హెస్ నియమం చర్చా ప్రశ్నల ఉదాహరణ
పెండహులువాన్
రష్యన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త జెర్మైన్ హెన్రీ హెస్ పేరు మీద పెట్టబడిన హెస్ నియమం, రసాయన చర్యల శక్తికి సంబంధించిన రసాయన ఉష్ణగతిక శాస్త్రంలోని ప్రాథమిక సూత్రాలలో ఒకటి. ఈ నియమం ప్రకారం, ఒక రసాయన చర్యలో ఉత్పత్తి అయ్యే లేదా శోషించబడే మొత్తం ఉష్ణం (శక్తి) అది తీసుకున్న మార్గంపై ఆధారపడదు, కానీ వ్యవస్థ యొక్క ప్రారంభ మరియు తుది పరిస్థితులపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. నేరుగా కొలవడం కష్టంగా ఉండే చర్యల ఎంథాల్పీ మార్పును (ΔH) లెక్కించడంలో ఈ ప్రాథమిక సూత్రం చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.
సులభంగా కొలవలేని ఒక లక్ష్య చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పును కనుగొనడానికి, ప్రామాణిక సంరచన ఎంథాల్పీని లేదా మరొక తెలిసిన చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పును ఉపయోగించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది కాబట్టి హెస్ నియమం చాలా కీలకమైనది. ఈ వ్యాసంలో, మనం అనేక ఉదాహరణ సమస్యలను పరిశీలించి, హెస్ నియమం యొక్క అనువర్తనాన్ని చర్చిస్తాము.
ప్రాథమిక సిద్ధాంతం
హెస్ నియమాన్ని గణిత రూపంలో ఈ క్రింది విధంగా రూపొందించవచ్చు:
ఒక రసాయన చర్యను అనేక దశలలో వ్యక్తపరచగలిగితే, అప్పుడు మొత్తం ఎంథాల్పీ మార్పు (ΔH_total) అనేది ప్రతి దశ యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పుల (ΔH) మొత్తానికి సమానం. గణితశాస్త్రపరంగా, దీనిని ఈ విధంగా సూత్రీకరిస్తారు:
ΔH_total = Σ ΔH_stage
దీని అర్థం మీరు ఒక చర్య యొక్క ఎంథాల్పీని ఈ విధంగా కనుగొనవచ్చు:
""
చర్య A → ఉత్పత్తి
|
ΔH1
చర్య B → ఉత్పత్తి
|
ΔH2
అప్పుడు, ΔH_total (A → Product) = ΔH1 + ΔH2
""
ఉదాహరణ ప్రశ్నలలోకి వెళ్లే ముందు, కొన్ని పదాలను అర్థం చేసుకోవలసి ఉంది:
1. ఎంథాల్పీ (H): స్థిర పీడనం వద్ద ఒక వ్యవస్థ యొక్క మొత్తం శక్తికి కొలమానం.
2. ΔH (ఎంతల్పీ మార్పు): క్రియాజనకాలు మరియు క్రియాఫలాల మధ్య ఎంతల్పీలో మార్పు.
3. ప్రామాణిక సంరచన ఎంథాల్పీ (ΔHf°): ఒక సమ్మేళనం యొక్క ఒక మోల్ దాని మూలకాల నుండి ప్రామాణిక స్థితులలో ఏర్పడినప్పుడు ఎంథాల్పీలో మార్పు.
నమూనా ప్రశ్నలు మరియు చర్చ
ఉదాహరణ ప్రశ్న 1: నిర్మాణ ఎంథాల్పీ వినియోగం
ప్రశ్న:
కింది ప్రామాణిక నిర్మాణ ఎంథాల్పీ మార్పు డేటా ఆధారంగా మీథేన్ (CH₄) దహనం యొక్క చర్య ఎంథాల్పీని లెక్కించండి:
– 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 (ఎందుకంటే ఆక్సిజన్ వాయువు దాని ప్రామాణిక స్థితిలో ఏర్పడే ఎంథాల్పీ 0)
మీథేన్ దహన చర్య:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)
చర్చ:
1. సాధారణ చర్య మరియు ఏర్పడే ఎంథాల్పీని రాయండి:
\[
ΔH_{చర్య} = ∑ΔH_{ఉత్పత్తి} – ∑ΔH_{ప్రతిచర్యకారి}
\]
2. ప్రామాణిక నిర్మాణ ఎంథాల్పీ విలువలను సమీకరణంలో ప్రతిక్షేపించండి:
\[
ΔH_{చర్య} = [ΔHf° (CO₂) + 2 ΔHf° (H₂O)] – [ΔHf°(CH₄) + 2 ΔHf°(O₂)]
\]
3. తెలిసిన విలువలను ప్రతిక్షేపించండి:
\[
ΔH_{reaction} = [(-393.5) + 2 (-285.8)] – [(-74.8) + 2 (0)]
\]
4. వివరణాత్మక గణనలు:
\[
ΔH_{reaction} = [-393.5 + (-571.6)] – [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{reaction} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ΔH_{reaction} = -890.3 kJ/mol
\]
కాబట్టి, మీథేన్ దహన చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పు -890.3 kJ/mol. రుణాత్మక విలువ ఆ చర్య ఉష్ణమోచకమని (శక్తిని విడుదల చేస్తుందని) సూచిస్తుంది.
