पदार्थ की मानक अवस्था है. पदार्थ की मानक अवस्था. रासायनिक प्रतिक्रिया की मानक एन्थैल्पी। एक अच्छा और अनुरूप परिचय एक महान लेकिन सामान्य परिचय से बेहतर है।

थर्मोडायनामिक्स एक विज्ञान है जो ऊर्जा की रिहाई, अवशोषण और परिवर्तन के साथ प्रक्रियाओं के सामान्य पैटर्न का अध्ययन करता है। रासायनिक थर्मोडायनामिक्स रासायनिक ऊर्जा और उसके अन्य रूपों - ताप, प्रकाश, बिजली आदि के पारस्परिक परिवर्तनों का अध्ययन करता है, इन संक्रमणों के मात्रात्मक नियम स्थापित करता है, और दी गई परिस्थितियों में पदार्थों की स्थिरता और उनके प्रवेश करने की क्षमता की भविष्यवाणी करना भी संभव बनाता है। कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में. थर्मोडायनामिक विचार की वस्तु को थर्मोडायनामिक सिस्टम या बस एक सिस्टम कहा जाता है।

प्रणाली- कोई भी प्राकृतिक वस्तु जिसमें शामिल हो बड़ी संख्याअणु (संरचनात्मक इकाइयाँ) और वास्तविक या काल्पनिक सीमा सतह (इंटरफ़ेस) द्वारा अन्य प्राकृतिक वस्तुओं से अलग होते हैं।

किसी सिस्टम की स्थिति सिस्टम के गुणों का एक समूह है जो हमें थर्मोडायनामिक्स के दृष्टिकोण से सिस्टम को परिभाषित करने की अनुमति देता है।

थर्मोडायनामिक प्रणालियों के प्रकार:

मैं। पदार्थ और ऊर्जा के आदान-प्रदान की प्रकृति के अनुसार पर्यावरण :

1. पृथक प्रणाली - पर्यावरण के साथ पदार्थ या ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं करती है (Δm = 0; ΔE = 0) - थर्मस।

2. बंद व्यवस्था- पर्यावरण के साथ पदार्थ का आदान-प्रदान नहीं करता है, लेकिन ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकता है (अभिकर्मकों के साथ बंद फ्लास्क)।

3. खुली प्रणाली- पर्यावरण के साथ पदार्थ और ऊर्जा (मानव शरीर) दोनों का आदान-प्रदान हो सकता है।

द्वितीय. एकत्रीकरण की स्थिति से:

1. सजातीय - शारीरिक एवं में अचानक परिवर्तन का अभाव रासायनिक गुणसिस्टम के एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में संक्रमण के दौरान (एक चरण से मिलकर)।

2. विषमांगी - एक में दो या दो से अधिक सजातीय प्रणालियाँ (दो या दो से अधिक चरणों से मिलकर बनी होती हैं)।

चरण- यह सिस्टम का एक हिस्सा है, जो संरचना और गुणों में सभी बिंदुओं पर सजातीय है और एक इंटरफ़ेस द्वारा सिस्टम के अन्य हिस्सों से अलग किया गया है। एक सजातीय प्रणाली का एक उदाहरण एक जलीय घोल है। लेकिन यदि समाधान संतृप्त है और बर्तन के तल पर नमक के क्रिस्टल हैं, तो विचाराधीन प्रणाली विषम है (एक चरण सीमा है)। सजातीय प्रणाली का एक और उदाहरण है सादा पानी, लेकिन इसमें तैरती बर्फ वाला पानी एक विषम प्रणाली है।

चरण परिवर्तन- चरण परिवर्तन (बर्फ का पिघलना, पानी का उबलना)।

थर्मोडायनामिक प्रक्रिया- थर्मोडायनामिक सिस्टम का एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण, जो हमेशा सिस्टम के असंतुलन से जुड़ा होता है।

थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं का वर्गीकरण:

7. इज़ोटेर्मल - स्थिर तापमान - टी = स्थिरांक

8. आइसोबैरिक - स्थिर दबाव - पी = स्थिरांक

9. आइसोकोरिक - स्थिर आयतन - V = स्थिरांक

मानक स्थितिसिस्टम की स्थिति है, जिसे सशर्त रूप से तुलना के लिए एक मानक के रूप में चुना गया है।

के लिए गैस फेज़- यह 100 kPa (1982 तक - 1 मानक वायुमंडल, 101,325 Pa, 760 मिमी Hg) के मानक दबाव के तहत गैस चरण में रासायनिक रूप से शुद्ध पदार्थ की स्थिति है, जो एक आदर्श गैस के गुणों की उपस्थिति को दर्शाता है।

के लिए शुद्ध चरण, तरल या ठोस समुच्चय अवस्था में मिश्रण या विलायक मानक दबाव के तहत तरल या ठोस चरण में रासायनिक रूप से शुद्ध पदार्थ की स्थिति है।

के लिए समाधान- यह मानक दबाव या मानक सांद्रता के तहत 1 मोल/किग्रा की मानक मोललिटी वाले एक विघटित पदार्थ की स्थिति है, जो इस स्थिति पर आधारित है कि समाधान असीम रूप से पतला है।

के लिए रासायनिक रूप से शुद्ध पदार्थ- यह स्पष्ट रूप से परिभाषित, लेकिन मनमाना, मानक दबाव के तहत एकत्रीकरण की स्पष्ट रूप से परिभाषित स्थिति में एक पदार्थ है।

मानक अवस्था को परिभाषित करने में मानक तापमान शामिल नहीं है, हालाँकि वे अक्सर मानक तापमान के बारे में बात करते हैं, जो 25°C (298.15 K) है।

ऊष्मागतिकी की मूल अवधारणाएँ: आंतरिक ऊर्जा, कार्य, ऊष्मा

आंतरिक ऊर्जा यू- कुल ऊर्जा भंडार, जिसमें अणुओं की गति, बंधों के कंपन, इलेक्ट्रॉनों की गति, नाभिक आदि शामिल हैं, अर्थात। सभी प्रकार की ऊर्जा गतिज और स्थितिज ऊर्जा को छोड़करसमग्र रूप से सिस्टम।

