रासायनिक थर्मोडाइनैमिक्स

1. थर्मोडाइनैमिक के नियम:

• थर्मोडाइनैमिक का शून्यवाद (एनसीईआरटी क्लास 11, अध्याय 12): ऊष्मीय साम्यावस्था को परिभाषित करता है जिसमें संपर्क में दो प्रणालियों के बीच कोई शीर्षक प्रवाह नहीं होता है।

• थर्मोडाइनैमिक का पहला नियम (एनसीईआरटी क्लास 11, अध्याय 12): कहता है कि ऊर्जा बनाई नहीं जा सकती और न ही नष्ट होती है लेकिन एक रूप से दूसरे रूप में ही स्थानांतरित हो सकती है। गणितीय रूप से इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

  ΔU = q + w
  

जहां ΔU संचित ऊर्जा में परिवर्तन है, q ताप है जिसे प्रणाली द्वारा अपने आप को अपनाया गया है, और w प्रणाली द्वारा किया गया कार्य है।

• थर्मोडाइनैमिक का दूसरा नियम (एनसीईआरटी क्लास 12, अध्याय 6): उत्पादकता और स्वाभाविकता की अवधारणा का वर्णन करता है। यह कहता है कि पूर्णतया पृथक प्रणाली का कुल उत्पादकता समय के साथ हमेशा बढ़ती है, और प्रक्रियाएं अव्यवस्था की दिशा में होती हैं।

2. थर्मोडाइनैमिक प्रणालियाँ और प्रक्रियाएं:

• प्रणाली के प्रकार:
• खुली प्रणाली: परिवेश के साथ ऊर्जा और पदार्थ दोनों का विनिमय करती है।
• बंद प्रणाली: परिवेश के साथ ऊर्जा का विनिमय करती है लेकिन पदार्थ नहीं।
• पूर्णतया पृथक प्रणाली: परिवेश के साथ कोई भी ऊर्जा या पदार्थ का विनिमय नहीं करती।
• प्रक्रियाओं के प्रकार:
• स्थिर दबाव: दबाव स्थिर रहता है।
• स्थिर आयतन: आयतन स्थिर रहता है।
• स्थिर तापमान: तापमान स्थिर रहता है।
• अधापीक: परिवेश के साथ कोई ताप विनिमय नहीं होता।

3. ताप और कार्य:

• ताप प्रवाह के रूप:

• प्रवाहण: वस्तुओं के सीधे संपर्क के माध्यम से ताप प्रवाह।

• विनिमय: तरल या गैसीय शर्तों (तरल या गैस) के आंदोलन के माध्यम से ताप प्रवाह।

• विकिरण: ऊष्माकंश तरंगों के माध्यम से ताप प्रवाह।

• कार्य के प्रकार (एनसीईआरटी क्लास 11, अध्याय 12):

• दबाव-आयतन कार्य (PV कार्य): एक प्रणाली द्वारा किया जाने वाला कार्य जब यह बाहरी दबाव के विरुद्ध विस्तारित होती है। इसे गणना किया जा सकता है जहां P दबाव है और ΔV आयतन में परिवर्तन है।

4. राज्य फ़ंक्शन और राज्य के समीकरण:

• राज्य फ़ंक्शन: राज्य के वर्तमान स्थिति पर आधारित क्वांटिटी जो उस स्थिति तक पहुंचने के लिए गेज पर निर्भर नहीं है। उदाहरणों में संचित ऊर्जा (U), उत्पादकता (H), मुफ्त ऊर्जा (G), और उत्पादकता (S) शामिल हैं।
• राज्य के समीकरण (एनसीईआरटी क्लास 11, अध्याय 12): दबाव, आयतन और तापमान के बीच सम्बन्ध बयां करने वाले गणितीय समीकरण। सामान्य राज्य के समीकरणों में आइडियल गैस समीकरण (PV = nRT) और वैन दर वाल्स समीकरण शामिल हैं ( [P + {n^2a \over V^2} ) ( V- nb ) = nRT )

5. ताप क्षमता और उत्पादकता:

