রাসায়নিক বিক্রিয়ায় শক্তির রূপান্তর | Conversion of energy into chemical reactions

প্রশ্ন: তাপ উৎপাদী এবং তাপহারী বিক্রিয়া বলতে কী বুঝ? (Exothermic reaction and Endothermic Reaction)

উত্তর:

যে রাসায়নিক পরিবর্তনের ফলে তাপশক্তির উৎপন্ন হয় এবং বিক্রিয়া অঞ্চলের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তাকে তাপোৎপাদী বলে। 

উদাহরণ-১ (Example – 1): 12g গ্রাফাইট কার্বন অক্সিজেনে পুড়ে 44 \mathrm{~g} \text{ } \mathrm{CO}_{2}–এ পরিণত হয় এবং সে সময় 393.4 কিলোজুল (KJ) তাপ উৎপন্ন করে।

\mathrm{C}(\text { graphite })+\mathrm{O}_{2}(g)-\mathrm{CO}_{2}(g) ; \quad \Delta \mathrm{H}_{\text {asak }}=-393.4 \mathrm{kJmol}^{-1}

তাপোৎপাদী বিক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য (Characteristics of Exothermic reaction):

(১) তাপোৎপাদী রাসায়নিক পরিবর্তনে উৎপাদের মোট এনথালপি \left(H_{p}\right) বিক্রিয়কের মোট এনথালপি \left(H_{t}\right) অপেক্ষা কম হয়।

(২) তাই তাপোৎপাদী বিক্রিয়ায় উভয় এনথালপির পার্থক্য (\Delta \mathrm{H}) ঋণাত্মক ধরা হয়। অর্থাৎ, এক্ষেত্রে (\Delta \mathrm{H}) হল বিক্রিয়ায় তাপ পরিবর্তন বা এনথালপির পার্থক্য।

(৩) (\Delta \mathrm{H}) এর ঋণাত্মক মান দ্বারা তাপ উৎপাদন বোঝায়।

যে রাসায়নিক পরিবর্তনের ফলে তাপশক্তির শোষণ এবং বিক্রিয়া অঞ্চলের তাপমাত্রা হ্রাস পায়, তাকে তাপহারী বিক্রিয়া বলে।

উদাহরণ-১ (Example – 1): 100g বা 1 mol কঠিন \mathrm{CaCO}_{3} তাপ প্রয়োগে বিয়োজিত হয়ে 1mol কঠিন \mathrm{CaO} ও 1 mol \mathrm{CO}_{2} গ্যাস উৎপন্ন করে এবং এ পরিবর্তনে 178kJ তাপ শোষিত হয়।

\mathrm{CaCO}_{3}(s) \stackrel{\Delta}{\rightarrow} \mathrm{CaO}(s)+\mathrm{CO}_{2}(g) ; \quad \Delta \mathrm{H} 298 \mathrm{~K}=+178 \mathrm{kJmol}^{-1}

উদাহরণ-২ (Example – 2): 2.016g গ্যাসীয় হাইড্রোজেন ও 253.82g কঠিন আয়োডিনের বিক্রিয়ায় 5252 কিলোজুল (kJ) তাপ শোষিত হয়ে গ্যাসীয় হাইড্রোজেন আয়োডাইড উৎপন্ন হয়।

\begin{array}{l} H_{2}(g)+I_{2}(s)-2 H I(g) ; \Delta H_{298 k}=+52 \mathrm{kJmol}^{-1} \\ 2.016 g \quad 253.82 g \end{array} 

• তাপহারী বিক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য (Characteristics of Endothermic Reaction)

(১) তাপহারী রাসায়নিক পরিবর্তনে উৎপাদের মোট এনথালপি (H) বিক্রিয়কের মোট এনথালপি (H) অপেক্ষা বেশি হয়।

(২) তাই তাপহারী বিক্রিয়ায় উভয় এনথালপির পার্থক্য (\Delta \mathrm{H}) ধনাত্মক ধরা হয়।

(৩) (\Delta \mathrm{H}) এর ধনাত্মক মান দ্বারা তাপ শোষণ বোঝায়।

প্রশ্ন: অভ্যন্তরীণ শক্তি বলতে কী বুঝ? (Internal energy)

উত্তর:

কোনো বস্তুর অভ্যন্তরীণ স্থিতিশক্তি এবং অভ্যন্তরীণ গতিশক্তির মোট পরিমাণকে ঐ বস্তুর অভ্যন্তরীণ শক্তি বলা হয়। একে U বা E দ্বারা প্রকাশ করা হয়। বস্তুতে কোনো অণু, পরমাণু বা আয়ন প্রভৃতি একে অপরের সাপেক্ষে যে অবস্থান গ্রহণ করে তার উপর ঐ বস্তুর অভ্যন্তরীণ স্থিতিশক্তি নির্ভর করে। বন্ধন গড়ন এবং ভাঙ্গনের ফলে অভ্যন্তরীণ স্থিতিশক্তির পরিবর্তন ঘটে। অপরদিকে বস্তুর অণু, পরমাণু বা আয়ন প্রভৃতির কম্পন, ঘূর্ণন এবং স্থানান্তর গতির উপর বস্তুর অভ্যন্তরীণ গতিশক্তি নির্ভর করে। কোনো বস্তুর অভ্যন্তরীণ শক্তির প্রকৃত মান কখনো পরিমাপ করা যায় না। তবে অভ্যন্তরীণ শক্তি পরিবর্তন \Delta \mathrm{H} পরিমাপ করা যায় । স্থির তাপমাত্রা এবং স্থির আয়তনে \Delta U=U p-U r

প্রশ্নঃ এনথালপি বা ধূততাপ বলতে কী বোঝ? (Enthalpy)

