रासायनिक थर्मोडायनामिक नोट्स

1. थर्मोडायनामिक के कानून:

• शून्य थर्मोडायनामिक का कानून (NCERT कक्षा 11, अध्याय 12): तापीय समता को एक स्थिति के रूप में परिभाषित करता है जहां दो संपर्क में रहने वाले प्रणालियों के बीच कोई तापक प्रवाह नहीं होता है।

• थर्मोडायनामिक के प्रथम कानून (NCERT कक्षा 11, अध्याय 12): ऊर्जा को सृजित नहीं किया जा सकता है, सिर्फ एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित की जा सकती है। गणितीय रूप में, इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

  ΔU = q + w
  

यहां ΔU आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन है, q प्रणाली द्वारा आवश्यक ऊष्मा है, और w प्रणाली द्वारा किया गया कार्य है।

• थर्मोडायनामिक के द्वितीय कानून (NCERT कक्षा 12, अध्याय 6): एंट्रोपी और स्वच्छता की अवधारणा का वर्णन करता है। इसका कहना है कि एक सम्पृथ्वित प्रणाली की कुल एंट्रोपी हमेशा समय के साथ बढ़ती है, और प्रक्रियाएँ बढ़ती अव्यवस्था की दिशा में होती हैं।

2. थर्मोडायनामिक प्रणालियाँ और प्रक्रियाएँ:

• प्रणालीयों के प्रकार:
• खुली प्रणाली: परिवेश के साथ ऊर्जा और पदार्थ दोनों का आपसी विनिमय करती है।
• बंद प्रणाली: परिवेश के साथ ऊर्जा करती है लेकिन पदार्थ नहीं करती है।
• अभिगमित प्रणाली: परिवेश के साथ कोई ऊर्जा या पदार्थ नहीं करती है।
• प्रक्रियाओं के प्रकार:
• एकसार: दाब निरंतर बना रहता है।
• Ronak: आयतन निरंतर बना रहता है।
• ऊष्मीय: तापमान निरंतर बना रहता है।
• शून्यत्ववादी: परिवेश के साथ कोई ऊष्मा नहीं आदान-प्रदान होती है।

3. ऊष्मा और कार्य:

• ऊष्मा प्रसार के प्रकार:

• संचरण: वस्तुओं के बीच सीधे संपर्क के माध्यम से ऊष्मा प्रसार।

• सं.तरंगन: तरल या गैस की गति के माध्यम से ऊष्मा प्रसार।

• प्रकाशन: बिजलीय तरंगों के माध्यम से ऊष्मा प्रसार।

• कार्य के प्रकार (NCERT कक्षा 11, अध्याय 12):

• दबाव-आयतन कार्य (PV कार्य): प्रणाली द्वारा किसी प्रणाली द्वारा विस्तार होने पर प्रणाली द्वारा किया गया कार्य। इसे इस प्रकार गणना की जा सकती है:

  w = -PΔV
  

यहां P दबाव है और ΔV आयतन में परिवर्तन है।

4. अवस्था फंक्शन और अवस्था के समीकरणों:

• अवस्था फंक्शन: यह मात्र प्रणाली की वर्तमान स्थिति पर निर्भर करने वाली मात्राएं है और उस स्थिति तक पहुंचने के लिए लिए जाने वाली पथ पर नहीं। उदाहरणों में आंतरिक ऊर्जा (U), उष्मिमापीय (H), मुक्त ऊर्जा (G), और एंट्रोपी (S) शामिल हैं।
• अवस्था समीकरण (NCERT कक्षा 11, अध्याय 12): पदार्थ के दबाव, आयतन, और तापमान को संबंधित करने वाली गणितीय समीकरणें। सामान्य समीकरणों में सदुपयुक्त वायु समीकरण (PV = nRT) और वान दे वाल्स समीकरण ( [P + {n^2a \over V^2} ) ( V- nb ) = nRT )

5. ऊष्मा क्षमता और उष्मागति:

• मोलर ऊष्मा क्षमताएँ (NCERT कक्षा 12, अध्याय6):

• Cp: निरंतर दबाव में मोलर ऊष्मा क्षमता।

• Cv: निरंतर आयतन में मोलर ऊष्मा क्षमता।

• मानक उष्मा (NCERT कक्षा 11, अध्याय 12):

