තාප රසායන විද්යාව සාකච්ඡා ප්රශ්න සඳහා උදාහරණ
පෙන්ඩහුලුවන්
තාප රසායන විද්යාව යනු රසායනික ප්රතික්රියා සහ ශක්ති වෙනස්කම් අතර සම්බන්ධතාවය, විශේෂයෙන් තාපයේ ස්වරූපයෙන් අධ්යයනය කරන රසායන විද්යාවේ ශාඛාවකි. රසායනික ප්රතික්රියා අතරතුර ශක්තිය මාරු වන ආකාරය සහ පරිවර්තනය වන ආකාරය තේරුම් ගැනීමට එය අපට උපකාරී වන බැවින් එය භෞතික රසායන විද්යාවේ වැදගත් මාතෘකාවකි. මෙම ලිපියෙන්, මෙම සංකල්ප පැහැදිලි කිරීමට උපකාරී වන තාප රසායන විද්යා උදාහරණ ගැටළු කිහිපයක් අපි සාකච්ඡා කරමු.
උදාහරණ ප්රශ්නය 1: දහනයේ එන්තැල්පියේ වෙනස
ප්රශ්නය:
එතනෝල් (C2H5OH) හි දහන එන්තැල්පිය (ΔHc) -1367 kJ/mol වේ. එතනෝල් මවුල 2 ක් සම්පූර්ණයෙන්ම දහනය වූ විට මුදා හරින ශක්ති ප්රමාණය තීරණය කරන්න!
සාකච්ඡාව:
දහනයේ එන්තැල්පි වෙනස (ΔHc) යනු ද්රව්යයක මවුලයක් සම්පූර්ණයෙන්ම ඔක්සිජන් තුළ දහනය වූ විට මුදා හරින ශක්තියයි. එතනෝල් සඳහා, ΔHc = -1367 kJ/mol වේ.
එතනෝල් මවුල 2 ක් දහනය කළහොත් මුදා හරින ශක්ති ප්රමාණය වනුයේ:
\[ \text{ශක්ති මුදා හැරීම} = 2 \, \text{mol} \times (-1367 \, \text{kJ/mol}) \]
\[ \පෙළ{විසර්ජන ශක්තිය} = -2734 \, \පෙළ{kJ} \]
ඉතින්, එතනෝල් මවුල 2 ක් සම්පූර්ණයෙන්ම දහනය වූ විට, මුදා හරින ශක්තිය -2734 kJ වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 2: සංයුති එන්තැල්පි දත්ත වලින් ප්රතික්රියා එන්තැල්පිය ගණනය කිරීම
ප්රශ්නය:
ජල වාෂ්ප සෑදීමේ ප්රතික්රියා එන්තැල්පිය ගණනය කිරීම සඳහා පහත සම්මත සංස්කරණ දත්ත එන්තැල්පිය භාවිතා කරන්න:
– \(\ඩෙල්ටා H_{\පෙළ{f}}^{\circ}(\පෙළ{H}_2(g)) = 0 \, \පෙළ{kJ/mol}\)
– \(\ඩෙල්ටා H_{\පෙළ{f}}^{\circ}(\පෙළ{O}_2(g)) = 0 \, \පෙළ{kJ/mol}\)
– \(\ඩෙල්ටා H_{\පෙළ{f}}^{\circ}(\පෙළ{H}_2\පෙළ{O}(g)) = -241.8 \, \පෙළ{kJ/mol}\)
ප්රතිචාරය:
\[ \text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \දකුණු ඊතලය \text{H}_2\text{O}(g) \]
සාකච්ඡාව:
ප්රතික්රියා එන්තැල්පිය (\(\Delta H_{\text{rxn}}\)) ගණනය කළ හැක්කේ සම්මත සෑදීමේ එන්තැල්පිය (\(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}\)) සූත්රය භාවිතා කරමිනි:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{product} – \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{reactants} \]
මෙම ප්රතික්රියාව සඳහා:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) – \left[ \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) + \frac{1}{2} \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) \right] \]
සෑදීමේ අගයේ එන්තැල්පිය ඇතුළත් කරන්න:
\[ \ඩෙල්ටා H_{\පෙළ{rxn}} = -241.8 \, \පෙළ{kJ/mol} – \වම[ 0 + \frac{1}{2} \times 0 \දකුණ] \]
\[ \ඩෙල්ටා H_{\පෙළ{rxn}} = -241.8 \, \පෙළ{kJ/mol} \]
එබැවින්, ජල වාෂ්ප සෑදීම සඳහා ප්රතික්රියා එන්තැල්පිය -241.8 kJ/mol වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 3: හෙස්ගේ නීතිය
ප්රශ්නය:
පහත ප්රතික්රියාව සඳහා එන්තැල්පි වෙනස (\(\ඩෙල්ටා H\)) තීරණය කරන්න:
\[ \පෙළ{C(s)} + \frac{1}{2}\පෙළ{O}_2(g) \දකුණු ඊතලය \පෙළ{CO(g)} \]
පහත දත්ත භාවිතා කරන්න:
1. \(\පෙළ{C(s)} + \පෙළ{O}_2(g) \දකුණු ඊතලය \පෙළ{CO}_2(g) \, \ඩෙල්ටා H = -393.5 \, \පෙළ{kJ}\)
2. \(\පෙළ{CO(g)} + \frac{1}{2}\පෙළ{O}_2(g) \දකුණු ඊතලය \පෙළ{CO}_2(g) \, \ඩෙල්ටා H = -283.0 \, \පෙළ{kJ}\)
සාකච්ඡාව:
රසායනික ප්රතික්රියාවක් තවත් ප්රතික්රියා කිහිපයක එකතුවක් ලෙස ප්රකාශ කළ හැකි නම්, සමස්ත ප්රතික්රියාවේ එන්තැල්පි වෙනස එම ප්රතික්රියාවල එන්තැල්පි වෙනස්වීම්වල එකතුව බව පවසන හෙස්ගේ නියමය භාවිතා කරන්න.
