1.3 "रासायनिक थर्मोडायनामिक्स और थर्मोकेमिस्ट्री" विषय पर विशिष्ट समस्याओं का समाधान
(गैर-रासायनिक विशिष्टताओं के लिए)

1. हिसाब वांवेΔ एचओ 298 रासायनिक वांप्रतिक्रिया सीयूआई ना 2 ओ (एस) + एच 2 ओ (जी)→ 2NaOH (ओं)
पदार्थों के निर्माण के मानक तापों के मूल्यों के अनुसार (परिशिष्ट की तालिका 1 देखें)। प्रतिक्रिया के प्रकार को निर्दिष्ट करें सीऔर (एक्सो- या एंडोथर्मिक)।

समाधान

समाधान।

संदर्भ डेटा का उपयोग करना: एस o (NaOH, t) = 64.16 J / (mol· प्रति),
एसओ (ना 2 ओ, टी) = 75.5 जे / (मोल .)· प्रति), एसओ (एच 2 ओ, एल) = 70 जे / (मोल .)· के), हम उम्मीद करते हैं Δ एसओ 298:

Δ एसओ 298 = 2 · एसओ ( नाओह,टी ) - [ एसओ (ना 2 ओ, टी) + एसओ (एच 2 ओ, जी)] = 2 · 64,16 - (75,5 + 70) =
= - 17,18 जे / के।

उत्तर: -17.18 जम्मू / कश्मीर।

4. हिसाब वांवे गिब्स ऊर्जा परिवर्तन (Δ जीओ 298) समर्थक के लिए सीईसा
ना 2 ओ (एस) + एच 2 ओ (एल)→ 2NaOH (ओं) पदार्थों के निर्माण की मानक गिब्स ऊर्जा के मूल्यों के अनुसार (परिशिष्ट की तालिका 1 देखें)। क्या मानक परिस्थितियों और 298K के तहत सहज प्रतिक्रिया संभव है?

समाधान:

मानक शर्तों के तहत और टी = 298KΔ जाना 298 कुल के अंतर के रूप में गणना की जा सकती है प्रतिक्रिया उत्पादों के निर्माण की गिब्स ऊर्जाऔर प्रारंभिक सामग्री के निर्माण की कुल गिब्स ऊर्जा। आवश्यक संदर्भ डेटा: (NaOH, t) = -381.1 केजे / एमओएल, (ना 2 ओ) = -378 kJ / mol, (H 2 O, l) = -237 kJ / mol।

Δ जीओ 298 = 2 · (NaOH, t) - [(ना 2 ओ, टी) + (एच 2 ओ, जी)] = 2· (-381,1) -
- [-378 + (-237)] = -147.2 केजे।

अर्थ Δ जीओ 298 नकारात्मक, इसलिए, प्रतिक्रिया का सहज पाठ्यक्रम संभव है।

उत्तर: -147.2 kJ; संभव है।

5. निर्धारित करें कि क्या यह 95 o C के सहज प्रवाह पर संभव है सीनिबंध ना 2 ओ (एस) + एच 2 ओ (एल)→ 2NaOH (टी)। उत्तर उचित होगा वांवे गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की परिमाण की गणना करके दिए गए हैं वांतापमान।

समाधान:

आइए तापमान को केल्विन स्केल में बदलें: टी= 273 + 95 = 368 के। गणना के लिएΔ जीओ 368 आइए समीकरण का उपयोग करें:

Δ जीओ 368 = Δ एच ओ-टी Δ इसलिए

आइए पिछले कार्यों में इस प्रक्रिया के लिए गणना किए गए थैलेपी और एन्ट्रॉपी परिवर्तनों का उपयोग करें। इस मामले में, एन्ट्रापी में परिवर्तन की परिमाण को जे / के से वीजे / के में परिवर्तित किया जाना चाहिए, क्योंकि मानΔ एचतथा Δ जीआमतौर पर kJ में मापा जाता है।

17.18 जू / के = -0.01718 केजे / के

Δ जीओ 368 = -153,6 - 368 · (-0.01718) = -147.3 केजे।

इस प्रकार, Δ जीओ 368 < 0, поэтому самопроизвольное протекание данного процесса при 95 o С возможно.

उत्तर: -147.3 kJ; संभव है।

6. Na 2 O (t) और H 2 O (g) के बीच परस्पर क्रिया की प्रतिक्रिया के लिए एक थर्मोकेमिकल समीकरण बनाएं, यदि इसका परिणाम NaOH (t) के 1 mol में होता है। अपने उत्तर में ऊष्मारासायनिक समीकरण में दर्शाई गई ऊष्मा की मात्रा बताइए।

समाधान:

थर्मोकेमिकल समीकरण में गुणांक में मोल्स का अर्थ होता है। इसलिए, गुणांकों के भिन्नात्मक मान स्वीकार्य हैं। 1/2 मोल सोडियम ऑक्साइड और 1/2 मोल पानी से 1 मोल सोडियम हाइड्रॉक्साइड बनाया जा सकता है। कार्य 1 (ऊपर देखें) में, यह गणना की गई थी कि NaOH . के 2 मोल बनने पर

संघीय शिक्षा एजेंसी

उच्च व्यावसायिक शिक्षा के राज्य शैक्षणिक संस्थान

नेशनल रिसर्च यूनिवर्सिटी ऑफ रिसोर्स एफिशिएंट टेक्नोलॉजीज "टीपीयू" (एनआरयू आरईटी टीपीयू)।

रसायन विज्ञान और प्रौद्योगिकी संकाय। एलएलपी और नौसेना विभाग

दिशा -24000 "रसायन विज्ञान और जैव प्रौद्योगिकी"।

व्याख्यान पाठ्यक्रम - "रसायन विज्ञान और कार्बनिक पदार्थों की तकनीक"

थीम

रासायनिक प्रतिक्रिया की थर्मोडायनामिक संभावना

आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल या आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल स्थितियों में बंद सिस्टम के लिए, मुक्त ऊर्जा आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल या आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल क्षमता (तथाकथित मुक्त ऊर्जा) का रूप लेती है GIBBS(Δजी) और हेल्महोल्ट्ज़(ΔF) क्रमशः)। इन कार्यों को कभी-कभी केवल थर्मोडायनामिक क्षमता कहा जाता है, जो काफी सख्त नहीं है, क्योंकि आंतरिक ऊर्जा (आइसोकोरिक-आइसेंट्रोपिक) और थैलेपी (आइसोबैरिक-इसेंट्रोपिक क्षमता) भी थर्मोडायनामिक क्षमताएं हैं।

एक बंद प्रणाली में सहज प्रक्रिया प्रणाली की मुक्त ऊर्जा में कमी के साथ होती है (डीजी< 0, dF < 0).

व्यवहार में, निम्नलिखित विकल्पों के अनुसार गणना करना संभव है:

1. आवश्यक शर्तों के तहत G या F के प्रयोगात्मक मूल्यों का उपयोग करना।

2. आवश्यक शर्तों के तहत और S के प्रयोगात्मक मूल्यों का उपयोग करना और सूत्र द्वारा आगे की गणना करना

3. आवश्यक शर्तों के तहत , ΔS, ΔG, F के मूल्यों की गणना के लिए अनुभवजन्य विधियों का उपयोग करना।

4. आवश्यक शर्तों के तहत , S, G, F के मूल्यों की गणना के सैद्धांतिक तरीकों का उपयोग करना ..

उदाहरण 1. यदि एथिलीन को मानक अवस्था में 298 ° K पर ब्रोमिनेट किया जाए तो क्या 1,2-डाइब्रोमोइथेन प्राप्त होगा?

