एन्थैल्पी का अनुमान लगाना (Estimating Enthalpy) एक्सपेरिमेंटली एन्थैल्पी में आए बदलावों को समझना (Observing Enthalpy Changes Experimentally) एन्थैल्पी प्रॉब्लम्स सॉल्व करना
लगभग हर किसी केमिकल रिएक्शन में एटम्स के बीच में बॉन्ड्स फॉर्म करना या ब्रेक करना शामिल होता है। चूंकि, केमिकल रिएक्शन में, एनर्जी को न तो डिस्ट्रोय और न ही क्रिएट किया जा सकता है, अगर हम फॉर्म या ब्रेक हो रहे बॉन्ड्स के लिए जरूरी एनर्जी को जानते हैं, तो हम इन बॉन्ड एनर्जी को एड कर के हाइ एक्यूरेसी के साथ पूरी रिएक्शन के लिए हुए चेंजेस का अनुमान लगा सकते हैं। उदाहरण के लिए, H2 + F2 → 2HF रिएक्शन लेते हैं। इस मामले में H एटम्स को, H2 मोलिक्यूल्स में ब्रेक करने के लिए जरूरी एनर्जी 436 kJ/mol है, वहीं F2 के लिए जरूरी एनर्जी 158 kJ/mol है। फाइनली, H और F से HF फॉर्म करने के लिए जरूरी एनर्जी = -568 kJ/mol है। हम इसे 2 से मल्टीप्लाय करेंगे, क्योंकि इस इक़्वेशन में 2HF प्रोडक्ट है, जो हमें 2 × -568 = -1136 kJ/mol दे रहा है। इन सभी को एड करने से, हमें: 436 + 158 + -1136 = -542 kJ/mol मिलता है। ∆H वैल्यूज का सेट फॉर्मेशन की एन्थैल्पी हैं, जो दिए हुए केमिकल्स को क्रिएट करने के लिए, रिएक्शन की एन्थैल्पी चेंजेस को रिप्रेजेंट करती हैं। अगर आपको किसी इक़्वेशन में, प्रोडक्ट्स और रिएक्टेंट्स क्रिएट करने के लिए जरूरी फॉर्मेशन की एन्थैल्पी मालूम है, तो आप उन्हें भी ठीक ऊपर दर्शाए अनुसार बॉन्ड एनर्जी की तरह, एन्थैल्पी का अनुमान लगाने के लिए एड कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O रिएक्शन को लेकर चलते हैं। इस मामले में, हम इन रिएक्शन्स के लिए फॉर्मेशन की एन्थैल्पीज को जानते हैं:C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 = 228 kJ/mol2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ/mol 3H2 + 1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ/mol चूंकि, हम इन इक़्वेशंस को C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O पाने के लिए एड कर सकते हैं, वो रिएक्शन जिसके लिए हम एन्थैल्पी को पाने की कोशिश कर रहे हैं, हम सीधे तौर पर फॉर्मेशन की एन्थैल्पी को इस तरह से: 228 + -788 + -858 = -1418 kJ/mol एड कर सकते हैं। रिएक्शन की एन्थैल्पी निकालने के लिए, फॉर्मेशन की एन्थैल्पी यूज करते वक़्त, जब भी कभी आप कम्पोनेंट रिएक्शन की इक़्वेशन को रिवर्स करें, तब आपके द्वारा फॉर्मेशन की एन्थैल्पी के साइन को रिवर्स करना बहुत जरूरी होता है। दूसरे शब्दों में, अगर आपको अपने सारे प्रोडक्ट्स और रिएक्टेंट्स को पूरी तरह से कैन्सल करने के लिए, अपनी किसी एक