गठन की मानक गर्मी की गणना। शिक्षा का आधार

गठन की मानक थैलीपी (गठन की मानक गर्मी)

गठन की मानक ऊष्मा का मतलब सरल पदार्थों से एक पदार्थ के एक मोल के गठन की प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव से माना जाता है, इसके घटक, जो स्थिर मानक राज्यों में हैं।

उदाहरण के लिए, कार्बन और हाइड्रोजन से 1 mol मीथेन के गठन की मानक आंत्रशोथ प्रतिक्रिया के तापीय प्रभाव के बराबर है:

C (टीवी) + 2H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 kJ / mol।

मानक गठन थैलेपी को py द्वारा निरूपित किया जाता है एच  एफ ओ। यहां, इंडेक्स च का अर्थ है गठन, और क्रॉस आउट सर्किल, एक प्लिम्सोल डिस्क से मिलता-जुलता है, इसका मतलब है कि मूल्य पदार्थ की मानक स्थिति को दर्शाता है। साहित्य में, मानक थैलेपी का एक और पदनाम अक्सर पाया जाता है - ΔH 298.15 0, जहां 0 एक वायुमंडल के दबाव की समानता को इंगित करता है (या, कुछ हद तक अधिक सटीक, मानक स्थितियां), और 298.15 - तापमान। कभी-कभी सूचकांक 0 का उपयोग संबंधित मात्राओं के लिए किया जाता है शुद्ध पदार्थ, निर्धारित करते हुए कि उन्हें मानक थर्मोडायनामिक मात्राओं द्वारा ही निरूपित किया जा सकता है जब शुद्ध पदार्थ को मानक राज्य के रूप में चुना जाता है। मानक को भी लिया जा सकता है, उदाहरण के लिए, एक अत्यंत पतला समाधान में पदार्थ की स्थिति। इस मामले में "प्लिस्मोल की डिस्क" का अर्थ पदार्थ की वास्तविक मानक स्थिति है, चाहे उसकी पसंद कोई भी हो।

सरल पदार्थों के गठन की थैलीपी को शून्य के बराबर लिया जाता है, और गठन की थैली का शून्य मान एकत्रीकरण की स्थिति को संदर्भित करता है, T \u003d 298 K पर स्थिर होता है। उदाहरण के लिए, क्रिस्टलीय राज्य में आयोडीन के लिए formation एच  I2 (टीवी) 0 \u003d 0 kJ / mol, और तरल आयोडीन के लिए 0 एच  I2 (w) 0 \u003d 22 kJ / मोल। मानक परिस्थितियों में सरल पदार्थों के निर्माण की थैलपियां उनकी मुख्य ऊर्जा विशेषताएं हैं।

किसी भी प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव सभी उत्पादों के निर्माण के ताप के योग और किसी अभिक्रिया में सभी अभिकर्मकों के निर्माण के योग के बीच के अंतर के रूप में पाया जाता है: (हेस कानून का परिणाम)

Δ एच  प्रतिक्रियाओं ओ \u003d ΣΔ एच  एफ ओ (उत्पाद) - - एच  एफ ओ (अभिकर्मकों)

थर्मोकैमिकल प्रभावों को रासायनिक प्रतिक्रियाओं में शामिल किया जा सकता है। रासायनिक समीकरण जो जारी या अवशोषित गर्मी की मात्रा को इंगित करते हैं, उन्हें थर्मोकेमिकल समीकरण कहा जाता है। वातावरण में गर्मी की रिहाई के साथ प्रतिक्रियाओं का एक नकारात्मक थर्मल प्रभाव होता है और इसे एक्ज़ोथिर्मिक कहा जाता है। गर्मी अवशोषण के साथ प्रतिक्रियाओं का एक सकारात्मक थर्मल प्रभाव होता है और इसे एंडोथर्मिक कहा जाता है। थर्मल प्रभाव आमतौर पर प्रतिक्रियाशील शुरुआती सामग्री के एक मोल को संदर्भित करता है, जिसमें से स्टोइकोमेट्रिक गुणांक अधिकतम है।

थर्मोकैमिकल समीकरण

थर्मोकैमिस्ट्री में सबसे महत्वपूर्ण मात्रा गठन की मानक गर्मी (गठन की मानक आंत्रशोथ) है। एक जटिल पदार्थ के गठन की मानक गर्मी (थैलेपी) एक मानक अवस्था में सरल पदार्थों से इस पदार्थ के एक तिल के गठन की प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव (मानक थैलेपी में परिवर्तन) है। इस मामले में साधारण पदार्थों के गठन की मानक थैलेपी को शून्य के बराबर लिया जाता है।

थर्मोकेमिकल समीकरणों में पत्र सूचकांकों का उपयोग करके पदार्थों के एकत्रीकरण की स्थिति को इंगित करना आवश्यक है, और प्रतिक्रिया (theН) के थर्मल प्रभाव को कॉमा द्वारा अलग से लिखा जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, थर्मोकैमिकल समीकरण

4NH 3 (g) + 3O 2 (g) → 2N 2 (g) + 6H 2 O (g), )Н \u003d -1531 kJ

दिखाता है कि यह रासायनिक प्रतिक्रिया 101 kPa के दबाव पर 1531 kJ की गर्मी के रिलीज के साथ होती है, और प्रतिक्रिया समीकरण में स्टोइयोमेट्रिक गुणांक से मेल खाने वाले पदार्थों में से प्रत्येक के मोल्स की संख्या को संदर्भित करता है।

थर्मोकैमिस्ट्री में, समीकरणों का भी उपयोग किया जाता है जिसमें आवश्यक होने पर भिन्नात्मक गुणांक का उपयोग करके गठित पदार्थ के एक मोल को थर्मल प्रभाव के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है।

हेस लॉ

थर्मोकेमिकल गणना का आधार हेस कानून है: रासायनिक प्रतिक्रिया (स्थिर पी और टी पर) का थर्मल प्रभाव (atН) प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों की प्रकृति और भौतिक स्थिति पर निर्भर करता है और इसके पथ पर निर्भर नहीं करता है।

हेस के कानून से परिणाम:

1. प्रत्यक्ष और रिवर्स प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभाव परिमाण में बराबर हैं और साइन में विपरीत हैं।

2. रासायनिक प्रतिक्रिया (thermalН) का ऊष्मीय प्रभाव प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन की अंतड़ियों के योग और प्रारंभिक सामग्री के गठन के प्रवेशों के योग के बीच अंतर के बराबर होता है, प्रतिक्रिया समीकरण में गुणांकों को ध्यान में रखा जाता है (जो कि उनके द्वारा गुणा किया जाता है)।

हेस के नियम को निम्नलिखित गणितीय अभिव्यक्ति के रूप में लिखा जा सकता है:

15. प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा की अवधारणा, थैलेपी की और रासायनिक प्रक्रियाओं में इसके परिवर्तन।

आंतरिक ऊर्जा सिस्टम की स्थिति का थर्मोडायनामिक कार्य, इसकी ऊर्जा, आंतरिक स्थिति द्वारा निर्धारित की जाती है। आंतरिक ऊर्जाकणों की गति (परमाणुओं, अणुओं, आयनों, इलेक्ट्रॉनों) और उन दोनों के बीच बातचीत की ऊर्जा (इंट्रामोल्युलर और इंटरमॉलिक्युलर) की गति की गतिज ऊर्जा मुख्य रूप से होती है। पर आंतरिक ऊर्जा  बाहरी क्षेत्र की कार्रवाई के तहत प्रणाली की आंतरिक स्थिति में परिवर्तन को प्रभावित करता है; में आंतरिक ऊर्जाशामिल है, विशेष रूप से, एक बाहरी विद्युत क्षेत्र में ढांकता हुआ के ध्रुवीकरण से जुड़ी ऊर्जा और एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में एक पैरामैग्नेट का चुंबकत्व। प्रणाली की गतिज व्यवस्था के कारण एक संपूर्ण और संभावित ऊर्जा के रूप में प्रणाली की गतिज ऊर्जा को आंतरिक ऊर्जा में शामिल नहीं किया जाता है। थर्मोडायनामिक्स में, विभिन्न प्रक्रियाओं में केवल आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन निर्धारित किया जाता है। इसलिए, आंतरिक ऊर्जा शून्य संदर्भ के रूप में ली गई ऊर्जा के आधार पर एक निश्चित स्थिर अवधि तक निर्दिष्ट होती है।

