രസതന്ത്രം: ഹെസ്സിന്റെ നിയമം

സ്ഥിര താപ സങ്കലനത്തിന്റെ ഹെസ്സിന്റെ നിയമം#

സ്ഥിര താപ സങ്കലനത്തിന്റെ ഹെസ്സിന്റെ നിയമം പ്രസ്താവിക്കുന്നത്, ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിനുള്ള മൊത്തം എൻതാൽപി മാറ്റം, എടുത്ത പാതയിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമാണ് എന്നാണ്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിൽ പുറത്തുവിടുന്നതോ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതോ ആയ താപം, പ്രവർത്തനം ഒരു ഘട്ടത്തിലോ അല്ലെങ്കിൽ ഒരു പരമ്പര ഘട്ടങ്ങളിലോ നടക്കുന്നത് ഒന്നുതന്നെയാണ്.

ഈ നിയമം ഊർജ്ജ സംരക്ഷണ തത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, അതായത് ഊർജ്ജത്തെ സൃഷ്ടിക്കാനോ നശിപ്പിക്കാനോ കഴിയില്ല. ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിൽ, പുറത്തുവിടുന്നതോ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതോ ആയ ഊർജ്ജത്തിന്റെ ആകെ അളവ്, എടുത്ത പാതയിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമായി ഒന്നുതന്നെയാണ്.

ഉദാഹരണം#

ഹെസ്സിന്റെ നിയമം എങ്ങനെ നേരിട്ട് അളക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒരു പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം കണക്കാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് താഴെയുള്ള ഉദാഹരണം കാണിക്കുന്നു.

ഈ പ്രവർത്തനം പരിഗണിക്കുക:

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

ഈ പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം താഴെയുള്ള ഘട്ടങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:

1. താഴെയുള്ള പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം കണ്ടെത്തുക:

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

ഈ പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം -283 kJ/mol ആണ്.

2. ഘട്ടം 1-ലെ പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം 2 കൊണ്ട് ഗുണിക്കുക.

ഇത് നമുക്ക് -566 kJ/mol നൽകുന്നു.

3. ഘട്ടം 1-ലെ പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം, ഘട്ടം 2-ലെ പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റത്തിന് തുല്യമാണ്.

അതിനാൽ, $\ce{2CO(g) + O2(g) -> 2CO2(g)}$ എന്ന പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം -566 kJ/mol ആണ്.

സ്ഥിര താപ സങ്കലനത്തിന്റെ ഹെസ്സിന്റെ നിയമം, ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം കണക്കാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന ഒരു ശക്തമായ ഉപകരണമാണ്. ഈ നിയമം ഊർജ്ജ സംരക്ഷണ തത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, അതായത് ഊർജ്ജത്തെ സൃഷ്ടിക്കാനോ നശിപ്പിക്കാനോ കഴിയില്ല.

സ്ഥിര താപ സങ്കലനത്തിന്റെ ഹെസ്സിന്റെ നിയമത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഉദാഹരണം#

സ്ഥിര താപ സങ്കലനത്തിന്റെ ഹെസ്സിന്റെ നിയമം പ്രസ്താവിക്കുന്നത്, ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിലെ മൊത്തം താപ മാറ്റം, എടുത്ത പാതയിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമാണ് എന്നാണ്. ഇതിനർത്ഥം, ഒരു പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള താപ മാറ്റം, പ്രവർത്തനത്തിലെ വ്യക്തിഗത ഘട്ടങ്ങൾക്കുള്ള താപ മാറ്റങ്ങൾ കൂട്ടിച്ചേർത്ത് കണക്കാക്കാം എന്നാണ്.

