If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

જો તમે વેબ ફિલ્ટરની પાછળ હોવ, તો કૃપા કરીને ખાતરી કરો કે ડોમેન્સ *.kastatic.org અને *.kasandbox.org અનબ્લોક થયા છે.

મુખ્ય વિષયવસ્તુ

બંધ એન્થાલ્પી

બંધ એન્થાલ્પી વિશે અને પ્રક્રિયા માટે એન્થાલ્પી ફેરફારની ગણતરી કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કઈ રીતે કરી શકાય એ શીખો.

રાસાયણિક બંધમાં ઊર્જા

કેમ્પફાયર પર શેકાતા માર્શમેલોનું ચિત્ર.
આપણે માર્શમેલને શેકવા આગમાંથી મુક્ત થતી ઊર્જા, ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરી શકીએ. Photo from CK-12, CC BY-NC 3.0
રાસાયણિક બંધ સ્થિતિ ઊર્જા દર્શાવે છે. વિવિધ અણુઓમાં બંધ વડે દર્શાવાતી ઊર્જાનું માપન પ્રક્રિયાની એકંદર ઊર્જા સમજવા માટેનો મહત્વનો ભાગ છે. આ આર્ટીકલમાં, આપણે બે જુદા જુદા ખ્યાલને સમજીશું જે ઊર્જાને દર્શાવવામાં મદદ કરે છે: પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી અને બંધ એન્થાલ્પી.

પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી

રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન, પરમાણુઓ વચ્ચેના બંધ તૂટી શકે, બની શકે, અથવા ક્યાંતો ઊર્જાનું શોષણ કરે કે ઊર્જા મુક્ત કરે. આ પરિણામ પ્રણાલીની સ્થિતિ ઊર્જામાં થતો ફેરફાર છે. અચળ દબાણ હેઠળ પ્રણાલીમાંથી ઊર્જાનું શોષણ કે ઊર્જા મુક્ત થવી એને એન્થાલ્પી તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, અને એન્થાલ્પીમાં ફેરફાર જે રાસાયણિક પ્રક્રિયા પરથી પરિણમે છે એને પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી કહેવાય છે. પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પીને ΔHrxn તરીકે લખવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પીને વધુ સારી રીતે સમજવા, પ્રોપેન, C3H8 બનાવવા માટે પ્રોપીનના હાઈડ્રોજીનેશનને, C3H6, ધ્યાનમાં લઈએ. આ પ્રક્રિયામાં, પ્રોપીન વાયુ હાઇડ્રોજન વાયુ, H2(g), સાથે પ્રક્રિયા કરીને પ્રોપેન વાયુ બનાવે છે:
       C3H6(g)                                  H2(g)                                                                C3H8(g)
આ પ્રક્રિયામાં શું થઇ રહ્યું છે? સૌપ્રથમ આપણે પ્રક્રિયકોના કાર્બન C=C બંધ અને હાઇડ્રોજન HH બંધને તોડવાની જરૂર છે. નિયમ મુજબ, પરમાણુઓ વચ્ચેના બંધને તોડવા ઊર્જા ઉમેરવાની જરૂર છે. બંધ જેટલો વધુ પ્રબળ, બંધ તોડવા તેટલી જ વધુ ઊર્જાની જરૂર પડે. નીપજ પ્રોપેન બનાવવા માટે, નવો C-C બંધ અને બે નવા C-H બંધ રચાય છે. બંધ તોડવા ઊર્જા ઉમેરવાની જરૂર છે, તેથી તેના વિરુદ્ધ બંધ બનાવવાની પ્રક્રિયામાં ઊર્જા મુક્ત થાય છે. બંધ જેટલો પ્રબળ રચાય, બંધ નિર્માણ પ્રક્રિયા દરમિયાન એટલી જ વધુ ઊર્જા મુક્ત થાય. આ ખાસ પ્રક્રિયામાં, બંધ તોડવા માટે જરૂરી ઊર્જા કરતા નવા બનતા બંધ વધુ ઊર્જા મુક્ત કરે છે, તેથી પરિણામી પ્રણાલી પાસે પ્રક્રિયકો કરતા ઓછી સ્થિતિ ઊર્જા હોય છે. તેનો અર્થ થાય કે પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી ઋણ છે.
ગાણિતીક રીતે, આપણે પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પીને નીપજ બંધ પરથી સ્થિતિ ઊર્જા અને પ્રક્રિયક બંધની સ્થિતિ ઊર્જા વચ્ચેના તફાવત તરીકે વિચારી શકીએ:
ΔHrxn=નીપજ બંધની સ્થિતિ ઊર્જાપ્રક્રિયક બંધની સ્થિતિ ઊર્જા=પ્રક્રિયક બંધ તોડવા ઉમેરાતી ઊર્જા+બંધ બનાવતી વખતે મુક્ત થતી ઊર્જા
પ્રક્રિયાઓ જેમાં નીપજ પાસે પ્રક્રિયક કરતા ઓછી સ્થિતિ ઊર્જા હોય છે, જેમ કે ઉપર દર્શાવેલ પ્રોપીનનું હાઈડ્રોજીનેશન, ઉષ્માક્ષેપક છે. પ્રક્રિયાઓ જેમાં નીપજ પાસે પ્રક્રિયક કરતા વધુ સ્થિતિ ઊર્જા હોય છે એ ઉષ્માશોષક છે.
ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયામાં, મુક્ત ઊર્જા સરળતાથી ગાયબ થઇ જતી નથી. તેના બદલે, તે ગતિઊર્જામા ફેરવાય છે, જે ઉષ્મા ઉત્પન્ન કરે છે. પ્રક્રિયા જેમ આગળ વધે તેમ આને તાપમાનમાં વધારા તરીકે જોઈ શકાય છે. બીજી બાજુ, ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયાઓને મોટે ભાગે નીપજના નિર્માણની તરફેણ કરવા ઊર્જા ઉમેરવાની જરૂર હોય છે. વ્યવહારમાં, મોટે ભાગે એટલે ઉષ્માના સ્ત્રોત સાથે ઊંચા તાપમાન આગળ પ્રક્રિયા થવી.
આપેલી પ્રક્રિયા માટે પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી શોધવા, એક રીત સમાયેલા બધા જ અણુઓ માટે પ્રમાણિત સર્જન એન્થાલ્પીનો ઉપયોગ કરવાની છે. આ કિંમતો ઘટક તત્વો પરથી સંયોજન બનાવવા એન્થાલ્પીમાં ફેરફાર દર્શાવે છે. પ્રક્રિયકો માટેની પ્રમાણિત સર્જન એન્થાલ્પીને નીપજ માટેની પ્રમાણિત સર્જન એન્થાલ્પીમાંથી બાદ કરતા પ્રણાલી માટે પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પીનો અંદાજ મળે છે. સર્જન એન્થાલ્પી (જેને સર્જન ઉષ્મા પણ કહેવાય છે) અને પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી ગણવા તેમનો ઉપયોગ કઈ રીતે કરી શકાય એના વિશે વધુ શીખવા, પ્રમાણિત સર્જન ઉષ્મા પરનો વિડીયો અને પ્રક્રિયા એન્થાલ્પીની ગણતરી કરવા સર્જન ઉષ્માનો ઉપયોગ કરવાનો વિડીયો જુઓ.
વૈકલ્પિક રીત સમાયેલા બધા જ સ્વતંત્ર બંધને જોઈને પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પીનો અંદાજ લગાવવાની છે. જો આપણે જાણી લઈએ કે દરેક બંધ બનાવવા અને તોડવા આપણને કેટલી ઊર્જાની જરૂર છે, તો આપણે પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી શોધવા તે કિંમતોને ઉમેરી શકીએ. આપણે આ આર્ટીકલના બાકીના ભાગમાં આ રીતની વધુ ઊંડાણમાં ચર્ચા કરીશું.

