मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया की गर्मी। रासायनिक प्रतिक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों की गणना

थर्मोकैमिस्ट्री थर्मल प्रभावों का अध्ययन करती है रसायनिक प्रतिक्रिया... कई मामलों में, ये प्रतिक्रियाएं स्थिर मात्रा या स्थिर दबाव पर होती हैं। ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम से यह निम्नानुसार है कि इन परिस्थितियों में गर्मी राज्य का एक कार्य है। स्थिर आयतन पर, ऊष्मा आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होती है:

और निरंतर दबाव पर - थैलेपी में परिवर्तन:

रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर लागू होने वाली ये समानताएं इसका सार बनाती हैं हेस का नियम:

स्थिर दबाव या स्थिर आयतन पर होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव प्रतिक्रिया पथ पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि केवल अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों की स्थिति से निर्धारित होता है।

दूसरे शब्दों में, रासायनिक प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव राज्य के कार्य में परिवर्तन के बराबर होता है।
थर्मोकैमिस्ट्री में, थर्मोडायनामिक्स के अन्य अनुप्रयोगों के विपरीत, गर्मी को सकारात्मक माना जाता है यदि इसे जारी किया जाता है वातावरण, अर्थात। अगर एच < 0 или यू < 0. Под тепловым эффектом химической реакции понимают значение एच(जिसे केवल "प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी" कहा जाता है) या यूप्रतिक्रियाएं।

यदि प्रतिक्रिया समाधान में या ठोस चरण में आगे बढ़ती है, जहां मात्रा परिवर्तन नगण्य है, तो

एच = यू + (पीवी) यू. (3.3)

यदि अभिक्रिया में आदर्श गैसें शामिल हैं, तो स्थिर तापमान पर

एच = यू + (पीवी) = यू+ एन. आर टी, (3.4)

जहाँ n अभिक्रिया में गैसों के मोलों की संख्या में परिवर्तन है।

विभिन्न अभिक्रियाओं की एन्थैल्पी की तुलना को सुगम बनाने के लिए "मानक अवस्था" शब्द का प्रयोग किया जाता है। मानक अवस्था 1 बार (= 10 5 Pa) के दबाव और दिए गए तापमान पर शुद्ध पदार्थ की स्थिति है. गैसों के लिए, यह 1 बार के दबाव पर एक काल्पनिक अवस्था है, जिसमें असीम रूप से दुर्लभ गैस के गुण होते हैं। तापमान पर मानक अवस्थाओं में पदार्थों के बीच अभिक्रिया की एन्थैल्पी टी, निरूपित करें ( आरका अर्थ है "प्रतिक्रिया")। थर्मोकेमिकल समीकरणों में, न केवल पदार्थों के सूत्र इंगित किए जाते हैं, बल्कि उनके समग्र राज्य या क्रिस्टलीय संशोधन भी होते हैं।

हेस के नियम से महत्वपूर्ण परिणाम मिलते हैं, जिससे रासायनिक प्रतिक्रियाओं की थैलीपी की गणना करना संभव हो जाता है।

कोरोलरी 1.

प्रतिक्रिया उत्पादों और अभिकर्मकों के गठन के मानक उत्साह के बीच अंतर के बराबर है (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

किसी पदार्थ के निर्माण की मानक थैलीपी (गर्मी) (एफमतलब "गठन") किसी दिए गए तापमान पर इस पदार्थ के एक मोल के गठन की प्रतिक्रिया की थैलीपी कहा जाता है तत्वों काजो सबसे स्थिर मानक अवस्था में हैं। इस परिभाषा के अनुसार, सबसे स्थिर के गठन की थैलीपी सरल पदार्थमानक अवस्था में किसी भी तापमान पर 0 होता है। मानक एन्थैल्पीसंदर्भ पुस्तकों में 298 K के तापमान पर पदार्थों के बनने का विवरण दिया गया है।

अवधारणा "गठन की थैलीपी" का उपयोग न केवल सामान्य पदार्थों के लिए किया जाता है, बल्कि समाधान में आयनों के लिए भी किया जाता है। इस मामले में, एच + आयन को संदर्भ बिंदु के रूप में लिया जाता है, जिसके लिए जलीय घोल में गठन की मानक थैलेपी को शून्य माना जाता है:

कोरोलरी 2. रासायनिक अभिक्रिया की मानक एन्थैल्पी

अभिकर्मकों और प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन के उत्साह के बीच अंतर के बराबर है (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

(सीमतलब "दहन")। किसी पदार्थ के दहन की मानक एन्थैल्पी (ऊष्मा) किसी पदार्थ के एक मोल के पूर्ण ऑक्सीकरण की अभिक्रिया की एन्थैल्पी कहलाती है। इस परिणाम का उपयोग आमतौर पर कार्बनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की गणना के लिए किया जाता है।

कोरोलरी 3. रासायनिक अभिक्रिया की एन्थैल्पी टूटे और बने रासायनिक बंधों की ऊर्जाओं के बीच के अंतर के बराबर होती है।

संचार की ऊर्जा से ए-बी बंधन को तोड़ने और परिणामी कणों को अनंत दूरी तक अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा है:

एबी (जी) ए (जी) + बी (जी)।

बंधन ऊर्जा हमेशा सकारात्मक होती है।

संदर्भ पुस्तकों में अधिकांश थर्मोकेमिकल डेटा 298 K के तापमान पर दिए गए हैं। अन्य तापमानों पर थर्मल प्रभावों की गणना करने के लिए, उपयोग करें किरचॉफ समीकरण:

(अंतर रूप) (3.7)

(अभिन्न रूप) (3.8)

कहां सी पी- प्रतिक्रिया उत्पादों और प्रारंभिक पदार्थों की समदाब रेखीय ताप क्षमता के बीच का अंतर। यदि अंतर टी 2 - टी 1 छोटा है, तो आप ले सकते हैं सी पी= स्थिरांक पर बड़ा अंतरतापमान तापमान निर्भरता का उपयोग करना आवश्यक है सी पी(टी) प्रकार:

जहां गुणांक ए, बी, सीआदि। अलग-अलग पदार्थों के लिए, उन्हें संदर्भ पुस्तक से लिया जाता है, और संकेत उत्पादों और अभिकर्मकों (गुणांक को ध्यान में रखते हुए) के बीच अंतर को दर्शाता है।

उदाहरण

उदाहरण 3-1। 298 K पर द्रव और गैसीय जल के निर्माण की मानक एन्थैल्पी क्रमशः -285.8 और -241.8 kJ/mol हैं। इस ताप पर जल के वाष्पन एन्थैल्पी की गणना कीजिए।

समाधान... गठन की थैलेपीज़ निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं के अनुरूप हैं:

एच 2 (जी) + ЅO 2 (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 1 0 = -285.8;

एच 2 (जी) + ЅO 2 (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 2 0 = -241.8.

दूसरी प्रतिक्रिया दो चरणों में की जा सकती है: पहली प्रतिक्रिया के अनुसार तरल पानी बनाने के लिए हाइड्रोजन को जलाया जाता है, और फिर पानी वाष्पित हो जाता है:

एच 2 ओ (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 0 आईएसपी =?

तब हेस के नियम के अनुसार,

एच 1 0 + एच 0 आईएसपी = एच 2 0 ,

कहां एच 0 आईएसपी = -241.8 - (-285.8) = 44.0 केजे / मोल।

उत्तर। 44.0 केजे / मोल।

उदाहरण 3-2।प्रतिक्रिया की थैलीपी की गणना करें

6सी (जी) + 6एच (जी) = सी 6 एच 6 (जी)

क) गठन की एन्थैल्पी द्वारा; बी) बंधन ऊर्जा द्वारा, इस धारणा पर कि सी 6 एच 6 अणु में दोहरे बंधन निश्चित हैं।

समाधान... a) गठन की एन्थैल्पी (kJ / mol में) संदर्भ पुस्तक में पाई जाती है (उदाहरण के लिए, P.W. Atkins, Physicalchemistry, 5th Edition, pp. C9-C15): एफ एच 0 (सी 6 एच 6 (जी)) = 82.93, एफ एच 0 (सी (जी)) = 716.68, एफ एच 0 (एच (जी)) = 217.97. प्रतिक्रिया की थैलीपी है:

आर एच 0 = 82.93 - 6 716.68 - 6 217.97 = -5525 केजे / मोल।

b) इस प्रतिक्रिया में, रासायनिक बंधन टूटते नहीं हैं, बल्कि बनते हैं। फिक्स्ड डबल बॉन्ड के सन्निकटन में, C 6 H 6 अणु में 6 C-H बॉन्ड, 3 C-C बॉन्ड और 3 C = C बॉन्ड होते हैं। बॉन्ड एनर्जी (kJ / mol में) (P.W. एटकिंस, फिजिकल केमिस्ट्री, 5वां संस्करण, p. C7): इ(सी-एच) = 412, इ(सी-सी) = 348, इ(सी = सी) = 612. प्रतिक्रिया की उत्साह है:

आर एच 0 = - (6 412 + 3 348 + 3 612) = -5352 kJ / mol।

के साथ अंतर सटीक परिणाम-5525 kJ / mol इस तथ्य के कारण है कि बेंजीन अणु में C-C सिंगल बॉन्ड और C = C डबल बॉन्ड नहीं होते हैं, लेकिन 6 सुगंधित C C बॉन्ड होते हैं।

उत्तर। ए) -5525 केजे / एमओएल; बी) -5352 केजे / मोल।

उदाहरण 3-3।संदर्भ डेटा का उपयोग करके प्रतिक्रिया की थैलीपी की गणना करें

3Cu (s) + 8HNO 3 (aq) = 3Cu (NO 3) 2 (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (g)

समाधान... संक्षिप्त आयनिक प्रतिक्रिया समीकरण है:

3Cu (s) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) = 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (l)।

हेस के नियम के अनुसार अभिक्रिया की एन्थैल्पी है:

आर एच 0 = 4एफ एच 0 (एच 2 ओ (जी)) + 2 एफ एच 0 (नहीं (जी)) + 3 एफ एच 0 (घन 2+ (एक्यू)) - 2 एफ एच 0 (संख्या 3 - (एक्यू))

(तांबे और एच + आयन के गठन की थैलेपी बराबर हैं, परिभाषा के अनुसार, 0)। गठन की एन्थैल्पी (P.W. Atkins, Physicalchemistry, 5th Edition, pp. C9-C15) के मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हुए, हम पाते हैं:

आर एच 0 = 4 (-285.8) + 2 90.25 + 3 64.77 - 2 (-205.0) = -358.4 kJ

(तांबे के तीन मोल पर आधारित)।

उत्तर। -358.4 केजे।

उदाहरण 3-4। 1000 K पर मिथेन के दहन की एन्थैल्पी की गणना करें, 298 K पर गठन की एन्थैल्पी दी गई है: एफ एच 0 (सीएच 4) = -17.9 किलो कैलोरी / मोल, एफ एच 0 (सीओ 2) = -94.1 किलो कैलोरी / मोल, एफ एच 0 (एच 2 ओ (जी)) = -57.8 किलो कैलोरी / मोल। 298 से 1000 K की सीमा में गैसों की ऊष्मा क्षमता (cal / (mol। K) में) बराबर होती है:

सी पी (सीएच 4) = 3.422 + 0.0178। टी, सी पी(ओ 2) = 6.095 + 0.0033। टी,

सी पी (सीओ 2) = 6.396 + 0.0102। टी, सी पी(एच 2 ओ (जी)) = 7.188 + 0.0024। टी.

समाधान... मीथेन दहन प्रतिक्रिया की थैलीपी

सीएच 4 (जी) + 2 ओ 2 (जी) = सीओ 2 (जी) + 2 एच 2 ओ (जी)

298 K के बराबर है:

94.1 + 2 (-57.8) - (-17.9) = -191.8 किलो कैलोरी / मोल।

आइए हम तापमान के फलन के रूप में ऊष्मा धारिता में अंतर ज्ञात करें:

सी पी = सी पी(सीओ 2) + 2 सी पी(एच 2 ओ (जी)) - सी पी(सीएच 4) - 2 सी पी(ओ 2) =
= 5.16 - 0.0094टी(कैल / (मोल। के))।

1000 K पर अभिक्रिया की एन्थैल्पी की गणना किरचॉफ समीकरण का उपयोग करके की जाती है:

= + = -191800 + 5.16
(1000-298) - 0.0094 (1000 2 -298 2) / 2 = -192500 कैल / मोल।

उत्तर। -192.5 किलो कैलोरी / मोल।

कार्य

3-1. 500 ग्राम Al (mp 658 о ,) को स्थानांतरित करने के लिए कितनी गर्मी की आवश्यकता होती है, एच 0 pl = 92.4 cal / g) पर लिया गया कमरे का तापमान, एक पिघली हुई अवस्था में यदि सी पी(अल टीवी) = 0.183 + 1.096 10 -4 टीकैल / (जी के)?

3-2. प्रतिक्रिया की मानक थैलीपी CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g), एक खुले बर्तन में 1000 K के तापमान पर आगे बढ़ना, 169 kJ / mol है। एक ही तापमान पर, लेकिन एक बंद बर्तन में होने वाली इस प्रतिक्रिया की गर्मी क्या है?

3-3. तरल बेंजीन के गठन की मानक आंतरिक ऊर्जा की गणना 298 K पर करें यदि गठन की मानक थैलीपी 49.0 kJ / mol है।

3-4. एन 2 ओ 5 (जी) के गठन के उत्साह की गणना करें टी= 298 K निम्नलिखित आंकड़ों के आधार पर:

2NO (g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), एच 1 0 = -114.2 केजे / मोल,

4एनओ 2 (जी) + ओ 2 (जी) = 2एन 2 ओ 5 (जी), एच 2 0 = -110.2 केजे / मोल,

एन 2 (जी) + ओ 2 (जी) = 2NO (जी), एच 3 0 = 182.6 केजे / मोल।

3-5. 25 डिग्री सेल्सियस पर -ग्लूकोज, -फ्रक्टोज और सुक्रोज के दहन की एन्थैल्पी -2802 के बराबर होती है,
-2810 और -5644 kJ / mol, क्रमशः। सुक्रोज हाइड्रोलिसिस की गर्मी की गणना करें।

3-6. डिबोरेन बी 2 एच 6 (जी) के गठन के उत्साह का निर्धारण करें टी= 298 K निम्नलिखित डेटा से:

बी 2 एच 6 (जी) + 3ओ 2 (जी) = बी 2 ओ 3 (टीवी) + 3एच 2 ओ (जी), एच 1 0 = -2035.6 केजे / मोल,

2बी (टीवी) + 3/2 ओ 2 (जी) = बी 2 ओ 3 (टीवी), एच 2 0 = -1273.5 केजे / मोल,

एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) = एच 2 ओ (जी), एच 3 0 = -241.8 केजे / मोल।

3-7. साधारण पदार्थों से जिंक सल्फेट के बनने की ऊष्मा की गणना करें टी= 298 K निम्नलिखित आंकड़ों पर आधारित है।

थर्मल प्रभाव, ऊष्मागतिकी द्वारा विमोचित या अवशोषित ऊष्मा। सिस्टम में बहते समय इसमें रसायन। जिला। यह इस शर्त के तहत निर्धारित किया जाता है कि सिस्टम कोई काम नहीं करता है (छोड़कर संभव कामएक्सटेंशन), ​​और m-ry और उत्पाद समान हैं। चूँकि ऊष्मा एक अवस्था का फलन नहीं है, अर्थात्। जब राज्यों के बीच संक्रमण संक्रमण के मार्ग पर निर्भर करता है, तब में सामान्य मामलाथर्मल प्रभाव किसी विशेष जिले की विशेषता के रूप में काम नहीं कर सकता है। दो मामलों में, एक असीम रूप से छोटी मात्रा में गर्मी (प्राथमिक गर्मी) d Q राज्य फ़ंक्शन के कुल अंतर के साथ मेल खाती है: एक स्थिर आयतन के साथ d Q = = dU (सिस्टम की U- आंतरिक ऊर्जा), और एक स्थिर d के साथ Q = dH (H निकाय की एन्थैल्पी है)।

दो प्रकार के थर्मल प्रभाव व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण हैं - इज़ोटेर्म-आइसोबैरिक (स्थिर तापमान टी और पी पर) और इज़ोटेर्म-आइसो-कोरिक (स्थिर टी और वॉल्यूम वी पर)। विभेदक और अभिन्न तापीय प्रभावों के बीच भेद। अंतर थर्मल प्रभाव अभिव्यक्तियों द्वारा निर्धारित किया जाता है:

जहां आप मैं, एच मैं - एसीसी। आंशिक दाढ़ int। ऊर्जा और; वी मैं -स्टोइकोमेट्रिक कोएफ़ (v i> 0 उत्पादों के लिए, v i<0 для ); x = (n i - n i 0)/v i ,-хим. переменная, определяющая состав системы в любой момент протекания р-ции (n i и n i0 - числа i-го компонента в данный момент времени и в начале хим. превращения соотв.). Размерность дифференциального थर्मल प्रभावप्रतिक्रिया-केजे /। यदि u T, V, h T, p> 0, p-tion कहलाता है। एंडोथर्मिक, प्रभाव के विपरीत संकेत के साथ - एक्ज़ोथिर्मिक। दो प्रकार के प्रभाव संबंध से संबंधित हैं:

गर्मी प्रभाव की तापमान निर्भरता दी गई है, जिसके आवेदन, कड़ाई से बोलते हुए, जिले में शामिल सभी घटकों के आंशिक दाढ़ के ज्ञान की आवश्यकता होती है, लेकिन ज्यादातर मामलों में ये मान अज्ञात होते हैं। चूँकि में बहने वाले p-tions के लिए असली आर-पैक्सऔर अन्य थर्मोडायनामिक रूप से अपूर्ण मीडिया, थर्मल प्रभाव, दूसरों की तरह, सिस्टम और प्रयोग की संरचना पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करते हैं। परिस्थितियों में, एक दृष्टिकोण विकसित किया गया है जो विभिन्न जिलों की तुलना और थर्मल प्रभावों की व्यवस्थितता की सुविधा प्रदान करता है। यह उद्देश्य मानक ताप प्रभाव (संकेतित) की अवधारणा द्वारा पूरा किया जाता है। मानक को थर्मल प्रभाव के रूप में समझा जाता है, जो उन परिस्थितियों में किया जाता है (अक्सर हाइपर-तकनीकी) जब सभी भाग लेने वाले द्वीप दिए गए लोगों में होते हैं। अंतर और अभिन्न मानक ताप प्रभाव हमेशा संख्यात्मक रूप से समान होते हैं। मानक थर्मल प्रभाव की गणना आसानी से गठन या ताप के मानक तापों की तालिकाओं का उपयोग करके की जा सकती है में दहन(निचे देखो)। गैर-आदर्श मीडिया के लिए, वास्तव में मापा और मानक थर्मल प्रभावों के बीच एक बड़ी विसंगति है, जिसे थर्मोडायनामिक गणनाओं में थर्मल प्रभावों का उपयोग करते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, क्षारीय डायसेटिमाइड के लिए [(सीएच 3 सीओ) 2 एनएच (टीवी) + एच 2 ओ (एल) = सीएच 3 एसओकेएन 2 (टीवी) + सीएच 3 सीओओएच (एल) +] 0.8 एन में। पानी में NaOH का घोल (वजन से 58%) 298 K पर मापा गया ताप प्रभाव D H 1 = - 52.3 kJ /। मानक शर्तों के तहत उसी जिले के लिए = - 18.11 kJ/. इसका मत। अंतर को निर्दिष्ट पी-स्रोत (हीट्स) में इन-इन के साथ थर्मल प्रभावों द्वारा समझाया गया है। ठोस के लिए, तरल एसिटिक एसिड और गर्मी क्रमशः बराबर हैं: डी एच 2 = 13.60; डी एच 3 = - 48.62; डी एच 4 = - 0.83 केजे /, इसलिए = डी एच 1 - डी एच 2 - डी एच 3 + डी एच 4। उदाहरण से, दृश्यलेकिन, थर्मल प्रभावों के अध्ययन में, साथ में भौतिक और रासायनिक के थर्मल प्रभावों को मापना महत्वपूर्ण है। प्रक्रियाएं।

