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गिब्स एनर्जी क्या है। एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा

उचित पोषण
03.09.2019

गणना जी रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए दो तरह से किया जा सकता है। पर पहला रास्ता संबंध (4.3) का उपयोग किया जाता है

एक उदाहरण के रूप में, . की गणना पर विचार करें G0 प्रतिक्रिया के लिए

"°" प्रतीक, पहले की तरह, प्रतिक्रिया में सभी प्रतिभागियों की मानक स्थिति को इंगित करता है।

यह ज्ञात है कि जल निर्माण की मानक एन्थैल्पी बराबर होती है

प्रतिक्रिया में प्रतिभागियों के मानक एन्ट्रॉपी के सारणीबद्ध मूल्यों का उपयोग करना, एन्ट्रापी इकाइयों में व्यक्त किया गया, ई.यू. (जे / मोल के): \u003d 126 ई.यू.;

गणना करना एएस 0, समीकरण (3.6) का उपयोग करना:

इस प्रकार, हम पाते हैं कि

परिणामी ऋणात्मक मान इंगित करता है कि मानक परिस्थितियों में यह प्रतिक्रिया बाएं से दाएं आगे बढ़नी चाहिए।

में दूसरी विधि गणना जी रासायनिक प्रतिक्रियाएं इस तथ्य का उपयोग करती हैं कि इस मूल्य की गणना ज्ञात मूल्यों से की जा सकती है जी अन्य प्रतिक्रियाएं, जिनमें से समीकरणों का संयोजन हमें ब्याज की प्रतिक्रिया समीकरण देता है (प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभावों की गणना के समान)। ऐसा करने में, हम इस फ़ंक्शन के गुणों से एक राज्य फ़ंक्शन के रूप में आगे बढ़ते हैं: हम Δ . पर विचार करते हैं जी प्रक्रिया पथ से स्वतंत्र।

इन उद्देश्यों के लिए उपयोग करने के लिए सबसे सुविधाजनक एजी गठन प्रतिक्रियाएं (Δजी ओ 6 पी)। जब हमने हेस के नियम के पहले परिणाम का अध्ययन किया तो हम गठन की प्रतिक्रियाओं से परिचित हो गए। हम आपको याद दिलाते हैं कि गठन प्रतिक्रियाएं ऊष्मप्रवैगिकी में, ऐसी प्रतिक्रियाओं पर विचार किया जाता है जिसमें किसी दिए गए तापमान पर मानक अवस्था में पदार्थ का 1 मोल बनता है सरल पदार्थ एक ही तापमान पर उनकी मानक अवस्था में लिया जाता है। गठन प्रतिक्रियाएं अक्सर काल्पनिक होती हैं, अर्थात। वास्तव में नहीं जा रहा है, लेकिन केवल उपरोक्त परिभाषा के अनुरूप है। थर्मोडायनामिक टेबल मानक परिस्थितियों में गठन प्रतिक्रियाओं के लिए गिब्स ऊर्जा परिवर्तन दिखाते हैं ( Δ जी^)- स्पष्ट है कि जी° 6p सरल पदार्थ शून्य के बराबर है।

G p का उपयोग करके, कोई गिब्स ऊर्जा में मानक परिवर्तन की गणना कर सकता है ( Δ G0) किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया। यह मान स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए प्रतिक्रिया उत्पादों और प्रारंभिक पदार्थों के गठन की प्रतिक्रियाओं के लिए मानक गिब्स ऊर्जा के बीच अंतर के बराबर है:

(4.4)

एक उदाहरण के रूप में, आइए एक महत्वपूर्ण जैव रासायनिक प्रक्रिया की गणना (Δ G°) करें - ग्लूकोज ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया:

जैविक प्रणालियों में, इतनी बड़ी मात्रा में ऊर्जा तुरंत नहीं निकलती है, लेकिन रासायनिक परिवर्तनों की एक जटिल श्रृंखला में छोटे हिस्से में।

मानक से अलग तापमान पर प्रतिक्रियाओं की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की गणना करने के लिए ( Δ जी टी), तापमान सीमा में प्रतिक्रिया प्रतिभागियों की गर्मी क्षमता 298 K से तक जानना आवश्यक है टी। परिकलित अनुपात निम्नानुसार प्राप्त किए जाते हैं:

चूँकि, समीकरणों (2.18a) और (3.7) के अनुसार

इसी प्रकार, निर्भरता के लिए व्यंजक प्राप्त किया जा सकता है एफ तापमान पर:

(4.6)

कार्यों के व्यावहारिक उपयोग के लिए एफ और जी निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर जानना उपयोगी है।

1. . के बीच अंतर क्या हैं एफ और जी रासायनिक प्रतिक्रियाएं टी = स्थिरांक?

. की परिभाषाओं से एफ और जी उसका अनुसरण करता है

प्रतिक्रियाओं में संघनित मीडिया (ठोस और तरल) आम तौर पर मात्रा में परिवर्तन की उपेक्षा की जा सकती है ( Δ वी = 0)। फिर

यदि प्रतिक्रियाएं शामिल हैं गैसों और आप उन्हें गिन सकते हैं आदर्श , तब

. पर वी = 0 वे। जब प्रतिक्रिया मोल्स की संख्या को बदले बिना आगे बढ़ती है,

2. सहज प्रक्रियाओं की संभावना के लिए थर्मोडायनामिक मानदंड के मूल्यों को प्राप्त करके क्या निष्कर्ष निकाला जा सकता है?

यदि ऊष्मप्रवैगिकी एक सहज प्रक्रिया की संभावना के प्रश्न का नकारात्मक उत्तर देती है (Δ .) एफ > 0 या जी > 0), जिसका अर्थ है कि बाहरी ऊर्जा आपूर्ति के बिना प्रक्रिया असंभव है। प्रक्रिया अनायास ही विपरीत दिशा में आगे बढ़ सकती है।

यदि ऊष्मप्रवैगिकी सकारात्मक उत्तर देती है ( Δ एफ< 0 या जी< 0), यह केवल प्रक्रिया की संभावना को इंगित करता है। लेकिन अक्सर वास्तविक परिस्थितियों में ऐसी प्रक्रिया नहीं होती है। उदाहरण के लिए, सीओ 2 . के गठन की प्रतिक्रिया के लिए जी 0 \u003d -395.9 केजे / मोल। लेकिन 298 K और . पर ऑक्सीजन के साथ ग्रेफाइट आर = 1 एटीएम प्रतिक्रिया नहीं करता है। प्रक्रिया को आगे बढ़ाने के लिए, गति (फ्यूज, उत्प्रेरक, आदि) बढ़ाने के लिए स्थितियां बनाना आवश्यक है।

3. क्या प्रक्रिया जारी रह सकती है यदि एफ > 0 या जी > 0?

हो सकता है, लेकिन अनायास नहीं। इसे करने में ऊर्जा लगती है। एक उदाहरण प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया है जो सौर ऊर्जा के प्रभाव में पौधों में होती है। एक अन्य उदाहरण Δ . द्वारा विशेषता प्रतिक्रियाओं का कोर्स है जी > 0 जब प्रतिक्रियाओं के साथ जोड़ा जाता है जिसके लिए A जी < 0. При этом сумма величин Δजी युग्मित प्रतिक्रियाओं सहित प्रक्रिया के सभी चरणों के लिए, नकारात्मक है। उदाहरण के लिए, ग्लूकोज और फ्रुक्टोज से सुक्रोज को संश्लेषित करने के लिए:

Δ G0 \u003d 21 kJ / mol और, इसलिए, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया अनायास आगे नहीं बढ़ सकती है। हालांकि, यह ज्ञात है कि यह प्रक्रिया जीवों में होती है। इस मामले में संयुग्म प्रतिक्रिया एडीपी और फॉस्फोरिक एसिड (पी) के गठन के साथ एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) का हाइड्रोलिसिस है:

एक मध्यवर्ती के रूप में ग्लूकोज-1-फॉस्फेट के गठन द्वारा संयुग्मन किया जाता है। प्रतिक्रिया दो चरणों में आगे बढ़ती है:

पहला चरण: एटीपी + ग्लूकोज -> ग्लूकोज-1-फॉस्फेट + एडीपी;

जी 0 \u003d -29.4 केजे / मोल।

दूसरा चरण: ग्लूकोज-1-फॉस्फेट + फ्रुक्टोज -> सुक्रोज + एफ; एजी 0 = 0।

चूंकि ΔG एक योगात्मक मात्रा है, इसलिए समग्र प्रक्रिया को दो चरणों के योग के रूप में लिखा जा सकता है:

एटीपी + ग्लूकोज + फ्रुक्टोज = सुक्रोज + एडीपी + एफ; ΔG0 =

29.4 kJ/mol.

ऐसा संयुग्मन कई जैविक प्रतिक्रियाओं के लिए विशिष्ट है।

जीवित जीवों में, ग्लूकोज ऑक्सीकरण के दौरान जारी ऊर्जा को विभिन्न जीवन प्रक्रियाओं में तुरंत उपभोग नहीं किया जाता है, लेकिन भविष्य में उपयोग के लिए विभिन्न ऊर्जा-समृद्ध यौगिकों, जैसे फॉस्फोरिक एसिड एस्टर (एटीपी, एलडीएफ, क्रिएटिन और आर्जिनिन फॉस्फेट, आदि) में संग्रहीत किया जाता है। .

4. किन मामलों में एक (या यू)

सामान्य स्थिति में, सहजता की कसौटी मान . है जी (या एफ) प्रक्रिया।

चूंकि जी = Δ एच - TΔS (या एफ = ∆यू - टी∆एस), तो फिर एस = 0 (आइसोएंट्रोनिक स्थितियों के तहत) जी = Δ एच (या F= यू)। इस मामले में एच (या यू) प्रक्रिया की सहजता के लिए एक मानदंड है। इस मामले में, एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाएं स्वचालित रूप से आगे बढ़ती हैं। ( Δ एच< 0, यू < 0).

5. कब एस प्रक्रिया की सहजता के लिए एक मानदंड है?

तर्क धारा 4 में दिए गए तर्क के समान है।

चूंकि जी = Δ एच - TΔS (या ΔF = U - TΔS), फिर प्रतिक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों की अनुपस्थिति में (एएच = 0, Δ यू = 0) Δ जी = -TΔS (या एफ = -टीΔएस)। इस मामले में एस प्रक्रिया की सहजता के लिए एक मानदंड है। इसी समय, एन्ट्रापी में वृद्धि के साथ प्रक्रियाएं अनायास होती हैं (∆S > 0), यानी। पदार्थों के अपघटन, उनके विनाश, पृथक्करण से जुड़ी प्रक्रियाएं।

6. एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं की सहज घटना के लिए क्या स्थितियां हैं ( Δ एच < 0, Δयू < 0)?

निश्चितता के लिए, हम एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं की घटना के लिए आइसोबैरिक स्थितियों का चयन करते हैं: एच< जी = एएच - टीΔएस.

गौर कीजिए कि का चिन्ह कैसे बदलता है जी मूल्य बदलते समय एस:

  • और अगर एस> 0, तब जी = Δ एच - टीएस
  • बी) अगर एस = 0, तब जी = Δ एच - TΔS
  • सी) अगर एस जी = ΔΔ एच - TΔS टीएस :
    • |ΔH|>|टीΔएस|. साथ ही, जी 0. प्रक्रिया अनायास चलती है,
    • | एच | = |टीएस|. इस मामले में, G = 0. संतुलन की स्थिति,
    • | एच | जी > 0. प्रक्रिया बाएं से दाएं नहीं जाती है।

इस प्रकार, एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं को थर्मोडायनामिक रूप से केवल एन्ट्रापी में उल्लेखनीय कमी के साथ मना किया जाता है, उदाहरण के लिए, संरचना की कुछ प्रक्रियाओं में, अतिरिक्त बांडों का निर्माण, आदि।

इन चर्चाओं से एक और महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह है: पृथक प्रणालियों में, एन्ट्रापी में कमी वाली प्रक्रियाएं अनायास हो सकती हैं , यदि वे एक महत्वपूर्ण थर्मल प्रभाव के साथ हैं। सिस्टम की सहज जटिलता की संभावना को समझने के लिए यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, जीवित जीवों के विकास की प्रक्रिया में। इस मामले में, फॉस्फोरिक एसिड (एटीपी, एडीपी, क्रिएटिन और आर्जिनिन फॉस्फेट, आदि) के समान ऊर्जा युक्त एस्टर ऊर्जा स्रोत हो सकते हैं। इसके अलावा, वास्तविक प्रणालियों पर विचार करते समय, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि वे व्यावहारिक रूप से कभी अलग नहीं होते हैं और बाहर से ऊर्जा की आपूर्ति करना संभव है।

7. एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं की सहज घटना के लिए क्या स्थितियां हैं ( Δ एच > 0)?

निश्चितता के लिए, हम एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं की घटना के लिए आइसोबैरिक स्थितियों का चयन करते हैं: ΔH> 0. इस मामले में, एक सहज प्रतिक्रिया कार्यवाही की संभावना संकेत द्वारा निर्धारित की जाती है जी = Δ एच - टीΔएस.

