मिश्रण की ऊष्मा: Difference between revisions
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* | * H<sub>(mixture)</sub> मिश्रण के बाद तंत्र की कुल तापीय धारिता है | ||
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* | * x<sub>i</sub> तंत्र में घटक i का मोल अंश है | ||
मिश्रण की एन्थैल्पी को मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा का उपयोग करके भी परिभाषित किया जा सकता है | * H<sub>i</sub> शुद्ध i की तापीय धारिता है | ||
मिश्रण की एन्थैल्पी को मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा का उपयोग करके भी निम्नलिखित रूप में परिभाषित किया जा सकता है | |||
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मिश्रण की एन्थैल्पी को विशेष रूप से सातत्य शासन के लिए परिभाषित किया गया है, जो आणविक- | यद्यपि, प्रयोगात्मक रूप से मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा और मिश्रण की एन्ट्रॉपी निर्धारित करना अत्यधिक कठिन होता है।<ref>{{Cite journal|last=Lin|first=Shu-Kun|year=1996|title=Gibbs paradox of entropy of mixing: experimental facts, its rejection and the theoretical consequences|url=http://www.mdpi.org/lin/ejtc027.pdf|journal=Electronic Journal of Theoretical Chemistry|volume=1|pages=135–150|doi=10.1002/ejtc.27|doi-access=free}}</ref> इस प्रकार, मिश्रण की एन्थैल्पी को अनुशंसित रूप से प्रयोगशालाओं में निर्धारित किया जाता है जिससे मिश्रण की ऊष्मागत की गणना करने के लिए एन्ट्रॉपी की गणना की जा सके। | ||
मिश्रण की एन्थैल्पी को विशेष रूप से सातत्य शासन के लिए परिभाषित किया गया है, जो आणविक-मापदंडों के प्रभावों को बाहर करता है यद्यपि, कुछ धातु-मिश्र धातु प्रणालियों जैसे कि Al-Co-Cr या β-Ti के लिए पहले-सिद्धांतों की गणना की गई है।<ref>{{Cite journal|last1=Liu|first1=Xuan L.|last2=Gheno|first2=Thomas|last3=Lindahl|first3=Bonnie B.|last4=Lindwall|first4=Greta|last5=Gleeson|first5=Brian|last6=Liu|first6=Zi-Kui|date=2015-04-13|title=अल-को-सीआर सिस्टम का प्रथम-सिद्धांत गणना, प्रायोगिक अध्ययन और थर्मोडायनामिक मॉडलिंग|journal=PLOS ONE|volume=10|issue=4|pages=e0121386|doi=10.1371/journal.pone.0121386|issn=1932-6203| pmc=4395364 |pmid=25875037|bibcode=2015PLoSO..1021386L|doi-access=free}}</ref> <ref>{{Cite journal|last1=Chandran|first1=Mahesh|last2=Subramanian|first2=P. R.|last3=Gigliotti|first3=Michael F.|date=2013-02-15|title=First principles calculation of mixing enthalpy of β-Ti with transition elements|journal=Journal of Alloys and Compounds|volume=550|pages=501–508|doi=10.1016/j.jallcom.2012.10.141}}</ref> | |||