ऊष्मीय प्रभावों का अध्ययन होता है सबसे महत्वपूर्ण कार्य... मुख्य प्रयोगात्मक विधि - कैलोरीमीटर। आधुनिक उपकरण गैस, तरल और ठोस चरणों में, इंटरफ़ेस पर, साथ ही साथ जटिल में थर्मल प्रभावों का अध्ययन करना संभव बनाता है। सिस्टम मापा थर्मल प्रभाव के विशिष्ट मूल्यों की सीमा सैकड़ों जे / से सैकड़ों केजे / तक है। टेबल कैलोरीमेट्रिक डेटा दिया जाता है। कुछ जिलों के ऊष्मीय प्रभावों का मापन। थर्मल प्रभाव, तनुकरण और ताप का मापन आपको वास्तव में मापे गए थर्मल प्रभावों से मानक वाले तक जाने की अनुमति देता है।

एक महत्वपूर्ण भूमिका दो प्रकार के ऊष्मीय प्रभावों की है - COMP के गठन की ऊष्मा। से सरल प्रश्नऔर उच्च तत्वों के गठन के साथ दहन की गर्मी साफ हो जाती है, जिनमें से यह होता है। ये थर्मल प्रभाव सामान्यीकृत और सारणीबद्ध हैं। उनकी मदद से, किसी भी थर्मल प्रभाव की गणना करना आसान है; यह बीजगणित के बराबर है। जिले में शामिल सभी घटकों के गठन की गर्मी या दहन की गर्मी का योग:

सारणीबद्ध मान लागू करना की अनुमति देता हैथर्मल प्रभाव pl की गणना करें। हजार पी-टियन, हालांकि ये मूल्य स्वयं केवल कई के लिए जाने जाते हैं। हजार कनेक्शन। गणना की यह विधि अनुपयुक्त है, हालांकि, छोटे तापीय प्रभावों वाले p-tions के लिए, क्योंकि गणना किए गए छोटे मान को बीजीय के रूप में प्राप्त किया जाता है। कई की राशि। बड़े मान, एक त्रुटि की विशेषता, एब्स में किनारे। थर्मल प्रभाव से अधिक हो सकता है। मात्राओं का उपयोग करके थर्मल प्रभावों की गणना इस तथ्य के आधार पर कि एक राज्य कार्य है। यह आपको थर्मोकेमिकल सिस्टम बनाने की अनुमति देता है। उर-एनआईआई आवश्यक जिले के थर्मल प्रभाव को निर्धारित करने के लिए (देखें)। मानक थर्मल प्रभावों की गणना लगभग हमेशा की जाती है। ऊपर दी गई विधि के अलावा, थर्मल प्रभावों की गणना तापमान पर निर्भरता के अनुसार की जाती है

समस्या संख्या6

तालिका में दिए गए पदार्थ की औसत ताप क्षमता की गणना करें। 6, तापमान सीमा में 298 से . तक टीप्रति।

तालिका 6

	पदार्थ			पदार्थ

समाधान:

298 से 800 . के तापमान रेंज में अमोनिया की औसत ताप क्षमता की गणना पर विचार करें प्रति।

ताप की गुंजाइशताप के दौरान शरीर द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा का ताप के साथ होने वाले तापमान में वृद्धि का अनुपात है। एक व्यक्तिगत पदार्थ के लिए, के बीच अंतर किया जाता है विशिष्ट(एक किलोग्राम) और दाढ़(एक मोल) ताप क्षमता।

सही गर्मी क्षमता

, (21)

कहां δ क्यू - शरीर के तापमान को असीम रूप से कम मात्रा में बढ़ाने के लिए आवश्यक गर्मी की एक असीम रूप से छोटी मात्रा डीटी .

औसत ताप क्षमताऊष्मा की मात्रा का अनुपात है क्यूतापमान में वृद्धि करने के लिए ∆ टी = टी 2 – टी 1 ,

.

चूंकि गर्मी राज्य का कार्य नहीं है और प्रक्रिया पथ पर निर्भर करती है, इसलिए हीटिंग प्रक्रिया के लिए शर्तों को इंगित करना आवश्यक है। एक असीम परिवर्तन के लिए समद्विबाहु और समदाब रेखीय प्रक्रियाओं में δ क्यू वी = ड्यू तथा δ क्यू पी = DH का, इसलिए

तथा
. (22)

के बीच संबंध सच समद्विबाहु(साथ वी) तथा समदाब रेखीय (सी पी) गर्मी क्षमतापदार्थ और उसका औसतसमस्थानिक
और समदाब रेखीय
गर्मी क्षमतासे तापमान रेंज में टी 1 इससे पहले टी 2 समीकरणों (23) और (24) द्वारा व्यक्त किया जाता है:

; (23)

. (24)

तापमान पर वास्तविक ताप क्षमता की निर्भरता निम्नलिखित अनुभवजन्य समीकरणों द्वारा व्यक्त की जाती है:

; (के लिये नहीं कार्बनिक पदार्थ) (25)

... (जैविक पदार्थों के लिए) (26)

हम भौतिक और रासायनिक मात्राओं की संदर्भ पुस्तक का उपयोग करेंगे। आइए हम तापमान पर अमोनिया की समदाबीय ताप क्षमता की निर्भरता के लिए समीकरण के गुणांक (ए, बी, सी) को लिखें:

तालिका 7

पदार्थ
		बी· दस 3	सी / · दस –5

आइए हम तापमान पर अमोनिया की वास्तविक ताप क्षमता की निर्भरता का समीकरण लिखें:

.

इस समीकरण को सूत्र (24) में रखें और अमोनिया की औसत ताप क्षमता की गणना करें:

= 1/(800-298)
=

0.002 = 43.5 जे / मोल के।

समस्या संख्या 7

तालिका में दिखाए गए रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए। 2, तापमान पर प्रतिक्रिया उत्पादों की गर्मी क्षमताओं के योग की निर्भरता के ग्राफ को प्लॉट करें
और प्रारंभिक सामग्री बनाम तापमान की ताप क्षमता का योग
... निर्भरता समीकरण
संदर्भ से लें। एक रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी क्षमता में परिवर्तन की गणना करें (
) 298 K, 400 K और . के तापमान पर टीके (तालिका 6)।

समाधान:

आइए हम अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के उदाहरण का उपयोग करके 298 K, 400 K और 600 K के तापमान पर ताप क्षमता में परिवर्तन की गणना करें:

आइए हम प्रारंभिक पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों के तापमान पर अमोनिया की वास्तविक ताप क्षमता की निर्भरता के समीकरणों के गुणांक (ए, बी, सी, सी /) 1 को स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए लिखें। ... आइए गुणांक के योग की गणना करें। उदाहरण के लिए, गुणांकों का योग एप्रारंभिक सामग्री के लिए है

= 27.88 + 3 * 27.28 = 109.72।

बाधाओं का योग एप्रतिक्रिया उत्पादों के लिए है

= 2 29.8 = 59.6।

=
=59,6 – 109,72 = –50,12.

तालिका 8

पदार्थ			बी· दस 3	सी / · दस – 5	एस 10 6
मूल पदार्थों
( , , )
( , , )
, ,

इस प्रकार, निर्भरता का समीकरण

प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए निम्नानुसार है:

= 59.60 + 50.96 · 10 -3 - 3.34 · 10 5 / 2।

तापमान पर प्रतिक्रिया उत्पादों की गर्मी क्षमता के योग की निर्भरता की साजिश रचने के लिए
कई तापमानों पर ताप क्षमता के योग की गणना करें:

टी = 298 के . पर

= 59.60 + 50.96 · 10 -3 · 298 - 3.34 · 10 5/298 2 = 71.03 जम्मू/कश्मीर;

टी पर = 400 के
= 77.89 जम्मू/कश्मीर;

टी = 600 के . पर
= 89.25 जे / के।

निर्भरता समीकरण
प्रारंभिक पदार्थों के लिए रूप है:

= 109.72 + 14.05 · 10 -3 टी + 1.50 · 10 -5 / टी 2।

इसी तरह, हम गणना करते हैं
कई तापमानों पर सामग्री शुरू करना:

टी = 298 के . पर

= 109.72 + 14.05 · 10 -3 · 298 + 1.50 · 10 5/298 2 = 115.60 जम्मू/कश्मीर;

टी = 400 के . पर
= 116.28 जम्मू/कश्मीर;

टी = 600 के . पर
= 118.57 जे / के।

अगला, हम समदाब रेखीय ताप क्षमता में परिवर्तन की गणना करते हैं
कई तापमानों पर प्रतिक्रिया के दौरान:

= -50.12 + 36.91 · 10 -3 - 4.84 · 10 5 / 2,

= -44.57 जम्मू / कश्मीर;

= -38.39 जम्मू / कश्मीर;

= -29.32 जे / के।

परिकलित मानों का उपयोग करते हुए, हम अभिक्रिया उत्पादों की ऊष्मा क्षमताओं के योग और तापमान पर प्रारंभिक पदार्थों की ऊष्मा क्षमताओं के योग की निर्भरता को प्लॉट करते हैं।

अंजीर 2. अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के लिए तापमान पर प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों की कुल गर्मी क्षमता की निर्भरता

