रसायन विज्ञान में हेस का नियम

हेस का नियम निरंतर ऊष्मा योग#

हेस का नियम निरंतर ऊष्मा योग कहता है कि किसी रासायनिक अभिक्रिया के लिए कुल एन्थैल्पी परिवर्तन मार्ग पर निर्भर नहीं करता। दूसरे शब्दों में, किसी रासायनिक अभिक्रिया में विमुक्त या अवशोषित ऊष्मा समान होती है चाहे वह अभिक्रिया एक चरण में हो या कई चरणों में।

यह नियम ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत पर आधारित है, जो कहता है कि ऊर्जा न तो बनाई जा सकती है और न ही नष्ट की जा सकती है। किसी रासायनिक अभिक्रिया में विमुक्त या अवशोषित ऊर्जा की कुल मात्रा समान होती है, चाहे मार्ग कोई भी हो।

उदाहरण#

निम्नलिखित उदाहरण दिखाता है कि कैसे हेस के नियम का उपयोग करके किसी ऐसी अभिक्रिया के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन की गणना की जा सकती है जिसे प्रत्यक्ष रूप से मापा नहीं जा सकता।

अभिक्रिया पर विचार करें:

$$\ce{2CO(g) + O_2(g) -> 2CO_2(g)}$$

इस अभिक्रिया के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन निम्नलिखित चरणों का उपयोग करके गणना की जा सकती है:

1. निम्नलिखित अभिक्रिया के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन खोजें:

$$\ce{CO(g) + 1/2O_2(g) -> CO_2(g)}$$

इस अभिक्रिया के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन -283 kJ/mol है।

2. चरण 1 में दी गई अभिक्रिया के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन को 2 से गुणा करें।

इससे हमें -566 kJ/mol प्राप्त होता है।

3. चरण 1 में दी गई अभिक्रिया का एन्थैल्पी परिवर्तन चरण 2 में दी गई अभिक्रिया के एन्थैल्पी परिवर्तन के समान है।

इसलिए, अभिक्रिया $\ce{2CO(g) + O2(g) -> 2CO2(g)}$ के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन -566 kJ/mol है।

हेस का स्थिर ऊष्मा योग नियम एक शक्तिशाली उपकरण है जिसका उपयोग किसी रासायनिक अभिक्रिया के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन की गणना करने के लिए किया जा सकता है। यह नियम ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत पर आधारित है, जो कहता है कि ऊर्जा न तो बनाई जा सकती है और न ही नष्ट की जा सकती है।

उदाहरण-हेस के स्थिर ऊष्मा योग नियम पर आधारित#

हेस का स्थिर ऊष्मा योग नियम कहता है कि किसी रासायनिक अभिक्रिया में कुल ऊष्मा परिवर्तन मार्ग पर निर्भर नहीं करता है। इसका अर्थ है कि किसी अभिक्रिया के लिए ऊष्मा परिवर्तन की गणना अभिक्रिया के व्यक्तिगत चरणों के ऊष्मा परिवर्तनों को जोड़कर की जा सकती है।

उदाहरण के लिए, निम्नलिखित अभिक्रिया पर विचार करें:

$$\ce{2H2(g) + O2(g) -> 2H2O(l)}$$

इस अभिक्रिया के लिए ऊष्मा परिवर्तन की गणना निम्नलिखित चरणों के ऊष्मा परिवर्तनों को जोड़कर की जा सकती है:

$$\ce{H2(g) + 1/2O2(g) -> H2O(l) ΔH = -285.8 kJ}$$

अभिक्रिया के लिए कुल ऊष्मा परिवर्तन है:

$$\ce{ΔH = -285.8 kJ + (-285.8 kJ) = -571.6 kJ}$$

यह वही ऊष्मा परिवर्तन है जो प्राप्त होता यदि अभिक्रिया को एक ही चरण में किया जाता।

हेस का नियम किसी भी रासायनिक अभिक्रिया के लिए ऊष्मा परिवर्तन की गणना करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, चाहे अभिक्रिया कितनी भी जटिल हो। यह इसे ऊष्मरसायन के लिए एक बहुत उपयोगी उपकरण बनाता है।

हेस के नियम के अनुप्रयोग#

हेस के नियम के ऊष्मरसायन में कई अनुप्रयोग हैं। कुछ सबसे सामान्य अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

• एक ऐसी अभिक्रिया के लिए ऊष्मा परिवर्तन की गणना करना जिसे एक ही चरण में नहीं किया जा सकता।
• एक यौगिक की संविरचन एन्थैल्पी निर्धारित करना।
• किसी ईंधन की दहन ऊष्मा की गणना करना।
• एक रासायनिक अभिक्रिया के उत्पादों की भविष्यवाणी करना।

हेस का नियम एक शक्तिशाली उपकरण है जिसका उपयोग विभिन्न प्रकार की ऊष्मरासायनिक समस्याओं को हल करने के लिए किया जा सकता है। यह ऊष्मागतिकी का एक मौलिक सिद्धांत है और रसायन विज्ञान, अभियांत्रिकी और पदार्थ विज्ञान के क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

