ఎంథాల్పీ మరియు ఎంథాల్పీ మార్పులను చర్చించే ఉదాహరణ ప్రశ్నలు.

ఎంథాల్పీ మరియు ఎంథాల్పీ మార్పులను చర్చించే ఉదాహరణ ప్రశ్నలు

ఎంథాల్పీ అనేది రసాయన ఉష్ణగతి శాస్త్రంలో ఒక కీలకమైన భావన, ఇది రసాయన చర్యల నుండి దశ మార్పుల వరకు వివిధ రసాయన శాస్త్ర అంశాలలో తరచుగా ఎదురవుతుంది. ఈ వ్యాసంలో, మనం అనేక ఉదాహరణ సమస్యలను సమీక్షించి, ఈ భావనను మరింత బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి ఎంథాల్పీ మరియు ఎంథాల్పీ మార్పుల గురించి చర్చిస్తాము.

ఎంథాల్పీని అర్థం చేసుకోవడం

ఎంథాల్పీ (H) అనేది ఒక ఉష్ణగతిక వ్యవస్థలోని మొత్తం శక్తి పరిమాణం. ఇందులో కణాలలో నిల్వ ఉన్న అంతర్గత శక్తి మాత్రమే కాకుండా, ఒక నిర్దిష్ట పీడన వాతావరణంలో కణాలకు స్థలాన్ని సృష్టించడానికి అవసరమైన శక్తి కూడా ఉంటుంది. అంతర్జాతీయ వ్యవస్థ (SI)లో ఎంథాల్పీని జౌల్స్ (J)లో కొలుస్తారు.

గణితశాస్త్రపరంగా, ఎంథాల్పీని ఈ విధంగా నిర్వచిస్తారు:
\[ H = U + PV \]
di mana:
– \( H \) అనునది ఎంథాల్పీ
– \( U \) అనునది అంతర్గత శక్తి
– \( P \) అనగా పీడనం
– \( V \) అనునది ఘనపరిమాణం

ఎంథాల్పీ మార్పు

రసాయన చర్య లేదా భౌతిక ప్రక్రియ జరిగినప్పుడు ఎంథాల్పీ మార్పు (\( \Delta H \)) సంభవిస్తుంది. ఈ ఎంథాల్పీ మార్పును స్థిర పీడనం వద్ద ఒక వ్యవస్థ ద్వారా విడుదలయ్యే లేదా గ్రహించబడే ఉష్ణం యొక్క పరిమాణంగా నిర్వచించవచ్చు. గణితశాస్త్రపరంగా:
\[ \Delta H = H_{\text{product}} – H_{\text{reactant}} \]

ఉష్ణమోచక చర్యలు అనేవి పరిసరాలలోకి ఉష్ణాన్ని విడుదల చేసే చర్యలు, మరియు ఈ చర్యలలో \( \Delta H \) విలువ రుణాత్మకంగా ఉంటుంది. అదేవిధంగా, ఉష్ణగ్రాహక చర్య అనేది పరిసరాల నుండి ఉష్ణాన్ని గ్రహించే చర్య, మరియు ఈ చర్యలో \( \Delta H \) విలువ ధనాత్మకంగా ఉంటుంది.

నమూనా ప్రశ్నలు మరియు చర్చ

ఉదాహరణ ప్రశ్న 1: దహన ఎంథాల్పీలో మార్పు

ప్రశ్న:
1 మోల్ మీథేన్ (\(CH_4\)) యొక్క సంపూర్ణ దహనం కార్బన్ డయాక్సైడ్ (\(CO_2\)) మరియు నీటిని (\(H_2O\)) ఉత్పత్తి చేస్తుందని మనకు తెలుసు. ఫార్మేషన్ ఎంథాల్పీ డేటా ఈ క్రింది విధంగా ఉంది:
– \( \Delta H_{{f, H_2O (l)}} = -285.8 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CO_2 (g)}} = -393.5 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CH_4 (g)}} = -74.8 \text{kJ/mol} \)

దహన చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పును (\( \Delta H \)) లెక్కించండి.

చర్చ:

మీథేన్ యొక్క దహన చర్య:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]

చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పును (\( \Delta H \)) ను ఫార్మేషన్ ఎంథాల్పీని ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు:
\[ \Delta H = \Sigma \Delta H_f \text{ఉత్పత్తులు} – \Sigma \Delta H_f \text{ప్రతిచర్యకాలు} \]

ఉత్పత్తి:
\[ \Delta H_f (CO_2 (g)) = -393.5 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (H_2O (l)) = -285.8 \text{kJ/mol} \]

ఉత్పత్తుల మొత్తం ఎంథాల్పీ:
\[ (-393.5 \text{kJ/mol}) + 2\times(-285.8 \text{kJ/mol}) = -393.5 – 571.6 = -965.1 \text{kJ/mol} \]

ప్రతిచర్యలు:
\[ \Delta H_f (CH_4 (g)) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (O_2 (g)) = 0 \text{kJ/mol} \]
(ప్రామాణిక స్థితిలో ఉన్న ఆక్సిజన్ యొక్క ఏర్పడే ఎంథాల్పీ సున్నా.)