जब दो पदार्थों को मिश्रित किया जाता है, तो जब तक पदार्थ एक आदर्श मिश्रण नहीं बनाते, परिणामी एन्थैल्पी शुद्ध घटक एन्थैल्पी का योग नहीं होता है।<ref name=":2">{{Cite web|url=http://www.et.byu.edu/~rowley/ChEn273/Topics/Energy_Balances/Nonreacting_Systems/Nonideal_Mixtures/Heat_of_Mixing.htm|title=Heat_of_Mixing|last=CB,378-2590,224-2707|first=Richard Rowley,350|website=www.et.byu.edu|access-date=2017-02-22}}</ref> अणुओं के प्रत्येक समुच्चयों के मध्य संवाद, थैलेपी में अंतिम परिवर्तन को निर्धारित करती है। उदाहरण के लिए, जब यौगिक "x" का यौगिक "y" के साथ एक शक्तिशाली आकर्षक अंतःक्रिया होती है, तो परिणामी एन्थैल्पी ऊष्माक्षेपी होती है।<ref name=":2" />अल्कोहल और हाइड्रोकार्बन के साथ इसकी अंतःक्रिया की स्थिति में, अल्कोहल अणु अन्य अल्कोहल अणुओं के साथ हाइड्रोजन बंधन में भाग लेता है, और ये हाइड्रोजन बंधन अंतःक्रिया अल्कोहल-हाइड्रोकार्बन अंतःक्रिया की तुलना में अत्यधिक शक्तिशाली होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण ऊष्माग्राही होता है।<ref>{{Cite journal|last1=Savini|first1=C. G.|last2=Winterhalter|first2=D. R.|last3=Kovach|first3=L. H.|last4=Van Ness|first4=H. C.|date=1966-01-01|title=आइसोथर्मल डाइल्यूशन कैलोरीमेट्री द्वारा मिश्रण के एंडोथर्मिक हीट्स।|journal=Journal of Chemical & Engineering Data|volume=11|issue=1|pages=40–43|doi=10.1021/je60028a009|issn=0021-9568}}</ref> | |||
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यह देखा जा सकता है कि मिश्रण की तापीय धारिता की भविष्यवाणी अविश्वसनीय रूप से जटिल है और ज्ञात होने के लिए | यह देखा जा सकता है कि मिश्रण की तापीय धारिता की भविष्यवाणी अविश्वसनीय रूप से जटिल है और ज्ञात होने के लिए तंत्र चर के ढेरों की आवश्यकता होती है। यह बताता है कि क्यों मिश्रण की तापीय धारिता आमतौर पर प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित की जाती है। | ||
== मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा से संबंध == | == मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा से संबंध == | ||
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इन समीकरणों में, मिश्रण की अधिकता और कुल एन्थैल्पी बराबर होती हैं क्योंकि मिश्रण की आदर्श एन्थैल्पी शून्य होती है। | इन समीकरणों में, मिश्रण की अधिकता और कुल एन्थैल्पी बराबर होती हैं क्योंकि मिश्रण की आदर्श एन्थैल्पी शून्य होती है। यद्यपि यह संबंधित गिब्स मुक्त ऊर्जा के लिए सही नहीं है। | ||
== आदर्श और नियमित मिश्रण == | == आदर्श और नियमित मिश्रण == |
Revision as of 22:34, 8 June 2023
ऊष्मप्रवैगिकी में, मिश्रण की तापीय धारिता या मिश्रण की ऊष्मा तथा अतिरिक्त तापीय धारिता, मिश्रण करने पर किसी रासायनिक पदार्थ से मुक्त होने वाली या आपेक्षिक ऊष्मा है।[1] जब किसी पदार्थ या रासायनिक यौगिक को किसी अन्य पदार्थ या यौगिक के साथ मिश्रित किया जाता है, तो मिश्रण की एन्थैल्पी दो पदार्थों या यौगिकों के बीच नई अंतःक्रियाओं का परिणाम होती है।[1]यह एन्थैल्पी, यदि ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया द्वारा जारी की जाती है, तो चरम परिस्थितियों में विस्फोट की संभावना बढ़ जाती है।
मिश्रण की एन्थैल्पी को प्रायः उन मिश्रणों की गणना में उपेक्षित किया जा सकता है जहाँ अन्य ऊष्मा प्रणालियाँ उपलब्ध होती हैं, या ऐसी स्थितियों में जहाँ आदर्श विलयन उपलब्ध होता है।[2]संकेत नियम, मिश्रण के एनथेल्पी के लिए भी एक ही है: जब मिश्रण की एन्थैल्पी सकारात्मक होती है, तो मिश्रण उष्माग्राही होता है, जबकि मिश्रण की ऋणात्मक एनथेल्पी, ऊष्माक्षेपी मिश्रण का संकेत करती है। आदर्श मिश्रण में, मिश्रण की एन्थैल्पी शून्य होती है। गैर-आदर्श मिश्रणों में, प्रत्येक घटक की ऊष्मिक गतिविधि अपने गुणांक प्रतिफलक के साथ अपनी आपूर्ति से भिन्न होती है।