উত্তর:

স্থির চাপে কোনো সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তির সাথে সিস্টেমের চাপও আয়তনের গুণফলজনিত শক্তি যোগ করলে যে মোট শক্তি পাওয়া যায়, তাকে ঐ সিস্টেমের এনথালপি বলে। অর্থাৎ, এনথালপি H=U+P v] । এনথালপি একটি অবস্থা নির্ভর রাশি। অর্থাৎ, এর মান বস্তুর ভৌত অবস্থা, তাপমাত্রা এবং চাপের উপর নির্ভরশীল। কিন্তু পরিবর্তনের ধারা বা পথের উপর নির্ভর করে না। প্রাথমিক অবস্থা ও শেষ অবস্থার উপর নির্ভর করে। প্রকৃতপক্ষে কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় তাপের পরিবর্তনকে \Delta \mathrm{H} দ্বারা প্রকাশ করা হয়। 

প্রশ্ন: দেখাও যে, স্থির চাপে বিক্রিয়া তাপ সিস্টেমের এনথালপি পরিবর্তনের সমান। (At constant pressure, the heat of reaction is equal to the enthalpy change of the system)

উত্তর:

মনে করি, স্থির চাপে নির্দিষ্ট ভরের কোনো গ্যাসের Q পরিমাণ তাপ প্রয়োগ করা হল। তাপের পরিমাণ গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি বা \Delta U এবং গ্যাসের আয়তনবৃদ্ধিজনিত কাজ \Delta V এর সমান হয়। অর্থাৎ, স্থির চাপে, শোষিত তাপ, 

Q p=\Delta U+P \Delta V \ldots \ldots \ldots \ldots \ldots \text { (i) }

আবার, স্থির চাপে, কোনো সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তির সাথে চাপ ও আয়তনের গুণফল শক্তি যোগ করলে মোট শক্তির পরিমাণকে ঐ সিস্টেমের এনথালপি বলে । সিস্টেমের এনথালপির পরিবর্তন,

\begin{array}{l} \Delta H=H p-H r \\ \Delta H=\left(U_{p}+P V_{p}\right)-\left(U_{r}+P V_{r}\right)[(H=U+P V)] \\ \Delta H=(U p-U r)+P(V p-V r) \\ \Delta H=\Delta U+P \Delta V \ldots \ldots \ldots \ldots(i i) \end{array} 

(i) এবং (ii) নং হতে পাই,

\Delta H=Q_{p} 

অর্থাৎ, স্থির চাপে বিক্রিয়া তাপ সিস্টেমের এনথালপির পরিবর্তনের সমান।

প্রশ্ন: স্থির চাপে বিক্রিয়া তাপ এবং স্থির আয়তনে বিক্রিয়া তাপের মধ্যে সম্পর্ক নির্ণয় কর। (Determine the relationship between reaction heat at constant pressure and reaction heat at constant volume.)

উত্তর:

কোনো পদার্থের বা গ্যাসের আয়তন পরিবর্তন না করে তাপ প্রয়োগ করা হলে সম্পূর্ণ তাপ অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধির জন্য ব্যবহৃত হয়। এক্ষেত্রে, Q v=\Delta U \ldots \ldots (i) .. অর্থাৎ, অভ্যন্তরীণ শক্তির পার্থক্যই স্থির আয়তনে বিক্রিয়া তাপের সমান। আবার, স্থির চাপে বিক্রিয়া তাপ,

\begin{aligned} Q_{p} &=\Delta U+P \Delta V \\ &=Q_{V}+P \Delta V \\ &=Q_{V}+P\left(V_{2}-V_{1}\right) \\ &=Q_{V}+P V_{2}-P V_{1} \\ &=Q_{V}+n_{2} R T-n_{1} R T \quad \because P V=n R T \\ &=Q_{V}+R T\left(n_{2}-n_{1}\right) \\ Q_{p} &=Q_{V}+\Delta n R T \ldots \ldots \ldots \ldots(i i) \end{aligned}

যেহেতু, স্থির চাপের বিক্রিয়া তাপ \Delta H দ্বারা প্রকাশ করা যায়। তাই (ii) নং সমীকরণকে নিম্নরূপে প্রকাশ করা যায়।

\Delta H=\Delta U+\Delta n R T \ldots \ldots \ldots \ldots(i i i) 

(i) এবং (iii) নং সমীকরণ হলো নির্ণেয় সম্পর্ক। এ সম্পর্ক হতে বলা যায়- 

১। \Delta H=\Delta U হবে যখন \Delta n=0 হবে।

অর্থাৎ, আয়তনের কোনো পরিবর্তন হবে না। তথা \Delta V=0 হবে। যেমনঃ (\left(H_{2}+l_{2} \rightarrow 2 H l\right))

২। \Delta H>\Delta U হবে যখন \Delta n এর মান ধণাত্বক হবে বা \Delta Vএর মান ধণাত্বক হবে। যেমন-

\mathrm{PCl}_{5} \rightarrow \mathrm{PCl}_{3}+\mathrm{Cl}_{2} 

৩। \Delta H<\Delta U হবে যখন \Delta n= negetive হবে বা \Delta V= negetive হবে। যেমন-

\mathrm{N}_{2}+3 \mathrm{H}_{2} \rightarrow 2 \mathrm{~N} \mathrm{H}_{3}

প্রশ্ন: বিক্রিয়া তাপ বা বিক্রিয়া এনথালপি বলতে কী বুঝ (Heat of Reaction (also known and Enthalpy of Reaction)?

