एक रासायनिक प्रतिक्रिया के उत्साह की गणना कैसे करें

किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान, गर्मी या तो पर्यावरण से लिया जा सकता है या इसमें जारी किया जा सकता है. एक रासायनिक प्रतिक्रिया और उसके पर्यावरण के बीच गर्मी विनिमय प्रतिक्रिया के उत्साह, या एच के रूप में जाना जाता है. हालांकि, एच को सीधे मापा नहीं जा सकता - इसके बजाय, वैज्ञानिकों का उपयोग परिवर्तन खोजने के लिए समय के साथ एक प्रतिक्रिया के तापमान में परिवर्तन समय के साथ हार्पी में (के रूप में दर्शाया गया) ΔH). Δh के साथ, एक वैज्ञानिक यह निर्धारित कर सकता है कि कोई प्रतिक्रिया गर्मी कमाती है (या "है एक्ज़ोथिर्मिक") या गर्मी में लेता है (या "है एन्दोठेर्मिक"). सामान्य रूप में, Δh = म एक्स रों x δt, जहां एम प्रतिक्रियाकारों का द्रव्यमान है, एस उत्पाद की विशिष्ट गर्मी है, और δ टी प्रतिक्रिया से तापमान में परिवर्तन है.

कदम

3 का विधि 1:
उलझन में समस्याएं
  1. शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 1 के Enthalpy की गणना करें
1. अपनी प्रतिक्रिया के उत्पादों और प्रतिक्रियाकारों का निर्धारण करें. किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया में रसायनों की दो श्रेणियां शामिल हैं - उत्पादों और प्रतिक्रियाशील. उत्पाद रसायन हैं बनाया था प्रतिक्रिया से, जबकि प्रतिक्रियाशील रसायन हैं बातचीत, गठबंधन, या टूटना उत्पाद बनाने के लिए. दूसरे शब्दों में, प्रतिक्रिया के प्रतिक्रियाकार एक नुस्खा में अवयवों की तरह होते हैं, जबकि उत्पाद तैयार पकवान की तरह होते हैं. एक प्रतिक्रिया के लिए δh खोजने के लिए, पहले अपने उत्पादों और प्रतिक्रियाकारों की पहचान करें.
  • उदाहरण के तौर पर, मान लें कि हम हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से पानी के गठन के लिए प्रतिक्रिया के उत्साह को ढूंढना चाहते हैं: 2 एच2 (हाइड्रोजन) + ओ2 (ऑक्सीजन) → 2 एच2ओ (पानी). इस समीकरण में, एच2 तथा हे2 प्रतिक्रियाशील हैं और एच2हे उत्पाद है.
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 2 के enthlpy की गणना करें
    2. प्रतिक्रियाओं के कुल द्रव्यमान का निर्धारण करें. इसके बाद, अपने प्रतिक्रियाओं के द्रव्यमान खोजें. यदि आप अपने जनता को नहीं जानते हैं और वैज्ञानिक संतुलन में प्रतिक्रियाशीलों का वजन करने में सक्षम नहीं हैं, तो आप अपने वास्तविक जनता को खोजने के लिए अपने दाढ़ी वाले लोगों का उपयोग कर सकते हैं. दाढ़ी द्रव्यमान स्थिरांक हैं जो मानक आवधिक सारणी (व्यक्तिगत तत्वों के लिए) और अन्य रसायन संसाधनों (अणुओं और यौगिकों के लिए) पर पाए जा सकते हैं. बस प्रतिक्रियाशील लोगों को खोजने के लिए उपयोग किए जाने वाले मोलों की संख्या से प्रत्येक प्रतिक्रियाशील के दाढ़ी द्रव्यमान को गुणा करें.