पिछले मामले की तरह, विचार करें कि Δ का चिन्ह कैसे बदलता है जी मूल्य बदलते समय एस:

  • और अगर एस> 0, तब साथ में = Δ एच - TΔS निरपेक्ष मूल्य के आधार पर अलग-अलग संकेत हो सकते हैं टीएस :
    • Δ एच साथ ही, साथ में
    • Δ एच = टीΔएस। साथ ही, जी = 0. संतुलन की स्थिति,
    • Δ एच> टीΔएस। साथ ही, सी >
  • बी) अगर एस = 0, तब एसी = Δ एच - टीΔएस > 0. प्रक्रिया स्वचालित रूप से बाएं से दाएं नहीं जाती है;
  • सी) अगर एस 0, तब सी = Δ एच - टीΔएस > 0. प्रक्रिया स्वचालित रूप से बाएं से दाएं नहीं जाती है।

इस प्रकार, एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाएं अनायास ही प्रतिक्रिया में एन्ट्रापी में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ आगे बढ़ती हैं, उदाहरण के लिए, अपघटन, विनाश, पृथक्करण की प्रक्रियाओं में।

  • 8. तापमान में वृद्धि . को कैसे प्रभावित करती है तुम, Δ एच, Δ एस, Δ जी और रासायनिक प्रतिक्रियाएं:
    • ए) निर्भरता यू तापमान पर किरचॉफ समीकरण (2.21a) द्वारा व्यक्त किया जाता है:

यू पर बढ़ता है सी वी > 0 और . पर गिरता है सीवी< 0. . के लिए सु = 0 मान यू तापमान पर निर्भर नहीं करता है;

बी) निर्भरता एच से तापमान किरचॉफ समीकरण (2.20a) द्वारा व्यक्त किया जाता है:

बढ़ते तापमान के साथ, मान Δ एच पर बढ़ता है पी> . के साथ 0 और . पर हिट पी के साथ < 0. При Δपी = के साथ 0 मान एच तापमान पर निर्भर नहीं करता है;

ग) निर्भरता एस तापमान पर समीकरण (3.8a) द्वारा व्यक्त किया जाता है:

बढ़ते तापमान के साथ एस पर बढ़ता है पी> . के साथ 0 और с / पर गिरता है;< 0. При Δपी के साथ =0 S का मान तापमान पर निर्भर नहीं करता है;

डी) तापमान पर ΔF की निर्भरता समीकरण (4.6) द्वारा व्यक्त की जाती है

पहले दो शब्दों की तुलना में उनके महत्वहीन मूल्य के कारण अंतिम दो शब्दों की उपेक्षा करना अक्सर संभव होता है:

लगभग, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि बढ़ते तापमान के साथ, F Δ . पर बढ़ता है एस < 0 и надает при Δएस > 0. . के लिए एस = 0 मान एफ नहीं तापमान पर निर्भर;

ई) निर्भरता जी तापमान पर समीकरण (4.5a) द्वारा व्यक्त किया जाता है:

पहले दो पदों की तुलना में उनके छोटे मूल्य के कारण अंतिम दो शब्दों की उपेक्षा करना अक्सर संभव होता है:

लगभग, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि बढ़ते तापमान के साथ जी पर बढ़ता है एस < 0 и падает при Δएस > 0. . के लिए एस = 0 मान जी तापमान पर निर्भर नहीं करता है।

एन्ट्रॉपी। गिब्स ऊर्जा

रसायन विज्ञान में सबसे महत्वपूर्ण प्रश्नों में से एक रासायनिक प्रतिक्रिया की संभावना का प्रश्न है। एक रासायनिक प्रतिक्रिया की मौलिक व्यवहार्यता के लिए एक मात्रात्मक मानदंड, विशेष रूप से, सिस्टम की स्थिति का विशिष्ट कार्य है, जिसे गिब्स ऊर्जा (जी) कहा जाता है। इस मानदंड पर विचार करने से पहले, आइए हम कई परिभाषाओं पर ध्यान दें।

स्वतःस्फूर्त प्रक्रियाएं।सहज प्रक्रियाएं ऐसी प्रक्रियाएं हैं जो बाहरी स्रोत से ऊर्जा आपूर्ति के बिना होती हैं। कई रासायनिक प्रक्रियाएं स्वतःस्फूर्त होती हैं, जैसे पानी में चीनी का घुलना, हवा में धातुओं का ऑक्सीकरण (जंग) आदि।

प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं।कई रासायनिक प्रतिक्रियाएं एक दिशा में तब तक चलती हैं जब तक कि अभिकारक पूरी तरह से समाप्त नहीं हो जाते। ऐसी प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है रासायनिक रूप से अपरिवर्तनीय. एक उदाहरण सोडियम और पानी की परस्पर क्रिया है।

अन्य प्रतिक्रियाएं पहले आगे की दिशा में आगे बढ़ती हैं, और फिर प्रतिक्रिया उत्पादों की बातचीत के कारण आगे और विपरीत दिशा में आगे बढ़ती हैं। नतीजतन, एक मिश्रण बनता है जिसमें प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पाद दोनों होते हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती।रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, सही (स्थिर) रासायनिक संतुलन, जो निम्नलिखित विशेषताओं की विशेषता है:

1) बाहरी प्रभावों की अनुपस्थिति में, सिस्टम की स्थिति अनिश्चित काल तक अपरिवर्तित रहती है;

2) बाहरी परिस्थितियों में किसी भी बदलाव से सिस्टम की स्थिति में बदलाव आता है;

3) संतुलन की स्थिति इस बात पर निर्भर नहीं करती है कि वह किस तरफ से पहुंचा है।

सच्चे संतुलन में एक प्रणाली का एक उदाहरण एक समान आणविक मिश्रण है

सीओ (जी) + एच 2 ओ (जी) सीओ 2 (जी) + एच 2 (जी)।

तापमान या अन्य स्थितियों में कोई भी परिवर्तन संतुलन में बदलाव का कारण बनता है, अर्थात। प्रणाली की संरचना में परिवर्तन।

सच्चे संतुलन के अलावा, स्पष्ट (झूठे, बाधित) संतुलन का अक्सर सामना करना पड़ता है, जब सिस्टम की स्थिति बहुत लंबे समय तक बनी रहती है, लेकिन सिस्टम पर एक छोटा सा प्रभाव इसकी स्थिति में एक मजबूत बदलाव ला सकता है। एक उदाहरण हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का मिश्रण है, जो बाहरी प्रभावों की अनुपस्थिति में कमरे के तापमान पर अनिश्चित काल तक अपरिवर्तित रह सकता है। हालांकि, इस मिश्रण में प्लैटिनाइज्ड एस्बेस्टस (उत्प्रेरक) डालना पर्याप्त है, क्योंकि एक ऊर्जावान प्रतिक्रिया शुरू हो जाएगी।

एच 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी),

प्रारंभिक सामग्री की पूर्ण थकावट के लिए अग्रणी।

यदि एक ही उत्प्रेरक को समान परिस्थितियों में तरल पानी में पेश किया जाता है, तो प्रारंभिक मिश्रण प्राप्त करना असंभव है।

एन्ट्रॉपी।किसी भी प्रणाली की स्थिति को सीधे मापे गए मापदंडों (पी, टी, आदि) के मूल्यों की विशेषता हो सकती है। ये है सिस्टम के मैक्रोस्टेट की विशेषता।सिस्टम की स्थिति को सिस्टम के प्रत्येक कण (परमाणु, अणु) की विशेषताओं द्वारा भी वर्णित किया जा सकता है: समन्वय, कंपन आवृत्ति, रोटेशन आवृत्ति, आदि। ये है सिस्टम के माइक्रोस्टेट की विशेषता।सिस्टम में बहुत बड़ी संख्या में कण होते हैं, इसलिए एक मैक्रोस्टेट बड़ी संख्या में विभिन्न माइक्रोस्टेट के अनुरूप होगा। इस संख्या को राज्य की थर्मोडायनामिक संभावना कहा जाता है और इसे के रूप में दर्शाया जाता है वू.

थर्मोडायनामिक संभावना पदार्थ की एक और संपत्ति से जुड़ी है - एन्ट्रापी (एस, जे / (मोल। के)) -बोल्ट्जमान सूत्र

जहाँ R सार्वत्रिक गैस नियतांक है और N A अवोगाद्रो नियतांक है।

एन्ट्रापी के भौतिक अर्थ को निम्नलिखित विचार प्रयोग द्वारा समझाया जा सकता है। सोडियम क्लोराइड जैसे किसी पदार्थ के आदर्श क्रिस्टल को परम शून्य तापमान पर ठंडा होने दें। इन परिस्थितियों में, क्रिस्टल बनाने वाले सोडियम और क्लोरीन आयन व्यावहारिक रूप से गतिहीन हो जाते हैं, और इस मैक्रोस्कोपिक अवस्था को एक एकल माइक्रोस्टेट की विशेषता होती है, अर्थात। डब्ल्यू = 1, और (3.13) एस = 0 के अनुसार। जैसे ही तापमान बढ़ता है, आयन क्रिस्टल जाली में संतुलन की स्थिति के आसपास दोलन करना शुरू कर देते हैं, एक मैक्रोस्टेट के अनुरूप माइक्रोस्टेट की संख्या बढ़ जाती है, और, परिणामस्वरूप, S> 0।

इस प्रकार, एन्ट्रापी एक प्रणाली की स्थिति के विकार का एक उपाय है।क्रम में कमी (हीटिंग, विघटन, वाष्पीकरण, अपघटन प्रतिक्रिया, आदि) के साथ सभी प्रक्रियाओं में सिस्टम की एन्ट्रापी बढ़ जाती है। क्रम में वृद्धि (शीतलन, क्रिस्टलीकरण, संपीड़न, आदि) के साथ होने वाली प्रक्रियाएं एन्ट्रापी में कमी की ओर ले जाती हैं।

एन्ट्रॉपी राज्य का एक कार्य है, लेकिन अधिकांश अन्य थर्मोडायनामिक कार्यों के विपरीत, किसी पदार्थ की एन्ट्रापी के निरपेक्ष मूल्य को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करना संभव है। यह संभावना एम. प्लैंक के अभिधारणा पर आधारित है, जिसके अनुसार निरपेक्ष शून्य पर, एक आदर्श क्रिस्टल की एन्ट्रापी शून्य होती है(ऊष्मप्रवैगिकी का तीसरा नियम)।

किसी पदार्थ की एन्ट्रापी की तापमान निर्भरता को अंजीर में गुणात्मक रूप से प्रस्तुत किया जाता है। 3.1.

अंजीर पर। 3.1 यह देखा जा सकता है कि 0 K के बराबर तापमान पर किसी पदार्थ की एन्ट्रॉपी शून्य होती है। तापमान में वृद्धि के साथ, एन्ट्रापी सुचारू रूप से बढ़ती है, और चरण संक्रमण के बिंदुओं पर, एन्ट्रापी में अचानक वृद्धि होती है, जो संबंध द्वारा निर्धारित होती है

(3.14)

जहाँ f.p S, f.p H और T f.p क्रमशः एन्ट्रापी, एन्थैल्पी और चरण संक्रमण तापमान में परिवर्तन हैं।

मानक अवस्था में किसी पदार्थ B की एन्ट्रापी को इस रूप में दर्शाया जाता है। कई पदार्थों के लिए, मानक एन्ट्रापी के निरपेक्ष मान निर्धारित किए जाते हैं और संदर्भ पुस्तकों में दिए जाते हैं।

एन्ट्रापी, आंतरिक ऊर्जा और एन्थैल्पी की तरह, राज्य का एक कार्य है, इसलिए एक प्रक्रिया में एक प्रणाली की एन्ट्रापी में परिवर्तन उसके पथ पर निर्भर नहीं करता है और केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है। एक रासायनिक प्रतिक्रिया (3.10) के दौरान एन्ट्रापी में परिवर्तन को प्रतिक्रिया उत्पादों के एंट्रोपियों के योग और प्रारंभिक सामग्री के एंट्रोपियों के योग के बीच अंतर के रूप में पाया जा सकता है:

एंट्रोपी की अवधारणा का उपयोग किसी एक सूत्र में किया जाता है ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम: पृथक प्रणालियों में, केवल एन्ट्रापी (ΔS> 0) में वृद्धि के साथ होने वाली प्रक्रियाएं स्वतः ही आगे बढ़ सकती हैं।पृथक प्रणालियों को उन प्रणालियों के रूप में समझा जाता है जो पर्यावरण के साथ पदार्थ या ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं करती हैं। जिन प्रणालियों में रासायनिक प्रक्रियाएं होती हैं, वे पृथक प्रणालियों से संबंधित नहीं होती हैं, क्योंकि वे पर्यावरण के साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं (प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव), और ऐसी प्रणालियों में एन्ट्रापी में कमी के साथ प्रक्रियाएं भी हो सकती हैं।

SO 2 (g) + 2H 2 S (g) \u003d 3S (t) + 2H 2 O (l), यदि सल्फर ऑक्साइड (IV), हाइड्रोजन सल्फाइड, सल्फर और पानी की मानक एन्ट्रापी 248.1 हैं; 205.64; 31.88 और 69.96 जे/(मोल के), क्रमशः।

फेसला।समीकरण (3.15) के आधार पर हम लिख सकते हैं:

इस प्रतिक्रिया में एन्ट्रापी कम हो जाती है, जो गैसीय पदार्थों से ठोस और तरल उत्पादों के निर्माण से जुड़ी होती है।

उदाहरण 3.8.गणना किए बिना, निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं में एन्ट्रापी में परिवर्तन का संकेत निर्धारित करें:

1) एनएच 4 नं 3 (सी) \u003d एन 2 ओ (जी) + 2एच 2 ओ (जी),

2) 2एच 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2एच 2 ओ (जी),

3) 2एच 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2एच 2 ओ (जी)।

फेसला।प्रतिक्रिया में (1), क्रिस्टलीय अवस्था में NH 4 NO 3 का 1 mol 3 mol गैस बनाता है, इसलिए, D r S 1 >0।

अभिक्रियाओं (2) और (3) में, गैसीय पदार्थों के मोलों की कुल संख्या और मोलों की संख्या दोनों में कमी आती है। इसलिए, डी आर एस 2<0 и D r S 3 <0. При этом уменьшение энтропии в реакции (3) больше, чем в реакции (2) , так как S о (H 2 O (ж)) < S о (H 2 O (г)).

गिब्स ऊर्जा(आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल क्षमता)। कई मामलों में, प्रकृति में सहज प्रक्रियाएं संभावित अंतर की उपस्थिति में होती हैं, उदाहरण के लिए, विद्युत क्षमता में अंतर चार्ज ट्रांसफर का कारण बनता है, और गुरुत्वाकर्षण क्षमता में अंतर शरीर को गिरने का कारण बनता है। न्यूनतम क्षमता तक पहुँचने पर ये प्रक्रियाएँ समाप्त हो जाती हैं। निरंतर दबाव और तापमान पर होने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं की प्रेरक शक्ति आइसोबैरिक-आइसोथर्मल क्षमता है, जिसे कहा जाता है गिब्स ऊर्जाऔर निरूपित जी. एक रासायनिक प्रक्रिया में गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन संबंध द्वारा निर्धारित किया जाता है

G = H -TΔS, (3.16)

जहां ΔG रासायनिक प्रक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन है; ΔH रासायनिक प्रक्रिया की एन्थैल्पी में परिवर्तन है; ΔS रासायनिक प्रक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन है; टी तापमान है, के।

समीकरण (3.16) को निम्नलिखित रूप में दर्शाया जा सकता है:

H = G + T∆S। (3.17)

समीकरण (3.17) का अर्थ यह है कि प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव का हिस्सा काम (ΔG) करने पर खर्च होता है, और हिस्सा पर्यावरण (TΔS) में समाप्त हो जाता है।

गिब्स ऊर्जा एक सहज प्रतिक्रिया की मौलिक संभावना के लिए एक मानदंड है। यदि प्रतिक्रिया के दौरान गिब्स ऊर्जा कम हो जाती है, तो प्रक्रिया इन शर्तों के तहत स्वचालित रूप से आगे बढ़ सकती है:

जी< 0. (3.18)

इन शर्तों के तहत प्रक्रिया संभव नहीं है यदि

ΔG > 0. (3.19)

व्यंजकों (3.18) और (3.19) का एक साथ अर्थ है कि विपरीत प्रतिक्रिया (3.18) या (3.19) अनायास आगे नहीं बढ़ सकती है।

प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है, अर्थात। आगे और पीछे दोनों दिशाओं में प्रवाहित हो सकता है, यदि

समीकरण (3.20) रासायनिक संतुलन के लिए एक थर्मोडायनामिक स्थिति है।

संबंध (3.18) - (3.20) चरण संतुलन पर भी लागू होते हैं, अर्थात। ऐसे मामलों में जब एक ही पदार्थ के दो चरण (समग्र अवस्था) संतुलन में हों, उदाहरण के लिए, बर्फ और तरल पानी।

एन्थैल्पी और एन्ट्रापी कारक।यह समीकरणों (3.16) और (3.18) से निम्नानुसार है कि प्रक्रियाएं अनायास आगे बढ़ सकती हैं (ΔG<0), если они сопровождаются уменьшением энтальпии (ΔH<0) и увеличением энтропии системы (ΔS>0)। यदि निकाय की एन्थैल्पी (ΔH>0) बढ़ जाती है, और एन्ट्रापी घट जाती है (ΔS .)<0), то такой процесс протекать не может (ΔG>0)। ΔS और के अन्य संकेतों के साथ, प्रक्रिया के आगे बढ़ने की मौलिक संभावना थैलेपी (ΔH) और एन्ट्रापी (ТΔS) कारकों के अनुपात से निर्धारित होती है।

अगर ΔН>0 और ΔS>0, यानी। चूंकि एन्थैल्पी घटक प्रतिकार करता है, और एन्ट्रापी घटक प्रक्रिया के पाठ्यक्रम का समर्थन करता है, एन्ट्रापी घटक के कारण प्रतिक्रिया अनायास आगे बढ़ सकती है, बशर्ते कि |ΔH|<|TΔS|.