উত্তর:

কোনো বিক্রিয়ার সমতাযুক্ত সমীকরণ মতে বিক্রিয়কসমূহের সংখ্যানুপাতিক মোল পরিমাণের সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়ার ফলে উৎপন্ন বা শোষিত তাপের মানকে ঐ বিক্রিয়ার বিক্রিয়া তাপ বা বিক্রিয়া এনথালপি বলে। অধিকাংশ রাসায়নিক বিক্রিয়া স্থির চাপে সংঘটিত হয় বিধায় এক্ষেত্রে তাপের পরিবর্তনকে \Delta U এর পরিবর্তে \Delta I দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

প্রশ্নঃ পরমাণুকরণ এনথালপি, বাষ্পীয়করণ এনথালপি, উর্দ্ধপাতন এনথালপি, আয়নিকরণ এনথালপি এবং ল্যাটিস এনথালপি বলতে কী বুঝ? (Atomization Enthalpy, Enthalpy of vaporization, Ionization Enthalpy and Lattice Enthalpy)

উত্তর:

(১) উর্দ্ধপাতন এনথালপি (Enthalpy of sublimation): এক মোল পরিমাণ কঠিন পদার্থ যে তাপ শোষণ করে সরাসরি গ্যাসীয় অবস্থায় রূপান্তরিত হয়, তাকে উর্দ্ধপাতন এনথালপি বলা হয়। যেমন-

\begin{aligned} C(\text { graphite }) \rightarrow C(g) && \Delta H^{o}=+717.02 \mathrm{kJmol}^{-1} \\ K(s) \rightarrow K(g) && \Delta H^{o}=+90.0 \mathrm{kJmol}^{-1} \end{aligned}

(২) পরমাণুকরণ এনথালপি (Atomization Enthalpy): এক মোল পদার্থকে সম্পূর্ণরূপে গ্যাসীয় অবস্থায় পরমাণুতে পরিণত করতে যে তাপ শোষণ করে, তাকে পরমাণুকরণ এনথালপি বলা হয়। যেমন-

\frac{1}{2} \mathrm{CI}_{2}(g) \rightarrow \mathrm{Cl}(g) \quad \Delta H^{o}=+121 \mathrm{kJmol}^{-1}

লক্ষণীয় এক্ষেত্রে প্রতি মোল ক্লোরিন পরমাণুকে বোঝায়; প্রতি মোল ক্লোরিন অণু নয়।

(৩) বাষ্পীয়করণ এনথালপি (Enthalpy of Vaporization): এক মোল তরল পদার্থ এর স্ফুটনাঙ্কে যে পরিমাণ তাপ শোষণ করে বাষ্পে পরিণত হয়, তাকে ঐ পদার্থের বাষ্পীয়করণ এনথালপি বলা হয়। যেমন-

\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{vap}) \quad \Delta H^{o}=+41 \mathrm{kJmol}^{-1}

(৪) গলন এনথালপি (Enthalpy of Fusion) : এক মোল কঠিন পদার্থ এর গলনাঙ্কে যে পরিমাণ তাপ শোষণ করে তরল অবস্থা প্রাপ্ত হয়, তাকে গলন এনথালপি বলা হয়। যেমন-

\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{S}) \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \quad \Delta \mathrm{H}^{\circ}=+6 \mathrm{kmol}^{-1}

(৫) আয়নীকরণ এনথালপি (Ionization Enthalpy): গ্যাসীয় অবস্থায় এক মোল পরমাণুকে সম্পূর্ণ রূপে একক ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়নে পরিণত করতে যে পরিমাণ তাপ শোষণ করে, তাকে প্রথম আয়নীকরণ এনথালপি বলা হয়। যেমন-

N a(g) \rightarrow N a^{+}(g)+e^{+} \quad \Delta H^{o}=+494 \mathrm{kImol}^{-1}

(৬) ইলেকট্রন আসক্তি (Electron Affinity): এক মোল চার্জ নিরপেক্ষ গ্যাসীয় পরমাণু এক মোল ইলেকট্রনের সাথে যুক্ত হয়ে এক মোল ঋণাত্মক চার্জযুক্ত গ্যাসীয় আয়ন সৃষ্টি করতে যে পরিমাণ তাপ নির্গত হয়, তাকে ইলেকট্রন আসক্তি বলা হয়। এটা হল তাপোৎপাদী প্রক্রিয়া। যেমন-

C l(g)+e^{+} \rightarrow C l^{+}(g) \quad \Delta H^{o}=-348 \mathrm{kJmol}^{-1}

(৭) ল্যাটিস এনথালপি (Lattice Enthalpy): পরস্পর হতে অসীম দূরত্বে অবস্থিত প্রয়োজনীয় সংখ্যক গ্যাসীয় ধনাত্মক ও ঋণাত্মক আয়নসমূহকে একত্রিত করে কোন যৌগের এক মোল পরিমাণ কঠিন কেলাস তৈরির সময় যে পরিমাণ শক্তি নির্গত হয়, তাকে সে যৌগের ল্যাটিস শক্তি বলা হয়। অন্যভাবে বলা যায়, গ্যাসীয় অবস্থায় বিচ্ছিন্ন উপাদান আয়ন থেকে এক মোল আয়নিক কেলাস গঠন করতে যে পরিমাণ তাপ নির্গত হয়, তাকে ল্যাটিস এনথালপি বলা হয়। যেমন-

K^{+}(g)+C l^{-}(g) \rightarrow K^{+} C l^{-}(s) \quad \Delta H^{o}=-760 \mathrm{kJmol}^{-}

প্রশ্ন: তাপ রাসায়নিক সূত্রগুলো উল্লেখ কর। (Thermochemical equation)

উত্তর:

শক্তির নিত্যতার সূত্রের উপর ভিত্তি করে তাপ রসায়নে বিক্রিয়ার এনথালপির পরিবর্তন ব্যাখ্যার জন্য যে দুইটি সূত্র ব্যবহৃত হয়, তাদেরকে তাপ রাসায়নিক সূত্র বলে। যেমন-

