রাসায়নিক প্রক্রিয়ার সময় গিবস শক্তি এবং এর পরিবর্তন। রাসায়নিক বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্ত ঘটনার জন্য শর্ত

পূর্ববর্তী অনুচ্ছেদে আমরা বেশ কয়েকটি উদাহরণ দেখেছি যা দেখায় যে, নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, প্রতিটি রাসায়নিক বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে একটি নির্দিষ্ট দিকে এগিয়ে যায়। এইভাবে, নিম্ন তাপমাত্রায়, বাষ্পযুক্ত জলের গঠনের এক্সোথার্মিক প্রতিক্রিয়া

প্রায় সম্পূর্ণভাবে সামনের দিকে প্রবাহিত হয়। কিন্তু উচ্চ তাপমাত্রায়, এই প্রতিক্রিয়া বিপরীত দিকে যেতে শুরু করে: জলীয় বাষ্প হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনে পচে যায়। সমস্ত ক্ষেত্রে, প্রতিক্রিয়ার ফলস্বরূপ, স্থিতিশীল রাসায়নিক ভারসাম্যের একটি অবস্থা অর্জন করা যেতে পারে, তবে ভারসাম্যের অবস্থান নিজেই বিভিন্ন পরিস্থিতিতে ভিন্ন হতে পারে।

প্রশ্ন জাগে; রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলির একটি নির্দিষ্ট দিকের কারণ কী, কোন উপাদানগুলি এই বা রাসায়নিক ভারসাম্যের অবস্থা নির্ধারণ করে?

এটা জানা যায় যে যান্ত্রিক সিস্টেমে স্থিতিশীল ভারসাম্য সিস্টেমের ন্যূনতম সম্ভাব্য শক্তির সাথে মিলে যায়। এইভাবে, বলটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে একটি বাঁকানো পৃষ্ঠের অবস্থান a থেকে নিচে নেমে আসে (চিত্র 69), এবং এর সম্ভাব্য শক্তি প্রথমে সামগ্রিকভাবে বলের গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হয় এবং তারপরে অণুর তাপীয় গতির শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। . B অবস্থানে বলটি ভারসাম্যপূর্ণ।

এটা অনুমান করা স্বাভাবিক যে রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলিও স্বতঃস্ফূর্তভাবে সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি হ্রাসের দিকে, অর্থাৎ, প্রতিক্রিয়ার ইতিবাচক তাপীয় প্রভাবের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ দিকে এগিয়ে যাওয়া উচিত। প্রকৃতপক্ষে, অভিজ্ঞতা দেখায় যে সাধারণ পরিস্থিতিতে প্রধানত এক্সোথার্মিক প্রতিক্রিয়াগুলি স্বতঃস্ফূর্তভাবে এগিয়ে যায়।

যাইহোক, শুধুমাত্র অভ্যন্তরীণ শক্তি হ্রাস করার ইচ্ছার দ্বারা রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলির দিক ব্যাখ্যা করার একটি প্রচেষ্টা তথ্যের সাথে দ্বন্দ্বের দিকে নিয়ে যায়।

ভাত। 69. বলটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে একটি অবস্থান থেকে খ অবস্থানে গড়িয়ে যায়।

ভাত। 70. একটি পাত্র যা দুটি অংশ নিয়ে গঠিত: একটি অংশে একটি বিরল গ্যাস রয়েছে, খ অংশে একটি ভ্যাকুয়াম রয়েছে।

এইভাবে, ইতিমধ্যে সাধারণ তাপমাত্রায়, অনেক লবণ দ্রবীভূত করার এন্ডোথার্মিক প্রক্রিয়া এবং কিছু এন্ডোথার্মিক রাসায়নিক বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে ক্রমবর্ধমান প্রতিক্রিয়াগুলি এন্ডোথার্মিক প্রক্রিয়ার দিকে স্বতঃস্ফূর্তভাবে এগিয়ে যেতে শুরু করে; এই ধরনের প্রতিক্রিয়াগুলির উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে উপরে উল্লিখিত জলের পচন বা উচ্চ তাপমাত্রায় নাইট্রিক অক্সাইডের সংশ্লেষণ

অধিকন্তু, ন্যূনতম অভ্যন্তরীণ শক্তির জন্য প্রচেষ্টার নীতির জন্য প্রয়োজন যে সমস্ত এক্সোথার্মিক বিক্রিয়া সমাপ্তিতে পৌঁছায়, অর্থাৎ, এটি বিপরীত প্রতিক্রিয়ার সম্ভাবনাকে বাদ দেয়; যাইহোক, এই ধরনের প্রতিক্রিয়া সত্যিই বিদ্যমান.

আসুন আমরা এখন মনে রাখি যে যান্ত্রিক সিস্টেমগুলির মধ্যে এমন কিছু রয়েছে যাদের আচরণও ন্যূনতম সম্ভাব্য শক্তি অর্জনের দিকে প্রক্রিয়াগুলির দিক দিয়ে বর্ণনা করা যায় না। এগুলি এমন সিস্টেম যা খুব বড় সংখ্যক কণা নিয়ে গঠিত। উদাহরণস্বরূপ, বায়ু তৈরি করা অণুগুলি অনেক কিলোমিটার পুরু বায়ুমণ্ডলের আকারে পৃথিবীর চারপাশে বিতরণ করা হয়, তবে পৃথিবীতে পড়ে না, যদিও প্রতিটি অণুর ন্যূনতম সম্ভাব্য শক্তি তার সর্বনিম্ন অবস্থানের সাথে মিলে যায়।

রাসায়নিক ব্যবস্থাও বিপুল সংখ্যক কণা নিয়ে গঠিত। অতএব, এটা আশ্চর্যজনক নয় যে এখানেও, ন্যূনতম অভ্যন্তরীণ শক্তি অর্জনের প্রবণতাই তাদের আচরণ নির্ধারণের একমাত্র কারণ নয়।

প্রতিক্রিয়ার দিককে প্রভাবিত করে এমন দ্বিতীয় ফ্যাক্টর সম্পর্কে ধারণা পাওয়ার জন্য, আসুন কিছু স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটতে থাকা প্রক্রিয়া বিবেচনা করি যা তাপীয় প্রভাবের সাথে থাকে না। এই ধরনের প্রক্রিয়ার একটি উদাহরণ হল একটি বিরল গ্যাসের প্রসারণ।

দুটি অংশে বিভক্ত একটি জাহাজের A অংশে একটি বিরল গ্যাস থাকতে দিন (চিত্র 70)। এই ধরনের গ্যাসে অণুর মধ্যে গড় দূরত্ব বড় হয়; এই অবস্থার অধীনে, গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি তার বিরলতার ডিগ্রির উপর নির্ভর করে না। জাহাজের দ্বিতীয়ার্ধে (B) গ্যাস থাকে না। আপনি যদি জাহাজের উভয় অংশের সাথে সংযোগকারী ট্যাপটি খোলেন তবে গ্যাসটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে পুরো জাহাজে ছড়িয়ে পড়বে।

গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি পরিবর্তন হবে না; যাইহোক, এটি গ্যাস সম্প্রসারণের প্রক্রিয়া যা স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে, তবে বিপরীত প্রক্রিয়া - গ্যাসের স্বতঃস্ফূর্ত সংকোচন - ঘটবে না।

প্রক্রিয়াটির এই দিকের কারণগুলি বোঝা যাবে যদি আমরা প্রথমে অল্প সংখ্যক অণু সম্বলিত একটি সিস্টেম বিবেচনা করি। জাহাজে কেবল দুটি অণু থাকতে দিন, যাকে আমরা 1 এবং 2 হিসাবে চিহ্নিত করব। জাহাজের উভয় অংশের মধ্যে গ্যাসের অভিন্ন বন্টন, গ্যাসের একটি নির্দিষ্ট ম্যাক্রোস্টেটের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, দুটি মাইক্রোস্টেট দ্বারা অর্জন করা যেতে পারে;

