ऊष्मारसायन

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थर्मोकैमिस्ट्री ऊष्मा ऊर्जा का अध्ययन है जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं या चरण परिवर्तन जैसे पिघलने और उबलने से जुड़ा है। प्रतिक्रिया ऊर्जा को मुक्त या अवशोषित कर सकती है, और चरण परिवर्तन भी ऐसा ही कर सकता है। थर्मोकैमिस्ट्री गर्मी के रूप में प्रणाली और उसके आसपास के बीच ऊर्जा विनिमय पर केंद्रित है। थर्मोकैमिस्ट्री किसी दिए गए प्रतिक्रिया के समय प्रतिक्रियाशील और उत्पाद मात्रा की भविष्यवाणी करने में उपयोगी होती है। एन्ट्रापी निर्धारण के संयोजन में, यह भविष्यवाणी करने के लिए भी प्रयोग किया जाता है कि प्रतिक्रिया सहज या गैर-सहज, अनुकूल या प्रतिकूल है या नहीं।

एंडोथर्मिक प्रक्रिया गर्मी को अवशोषित करती है, जबकि एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया गर्मी छोड़ती है। थर्मोकैमिस्ट्री रासायनिक बंधों के रूप में ऊर्जा की अवधारणा के साथ ऊष्मप्रवैगिकी की अवधारणाओं को समेटती है। इस विषय में सामान्यतः ताप क्षमता, दहन की ऊष्मा, गठन की ऊष्मा, तापीय धारिता, एंट्रॉपी और थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा जैसी मात्राओं की गणना सम्मलित होती है।

दुनिया का पहला आइस-कैलोरीमीटर, 1782-83 की सर्दियों में एंटोनी लेवोइसियर और पियरे-साइमन लाप्लास द्वारा विभिन्न रासायनिक परिवर्तनों में विकसित गर्मी का निर्धारण करने के लिए उपयोग किया गया; गणना जो जोसेफ ब्लैक की गुप्त गर्मी की पूर्व खोज पर आधारित थी। ये प्रयोग थर्मोकैमिस्ट्री की नींव रखते हैं।

थर्मोकैमिस्ट्री रासायनिक थर्मोडायनामिक्स के व्यापक क्षेत्र का भाग है, जो प्रणाली और परिवेश के बीच ऊर्जा के सभी रूपों के आदान-प्रदान से संबंधित है, जिसमें न केवल गर्मी अन्यथा विभिन्न प्रकार रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी कार्य, साथ ही पदार्थ का आदान-प्रदान भी सम्मलित है। जब ऊर्जा के सभी रूपों पर विचार किया जाता है, तो एक्सोथर्मिक और एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं की अवधारणाओं को एक्सर्जोनिक प्रतिक्रियाओं और एंडर्जोनिक प्रतिक्रियाओं के लिए सामान्यीकृत किया जाता है।

इतिहास

थर्मोकैमिस्ट्री दो सामान्यीकरणों पर टिकी हुई है। आधुनिक शब्दों में कहा गया है, वे इस प्रकार हैं:[1]

  1. एंटोनी लेवोजियर और पियरे-साइमन लाप्लास|लाप्लास का नियम (1780): किसी भी परिवर्तन के साथ होने वाला ऊर्जा परिवर्तन रिवर्स प्रक्रिया के साथ होने वाले ऊर्जा परिवर्तन के बराबर और विपरीत होता है।[2]
  2. हेस का निरंतर ऊष्मा योग का नियम (1840): किसी भी परिवर्तन के साथ होने वाला ऊर्जा परिवर्तन समान होता है चाहे प्रक्रिया चरण में हो या कई चरण में हो।[3]

इन कथनों ने ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम (1845) से पहले और इसके निर्माण में मदद की।

थर्मोकैमिस्ट्री में चरण संक्रमण की अव्यक्त गर्मी का मापन भी सम्मलित है। जोसेफ ब्लैक ने पहले ही 1761 में अव्यक्त गर्मी की अवधारणा प्रस्तुत की थी, इस अवलोकन के आधार पर कि उसके गलनांक पर बर्फ को गर्म करने से तापमान में वृद्धि नहीं हुई, अन्यथा इसके कारण कुछ बर्फ पिघल गई।[4]