  • हमारे पानी के उदाहरण में, हमारे रिएक्टेंट्स हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैस हैं, जिनमें क्रमशः 2 जी और 32 ग्राम के दाढ़ी द्रव्यमान हैं. चूंकि हमने हाइड्रोजन के 2 मोलों का उपयोग किया (द्वारा हस्ताक्षरित) "2" एच के बगल में समीकरण में गुणांक2) और ऑक्सीजन का 1 मोल (ओ के बगल में कोई गुणांक द्वारा हस्ताक्षरित)2), हम प्रतिक्रियाकारों के कुल द्रव्यमान की गणना निम्नानुसार कर सकते हैं:
    2 × (2 जी) + 1 × (32 जी) = 4 जी + 32 जी = 36 जी
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 3 के Enthalpy की गणना करें
    3. अपने उत्पाद की विशिष्ट गर्मी खोजें. इसके बाद, आपके द्वारा विश्लेषण किए जा रहे उत्पाद की विशिष्ट गर्मी खोजें. प्रत्येक तत्व या अणु के साथ एक विशिष्ट ताप मूल्य होता है: ये मान स्थिरांक हैं और आमतौर पर रसायन विज्ञान संसाधनों (जैसे, उदाहरण के लिए, एक रसायन विज्ञान पाठ्यपुस्तक के पीछे तालिकाओं में) में स्थित होते हैं।. विशिष्ट गर्मी को मापने के कई अलग-अलग तरीके हैं, लेकिन हमारे सूत्र के लिए, हम इकाइयों जौल / ग्राम डिग्री सेल्सियस में मापा मूल्य का उपयोग करेंगे.
  • ध्यान दें कि यदि आपके समीकरण में कई उत्पाद हैं, तो आपको प्रत्येक उत्पाद का उत्पादन करने के लिए उपयोग की जाने वाली घटक प्रतिक्रिया के लिए उत्साह की गणना करने की आवश्यकता होगी, फिर पूरी प्रतिक्रिया के लिए उत्साह को खोजने के लिए उन्हें एक साथ जोड़ें.
  • हमारे उदाहरण में, अंतिम उत्पाद पानी है, जिसमें एक विशिष्ट गर्मी है 4.2 जौल / ग्राम डिग्री सेल्सियस.
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 4 के Enthalpy की गणना करें
    4. प्रतिक्रिया के बाद तापमान में अंतर खोजें. इसके बाद, हम प्रतिक्रिया के बाद प्रतिक्रिया से पहले तापमान में परिवर्तन करेंगे. इस मान की गणना करने के लिए अंतिम तापमान (या टी 2) से प्रतिक्रिया के प्रारंभिक तापमान (या टी 1) को घटाएं. जैसा कि अधिकांश रसायन शास्त्र कार्य में, केल्विन (के) तापमान का उपयोग यहां किया जाना चाहिए (हालांकि सेल्सियस (सी) एक ही परिणाम देगा).
  • हमारे उदाहरण के लिए, मान लें कि हमारी प्रतिक्रिया इसकी शुरुआत में 185k थी, लेकिन उस समय तक 95k तक ठंडा हो गई थी. इस मामले में, δT की गणना निम्नानुसार की जाएगी:
    Δt = t2 - t1 = 95k - 185k = -90k
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 5 के Enthalpy की गणना करें
    5. सूत्र δh = का उपयोग करें म एक्स रों हल करने के लिए x δt. एक बार आपके पास एम, आपके प्रतिक्रियाओं का द्रव्यमान, आपके उत्पाद की विशिष्ट गर्मी, और δT, आपकी प्रतिक्रिया से तापमान परिवर्तन, आप प्रतिक्रिया के उत्साह को खोजने के लिए तैयार हैं. बस अपने मूल्यों को सूत्र δh = में प्लग करें म एक्स रों x δt और हल करने के लिए गुणा. आपका उत्तर ऊर्जा जौल्स (जे) की इकाई में होगा.