১। ল্যাভয়সিয়ে এবং ল্যাপ্লাসের সূত্র।

২। হেস এর ধ্রুব তাপ সমষ্টিকরণ সূত্র। 

•   ল্যাভয়সিয়ে সূত্রটি নিম্নরূপ (The Lavoisier formula):

কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় যে পরিমাণ এনথালপির পরিবর্তন ঘটে ঐ বিক্রিয়াটি বিপরীত দিকে সংগঠিত হলেও ঐ একই পরিমাণ এনথালপির পরিবর্তন ঘটে তবে চিহ্ন বিপরীত হয়। যেমন

\mathrm{Cu}+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CuO} ; \quad \Delta \mathrm{H}^{\circ}=-157 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

এ সূত্র মতে,

\mathrm{CuO} \rightarrow \mathrm{Cu}+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2} ; \quad \Delta \mathrm{H}^{\circ}=-157 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

প্রশ্ন: হেস এর সূত্র বিবৃত এবং ব্যাখ্যা কর। (Hess’s law)

যদি কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ার প্রারম্ভিক এবং শেষ অবস্থা একই থাকে তবে সেই বিক্রিয়া এক বা একাধিক ধাপে সংগঠিত হোক না কেন প্রতি ক্ষেত্রেই বিক্রিয়া তাপ বা বিক্রিয়া এনথালপি সমান থাকবে। অর্থাৎ, বিক্রিয়ার এনথালপির মান বিক্রিয়া কীভাবে ঘটানো হলো তার উপর নির্ভর করে না তবে বিক্রিয়ার প্রারম্ভিক এবং শেষ অবস্থার উপর নির্ভর করে।

• ব্যাখ্যা (Explanation):

মনে করি, নিম্নোক্ত দুইটি পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে, A \rightarrow D পাওয়া যায়।

১ম পদ্ধতি (Method 1):   A \rightarrow D ; \quad \Delta H=P \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

২য় প্রক্রিয়া (Method 2):

\quad \quad \quad (i ) A \rightarrow B ; \quad \Delta H_{1}=X k j / m o l

\quad \quad \quad (ii ) B \rightarrow C ; \quad \Delta H_{2}=y \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

\quad \quad \quad (iii ) \mathrm{C} \rightarrow D ; \quad \Delta H_{3}=z \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

\begin{array}{c} \hline \text { (+) করে, } A \rightarrow D ; \quad\Delta H_{4}=(X+y+z) k j / m o l \end{array}

হেস সূত্রমতে,

\Delta H=\Delta H_{4} 

বা, P=(X+y+z) k j / m o l

উদাহরণঃ নিম্নোক্ত ২টি পদ্ধতির মাধ্যমে \mathrm{C} হতে \mathrm{CO}_{2} পাওয়া যায়।

১ম পদ্ধতি (Method 1):

\mathrm{C}(\mathrm{s})+\mathrm{O}_{2}(g)+\mathrm{CO}_{2}(g) ; \quad \Delta \mathrm{H}=-393.5 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

(অতিরিক্ত \mathrm{O}_{2})

২য় প্রক্রিয়া (Method 2):

\begin{array}{lc} \mathrm{C}(s)+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO} ; & \Delta \mathrm{H}_{1}=-110.5 \mathrm{Kj} / \mathrm{mol} \\ \mathrm{CO}+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2} ; & \Delta \mathrm{H}_{2}=-283 \mathrm{Kj} / \mathrm{mol} \\ \hline \mathrm{C}(s)+\mathrm{O}_{2}(g) \rightarrow \mathrm{CO}_{2} ; & \Delta \mathrm{H}_{3}=-393.5 \mathrm{Kj} / \mathrm{mol} \end{array}

উভয় পদ্ধতি হতে দেখা যায় যে, প্রাথমিক অবস্থা এবং শেষ অবস্থা একই হওয়ায় এক্ষেত্রে তাপের পরিবর্তন বা এনথালপির পরিবর্তন সমান হয়েছে। অর্থাৎ, \Delta H=\Delta H_{3}

তাই এই উদাহরণটি হেস এর সূত্রকে সমর্থন করে।

প্রশ্ন: হেস এর সূত্রের প্রয়োগ উল্লেখ কর। (Application of Hess’s formula)

উত্তর:

১। গাণিতিক নিয়মের মাধ্যমে একাধিক রাসায়নিক সমীকরণ থেকে পরোক্ষভাবে কোনো বিক্রিয়ার বিক্রিয়া তাপ বের করা যায়।

২। ধীর গতির বিক্রিয়া অথবা দ্রুত গতিসম্পন্ন বিক্রিয়ার বিক্রিয়া তাপ এই সূত্রের সাহায্যে নির্ণয় করা যায়।

৩। \mathrm{C} থেকে \mathrm{CO} প্রস্তুতির বিক্রিয়াটি এতই দ্রুত সংঘটিত হয় যে এর বিক্রিয়াতাপ প্রচলিত পরীক্ষালব্ধ পদ্ধতির সাহায্যে নির্ণয় করা যায় না। কিন্তু এই নিম্নোক্ত পদ্ধতির মাধ্যমে তা সম্ভব ।

১ম ধাপ (1st Step): 

\mathrm{C}+\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2} \quad \Delta \mathrm{; H}=-393.5 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

