आंतरिक ऊर्जा और एंथैल्पी

ऊष्मागतिकी का परिचय

रसायन विज्ञान के अध्ययन और विशेष रूप से ऊष्मागतिकी में, दो महत्वपूर्ण अवधारणाएं हैं जिनका सामना आप करेंगे, आंतरिक ऊर्जा और एंथैल्पी। ये शब्द एक रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान ऊर्जा परिवर्तन को समझने और विभिन्न परिस्थितियों में एक प्रणाली के साथ ऊष्मा कैसे संपर्क करती है, इसे समझने के लिए उपयोगी हैं।

आंतरिक ऊर्जा की समझ

आंतरिक ऊर्जा एक अवधारणा है जो यह बताने की कोशिश करती है कि किसी पदार्थ के भीतर कुल ऊर्जा कितनी है। इसमें सभी गतिज ऊर्जा (कणों की गति के कारण) और संभावित ऊर्जा (कणों के बीच अंतःक्रिया के कारण) शामिल है जो पदार्थ के कणों में मौजूद होती है। एक रासायनिक प्रतिक्रिया में, आंतरिक ऊर्जा मूल रूप से रासायनिक बंधों में संग्रहित ऊर्जा और परमाणुओं और अणुओं की यादृच्छिक गति होती है।

एक बंद प्रणाली की कल्पना करें जहाँ कोई कण अंदर या बाहर नहीं जा सकता, और इसे गैस अणुओं से भरे एक बॉक्स की तरह मानें। इस बॉक्स की आंतरिक ऊर्जा को सभी अणुओं की गतिज ऊर्जाओं के योग और उनकी अंतःक्रियाओं से उत्पन्न ऊर्जा के रूप में देखा जा सकता है।

आंतरिक ऊर्जा का फार्मूला

किसी प्रणाली की कुल आंतरिक ऊर्जा U को इसके सभी संघटकों की गतिज ऊर्जा और संभावित ऊर्जा के योग के रूप में प्रदर्शित किया जाता है।

U = KE + PE

जहां:

• KE कुल गतिज ऊर्जा है।
• PE कुल संभावित ऊर्जा है।

एंथैल्पी की समझ

एंथैल्पी ऊर्जा का एक और रूप है, लेकिन यह उन ऊष्मीय परिवर्तनों से अधिक जुड़ा होता है जो स्थिर दाब पर होते हैं। एंथैल्पी को आंतरिक ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें प्रणाली के दाब और आयतन का गुणनफल होता है।

सरल शब्दों में, यदि आपके पास फुला हुआ गुब्बारा जैसी कोई प्रणाली है, तो इसके विस्तार के साथ, इसका आयतन बदलता है, जो बाहरी वायुमंडलीय दाब के विपरीत काम करता है। यह काम एंथैल्पी परिवर्तन का हिस्सा है।

एंथैल्पी का फार्मूला

एंथैल्पी H को गणितीय रूप से इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

H = U + PV

जहां:

• H एंथैल्पी है।
• U आंतरिक ऊर्जा है।
• P दाब है।
• V आयतन है।

पारस्परिक संबंध और भिन्नताएं

दोनों आंतरिक ऊर्जा और एंथैल्पी अवस्था फलन होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे केवल प्रणाली की वर्तमान अवस्था पर निर्भर करते हैं, न कि उस अवस्था तक पहुंचने के लिए प्रणाली ने कैसे किया। वे हमें प्रणाली में ऊष्मा स्थानांतरण और कार्य करने को समझने के साधन प्रदान करते हैं।

अंतर करते समय, ध्यान रखने योग्य बात यह है कि जहाँ आंतरिक ऊर्जा एक बन्द प्रणाली के सभी प्रकार की ऊर्जाओं पर विचार करती है, वहीं एंथैल्पी एक प्रणाली में निश्चित दाब पर स्थान या आयतन बनाने में आवश्यक ऊर्जा पर विचार करती है।

