రసాయన శాస్త్రం హెస్ నియమం

హెస్ యొక్క స్థిర ఉష్ణ మొత్తీకరణ నియమం#

హెస్ యొక్క స్థిర ఉష్ణ మొత్తీకరణ నియమం ప్రకారం, ఒక రసాయనిక చర్యకు మొత్తం ఎంథాల్పీ మార్పు తీసుకున్న మార్గంపై ఆధారపడదు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఒక రసాయనిక చర్యలో విడుదలయ్యే లేదా శోషించబడే ఉష్ణం, ఆ చర్య ఒక దశలో జరిగినా లేదా అనేక దశల శ్రేణిలో జరిగినా ఒకే విధంగా ఉంటుంది.

ఈ నియమం శక్తి నిత్యత్వ నియమంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది శక్తిని సృష్టించలేము లేదా నాశనం చేయలేము అని చెప్పుతుంది. ఒక రసాయనిక చర్యలో, విడుదలయ్యే లేదా శోషించబడే మొత్తం శక్తి పరిమాణం, తీసుకున్న మార్గం ఏదైనప్పటికీ, ఒకే విధంగా ఉంటుంది.

ఉదాహరణ#

హెస్ నియమాన్ని ఉపయోగించి నేరుగా కొలవలేని ఒక చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పును ఎలా లెక్కించవచ్చో కింది ఉదాహరణ చూపిస్తుంది.

ఈ చర్యను పరిగణించండి:

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

ఈ చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పును కింది దశలను ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు:

1. కింది చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పును కనుగొనండి:

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

ఈ చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పు -283 kJ/mol.

2. దశ 1లోని చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పును 2తో గుణించండి.

ఇది మనకు -566 kJ/mol ని ఇస్తుంది.

3. దశ 1లోని చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పు, దశ 2లోని చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పుకు సమానం.

కాబట్టి, $\ce{2CO(g) + O2(g) -> 2CO2(g)}$ చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పు -566 kJ/mol.

హెస్ యొక్క స్థిర ఉష్ణ మొత్తీకరణ నియమం ఒక శక్తివంతమైన సాధనం, దీనిని ఒక రసాయనిక చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పును లెక్కించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఈ నియమం శక్తి నిత్యత్వ నియమంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది శక్తిని సృష్టించలేము లేదా నాశనం చేయలేము అని చెప్పుతుంది.

హెస్ యొక్క స్థిర ఉష్ణ మొత్తీకరణ నియమంపై ఆధారిత ఉదాహరణ#

హెస్ యొక్క స్థిర ఉష్ణ మొత్తీకరణ నియమం ప్రకారం, ఒక రసాయనిక చర్యలో మొత్తం ఉష్ణ మార్పు తీసుకున్న మార్గంపై ఆధారపడదు. దీని అర్థం ఒక చర్యకు ఉష్ణ మార్పును, ఆ చర్యలోని వ్యక్తిగత దశలకు ఉష్ణ మార్పులను కూడి లెక్కించవచ్చు.

ఉదాహరణకు, కింది చర్యను పరిగణించండి:

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

ఈ చర్యకు ఉష్ణ మార్పును కింది దశలకు ఉష్ణ మార్పులను కూడి లెక్కించవచ్చు:

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

చర్యకు మొత్తం ఉష్ణ మార్పు:

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

ఇది ఆ చర్య ఒకే దశలో జరిగినట్లయితే వచ్చే ఉష్ణ మార్పుకు సమానం.

హెస్ నియమాన్ని చర్య యొక్క సంక్లిష్టత ఏదైనప్పటికీ, ఏదైనా రసాయనిక చర్యకు ఉష్ణ మార్పును లెక్కించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఇది ఉష్ణరసాయనశాస్త్రంలో చాలా ఉపయోగకరమైన సాధనంగా చేస్తుంది.