आंतरिक ऊर्जा यू  कैसे ऊष्मागतिकी के पहले नियम द्वारा राज्य कार्य की शुरुआत की जाती है, जिसके अनुसार प्रणाली और कार्य में स्थानांतरित किए गए ऊष्मा Q के बीच का अंतर डब्ल्यूसिस्टम द्वारा किया गया केवल सिस्टम के प्रारंभिक और अंतिम राज्यों पर निर्भर करता है और संक्रमण पथ पर निर्भर नहीं करता है, अर्थात्। राज्य फ़ंक्शन में परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है function यू

कहां U 1 और यू 2  - प्रारंभिक और अंतिम राज्यों में क्रमशः सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा। समीकरण (1) ऊष्मागतिकीय प्रक्रियाओं पर लागू ऊर्जा के संरक्षण के नियम को व्यक्त करता है, अर्थात ऐसी प्रक्रियाएँ जिसमें गर्मी हस्तांतरण होता है। एक चक्रीय प्रक्रिया के लिए जो सिस्टम को उसकी प्रारंभिक स्थिति में लौटाता है, process यू\u003d 0। इसोकोरिक प्रक्रियाओं में, अर्थात एक निरंतर मात्रा के साथ प्रक्रियाएं, सिस्टम विस्तार के कारण काम नहीं करता है, डब्ल्यू\u003d 0 और सिस्टम को हस्तांतरित गर्मी आंतरिक ऊर्जा के बढ़ने के बराबर है: क्यू वी=Δ यू। एडियाबेटिक प्रक्रियाओं के लिए जब क्यू=0, Δ यू=-डब्ल्यू.

आंतरिक ऊर्जा  अपने एन्ट्रापी एस, वॉल्यूम V के आयोजनों के रूप में प्रणाली और i-th घटक के मोल्स मी i की संख्या एक थर्मोडायनामिक क्षमता है। यह ऊष्मागतिकी के पहले और दूसरे सिद्धांतों का एक परिणाम है और अनुपात द्वारा व्यक्त किया गया है:

जहां टी निरपेक्ष तापमान है आर  - दबाव, μ i - आई-वें घटक की रासायनिक क्षमता। समान चिह्न संतुलन प्रक्रियाओं को संदर्भित करता है, असमानता संकेत nonequilibrium प्रक्रियाओं को संदर्भित करता है। सेटपॉइंट्स वाले सिस्टम के लिए एस, वी, एम आई (कठोर एडियाबेटिक शेल में बंद प्रणाली), संतुलन पर आंतरिक ऊर्जा न्यूनतम है। निरंतर में प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं में आंतरिक ऊर्जा में कमी वी  और एस  अधिकतम उपयोगी कार्य के बराबर (अधिकतम प्रतिक्रिया कार्य देखें)।

तापमान और आयतन पर एक संतुलन प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा की निर्भरता यू \u003d एफ (टी, वी)  जिसे राज्य का कैलोरी समीकरण कहा जाता है। एक निरंतर आयतन पर तापमान के संबंध में आंतरिक ऊर्जा का व्युत्पन्न इस्किोरिक ताप क्षमता के बराबर है।

तापीय धारिताभी थर्मल फ़ंक्शन  और ताप सामग्री  - जब दबाव, एन्ट्रॉपी और कणों की संख्या को स्वतंत्र चर के रूप में चुना जाता है, तो थर्मोडायनेमिक संतुलन में प्रणाली की स्थिति की विशेषता वाले थर्मोडायनामिक संभावित।

सीधे शब्दों में कहें तो थैलेपी वह ऊर्जा है जो एक निश्चित तापमान और दबाव पर गर्मी में रूपांतरण के लिए उपलब्ध है।

अगर एक थर्मोमेकेनिकल सिस्टम को एक मैक्रोबॉडी (गैस) और एक पिस्टन के साथ भार के भार के रूप में माना जाता है पी \u003d पी एसगैस का दबाव संतुलित करना आर  बर्तन के अंदर, फिर ऐसी प्रणाली को कहा जाता है विस्तारित.

एक विस्तारित प्रणाली की एनथैली या ऊर्जा ए  गैस की आंतरिक ऊर्जा के योग के बराबर यू  और लोड के साथ पिस्टन की संभावित ऊर्जा ए  पसीना \u003d pSX = पीवी

एच = ए = यू + पीवी

इस प्रकार, इस अवस्था में आंत्रशोथ शरीर की आंतरिक ऊर्जा का योग होता है और यह कार्य शरीर के क्रम में खर्च किया जाना चाहिए वीदबाव वाले वातावरण में परिचय आर  और शरीर के साथ संतुलन में है। एनथैली प्रणाली एच  - आंतरिक ऊर्जा और अन्य थर्मोडायनामिक क्षमताओं के समान - इसका प्रत्येक राज्य के लिए बहुत निश्चित मूल्य है, अर्थात यह राज्य का एक कार्य है। इसलिए, राज्य बदलने की प्रक्रिया में

Δ एच = एच 2 − एच 1

थैलेपी (या रासायनिक प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव) में परिवर्तन प्रक्रिया पथ पर निर्भर नहीं करता है, केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति द्वारा निर्धारित किया जाता है। यदि सिस्टम किसी भी तरह से अपनी मूल स्थिति (परिपत्र प्रक्रिया) पर लौटता है, तो उसके किसी भी पैरामीटर में परिवर्तन, जो राज्य का एक कार्य है, शून्य है, इसलिए way एच  \u003d 0, या

Eigenvalues \u200b\u200bमें व्यक्त की गई थैलेपी का अंतर एन्ट्रापी एस और दबाव पी के माध्यम से होता है:

चूंकि अर्ध-संतुलन प्रक्रियाओं में सिस्टम को आपूर्ति की जाने वाली ऊष्मा की मात्रा होती है, यह तात्पर्य है कि थैलीसी की अवधारणा को पेश करने का भौतिक अर्थ: इसका परिवर्तन isobaric प्रक्रिया में सिस्टम को आपूर्ति की गई गर्मी है (निरंतर दबाव पर)। इस फ़ंक्शन का व्यावहारिक अनुप्रयोग इस तथ्य पर आधारित है कि वास्तविक या प्रयोगशाला स्थितियों में कई रासायनिक प्रक्रियाएं निरंतर (वायुमंडलीय) दबाव पर ठीक से महसूस की जाती हैं, जब टैंक खुला होता है। तो, गठन की तापीय धारिता ऊर्जा की मात्रा है जो सरल पदार्थों से एक जटिल पदार्थ के गठन के दौरान जारी या अवशोषित होती है।

सभी रासायनिक प्रतिक्रियाएं गर्मी के रिलीज (एक्सोथर्मिक) या अवशोषण (एंडोथर्मिक) के साथ होती हैं। अभिक्रिया की ऊष्मा का एक माप थैलेपी ,H में परिवर्तन है, जो निरंतर दबाव पर ऊष्मा स्थानांतरण से मेल खाता है। एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं के मामले में, सिस्टम गर्मी खो देता है और ofН एक नकारात्मक मूल्य है। एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के मामले में, सिस्टम गर्मी को अवशोषित करता है और aН एक सकारात्मक मूल्य है।

