📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 5 · ஹெஸ்ஸின் விதி

ஹெஸ்ஸின் விதி

முழுமையான பார்வை — ஹெஸ்ஸின் விதி (Hess's law) ஏன் தேவைப்படுகின்றது?

ஹெஸ்ஸின் விதி — வெப்ப சுழற்சி
Hess's law — enthalpy cycle
Wikipedia → · CC

சில இரசாயனத் தாக்கங்களின் வெப்ப உள்ளுறை மாற்றத்தை (enthalpy change) வெப்பமானி கொண்டு நேரடியாக அளவிட முடியாது. உதாரணமாக, காபன் ஒட்சிசனுடன் தாக்கமடைந்து காபன் மொனொட்சைட்டை (CO) மட்டும் தருமாறு செய்வது சாத்தியமில்லை; ஏனெனில் அதே வேளையில் காபன் டையொட்சைட்டும் (CO₂) உருவாகிவிடுகின்றது. இத்தகைய தாக்கங்களின் ΔH ஐ மறைமுக முறையில் துணிவதற்கு ஹெஸ்ஸின் விதி பயன்படுகின்றது. NIE பாடநூலில் இது எசு விதி எனப்படுகின்றது.

இவ்விதியின் சிறப்பு என்னவெனில், சிறிய எண்ணிக்கையான அளவீடுகளைக் கொண்டே அதிக எண்ணிக்கையான தாக்க வெப்பங்களைக் கணிக்க முடிகின்றது. நேரடியாக அளவிட முடியாத ஒரு ΔH ஐ, ஏற்கனவே அறியப்பட்ட எளிய தாக்கங்களின் ΔH பெறுமானங்களைக் கொண்டு கணிக்கும் வழியை இவ்விதி வழங்குகின்றது.

1. ஹெஸ்ஸின் விதியின் கூற்று

ஒரு செயன்முறை ஒரே படியில் நிகழ்ந்தாலும், அல்லது பல படிகளினூடாக நிகழ்ந்தாலும், மொத்தச் செயன்முறைக்கான வெப்ப உள்ளுறை மாற்றம் ஒன்றாகவே இருக்கும். அதாவது மொத்த வெப்ப உள்ளுறை மாற்றம் தனிப்பட்ட படிகளின் வெப்ப உள்ளுறை மாற்றங்களின் கூட்டுத்தொகைக்குச் சமமாகும்.

இவ்விதி பேணப்படுவதற்குக் காரணம், வெப்ப உள்ளுறை ஒரு நிலைத் தொழிற்பாடாக (state function) இருப்பதேயாகும். ஒரு நிலைத் தொழிற்பாட்டின் பெறுமானம் தொகுதியின் தொடக்க நிலையிலும் இறுதி நிலையிலும் மட்டுமே தங்கியுள்ளது; அந்நிலை மாற்றம் எவ்வாறு நிகழ்ந்தது என்னும் பாதையில் தங்கியிருப்பதில்லை. ஆகவே தாக்கிகள் ஒரே மாதிரியாகவும் விளைவுகள் ஒரே மாதிரியாகவும் இருந்தால், எடுக்கப்படும் பாதை எதுவாக இருப்பினும் ΔH மாறாது. இது சக்தி அழிவின்மை விதியின் (conservation of energy) நேரடி விளைவாகும்.

2. வெப்ப இரசாயனச் சக்கரம் (enthalpy cycle)

பனிக்கட்டி வெப்பமானி (Lavoisier)
Ice calorimeter (Lavoisier)
Wikipedia → · CC

ஹெஸ்ஸின் விதியின் கணிப்புகளை விளக்கிக் காட்டுவதற்கு வெப்ப இரசாயனச் சக்கரம் அல்லது முக்கோண வரிப்படம் பயன்படுகின்றது. தாக்கிகளிலிருந்து விளைவுகளுக்கு ஒரு நேரடியான பாதையும், சில இடைநிலைகளினூடாகச் செல்லும் ஒரு மறைமுகப் பாதையும் வரையப்படுகின்றன. இரு பாதைகளினதும் மொத்த வெப்ப உள்ளுறை மாற்றம் சமமாகவே இருக்கும்.

Hess's law enthalpy cycle Reactants initial state Products final state Intermediates alternative route ΔH₁ (direct route) ΔH₂ ΔH₃ ΔH₁ = ΔH₂ + ΔH₃ both routes link the same initial and final states → equal total ΔH

மேற்காட்டப்பட்ட சக்கரத்தில் தாக்கிகள் விளைவுகளாக நேரடியாக மாறும்போது ΔH₁ ஏற்படுகின்றது. அதே மாற்றம் இடைநிலைகளினூடாக நிகழும்போது ΔH₂ உம் ΔH₃ உம் ஏற்படுகின்றன. ஹெஸ்ஸின் விதியின்படி ΔH₁ = ΔH₂ + ΔH₃ ஆகும். ஆகவே இம்மூன்றில் இரண்டு பெறுமானங்கள் அறியப்பட்டால், மூன்றாவதைக் கணிக்க முடியும்.

