રસાયણવિજ્ઞાન હેસનો નિયમ

હેસનો સતત ઉષ્મા સરવાળાનો નિયમ#

હેસનો સતત ઉષ્મા સરવાળાનો નિયમ જણાવે છે કે રાસાયણિક પ્રક્રિયા માટેનો કુલ એન્થાલ્પી ફેરફાર લેવામાં આવેલા માર્ગથી સ્વતંત્ર હોય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં મુક્ત થતી અથવા શોષાતી ઉષ્મા એક જ સમાન હોય છે ભલે તે પ્રક્રિયા એક પગલામાં થાય કે પગલાઓની શ્રેણીમાં થાય.

આ નિયમ ઊર્જા સંરક્ષણના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે, જે જણાવે છે કે ઊર્જાનું સર્જન કે વિનાશ થઈ શકતો નથી. રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં, મુક્ત થતી અથવા શોષાતી ઊર્જાની કુલ માત્રા સમાન હોય છે, ભલે તે કોઈપણ માર્ગે થાય.

ઉદાહરણ#

નીચેનું ઉદાહરણ દર્શાવે છે કે હેસના નિયમનો ઉપયોગ કેવી રીતે એવી પ્રક્રિયા માટે એન્થાલ્પી ફેરફારની ગણતરી કરવા માટે થઈ શકે છે જેને સીધું માપી શકાતું નથી.

પ્રક્રિયા ધ્યાનમાં લો:

$$\ce{2CO(g) + O_2(g) -> 2CO_2(g)}$$

આ પ્રક્રિયા માટેનો એન્થાલ્પી ફેરફાર નીચેના પગલાઓનો ઉપયોગ કરીને ગણી શકાય છે:

1. નીચેની પ્રક્રિયા માટે એન્થાલ્પી ફેરફાર શોધો:

$$\ce{CO(g) + 1/2O_2(g) -> CO_2(g)}$$

આ પ્રક્રિયા માટે એન્થાલ્પી ફેરફાર -283 kJ/mol છે.

2. પગલું 1 માંની પ્રક્રિયા માટેના એન્થાલ્પી ફેરફારને 2 વડે ગુણો.

આ આપણને -566 kJ/mol આપે છે.

3. પગલું 1 માંની પ્રક્રિયા માટેનો એન્થાલ્પી ફેરફાર પગલું 2 માંની પ્રક્રિયા માટેના એન્થાલ્પી ફેરફાર જેટલો જ છે.

તેથી, પ્રક્રિયા $\ce{2CO(g) + O2(g) -> 2CO2(g)}$ માટેનો એન્થાલ્પી ફેરફાર -566 kJ/mol છે.

હેસનો સતત ઉષ્મા સરવાળાનો નિયમ એક શક્તિશાળી સાધન છે જેનો ઉપયોગ રાસાયણિક પ્રક્રિયા માટે એન્થાલ્પી ફેરફારની ગણતરી કરવા માટે થઈ શકે છે. આ નિયમ ઊર્જા સંરક્ષણના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે, જે જણાવે છે કે ઊર્જાનું સર્જન કે વિનાશ થઈ શકતો નથી.

હેસના સતત ઉષ્મા સરવાળાના નિયમ પર આધારિત ઉદાહરણ#

હેસનો સતત ઉષ્મા સરવાળાનો નિયમ જણાવે છે કે રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં કુલ ઉષ્મા ફેરફાર લેવામાં આવેલા માર્ગથી સ્વતંત્ર હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે પ્રક્રિયા માટેનો ઉષ્મા ફેરફાર પ્રક્રિયાના વ્યક્તિગત પગલાઓ માટેના ઉષ્મા ફેરફારોને ઉમેરીને ગણી શકાય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, નીચેની પ્રક્રિયા ધ્યાનમાં લો:

$$\ce{2H2(g) + O2(g) -> 2H2O(l)}$$

આ પ્રક્રિયા માટેનો ઉષ્મા ફેરફાર નીચેના પગલાઓ માટેના ઉષ્મા ફેરફારોને ઉમેરીને ગણી શકાય છે:

$$\ce{H2(g) + 1/2O2(g) -> H2O(l) ΔH = -285.8 kJ}$$

પ્રક્રિયા માટેનો કુલ ઉષ્મા ફેરફાર છે:

$$\ce{ΔH = -285.8 kJ + (-285.8 kJ) = -571.6 kJ}$$

આ એ જ ઉષ્મા ફેરફાર છે જે પ્રાપ્ત થશે જો પ્રક્રિયા એક જ પગલામાં કરવામાં આવે.

હેસના નિયમનો ઉપયોગ કોઈપણ રાસાયણિક પ્રક્રિયા માટે ઉષ્મા ફેરફારની ગણતરી કરવા માટે થઈ શકે છે, ભલે તે પ્રક્રિયા કેટલી પણ જટિલ હોય. આ તેને થર્મોકેમિસ્ટ્રી માટે ખૂબ જ ઉપયોગી સાધન બનાવે છે.