  • हमारी उदाहरण समस्या के लिए, हम प्रतिक्रिया के उत्साह को निम्नानुसार पाएंगे:
    Δh = (36g) × (4.2 जेके -1 जी -1) × (-90 के) =-13,608 जे
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 6 के Enthalpy की गणना करें
    6. निर्धारित करें कि आपकी प्रतिक्रिया लाभ या ऊर्जा खो देता है या नहीं. विभिन्न प्रतिक्रियाओं के लिए δh की गणना करने के सबसे आम कारणों में से एक यह निर्धारित करना है कि प्रतिक्रिया exothermic (ऊर्जा खो देता है और गर्मी देता है) या Endothermic (लाभ ऊर्जा और गर्मी अवशोषित). यदि δh के लिए आपके अंतिम उत्तर का संकेत सकारात्मक है, तो प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है. दूसरी ओर, यदि संकेत नकारात्मक है, तो प्रतिक्रिया exothermic है. जितना बड़ा नंबर है, उतना अधिक EXO- या एंडो-थर्मिक प्रतिक्रिया है. दृढ़ता से exothermic प्रतिक्रियाओं से सावधान रहें - ये कभी-कभी ऊर्जा की एक बड़ी रिलीज को इंगित कर सकते हैं, जो कि पर्याप्त तेज़ी से, विस्फोट का कारण बन सकता है.
  • हमारे उदाहरण में, हमारा अंतिम जवाब -13608 जे है. चूंकि संकेत नकारात्मक है, इसलिए हम जानते हैं कि हमारी प्रतिक्रिया है एक्ज़ोथिर्मिक. यह समझ में आता है - एच2 और ओ2 गेस हैं, जबकि एच2ओ, उत्पाद, एक तरल है. गर्म गैसों (भाप के रूप में) को गर्मी के रूप में पर्यावरण में ऊर्जा जारी करना पड़ता है ताकि वे इस बिंदु पर ठंडा हो सकें कि वे तरल पानी बना सकते हैं, जिसका अर्थ है कि एच का गठन2O एक्सोथर्मिक है.
    • 3 का विधि 2:
    Enthalpy का अनुमान
    1. शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 7 के Enthalpy की गणना करें
    1. Enthalpy का अनुमान लगाने के लिए बॉन्ड ऊर्जा का उपयोग करें. लगभग सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं में परमाणुओं के बीच बांड बनाने या तोड़ना शामिल है. चूंकि, एक रासायनिक प्रतिक्रिया में, ऊर्जा को न तो नष्ट किया जा सकता है और न ही बनाया जा सकता है, अगर हम प्रतिक्रिया में बंधन (या टूटा हुआ) बनाने या तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा को जानते हैं, तो हम उच्च सटीकता के साथ पूरी प्रतिक्रिया के लिए उत्साह परिवर्तन का अनुमान लगा सकते हैं इन बॉन्ड ऊर्जा को जोड़कर.
    • उदाहरण के लिए, आइए प्रतिक्रिया एच पर विचार करें2 + एफ2 → 2hf. इस मामले में, एच में एच परमाणुओं को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा2 अणु अलग 436 केजे / एमओएल है, जबकि एफ के लिए आवश्यक ऊर्जा2 158 केजे / मोल है. अंत में, हफ्रोम एच और एफ बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा = -568 केजे / एमओएल है. हम इसे 2 से गुणा करते हैं क्योंकि समीकरण में उत्पाद है 2एचएफ, हमें 2 × -568 = -1136 केजे / एमओएल दे रहा है. इन सब को जोड़ना, हमें मिलता है:
      436 + 158 + -1136 = -542 केजे / मोल.
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 8 के enthlpy की गणना करें
    2. Enthalpy का अनुमान लगाने के लिए गठन के खनिज का उपयोग करें. गठन के गठन δh मान सेट हैं जो दिए गए रसायनों को बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रतिक्रियाओं से उत्साहित परिवर्तनों का प्रतिनिधित्व करते हैं. यदि आप एक समीकरण में उत्पादों और प्रतिक्रियाकारों को बनाने के लिए गठन के खतरों को जानते हैं, तो आप ऊपर वर्णित के रूप में बांड ऊर्जा के साथ उतना उत्साह का अनुमान लगाने के लिए उन्हें जोड़ सकते हैं.