ম্যাক্রোস্টেট, যেখানে সমস্ত গ্যাস জাহাজের একটি অংশে কেন্দ্রীভূত হয় (উদাহরণস্বরূপ, অংশ এ), একটি একক মাইক্রোস্টেট দ্বারা উপলব্ধি করা হয়:

এটা স্পষ্ট যে সিস্টেমের এই বা সেই ম্যাক্রোস্টেট আরও সম্ভাব্য, মাইক্রোস্টেটের সংখ্যা যত বেশি তা উপলব্ধি করা যেতে পারে। বিবেচনাধীন ক্ষেত্রে (দুটি অণু), জাহাজ জুড়ে গ্যাসের অভিন্ন বন্টন জাহাজ A এর অংশে সমস্ত গ্যাস স্থানান্তরের দ্বিগুণ সম্ভাবনা।

এখন পাত্রে চারটি অণু থাকুক, যা আমরা আবার সংখ্যা করব। জাহাজ A এর অংশে সমস্ত গ্যাসের রূপান্তর এখনও একটি একক মাইক্রোস্টেটের সাথে মিলে যায়:

ইতিমধ্যে, জাহাজের উভয় অংশের মধ্যে গ্যাসের অভিন্ন বন্টন এখন ছয়টি ভিন্ন মাইক্রোস্টেট দ্বারা অর্জন করা যেতে পারে:

এখন, তাই, জাহাজের পুরো আয়তন জুড়ে গ্যাসের অণুগুলির একটি অভিন্ন বিতরণের সম্ভাবনা তার অংশগুলির একটিতে তাদের স্থানান্তরের সম্ভাবনার চেয়ে লক্ষণীয়ভাবে বেশি। স্বাভাবিকভাবেই, জাহাজের অংশে সম্পূর্ণ ঘনত্বের তুলনায় গ্যাসের একটি অভিন্ন বন্টন অনেক বেশি পরিলক্ষিত হবে।

যদি একটি পাত্রে ছয়টি অণু থাকে, তবে জাহাজের একটি অংশে তাদের স্থানান্তর (অর্থাৎ, গ্যাসের স্বতঃস্ফূর্ত সংকোচন এটি দখল করে থাকা আসল আয়তনের অর্ধেক), পূর্বের মতো, শুধুমাত্র একটি মাইক্রোস্টেটের সাথে মিলে যায়। কিন্তু জাহাজের উভয় অংশের মধ্যে গ্যাসের অভিন্ন বন্টন ইতিমধ্যেই 20টি অণুর সম্ভাব্য সংমিশ্রণের সাথে মিলে যায়, অর্থাৎ 20টি ভিন্ন মাইক্রোস্টেট:

এখন একটি গ্যাসের স্বতঃস্ফূর্ত সংকোচনের ঘটনা, অর্থাৎ, জাহাজের একটি অংশে এর সমস্ত অণুর ঘনত্ব, আরও কম ঘন ঘন পরিলক্ষিত হবে; সমস্ত জাহাজ জুড়ে গ্যাসের অভিন্ন বন্টন আরও বেশি সম্ভাব্য হয়ে ওঠে।

এইভাবে, অণুর সংখ্যা বাড়ার সাথে সাথে একটি জাহাজে গ্যাসের এলোমেলো, অভিন্ন বন্টনের সম্ভাবনা খুব দ্রুত বৃদ্ধি পায় এবং গ্যাসের স্বতঃস্ফূর্ত সংকোচন একটি ক্রমবর্ধমান কম সম্ভাবনাময় প্রক্রিয়া হয়ে ওঠে। যদি আমরা এখন মনে রাখি যে গ্যাসের ম্যাক্রোস্কোপিক পরিমাণে বিপুল সংখ্যক অণু থাকে, তবে এটি স্পষ্ট হয়ে উঠবে যে বাস্তব অভিজ্ঞতায় একটি গ্যাসের স্বতঃস্ফূর্ত সংকোচন একটি কার্যত অসম্ভব প্রক্রিয়া এবং গ্যাসের সম্প্রসারণের বিপরীত প্রক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে। , জাহাজের সমগ্র আয়তনের উপর এর অণুগুলির একটি অভিন্ন, এলোমেলো বিতরণের দিকে পরিচালিত করে।

গ্যাস সম্প্রসারণের ঘটনাটি যা আমরা বিবেচনা করেছি তা হল সবচেয়ে সম্ভাব্য অবস্থার দিকে প্রক্রিয়াগুলির দিকনির্দেশের নীতির প্রকাশের একটি উদাহরণ, অর্থাৎ, কণার বন্টনের সর্বাধিক এলোমেলোতার সাথে মিল রয়েছে। রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলির স্বতঃস্ফূর্ত ঘটনার দিকটি দুটি কারণের সম্মিলিত ক্রিয়া দ্বারা নির্ধারিত হয়: সিস্টেমের সর্বনিম্ন অভ্যন্তরীণ শক্তি সহ একটি অবস্থায় রূপান্তরিত হওয়ার প্রবণতা এবং সবচেয়ে সম্ভাব্য অবস্থা অর্জনের প্রবণতা।

এইভাবে, বায়ুর সাথে প্রদত্ত উদাহরণে, ন্যূনতম সম্ভাব্য শক্তির প্রতি প্রবণতা বায়ু তৈরি করে এমন অণুগুলিকে পৃথিবীতে পতিত করে এবং সর্বাধিক সম্ভাব্যতার দিকে প্রবণতা তাদের মহাকাশে এলোমেলোভাবে বিতরণ করে।

ফলস্বরূপ, অণুগুলির একটি নির্দিষ্ট ভারসাম্য বন্টন তৈরি হয়, যা পৃথিবীর পৃষ্ঠে তাদের উচ্চ ঘনত্ব এবং পৃথিবী থেকে দূরে সরে যাওয়ার সাথে সাথে বিরলতা বৃদ্ধির দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।

লবণ-জল ব্যবস্থায়, ন্যূনতম অভ্যন্তরীণ শক্তি বেশিরভাগ ক্ষেত্রে লবণের স্ফটিক অবস্থার সাথে মিলে যায়। যাইহোক, সিস্টেমের সবচেয়ে সম্ভাব্য অবস্থা তরল জলে লবণের এলোমেলো বিতরণের মাধ্যমে অর্জন করা হয়। এই দুটি কারণের সম্মিলিত ক্রিয়াকলাপের ফলে, একটি স্যাচুরেটেড লবণ দ্রবণের একটি নির্দিষ্ট ঘনত্বের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ একটি ভারসাম্য প্রতিষ্ঠিত হয়।

রাসায়নিক বিক্রিয়ায়, প্রক্রিয়াগুলি ন্যূনতম অভ্যন্তরীণ শক্তির দিকে পরিচালিত হয় এই নীতির কারণে, পরমাণুগুলি অণুতে মিলিত হয় যার গঠন সর্বাধিক পরিমাণে শক্তি নির্গত করে। সর্বাধিক সম্ভাব্য অবস্থার দিকে প্রক্রিয়াগুলির দিকনির্দেশের নীতির ভিত্তিতে, প্রতিক্রিয়া ঘটে যার সময় কণার সংখ্যা বৃদ্ধি পায় (উদাহরণস্বরূপ, পরমাণুতে অণুগুলির পচনের প্রতিক্রিয়া) বা পরমাণুর সম্পূর্ণ সম্ভাব্য অবস্থা।

তাই, প্রতিক্রিয়ার ক্ষেত্রে

সিস্টেমের ন্যূনতম অভ্যন্তরীণ শক্তি অ্যামোনিয়ার সাথে মিলে যায়, যা প্রতিক্রিয়াটি ডানদিকে অগ্রসর হলে গঠিত হয়। যাইহোক, সিস্টেমের সবচেয়ে সম্ভাব্য অবস্থাটি অ্যামোনিয়ার সম্পূর্ণ পচনের সময় গঠিত নাইট্রোজেন-হাইড্রোজেন মিশ্রণের সাথে মিলে যায়, কারণ এই ক্ষেত্রে গ্যাসের অণুর সংখ্যা 2 গুণ বৃদ্ধি পায়। উভয় কারণের ক্রিয়াকলাপের কারণে, একটি প্রদত্ত তাপমাত্রায় নির্ধারিত সমস্ত পদার্থের ঘনত্বের অনুপাতের সাথে সামঞ্জস্য রেখে সিস্টেমে একটি ভারসাম্য প্রতিষ্ঠিত হয়।