इस तापमान सीमा में, प्रारंभिक सामग्रियों की कुल ताप क्षमता उत्पादों की कुल ताप क्षमता से अधिक होती है, इसलिए,
पूरे तापमान में 298 K से 600 K तक होता है।

समस्या संख्या 8

तालिका में दी गई प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना करें। 2, तापमान पर टीके (तालिका 6)।

समाधान:

आइए हम 800 . के तापमान पर अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना करें प्रति।

गर्मी प्रभाव निर्भरता
तापमान से प्रतिक्रिया का वर्णन करता है किरचॉफ का नियम

, (27)

कहां
- प्रतिक्रिया के दौरान सिस्टम की गर्मी क्षमता में परिवर्तन। आइए समीकरण का विश्लेषण करें:

1) अगर
> 0, यानी प्रतिक्रिया उत्पादों की गर्मी क्षमताओं का योग प्रारंभिक पदार्थों की गर्मी क्षमताओं के योग से अधिक है, फिर > 0,। लत
बढ़ता है, और बढ़ते तापमान के साथ, तापीय प्रभाव बढ़ता है।

2) अगर
< 0, то< 0, т.е. зависимость убывающая, и с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

3) अगर
= 0, तब = 0, ऊष्मीय प्रभाव तापमान से स्वतंत्र होता है।

अभिन्न रूप में, किरचॉफ समीकरण के निम्नलिखित रूप हैं:

. (28)

ए) यदि प्रक्रिया के दौरान गर्मी क्षमता नहीं बदलती है, यानी। प्रतिक्रिया उत्पादों की गर्मी क्षमताओं का योग प्रारंभिक सामग्री की गर्मी क्षमताओं के योग के बराबर है (
), तो थर्मल प्रभाव तापमान पर निर्भर नहीं करता है

= स्थिरांक

बी) के लिए अनुमानित गणनाहम ताप क्षमता की तापमान निर्भरता की उपेक्षा कर सकते हैं और प्रतिक्रिया प्रतिभागियों की औसत ताप क्षमता के मूल्यों का उपयोग कर सकते हैं (
) इस मामले में, गणना सूत्र के अनुसार की जाती है

ग) के लिए सटीक गणनातापमान पर सभी प्रतिक्रिया प्रतिभागियों की ताप क्षमता की निर्भरता पर डेटा की आवश्यकता होती है
... इस मामले में, थर्मल प्रभाव की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

(30)

हम संदर्भ डेटा (तालिका 9) लिखते हैं और कार्य संख्या 7 के अनुरूप प्रत्येक कॉलम के लिए संबंधित मानों में परिवर्तन की गणना करते हैं। हम गणना के लिए प्राप्त आंकड़ों का उपयोग करते हैं:

लगभग:

= -91880 + (–31.88) (800 - 298) = -107883.8 जे = - 107.88 केजे।

= -91880 + (-50.12) (800 - 298) + 1/2 · 36.91 · 10 -3 (800 2 - 298 2) +

- (-4.84 · 10 5) (1/800 - 1/298) = - 107815 जे = - 107.82 केजे।

अमोनिया संश्लेषण की प्रतिक्रिया के लिए, प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी क्षमता में परिवर्तन
< 0 (см. задачу №7). Следовательно< 0, с повышением температуры тепловой эффект уменьшается.

तालिका 9

	पदार्थ			प्रतिक्रिया उत्पादों के लिए योग	प्रारंभिक सामग्री के लिए राशि	प्रतिक्रिया के दौरान परिवर्तन
,				=	=	=
, जे / (मोल के)				=	=	=
				=	=	=
				=	=	=
				=	= 1,5	=
				= 0	= 0	= 0

7. मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया की गर्मी की गणना करें:फे 2 ओ 3 (टी) + 3 सीओ (जी) = 2 फे (टी) + 3 सीओ 2 (जी), अगर गठन की गर्मी: फे 2 ओ 3 (टी) = - 821.3 केजे / एमओएल; सीओ (जी ) = - 110.5 केजे / मोल;

सीओ 2 (जी) = - 393.5 केजे / मोल।

Fe 2 O 3 (t) + 3 CO (g) = 2 Fe (t) + 3 CO 2 (g),

प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन के मानक गर्मी प्रभावों को जानने के बाद, हम मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव की गणना करते हैं:

16. तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता। वानट हॉफ का नियम। प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक।

केवल सक्रिय अणुओं के बीच टकराव, जिसकी औसत ऊर्जा प्रतिक्रिया में प्रतिभागियों की औसत ऊर्जा से अधिक होती है, प्रतिक्रियाओं को जन्म देती है।

जब एक निश्चित सक्रियण ऊर्जा E ( अतिरिक्त ऊर्जाऔसत से ऊपर), अणुओं में परमाणुओं की बातचीत की संभावित ऊर्जा कम हो जाती है, अणुओं के अंदर के बंधन कमजोर हो जाते हैं, अणु प्रतिक्रियाशील हो जाते हैं।

सक्रियण ऊर्जा आवश्यक रूप से बाहर से आपूर्ति नहीं की जाती है; यह अणुओं के कुछ हिस्से को उनके टकराव के दौरान ऊर्जा का पुनर्वितरण करके प्रदान किया जा सकता है। बोल्ट्जमैन के अनुसार, N अणुओं में है अगला नंबरसक्रिय अणु एन बढ़ी हुई ऊर्जा के साथ :

एन एन ई - ई / आरटी  (1)

जहां ई सक्रियण ऊर्जा है, औसत स्तर की तुलना में ऊर्जा की आवश्यक अतिरिक्त दिखा रहा है कि प्रतिक्रिया संभव होने के लिए अणुओं के पास होना चाहिए; शेष पद सर्वविदित हैं।

दो तापमानों टी 1 और टी 2 के लिए थर्मल सक्रियण के साथ, दर स्थिरांक का अनुपात होगा:

, (2) , (3)

जो आपको दो अलग-अलग तापमान टी 1 और टी 2 पर प्रतिक्रिया दर को मापकर सक्रियण ऊर्जा निर्धारित करने की अनुमति देता है।

तापमान में 10 0 की वृद्धि से प्रतिक्रिया दर 2 - 4 गुना बढ़ जाती है (अनुमानित वानट हॉफ नियम)। तापमान में 10 0 की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर कितनी बार बढ़ती है (और इसलिए दर स्थिर) दर्शाती है कि संख्या को प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक कहा जाता है:

 (4) .(5)

इसका मतलब है, उदाहरण के लिए, 2 ( = 2) के एक कारक द्वारा औसत दर में पारंपरिक रूप से स्वीकृत वृद्धि के लिए तापमान में 100 0 की वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर 2 10 से बढ़ जाती है, अर्थात। लगभग 1000 बार, और के लिए = 4 - 4 10 बार, अर्थात्। 1,000,000 बार। वैंट हॉफ नियम एक संकीर्ण सीमा में अपेक्षाकृत कम तापमान पर होने वाली प्रतिक्रियाओं के लिए लागू होता है। बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया दर में तेज वृद्धि को इस तथ्य से समझाया जाता है कि इस मामले में सक्रिय अणुओं की संख्या तेजी से बढ़ जाती है।

25. वैंट हॉफ की रासायनिक प्रतिक्रिया के समताप मंडल का समीकरण।

एक मनमानी प्रतिक्रिया के लिए सामूहिक कार्रवाई के नियम के अनुसार

ए ए + बीबी = सीसी + डीडी

प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की दर के लिए समीकरण लिखा जा सकता है:

,

और विपरीत प्रतिक्रिया की गति के लिए:

.

जैसे-जैसे प्रतिक्रिया बाएँ से दाएँ आगे बढ़ती है, पदार्थ A और B की सांद्रता घटती जाती है और प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की गति घटती जाती है। दूसरी ओर, जैसे-जैसे प्रतिक्रिया उत्पाद सी और डी जमा होते हैं, दाएं से बाएं प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होगी। एक क्षण आता है जब वेग 1 और υ 2 समान हो जाते हैं, सभी पदार्थों की सांद्रता अपरिवर्तित रहती है, इसलिए,

,

जहां से के सी = के 1 / के 2 =

.

स्थिर मान K s, समान अनुपातप्रत्यक्ष और रिवर्स प्रतिक्रियाओं की दर स्थिरांक, प्रारंभिक पदार्थों के संतुलन सांद्रता और उनकी बातचीत के उत्पादों (उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक की डिग्री में) के माध्यम से संतुलन की स्थिति का मात्रात्मक रूप से वर्णन करता है और इसे संतुलन स्थिरांक कहा जाता है। संतुलन स्थिरांक केवल दिए गए तापमान के लिए स्थिर होता है, अर्थात।

के सी = एफ (टी)। एक रासायनिक प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक आमतौर पर एक अनुपात द्वारा व्यक्त किया जाता है, जिसके अंश में प्रतिक्रिया उत्पादों के संतुलन दाढ़ सांद्रता का उत्पाद होता है, और हर में प्रारंभिक पदार्थों की सांद्रता का उत्पाद होता है।

यदि प्रतिक्रिया के घटक आदर्श गैसों का मिश्रण हैं, तो संतुलन स्थिरांक (K p) घटकों के आंशिक दबावों के माध्यम से व्यक्त किया जाता है:

.

K r से K c तक जाने के लिए, हम अवस्था P · V = n · R · T के समीकरण का उपयोग करते हैं। जहां तक ​​कि

, तो पी = सी आर टी। ...