यदि एन्थैल्पी घटक अनुकूल है और एन्ट्रापी प्रक्रिया का प्रतिकार करती है, तो अभिक्रिया एन्थैल्पी घटक के कारण अनायास आगे बढ़ सकती है, बशर्ते कि |ΔH|>|TΔS|।

प्रतिक्रिया की दिशा पर तापमान का प्रभाव।तापमान गिब्स ऊर्जा के एन्थैल्पी और एन्ट्रापी घटकों को प्रभावित करता है, जो इन प्रतिक्रियाओं की गिब्स ऊर्जा के संकेत में परिवर्तन के साथ हो सकता है, और इसलिए प्रतिक्रियाओं की दिशा। तापमान के मोटे अनुमान के लिए जिस पर गिब्स ऊर्जा का संकेत बदलता है, हम तापमान पर ΔН और S की निर्भरता की उपेक्षा कर सकते हैं। फिर समीकरण (3.16) से यह निष्कर्ष निकलता है कि तापमान पर गिब्स ऊर्जा का चिह्न बदल जाएगा

यह स्पष्ट है कि तापमान परिवर्तन के साथ गिब्स ऊर्जा का संकेत परिवर्तन केवल दो मामलों में संभव है: 1) >0 और ΔS>0 और 2)<0 и ΔS<0.

गठन की मानक गिब्स ऊर्जा साधारण पदार्थों से एक यौगिक के 1 मोल के गठन की प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन है जो मानक परिस्थितियों में स्थिर हैं। सरल पदार्थों के निर्माण की गिब्स ऊर्जा शून्य मानी जाती है। पदार्थों के निर्माण की मानक गिब्स ऊर्जा प्रासंगिक संदर्भ पुस्तकों में पाई जा सकती है।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा।गिब्स ऊर्जा एक अवस्था फलन है, अर्थात्। प्रक्रिया में इसका परिवर्तन इसके प्रवाह के पथ पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसलिए, रासायनिक प्रतिक्रिया (3.10) की गिब्स ऊर्जा की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है

ध्यान दें कि rG के मान के संदर्भ में प्रतिक्रिया के आगे बढ़ने की मौलिक संभावना के बारे में निष्कर्ष केवल उन शर्तों पर लागू होते हैं जिनके लिए प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की गणना की जाती है। यदि शर्तें मानक से भिन्न हैं, तो समीकरण का उपयोग Δ r G . खोजने के लिए किया जा सकता है वैंट हॉफ इज़ोटेर्मस, जिसे गैसों के बीच अभिक्रिया (3.10) के लिए इस प्रकार लिखा जाता है

(3.23)

और विलेय के बीच

(3.24)

संबंधित पदार्थों के आंशिक दबाव कहां हैं; सी ए, सी बी, सी डी, सी ई संगत भंग पदार्थों की सांद्रता हैं; a, b, d, e संगत स्टोइकोमीट्रिक गुणांक हैं।

यदि अभिकारक मानक अवस्था में हैं, तो समीकरण (3.23) और (3.24) समीकरण बन जाते हैं

उदाहरण 3.9। NH 3 (g) + HCl (g) \u003d NH 4 Cl (k) की प्रतिक्रिया की संभावना को मानक परिस्थितियों में 298.15 K के तापमान पर, गठन और एन्ट्रॉपी के मानक थैलेपी पर डेटा का उपयोग करके स्थापित करें।

फेसला।हेस नियम के प्रथम उपफल के आधार पर, हम अभिक्रिया की मानक एन्थैल्पी पाते हैं:

; प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है, इसलिए, थैलेपी घटक प्रतिक्रिया का पक्षधर है।

हम समीकरण के अनुसार प्रतिक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन की गणना करते हैं

प्रतिक्रिया एन्ट्रापी में कमी के साथ होती है, जिसका अर्थ है कि एन्ट्रापी घटक प्रतिक्रिया का प्रतिकार करता है।

हम समीकरण (3.16) के अनुसार प्रक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन पाते हैं:

इस प्रकार, यह प्रतिक्रिया मानक परिस्थितियों में अनायास आगे बढ़ सकती है।

उदाहरण 3.10.गठन और एन्ट्रॉपी के मानक एन्थैल्पी पर डेटा का उपयोग करते हुए, यह निर्धारित करें कि सिस्टम एन 2 (जी) + 3 एच 2 (जी) \u003d 2एनएच 3 (जी) में किस तापमान पर संतुलन होगा।

फेसला।प्रणाली के लिए संतुलन की स्थिति ΔG=0 है। ऐसा करने के लिए, संबंध (3.21) का उपयोग करते हुए, हम वह तापमान ज्ञात करते हैं जिस पर ΔG=0. प्रतिक्रिया की मानक थैलीपी और एन्ट्रापी की गणना करें:

एन्थैल्पी घटक अनुकूल है, और एन्ट्रापी घटक प्रतिक्रिया का विरोध करता है, जिसका अर्थ है कि एक निश्चित तापमान पर, गिब्स ऊर्जा के संकेत में परिवर्तन संभव है, अर्थात प्रतिक्रिया की दिशा में परिवर्तन।

संतुलन की स्थिति इस प्रकार लिखी जाएगी:

G = H -T∆S,

या, संख्यात्मक मानों को प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं

0 \u003d - 92.38 - टी (-198.3) 10 -3।

अतः अभिक्रिया एक ताप पर साम्यावस्था में होगी

को।

इस तापमान के नीचे, प्रतिक्रिया आगे की दिशा में और इस तापमान से ऊपर विपरीत दिशा में आगे बढ़ेगी।

उदाहरण 3.11.एक निश्चित तापमान T पर, एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया A®B व्यावहारिक रूप से पूरी हो जाती है। निर्धारित करें: ए) प्रतिक्रिया का संकेत डी आर एस; बी) तापमान टी पर प्रतिक्रिया बी ® ए के डीजी पर हस्ताक्षर करें; ग) कम तापमान पर प्रतिक्रिया बी ® ए की संभावना।

फेसला।ए) प्रतिक्रिया ए® बी की सहज घटना इंगित करती है कि डीजी<0. Поскольку DН>0, फिर समीकरण से
डीजी = डीएच - टीडीएस का अर्थ है कि डीएस>0; रिवर्स रिएक्शन के लिए B® A DS<0.

बी) प्रतिक्रिया के लिए ए® बी डीजी<0. Следовательно, для обратной реакции при той же температуре DG>0.

सी) प्रतिक्रिया ए® बी एंडोथर्मिक (डीएच .) है<0), следовательно, обратная реакция В ® А экзотермическая. При низких температурах абсолютная величина члена TDS мала, так что знак DG определяется знаком DН. Следовательно, при достаточно низких температурах протекание реакции В ® А возможно.

उदाहरण 3.12.गिब्स ऊर्जा के मूल्य की गणना करें और निर्धारित करें कि क्या प्रतिक्रिया CO + Cl 2 ÛCOCl 2 700 K के तापमान पर संभव है, यदि इस तापमान पर प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक 10.83 atm -1 है और सभी घटकों के आंशिक दबाव हैं समान और एक के बराबर।

फेसला।प्रतिक्रिया ए + बी सी + डी के संबंध डी आर जी 0 और के आर इज़ोटेर्म समीकरण (3.22) द्वारा दिया गया है

मानक परिस्थितियों में, जब प्रत्येक अभिकारक का आंशिक दबाव 1 atm होता है, तो यह अनुपात रूप ले लेगा

नतीजतन, T=700 K पर प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से आगे की दिशा में आगे बढ़ सकती है।

स्वाध्याय के लिए प्रश्न और कार्य

1. इकाइयों की अंतरराष्ट्रीय प्रणाली में दबाव और तापमान के संख्यात्मक मान, साथ ही वायुमंडल में, पारा के मिलीमीटर और डिग्री सेल्सियस, मानक और सामान्य स्थितियों के अनुरूप दें।

2. राज्य के कार्य किस शर्त को पूरा करते हैं? प्रक्रिया में राज्य कार्य के मूल्य में परिवर्तन क्या निर्धारित करता है?

3. कौन से पैरामीटर आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल और आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल प्रक्रियाओं की विशेषता है?

4. ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम बनाइए।

5. प्रक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव किन परिस्थितियों में होगा: a) इस प्रक्रिया की एन्थैल्पी में परिवर्तन के बराबर; बी) प्रक्रिया की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर है?

6. रासायनिक अभिक्रिया सीलबंद रिएक्टर में होती है। किस अवस्था फलन में परिवर्तन अभिक्रिया के ऊष्मीय प्रभाव को निर्धारित करेगा?

7. रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान, सिस्टम का तापमान बढ़ जाता है। क्या यह प्रक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक या एंडोथर्मिक है? इस प्रक्रिया के एन्थैल्पी परिवर्तन का क्या चिन्ह (+) या (-) है?

8. हेस का नियम बनाइए।

9. "किसी पदार्थ के निर्माण की मानक एन्थैल्पी" शब्द को परिभाषित कीजिए।

10. आण्विक क्लोरीन के गठन की मानक एन्थैल्पी क्या हैं और लोहे α-Fe के 298 K संशोधन के तापमान पर स्थिर हैं?

11. सफेद फास्फोरस के गठन की मानक थैलीपी शून्य है, और लाल - (-18.41) kJ / mol है। 25 o C के तापमान पर कौन सा एलोट्रोपिक संशोधन अधिक स्थिर है?

12. हेस के नियम का प्रथम उपफल बनाइए।

13. "किसी पदार्थ के दहन की मानक एन्थैल्पी" की अवधारणा को परिभाषित करें।

14. कार्बन डाइऑक्साइड के गठन की मानक थैलीपी और दहन की मानक थैलेपी T = 298 K कार्बन-ग्रेफाइट के संशोधन पर कैसे स्थिर हैं?

15. स्वतःस्फूर्त रासायनिक प्रक्रियाओं के 3 उदाहरण दीजिए।

16. रासायनिक (सच्चे) संतुलन के संकेतों की सूची बनाएं।

17. निम्नलिखित प्रक्रियाओं के उदाहरण दीजिए: क) एन्ट्रापी में वृद्धि; बी) एन्ट्रापी में कमी।

18. यदि r =0 है तो स्वतः ही होने वाली अभिक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन का क्या चिन्ह होना चाहिए?

19. कैल्शियम कार्बोनेट के थर्मल अपघटन की प्रतिक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन का क्या संकेत होना चाहिए? क्यों? प्रतिक्रिया समीकरण लिखें।

20. प्रतिक्रिया की संभावना के मुद्दे को हल करने के लिए आपको प्रतिक्रिया में प्रतिभागियों के कौन से थर्मोडायनामिक गुण जानने की आवश्यकता है?

21. गैसों के बीच ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया आयतन में वृद्धि के साथ होती है। ऐसी प्रतिक्रिया की संभावना के बारे में क्या कहा जा सकता है?

22. निम्नलिखित में से किस मामले में तापमान में परिवर्तन के साथ प्रतिक्रिया की दिशा बदलना संभव है: ए) डीएच<0, DS<0; б) DH>0, डीएस> 0; सी) डीएच<0, DS>0; डी) डीएच> 0, डी एस<0?


23. गैसीय सल्फर (IV) ऑक्साइड के ऑक्सीजन के साथ गैसीय सल्फर (VI) ऑक्साइड में ऑक्सीकरण के लिए मानक एन्थैल्पी ज्ञात कीजिए। SO 2 - (-297 kJ / mol) और SO 3 - (-395 kJ / mol) बनने की मानक एन्थैल्पी।

उत्तर: -196 केजे।

24. निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं में एन्ट्रापी में परिवर्तन के संकेत को इंगित करें:

ए) सीओ (जी) + एच 2 (जी) \u003d सी (टी) + एच 2 ओ (जी);

बी) सीओ 2 (जी) + सी (टी) \u003d 2CO (जी);

ग) FeO (T) + CO (G) \u003d Fe (T) + CO 2 (G);

डी) एच 2 ओ (डब्ल्यू) \u003d एच 2 ओ (जी);

उत्तर: ए) (-); बी) (+); सी) (~ 0); डी) (+); ई) (-)।

25. गैसीय सल्फर (IV) ऑक्साइड के ऑक्सीजन के साथ गैसीय सल्फर (VI) ऑक्साइड के ऑक्सीकरण की अभिक्रिया की मानक एन्ट्रॉपी ज्ञात कीजिए। SO 2 के गठन की मानक एन्ट्रापी - (248 J / (mol .) के), एसओ 3 - (256 जे / (मोल के)), ओ 2 - (205 जे / (मोल के))।

उत्तर: -189 जम्मू/कश्मीर।

26. एसिटिलीन से बेंजीन के संश्लेषण के लिए प्रतिक्रिया की थैलीपी का पता लगाएं, यदि बेंजीन के दहन की थैलीपी (-3302 kJ / mol), और एसिटिलीन - (-1300 kJ / mol) है।

उत्तर:- 598 kJ.

27. सोडियम बाइकार्बोनेट की अपघटन अभिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा ज्ञात कीजिए। क्या इन परिस्थितियों में प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त रूप से आगे बढ़ना संभव है?

उत्तर: 30.88 केजे।

28. प्रतिक्रिया 2Fe (T) + 3H 2 O (G) \u003d Fe 2 O 3 (T) + 3H 2 (G) (जल वाष्प के साथ कार्बन स्टील की जंग प्रतिक्रिया) की मानक गिब्स ऊर्जा का पता लगाएं। क्या इन परिस्थितियों में प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त रूप से आगे बढ़ना संभव है?