संविरचन एन्थैल्पी की गणना#

संविरचन एन्थैल्पी उस ऊर्जा परिवर्तन की माप है जो किसी यौगिक के संघटक तत्वों से बनने पर होती है। यह एक महत्वपूर्ण ऊष्मागतिक गुणधर्म है जिसका उपयोग विभिन्न रासायनिक गणनाओं में किया जाता है।

मानक संविरचन एन्थैल्पी#

किसी यौगिक की मानक संविरचन एन्थैल्पी वह एन्थैल्पी परिवर्तन है जब एक मोल यौगिक इसके संघटक तत्वों से उनकी मानक अवस्थाओं में बनता है। किसी तत्व की मानक अवस्था वह सबसे स्थिर रूप है जो 1 atm दबाव और 25°C तापमान पर होता है।

संविरचन एन्थैल्पी की गणना#

किसी यौगिक की संविरचन एन्थैल्पी निम्न समीकरण का उपयोग करके गणना की जा सकती है:

$$\ce{ΔHf° = ΣΔHf°(products) - ΣΔHf°(reactants)}$$

जहाँ:

• ΔHf° यौगिक की मानक संरचना एन्थैल्पी है
• ΔHf°(उत्पाद) उत्पादों की मानक संरचना एन्थैल्पियों का योग है
• ΔHf°(अभिकारक) अभिकारकों की मानक संरचना एन्थैल्पियों का योग है

उदाहरण#

पानी की मानक संरचना एन्थैल्पी की गणना करने के लिए हमें हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की मानक संरचना एन्थैल्पियों को जानना होगा। हाइड्रोजन की मानक संरचना एन्थैल्पी 0 kJ/mol है, और ऑक्सीजन की मानक संरचना एन्थैल्पी 0 kJ/mol है। इसलिए पानी की मानक संरचना एन्थैल्पी है:

$$\ce{ΔHf°(H2O) = [2ΔHf°(H2) + ΔHf°(O2)] - [0 kJ/mol + 0 kJ/mol] = 0 kJ/mol}$$

इसका अर्थ है कि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से पानी का निर्माण एक ऊष्मानिष्ठ प्रक्रिया है।

संरचना एन्थैल्पी के अनुप्रयोग#

संरचना एन्थैल्पी विभिन्न रासायनिक गणनाओं के लिए एक उपयोगी गुण है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग किया जा सकता है:

• एक रासायनिक अभिक्रिया के उत्पादों की भविष्यवाणी करने के लिए
• किसी रासायनिक अभिक्रिया द्वारा मुक्त या अवशोषित ऊष्मा की गणना करने के लिए
• रासायनिक प्रक्रियाओं को डिज़ाइन करने के लिए

संरचना एन्थैल्पी एक महत्वपूर्ण ऊष्मागतिक गुण है जिसका उपयोग विभिन्न रासायनिक गणनाओं में किया जाता है। यह उस ऊर्जा परिवर्तन का माप है जो किसी यौगिक के संघटक तत्वों से बनने पर होता है।

हेस के नियम पर आधारित समस्या#

हैस का नियम कहता है कि किसी रासायनिक अभिक्रिया की एन्थैल्पी परिवर्तन उस मार्ग पर निर्भर नहीं करता जिससे अभिक्रिया होती है। इसका अर्थ है कि अभिक्रिया के एन्थैल्पी परिवर्तन की गणना उसकी व्यक्तिगत चरणों के एन्थैल्पी परिवर्तनों को जोड़कर की जा सकती है।

समस्या#

निम्नलिखित अभिक्रिया पर विचार करें:

$$\ce{CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)}$$

इस अभिक्रिया के एन्थैल्पी परिवर्तन की गणना हैस के नियम का उपयोग करके निम्नलिखित चरणों के एन्थैल्पी परिवर्तनों को जोड़कर की जा सकती है:

$$\ce{CH4(g) + O2(g) → CO(g) + 2H2O(g) ΔH = -890 kJ}$$

$$\ce{CO(g) + O2(g) → CO2(g) ΔH = -283 kJ}$$

अभिक्रिया का समग्र एन्थैल्पी परिवर्तन है:

$$\ce{ΔH = ΔH1 + ΔH2 = -890 kJ + (-283 kJ) = -1173 kJ}$$

CH4 और O2 से CO2 और H2O बनने वाली अभिक्रिया का एन्थैल्पी परिवर्तन -1173 kJ है। यह मान हैस के नियम का उपयोग करके अभिक्रिया के व्यक्तिगत चरणों के एन्थैल्पी परिवर्तनों को जोड़कर गणना किया गया है।

हैस नियम अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न#

प्र: हैस का नियम क्या है?