यह समीकरण से निम्नानुसार है कि K p = K s बशर्ते कि प्रतिक्रिया गैस चरण में मोल की संख्या को बदले बिना आगे बढ़ती है, अर्थात। जब (सी + डी) = (ए + बी)।

यदि प्रतिक्रिया निरंतर P और T या V और T पर स्वतःस्फूर्त रूप से आगे बढ़ती है, तो इस प्रतिक्रिया के G और F के मान समीकरणों से प्राप्त किए जा सकते हैं:

,

जहां सी ए, सी बी, सी सी, सी डी प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के गैर-संतुलन सांद्रता हैं।

,

जहां , , , D प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के आंशिक दबाव हैं।

अंतिम दो समीकरणों को वैंट हॉफ रासायनिक प्रतिक्रिया इज़ोटेर्म समीकरण कहा जाता है। यह अनुपात प्रारंभिक पदार्थों की विभिन्न सांद्रता पर इसकी दिशा निर्धारित करने के लिए, प्रतिक्रिया के G और F के मूल्यों की गणना करना संभव बनाता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि दोनों के लिए गैस प्रणाली, और समाधान के लिए, प्रतिक्रिया में भागीदारी के साथ ठोस(यानी, विषम प्रणालियों के लिए) ठोस चरण की एकाग्रता संतुलन स्थिरांक के लिए अभिव्यक्ति में शामिल नहीं है, क्योंकि यह एकाग्रता व्यावहारिक रूप से स्थिर है। तो, प्रतिक्रिया के लिए

2 सीओ (जी) = सीओ 2 (जी) + सी (टी)

संतुलन स्थिरांक को इस प्रकार लिखा जाता है

.

तापमान पर संतुलन स्थिरांक की निर्भरता (तापमान टी 2 के सापेक्ष तापमान टी 1 के लिए) निम्नलिखित वैंट हॉफ समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:

,

जहां 0 प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव है।

एक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया के लिए (प्रतिक्रिया गर्मी के अवशोषण के साथ आगे बढ़ती है), बढ़ते तापमान के साथ संतुलन निरंतर बढ़ता है, सिस्टम, जैसा कि यह था, हीटिंग का प्रतिरोध करता है।

34. परासरण, आसमाटिक दबाव। वैंट हॉफ का समीकरण और आसमाटिक गुणांक।

ऑस्मोसिस एक अर्धपारगम्य झिल्ली के माध्यम से विलायक के अणुओं की सहज गति है, जो कम सांद्रता के घोल से उच्च सांद्रता वाले घोल में अलग-अलग सांद्रता के घोल को अलग करता है, जो बाद वाले के कमजोर पड़ने की ओर जाता है। एक सिलोफ़न फिल्म को अक्सर छोटे छिद्रों के माध्यम से एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के रूप में उपयोग किया जाता है, जिसमें से केवल छोटे-मात्रा वाले विलायक अणु ही चुनिंदा रूप से गुजर सकते हैं और उच्च-आणविक पदार्थों के लिए और कम-आणविक वाले के लिए बड़े या सॉल्वेटेड अणुओं या आयनों को बनाए रखा जाता है। कॉपर फेरोसाइनाइड की फिल्म। विलायक अंतरण (परासरण) की प्रक्रिया को बाहरी लगाने से रोका जा सकता है हीड्रास्टाटिक दबाव(संतुलन की स्थिति के तहत, यह तथाकथित आसमाटिक दबाव होगा, जिसे अक्षर से दर्शाया जाएगा)। गैर-इलेक्ट्रोलाइट समाधानों में के मान की गणना करने के लिए, अनुभवजन्य वैन्ट हॉफ समीकरण का उपयोग किया जाता है:

जहाँ C पदार्थ की मोलल सांद्रता है, mol / kg;

आर - सार्वभौमिक गैस स्थिरांक, जे / मोल · के।

महत्व परासरण दाबकिसी दिए गए घोल में घुले एक या अधिक पदार्थों के अणुओं की संख्या (सामान्य स्थिति में, कणों की संख्या) के समानुपाती होता है, और यह उनकी प्रकृति और विलायक की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है। मजबूत or . के समाधान में कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्सअणुओं के पृथक्करण के कारण अलग-अलग कणों की कुल संख्या बढ़ जाती है, इसलिए, संबंधित आनुपातिकता गुणांक, जिसे आइसोटोनिक गुणांक कहा जाता है, को आसमाटिक दबाव की गणना के लिए समीकरण में दर्ज किया जाना चाहिए।

सी आर टी,

जहां मैं आइसोटोनिक गुणांक है, जिसकी गणना इस पदार्थ के अणुओं की प्रारंभिक संख्या में आयनों और गैर-पृथक इलेक्ट्रोलाइट अणुओं की संख्या के योग के अनुपात के रूप में की जाती है।

तो, यदि इलेक्ट्रोलाइट के पृथक्करण की डिग्री, अर्थात। आयनों में क्षय होने वाले अणुओं की संख्या का अनुपात समूचाविलेय के अणु  के बराबर होते हैं और इलेक्ट्रोलाइट अणु n आयनों में विघटित हो जाते हैं, तो आइसोटोनिक गुणांक की गणना निम्नानुसार की जाती है:

मैं = 1 + (एन -1) , (i> 1)।

के लिये मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्सआप = 1 ले सकते हैं, फिर i = n, और गुणांक i (1 से भी अधिक) को परासरण गुणांक कहा जाता है।

परासरण घटना है बडा महत्वपौधों और जानवरों के जीवों के लिए, चूंकि कई पदार्थों के समाधान के संबंध में उनकी कोशिकाओं की झिल्लियों में एक अर्धपारगम्य झिल्ली के गुण होते हैं। वी स्वच्छ जलकुछ मामलों में झिल्ली के टूटने तक, और लवण की उच्च सांद्रता वाले घोल में, इसके विपरीत, आकार में कमी हो जाती है और पानी की एक बड़ी हानि के कारण कोशिका सिकुड़ जाती है। इसलिए, जब डिब्बाबंदी खाद्य उत्पादउनमें जोड़ा गया भारी संख्या मेनमक या चीनी। ऐसी स्थितियों में सूक्ष्मजीवों की कोशिकाएं नष्ट हो जाती हैं सार्थक राशिपानी और नाश।

इस विषय का अध्ययन करने के परिणामस्वरूप, आप सीखेंगे: रासायनिक प्रतिक्रियाओं के सामान्य समीकरण उनके थर्मोकेमिकल समीकरणों से कैसे भिन्न होते हैं। कौन से कारक रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर निर्धारित करते हैं। कितना सही (रासायनिक) संतुलन प्रत्यक्ष संतुलन से भिन्न होता है। संतुलन किस दिशा में बदलता है जब बाहरी स्थितियां. सजातीय और विषमांगी उत्प्रेरण की क्रियाविधि क्या है? अवरोधक और प्रवर्तक क्या हैं। इस विषय का अध्ययन करने के परिणामस्वरूप, आप सीखेंगे: पदार्थों के निर्माण की एन्थैल्पी के मूल्यों का उपयोग करके रासायनिक प्रतिक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों की गणना करें। वैंट हॉफ सिद्धांत के गणितीय व्यंजक का उपयोग करते हुए परिकलन करें। तापमान और दबाव में परिवर्तन के साथ रासायनिक संतुलन के विस्थापन की दिशा निर्धारित करें। अध्ययन प्रश्न:

6.1. रासायनिक प्रक्रियाओं की ऊर्जा

6.1.1. आंतरिक ऊर्जाऔर एन्थैल्पी

किसी भी प्रक्रिया में, ऊर्जा संरक्षण के नियम का पालन किया जाता है:

क्यू = Δ यू + ए।

इस समानता का अर्थ है कि यदि निकाय को ऊष्मा Q की आपूर्ति की जाती है, तो यह आंतरिक ऊर्जा Δ U को बदलने और कार्य A करने पर खर्च की जाती है।

आंतरिक ऊर्जाप्रणाली इसकी कुल आपूर्ति है, जिसमें अनुवाद की ऊर्जा भी शामिल है और रोटरी गतिअणु, परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गति की ऊर्जा, इलेक्ट्रॉनों के साथ नाभिक की बातचीत की ऊर्जा, नाभिक के साथ नाभिक, आदि। पूरे सिस्टम की गतिज और संभावित ऊर्जा को छोड़कर, सभी प्रकार की ऊर्जा।

राज्य 1 से संक्रमण के दौरान सिस्टम द्वारा किया गया कार्य, वॉल्यूम V 1, से राज्य 2 (वॉल्यूम V 2) में निरंतर दबाव (विस्तार कार्य) की विशेषता के बराबर है:

ए = पी (वी 2 - वी 1)।

निरंतर दबाव (p = const) पर, विस्तार कार्य के लिए अभिव्यक्ति को ध्यान में रखते हुए, ऊर्जा संरक्षण कानून निम्नानुसार लिखा जाता है:

क्यू = (यू 2 + पीवी 2) - (यू 1 + पीवी 1)।

निकाय की आंतरिक ऊर्जा और उसके आयतन और दबाव के गुणनफल के योग को कहते हैं तापीय धारिताएच:

जहां तक ​​कि सही मूल्यनिकाय की आंतरिक ऊर्जा अज्ञात है, और एन्थैल्पी का निरपेक्ष मान भी प्राप्त नहीं किया जा सकता है। वैज्ञानिक महत्वहै और प्रायोगिक उपयोगएन्थैल्पी में परिवर्तन ज्ञात कीजिए N.

आंतरिक ऊर्जा यू और थैलेपी एच हैं राज्य के कार्यसिस्टम राज्य कार्य प्रणाली की वे विशेषताएं हैं, जिनमें से परिवर्तन केवल प्रणाली की अंतिम और प्रारंभिक स्थिति से निर्धारित होते हैं, अर्थात। प्रक्रिया पथ पर निर्भर नहीं है।

6.1.2. एक्सो- और एंडोथर्मिक प्रक्रियाएं

रासायनिक प्रतिक्रियाओं का कोर्स गर्मी के अवशोषण या रिलीज के साथ होता है। एक्ज़ोथिर्मिकपर्यावरण में गर्मी की रिहाई के साथ होने वाली प्रतिक्रिया को कॉल करें, और एन्दोठेर्मिक- पर्यावरण से गर्मी के अवशोषण के साथ।

उद्योग और प्रयोगशाला अभ्यास में कई प्रक्रियाएँ निरंतर दबाव और तापमान (T = const, p = const) पर चलती हैं। इन प्रक्रियाओं की ऊर्जा विशेषता थैलेपी में परिवर्तन है:

क्यू पी = -Δ एन।

स्थिर आयतन और तापमान पर होने वाली प्रक्रियाओं के लिए (T = const, V = const) Q V = -Δ U.