প্রতিক্রিয়ার ক্ষেত্রে

ন্যূনতম অভ্যন্তরীণ শক্তি নাইট্রোজেন-অক্সিজেন মিশ্রণের সাথে মিলে যায় যা নাইট্রিক অক্সাইডের সম্পূর্ণ পচনের সময় গঠিত হয়। যেহেতু এই বিক্রিয়ার সময় কণার সংখ্যা পরিবর্তিত হয় না, সেহেতু সামনের দিকে এবং বিপরীত দিকের উভয় দিকেই প্রতিক্রিয়ার সমাপ্তি সিস্টেমের অবস্থার সম্ভাবনা বাড়ায় না। একই সময়ে, পরমাণুর সম্ভাব্য অবস্থার সংখ্যা পরিবর্তিত হয় না: প্রাথমিক পদার্থে, নাইট্রোজেন এবং অক্সিজেনের প্রতিটি পরমাণু একই উপাদানের একটি পরমাণুর সাথে যুক্ত থাকে (অণু এবং), এবং প্রতিক্রিয়া পণ্যে, প্রতিটি পরমাণু অন্য উপাদানের (অণু) একটি পরমাণুর সাথে যুক্ত। পরিস্থিতি ভিন্ন হয় যখন প্রক্রিয়াটি আংশিকভাবে সামনের দিকে বা বিপরীত দিকে ঘটে। বিক্রিয়ার আংশিক উত্তরণের ফলে, অর্থাৎ, শুরুর পদার্থ এবং বিক্রিয়া পণ্যের সহাবস্থানের সাথে, নাইট্রোজেন এবং অক্সিজেন পরমাণু দুটি অবস্থায় থাকে: তাদের মধ্যে কিছু অণুতে আবদ্ধ থাকে এবং কিছু অণুতে আবদ্ধ থাকে।

এইভাবে, বিবেচনাধীন সিস্টেমের সম্ভাব্য মাইক্রোস্টেটের সংখ্যা, এবং সেইজন্য এর সংশ্লিষ্ট ম্যাক্রোস্টেটের সম্ভাবনা, যখন প্রতিক্রিয়া আংশিকভাবে ঘটে তখন বৃদ্ধি পায়। সুতরাং, অভ্যন্তরীণ শক্তি হ্রাস করার প্রবণতা বিপরীত দিকে এই প্রতিক্রিয়াটির সম্পূর্ণতাকে উত্সাহিত করে এবং রাষ্ট্রের সম্ভাব্যতা বৃদ্ধির প্রবণতা এটিকে আংশিকভাবে সামনের দিকে এগিয়ে যাওয়ার কারণ করে। উভয় কারণের যুগপত কর্মের কারণে, উত্তপ্ত হলে, নাইট্রোজেন-অক্সিজেন মিশ্রণের অংশে রূপান্তরিত হয় এবং প্রারম্ভিক পদার্থ এবং প্রতিক্রিয়া পণ্যের মধ্যে ভারসাম্য প্রতিষ্ঠিত হয়।

সর্বনিম্ন অভ্যন্তরীণ শক্তি সহ একটি রাজ্যে রূপান্তরের প্রবণতা সমস্ত তাপমাত্রায় একই পরিমাণে নিজেকে প্রকাশ করে। উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ তাপমাত্রা, শক্তিশালী সবচেয়ে সম্ভাব্য অবস্থা অর্জন করার প্রবণতা. অতএব, কম তাপমাত্রায়, বেশিরভাগ ক্ষেত্রে, শুধুমাত্র এই প্রবণতার প্রথমটির প্রভাব কার্যত অনুভূত হয়, যার ফলস্বরূপ এক্সোথার্মিক প্রক্রিয়াগুলি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে রাসায়নিক ব্যবস্থার ভারসাম্য পচনশীল প্রতিক্রিয়া বা পারমাণবিক অবস্থার সংখ্যা বৃদ্ধির দিকে আরও বেশি করে স্থানান্তরিত হয়। প্রতিটি তাপমাত্রায়, বিক্রিয়ক এবং প্রতিক্রিয়া পণ্যগুলির ঘনত্বের একটি নির্দিষ্ট অনুপাত দ্বারা চিহ্নিত একটি ভারসাম্য অবস্থা থাকে।

বিবেচনা করা উভয় কারণের পাশাপাশি তাদের সম্মিলিত কর্মের ফলাফল পরিমাণগতভাবে প্রকাশ করা যেতে পারে। যে পরিমাণগুলি দিয়ে এটি করা হয় তা পদার্থবিদ্যা - তাপগতিবিদ্যার শাখায় অধ্যয়ন করা হয় এবং একে তাপগতিগত পরিমাণ বলা হয়। এর মধ্যে রয়েছে, বিশেষত, অভ্যন্তরীণ শক্তি, এনথালপি, এনট্রপি এবং গিবস শক্তি।

অনেক রাসায়নিক বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে, যেমন বাহ্যিক শক্তি খরচ ছাড়া। একটি স্বতঃস্ফূর্ত রাসায়নিক প্রক্রিয়ার চালিকা শক্তিগুলির মধ্যে একটি হল সিস্টেমের এনথালপি হ্রাস, যেমন একটি প্রতিক্রিয়ার বহিঃতাপীয় তাপ প্রভাব। অন্যটি হল কণার (অণু, আয়ন, পরমাণু) বিশৃঙ্খল আন্দোলনের প্রবণতা, বিশৃঙ্খলা। একটি সিস্টেমের বিশৃঙ্খল, বিশৃঙ্খল অবস্থার একটি পরিমাপ হল এনট্রপি (এস) নামক একটি থার্মোডাইনামিক ফাংশন।

যখন একটি সিস্টেম একটি অধিক ক্রমযুক্ত অবস্থা থেকে একটি কম আদেশযুক্ত অবস্থায় রূপান্তরিত হয় (তাপীকরণ, বাষ্পীভবন, গলে), এনট্রপি বৃদ্ধি পায় (DS>0)। একটি কম ক্রমবিন্যাস অবস্থা থেকে একটি অধিক ক্রমবিন্যাস (শীতলকরণ, ঘনীভূতকরণ, স্ফটিককরণ) একটি সিস্টেম রূপান্তরের ক্ষেত্রে, সিস্টেমের এনট্রপি হ্রাস পায় (DS<0).

বিচ্ছিন্ন সিস্টেমে, শুধুমাত্র সেই প্রক্রিয়াগুলিই স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে যা এনট্রপি বৃদ্ধির সাথে থাকে (DS>0)- এটি তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের সারমর্ম।

স্ট্যান্ডার্ড অবস্থায় কোনো পদার্থের এনট্রপিকে স্ট্যান্ডার্ড এনট্রপি (So) বলা হয় এবং এর পরিমাপের একক J/mol K (পরিশিষ্ট, সারণী 1) আছে। একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া (DSo) এর ফলে একটি সিস্টেমের এনট্রপির পরিবর্তনটি স্টোইচিওমেট্রিক সহগকে বিবেচনায় নিয়ে প্রতিক্রিয়া পণ্যগুলির এনট্রপি বিয়োগ করে প্রারম্ভিক পদার্থের এনট্রপিগুলির সমষ্টির সমান:

DSo = SSoprod - SSoout.