थर्मोकैमिस्ट्री रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों का अध्ययन करती है। कई मामलों में, ये प्रतिक्रियाएं निरंतर मात्रा या निरंतर दबाव पर आगे बढ़ती हैं। ऊष्मप्रवैगिकी के पहले कानून से यह निम्नानुसार है कि इन परिस्थितियों में, गर्मी राज्य का एक कार्य है। गर्मी की निरंतर मात्रा के साथ आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर है:

और निरंतर दबाव में - थैलीसी में परिवर्तन:

रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर लागू होने वाली ये समानताएं सार हैं हेस कानून:

निरंतर दबाव या निरंतर मात्रा पर होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव प्रतिक्रिया पथ पर निर्भर नहीं करता है, लेकिन केवल अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों की स्थिति से निर्धारित होता है।

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

यदि प्रतिक्रिया समाधान में या ठोस चरण में होती है, जहां मात्रा परिवर्तन महत्वहीन है, तो

एच = यू + (पीवी) यू. (3.3)

यदि आदर्श गैसें प्रतिक्रिया में भाग लेती हैं, तो एक स्थिर तापमान पर

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

जहां n प्रतिक्रिया में गैसों के मोल्स की संख्या में परिवर्तन है।

विभिन्न प्रतिक्रियाओं की थैलपियों की तुलना को सुविधाजनक बनाने के लिए, "मानक राज्य" की अवधारणा का उपयोग किया जाता है। मानक राज्य 1 बार (\u003d 10 5 पा) और एक दिए गए तापमान के दबाव में एक शुद्ध पदार्थ की स्थिति है.   गैसों के लिए, यह 1 बार के दबाव में एक काल्पनिक स्थिति है, जिसमें एक असीम रूप से दुर्लभ गैस के गुण हैं। तापमान पर मानक स्थितियों में पदार्थों के बीच प्रतिक्रिया की आंत्रशोथ टी, निरूपित करें ( आर  "प्रतिक्रिया" का मतलब है। थर्मोकैमिकल समीकरणों में न केवल पदार्थों के सूत्र, बल्कि उनके एकत्रीकरण या क्रिस्टलीय संशोधनों के भी संकेत मिलते हैं।

हेस के कानून से महत्वपूर्ण परिणाम का पालन होता है, जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थैलेपीज़ की गणना करना संभव बनाता है।

कोरोलरी 1।

प्रतिक्रिया उत्पादों और अभिकर्मकों के गठन के मानक थैल्पियों के बीच अंतर के बराबर (स्टोइकोमीट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

किसी पदार्थ के बनने की मानक थैलीपी (ऊष्मा) (च किसी दिए गए तापमान पर "गठन") का अर्थ है इस पदार्थ के एक मोल के गठन की प्रतिक्रिया की थैलीपीस तत्वों सेसबसे स्थिर मानक स्थिति में। इस परिभाषा के अनुसार, मानक अवस्था में सबसे स्थिर सरल पदार्थों के गठन की थैलीपी किसी भी तापमान पर 0 है। 298 K के तापमान पर पदार्थों के निर्माण की मानक थैलेपीज़ को संदर्भ पुस्तकों में दिया गया है।

"गठन की तापीय धारिता" की अवधारणा 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 एक संदर्भ बिंदु के रूप में लिया जाता है, जिसके लिए एक जलीय घोल में गठन की मानक थैलेपी को शून्य माना जाता है:

कोरोलरी 2।   रासायनिक प्रतिक्रिया मानक थैलेपी

अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन के थैलेपीज़ में अंतर के बराबर (स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए):

(ग  "दहन" का अर्थ है। किसी पदार्थ के दहन के मानक थैलीपी (हीट) को किसी पदार्थ के एक पूर्ण ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया की थैलीपी कहा जाता है। इस परिणाम का उपयोग आमतौर पर कार्बनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की गणना करने के लिए किया जाता है।

कोरोलरी 3।   एक रासायनिक प्रतिक्रिया की थैलीपी टूटी हुई और गठित रासायनिक बंधों की ऊर्जा में अंतर के बराबर है।

संचार ऊर्जा   ए-बी बांड को तोड़ने और एक अनंत दूरी तक परिणामस्वरूप कणों को पतला करने के लिए आवश्यक ऊर्जा है:

एबी (जी) ए (जी) + बी (जी)।

संचार ऊर्जा हमेशा सकारात्मक होती है।

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

  (अंतर रूप) (3.7)

  (अभिन्न रूप) (3.8)

जहाँ सी पी  - प्रतिक्रिया उत्पादों और आरंभिक सामग्रियों की आइसोबैरिक ताप क्षमताओं का अंतर। अगर अंतर है टी 2 - टी  1 छोटा तो आप ले सकते हैं सी पी  \u003d कॉन्स्ट। बड़े तापमान अंतर के साथ, तापमान निर्भरता का उपयोग करना आवश्यक है सी पी(टी) प्रकार:

जहां गुणांक हैं एक, ख, ग  आदि निर्देशिका से लिए गए व्यक्तिगत पदार्थों के लिए, और संकेत उत्पादों और अभिकर्मकों (गुणांक को ध्यान में रखते हुए) के बीच अंतर को इंगित करता है।

उदाहरण

उदाहरण 3-1  क्रमशः 298 K पर तरल और गैसीय जल के गठन की मानक एंटालपियां -285.8 और -241.8 kJ / mol हैं। इस तापमान पर पानी के वाष्पीकरण की तापीय धारिता की गणना करें।

निर्णय। गठन की Enthalpies निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं के अनुरूप हैं:

एच 2 (जी) + 2O 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी), एच 1 0 = -285.8;

एच 2 (जी) + 2O 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी), एच 2 0 = -241.8.

दूसरी प्रतिक्रिया को दो चरणों में किया जा सकता है: पहला, पहले प्रतिक्रिया के अनुसार तरल पानी के निर्माण के साथ हाइड्रोजन को जलाएं, और फिर पानी को वाष्पित करें:

एच 2 ओ (जी) \u003d एच 2 ओ (जी), एच  0 isp \u003d

तब हेस के कानून के अनुसार,

एच 1 0 + एच 0 isp \u003d एच 2 0 ,

कहाँ से एच  0 उपयोग \u003d -241.8 - (-285.8) \u003d 44.0 kJ / mol।

जवाब है। 44.0 केजे / मोल।

उदाहरण 3-2  प्रतिक्रिया की गणना थैलेपी

6C (g) + 6H (g) \u003d C 6 H 6 (g)

क) शिक्षा के प्रवेश पर; b) ऊर्जाओं को बांधकर, इस धारणा के तहत कि C 6 H 6 अणु में दोहरे बंधन तय हैं।

निर्णय। a) गठन की Enthalpies (kJ / mol में) संदर्भ पुस्तक (उदाहरण के लिए, P.W. Atkins, भौतिक रसायन विज्ञान, 5 वें संस्करण, पीपी। C9-C15) में पाई जाती हैं:   एफ एच  0 (C 6 H 6 (g)) \u003d 82.93,   एफ एच  0 (C (g)) \u003d 716.68,   एफ एच  0 (एच (जी)) \u003d 217.97। प्रतिक्रिया थैलीपी है:

  आर एच  0 \u003d 82.93 - 6 716.68 - 6 217.97 \u003d -5525 केजे / मोल।

बी) इस प्रतिक्रिया में, रासायनिक बंधन टूटते नहीं हैं, लेकिन केवल रूप होते हैं। निश्चित डबल बॉन्ड सन्निकटन में, C 6 H 6 अणु में 6 C-H बॉन्ड, 3 C-C बॉन्ड और 3 C \u003d C बॉन्ड होते हैं। बॉन्ड ऊर्जा (केजे / मोल में) (पी.डब्ल्यू। एटकिन्स, भौतिक रसायन विज्ञान, 5 वें संस्करण, पी। सी। 7): ए(C- H) \u003d 412, ए(C- C) \u003d 348, ए(C \u003d C) \u003d 612. अभिक्रिया की आंत्रशोथ है:

  आर एच  0 \u003d - (6 412 + 3 348 + 3 612) \u003d -5352 kJ / मोल।

-5525 केजे / मोल के सटीक परिणाम के साथ अंतर इस तथ्य के कारण है कि बेंजीन अणु में एकल सी - सी बांड और सी \u003d सी डबल बांड नहीं हैं, लेकिन 6 सुगंधित सी। सी बांड हैं।

जवाब है। a) -5525 केजे / मोल; b) -5352 kJ / मोल।

उदाहरण 3-3  संदर्भ डेटा का उपयोग करते हुए, प्रतिक्रिया को थैलेपी की गणना करें

3Cu (टीवी) + 8HNO 3 (aq) \u003d 3Cu (NO 3) 2 (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (g)

निर्णय। संक्षिप्त आयनिक प्रतिक्रिया समीकरण का रूप है:

3Cu (टीवी) + 8H + (aq) + 2NO 3 - (aq) \u003d 3Cu 2+ (aq) + 2NO (g) + 4H 2 O (g)।

हेस के नियम के अनुसार, प्रतिक्रिया थैलापी है:

  आर एच 0 = 4  एफ एच  0 (एच 2 ओ (डब्ल्यू)) + 2   एफ एच  0 (NO (g)) + 3   एफ एच  0 (Cu 2+ (aq)) - 2   एफ एच  0 (NO 3 - (aq))

(ताँबे और एच + आयन निर्माण की थेल्पियाँ परिभाषा के अनुसार हैं, 0)। गठन के थैल्पियों के मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हुए (P.W. Atkins, भौतिक रसायन विज्ञान, 5 वें संस्करण, पीपी। C9-C15), हम पाते हैं:

  आर एच  0 \u003d 4 (-285.8) + 2 90.25 + 3 64.77 - 2 (-205.0) \u003d -358.4% पीजे

(प्रति तीन मोल तांबे का)।

जवाब है। -358.4 kj

उदाहरण 3-4।  1000 K पर मीथेन दहन की तापीय धारिता की गणना करें, यदि 298 K पर गठन की तापीय धारियां दी गई हैं:   एफ एच  0 (सीएच 4) \u003d -17.9 किलो कैलोरी / मोल,   एफ एच  0 (CO 2) \u003d -94.1 kcal / mol,   एफ एच  0 (एच 2 ओ (जी)) \u003d -57.8 किलो कैलोरी / मोल। 298 से 1000 K तक की सीमा में गैसों की गर्मी क्षमता (cal / (mol। K)) में हैं:

सी पी (सीएच 4) \u003d 3.422 + 0.0178। टी, सी पी(O 2) \u003d 6.095 + 0.0033। टी,

C p (CO 2) \u003d 6.396 + 0.0102। टी, सी पी(एच 2 ओ (जी)) \u003d 7.188 + 0.0024। टी.

निर्णय। मिथेन दहन थैलीसी

सीएच 4 (जी) + 2 ओ 2 (जी) \u003d सीओ 2 (जी) + 2 एच 2 ओ (जी)

298 K पर यह बराबर है:

94.1 + 2 (-57.8) - (-17.9) \u003d -191.8 किलो कैलोरी / मोल।

तापमान के कार्य के रूप में ताप क्षमता में अंतर ज्ञात कीजिए:

सी पी = सी पी(सीओ 2) + 2 सी पी(एच 2 ओ (जी)) - सी पी(सीएच 4) - 2 सी पी(ओ २) \u003d
= 5.16 - 0.0094टी  (कैल / (मोल। के))।

1000 K पर प्रतिक्रिया थैलीसीपी की गणना किर्चोफ समीकरण का उपयोग करके की जाती है:

= + = -191800 + 5.16
  (1000-298) - 0.0094 (1000 2 -298 2) / 2 \u003d -192500 कैल / मोल।

जवाब है। -192.5 किलो कैलोरी / मोल।

उद्देश्य

3-1। 500 ग्राम अल (एमपी 658 डिग्री सेल्सियस) को स्थानांतरित करने के लिए कितनी गर्मी की आवश्यकता होगी, एच  0 pl \u003d 92.4 cal / g), कमरे के तापमान पर, पिघले हुए अवस्था में, यदि सी पी(अल टीवी) \u003d 0.183 + 1.096 10 -4 टी  कैल / (जी के)?

3-2। सीएसीओ 3 (टीवी) \u003d सीएओ (टीवी) + सीओ 2 (जी), 1000 के के तापमान पर एक खुले बर्तन में आगे बढ़ते हुए, 169 kJ / mol है। इस प्रतिक्रिया की गर्मी क्या है, एक ही तापमान पर आगे बढ़ना, लेकिन एक बंद बर्तन में?

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

3-4। एन 2 ओ 5 (जी) के गठन की थैलीपी की गणना के साथ टी  निम्नलिखित डेटा के आधार पर \u003d 298 K:

2NO (g) + O 2 (g) \u003d 2NO 2 (g), एच  1 0 \u003d -114.2 kJ / मोल,

4NO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2N 2 O 5 (g), एच  2 0 \u003d -110.2 kJ / मोल,

N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g), एच  3 0 \u003d 182.6 केजे / मोल।

3-5। 25 डिग्री सेल्सियस पर hal- ग्लूकोज, f-फ्रुक्टोज और सुक्रोज के दहन की आंत्रशोथ -280802 के बराबर होती है
  -2810 और -5644 kJ / मोल, क्रमशः। सुक्रोज की हाइड्रोलिसिस की गर्मी की गणना करें।

3-6। के साथ diborane बी 2 एच 6 (जी) के गठन की तापीय धारिता निर्धारित करें टी  निम्नलिखित डेटा से \u003d 298 K:

B 2 H 6 (g) + 3O 2 (g) \u003d B 2 O 3 (टीवी) + 3H 2 O (g), एच  1 0 \u003d -2035.6 kJ / मोल,

2 बी (टीवी) + 3/2 ओ 2 (टी) \u003d बी 2 ओ 3 (टीवी), एच  2 0 \u003d -1273.5 kJ / मोल,

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) \u003d H 2 O (g), एच  3 0 \u003d -241.8 kJ / मोल।

3-7। के साथ सरल पदार्थों से जस्ता सल्फेट के गठन की गर्मी की गणना करें टी  \u003d 298 K निम्नलिखित डेटा पर आधारित है।

गठन की मानक गर्मी  (DN के बारे में   च  , 298) साधारण पदार्थों से उनके सामान्य अनुपात में और मानक स्थितियों के तहत 1 पदार्थ के गठन की प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव है: पी \u003d 1 एटीएम, टी \u003d 298 के।

यह माना जाता है कि सरल पदार्थ उस संशोधन के रूप में और एकत्रीकरण की उस स्थिति में प्रतिक्रिया करते हैं जो दिए गए P और T के तहत तत्वों की सबसे स्थिर स्थिति के अनुरूप है। इन शर्तों के तहत, गठन की गर्मी को शून्य माना जाता है (उदाहरण के लिए, O 2, N 2, S, C के लिए। ..)। यौगिक जिनके लिए डीएच के गठन के बारे में गर्मी   च  , 298 पॉजिटिव - एन्दोठेर्मिक जिसके लिए DН о   च , 298 < 0 - एक्ज़ोथिर्मिक .