ऊष्माक्षेपी अभिक्रियाओं के लिए< 0, а в случае протекания эндотермической реакции Δ Н >0. उदाहरण के लिए,

एन 2 (जी) + ЅO 2 (जी) = एन 2 ओ (जी); ΔH 298 = + 82kJ,

सीएच 4 (जी) + 2 ओ 2 (जी) = सीओ 2 (जी) + 2 एच 2 ओ (जी); H 298 = -802kJ।

रासायनिक समीकरण, जो अतिरिक्त रूप से प्रतिक्रिया के गर्मी प्रभाव (प्रक्रिया के डीएच का मूल्य), साथ ही साथ पदार्थों और तापमान के एकत्रीकरण की स्थिति को इंगित करता है, कहा जाता है थर्मोकेमिकलसमीकरण

थर्मोकेमिकल समीकरणों में, अभिकर्मकों और परिणामी पदार्थों के चरण राज्य और एलोट्रोपिक संशोधनों को नोट किया जाता है: जी - गैसीय, जी - तरल, के - क्रिस्टलीय; एस (हीरा), एस (मोनोकल), सी (ग्रेफाइट), सी (हीरा), आदि।

6.1.3. थर्मोकैमिस्ट्री; हेस का नियम

भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं के साथ आने वाली ऊर्जा परिघटनाओं का अध्ययन किया जाता है ऊष्मारसायन... थर्मोकैमिस्ट्री का मूल कानून रूसी वैज्ञानिक जी.आई. 1840 में हेस।

हेस का नियम: प्रक्रिया की थैलीपी में परिवर्तन प्रारंभिक पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों के प्रकार और स्थिति पर निर्भर करता है, लेकिन प्रक्रिया के पथ पर निर्भर नहीं करता है।

संशोधित करके थर्मोकेमिकल प्रभावअक्सर, "एक प्रक्रिया की एन्थैल्पी में परिवर्तन" की अवधारणा के बजाय, अभिव्यक्ति "एक प्रक्रिया की थैलीपी" का उपयोग किया जाता है, इस अवधारणा द्वारा ΔH के मूल्य को दर्शाता है। जैसा कि ऊपर बताया गया है, केवल स्थिर दबाव पर क्यू पी = -Δ एच (स्थिर मात्रा क्यू वी = -Δ यू पर)।

इस प्रकार, पीसीएल 5 के गठन को साधारण पदार्थों की बातचीत के परिणामस्वरूप माना जा सकता है:

पी (के, सफेद) + 5/2Cl 2 (जी) = पीसीएल 5 (के); Δ एच 1,

या कई चरणों में होने वाली प्रक्रिया के परिणामस्वरूप:

पी (जे, सफेद) + 3 / 2Cl 2 (जी) = पीसीएल 3 (जी); Δ एच 2,

पीसीएल 3 (जी) + सीएल 2 (जी) = पीसीएल 5 (क्यू); एच 3,

या कुल:

पी (के, सफेद) + 5/2Cl 2 (जी) = पीसीएल 5 (के); एच 1 = एच 2 + एच 3।

6.1.4. पदार्थों के निर्माण की एन्थैल्पी

गठन की थैलीपी स्थिर संशोधनों में सरल पदार्थों से एकत्रीकरण की एक निश्चित अवस्था में किसी पदार्थ के बनने की प्रक्रिया की थैलीपी है। उदाहरण के लिए, सोडियम सल्फेट बनने की एन्थैल्पी अभिक्रिया की एन्थैल्पी है:

2Na (k) + S (समचतुर्भुज) + 2O 2 (g) = Na 2 SO 4 (k)।

सरल पदार्थों के बनने की एन्थैल्पी शून्य होती है।

चूंकि प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव पदार्थों की स्थिति, तापमान और दबाव पर निर्भर करता है, इसलिए हम उपयोग करने के लिए सहमत हुए निर्माण की मानक एन्थैल्पी- दिए गए तापमान पर पदार्थों के निर्माण की थैलीपी in मानक स्थिति... किसी दिए गए तापमान और 101.325 kPa (1 एटीएम) के दबाव पर पदार्थ की वास्तविक स्थिति को संघनित अवस्था में पदार्थों के लिए एक मानक अवस्था के रूप में लिया जाता है। संदर्भ पुस्तकें आमतौर पर 25 o C (298 K) के तापमान पर पदार्थों के निर्माण की मानक एन्थैल्पी देती हैं, जिसे पदार्थ के 1 mol (Δ H f o 298) के रूप में संदर्भित किया जाता है। T = 298K पर कुछ पदार्थों के बनने की मानक एन्थैल्पी तालिका में दी गई है। 6.1.

तालिका 6.1.

कुछ पदार्थों के गठन की मानक थैलेपीज़ (Δ एच एफ ओ 298)

पदार्थ	एच एफ ओ 298, केजे / मोल	पदार्थ	एच एफ ओ 298, केजे / मोल

बहुसंख्यक बनने की मानक एन्थैल्पी जटिल पदार्थनकारात्मक मूल्य हैं। अस्थिर पदार्थों की एक छोटी संख्या के लिए एच एफ ओ 298> 0. ऐसे पदार्थों में, विशेष रूप से, नाइट्रोजन ऑक्साइड (II) और नाइट्रोजन ऑक्साइड (IV), तालिका 6.1 शामिल हैं।

6.1.5. रासायनिक प्रतिक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों की गणना

प्रक्रियाओं के उत्साह की गणना करने के लिए, हेस कानून के परिणाम का उपयोग किया जाता है: प्रतिक्रिया की थैलेपी प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन के उत्साह के योग के बराबर होती है, प्रारंभिक सामग्री के गठन के उत्साह के योग को घटाकर, स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए।

आइए कैल्सियम कार्बोनेट के अपघटन की एन्थैल्पी की गणना करें। प्रक्रिया निम्नलिखित समीकरण द्वारा वर्णित है:

सीएसीओ 3 (के) = सीएओ (के) + सीओ 2 (जी)।

इस अभिक्रिया की एन्थैल्पी कैल्सियम ऑक्साइड के बनने की एन्थैल्पी के योग के बराबर होगी और कार्बन डाइआक्साइडमाइनस कैल्शियम कार्बोनेट के गठन की थैलीपी:

एच ओ 298 = Δ एच एफ ओ 298 (सीएओ (सी)) + एच एफ ओ 298 (सीओ 2 (जी)) - Δ एच एफ ओ 298 (CaCO 3 (सी))।

तालिका 6.1 में डेटा का उपयोग करना। हम पाते हैं:

एच ओ 298 = - 635.1 -393.5 + 1206.8 = + 178.2 केजे।

प्राप्त आंकड़ों से, यह निम्नानुसार है कि माना प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है, अर्थात। गर्मी अवशोषण के साथ आगे बढ़ता है।

सीएओ (के) + सीओ 2 (के) = सीएसीओ 3 (के)

गर्मी की रिहाई के साथ। इसकी एन्थैल्पी बराबर होगी

एच ओ 298 = -1206.8 +635.1 + 393.5 = -178.2 केजे।

6.2. रासायनिक प्रतिक्रिया दर

6.2.1. प्रतिक्रिया गति अवधारणा

रसायन विज्ञान का वह भाग जो रासायनिक अभिक्रियाओं की दर और क्रियाविधियों से संबंधित है, कहलाता है रासायनिक गतिकी... में से एक महत्वपूर्ण अवधारणाएंरासायनिक कैनेटीक्स में रासायनिक प्रतिक्रिया की दर है।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रणाली की एक स्थिर मात्रा के साथ प्रति इकाई समय प्रतिक्रियाशील पदार्थों की एकाग्रता में परिवर्तन से निर्धारित होती है।

निम्नलिखित प्रक्रिया पर विचार करें:

मान लें कि किसी समय t 1 पदार्थ A की सांद्रता c 1 के मान के बराबर है, और फिलहाल t 2 - मान c 2 के बराबर है। t 1 से t 2 के समय अंतराल में, सांद्रता में परिवर्तन s = s 2 - s 1 होगा। औसत प्रतिक्रिया दर है:

ऋणात्मक चिन्ह इसलिए रखा गया है क्योंकि जैसे-जैसे प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है (Δ t> 0), पदार्थ की सांद्रता घटती जाती है (Δ with .)< 0), в то время, как скорость реакции является положительной величиной.