පියවර 1: ඉලක්කගත ප්රතික්රියාවට ගැලපෙන පරිදි ප්රතිවර්තනය කළ යුතු හෝ වෙනස් කළ යුතු ප්රතික්රියාව ලියන්න:
– ප්රතික්රියාව (1): \(\පෙළ{C(s)} + \පෙළ{O}_2(g) \දකුණු ඊතලය \පෙළ{CO}_2(g) \, \ඩෙල්ටා H = -393.5 \, \පෙළ{kJ}\)
– ප්රතික්රියාව (2): \(\පෙළ{CO(g)} + \frac{1}{2}\පෙළ{O}_2(g) \දකුණු ඊතලය \පෙළ{CO}_2(g) \, \ඩෙල්ටා H = -283.0 \, \පෙළ{kJ}\)
පියවර 2: ප්රතික්රියාව (2) ප්රතිලෝම කර \(\ඩෙල්ටා H\) හි ලකුණ වෙනස් කරන්න:
\[ \text{CO}_2(g) \දකුණු ඊතලය \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
පියවර 3: ප්රතික්රියාව (1) සහ ප්රතිලෝම ප්රතික්රියාව (2) එකතු කරන්න:
\[ \පෙළ{C(s)} + \පෙළ{O}_2(g) \දකුණු ඊතලය \පෙළ{CO}_2(g) \, \ඩෙල්ටා H = -393.5 \, \පෙළ{kJ} \]
\[ \text{CO}_2(g) \දකුණු ඊතලය \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
පියවර 4: ප්රතික්රියා දෙක එකතු කරන්න:
\[ \පෙළ{C(s)} + \පෙළ{O}_2(g) + \පෙළ{CO}_2(g) \දකුණු ඊතලය \පෙළ{CO}_2(g) + \පෙළ{CO(g)} + \frac{1}{2}\පෙළ{O}_2(g) \]
සරල කිරීමේ ප්රතිඵලය:
\[ \පෙළ{C(s)} + \frac{1}{2} \පෙළ{O}_2(g) \දකුණු ඊතලය \පෙළ{CO(g)} \]
මුළු එන්තැල්පි වෙනස (\(\ඩෙල්ටා H\)):
\[ \ඩෙල්ටා H = -393.5 \, \පෙළ{kJ} + 283.0 \, \පෙළ{kJ} = -110.5 \, \පෙළ{kJ} \]
එබැවින්, ප්රතික්රියාව සඳහා එන්තැල්පි වෙනස -110.5 kJ වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 4: කැලරිමිතිය
ප්රශ්නය:
කැලරිමිතික අත්හදා බැලීමකදී, ජලය ග්රෑම් 50ක් (c = 4.18 J/g°C) 25°C සිට 75°C දක්වා රත් කරනු ලැබේ. අවශ්ය තාප ප්රමාණය (q) ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
ජලය රත් කිරීමට අවශ්ය තාප ප්රමාණය (q) සූත්රය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැක:
\[ q = m \cdot c \cdot \ඩෙල්ටා T \]
– m = ජල ස්කන්ධය = 50 g
– c = නිශ්චිත තාප ධාරිතාව = 4.18 J/g°C
– \(\ඩෙල්ටා T = \) උෂ්ණත්වයේ වෙනස \( = 75°C – 25°C = 50°C \)
\[ q = 50 \, \text{g} \times 4.18 \, \text{J/g°C} \times 50°C \]
\[ q = 10450 \, \පෙළ{J} \]
ඉතින්, 25°C සිට 75°C දක්වා ජලය ග්රෑම් 50ක් රත් කිරීමට අවශ්ය තාප ප්රමාණය 10450 J වේ.
වසා දැමීම
ඉහත උදාහරණ ගැටළු සාකච්ඡා කිරීමෙන් රසායනික ප්රතික්රියා සහ ශක්ති පරිවර්තන සම්බන්ධ විවිධ ගැටළු විසඳීම සඳහා තාප රසායනික සංකල්ප යෙදිය හැකි ආකාරය පිළිබඳ සවිස්තරාත්මක දළ විශ්ලේෂණයක් සපයයි. රසායනික ප්රතික්රියා වලදී සිදුවන ශක්ති පරිවර්තන තේරුම් ගැනීමට සහ හැසිරවීමට අපට ඉඩ සලසන බැවින්, කර්මාන්ත, බලශක්තිය සහ විද්යාත්මක පර්යේෂණ ඇතුළු විවිධ ක්ෂේත්රවල තාප රසායන විද්යාව ඉතා වැදගත් වේ. තාප රසායන විද්යාව පිළිබඳ හොඳ අවබෝධයක් ඇතිව, අපට වඩාත් කාර්යක්ෂම ක්රියාවලීන් සැලසුම් කළ හැකි අතර නව, වඩාත් පරිසර හිතකාමී තාක්ෂණයන් සංවර්ධනය කළ හැකිය.