सी 2 एच 4 (जी) + बीआर 2 (जी) = सी 2 एच 4 बीआर 2 (जी)

परिशिष्ट 1 से हम DG के मूल्यों को लगभग 298 . लिखते हैं

सी 2 एच 4 (डी) बीआर 2 (जी) सी 2 एच 4 बीआर 2 (जी)

डीजी लगभग 298, कैल / मोल 16,282 0 -4,940

डीजी लगभग 298 = - 4,940 -16,282= -21,122 किलो कैलोरी

इसलिए, इन शर्तों के तहत, 1,2-डाइब्रोमोइथेन का गठन किया जा सकता है।

उदाहरण 2. निर्धारित करें कि क्या 298 ° K पर हेक्साडेकेन की क्रैकिंग प्रतिक्रिया संभव है

सी 16 एच 34 (जी) = सी 5 एच 12 (जी) + 2 सी 4 एच 8 (जी) + सी 3 एच 6 (जी)

एन-पेंटेन आइसोब्यूटेन प्रोपलीन

समाधान।परिशिष्ट 1 में हम आवश्यक थर्मोडायनामिक डेटा पाते हैं:

डीएच ओ0बीआर 298 = -35.0 - 4.04 * 2 + 4.88 + 108.58 = 70.38 किलो कैलोरी / मोल

एस 298 = 83.4 + 70.17 * 2 + 63.8 - 148.1 = 139.44 कैल / मोलग्रेड ,

हम सूत्र द्वारा आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल क्षमता (गिब्स) पाते हैं

डीजी लगभग 298 = 70380 - 298 * 139.44 = 28827 कैल।

298 ° K पर संकेतित उत्पादों के लिए हेक्साडेकेन का अपघटन असंभव है।

उदाहरण 3. क्या n-ऑक्टेन डिहाइड्रोसाइक्लाइज़ेशन की p-xylene की प्रतिक्रिया 800 ° K . पर संभव है

सी 8 एच 18 (जी) "पी-ज़ाइलीन (जी) + 4 एच 2

समाधान। मानक तालिकाओं से (परिशिष्ट 1)

परिशिष्ट 16 से 800 ° K पर: M 0 = 0.3597; एम 1 10 -3 = 0.1574; एम 2 10 -6 = 0.0733।

श्वार्ट्समैन-टेमकिन समीकरण के अनुसार:

डीजी 0 800 = 54110 - 800 * 97.524 - 800 (0.3597 * 19.953 - 0.1574 * 32.4 + 0.0733-13.084)

21 880 कैल / मोल

आगे की दिशा में 800 ° K पर प्रतिक्रिया संभव है।

श्वार्ट्समैन-टेमकिन समीकरण (परिशिष्ट 16) का उपयोग करके थर्मोडायनामिक कार्यों की गणना के लिए गुणांक के मूल्य

व्यायाम।

1. गिब्स ऊर्जा द्वारा 298 0 K पर प्रतिक्रियाओं की संभावना निर्धारित करें: एसिटिलीन® एथिलीन® ईथेन

2. डीएच द्वारा निर्धारित करें 0br298 और S 298 प्रतिक्रियाओं की संभावना: बेंजीन® फ्लोरोबेंजीन

3. उस तापमान का निर्धारण करें जिस पर अगला

भौतिक और कोलाइडल रसायन विज्ञान का परिचय।

व्याख्यान योजना

1 परिचय। भौतिक और कोलाइडल रसायन विज्ञान द्वारा अध्ययन की गई परिघटनाओं की परिभाषाएँ और सार।

2. रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी का परिचय।

3. अवधारणाएं: सिस्टम, सिस्टम पैरामीटर, सिस्टम स्टेट फ़ंक्शन, थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं।

4. प्रणाली कार्य: आंतरिक ऊर्जा और थैलेपी। उनके लिए गणितीय भाव, उनका संबंध।

5. ऊष्मागतिकी का 1 नियम - ऊर्जा संरक्षण का नियम।

6.2 ऊष्मागतिकी का नियम। प्रक्रियाओं की एकतरफाता।

7. प्रणाली की मुक्त ऊर्जा। स्वतःस्फूर्त प्रक्रियाएं।

"भौतिक रसायन विज्ञान" शब्द और इस विज्ञान की परिभाषा सबसे पहले एम.वी. लोमोनोसोव। "भौतिक रसायन विज्ञान एक विज्ञान है जो भौतिकी के प्रावधानों और प्रयोगों के आधार पर बताता है कि रासायनिक संचालन के दौरान मिश्रित निकायों में क्या होता है।"

आधुनिक परिभाषा: भौतिक रसायन- एक विज्ञान जो रासायनिक घटनाओं की व्याख्या करता है और भौतिकी के सामान्य सिद्धांतों के आधार पर उनके नियम स्थापित करता है।

आधुनिक भौतिक रसायन विज्ञान कई अलग-अलग घटनाओं का अध्ययन करता है और बदले में, विज्ञान के क्षेत्र की बड़ी, व्यावहारिक रूप से स्वतंत्र शाखाओं में विभाजित होता है - इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री, फोटोकैमिस्ट्री, रासायनिक थर्मोडायनामिक्स, आदि। लेकिन आज भी, भौतिक रसायन विज्ञान का मुख्य कार्य संबंधों का अध्ययन करना है। भौतिक और रासायनिक घटनाओं के बीच।

भौतिक रसायन विज्ञान केवल एक सैद्धांतिक अनुशासन नहीं है। भौतिक रसायन विज्ञान के नियमों का ज्ञान आपको रासायनिक प्रक्रियाओं के सार को समझने और उनके व्यावहारिक कार्यान्वयन के लिए सचेत रूप से सबसे अनुकूल परिस्थितियों का चयन करने की अनुमति देता है। प्लास्टिक, रासायनिक फाइबर, उर्वरक, दवाओं, अकार्बनिक पदार्थों के उत्पादन में धातुओं और उनके मिश्र धातुओं के उत्पादन में कई प्रक्रियाओं के केंद्र में भौतिक रसायन विज्ञान के नियम हैं।

भौतिक रसायन विज्ञान की शाखाओं में से एक, जो एक स्वतंत्र विज्ञान बन गया है, कोलाइडल रसायन है। कोलाइडल रसायन विज्ञान में, प्रणालियों के गुणों का अध्ययन किया जाता है जिसमें एक पदार्थ, जो कई अणुओं से युक्त कणों के रूप में एक खंडित (छितरी हुई) अवस्था में होता है, एक माध्यम में वितरित किया जाता है (ऐसी प्रणालियों को कोलाइडल कहा जाता है)। कोलाइडल रसायन विज्ञान में एक स्वतंत्र खंड के रूप में, उच्च-आणविक यौगिकों या पॉलिमर - प्राकृतिक (प्रोटीन, सेल्युलोज, रबर, आदि) और सिंथेटिक, बहुत बड़े आकार के अणु होने के भौतिक रसायन भी शामिल हैं।

खाद्य प्रौद्योगिकी के लिए भौतिक कोलाइडल रसायन का बहुत महत्व है। खाद्य उद्योग के लिए उपयोग किए जाने वाले कच्चे माल और खाद्य उद्योग में प्राप्त खाद्य उत्पाद ज्यादातर मामलों में या तो कोलाइडल सिस्टम या आईयूडी होते हैं। खाद्य उद्योग के रसायन विज्ञान में उबलते, पृथक्करण, आसवन, निष्कर्षण, क्रिस्टलीकरण और विघटन, हाइड्रोजनीकरण जैसे व्यापक तकनीकी संचालन को केवल भौतिक रसायन विज्ञान के नियमों के आधार पर ही समझा जा सकता है। कई खाद्य उद्योगों में अंतर्निहित सभी जैव रासायनिक प्रक्रियाएं भी भौतिक रसायन विज्ञान के नियमों के अधीन हैं।