ഉദാഹരണത്തിന്, താഴെയുള്ള പ്രവർത്തനം പരിഗണിക്കുക:

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

ഈ പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള താപ മാറ്റം, താഴെയുള്ള ഘട്ടങ്ങൾക്കുള്ള താപ മാറ്റങ്ങൾ കൂട്ടിച്ചേർത്ത് കണക്കാക്കാം:

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

പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള മൊത്തം താപ മാറ്റം:

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

പ്രവർത്തനം ഒരൊറ്റ ഘട്ടത്തിൽ നടത്തിയാൽ ലഭിക്കുന്ന അതേ താപ മാറ്റമാണിത്.

ഏത് രാസപ്രവർത്തനത്തിനുള്ള താപ മാറ്റവും, പ്രവർത്തനത്തിന്റെ സങ്കീർണ്ണത എന്തായാലും, ഹെസ്സിന്റെ നിയമം ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം. ഇത് താപരസതന്ത്രത്തിൽ വളരെ ഉപയോഗപ്രദമായ ഒരു ഉപകരണമാക്കി മാറ്റുന്നു.

ഹെസ്സിന്റെ നിയമത്തിന്റെ പ്രയോഗങ്ങൾ#

താപരസതന്ത്രത്തിൽ ഹെസ്സിന്റെ നിയമത്തിന് നിരവധി പ്രയോഗങ്ങളുണ്ട്. ഏറ്റവും സാധാരണമായ ചില പ്രയോഗങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• ഒരൊറ്റ ഘട്ടത്തിൽ നടത്താൻ കഴിയാത്ത ഒരു പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള താപ മാറ്റം കണക്കാക്കുക.
• ഒരു സംയുക്തത്തിന്റെ രൂപീകരണ എൻതാൽപി നിർണ്ണയിക്കുക.
• ഒരു ഇന്ധനത്തിന്റെ ദഹന താപം കണക്കാക്കുക.
• ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ പ്രവചിക്കുക.

ഹെസ്സിന്റെ നിയമം, താപരസതന്ത്ര പ്രശ്നങ്ങളുടെ വിവിധതരം പരിഹരിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന ഒരു ശക്തമായ ഉപകരണമാണ്. ഇത് തെർമോഡൈനാമിക്സിന്റെ ഒരു അടിസ്ഥാന തത്വമാണ്, രസതന്ത്രം, എഞ്ചിനീയറിംഗ്, മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ് എന്നീ മേഖലകളിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

രൂപീകരണ എൻതാൽപിയുടെ കണക്കുകൂട്ടൽ#

രൂപീകരണ എൻതാൽപി എന്നത്, ഒരു സംയുക്തം അതിന്റെ ഘടക മൂലകങ്ങളിൽ നിന്ന് രൂപം കൊള്ളുമ്പോൾ സംഭവിക്കുന്ന ഊർജ്ജ മാറ്റത്തിന്റെ അളവാണ്. വിവിധ തരത്തിലുള്ള രാസ കണക്കുകൂട്ടലുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന തെർമോഡൈനാമിക് സ്വഭാവമാണിത്.

സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപി#

ഒരു സംയുക്തത്തിന്റെ സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപി എന്നത്, ഒരു മോൾ സംയുക്തം അതിന്റെ ഘടക മൂലകങ്ങളിൽ നിന്ന് അവയുടെ സാധാരണ അവസ്ഥയിൽ രൂപം കൊള്ളുമ്പോൾ സംഭവിക്കുന്ന എൻതാൽപി മാറ്റമാണ്. ഒരു മൂലകത്തിന്റെ സാധാരണ അവസ്ഥ എന്നത്, 1 atm മർദ്ദത്തിലും 25°C താപനിലയിലും മൂലകത്തിന്റെ ഏറ്റവും സ്ഥിരതയുള്ള രൂപമാണ്.