या और ज्यादा रिएक्शन इक़्वेशन को पीछे की तरफ वापस लेकर जाना पड़ता है, तो फिर जिन्हें आपको बदलना है, उनके फॉर्मेशन की एन्थैल्पी के साइन को पलट दें। ऊपर दिए हुए उदाहरण में, ध्यान से देखें, कि हमारे द्वारा C2H5OH के लिए यूज की हुई फॉर्मेशन रिएक्शन बैकवर्ड्स है। C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 दर्शाता है, C2H5OH फॉर्म नहीं हो रही, बल्कि ब्रेक हो रही है। चूंकि हमने अपने सारे प्रोडक्ट्स और रिएक्टेंट्स को पूरी तरह से कैन्सल करने के लिए, सारी इक़्वेशंस को बदला है, इसलिए हमने 228 kJ/mol पाने के लिए सारी फॉर्मेशन की एन्थैल्पी के साइन को बदल दिया है। असल में, C2H5OH के लिए फॉर्मेशन की एन्थैल्पी -228 kJ/mol है। बस कुछ सिंपल से एक्सपेरिमेंट से, एन्थैल्पी के प्रिंसिपल को समझना आसान है। ये बात सुनिश्चित करने के लिए, कि आपके एक्सपेरिमेंट में होने वाली रिएक्शन बिना किसी अलग तरह के रिजल्ट दिए होगी, एक ऐसे कंटेनर को क्लीन और सैनिटाइज़ कर लें, जिसे आप यूज करना चाहते हैं। साइंटिस्ट्स एन्थैल्पी मेजर करने के लिए स्पेशल क्लोज्ड कंटेनर्स यूज करते हैं, जिन्हें कैलोरीमीटर के नाम से जाना जाता है, लेकिन किसी भी छोटे ग्लास जार या फ्लास्क से भी रीजनेबल रिजल्ट्स पाए जा सकते हैं। आप किस तरह का कंटेनर यूज करते हैं, उसके हिसाब से, उसे क्लीन, रूम टेम्परेचर के पानी से भर लें। इसके साथ ही आपको एक कूल टेम्परेचर के साथ, घर में अंदर रिएक्शन करना चाहिए। इस एक्सपेरिमेंट के लिए, आपको एक छोटे कंटेनर की जरूरत होगी। यहाँ पर हम पानी के ऊपर अलका सेल्ट्ज़र (Alka-Seltzer) इफेक्ट आल्टर करके, एन्थैल्पी टेस्ट कर रहे हैं, इसलिए जितना कम पानी यूज किया जाएगा, टेम्परेचर में बदलाव भी उतना ही ज्यादा स्पष्ट नजर आएगा। एक थर्मामीटर ले आएँ और इसे कंटेनर में ऐसे सेट कर दें, ताकि टेम्परेचर-रीडिंग एंड पानी के लेवल के नीचे रहे। पानी की टेम्परेचर रीडिंग लें — हमारे मकसद के लिए, पानी का टेम्परेचर T1, रिएक्शन के शुरुआती टेम्परेचर को रिप्रेजेंट करेगा। मान लीजिए, हमने पानी के टेम्परेचर को मेजर कर लिया है और उसे ठीक 10 डिग्रीज C पाया है। कुछ स्टेप्स में, हम इस सैंपल टेम्परेचर को एन्थैल्पी के प्रिंसिपल को समझने के लिए यूज करेंगे। जब आप एक्सपेरिमेंट स्टार्ट करने के लिए रेडी हो जाएँ, तो पानी में एक अलका सेल्ट्ज़र टेबलेट डाल दें। आप इसे फौरन ही बबल और फिज्ज होना शुरू करते हुए पाएंगे। जैसे ही टेबलेट पानी में घुल जाती है, ये बाइकार्बोनेट (HCO3-) और साइट्रिक एसिड (जो हाइड्रोजन आयन्स, H+ के फॉर्म में रिएक्ट करता है) जैसे केमिकल्स में ब्रेक हो जाती है। ये केमिकल्स रिएक्शन में, पानी