किसी भी प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा का मूल्य निर्धारित करना असंभव है, लेकिन आंतरिक ऊर्जा ΔU में परिवर्तन को निर्धारित करना संभव है जो सिस्टम के एक राज्य से दूसरे राज्य (ऊर्जा यू 1 के साथ) में संक्रमण के दौरान एक विशेष प्रक्रिया में होता है। (ऊर्जा यू 2 के साथ):

ΔU प्रश्न में पदार्थ के प्रकार और मात्रा और उसके अस्तित्व की स्थितियों पर निर्भर करता है।

प्रतिक्रिया उत्पादों की कुल आंतरिक ऊर्जा कुल आंतरिक ऊर्जा से भिन्न होती है आरंभिक सामग्री, क्योंकि प्रतिक्रिया के दौरान, परस्पर क्रिया करने वाले अणुओं के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक कोशों का पुनर्गठन होता है।

ऊर्जा को एक प्रणाली से दूसरे प्रणाली में या प्रणाली के एक भाग से दूसरे भाग में ऊष्मा के रूप में या कार्य के रूप में स्थानांतरित किया जा सकता है।

ताप (क्यू)- कणों की अराजक, अव्यवस्थित गति के माध्यम से ऊर्जा हस्तांतरण का एक रूप।

कार्य (ए)- किसी भी बल के प्रभाव में कणों की क्रमबद्ध गति के माध्यम से ऊर्जा हस्तांतरण का एक रूप।

कार्य, ऊष्मा और आंतरिक ऊर्जा को मापने की SI इकाई जूल (J) है। 1 जूल 1 मीटर की दूरी पर 1 न्यूटन के बल द्वारा किया गया कार्य है (1 J = 1 N×m = 1 kg×m 2 /s 2)। पुराने रासायनिक साहित्य में, कैलोरी (कैलोरी) ऊष्मा और ऊर्जा की व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली इकाई थी। 1 कैलोरी 1 ग्राम पानी को 1°C गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है। 1 Cal = 4.184 J≈4.2 J. रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गर्मी को किलोजूल या किलोकैलोरी में व्यक्त करना अधिक सुविधाजनक है: 1 kJ = 1000 J, 1 kcal = 1000 cal।

लंबे समय तक, भौतिकविदों और अन्य विज्ञानों के प्रतिनिधियों के पास यह वर्णन करने का एक तरीका था कि उन्होंने अपने प्रयोगों के दौरान क्या देखा। एक आम राय की कमी और बड़ी संख्या में हवा से निकाले गए शब्दों की मौजूदगी के कारण सहकर्मियों के बीच भ्रम और गलतफहमी पैदा हुई। समय के साथ, भौतिकी की प्रत्येक शाखा ने अपनी स्थापित परिभाषाएँ और माप की इकाइयाँ हासिल कर लीं। इस प्रकार थर्मोडायनामिक पैरामीटर उभरे जो सिस्टम में अधिकांश स्थूल परिवर्तनों की व्याख्या करते हैं।

परिभाषा

राज्य पैरामीटर, या थर्मोडायनामिक पैरामीटर, कई भौतिक मात्राएँ हैं, जो एक साथ और प्रत्येक व्यक्तिगत रूप से, प्रेक्षित प्रणाली की विशेषता बता सकते हैं। इनमें अवधारणाएँ शामिल हैं जैसे:

• तापमान और दबाव;
• एकाग्रता, चुंबकीय प्रेरण;
• एन्ट्रापी;
• तापीय धारिता;
• गिब्स और हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा और कई अन्य।

गहन और व्यापक पैरामीटर हैं. व्यापक वे हैं जो सीधे थर्मोडायनामिक प्रणाली के द्रव्यमान पर निर्भर हैं, और गहन वे हैं जो अन्य मानदंडों द्वारा निर्धारित होते हैं। सभी पैरामीटर समान रूप से स्वतंत्र नहीं हैं, इसलिए, सिस्टम की संतुलन स्थिति की गणना करने के लिए, एक साथ कई पैरामीटर निर्धारित करना आवश्यक है।

इसके अलावा, भौतिकविदों के बीच कुछ शब्दावली संबंधी असहमति भी हैं। एक ही भौतिक विशेषता को विभिन्न लेखकों द्वारा या तो एक प्रक्रिया, या एक समन्वय, या एक मात्रा, या एक पैरामीटर, या यहां तक ​​कि सिर्फ एक संपत्ति कहा जा सकता है। यह सब इस बात पर निर्भर करता है कि वैज्ञानिक इसका उपयोग किस सामग्री में करता है। लेकिन कुछ मामलों में, मानकीकृत सिफारिशें होती हैं जिनका दस्तावेजों, पाठ्यपुस्तकों या आदेशों के प्रारूपकारों को पालन करना चाहिए।

वर्गीकरण

थर्मोडायनामिक मापदंडों के कई वर्गीकरण हैं। तो, पहले बिंदु के आधार पर, यह पहले से ही ज्ञात है कि सभी मात्राओं को इसमें विभाजित किया जा सकता है:

• व्यापक (योजक) - ऐसे पदार्थ जोड़ के नियम का पालन करते हैं, अर्थात उनका मूल्य सामग्री की मात्रा पर निर्भर करता है;
• तीव्र - वे इस बात पर निर्भर नहीं करते हैं कि प्रतिक्रिया के लिए कितना पदार्थ लिया गया था, क्योंकि बातचीत के दौरान उनका स्तर समाप्त हो जाता है।

उन स्थितियों के आधार पर जिनके तहत सिस्टम को बनाने वाले पदार्थ स्थित हैं, मात्राओं को चरण प्रतिक्रियाओं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का वर्णन करने वाली मात्राओं में विभाजित किया जा सकता है। इसके अलावा, अभिकारकों को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए। शायद वो:

• थर्मोमैकेनिकल;
• थर्मोफिजिकल;
• थर्मोकेमिकल।

इसके अलावा, कोई भी थर्मोडायनामिक प्रणाली एक विशिष्ट कार्य करती है, इसलिए पैरामीटर प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त कार्य या गर्मी को चिह्नित कर सकते हैं, और कणों के द्रव्यमान को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की गणना करने की भी अनुमति देते हैं।

चर बताएं

थर्मोडायनामिक सहित किसी भी प्रणाली की स्थिति, उसके गुणों या विशेषताओं के संयोजन से निर्धारित की जा सकती है। वे सभी चर जो केवल समय के एक विशिष्ट क्षण में पूरी तरह से निर्धारित होते हैं और इस बात पर निर्भर नहीं करते हैं कि सिस्टम वास्तव में इस स्थिति में कैसे आया, राज्य के थर्मोडायनामिक पैरामीटर (चर) या राज्य के कार्य कहलाते हैं।

यदि परिवर्तनीय कार्य समय के साथ नहीं बदलते हैं तो एक प्रणाली को स्थिर माना जाता है। एक विकल्प थर्मोडायनामिक संतुलन है। कोई भी, यहां तक ​​कि सिस्टम में सबसे छोटा परिवर्तन भी पहले से ही एक प्रक्रिया है, और इसमें राज्य के एक से लेकर कई परिवर्तनीय थर्मोडायनामिक पैरामीटर शामिल हो सकते हैं। वह क्रम जिसमें किसी प्रणाली की अवस्थाएँ लगातार एक-दूसरे में बदलती रहती हैं, "प्रक्रिया पथ" कहलाती है।

दुर्भाग्य से, शब्दों को लेकर भ्रम अभी भी मौजूद है, क्योंकि एक ही चर या तो स्वतंत्र हो सकता है या कई सिस्टम फ़ंक्शंस के योग का परिणाम हो सकता है। इसलिए, "स्टेट फ़ंक्शन", "स्टेट पैरामीटर", "स्टेट वेरिएबल" जैसे शब्दों को पर्यायवाची माना जा सकता है।

तापमान

थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति का एक स्वतंत्र पैरामीटर तापमान है। यह एक मात्रा है जो संतुलन की स्थिति में थर्मोडायनामिक प्रणाली में कणों की प्रति इकाई गतिज ऊर्जा की मात्रा को दर्शाती है।

यदि हम थर्मोडायनामिक्स के दृष्टिकोण से अवधारणा की परिभाषा को देखते हैं, तो तापमान सिस्टम में गर्मी (ऊर्जा) जोड़ने के बाद एन्ट्रापी में परिवर्तन के व्युत्क्रमानुपाती मात्रा है। जब सिस्टम संतुलन में होता है, तो उसके सभी "प्रतिभागियों" के लिए तापमान मान समान होता है। यदि तापमान में अंतर होता है, तो गर्म शरीर द्वारा ऊर्जा छोड़ी जाती है और ठंडे शरीर द्वारा अवशोषित की जाती है।

ऐसी थर्मोडायनामिक प्रणालियाँ हैं जिनमें, जब ऊर्जा जोड़ी जाती है, तो विकार (एन्ट्रापी) नहीं बढ़ता है, बल्कि, इसके विपरीत, घट जाता है। इसके अलावा, यदि ऐसी प्रणाली किसी ऐसे पिंड के साथ संपर्क करती है जिसका तापमान उसके अपने से अधिक है, तो वह अपनी गतिज ऊर्जा इस पिंड को दे देगा, न कि इसके विपरीत (थर्मोडायनामिक्स के नियमों के आधार पर)।

दबाव

दबाव एक मात्रा है जो किसी पिंड पर उसकी सतह पर लंबवत कार्य करने वाले बल को दर्शाती है। इस पैरामीटर की गणना करने के लिए, बल की पूरी मात्रा को वस्तु के क्षेत्र से विभाजित करना आवश्यक है। इस बल की इकाइयाँ पास्कल होंगी।

थर्मोडायनामिक मापदंडों के मामले में, गैस अपने लिए उपलब्ध संपूर्ण मात्रा पर कब्जा कर लेती है, और, इसके अलावा, इसे बनाने वाले अणु लगातार अव्यवस्थित रूप से चलते रहते हैं और एक दूसरे से और उस बर्तन से टकराते हैं जिसमें वे स्थित हैं। यह वे प्रभाव हैं जो बर्तन की दीवारों पर या गैस में रखे गए शरीर पर पदार्थ के दबाव का कारण बनते हैं। अणुओं की अप्रत्याशित गति के कारण बल सभी दिशाओं में समान रूप से वितरित होता है। दबाव बढ़ाने के लिए, सिस्टम का तापमान बढ़ाना आवश्यक है, और इसके विपरीत।

आंतरिक ऊर्जा

मुख्य थर्मोडायनामिक पैरामीटर जो सिस्टम के द्रव्यमान पर निर्भर करते हैं उनमें आंतरिक ऊर्जा शामिल है। इसमें किसी पदार्थ के अणुओं की गति के कारण होने वाली गतिज ऊर्जा, साथ ही संभावित ऊर्जा शामिल होती है जो तब प्रकट होती है जब अणु एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं।

यह पैरामीटर असंदिग्ध है. अर्थात्, आंतरिक ऊर्जा का मूल्य हर बार स्थिर रहता है जब सिस्टम वांछित स्थिति में होता है, भले ही यह (स्थिति) कैसे भी प्राप्त किया गया हो।

आंतरिक ऊर्जा को बदलना असंभव है। इसमें सिस्टम द्वारा उत्पन्न ऊष्मा और उसके द्वारा उत्पन्न कार्य शामिल होते हैं। कुछ प्रक्रियाओं के लिए, अन्य मापदंडों को भी ध्यान में रखा जाता है, जैसे तापमान, एन्ट्रापी, दबाव, क्षमता और अणुओं की संख्या।