खाद्य उत्पादन का तकनीकी नियंत्रण भी भौतिक कोलाइडल रसायन विज्ञान के तरीकों पर आधारित है: अम्लता का निर्धारण, शर्करा, वसा, पानी, विटामिन, प्रोटीन की सामग्री।

रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी

थर्मोडायनामिक्स भौतिक रसायन विज्ञान की एक शाखा है, साथ ही यह एक स्वतंत्र विज्ञान है, जो

1) भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं के दौरान विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के पारस्परिक परिवर्तन के नियमों का अध्ययन करता है

2) इन प्रक्रियाओं के ऊर्जा प्रभाव की उनकी घटना की स्थितियों पर निर्भरता निर्धारित करता है

3) दी गई शर्तों के तहत एक रासायनिक प्रतिक्रिया के एक सहज पाठ्यक्रम की मौलिक संभावना को स्थापित करना संभव बनाता है।

रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी में, बुनियादी थर्मोडायनामिक कानूनों पर विचार किया जाता है। थर्मोडायनामिक कानून न केवल दी गई शर्तों के तहत होने वाली प्रतिक्रियाओं की मौलिक संभावना की भविष्यवाणी करना संभव बनाता है, बल्कि उत्पाद की उपज और प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव का भी अनुमान लगाता है। गर्मी की रिहाई के साथ प्रतिक्रियाएं थर्मल ऊर्जा के स्रोत के रूप में काम कर सकती हैं। ऊर्जा प्रभावों का अध्ययन यौगिक की संरचना, अंतर-आणविक बंधन और प्रतिक्रियाशीलता के बारे में जानकारी प्रदान करता है।

थर्मोडायनामिक्स निम्नलिखित अवधारणाओं का उपयोग करता है:

प्रणाली- एक शरीर (निकायों का एक समूह) पर्यावरण से अलग (वास्तव में या मानसिक रूप से)।

चरण- समान गुणों वाले सिस्टम के सजातीय भागों का एक सेट और सिस्टम के अन्य भागों के साथ एक इंटरफ़ेस होना। उदाहरण के लिए, जल-बर्फ प्रणाली में समान रासायनिक संरचना होती है, लेकिन घनत्व, संरचना, गुणों में भिन्न होती है, इसलिए, यह दो-चरण प्रणाली है।

सिस्टम सजातीय हैं- एक चरण होते हैं (उदाहरण के लिए, वायु, तरल समाधान - कोई इंटरफ़ेस नहीं), विजातीय - कई चरण होते हैं।

रासायनिक रूप से सजातीय प्रणाली- एक प्रणाली, जिसकी मात्रा के सभी वर्गों की रचना समान है। शारीरिक रूप से सजातीय प्रणाली - आयतन के सभी क्षेत्रों में समान गुण होते हैं।

अलग निकायपर्यावरण के साथ पदार्थ या ऊर्जा (गर्मी या काम) का आदान-प्रदान नहीं कर सकता, अर्थात। एक पृथक प्रणाली की मात्रा और ऊर्जा स्थिर होती है।

गैर-अछूता प्रणाली- पर्यावरण के साथ पदार्थ या ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकते हैं।

बंद प्रणाली- पर्यावरण के साथ पदार्थ का आदान-प्रदान नहीं करता है, लेकिन यह कर सकता है - ऊर्जा, सिस्टम की मात्रा - अस्थिर है।

खुली प्रणाली- सभी प्रतिबंधों से मुक्त प्रणाली।

कोई भी प्रणाली किसी भी समय एक निश्चित अवस्था में हो सकती है।

राज्यभौतिक और रासायनिक गुणों का एक समूह है जो किसी दिए गए सिस्टम की विशेषता है। गुण हो सकते हैं तीव्र - पदार्थ की मात्रा (पी, टी), और . से स्वतंत्र बहुत बड़ा - पदार्थ की मात्रा (द्रव्यमान, आयतन) के आधार पर।

थर्मोडायनामिक गुणों पर विचार करते समय, सिस्टम को थर्मोडायनामिक कहा जाता है, ऐसी प्रणालियों की विशेषता होती है थर्मोडायनामिक पैरामीटर : तापमान, दबाव, आयतन, एकाग्रता, आदि।

इस प्रकार, प्रणाली में संतुलन की स्थिति थर्मोडायनामिक मापदंडों के कुछ विशिष्ट संयोजनों के तहत स्थापित होती है। किसी दिए गए संतुलन प्रणाली के लिए इन मापदंडों के संबंध को दर्शाने वाले गणितीय समीकरण को राज्य का समीकरण कहा जाता है:

PV = nRT - आवर्त-क्लैपेरॉन समीकरण

कम से कम एक पैरामीटर को बदलने का मतलब पूरे सिस्टम की स्थिति को बदलना है।

थर्मोडायनामिक प्रक्रियाक्या सिस्टम में कोई बदलाव कम से कम एक पैरामीटर में बदलाव से जुड़ा है। यदि किसी पैरामीटर में परिवर्तन प्रक्रिया के पथ पर निर्भर नहीं करता है, लेकिन केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति पर निर्भर करता है, ऐसे परिवर्तन को कहा जाता है राज्य समारोह ... प्रक्रिया प्रवाह पथ पर निर्भर नहीं है, लेकिन सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति से निर्धारित होती है।

वृत्ताकार प्रक्रिया या चक्र- एक प्रक्रिया जिसमें प्रारंभिक अवस्था से एक थर्मोडायनामिक प्रणाली, कई परिवर्तनों से गुजरने के बाद, अपनी मूल स्थिति में लौट आती है। ऐसी प्रक्रिया में, किसी भी पैरामीटर में परिवर्तन शून्य होता है।

प्रक्रियाएं प्रतिवर्ती या अपरिवर्तनीय हो सकती हैं।

प्रतिवर्ती प्रक्रिया- एक प्रक्रिया जिसे उसकी मूल मूल स्थिति में लौटाया जा सकता है।

अपरिवर्तनीय प्रक्रिया- इसका मतलब यह नहीं है कि इस प्रक्रिया को विपरीत दिशा में नहीं किया जा सकता है। अपरिवर्तनीयता का अर्थ है। कि जिस काम और ऊर्जा के साथ प्रक्रिया आगे की दिशा में गई, उसी काम और ऊर्जा से ऐसी वापसी असंभव है।

मैं उष्मागतिकी का नियम:

1. किसी भी पृथक प्रणाली में, सभी प्रकार की ऊर्जा का योग स्थिर होता है।
2. ऊर्जा के विभिन्न रूप एक दूसरे में सख्ती से समान मात्रा में गुजरते हैं
3. पहली तरह की एक सतत गति मशीन असंभव है। ऐसी मशीन का निर्माण करना असंभव है जो आणविक ऊर्जा की संगत मात्रा को प्रभावित किए बिना यांत्रिक कार्य दे सके।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम विभिन्न संक्रमणों में ऊर्जा के विभिन्न रूपों की अविनाशीता और तुल्यता को व्यक्त करता है।

1, ऊष्मप्रवैगिकी का नियम ऊष्मीय घटना के लिए ऊर्जा के संरक्षण के नियम का एक अनुप्रयोग है। इसे ध्यान में रखते हुए, इसे सामान्य तरीके से तैयार किया जा सकता है: प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन प्रक्रिया के पथ पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति पर निर्भर करता है .