गुस्ताव किरचॉफ ने 1858 में दिखाया कि प्रतिक्रिया की गर्मी की भिन्नता उत्पादों और अभिकारकों के बीच ताप क्षमता में अंतर के द्वारा दी जाती है: dΔH / dT = ΔCp. इस समीकरण का एकीकरण दूसरे तापमान पर माप से तापमान पर प्रतिक्रिया की गर्मी के मूल्यांकन की अनुमति देता है।[5][6]

उष्मामिति

उष्मा परिवर्तन का माप कैलोरीमेट्री का उपयोग करके किया जाता है, सामान्यतः संलग्न कक्ष जिसके भीतर जांच की जाने वाली परिवर्तन होता है। चैम्बर के तापमान की निगरानी या तो थर्मामीटर या थर्मोकपल का उपयोग करके की जाती है, और समय के विरुद्ध प्लॉट किए गए तापमान को ग्राफ देने के लिए दिया जाता है जिससे मौलिक मात्रा की गणना की जा सकती है। आधुनिक कैलोरीमीटर प्रायः सूचना के त्वरित रीड-आउट प्रदान करने के लिए स्वचालित उपकरणों के साथ आपूर्ति की जाती है, उदाहरण अंतर स्कैनिंग कैलोरीमीटर है।

प्रणाली

थर्मोकैमिस्ट्री में कई थर्मोडायनामिक परिभाषाएँ बहुत उपयोगी हैं। प्रणाली ब्रह्मांड का विशिष्ट भाग है जिसका अध्ययन किया जा रहा है। प्रणाली के बाहर सब कुछ परिवेश या पर्यावरण माना जाता है। प्रणाली हो सकती है:

  • (पूरी तरह से) पृथक प्रणाली जो न तो ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकती है और न ही परिवेश के साथ पदार्थ, जैसे कि अछूता बम कैलोरीमीटर
  • ऊष्मीय रूप से पृथक प्रणाली जो यांत्रिक कार्य का आदान-प्रदान कर सकती है किंतु ऊष्मा या पदार्थ का नहीं, जैसे कि अछूता बंद पिस्टन या गुब्बारा
  • यंत्रवत् पृथक प्रणाली जो ऊष्मा का आदान-प्रदान कर सकती है किंतु यांत्रिक कार्य या पदार्थ का नहीं, जैसे कि गैर-अछूता बम कैलोरीमीटर
  • बंद प्रणाली जो ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकती है, किंतु पदार्थ का नहीं, जैसे कि बिना इंसुलेटेड बंद पिस्टन या गुब्बारा
  • थर्मोडायनामिक प्रणाली या ओपन प्रणाली जो यह पदार्थ और ऊर्जा दोनों का आदान-प्रदान कर सकता है, जैसे कि उबलते पानी का बर्तन

प्रक्रियाएं

प्रणाली प्रक्रिया से निकलती है जब इसके एक या अधिक गुण बदलते हैं। प्रक्रिया राज्य के परिवर्तन से संबंधित है। इज़ोटेर्मल प्रक्रिया (समान-तापमान) प्रक्रिया तब होती है जब प्रणाली का तापमान स्थिर रहता है। आइसोबैरिक प्रक्रिया (समान-दबाव) प्रक्रिया तब होती है जब प्रणाली का दबाव स्थिर रहता है। प्रक्रिया एडियाबेटिक प्रक्रिया है जब कोई ताप विनिमय नहीं होता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.
  2. ↑ See page 290 of Outlines of Theoretical Chemistry by Frederick Hutton Getman (1918)
  3. ↑ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General Chemistry (8th ed.). Prentice Hall. pp. 241–3. ISBN 0-13-014329-4.
  4. ↑ Chisholm, Hugh, ed. (1911). "Black, Joseph" . Encyclopædia Britannica (in English). Vol. 4 (11th ed.). Cambridge University Press.
  5. ↑ Laidler K.J. and Meiser J.H., "Physical Chemistry" (Benjamin/Cummings 1982), p.62
  6. ↑ Atkins P. and de Paula J., "Atkins' Physical Chemistry" (8th edn, W.H. Freeman 2006), p.56

बाहरी कड़ियाँ

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