ग्रेम-हगिन्स समाधान सिद्धांत बहुलक विलयनों के एनथेल्पी की गणना के लिए एक अनुमान है।
औपचारिक परिभाषा
किसी तरल के लिए, मिश्रण की एन्थैल्पी को निम्नानुसार परिभाषित किया जा सकता है[2]
जहाँ:
- H(mixture) मिश्रण के बाद तंत्र की कुल तापीय धारिता है
- ΔHmix मिश्रण की तापीय धारिता है
- xi तंत्र में घटक i का मोल अंश है
- Hi शुद्ध i की तापीय धारिता है
मिश्रण की एन्थैल्पी को मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा का उपयोग करके भी निम्नलिखित रूप में परिभाषित किया जा सकता है
यद्यपि, प्रयोगात्मक रूप से मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा और मिश्रण की एन्ट्रॉपी निर्धारित करना अत्यधिक कठिन होता है।[3] इस प्रकार, मिश्रण की एन्थैल्पी को अनुशंसित रूप से प्रयोगशालाओं में निर्धारित किया जाता है जिससे मिश्रण की ऊष्मागत की गणना करने के लिए एन्ट्रॉपी की गणना की जा सके।
मिश्रण की एन्थैल्पी को विशेष रूप से सातत्य शासन के लिए परिभाषित किया गया है, जो आणविक-मापदंडों के प्रभावों को बाहर करता है यद्यपि, कुछ धातु-मिश्र धातु प्रणालियों जैसे कि Al-Co-Cr या β-Ti के लिए पहले-सिद्धांतों की गणना की गई है।[4] [5]
जब दो पदार्थों को मिश्रित किया जाता है, तो जब तक पदार्थ एक आदर्श मिश्रण नहीं बनाते, परिणामी एन्थैल्पी शुद्ध घटक एन्थैल्पी का योग नहीं होता है।[6] अणुओं के प्रत्येक समुच्चयों के मध्य संवाद, थैलेपी में अंतिम परिवर्तन को निर्धारित करती है। उदाहरण के लिए, जब यौगिक "x" का यौगिक "y" के साथ एक शक्तिशाली आकर्षक अंतःक्रिया होती है, तो परिणामी एन्थैल्पी ऊष्माक्षेपी होती है।[6]अल्कोहल और हाइड्रोकार्बन के साथ इसकी अंतःक्रिया की स्थिति में, अल्कोहल अणु अन्य अल्कोहल अणुओं के साथ हाइड्रोजन बंधन में भाग लेता है, और ये हाइड्रोजन बंधन अंतःक्रिया अल्कोहल-हाइड्रोकार्बन अंतःक्रिया की तुलना में अत्यधिक शक्तिशाली होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण ऊष्माग्राही होता है।[7]
गणना
मिश्रण की एन्थैल्पी की गणना प्रायः प्रयोगात्मक रूप से कैलोरीमेट्री विधियों का उपयोग करके की जाती है। एक पृथक प्रणाली बनने के लिए एक बम कैलोरीमीटर बनाया जाता है। एक इंसुलेटेड फ्रेम और एक प्रतिक्रिया कक्ष के साथ, एक बम कैलोरीमीटर का उपयोग प्रतिक्रिया की गर्मी को स्थानांतरित करने या आसपास के पानी में मिलाने के लिए किया जाता है, जिसे बाद में तापमान के लिए गणना की जाती है। एक विशिष्ट समाधान समीकरण का उपयोग करेगा (उपर्युक्त परिभाषा से प्राप्त) प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित कुल-मिश्रण एन्थैल्पी और सारणीबद्ध शुद्ध प्रजाति एन्थैल्पी के संयोजन के रूप में, अंतर मिश्रण की एन्थैल्पी के बराबर है।
अधिक जटिल मॉडल, जैसे फ्लोरी-हगिंस समाधान सिद्धांत | फ्लोरी-हगिंस और यूनिफैक मॉडल, मिश्रण की एन्थैल्पी की भविष्यवाणी की अनुमति देते हैं। फ्लोरी-हगिन्स समाधान सिद्धांत | फ्लोरी-हगिंस बहुलक मिश्रणों के लिए मिश्रण की एन्थैल्पी की गणना करने में उपयोगी है और एक बहुलता के दृष्टिकोण से एक प्रणाली पर विचार करता है।