गणितीय रूप से, इसका अर्थ है कि आंतरिक ऊर्जा राज्य का एक कार्य है, अर्थात। कई चरों के एकल-मूल्यवान कार्य इस स्थिति को निर्धारित करते हैं।

एक प्रणाली है: पिस्टन सिलेंडर में संलग्न गैस।

यह प्रणाली हीटर से पर्यावरण से एक निश्चित मात्रा में गर्मी प्राप्त करती है। सिस्टम को आपूर्ति की गई गर्मी का एक हिस्सा बाहरी दबाव (गैस विस्तार कार्य) के खिलाफ काम करने पर खर्च किया जाएगा। इस मामले में, गैस की मात्रा में वृद्धि होती है। शेष गर्मी प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने - तापमान बढ़ाने पर खर्च की जाएगी। साथ ही, ऊर्जा की मात्रा पर्यावरण या सिस्टम में ही नहीं बदलेगी।

नतीजतन, सिस्टम द्वारा किए गए कार्य का योग और इसकी आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि पर्यावरण से हीटर से प्राप्त गर्मी की मात्रा के बराबर होनी चाहिए:

ऊर्जा के संरक्षण का नियम उष्मागतिकी के पहले नियम का अर्थ व्यक्त करता है: सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि सिस्टम द्वारा किए गए कार्य को घटाकर सिस्टम को दी गई गर्मी के बराबर है:

∆यू = क्यू - ए (2)

सूत्र 1 और 2 ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के गणितीय सूत्रीकरण हैं।

आंतरिक ऊर्जा- यह सिस्टम का ऊर्जा भंडार है, चाहे वह किसी भी स्थिति में हो। आंतरिक ऊर्जा प्रणाली की कुल ऊर्जा आपूर्ति है, जिसमें अणुओं और परमाणुओं में अणुओं, नाभिक और इलेक्ट्रॉनों की गति की ऊर्जा, अंतर-आणविक संपर्क की ऊर्जा होती है। निकाय की गतिज ऊर्जा और उसकी स्थिति की स्थितिज ऊर्जा को कुल ऊर्जा भंडार से घटाया जाना चाहिए। एक पृथक प्रणाली के लिए, सभी प्रकार की ऊर्जा का योग एक स्थिर U = स्थिरांक होता है। आमतौर पर वे आंतरिक ऊर्जा में बदलाव की बात करते हैं:

यू = यू 2 - यू 1

सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन हो सकता है:

1) दो संपर्क निकायों के अणुओं की अराजक टक्कर के परिणामस्वरूप, इस मामले में ऊर्जा में परिवर्तन का माप गर्मी है

2) या तो सिस्टम द्वारा या सिस्टम पर काम के प्रदर्शन के परिणामस्वरूप: विभिन्न द्रव्यमानों की गति - गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में पिंडों को उठाना, एक बड़ी से छोटी क्षमता में बिजली का संक्रमण, गैस का विस्तार। इस मामले में कार्य भी ऊर्जा में परिवर्तन का एक उपाय है।

नतीजतन, गर्मी -क्यू- और काम - ए - मात्रात्मक और गुणात्मक रूप से ऊर्जा हस्तांतरण के रूपों की विशेषता है(ये ऊर्जा के उपाय हैं)। यू, ए, क्यू - समान इकाइयों में मापा जाता है - kJ या kJ / mol।

आंतरिक ऊर्जा के अलावा, अन्य प्रकार की ऊर्जा भी हैं: विद्युत चुम्बकीय, विद्युत, रासायनिक, थर्मल, आदि।

एक अन्य प्रकार की ऊर्जा, जो कि राज्य का थर्मोडायनामिक कार्य भी है - थैलेपी-एच। तापीय धारिता- अपने गठन के दौरान पदार्थ द्वारा संचित यह ऊर्जा विस्तारित प्रणाली की ऊर्जा है, यह प्रणाली की गर्मी सामग्री है ... एन्थैल्पी के लिए गणितीय व्यंजक:

एच = यू + ए

वे। एन्थैल्पी आंतरिक ऊर्जा द्वारा निर्धारित होती है। गैस प्रणालियों के लिए थैलेपी और आंतरिक ऊर्जा एक दूसरे से बहुत भिन्न होती है, लेकिन संघनित प्रणालियों के लिए बहुत कम होती है: तरल और ठोस।

चूँकि एन्थैल्पी भी अवस्था का एक फलन है, अर्थात्। पूरी तरह से सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति से निर्धारित होता है, तो सिस्टम के थैलेपी में परिवर्तन के बारे में बात करना सही है:

= Н 2 - 1

ΔН = ΔU + А = PΔV, जहां

पी - दबाव ; काम के बारे में क्या; वी- मात्रा में परिवर्तन।

PΔV - विस्तार कार्य

एन्थैल्पी विपरीत चिन्ह वाले निकाय की ऊष्मा के बराबर होती है।

परिचय।थर्मोडायनामिक गणना इस प्रक्रिया की संभावना के बारे में निष्कर्ष निकालना संभव बनाती है, रासायनिक प्रतिक्रिया करने के लिए शर्तों का चयन करती है, उत्पादों की संतुलन संरचना का निर्धारण करती है, प्रारंभिक सामग्री और उत्पाद की पैदावार के रूपांतरण की सैद्धांतिक रूप से प्राप्त डिग्री की गणना करती है, साथ ही साथ ऊर्जा प्रभाव (प्रतिक्रिया की गर्मी, एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन की गर्मी), जो ऊर्जा संतुलन और ऊर्जा लागत के निर्धारण के लिए आवश्यक है।

ऊष्मप्रवैगिकी की सबसे महत्वपूर्ण अवधारणाएँ "प्रक्रिया ऊष्मा" और "कार्य" हैं। थर्मोडायनामिक सिस्टम की स्थिति को दर्शाने वाली मात्रा को थर्मोडायनामिक पैरामीटर कहा जाता है। इनमें शामिल हैं: तापमान, दबाव, विशिष्ट मात्रा, घनत्व, दाढ़ की मात्रा, विशिष्ट आंतरिक ऊर्जा। माना थर्मोडायनामिक सिस्टम के द्रव्यमान (या पदार्थ की मात्रा) के आनुपातिक मात्रा को कहा जाता है बहुत बड़ा;यह आयतन, आंतरिक ऊर्जा, थैलीपी, एन्ट्रापी है। गहनमात्राएं थर्मोडायनामिक सिस्टम के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं होती हैं, और केवल वे राज्यों के थर्मोडायनामिक पैरामीटर के रूप में कार्य करती हैं। यह तापमान, दबाव और भी है बहुत बड़ाकिसी पदार्थ के द्रव्यमान, आयतन या मात्रा की एक इकाई को संदर्भित मात्राएँ। रासायनिक-तकनीकी प्रक्रियाओं में तेजी लाने के लिए गहन मापदंडों को बदलना कहलाता है गहनता

एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं में, प्रारंभिक पदार्थों (यू 1) की आंतरिक ऊर्जा की आपूर्ति परिणामी उत्पादों (यू 2) की तुलना में अधिक होती है। अंतर ∆U = U 1 - U 2 ऊष्मा के रूप में परिवर्तित हो जाता है। इसके विपरीत, ऊष्मा की एक निश्चित मात्रा के अवशोषण के कारण ऊष्माशोषी अभिक्रियाओं के दौरान पदार्थों की आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है (U2>U1)। U को J / mol में व्यक्त किया जाता है या तकनीकी गणना में उन्हें 1 kg या 1 m 3 (गैसों के लिए) के रूप में संदर्भित किया जाता है। प्रतिक्रियाओं या एकत्रीकरण, या मिश्रण, विघटन के थर्मल प्रभावों का अध्ययन भौतिक रसायन विज्ञान या रासायनिक थर्मोडायनामिक्स - थर्मोकैमिस्ट्री के अनुभाग द्वारा किया जाता है। थर्मोकेमिकल समीकरण प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव को इंगित करते हैं। उदाहरण के लिए: सी (ग्रेफाइट) + ओ 2 = सीओ 2 +393.77 केजे / एमओएल। अपघटन की ऊष्मा का विपरीत चिन्ह होता है। उन्हें निर्धारित करने के लिए, तालिकाओं का उपयोग किया जाता है। डीपी कोनोवलोव के अनुसार, दहन की गर्मी अनुपात से निर्धारित होती है: क्यू दहन = 204.2n + 44.4m + x (kJ / mol), जहां n 1 मोल के पूर्ण दहन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन के मोल की संख्या है दिया गया पदार्थ, m किसी पदार्थ के 1 मोल के दहन के दौरान बनने वाले मोल जल की संख्या है, ∑x दी गई समजातीय श्रेणी के लिए एक सुधार स्थिरांक है। अधिक अनिर्धारितता, अधिक ∑x।

एसिटिलीन श्रृंखला के हाइड्रोकार्बन के लिए, x = 213 kJ / mol। एथिलीन हाइड्रोकार्बन के लिए x = 87.9 kJ / mol। संतृप्त हाइड्रोकार्बन के लिए ∑x = 0. यदि यौगिक अणु में विभिन्न प्रकार के कार्यात्मक समूह और प्रकार के बंधन होते हैं, तो ऊष्मीय विशेषता को योग द्वारा पाया जाता है।

प्रतिक्रिया का गर्मी प्रभाव प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन की गर्मी के योग के बराबर है, प्रारंभिक पदार्थों के गठन की गर्मी का योग, प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले सभी पदार्थों के मोल की संख्या को ध्यान में रखते हुए। उदाहरण के लिए, एक सामान्य प्रतिक्रिया के लिए: n 1 A + n 2 B = n 3 C + n 4 D + Q x थर्मल प्रभाव: Q x = (n 3 QC arr + n 4 QD arr) - (n 1 QA arr + एन 2 क्यूबी गिरफ्तारी)

प्रतिक्रिया का ऊष्मा प्रभाव सभी अभिकारकों के मोलों की संख्या को ध्यान में रखते हुए, प्रारंभिक पदार्थों के दहन की ऊष्मा के योग के बराबर होता है, जो प्रतिक्रिया उत्पादों के दहन की ऊष्मा का योग होता है। समान सामान्य प्रतिक्रिया के लिए:

क्यू एक्स = (एन 1 क्यू ए दहन + एन 2 क्यू बी दहन) - (एन 3 क्यू सी दहन + एन 4 क्यू डी दहन)

संभावनासंतुलन प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम को थर्मोडायनामिक संतुलन के स्थिरांक द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो निम्न द्वारा निर्धारित किया जाता है:

р = ई - ∆ जी / (आरटी) = ई - ∆ एच º / आरटी ∙ ई ∆ एस º / आर इस अभिव्यक्ति के विश्लेषण से यह देखा जा सकता है कि एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए (क्यू< 0, एचº> 0) एन्ट्रापी में कमी के साथ (∆Sº .)< 0) самопроизвольное протекание реакции невозможно так как - जी> 0... निम्नलिखित में, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण पर अधिक विस्तार से विचार किया जाएगा।

व्याख्यान 4.

ऊष्मप्रवैगिकी के बुनियादी नियम। ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम। ऊष्मा क्षमता और एन्थैल्पी। अभिक्रिया की एन्थैल्पी। एक यौगिक के गठन की थैलीपी। दहन थैलीपी। हेस का नियम और प्रतिक्रिया की थैलीपी।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम:प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा (∆Е) में परिवर्तन बाहरी बलों (ए ′) के काम के बराबर है और स्थानांतरित गर्मी की मात्रा (क्यू): 1) ∆Е = ए ′ + क्यू; या (दूसरा प्रकार) 2) क्यू = + ए - सिस्टम (क्यू) को हस्तांतरित गर्मी की मात्रा इसकी आंतरिक ऊर्जा (∆Е) और सिस्टम द्वारा किए गए कार्य (ए) को बदलने पर खर्च की जाती है। यह ऊर्जा के संरक्षण के नियम के प्रकारों में से एक है। यदि सिस्टम की स्थिति में परिवर्तन बहुत छोटा है, तो: dQ = dE + A - छोटे (δ) परिवर्तनों के लिए ऐसा रिकॉर्ड। गैस के लिए (आदर्श) = pdV. आइसोकोरिक प्रक्रिया में δА = 0, फिर Q V = dE, क्योंकि dE = C V dT, फिर δQ V = C V dT, जहां C V स्थिर आयतन पर ताप क्षमता है। एक छोटी तापमान सीमा में, ताप क्षमता स्थिर होती है, इसलिए Q V = C V ∆T। इस समीकरण से, सिस्टम की गर्मी क्षमता और प्रक्रियाओं की गर्मी निर्धारित करना संभव है। सी वी - जूल-लेन्ज़ कानून के अनुसार। उपयोगी कार्य किए बिना एक समदाब रेखीय प्रक्रिया में, यह ध्यान में रखते हुए कि p स्थिर है और इसे विभेदक चिह्न के अंतर्गत कोष्ठक में रखा जा सकता है, अर्थात, Q P = dE + pdV = d (E + pV) = dH, यहाँ H की एन्थैल्पी है प्रणाली। एन्थैल्पी प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा (ई) और दबाव और आयतन के गुणनफल का योग है। ऊष्मा की मात्रा को समदाब रेखीय ताप क्षमता (С ) के माध्यम से व्यक्त किया जा सकता है: Q P = dT, Q V = ∆E (V = const) और Q P = ∆H (p = const) - सामान्यीकरण के बाद। यह इस प्रकार है कि सिस्टम द्वारा प्राप्त गर्मी की मात्रा विशिष्ट रूप से एक निश्चित राज्य फ़ंक्शन (एंथैल्पी) में परिवर्तन द्वारा निर्धारित की जाती है और केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं पर निर्भर करती है और पथ के आकार पर निर्भर नहीं करती है जिसके साथ प्रक्रिया विकसित। यह प्रावधान रासायनिक प्रतिक्रियाओं के ऊष्मीय प्रभावों के प्रश्न पर विचार करता है।

प्रतिक्रिया का गर्मी प्रभावएक रासायनिक चर में परिवर्तन के लिए जिम्मेदार है गर्मी की मात्राउस प्रणाली द्वारा प्राप्त किया गया जिसमें रासायनिक प्रतिक्रिया हुई और प्रतिक्रिया उत्पादों ने प्रारंभिक अभिकर्मकों का तापमान लिया (एक नियम के रूप में, क्यू वी और क्यू पी)।

के साथ प्रतिक्रियाएं नकारात्मक थर्मल प्रभावअर्थात्, वातावरण में ऊष्मा के मुक्त होने के साथ, ऊष्माक्षेपी कहलाते हैं। के साथ प्रतिक्रियाएं सकारात्मकऊष्मीय प्रभाव, अर्थात्, पर्यावरण से ऊष्मा के अवशोषण के साथ जाना, कहलाता है ऊष्माशोषी

