Chemistryऊष्मप्रवैगिकीA-Level

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घुलन एन्थैल्पी चक्र

हेस के नियम को घुलन पर लागू करना: जाली एन्थैल्पी और जलयोजन एन्थैल्पी।

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Δ H_{so l} = Δ H_{l a tt} + Δ H_{h y d}^{+} + Δ H_{h y d}^{-}

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Core idea

Overview

एन्थैल्पी ऑफ सॉल्यूशन साइकिल (Enthalpy of Solution Cycle) हेस के नियम पर आधारित एक ऊष्मप्रवैगिकी (thermodynamic) ढांचा है जिसका उपयोग आयनिक ठोस के पानी में घुलने पर ऊर्जा परिवर्तन की गणना करने के लिए किया जाता है। यह प्रक्रिया को दो सैद्धांतिक चरणों में विभाजित करता है: आयनिक जाली को गैसीय आयनों में अलग करने की एंडोथर्मिक प्रक्रिया और उन आयनों का पानी के अणुओं द्वारा एक्सोथर्मिक जलयोजन।

When to use: इस समीकरण का उपयोग तब करें जब आप किसी आयनिक यौगिक की घुलनशीलता का निर्धारण कर रहे हों या बॉर्न-हैबर शैली चक्र में लुप्त एन्थैल्पी मानों की गणना कर रहे हों। यह मानता है कि घोल मानक तापमान और दबाव पर बनता है और अनंत तनुकरण (infinite dilution) का परिणाम होता है।

Why it matters: यह संबंध बताता है कि कुछ पदार्थ एंडोथर्मिक रूप से क्यों घुलते हैं, अपने आसपास को ठंडा करते हैं, जबकि अन्य महत्वपूर्ण गर्मी छोड़ते हैं। यह रासायनिक इंजीनियरिंग में हीट एक्सचेंज सिस्टम डिजाइन करने और फार्माकोलॉजी में दवा घुलनशीलता की भविष्यवाणी करने के लिए महत्वपूर्ण है।

Symbols

Variables

$Δ$ $H_{l a tt}$ = Lattice Enthalpy, $Δ$ $H_{h y d}$ ^+ = Hyd. Enthalpy (cation), $Δ$ $H_{h y d}$ ^- = Hyd. Enthalpy (anion), $Δ$ $H_{so l}$ = ΔH Solution

Δ H_{l a tt}

Lattice Enthalpy

kJ/mol

Δ H_{h y d}^{+}

Hyd. Enthalpy (cation)

kJ/mol

Δ H_{h y d}^{-}

Hyd. Enthalpy (anion)

kJ/mol

Δ H_{so l}

ΔH Solution

kJ/mol

Walkthrough

Derivation

विलयन चक्र की एन्थैल्पी

आयनिक ठोस के विघटन पर हेस का नियम: ΔH_sol = ΔH_lattice(विघटन) + ΔH_hyd(धनायन) + ΔH_hyd(ऋणायन)।

जाली एन्थैल्पी ऊष्माशोषी विघटन मान (धनात्मक) है।
जलयोजन एन्थैल्पी हमेशा ऊष्माक्षेपी (ऋणात्मक) होती है।
हेस का नियम लागू होता है: एन्थैल्पी एक अवस्था फलन है।

ऊष्मागतिक चक्र को परिभाषित करें

समग्र प्रक्रिया अपने जलयोजित आयनों में आयनिक ठोस का विघटन है।

M X (s) Δ H_{so l} M^{+} (a q) + X^{-} (a q)

हेस के नियम के माध्यम से चरणों में विभाजित करें

चरण 1: गैसीय आयनों को अलग करने के लिए जाली ऊर्जा पर काबू पाएं।

M X (s) \to M^{+} (g) + X^{-} (g) Δ H_{l a tt}

आयन को जलयोजित करें

चरण 2: प्रत्येक गैसीय आयन को पानी के अणुओं से जलयोजित किया जाता है, जिससे ऊर्जा निकलती है।