3. சமன்பாடுகளை ஒன்றிணைத்தல்

ஹெஸ்ஸின் விதியைப் பயன்படுத்தி ΔH ஐ துணிவதற்கு, அறியப்பட்ட இரசாயனச் சமன்பாடுகளைப் பொருத்தமாகக் கையாண்டு குறிக்கப்பட்ட தாக்கச் சமன்பாட்டைப் பெற வேண்டும். கையாளும்போது பின்வரும் விதிகளைப் பின்பற்ற வேண்டும்.

  1. ஒரு சமன்பாட்டைப் பின்முகமாகத் திருப்பினால், அதன் ΔH இன் குறியீடு எதிராக மாற்றமடைகின்றது.
  2. ஒரு சமன்பாட்டை n என்னும் எண்ணால் பெருக்கினால், அதன் ΔH உம் அந்த n ஆல் பெருக்கப்படுகின்றது.
  3. சமன்பாடுகளைக் கூட்டினால், அவற்றின் ΔH பெறுமானங்களும் கூட்டப்படுகின்றன.

பகுப்பு 1 — நேரடியாக அளவிட முடியாத தாக்கம் ஒன்றின் ΔH. C(s) + ½O₂(g) ⟶ CO(g) என்னும் தாக்கத்தின் வெப்ப உள்ளுறை மாற்றத்தைக் காண்க. இத்தாக்கத்தை நேரடியாக அளவிட முடியாது; ஏனெனில் காபன் ஒட்சிசனுடன் தாக்கமடையும்போது CO உடன் CO₂ உம் உருவாகிவிடுகின்றது.

தரப்பட்ட தரவுகள்:
(i)   C(s) + O₂(g) ⟶ CO₂(g)    ΔH₁ = − 394 kJ mol⁻¹
(ii)   CO(g) + ½O₂(g) ⟶ CO₂(g)    ΔH₂ = − 283 kJ mol⁻¹

படி 1 — சமன்பாடு (ii) ஐ பின்முகமாகத் திருப்புதல் (ΔH இன் குறியீடு மாறும்):
(ii)′   CO₂(g) ⟶ CO(g) + ½O₂(g)    ΔH = + 283 kJ mol⁻¹

படி 2 — சமன்பாடு (i) உடன் (ii)′ ஐ கூட்டுதல்:
C(s) + O₂(g) + CO₂(g) ⟶ CO₂(g) + CO(g) + ½O₂(g)
பொதுவான பதங்களை நீக்கிய பின்:   C(s) + ½O₂(g) ⟶ CO(g)

ΔH = ΔH₁ + (− ΔH₂) = − 394 + 283 = − 111 kJ mol⁻¹
Enthalpy-level diagram for C(s) + ½O₂ → CO(g) two routes to the same product (energy not to scale) enthalpy H C(s) + O₂(g) CO(g) + ½O₂(g) CO₂(g) ΔH₁ = −394 C → CO₂ directly ΔH = ? target step ΔH₂ = −283 CO → CO₂ ΔH(C→CO) = ΔH₁ − ΔH₂ = −394 − (−283) = −111 kJ mol⁻¹

தாக்கி C(s) + O₂ ஒரே விளைவு CO₂-ஐ நேரடியாகவோ CO வழியாகவோ அடைகின்றது; எனவே நேரடிப் பாதையின் ΔH = இரு படிகளின் கூட்டுத்தொகை.

பகுப்பு 2 — தகன தரவுகளிலிருந்து ஒரு சேர்வையின் தோன்றல் வெப்ப உள்ளுறை மாற்றம் (ΔH°f). மெத்தேனின் (CH₄) நியம தோன்றல் வெப்ப உள்ளுறை மாற்றத்தைக் காண்க. தோன்றல் தாக்கம்: C(s) + 2H₂(g) ⟶ CH₄(g).

தரப்பட்ட தகன வெப்ப உள்ளுறை மாற்றங்கள்:
(i)   C(s) + O₂(g) ⟶ CO₂(g)    ΔH = − 394 kJ mol⁻¹
(ii)   H₂(g) + ½O₂(g) ⟶ H₂O(l)    ΔH = − 286 kJ mol⁻¹
(iii)   CH₄(g) + 2O₂(g) ⟶ CO₂(g) + 2H₂O(l)    ΔH = − 890 kJ mol⁻¹

குறிக்கப்பட்ட தாக்கத்தைப் பெறுவதற்கு: (i) + 2 × (ii) − (iii)

ΔH°f = [(− 394) + 2(− 286)] − (− 890)
= (− 394 − 572) + 890
= − 966 + 890 = − 76 kJ mol⁻¹

இங்கு (i) காபனைக் காபன் டையொட்சைட்டாக்குகின்றது; 2 × (ii) ஐதரசனை நீராக்குகின்றது; (iii) பின்முகமாகத் திருப்பப்படுவதால் காபன் டையொட்சைட்டையும் நீரையும் மீண்டும் மெத்தேனாக்குகின்றது. இம்மூன்றையும் கூட்டியபோது இடைநிலைப் பதங்கள் நீங்கி, தோன்றல் தாக்கம் மட்டுமே எஞ்சுகின்றது.