বায়বীয় অবস্থায় একটি পদার্থের এনট্রপি তরল এবং কঠিন অবস্থার তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি, তাই রাসায়নিক বিক্রিয়ায় এনট্রপির পরিবর্তন বায়বীয় পদার্থের মোলের সংখ্যার পরিবর্তন দ্বারা বিচার করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, প্রতিক্রিয়ায়

C(k) + CO2(g) = 2CO(g)

CO2 এর এক মোল থেকে CO এর 2 মোল তৈরি হয়, তাই এনট্রপি বৃদ্ধি পায় (DS>0)।

অ্যামোনিয়া গঠনের প্রতিক্রিয়ায়

N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)

এনট্রপি কমে যায় কারণ NH3 এর মোলের সংখ্যা N2 এবং H2 এর মোলের যোগফলের চেয়ে কম।

রাসায়নিক প্রক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ত ঘটনার সম্ভাবনা দুটি কারণ দ্বারা নির্ধারিত হয়:

কণাগুলির মধ্যে শক্তিশালী বন্ধন তৈরি করার ইচ্ছা, আরও জটিল পদার্থের উত্থান, যা সিস্টেমের শক্তি হ্রাসের সাথে থাকে - এনথালপি ফ্যাক্টর (ডিএইচ<0);

কণার পৃথকীকরণের ইচ্ছা, ব্যাধি, যা এনট্রপি-এনট্রপি ফ্যাক্টর (DS>0) বৃদ্ধির দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।

এই ফ্যাক্টরগুলোকে একটি ফাংশন বলে একত্রিত করা হয় গিবস এনার্জি(DG), সমান:

গিবস শক্তির পরিবর্তন একটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ত ঘটনার জন্য একটি মানদণ্ড হিসাবে কাজ করে:

একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া মৌলিকভাবে সম্ভব যদি বিক্রিয়ার সময় গিবসের শক্তি কমে যায় (ডিজি<0);

একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে এগিয়ে যেতে পারে না; যদি সিস্টেমের গিবস শক্তি বৃদ্ধি পায় (DG>0), একটি বিপরীত প্রতিক্রিয়া ঘটে;

একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া সামনে এবং বিপরীত উভয় দিকেই ঘটতে পারে, যেমন সিস্টেমটি ভারসাম্যের অবস্থায় রয়েছে (DG=0)।

DG=DH-T DS সমীকরণ থেকে এটি নিম্নরূপ:

যদি ডিএন<0 и DS>0, তারপর সবসময় DG<0, т.е. реакция с выделением теплоты и увеличением степени беспорядка возможна при любых температурах;

যদি DH>0 এবং DS হয়<0, то всегда DG>0, অর্থাৎ তাপ শোষণের সাথে একটি প্রতিক্রিয়া এবং অর্ডারের ডিগ্রি বৃদ্ধি যে কোনও পরিস্থিতিতে অসম্ভব;

DH>0, DS<0. Реакция будет протекать в прямом направлении только при условии, что |T DS|>|DH| এই প্রতিক্রিয়াগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় ঘটে;

ডি.এইচ.<0, DS>0. স্বতঃস্ফূর্ত প্রতিক্রিয়ার শর্ত: |DH|>|T DS|। এই ধরনের প্রতিক্রিয়া সাধারণত নিম্ন তাপমাত্রায় ঘটে।

ভারসাম্যের অবস্থা থেকে যে তাপমাত্রায় গিবস শক্তির চিহ্নের প্রতিক্রিয়া পরিবর্তন হয় তা নির্ধারণ করা যেতে পারে:

যেখানে Tp হল সেই তাপমাত্রা যেখানে ভারসাম্য প্রতিষ্ঠিত হয়।

একটি সিস্টেমের গিবস শক্তির পরিবর্তন যখন একটি পদার্থের 1 মোল সাধারণ পদার্থ থেকে গঠিত হয় যা স্ট্যান্ডার্ড অবস্থায় স্থিতিশীল থাকে তাকে পদার্থের গঠনের স্ট্যান্ডার্ড গিবস শক্তি (DGof) বলে। সরল পদার্থের গঠনের আদর্শ গিবস শক্তিকে শূন্য ধরা হয়।

একটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার (DGor) স্ট্যান্ডার্ড গিবস শক্তিকে গণনা করা যেতে পারে স্ট্যান্ডার্ড গিবস শক্তির যোগফল হিসাবে বিক্রিয়া পণ্য গঠনের সূচনাকারী পদার্থ গঠনের গিবস শক্তির যোগফল বিয়োগ করে, স্টোকিওমেট্রিক সহগকে বিবেচনা করে:

DGo = SDGo চ cont - SDGo চরেফ

উদাহরণ 1.গঠনের স্ট্যান্ডার্ড এনথালপি এবং পদার্থের স্ট্যান্ডার্ড এনট্রপির উপর ভিত্তি করে, সমীকরণ থেকে বিক্রিয়ার ডিজি গণনা করুন:

এই প্রতিক্রিয়া কোন দিকে অগ্রসর হবে? যে তাপমাত্রায় ভারসাম্য ঘটে তা গণনা করুন।

সমাধান।

CO2(g) + 4H2(g) = CH4(g) + 2H2O(l)।

DHof, kJ/mol -393.51 0 -74.85 -285.84

DSo, J/mol K 213.6 130.6 186.19 69.96

n, mol 1 4 1 2

হেসের আইনের ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, আমরা প্রতিক্রিয়াটির মানক এনথালপি এবং এনট্রপি গণনা করি:

স্ট্যান্ডার্ড গিবস এনার্জি

DGo = DHo - TDSo = -253.02-298(-0.409) = -131.14 kJ।

ডিজিও<0, поэтому реакция протекает самопроизвольно при Т=298 К в прямом направлении.

যে তাপমাত্রায় ভারসাম্য প্রতিষ্ঠিত হয়:

উত্তর.বিক্রিয়ার স্ট্যান্ডার্ড গিবস শক্তি হল 131.14 kJ, যে তাপমাত্রায় ভারসাম্য ঘটে তা হল 618.6 KJ।

উদাহরণ 2।বিক্রিয়া অনুসারে যে তাপমাত্রায় কার্বন দ্বারা Fe2O3 হ্রাস করা সম্ভব হয় তা গণনা করুন:

Fe2O3(k) + 3С(k) = 2Fe(k) + 3СО(g)।

সমাধান।

Fe2O3(c) + 2C(c) = 2Fe(c) + 3CO(g)।

DHof, kJ/mol -821.32 0 0 -110.5

DSo, J/mol K 89.96 5.74 27.15 197.4

n, mol 1 3 2 3

হেসের আইনের ফলে, আমরা DHor এবং DSo প্রতিক্রিয়া গণনা করি।

স্ট্যান্ডার্ড গিবস এনার্জি

DGo = DHo - TDSo = 489.82 - 298 0.539 = 329.2 kJ।

DGo>0, তাই T=298 K তে বিক্রিয়া অসম্ভব।

যে তাপমাত্রায় Fe2O3 হ্রাস করা সম্ভব হয়

উত্তর.যে তাপমাত্রায় Fe2O3 এর হ্রাস শুরু হয় তা হল 908.8 K।

উদাহরণ 3.ক্যালসিয়াম কার্বনেট CaCO3 এর পচন প্রতিক্রিয়া কি 900 এবং 1200 K তাপমাত্রায় সম্ভব?

রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার মৌলিক ধারণা

রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলি পদার্থের রাসায়নিক গঠনের পরিবর্তনের সাথে (রাসায়নিক বিক্রিয়া) বা এটি পরিবর্তন না করে (ফেজ ট্রানজিশন) ঘটতে পারে। পদার্থের সেটকে বলা হয় যা আশেপাশের স্থান (মানসিকভাবে) থেকে মিথস্ক্রিয়া করে এবং বিচ্ছিন্ন হয় পদ্ধতি. উদাহরণস্বরূপ: একটি হাইড্রোজেন পরমাণু (একটি নিউক্লিয়াস এবং একটি ইলেকট্রনের একটি সিস্টেম), বিভিন্ন লবণের জলীয় দ্রবণ ইত্যাদি।

পরিবেশের সাথে সিস্টেমের মিথস্ক্রিয়া প্রকৃতির উপর নির্ভর করে, আছে: খোলাবা উন্মুক্ত (পরিবেশের সাথে তাপ, শক্তি এবং পদার্থের বিনিময় আছে), বন্ধবা বন্ধ (পরিবেশের সাথে তাপ এবং শক্তির বিনিময় আছে, কিন্তু পদার্থের কোন বিনিময় নেই) এবং ভিন্ন(ব্যবস্থা এবং পরিবেশের মধ্যে ভর এবং তাপ স্থানান্তরের অভাব) (চিত্র 1)।

ভাত। 1. বন্ধ (a), খোলা (b) এবং বিচ্ছিন্ন সিস্টেম (c) এর উদাহরণ।

সিস্টেমের অবস্থা তার বৈশিষ্ট্যগুলির সামগ্রিকতা দ্বারা নির্ধারিত হয় এবং তাপগতিগত পরামিতি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়: তাপমাত্রা, চাপ এবং আয়তন (টি, পি, ভি)। একটি সিস্টেমের এক বা একাধিক প্যারামিটারের যে কোনো পরিবর্তনকে থার্মোডাইনামিক প্রক্রিয়া বলে। সুতরাং, তাপমাত্রা বৃদ্ধি সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তনের দিকে নিয়ে যায় (ইউ)।

সংজ্ঞা

অভ্যন্তরীণ শক্তি- অণু, পরমাণু, ইলেকট্রন এবং নিউক্লিয়াসের মোট সরবরাহ যা এই কণাগুলির গতিশক্তি এবং তাদের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া শক্তির সমন্বয়ে সিস্টেম তৈরি করে।

U এর পরম মান গণনা বা পরিমাপ করা যায় না। একটি প্রক্রিয়ার ফলে অভ্যন্তরীণ শক্তির (ΔU) পরিবর্তন নির্ধারণ করা সম্ভব। যে কোনো সিস্টেমের ΔU যখন এক অবস্থা থেকে অন্য অবস্থায় স্থানান্তরিত হয় তখন পরিবর্তনের পথের উপর নির্ভর করে না, তবে সিস্টেমের প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত অবস্থান দ্বারা নির্ধারিত হয়। এর মানে হল যে সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি রাষ্ট্রের একটি ফাংশন।

ΔU = U 2 – U 1,

যেখানে 1 এবং 2 সিস্টেমের প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত অবস্থার প্রতীক।

তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র: সিস্টেমে প্রদত্ত তাপ Q অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি এবং বাহ্যিক শক্তির বিরুদ্ধে কাজ (A) করতে ব্যয় করা হয়:

এটি লক্ষ করা উচিত যে A এবং Q রাষ্ট্রীয় ফাংশন নয়, যেমন প্রক্রিয়ার পথের উপর নির্ভর করবেন না।

তাপগতিবিদ্যায়, প্রায়শই পরিমাণগুলি প্রবর্তিত হয় যা বেশ কয়েকটি তাপগতিগত পরামিতির যোগফলের সাথে অভিন্ন। এই প্রতিস্থাপন গণনাগুলিকে ব্যাপকভাবে সরল করে। সুতরাং, U + pV এর সমান রাষ্ট্রীয় ফাংশনকে এনথালপি (H):

ধ্রুবক চাপে (আইসোবারিক প্রক্রিয়া) এবং সম্প্রসারণ কাজ ছাড়া অন্য কাজের অনুপস্থিতিতে, তাপ এনথালপির পরিবর্তনের সমান:

Q p = ΔU + pΔV = ΔH

যদি প্রক্রিয়াটি একটি ধ্রুবক আয়তনে (আইসোকোরিক) ঘটে এবং অন্যান্য কাজের অনুপস্থিতিতে, মুক্তি বা শোষিত তাপ অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তনের সাথে মিলে যায়:

থার্মোকেমিস্ট্রির বুনিয়াদি

রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার যে শাখাটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার তাপ এবং বিভিন্ন ভৌত ও রাসায়নিক পরামিতির উপর তাদের নির্ভরতা অধ্যয়ন করে তাকে থার্মোকেমিস্ট্রি বলে। থার্মোকেমিস্ট্রিতে, বিক্রিয়ার থার্মোকেমিক্যাল সমীকরণ ব্যবহার করা হয়, যেখানে একটি পদার্থের একত্রীকরণের অবস্থা নির্দেশিত হয় এবং বিক্রিয়ার তাপীয় প্রভাবকে পণ্যগুলির মধ্যে একটি হিসাবে বিবেচনা করা হয়। উদাহরণ স্বরূপ:

2H 2(g) + O 2(g) = H 2 O (g) + 242 kJ,

যার মানে হল যে যখন 1 মোল জল একটি গ্যাসীয় অবস্থায় তৈরি হয়, 242 kJ তাপ নির্গত হয়। এই ক্ষেত্রে, এনথালপির পরিবর্তন ΔH = − 242 kJ।

Q এবং ΔH এর বিপরীত লক্ষণগুলি নির্দেশ করে যে প্রথম ক্ষেত্রে এটি পরিবেশের প্রক্রিয়াগুলির একটি বৈশিষ্ট্য এবং দ্বিতীয়টিতে - সিস্টেমে। একটি এক্সোথার্মিক প্রক্রিয়ার জন্য Q > 0, ΔH< 0, а при эндотермическом – наоборот.

তাপীয় প্রভাবগুলি কেবলমাত্র পরিমাপ করা যায় না, তবে হেসের আইন ব্যবহার করে গণনাও করা যায়: ধ্রুবক p এবং V এ ঘটতে থাকা রাসায়নিক বিক্রিয়ার তাপীয় প্রভাব মধ্যবর্তী পর্যায়ের সংখ্যার উপর নির্ভর করে না, তবে শুধুমাত্র প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত অবস্থা দ্বারা নির্ধারিত হয়। পদ্ধতি.

হেসের আইনের পরিণতি

হেসের আইন থেকে 5টি ফলাফল রয়েছে:

1) সাধারণ পদার্থ থেকে একটি জটিল পদার্থের 1 মোল গঠনের তাপীয় প্রভাব, আদর্শ অবস্থার অধীনে, এই পদার্থের গঠনের তাপ বলা হয় - ΔH 0 f। সুতরাং, উদাহরণস্বরূপ, C(s) এবং O 2 (g) থেকে ΔH 0 f (CO 2) −393.51 kJ এর সমান হবে।

2) সাধারণ পদার্থের গঠনের মানক তাপ শূন্যের সমান।

3) একটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার আদর্শ তাপীয় প্রভাব (ΔH 0) বিক্রিয়া পণ্যের গঠনের তাপের যোগফল (স্টোইচিওমেট্রিক সহগ বিবেচনা করে) এবং প্রারম্ভিক পদার্থের গঠনের উত্তাপের যোগফলের মধ্যে পার্থক্যের সমান। (স্টোইচিওমেট্রিক সহগ সহ):

ΔH 0 = Σ ΔH 0 f (পণ্য) − Σ ΔH 0 f (বিকারক)

উদাহরণস্বরূপ, একটি প্রতিক্রিয়া জন্য:

2H 2 S (g) + 3O 2 (g) = 2SO 2 (g) + 2H 2 O (aq)

ΔH 0 = Σ (2 × ΔH 0 f (SO 2) + 2 × ΔH 0 f (H 2 O)) – Σ (2 ΔH 0 f (H 2 S) +0)

4) একটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার তাপীয় প্রভাব প্রারম্ভিক পদার্থের দহনের তাপের যোগফল এবং বিক্রিয়া পণ্যের দহনের তাপের যোগফলের মধ্যে পার্থক্যের সমান, স্টোইচিওমেট্রিক সহগকে বিবেচনা করে

5) সমস্ত বীজগণিতীয় ক্রিয়াকলাপ থার্মোকেমিক্যাল সমীকরণের সাথে সঞ্চালিত হতে পারে, উদাহরণস্বরূপ:

A= B + C + 400 kJ

B + D = A − 200 kJ

এই সমীকরণ যোগ করা আমরা পেতে

A + B + D = B + C + A + 200 kJ

D = C + 200 kJ

ΔH 0 = − 200 kJ

এনট্রপি। রাসায়নিক প্রক্রিয়ার দিকনির্দেশ। গিবস এনার্জি

সংজ্ঞা

এনট্রপি (এস)- একটি সিস্টেমের একটি বৈশিষ্ট্য, পরিবর্তন যা একটি বিপরীত প্রক্রিয়া চলাকালীন প্রক্রিয়াটির তাপমাত্রার সাথে তাপের অনুপাতের সংখ্যাগতভাবে সমান হয়:

উদাহরণস্বরূপ, যখন ফুটন্ত অবস্থায় পানি বাষ্পীভূত হয় (T = 373 K, p = 1 atm), তখন এনট্রপির পরিবর্তন ΔS = ΔH exp /373 = 44000/373 = 118 kJ/(mol × K) এর সমান।

পদার্থের স্ট্যান্ডার্ড এনট্রপি (S 0) এর উপর ভিত্তি করে, বিভিন্ন প্রক্রিয়ার এনট্রপির পরিবর্তন গণনা করা সম্ভব:

Δ r S 0 = Σ n i S 0 − Σ n j S 0 ,

যেখানে আমি প্রতিক্রিয়া পণ্য, j হল শুরু উপকরণ।

সরল পদার্থের এনট্রপি শূন্য নয়।

Δ r S 0 এবং Δ r H 0 গণনা করে আমরা এই সিদ্ধান্তে আসতে পারি যে বিক্রিয়াটি বিপরীতমুখী। সুতরাং, যদি Δ r S 0 এবং Δ r H 0 শূন্যের চেয়ে বড় হয় অথবা Δ r S 0 এবং Δ r H 0 শূন্যের চেয়ে কম হয়, তাহলে বিক্রিয়াটি বিপরীতমুখী।

একটি ফাংশন রয়েছে যা এনথালপি এবং এনট্রপির পরিবর্তনকে সংযুক্ত করে এবং প্রতিক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ততা সম্পর্কে প্রশ্নের উত্তর দেয় - গিবস শক্তি (জি)।

ΔG = ΔH − T × ΔS

Δ r G 0 = Δ r H 0 − T × Δ r S 0

রাসায়নিক বিক্রিয়ার দিকটি Δ r G 0 মান দ্বারা বিচার করা হয়। যদি Δ r G 0<0, то реакция идет в прямом направлении, а если Δ r G 0 >0 - বিপরীতে। 2টি বিক্রিয়ার মধ্যে, নিম্ন Δ r G 0 মানের একটি সর্বোচ্চ সম্ভাবনা নিয়ে এগিয়ে যাবে।

সারণি 1. রাসায়নিক বিক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ত ঘটনার জন্য শর্ত

সমস্যা সমাধানের উদাহরণ

উদাহরণ 1

ব্যায়াম

গিবস শক্তির পরিবর্তন গণনা করুন (Δ জি o 298) প্রক্রিয়ার জন্য:

Na 2 O(s) + H 2 O(l) → 2NaOH(s)

স্ট্যান্ডার্ড অবস্থা এবং 298K অধীনে একটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রতিক্রিয়া ঘটতে কি সম্ভব?

প্রয়োজনীয় রেফারেন্স ডেটা: Δ জি o f (NaOH,t) = –381.1 kJ/mol, Δ জি o f (Na 2 O) = –378 kJ/mol, Δ জি o f (H 2 O, l) = –237 kJ/mol.

সমাধান

আদর্শ অবস্থার অধীনে এবং T=298K Δ যাওয়া 298 মোট গিবস শক্তির পার্থক্য হিসাবে গণনা করা যেতে পারে (Δ জি o f) বিক্রিয়া দ্রব্যের গঠন এবং সূচনাকারী পদার্থের গঠনের মোট গিবস শক্তি:

Δ জি o 298 = 2Δ জি o f (NaOH,t) - [Δ জি o f (Na 2 O, t) + Δ জি o f (H 2 O, l)]

Δ জি o 298 = 2(–381.1) –[–378 + (–237)] = –147.2 kJ।

Δ মান জি o 298 নেতিবাচক, তাই স্বতঃস্ফূর্ত প্রতিক্রিয়া সম্ভব।

উত্তর

Δ জি o 298 = –147.2 kJ, স্বতঃস্ফূর্ত প্রতিক্রিয়া সম্ভব।

এনথালপি এবং এনট্রপি ফ্যাক্টরগুলি প্রক্রিয়াগুলির দুটি বিপরীত প্রবণতাকে চিহ্নিত করে - একীকরণের আকাঙ্ক্ষা, শৃঙ্খলা এবং পৃথকীকরণের আকাঙ্ক্ষা, বিশৃঙ্খলা, আলাদাভাবে নেওয়া রাসায়নিক বিক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ত প্রবাহের মানদণ্ড হতে পারে না। আইসোবারিক-আইসোথার্মাল প্রক্রিয়াগুলির জন্য তারা পরিবর্তন নামক একটি ফাংশন দ্বারা একত্রিত হয় গিবস এনার্জি প্রক্রিয়া চলাকালীন বা আইসোবারিক-আইসোথার্মাল সম্ভাব্য(ΔG), সমান:

এই সমীকরণটি এভাবে লেখা যেতে পারে:

আপনি দেখতে পাচ্ছেন, রাসায়নিক বিক্রিয়ার তাপীয় প্রভাবে দুটি অংশ রয়েছে। ΔG এর প্রথম অংশ সর্বাধিক কাজের সমান Wmax, যা সিস্টেমটি সম্পন্ন করতে পারে যখন প্রক্রিয়াটি আইসোবারিক-আইসোথার্মাল অবস্থার অধীনে ভারসাম্যের মধ্যে বাহিত হয়। অতএব, একটি প্রতিক্রিয়ার গিবস শক্তির পরিবর্তন একটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার শক্তি প্রভাবের অংশ যা কাজে রূপান্তরিত হতে পারে:

যেহেতু একটি বিক্রিয়ার গিবস শক্তির পরিবর্তন কাজে রূপান্তরিত হতে পারে, এটিকে মুক্ত শক্তিও বলা হয়। সমীকরণের ডান দিকের দ্বিতীয় পদটি (এনট্রপি ফ্যাক্টর) শক্তির প্রভাবের অংশটিকে প্রতিনিধিত্ব করে যা পরিবেশে ছড়িয়ে পড়া তাপে রূপান্তরিত হতে পারে। অতএব, এনট্রপি ফ্যাক্টরকে আবদ্ধ শক্তি বলা হয়।

গিবস শক্তির পরিবর্তন আইসোবারিক-আইসোথার্মাল প্রক্রিয়ার সময় রাসায়নিক বিক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ত ঘটনার জন্য একটি মানদণ্ড হিসাবে কাজ করে। একটি রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া মৌলিকভাবে সম্ভব যদি সিস্টেমের গিবস শক্তি হ্রাস পায়, যেমন

Δজি< 0.

এই সমীকরণটি সামনের দিকে স্বতঃস্ফূর্ত প্রতিক্রিয়ার সম্ভাবনার জন্য একটি শর্ত। একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে এগিয়ে যেতে পারে না যদি সিস্টেমের গিবস শক্তি বৃদ্ধি পায়, যেমন

ΔG>0।

এই সমীকরণটি বিপরীত প্রতিক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ত ঘটনার সম্ভাবনার জন্য একটি থার্মোডাইনামিক অবস্থা হিসাবে কাজ করে। যদি

তারপর সিস্টেমটি ভারসাম্যের মধ্যে থাকে, প্রতিক্রিয়াটি সামনে এবং বিপরীত উভয় দিকেই এগিয়ে যায়।

রাসায়নিক বিক্রিয়ার দিক তাদের প্রকৃতির উপর নির্ভর করে। তাই শর্ত ΔG<0соблюдается при любой температуре для экзотермических реакций (ΔH<0), у которых в ходу реакции возрастает число молей газообразных веществ, и.следовательно, энтропия (ΔS>0) এই ধরনের বিক্রিয়ায়, উভয় চালিকা শক্তি অগ্রগামী প্রতিক্রিয়া এবং ΔG দিকে পরিচালিত হয়<0 при любых температурах. Такие реакции самопроизвольно могут идти только в прямом направлении, т.е. являются необратимыми.