M^{+} (g) \to M^{+} (a q) Δ H_{h y d}^{+}; X^{-} (g) \to X^{-} (a q) Δ H_{h y d}^{-}

हेस के नियम को लागू करें

यदि |ΔH_hyd| > ΔH_lattice तो विघटन ऊष्माक्षेपी होता है; अन्यथा यह ऊष्माशोषी होता है।

Δ H_{so l} = Δ H_{l a tt} + Δ H_{h y d}^{+} + Δ H_{h y d}^{-}

Result

Δ H_{so l} = Δ H_{l a tt} + Δ H_{h y d}^{+} + Δ H_{h y d}^{-}

Source: AQA A-level Chemistry Year 2 — Thermodynamics

Why it behaves this way

Intuition

Imagine an ionic crystal as a tightly packed structure. Dissolution involves two main steps: first, 'pulling apart' the ions from the solid lattice into individual gaseous ions (requiring energy), and then 'wrapping'

Term

The overall enthalpy change when one mole of an ionic compound dissolves in a large amount of solvent (typically water) to form an infinitely dilute solution.

This value indicates whether the dissolution process releases heat (exothermic, negative value) or absorbs heat (endothermic, positive value) from the surroundings. It's the net energy change of the entire process.

Term

The enthalpy change required to break one mole of an ionic solid into its constituent gaseous ions.

This is always an endothermic process (positive value) because energy must be supplied to overcome the strong electrostatic forces holding the ions in the crystal lattice. A larger value means a stronger lattice.

Term

The enthalpy change when one mole of gaseous cations is surrounded by water molecules to form hydrated ions in solution.

This is always an exothermic process (negative value) because energy is released when attractive ion-dipole forces form between the positively charged ions and the polar water molecules.

Term

The enthalpy change when one mole of gaseous anions is surrounded by water molecules to form hydrated ions in solution.

Similar to cations, this is always an exothermic process (negative value) as energy is released when attractive ion-dipole forces form between the negatively charged ions and the polar water molecules.

Signs and relationships

Δ H_{latt}: The lattice enthalpy is defined as the energy required to break the strong electrostatic bonds within the crystal lattice. This energy input makes the process endothermic, resulting in a positive value for $Δ$
Δ H_{hyd}^{+} \text{ and } Δ H_{hyd}^{-}: Hydration enthalpy represents the energy released when attractive ion-dipole forces form between gaseous ions and polar water molecules.

Free study cues

Insight

Canonical usage

All enthalpy terms in the equation are typically expressed in energy per mole, most commonly kilojoules per mole (kJ/mol) or joules per mole (J/mol).

Ballpark figures

Quantity:
Quantity:
Quantity:

One free problem

Practice Problem

सोडियम क्लोराइड (NaCl) के लिए घुलन एन्थैल्पी (ΔHsol) की गणना करें, यह देखते हुए कि जाली अलगाव एन्थैल्पी +788 kJ/mol है, Na⁺ की जलयोजन एन्थैल्पी -406 kJ/mol है, और Cl⁻ की जलयोजन एन्थैल्पी -363 kJ/mol है।

Hint: सूत्र के अनुसार जाली अलगाव एन्थैल्पी और दो जलयोजन एन्थैल्पी का योग करें।

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

Where it shows up

Real-World Context

घुलन एन्थैल्पी चक्र के संदर्भ में, घुलन एन्थैल्पी चक्र मापों को ऐसी मान में बदलने के लिए इस्तेमाल होता है जिसे समझा जा सके। परिणाम इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह मापी गई मात्राओं को सांद्रता, उपज, ऊर्जा परिवर्तन, अभिक्रिया दर या संतुलन से जोड़ने में मदद करता है।

Study smarter

Tips

इस विशिष्ट सूत्र में जाली एन्थैल्पी अलगाव के लिए धनात्मक मान होना चाहिए।
जलयोजन एन्थैल्पी हमेशा ऋणात्मक होती है क्योंकि आयन-द्विध्रुवीय (ion-dipole) इंटरैक्शन ऊर्जा छोड़ते हैं।
यदि नमक में एक ही प्रकार के कई आयन हों, तो जलयोजन मान को गुणांक से गुणा करना याद रखें।
एक ऋणात्मक ΔHsol बताता है कि घुलन ऊर्जावान रूप से अनुकूल है।