एन्ट्रापी

ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम कहता है कि एन्ट्रापी घटती नहीं है। एक अन्य सूत्रीकरण यह बताता है कि ऊर्जा कभी भी कम तापमान वाले शरीर से अधिक गर्म तापमान वाले शरीर की ओर नहीं जाती है। यह, बदले में, सृजन की संभावना से इनकार करता है सतत गति मशीन, क्योंकि शरीर को उपलब्ध सारी ऊर्जा को कार्य में स्थानांतरित करना असंभव है।

"एन्ट्रॉपी" की अवधारणा को 19वीं सदी के मध्य में प्रयोग में लाया गया था। तब इसे सिस्टम के तापमान में गर्मी की मात्रा में बदलाव के रूप में माना गया था। लेकिन ऐसी परिभाषा केवल उन प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त है जो लगातार संतुलन की स्थिति में हैं। इससे हम निम्नलिखित निष्कर्ष निकाल सकते हैं: यदि सिस्टम को बनाने वाले पिंडों का तापमान शून्य हो जाता है, तो एन्ट्रापी शून्य होगी।

गैस की स्थिति के थर्मोडायनामिक पैरामीटर के रूप में एन्ट्रॉपी का उपयोग कणों की अव्यवस्था, अराजक गति के माप के संकेत के रूप में किया जाता है। इसका उपयोग किसी निश्चित क्षेत्र और बर्तन में अणुओं के वितरण को निर्धारित करने या किसी पदार्थ के आयनों के बीच परस्पर क्रिया के विद्युत चुम्बकीय बल की गणना करने के लिए किया जाता है।

तापीय धारिता

एन्थैल्पी वह ऊर्जा है जिसे स्थिर दबाव पर ऊष्मा (या कार्य) में परिवर्तित किया जा सकता है। यह एक प्रणाली की क्षमता है जो संतुलन की स्थिति में है यदि शोधकर्ता एन्ट्रापी के स्तर, अणुओं की संख्या और दबाव को जानता है।

यदि एक आदर्श गैस के थर्मोडायनामिक पैरामीटर को इंगित किया जाता है, तो एन्थैल्पी के बजाय "विस्तारित प्रणाली की ऊर्जा" फॉर्मूलेशन का उपयोग किया जाता है। इस मान को समझाना आसान बनाने के लिए, आप गैस से भरे एक बर्तन की कल्पना कर सकते हैं, जो एक पिस्टन (उदाहरण के लिए, एक आंतरिक दहन इंजन) द्वारा समान रूप से संपीड़ित होता है। इस मामले में, एन्थैल्पी न केवल पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा के बराबर होगी, बल्कि सिस्टम को आवश्यक स्थिति में लाने के लिए किए जाने वाले कार्य के भी बराबर होगी। इस पैरामीटर को बदलना केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति पर निर्भर करता है, और जिस पथ से इसे प्राप्त किया जाएगा वह कोई मायने नहीं रखता।

गिब्स ऊर्जा

थर्मोडायनामिक पैरामीटर और प्रक्रियाएं, अधिकांश भाग के लिए, सिस्टम को बनाने वाले पदार्थों की ऊर्जा क्षमता से जुड़ी होती हैं। इस प्रकार, गिब्स ऊर्जा प्रणाली की कुल रासायनिक ऊर्जा के बराबर है। यह दर्शाता है कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान क्या परिवर्तन होंगे और क्या पदार्थ बिल्कुल भी परस्पर क्रिया करेंगे।

किसी प्रतिक्रिया के दौरान किसी सिस्टम की ऊर्जा और तापमान की मात्रा बदलने से एन्थैल्पी और एन्ट्रॉपी जैसी अवधारणाएं प्रभावित होती हैं। इन दो मापदंडों के बीच के अंतर को गिब्स ऊर्जा या आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल क्षमता कहा जाएगा।

इस ऊर्जा का न्यूनतम मूल्य तब देखा जाता है जब सिस्टम संतुलन में होता है, और इसका दबाव, तापमान और पदार्थ की मात्रा अपरिवर्तित रहती है।

हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा

हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा (अन्य स्रोतों के अनुसार - बस मुक्त ऊर्जा) ऊर्जा की संभावित मात्रा का प्रतिनिधित्व करती है जो एक प्रणाली द्वारा इसके बाहर के निकायों के साथ बातचीत करते समय खो जाएगी।

हेल्महोल्ट्ज़ मुक्त ऊर्जा की अवधारणा का उपयोग अक्सर यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि एक प्रणाली अधिकतम कितना कार्य कर सकती है, अर्थात, जब पदार्थ एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण करते हैं तो कितनी गर्मी जारी होगी।

यदि सिस्टम थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में है (अर्थात यह कोई कार्य नहीं करता है), तो मुक्त ऊर्जा का स्तर न्यूनतम पर है। इसका मतलब यह है कि तापमान, दबाव, कणों की संख्या जैसे अन्य मापदंडों में भी परिवर्तन नहीं होता है।

धातुकर्म गणना में उपयोग किए जाने वाले मुख्य थर्मोडायनामिक कार्य आंतरिक ऊर्जा हैं यू,तापीय धारिता एन, एन्ट्रापी एस, साथ ही उनके सबसे महत्वपूर्ण संयोजन: आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल जी = एच - टीएसऔर आइसोकोरिक-इज़ोटेर्मल एफ = यू - टीएसक्षमताएँ, कम क्षमताएँ एफ = -जी/टी.