বিপরীতে, একটি এন্ডোথার্মিক প্রতিক্রিয়া (ΔH > 0), যার সময় বায়বীয় পদার্থের মোলের সংখ্যা হ্রাস পায় (ΔS<0), не может протекать самопроизвольно в прямом направлении при любой температуре, т.к. всегда ΔG> 0.

অনেক প্রতিক্রিয়া হওয়ার সম্ভাবনা তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, যেহেতু তাপমাত্রা এই প্রতিক্রিয়াগুলির গিবস শক্তির পরিবর্তনের চিহ্নকে প্রভাবিত করে। যদি এক্সোথার্মিক প্রতিক্রিয়ার ফলে (ΔH<0) уменьшается число молей газообразных веществ и соответственно энтропия системы (ΔS<0), то при вы невысоких температурах |ΔH| >|TΔS| এবং প্রতিক্রিয়া সামনের দিকে স্বতঃস্ফূর্তভাবে এগিয়ে যেতে পারে (ΔG< 0). При высоких же температурах |ΔH|<|ТΔS| и прямая реакция протекать не может, а обратная возможна.

কোন প্রতিক্রিয়ার গিবস শক্তির পরিবর্তনের চিহ্নের উপরে তাপমাত্রা নির্ধারণ করতে, আপনি শর্তটি ব্যবহার করতে পারেন:

যেখানে T r হল সেই তাপমাত্রা যেখানে ভারসাম্য প্রতিষ্ঠিত হয়, যেমন প্রত্যক্ষ এবং বিপরীত প্রতিক্রিয়া ঘটানোর সম্ভাবনা সমানভাবে সম্ভাব্য।

যদি, একটি এন্ডোথার্মিক প্রতিক্রিয়া (ΔH> 0) এর ফলে, বায়বীয় পদার্থের মোলের সংখ্যা বৃদ্ধি পায় (ΔS> 0), তাহলে নিম্ন তাপমাত্রায়, যখন |ΔH| > |TΔS|, সরাসরি প্রতিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটতে পারে না (ΔG> 0), এবং উচ্চ তাপমাত্রায় (T>T p) সরাসরি প্রতিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটতে পারে (ΔG< 0).

সারণি 3. রাসায়নিক বিক্রিয়ার দিকে তাপমাত্রার প্রভাব

Δএইচ	Δএস	Δজি	প্রতিক্রিয়ার দিক	উদাহরণ
Δএইচ<0	ΔS>0	Δজি<0	সরাসরি প্রতিক্রিয়া যেকোনো তাপমাত্রায় স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটতে পারে	C + 1/2O 2 = CO
ΔH>0	Δএস<0	ΔG>0	একটি সরাসরি প্রতিক্রিয়া কোন তাপমাত্রায় স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটতে পারে না	CO = C + 1/2O 2
Δএইচ<0	Δএস<0	Δজি<0 при ТT>T পি এ 0	নিম্ন তাপমাত্রায় একটি প্রত্যক্ষ প্রতিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটতে পারে এবং উচ্চ তাপমাত্রায় বিপরীত প্রতিক্রিয়া ঘটতে পারে।	CaO + CO 2 = CaCO 3
ΔH>0	ΔS>0	T-এ ΔG>0 টিপি	একটি প্রত্যক্ষ প্রতিক্রিয়া উচ্চ তাপমাত্রায় স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটতে পারে এবং নিম্ন তাপমাত্রায় বিপরীত প্রতিক্রিয়া ঘটতে পারে।	CH 4 + 2H 2 O(g) = CO 2 + 4H 2

গিবস এনার্জি হল রাষ্ট্রের একটি ফাংশন এবং প্রক্রিয়াটি চালানোর পদ্ধতির উপর নির্ভর করে না, তবে সিস্টেমের প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত অবস্থা দ্বারা নির্ধারিত হয়। একটি প্রতিক্রিয়ার গিবস শক্তির পরিবর্তন হেসের আইন এবং এর ফলাফলগুলি মেনে চলে, তাই এটি সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:

সরল পদার্থ গঠনের গিবস শক্তি শূন্য। যদি একটি পদার্থ একটি আদর্শ অবস্থায় থাকে, তাহলে তার গঠনের গিবস শক্তিকে এই পদার্থের গঠনের আদর্শ গিবস শক্তি বলা হয় এবং ΔG 0 নির্দেশ করা হয়। ΔG এবং ΔG 0 এর মধ্যে সম্পর্ক ভ্যানট হফ আইসোথার্ম নামক একটি সমীকরণ দ্বারা প্রকাশ করা হয়:

যেখানে R হল সার্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক, T হল তাপমাত্রা, K p হল ভারসাম্য ধ্রুবক। প্রতিক্রিয়ার জন্য

aA + bB = cC + dD

সমীকরণটি এভাবে লেখা যেতে পারে:

বা আকারে:

আইসোকোরিক-আইসোথার্মাল অবস্থার অধীনে ঘটে যাওয়া প্রতিক্রিয়াগুলির জন্য, প্রক্রিয়াটির স্বতঃস্ফূর্ততার জন্য আরেকটি মানদণ্ড রয়েছে। সর্বোচ্চ কাজ Wmax, যা আইসোকোরিক-আইসোথার্মাল অবস্থার অধীনে একটি ভারসাম্য প্রক্রিয়া চলাকালীন সিস্টেমটি সম্পাদন করতে পারে, তা পরিবর্তনের সমান হেলমহোল্টজ শক্তি সিস্টেম ΔF (আইসোকোরিক-আইসোথার্মাল সম্ভাব্য):

ΔF = -W সর্বোচ্চ.

বিক্রিয়ার হেলমহোল্টজ শক্তির পরিবর্তনের সমান

হেলমহোল্টজ শক্তির পরিবর্তন আইসোকোরিক-আইসোথার্মাল অবস্থার অধীনে রাসায়নিক বিক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ত প্রবাহের দিক এবং সীমাকে চিহ্নিত করে, যা নিম্নলিখিত অসমতার সাপেক্ষে সম্ভব

ΔF< 0.

থার্মোডাইনামিক ফাংশনের মধ্যে সম্পর্ক চিত্রে দেখানো হয়েছে। 2.13।

Δএইচ ΔU pΔV TΔS ΔF TΔS ΔG

ভাত। 2.13 থার্মোডাইনামিক ফাংশনের মধ্যে সম্পর্ক

থার্মোডাইনামিক সম্ভাব্যতা তথাকথিত নির্ধারণের ক্ষেত্রে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক সম্পর্ক . এটি পরীক্ষামূলকভাবে প্রতিষ্ঠিত হয়েছে যে কিছু রাসায়নিক সহজে এবং দ্রুত একে অপরের সাথে প্রতিক্রিয়া করে, অন্যরা অসুবিধার সাথে এবং অন্যরা একেবারেই প্রতিক্রিয়া করে না। এটি রাসায়নিক সখ্যতার ধারণার প্রবর্তনের জন্ম দিয়েছে, যা একে অপরের সাথে বিভিন্ন পদার্থের প্রতিক্রিয়া করার ক্ষমতা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে।