હેસના નિયમના ઉપયોગો#

હેસના નિયમના થર્મોકેમિસ્ટ્રીમાં અનેક ઉપયોગો છે. સૌથી સામાન્ય ઉપયોગોમાંના કેટલાક નીચે મુજબ છે:

• એવી પ્રક્રિયા માટે ઉષ્મા ફેરફારની ગણતરી કરવી જે એક પગલામાં કરી શકાતી નથી.
• સંયોજનની રચના એન્થાલ્પી નક્કી કરવી.
• ઇંધણની દહન ઉષ્માની ગણતરી કરવી.
• રાસાયણિક પ્રક્રિયાના ઉત્પાદનોની આગાહી કરવી.

હેસનો નિયમ એક શક્તિશાળી સાધન છે જેનો ઉપયોગ થર્મોકેમિકલ સમસ્યાઓની વિવિધતા ઉકેલવા માટે થઈ શકે છે. તે થર્મોડાયનેમિક્સનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત છે અને રસાયણવિજ્ઞાન, ઈજનેરી અને મટીરિયલ સાયન્સના ક્ષેત્રોમાં વ્યાપક રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

રચના એન્થાલ્પીની ગણતરી#

રચના એન્થાલ્પી એ ઊર્જા ફેરફારનું માપ છે જ્યારે સંયોજન તેના ઘટક તત્વોમાંથી બને છે. તે એક મહત્વપૂર્ણ થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મ છે જેનો ઉપયોગ રાસાયણિક ગણતરીઓની વિવિધતામાં થાય છે.

પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પી#

સંયોજનની પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પી એ એન્થાલ્પી ફેરફાર છે જ્યારે એક મોલ સંયોજન તેના ઘટક તત્વોમાંથી તેમની પ્રમાણભૂત અવસ્થામાં બને છે. તત્વની પ્રમાણભૂત અવસ્થા એ તત્વનું સૌથી સ્થિર સ્વરૂપ છે 1 atm દબાણ અને 25°C તાપમાને.

રચના એન્થાલ્પીની ગણતરી#

સંયોજનની રચના એન્થાલ્પી નીચેના સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને ગણી શકાય છે:

$$\ce{ΔHf° = ΣΔHf°(products) - ΣΔHf°(reactants)}$$

જ્યાં:

• ΔHf° એ સંયોજનની પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પી છે
• ΔHf°(products) એ ઉત્પાદનોની પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પીઓનો સરવાળો છે
• ΔHf°(reactants) એ પ્રક્રિયકોની પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પીઓનો સરવાળો છે

ઉદાહરણ#

પાણીની પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પીની ગણતરી કરવા માટે, આપણે હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનની પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પીઓ જાણવાની જરૂર છે. હાઇડ્રોજનની પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પી 0 kJ/mol છે, અને ઓક્સિજનની પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પી 0 kJ/mol છે. તેથી, પાણીની પ્રમાણભૂત રચના એન્થાલ્પી છે:

$$\ce{ΔHf°(H2O) = [2ΔHf°(H2) + ΔHf°(O2)] - [0 kJ/mol + 0 kJ/mol] = 0 kJ/mol}$$

આનો અર્થ એ છે કે હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાંથી પાણીની રચના એક થર્મોન્યુટ્રલ પ્રક્રિયા છે.

રચના એન્થાલ્પીના ઉપયોગો#

રચના એન્થાલ્પી એ રાસાયણિક ગણતરીઓની વિવિધતા માટે ઉપયોગી ગુણધર્મ છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેનો ઉપયોગ આ માટે થઈ શકે છે:

• રાસાયણિક પ્રક્રિયાના ઉત્પાદનોની આગાહી કરવી
• રાસાયણિક પ્રક્રિયા દ્વારા મુક્ત થતી અથવા શોષાતી ઉષ્માની ગણતરી કરવી
• રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓની રચના કરવી

રચના એન્થાલ્પી એ એક મહત્વપૂર્ણ થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મ છે જેનો ઉપયોગ રાસાયણિક ગણતરીઓની વિવિધતામાં થાય છે. તે ઊર્જા ફેરફારનું માપ છે જ્યારે સંયોજન તેના ઘટક તત્વોમાંથી બને છે.

હેસના નિયમ પર આધારિત સમસ્યા#

હેસનો નિયમ જણાવે છે કે રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો એન્થાલ્પી ફેરફાર લેવામાં આવેલા માર્ગથી સ્વતંત્ર હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે પ્રક્રિયાનો એન્થાલ્પી ફેરફાર પ્રક્રિયાના વ્યક્તિગત પગલાઓના એન્થાલ્પી ફેરફારોને ઉમેરીને ગણી શકાય છે.