২য় ধাপ (2nd Step): 

\begin{array}{c} \mathrm{C}+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO} ; \quad \Delta \mathrm{H}_{2}=\mathrm{Xkj} / \mathrm{mol} \\ \mathrm{C}+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2} ; \quad \Delta \mathrm{H}_{2}=283 \mathrm{kj} / \mathrm{mol} \\ \hline \mathrm{C}+\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2} \quad \therefore \quad \Delta \mathrm{H}_{2}=\mathrm{X}-283 \mathrm{kj} / \mathrm{mol} \end{array}

হ্যাসের সূত্র মতে,

\begin{array}{c} -393.5=X-283 \\ \therefore \quad X=-110.5 \mathrm{kj} / \mathrm{mol} \end{array}

দ্বিতীয় উদাহরণ (Second Example): রম্বিক সালফারকে মনোক্লিনিক সালফার পরিবর্তন করতে তাপের পরিবর্তন এতই ধীরে সংগঠিত হয় যে তা পরীক্ষালব্ধভাবে নির্ণয় করা যায়। কিন্তু নিম্নোক্ত পদ্ধতির মাধ্যমে করা যায়।

\begin{array}{c} S \text { (রম্বিক) }+0_{2} \rightarrow S \mathrm{~O}_{2}(g) ;\quad \Delta H=-296.79 \\ \hline S \text { (মনোক্লিনিক) }+0_{2} \rightarrow \mathrm{SO}_{2} ; \quad \Delta H=-297.08 \mathrm{kj} / \mathrm{mol} \\ S \text { (রম্বিক) } \rightarrow S \text { (মনোক্লিনিক); } \quad \Delta H=+0.29 \mathrm{kj} / \mathrm{mol} \end{array}

অর্থাৎ, রম্বিক সালফার থেকে মনোক্লিনিক সালফারে পরিণত করতে +0.29 ki/mol  তাপ শোষিত হয়

প্রশ্ন: প্রমাণ গঠন এনথালপি বলতে কী বুঝ? (Ideal Enthalpy)

উত্তর:

প্রমাণ অবস্থায় অর্থাৎ, 25°C তাপমাত্রায় এবং l atm চাপে কোনো যৌগ এর উপাদান মৌলসমূহ থেকে 1 মোল পরিমাণ উৎপাদনকালে এনথালপি বা তাপের যে পরিবর্তন ঘটে তাকে ঐ যৌগটির প্রমাণ গঠন এনথালপি বলে। যেমন-

\begin{array}{ll} \mathrm{C}(s)+\mathrm{O}_{2}(g) \rightarrow \mathrm{CO}_{2}(g) ; & \Delta H-393.5 \mathrm{Kjmol}^{-1} \\ \mathrm{Na}+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2}+\frac{1}{2} \mathrm{H}_{2} \rightarrow \mathrm{NaOH} ; & \Delta H=-640.38 \mathrm{Kjmol} \end{array}

প্রশ্ন: দেখাও যে কোনো বিক্রিয়ার বিক্রিয়া তাপ থেকে যৌগের গঠন তাপ নির্ণয় করা যায়। (The heat of formation of a compound can be determined from the reaction heat of a reaction)

উত্তর:

নিম্নোক্ত বিক্রিয়ার মাধ্যমে \mathrm{CO}_{2} পাওয়া যায়।

C(s)+O_{2}(g) \rightarrow C O_{2}(g) \quad \therefore \quad \Delta H=-393.5 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

এ বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে,   \quad \Delta H=H_{P}-H_{R}

বা, -393.5=H_{f}\left(\mathrm{CO}_{2}\right)-\left[H_{f}(C)+H_{f}(O_{2})\right]

যেহেতু, মৌলের গঠন এনথালপির মান শূণ্য তাই - 393.5 \frac{k \dot{~}}{m o l}=H_{t}\left(\mathrm{CO}_{2}\right)-0

বা, \mathrm{H}_{f}\left(\mathrm{CO}_{2}\right)=-393.5 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

অর্থাৎ, এ বিক্রিয়ার বিক্রিয়া তাপ \mathrm{CO}_{2} এর গঠন তাপের সমান। এভাবে কোনো বিক্রিয়ার বিক্রিয়া তাপ থেকে গঠন তাপ নির্ণয় করা যায়। 

প্রশ্ন: প্রমাণ দহন তাপ কী? (Ideal Heat of combustion)

উত্তর:

নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় বা \boldsymbol{25^{\circ} \mathrm{C}} তাপমাত্রায় এবং latm চাপে কোনো মৌল বা যৌগের এক মোল \boldsymbol{O_{2}} এ সম্পূর্ণরূপে দহন করতে তাপের যে পরিবর্তন হয় তাকে প্রমাণ দহন তাপ বা এনথালপি বলে।

\begin{array}{c} \mathrm{C}+\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2} \quad \Delta \mathrm{H}_{c}^{o}=-393.5 \mathrm{Kjmol}^{-1} \\ \mathrm{H}_{2}+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} ; \quad \Delta H_{(c)}^{o}=-286.18 \mathrm{Kj} / \mathrm{mol} \\ \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{6}+\frac{15}{2} 0_{2} \rightarrow 6 \mathrm{CO}_{2}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} ; \quad \Delta H_{(c)}^{o}=-3266 \mathrm{Kj} / \mathrm{mol} \end{array}

প্রশ্ন: প্রশমন তাপ বা প্রশমন এনথালপি বলতে কী বুঝ? (Quenching heat or quenching enthalpy)

উত্তর:

কক্ষ তাপমাত্রায় তুল্য পরিমাণ এসিড এবং তুল্য পরিমাণ ক্ষারক সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়া করে 1 মোল পানি উৎপন্ন করতে যে পরিমাণ তাপ উৎপন্ন হয় তাকে প্রশমন তাপ বা এনথালপি বলে। যেমন-

\begin{array}{l} \mathrm{NaOH}+\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{NaCl}+\mathrm{H}_{2} 0 ; \Delta H=57.34 \mathrm{kj} \mathrm{mol}^{-1} \\ \text { বা, } \mathrm{H}^{+}+\mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{H}_{2} 0 ; \quad \Delta H=-57.34 \mathrm{kj} \mathrm{mol}^{-1} \end{array}