• मानक उष्मापीय गठन: जब एक पदार्थ का एक मोल अपने घटक तत्वों के मानक स्थितियों में से निर्माण होता है तो उष्मा परिवर्तन।

• प्रतिक्रिया का मानक अधाप्रदंव: सम्पूर्ण रिएक्टेंट को उनकी मानक स्थितियों में उत्पादों में पूर्ण रूप से परिवर्तित करने पर उत्पन्न होने वाला अधाप्रदंव परिवर्तन।

• पक्षाग्नि का मानक अधाप्रदंव: जब एक पदार्थ का एक मोल पूर्ण निःश्वसन के साथ पूर्ण ज्वालानन होता है तब उत्पन्न होने वाला अधाप्रदंव परिवर्तन।

6. अधाप्रदंवता:

• सूक्ष्मदृष्टि और महासूक्ष्मदृष्टि: सूक्ष्मदृष्टि अधाप्रदंव सूक्ष्मगणना को सम्मिलित करती है, जबकि महासूक्ष्मदृष्टि अधाप्रदंव को अव्यवस्था या अनियमितता से संबंधित करती है।
• क्रियाओं में अधाप्रदंव परिवर्तन (NCERT कक्षा 12, अध्याय 6):
• पिघलने, वाष्पीकरण, मिश्रित आपूर्ति और अपरिवर्तनशील क्रियाओं जैसे क्रियाओं के लिए अधाप्रदंव बढ़ता है।
• जमने, संकुचन और जमाव के लिए अधाप्रदंव घटता है।
• थर्मोडायनामिक का तृतीय कानून: जब तापमान शून्य के करीब आता है, एक पूर्ण क्रिस्टल का अधाप्रदंव शून्य के करीब आता है।

7. गिब्स मुक्त ऊर्जा और रासायनिक समतुल्यता:

• परिभाषा और महत्व: गिब्स मुक्त ऊर्जा (G) तरंगीता की घटना का निर्धारण करने के लिए अधाप्रदंव और ऊर्जा को संयोजित करती है।

  ΔG = ΔH - TΔS
  

यहां ΔG मुक्त ऊर्जा का परिवर्तन है, ΔH ऊर्जा का परिवर्तन है, ΔS अधाप्रदंव का परिवर्तन है और T अवयवीय तापमान है।

• अनिवार्यता के मानदंड:
• ΔG < 0: अनिवार्य प्रक्रिया।
• ΔG > 0: गैर-अनिवार्य प्रक्रिया।
• ΔG = 0: समतुल्यता।

8. समाधान:

• मिश्रण का थर्मोडायनामिक (NCERT कक्षा 12, अध्याय 6):

• मिश्रण में व्यवस्था का वृद्धि होने के साथ ही व्यवस्था में वृद्धि होने से अधाप्रदंव में वृद्धि होती है।

• मिश्रण का थर्मीय संयोजन सकारात्मक (ऊष्मीय) या नकारात्मक (ताप) हो सकता है, जो घटकों के बीच के प्रभावों पर निर्भर करता है।

• आदर्श और गैर-आदर्श समाधान: आदर्श समाधान राउलट के नियम का पालन करते हैं और मिश्रण का थर्मीय संयोजन शून्य होता है, जबकि गैर-आदर्श समाधान राउलट के नियम से अतिचेतन करते हैं और थर्मीय संयोजन गैर-शून्य होता है।

• संघटनीय गुण (NCERT कक्षा 12, अध्याय 6):

• संघटनीय गुण प्रक्षेपित घटकों की एकाग्रता पर निर्भर होते हैं और उनकी पहचान पर नहीं।

• उबलने का समय वृद्धि, जमाव का दबाव कमी और ऊर्जा प्रदर्शन संघटनीय गुण हैं।

9. दशायामकरण समता:

• दशायामक चित्र: ग्राफिक प्रतिष्ठता करने वाले स्थितियों (तापमान और दबाव) को दर्शाने वाले आपस में संगम स्थिति (ठोस, तरल, और गैस) को दर्शाते हैं।
• दशायामक परिवर्तन: एक पदार्थ के अवस्था में परिवर्तन, जैसे कि पिघलन, जमान, और वाष्पीकरण।
• दशायामक चित्रों का अनुप्रयोग:
  • पिघलन बिंदुओं और उबालने बिंदुओं की निर्धारण।
  • मिश्रितियों (उदाहरण के लिए, धातुओं, लवण समाधानों) के दशायामक व्यवहार की समझ।
  • औद्योगिक प्रक्रियाओं में दशायामक परिवर्तनों के लिए स्थितियाँ की पूर्वानुमान करना।