  • उदाहरण के लिए, आइए प्रतिक्रिया सी पर विचार करें2एच5ओह + 3 ओ2 → 2CO2 + 3 ज2हे. इस मामले में, हम निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं के लिए गठन के खतरों को जानते हैं:
    सी2एच5ओह → 2 सी + 3 एच2 + 0.5o2 = 228 केजे / मोल
    2 सी + 2 ओ2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 केजे / एमओएल
    3 ज2 + 1.5 ओ2 → 3 एच2O = -286 × 3 = -858 केजे / मोल
    चूंकि हम इन समीकरणों को GetC तक जोड़ सकते हैं2एच5ओह + 3o2 → 2CO2 + 3 ज2ओ, प्रतिक्रिया जो हम उत्साह को खोजने की कोशिश कर रहे हैं, हम इस प्रतिक्रिया के उत्साह को खोजने के लिए उपरोक्त गठन प्रतिक्रियाओं के उत्साह को जोड़ सकते हैं:
    228 + -788 + -858 = -1418 केजे / मोल.
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 9 के Enthalpy की गणना करें
    3. समीकरणों को उलटते समय संकेतों को स्विच करना न भूलें. यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि जब आप प्रतिक्रिया के उत्साह की गणना करने के लिए गठन के उत्साह का उपयोग करते हैं, तो आपको गठन के उत्साह के संकेत को उलट करने की आवश्यकता होती है जब भी आप घटक प्रतिक्रिया के समीकरण को उलट देते हैं. दूसरे शब्दों में, यदि आपको अपने सभी उत्पादों और प्रतिक्रियाशीलों को ठीक से रद्द करने के लिए अपने सभी गठन प्रतिक्रिया समीकरणों को पीछे की ओर बदलना होगा, तो आपके द्वारा फ़्लिप किए गए गठन प्रतिक्रियाओं के खतरों पर हस्ताक्षर को उलट दें.
  • उपरोक्त उदाहरण में, ध्यान दें कि गठन प्रतिक्रिया हम सी के लिए उपयोग करते हैं2एच5ओह पीछे की ओर है. सी2एच5ओह → 2 सी + 3 एच2 + 0.5o2 सी दिखाता है2एच5ओह टूटना, नहीं बनाया जा रहा है. क्योंकि हमने सभी उत्पादों और प्रतिक्रियाओं को सही तरीके से रद्द करने के लिए चारों ओर समीकरण बदल दिया, इसलिए हमने 228 केजे / एमओएल देने के लिए गठन के उत्साह पर हस्ताक्षर को उलट दिया. वास्तविकता में, गठन के लिए गठन का उत्साह2एच5ओह -228 केजे / मोल है.
    • 3 का विधि 3:
    Enthalpy का निरीक्षण प्रयोगात्मक रूप से बदलता है
    1. शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 10 के enthlapy की गणना करें
    1. एक साफ कंटेनर पकड़ो और इसे पानी से भरें. एक साधारण प्रयोग के साथ कार्रवाई में उत्साही के सिद्धांतों को देखना आसान है. यह सुनिश्चित करने के लिए कि आपके प्रयोग में प्रतिक्रिया किसी भी विदेशी प्रदूषण के बिना होगी, उस कंटेनर को साफ और निर्जलित करें जिसे आप उपयोग करने की योजना बना रहे हैं. वैज्ञानिकों ने खस्ता को मापने के लिए कैलोरीमीटर नामक विशेष बंद कंटेनर का उपयोग किया, लेकिन आप किसी भी छोटे ग्लास जार या फ्लास्क के साथ उचित परिणाम प्राप्त कर सकते हैं. आपके द्वारा उपयोग किए जाने वाले कंटेनर के बावजूद, इसे साफ, कमरे के तापमान नल के पानी से भरें. आप एक शांत तापमान के साथ कहीं भी प्रतिक्रिया का संचालन करना चाहेंगे.
    • इस प्रयोग के लिए, आप एक काफी छोटे कंटेनर चाहते हैं. हम पानी पर अल्का-सेल्ट्जर के उत्साही-परिवर्तन प्रभाव का परीक्षण करेंगे, इसलिए कम पानी का उपयोग किया जाता है, अधिक स्पष्ट तापमान परिवर्तन होगा.
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 11 के Enthalpy की गणना करें
    2. कंटेनर में एक थर्मामीटर डालें. एक थर्मामीटर पकड़ो और इसे कंटेनर में सेट करें ताकि तापमान-पढ़ने का अंत पानी के स्तर से नीचे बैठ जाए. पानी का तापमान पढ़ने के लिए - हमारे उद्देश्यों के लिए, पानी का तापमान टी 1, प्रतिक्रिया के प्रारंभिक तापमान का प्रतिनिधित्व करेगा.
