रासायनिक प्रतिक्रिया में एन्थैल्पी खोजने के 3 तरीके

2024 लेखक: Jason Gerald | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-19 22:12

सभी रासायनिक अभिक्रियाओं में, ऊष्मा को परिवेश से प्राप्त किया जा सकता है या परिवेश में छोड़ा जा सकता है। एक रासायनिक प्रतिक्रिया और उसके पर्यावरण के बीच गर्मी के आदान-प्रदान को प्रतिक्रिया की थैलीपी या एच के रूप में जाना जाता है। हालांकि, एच को सीधे मापा नहीं जा सकता है - इसके बजाय, वैज्ञानिक समय के साथ प्रतिक्रिया के तापमान में परिवर्तन का उपयोग थैलेपी में परिवर्तन को खोजने के लिए करते हैं। समय के साथ (के रूप में लिखा एच) एच के साथ, एक वैज्ञानिक यह निर्धारित कर सकता है कि क्या प्रतिक्रिया गर्मी देती है (या "एक्सोथर्मिक" है) या गर्मी प्राप्त करती है (या "एंडोथर्मिक" है)। सामान्य रूप में, एच = एम एक्स एस एक्स टी जहाँ m अभिकारकों का द्रव्यमान है, s उत्पादों की विशिष्ट ऊष्मा है, और T अभिक्रिया में तापमान में परिवर्तन है।

कदम

विधि 1 में से 3: एन्थैल्पी समस्याओं को हल करना

चरण 1. अपने उत्पादों और अभिकारकों की प्रतिक्रिया निर्धारित करें।

किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया में दो रासायनिक श्रेणियां शामिल होती हैं - उत्पाद और अभिकारक। उत्पाद रासायनिक पदार्थ होते हैं जो प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप होते हैं, जबकि अभिकारक रासायनिक पदार्थ होते हैं जो उत्पादों का उत्पादन करने के लिए गठबंधन या विभाजित होते हैं। दूसरे शब्दों में, एक प्रतिक्रिया के अभिकारक एक खाद्य नुस्खा के अवयवों की तरह होते हैं, जबकि उत्पाद तैयार भोजन होते हैं। किसी अभिक्रिया का H ज्ञात करने के लिए, पहले उत्पादों और अभिकारकों की पहचान करें।

उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि हम हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से पानी के निर्माण के लिए प्रतिक्रिया की थैलीपी खोजने जा रहे हैं: 2H₂ (हाइड्रोजन) + O₂ (ऑक्सीजन) → 2H₂ओ (पानी)। इस समीकरण में, एच₂ तथा हे₂ अभिकारक है और एच₂हे एक उत्पाद है।

चरण 2. अभिकारकों का कुल द्रव्यमान ज्ञात कीजिए।

इसके बाद, अपने अभिकारकों का द्रव्यमान ज्ञात कीजिए। यदि आप इसका द्रव्यमान नहीं जानते हैं और इसे वैज्ञानिक पैमाने पर नहीं तौल सकते हैं, तो आप इसका वास्तविक द्रव्यमान ज्ञात करने के लिए इसके दाढ़ द्रव्यमान का उपयोग कर सकते हैं। दाढ़ द्रव्यमान एक स्थिरांक है जो नियमित आवर्त सारणी (एकल तत्वों के लिए) और अन्य रासायनिक स्रोतों (अणुओं और यौगिकों के लिए) में पाया जा सकता है। अभिकारकों का द्रव्यमान ज्ञात करने के लिए बस प्रत्येक अभिकारक के मोलर द्रव्यमान को मोलों की संख्या से गुणा करें।

• पानी के उदाहरण में, हमारे अभिकारक हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसें हैं, जिनका दाढ़ द्रव्यमान 2 ग्राम और 32 ग्राम है। चूँकि हम 2 मोल हाइड्रोजन का उपयोग कर रहे हैं (H. में 2 के गुणांक को देखते हुए)₂) और 1 मोल ऑक्सीजन (O. में गुणांक की अनुपस्थिति को देखते हुए)₂), हम अभिकारकों के कुल द्रव्यमान की गणना निम्नानुसार कर सकते हैं:

  2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g

चरण 3. अपने उत्पाद की विशिष्ट ऊष्मा ज्ञात कीजिए।

इसके बाद, आप जिस उत्पाद का विश्लेषण कर रहे हैं उसकी विशिष्ट ऊष्मा ज्ञात करें। प्रत्येक तत्व या अणु में एक विशिष्ट विशिष्ट ऊष्मा होती है: यह मान एक स्थिरांक है और आमतौर पर रसायन विज्ञान सीखने के संसाधनों में पाया जाता है (उदाहरण के लिए, एक रसायन शास्त्र पाठ्यपुस्तक के पीछे तालिका में)। विशिष्ट ऊष्मा की गणना करने के विभिन्न तरीके हैं, लेकिन हम जिस सूत्र का उपयोग कर रहे हैं, उसके लिए हम इकाई जूल/ग्राम °C का उपयोग कर रहे हैं।