প্রশ্ন: দেখাও যে, তীব্র এসিড এবং তীব্র ক্ষারের প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক অর্থাৎ প্রায় – 57.34 kjmol^{-1} (The value of the heat of Acidic acid and strong alkali is constant – 57.34 kjmol^{-1})

উত্তর:

আরহেনিয়াস মতবাদ অনুযায়ী যে সমস্ত এসিড বা ক্ষারক লঘু দ্রবণে সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হয়, তাদেরকে তীব্র এসিড বা তীব্র ক্ষারক বলে। তীব্র এসিড এবং তীব্র ক্ষারকের বিক্রিয়ায় মূলত এসিডের H^{+} আয়ন এবং ক্ষারকের OH^{-} আয়ন বিক্রিয়া করে পানি উৎপন্ন করে। 1 মোল পানি উৎপন্ন হতে যে পরিমাণ তাপ নির্গত হয়, তা হবে ঐ বিক্রিয়াটির প্রশমন তাপ । বিক্রিয়াটিকে নিম্নরূপে দেখানো যায়-

\begin{aligned} \mathrm{NaOH}(\mathrm{a q})+\mathrm{HCl}(\mathrm{a q}) \rightarrow \mathrm{NaCl}+\mathrm{H} 2 \mathrm{O}(l) \text{ ; } \Delta \mathrm{H} = -57.34 \mathrm{kjmol}^{-1} \\ \text { বা, } \mathrm{Na}_{(a q)}^{+}+\mathrm{OH}_{(a q)}^{-}+\mathrm{H}_{(a q)}^{+}+\mathrm{Cl}_{(a q)}^{-} \rightarrow \mathrm{Na}_{(a q)}^{+}+\mathrm{Cl}_{(a q)}^{-}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l) \text{ ; } \Delta \mathrm{H} = -57.34 \mathrm{Kj} / \mathrm{mol} \\ \text { বা, } \mathrm{H}_{a q}^{+}+\mathrm{OH}_{(a q)}^{-} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l) \text{ ; } \Delta H=-57.34 \mathrm{Kj} / \mathrm{mol} \end{aligned}

যেহেতু সব তীব্র এসিড এবং তীব্র ক্ষার পানিতে একইভাবে সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হয়ে প্রায় একই পরিমাণ H^{+} এবং OH^{-} উৎপন্ন করে। তাই সব তীব্র এসিড এবং তীব্র ক্ষারের মধ্যে প্রকৃতপক্ষে একই ধরনের প্রশমন বিক্রিয়া সংগঠিত হয় তাই এদের বিক্রিয়ায় তাপের পরিবর্তন ও একই হয় যা প্রায় -57.34 \mathrm{kjmol}^{-1} এর সমান হয়। এ কারণে সব তীব্র এসিড এবং তীব্র ক্ষারের প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক হয়।

প্রশ্ন: দুর্বল এসিড এবং সবল ক্ষারের প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক মান অপেক্ষা কম হয় কেন? অথবা, \boldsymbol{\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}} এবং \boldsymbol{\mathrm{NaOH}} এর প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক মান অপেক্ষা কম কেন?(Why is the quenching heat value of weak acids and strong alkalis lower than the constant value?)(The quenching heat values of \boldsymbol{\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}} and \boldsymbol{\mathrm{NaOH}} are less than constant values)

উত্তর:

দুর্বল এসিড এবং সবল ক্ষারের প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক মান অপেক্ষা কম হওয়ার জন্য দুর্বল এসিডের অসম্পূর্ণ বিয়োজনই দায়ী।

\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} ; \quad \Delta \mathrm{H}-55.14 \mathrm{Kj} / \mathrm{mol} .

এক্ষেত্রে \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}একটি দুর্বল এসিড হওয়ায় এটি সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হতে পারেনা। অপরদিকে, \mathrm{NaOH} একটি সবল ক্ষারক হওয়ায় তা সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হতে পারে। ফলে ক্ষারের OH^{-} এসিড থেকে প্রাপ্ত H^{+} আয়ন দ্বারা সম্পূর্ণরূপে প্রশমিত হতে পারে না।

এ কারণে \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} এর সম্পূর্ণ বিয়োজনের জন্য কিছু পরিমাণ তাপ শক্তির প্রয়োজন হয় যা প্রশমন তাপ থেকে শোষিত হয়। প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক থেকে হ্রাস পায়। এ সময় বিয়োজন এবং প্রশমন উভয় বিক্রিয়ায় পাশাপাশি চলতে থাকে।

\begin{array}{c} \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} \rightleftharpoons \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}^{+} \\ \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na}^{+}+\mathrm{OH}^{-} \end{array}

\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} এর সম্পূর্ণ বিয়োজনের জন্য 2.2kj শক্তির প্রয়োজন হয় তা ধ্রুবক মান হতে শোষিত হয়। এক্ষেত্রে প্রশমন তাপের মান হতে হ্রাস পেয়ে -55.14 \mathrm{Kj} / \mathrm{mol} হয় । 2.2kj পরিমাণ শক্তিকে \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} এর আয়নিকরণ এনথালপি বা বিয়োজন এনথালপি বলে। ফলে এ বিক্রিয়ায় প্রমশন তাপের মান -55.14 \mathrm{Kj} \mathrm{mol}^{-1} হয়।

প্রশ্ন: দুর্বল ক্ষারক এবং সবল এসিডের প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক মান অপেক্ষা কম হয় কেন? বা \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} এবং HCl এসিডের প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক মান অপেক্ষা কম হয় কেন?(Why is the quenching heat value of weak base and strong acid less than constant value?)(Why the value of quenching heat of \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} and HCl acid is less than constant value?)