और कार्बन डाइऑक्साइड गैस 3HCO3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2 बनाने के लिए रिएक्ट करते हैं। रिएक्शन के होने पर, उसे मॉनिटर करें — अलका सेल्ट्ज़र टेबलेट्स को धीरे-धीरे घुलना चाहिए। जैसे ही टेबलेट इसके रिएक्शन को पूरा कर लेती है (या फिर उसके हिलने की स्पीड कम हो गई है), टेम्परेचर को फिर से मेजर कर लें। पानी को पहले के मुक़ाबले हल्का सा ज्यादा ठंडा होना चाहिए। अगर ये गरम है, तो ये एक्सपेरिमेंट शायद बाहरी फोर्स (जैसे, रूम शायद खुद ही बहुत गरम रहा हो) से प्रभावित हुआ है। हमारे एक्सपेरिमेंट वाले उदाहरण में, मान लेते हैं, टेबलेट के फिज्ज होने के बाद, पानी का टेम्परेचर 8 डिग्रीज C है। एक आइडियल एक्सपेरिमेंट में, जब आप पानी में अलका सेल्ट्ज़र टेबलेट डालते हैं, ये पानी और कार्बन डाइऑक्साइड गैस बनाती है (जिसके बाद, फिजिंग बबल्स के रूप में देखा जा सकता है) और ये पानी के टेम्परेचर को नीचे गिरा देता है। इस इन्फोर्मेशन से, हम इस रिएक्शन के एंडोथर्मिक होने की उम्मीद कर सकते हैं — जो कि अपने एनवायरनमेंट से एनर्जी एब्जोर्ब करती है। घुले हुए लिक्विड रिएक्टेंट्स को गैस वाले प्रोडक्ट तक जम्प करने के लिए एक्सट्रा एनर्जी की जरूरत होगी, इसलिए ये इसके आसपास के माहौल से हीट के फॉर्म में (इस मामले में, पानी) एनर्जी लेता है। ये पानी के टेम्परेचर को नीचे ला देता है। हमारे एक्सपेरिमेंट वाले उदाहरण में, अलका सेल्ट्ज़र एड करने के बाद, पानी का टेम्परेचर 2 डिग्रीज से नीचे चला जाएगा। यह हमारे द्वारा अपेक्षित हल्की-सी एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया के अनुरूप ही है। किसी भी केमिकल रिएक्शन में केमिकल्स की दो केटेगरी मौजूद होती हैं — प्रोडक्ट्स और रिएक्टेंट्स। प्रोडक्ट्स, रिएक्शन के द्वारा तैयार किए हुए केमिकल्स होते हैं, वहीं प्रोडक्ट को बनाने के लिए इंटरेक्ट, कम्बाइन या ब्रेक डाउन होने वाले केमिकल्स रिएक्टेंट्स होते हैं। दूसरे शब्दों में, किसी रिएक्शन के रिएक्टेंट्स, ठीक किसी रेसिपी के इंग्रेडिएंट्स की तरह होते हैं, वहीं प्रोडक्ट्स तैयार हुई डिश की तरह होते हैं। किसी रिएक्शन के लिए ∆H पाने के लिए, पहले इसके प्रोडक्ट्स और रिएक्टेंट्स को पहचानें। एक उदाहरण के तौर पर, मान लेते हैं, कि हाइड्रोजन और ऑक्सीज़न से पानी बनने की रिएक्शन: 2H2 (Hydrogen) + O2 (Oxygen)  →   2H2O (Water) की एन्थैल्पी को निकालना चाहते हैं। इस इक़्वेशन में, H2 और O2 रिएक्टेंट्स हैं और H2O प्रोडक्ट है। फिर अपने रिएक्टेंट्स के मास निकालें। अगर आपको उनके मास नहीं और साइंटिफिक बैलेंस में रिएक्टेंट्स का वजन नहीं कर सकते हैं, तो आप उनके असली