प्रतिक्रिया में सभी प्रतिभागियों के गठन के मानक हीट को जानने के बाद, कोई भी प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना कर सकता है। हेस के नियम के लिए कोरोलरी: एक रासायनिक प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन के मानक हीट के योग के बराबर होता है, जो शुरुआती सामग्री के गठन के मानक हीट के योग को घटाता है।

औरए + खब \u003d गसी + घडी

(डीपीओ के बारे में 298) x \u003d ग(DN के बारे में   च  , 298) C + घ(DN के बारे में   च  , 298) डी - एक  (DN के बारे में   च  , 298) ए - ख  (DN के बारे में   च  , 298) बी

(डीपीओआर २ ९ 8) एक्स \u003d Н एन (डीपीओईआर)   च  , 298) एंड-पॉइंट - е n (ДН о)   च  , 298)

गठन के मानक हीट सारणीबद्ध हैं।

मानक कैलोरी मान  (डीएच ओ सी, 298) - मानक स्थितियों (पी \u003d कॉन्स्ट, टी \u003d 298 के) के तहत पूर्ण ऑक्सीकरण के उत्पादों के गठन के साथ ऑक्सीजन के साथ एक पदार्थ के 1 मोल की बातचीत की प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना शुरुआती और अंतिम पदार्थों के दहन के ताप से की जा सकती है:

(डीपीओआर २ ९ D) x \u003d е n (डीपीओ ओ सी, २ ९ Н) इन-इन एन-डी (डीपीओ ओ सी, २ ९ 8) शुरुआत में अंत में

दहन के ताप का उपयोग अक्सर कार्बनिक यौगिकों की प्रतिक्रियाओं के ताप को खोजने के लिए किया जाता है, जो लगभग कभी भी अंत तक स्पष्ट रूप से नहीं होता है। इसके दो कारण हैं: 1) ऑक्सीजन में दहन सभी कार्बनिक पदार्थों के लिए एक प्रतिक्रिया है और कुछ शर्तों के तहत अंत तक आगे बढ़ता है, अर्थात। पूरी तरह से और स्पष्ट रूप से; 2) वी \u003d कास्ट पर कार्बनिक पदार्थों को जलाने की तकनीक उच्च पूर्णता तक पहुंच गई है और of 0.02% की सटीकता के साथ दहन की गर्मी का निर्धारण करने की अनुमति देती है। दहन की गर्मी को मिलाकर, आप कार्बनिक पदार्थों के बीच किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया की गर्मी की गणना कर सकते हैं। उदाहरण:

1. प्रतिक्रिया की गर्मी का पता लगाएं

С 6 Н 6 (ж) \u003d 3С 2 Н 2 ДН о I \u003d? (आई)

विशिष्ट मूल्य ज्ञात हैं:

C 6 H 6 + 7 O 2 \u003d 6CO 2 + 3H 2 O (W); DN \u003d II के बारे में - 780980 cal (II)

C 2 H 2 + 2 O 2 \u003d 2CO 2 + H 2 O (g); डीएच ओ III \u003d - 310,620 कैल (III)

(I) \u003d (II) - 3 (III); DH o I \u003d DH o II - 3DH o III \u003d 150 880 cal

2. दहन के ताप का उपयोग करके, हम कार्बनिक पदार्थों के निर्माण की गर्मी पाते हैं: (ऑक्सीजन उत्पादन की गर्मी शून्य है)

C 2 H 2 + 2 O 2 \u003d 2CO 2 + H 2 O; डीएच ओ सी, 298 ज्ञात

डीपीओ ओ सी, २ ९ 2 \u003d २ + -

2 + - डीपीओ ओ सी, 298

दहन के तपते द्वारा प्रतिक्रियाओं के तलों की गणना करने का नुकसान  (बड़ी, लेकिन अपरिहार्य) - प्रारंभिक डेटा की सटीकता के साथ प्राप्त परिणामों की सापेक्ष सटीकता में कमी: सबसे पहले, कार्बनिक अभिकर्मकों के कैलोरी मान को मापने में की गई त्रुटियों को जोड़ा जाता है; दूसरी बात, अभिकारकों के बीच प्रतिक्रिया की ऊष्मा अभिकारकों के दहन की ऊष्मा की तुलना में लगभग हमेशा कम होती है। कई मामलों में, प्राप्त मूल्य की सापेक्ष त्रुटि कई प्रतिशत (कई दसियों प्रतिशत तक) के बराबर है।

तापमान पर गर्मी की प्रक्रिया का परिणाम.

(किरचॉफ समीकरण)

ऊपर दी गई रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गर्मियाँ आइसोथर्मल प्रक्रियाओं की तपती हैं और टी पर निर्भर करती हैं।

क्यू वी \u003d डीयू \u003d यू 2 - यू 1; क्यू पी \u003d डीएच \u003d एच 2 - एच १

T के लिए V (P) \u003d const के संबंध में हम इन समानताओं को अलग करते हैं:

सी वी, 2 - सी वी, 1 \u003d डीसी वी

सी वी, 2 - प्रतिक्रिया उत्पादों के कुल द्रव्यमान के वी \u003d कब्ज पर दाढ़ की गर्मी क्षमता

सी वी, 1 - शुरुआती सामग्रियों का संपूर्ण द्रव्यमान

सी पी, 2 - सी पी, 1 \u003d डीसी पी

सी वी, 2 - सी वी, 1 \u003d एन से सी वी, के - एन एन वी वी, एन \u003d एन   मैंसी वी   मैं

C P, 2 - C P, 1 \u003d n से C P, k - n n С P, n \u003d n   मैंसी पी   मैं

किरचॉफ समीकरण टी पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गर्मी की निर्भरता देते हैं। लेखन समीकरणों के अंतर रूप:

एन   मैंसी वी   मैं  ; \u003d \u003d एन   मैंसी पी   मैं

विभिन्न प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की तुलना करने और थर्मोकैमिकल गणना का संचालन करने में सक्षम होने के लिए, मानक परिस्थितियों में थर्मल प्रभाव की अवधारणा पेश की जाती है। वर्तमान में निम्न मानक राज्य स्वीकार किए जाते हैं:

व्यक्तिगत क्रिस्टलीय और तरल पदार्थों के लिए - दिए गए तापमान पर वास्तविक स्थिति (सबसे स्थिर संशोधन) और 1 बार का दबाव।

अलग-अलग गैसों के लिए, यह एक काल्पनिक अवस्था है जो गैस के isothermal विस्तार के दौरान असीम रूप से निम्न दबाव में होती है, इसके बाद 1 बार के लिए संपीड़न होता है, लेकिन पहले से ही आदर्श गैस के अंडकोश में अंजीर होता है। 3

1 - असली गैस

2 - सही गैस

मानक स्थितियों के तहत थर्मल प्रभाव की गणना गठन और दहन के मानक हीट से की जाती है। गठन की मानक गर्मीवे 1.013 * 10 5 पा के दबाव में सरल पदार्थों (या तत्वों) से किसी दिए गए पदार्थ के 1 मोल के गठन की प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव को कहते हैं और बशर्ते कि प्रतिक्रिया में सभी प्रतिभागियों को स्थिर समुच्चय अवस्थाओं में हो।

गठन के मानक हीट की तुलना करने की सुविधा के लिए, उन्हें 298 K के आधार तापमान के लिए संदर्भित किया जाता है। दिए गए तापमान पर सबसे स्थिर भौतिक स्थिति और सामान्य वायुमंडलीय दबाव को शुद्ध तरल या क्रिस्टलीय (ठोस) पदार्थ के मानक राज्य के रूप में लिया जाता है। एक गैस के लिए एक मानक राज्य के रूप में, एक काल्पनिक राज्य स्वीकार किया जाता है जिसमें पी \u003d 1.013 * 10 5 पा पर गैस आदर्श गैसों के नियमों का पालन करती है, और इसकी तापीय धारिता एक वास्तविक गैस की थैली के बराबर होती है। एकत्रीकरण की एक स्थिर स्थिति में सरल पदार्थों (तत्वों) के गठन के मानक हीट को शून्य होने के लिए लिया जाता है। गठन की गर्मी एक पदार्थ के 1 मोल को संदर्भित करती है, जो एकत्रीकरण की अपनी स्थिति का संकेत देती है।

