انتھالپی اور اینتھالپی کی تبدیلیوں پر بحث کرنے والے مثال کے سوالات
اینتھالپی کیمیکل تھرموڈینامکس میں ایک کلیدی تصور ہے، جس کا اکثر مختلف کیمسٹری کے موضوعات میں سامنا ہوتا ہے، کیمیائی رد عمل سے لے کر مرحلے کی تبدیلیوں تک۔ اس مضمون میں، ہم کئی مثالی مسائل کا جائزہ لیں گے اور تصور کو بہتر طور پر سمجھنے میں ہماری مدد کرنے کے لیے enthalpy اور enthalpy کی تبدیلیوں پر تبادلہ خیال کریں گے۔
Enthalpy کو سمجھنا
Enthalpy (H) تھرموڈینامک نظام میں توانائی کی کل مقدار ہے۔ اس میں نہ صرف ذرات میں ذخیرہ شدہ اندرونی توانائی شامل ہوتی ہے بلکہ دباؤ والے ماحول میں ذرات کے لیے جگہ بنانے کے لیے درکار توانائی بھی شامل ہوتی ہے۔ Enthalpy کو بین الاقوامی نظام (SI) میں joules (J) میں ماپا جاتا ہے۔
ریاضیاتی طور پر، enthalpy کی تعریف اس طرح کی گئی ہے:
\"H = U + PV \]
کہاں:
- \( H \) enthalpy ہے۔
- \( U \) اندرونی توانائی ہے۔
- \( P \) دباؤ ہے۔
- \( V \) والیوم ہے۔
اینتھالپی تبدیلی
اینتھالپی تبدیلی (\( \Delta H \)) اس وقت ہوتی ہے جب کیمیائی رد عمل یا جسمانی عمل ہوتا ہے۔ اس enthalpy تبدیلی کو مسلسل دباؤ پر نظام کے ذریعے جاری یا جذب ہونے والی حرارت کی مقدار کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے۔ ریاضی کے لحاظ سے:
\[ \Delta H = H_{\text{product}} - H_{\text{reactant}} \]
Exothermic ردعمل وہ رد عمل ہیں جو ماحول میں حرارت جاری کرتے ہیں، اور ان رد عمل میں، \( \Delta H \) منفی ہوتا ہے۔ دریں اثنا، ایک اینڈوتھرمک ردعمل ایک ایسا ردعمل ہے جو ماحول سے گرمی جذب کرتا ہے، اور اس ردعمل میں، \( \Delta H \) کی مثبت قدر ہوتی ہے۔
نمونہ سوالات اور بحث
مثال سوال 1: دہن کے اینتھالپی میں تبدیلی
سوال:
یہ معلوم ہے کہ میتھین کے 1 تل (\(CH_4\)) کا مکمل دہن کاربن ڈائی آکسائیڈ (\(CO_2\)) اور پانی (\(H_2O\)) پیدا کرتا ہے۔ فارمیشن ڈیٹا کی اینتھالپی مندرجہ ذیل ہے:
– \( \Delta H_{{f, H_2O (l)}} = -285.8 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CO_2 (g)}} = -393.5 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CH_4 (g)}} = -74.8 \text{kJ/mol} \)
دہن کے رد عمل کی enthalpy تبدیلی (\( \Delta H \)) کا حساب لگائیں۔
بحث:
میتھین کا دہن ردعمل یہ ہے:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \ rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
رد عمل کی enthalpy تبدیلی (\( \Delta H \)) کو تشکیل کے enthalpy کا استعمال کرتے ہوئے شمار کیا جا سکتا ہے:
\[ \Delta H = \Sigma \Delta H_f \text{products} - \Sigma \Delta H_f \text{reactants} \]
پروڈکٹ:
\[ \Delta H_f (CO_2 (g)) = -393.5 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (H_2O (l)) = -285.8 \text{kJ/mol} \]
مصنوعات کی کل انتھالپی:
\[ (-393.5 \text{kJ/mol}) + 2\times(-285.8 \text{kJ/mol}) = -393.5 - 571.6 = -965.1 \text{kJ/mol} \]
ری ایکٹنٹس:
\[ \Delta H_f (CH_4 (g)) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (O_2 (g)) = 0 \text{kJ/mol} \]
(آکسیجن اپنی معیاری حالت میں صفر کی تشکیل کا ایک اینتھالپی رکھتی ہے۔)
ری ایکٹنٹس کی کل اینتھالپی:
\[ (-74.8 \text{kJ/mol}) + 2\times(0 \text{kJ/mol}) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