उत्तर: -54.45 केजे।

29. सिस्टम 2NO (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) में रासायनिक संतुलन किस तापमान पर होगा?

उत्तर : 777 के.

30. 298 K के तापमान पर 1 ग्राम पानी (वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा) की वाष्पीकरण प्रक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव ज्ञात करें, यदि H 2 O (l) के गठन की मानक थैलीपी (-285.84 kJ / mol) है, और गैसीय - (-241.84 kJ /mol)।

उत्तर: 2.44 केजे/जी।

3.4. वर्तमान और मध्यवर्ती नियंत्रण के लिए कार्य

खंड I

1. ऑक्सीजन में ग्रेफाइट के दहन के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड के बनने की प्रक्रिया दो तरह से आगे बढ़ सकती है:

I. 2C (g) + O 2 (g) \u003d 2CO (g); 2CO (g) + O 2 \u003d 2CO 2 (g), D r H ° \u003d -566 kJ।

द्वितीय. सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी), डी आर एच ° \u003d -393 केजे।

डी एफ एच डिग्री (सीओ) खोजें।

उत्तर:-110 kJ/mol.

2. निम्नलिखित अभिक्रियाओं के आधार पर कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) के बनने की एन्थैल्पी और दहन एन्थैल्पी की गणना कीजिए:

I. 2C (g) + O 2 (g) \u003d 2CO (g), D r H ° \u003d -220 kJ।

द्वितीय. 2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g), D r H ° \u003d -566 kJ।

उत्तर: -110 kJ/mol; -283 केजे / एमओएल।

3. थर्मोकेमिकल समीकरण से सोडियम सल्फाइट के गठन की मानक थैलीपी का पता लगाएं

4ना 2 एसओ 3 (सीआर) \u003d 3ना 2 एसओ 3 (सीआर) + ना 2 एस (सीआर) - 181.1 केजे,

अगर केजे/मोल और केजे / मोल।

उत्तर -1090 kJ/mol.

4. प्रतिक्रिया सीएच 4 (जी) + 2 ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी) + 2 एच 2 ओ (जी), डी आर एच ° \u003d -802 केजे के आधार पर मीथेन के दहन की मानक थैलीपी का पता लगाएं।

उत्तर -802 kJ/mol.

5. भविष्यवाणी करें कि यह सकारात्मक होगा या नकारात्मक

प्रतिक्रियाओं में प्रणाली की एन्ट्रापी में परिवर्तन:

ए) एच 2 ओ (जी) ® एच 2 ओ (जी) (25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर);

बी) सीएसीओ 3 (टी) ® सीएओ (टी) + सीओ 2 (जी);

ग) एन 2 (जी) + 3एच 2 (जी) \u003d 2एनएच 3 (जी);

डी) एन 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2NO (जी);

ई) एजी + (समाधान) + सीएल - (समाधान) = एजीसीएल (टी)।

गणना किए बिना स्पष्टीकरण दें।

उत्तर: ए) +; बी) +; में) -; घ) ~ 0; इ) -।

6. निम्नलिखित में से प्रत्येक में DS प्रणाली के चिन्ह की भविष्यवाणी करें

प्रक्रियाएं:

क) 1 mol CCl 4(g) का वाष्पीकरण;

बी) बीआर 2 (जी) → बीआर 2 (जी);

c) NaCl(aq.) और AgNO3 (aq.) को मिलाकर AgCl(t) का अवक्षेपण।

स्पष्टीकरण दें।

उत्तर: ए) +; बी) -; में)-।

7. मानक परिस्थितियों (एस °) के तहत पदार्थों के एन्ट्रापी के निरपेक्ष मूल्यों के सारणीबद्ध मूल्यों का उपयोग करते हुए, निम्नलिखित में से प्रत्येक जोड़े में 298 K के तापमान पर पदार्थों के निरपेक्ष एन्ट्रापी के मूल्यों की तुलना करें। :

ए) ओ 2 (जी) और ओ 3 (जी);

बी) सी (हीरा) और सी (ग्रेफाइट);

सी) NaCl (टी) और एमजीसीएल 2 (टी)।

प्रत्येक स्थिति में S° के अंतर का कारण स्पष्ट कीजिए।

8. अभिक्रियाओं के लिए D r S° परिकलित करें

ए) एन 2 (जी) + 3एच 2 (जी) \u003d 2एनएच 3 (जी); बी) 2एसओ 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2एसओ 3 (जी),

मानक परिस्थितियों में पदार्थों के निरपेक्ष एन्ट्रॉपी के सारणीबद्ध मूल्यों का उपयोग करना।

उत्तर: ए) -197.74 जम्मू/कश्मीर; ख) -188.06 जम्मू/कश्मीर।

9. निरपेक्ष एन के सारणीबद्ध मूल्यों का उपयोग करना-

ट्रोपियम (S°), निम्नलिखित प्रक्रियाओं के लिए D r S° परिकलित करें:

ए) सीओ (जी) + 2 एच 2 (जी) \u003d सीएच 3 ओएच (जी);

बी) 2 एचसीएल (जी) + बीआर 2 (जी) \u003d 2 एचबीआर (जी) + सीएल 2 (जी);

सी) 2NO 2 (जी) = एन 2 ओ 4 (जी)।

क्या प्रत्येक मामले में D r S° का चिन्ह उस से मेल खाता है जिसकी गुणात्मक निरूपण के आधार पर अपेक्षा की जानी चाहिए? उत्तर स्पष्ट करें।

उत्तर: ए) -218.83 जम्मू/कश्मीर; ख) 94.15 जम्मू/कश्मीर; ग) -175.77 जम्मू/कश्मीर।

10. CO (g) के निर्माण की मानक एन्थैल्पी -110.5 kJ/mol है। 2 mol CO (g) के दहन से 566 kJ ऊष्मा निकलती है। गणना

उत्तर:-393.5 kJ/mol.

11. 100 किलो चूने को पानी से बुझाने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करें: CaO (k) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (k), यदि गठन CaO (k) की मानक ऊष्मा है, एच 2 ओ (एल), सीए (ओएच) 2 (के) क्रमशः -635.14 हैं; -285.84; -986.2 kJ/mol.

उत्तर:-1165357.2 केजे।

12. नीचे दिए गए आँकड़ों का उपयोग करके हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2) के पानी और ऑक्सीजन में अपघटन की एन्थैल्पी निर्धारित करें:

SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + H 2 O 2 (p) \u003d SnCl 4 (p) + 2H 2 O (l), D r H ° \u003d -393.3 kJ;

SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + 1/2O 2 (g) \u003d SnCl 4 (p) + H 2 O (l), D r H ° \u003d -296.6 kJ।

उत्तर:- 96.7 kJ.

13. प्रति दिन 10 6 किग्रा अमोनिया के उत्पादन में निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना करें, यदि

उत्तर:-2.7. 10 9 केजे।

14. निम्नलिखित आंकड़ों के आधार पर निर्धारित करें:

पी 4 (सीआर) + 6क्ल 2 (जी) \u003d 4पीसीएल 3 (एल), डी आर एच ° \u003d -1272.0 केजे;

पीसीएल 3 (जी) + सीएल 2 (जी) \u003d पीसीएल 5 (सीआर), डी आर एच ° \u003d -137.2 केजे।

उत्तर:-455.2 kJ/mol.

15. मानक स्थितियों के तहत प्रतिक्रिया की थैलीपी में परिवर्तन की गणना करें: एच 2 (जी) + 1 / 3 ओ 3 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी), निम्नलिखित आंकड़ों के आधार पर:

2O 3 (g) \u003d 3O 2 (g), D r H ° \u003d -288.9 kJ,

केजे / मोल।

उत्तर: -289.95 kJ।

16. निम्नलिखित आँकड़ों का प्रयोग करते हुए PbO निर्माण अभिक्रिया की मानक एन्थैल्पी की गणना कीजिए:

1) 2पीबी (सीआर) + ओ 2 (जी) \u003d 2पीबीओ 2 (सीआर) - 553.2 केजे;

2) 2पीबीओ 2 (सीआर) \u003d 2पीबीओ (सीआर)) + ओ 2 (जी) + 117.48 केजे।

उत्तर -217.86 kJ/mol.

17. निम्नलिखित डेटा का उपयोग करके CuCl गठन प्रतिक्रिया की मानक थैलीपी की गणना करें:

1) CuCl 2 (cr) + Cu (cr) = 2 CuCl (cr) - 63.5 kJ;

2) Cu (cr) + Cl 2 (g) = CuCl 2 (cr) - 205.9 kJ।

उत्तर: 134.7 kJ/mol.

18. निम्नलिखित आँकड़ों को जानकर, तरल अवस्था में मिथाइल अल्कोहल के Δ f H° की गणना करें:

एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी), डी आर एच ° \u003d -285.8 केजे;

सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी), डी आर एच ° \u003d -393.7 केजे;

सीएच 3 ओएच (एल) + 3 / 2 ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी) + 2 एच 2 ओ (एल), डी आर एच ° \u003d -715.0 केजे।

उत्तर: -250.3 केजे / मोल।

19. बेंजीन और एसिटिलीन के दहन की मानक एन्थैल्पी क्रमशः -3270 और -1302 kJ / mol हैं। एसिटिलीन के बेंजीन में रूपांतरण का डी आर एच ° निर्धारित करें: 3C 2 H 2 (g) \u003d C 6 H 6 (g)।

उत्तर: -636 केजे।

20. आयरन ऑक्साइड (III) के गठन की मानक थैलीपी निर्धारित करें, यदि 20 ग्राम लोहे के ऑक्सीकरण के दौरान 146.8 kJ ऊष्मा निकलती है।

उत्तर: -822 kJ/mol.

21. 22.4 लीटर अमोनिया (एन.ओ.) प्राप्त करने पर निकलने वाली गर्मी की मात्रा की गणना करें यदि

एन 2 (जी) + 3 एच 2 (जी) \u003d 2एनएच 3 (जी), डी आर एच ° \u003d -92 केजे।

उत्तर:-46 kJ.

22. निम्नलिखित आँकड़ों का उपयोग करके एथिलीन का Δ f H° ज्ञात कीजिए।

सी 2 एच 4 (जी) + 3ओ 2 (जी) \u003d 2सीओ 2 (जी) + 2एच 2 ओ (जी) -1323 केजे;

सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी) -393.7 केजे;

एच 2 (जी) + 1 / 2ओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी) -241.8 केजे।

उत्तर: 52 kJ/mol.

23. प्रतिक्रिया एफ (जी) + ली (जी) \u003d एफ - (जी) + ली + (जी) की प्रतिक्रिया की गणना करें,

अगर एफ (जी) + ई \u003d एफ - (जी) -322 केजे / एमओएल;

ली (जी) \u003d ली + (जी) + ई + 520 केजे / मोल।

उत्तर: 198 केजे।

24. निम्नलिखित आँकड़ों का उपयोग करके Hg 2 Br 2 के बनने की मानक एन्थैल्पी की गणना कीजिए:

1) एचजीबीआर 2 (सीआर) + एचजी (जी) = एचजी 2 बीआर 2 (सीआर) - 37.32 केजे;

2) एचजीबीआर 2 (सीआर) \u003d एचजी (एल) + बीआर 2 (एल) + 169.45 केजे।

उत्तर -206.77 kJ/mol.

25. निम्नलिखित आँकड़ों का प्रयोग करते हुए सोडियम बाइकार्बोनेट निर्माण की मानक एन्थैल्पी की गणना कीजिए:

2NaHCO 3 (सीआर) \u003d ना 2 सीओ 3 (सीआर) + सीओ 2 (जी) + एच 2 ओ (जी) + 130.3 केजे,

अगर केजे/मोल;

सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी) - 393.7 केजे; एच 2 (जी) + 1 / 2ओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी) -241.8 केजे।

उत्तर:-947.4 kJ/mol.

26. निम्नलिखित आँकड़ों का उपयोग करके CaCO 3 (cr) के बनने की मानक एन्थैल्पी की गणना कीजिए:

सीए (ओएच) 2 (सी) + सीओ 2 (जी) \u003d सीएसीओ 3 (सीआर) + 173.9 केजे;

सी (जीआर) + ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी) - 393.7 केजे;

केजे / मोल।

उत्तर -1206 kJ/mol.

27. यदि अभिक्रिया के दौरान आयरन ऑक्साइड (III) बनने की मानक एन्थैल्पी ज्ञात करें

2Fe + Al 2 O 3 \u003d Fe 2 O 3 + 2Al

Fe 2 O 3 के प्रत्येक 80 ग्राम के लिए, 426.5 kJ ऊष्मा अवशोषित होती है, केजे / मोल।

उत्तर: -823 केजे/मोल।

28. 11.2 किलो लोहा प्राप्त करने के लिए कितनी गर्मी खर्च की जानी चाहिए, अगर, थर्मोकेमिकल समीकरण के अनुसार, FeO (t) + H 2 (g) \u003d Fe (t) + H 2 O (g) + 23 kJ .

उत्तर: 4600 केजे।

29. हीरे के दहन की ऊष्मा ज्ञात कीजिए यदि ग्रेफाइट के दहन की मानक ऊष्मा -393.51 kJ / mol है, और ऊष्मा है

और चरण संक्रमण (ग्रेफाइट) ® (हीरा) है

1.88 kJ/mol.

उत्तर: -395.39 kJ/mol.