10. रासायनिक प्रतिक्रियाएं और थर्मोडायनामिक:

• प्रतिक्रिया के थर्मोडायनामिक अनुकूलता (NCERT कक्षा 12, अध्याय 6):

• एक प्रतिक्रिया को थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल बनाने के लिए, इसमें एक नकारात्मक गिब्स मुक्त ऊर्जा का परिवर्तन होना चाहिए (ΔG < 0)।

• समतुल्य धारित्री (K): उत्पाद घटक की घटकों की मात्राएँ रूपांतरण परीक्षा में संपादनों के अनुपात से होती हैं।

• स्थिरता समन्वय और गिब्स मुक्त ऊर्जा के बीच संबंध:

• ( \Delta G^o = -RT \ln K )

• ( K = e^{- \Delta G^o / RT } ) यहां ΔG° मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन, R आदर्श गैस निरंतर, और T निरंतरता को दर्शाता है.

11. वैद्युत रसायनशास्त्र:

• रेडॉक्स प्रतिक्रिया: जहां अणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन के संचार को शामिल करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।

• इलेक्ट्रोड तानिकाएं (NCERT कक्षा 12, अध्याय 3):

• इलेक्ट्रोड और संदर्भ इलेक्ट्रोड के बीच की प्राथमिकता अलंकारित वैद्युतभ की।

• मानक इलेक्ट्रोड तानिकाएं: मानक स्थितियों के तहत मापी जाने वाली इलेक्ट्रोड तानिका (1 एटीएम दाब, 1 एम आपकीकरण, 298 केल्विन तापमान)।

• नेर्न्स्ट समीकरण (NCERT कक्षा 12, अध्याय 3): इलेक्ट्रोकैमिकल प्रतिक्रिया में प्रतिक्रियाकारियों और उत्पादों की आपकीकरण के लिए इलेक्ट्रोड तानिका को संबंधित करता है। ( E = E^o - \frac{ RT }{ nF } \ln Q) E: असामान्य स्थितियों में इलेक्ट्रोड तानिका (E^0 \ ): मानक इलेक्ट्रोड तानिका R: आदर्श गैस निरंतर (8.314 जूल/केल्विन/मोल) T: तापमान (केल्विन) n: इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया में संचारित इलेक्ट्रॉनों की मोल संख्या F: फाराडे संख्या ( ( 96,485 \ कूलम्ब/मोल ) ) Q: प्रतिक्रिया समीकरण

• इलेक्ट्रोकैमिकल कोशिकाएं: केमिकल ऊर्जा को विद्युतीय ऊर्जा में परिवर्तित करने वाले उपकरण (गैल्वेनिक कोशिकाएं) या विद्युतीय ऊर्जा को केमिकल ऊर्जा में परिवर्तित करने वाले उपकरण (विद्युतीय कोशिकाएं)।

12. सांख्यिकीय थर्मोडायनेमिक्स:

• परिचय: अपने अणुओं के माइक्रोस्थितियों के आधार पर सिस्टम की मैक्रोस्थितियों को समझने के लिए सांख्यिकी का उपयोग करता है।
• माइक्रोस्थिति और मैक्रोस्थिति:
• माइक्रोस्थिति: सिस्टम में अणुओं की विशेष रचनाओं।
• मैक्रोस्थिति: समान गुणवत्ता वाली माइक्रोस्थितियों का संग्रह।
• संभावना: किसी विशेष माइक्रोस्थिति के होने की संभावना।
• बांटवारे का कार्य (NCERT कक्षा 12, अध्याय 14): सिस्टम के सभी माइक्रोस्थितियों के लिए बोल्ट्ज़मन कारकों का योग।
• थर्मोडायनामिक गुणों के संबंध:
• आंतरिक ऊर्जा (U): सभी माइक्रोस्थितियों की औसत ऊर्जा।
• अव्यवस्था (S): माइक्रोस्थितियों की व्यवस्थापन या अनुक्रमिकता का मापदंड।
• मुक्त ऊर्जा (G): सिस्टम की स्वेच्छापूर्णता या समन्वय स्थिति का मापदंड।