थर्मोडायनामिक्स और थर्मोकेमिस्ट्री

Overview

इस लेक्चर में थर्मोडायनामिक्स और थर्मोकेमिस्ट्री के बुनियादी सिद्धांत, उनके लॉज, सिस्टम, टाइप्स, इन्थाल्पी, और प्रमुख फार्मूलों को विस्तार से समझाया गया है।

थर्मोडायनामिक्स: परिचय व टर्म्स

• थर्मोडायनामिक्स में ऊर्जा परिवर्तन (energy change) और उनके विभिन्न स्वरूपों का अध्ययन होता है।
• सिस्टम: जिस पर अध्ययन कर रहे हैं; सराउंडिंग: सिस्टम के बाहर का हिस्सा।
• सिस्टम और सराउंडिंग को अलग करने वाली दीवार को boundary या wall कहते हैं, जो real या imaginary हो सकती है।
• डायाथर्मिक वॉल heat को पास करती है; अडियाबेटिक वॉल नहीं।
• सिस्टम के प्रकार: ओपन (मास व एनर्जी एक्सचेंज), क्लोज़्ड (केवल एनर्जी एक्सचेंज), आइसोलेटेड (कोई एक्सचेंज नहीं)।
• सिस्टम: होमोजीनियस (एक ही फेज), हेटरोजीनियस (अनेक फेज)।

थर्मोडायनामिक प्रॉपर्टीज व फंक्शन्स

• एक्स्टेंसिव प्रॉपर्टी: मास पर निर्भर (जैसे: वॉल्यूम, एनर्जी)।
• इंटेन्सिव प्रॉपर्टी: मास पर निर्भर नहीं (जैसे: टेम्परेचर, प्रेशर)।
• एनी एक्स्टेंसिव प्रॉपर्टी/मास = इंटेन्सिव प्रॉपर्टी (जैसे: डेंसिटी)।
• स्टेट फंक्शन केवल प्रारंभिक व अंतिम स्थिति पर निर्भर (जैसे: U, H, S, G); पाथ फंक्शन (जैसे: वर्क, हीट) रास्ते पर निर्भर।

फर्स्ट लॉ ऑफ थर्मोडायनामिक्स व उसके प्रोसेस

• फर्स्ट लॉ: ऊर्जा नष्ट/प्रकट नहीं होती (ΔU = Q + W)।
• वर्क डन बाय सिस्टम: नेगेटिव; ऑन सिस्टम: पॉजिटिव।
• मुख्य प्रोसेस:
  • आइसोथर्मल (T कॉन्स्टेंट): ΔU=0, Q = -W।
  • आइसोकोरिक (V कॉन्स्टेंट): W = 0, ΔU = Q।
  • अडियाबेटिक (Q=0): ΔU = W।
  • आइसोबारिक (P कॉन्स्टेंट): ΔH = ΔU + PΔV।
• सेंसिबल हीट (Q = mcΔT), लैटेंट हीट (Q = mL), मोलर हीट कैपेसिटी (Q = nCvΔT, Q = nCpΔT)।

थर्मोडायनामिक लॉज व फ़ंक्शन

• जीरोथ लॉ: थर्मल इक्विलिब्रियम, टेम्परेचर बराबर।
• फर्स्ट लॉ: एनर्जी कंजर्वेशन।
• सेकंड लॉ: स्पॉन्टेनियस प्रोसेस में यूनिवर्स की एंट्रॉपी बढ़ती है (ΔS_total > 0)।
• थर्ड लॉ: 0 Kelvin पर परफेक्ट क्रिस्टल की एंट्रॉपी 0 होती है।
• गिब्स फ्री एनर्जी (G = H - TS), प्रोसेस स्पॉन्टेनियोटी: ΔG < 0 (स्पॉन्टेनियस), ΔG = 0 (इक्विलिब्रियम)।

हीट कैलकुलेशन व फॉर्मूले

• वर्क डन (isothermal, reversible): W = -nRT ln(V2/V1)
• अडियाबेटिक वर्क: W = (P2V2-P1V1)/(γ-1)
• Cp - Cv = R (एक मोल के लिए), γ = Cp/Cv

थर्मोकेमिस्ट्री: एंथाल्पी व उसके टाइप्स

• रिएक्शन की एंथाल्पी = प्रोडक्ट की एंथाल्पी - रिएक्टेंट की एंथाल्पी (except: combustion, bond dissociation)
• फॉर्मेशन एंथाल्पी: 1 मोल कंपाउंड का उसके एलिमेंट्स की स्टैंडर्ड स्टेट से बनना।
• कम्बशन एंथाल्पी: 1 मोल सब्सटेंस का excess O2 में जलना (हमेशा exothermic)।
• एटमाइजेशन एंथाल्पी: 1 मोल एलिमेंट का गैसियस एटम में बदलना।
• बॉन्ड डिसोसिएशन एंथाल्पी: गैसियस कंवलेंट बॉन्ड तोड़कर अलग-अलग एटम बनाना (endothermic)।
• न्यूट्रलाइज़ेशन एंथाल्पी: strong acid + strong base, ΔH = -57.3 kJ/eqv; weak के केस में कम।

Key Terms & Definitions

• सिस्टम — जिस हिस्से पर अध्ययन हो रहा है।
• सराउंडिंग — सिस्टम के बाहर का वातावरण।
• इन्थाल्पी (H) — हीट कन्टेंट, H = U + PV।
• एंट्रॉपी (S) — मोलक्यूल्स के वितरण की रैंडमनेस का माप।
• गिब्स फ्री एनर्जी (G) — प्रिडिक्ट करता है कि रीएक्शन स्वयं होगी या नहीं (G = H - TS)।
• एक्स्टेंसिव प्रॉपर्टी — मास पर निर्भर (जैसे वॉल्यूम)।
• इंटेन्सिव प्रॉपर्टी — मास पर निर्भर नहीं (जैसे टेम्परेचर)।

Action Items / Next Steps

• लेक्चर के नोट्स रिवाइज करें।
• NEET तथा NCERT के PYQs और क्वेश्चन्स हल करें।
• NCERT थर्मोडायनामिक्स व थर्मोकेमिस्ट्री चैप्टर पढ़ें।
• प्रमुख एंथाल्पी टाइप्स एवं उनके फॉर्मूले याद करें।