30. 1 किलो लाल फास्फोरस को काले फास्फोरस में परिवर्तित करने पर कितनी ऊष्मा निकलती है, यदि ज्ञात हो,

कि लाल और काले फॉस्फोरस के निर्माण की मानक एन्थैल्पी क्रमशः -18.41 और -43.20 kJ/mol हैं।

उत्तर: -800 केजे।

खंड II

25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में मानक परिवर्तन की गणना रासायनिक यौगिकों के गठन और पूर्ण एन्ट्रॉपी के मानक एन्थैल्पी के मूल्यों से करें और एक सहज प्रतिक्रिया की संभावना स्थापित करें:

1. 4NH 3g + 5O 2g = 4NO g + 6H 2 O g।

उत्तर: -955.24 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

2. SO 2g + 2H 2 S g \u003d 3S से + 2H 2 O अच्छी तरह से।

उत्तर: -107.25 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

3. 2H 2 S g + 3O 2g = 2H 2 O g + 2SO 2g।

उत्तर: -990.48 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।

4. 2NO g + O 3g + H 2 O वेल \u003d 2HNO 3g।

उत्तर:- 260.94 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।

5. 3Fe 2 O 3k + CO g \u003d 2Fe 3 O 4k + CO 2g।

उत्तर:- 64.51 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।

6. 2CH 3 OH w + 3O 2g \u003d 4H 2 Og + 2CO 2g।

उत्तर:- 1370.46 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।

7. सीएच 4 जी + 3सीओ 2 जी \u003d 4CO जी + 2 एच 2 ओ जी।

उत्तर: 228.13 केजे; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।

8. Fe 2 O 3k + 3CO g \u003d 2Fe k + 3CO 2g।

उत्तर: -31.3 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

9. सी 2 एच 4 जी + 3 ओ 2 जी \u003d 2CO 2 जी + 2 एच 2 ओ जी।

उत्तर: -1313.9 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

10. 4NH 3g + 3O 2g = 6H 2 O g + 2N 2g।

उत्तर: -1305.69 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

11. 4NO 2g + O 2g + 2H 2 O x = 4HNO 3g।

उत्तर: -55.08 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

12. 2HNO 3l + NO g = 3NO 2g + H 2 O l।

उत्तर: -7.71 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

13. 2सी 2 एच 2जी + 5ओ 2जी \u003d 4सीओ 2जी + 2एच 2 ओ जी।

उत्तर:-2452.81 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

14. Fe 3 O 4k + 4H 2g \u003d 3Fe से + 4H 2 O g।

उत्तर: 99.7 kJ; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।

15. 2Fe 2 O 3k + 3C k \u003d 4Fe k + 3CO 2g।

उत्तर: 297.7 kJ; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।

16. Fe 3 O 4k + 4CO g \u003d 3Fe k + 4CO 2g।

उत्तर: -14.88 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

17. 2H 2 S g + O 2g \u003d 2H 2 O वेल + 2S c।

उत्तर: -407.4 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

18. Fe 2 O 3k + 3H 2g \u003d 2Fe से + 3H 2 O g।

उत्तर: 54.47 केजे; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।

25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में मानक परिवर्तन की गणना रासायनिक यौगिकों के गठन और पूर्ण एन्ट्रॉपी के मानक एन्थैल्पी के मूल्यों से करें और यह निर्धारित करें कि सिस्टम में किस तापमान पर संतुलन होगा।

19. 4HCl g + O 2g ↔ 2Cl 2g + 2H 2 O f.

उत्तर: -93.1 केजे; ~552 के.

20. Cl 2g + 2HI g ↔ I 2c + 2HCl g।

उत्तर: -194.0 केजे; ~1632 के.

21. SO 2g + 2CO g ↔ 2CO 2g + S c.

उत्तर: -214.24 केजे; ~1462 के.

22. सीएच 4 जी + 2 एच 2 ओजी ↔ सीओ 2 जी + 4 एच 2 जी।

उत्तर: 113.8 केजे; ~959 के.

23. सीओ जी + 3 एच 2 जी ↔ सीएच 4 जी + एच 2 ओ जी।

उत्तर: -142.36 केजे; ~ 963 के.

रासायनिक यौगिकों के निर्माण की मानक एन्थैल्पी और निरपेक्ष एन्ट्रॉपी से 350 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की गणना करें। D f H° और S° की तापमान निर्भरता पर ध्यान न दें। सहज प्रतिक्रियाओं की संभावना निर्धारित करें:

24. 2РН 3जी + 4ओ 2जी \u003d पी 2 ओ 5के + 3एच 2 ओ जी।

उत्तर: 1910.47 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

25. सीएल 2 जी + एसओ 2 जी + 2 एच 2 ओ डब्ल्यू = एच 2 एसओ 4 डब्ल्यू + 2 एचसीएल जी।

उत्तर: -80.0 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

26. पी 2 ओ 5k + 5C k \u003d 2P k + 5CO g।

उत्तर: 860.0 केजे; प्रतिक्रिया संभव नहीं है।

27. 2CO g + SO 2g \u003d S से + 2CO 2g।

उत्तर: -154.4 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

28. सीओ 2 जी + 4 एच 2 जी \u003d सीएच 4 जी + 2 एच 2 ओ जी।

उत्तर: -57.9 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

29. NO g + O 3 g = O 2 g + NO 2 g।

उत्तर: -196.83 केजे; प्रतिक्रिया संभव है।

30. सीएच 4 जी + 2 ओ 2 जी \u003d सीओ 2 जी + 2 एच 2 ओ जी।

उत्तर: -798.8 kJ; प्रतिक्रिया संभव है।

ऊष्मप्रवैगिकी द्वारा हल की गई सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक रासायनिक प्रक्रिया की सहज घटना की मौलिक संभावना (या असंभव) की स्थापना है।

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, एक रासायनिक प्रक्रिया का प्रवाह प्रणाली के एन्ट्रापी में वृद्धि के पक्षधर है। एन्ट्रापी में वृद्धि कणों को अलग करने, रासायनिक बंधनों को तोड़ने, क्रिस्टल जाली को नष्ट करने, पदार्थों को भंग करने आदि से प्राप्त होती है। हालांकि, ये सभी प्रक्रियाएं अनिवार्य रूप से सिस्टम की एन्थैल्पी में वृद्धि के साथ होती हैं, जो प्रक्रिया को आगे बढ़ने से रोकती हैं। जाहिर है, रासायनिक प्रक्रिया की मौलिक संभावना की समस्या को हल करने के लिए, सिस्टम की एन्ट्रापी और एन्थैल्पी दोनों में परिवर्तन को एक साथ ध्यान में रखना आवश्यक है। निरंतर तापमान और दबाव पर, इस उद्देश्य के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा (कभी-कभी केवल गिब्स ऊर्जा) नामक थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन का उपयोग किया जाता है। गिब्स मुक्त ऊर्जा (G) निम्नलिखित समीकरण द्वारा थैलेपी और एन्ट्रापी से संबंधित है:

सिस्टम के प्रारंभिक अवस्था से अंतिम अवस्था में संक्रमण के दौरान गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन संबंध द्वारा निर्धारित किया जाता है:

G = H - T∆S

चूंकि समीकरण स्थिर तापमान और दबाव पर होने वाली प्रक्रियाओं के लिए मान्य है, इसलिए फ़ंक्शन G कहलाता है आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल क्षमता. परिणामी समीकरण में, का मान थैलीपी कारक के प्रभाव का मूल्यांकन करता है, और ТΔS का मान - प्रक्रिया की संभावना पर एन्ट्रापी कारक। अपने भौतिक अर्थ में, गिब्स मुक्त ऊर्जा का वह हिस्सा है, जिसे कुछ शर्तों के तहत, बाहरी ताकतों के खिलाफ सिस्टम द्वारा किए गए कार्य में परिवर्तित किया जा सकता है। शेष , S के बराबर, "गैर-मुक्त" ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है, जो सिस्टम की एन्ट्रॉपी को बढ़ाने के लिए जाता है और इसे कार्य में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। गिब्स मुक्त ऊर्जा एक प्रकार की क्षमता है जो रासायनिक प्रक्रिया की प्रेरक शक्ति को निर्धारित करती है।भौतिक क्षमता (विद्युत, गुरुत्वाकर्षण) की तरह, गिब्स ऊर्जा कम हो जाती है क्योंकि प्रक्रिया स्वचालित रूप से आगे बढ़ती है जब तक कि यह न्यूनतम मूल्य तक नहीं पहुंच जाती, जिसके बाद प्रक्रिया बंद हो जाती है।

स्थिर दबाव और तापमान पर सिस्टम में कुछ प्रतिक्रिया (गैर-संतुलन प्रक्रिया) को स्वचालित रूप से आगे बढ़ने दें। इस मामले में, H< TΔS, соответственно ΔG <0. Таким образом, изменение функции Гиббса может служить критерием при определении направления протекания реакций: स्थिर तापमान और दबाव पर एक पृथक या बंद प्रणाली में, प्रतिक्रियाएं स्वचालित रूप से होती हैं, जिसके लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन नकारात्मक होता है (ΔG< 0).



माना निकाय में होने वाली अभिक्रिया उत्क्रमणीय है। फिर, दी गई शर्तों के तहत, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया मौलिक रूप से संभव है यदि ΔG< 0, а обратная - если ΔG >0; G = 0 पर निकाय संतुलन की स्थिति में होगा। पृथक प्रणालियों के लिए ΔН = 0, इसलिए ΔG = - TΔS। इस प्रकार, प्रक्रियाएं अनायास एक पृथक प्रणाली में होती हैं, जिससे एन्ट्रापी में वृद्धि होती है(ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम)।

चूँकि निकाय की एन्थैल्पी गिब्स ऊर्जा समीकरण में शामिल है, इसलिए इसका निरपेक्ष मान निर्धारित करना असंभव है। किसी विशेष प्रतिक्रिया के क्रम में मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन की गणना करने के लिए, बातचीत में भाग लेने वाले यौगिकों के गठन की गिब्स ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। एक यौगिक के निर्माण की गिब्स ऊर्जा (ΔG f) सरल पदार्थों से दिए गए यौगिक के एक मोल के संश्लेषण के अनुरूप मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन है।यौगिकों के निर्माण की गिब्स ऊर्जा, मानक स्थितियों को संदर्भित करती है, मानक कहलाती है और प्रतीक द्वारा निरूपित की जाती है। संदर्भ साहित्य में मान दिए गए हैं; उनकी गणना संबंधित पदार्थों के गठन और एन्ट्रॉपी के एन्थैल्पी के मूल्यों से भी की जा सकती है।

उदाहरण 1। Fe 3 O 4 के लिए गणना करना आवश्यक है यदि इस यौगिक के गठन की थैलीपी के बारे में f (Fe 3 O 4) = -1117.13 kJ / mol और लोहे, ऑक्सीजन और Fe 3 O 4 की एन्ट्रापी 27.15 के बराबर है; 205.04 और 146.19 जे/मोल। के. तदनुसार

(फ़े 3 ओ 4) \u003d (फ़े 3 ओ 4) - टी ,

जहां Δ प्रतिक्रिया के दौरान एन्ट्रापी में परिवर्तन है: 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

एन्ट्रापी परिवर्तन की गणना निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके की जाती है:

\u003d (फ़े 3 ओ 4) - \u003d

146.19 - (3.27.15 + 2.205.04) = -345.3 (जे/मोल . को);

Δ = -0.34534 kJ/mol K

(Fe 3 O 4) \u003d -1117.13 - 298 (-0.34534) \u003d -1014.2 (kJ / mol)

प्राप्त परिणाम हमें यह निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है कि मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया मौलिक रूप से संभव है। इस मामले में, थैलेपी कारक प्रतिक्रिया का पक्षधर है (< 0), а энтропийный - препятствует (Т < 0), но не может увеличить до положительной величины



चूँकि G एक अवस्था फलन है, प्रतिक्रिया के लिए: aA + bB = dD + eE गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन को समीकरण से निर्धारित किया जा सकता है

= i (पीआर) - Σj (रीग)

उदाहरण # 2।आइए हम समीकरण के अनुसार नाइट्रिक एसिड की ऑक्सीजन (मानक स्थितियों) के साथ बातचीत करके ओजोन प्राप्त करने की मौलिक संभावना का अनुमान लगाएं:

4HNO 3 (g) + 5O 2 (g) \u003d 4O 3 (g) + 4NO 2 (g) + 2H 2 O (g)

मानक परिस्थितियों में गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की गणना करें:

= - =

4 162.78 + 4 52.29 - = 1179.82 (केजे)

मानक परिस्थितियों में सहज प्रतिक्रिया मौलिक रूप से असंभव है। उसी समय, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड को ओजोन द्वारा नाइट्रिक एसिड में ऑक्सीकृत किया जा सकता है, क्योंकि रिवर्स प्रतिक्रिया के लिए ΔG का मान नकारात्मक है।

रासायनिक गतिकी

किसी विशेष प्रतिक्रिया की सहज या सहज घटना की संभावना को समझाने के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा की अवधारणा को रसायन शास्त्र में पेश किया गया था। इस ऊर्जा की गणना के लिए प्रक्रिया की एन्ट्रापी में परिवर्तन और इसके कार्यान्वयन के दौरान अवशोषित या जारी की गई ऊर्जा की मात्रा के ज्ञान की आवश्यकता होती है।

योशिय्याह विलार्ड गिब्स

मुक्त ऊर्जा, जो विभिन्न प्रक्रियाओं की संभावना को निर्धारित करती है, को बड़े अक्षर जी द्वारा निरूपित किया जाता है। इसे 19 वीं शताब्दी के अमेरिकी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी योशिय्याह विलार्ड गिब्स के सम्मान में गिब्स ऊर्जा नाम दिया गया था, जिन्होंने आधुनिक के विकास में एक बड़ा योगदान दिया था। ऊष्मप्रवैगिकी का सिद्धांत।

यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि उनकी पहली थीसिस, जिसके बचाव के बाद गिब्स को डॉक्टर ऑफ फिलॉसफी की उपाधि मिली, उन्होंने गियर दांतों के आकार के बारे में लिखा। इस अध्ययन में उन्होंने इन दांतों के लिए आदर्श आकार विकसित करने के लिए ज्यामितीय तरीकों का इस्तेमाल किया। वैज्ञानिक ने 32 साल की उम्र में ही थर्मोडायनामिक्स का अध्ययन करना शुरू कर दिया था और भौतिकी के इस क्षेत्र में उन्होंने जबरदस्त सफलता हासिल की।

ऊष्मप्रवैगिकी की बुनियादी अवधारणाएँ

मानक गिब्स ऊर्जा मानक परिस्थितियों में, यानी कमरे के तापमान (25 C) और वायुमंडलीय दबाव (0.1 एमपीए) पर ऊर्जा है।

ऊष्मप्रवैगिकी के मूल सिद्धांतों को समझने के लिए, किसी को सिस्टम की एन्ट्रापी और एन्थैल्पी की अवधारणाओं को भी पेश करना चाहिए।

एन्थैल्पी किसी दिए गए दबाव और दिए गए आयतन में किसी निकाय की आंतरिक ऊर्जा है। यह मान लैटिन अक्षर एच द्वारा दर्शाया गया है और यू + पीवी के बराबर है, जहां यू सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा है, पी दबाव है, वी सिस्टम की मात्रा है।

एक प्रणाली की एन्ट्रापी एक भौतिक मात्रा है जो विकार के माप की विशेषता है। दूसरे शब्दों में, एन्ट्रापी किसी दिए गए सिस्टम को बनाने वाले कणों की व्यवस्था की ख़ासियत का वर्णन करता है, अर्थात यह इस प्रणाली के प्रत्येक राज्य के अस्तित्व की संभावना की विशेषता है। इसे आमतौर पर लैटिन अक्षर S से दर्शाया जाता है।


इस प्रकार, एन्थैल्पी एक ऊर्जा विशेषता है, और एन्ट्रॉपी एक ज्यामितीय है। ध्यान दें कि चल रही थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं को समझने और उनका वर्णन करने के लिए, एन्ट्रापी और थैलेपी के निरपेक्ष मूल्यों में उपयोगी जानकारी नहीं होती है, केवल उनके परिवर्तनों के परिमाण, यानी ΔH और ΔS महत्वपूर्ण हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी कथन

यह कानून यह समझने में मदद करता है कि प्रतिक्रिया किस दिशा में मनमाने ढंग से आगे बढ़ सकती है, या यह संतुलन में होगी या नहीं। निम्नलिखित कथन ऊष्मप्रवैगिकी के लिए मौलिक हैं:

  • ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम कहता है कि किसी भी प्रणाली में एक प्रक्रिया के मनमाने ढंग से होने के लिए, इसकी एन्ट्रापी में वृद्धि होनी चाहिए, अर्थात ΔS>0।
  • स्थिर तापमान और दबाव पर, सिस्टम की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन सूत्र ΔG=ΔH−TΔS द्वारा निर्धारित किया जाता है।
  • यदि किसी प्रक्रिया के लिए G
  • किसी विशेष प्रतिक्रिया के यादृच्छिक प्रवाह की दिशा प्रणाली में तापमान पर निर्भर हो सकती है।

स्वतःस्फूर्त प्रक्रियाएं

रसायन विज्ञान में, मनमाने ढंग से होने वाली प्रक्रियाएं वे होती हैं जो उन्हें ऊर्जा की बाहरी आपूर्ति के बिना होती हैं। प्रवाह की मनमानी ऐसी संभावना की संभावना को इंगित करती है और किसी भी तरह से प्रक्रिया के कैनेटीक्स से संबंधित नहीं है। तो, यह जल्दी से आगे बढ़ सकता है, यानी एक विस्फोटक चरित्र है, लेकिन यह हजारों और लाखों वर्षों में बहुत धीरे-धीरे आगे बढ़ सकता है।


स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रिया का एक उत्कृष्ट उदाहरण ग्रेफाइट के एलोट्रोपिक संशोधन के कार्बन में हीरे के रूप में कार्बन का परिवर्तन है। ऐसी प्रतिक्रिया इतनी धीमी होती है कि अपने जीवन के दौरान एक व्यक्ति को मूल हीरे में कोई बदलाव नहीं दिखाई देगा, यही कारण है कि वे कहते हैं कि हीरे शाश्वत हैं, हालांकि यदि आप पर्याप्त समय तक प्रतीक्षा करते हैं, तो आप देख सकते हैं कि एक चमकदार पत्थर कैसे बदल जाता है काला, कालिख ग्रेफाइट के समान।

ऊर्जा का विमोचन और अवशोषण


मनमाने ढंग से होने वाली प्रक्रियाओं का एक अन्य महत्वपूर्ण पहलू गर्मी की रिहाई या अवशोषण है, पहले मामले में वे एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया की बात करते हैं, दूसरे मामले में - एक एंडोथर्मिक की, यानी हम थैलेपी में परिवर्तन के संकेत के बारे में बात कर रहे हैं। एच. ध्यान दें कि एक्ज़ोथिर्मिक और एंडोथर्मिक दोनों प्रक्रियाएं मनमाने ढंग से आगे बढ़ सकती हैं।

एक मनमाने ढंग से होने वाली प्रक्रिया का एक उल्लेखनीय उदाहरण एक आंतरिक दहन इंजन के सिलेंडर में ईंधन मिश्रण का प्रज्वलन है। इस प्रतिक्रिया में, बड़ी मात्रा में तापीय ऊर्जा निकलती है, जो लगभग 30% की दक्षता के साथ यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जिससे क्रैंकशाफ्ट घूमता है। उत्तरार्द्ध ट्रांसमिशन के माध्यम से कार के पहियों तक टॉर्क पहुंचाता है, और कार चलती है।

ऊष्मा के अवशोषण के साथ अपने आप आगे बढ़ने वाली एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया का एक उदाहरण पानी में सामान्य सोडियम क्लोराइड NaCl का विघटन है। इस अभिक्रिया में ΔH = +3.87 kJ/mol > 0. इस तथ्य को नमक के घुलने से पहले और उसके घुलने के बाद पानी के तापमान को मापकर सत्यापित किया जा सकता है। अंतिम तापमान और प्रारंभिक तापमान के बीच परिणामी अंतर नकारात्मक होगा।


गिब्स ऊर्जा प्रक्रिया

यदि निरंतर दबाव और तापमान वाले सिस्टम में कोई प्रक्रिया होती है, तो ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम को निम्नलिखित रूप में फिर से लिखा जा सकता है: G=H−TS। G - गिब्स मुक्त ऊर्जा के मान का आयाम kJ/mol है। किसी विशेष प्रतिक्रिया की सहजता की परिभाषा इस मान में परिवर्तन के संकेत पर निर्भर करती है, अर्थात ΔG। परिणामस्वरूप, ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम रूप लेगा: ΔG=ΔH−TΔS। निम्नलिखित मामले संभव हैं:

  • ΔG>0 - अंतर्जात प्रतिक्रिया, जो आगे की दिशा में मनमाने ढंग से नहीं हो सकती है, लेकिन स्वतंत्र रूप से अभिकर्मकों की संख्या में वृद्धि के साथ विपरीत दिशा में जाएगी;
  • ΔG=0 - प्रणाली संतुलन में है, और अभिकारकों और उत्पादों की सांद्रता मनमाने ढंग से लंबे समय तक स्थिर रहती है।

परिणामी समीकरण का विश्लेषण

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के लिए प्रस्तुत अभिव्यक्ति हमें यह निर्धारित करने की अनुमति देती है कि किस मामले में प्रक्रिया मनमाने ढंग से आगे बढ़ सकती है। ऐसा करने के लिए, तीन मात्राओं का विश्लेषण करना आवश्यक है: थैलेपी H में परिवर्तन, एन्ट्रापी S और तापमान T में परिवर्तन। ध्यान दें कि तापमान माप और भार की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली के अनुसार निरपेक्ष इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, अर्थात, केल्विन में, इसलिए यह हमेशा एक सकारात्मक मूल्य होता है।

प्रतिक्रिया की दिशा तापमान से स्वतंत्र होती है यदि:

  • प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक (ΔH0) है। इस मामले में, प्रक्रिया मनमाने ढंग से हमेशा आगे की दिशा में जाती है;
  • प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक (ΔH>0) है और इसकी एन्ट्रॉपी में परिवर्तन नकारात्मक है (ΔS

यदि H और S के मूल्यों में परिवर्तन के संकेत मिलते हैं, तो इस तरह की प्रक्रिया की संभावना में तापमान पहले से ही एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस प्रकार, एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया कम तापमान पर यादृच्छिक रूप से आगे बढ़ेगी, और उच्च तापमान पर एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया होगी।

बर्फ पिघल गणना


प्रतिक्रिया का एक अच्छा उदाहरण जिसमें गिब्स ऊर्जा का संकेत तापमान पर निर्भर करता है, बर्फ का पिघलना है। ऐसी प्रक्रिया के लिए, ΔH = 6.01 kJ/mol, यानी प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है, ΔS = 22.0 J/mol*K, यानी एन्ट्रॉपी में वृद्धि के साथ प्रक्रिया होती है।

आइए हम बर्फ के पिघलने के लिए तापमान की गणना करें जिस पर गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन शून्य के बराबर होगा, यानी सिस्टम एक संतुलन स्थिति में होगा। ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम से हम प्राप्त करते हैं: T = H / S, संकेतित मात्राओं के मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हुए, हम T = 6.01 / 0.022 = 273.18 K की गणना करते हैं।

यदि हम तापमान को केल्विन से सामान्य डिग्री सेल्सियस में परिवर्तित करते हैं, तो हमें 0 C मिलता है। यानी इससे ऊपर के तापमान पर G0 का मान और विपरीत प्रक्रिया मनमाने ढंग से चलती रहेगी, यानी तरल पानी का क्रिस्टलीकरण।

रसायन विज्ञान में परीक्षण के लिए दिशानिर्देश और कार्य: रासायनिक प्रक्रियाओं के पैटर्न।

I. दिशानिर्देश।

सामान्य प्रावधान।

रासायनिक प्रक्रियाओं के नियम रसायन विज्ञान की दो शाखाओं के अध्ययन का विषय हैं: रासायनिक ऊष्मागतिकी और रासायनिक गतिकी।

रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी प्रतिक्रियाओं के ऊर्जा प्रभावों, उनकी दिशा और सहज प्रवाह की सीमाओं का अध्ययन करती है।

रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी में अध्ययन का उद्देश्य - एक थर्मोडायनामिक प्रणाली (इसके बाद बस एक प्रणाली) - पर्यावरण से मानसिक रूप से या वास्तव में अलग-अलग परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थों का एक संग्रह है।

सिस्टम अलग-अलग राज्यों में हो सकता है। सिस्टम की स्थिति थर्मोडायनामिक मापदंडों के संख्यात्मक मूल्यों द्वारा निर्धारित की जाती है: तापमान, दबाव, पदार्थों की सांद्रता, आदि। जब थर्मोडायनामिक मापदंडों में से कम से कम एक का मूल्य, उदाहरण के लिए, तापमान में परिवर्तन होता है, तो सिस्टम की स्थिति बदल जाती है। एक प्रणाली की स्थिति में परिवर्तन को थर्मोडायनामिक प्रक्रिया या केवल एक प्रक्रिया कहा जाता है।

प्रक्रियाएं विभिन्न गति से आगे बढ़ सकती हैं। प्रक्रियाओं की दरों और उन्हें प्रभावित करने वाले कारकों का अध्ययन रसायन विज्ञान की वह शाखा है जिसे रासायनिक गतिकी कहा जाता है।

एक राज्य से दूसरे राज्य में एक प्रणाली के संक्रमण के लिए शर्तों के आधार पर, रासायनिक थर्मोडायनामिक्स में कई प्रकार की प्रक्रियाओं को प्रतिष्ठित किया जाता है, जिनमें से सबसे सरल इज़ोटेर्मल होते हैं, जो एक स्थिर तापमान (टी = स्थिरांक) पर होते हैं, आइसोबैरिक, एक स्थिर पर होते हैं दबाव (p=const), समद्विबाहु, एक स्थिर आयतन (V=const) पर बहता हुआ और रुद्धोष्म, जो तंत्र और पर्यावरण के बीच ऊष्मा विनिमय के बिना किया जाता है (q=const)। रासायनिक थर्मोडायनामिक्स प्रतिक्रियाओं में अक्सर आइसोबैरिक-आइसोथर्मल (पी = कॉन्स्ट, टी == कॉन्स्ट) या आइसोकोरिक-आइसोथर्मल (वी = कॉन्स्ट, टी == कॉन्स्ट) प्रक्रियाओं के रूप में माना जाता है।

सबसे अधिक बार, रासायनिक थर्मोडायनामिक्स में, मानक परिस्थितियों में होने वाली प्रतिक्रियाओं पर विचार किया जाता है, अर्थात। सभी पदार्थों के मानक तापमान और मानक अवस्था में। मानक तापमान 298K है। किसी पदार्थ की मानक अवस्था 101.3 kPa के दाब पर उसकी अवस्था होती है। यदि पदार्थ घोल में है, तो इसकी अवस्था 1 mol/L की सांद्रता पर मानक के रूप में ली जाती है।

प्रक्रियाएं रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी के विचार का विषय हैं।प्रक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए, रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी राज्य कार्यों नामक विशेष मात्रा के साथ संचालित होती है: यू - आंतरिक ऊर्जा। H एन्थैल्पी है, S एन्ट्रापी है, G गिब्स ऊर्जा है, और F हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा है। किसी भी प्रक्रिया की मात्रात्मक विशेषताओं में राज्य के कार्यों में परिवर्तन होते हैं, जो रासायनिक थर्मोडायनामिक्स के तरीकों से निर्धारित होते हैं: आर तुम, आर एच, आर एस, आर जी, आर एफ।

2. थर्मोकेमिकल गणना।

(कार्य ##1-20)

थर्मोकेमिकल गणना में प्रतिक्रिया (प्रतिक्रिया गर्मी) के थर्मल प्रभाव का निर्धारण होता है। प्रतिक्रिया की गर्मी जारी या अवशोषित गर्मी की मात्रा है q .यदि अभिक्रिया के दौरान ऊष्मा निकलती है, तो ऐसी अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी कहलाती है, यदि ऊष्मा अवशोषित हो जाती है, तो अभिक्रिया ऊष्माशोषी कहलाती है।

अभिक्रिया की ऊष्मा का संख्यात्मक मान इसके कार्यान्वयन की विधि पर निर्भर करता है। एक आइसोकोरिक प्रक्रिया में पर किया जाता है वी = स्थिरांक , प्रतिक्रिया की गर्मी qv = आर यू, एक समदाब रेखीय प्रक्रिया में
पी = स्थिरांक थर्मल प्रभाव क्यूपी = आर एच। इस प्रकार, थर्मोकेमिकल गणना में प्रतिक्रिया के दौरान आंतरिक ऊर्जा या थैलेपी में परिवर्तन के परिमाण को निर्धारित करना शामिल है। चूंकि अधिकांश प्रतिक्रियाएं आइसोबैरिक स्थितियों के तहत आगे बढ़ती हैं (उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय दबाव में आगे बढ़ने वाले खुले जहाजों में ये सभी प्रतिक्रियाएं होती हैं), थर्मोकेमिकल गणना करते समय, आरएच की गणना लगभग हमेशा की जाती है। यदि एक आर एच< 0, то реакция экзотермическая, если же आर एच > 0, तो प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है।

थर्मोकेमिकल गणना हेस के नियम के परिणाम का उपयोग करके की जाती है : किसी अभिक्रिया का उष्मा प्रभाव अभिक्रिया उत्पादों के बनने की उष्मा (एंथैल्पी) के योग के बराबर होता है और अभिकारकों के बनने की उष्मा (एंथैल्पी) के योग के बराबर होता है।

आइए प्रतिक्रिया समीकरण को सामान्य रूप में लिखें: aA + bB = cC + dD। हेस के नियम के परिणाम के अनुसार, प्रतिक्रिया की गर्मी सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

आर एच = (एसआर एच गिरफ्तारी, सी + डीआर एच एआर, डी) - (ए .)आर एच गिरफ्तारी, ए + बीआर एच गिरफ्तारी, वी) (2.1)

जहां र एच -प्रतिक्रिया की गर्मी; आरएच एआर - प्रतिक्रिया उत्पादों सी और डी और अभिकर्मकों ए और बी के क्रमशः गठन की गर्मी (एंथैल्पी); सी, डी, ए, बी - प्रतिक्रिया समीकरण में गुणांक, जिसे स्टोइकोमेट्रिक और गुणांक कहा जाता है।

सूत्र (2.1) में मूल मात्राएँ अभिकारकों और उत्पादों के निर्माण की ऊष्मा (एंथैल्पी) हैं। एक यौगिक के गठन की गर्मी (एंथैल्पी) एक प्रतिक्रिया का गर्मी प्रभाव है जिसके दौरान इस यौगिक का 1 मोल साधारण पदार्थों से बनता है जो थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर चरणों और संशोधनों में होते हैं 1) . उदाहरण के लिए, वाष्प अवस्था में पानी के निर्माण की ऊष्मा प्रतिक्रिया की आधी ऊष्मा के बराबर होती है, जिसे समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है: 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g)। गठन की गर्मी की इकाई kJ/mol है।

थर्मोकेमिकल गणना में, प्रतिक्रियाओं की गर्मी आमतौर पर मानक स्थितियों के लिए निर्धारित की जाती है, जिसके लिए सूत्र (2.1) रूप लेता है:

आर एच ° 298 = (सीआर एच ° 298, गिरफ्तारी, सी + डीआर एच ° 298, एआर, डी) - (ए .)आर एच ° 298,o6p,ए+बीआर एच ° 298, एआर। बी) (2.2)

जहां rH° 298 kJ में प्रतिक्रिया की मानक ऊष्मा है (मानक मान सुपरस्क्रिप्ट "O" द्वारा इंगित किया गया है) 298K के तापमान पर। एक rН° 298, आगमन। - यौगिकों के निर्माण की मानक ऊष्मा (एंथैल्पी) भी 298K के तापमान पर। मान rH°298, आगमन। सभी कनेक्शनों के लिए परिभाषित हैं और सारणीबद्ध डेटा हैं। 2)

उदाहरण 2.1 . प्रतिक्रिया के मानक थर्मल प्रभाव की गणना, समीकरण द्वारा व्यक्त: CaCO 3 (t) \u003d CaO (t) + CO 2 (g)।

हेस के नियम के परिणाम के अनुसार, हम लिखते हैं:

आर एच 0 298 = (आर एच ° 298, गिरफ्तारी, सी एओ +आर एच ° 298, आगमन सीओ 2) -आर एच° 298, आगमन, CaCO3

यौगिकों के निर्माण के मानक तापों के सारणीबद्ध मूल्यों के लिखित सूत्र में प्रतिस्थापन से निम्नलिखित परिणाम प्राप्त होते हैं:

आर एच° 298 = ((-635.1)+ (-393,51)) - (-1206) = 177.39 केजे.