दृश्य उदाहरण: गैस गरम करना

गैस के एक कंटेनर पर विचार करें। गैस को गरम करने से उसकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है क्योंकि गैस के अणु तेजी से गति करने लगते हैं। यदि गैस गरम होते समय फैलती है, तो प्रणाली द्वारा कार्य किया जाता है (कंटेनर की दीवारों या वायुमंडल के खिलाफ धक्का देकर), जो कि एंथैल्पी परिवर्तन से जुड़ा होता है।

इस साधारण चित्रण में, कंटेनर के अंदर के पार्टिशन की गति गैस के गरम किए जाने के कारण दाईं ओर से आयतन में वृद्धि को उत्पन्न करती है।

एंथैल्पी के बारे में और जानकारी: प्रतिक्रिया की ऊष्मा

व्यवहार में, रसायनज्ञ अक्सर प्रतिक्रिया के दौरान एंथैल्पी में परिवर्तन, जिसे प्रतिक्रिया की ऊष्मा कहा जाता है, में रुचि रखते हैं। यह उत्पादों और अभिकारकों के बीच एंथैल्पी का अंतर है और इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

ΔH = H_products - H_reactants

उत्सर्जी अभिक्रियाएं: यदि ΔH नकारात्मक है, तो प्रतिक्रिया उत्सर्जक है, अर्थात यह अपने परिवेश में ऊष्मा निकालती है। उदाहरण के लिए, दहन प्रतिक्रियाएं आमतौर पर उत्सर्जक होती हैं।

एंडोथर्मिक अभिक्रियाएं: इसके विपरीत, यदि ΔH सकारात्मक है, तो प्रतिक्रिया उष्माशोषी होती है, जिसमें परिवेश से ऊष्मा की आवश्यकता होती है। इसका उदाहरण हो सकता है बर्फ का गलना या जल में अमोनियम नाइट्रेट का घुलना।

एंथैल्पी परिवर्तन के लिए उदाहरण गणना

आइए देखें कि एक रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान एंथैल्पी कैसे बदलती है। मान लें कि हमारे पास प्रोपेन का दहन हो:

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

प्रत्यास्थापक एंथैल्पी परिवर्तन को मानक गठन एंथैल्पी का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है:

ΔH = [3(ΔHf_CO2) + 4(ΔHf_H2O)] - [ΔHf_C3H8 + 5(ΔHf_O2)]

resulting ΔH यह बताएगा कि ऊष्मा अवशोषित या उत्सर्जित होती है, जो प्रतिक्रिया की ऊर्जा प्रोफ़ाइल के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करता है।

निष्कर्ष

रासायनिक अभिक्रियाओं में ऊष्मागतिक प्रक्रियाओं में गहराई से उतरते समय आंतरिक ऊर्जा और एंथैल्पी की समझ आवश्यक है। ये अवधारणाएं ऊर्जा रूपांतरणों का अध्ययन करने और ऊष्मागतिक परिप्रेक्ष्य से अभिक्रियाओं की जटिलताओं को समझने के लिए आधार के रूप में काम करती हैं। आंतरिक ऊर्जा के साथ, हम एक प्रणाली के भीतर आणविक ऊर्जा सामग्री का मूल्यांकन करते हैं, और एंथैल्पी के साथ, हम स्थिर दाब पर होने वाले परिवर्तनों का मूल्यांकन करते हैं, जिसमें चरण परिवर्तनों और रासायनिक रूपांतरण शामिल होते हैं। ये अवधारणाएं रसायनज्ञों के लिए प्रतिक्रिया व्यवहार की भविष्यवाणी करने के तरीके को काफी प्रभावित करती हैं, संतुलित ऊष्मात्मक समीकरण लिखती हैं, और प्रयोगशाला या औद्योगिक प्रक्रियाओं में स्थानांतरित ऊष्मा का अनुमान लगाती हैं।

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