_2O (l)) = -285.8 \පෙළ{kJ/mol} \]
නිෂ්පාදනවල මුළු එන්තැල්පිය:
\[ (-393.5 \පෙළ{kJ/mol}) + 2\times(-285.8 \පෙළ{kJ/mol}) = -393.5 – 571.6 = -965.1 \පෙළ{kJ/mol} \]
ප්රතික්රියාකාරක:
\[ \ඩෙල්ටා H_f (CH_4 (g)) = -74.8 \පෙළ{kJ/mol} \]
\[ \ඩෙල්ටා H_f (O_2 (g)) = 0 \text{kJ/mol} \]
(සම්මත අවස්ථාවේ ඔක්සිජන් වල එන්තැල්පිය ශුන්ය වේ.)
ප්රතික්රියාකාරකවල මුළු එන්තැල්පිය:
\[ (-74.8 \පෙළ{kJ/mol}) + 2\times(0 \පෙළ{kJ/mol}) = -74.8 \පෙළ{kJ/mol} \]
ඉතින්, එන්තැල්පියේ (\( \Delta H \)) වෙනස වන්නේ:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} – (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
\[ \ඩෙල්ටා H = -890.3 \පෙළ{kJ/mol} \]
ඉතින්, මීතේන් මවුල 1 ක දහනය සඳහා එන්තැල්පි වෙනස \(-890.3 \text{kJ/mol}\) වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 2: භෞතික ක්රියාවලීන්හි එන්තැල්පි වෙනස්කම්
ප්රශ්නය:
0°C දී අයිස් ග්රෑම් 50ක් (\(H_2O_{(s)}\)) 0°C දී ජලයට (\(H_2O_{(l)}\)) දිය කළ විට එන්තැල්පි වෙනස ගණනය කරන්න. අයිස් (\( \Delta H_{\text{fus}} \)) දියවීමේ තාපය 6.01 kJ/mol වන අතර ජලයේ මවුලික ස්කන්ධය 18 g/mol වන බව දන්නා කරුණකි.
සාකච්ඡාව:
පළමු පියවර වන්නේ අයිස් මවුල ගණන ගණනය කිරීමයි.
\[ \පෙළ{අයිස් මවුල} = \frac{50 \පෙළ{g}}{18 \පෙළ{g/mol}} \ආසන්න වශයෙන් 2.78 \පෙළ{mol} \]
ඊළඟට අපි අයිස් දියවීම සඳහා එන්තැල්පි වෙනස ගණනය කරමු:
\[ \ඩෙල්ටා H = n \cdot \ඩෙල්ටා H_{\පෙළ{fus}} \]
\[ \ඩෙල්ටා H = 2.78 \පෙළ{mol} \cdot 6.01 \පෙළ{kJ/mol} \]
\[ \ඩෙල්ටා H \ආසන්න වශයෙන් 16.7 \පෙළ{kJ} \]
ඉතින්, 0°C දී අයිස් ග්රෑම් 50 ක් දියවන විට එන්තැල්පි වෙනස 16.7 kJ පමණ වේ. අයිස් ජලය බවට හැරවීම සඳහා තාපය අවශෝෂණය කරන බැවින් මෙය තාප අවශෝෂක ක්රියාවලියකි.
උදාහරණය 3: හෙස් ප්රතික්රියාව
ප්රශ්නය:
පහත ප්රතික්රියාව සඳහා එන්තැල්පි වෙනස තීරණය කිරීමට හෙස් නියමය භාවිතා කරන්න:
\[ 2 C(මිනිරන්) + 3 H_2(g) \දකුණු ඊතලය C_2H_6(g) \]
අදාළ එන්තැල්පි වෙනස්කම් සමඟ ප්රතික්රියා කිහිපයක් දන්නා කරුණකි:
1. \( C(මිනිරන්) + O_2(g) \දකුණු ඊතලය CO_2(g), \ඩෙල්ටා H = -393.5 \පෙළ{kJ} \)
2. \( H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \දකුණු ඊතලය H_2O(l), \ඩෙල්ටා H = -285.8 \පෙළ{kJ} \)
3. \( 2 C_2H_6(g) + 7 O_2(g) \දකුණු ඊතලය 4 CO_2(g) + 6 H_2O(l), \ඩෙල්ටා H = -3119.6 \පෙළ{kJ} \)
සාකච්ඡාව:
ප්රතික්රියාවේ එන්තැල්පි වෙනස (\( \Delta H \)) ගණනය කිරීම සඳහා, ඉලක්කගත ප්රතික්රියාවට ගැලපෙන පරිදි ප්රතික්රියා කිහිපයක් ප්රතිලෝම කර ගුණ කළ යුතුය.
Langkah-langkah:
1. ප්රතික්රියාව වෙනස් කරන්න \(C_2H_6 \දකුණු ඊතලය 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
ප්රතික්රියා ප්රතිලෝම කර බෙදන්න:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \rightarrow 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]
2. ප්රතික්රියාව \(C \දකුණු ඊතලය CO_2\):
\[ 4C(මිනිරන්) + 4O_2(g) \දකුණු ඊතලය 4CO_2(g), \ඩෙල්ටා H = 4 \times -393.5 = -1574 \text{kJ} \]
3. ප්රතික්රියාව \(H_2\දකුණු ඊතලය H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \rightarrow 6H_2O(l), \Delta H = 6 \times -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
මේ සියල්ල ඒකාබද්ධ කිරීමෙන් අපට ලැබෙන්නේ:
\[2C(මිනිරන්) + 3H_2(g) \rightarrow C_2H_6\]
\[ \ඩෙල්ටා H = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 \පෙළ{kJ}\]
ඉතින්, ග්රැෆයිට් මවුල 2ක් සහ \(H_2\) මවුල 3ක් \(C_2H_6(g)\) බවට ප්රතික්රියාවේ එන්තැල්පි වෙනස -1729 kJ වේ.
මේ අනුව, එන්තැල්පි සංකල්පය සහ විවිධ ආකාරයේ ප්රතික්රියා සඳහා එහි යෙදුම අවබෝධ කර ගැනීමෙන් රසායනික හා භෞතික වෙනස්කම් සඳහා ශක්තිය සම්බන්ධ වන ආකාරය පිළිබඳ අවබෝධයක් ලබා ගත හැකිය. ඉහත ගැටළු මෙම සංකල්ප පිළිබඳ අවබෝධය ශක්තිමත් කිරීම සඳහා විෂය මාලාවේ නිතර භාවිතා වන උදාහරණ කිහිපයකි.