समीकरणों का उपयोग करके UNIFAC को संशोधित करके मिश्रण की जैविक एन्थैल्पी की गणना की जा सकती है[8] *
कहाँ:
- = i का द्रव मोल अंश
- = i की आंशिक मोलर आधिक्य एन्थैल्पी
- = i में प्रकार k के समूहों की संख्या
- = समूह k की आधिक्य एन्थैल्पी
- = शुद्ध i में समूह k की आधिक्य एन्थैल्पी
- = समूह k का क्षेत्र पैरामीटर
- = समूह m का क्षेत्रफल अंश
- = मिश्रण में समूह m का मोल अंश
- = तापमान निर्भर समन्वय संख्या
यह देखा जा सकता है कि मिश्रण की तापीय धारिता की भविष्यवाणी अविश्वसनीय रूप से जटिल है और ज्ञात होने के लिए तंत्र चर के ढेरों की आवश्यकता होती है। यह बताता है कि क्यों मिश्रण की तापीय धारिता आमतौर पर प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित की जाती है।
मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा से संबंध
गिब्स-हेल्महोल्त्ज़ समीकरण के उपयोग से मिश्रण की अतिरिक्त संपत्ति गिब्स मुक्त ऊर्जा को मिश्रण के एन्थैल्पी से संबंधित किया जा सकता है:
या समकक्ष
इन समीकरणों में, मिश्रण की अधिकता और कुल एन्थैल्पी बराबर होती हैं क्योंकि मिश्रण की आदर्श एन्थैल्पी शून्य होती है। यद्यपि यह संबंधित गिब्स मुक्त ऊर्जा के लिए सही नहीं है।
आदर्श और नियमित मिश्रण
एक आदर्श समाधान वह होता है जिसमें दो शुद्ध पदार्थों का अंकगणितीय माध्य (मोल अंश के संबंध में) अंतिम मिश्रण के समान होता है। अन्य महत्वपूर्ण थर्मोडायनामिक सरलीकरणों में, इसका मतलब है कि मिश्रण की तापीय धारिता शून्य है: . आदर्श गैस कानून का पालन करने वाली कोई भी गैस आदर्श रूप से मिश्रण करने के लिए माना जा सकता है, जैसा कि हाइड्रोकार्बन और तरल पदार्थ समान आणविक इंटरैक्शन और गुणों के साथ कर सकते हैं।[2]
एक नियमित समाधान या मिश्रण में मिश्रण की एक आदर्श एन्ट्रापी के साथ मिश्रण की गैर-शून्य एन्थैल्पी होती है।[9][10] इस धारणा के तहत, के साथ रैखिक रूप से मापता है , और अतिरिक्त आंतरिक ऊर्जा के बराबर है।[11]
बाइनरी मिश्रणों को मिलाकर टर्नरी मिश्रण बनाना
बाइनरी मिश्रण के लिए टर्नरी बनाने के लिए मिश्रण की गर्मी को बाइनरी मिश्रण के मिश्रण अनुपात के एक समारोह के रूप में व्यक्त किया जा सकता है: [12]
अंतः आणविक बल
किसी मिश्रण की एन्थैल्पी में होने वाले परिवर्तनों में अन्तराअणुक बल मुख्य घटक होते हैं। मिश्रित अणुओं के बीच मजबूत आकर्षक बल, जैसे कि हाइड्रोजन बंधन|हाइड्रोजन-बॉन्डिंग, प्रेरित द्विध्रुव अन्योन्यक्रिया|प्रेरित-द्विध्रुवीय, और द्विध्रुव-द्विध्रुव बल|द्विध्रुव-द्विध्रुव अंतःक्रियाएं मिश्रण की कम एन्थैल्पी और गर्मी की रिहाई का परिणाम हैं।[6]यदि जल-हेक्सेन समाधान में पानी के बीच एच-बांड जैसे समान-अणुओं के बीच मजबूत इंटरैक्शन मौजूद हैं, तो मिश्रण में उच्च कुल तापीय धारिता होगी और गर्मी को अवशोषित करेगा।
यह भी देखें
- स्पष्ट दाढ़ संपत्ति
- तापीय धारिता
- विलयन का एन्थैल्पी परिवर्तन
- अतिरिक्त मोलर मात्रा
- मिश्रण की एन्ट्रॉपी
- उष्मामिति
- मिडेमा का मॉडल
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 Carlson, Phillip (2002). खतरनाक रसायन हैंडबुक (2nd ed.). Elsevier. p. 52. ISBN 978-0-7506-4888-2.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 Sinnot, Ray K (2009). केमिकल इंजीनियरिंग डिजाइन - एसआई संस्करण (5th ed.). Elsevier. p. 95. ISBN 978-0-7506-8551-1.