जैसा देख गया,आर H° 298 > 0, जो इस अभिक्रिया की ऊष्माशोषी प्रकृति को दर्शाता है।

थर्मोकैमिस्ट्री में, प्रतिक्रिया समीकरणों में थर्मल प्रभावों को इंगित करने के लिए प्रथागत है।ऐसा एक निर्दिष्ट तापीय प्रभाव वाले समीकरणों को थर्मोकेमिकल कहा जाता है।

माना प्रतिक्रिया का थर्मोकेमिकल समीकरण लिखा गया है:

CaCO3 (टी) \u003d सीएओ (टी) + सीओ 2 (जी); आरएच° 298 = 177.39 केजे।

उदाहरण 2.2.समीकरण द्वारा व्यक्त प्रतिक्रिया की मानक गर्मी की गणना:

4एनएच 3 (जी) + 5ओ 2 (जी) \u003d 4एनओ (जी) + 6एच 2 ओ (जी)।

हेस के नियम के परिणाम के अनुसार, हम लिखते हैं 3) :

rН° 298 = (4rН° 298, arr. N O + 6rН ° 298, arr, H 2 O) - 4rН° 298 , रेव, एनएच 3

सूत्र में प्रस्तुत यौगिकों के गठन के मानक तापों के सारणीबद्ध मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

आरएच° 298 = (4(90,37) + 6(-241,84)) - 4(-4बी,19)= - 904.8 kJ .

प्रतिक्रिया की गर्मी का नकारात्मक संकेत इंगित करता है कि प्रक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है।

हम इस प्रतिक्रिया के थर्मोकेमिकल समीकरण को लिखते हैं

4NH3 (g) + 5O 2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H 2 O (g); rН° 298 = - 904.8 kJ

_______________________________________________________________________________

1) प्रतिक्रिया समीकरणों में पदार्थों की स्थिति को अक्षर सूचकांकों का उपयोग करके दर्शाया जाता है: (के) - क्रिस्टलीय, (टी) - ठोस, (जी) - तरल, (जी) - गैसीय, (पी) - भंग।

2) परिभाषा के अनुसार, rH° 298, आगमन। साधारण पदार्थ शून्य के बराबर होते हैं।

3) H° 298, arr, O2 शून्य के बराबर होने के कारण सूत्र में प्रकट नहीं होता है।


थर्मोकेमिकल समीकरण में थर्मल प्रभाव स्टोइकोमेट्रिक गुणांक द्वारा इंगित पदार्थों की मात्रा को संदर्भित करता है। तो, माना उदाहरण में 2.2.रिकॉर्ड r एच° 298 = - 904.8 केजेइसका मतलब है कि इतनी मात्रा में ऊष्मा निकलती है यदि NH3 के 4 मोल O 2 के 5 मोल के साथ परस्पर क्रिया करते हैं , नतीजतन, NO के 4 मोल और H 2 O के 6 मोल बनते हैं। यदि प्रतिक्रिया में प्रतिभागियों की संख्या भिन्न होती है, तो थर्मल प्रभाव का मान भिन्न होगा।

उदाहरण 2.3।में चर्चा की गई प्रतिक्रिया की गर्मी की गणना। उदाहरण 2.2., यदि:

ए) प्रतिक्रिया में 2 मोल शामिल हैंलगभग 2;

b) 34d प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं। एनएच एस;

c) प्रतिक्रिया में 11.2 लीटर बनते हैं। नहीं।

मान लीजिए x ऊष्मीय प्रभाव का अज्ञात मान है, जो निम्नलिखित अनुपातों से पाया जाता है:

ए) अनुपात हल किया गया है: 2/5= एक्स (-904.8)। जहाँ x \u003d 2 (-904.8) / 5= - 361.92 केजे।

b) द्रव्यमान के अनुसार, NH 3 का 1 mol 17g के बराबर है। (ग्राम में 1 मोल का द्रव्यमान संख्यात्मक रूप से परमाणु द्रव्यमान के योग के बराबर होता है)। इसलिए, प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले NH 3 के मोलों की संख्या है:

n \u003d 34/17 \u003d 2. इसके अनुसार, हम अनुपात बनाते हैं: 2/4= एक्स/(-904.8)।
जहाँ x \u003d 2 (-904.8) / 4= - 452.4 केजे।

ग) अवोगाद्रो के नियम के अनुसार, सामान्य परिस्थितियों में किसी भी गैस का 1 मोल 22.4 लीटर की मात्रा में होता है। अतः अभिक्रिया में बनने वाले NO के मोलों की संख्या है:

एन = 11.2/22.4= 0,5 . हम अनुपात बनाते हैं: 0.5 / 4 \u003d x / (-904.8)। जहां x= 0,5(-904,8)/4 = -113.1 केजे।

प्रतिक्रियाओं का ऊष्मीय प्रभाव, निश्चित रूप से, उनकी घटना की स्थितियों पर निर्भर करता है, लेकिन यह निर्भरता कमजोर रूप से व्यक्त की जाती है। तापमान और दबाव की सीमा में, जो व्यावहारिक महत्व का है, प्रतिक्रियाओं की गर्मी में परिवर्तन, एक नियम के रूप में, 5% से अधिक नहीं होता है। इसलिए, किसी भी स्थिति के लिए अधिकांश थर्मोकेमिकल गणनाओं में, प्रतिक्रिया की गर्मी का मूल्य मानक थर्मल प्रभाव के बराबर लिया जाता है।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा।

(कार्य ##21-40)

प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन हैआर रासायनिक अभिक्रिया के दौरान जी. चूंकि सिस्टम C \u003d H - TS की गिब्स ऊर्जा, प्रक्रिया में इसका परिवर्तन सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

आर जी= आरएच - टीआरएस। (3.1)

जहां टी - केल्विन में निरपेक्ष तापमान।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा निरंतर दबाव और तापमान पर p, T = const) पर इसकी सहज घटना की संभावना को दर्शाती है। यदि एक आर जी< 0, то реакция может протекать самопроизвольно, при आर G > 0 स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रिया असंभव है यदि आर जी = 0, प्रणाली संतुलन में है।

प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा की गणना करने के लिए, rH और rS को अलग-अलग सूत्र (3.1) का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है। इस मामले में, ज्यादातर मामलों में, प्रतिक्रिया की स्थिति पर थैलेपी आरएच और एन्ट्रापी आरएस में परिवर्तन के मूल्यों की कमजोर निर्भरता का उपयोग किया जाता है, अर्थात। सन्निकटन का प्रयोग करें:

आरएच = rН° 298 और rS = rs° 298। (3.2)

प्रतिक्रिया की मानक गर्मी rH ° 298 समीकरण (2.2) के अनुसार हेस के नियम के परिणाम का उपयोग करके निर्धारित की जाती है, और प्रतिक्रिया की मानक एन्ट्रापी aA + bB \u003d cC + dD की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

आरएस° 298 = (सीएस° 298, सी + डीएस° 298, डी) - (एएस° 298, ए + बीएस° 298, बी) (3.3)

जहां rS° 298 J/(molK) में यौगिकों के निरपेक्ष मानक एन्ट्रॉपी के सारणीबद्ध मान हैं, और rS° 298 J/K में प्रतिक्रिया की मानक एन्ट्रॉपी है।

उदाहरण 3.1।समीकरण द्वारा व्यक्त प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा की गणना

4एनएच 3 (जी) + 5 ओ 2 (जी) = 4 नहीं (जी) + 6एच 2 ओ (जी) 202.6 kPa के दबाव और 500°C (773K) के तापमान पर।

शर्त के अनुसार, प्रतिक्रिया दबाव और तापमान के व्यावहारिक रूप से वास्तविक मूल्यों पर आगे बढ़ती है, जिस पर सन्निकटन (3.2) स्वीकार्य हैं, अर्थात:

आर एच 773 =आर एच° 298 = - 904.8 kJ= - 904800 जे। (उदाहरण 2.2 देखें)। एआर एस 773=आर एस° 298। सूत्र (3.3) द्वारा परिकलित अभिक्रिया की मानक एन्ट्रापी का मान इसके बराबर है:आर S° 298 \u003d (4S ° 298, N 0 + 6S ° 298, H 20) - (4S ° 298, NH 3 + 5S ° 298, O2) \u003d (4 * 210.62 + 6 * 188.74) - ( 4 * 1O92.5 + 5 * 205.03) = 179.77J/K

मानों को प्रतिस्थापित करने के बादआर एन° 298 औरआर S° 298 सूत्र (3.1) में हम पाते हैं:

आर जी773=आर एच773 - 773आर एस 773 = एच° 298 - 773 आर एस°298 =

\u003d - 904800 - 773 * 179.77 \u003d 1043762 जे \u003d - 1043.762 केजे

प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा का परिणामी ऋणात्मक मान जी773इंगित करता है कि यह प्रतिक्रिया विचाराधीन परिस्थितियों में स्वतःस्फूर्त रूप से आगे बढ़ सकती है।

यदि प्रतिक्रिया मानक परिस्थितियों में 298K के तापमान पर आगे बढ़ती है, तो इसकी गिब्स ऊर्जा (प्रतिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा) की गणना सूत्र के अनुसार प्रतिक्रिया की मानक गर्मी की गणना के समान की जा सकती है, जो प्रतिक्रिया के लिए है समीकरण द्वारा व्यक्त aA + bB \u003d cC + dD का रूप है:

आर जी° 298 = (के साथआर जी° 298, गिरफ्तार, सी+ डॉ जी° 298.एआर, डी) - (एआर जी° 298.एआर ए + बीआरजी ° 298 ,गिरफ्तार, में ) (3.4)

जहां र जी° 298.गिरफ्तारी - यौगिक निर्माण की मानक गिब्स ऊर्जा kJ / mol (तालिका मान) में - एक प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा जिसमें किसी दिए गए यौगिक के 298K 1 मोल के तापमान पर, जो मानक अवस्था में होता है, साधारण पदार्थों से बनता है जो मानक अवस्था में भी होते हैं 4) , एक र जी° 298 kJ में प्रतिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा है।

उदाहरण 3.2. समीकरण के अनुसार प्रतिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा की गणना:

4एनएच 3 + 5ओ 2 = 4 नहीं + 6एच 2 ओ

सूत्र (3.4) के अनुसार हम 5 लिखते हैं:

आरजी ° 298 = (4 आर जी° 298, नहीं+6आर G° 298,.H2O) -4आर जी° 29 8., NH3

तालिका मानों को प्रतिस्थापित करने के बादआर जी°298.arr हम पाते हैं:

आर जी° 298= (4(86, 69) + 6(-228, 76)) - 4 (-16, 64) = -184.56 केजे।

प्राप्त परिणाम के अनुसार, यह देखा जा सकता है कि, उदाहरण 3.1 की तरह, मानक परिस्थितियों में, विचाराधीन प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त रूप से आगे बढ़ सकती है।

सूत्र (3.1) के अनुसार, सहज प्रतिक्रिया की तापमान सीमा निर्धारित करना संभव है। चूंकि प्रतिक्रिया की सहज घटना के लिए स्थिति नकारात्मक है
आरजी (आरजी< 0), определение области температур, в которой реакция может протекать самопроизвольно, сводится к решению относительно температуры неравенства (rН – ТrS) < 0.