સમસ્યા#

નીચેની પ્રક્રિયા ધ્યાનમાં લો:

$$\ce{CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)}$$

આ પ્રક્રિયાનો એન્થાલ્પી ફેરફાર હેસના નિયમનો ઉપયોગ કરીને નીચેના પગલાઓના એન્થાલ્પી ફેરફારોને ઉમેરીને ગણી શકાય છે:

$$\ce{CH4(g) + O2(g) → CO(g) + 2H2O(g) ΔH = -890 kJ}$$

$$\ce{CO(g) + O2(g) → CO2(g) ΔH = -283 kJ}$$

પ્રક્રિયાનો કુલ એન્થાલ્પી ફેરફાર છે:

$$\ce{ΔH = ΔH1 + ΔH2 = -890 kJ + (-283 kJ) = -1173 kJ}$$

CH4 અને O2 વચ્ચેની પ્રક્રિયાનો CO2 અને H2O બનાવવા માટેનો એન્થાલ્પી ફેરફાર -1173 kJ છે. આ મૂલ્ય હેસના નિયમનો ઉપયોગ કરીને પ્રક્રિયાના વ્યક્તિગત પગલાઓના એન્થાલ્પી ફેરફારોને ઉમેરીને ગણવામાં આવ્યું હતું.

હેસના નિયમના વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો#

પ્રશ્ન: હેસનો નિયમ શું છે?

જવાબ: હેસનો નિયમ જણાવે છે કે રાસાયણિક પ્રક્રિયા માટેનો કુલ એન્થાલ્પી ફેરફાર લેવામાં આવેલા માર્ગથી સ્વતંત્ર હોય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, પ્રક્રિયા માટેનો એન્થાલ્પી ફેરફાર એક જ સમાન હોય છે ભલે તે એક પગલામાં થાય કે બહુવિધ પગલાઓમાં થાય.

પ્રશ્ન: હેસના નિયમનો ઉપયોગ કેવી રીતે થાય છે?

જવાબ: હેસના નિયમનો ઉપયોગ એવી પ્રક્રિયા માટે એન્થાલ્પી ફેરફારની ગણતરી કરવા માટે થઈ શકે છે જેને સીધું માપી શકાતું નથી. આ પ્રક્રિયાના વ્યક્તિગત પગલાઓ માટેના એન્થાલ્પી ફેરફારોને ઉમેરીને કરવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન: હેસના નિયમની ગણતરીઓના કેટલાક ઉદાહરણો શું છે?

જવાબ: હેસના નિયમનો ઉપયોગ કેવી રીતે એન્થાલ્પી ફેરફારોની ગણતરી કરવા માટે થઈ શકે છે તેના કેટલાક ઉદાહરણો અહીં છે:

• મિથેનના દહન માટેનો એન્થાલ્પી ફેરફાર નીચેની પ્રક્રિયાઓ માટેના એન્થાલ્પી ફેરફારોને ઉમેરીને ગણી શકાય છે:

$$\ce{CH4(g) + 2O2(g) -> CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = -890 kJ}$$

$$\ce{C(s) + O2(g) -> CO2(g) ΔH = -393 kJ}$$

$$\ce{2H2(g) + O2(g) -> 2H2O(g) ΔH = -572 kJ}$$

મિથેનના દહન માટેનો કુલ એન્થાલ્પી ફેરફાર છે:

$$\ce{ΔH = -890 kJ + (-393 kJ) + (-572 kJ) = -1855 kJ}$$

• પાણીની રચના માટેનો એન્થાલ્પી ફેરફાર નીચેની પ્રક્રિયાઓ માટેના એન્થાલ્પી ફેરફારોને ઉમેરીને ગણી શકાય છે:

$$\ce{H2(g) + 1/2O2(g) -> H2O(g) ΔH = -286 kJ}$$

$$\ce{C(s) + O2(g) -> CO2(g) ΔH = -393 kJ}$$

$$\ce{CO2(g) + H2O(g) -> H2CO3(aq) ΔH = -20 kJ}$$

પાણીની રચના માટેનો કુલ એન્થાલ્પી ફેરફાર છે:

$$\ce{ΔH = -286 kJ + (-393 kJ) + (-20 kJ) = -699 kJ}$$

પ્રશ્ન: હેસના નિયમની મર્યાદાઓ શું છે?

જવાબ: હેસનો નિયમ માત્ર એવી પ્રક્રિયાઓ પર લાગુ પડે છે જે સતત તાપમાન અને દબાણે થાય છે. તે વાયુના મોલની સંખ્યામાં ફેરફાર ધરાવતી પ્રક્રિયાઓ પર પણ લાગુ પડતો નથી.

પ્રશ્ન: શું હેસનો નિયમ આજે પણ ઉપયોગમાં છે?

જવાબ: હા, હેસનો નિયમ આજે પણ રસાયણશાસ્ત્રીઓ દ્વારા પ્રક્રિયાઓ માટે એન્થાલ્પી ફેરફારોની ગણતરી કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. તે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓની થર્મોડાયનેમિક્સ સમજવા માટે એક મૂલ્યવાન સાધન છે.