नर्नस्ट के प्रमेय के अनुसार एन्ट्रापीप्राकृतिक संदर्भ बिंदु केल्विन पैमाने पर शून्य डिग्री है, जिस पर क्रिस्टलीय पदार्थों की एन्ट्रापी शून्य होती है। इसलिए, औपचारिक दृष्टिकोण से, सैद्धांतिक रूप से, एन्ट्रापी के पूर्ण मूल्य को मापना या गणना करना और मात्रात्मक थर्मोडायनामिक अनुमानों के लिए इसका उपयोग करना हमेशा संभव होता है। अर्थात्, एन्ट्रापी संख्यात्मक थर्मोडायनामिक गणना करने के अभ्यास में कोई कठिनाई नहीं लाती है।

लेकिन आंतरिक ऊर्जाइसकी कोई प्राकृतिक उत्पत्ति नहीं है, और इसका पूर्ण मूल्य मौजूद ही नहीं है। यही बात अन्य सभी थर्मोडायनामिक कार्यों या संभावनाओं के लिए भी सच है, क्योंकि वे आंतरिक ऊर्जा से रैखिक रूप से संबंधित हैं:

एच = यू + पीवी;

एफ = यू - टीएस;

जी = एच - टीएस = यू - टीएस + पीवी;

एफ= -जी/टी = एस - एच/टी = एस -(यू+पीवी)/टी।

इसलिए, मान यू, एच, एफ, जीऔर एफसंदर्भ बिंदु की अनिश्चितता के कारण थर्मोडायनामिक प्रणाली को केवल स्थिरांक तक ही स्थापित किया जा सकता है। यह तथ्य मूलभूत जटिलताओं को जन्म नहीं देता, क्योंकि सभी एप्लिकेशन समस्याओं के समाधान के लिए जानने के लिए पर्याप्त हैपरिवर्तन मात्राचरण और रासायनिक परिवर्तनों के दौरान तापमान, दबाव, आयतन बदलते समय थर्मोडायनामिक कार्य करता है।

लेकिन वास्तविक गणना करने में सक्षम होने के लिए, कुछ स्थिरांकों की स्पष्ट पसंद पर कुछ समझौतों (मानकों) को अपनाना और प्रकृति में पाए जाने वाले सभी पदार्थों के लिए थर्मोडायनामिक कार्यों के प्रारंभिक मूल्यों की गणना के लिए समान नियम स्थापित करना आवश्यक था। थर्मोडायनामिक कार्यों की रैखिक निर्भरता के कारण एच, एफ, जी, एफआंतरिक ऊर्जा से यू यह पर्याप्तइनमें से केवल एक कार्य के लिए करें। ऐसा सच में हुआ मूल्यों के लिए प्रारंभिक बिंदु एकीकृत कर दिया गया हैतापीय धारिता . कर दिया सटीक रूप से निर्दिष्ट भौतिक स्थितियों के तहत कुछ अवस्थाओं में कुछ पदार्थों की एन्थैल्पी को शून्य मान निर्दिष्ट करके,जिन्हें कहा जाता है मानक पदार्थ, मानक स्थितियाँऔर मानक अवस्थाएँ।

सैद्धांतिक और सैद्धांतिक विज्ञान के अंतर्राष्ट्रीय संघ के थर्मोडायनामिक्स पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग द्वारा अनुशंसित, चर्चा किए गए समझौतों का सबसे आम सेट निम्नलिखित है। अनुप्रयुक्त रसायन शास्त्र(आईयूपीएसी)। इस सेट को कहा जा सकता है थर्मोडायनामिक मानक, जैसा कि रासायनिक थर्मोडायनामिक्स पर आधुनिक साहित्य में व्यावहारिक रूप से स्थापित किया गया है।

मानक शर्तें

नर्नस्ट के प्रमेय के अनुसार, एन्ट्रॉपी या प्राकृतिक मानक तापमान के लिए प्राकृतिक संदर्भ बिंदु, केल्विन पैमाने पर शून्य डिग्री है, जिस पर पदार्थों की एन्ट्रॉपी शून्य होती है। मुख्य रूप से यूएसएसआर में प्रकाशित कुछ संदर्भ पुस्तकों में, 0 K का उपयोग मानक तापमान के रूप में किया जाता है। भौतिक और गणितीय दृष्टिकोण से इसके महान तर्क के बावजूद, इस तापमान का व्यापक रूप से मानक तापमान के रूप में उपयोग नहीं किया जाता है। यह इस तथ्य के कारण है कि कम तापमान पर तापमान पर ताप क्षमता की निर्भरता बहुत जटिल होती है, और इसके लिए पर्याप्त सरल बहुपद सन्निकटन का उपयोग करना संभव नहीं है।

मानक भौतिक स्थितियाँ 1 एटीएम के दबाव के अनुरूप होती हैं(1 भौतिक वातावरण = 1.01325 बार)और तापमान 298.15 K(25° साथ). ऐसा माना जाता है कि ऐसी स्थितियाँ वास्तविक से सबसे अधिक मेल खाती हैं भौतिक स्थितियाँरासायनिक प्रयोगशालाओं में जहां थर्मोकेमिकल माप किए जाते हैं।

मानक पदार्थ

प्रकृति में, सभी पृथक, स्वतंत्र पदार्थ, थर्मोडायनामिक्स में व्यक्तिगत कहलाते हैं , डी.आई. मेंडेलीव की तालिका के शुद्ध तत्वों से मिलकर बने होते हैं, या उनके बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं से प्राप्त होते हैं। इसीलिए पर्याप्त स्थितिथर्मोडायनामिक मात्राओं के लिए संदर्भ का एक फ्रेम स्थापित करने के लिए केवल एन्थैल्पी का विकल्प होता है रासायनिक तत्व सरल पदार्थ के रूप में. ऐसा माना जाता है मानक परिस्थितियों में सभी तत्वों की मानक अवस्था में एन्थैल्पी शून्य होती है – तापमान और दबाव. इसलिए, थर्मोडायनामिक्स में रासायनिक तत्वों को भी कहा जाता है मानक पदार्थ.