• मोलर ताप क्षमता (एनसीईआरटी क्लास 12, अध्याय 6):
• Cp: स्थिर दबाव पर मोलर ताप क्षमता।
• Cv: स्थिर आयतन पर मोलर ताप क्षमता।
• मानक उत्पादकता (एनसीईआरटी क्लास 11, अध्याय 12):
• निर्माण की मानक उत्पादकता: उत्पादकता में परिवर्तन जब एक मोल की एक पदार्थ इसके घटक तत्वों के मानक स्थितियों में निर्मित होता है।
• प्रतिक्रिया की मानक उत्पादकता: उत्पादकता में परिवर्तन जब एक मोल के प्रतिक्रियावादी पूरी तरह से उत्पादों के मानक स्थितियों में परिवर्तित होते हैं।
• ज्वारी की मानक उत्पादकता: उत्पादकता में परिवर्तन जब एक मोल की एक पदार्थ ऑक्सीजन के साथ पूर्ण ज्वारी का सामना करता है।

6. उत्पादकता:

• अलग-अलग अवधारणाओं का वर्णन: उत्पादकता की अलग-अलग अवधारणाओं में अलग-अलग स्थितियों की गणना शामिल है, जबकि अलग-अलग अवधारणाओं का अलग-अलग वर्णन अव्यवस्था या अनियंत्रितता से संबंधित है।
• प्रक्रियाओं में उत्पादकता में परिवर्तन (एनसीईआरटी क्लास 12, अध्याय 6):
• पिघलने, जल्दी होने, मिश्रण और अनियंत्रित प्रक्रियाओं जैसी प्रक्रियाओं के लिए उत्पादकता बढ़ती है।
• जमाव, घनता और परागीकरण जैसी प्रक्रियाओं के लिए उत्पादकता घटती है।
• थर्मोडाइनैमिक का तीसरा नियम: तापमान पूर्णतया शून्य के पास पहुंचने पर, एक आदर्श पराग की उत्पादकता पूर्णतया शून्य के पास पहुंचती है।

7. जिब्स मुफ्त ऊर्जा और रासायनिक समतुल्यता:

• परिभाषा और महत्व: जिब्स मुफ्त ऊर्जा (G) उत्पादकता और उत्पादकता को एक साथ जोड़कर प्रक्रिया की स्वाभाविकता को निर्धारित करती है।

  ΔG = ΔH - TΔS
  

जहां ΔG जिब्स मुफ्त ऊर्जा में परिवर्तन है, ΔH उत्पादकता में परिवर्तन है, ΔS उत्पादकता में परिवर्तन है, और T पूर्णतया तापमान है।

• स्वाभाविकता के मानदंड:
• ΔG < 0: स्वाभाविक प्रक्रिया।
• ΔG > 0: अस्वाभाविक प्रक्रिया।
• ΔG = 0: समतुल्यता।

8. समाधान:

• मिश्रण की थर्मोडाइनैमिक (एनसीईआरटी क्लास 12, अध्याय 6):

• मिश्रण अव्यवस्था में बढ़ोतरी के साथ एक सकारात्मक उत्पादकता में परिवर्तन के साथ शामिल है।

• मिश्रण की उत्पादकता सकारात्मक (एंडोथर्मिक) या नकारात्मक (एक्सोथर्मिक) हो सकती है जो घटकों के बीच परस्पर संवाद पर निर्भर करता है।

• आइडियल और गैर-आइडियल समाधान: आइडियल समाधान राउल्ट के नियम का पालन करते हैं और शून्य मिश्रण की उत्पादकता रखते हैं, जबकि गैर-आइडियल समाधान राउल्ट के नियम से भिन्न होते हैं और शून्य नहीं मिश्रण की उत्पादकता रखते हैं।

• सह-आधारित गुण (एनसीईआरटी क्लास 12, अध्याय 6):

• सह-आधारित गुण पदार्थ के अंशों की एकाग्रता पर निर्भर करते हैं और उनकी पहचान पर नहीं।

• ज्वारी बढ़ने की ऊंचाई, जमाव की दशा घटना और ओस्मोटिक दबाव सह-आधारित गुण हैं।

9. चर्तुआई समतुल्यता:

• चर्तुआई डायग्राम: ग्राफिकल प्रतिनिधित्व जो विभिन्न चर्तुआई (ठोस, तरल और गैस) के समतुल्यता में संगम की स्थिति (तापमान और दबाव) दिखाते हैं।
• चर्तुआई संक्रमण: एक पदार्थ के चर्तुआई में परिवर्तन, जैसे पिघलना, जमाव और जल्दी होना।
• चर्तुआई डायग्राम के अनुप्रयोग:
  • जमाव बिंदु और ज्वारी बिंदु की जांच करना।
  • मिश्रणों (जैसे एल्यूमिनियम, नमक समाधान) के चर्तुआई व्यवहार को समझना।
  • औद्योगिक प्रक्रियाओं में चर्तुआई परिवर्तनों की स्थिति की भविष्यवाणी करना।