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति और प्रतिक्रियाओं की स्थितियों पर निर्भर करती है: एकाग्रता, तापमान, उत्प्रेरक की उपस्थिति, दबाव (गैस प्रतिक्रियाओं के लिए) और कुछ अन्य कारक। विशेष रूप से, पदार्थों के संपर्क क्षेत्र में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है। अभिकारकों की मिश्रण दर में वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर भी बढ़ जाती है।

प्रतिक्रिया दर का संख्यात्मक मान इस बात पर भी निर्भर करता है कि प्रतिक्रिया दर की गणना के लिए किस घटक का उपयोग किया जाता है। तो, उदाहरण के लिए, प्रक्रिया की गति

एच 2 + आई 2 = 2HI,

HI सांद्रता में परिवर्तन से परिकलित अभिकर्मक H 2 या I 2 की सांद्रता में परिवर्तन से गणना की गई प्रतिक्रिया दर का दोगुना है।

6.2.2 एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता; प्रतिक्रिया का क्रम और आणविकता

बुनियादी कानून रासायनिक गतिकी – सामूहिक कार्रवाई का कानून- अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता निर्धारित करता है।

प्रतिक्रिया दर अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के समानुपाती होती है... में दर्ज प्रतिक्रिया के लिए सामान्य दृष्टि सेकैसे

एए + बीबी = सीसी + डीडी,

एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता का रूप है:

वी = के [ए] α [बी] β।

इस गतिज समीकरण में, k आनुपातिकता गुणांक है, जिसे कहा जाता है दर लगातार; [ए] और [बी] पदार्थ ए और बी की सांद्रता हैं। प्रतिक्रिया दर स्थिर k प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की प्रकृति और तापमान पर निर्भर करता है, लेकिन उनकी सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है। गुणांक α और β प्रयोगात्मक डेटा से पाए जाते हैं।

गतिज समीकरणों में घातांकों के योग को सामान्य कहा जाता है व्यवस्थितप्रतिक्रियाएं। भेद भी करें निजी आदेशघटकों में से एक में प्रतिक्रियाएं। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया के लिए

एच 2 + सी1 2 = 2 एचसी1

गतिज समीकरण इस तरह दिखता है:

वी = के 1/2,

वे। सामान्य आदेश 1.5 है और घटकों 2 और С1 2 के लिए प्रतिक्रिया के क्रम क्रमशः 1 और 0.5 के बराबर हैं।

आणविकताप्रतिक्रिया कणों की संख्या से निर्धारित होती है, जिनमें से एक साथ टकराव एक प्राथमिक कार्य है रासायनिक बातचीत. प्रारंभिक अधिनियम (प्रारंभिक चरण)- अन्य कणों में कणों (अणुओं, आयनों, रेडिकल्स) के संपर्क या परिवर्तन का एक एकल कार्य। प्राथमिक प्रतिक्रियाओं के लिए, आणविकता और प्रतिक्रिया का क्रम समान होता है। यदि प्रक्रिया बहु-चरण है और इसलिए प्रतिक्रिया समीकरण के लेखन से प्रक्रिया के तंत्र का पता नहीं चलता है, तो प्रतिक्रिया का क्रम इसकी आणविकता के साथ मेल नहीं खाता है।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं को कई चरणों में आगे बढ़ते हुए सरल (एक-चरण) और जटिल में विभाजित किया जाता है।

मोनोमोलेक्यूलर प्रतिक्रियाएक प्रतिक्रिया है जिसमें एक प्राथमिक कार्य एक अणु का रासायनिक परिवर्तन है। उदाहरण के लिए:

सीएच 3 सीएचओ (जी) = सीएच 4 (जी) + सीओ (जी)।

द्वि-आणविक प्रतिक्रिया- एक प्रतिक्रिया, एक प्राथमिक क्रिया जिसमें दो कण टकराते हैं। उदाहरण के लिए:

एच 2 (जी) + आई 2 (जी) = 2 एचआई (जी)।

त्रिआण्विक प्रतिक्रिया- एक साधारण प्रतिक्रिया, जिसका प्राथमिक कार्य तीन अणुओं की एक साथ टक्कर के साथ किया जाता है। उदाहरण के लिए:

2NO (g) + O 2 (g) = 2 NO 2 (g)।

यह पाया गया कि तीन से अधिक अणुओं की एक साथ टक्कर, जिससे प्रतिक्रिया उत्पादों का निर्माण होता है, व्यावहारिक रूप से असंभव है।

द्रव्यमान क्रिया का नियम ठोस पदार्थों से संबंधित प्रतिक्रियाओं पर लागू नहीं होता है, क्योंकि उनकी सांद्रता स्थिर होती है और वे केवल सतह पर प्रतिक्रिया करते हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं की दर प्रतिक्रियाशील पदार्थों के बीच संपर्क सतह के आकार पर निर्भर करती है।

6.2.3. तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता

बढ़ते तापमान के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है। यह वृद्धि अणुओं की गतिज ऊर्जा में वृद्धि के कारण होती है। 1884 में, डच रसायनज्ञ वैन्ट हॉफ ने एक नियम तैयार किया: जब तापमान हर 10 डिग्री पर बढ़ता है, तो रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर 2-4 गुना बढ़ जाती है।

वैंट हॉफ का नियम इस प्रकार लिखा जाता है:

,

जहां वी टी 1 और वी टी 2 तापमान टी 1 और टी 2 पर प्रतिक्रिया दर हैं; - गति का तापमान गुणांक, 2 - 4 के बराबर।

प्रतिक्रिया दर पर तापमान के प्रभाव का अनुमान लगाने के लिए वानट हॉफ के नियम का उपयोग किया जाता है। तापमान पर स्थिर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता का वर्णन करने वाला एक अधिक सटीक समीकरण 1889 में स्वीडिश वैज्ञानिक एस। अरहेनियस द्वारा प्रस्तावित किया गया था:

.

अरहेनियस समीकरण में, ए स्थिर है, ई सक्रियण ऊर्जा है (जे / एमओएल); टी - तापमान, के।

अरहेनियस के अनुसार, सभी आणविक टकरावों से रासायनिक परिवर्तन नहीं होते हैं। केवल कुछ अतिरिक्त ऊर्जा वाले अणु ही प्रतिक्रिया करने में सक्षम होते हैं। यह अतिरिक्त ऊर्जा जो टकराने वाले कणों के बीच होने वाली प्रतिक्रिया के लिए होनी चाहिए, कहलाती है सक्रियण ऊर्जा.

6.3. उत्प्रेरण और उत्प्रेरक को समझना

उत्प्रेरक एक पदार्थ है जो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बदलता है, लेकिन प्रतिक्रिया के अंत में रासायनिक रूप से अपरिवर्तित रहता है।

कुछ उत्प्रेरक प्रतिक्रिया को तेज करते हैं, अन्य को कहा जाता है अवरोधकों, इसके पाठ्यक्रम को धीमा करें। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन पेरोक्साइड H2O2 के उत्प्रेरक के रूप में MnO2 की एक छोटी मात्रा के अलावा हिंसक अपघटन का कारण बनता है:

2 एच 2 ओ 2 - (एमएनओ 2) 2 एच 2 ओ + ओ 2।

सल्फ्यूरिक एसिड की थोड़ी मात्रा की उपस्थिति में, 2 2 के अपघटन की दर में कमी देखी जाती है। इस प्रतिक्रिया में, सल्फ्यूरिक एसिड एक अवरोधक के रूप में कार्य करता है।

इस पर निर्भर करते हुए कि उत्प्रेरक अभिकारकों के समान चरण में है या एक स्वतंत्र चरण बनाता है, के बीच एक अंतर किया जाता है सजातीयतथा विषम उत्प्रेरण.

सजातीय उत्प्रेरण

सजातीय उत्प्रेरण के मामले में, अभिकारक और उत्प्रेरक एक ही चरण में होते हैं, उदाहरण के लिए गैसीय। एक उत्प्रेरक की क्रिया का तंत्र इस तथ्य पर आधारित है कि यह मध्यवर्ती बनाने के लिए अभिकारकों के साथ बातचीत करता है।

आइए उत्प्रेरक की क्रिया के तंत्र पर विचार करें। उत्प्रेरक की अनुपस्थिति में अभिक्रिया

यह बहुत धीमी गति से बहती है। उत्प्रेरक प्रारंभिक सामग्री (उदाहरण के लिए, पदार्थ बी) के साथ एक प्रतिक्रियाशील मध्यवर्ती बनाता है:

जो अंतिम प्रतिक्रिया उत्पाद बनाने के लिए एक अन्य प्रारंभिक सामग्री के साथ सख्ती से प्रतिक्रिया करता है:

वीके + ए = एबी + के।

सजातीय उत्प्रेरण होता है, उदाहरण के लिए, सल्फर (IV) ऑक्साइड के सल्फर (VI) ऑक्साइड के ऑक्सीकरण के दौरान, जो नाइट्रोजन ऑक्साइड की उपस्थिति में होता है।

सजातीय प्रतिक्रिया

2 SO 2 + O 2 = 2 SO 3

उत्प्रेरक की अनुपस्थिति में बहुत धीमा है। लेकिन एक उत्प्रेरक (NO) की शुरूआत के साथ, एक मध्यवर्ती यौगिक (NO2) बनता है:

ओ 2 + 2 नहीं = 2 नहीं 2,

जो SO2 को आसानी से ऑक्सीकृत कर देता है:

सं 2 + एसओ 2 = एसओ 3 + नहीं।

बाद की प्रक्रिया की सक्रियता ऊर्जा बहुत कम है, इसलिए प्रतिक्रिया उच्च दर पर आगे बढ़ती है। इस प्रकार, उत्प्रेरक का प्रभाव प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा में कमी के लिए कम हो जाता है।

विषम उत्प्रेरण

विषम उत्प्रेरण में, उत्प्रेरक और अभिकारक विभिन्न चरणों में होते हैं। उत्प्रेरक आमतौर पर एक ठोस में होता है, और एक तरल में अभिकारक या गैसीय अवस्था... विषम उत्प्रेरण में, प्रक्रिया का त्वरण आमतौर पर उत्प्रेरक सतह की उत्प्रेरक क्रिया से जुड़ा होता है।

उत्प्रेरक उनकी क्रिया की चयनात्मकता (चयनात्मकता) द्वारा प्रतिष्ठित होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, एल्युमिनियम ऑक्साइड उत्प्रेरक अल 2 ओ 3 की उपस्थिति में 300 डिग्री सेल्सियस पर एथिल अल्कोहोलपानी और एथिलीन प्राप्त करें:

सी 2 एच 5 ओएच - (अल 2 ओ 3) सी 2 एच 4 + एच 2 ओ।

एक ही तापमान पर, लेकिन उत्प्रेरक के रूप में कॉपर Cu की उपस्थिति में, एथिल अल्कोहल का निर्जलीकरण होता है:

सी 2 एच 5 ओएच - (सीयू) सीएच 3 सीएचओ + एच 2।

कुछ पदार्थों की थोड़ी मात्रा उत्प्रेरक (उत्प्रेरक विषाक्तता) की गतिविधि को कम या पूरी तरह से नष्ट कर देती है। ऐसे पदार्थ कहलाते हैं उत्प्रेरक जहर... उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन एनएच 3 के संश्लेषण में लौह उत्प्रेरक के प्रतिवर्ती विषाक्तता का कारण बनता है। ऑक्सीजन से शुद्ध किए गए नाइट्रोजन और हाइड्रोजन के ताजा मिश्रण को पारित करके उत्प्रेरक गतिविधि को बहाल किया जा सकता है। एनएच 3 के संश्लेषण के दौरान सल्फर उत्प्रेरक की अपरिवर्तनीय विषाक्तता का कारण बनता है। एन 2 + एच 2 के ताजा मिश्रण को पारित करके इसकी गतिविधि को अब बहाल नहीं किया जा सकता है।

वे पदार्थ जो अभिक्रिया उत्प्रेरकों की क्रिया को बढ़ाते हैं, कहलाते हैं प्रमोटरों, या सक्रियकर्ता(प्लैटिनम उत्प्रेरक का प्रचार, उदाहरण के लिए, लोहा या एल्यूमीनियम जोड़कर किया जाता है)।

विषम उत्प्रेरण का तंत्र अधिक जटिल है। इसे समझाने के लिए उत्प्रेरण के अधिशोषण सिद्धांत का प्रयोग किया जाता है। उत्प्रेरक की सतह एक समान नहीं होती है, इसलिए उस पर तथाकथित सक्रिय स्थल होते हैं। अभिकारकों का अधिशोषण सक्रिय स्थलों पर होता है। बाद की प्रक्रिया प्रतिक्रियाशील अणुओं को करीब आने और उनकी रासायनिक गतिविधि को बढ़ाने का कारण बनती है, क्योंकि परमाणुओं के बीच का बंधन सोखने वाले अणुओं में कमजोर हो जाता है, परमाणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है।

दूसरी ओर, यह माना जाता है कि विषम उत्प्रेरण में उत्प्रेरक का त्वरित प्रभाव इस तथ्य के कारण होता है कि अभिकारक मध्यवर्ती यौगिक बनाते हैं (जैसा कि सजातीय उत्प्रेरण के मामले में), जिससे सक्रियण ऊर्जा में कमी आती है।

6.4. रासायनिक संतुलन

अपरिवर्तनीय और प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाएं

केवल एक दिशा में आगे बढ़ने वाली और प्रारंभिक पदार्थों के अंतिम पदार्थों में पूर्ण परिवर्तन के साथ समाप्त होने वाली प्रतिक्रियाओं को अपरिवर्तनीय कहा जाता है।

अपरिवर्तनीय, अर्थात्। अंत की ओर बढ़ना वे प्रतिक्रियाएं हैं जिनमें

रासायनिक अभिक्रियाएँ जो विपरीत दिशाओं में जा सकती हैं, उत्क्रमणीय कहलाती हैं।विशिष्ट प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाएं अमोनिया संश्लेषण और सल्फर (IV) ऑक्साइड के सल्फर (VI) ऑक्साइड के ऑक्सीकरण की प्रतिक्रियाएं हैं:

एन 2 + 3 एच 2 2 एनएच 3,

2 SO 2 + O 2 2 SO 3.

उत्क्रमणीय अभिक्रियाओं के समीकरण लिखते समय समान चिह्न के स्थान पर विपरीत दिशाओं की ओर इशारा करते हुए दो तीर लगाए जाते हैं।

प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं में, समय के प्रारंभिक क्षण में आगे की प्रतिक्रिया की दर होती है अधिकतम मूल्य, जो घट जाती है क्योंकि प्रारंभिक अभिकर्मकों की सांद्रता घट जाती है। इसके विपरीत, रिवर्स रिएक्शन की शुरुआत में न्यूनतम दर होती है, जैसे-जैसे उत्पादों की सांद्रता बढ़ती है, बढ़ती जाती है। नतीजतन, एक क्षण आता है जब आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की गति एक दूसरे के बराबर हो जाती है और सिस्टम सेट हो जाता है रासायनिक संतुलन.

रासायनिक संतुलन

अभिकारकों के निकाय की वह अवस्था जिस पर प्रत्यक्ष अभिक्रिया की दर हो जाती है समान गतिविपरीत प्रतिक्रिया को रासायनिक संतुलन कहा जाता है।

रासायनिक संतुलन को सच्चा संतुलन भी कहा जाता है। प्रत्यक्ष और विपरीत प्रतिक्रियाओं की दरों की समानता के अलावा, सही (रासायनिक) संतुलन निम्नलिखित विशेषताओं की विशेषता है:

प्रणाली की स्थिति की अपरिवर्तनीयता प्रत्यक्ष और विपरीत प्रतिक्रियाओं के प्रवाह के कारण होती है, अर्थात संतुलन की स्थिति गतिशील होती है;

सिस्टम की स्थिति समय के साथ अपरिवर्तित रहती है, अगर सिस्टम प्रकट नहीं होता है बाहरी प्रभाव;

कोई भी बाहरी प्रभाव प्रणाली के संतुलन में बदलाव का कारण बनता है; हालाँकि, यदि बाहरी प्रभाव हटा दिया जाता है, तो सिस्टम अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाता है;

• सिस्टम की स्थिति समान होती है, भले ही सिस्टम किस पक्ष से - प्रारंभिक पदार्थों की ओर से या प्रतिक्रिया उत्पादों की ओर से संतुलन की ओर जाता है।

सत्य से भेद करना आवश्यक है स्पष्ट संतुलन... इसलिए, उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर एक बंद बर्तन में ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के मिश्रण को मनमाने ढंग से लंबे समय तक संग्रहीत किया जा सकता है। हालांकि, प्रतिक्रिया की शुरुआत ( वैद्युतिक निस्सरण, पराबैंगनी विकिरण, तापमान वृद्धि) जल निर्माण की अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया का कारण बनता है।

6.5. ले चेटेलियर का सिद्धांत

संतुलन की स्थिति पर बाहरी स्थितियों में परिवर्तन का प्रभाव निर्धारित होता है ले चेटेल सिद्धांतई (फ्रांस, 1884): यदि संतुलन की स्थिति में एक प्रणाली पर बाहरी प्रभाव पड़ता है, तो सिस्टम में संतुलन इस प्रभाव के कमजोर होने की ओर स्थानांतरित हो जाएगा।

ले चेटेलियर का सिद्धांत न केवल लागू होता है रासायनिक प्रक्रिया, बल्कि भौतिक लोगों के लिए भी जैसे उबलना, क्रिस्टलीकरण, विघटन, आदि।

आइए हम अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के उदाहरण का उपयोग करके रासायनिक संतुलन पर विभिन्न कारकों के प्रभाव पर विचार करें:

एन 2 + 3 एच 2 2 एनएच 3; एच = -91.8 केजे।

रासायनिक संतुलन पर एकाग्रता का प्रभाव।

ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, प्रारंभिक पदार्थों की एकाग्रता में वृद्धि प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन की ओर संतुलन को बदल देती है। प्रतिक्रिया उत्पादों की एकाग्रता में वृद्धि प्रारंभिक पदार्थों के गठन की ओर संतुलन को बदल देती है।

ऊपर माना गया अमोनिया संश्लेषण की प्रक्रिया में, संतुलन प्रणाली में एन 2 या एच 2 की अतिरिक्त मात्रा का परिचय उस दिशा में संतुलन में बदलाव का कारण बनता है जिस पर इन पदार्थों की एकाग्रता कम हो जाती है, इसलिए, संतुलन गठन की ओर स्थानांतरित हो जाता है NH3 की। अमोनिया की सांद्रता में वृद्धि से संतुलन प्रारंभिक सामग्री की ओर खिसक जाता है।

उत्प्रेरक समान रूप से आगे और पीछे दोनों प्रतिक्रियाओं को तेज करता है, इसलिए उत्प्रेरक की शुरूआत रासायनिक संतुलन को प्रभावित नहीं करती है।

रासायनिक संतुलन पर तापमान का प्रभाव

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, संतुलन एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया की ओर बढ़ता है, और जैसे ही तापमान घटता है, एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया की ओर।

संतुलन विस्थापन की डिग्री निर्धारित की जाती है निरपेक्ष मूल्यऊष्मीय प्रभाव: प्रतिक्रिया के H का मान जितना अधिक होगा, तापमान का प्रभाव उतना ही अधिक होगा।

अमोनिया संश्लेषण की मानी गई प्रतिक्रिया में, तापमान में वृद्धि संतुलन को प्रारंभिक पदार्थों की ओर स्थानांतरित कर देगी।

रासायनिक संतुलन पर दबाव का प्रभाव

दबाव में परिवर्तन शामिल रासायनिक संतुलन को प्रभावित करता है गैसीय पदार्थ... ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, दबाव में वृद्धि संतुलन को गैसीय पदार्थों की मात्रा में कमी के साथ आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रिया की ओर ले जाती है, और दबाव में कमी संतुलन को विपरीत दिशा में स्थानांतरित कर देती है। अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया प्रणाली की मात्रा में कमी के साथ आगे बढ़ती है (समीकरण के बाईं ओर चार खंड हैं, दाईं ओर - दो)। इसलिए, दबाव में वृद्धि, संतुलन को अमोनिया के गठन की ओर ले जाती है। दबाव में कमी संतुलन को . पर स्थानांतरित कर देगी विपरीत पक्ष... यदि किसी उत्क्रमणीय अभिक्रिया के समीकरण में दाएँ और बाएँ पक्षों में गैसीय पदार्थों के अणुओं की संख्या समान है (प्रतिक्रिया गैसीय पदार्थों के आयतन को बदले बिना आगे बढ़ती है), तो दबाव इस प्रणाली में संतुलन की स्थिति को प्रभावित नहीं करता है।