تو، enthalpy میں تبدیلی (\( \Delta H \)) ہے:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} - (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
\[ \Delta H = -890.3 \text{kJ/mol} \]
لہذا، میتھین کے 1 تل کے دہن کے لیے اینتھالپی تبدیلی \(-890.3 \text{kJ/mol}\) ہے۔
مثال سوال 2: جسمانی عمل میں اینتھالپی تبدیلیاں
سوال:
جب 0°C پر 50 گرام برف (\(H_2O_{(s)}\)) پانی میں پگھل جاتی ہے (\(H_2O_{(l)}\)) 0 °C پر انتھالپی تبدیلی کا حساب لگائیں۔ یہ معلوم ہے کہ برف کے پگھلنے کی حرارت (\(\Delta H_{\text{fus}} \)) 6.01 kJ/mol ہے اور پانی کا داڑھ ماس 18 g/mol ہے۔
بحث:
پہلا قدم برف کے تلوں کی تعداد کا حساب لگانا ہے۔
\[ \text{برف کے Moles} = \frac{50 \text{g}}{18 \text{g/mol}} \تقریبا 2.78 \text{mol} \]
اگلا ہم برف کو پگھلنے کے لیے اینتھالپی تبدیلی کا حساب لگاتے ہیں:
\[ \Delta H = n \cdot \Delta H_{\text{fus}} \]
\[ \Delta H = 2.78 \text{mol} \cdot 6.01 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H \تقریباً 16.7 \text{kJ} \]
لہذا، 50 گرام برف کو 0 ° C پر پگھلانے پر enthalpy تبدیلی تقریباً 16.7 kJ ہے۔ یہ ایک اینڈوتھرمک عمل ہے کیونکہ برف پانی میں بدلنے کے لیے گرمی کو جذب کرتی ہے۔
مثال 3: ہیس کا رد عمل
سوال:
درج ذیل رد عمل کے لیے اینتھالپی تبدیلی کا تعین کرنے کے لیے ہیس کے قانون کا استعمال کریں:
\[ 2 C(گریفائٹ) + 3 H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g) \]
متعدد رد عمل ان کے متعلقہ enthalpy تبدیلیوں کے ساتھ جانا جاتا ہے:
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. \( 2 C_2H_6(g) + 7 O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6 H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ} \)
بحث:
رد عمل کی enthalpy تبدیلی (\( \Delta H \)) کا حساب لگانے کے لیے، ہمیں ہدف کے رد عمل سے مماثل ہونے کے لیے کچھ رد عمل کو ریورس اور ضرب کرنے کی ضرورت ہے۔
Langkah-langkah:
1. رد عمل کو تبدیل کریں \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
رد عمل کو ریورس اور تقسیم کریں:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \rightarrow 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]
2. رد عمل \(C \rightarrow CO_2\):
\[ 4C(گرافائٹ) + 4O_2(g) \rightarrow 4CO_2(g), \Delta H = 4 \times -393.5 = -1574 \text{kJ} \]
3. رد عمل \(H_2\rightarrow H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \rightarrow 6H_2O(l), \Delta H = 6 \times -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
ان سب کو ملا کر، ہمیں ملتا ہے:
\[2C(گریفائٹ) + 3H_2(g) \rightarrow C_2H_6\]
\[ \Delta H = 1559.8 - 1574 - 1714.8 = -1729 \text{kJ}\]
لہذا، گریفائٹ کے 2 moles اور \(H_2\) کے \(C_2H_6(g)\) کے 3 moles کے رد عمل کی enthalpy تبدیلی -1729 kJ ہے۔
اس طرح، enthalpy کے تصور کو سمجھنا اور مختلف قسم کے رد عمل پر اس کا اطلاق بصیرت فراہم کرتا ہے کہ کیمیائی اور جسمانی تبدیلیوں میں توانائی کیسے شامل ہے۔ مندرجہ بالا مسائل ان تصورات کی تفہیم کو تقویت دینے کے لیے نصاب میں کثرت سے استعمال ہونے والی کچھ مثالیں ہیں۔
