रसायनशास्त्र हेसचा नियम

हेसचा स्थिर उष्मा बेरजेचा नियम#

हेसचा स्थिर उष्मा बेरजेचा नियम सांगतो की, रासायनिक अभिक्रियेसाठी एकूण एन्थाल्पी बदल हा घेतलेल्या मार्गापासून स्वतंत्र असतो. दुसऱ्या शब्दांत, रासायनिक अभिक्रियेत सोडलेली किंवा शोषली जाणारी उष्णता ही एकाच पायरीत अभिक्रिया झाली तरी किंवा अनेक पायऱ्यांमध्ये झाली तरी सारखीच असते.

हा नियम ऊर्जा संवर्धनाच्या तत्त्वावर आधारित आहे, जो सांगतो की ऊर्जा निर्माण किंवा नष्ट करता येत नाही. रासायनिक अभिक्रियेत, घेतलेल्या मार्गाची पर्वा न करता, सोडलेली किंवा शोषली जाणारी एकूण ऊर्जा सारखीच असते.

उदाहरण#

खालील उदाहरण दाखवते की, थेट मोजता येणार नाही अशा अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदलाची गणना करण्यासाठी हेसचा नियम कसा वापरला जाऊ शकतो.

अभिक्रिया विचारात घ्या:

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

या अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदल खालील पायऱ्या वापरून काढता येतो:

1. खालील अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदल शोधा:

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

या अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदल -283 kJ/mol आहे.

2. पायरी 1 मधील अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदलाला 2 ने गुणा.

यामुळे आपल्याला -566 kJ/mol मिळते.

3. पायरी 1 मधील अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदल हा पायरी 2 मधील अभिक्रियेसाठीच्या एन्थाल्पी बदलासारखाच असतो.

म्हणून, $\ce{2CO(g) + O2(g) -> 2CO2(g)}$ या अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदल -566 kJ/mol आहे.

हेसचा स्थिर उष्मा बेरजेचा नियम हे एक शक्तिशाली साधन आहे ज्याचा उपयोग रासायनिक अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदलाची गणना करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. हा नियम ऊर्जा संवर्धनाच्या तत्त्वावर आधारित आहे, जो सांगतो की ऊर्जा निर्माण किंवा नष्ट करता येत नाही.

हेसच्या स्थिर उष्मा बेरजेच्या नियमावर आधारित उदाहरण#

हेसचा स्थिर उष्मा बेरजेचा नियम सांगतो की, रासायनिक अभिक्रियेतील एकूण उष्णता बदल हा घेतलेल्या मार्गापासून स्वतंत्र असतो. याचा अर्थ असा की, अभिक्रियेतील वैयक्तिक पायऱ्यांसाठीच्या उष्णता बदलांची बेरीज करून अभिक्रियेसाठीचा उष्णता बदल काढता येतो.

उदाहरणार्थ, खालील अभिक्रिया विचारात घ्या:

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

या अभिक्रियेसाठी उष्णता बदल खालील पायऱ्यांसाठीच्या उष्णता बदलांची बेरीज करून काढता येतो:

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

अभिक्रियेसाठी एकूण उष्णता बदल आहे:

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

एकाच पायरीत अभिक्रिया केली तरी जो उष्णता बदल मिळेल तोच हा उष्णता बदल आहे.

हेसचा नियम कोणत्याही रासायनिक अभिक्रियेसाठी, अभिक्रियेची जटिलता कितीही असली तरी, उष्णता बदल काढण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो. हे त्याला उष्मारसायनशास्त्रातील एक अतिशय उपयुक्त साधन बनवते.

हेसच्या नियमाचे उपयोग#

उष्मारसायनशास्त्रात हेसच्या नियमाचे अनेक उपयोग आहेत. काही सर्वात सामान्य उपयोगांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• एकाच पायरीत करता येणार नाही अशा अभिक्रियेसाठी उष्णता बदलाची गणना करणे.
• संयुगाच्या निर्मिती एन्थाल्पीचे निर्धारण करणे.
• इंधनाच्या दहन उष्णतेची गणना करणे.
• रासायनिक अभिक्रियेच्या उत्पादनांचा अंदाज लावणे.

हेसचा नियम हे एक शक्तिशाली साधन आहे ज्याचा उपयोग विविध उष्मारसायनशास्त्रीय समस्या सोडवण्यासाठी केला जाऊ शकतो. हे उष्मागतिकीचे एक मूलभूत तत्त्व आहे आणि रसायनशास्त्र, अभियांत्रिकी आणि सामग्री विज्ञान या क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.

निर्मिती एन्थाल्पीची गणना#

निर्मिती एन्थाल्पी हे त्या ऊर्जा बदलाचे माप आहे जेव्हा संयुग त्याच्या घटक मूलद्रव्यांपासून तयार होते. हा एक महत्त्वाचा उष्मागतिकीय गुणधर्म आहे जो विविध रासायनिक गणनेमध्ये वापरला जातो.

प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पी#

संयुगाची प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पी हा एन्थाल्पी बदल आहे जेव्हा एक मोल संयुग त्याच्या घटक मूलद्रव्यांपासून त्यांच्या प्रमाणित अवस्थेत तयार होते. मूलद्रव्याची प्रमाणित अवस्था म्हणजे 1 atm दाब आणि 25°C तापमानात त्या मूलद्रव्याची सर्वात स्थिर रूप.