10. रासायनिक प्रतिक्रियाएं और थर्मोडाइनैमिक:

• प्रतिक्रियाओं की थर्मोडाइनैमिक की स्वाभाविकता (एनसीईआरटी क्लास 12, अध्याय 6):
• एक प्रतिक्रिया के लिए थर्मोडाइनैमिक की स्वाभाविकता, इसे एक नकारात्मक जिब्स मुफ्त ऊर्जा परिवर्तन (ΔG < 0) रखना चाहिए।
• समतुल्यता फैक्टर (K): समतुल्यता पर उत्पाद एकाग्रता का अनुपात प्रतिक्रियावादी एकाग्रता के साथ।
• समतुल्यता फैक्टर और जिब्स मुफ्त ऊर्जा के बीच संबंध:
• ( \Delta G^o = -RT \ln K )
• ( K = e^{- \Delta G^o / RT } ) जहां ΔG° मानक जिब्स मुफ्त ऊर्जा परिवर्तन है, R आइडियल गैस फैक्टर है, और T पूर्णतया तापमान है।

11. इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री:

• रिडॉक्स प्रतिक्रियाएं: अंतर के बीच इलेक्ट्रॉन के स्थानांतरण के आकार में रासायनिक प्रतिक्रियाएं।

• इलेक्ट्रोड पोटेंशियल (एनसीईआरटी क्लास 12, अध्याय 3):

• एक इलेक्ट्रोड और एक संदर्भ इलेक्ट्रोड के बीच पोटेंशियल अंतर जब यह एक अणुओं के साथ एक समाधान में डुबकी लगता है।

• मानक इलेक्ट्रोड पोटेंशियल: मानक शर्तों (1 एटीएम दबाव, 1 एम एकाग्रता, 298 केल्विन तापमान) में मापा गया इलेक्ट्रोड पोटेंशियल।

• नर्नस्ट समीकरण (एनसीईआरटी क्लास 12, अध्याय 3): इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया में प्रतिक्रियावादी और उत्पादों की एकाग्रता के साथ इलेक्ट्रोड पोटेंशियल को संबंधित करता है। ( E = E^o - \frac{ RT }{ nF } \ln Q) E: गैर-मानक शर्तों में इलेक्ट्रोड पोटेंशियल (E^0 ): मानक इलेक्ट्रोड पोटेंशियल R: आइडियल गैस फैक्टर ( 8.314 J(K^{-1} mol^{-1}) ) T: तापमान (केल्विन) n: इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया में स्थानांतरित इलेक्ट्रॉन के मोल की संख्या F: फैराडे फैक्टर ( ( 96,485 \ C\ mol^{-1} ) ) Q: प्रतिक्रिया फैक्टर

• इलेक्ट्रोकेमिकल सेल: उपकरण जो रासायनिक ऊर्जा को इलेक्ट्रिकल ऊर्जा (गैल्वैनिक सेल) में या इलेक्ट्रिकल ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा (इलेक्ट्रोलिटिक सेल) में परिवर्तित करते हैं।

12. सांख्यिकीय थर्मोडाइनैमिक:

• परिचय: सांख्यिकी का अनुप्रयोग एक प्रणाली की अलग-अलग गुणों को समझने के लिए इसके अलग-अलग अणुओं के अलग-अलग व्यवहार पर विचार करता है।
• अलग-अलग स्थितियाँ और अलग-अलग राज्य:
• अलग-अलग स्थितियाँ: प्रणाली के अंतर्गत अलग-अलग अणुओं के विशिष्ट विन्यास।
• अलग-अलग राज्य: उपसमूह के अलग-अलग स्थितियाँ जिनकी उपसमूह गुण हैं।
• संभाव्यता: एक विशिष्ट अलग-अलग स्थिति के घटना की संभाव्यता।
• वर्गीकरण फ़ंक्शन (एनसीईआरटी क्लास 12, अध्याय 14): संभावित स्थितियों के लिए बोल्ट्जमैन के फैक्टरों की उपसमूह की उपसमूह प्रणाली के सभी अलग-अलग स्थितियों के लिए।
• थर्मोडाइनैमिक गुणों से संबंध:
• संचित ऊर्जा (U): सभी अलग-अलग स्थितियों की औसत ऊर्जा।
• उत्पादकता (S): अलग-अलग स्थितियों की अव्यवस्था या अनियंत्रितता का माप।
• मुफ्त ऊर्जा (G): प्रक्रिया की स्वाभाविकता या समतुल्यता राज्य का माप।