രൂപീകരണ എൻതാൽപി കണക്കാക്കുക#

ഒരു സംയുക്തത്തിന്റെ രൂപീകരണ എൻതാൽപി താഴെയുള്ള സമവാക്യം ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:

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

ഇവിടെ:

• ΔHf° എന്നത് സംയുക്തത്തിന്റെ സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപി ആണ്
• ΔHf°(products) എന്നത് ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപികളുടെ ആകെത്തുകയാണ്
• ΔHf°(reactants) എന്നത് പ്രതിപ്രവർത്തകങ്ങളുടെ സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപികളുടെ ആകെത്തുകയാണ്

ഉദാഹരണം#

ജലത്തിന്റെ സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപി കണക്കാക്കാൻ, ഹൈഡ്രജന്റെയും ഓക്സിജന്റെയും സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപികൾ നമുക്ക് അറിയേണ്ടതുണ്ട്. ഹൈഡ്രജന്റെ സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപി 0 kJ/mol ആണ്, ഓക്സിജന്റെ സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപി 0 kJ/mol ആണ്. അതിനാൽ, ജലത്തിന്റെ സാധാരണ രൂപീകരണ എൻതാൽപി:

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

ഇതിനർത്ഥം ഹൈഡ്രജനും ഓക്സിജനും ചേർന്ന് ജലം രൂപപ്പെടുന്നത് ഒരു തെർമോന്യൂട്രൽ പ്രക്രിയയാണ് എന്നാണ്.

രൂപീകരണ എൻതാൽപിയുടെ പ്രയോഗങ്ങൾ#

രൂപീകരണ എൻതാൽപി വിവിധ തരത്തിലുള്ള രാസ കണക്കുകൂട്ടലുകൾക്ക് ഉപയോഗപ്രദമായ ഒരു സ്വഭാവമാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഇത് ഇനിപ്പറയുന്നവയ്ക്ക് ഉപയോഗിക്കാം:

• ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ പ്രവചിക്കുക
• ഒരു രാസപ്രവർത്തനം പുറത്തുവിടുന്നതോ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതോ ആയ താപം കണക്കാക്കുക
• രാസ പ്രക്രിയകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുക

രൂപീകരണ എൻതാൽപി എന്നത് വിവിധ തരത്തിലുള്ള രാസ കണക്കുകൂട്ടലുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന തെർമോഡൈനാമിക് സ്വഭാവമാണ്. ഒരു സംയുക്തം അതിന്റെ ഘടക മൂലകങ്ങളിൽ നിന്ന് രൂപം കൊള്ളുമ്പോൾ സംഭവിക്കുന്ന ഊർജ്ജ മാറ്റത്തിന്റെ അളവാണിത്.

ഹെസ്സിന്റെ നിയമത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള പ്രശ്നം#

ഹെസ്സിന്റെ നിയമം പ്രസ്താവിക്കുന്നത്, ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിന്റെ എൻതാൽപി മാറ്റം, എടുത്ത പാതയിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമാണ് എന്നാണ്. ഇതിനർത്ഥം, ഒരു പ്രവർത്തനത്തിന്റെ എൻതാൽപി മാറ്റം, പ്രവർത്തനത്തിലെ വ്യക്തിഗത ഘട്ടങ്ങളുടെ എൻതാൽപി മാറ്റങ്ങൾ കൂട്ടിച്ചേർത്ത് കണക്കാക്കാം എന്നാണ്.

പ്രശ്നം#

താഴെയുള്ള പ്രവർത്തനം പരിഗണിക്കുക:

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

ഈ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ എൻതാൽപി മാറ്റം, ഹെസ്സിന്റെ നിയമം ഉപയോഗിച്ച് താഴെയുള്ള ഘട്ടങ്ങളുടെ എൻതാൽപി മാറ്റങ്ങൾ കൂട്ടിച്ചേർത്ത് കണക്കാക്കാം:

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

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

പ്രവർത്തനത്തിന്റെ മൊത്തം എൻതാൽപി മാറ്റം:

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

CH4-ഉം O2-ഉം തമ്മിലുള്ള പ്രവർത്തനത്തിന്റെ എൻതാൽപി മാറ്റം CO2-ഉം H2O-ഉം രൂപപ്പെടുന്നതിന് -1173 kJ ആണ്. പ്രവർത്തനത്തിലെ വ്യക്തിഗത ഘട്ടങ്ങളുടെ എൻതാൽപി മാറ്റങ്ങൾ കൂട്ടിച്ചേർത്ത് ഹെസ്സിന്റെ നിയമം ഉപയോഗിച്ചാണ് ഈ മൂല്യം കണക്കാക്കിയത്.