- ↑ Lin, Shu-Kun (1996). "Gibbs paradox of entropy of mixing: experimental facts, its rejection and the theoretical consequences" (PDF). Electronic Journal of Theoretical Chemistry. 1: 135–150. doi:10.1002/ejtc.27.
- ↑ Liu, Xuan L.; Gheno, Thomas; Lindahl, Bonnie B.; Lindwall, Greta; Gleeson, Brian; Liu, Zi-Kui (2015-04-13). "अल-को-सीआर सिस्टम का प्रथम-सिद्धांत गणना, प्रायोगिक अध्ययन और थर्मोडायनामिक मॉडलिंग". PLOS ONE. 10 (4): e0121386. Bibcode:2015PLoSO..1021386L. doi:10.1371/journal.pone.0121386. ISSN 1932-6203. PMC 4395364. PMID 25875037.
- ↑ Chandran, Mahesh; Subramanian, P. R.; Gigliotti, Michael F. (2013-02-15). "First principles calculation of mixing enthalpy of β-Ti with transition elements". Journal of Alloys and Compounds. 550: 501–508. doi:10.1016/j.jallcom.2012.10.141.
- ↑ 6.0 6.1 6.2 CB,378-2590,224-2707, Richard Rowley,350. "Heat_of_Mixing". www.et.byu.edu. Retrieved 2017-02-22.
{{cite web}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ↑ Savini, C. G.; Winterhalter, D. R.; Kovach, L. H.; Van Ness, H. C. (1966-01-01). "आइसोथर्मल डाइल्यूशन कैलोरीमेट्री द्वारा मिश्रण के एंडोथर्मिक हीट्स।". Journal of Chemical & Engineering Data. 11 (1): 40–43. doi:10.1021/je60028a009. ISSN 0021-9568.
- ↑ Dang, Dinh; Tassios, Dimitrios P. (1986-01-01). "UNIFAC मॉडल के साथ मिश्रण की एन्थैल्पी की भविष्यवाणी". Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development. 25 (1): 22–31. doi:10.1021/i200032a004. ISSN 0196-4305.
- ↑ Atkins, Peter; de Paula, Julio (2010). एटकिंस की भौतिक रसायन. Oxford University Press. p. 167. ISBN 9780199543373.
- ↑ Rock, Peter A. (1969). Chemical Thermodynamics: Principles and Applications. Macmillan. p. 263.
- ↑ Vidal, Jean (2003). ऊष्मप्रवैगिकी - केमिकल इंजीनियरिंग और पेट्रोलियम उद्योग में अनुप्रयोग. Editions Technip. p. 232. ISBN 978-2-7108-0800-8.
- ↑ Kohler, F. (1960). "Zur Berechnung der thermodynamischen Daten eines ternären Systems aus den zugehörigen binären Systemen". Monatshefte für Chemie (in Deutsch). 91 (4): 738. doi:10.1007/BF00899814.