બંધ એન્થાલ્પી

બંધ એન્થાલ્પી (જેને બંધ-વિયોજન એન્થાલ્પી, સરેરાશ બંધ ઊર્જા, અથવા બંધ પ્રબળતા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) અણુમાં પરમાણુઓ વચ્ચેના બંધમાં સંગ્રહાયેલો ઊર્જાનો જથ્થો બતાવે છે. ખાસ કરીને, આ ઊર્જા છે જે વાયુ અવસ્થામાં બંધના સંમિત વિભાજન માટે ઉમેરવા માટે જરૂરી છે. સંમિત બંધ વિભાજન ઘટના એટલે જ્યારે બંધ તૂટે, ત્યારે બંધમાં ભાગ લેતો દરેક પરમાણુ એક ઈલેક્ટ્રોન મેળવે છે અને આયનની રચનાના વિરોધમાં, ઉગ્ર બને છે.
રાસાયણિક બંધ બને છે કારણકે તેઓ ઉષ્માગતિશાસ્ત્રની રીતે અનુકૂળ છે, અને તેમને તોડવા માટે ઘણી ઊર્જાની જરૂર હોય છે. આ કારણે, બંધ એન્થાલ્પીની કિંમત હંમેશા ધન હોય છે, ણ એર્ટની પાસે એકમ kJ/mol અથવા kcal/mol છે. બંધ એન્થાલ્પી જેટલી વધુ, બંધ તોડવા તેટલી જ વધુ ઊર્જાની જરૂર પડે અને બંધ તેટલો જ પ્રબળ બંધ તોડવા કરતા નવો બંધ બને ત્યારે કેટલી ઊર્જા મુક્ત થાય એ નક્કી કરવા, આપણે ફક્ત બંધ એન્થાલ્પીની કિંમતને ઋણ બનાવવાની જરૂર છે.
કારણકે બંધ એન્થાલ્પીની કિંમતો ઘણી ઉપયોગી છે, તેથી સામાન્ય બંધ પ્રકાર માટે સરેરાશ બંધ એન્થાલ્પી રેફ્રન્સ ટેબલમાં ઉપલબ્ધ છે. વાસ્તવમાં નવા બંધ બને અબે તૂટે ત્યારે સાચો ઊર્જા ફેરફાર ખાસ અણુમાં પાડોશના પરમાણુઓ પર આધાર રાખે છે, ટેબલમાં ઉપલબ્ધ સરેરાશ કિંમતોનો ઉપયોગ હજુ પણ અંદાજ માટે કરી શકાય.
ટીપ: ટેબલમાં બતાવેલી બંધની કિંમતો એક જ બંધ માટે પ્રક્રિયાના મોલ માટે છે. તેનો અર્થ થાય કે જો ત્યાં પ્રક્રિયામાં એકસમાન ઘણા બંધ તૂટતા હોય કે બનતા હોય, તો તમારી પાસે પ્રક્રિયામાં બંધના પ્રકાર કેટલા છે એના વડે તમારી ગણતરીમાં બંધ એન્થાલ્પીનો ગુણાકાર કરવાની જરૂર પડશે। તેનો અર્થ એ પણ થાય કે એ ખાતરી કરવાની જરૂર છે કે સમીકરણ સંતુલિત છે અને સૌથી નાના શક્ય પૂર્ણાંક તરીકે સહગુણકો લખવામાં આવ્યા છે જેથી દરેક બંધમાં સાચી સંખ્યાનો ઉપયોગ થાય.

પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પીનું અનુમાન કરવા બંધ એન્થાલ્પીનો ઉપયોગ કરવો

એકવાર આપણે બંધ એન્થાલ્પી સમજી લઈએ, પછી પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પીનું અનુમાન કરવા તેમનો ઉપયોગ કરી શકીએ. આ કરવા માટે, આપણે નીચેની રીતનો ઉપયોગ કરી શકીએ:
સ્ટેપ 1. પ્રક્રિયકોમાં કયા બંધ તૂટશે એ ઓળખો અને તેમની બંધ એન્થાલ્પી શોધો.
સ્ટેપ 2. તૂટેલા બંધ માટે બંધ એન્થાલ્પીની કિંમતોનો સરવાળો કરો.
સ્ટેપ 3. નીપજમાં કયા બંધ બને છે એ ઓળખો અને તેમની ઋણ બંધ એન્થાલ્પીની યાદી બનાવો યાદ રાખો કે જ્યારે બંધ બને ત્યારે મુક્ત થતી ઊર્જા શોધવા બંધ એન્થાલ્પીની કિંમતો માટે આપણે નિશાની બદલવાની છે.
સ્ટેપ 4. બનતી નીપજના બંધ માટે બંધ એન્થાલ્પીની કિંમતોનો સરવાળો કરો.
સ્ટેપ 5. પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી મેળવવા માટે તૂટતા બંધ (સ્ટેપ 2 માંથી) અને બનતા બંધ (સ્ટેપ 4 માંથી) માટેની કુલ કિંમતોને ભેગી કરો.

ઉદાહરણ: પ્રોપીનનું હાઈડ્રોજીનેશન

ચાલો પ્રોપીનના હાઈડ્રોજીનેશન માટે પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી શોધીએ, આર્ટીકલની શરૂઆત પરથી આપણું ઉદાહરણ.