హెస్ నియమం యొక్క అనువర్తనాలు#

హెస్ నియమానికి ఉష్ణరసాయనశాస్త్రంలో అనేక అనువర్తనాలు ఉన్నాయి. అత్యంత సాధారణ అనువర్తనాల్లో కొన్ని:

• ఒకే దశలో జరపలేని చర్యకు ఉష్ణ మార్పును లెక్కించడం.
• ఒక సంయోగ పదార్థం యొక్క ఏర్పడే ఎంథాల్పీని నిర్ణయించడం.
• ఇంధనం యొక్క దహన ఉష్ణాన్ని లెక్కించడం.
• రసాయనిక చర్య యొక్క ఉత్పన్నాలను అంచనా వేయడం.

హెస్ నియమం ఒక శక్తివంతమైన సాధనం, దీనిని వివిధ రకాల ఉష్ణరసాయన సమస్యలను పరిష్కరించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఇది ఉష్ణగతిక శాస్త్రం యొక్క ప్రాథమిక సూత్రం మరియు రసాయన శాస్త్రం, ఇంజనీరింగ్ మరియు పదార్థ శాస్త్రం రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

ఏర్పడే ఎంథాల్పీ లెక్కింపు#

ఏర్పడే ఎంథాల్పీ అనేది ఒక సంయోగ పదార్థం దాని మూలకాల నుండి ఏర్పడినప్పుడు సంభవించే శక్తి మార్పు యొక్క కొలత. ఇది ఒక ముఖ్యమైన ఉష్ణగతిక లక్షణం, ఇది వివిధ రకాల రసాయన గణనలలో ఉపయోగించబడుతుంది.

ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీ#

ఒక సంయోగ పదార్థం యొక్క ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీ అనేది, ఆ పదార్థం యొక్క ఒక మోల్ దాని మూలకాల నుండి వాటి ప్రామాణిక స్థితులలో ఏర్పడినప్పుడు సంభవించే ఎంథాల్పీ మార్పు. ఒక మూలకం యొక్క ప్రామాణిక స్థితి అనేది 1 atm పీడనం మరియు 25°C ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఆ మూలకం యొక్క అత్యంత స్థిరమైన రూపం.

ఏర్పడే ఎంథాల్పీ లెక్కింపు#

ఒక సంయోగ పదార్థం యొక్క ఏర్పడే ఎంథాల్పీని కింది సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు:

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

ఇక్కడ:

• ΔHf° అనేది సంయోగ పదార్థం యొక్క ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీ
• ΔHf°(ఉత్పన్నాలు) అనేది ఉత్పన్నాల ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీల మొత్తం
• ΔHf°(ప్రతిచర్యకారకాలు) అనేది ప్రతిచర్యకారకాల ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీల మొత్తం

ఉదాహరణ#

నీటి ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీని లెక్కించడానికి, మనకు హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ యొక్క ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీలు తెలుసుకోవాలి. హైడ్రోజన్ యొక్క ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీ 0 kJ/mol, మరియు ఆక్సిజన్ యొక్క ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీ 0 kJ/mol. కాబట్టి, నీటి ప్రామాణిక ఏర్పడే ఎంథాల్పీ:

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

దీని అర్థం హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ నుండి నీరు ఏర్పడటం ఒక ఉష్ణతటస్థ ప్రక్రియ.

ఏర్పడే ఎంథాల్పీ యొక్క అనువర్తనాలు#

ఏర్పడే ఎంథాల్పీ అనేది వివిధ రకాల రసాయన గణనలకు ఉపయోగకరమైన లక్షణం. ఉదాహరణకు, దీనిని ఇలా ఉపయోగించవచ్చు:

• రసాయనిక చర్య యొక్క ఉత్పన్నాలను అంచనా వేయడం
• రసాయనిక చర్య ద్వారా విడుదలయ్యే లేదా శోషించబడే ఉష్ణాన్ని లెక్కించడం
• రసాయన ప్రక్రియలను రూపకల్పన చేయడం

ఏర్పడే ఎంథాల్పీ అనేది ఒక ముఖ్యమైన ఉష్ణగతిక లక్షణం, ఇది వివిధ రకాల రసాయన గణనలలో ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది ఒక సంయోగ పదార్థం దాని మూలకాల నుండి ఏర్పడినప్పుడు సంభవించే శక్తి మార్పు యొక్క కొలత.