• ध्यान दें कि यदि आपके समीकरण में कई उत्पाद हैं, तो आपको प्रत्येक उत्पाद का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले तत्वों की प्रतिक्रियाओं के लिए थैलेपी की गणना करनी होगी, फिर प्रतिक्रिया के लिए समग्र थैलेपी खोजने के लिए उन्हें जोड़ना होगा।
• हमारे उदाहरण में, अंतिम उत्पाद पानी है, जिसकी विशिष्ट ऊष्मा लगभग होती है। ४.२ जूल/ग्राम °C.

चरण 4. अभिक्रिया होने के बाद तापमान में अंतर ज्ञात कीजिए।

इसके बाद, हम टी पाएंगे, प्रतिक्रिया से पहले और बाद में तापमान में परिवर्तन। गणना करने के लिए प्रतिक्रिया (या T2) के बाद अंतिम तापमान से प्रतिक्रिया (या T1) के प्रारंभिक तापमान को घटाएं। अधिकांश रासायनिक कार्यों की तरह, केल्विन (K) तापमान का उपयोग किया जाता है (हालाँकि सेल्सियस (C) समान परिणाम देगा)।

• हमारे उदाहरण के लिए, मान लें कि प्रतिक्रिया का प्रारंभिक तापमान 185K है, लेकिन प्रतिक्रिया पूरी होने पर 95K तक ठंडा हो जाता है। इस समस्या में, T की गणना इस प्रकार की जाती है:

  टी = टी 2 - टी 1 = 95 के - 185 के = - 90K

चरण 5. हल करने के लिए सूत्र H = m x s x T का प्रयोग करें।

यदि आपके पास m, अभिकारकों का द्रव्यमान, s, उत्पादों की विशिष्ट ऊष्मा, और T, अभिक्रिया के तापमान में परिवर्तन है, तो आप अभिक्रिया की एन्थैल्पी ज्ञात करने के लिए तैयार हैं। अपने मानों को सूत्र H = m x s x T में प्लग करें और हल करने के लिए गुणा करें। आपका उत्तर ऊर्जा इकाइयों, अर्थात् जूल (J) में लिखा गया है।

• हमारी उदाहरण समस्या के लिए, प्रतिक्रिया की थैलीपी है:

  एच = (36 जी) × (4.2 जेके -1 जी -1) × (-90 के) = - 13,608 जू

चरण 6. निर्धारित करें कि आपकी प्रतिक्रिया ऊर्जा प्राप्त कर रही है या खो रही है।

विभिन्न प्रतिक्रियाओं के लिए एच की गणना करने के सबसे सामान्य कारणों में से एक यह निर्धारित करना है कि क्या प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है (ऊर्जा खो देती है और गर्मी छोड़ती है) या एंडोथर्मिक (ऊर्जा प्राप्त करती है और गर्मी को अवशोषित करती है)। यदि एच के लिए आपके अंतिम उत्तर का संकेत सकारात्मक है, तो प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है। इस बीच, यदि संकेत नकारात्मक है, तो प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है। संख्या जितनी बड़ी होगी, एक्सो- या एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया उतनी ही अधिक होगी। मजबूत एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं से सावधान रहें - वे कभी-कभी बड़ी मात्रा में ऊर्जा छोड़ते हैं, जो बहुत जल्दी जारी होने पर विस्फोट का कारण बन सकती है।

हमारे उदाहरण में, अंतिम उत्तर -13608J है। चूँकि चिन्ह ऋणात्मक है, हम जानते हैं कि हमारी प्रतिक्रिया है एक्ज़ोथिर्मिक. यह समझ में आता है - H₂ और ओ₂ एक गैस है, जबकि H₂ओ, उत्पाद, एक तरल है। गर्म गैस (भाप के रूप में) को ऊष्मा के रूप में पर्यावरण को ऊर्जा छोड़नी चाहिए, इसे ठंडा करने के लिए एक तरल बनाना चाहिए, यानी एच बनाने की प्रतिक्रिया₂ओ ऊष्माक्षेपी है।