ప్రతిచర్యల మొత్తం ఎంథాల్పీ:
\[ (-74.8 \text{kJ/mol}) + 2\times(0 \text{kJ/mol}) = -74.8 \text{kJ/mol} \]

కాబట్టి, ఎంథాల్పీలో మార్పు (\( \Delta H \)) ఈ విధంగా ఉంటుంది:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} – (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \డెల్టా హెచ్ = -965.1 + 74.8 \]
\[ \Delta H = -890.3 \text{kJ/mol} \]

కాబట్టి, 1 మోల్ మీథేన్ దహనం వలన కలిగే ఎంథాల్పీ మార్పు \(-890.3 \text{kJ/mol}\).

ఉదాహరణ ప్రశ్న 2: భౌతిక ప్రక్రియలలో ఎంథాల్పీ మార్పులు

ప్రశ్న:
0°C వద్ద ఉన్న 50 గ్రాముల మంచును (\(H_2O_{(s)}\)), 0°C వద్ద ఉన్న నీరుగా (\(H_2O_{(l)}\)) కరిగించినప్పుడు జరిగే ఎంథాల్పీ మార్పును లెక్కించండి. మంచు యొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణం (\( \Delta H_{\text{fus}} \)) 6.01 kJ/mol అని మరియు నీటి మోలార్ ద్రవ్యరాశి 18 g/mol అని మనకు తెలుసు.

చర్చ:

మొదటి దశ మంచు మోల్‌ల సంఖ్యను లెక్కించడం.
\[ మంచు మోల్స్ = \frac{50 గ్రా}}{18 గ్రా/మోల్}} \approx 2.78 మోల్స్ \]

తరువాత మనం మంచు కరగడానికి కావలసిన ఎంథాల్పీ మార్పును లెక్కిస్తాము:
\[ \Delta H = n \cdot \Delta H_{\text{fus}} \]
\[ \Delta H = 2.78 \text{mol} \cdot 6.01 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H \approx 16.7 \text{kJ} \]

కాబట్టి, 0°C వద్ద 50 గ్రాముల మంచును కరిగించినప్పుడు జరిగే ఎంథాల్పీ మార్పు సుమారుగా 16.7 kJ ఉంటుంది. మంచు నీరుగా మారడానికి ఉష్ణాన్ని గ్రహిస్తుంది కాబట్టి ఇది ఒక ఉష్ణగ్రాహక ప్రక్రియ.

ఉదాహరణ 3: హెస్ ప్రతిచర్య

ప్రశ్న:
కింది చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పును కనుగొనడానికి హెస్ నియమాన్ని ఉపయోగించండి:

\[ 2 C(graphite) + 3 H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g) \]

అనేక చర్యలు వాటి సంబంధిత ఎంథాల్పీ మార్పులతో పాటుగా మనకు తెలుసు:
1. \( C(graphite) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g), \Delta H = -393.5 \text{kJ} \)
2. \( H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l), \Delta H = -285.8 \text{kJ} \)
3. \( 2 C_2H_6(g) + 7 O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6 H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ} \)

చర్చ:

చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పును (\( \Delta H \)) లెక్కించడానికి, లక్ష్య చర్యకు సరిపోలడానికి మనం కొన్ని చర్యలను తిరగేసి గుణించాలి.

దశలు:
1. చర్యను మార్చండి \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
ప్రతిచర్యలను తిరగేయండి మరియు విభజించండి:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \rightarrow 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]

2. చర్య \(C \rightarrow CO_2\):
\[ 4C(graphite) + 4O_2(g) \rightarrow 4CO_2(g), \Delta H = 4 \times -393.5 = -1574 \text{kJ} \]

3. చర్య \(H_2\rightarrow H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \rightarrow 6H_2O(l), \Delta H = 6 \times -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]

వీటన్నిటినీ కలిపితే, మనకు లభించేది:
\[2C(గ్రాఫైట్) + 3H_2(g) \rightarrow C_2H_6\]
\[ \Delta H = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 \text{kJ}\]

కాబట్టి, 2 మోల్‌ల గ్రాఫైట్ మరియు 3 మోల్‌ల \(H_2\) చర్య జరిపి \(C_2H_6(g)\) ను ఏర్పరిచే చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పు -1729 kJ.

ఈ విధంగా, ఎంథాల్పీ భావనను మరియు దానిని వివిధ రకాల చర్యలకు వర్తింపజేయడాన్ని అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా, రసాయన మరియు భౌతిక మార్పులలో శక్తి ఎలా పాల్గొంటుందో అనే దానిపై అవగాహన లభిస్తుంది. ఈ భావనలపై అవగాహనను పటిష్టం చేయడానికి పాఠ్యాంశంలో తరచుగా ఉపయోగించే కొన్ని ఉదాహరణలు పైన పేర్కొన్న సమస్యలు.