  • आइए मान लें कि हम पानी के तापमान को मापते हैं और पाते हैं कि यह बिल्कुल 10 डिग्री सेल्सियस है. कुछ चरणों में, हम इस नमूना तापमान को उत्साह के प्रिंसिपल का प्रदर्शन करने के लिए पढ़ने का उपयोग करेंगे.
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 12 की enghalpy की गणना करें
    3. कंटेनर में एक अल्का-सेल्टज़र टैबलेट जोड़ें. जब आप प्रयोग शुरू करने के लिए तैयार हों, तो पानी में एक अल्का-सेल्टज़र टैबलेट छोड़ दें. आपको ध्यान देना चाहिए कि इसे तुरंत बुलबुला और फिज शुरू करना चाहिए. जैसे ही टैबलेट पानी में घुल जाता है, यह रसायनों बाइकार्बोनेट (एचसीओ) में टूट जाता है3) और साइट्रिक एसिड (जो हाइड्रोजन आयनों के रूप में प्रतिक्रिया करता है, एच). ये रसायन प्रतिक्रिया 3HCO में पानी और कार्बन डाइऑक्साइड गैस बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं3 + 3 एच → 3 एच2ओ + 3CO2.
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 13 के Enthalpy की गणना करें
    4. प्रतिक्रिया समाप्त होने पर तापमान को मापें. प्रतिक्रिया की निगरानी करें क्योंकि यह आगे बढ़ता है - अल्का-सेल्टज़र टैबलेट धीरे-धीरे भंग होना चाहिए. जैसे ही टैबलेट अपनी प्रतिक्रिया समाप्त करता है (या ऐसा लगता है कि एक क्रॉल में धीमा हो गया है), तापमान को फिर से मापें. पानी पहले की तुलना में थोड़ा ठंडा होना चाहिए. यदि यह गर्म है, तो प्रयोग बाहरी बल से प्रभावित हो सकता है (जैसे, उदाहरण के लिए, यदि आप जिस कमरे में हैं, वे विशेष रूप से गर्म हैं).
  • हमारे उदाहरण प्रयोग के लिए, मान लीजिए कि टैबलेट ने फिजिंग समाप्त होने के बाद पानी का तापमान 8 डिग्री सेल्सियस है.
  • शीर्षक वाली छवि एक रासायनिक प्रतिक्रिया चरण 14 के Enthalpy की गणना करें
    5. प्रतिक्रिया के उत्साही का अनुमान लगाएं. एक आदर्श प्रयोग में, जब आप पानी में अल्का-सेल्टज़र टैबलेट जोड़ते हैं, तो यह पानी और कार्बन डाइऑक्साइड गैस बनाता है (जिसे बाद वाला फिजिंग बुलबुले के रूप में देखा जा सकता है) और पानी के तापमान को छोड़ने का कारण बनता है. इस जानकारी से, हम प्रतिक्रिया को एंडोथर्मिक होने की उम्मीद करेंगे - यानी, जो आसपास के वातावरण से ऊर्जा को अवशोषित करता है. भंग तरल प्रतिक्रियाशीलों को गैसीय उत्पाद पर कूदने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए यह अपने परिवेश से गर्मी के रूप में ऊर्जा लेता है (इस मामले में, पानी). इससे पानी का तापमान गिर जाता है.
  • हमारे उदाहरण प्रयोग में, अल्का-सेल्टज़र जोड़ने के बाद पानी का तापमान दो डिग्री गिर गया. यह हल्के से एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया के प्रकार के अनुरूप है जिसे हम उम्मीद करेंगे.

    • टिप्स

    ये गणना केल्विन (के) का उपयोग करके की जाती है - सेंटीग्रेड की तरह तापमान माप के लिए एक पैमाने. सेंटीग्रेड और केल्विन के बीच कनवर्ट करने के लिए, आप केवल 273 डिग्री जोड़ते हैं या घटाते हैं: k = ° C + 273.
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