রাসায়নিক সখ্যতার পরিমাপ কি? এই প্রশ্নের উত্তর কঠিন হয়ে উঠল। প্রাথমিকভাবে অনুমান করা হয়েছিল যে এই পদার্থগুলির মধ্যে প্রতিক্রিয়ার হার রাসায়নিক সখ্যতার পরিমাপ হিসাবে নেওয়া যেতে পারে। কিন্তু এই অনুমানটি পরিত্যাগ করা উচিত ছিল, যদি শুধুমাত্র কারণ প্রতিক্রিয়া হার শুধুমাত্র বিকারকগুলির রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য এবং যে পরামিতিগুলিতে প্রতিক্রিয়া ঘটে তার উপর নির্ভর করে না, অনুঘটকগুলির উপস্থিতির উপরও নির্ভর করে - এমন পদার্থ যা প্রতিক্রিয়াতে অংশগ্রহণ করে না। কোন উল্লেখযোগ্য পরিমাণে, কিন্তু খুব উল্লেখযোগ্যভাবে এর গতি প্রভাবিত করতে পারে। দ্বিতীয় অনুমানটি ছিল যে রাসায়নিক সম্বন্ধ প্রতিক্রিয়ার তাপীয় প্রভাবের উপর নির্ভর করে। কিন্তু এই অনুমানটিও যাচাই-বাছাইয়ের জন্য দাঁড়ায়নি, যেহেতু বিভিন্ন প্রতিক্রিয়ায় তাপীয় প্রভাবের বিভিন্ন লক্ষণ রয়েছে।

অবশেষে, এটি পাওয়া গেছে যে রাসায়নিক সখ্যতার একটি পরিমাপ একটি প্রতিক্রিয়ার ফলে তাপগতিগত সম্ভাবনার পরিবর্তন (হ্রাস) দ্বারা সর্বোত্তমভাবে নির্ধারিত হয়। এইভাবে, থার্মোডাইনামিক সম্ভাবনাগুলি রসায়নে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহারিক গুরুত্ব। থার্মোডাইনামিক সম্ভাব্যতা গণনা করে, বিভিন্ন পদার্থের রাসায়নিক সখ্যতার পরিমাপ, একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া চালানোর সম্ভাবনা এবং এর সীমা (ভারসাম্য গঠন) বাহ্যিক অবস্থার উপর নির্ভর করে এবং সর্বোপরি তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে নির্ধারণ করা সম্ভব।

আত্মনিয়ন্ত্রণের জন্য প্রশ্ন

1. একটি এক্সো- এবং এন্ডোথার্মিক প্রক্রিয়া চলাকালীন সিস্টেমের এনথালপিতে পরিবর্তনের প্রকৃতির মধ্যে পার্থক্য কী।

2. প্রতিক্রিয়া পণ্য এবং প্রারম্ভিক উপকরণগুলিতে রাসায়নিক বন্ধনের শক্তি কীভাবে প্রতিক্রিয়ার তাপীয় প্রভাবকে প্রভাবিত করে।

3. "একটি পদার্থের গঠনের এনথালপি (তাপ)" ধারণাটি তৈরি করুন

4. ক) শক্তির মুক্তি বা শোষণের সাথে রাসায়নিক এবং ফেজ রূপান্তর কেন হয়?

5. তাপ ক্ষমতার ধারণা তৈরি করুন।

6. তাপগতিবিদ্যার I, II এবং III নীতিগুলি প্রণয়ন করুন।

বিষয় 3।

সংশ্লিষ্ট তথ্য.

গিবস মুক্ত শক্তি(বা সহজভাবে গিবস এনার্জি, বা গিবস সম্ভাব্য, বা থার্মোডাইনামিক সম্ভাবনাসংকীর্ণ অর্থে) এমন একটি পরিমাণ যা রাসায়নিক বিক্রিয়ার সময় শক্তির পরিবর্তন দেখায় এবং এইভাবে একটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার মৌলিক সম্ভাবনা সম্পর্কে প্রশ্নের উত্তর দেয়।

রাসায়নিক বিক্রিয়ার দিকসংজ্ঞায়িত করে গিবস এনার্জি(∆G)। গিবস শক্তিকে আইসোবারিক-আইসোথার্মাল পটেনশিয়ালও বলা হয়। গিবস শক্তির মাত্রা হল kJ/mol.

ধ্রুবক চাপ এবং তাপমাত্রায় ( р=const, T=cons)tপ্রতিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে গিবসের শক্তি হ্রাসের অনুরূপ দিকে এগিয়ে যায়। যদি ∆G< 0, তারপর প্রতিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে সামনের দিকে এগিয়ে যায়। যদি ∆G > 0 হয় , তারপর এই অবস্থার অধীনে অগ্রবর্তী দিকে প্রক্রিয়াটির স্বতঃস্ফূর্ত ঘটনা অসম্ভব, তবে বিপরীত প্রক্রিয়া সম্ভব। ∆G = 0 হলে , তারপর প্রতিক্রিয়া সামনের দিকে এবং বিপরীত দিকে উভয় দিকে অগ্রসর হতে পারে এবং সিস্টেমটি ভারসাম্যের অবস্থায় থাকে।

রাসায়নিক বিক্রিয়ার (∆) সময় গিবস শক্তির পরিবর্তন প্রক্রিয়ার পথের উপর নির্ভর করে না এবং হেসের আইনের ফলাফল দ্বারা গণনা করা যেতে পারে: গিবস শক্তি পরিবর্তনরাসায়নিক বিক্রিয়ার ফলে স্টোইচিওমেট্রিক সহগকে বিবেচনায় নিয়ে শুরু হওয়া পদার্থের গিবস শক্তির যোগফল বিয়োগ করে বিক্রিয়া পণ্যের গিবস শক্তির যোগফলের সমান। উদাহরণস্বরূপ, একটি বিক্রিয়ার মান গিবস শক্তি

aA + bB = cC + dD

যেখানে ∆G 0 হল একটি পদার্থের গঠনের মানক গিবস শক্তি, kJ/mol।

সরল পদার্থ গঠনের গিবস শক্তি শূন্য। ∆ এর এনথালপির মতো একই মাত্রা রয়েছে এবং তাই সাধারণত kJ তে প্রকাশ করা হয়।

রাসায়নিক বিক্রিয়ার স্ট্যান্ডার্ড গিবস শক্তির পরিবর্তনও সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:

∆ = ∆ – Т∆ ,কোথায়

টি - পরম তাপমাত্রা,

∆ - এনট্রপিতে পরিবর্তন।

∆H c.r. – এনথালপি পরিবর্তন।

একটি রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়া চলাকালীন, এনথালপি, যা সিস্টেমের তাপের উপাদানকে চিহ্নিত করে এবং এনট্রপি, যা ব্যাধির দিকে সিস্টেমের প্রবণতাকে চিহ্নিত করে, একই সাথে পরিবর্তিত হয়। এনথালপি হ্রাস এবং এনট্রপি বৃদ্ধি যে কোনও রাসায়নিক প্রক্রিয়ার দুটি চালিকা শক্তি। ভারসাম্যপূর্ণ অবস্থায় ∆ =0, মানে:

∆ – Т∆ =0এবং

যদি আমরা ∆H 0 h.r এর পরিবর্তনগুলিকে অবহেলা করি। এবং ∆S 0 x.r ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে, তারপর আমরা তাপমাত্রা নির্ধারণ করতে পারি যে বিকারকগুলির আদর্শ অবস্থার জন্য রাসায়নিক বিক্রিয়ার ভারসাম্য প্রতিষ্ঠিত হয়:

টি সমান =

বিচ্ছিন্ন সিস্টেমে, শুধুমাত্র সেই প্রক্রিয়াগুলিই স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে যা এনট্রপি বৃদ্ধির সাথে থাকে (S>0)- এটি তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের সারমর্ম।

স্ট্যান্ডার্ড অবস্থায় কোনো পদার্থের এনট্রপিকে স্ট্যান্ডার্ড এনট্রপি (So) বলা হয় এবং এর একক J/mol K থাকে

এই ফ্যাক্টরগুলোকে একটি ফাংশন বলে একত্রিত করা হয় গিবস এনার্জি(DG), সমান: DG = DH - T DS। (D হল ডেল্টা টাইপ, ত্রিভুজ ছোট)

DG=DH-T DS সমীকরণ থেকে এটি নিম্নরূপ:

Tr = DH/DS, যেখানে Tr হল সেই তাপমাত্রা যেখানে ভারসাম্য প্রতিষ্ঠিত হয়।