ఉదాహరణ సమస్య 2: ఉత్పన్న ప్రతిచర్యలను ఉపయోగించడం
ప్రశ్న:
కింది చర్యకు చర్యాంతల్పను గణించండి:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
మూడు చర్యలు మరియు ఎంథాల్పీ మార్పులు ఈ క్రింది విధంగా ఇవ్వబడ్డాయి:
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
చర్చ:
1. చర్యను పునః అమర్చగల సరళ రూపంలో వివరించండి:
లక్ష్య ప్రతిచర్య:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
లక్షిత చర్యను సాధించడానికి, ఇచ్చిన చర్యను మనం మార్పు చేయాలి.
2. NH₃తో కూడిన చర్యల విశ్లేషణ:
చర్య 2లో NH₃ ఉంటుంది, కానీ ఆ చర్య NH₃ను NO మరియు H₂Oగా విడగొట్టాలి. కాబట్టి, ఈ చర్యను వ్యతిరేక దిశలో జరపండి:
2NO(g) + 3H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
3. తరువాత, మనం O₂(g) ను తొలగించాలి:
దీని కోసం, మనం ప్రతిచర్య (1)ని ఉపయోగిస్తాము:
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
దానికి బదులుగా, 2NO ఉత్పత్తి కావాలి. ఈ చర్య అలాగే ఉంటుంది.
4. H₂O(g) యొక్క ఎంథాల్పీని లెక్కించండి:
విలోమ చర్య (3) ని సమీకరణంలో మూడుసార్లు జోడించండి:
3[H₂O(g) → H₂(g) + 1/2O₂(g), ΔH = +242 kJ]
అవ్వండి:
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
5. సమీకరణాలను కలిపి తుల్యం చేయండి:
\[
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
+
2NO(g) + 3 H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
+
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
\]
ఈ చర్యలను కలిపేటప్పుడు, ఇరువైపులా కనిపించే భాగాలను విస్మరించి, మొత్తం ఎంథాల్పీని లెక్కించవచ్చు.
6. మొత్తం ఎంథాల్పీని లెక్కించండి:
\[
N₂(g) + 3 H₂O(g) – 3H₂(g) – 3/2 O₂(g) → 2NH₃(g) + O₂(g) – O₂(g) \rightarrow N₂(g) + 3H₂(g)→
\]
మొత్తం ఎంథాల్పీ:
\[
ΔH_{మొత్తం} = 180 + 904 + 726 = 1810 kJ/mol
\]
కాబట్టి, N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) అనే చర్యకు ΔH అనేది +1810kJ. మనం విడుదలైన ఎంథాల్పీని (ఉష్ణమోచక చర్య) పొందాలనుకుంటున్నాము కాబట్టి, ఉత్పన్నం యొక్క విలువను రుణాత్మకంగా తీసుకుంటాము:
\[
ΔH_{total} = -46 kJ/mol
\]
పెనుటప్
ఈ వ్యాసం, ఒక చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పును లెక్కించడానికి హెస్ నియమాన్ని వర్తింపజేసే ఉదాహరణ సమస్యలను చర్చిస్తుంది. సైద్ధాంతిక ఆధారాన్ని అర్థం చేసుకోవడం మరియు ఉదాహరణ సమస్యలలోని దశలను వర్తింపజేయడం ద్వారా, పాఠకులు ఈ భావనను మరింత సులభంగా గ్రహించి, ఉష్ణరసాయన గణనలకు సంబంధించిన వివిధ సందర్భాలలో దీనిని వర్తింపజేయగలరని ఆశిస్తున్నాము. హెస్ నియమం విద్యాపరమైన రసాయన శాస్త్రంలోనే కాకుండా, పారిశ్రామిక రసాయన శాస్త్ర పరిశోధనలో మరియు విజ్ఞాన, సాంకేతిక రంగాలలోని వివిధ ఇతర అనువర్తనాలలో కూడా ఉపయోగపడుతుంది.