📝 தேர்வாளர் குறிப்பு
  • தரப்பட்ட 3 சமன்பாடுகளைக் கையாண்டு குறிக்கப்பட்ட தாக்கத்தைப் பெறும் வினா கிட்டத்தட்ட ஒவ்வொரு வருடமும் கேட்கப்படுகின்றது. சமன்பாட்டைத் திருப்பும்போது ΔH இன் குறியீட்டை மாற்ற மறக்காதீர்கள்.
  • ஒரு சமன்பாட்டை n ஆல் பெருக்கினால் அதன் ΔH உம் n ஆல் பெருக்கப்பட வேண்டும் — இது அடிக்கடி விடப்படும் தவறு.
  • நியம நிலையில் உள்ள ஒரு மூலகத்தின் தோன்றல் வெப்ப உள்ளுறை மாற்றம் பூச்சியமாகும் (ΔH°f = 0). இதனை மறந்தால் தோன்றல்-சுருக்கச் சமன்பாடு தவறாகிவிடும்.
  • வெப்ப இரசாயனச் சக்கரம் வரையும்போது இரு பாதைகளும் ஒரே தொடக்க நிலையையும் ஒரே இறுதி நிலையையும் இணைக்க வேண்டும்; எதிர்த் திசையில் செல்லும் அம்புக்குறிகள் இருக்கக் கூடாது.
🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Hess's law
ஹெஸ் விதி
Hess's law
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. ஹெஸ் விதியின் அடிப்படை:

    1. வேக மாறாமை
    2. ஆற்றல் மாறாமை
    3. திணிவு மாறாமை
    4. ஏற்ற மாறாமை
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — ஆற்றல் மாறாமை — ΔH பாதையில் சார்ந்ததல்ல.

  2. ஹெஸ் விதியின்படி மொத்த ΔH சார்ந்திருப்பது:

    1. படிகளின் எண்ணிக்கை
    2. தொடக்க & இறுதி நிலை
    3. வேகம்
    4. வினையூக்கி
    5. நேரம்
    விடை
    (2) — தொடக்க/இறுதி நிலை மட்டுமே; பாதை முக்கியமல்ல.

  3. ஒரு வினையை திருப்பினால் ΔH:

    1. மாறாது
    2. அடையாளம் மாறும்
    3. இரட்டிக்கும்
    4. பூச்சியம்
    5. ∞
    விடை
    (2) — திருப்பினால் ΔH-இன் அடையாளம் மாறும்.

  4. ஒரு வினையை 2 ஆல் பெருக்கினால் ΔH:

    1. மாறாது
    2. 2 ஆல் பெருக்கப்படும்
    3. பாதியாகும்
    4. அடையாளம் மாறும்
    5. பூச்சியம்
    விடை
    (2) — ΔH அளவு சார்ந்தது → 2 ஆல் பெருக்கப்படும்.

  5. ஹெஸ் விதி பயன்படுவது:

    1. எளிதில் அளக்கக்கூடியது
    2. நேரடியாக அளக்க முடியாதது
    3. எப்போதும் பூச்சியம்
    4. வேகம்
    5. அழுத்தம்
    விடை
    (2) — நேரடியாக அளக்க இயலாத ΔH-ஐ மறைமுக வழியில் கணிக்க.

  6. ஹெஸ் சுழற்சியில் இரு வழிகளின் மொத்த ΔH:

    1. வேறுபட்டவை
    2. சமம்
    3. எதிரானவை
    4. பூச்சியம்
    5. இரட்டை
    விடை
    (2) — ஒரே தொடக்க/இறுதி → இரு வழியும் சம ΔH.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• ஹெஸ் விதியை எழுதி, அது நேரடியாக அளக்க முடியாத ΔH-ஐ எவ்வாறு தருகிறது எனக் கூறுக.

மாதிரி விடை
ΔH பாதையில் சார்ந்ததல்ல. அறியப்பட்ட படிகளால் மாற்று வழியை அமைத்து ΔH(மொத்தம்)=ΣΔH(படிகள்) கணிக்கலாம்.

• ΔH(வினை) = ΣΔHf°(விளைபொருள்) − ΣΔHf°(வினைபடுபொருள்) — ஏன் இது ஹெஸ் விதியின் வடிவம்?

மாதிரி விடை
தனிமூலகங்களை வழியாகக் கொண்ட சுழற்சி; உருவாக்க என்தால்பிகளால் மறைமுக வழி → ஹெஸ் விதியின் பயன்பாடு.

கட்டுரை வினா

• ஹெஸ் விதி — கூற்று, ஆற்றல் சுழற்சிகள், உருவாக்க/எரி என்தால்பியால் கணிப்பு, பயன்களை எடுத்துக்காட்டுடன் விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: ΔH பாதை-சாரா; சுழற்சி அமைத்தல்; ΔH=ΣΔHf°(விளை)−ΣΔHf°(வினைபடு); நேரடி அளவீடு இயலாத ΔH-ஐக் கணிக்க (எ-கா C→CO).
← அலகு 5