मास को पाने के लिए, उनके मोलर मास का यूज कर सकते हैं। मोलर मास कोंस्टेंट होते हैं, जिन्हें बहुत आसानी से स्टैंडर्ड पीरियोडिक टेबल्स (अकेले एलीमेंट्स के लिए) में और दूसरे केमिस्ट्री रिसोर्सेस (मोलिक्यूल्स और कम्पाउंड्स के लिए) में पाया जा सकता है। सीधे तौर पर, हर एक रिएक्टेंट के मोलर मास को, रिएक्टेंट के मास निकालने के लिए यूज हुए मोल्स के नंबर के साथ मल्टीप्लाय कर दें। पानी वाले हमारे उदाहरण में, हाइड्रोजन और ऑक्सीज़न गैस हमारे रिएक्टेंट्स हैं, जिनके मोलर मास क्रमशः 2g और 32 g हैं। चूंकि हमने हाइड्रोजन के 2 मोल्स यूज किए हैं (जिसे इक़्वेशन में H2 के सामने "2" के कोएफ़िशिएंट के रूप में दिखाया गया है) और ऑक्सीज़न के एक मोल (जिसे O2 के सामने बिना किसी कोएफ़िशिएंट के तौर पर रखा गया है) यूज किया है, हम रिएक्टेंट्स के टोटल मास को इस तरह से कैलकुलेट कर सकते हैं:2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g अब, आप जिस भी प्रोडक्ट को एनालाइज कर रहे हैं, उसकी स्पेसिफिक हीट निकालें। हर एक मोलिक्युल या एलीमेंट के साथ में एक स्पेसिफिक हीट जुड़ी हुई होती है: ये वैल्यू कोंस्टेंट होती हैं और ये आमतौर पर केमिस्ट्री रिसोर्सेस (जैसे कि, केमिस्ट्री बुक के पीछे दी हुई टेबल्स में) में लोकेटेड होती हैं। स्पेसिफिक हीट मेजर करने के लिए कई सारे अलग-अलग तरीके मौजूद हैं, लेकिन हमारे फॉर्मूला के लिए, हम joule/gram °C यूनिट्स में मेजर हुई वैल्यू का यूज करेंगे।  ध्यान रखें, अगर आपकी इक़्वेशन में कई सारे प्रोडक्ट्स मौजूद हैं, तो आपको हर एक प्रोडक्ट को प्रोड्यूस करने के लिए यूज किए हुए कम्पोनेंट रिएक्शन के लिए एन्थैल्पी कैलकुलेशन परफ़ोर्म करना होगा, फिर पूरे रिएक्शन की एन्थैल्पी को निकालने के लिए, उन्हें एक-साथ एड कर दें। हमारे उदाहरण में, पानी फ़ाइनल प्रोडक्ट है, जिसकी स्पेसिफिक हीट करीब 4.2 joule/gram °C है। फिर हम ∆T, रिएक्शन शुरू होने से पहले और रिएक्शन हो जाने के बाद टेम्परेचर में आए बदलाव को निकालेंगे। इस वैल्यू को कैलकुलेट करने के लिए, रिएक्शन के शुरुआती टेम्परेचर (या T1) को फाइनल टेम्परेचर (या T2) से सब्सट्रेक्ट कर लें। जैसे कि ज़्यादातर केमिस्ट्री वर्क में, (हालांकि सेल्सियस (C) भी एक ही रिजल्ट देगा) टेम्परेचर्स को यूज किया जाना चाहिए। हमारे उदाहरण के लिए, मान लेते हैं, कि हमारी रिएक्शन एकदम शुरुआत में 185K थी, लेकिन पूरी होने के बाद ये ठंडी होकर 95K हो गई। इस मामले में, ∆T को इस तरह से कैलकुलेट किया जाएगा:∆T = T2 – T1 = 95K – 185K = -90K एक बार जब आपके पास m, आपके रिएक्टेंट्स का मास s, आपके प्रोडक्ट की स्पेसिफिक हीट और ∆T, आपकी रिएक्शन