Avoid these traps

Common Mistakes

अलगाव (धनात्मक) के बजाय निर्माण जाली एन्थैल्पी (ऋणात्मक) का उपयोग करना।
पहले इकाइयों और पैमानों को बदलें, खासकर %, cm/mm/m, मिनट/सेकंड या दस की घातें।
उत्तर को उसकी इकाई और संदर्भ के साथ समझें; प्रतिशत, दर, अनुपात और भौतिक राशि एक ही बात नहीं बताते।

Common questions

Frequently Asked Questions

आयनिक ठोस के विघटन पर हेस का नियम: ΔH_sol = ΔH_lattice(विघटन) + ΔH_hyd(धनायन) + ΔH_hyd(ऋणायन)।

इस समीकरण का उपयोग तब करें जब आप किसी आयनिक यौगिक की घुलनशीलता का निर्धारण कर रहे हों या बॉर्न-हैबर शैली चक्र में लुप्त एन्थैल्पी मानों की गणना कर रहे हों। यह मानता है कि घोल मानक तापमान और दबाव पर बनता है और अनंत तनुकरण (infinite dilution) का परिणाम होता है।

यह संबंध बताता है कि कुछ पदार्थ एंडोथर्मिक रूप से क्यों घुलते हैं, अपने आसपास को ठंडा करते हैं, जबकि अन्य महत्वपूर्ण गर्मी छोड़ते हैं। यह रासायनिक इंजीनियरिंग में हीट एक्सचेंज सिस्टम डिजाइन करने और फार्माकोलॉजी में दवा घुलनशीलता की भविष्यवाणी करने के लिए महत्वपूर्ण है।

अलगाव (धनात्मक) के बजाय निर्माण जाली एन्थैल्पी (ऋणात्मक) का उपयोग करना। पहले इकाइयों और पैमानों को बदलें, खासकर %, cm/mm/m, मिनट/सेकंड या दस की घातें। उत्तर को उसकी इकाई और संदर्भ के साथ समझें; प्रतिशत, दर, अनुपात और भौतिक राशि एक ही बात नहीं बताते।

इस विशिष्ट सूत्र में जाली एन्थैल्पी अलगाव के लिए धनात्मक मान होना चाहिए। जलयोजन एन्थैल्पी हमेशा ऋणात्मक होती है क्योंकि आयन-द्विध्रुवीय (ion-dipole) इंटरैक्शन ऊर्जा छोड़ते हैं। यदि नमक में एक ही प्रकार के कई आयन हों, तो जलयोजन मान को गुणांक से गुणा करना याद रखें। एक ऋणात्मक ΔHsol बताता है कि घुलन ऊर्जावान रूप से अनुकूल है।

References

Sources

Atkins' Physical Chemistry
IUPAC Gold Book: Enthalpy of solution
Wikipedia: Enthalpy of solution
IUPAC Gold Book
Atkins' Physical Chemistry, 11th ed.
McQuarrie, Donald A. Physical Chemistry: A Molecular Approach.
Atkins' Physical Chemistry (11th ed.) by Peter Atkins, Julio de Paula, and James Keeler
Chemistry (5th ed.) by Peter Atkins and Loretta Jones

घुलन एन्थैल्पी चक्र

Overview

Variables

Derivation

ऊष्मागतिक चक्र को परिभाषित करें

हेस के नियम के माध्यम से चरणों में विभाजित करें

आयन को जलयोजित करें

हेस के नियम को लागू करें

Intuition

Insight

Practice Problem

Real-World Context

Tips

Common Mistakes

Related Formulas

Enthalpy of Reaction

Bond Enthalpy

Lattice Energy (Born-Lande)

Frequently Asked Questions

Sources