హెస్ నియమంపై ఆధారిత సమస్య#

హెస్ నియమం ప్రకారం, ఒక రసాయనిక చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పు తీసుకున్న మార్గంపై ఆధారపడదు. దీని అర్థం ఒక చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పును, ఆ చర్యలోని వ్యక్తిగత దశల ఎంథాల్పీ మార్పులను కూడి లెక్కించవచ్చు.

సమస్య#

కింది చర్యను పరిగణించండి:

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

ఈ చర్య యొక్క ఎంథాల్పీ మార్పును హెస్ నియమాన్ని ఉపయోగించి కింది దశల ఎంథాల్పీ మార్పులను కూడి లెక్కించవచ్చు:

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

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

చర్య యొక్క మొత్తం ఎంథాల్పీ మార్పు:

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

CH4 మరియు O2 మధ్య చర్య జరిగి CO2 మరియు H2O ఏర్పడటానికి ఎంథాల్పీ మార్పు -1173 kJ. ఈ విలువ హెస్ నియమాన్ని ఉపయోగించి, చర్యలోని వ్యక్తిగత దశల ఎంథాల్పీ మార్పులను కూడి లెక్కించబడింది.

హెస్ నియమం తరచుగా అడిగే ప్రశ్నలు#

ప్ర: హెస్ నియమం అంటే ఏమిటి?

జ: హెస్ నియమం ప్రకారం, ఒక రసాయనిక చర్యకు మొత్తం ఎంథాల్పీ మార్పు తీసుకున్న మార్గంపై ఆధారపడదు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఒక చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పు అది ఒక దశలో జరిగినా లేదా బహుళ దశల్లో జరిగినా ఒకే విధంగా ఉంటుంది.

ప్ర: హెస్ నియమాన్ని ఎలా ఉపయోగిస్తారు?

జ: హెస్ నియమాన్ని నేరుగా కొలవలేని ఒక చర్యకు ఎంథాల్పీ మార్పును లెక్కించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఇది చర్య యొక్క వ్యక్తిగత దశలకు ఎంథాల్పీ మార్పులను కూడి చేయడం ద్వారా జరుగుతుంది.

ప్ర: హెస్ నియమం గణనలకు కొన్ని ఉదాహరణలు ఏమిటి?

జ: ఎంథాల్పీ మార్పులను లెక్కించడానికి హెస్ నియమాన్ని ఎలా ఉపయోగించవచ్చో ఇక్కడ కొన్ని ఉదాహరణలు ఉన్నాయి:

• మీథేన్ దహనానికి ఎంథాల్పీ మార్పును కింది చర్యలకు ఎంథాల్పీ మార్పులను కూడి లెక్కించవచ్చు:

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

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

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

మీథేన్ దహనానికి మొత్తం ఎంథాల్పీ మార్పు:

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

• నీరు ఏర్పడటానికి ఎంథాల్పీ మార్పును కింది చర్యలకు ఎంథాల్పీ మార్పులను కూడి లెక్కించవచ్చు:

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

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

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

నీరు ఏర్పడటానికి మొత్తం ఎంథాల్పీ మార్పు:

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

ప్ర: హెస్ నియమం యొక్క పరిమితులు ఏమిటి?

జ: హెస్ నియమం స్థిర ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద జరిగే చర్యలకు మాత్రమే వర్తిస్తుంది. ఇది వాయువు మోల్ల సంఖ్యలో మార్పు ఉన్న చర్యలకు కూడా వర్తించదు.

ప్ర: హెస్ నియమం ఈనాడు కూడా ఉపయోగించబడుతుందా?

జ: అవును, హెస్ నియమం ఈనాడు కూడా రసాయన శాస్త్రవేత్తలచే చర్యలకు ఎంథాల్పీ మార్పులను లెక్కించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది రసాయనిక చర్యల ఉష్ణగతిక శాస్త్రాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి ఒక విలువైన సాధనం.