निर्मिती एन्थाल्पीची गणना करणे#

संयुगाची निर्मिती एन्थाल्पी खालील समीकरण वापरून काढता येते:

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

जिथे:

• ΔHf° ही संयुगाची प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पी आहे
• ΔHf°(उत्पादने) ही उत्पादनांच्या प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पींची बेरीज आहे
• ΔHf°(अभिकारके) ही अभिकारकांच्या प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पींची बेरीज आहे

उदाहरण#

पाण्याची प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पी काढण्यासाठी, आपल्याला हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनची प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पी माहित असणे आवश्यक आहे. हायड्रोजनची प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पी 0 kJ/mol आहे, आणि ऑक्सिजनची प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पी 0 kJ/mol आहे. म्हणून, पाण्याची प्रमाणित निर्मिती एन्थाल्पी आहे:

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

याचा अर्थ असा की, हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनपासून पाणी तयार होणे ही एक उष्मास्थिर प्रक्रिया आहे.

निर्मिती एन्थाल्पीचे उपयोग#

निर्मिती एन्थाल्पी हा विविध रासायनिक गणनांसाठी उपयुक्त गुणधर्म आहे. उदाहरणार्थ, याचा उपयोग हे करण्यासाठी केला जाऊ शकतो:

• रासायनिक अभिक्रियेच्या उत्पादनांचा अंदाज लावणे
• रासायनिक अभिक्रियेद्वारे सोडलेली किंवा शोषली जाणारी उष्णता मोजणे
• रासायनिक प्रक्रियांची रचना करणे

निर्मिती एन्थाल्पी हा एक महत्त्वाचा उष्मागतिकीय गुणधर्म आहे जो विविध रासायनिक गणनांमध्ये वापरला जातो. हे त्या ऊर्जा बदलाचे माप आहे जेव्हा संयुग त्याच्या घटक मूलद्रव्यांपासून तयार होते.

हेसच्या नियमावर आधारित समस्या#

हेसचा नियम सांगतो की, रासायनिक अभिक्रियेचा एन्थाल्पी बदल हा घेतलेल्या मार्गापासून स्वतंत्र असतो. याचा अर्थ असा की, अभिक्रियेतील वैयक्तिक पायऱ्यांच्या एन्थाल्पी बदलांची बेरीज करून अभिक्रियेचा एन्थाल्पी बदल काढता येतो.

समस्या#

खालील अभिक्रिया विचारात घ्या:

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

हेसचा नियम वापरून खालील पायऱ्यांच्या एन्थाल्पी बदलांची बेरीज करून या अभिक्रियेचा एन्थाल्पी बदल काढता येतो:

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

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

अभिक्रियेचा एकूण एन्थाल्पी बदल आहे:

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

CH4 आणि O2 यांच्यातील CO2 आणि H2O तयार करणाऱ्या अभिक्रियेचा एन्थाल्पी बदल -1173 kJ आहे. अभिक्रियेतील वैयक्तिक पायऱ्यांच्या एन्थाल्पी बदलांची बेरीज करून हेसचा नियम वापरून हे मूल्य काढण्यात आले.

हेसच्या नियमाविषयी वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न#

प्र: हेसचा नियम म्हणजे काय?

उ: हेसचा नियम सांगतो की, रासायनिक अभिक्रियेसाठी एकूण एन्थाल्पी बदल हा घेतलेल्या मार्गापासून स्वतंत्र असतो. दुसऱ्या शब्दांत, अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदल हा एकाच पायरीत झाली किंवा अनेक पायऱ्यांमध्ये झाली तरी सारखाच असतो.

प्र: हेसचा नियम कसा वापरला जातो?

उ: थेट मोजता येणार नाही अशा अभिक्रियेसाठी एन्थाल्पी बदल काढण्यासाठी हेसचा नियम वापरला जाऊ शकतो. अभिक्रियेच्या वैयक्तिक पायऱ्यांसाठीच्या एन्थाल्पी बदलांची बेरीज करून हे केले जाते.

प्र: हेसच्या नियमाच्या गणनांची काही उदाहरणे देऊ शकता?

उ: एन्थाल्पी बदल काढण्यासाठी हेसचा नियम कसा वापरला जाऊ शकतो याची काही उदाहरणे येथे आहेत:

• मिथेनच्या दहनासाठी एन्थाल्पी बदल खालील अभिक्रियांसाठीच्या एन्थाल्पी बदलांची बेरीज करून काढता येतो:

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

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

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

मिथेनच्या दहनासाठी एकूण एन्थाल्पी बदल आहे:

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

• पाण्याच्या निर्मितीसाठी एन्थाल्पी बदल खालील अभिक्रियांसाठीच्या एन्थाल्पी बदलांची बेरीज करून काढता येतो:

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

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

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

पाण्याच्या निर्मितीसाठी एकूण एन्थाल्पी बदल आहे:

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

प्र: हेसच्या नियमाच्या मर्यादा काय आहेत?

उ: हेसचा नियम फक्त स्थिर तापमान आणि दाबात होणाऱ्या अभिक्रियांवर लागू होतो. वायूच्या मोलच्या संख्येतील बदलासह असलेल्या अभिक्रियांवरही तो लागू होत नाही.

प्र: हेसचा नियम आजही वापरला जातो का?

उ: होय, रासायनिक अभिक्रियांसाठी एन्थाल्पी बदल काढण्यासाठी हेसचा नियम आजही रसायनशास्त्रज्ञ वापरतात. रासायनिक अभिक्रियांची उष्मागतिकी समजून घेण्यासाठी हे एक मौल्यवान साधन आहे.