का टेम्परेचर चेंज हो, फिर आप अपनी रिएक्शन की एन्थैल्पी निकालने के लिए तैयार हैं। बस अपनी वैल्यू को ∆H = m x s x ∆T फॉर्मूला में रखें और सॉल्व करने के लिए मल्टीप्लाय कर दें। आपका जवाब एनर्जी की यूनिट जूल्स (J) में मिलेगा। हमारे उदाहरण वाले प्रॉब्लम में, हम इस तरह से रिएक्शन की एन्थैल्पी को कैलकुलेट करेंगे:∆H  =  (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K )  =  -13,608 J ∆H को निकालने के पीछे की वजहों में सबसे कॉमन वजह, अपनी रिएक्शन के एक्ज़ोथर्मिक (एनर्जी खो रही है और हीट छोड़ रही है) या एन्डोथर्मिक (एनर्जी पाना और हीट एब्जोर्ब करना) होने के बारे में जानना होता है। अगर आपके ∆H के लिए फ़ाइनल आन्सर का साइन पॉज़िटिव है, तो रिएक्शन एन्डोथर्मिक है। वहीं दूसरी ओर, अगर साइन नेगेटिव है, तो रिएक्शन एक्ज़ोथर्मिक है। नंबर खुद में जितना बड़ा होगा, रिएक्शन उतनी ही ज्यादा एक्ज़ो- थर्मिक या एंडो- थर्मिक रहेगी। ध्यान रखें, कि स्ट्रॉंगली एक्ज़ोथर्मिक रिएक्शन — कभी-कभी बहुत बड़ी मात्रा में एनर्जी को रिलीज कर सकती हैं, जो अगर भरपूर तेज़ी से निकल रही हो, तो उससे एक्सप्लोजन भी हो सकता है। हमारे उदाहरण में, हमारा फ़ाइनल आन्सर -13608 J है। चूंकि इसका साइन नेगेटिव है, इसलिए हमें मालूम है, कि रिएक्शन एक्ज़ोथर्मिक (exothermic) है। इससे ये समझ आता है, कि — H2 और O2 गैस हैं, वहीं प्रोडक्ट H2O, एक लिक्विड है। हॉट गैस (स्टीम के फॉर्म में) को हीट के फॉर्म में इस तरह से एनवायरनमेंट में एनर्जी को पॉइंट तक ठंडा करना होता है, कि वे लिक्विड वॉटर बना सकें, इसका मतलब कि H2O का फॉर्मेशन एक्ज़ोथर्मिक है।
एन्थैल्पी का अनुमान लगाने के लिए बॉन्ड एनर्जी का यूज करें: एन्थैल्पी का अनुमान लगाने के लिए, फॉर्मेशन की एन्थैल्पी का यूज करें: इक़्वेशंस को रिवर्स करते वक़्त, साइन को बदलना मत भूलें: एक साफ कंटेनर लें और उसे पानी से भर लें: कंटेनर में एक थर्मामीटर इन्सर्ट कर दें: कंटेनर में एक अलका सेल्ट्ज़र (Alka-Seltzer) टेबलेट डाल दें: रिएक्शन पूरी हो जाने के बाद, टेम्परेचर मेजर करें: रिएक्शन की एन्थैल्पी का अंदाज़ा लगाएँ: अपने रिएक्शन के प्रोडक्ट्स और रिएक्टेंट्स निर्धारित करें: रिएक्टेंट्स के टोटल मास (mass) को तय करें: अपने प्रोडक्ट की स्पेसिफिक हीट पाएँ: रिएक्शन के बाद टेम्परेचर में आए बदलाव को पाएँ: सॉल्व करने के लिए ∆H = m x s x ∆T फॉर्मूला यूज करें: निर्धारित करें, कि आपकी रिएक्शन एनर्जी को पा रही है या खो रही है:
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Estimating Enthalpy Observing Enthalpy Changes Experimentally Solving Enthalpy Problems