विधि 2 का 3: एन्थैल्पी आकार का आकलन

चरण 1. एन्थैल्पी का अनुमान लगाने के लिए आबंध ऊर्जाओं का प्रयोग कीजिए।

लगभग सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं में परमाणुओं के बीच बंधनों का निर्माण या टूटना शामिल होता है। चूंकि रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, ऊर्जा को नष्ट या निर्मित नहीं किया जा सकता है, अगर हम एक प्रतिक्रिया में बांड बनाने या तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा जानते हैं, तो हम इन बांडों को जोड़कर उच्च स्तर की सटीकता के साथ समग्र प्रतिक्रिया के लिए थैलेपी परिवर्तन का अनुमान लगा सकते हैं। ऊर्जा।

• उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया H. का उपयोग करती है₂ + एफ₂ → 2एचएफ। इस समीकरण में, H अणु में H परमाणुओं को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा है₂ 436 kJ/mol है, जबकि F. के लिए आवश्यक ऊर्जा₂ 158 kJ/mol है। अंत में, H और F से HF बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा = -568 kJ/mol है। हम 2 से गुणा करते हैं क्योंकि समीकरण में गुणनफल 2 HF है, इसलिए यह 2 × -568 = -1136 kJ/mol है। उन सभी को एक साथ जोड़कर, हम प्राप्त करते हैं:

  436 + 158 + -1136 = - 542 kJ/mol.

चरण 2. एन्थैल्पी का अनुमान लगाने के लिए गठन की एन्थैल्पी का उपयोग करें।

गठन की थैलीपी एच मूल्यों का एक समूह है जो एक रासायनिक पदार्थ के उत्पादन के लिए प्रतिक्रिया के थैलेपी परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है। यदि आप समीकरण में उत्पादों और अभिकारकों के उत्पादन के लिए आवश्यक गठन की थैलीपी को जानते हैं, तो आप ऊपर वर्णित बंधन ऊर्जा की तरह थैलीपी का अनुमान लगाने के लिए उन्हें जोड़ सकते हैं।

• उदाहरण के लिए, समीकरण C. का उपयोग करता है₂एच₅ओह + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O. इस समीकरण में, हम जानते हैं कि निम्नलिखित प्रतिक्रिया के लिए गठन की थैलीपी है:

  सी₂एच₅ओह → 2C + 3H₂ +0.5O₂ = 228 kJ/mol

  2सी + 2ओ₂ → 2CO₂ = -394 × 2 = -788 kJ/mol

  3 ज₂ +1.5 ओ₂ → 3H₂ओ = -286 × 3 = -858 केजे/मोल

  चूँकि हम C. प्राप्त करने के लिए इन समीकरणों को जोड़ सकते हैं₂एच₅ओह + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O, जिस अभिक्रिया से हम एन्थैल्पी ज्ञात करने का प्रयास कर रहे हैं, हमें इस अभिक्रिया की एन्थैल्पी ज्ञात करने के लिए केवल ऊपर बनने वाली अभिक्रिया की एन्थैल्पी को जोड़ने की आवश्यकता है, जो इस प्रकार है:

  228 + -788 + -858 = - 1418 केजे/मोल.

चरण 3. समीकरण को उलटते समय चिह्न बदलना न भूलें।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि जब आप किसी प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी की गणना करने के लिए गठन की थैलीपी का उपयोग करते हैं, तो जब भी आप तत्वों की प्रतिक्रिया के लिए समीकरण को उलटते हैं, तो आपको गठन की थैलीपी का संकेत बदलना होगा। दूसरे शब्दों में, यदि आप प्रतिक्रिया के गठन के लिए अपने एक या अधिक समीकरणों को उल्टा करते हैं ताकि उत्पाद और अभिकारक एक-दूसरे को रद्द कर दें, तो आप जिस गठन प्रतिक्रिया की अदला-बदली कर रहे हैं, उसकी एन्थैल्पी का संकेत बदल दें।

ऊपर के उदाहरण में, ध्यान दें कि गठन प्रतिक्रिया हमने C. के लिए उपयोग की थी₂एच₅ओह उल्टा। सी₂एच₅ओह → 2C + 3H₂ +0.5O₂ सी दिखाओ₂एच₅ओएच विभाजित है, गठित नहीं है। चूंकि हमने इस समीकरण को उलट दिया ताकि उत्पाद और अभिकारक एक दूसरे को रद्द कर दें, हमने 228 kJ/mol देने के लिए गठन की थैलीपी के संकेत को बदल दिया। वास्तव में, C. के लिए निर्माण की एन्थैल्पी₂एच₅OH -228 kJ/mol है।