अन्य सभी पदार्थ मानक पदार्थों (मानक अवस्था में रासायनिक तत्व) के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा प्राप्त यौगिक माने जाते हैं। व्यक्तिगत पदार्थ " रासायनिक यौगिकों (साथ ही गैर-मानक अवस्थाओं में तत्वों के लिए) के लिए एन्थैल्पी का प्रारंभिक बिंदु मानक पदार्थों से उनके गठन की प्रतिक्रिया की एन्थैल्पी माना जाता है, जैसे कि वास्तव में, मानक परिस्थितियों में किया जाता है। प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव (एन्थैल्पी) वास्तविक परिस्थितियों में प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है, और फिर मानक स्थितियों में पुनर्गणना की जाती है। यह मान इस प्रकार लिया जाता है गठन की मानक एन्थैल्पी एक व्यक्तिगत पदार्थ के रूप में रासायनिक यौगिक।

व्यावहारिक गणना में, यह याद रखना चाहिए कि थर्मोकैमिस्ट्री में निम्नलिखित को मानक के रूप में स्वीकार किया जाता है संकेतों का नियम एन्थैल्पी को चिह्नित करना। यदि, किसी रासायनिक यौगिक के निर्माण के दौरान, गर्मी अलग दिखना, चिन्ह चयनित है " ऋण”- इज़ोटेर्माल प्रक्रिया के दौरान सिस्टम के लिए गर्मी नष्ट हो जाती है। यदि रासायनिक यौगिक बनाने के लिए ऊष्मा की आवश्यकता होती है अवशोषित, चिन्ह चयनित है " प्लस”- समतापीयता बनाए रखने के लिए पर्यावरण से सिस्टम को गर्मी की आपूर्ति की जाती है।

मानक अवस्थाएँ

ऐसी स्थिति के लिए, संतुलन को चुना जाता है, अर्थात। सबसे स्थिरअस्तित्व का रूप (एकत्रीकरण की स्थिति, आणविक रूप) रासायनिक तत्व मानक परिस्थितियों में, उदाहरण के लिए, ये ठोस अवस्था में तत्व हैं - सीसा,  ग्रेफाइट के रूप में कार्बन, तरल रूप में - पारा और ब्रोमीन, गैसीय नाइट्रोजन या क्लोरीन के डायटोमिक अणु, मोनोएटोमिक नोबल गैसें, आदि।

मानक पदनाम

किसी मानक मान से मानक दबाव पर गणना की गई किसी थर्मोडायनामिक संपत्ति को निरूपित करने के लिए और इसलिए कहा जाता है मानक संपत्ति, प्रतीक के दाहिने ऊपरी सूचकांक 0 (शून्य) का उपयोग किया जाता है। कि संपत्ति गिनी जाती है चयनित मानक से, थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन के बीजगणितीय प्रतीक के सामने "" प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है। जिस तापमान से फ़ंक्शन मान मेल खाता है उसे अक्सर सही सबस्क्रिप्ट के रूप में दिया जाता है। उदाहरण के लिए, मानक एन्थैल्पी 298.15 K पर पदार्थ को इस रूप में निर्दिष्ट किया गया है

अलग-अलग पदार्थों की मानक एन्थैल्पी को एक मानक अवस्था में मानक पदार्थों से रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा उनके गठन की ऊष्मा के रूप में लिया जाता है। इसलिए, थर्मोडायनामिक कार्यों को कभी-कभी सबस्क्रिप्ट का उपयोग करके दर्शाया जाता है एफ(अंग्रेज़ी से गठन- शिक्षा):

एन्थैल्पी के विपरीत, एन्ट्रापी की गणना किसी भी तापमान पर उसके निरपेक्ष मान से की जाती है। इसलिए, एन्ट्रापी के पदनाम में कोई चिन्ह "" नहीं है:
मानक एन्ट्रापी 298.15 K पर पदार्थ, तापमान पर मानक एन्ट्रापी टी।

मानक परिस्थितियों में पदार्थों के मानक गुण, अर्थात्। मानक थर्मोडायनामिक फ़ंक्शनथर्मोकेमिकल मात्राओं की तालिकाओं में संकलित किया गया और प्रकाशित किया गया व्यक्तिगत पदार्थों की थर्मोकेमिकल मात्रा की संदर्भ पुस्तकें.

आइसोबैरिक प्रक्रियाएं वास्तविकता में सबसे अधिक बार सामने आती हैं, क्योंकि तकनीकी प्रक्रियाएं वायुमंडल के साथ संचार करने वाले उपकरणों में की जाती हैं। इसलिए, अधिकांश भाग के लिए थर्मोकेमिकल डेटा की संदर्भ पुस्तकों में बताया गया है कि कैसे आवश्यक और पर्याप्तकिसी थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन, मात्रा की गणना के लिए जानकारी

यदि मानक निरपेक्ष एन्ट्रापी और गठन की एन्थैल्पी के मान ज्ञात हैं, साथ ही तापमान पर ताप क्षमता की निर्भरता, तो अन्य सभी थर्मोडायनामिक कार्यों के मूल्यों में मूल्यों या परिवर्तनों की गणना की जा सकती है।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग न केवल अंतिम उत्पाद प्राप्त करने के लिए किया जाता है। अक्सर यह जानना महत्वपूर्ण होता है कि किसी विशेष प्रकार के ईंधन को जलाने से कितनी गर्मी प्राप्त की जा सकती है, विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं से कितना काम प्राप्त किया जा सकता है। किसी विशेष प्रतिक्रिया के घटित होने की मूलभूत संभावना के प्रश्न का प्रारंभिक समाधान भी अत्यधिक महत्वपूर्ण है। यह सब रासायनिक प्रक्रिया में शामिल पदार्थों के थर्मोडायनामिक मापदंडों के ज्ञान के आधार पर विशेष गणना करके किया जा सकता है। चूँकि रासायनिक परिवर्तन बहुत विविध होते हैं, और 100 से अधिक रासायनिक तत्व प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकते हैं, थर्मोडायनामिक मात्राओं के लिए शुरुआती बिंदु चुनने की समस्या उत्पन्न होती है। इस प्रयोजन के लिए, थर्मोडायनामिक्स में अवधारणाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है मानक अवस्थाएँ और मानक स्थितियाँ।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि प्रतिक्रिया के दौरान विभिन्न रासायनिक तत्व एक दूसरे में परिवर्तित नहीं होते हैं। इसका मतलब यह है कि थर्मोडायनामिक मात्राओं के लिए शुरुआती बिंदु निर्धारित करने के लिए, हम सभी रासायनिक तत्वों को मानक अवस्थाओं में ले सकते हैं, ठीक वैसाप्रारंभिक पदार्थों के संबंध में और प्रतिक्रिया उत्पादों के संबंध में दोनों।