मानक कैलोरी मान वे ऑक्सीजन के वातावरण में दहन के दौरान छोड़ी गई ऊष्मा को किसी पदार्थ के 1 मोल पर 1.013 * 10 5 Pa के सरलतम आक्साइड के मानक दबाव में बुलाते हैं। इसके अलावा, प्रतिक्रिया में सभी प्रतिभागियों को स्थिर कुल राज्यों में होना चाहिए। गठन के मानक हीट की तरह, दहन के मानक हीट को 298 K के आधार तापमान के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है। इन परिस्थितियों में दहन के उत्पाद CO2 (g), H2O (g), SO2 (g), N2, इत्यादि हैं। स्थिर राज्यों में सरलतम ऑक्साइड के दहन को शून्य के रूप में लिया जाता है।

ताप क्षमता

सही गर्मी क्षमता  शरीर (C) को शरीर द्वारा प्राप्त तापमान byQ के एक असीम राशि के अनुपात को संबंधित तापमान वृद्धि के लिए कहा जाता है: C \u003d δQ / dT। एकता के बराबर द्रव्यमान वाले शरीर की गर्मी क्षमता को कहा जाता है विशिष्ट।  मोलर ताप क्षमता अनुप्रयोग में अधिक सुविधाजनक है। मोलर ताप क्षमता  एम के साथ प्रति इकाई उसके तापमान में वृद्धि के साथ एक पदार्थ के 1 मोल प्राप्त गर्मी की मात्रा को कहा जाता है।

कभी-कभी उपयोग किया जाता है औसत ताप क्षमता। T 1 से T 2 तक के तापमान रेंज में औसत दाढ़ ताप क्षमता (C) को उष्मा क्षमता कहा जाता है जो ताप वृद्धि (Q) की मात्रा के अनुपात से तापमान वृद्धि ()Т) तक पदार्थ के 1 मोल के बराबर होती है। इस तापमान रेंज में, C \u003d Q / ∆T स्थिर है।

गर्मी क्षमता के मोलर मान J / (mol K) में व्यक्त किए जाते हैं, और J / (g K) में विशिष्ट होते हैं। सही गर्मी क्षमता पदार्थ की प्रकृति, तापमान और उन परिस्थितियों पर निर्भर करती है जिनके तहत सिस्टम में गर्मी का संक्रमण होता है। यदि सिस्टम एक निरंतर मात्रा में संलग्न है, तो प्रति यूनिट तापमान बढ़ाने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा समानता द्वारा व्यक्त की जाती है:

जहाँ C V आइसोकोरिक ताप क्षमता है।

यदि सिस्टम सिकुड़ता है या फैलता है और दबाव स्थिर रहता है, तो

जहाँ C P आइसोबैरिक ताप क्षमता है।

सिस्टम की मात्रा को बदलने के लिए आवश्यक कार्य की मात्रा और निरंतर दबाव पर गर्मी की क्षमता भिन्न होती है। चूंकि प्रक्रिया p \u200b\u200b\u003d const में, आदर्श गैस के 1 मोल का आइसोबैरिक विस्तार किया जाता है, सिस्टम के तापमान को एक से बढ़ाने के लिए अधिक मात्रा में गर्मी की आवश्यकता होती है, इसलिए С P\u003e С V:

С P \u003d С V + R - मेयर समीकरण,

जहाँ R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है। तरल पदार्थ और ठोस में, हीटिंग पर मात्रा में एक छोटे से बदलाव के कारण, सी पी V सी वी।

थर्मल प्रभाव  प्रतिक्रिया गर्मी की मात्रा है जो प्रतिक्रिया के दौरान सिस्टम द्वारा जारी या अवशोषित होती है।

जहां, प्रतिक्रिया उत्पादों और शुरुआती सामग्रियों के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक हैं; , - प्रतिक्रिया उत्पादों के निर्माण और सामग्री शुरू करने के मानक enthalpies। शिक्षा की गर्माहट। यहां सूचकांक का मतलब है गठन  (गठन), और शून्य, वह मान पदार्थ की मानक स्थिति को संदर्भित करता है।

शिक्षा की गर्माहट  पदार्थों को संदर्भ द्वारा निर्धारित किया जाता है या पदार्थ की संरचना के आधार पर गणना की जाती है।

कैलोरी मान  किसी पदार्थ की इकाई मात्रा के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा को कहते हैं, बशर्ते कि प्रारंभिक और अंतिम उत्पाद मानक स्थितियों में हों।

भेद:

· दाढ़- एक तिल (kJ / mol) के लिए,

· सामूहिक- एक किलोग्राम (kJ / किग्रा) के लिए,

· आयतन- पदार्थ का एक घन मीटर (kJ / m the) कैलोरी मान।

दहन प्रक्रिया में गठित पानी के एकत्रीकरण की स्थिति के आधार पर, दहन की उच्च और निम्न गर्मी को प्रतिष्ठित किया जाता है।

उच्च कैलोरी मान  एक वाष्पशील पदार्थ की एक इकाई राशि के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली गर्मी की मात्रा को कहा जाता है, जिसमें जल वाष्प के संघनन की गर्मी भी शामिल है।

कम कैलोरी मान  को उष्मा की मात्रा कहा जाता है जो तब निकलती है जब दहनशील पदार्थ की मात्रा की एक इकाई पूरी तरह से जल जाती है, बशर्ते कि दहन उत्पादों में पानी गैसीय अवस्था में हो।

दहन की दाढ़ की गर्मी की गणना कानून के अनुसार की जाती है। हेस। दहन की दाढ़ की गर्मी को द्रव्यमान में बदलने के लिए, आप सूत्र का उपयोग कर सकते हैं:

दहनशील पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान कहां है,।

एक गैसीय अवस्था में पदार्थों के लिए, जब दहन के मानक ताप से ऊष्मा में परिवर्तित किया जाता है, तो सूत्र का उपयोग करें:

गैस की दाढ़ की मात्रा कहां है, जो मानक परिस्थितियों में बराबर है।

जटिल दहनशील पदार्थों या मिश्रण के लिए पर्याप्त रूप से सटीक परिणाम उच्च कैलोरी मान के लिए आवधिक सूत्र देते हैं:

जहां; ,,,, - दहनशील पदार्थ में सामग्री, क्रमशः कार्बन, हाइड्रोजन, सल्फर, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के द्रव्यमान में। प्रतिशत।

कम कैलोरी मान के लिए

जहां; - द्रव्यमान में एक दहनशील पदार्थ में नमी की मात्रा। प्रतिशत।

दहनशील मिश्रण के कैलोरी मान की गणना सूत्र के अनुसार की जाती है

जहां दहनशील मिश्रण का शुद्ध कैलोरी मान है; - मिश्रण में ईंधन का आयतन अंश; - मिश्रण में वें ईंधन का शुद्ध कैलोरी मान।

गैस-वायु मिश्रण के कैलोरी मान की गणना सूत्र का उपयोग करके की जाती है

एक दहनशील पदार्थ का शुद्ध कैलोरी मान कहाँ है ;; - गैस-वायु मिश्रण, मात्रा अंश में एक दहनशील पदार्थ की एकाग्रता; गैस-वायु मिश्रण के दहन की गर्मी।