સ્ટેપ 1: તૂટેલા બંધ ઓળખીએ

આ પ્રક્રિયા એક C=C બંધ અને એક HH બંધ તોડે છે.
રેફ્રન્સ ટેબલનો ઉપયોગ કરીને, આપણે શોધીએ કે C=C બંધની બંધ એન્થાલ્પી 610kJ/mol છે, જ્યારે HH બંધની બંધ એન્થાલ્પી 436kJ/mol છે.

સ્ટેપ 2: બંધ તોડવા માટે કુલ ઊર્જા શોધવી

સ્ટેપ 1 માંથી કિંમતોને ભેગી કરતા આપણને આપે:
બંધ તોડવા ઉમેરવામાં આવતી ઊર્જા=610kJ/mol+436kJ/mol=1046kJ/mol
પ્રોપીન અને હાઇડ્રોજન વાયુમાં જરૂરી બંધ તોડવા માટે જરૂરી કુલ ઊર્જા.

સ્ટેપ 3: બનતા બંધ ઓળખીએ

આ પ્રક્રિયા એક નવો CC બંધ અને એક નવો CH બંધ બનાવે છે.
રેફ્રન્સ ટેબલનો ઉપયોગ કરીને, આપણે શોધીએ કે CC બંધની બંધ એન્થાલ્પી 346kJ/mol છે, જ્યારે CH બંધની બંધ એન્થાલ્પી 413kJ/mol છે. જ્યારે બંધ બને ત્યારે કેટલી ઊર્જા મુક્ત થાય એ શોધવા માટે, આપણે દરેક બંધ એન્થાલ્પીનો ગુણાકાર 1 વડે કરવાની જરૂર છે. તેમજ બે નવા CH બંધ બને છે, તેથી આપણે CH બંધ એન્થાલ્પીને 2 વડે ગુણવાની જરૂર છે.

સ્ટેપ 4: નવા બંધ બનાવવા મુક્ત થતી કુલ ઊર્જા શોધવી

સ્ટેપ 3 માંથી કિંમતોને ભેગી કરતા આપણને આપે:
નીપજ બંધ બનાવવા મુક્ત થતી ઊર્જા=346kJ/mol+(2×413kJ/mol)=1172kJ/mol
કુલ ઊર્જા માટે જે નવા બંધ બનાવીને મુક્ત થાય છે.

સ્ટેપ 5: સ્ટેપ 5: તૂટેલા અને બનેલા બંધ માટે ઊર્જા ઉમેરવી

સ્ટેપ 2 અને સ્ટેપ 4 પરથી, આપણને બંધ તોડવા માટે 1046kJ ઊર્જાની જરૂર છે અને નવા બંધ બનાવતી વખતે 1172kJ ઊર્જા મુક્ત થાય છે. આ કિંમતોને ભેગી કરતા, આપણને પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી માટેની કિંમત મળે:
ΔHrxn=પ્રક્રિયક બંધ તોડવા માટે ઉમેરેલી ઊર્જા+નીપજ બનાવતી વખતે મુક્ત થતી ઊર્જા=1046kJ/mol+(1172kJ/mol)=126kJ/mol
પ્રોપીનના હાઈડ્રોજીનેશન માટે પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી ઋણ છે, તેથી આપણે જાણીએ છીએ કે પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક છે.

સારાંશ

બંધ એન્થાલ્પી અને પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન રાસાયણિક પ્રણાલી કઈ રીતે ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે એ સમજવામાં મદદ કરે છે. બંધ એન્થાલ્પી બંધ બનાવવા અથવા તોડવા કેટલી ઊર્જાની જરૂર છે એ દર્શાવે, અને તે બંધની પ્રબળતાનું માપન પણ છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન તૂટતા અને બનતા બધા જ બંધ માટે બંધ એન્થાલ્પીની કિંમતો ભેગી કરીને પ્રણાલીની સ્થિતિ ઊર્જામાં કુલ ફેરફારનું અનુમાન લગાવવું શક્ય છે, જે અચળ દબાણ આગળ પ્રક્રિયા માટે ΔHrxn છે. પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પી ધન છે કે ઋણ એના આધારે, આપણે નક્કી કરી શકીએ કે પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક છે કે ઉષ્માશોષક.