ഹെസ്സിന്റെ നിയമത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പതിവ് ചോദ്യങ്ങൾ#

ചോദ്യം: ഹെസ്സിന്റെ നിയമം എന്താണ്?

ഉത്തരം: ഹെസ്സിന്റെ നിയമം പ്രസ്താവിക്കുന്നത്, ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിനുള്ള മൊത്തം എൻതാൽപി മാറ്റം, എടുത്ത പാതയിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമാണ് എന്നാണ്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഒരു പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം, അത് ഒരു ഘട്ടത്തിലോ അനേകം ഘട്ടങ്ങളിലോ നടക്കുന്നത് ഒന്നുതന്നെയാണ്.

ചോദ്യം: ഹെസ്സിന്റെ നിയമം എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കുന്നു?

ഉത്തരം: നേരിട്ട് അളക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒരു പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം കണക്കാക്കാൻ ഹെസ്സിന്റെ നിയമം ഉപയോഗിക്കാം. പ്രവർത്തനത്തിന്റെ വ്യക്തിഗത ഘട്ടങ്ങൾക്കുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റങ്ങൾ കൂട്ടിച്ചേർത്താണ് ഇത് ചെയ്യുന്നത്.

ചോദ്യം: ഹെസ്സിന്റെ നിയമ കണക്കുകൂട്ടലുകളുടെ ചില ഉദാഹരണങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

ഉത്തരം: എൻതാൽപി മാറ്റങ്ങൾ കണക്കാക്കാൻ ഹെസ്സിന്റെ നിയമം എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കാമെന്നതിന്റെ കുറച്ച് ഉദാഹരണങ്ങൾ ഇവിടെയുണ്ട്:

• മീഥേന്റെ ദഹനത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം, താഴെയുള്ള പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റങ്ങൾ കൂട്ടിച്ചേർത്ത് കണക്കാക്കാം:

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

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

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

മീഥേന്റെ ദഹനത്തിനുള്ള മൊത്തം എൻതാൽപി മാറ്റം:

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

• ജലത്തിന്റെ രൂപീകരണത്തിനുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റം, താഴെയുള്ള പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റങ്ങൾ കൂട്ടിച്ചേർത്ത് കണക്കാക്കാം:

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

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

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

ജലത്തിന്റെ രൂപീകരണത്തിനുള്ള മൊത്തം എൻതാൽപി മാറ്റം:

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

ചോദ്യം: ഹെസ്സിന്റെ നിയമത്തിന്റെ പരിമിതികൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

ഉത്തരം: ഹെസ്സിന്റെ നിയമം സ്ഥിര താപനിലയിലും മർദ്ദത്തിലും നടക്കുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് മാത്രമേ ബാധകമാകൂ. വാതകത്തിന്റെ മോളുകളുടെ എണ്ണത്തിൽ മാറ്റമുള്ള പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കും ഇത് ബാധകമല്ല.

ചോദ്യം: ഹെസ്സിന്റെ നിയമം ഇന്നും ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ടോ?

ഉത്തരം: അതെ, ഹെസ്സിന്റെ നിയമം ഇന്നും രസതന്ത്രജ്ഞർ പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കുള്ള എൻതാൽപി മാറ്റങ്ങൾ കണക്കാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. രാസപ്രവർത്തനങ്ങളുടെ തെർമോഡൈനാമിക്സ് മനസ്സിലാക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു വിലപ്പെട്ട ഉപകരണമാണിത്.