ہیس کے قانون پر بحث کرنے والے سوالات کی مثال

ہیس کے قانون پر بحث کرنے والے سوالات کی مثال

Pendahuluan

ہیس کا قانون، جس کا نام روسی کیمیا دان جرمین ہینری ہیس کے نام پر رکھا گیا ہے، کیمیائی رد عمل کی توانائی سے متعلق کیمیائی تھرموڈینامکس کے بنیادی اصولوں میں سے ایک ہے۔ اس قانون میں کہا گیا ہے کہ کیمیائی رد عمل میں پیدا ہونے والی یا جذب ہونے والی حرارت (توانائی) کی کل مقدار کا انحصار اس راستے پر نہیں ہوتا ہے جس کا انحصار نظام کی ابتدائی اور آخری حالتوں پر ہوتا ہے۔ یہ بنیادی اصول ان رد عمل کی enthalpy تبدیلی (ΔH) کا حساب لگانے میں بہت مفید ہے جن کی براہ راست پیمائش کرنا مشکل ہے۔

ہیس کا قانون بہت اہم ہے کیونکہ یہ ہمیں کسی ہدف کے رد عمل کی اینتھالپی تبدیلی کو تلاش کرنے کے لیے فارمیشن کی معیاری اینتھالپی یا کسی اور معلوم رد عمل کی اینتھالپی تبدیلی کو استعمال کرنے کی اجازت دیتا ہے جس کی آسانی سے پیمائش نہیں کی جاتی ہے۔ اس مضمون میں، ہم کئی مثالی مسائل کو دیکھیں گے اور ہیس کے قانون کے اطلاق پر بات کریں گے۔

بنیادی نظریہ

ہیس کے قانون کو ریاضیاتی شکل میں مندرجہ ذیل طور پر وضع کیا جا سکتا ہے۔

اگر ایک کیمیائی رد عمل کا اظہار کئی مراحل میں کیا جا سکتا ہے، تو کل انتھالپی تبدیلی (ΔH_total) ہر مرحلے کی enthalpy تبدیلیوں (ΔH) کا مجموعہ ہے۔ ریاضیاتی طور پر، یہ اس طرح تیار کیا جاتا ہے:

ΔH_کل = Σ ΔH_مرحلہ

اس کا مطلب ہے کہ آپ اس طرح کے رد عمل کا اینتھالپی تلاش کر سکتے ہیں:

“۔
رد عمل A → پروڈکٹ
|
ΔH1
رد عمل B → پروڈکٹ
|
ΔH2

پھر، ΔH_total (A → پروڈکٹ) = ΔH1 + ΔH2
“۔

مثال کے سوالات میں جانے سے پہلے، کئی اصطلاحات ہیں جن کو سمجھنے کی ضرورت ہے:

1. Enthalpy (H): مسلسل دباؤ کے تحت نظام کی کل توانائی کا ایک پیمانہ۔
2. ΔH (Enthalpy change): ری ایکٹنٹس اور مصنوعات کے درمیان enthalpy میں تبدیلی۔
3. اسٹینڈرڈ اینتھالپی آف فارمیشن (ΔHf°): انتھالپی میں تبدیلی جب کسی مرکب کا ایک تل معیاری حالتوں میں اس کے عناصر سے بنتا ہے۔

نمونہ سوالات اور بحث

مثال سوال 1: تشکیل کی اینتھالپی کا استعمال

سوال:
فارمیشن ڈیٹا کی درج ذیل معیاری اینتھالپی تبدیلی کی بنیاد پر میتھین (CH₄) کے دہن کے لیے رد عمل انتھالپی کا حساب لگائیں:
– 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 (کیونکہ آکسیجن گیس اپنی معیاری حالت میں 0 کی تشکیل کی اینتھالپی رکھتی ہے)

میتھین دہن کا رد عمل:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

بحث:

1. تشکیل کا عمومی رد عمل اور enthalpy لکھیں:

\[
ΔH_{رد عمل} = ∑ΔH_{مصنوعات} - ∑ΔH_{رد عمل}
\]

2. تشکیل کی قدروں کے معیاری اینتھالپی کو مساوات میں تبدیل کریں:

\[
ΔH_{رد عمل} = [ΔHf° (CO₂) + 2 ΔHf° (H₂O)] - [ΔHf°(CH₄) + 2 ΔHf°(O₂)]
\]