विधि 3 का 3: प्रयोगों में एन्थैल्पी परिवर्तन का अवलोकन करना

Step 1. एक साफ कंटेनर लें और उसमें पानी भरें।

एक साधारण प्रयोग से एन्थैल्पी के सिद्धांत को आसानी से देखा जा सकता है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि आपकी प्रायोगिक प्रतिक्रिया बाहरी पदार्थों से दूषित नहीं है, उन कंटेनरों को साफ और निष्फल करें जिनका आप उपयोग करना चाहते हैं। थैलेपी को मापने के लिए वैज्ञानिक कैलोरीमीटर नामक विशेष सीलबंद कंटेनरों का उपयोग करते हैं, लेकिन आप किसी भी कांच या छोटी परखनली से अच्छे परिणाम प्राप्त कर सकते हैं। आप जो भी कंटेनर इस्तेमाल करें, उसमें साफ, कमरे के तापमान का पानी भरें। आपको ठंडे तापमान वाले कमरे में भी प्रयोग करना चाहिए।

इस प्रयोग के लिए, आपको एक काफी छोटे कंटेनर की आवश्यकता होगी। हम पानी पर अलका-सेल्टज़र के थैलेपी परिवर्तन के प्रभाव की जांच करेंगे, इसलिए आप जितना कम पानी का उपयोग करेंगे, तापमान में बदलाव उतना ही स्पष्ट होगा।

चरण 2. थर्मामीटर को कंटेनर में डालें।

एक थर्मामीटर लें और इसे कंटेनर में सेट करें ताकि थर्मामीटर की नोक पानी के नीचे रहे। पानी का तापमान पढ़ें - हमारे उद्देश्यों के लिए, पानी का तापमान T1 द्वारा दर्शाया जाता है, प्रतिक्रिया का प्रारंभिक तापमान।

मान लीजिए कि हम पानी के तापमान को मापते हैं और परिणाम 10 डिग्री सेल्सियस है। कुछ चरणों में, हम इन तापमान रीडिंग का उपयोग थैलेपी के सिद्धांत को साबित करने के लिए करेंगे।

चरण 3. कंटेनर में एक अलका-सेल्टज़र जोड़ें।

जब आप प्रयोग शुरू करने के लिए तैयार हों, तो अलका-सेल्टज़र को पानी में गिरा दें। आप तुरंत देखेंगे कि अनाज बुदबुदा रहा है और फुफकार रहा है। जब मोती पानी में घुल जाते हैं, तो वे रासायनिक बाइकार्बोनेट (HCO.) में टूट जाते हैं।₃^-) और साइट्रिक एसिड (जो हाइड्रोजन आयनों के रूप में प्रतिक्रिया करता है, H⁺) ये रसायन समीकरण 3HCO. में पानी और कार्बन डाइऑक्साइड गैस बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं₃⁻ + 3H⁺ → 3H₂ओ + 3CO₂.

चरण 4. प्रतिक्रिया पूरी होने पर तापमान को मापें।

प्रतिक्रिया के आगे बढ़ने पर देखें - अलका-सेल्टज़र दाने धीरे-धीरे घुल जाएंगे। जैसे ही अनाज की प्रतिक्रिया समाप्त हो जाती है (या धीमी हो जाती है), तापमान को फिर से मापें। पानी पहले से ठंडा होना चाहिए। यदि यह गर्म है, तो प्रयोग बाहरी ताकतों से प्रभावित हो सकता है (उदाहरण के लिए, यदि आप जिस कमरे में हैं वह गर्म है)।

हमारे प्रायोगिक उदाहरण के लिए, मान लें कि अनाज के फीके पड़ने के बाद पानी का तापमान 8 डिग्री सेल्सियस है।

चरण 5. अभिक्रिया की एन्थैल्पी का आकलन कीजिए।

एक आदर्श प्रयोग में, जब आप एक अलका-सेल्टज़र अनाज को पानी में गिराते हैं, तो यह पानी और कार्बन डाइऑक्साइड गैस बनाता है (गैस को फुफकारने वाले बुलबुले के रूप में देखा जा सकता है) और पानी के तापमान में गिरावट का कारण बनता है। इस जानकारी से, हम अनुमान लगाते हैं कि प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है - यानी यह आसपास के वातावरण से ऊर्जा को अवशोषित करती है। घुले हुए द्रव अभिकारकों को गैसीय उत्पाद बनाने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए वे परिवेश से ऊष्मा के रूप में ऊर्जा को अवशोषित करते हैं (इस प्रयोग में, पानी)। इससे पानी का तापमान कम हो जाता है।

हमारे प्रायोगिक उदाहरण में अलका-सेल्टज़र मिलाने के बाद पानी के तापमान में दो डिग्री की गिरावट आई। यह उस हल्की एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया से मेल खाती है जिसकी हम अपेक्षा करते हैं।