ताप क्षमता किसी निकाय को एक भौतिक मात्रा कहा जाता है जो शरीर को उसके तापमान के अनुरूप वृद्धि के लिए प्राप्त होने वाली गर्मी की एक असीम मात्रा के अनुपात को निर्धारित करता है

शरीर से आपूर्ति की गई या निकालने वाली ऊष्मा की मात्रा हमेशा पदार्थ की मात्रा के समानुपाती होती है।

विशिष्ट गर्मी  ताप क्षमता कहा जाता है, पदार्थ की एक इकाई राशि को संदर्भित करता है। पदार्थ की मात्रा किलोग्राम, घन मीटर और मोल्स में मापी जा सकती है। इसलिए, द्रव्यमान, मात्रा और दाढ़ की ताप क्षमता प्रतिष्ठित है।

निरूपित:

· - दाढ़ ताप क्षमता,। यह गर्मी की मात्रा है जिसे किसी पदार्थ के 1 मोल से निलंबित करने की आवश्यकता है, कि इसका तापमान 1 केल्विन से बढ़ गया है;

· - बड़े पैमाने पर गर्मी की क्षमता,। यह गर्मी की मात्रा है जिसे आपको 1 किलोग्राम पदार्थ को निलंबित करने की आवश्यकता है, कि इसका तापमान 1 केल्विन से बढ़ गया है;

· - वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता,। यह गर्मी की मात्रा है जिसे आपको 1 घन मीटर पदार्थ को निलंबित करने की आवश्यकता है, कि इसका तापमान 1 केल्विन से बढ़ गया है।

मोलर और द्रव्यमान ताप क्षमताओं के बीच संबंध सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है

पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान कहां है। वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता को निम्नानुसार दाढ़ के माध्यम से व्यक्त किया जाता है

सामान्य परिस्थितियों में गैस की दाढ़ की मात्रा कहां है।

शरीर की गर्मी क्षमता उस प्रक्रिया पर निर्भर करती है जिसके दौरान गर्मी की आपूर्ति की जाती है।

निरंतर दबाव में शरीर की गर्मी क्षमताशरीर के तापमान में परिवर्तन के लिए आइसोबैरिक प्रक्रिया में आपूर्ति की गई गर्मी के विशिष्ट (प्रति 1 मोल पदार्थ) की मात्रा का अनुपात कहा जाता है।

निरंतर मात्रा में शरीर की गर्मी क्षमतावे शरीर के तापमान में बदलाव के लिए एक आइसोकोरिक प्रक्रिया में आपूर्ति की गई गर्मी के विशिष्ट (प्रति 1 लीटर पदार्थ) की मात्रा के अनुपात को कहते हैं।

आदर्श गैसों की ऊष्मा क्षमता होती है

अणु की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या कहां है। आदर्श गैसों के आइसोबैरिक और इसोचोरिक हीट कैपेसिटी के बीच का संबंध मेयर समीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है

जहां सार्वभौमिक गैस स्थिर है।

डुलोंग-पेटिट कानून के अनुसार सामान्य के करीब की स्थिति के लिए ठोस चरण में पदार्थों की गर्मी क्षमता है

इस तथ्य के कारण कि ताप क्षमता तापमान पर निर्भर करती है, समान तापमान वृद्धि के लिए गर्मी की खपत भिन्न होती है (छवि 3.1)।

सही गर्मी क्षमता  ऊष्मा क्षमता कहा जाता है, जो एक निश्चित थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के साथ, निम्न सूत्र द्वारा व्यक्त की जाती है

जहाँ - उस प्रक्रिया को दर्शाता है जिसमें ताप क्षमता को मापा जाता है। पैरामीटर मान ले सकता है, आदि।

अंजीर। 3.1। ताप क्षमता की तापमान निर्भरता

औसत ताप क्षमता किसी दिए गए प्रक्रिया में शरीर को संचारित गर्मी की मात्रा के अनुपात को तापमान में परिवर्तन कहा जाता है, बशर्ते कि तापमान अंतर एक अंतिम मूल्य है। तापमान पर वास्तविक ताप क्षमता की ज्ञात निर्भरता के साथ, औसत मान प्रमेय का उपयोग करके तापमान सीमा में औसत ताप क्षमता पाई जा सकती है।

जहां औसत ताप क्षमता है, सही ताप क्षमता है।

पदार्थों की ताप क्षमता के प्रायोगिक अध्ययन में, औसत ताप क्षमता को अक्सर ऊपरी सीमा के कार्य के रूप में पाया जाता है, जिसमें निचली सीमा का एक निश्चित मान होता है, जिसे बराबर लिया जाता है।

ऊपरी सीमा के तापमान पर गैसों की औसत ताप क्षमता के निर्भरता तालिका 3.1 में दिए गए हैं।

गैस मिश्रण की गर्मी क्षमता मिश्रण की संरचना और घटकों की विशिष्ट गर्मी पर निर्भर करती है। Denote: - मिश्रण में घटक का दाढ़ अंश; - मात्रा अंश; - मास अंश। यहाँ क्रमशः m, m 3, kg में वें घटक की मात्रा है। गैस मिश्रण की गर्मी क्षमता का निर्धारण सूत्र द्वारा किया जा सकता है

जहां, मिश्रण के ith घटक की औसत दाढ़, द्रव्यमान और वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमताएं हैं।

तालिका 3.1।

गर्मी इंजन और इंजन में, प्रत्येक चक्र की शुरुआत में, ताजा मिश्रण का एक हिस्सा, जिसे कहा जाता है ताजा शुल्क। हालांकि, एक नियम के रूप में, पिछले चक्र से निकास गैसें दहन कक्ष में रहती हैं।

अवशिष्ट गैस अनुपात  रवैया कहा जाता है

जहां अवशिष्ट गैसों के मोल्स की संख्या है, ताजा चार्ज के मोल्स की संख्या है। एक नए आवेश के साथ अवशिष्ट गैसों के दहन कक्ष में मिश्रण को कहा जाता है काम मिश्रण। कामकाजी मिश्रण की गर्मी क्षमता की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

जहां, कार्यशील मिश्रण के तापमान पर ताजा आवेश और अवशिष्ट गैसों की औसत ऊष्मा क्षमता होती है; - अवशिष्ट गैसों का गुणांक।

दहन क्षेत्र में जारी गर्मी दहन उत्पादों को गर्म करने और गर्मी के नुकसान पर खर्च की जाती है (उत्तरार्द्ध में दहनशील पदार्थ की प्रारंभिक हीटिंग और दहन क्षेत्र से पर्यावरण तक विकिरण शामिल है)। दहन उत्पादों को गर्म करने के लिए अधिकतम तापमान कहा जाता है दहन तापमान।

उन परिस्थितियों पर निर्भर करता है जिनमें दहन प्रक्रिया आगे बढ़ती है, कैलोरीमीटर, एडियाबेटिक, सैद्धांतिक, और असली  दहन तापमान।

नीचे कैलोरीमीटर दहन तापमान निम्न परिस्थितियों में दहन उत्पादों को गर्म करने के तापमान को समझें:

· प्रतिक्रिया के दौरान निकलने वाली सभी ऊष्मा दहन उत्पादों के ताप पर चली जाती है;

· स्टोइकोमेट्रिक दहनशील मिश्रण का पूरा दहन होता है ();

दहन उत्पादों के निर्माण के दौरान, उनका पृथक्करण नहीं होता है;

दहनशील मिश्रण 273K के प्रारंभिक तापमान और 101.3 kPa के दबाव पर होता है।

एडियाबेटिक दहन तापमान  गैर-स्टोइकोमीट्रिक दहनशील मिश्रण () के लिए निर्धारित।

सैद्धांतिक दहन तापमान  कैलोरिमीटर एक से अलग है कि गणना दहन उत्पादों के पृथक्करण के कारण गर्मी के नुकसान को ध्यान में रखती है।