3. معلوم اقدار کو تبدیل کریں:

\[
ΔH_{رد عمل} = [(-393.5) + 2 (-285.8)] - [(-74.8) + 2 (0)]
\]

4. تفصیلی حسابات:

\[
ΔH_{رد عمل} = [-393.5 + (-571.6)] - [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{رد عمل} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ΔH_{رد عمل} = -890.3 kJ/mol
\]

لہذا، میتھین کے دہن کے رد عمل کے لیے اینتھالپی تبدیلی -890.3 kJ/mol ہے۔ منفی قدر اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ رد عمل خارجی ہے (توانائی جاری کرنے والا)۔

مثال مسئلہ 2: اخذ کردہ رد عمل کا استعمال

سوال:
مندرجہ ذیل رد عمل کے لیے رد عمل اینتھالپی کا حساب لگائیں:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

مندرجہ ذیل کے طور پر تین رد عمل اور enthalpy تبدیلیاں دی گئی ہیں:
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

بحث:

1. ردعمل کو ایک لکیری شکل میں بیان کریں جسے دوبارہ ترتیب دیا جا سکتا ہے:

ہدفی ردعمل:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

ہمیں ہدف کے رد عمل کو پورا کرنے کے لئے دیئے گئے ردعمل کو جوڑ توڑ کرنے کی ضرورت ہے۔

2. NH₃ پر مشتمل رد عمل کا تجزیہ:

رد عمل 2 میں NH₃ ہوتا ہے، لیکن رد عمل NH₃ کو NO اور H₂O میں توڑنا ہے۔ لہذا، اس ردعمل کو ریورس کریں:

2NO(g) + 3H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g)، ΔH = +904 kJ

3. اگلا، ہمیں O₂(g) سے چھٹکارا حاصل کرنے کی ضرورت ہے:

اس کے لیے ہم رد عمل کا استعمال کرتے ہیں (1):

N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g)، ΔH = 180 kJ

اس کے بجائے، ہمیں 2NO تیار کرنے کی ضرورت ہے۔ یہ ردعمل جوں کا توں رہتا ہے۔

4. H₂O(g) کے لیے انتھالپی کا حساب لگائیں:

معکوس ردعمل (3) مساوات میں تین بار شامل کریں:

3[H₂O(g) → H₂(g) + 1/2O₂(g)، ΔH = +242 kJ]

بنیں:
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g)، ΔH = +726 kJ

5. مساوات کو یکجا اور متوازن کریں:

\[
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
\]

ان رد عمل کا خلاصہ کرتے وقت، ہم دونوں طرف ظاہر ہونے والے اجزاء کو نظر انداز کر سکتے ہیں اور کل انتھالپی کا حساب لگا سکتے ہیں۔

6. کل انتھالپی کا حساب لگائیں:

\[
N₂(g) + 3 H₂O(g) – 3H₂(g) – 3/2 O₂(g) → 2NH₃(g) + O₂(g) – O₂(g) \rightarrow N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
\]

کل انتھالپی:
\[
ΔH_{کل} = 180 + 904 + 726 = 1810 kJ/mol
\]

لہذا، رد عمل N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) کے لیے ΔH +1810kJ ہے۔ چونکہ ہم انتھالپی کو جاری کرنا چاہتے ہیں (ایکسوتھرمک) ہم پروڈکٹ کی قدر کو منفی بناتے ہیں:

\[
ΔH_{کل} = -46 kJ/mol
\]

بند کرنا

یہ مضمون مثال کے طور پر مسائل پر بحث کرتا ہے جو رد عمل کی اینتھالپی تبدیلی کا حساب لگانے کے لیے ہیس کے قانون کا اطلاق کرتے ہیں۔ نظریاتی بنیاد کو سمجھنے اور مثال کے مسائل میں اقدامات کو لاگو کرنے سے، امید کی جاتی ہے کہ قارئین اس تصور کو زیادہ آسانی سے سمجھیں گے اور اسے تھرمو کیمیکل حسابات پر مشتمل مختلف حالات میں لاگو کرنے کے قابل ہو جائیں گے۔ ہیس کا قانون نہ صرف اکیڈمک کیمسٹری میں اہم ہے بلکہ صنعتی کیمسٹری ریسرچ اور سائنس اور ٹیکنالوجی میں دیگر مختلف ایپلی کیشنز میں بھی مفید ہے۔