उदाहरण 3.3।सहज CaO प्रतिक्रिया की तापमान सीमा का निर्धारण 3 (टी) = सीएओ (टी) + सीओ 2 (जी)।

हम ढूंढेआर हाथआर एस:

आर एच =आर एन ° 298 \u003d 177.39 केजे \u003d 177 390 जे (उदाहरण 2.1 देखें)

आर एस =आर एस° 298 = (एस° 298.सीएओ + एस° 298. सीओ 2 ) - S° 298. CO3 = (39.7+213.6) - 92.9=160.4 J/K

मूल्यों में प्लगिंगआर हाथ,आर एक असमानता में एस और इसे टी के लिए हल करें:

177390 – टी * 160.4<0, или 177390 < Т * 160,4, или Т >1106. यानी 1 106 K से अधिक के सभी तापमानों पर, ऋणात्मकआर जी और, इसलिए, इस तापमान सीमा में, माना प्रतिक्रिया की सहज घटना संभव होगी।

रासायनिक गतिकी।

(समस्याएं ##41 - 60)

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, रासायनिक कैनेटीक्स रसायन विज्ञान की एक शाखा है जो प्रतिक्रियाओं की दर और उन पर विभिन्न कारकों के प्रभाव का अध्ययन करती है।

एक सजातीय (एकल-चरण) प्रक्रिया में, प्रतिक्रिया पूरे सिस्टम की मात्रा में होती है और इसकी दर किसी भी अभिकर्मक या किसी उत्पाद की प्रति इकाई समय में एकाग्रता में परिवर्तन की विशेषता होती है। औसत गति V cf = ±rC/rt के बीच अंतर करें, जहां rC समय की अवधि में दाढ़ की एकाग्रता में परिवर्तन है, और समय t पर वास्तविक गति है, जो समय के संबंध में एकाग्रता का व्युत्पन्न है: V = ± डीसी / डीटी। उत्प्रेरक की अनुपस्थिति में प्रत्येक विशेष प्रतिक्रिया की दर अभिकारकों की सांद्रता और तापमान पर निर्भर करती है। . इंटरफेसियल इंटरफेस पर होने वाली विषम प्रतिक्रियाओं की दर भी इस सतह के आकार पर निर्भर करती है।

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4) परिभाषा के अनुसार साधारण पदार्थों के निर्माण की मानक गिब्स ऊर्जा शून्य होती है।

5) आर जी° 298, हे 2शून्य के बराबर होने के कारण व्यंजक में प्रकट नहीं होता है।


प्रतिक्रिया दर पर अभिकारक सांद्रता का प्रभाव जन क्रिया कानून द्वारा स्थापित किया गया है: एक निश्चित तापमान पर, प्रतिक्रिया दर स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के बराबर शक्तियों में अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के समानुपाती होती है। अभिक्रिया के लिए aA + bB = cC + dD, द्रव्यमान क्रिया के नियम का गणितीय व्यंजक, कहलाता है प्रतिक्रिया का गतिज समीकरण, लिखा है:

वी = केС ए С बी बी (4.1)

कहाँ पे क- आनुपातिकता कारक, जिसे दर स्थिरांक कहा जाता है,ए और सी के साथबी अभिकारकों की दाढ़ सांद्रता हैं, ए और बी उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक हैं। गतिज समीकरण में घातांकों के योग को अभिक्रिया क्रम कहते हैं।

उदाहरण 4.1।प्रतिक्रिया 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) के लिए गतिज समीकरण लिखा गया है:

वी\u003d केС एच 2 2 O2 के साथ। इस प्रतिक्रिया का सैद्धांतिक क्रम तीन है।

प्रतिक्रियाओं के गतिज समीकरणों में, संघनित अवस्था में पदार्थों की सांद्रता उनके अपरिवर्तन के कारण इंगित नहीं की जाती है। ये निरंतर सांद्रता दर स्थिरांक में घटकों के रूप में शामिल हैं।

उदाहरण 4.2.समीकरण 2C (t) + O 2 (g) \u003d 2CO (g) के अनुसार आगे बढ़ने वाली विषम प्रतिक्रिया की गतिज समीकरण का रूप है:वी = kC O2 प्रथम कोटि की अभिक्रिया है।

द्रव्यमान क्रिया के नियम के अनुसार अभिकारकों की सांद्रता में परिवर्तन के साथ प्रतिक्रिया दर में परिवर्तन होता है। *

उदाहरण 4.3। प्रतिक्रिया दर में परिवर्तन की गणना 2H2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) हाइड्रोजन सांद्रता में 2 गुना की कमी के साथ।

समीकरण (4.1) के अनुसार। प्रारंभिक प्रतिक्रिया दर वी 1 =के एच 2 2 /С 2 , और 2 गुना कम हाइड्रोजन सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर अनुपात द्वारा निर्धारित की जाती है:

वी 2= के (С एच 2 / 2) 2 O2 . के साथ - नतीजतन, हमारे पास वी 2 . है/वी 1= 1/4, यानी प्रतिक्रिया दर 4 गुना कम हो जाती है।

गैसों से संबंधित प्रतिक्रियाओं में, अभिकारकों की सांद्रता में परिवर्तन और, परिणामस्वरूप, दर में परिवर्तन, दबाव को बदलकर प्रणाली की मात्रा को बदलकर सबसे आसानी से पूरा किया जाता है। मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण के अनुसार, गैस का आयतन कम हो जाता है, और दाब बढ़ने पर इसकी दाढ़ की सांद्रता कई गुना बढ़ जाती है।

उदाहरण 4.4। दबाव में 2 गुना वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) में परिवर्तन की गणना।

दबाव बढ़ने से पहले प्रतिक्रिया दर V 1 =के एच 2 2 /С 2 - दबाव में 2 गुना वृद्धि के साथ, सिस्टम का आयतन 2 गुना कम हो जाता है, और इसलिए प्रत्येक गैस की सांद्रता 2 गुना बढ़ जाती है और हाइड्रोजन के बराबर हो जाती है - 2 C H2, ऑक्सीजन के लिए - 2 C O2 - नए के तहत स्थिति, प्रतिक्रिया दर गतिज समीकरण द्वारा व्यक्त की जाएगी: वी 2\u003d के (2С एच 2) 2 2 O2 . के साथ - गति अनुपात वी 2/वी 1= 8, यानी दबाव में 2 गुना वृद्धि के परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया दर 8 गुना बढ़ जाती है।

तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर की निर्भरता वान्ट हॉफ नियम द्वारा स्थापित की जाती है: तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि के लिए, अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर 2-4 गुना बढ़ जाती है। तदनुसार, तापमान में समान कमी के साथ, प्रतिक्रिया दर समान संख्या में घट जाती है। गणितीय रूप से चाहते हैं नियम

गोफा लिखते हैं:

वी 2 = V1y(T2 - T 1) / 10 या k 2 \u003d k 1 y (T2 - T 1) / 10(4.2)

जहां वी 2 और वी आई, के 2, के 1 क्रमशः तापमान टी 2 और टी 1 ए पर प्रतिक्रिया की दर और दर स्थिरांक हैं वाई = 2 - 4 - प्रतिक्रिया दर का तापमान गुणांक।

उदाहरण 4.5. प्रतिक्रिया दर की गणना, जिसका तापमान गुणांक 3 है, तापमान में 30 डिग्री की कमी के साथ।

समीकरण (4.2) के अनुसार। गति अनुपात वी 2/वी 1 \u003d जेड -30/10= 1/27. वे। जब तापमान 30 डिग्री कम हो जाता है, तो प्रतिक्रिया दर 27 गुना कम हो जाती है।

रासायनिक संतुलन।

(कार्य ##61-80)

उत्क्रमणीय अभिक्रियाओं में रासायनिक संतुलन स्थापित होता है -प्रतिक्रियाओं में जो आगे और पीछे दोनों दिशाओं में आगे बढ़ सकते हैं। यदि प्रतिक्रिया аА + bВ ó cC + dD) प्रतिवर्ती है, तो इसका मतलब है कि अभिकर्मक A और B उत्पाद C और D (प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया) में बदलने में सक्षम हैं, और उत्पाद C और D, बदले में, प्रत्येक के साथ प्रतिक्रिया करके कर सकते हैं। अन्य, प्रारंभिक सामग्री को फिर से A और B (रिवर्स रिएक्शन) बनाते हैं। रासायनिक संतुलन के लिए थर्मोडायनामिक स्थिति प्रतिक्रिया की गिब्स ऊर्जा की अपरिवर्तनीयता है, अर्थात।आर जी \u003d 0, और गतिज संतुलन की स्थिति प्रत्यक्ष (वी 1) और रिवर्स (वी 2) प्रतिक्रियाओं की दरों की समानता है: वी 1 \u003d वी 2

चूंकि रासायनिक संतुलन की स्थिति में आगे और पीछे दोनों प्रतिक्रियाएं समान दरों पर आगे बढ़ती हैं, अभिकारकों और उत्पादों की सांद्रता समय के साथ नहीं बदलती है। ये समय के साथ नहीं बदलने वाली सांद्रता को साम्यावस्था सांद्रता कहते हैं। संतुलन सांद्रता, गैर-संतुलन सांद्रता के विपरीत, जो प्रतिक्रिया के दौरान बदलती है, आमतौर पर वर्ग कोष्ठक में संलग्न पदार्थ के सूत्र द्वारा एक विशेष तरीके से निरूपित की जाती है। उदाहरण के लिए, रिकॉर्ड [Н 2] का मतलब है कि हम हाइड्रोजन और अमोनिया के संतुलन सांद्रता के बारे में बात कर रहे हैं।

किसी दिए गए तापमान पर, अभिकारकों और उत्पादों की संतुलन सांद्रता का अनुपात प्रत्येक प्रतिक्रिया का एक स्थिर मूल्य और विशेषता है। यह अनुपात मात्रात्मक रूप से रासायनिक संतुलन स्थिरांक Kc के मूल्य की विशेषता है, जो उत्पादों के संतुलन सांद्रता के उत्पाद के अनुपात के बराबर है, जो कि उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के बराबर शक्तियों के लिए उठाए गए अभिकारकों के संतुलन सांद्रता के उत्पाद के बराबर है। प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया के लिए aA + bB - cC + dD, Kc के लिए व्यंजक का रूप है:

केसी = ([सी1 सी [डी] डी)/([ए] ए [बी] बी) (5.1)

उदाहरण 5.1. एक उत्क्रमणीय सजातीय प्रतिक्रिया N 2 (g) + ZN 2 (g) के रासायनिक संतुलन स्थिरांक की अभिव्यक्तिó 2एनएच 3 (जी)

सूत्र (5.1) के अनुसार, विचाराधीन प्रतिक्रिया का रासायनिक संतुलन स्थिरांक लिखा है: Kc \u003d [NHZ] 2 / ([H 2 ] 3)।

प्रतिक्रियाओं के गतिज समीकरणों की तरह, संतुलन स्थिरांक की अभिव्यक्तियों में, संघनित अवस्था में पदार्थों की सांद्रता, उनकी स्थिरता के कारण दर्ज नहीं की जाती है।

उदाहरण 5.2. एक विषम प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया Fe 3 0 4 (t) + 4CO (g) के रासायनिक संतुलन स्थिरांक की अभिव्यक्तिó 3Fe(t) + 4CO 2 (g)।

इस प्रतिक्रिया का रासायनिक संतुलन, उपरोक्त को ध्यान में रखते हुए लिखा गया है: Kc \u003d [CO2] 4 / [CO] 4।

गैसों से संबंधित प्रतिक्रियाओं के लिए, रासायनिक संतुलन स्थिरांक को न केवल संतुलन सांद्रता के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है, बल्कि गैसों के संतुलन के आंशिक दबाव के संदर्भ में भी व्यक्त किया जा सकता है। 6) . . इस मामले में, संतुलन स्थिरांक "के" का प्रतीक एकाग्रता "सी" के प्रतीक द्वारा नहीं, बल्कि दबाव "पी" के प्रतीक द्वारा अनुक्रमित किया जाता है।

उदाहरण 5.3. एक विषम प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया का रासायनिक संतुलन स्थिरांक Fe 3 0 4 (t) + 4CO(g)ó 3Fe(t) + 4CO 2 (g), एक संतुलन गैस मिश्रण में गैसों के संतुलन आंशिक दबाव के रूप में व्यक्त किया जाता है।

गैसों के संतुलन आंशिक दबाव के साथ संतुलन सांद्रता को बदलने के परिणामस्वरूप, हम रासायनिक संतुलन स्थिरांक के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं: Kp \u003d Rco 2 4 / Rco 4, जहां Rco 2 और Rco क्रमशः कार्बन डाइऑक्साइड के आंशिक दबाव हैं। CO2 और कार्बन मोनोऑक्साइड CO.

चूँकि गैस का आंशिक दबाव और उसकी सांद्रता i =С i RT के संबंध से एक दूसरे से संबंधित होते हैं, जहाँ i और С i क्रमशः i-th गैस, с और р का आंशिक दबाव और सांद्रता है। , बदले में, एक दूसरे से एक साधारण संबंध द्वारा संबंधित हैं:

केपी \u003d केएस (आरटी)आर एन(5.2)

जहां rn प्रतिक्रिया उत्पादों के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के योग और अभिकारकों के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के योग के बीच का अंतर है।

उदाहरण 5.4।समीकरण द्वारा व्यक्त प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया के Kp और K का संबंध:

एन 2 (जी) + जेडएन 2 (जी)ó 2एनएच 3 (जी)

हम केपी और के के भाव लिखते हैं: केपी \u003d पी एनएच 3 2 / पी एन 2 पीएन 2 3);

जैसाआर एन = 2 - (1+3) = -2, फिर (5.2) Кр=Кс(RT) -2 या अन्यथा Кс=Кр(RT) 2 के अनुसार।

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6) गैस मिश्रण में गैस का आंशिक दबाव उस गैस के कारण मिश्रण के कुल दबाव का अंश होता है।

संतुलन स्थिरांक Kp का संख्यात्मक मान सूत्र द्वारा आसानी से थर्मोडायनामिक रूप से निर्धारित किया जाता है:

आरजीº टी \u003d -2.3 आरटी एलजीकेआर (5.3)

जहां rGº t तापमान T पर प्रतिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा है, जिसकी गणना सूत्र (3.1) या (3.4) द्वारा की जाती है।

फॉर्मूला (5.3) का उपयोग गैसों से जुड़ी प्रतिक्रियाओं के संतुलन स्थिरांक की गणना के लिए किया जाता है। यदि आवश्यक हो, तो संबंध (5.2) का उपयोग करके, ऐसी प्रतिक्रियाओं के लिए Kc के मान की गणना की जा सकती है।

उदाहरण 5.5. CaCO3(t) प्रतिक्रिया के संतुलन स्थिरांक की गणनाó 500°C (773K) पर CaO(t) + CO2(g)।

चूंकि प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया (सीओ 2) में प्रतिभागियों में से एक एक गैस है, हम संतुलन स्थिरांक की गणना करने के लिए सूत्र (5.3) का उपयोग करते हैं। चूंकि तापमान मानक नहीं है,आर जी 0 773 सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है (3. 1):आर जी 0 773 \u003d एच ° 773 - 773आर एस 773। एच 773 और . के जी 0 773 मूल्यों को निर्धारित करने के लिए आवश्यकआर S 773 हम पहले माने गए उदाहरण (3.3) से लेते हैं, अर्थात्:आर एच 0 773 =आर एच 0 298 \u003d 177390 जे और एस ° 773= आर एस° 298 = 160.4 जम्मू/कश्मीर। इन मूल्यों के अनुसारआर जी 0 773 \u003d 177390 -773 773 160.4 \u003d 53401 जे। आगे, सूत्र (5.3) के अनुसार, हम प्राप्त करते हैं: lgКр = -आर जी ° 773 / (2, ZRT) \u003d -53401 / (2.3 * 8.314 * 773) \u003d -3.6।

हम संतुलन स्थिरांक 7 का व्यंजक लिखते हैं) और उसका संख्यात्मक मान: р=РСО 2 =10-3.6। Kp का इतना छोटा मान इंगित करता है कि विचाराधीन शर्तों के तहत, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया व्यावहारिक रूप से आगे नहीं बढ़ती है (इस निष्कर्ष की तुलना उदाहरण में गणना के परिणाम (3. 3) से करें।

माना उदाहरण (5.5) से यह निम्नानुसार है कि रासायनिक संतुलन स्थिरांक का संख्यात्मक मान अभिकर्मकों के उत्पादों में रूपांतरण की डिग्री को दर्शाता है: अगर Кр(Кс)>> 1, उत्पाद संतुलन प्रणाली में प्रबल होते हैं, अर्थात। प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया मुख्य रूप से आगे की दिशा में आगे बढ़ती है और इसके विपरीत, यदि Kp(Kc)<<1, более выраженной является обратная реакция и степень превращения реагентов в продукты невелика.


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पेज बनाने की तारीख: 2016-08-20