वास्तविक जलता हुआ तापमान  - यह तापमान है जिस पर दहन उत्पादों को वास्तविक परिस्थितियों में गर्म किया जाता है।

हम एक छोटे से सुधार के साथ केवल कैलोरीमीटर और एडियाबेटिक दहन तापमान की गणना पर विचार करते हैं। हम मानते हैं कि प्रारंभिक मिश्रण का प्रारंभिक तापमान अलग है। काम कर रहे मिश्रण और दहन उत्पादों के मिश्रण की संख्या को नकारें। फिर निरंतर दबाव पर दहन का ताप संतुलन इस तरह से लिखा जा सकता है

जहां, प्रारंभिक मिश्रण और दहन उत्पादों की औसत गर्मी क्षमताएं हैं; - काम के मिश्रण के 1 मोल के दहन के दौरान जारी गर्मी; और - क्रमशः काम कर रहे मिश्रण और दहन उत्पादों का तापमान। काम के मिश्रण के एक मोल के संबंध में, सूत्र (3.20) के रूप में प्रतिनिधित्व किया जा सकता है

जहां मिश्रण की संरचना में आणविक परिवर्तन का गुणांक है। ताप संतुलन समीकरण से कैलोरीमीटर और एडियाबेटिक दहन तापमान पाए जाते हैं।

क्लेपेरॉन-मेंडेलीव समीकरण का उपयोग करके विस्फोट दबाव पाया जा सकता है, यह देखते हुए कि प्रक्रिया के दौरान मात्रा में परिवर्तन नहीं होता है।

व्यावहारिक कार्य Pract3

"पदार्थों के कैलोरी मान की गणना"

उद्देश्य:  दहन प्रक्रियाओं के ऊर्जा संतुलन की बुनियादी अवधारणाओं को मास्टर करने के लिए। विभिन्न प्रकार के दहनशील पदार्थों (व्यक्तिगत पदार्थ और मिश्रण; जटिल संरचना द्वारा दर्शाए गए जटिल पदार्थ) के लिए कैलोरी मान की गणना करने का तरीका जानने के लिए।

गणना सूत्र और एल्गोरिदम

1. कैलोरी मान की गणना करने के लिए व्यक्तिगत पदार्थसूत्र (3.1) का उपयोग किया जाता है। सबसे पहले, वे दहन प्रतिक्रिया के समीकरण तैयार करते हैं, जिसके साथ स्टोइकोमेट्रिक गुणांक और उत्पाद निर्धारित किए जाते हैं। फिर, तालिका के अनुसार (तालिका 3.1 देखें), शुरू करने वाली सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन के मानक एंटालपियां पाए जाते हैं। पाए गए मापदंडों को सूत्र (3.1) में प्रतिस्थापित किया जाता है और दहनशील पदार्थ के कैलोरी मान की गणना की जाती है।

2. कैलोरी मान जटिल पदार्थ डी। आई। मेंडेलीव (3.4) और (3.5) के सूत्रों द्वारा पाया जाता है। गणना करने के लिए, आपको प्रतिशत में केवल तत्वों के बड़े अंश को जानना होगा। कैलोरी मान की गणना केजे / किग्रा में की जाती है।

3. गणना के लिए दहनशील मिश्रण  सूत्रों का उपयोग करें (3.1) - (3.6)। सबसे पहले, प्रत्येक दहनशील गैस का निचला कैलोरी मान सूत्र (3.2) के अनुसार एक व्यक्तिगत पदार्थ के रूप में या सूत्र (3.4), (3.5) के अनुसार एक जटिल पदार्थ के रूप में पाया जाता है। दहन की ऊष्मा के संक्रमण के लिए, सूत्र (3.2), (3.3) का उपयोग किया जाता है। सूत्र (3.6) के अनुसार ईंधन मिश्रण के शुद्ध कैलोरी मान की गणना करके गणना पूरी की जाती है।

4. 1 मीटर 3 की कैलोरी मान निर्धारित करने के लिए गैस वायु मिश्रण  हवा की उपस्थिति में दहनशील गैसों के वॉल्यूम अंश की गणना करें, जिस पर निर्भर करता है। फिर, सूत्र (3.7) का उपयोग करके, गैस-वायु मिश्रण के कैलोरी मान की गणना की जाती है।

उदाहरण 3.1   एसिटिलीन के शुद्ध कैलोरी मान का निर्धारण करें।

निर्णय।  हम एसिटिलीन के दहन समीकरण लिखते हैं।

समीकरण के अनुसार, स्टोइकोमेट्रिक गुणांक हैं ,,,। परिशिष्ट 3.1 का उपयोग करके हम प्रतिक्रिया पदार्थों के गठन की मानक थैलेपीज पाते हैं: ,,,। सूत्र (3.1) का उपयोग करके, हम एसिटिलीन के शुद्ध कैलोरी मान की गणना करते हैं

एसिटिलीन के 1 मीटर 3 के दहन के दौरान जारी गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए, प्राप्त मान को मानक स्थितियों (3.3) में दाढ़ मात्रा में विभाजित करना आवश्यक है:

उत्तर है: ;

निर्णय।  मेंडेलीव (3.4) और (3.5) के फार्मूले से हम पाते हैं

उत्तर है: .

उदाहरण 3.3   गैस मिश्रण के कैलोरी मान का निर्धारण करें - जिसमें 40%, - 20%, - 15%, - 5%, - 10%, - 10% शामिल हैं।

निर्णय।  इन गैसों में से ,,,, दहनशील हैं। हम प्रत्येक ईंधन के लिए ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया का समीकरण लिखते हैं:

पदार्थों के निर्माण की मानक एन्टैल्पियाँ तालिका 3.2 में सारणीबद्ध डेटा का उपयोग करके पाई जाती हैं।

; ; ; ; ; ; ; .

दहन समीकरणों (1) - (4) के अनुसार सूत्र (3.1) के अनुसार हम कैलोरी मान पाते हैं:

दहनशील गैसों के मिश्रण के लिए, हम सूत्र (3.6) का उपयोग करते हैं, यह देखते हुए कि दाढ़ और आयतन भिन्न होते हैं। गणनाओं के परिणामस्वरूप, हम गैस मिश्रण के कम कैलोरी मान प्राप्त करते हैं

जब गैसों के ऐसे मिश्रण का 1 मीटर 3 जला दिया जाता है, तो उसके बराबर गर्मी

उत्तर है: ; .

निर्णय।  हम प्रोपेन दहन समीकरण लिखते हैं

प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार, प्रोपेन के 1 मीटर 3 को स्टोइकोमेट्रिक मिश्रण के लिए हवा के मीटर 3 के लिए खाता होना चाहिए। यह देखते हुए कि प्रोपेन का 1 मीटर 3, एम 3 हवा का वास्तव में सेवन किया जाता है। इस प्रकार, प्रोपेन-एयर मिश्रण में 1 मीटर 3 में, प्रोपेन का वॉल्यूम अंश होगा

हम सूत्र (3.1) द्वारा प्रोपेन की कम कैलोरी मान पाते हैं। प्रोपेन के गठन की मानक थैलेपी तालिका 3.2 से निर्धारित की जा सकती है।

प्रोपेन का कैलोरी मान है

प्रोपेन-एयर मिश्रण के निम्न कैलोरी मान को सूत्र द्वारा निर्धारित किया जा सकता है (3.7)

1536,21

तालिका 3.3। नियंत्रण कार्य संख्या 3.1 के लिए पैरामीटर

तालिका 3.4। नियंत्रण कार्य संख्या 3.2 के लिए पैरामीटर ( डब्ल्यू - नमी)