स्टोइकोमेट्रिक प्रतिक्रिया समीकरण होगा: (1) ∆H = ∑b J H J - a i H i या ∆H = ∑y i H i; j - उत्पाद प्रतीक, i - अभिकर्मक प्रतीक।

यह स्थितिनाम धारण करता है हेस का नियम: मात्रा ई i, एच मैं प्रणाली की स्थिति के कार्य हैं और, परिणामस्वरूप, ∆H और ∆E, और इस प्रकार थर्मल प्रभाव QV और Q p (QV = ∆E, Q p = ∆H) केवल पर निर्भर करता है दी गई शर्तों के तहत कौन से पदार्थ प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हैं और कौन से उत्पाद प्राप्त होते हैं, लेकिन उस पथ पर निर्भर नहीं होते हैं जिसके साथ रासायनिक प्रक्रिया (प्रतिक्रिया तंत्र) हुई थी।

दूसरे शब्दों में, एक रासायनिक प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी प्रतिक्रिया घटकों के गठन के उत्साह के योग के बराबर होती है, जो संबंधित घटकों के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक द्वारा गुणा की जाती है, उत्पादों के लिए प्लस चिह्न के साथ और माइनस साइन के साथ लिया जाता है आरंभिक सामग्री। आइए एक उदाहरण के रूप में खोजें H प्रतिक्रिया के लिए PCl 5 + 4H 2 O = H 3 PO 4 + 5HCl (2)

प्रतिक्रिया घटक के गठन के थैलेपीज़ के सारणीबद्ध मान क्रमशः पीसीएल 5 - 463 केजे / एमओएल, पानी (तरल) के लिए - 286.2 केजे / एमओएल, एच 3 पीओ 4 - 1288 केजे / एमओएल के लिए हैं। एचसीएल (गैस) - 92.4 kJ / mol। इन मानों को सूत्र में प्रतिस्थापित करते हुए: Q V = , हम प्राप्त करते हैं:

H = -1288 + 5 (-92.4) - (- 463) -4 (-286.2) = - 142kJ / mol

कार्बनिक यौगिकों के साथ-साथ सीओ के लिए, दहन प्रक्रिया को सीओ 2 और एच 2 ओ तक ले जाना आसान है। रचना के कार्बनिक यौगिक के दहन का स्टोइकोमेट्रिक समीकरण सी एम एच एन ओ पी फॉर्म में लिखा गया है :

(3) सी एम एच एन ओ पी + (पी-एम-एन / 4) ओ 2 = एमसीओ 2 + एन / 2 एच 2 ओ

इसलिए, (1) के अनुसार दहन की एन्थैल्पी को इसके गठन की एन्थैल्पी और सीओ 2 और एच 2 ओ के गठन के माध्यम से व्यक्त किया जा सकता है:

H s = m∆H CO 2 + n / 2 ∆H H 2 O -∆H CmHnOp

एक कैलोरीमीटर का उपयोग करके अध्ययन के तहत यौगिक के दहन की गर्मी का निर्धारण करने और H CO 2 और ∆H H 2 O जानने के बाद, कोई भी इसके गठन की थैलीपी का पता लगा सकता है।

हेस का नियमआपको किसी भी प्रतिक्रिया के उत्साह की गणना करने की अनुमति देता है, यदि प्रतिक्रिया के प्रत्येक घटक के लिए इसकी थर्मोडायनामिक विशेषताओं में से एक ज्ञात है - सरल पदार्थों से एक यौगिक के गठन की थैलीपी। साधारण पदार्थों से एक यौगिक के निर्माण की थैलीपी को ∆H प्रतिक्रिया के रूप में समझा जाता है, जो कि एकत्रीकरण और एलोट्रोपिक संशोधनों के अपने विशिष्ट राज्यों में लिए गए तत्वों से एक यौगिक के एक मोल के गठन की ओर ले जाती है।

व्याख्यान 5.

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम। एन्ट्रॉपी। गिब्स समारोह। रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान गिब्स के कार्य में परिवर्तन। संतुलन स्थिरांक और गिब्स कार्य करते हैं। प्रतिक्रिया संभावना का थर्मोडायनामिक अनुमान।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियमइस कथन को कहा गया है कि दूसरी तरह की परपेचुअल मोशन मशीन का निर्माण असंभव है। कानून अनुभवजन्य रूप से प्राप्त किया गया है और इसमें एक दूसरे के बराबर दो सूत्र हैं:

ए) एक प्रक्रिया असंभव है, जिसका एकमात्र परिणाम एक निश्चित शरीर से प्राप्त सभी गर्मी का एक समान कार्य में परिवर्तन है;

बी) एक प्रक्रिया असंभव है, जिसका एकमात्र परिणाम गर्मी के रूप में ऊर्जा को कम गर्म शरीर से अधिक गर्म शरीर में स्थानांतरित करना है।

फ़ंक्शन Q / T कुछ फ़ंक्शन S का कुल अंतर है: dS = (δQ / T) नमूना (1) - इस फ़ंक्शन S को शरीर की एन्ट्रॉपी कहा जाता है।

यहाँ Q और S एक दूसरे के समानुपाती हैं, अर्थात जब (Q) (S) बढ़ता है, तो बढ़ता है, और इसके विपरीत। समीकरण (1) एक संतुलन (प्रतिवर्ती) प्रक्रिया से मेल खाती है। यदि प्रक्रिया कोई संतुलन नहीं है, तो एन्ट्रापी बढ़ जाती है, फिर (1) रूपांतरित हो जाता है:

डीएस≥ (δक्यू / टी)(2) इस प्रकार, गैर-संतुलन प्रक्रियाओं के दौरान, सिस्टम की एन्ट्रापी बढ़ जाती है। यदि (2) को ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम में प्रतिस्थापित किया जाता है, तो हम प्राप्त करते हैं: dE≤TdS-δA। इसे इस रूप में लिखने की प्रथा है: dE≤TdS-δA'-pdV, इसलिए: A'≤-dE + TdS-pdV, यहाँ pdV संतुलन विस्तार का कार्य है, δA'- उपयोगी कार्य। समद्विबाहु-समतापीय प्रक्रिया के लिए इस असमानता के दोनों पक्षों का एकीकरण असमानता की ओर ले जाता है: ए 'वी'≤-∆ई + टीएस(3). और एक समदाब रेखीय-समतापीय प्रक्रिया के लिए एकीकरण (T = const, p = const) - असमानता के लिए:

ए 'पी ≤ - ∆E + T∆S - p∆V = -∆H + T∆S (4)

सही भागों (3 और 4) को क्रमशः कुछ कार्यों में परिवर्तन के रूप में लिखा जा सकता है:

एफ = ई-टीएस(5) और जी = ई-टीएस + पीवी; या जी = एच-टीएस (6)

एफ हेल्महोल्ट्ज ऊर्जा है, और जी गिब्स ऊर्जा है, तो (3 और 4) को ए 'वी ≤-∆F (7) और ए' पी ≤-∆G (8) के रूप में लिखा जा सकता है। समानता का नियम एक संतुलन प्रक्रिया से मेल खाता है। इस स्थिति में, सबसे उपयोगी कार्य किया जाता है, अर्थात (A 'V) MAX = -∆F, और (A' P) MAX = -∆G। F और G को क्रमशः आइसोकोरिक-आइसोथर्मल और आइसोबैरिक-आइसोथर्मल पोटेंशिअल कहा जाता है।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं का संतुलनएक प्रक्रिया (ऊष्मप्रवैगिकी) द्वारा विशेषता जिसमें प्रणाली संतुलन राज्यों की एक सतत श्रृंखला से गुजरती है। इनमें से प्रत्येक अवस्था को थर्मोडायनामिक मापदंडों की अपरिवर्तनीयता (समय में) और सिस्टम में पदार्थ और गर्मी के प्रवाह की अनुपस्थिति की विशेषता है। संतुलन अवस्था को संतुलन की गतिशील प्रकृति की विशेषता है, अर्थात्, आगे और पीछे की प्रक्रियाओं की समानता, गिब्स ऊर्जा का न्यूनतम मूल्य और हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा (अर्थात, dG = 0 और d 2 G> 0; dF = 0 और घ 2 एफ> 0)। गतिशील संतुलन में, आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर समान होती है।समानता का भी सम्मान होना चाहिए:

μ जे डीएन जे = 0, जहां µ J = (ðG / ðn J) T, P, h = G J, घटक J की रासायनिक क्षमता है; n J घटक J (mol) की मात्रा है। एक बड़ा µ J मान कणों की उच्च प्रतिक्रियाशीलता को इंगित करता है।

Gº = -RTLnК р(9)

समीकरण (9) को वान्ट हाफ इज़ोटेर्म समीकरण कहा जाता है। कई हज़ारों रासायनिक यौगिकों के संदर्भ साहित्य में तालिकाओं में Gº मान।

р = ई - जी / (आरटी) = ई - ∆ एच º / आरटी ∙ ई एस º / आर (11)। (11) से प्रतिक्रिया की संभावना का थर्मोडायनामिक अनुमान देना संभव है। अत: ऊष्माक्षेपी अभिक्रियाओं (∆Нº .) के लिए<0), протекающих с возрастанием энтропии, К р >1, और जी<0, то есть реакция протекает самопроизвольно. Для экзотермических реакций (∆Нº>0) एन्ट्रापी (∆Sº> 0) में कमी के साथ, एक सहज प्रक्रिया असंभव है।

यदि Hº और Sº का एक ही चिन्ह है, तो प्रक्रिया की थर्मोडायनामिक संभावना ∆Hº, ∆Sº और Tº के विशिष्ट मूल्यों द्वारा निर्धारित की जाती है।

आइए, अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया के उदाहरण का उपयोग करते हुए, प्रक्रिया को अंजाम देने की संभावना पर o और ∆S o के संयुक्त प्रभाव पर विचार करें:

इस प्रतिक्रिया के लिए, H o 298 = -92.2 kJ / mol, ∆S o 298 = -198 J / (mol * K), T∆S o 298 = -59 kJ / mol, ∆G लगभग 298 = -33, 2 केजे / मोल।

दिए गए डेटा से यह देखा जा सकता है कि एन्ट्रापी में परिवर्तन नकारात्मक है और प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम का पक्ष नहीं लेता है, लेकिन साथ ही इस प्रक्रिया को एक बड़े नकारात्मक थैलेपी प्रभाव ∆Hº की विशेषता है, जिसके कारण प्रक्रिया हो सकती है किया गया। तापमान में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया, जैसा कि कैलोरीमेट्रिक डेटा द्वारा दिखाया गया है, और भी अधिक एक्ज़ोथिर्मिक हो जाता है (T = 725K, ∆Н = -113 kJ / mol पर), लेकिन ∆S о के नकारात्मक मान के साथ, तापमान में वृद्धि प्रक्रिया होने की संभावना को बहुत कम कर देता है।

शिक्षा के लिए संघीय एजेंसी

अंगार्स्क राज्य तकनीकी अकादमी

रसायनिकी विभाग

कोर्स वर्क

अनुशासन में "रसायन विज्ञान"

थीम:

थर्मोडायनामिक क्षमता का निर्धारण

प्रतिक्रिया में रासायनिक प्रक्रियाओं का क्रम:

निष्पादक: *********.

समूह छात्र ईयूपी-08-10

पर्यवेक्षक:

रसायन विज्ञान विभाग के एसोसिएट प्रोफेसर

कुज़नेत्सोवा टी.ए.

अंगार्स्क 2009

टर्म पेपर के लिए असाइनमेंट

1. अभिक्रिया में भाग लेने वाले सभी प्रतिभागियों की भौतिक-रासायनिक विशेषताएँ और उन्हें तैयार करने की विधियाँ बताइए।

4. प्रतिक्रिया की संभावना निर्धारित करें एच 2+ NS 2=2 एचसीएलमानक परिस्थितियों में और तापमान पर = 1000 के.

5. Temkin-Shvartsman विधि का प्रयोग करके ताप पर परिकलित करें = 1200, = 1500। निर्भरता की साजिश रचकर, उस तापमान को ग्राफिक रूप से निर्धारित करें जिस पर प्रक्रिया आगे की दिशा में सहज के रूप में संभव है।

1. सैद्धांतिक भाग

1.1 इथेनॉल और इसके गुण

इथेनॉल - एक रंगहीन मोबाइल तरल जिसमें एक विशिष्ट गंध और तीखा स्वाद होता है।

तालिका 1. इथेनॉल के भौतिक गुण

पानी, ईथर, एसीटोन और कई अन्य कार्बनिक सॉल्वैंट्स के साथ गलत; ज्वलनशील; इथेनॉल हवा के साथ विस्फोटक मिश्रण बनाता है (मात्रा के हिसाब से 3.28-18.95%)। इथेनॉल में मोनोहाइड्रिक अल्कोहल के सभी रासायनिक गुण होते हैं, उदाहरण के लिए, यह क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के साथ अल्कोहल बनाता है, एसिड के साथ एस्टर, इथेनॉल ऑक्सीकरण के दौरान एसिटालडिहाइड, और निर्जलीकरण के दौरान एथिलीन और एथिल ईथर। एथेनॉल के क्लोरीनीकरण से क्लोरल बनता है।

1.2 इथेनॉल के उत्पादन के लिए तरीके

एथेनॉल के उत्पादन की 2 मुख्य विधियाँ हैं - सूक्ष्मजीवविज्ञानी (सूक्ष्मजीवविज्ञानी) किण्वनतथा हाइड्रोलिसिस) और सिंथेटिक:

किण्वन

लंबे समय से ज्ञात इथेनॉल के उत्पादन की एक विधि चीनी (बीट्स, आदि) युक्त कार्बनिक उत्पादों का अल्कोहलिक किण्वन है। स्टार्च, आलू, चावल, मक्का, लकड़ी आदि का ज़ाइमेज़ एंजाइम की क्रिया के तहत प्रसंस्करण समान दिखता है। यह प्रतिक्रिया काफी जटिल है, इसकी योजना को समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:

सी 6 एच 12 ओ 6 → 2सी 2 एच 5 ओएच + 2सीओ 2

किण्वन के परिणामस्वरूप, एक समाधान प्राप्त होता है जिसमें 15% से अधिक इथेनॉल नहीं होता है, क्योंकि अधिक केंद्रित समाधानों में खमीर आमतौर पर मर जाता है। इस प्रकार प्राप्त इथेनॉल को आमतौर पर आसवन द्वारा शुद्ध और केंद्रित करने की आवश्यकता होती है।

जैविक कच्चे माल से अल्कोहल का औद्योगिक उत्पादन

डिस्टिलरीज

हाइड्रोलिसिस उत्पादन

हाइड्रोलिसिस उत्पादन के लिए, सेल्यूलोज युक्त कच्चे माल का उपयोग किया जाता है - लकड़ी, पुआल।

किण्वन उत्पादन से अपशिष्ट स्थिर और फ़्यूज़ल तेल है

एथिलीन जलयोजन

उद्योग में, पहली विधि के साथ, एथिलीन जलयोजन का उपयोग किया जाता है। हाइड्रेशन दो तरह से किया जा सकता है:

300 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर प्रत्यक्ष जलयोजन, 7 एमपीए का दबाव, सिलिका जेल पर लागू ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड, सक्रिय कार्बन या एस्बेस्टस उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है:

सीएच 2 = सीएच 2 + एच 2 ओ → सी 2 एच 5 ओएच

एक मध्यवर्ती सल्फ्यूरिक एसिड एस्टर के चरण के माध्यम से जलयोजन, इसके हाइड्रोलिसिस के बाद (80-90 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर और 3.5 एमपीए का दबाव):

सीएच 2 = सीएच 2 + एच 2 एसओ 4 → सीएच 3 -सीएच 2 -ओएसओ 2 ओएच (एथिल सल्फ्यूरिक एसिड)

सीएच 3 -सीएच 2 -ओएसओ 2 ओएच + एच 2 ओ → सी 2 एच 5 ओएच + एच 2 एसओ 4

डायथाइल ईथर के निर्माण से यह प्रतिक्रिया जटिल है।

इथेनॉल शुद्धि

एथेनॉल, एथिलीन के जलयोजन या किण्वन द्वारा प्राप्त किया जाता है, एक जल-अल्कोहल मिश्रण होता है जिसमें अशुद्धियाँ होती हैं। इसके औद्योगिक, खाद्य और औषधीय उपयोग के लिए शुद्धिकरण की आवश्यकता होती है। भिन्नात्मक आसवन से मात्रा के हिसाब से लगभग 95.6% की सांद्रता के साथ इथेनॉल प्राप्त होता है; इस अविभाज्य एज़ोट्रोपिक मिश्रण में 4.4% पानी (wt) होता है और इसका क्वथनांक 78.2 ° C होता है।

आसवन इथेनॉल को कार्बनिक पदार्थों (अभी भी नीचे) के अत्यधिक अस्थिर और भारी अंशों दोनों से मुक्त करता है।

पूर्ण शराब

निरपेक्ष अल्कोहल एथिल अल्कोहल है जिसमें वस्तुतः पानी नहीं होता है। 78.39 डिग्री सेल्सियस पर उबालने पर कम से कम 4.43% पानी युक्त रेक्टिफाइड अल्कोहल 78.15 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है। बेंजीन और अन्य विधियों से युक्त जलीय अल्कोहल के आसवन द्वारा प्राप्त किया जाता है।

1.3 आवेदन

ईंधन

इथेनॉल का उपयोग ईंधन के रूप में किया जा सकता है (रॉकेट इंजन, आंतरिक दहन इंजन सहित)।

रसायन उद्योग

एसीटैल्डिहाइड, डायथाइल ईथर, टेट्राएथिल लेड, एसिटिक एसिड, क्लोरोफॉर्म, एथिल एसीटेट, एथिलीन, आदि जैसे कई रसायनों के उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में कार्य करता है;

· यह व्यापक रूप से विलायक के रूप में उपयोग किया जाता है (पेंट उद्योग में, घरेलू रसायनों और कई अन्य क्षेत्रों के उत्पादन में);

· एंटीफ्ीज़र का एक घटक है।

दवा

एथिल अल्कोहल मुख्य रूप से एक एंटीसेप्टिक के रूप में प्रयोग किया जाता है

बाहरी रूप से कीटाणुनाशक और सुखाने वाले एजेंट के रूप में;

· दवाओं के लिए विलायक, टिंचर तैयार करने के लिए, पौधों की सामग्री से अर्क, आदि;

टिंचर और अर्क के लिए परिरक्षक (न्यूनतम एकाग्रता 18%)

इत्र और सौंदर्य प्रसाधन

यह विभिन्न सुगंधित पदार्थों और इत्र, कोलोन आदि के मुख्य घटक के लिए एक सार्वभौमिक विलायक है। यह विभिन्न प्रकार के लोशन का हिस्सा है।

खाद्य उद्योग

पानी के साथ, यह मादक पेय (वोदका, व्हिस्की, जिन, आदि) का एक आवश्यक घटक है। यह कई किण्वित पेय पदार्थों में भी कम मात्रा में निहित होता है जिन्हें मादक (केफिर, क्वास, कुमिस, गैर-मादक बीयर, आदि) के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जाता है। ताजा केफिर में इथेनॉल की मात्रा नगण्य (0.12%) होती है, लेकिन लंबे समय तक, विशेष रूप से गर्म स्थान पर, यह 1% तक पहुंच सकती है। कुमिस में 1-3% इथेनॉल (4.5% तक मजबूत), क्वास में - 0.6 से 2.2% तक होता है। भोजन के स्वाद के लिए विलायक। इसका उपयोग बेकरी उत्पादों के साथ-साथ कन्फेक्शनरी उद्योग में परिरक्षक के रूप में किया जाता है

1.4 एथिलीन। भौतिक और रासायनिक गुण

किए गए कार्य के परिणामों के आधार पर, निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं:

एक मानक तापमान = 298K, साथ ही T = 500K पर, प्रतिक्रिया गर्मी के अवशोषण के साथ आगे बढ़ती है और इसे एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया कहा जाता है।

पर ,

पर ,

एन्ट्रापी के प्राप्त मूल्यों के आधार पर

पर ,

पर , यह स्पष्ट है कि:

जिससे यह पता चलता है कि T = 1000K पर सिस्टम T = 298K की तुलना में कम व्यवस्थित है (पदार्थ में परमाणु और अणु अधिक अव्यवस्थित रूप से चलते हैं)।

मानक तापमान = 298 K पर प्रतिक्रिया आगे की दिशा में आगे बढ़ती है, प्रतिक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ती है क्योंकि गिब्स मुक्त ऊर्जा

= 345 K और उससे अधिक के तापमान पर प्रतिक्रिया आगे की दिशा में आगे बढ़ती है, जिसे न केवल ग्राफ के लिए धन्यवाद देखा जा सकता है, बल्कि गिब्स मुक्त ऊर्जा के पाए गए मूल्यों से भी पुष्टि की जा सकती है:

1. गैमेट एल। "फंडामेंटल्स ऑफ फिजिकल ऑर्गेनिक केमिस्ट्री" एम।: मीर 1972।

2. हौप्टमैन जेड।, ग्रीफ वाई।, रेमेन एच।, "ऑर्गेनिक केमिस्ट्री" एम।: मीर 1979।

3. गेरासिमोव वाई.आई., ड्रेविंग वी.पी., एरेमिन ई.एन., किसिलेव ए.वी., लेबेदेव "भौतिक रसायन विज्ञान का पाठ्यक्रम" v.1 एम।: रसायन विज्ञान 1973।

4. ड्रैगो आर। "रसायन विज्ञान में भौतिक तरीके" एम।: मीर 1981।

5. ग्लिंका एन.एल. "सामान्य रसायन शास्त्र"

6. कुज़नेत्सोवा टी.ए., वोरोपाएवा टी.के. "विशेषता के छात्रों के लिए रसायन विज्ञान में पाठ्यक्रम कार्य के कार्यान्वयन के लिए पद्धति निर्देश - रासायनिक उद्योग उद्यमों में अर्थशास्त्र और प्रबंधन"

7. भौतिक और रासायनिक मात्राओं की एक त्वरित संदर्भ पुस्तक। ईडी। ए.ए. रावडेल और ए.एम. पोनोमेरेवा - एसपीबी।: "इवान फेडोरोव", 2003.-240s।, बीमार।

8. इंटरनेट स्रोत

परिशिष्ट 2