ऊष्मागतिकी | Class 11 Chemistry Notes

5.2 अनुप्रयोग

ऊष्मागतिकी के सिद्धांतों का उपयोग रासायनिक अभिक्रियाओं में ऊर्जा परिवर्तन की गणना में किया जाता है। विशेषकर गैसों के दाब-आयतन कार्य की प्रकृति को समझना आवश्यक है। हम एक घर्षणरहित पिस्टनयुक्त सिलिंडर पर विचार करते हैं, जिसमें आदर्श गैस भरी होती है। यदि बाह्य दाब p_ex आंतरिक दाब p से अधिक है, तो पिस्टन अंदर की ओर गति करता है और आयतन घटता है। इस संकुचन में निकाय पर किया गया कार्य w = - p_ex × ΔV होता है, जहाँ ΔV = V_f - V_i।

यदि दाब स्थिर नहीं रहता और कई परिमित पदों में बदलता है, तो कुल कार्य इन पदों के योग के बराबर होगा। उत्क्रमणीय प्रक्रम वह होता है जिसे अनंतसूक्ष्म परिवर्तनों द्वारा उलटा किया जा सके। उत्क्रमणीय प्रक्रम में कार्य की गणना आंतरिक दाब p_in के आधार पर की जाती है: w_rev = - ∫ p_in dV।

आदर्श गैस के लिए p = nRT/V होता है, अतः समतापीय उत्क्रमणीय प्रक्रम में कार्य w_rev = - nRT ln(V_f/V_i) होता है। मुक्त प्रसरण (free expansion) में बाह्य दाब शून्य होता है और कोई कार्य नहीं होता।

ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के अनुसार, ΔU = q - p_ex ΔV। यदि प्रक्रम स्थिर आयतन पर हो, तो ΔU = q_v होता है।

एन्थैल्पी (H) एक उपयोगी अवस्था-फलन है, जिसे H = U + pV से परिभाषित किया जाता है। स्थिर दाब पर ऊष्मा परिवर्तन q_p = ΔH होता है। गैसों के लिए ΔH = ΔU + ΔnRT होता है, जहाँ Δn गैसीय उत्पादों और अभिकारकों के मोलों का अंतर है।

इस प्रकार, एन्थैल्पी परिवर्तन स्थिर दाब पर ऊष्मा परिवर्तन के बराबर होता है, जो रासायनिक अभिक्रियाओं के अध्ययन में अत्यंत उपयोगी है।

📊 Diagram: चित्र 5.5 (क) सिलिंडर में स्थित आदर्श गैस पर एक पद में स्थिर बाह्य दाब P_ex द्वारा किया गया संकुचन कार्य छायादार क्षेत्र द्वारा दर्शाया गया है।; चित्र 5.5 (ख) छायादार क्षेत्र परिमित पदों में बदलते हुए अस्थिर दाब पर प्रारंभिक आयतन से अंतिम आयतन तक संकुचन में किया गया कार्य दर्शाता है।; चित्र 5.5 (ग) pV वक्र जब प्रारंभिक आयतन V_i से V_f तक उत्क्रमणीय परिस्थितियों में लगातार बदलते हुए अस्थिर दाब पर अनंत पदों में किया गया कार्य छायादार क्षेत्र से दर्शाया गया है।

🧪 Activity: गैस के दाब-आयतन कार्य की गणना के लिए सिलिंडर-पिस्टन प्रणाली का अध्ययन।

🔗 Connection: यह अनुभाग एन्थैल्पी की परिभाषा और उसके रासायनिक अभिक्रियाओं में उपयोग की ओर ले जाता है।