উত্তর:

এ ধরনের বিক্রিয়ার উদাহরণ হলো-

\mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH}+\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \quad \therefore \Delta \mathrm{H}=-51.04 \mathrm{kj} \mathrm{mol}^{-1}

এক্ষেত্রে \mathrm{HCl} একটি সবল এসিড হওয়ায় এটি সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হতে পারে। অপরদিকে, \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} একটি দুর্বল ক্ষারক হওয়ায় তা সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হতে পারে না। ফলে ক্ষারের OH^{-} এসিড থেকে প্রাপ্ত H^{+} আয়নকে সম্পূর্ণরূপে প্রশমিত করতে পারে না। এ কারণে \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} এর সম্পূর্ণ বিয়োজনের জন্য কিছু পরিমাণ তাপ শক্তির প্রয়োজন হয় যা প্রশমন তাপ থেকে শোষিত হয়। ফলে প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক থেকে হ্রাস পায়। এ সময় বিয়োজন এবং প্রশমন উভয় বিক্রিয়ায় পাশাপাশি চলতে থাকে ।

\begin{array}{c} \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH}^{-} \rightleftharpoons \mathrm{NH}_{4}^{+}+\mathrm{OH}^{-} \\ \mathrm{HCl} \longrightarrow \mathrm{H}^{+}+\mathrm{Cl}^{-} \end{array}

\mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} এর সম্পূর্ণ বিয়োজনের জন্য 6.3kj শক্তির প্রয়োজন হয় তা ধ্রুবক মান হতে শোষিত হয়। এক্ষেত্রে প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক হতে হ্রাস পেয়ে –51.04 Kjmol^{-} হয়।

এক্ষেত্রে 6.3kj শক্তিকে \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} এর আয়নিকরণ বা বিয়োজন এনথালপি বলে।

প্রশ্ন: HF এবং NaOH এর প্রশমন তাপের মান ধ্রুবক তাপ অপেক্ষা বেশি হয় কেন?(Why the value of quenching heat of HF and NaOH is higher than constant heat)

উত্তর:

তীব্র হাইড্রোফ্লোরিক এসিড (HF) ও NaOH এর প্রশমন তাপের মান অন্যান্য তীব্র এসিড ও তীব্র ক্ষারকের প্রশমন তাপের মান যেমন- -57.34 \mathrm{kj} \mathrm{mol}^{-1} এর চেয়ে কিছু বেশি হয়। এর ব্যাখ্যা হল, প্রশমন তাপের সাথে ফ্লোরাইড আয়ন \left(F^{-}\right) এর অধিক মাত্রায় পানিযোজন তাপের সমষ্টিকরণ। প্রথমত HF(aq) তীব্র এসিড ও NaOH(aq) তীব্র ক্ষার হওয়ায় এরা দ্রবণে সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হয় এবং উৎপন্ন হয়।

H^{+}(a q) ও OH^{-}(a q) এর প্রশমনকালে 57.34 \mathrm{kJmol}^{-1} তাপ উৎপন্ন করে।

\begin{array}{l} \mathrm{H F}(a q)+\mathrm{NaOH}(a q) \rightarrow \mathrm{H}^{+}(a q)+ \mathrm{F}^{-}(a q)+\mathrm{Na}^{+}(a q)+\mathrm{OH}^{-}(a q) \\ \mathrm{H}^{+}(a q)+\mathrm{OH}^{-}(a q) \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l) \quad \text{; } \Delta \mathrm{H} =-57.34 k J \end{array}

দ্বিতীয়ত দ্রবণে উপস্থিত ফ্লোরাইড আয়ন \left(F^{-}\right) এর আকার ছোট হওয়ায় এতে চার্জের ঘনত্ব বেশি হয়। তাইF^{-} আয়নের সাথে পোলার পানি অণুর মধ্যে সংযোজন অর্থাৎ, পানিযোজন বা হাইড্রেশন খুব দৃঢ়ভাবে ঘটে। তখন যে তাপশক্তি নির্গত হয়, তা অন্যান্য ঋণাত্মক আয়নের পানিযোজন তাপের বা হাইড্রেশন শক্তির তুলনায় কিছু বেশি হয়। সুতরাং,F^{-} এর অতিরিক্ত পানিযোজন তাপ প্রশমন তাপের সাথে যোগ হয়ে তা –57.34kJ এর চেয়ে বেশি হয় এবং যোগফল –68.6kJ হয়। উল্লেখ্য দ্রবণে মোল পরিমাণে ধনাত্মক ও ঋণাত্মক আয়ন পানি অণুর সাথে সংযোগের ফলে নির্গত তাপ শক্তিকে হাইড্রেশন শক্তি বলে।

H F(a q)+N a O H(a q) \rightarrow N a^{+}(a q)+F^{-}(a q)+H_{2} O(l) \text{;} \quad \Delta H=-68.6 k J

প্রশ্নঃ দ্রবণ তাপ বা দ্রবণ এনথালপি কী? (Enthalpy change of solution)

উত্তর:

একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় যথেষ্ট পরিমাণ দ্রাবকে 1মোল (mole) দ্রবকে দ্রবীভূত করে যদি দ্রবণ প্রস্তুত করা হয় এং তাতে যদি আরো দ্রাবক যোগ করেও তাপীয় অবস্থার কোন পরিবর্তন ঘটানো না যায় তবে ঐ দ্রবণ প্রস্তুত করতে তাপের যে পরিবর্তন ঘটে, তাকে ঐ দ্রবের দ্রবণ তাপ বলে ।