उ: हैस का नियम कहता है कि किसी रासायनिक अभिक्रिया के लिए कुल एन्थैल्पी परिवर्तन उस मार्ग पर निर्भर नहीं करता जिससे अभिक्रिया होती है। दूसरे शब्दों में, अभिक्रिया के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन एक ही रहता है चाहे वह एक चरण में हो या कई चरणों में।

प्र: हैस का नियम कैसे उपयोग किया जाता है?

उ: हैस का नियम उस अभिक्रिया के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन की गणना करने के लिए उपयोग किया जा सकता है जिसे सीधे मापा नहीं जा सकता। यह अभिक्रिया के व्यक्तिगत चरणों के लिए एन्थैल्पी परिवर्तनों को जोड़कर किया जाता है।

प्र: हैस के नियम की गणनाओं के कुछ उदाहरण क्या हैं?

ए: यहाँ हेस के नियम का उपयोग कर एन्थैल्पी परिवर्तनों की गणना करने के कुछ उदाहरण दिए गए हैं:

• मीथेन के दहन के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन निम्नलिखित अभिक्रियाओं के एन्थैल्पी परिवर्तनों को जोड़कर गणना किया जा सकता है:

$$\ce{CH4(g) + 2O2(g) -> CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = -890 kJ}$$

$$\ce{C(s) + O2(g) -> CO2(g) ΔH = -393 kJ}$$

$$\ce{2H2(g) + O2(g) -> 2H2O(g) ΔH = -572 kJ}$$

मीथेन के दहन के लिए कुल एन्थैल्पी परिवर्तन है:

$$\ce{ΔH = -890 kJ + (-393 kJ) + (-572 kJ) = -1855 kJ}$$

• पानी के निर्माण के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन निम्नलिखित अभिक्रियाओं के एन्थैल्पी परिवर्तनों को जोड़कर गणना किया जा सकता है:

$$\ce{H2(g) + 1/2O2(g) -> H2O(g) ΔH = -286 kJ}$$

$$\ce{C(s) + O2(g) -> CO2(g) ΔH = -393 kJ}$$

$$\ce{CO2(g) + H2O(g) -> H2CO3(aq) ΔH = -20 kJ}$$

पानी के निर्माण के लिए कुल एन्थैल्पी परिवर्तन है:

$$\ce{ΔH = -286 kJ + (-393 kJ) + (-20 kJ) = -699 kJ}$$

प्र: हेस के नियम की सीमाएँ क्या हैं?

ए: हेस का नियम केवल उन अभिक्रियाओं पर लागू होता है जो निरंतर तापमान और दबाव पर होती हैं। यह उन अभिक्रियाओं पर लागू नहीं होता है जिनमें गैस के मोलों की संख्या में परिवर्तन होता है।

प्र: क्या हेस का नियम आज भी प्रयोग में लाया जाता है?

ए: हाँ, हेस का नियम आज भी रसायनज्ञों द्वारा अभिक्रियाओं के लिए एन्थैल्पी परिवर्तनों की गणना करने के लिए प्रयोग में लाया जाता है। यह रासायनिक अभिक्रियाओं की ऊष्मागतिकी को समझने के लिए एक मूल्यवान उपकरण है।

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प्रमुख अवधारणाएँ#

मूलभूत बातें: हेस का नियम एक ही गंतव्य तक पहुँचने के विभिन्न मार्गों की तरह है—किस मार्ग से जाएँ, कुल ऊर्जा-परिवर्तन समान रहता है। ΔH एक अवस्था-फलन है। सिद्धांत: 1. एन्थैल्पी एक अवस्था-फलन है (मार्ग-स्वतंत्र) 2. ΔH(कुल) = ΣΔH(चरण) 3. ऊर्जा-संरक्षण पर आधारित#

JEE/NEET के लिए यह क्यों महत्वपूर्ण है#

अनुप्रयोग: बनने की एन्थैल्पी की गणना, जालक ऊर्जा की गणना (बॉर्न-हैबर चक्र), प्रत्यक्ष रूप से मापे न जा सकने वाली अभिक्रियाओं के लिए ΔH निर्धारित करना प्रश्न: बहु-चरणीय एन्थैल्पी गणनाएँ, ऊष्मा-रासायनिक समीकरणों को हेरफेर करना (उलटना, गुणा करना), बॉर्न-हैबर चक्र समस्याएँ, एन्थैल्पी आरेख#

सामान्य गलतियाँ#

गलती: समीकरण को उलटते समय चिह्न बदलना भूलना → सही: यदि A→B का ΔH = +x है, तो B→A का ΔH = –x होगा गलती: ΔH को स्टॉयकियोमीट्रिक गुणांकों के साथ स्केल न करना → सही: यदि समीकरण को n से गुणा किया जाए, तो ΔH को भी n से गुणा करना चाहिए#

संबंधित विषय#

[[Enthalpy]], [[Thermochemistry]], [[Born-Haber Cycle]], [[Enthalpy of Formation]], [[State Functions]]