पिछले अनुभाग में यह दिखाया गया था कि रासायनिक प्रक्रियाओं के ऊर्जा मापदंडों का मान आम तौर पर प्रतिक्रिया पथ पर निर्भर करता है। ये हैं, उदाहरण के लिए, किसी प्रक्रिया की ऊष्मा या किसी प्रक्रिया का कार्य। लेकिन फिर भी, ऐसी स्थितियाँ होती हैं जब अंतिम और प्रारंभिक अवस्थाओं को निर्दिष्ट करके प्रक्रिया की गर्मी और कार्य को विशिष्ट रूप से निर्धारित किया जाता है। एक ही समय पर प्रक्रियाएँ स्थिर आयतन या दबाव पर होनी चाहिए। प्रक्रिया के अंत में सिस्टम का तापमान प्रक्रिया की शुरुआत के तापमान के समान होना चाहिए।ऐसे मामलों में, थर्मोडायनामिक गणना करने की योजना विशेष रूप से सरल दिखती है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 11.1.

किसी प्रतिक्रिया में थर्मोडायनामिक पैरामीटर में परिवर्तन

प्रारंभिक पदार्थ - अंतिम पदार्थ

अंतिम और प्रारंभिक पदार्थों के संगत गठन मापदंडों के बीच अंतर के बराबर है। उदाहरण के लिए, किसी प्रतिक्रिया में एन्थैल्पी परिवर्तन होता है

अन्य मात्राओं की प्रतिक्रिया में परिवर्तन की गणना इसी प्रकार की जाती है। एन्ट्रापी के लिए पदार्थों के निरपेक्ष मानों का उपयोग किया जाता है

चित्र में थर्मोडायनामिक मात्राओं का पदनाम। 11.1 अतिरिक्त सूचकांकों के साथ प्रदान किया गया है। सूचकांक "ओ" इंगित करता है कि विचाराधीन मूल्य पदार्थ की मानक स्थिति को दर्शाता है।

सूचकांक "जी" से आता है अंग्रेजी शब्द प्रतिक्रियाऔर भविष्य में प्रतिक्रियाओं में परिवर्तन वाली मात्राओं को चिह्नित करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाएगा। सूचकांक "एफ" (गठन)सरल पदार्थों से किसी यौगिक के निर्माण की प्रतिक्रिया में विचाराधीन मात्रा में परिवर्तन को इंगित करता है। हालाँकि, सूचकांक "जी" (या "एफ") के उपयोग का एक और महत्वपूर्ण कार्य भी है: फॉर्म ए में लिखी गई किसी भी थर्मोडायनामिक मात्रा में परिवर्तन। जी एम,की विशेषता

चावल। 11.1. रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिवर्तन की दर के थर्मोडायनामिक मापदंडों की गणना के लिए योजना एमएक बहुत बड़ी प्रणाली के लिए एक परिवर्तन की प्रतिक्रिया में, जब परिवर्तन प्रणाली के गुणों को प्रभावित नहीं करते हैं। दूसरे शब्दों में, सूचकांक "जी" (या "एफ") वाली मात्राएं सिस्टम के विभेदक गुणों को दर्शाती हैं:

और, उदाहरण के लिए,

सिस्टम पैरामीटर को अपरिवर्तित रखते हुए (मूल्य को छोड़कर?)। इसलिए, AM, M के मान में परिवर्तन है,एक ए x M प्रतिक्रिया की गहराई के साथ M के मान में परिवर्तन की दर है। मान A x M, M पर निर्भरता के वक्र के ढलान को दर्शाता है ?,.

गणना के लिए आवश्यक मान सीधे थर्मोडायनामिक तालिकाओं से लिए जाते हैं, जो प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक डेटा के आधार पर बनाए जाते हैं।

वर्तमान में, सरल पदार्थों के रूप में सभी रासायनिक तत्वों की समग्रता जो 25 डिग्री सेल्सियस पर सबसे स्थिर रूपों में हैं, का उपयोग एकल शून्य संदर्भ के रूप में किया जाता है। उदाहरण के लिए, कार्बन को ग्रेफाइट के रूप में, ब्रोमीन को तरल के रूप में लिया जाता है। फॉस्फोरस और टिन को अपवाद बनाया गया है। फास्फोरस के लिए, सफेद फास्फोरस (यौगिक पी 4) को मूल पदार्थ के रूप में लिया जाता है, और टिन के लिए, सफेद टिन ((3-टिन), क्योंकि ये पदार्थ अधिक सुलभ होते हैं। चयनित सरल पदार्थों का संग्रह आधार बनता हैथर्मोडायनामिक गणना के लिए, और आधार में शामिल प्रत्येक सरल पदार्थ है बुनियादीपदार्थ।

थर्मोडायनामिक गणना करने के लिए, पदार्थ के मापदंडों का उपयोग करें मानक स्थितियाँ,जो, IUPAC अनुशंसा के अनुसार (1982 से उपयोग के लिए), निम्नानुसार चुने गए हैं:

1. मानक अवस्था में पदार्थ का तापमान सिस्टम के तापमान के बराबर होता है:

2. मानक अवस्था में किसी पदार्थ के ऊपर दबाव या मानक अवस्था में गैसीय पदार्थ का दबाव (आर°) 1 बार के बराबर:

1982 तक, मानक अवस्था में दबाव एक वायुमंडल (1 एटीएम = 101325 Pa) था। यद्यपि संदर्भ डेटा में संभावित अंतर छोटे हैं, फिर भी मानक स्थिति में दबाव के लिए उपयोग की जाने वाली इकाइयों की प्रणाली पर ध्यान देने की सिफारिश की जाती है।

• 3. गैसीय पदार्थों के लिए आदर्श गैसों के रूप में काल्पनिक अवस्थाओं को मानक अवस्था के रूप में चुना जाता है।
• 4. तरल और ठोस पदार्थों के लिए, वास्तविक अवस्थाएँ लें р°= 1 बार और तापमान टी।
• 5. कभी-कभी पदार्थ की काल्पनिक अवस्थाओं को ध्यान में रखा जाता है, उदाहरण के लिए, 1 बार के दबाव और 100 डिग्री सेल्सियस से कम तापमान पर गैस के रूप में पानी या 25 डिग्री सेल्सियस पर बर्फ के रूप में।
• 6. मानक अवस्थाओं में पदार्थों को चिह्नित करने वाली थर्मोडायनामिक मात्राएँ कहलाती हैं मानक।

कहा जाता है कि तापमान पर पदार्थ मानक अवस्था में होते हैं टी° = 298.15 K मानक परिस्थितियों में हैं। कृपया ध्यान दें कि मानक स्थितियों और मानक शर्तों को भ्रमित करने की कोई आवश्यकता नहीं है: मानक अवस्थाएँ किसी भी तापमान पर संभव हैं, मानक परिस्थितियाँ केवल तापमान को संदर्भित करती हैं 25 डिग्री सेल्सियस.

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि व्यवहार में कभी-कभी अन्य मानक राज्यों का उपयोग किया जाता है यदि यह अधिक सुविधाजनक लगता है। ठोस और तरल पदार्थों के लिए, मानक अवस्था की अवधारणा का उपयोग अक्सर किसी भी दबाव पर किया जाता है, न कि केवल दबाव पर р°= 1 बार. ऐसी मानक स्थितियों से संबंधित मानक मात्राओं को दर्शाने के लिए, हम सुपरस्क्रिप्ट "*" का उपयोग करेंगे (उदाहरण के लिए, एक*)।

मिश्रण और समाधान के लिए, एक आदर्श मिश्रण या समाधान की स्थिति जिसमें किसी पदार्थ की सांद्रता एक (मोलैरिटी या मोललिटी) के बराबर होती है, को मानक के रूप में उपयोग किया जाता है।

कभी-कभी राज्यों के साथ टी= डीसिस्टम्स) और वी=मैं' = 1 एल.

थर्मोडायनामिक मात्रा का आकलन करते समय व्यक्तिगत पदार्थों और समाधानों के घटकों की पारंपरिक रूप से स्वीकृत अवस्थाएँ।

"मानक अवस्थाओं" को पेश करने की आवश्यकता इस तथ्य के कारण है कि जब दबाव या एकाग्रता एक मात्रात्मक विशेषता के रूप में कार्य करती है तो थर्मोडायनामिक कानून वास्तविक पदार्थों के व्यवहार का सटीक वर्णन नहीं करते हैं। मानक अवस्थाएँ गणना की सुविधा के कारणों से चुनी जाती हैं, और एक समस्या से दूसरी समस्या पर जाने पर वे बदल सकती हैं।

मानक अवस्थाओं में, थर्मोडायनामिक मात्राओं के मूल्यों को "मानक" कहा जाता है और सुपरस्क्रिप्ट में शून्य द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, उदाहरण के लिए: जी 0, एच 0, एम 0 क्रमशः मानक गिब्स ऊर्जा, एन्थैल्पी और रासायनिक क्षमता हैं। पदार्थ का. आदर्श गैसों और समाधानों के लिए थर्मोडायनामिक समीकरणों में दबाव के बजाय, भगोड़ापन (अस्थिरता) का उपयोग किया जाता है, और एकाग्रता के बजाय, गतिविधि का उपयोग किया जाता है।

IUPAC मानक बताता है

इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (आईयूपीएसी) के थर्मोडायनामिक्स पर आयोग ने निर्धारित किया कि मानक स्थिति प्रणाली की स्थिति है, जिसे तुलना के लिए मानक के रूप में मनमाने ढंग से चुना गया है। आयोग ने पदार्थों की निम्नलिखित मानक अवस्थाएँ प्रस्तावित कीं:

• गैस चरण के लिए, यह 100 kPa (1982 तक - 1 मानक वायुमंडल, 101,325 Pa, 760 mmHg) के मानक दबाव के तहत गैस चरण में रासायनिक रूप से शुद्ध पदार्थ की (अनुमानित) स्थिति है, जो आदर्श गैस गुणों की उपस्थिति को दर्शाता है। .
• तरल या ठोस समुच्चय अवस्था में शुद्ध चरण, मिश्रण या विलायक के लिए, यह मानक दबाव के तहत तरल या ठोस चरण में रासायनिक रूप से शुद्ध पदार्थ की स्थिति है।
• एक समाधान के लिए, यह मानक दबाव या मानक एकाग्रता के तहत 1 मोल/किलोग्राम की मानक मोललिटी के साथ विलेय की (मान ली गई) स्थिति है, जो इस स्थिति पर आधारित है कि समाधान असीम रूप से पतला है।
• रासायनिक रूप से शुद्ध पदार्थ के लिए, यह स्पष्ट रूप से परिभाषित, लेकिन मनमाना, मानक दबाव के तहत एकत्रीकरण की स्पष्ट रूप से परिभाषित स्थिति में एक पदार्थ है।

मानक अवस्था की IUPAC परिभाषा में मानक तापमान शामिल नहीं है, हालाँकि मानक तापमान को अक्सर 25 °C (298.15 K) कहा जाता है।