সাধারণভাবে, 200-450 মোল (mole) দ্রাবকে 1 মোল (mole) দ্রব দ্রবীভূত করে যে দ্রবণ প্রস্তুত হয় তাতে আরো দ্রাবক যোগ করলেও দ্রবণের তাপীয় অবস্থার পরিবর্তন ঘটে না।

উদাহরণ (Example):

যে সব অনার্দ্র লবণ অতি সহজেই পানির সাথে যুক্ত হয়ে হাইড্রেট গঠন করে, তারা পানিতে দ্রবীভূত হবার সময় তাপ উৎপন্ন হয়। অর্থাৎ সেক্ষেত্রে \Delta H এর মান ঋণাত্মক হবে। যেমন, 1মোল (mole) সাদা অনার্স \mathrm{CuSO}_{4} পর্যাপ্ত পানিতে দ্রবীভূত হবার সময় 66.04kJ পরিমাণ তাপ উৎপন্ন হয়।

\mathrm{CuSO}_{4}(s)+a q \rightarrow \mathrm{CuSO}_{4} .5 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(a q) ; \quad \Delta \mathrm{H}=-66.04 \mathrm{~kJ}

বৈশিষ্ট্য (Characteristics): 

(i) দ্রবীভূত হওয়ার সময় দ্রব ও দ্রাবকের মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটিত না হলে দ্রবণ তাপ \Delta H এর মান ধনাত্মক হয়।

(ii) অপরদিকে দ্রবীভূত হওয়ার কালে দ্রব ও পানির মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটিত হলে ঐ দ্রব্যের দ্রবণ তাপ (\Delta H) এর মান ঋণাত্মক হয়।

(iii) যে সব লবণ পানির সাথে হাইড্রেট গঠন করে না তারা পানিতে দ্রবীভূত হবার সময় তাপ শোষণ করে; অর্থাৎ এক্ষেত্রে – \Delta H এর মান ধনাত্মক হয় । আবার হাইড্রেট লবণ (যেমন, গাঢ় নীল \mathrm{CuSO}_{4} .5 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}) যারা আর পানির সাথে যুক্ত হয় না তারা তাপ শোষণ করে পানিতে দ্রবীভূত হয়। যেমন : 1মোল (mole) আর্দ্র \mathrm{CaCl}_{2} পানিতে দ্রবীভূত হবার সময় 19.36kJ তাপ শোষিত হয়, যেমন-

\begin{array}{l} \mathrm{CaCl}_{2} 6 \mathrm{.H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{s})+a q \longrightarrow \mathrm{CaCl}_{2} 6 \mathrm{.H}_{2} \mathrm{O}(a q) ; \quad \Delta \mathrm{H}=+19.06 \mathrm{~kJ} \\ \mathrm{CuSO}_{4} 5 \mathrm{.H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{s})+a q \rightarrow \mathrm{CuSO}_{4} 5 \mathrm{.H}_{2} 0(a q) ; \quad \Delta H=+11.70 \mathrm{~kJ} \end{array} 

প্রশ্ন: দ্রবণের ইনটেগ্রেল তাপ কী? (Integral Enthalpy Of Solution)

উত্তর:

বর্তমানে দ্রবণের ইনটেগ্রেল তাপ’ (integral heat of solution) নামে একটি ‘পদ’ (term) ব্যবহৃত হয়। এর সংজ্ঞা নিম্নরূপ:

“এক মোল পরিমাণ কোন দ্রবকে নির্দিষ্ট মোল পরিমাণ দ্রাবকে দ্রবীভূত করলে যে পরিমাণ তাপের পরিবর্তন ঘটে, তাকে দ্রবণের ইনটেগ্রেল তাপ বলা হয়। যেমন-

\begin{array}{cc} \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}(l)+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l) \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}(a q) & \Delta \mathrm{H}=-30.5 \mathrm{~kJ} \\ \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}(l)+10 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l) \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}(a q) & \Delta H=-68.0 \mathrm{~kJ} \\ \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}(l)+19 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l) \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}(a q) & \Delta H=-70.7 \mathrm{~kJ} \end{array}

[ সুতরাং, 1 mol, 10 mol, 19 mol পানিতে, \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} এর দ্রবণের ইনটেগ্রেল তাপ যথাক্রমে –30.5kJ. -68, – 70Kj, 450 মোল পর্যন্ত পানি যোগ করলে উৎপন্ন তাপের পরিমাণ –84.52Kj এ স্থির থাকে সুতরাং, \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} এর দ্রবণ তাপ –84.5Kj]

প্রশ্ন: মুক্তশক্তি কী? (Gibb’s Free Energy)

উত্তর:

নির্দিষ্ট শর্তে একটি সিস্টেম থেকে যে পরিমাণ শক্তি কাজ করার জন্য গ্রহণযোগ্য হয় তাকে ঐ সিস্টেমের মুক্তশক্তি বলে। 

মুক্তশক্তির সমীকরণ হলো \Delta G=\Delta H-T \Delta S। কোনো সিস্টেমের বিশৃঙ্খলা এবং অস্থিরতার মাত্রাকে পরিমাপ করার ক্ষেত্রে যে তাপজাতীয় ধর্ম চিহ্নিত করা হয় তা এন্ট্রপি নামে পরিচিত । \Delta G=\Delta e হলে সিস্টেম স্বতঃস্ফূর্ত, \Delta G=+v e হলে স্বরঃস্ফূর্ত নয়, \Delta G= 0 হলে সাম্যবস্থা ধরে নেয়া হয় । \Delta H=-v e হলে স্বতঃস্ফূর্ত হয়।