थर्मोडायनेमिक्स का परिचय

Overview

यह लेक्चर थर्मोडायनेमिक्स के मूल सिद्धांत, सिस्टम, सराउंडिंग्स, थर्मोडायनेमिक प्रॉपर्टीज, वर्क, हिट, लॉज़, ऐंठल्पी, एंट्रापी और गिब्स फ्री एनर्जी के इम्पॉर्टेंट कॉन्सेप्ट व एग्जाम-ओरिएंटेड क्वेश्चन प्रैक्टिस पर आधारित था।

थर्मोडायनेमिक्स का महत्व और एप्लीकेशन

• थर्मोडायनेमिक्स फिजिकल, ऑर्गेनिक और इनऑर्गेनिक केमिस्ट्री की रीढ़ है।
• मोबाइल, इंजनों, रॉकेट्स, स्पेस शटल आदि तक इसके नियम लागू होते हैं।
• किसी भी केमिकल रिएक्शन की फिजिबिलिटी, एनर्जी चेंज और एक्सटेंट थर्मोडायनेमिक्स से पता चलता है।
• थर्मोडायनेमिक्स रिएक्शन की स्पीड या टाइम प्रेडिक्ट नहीं करती (केमिकल काइनेटिक्स अलग है)।

सिस्टम, सराउंडिंग्स और बाउंड्रीज़

• सिस्टम: जिसे स्टडी कर रहे हो (जैसे ग्लास में पानी)।
• सराउंडिंग्स: सिस्टम के बाहर का हिस्सा।
• बाउंड्री: सिस्टम और सराउंडिंग को अलग करने वाला, रियल/इमेजिनरी, रिगिड/फ्लेक्सिबल, डायथर्मल/एडीआईएबैटिक हो सकता है।
• ओपन सिस्टम: मास और एनर्जी दोनों का एक्सचेंज होता है।
• क्लोज्ड: मास नहीं, केवल एनर्जी का एक्सचेंज।
• आइसोलेटेड: ना मास, ना एनर्जी का एक्सचेंज।

थर्मोडायनेमिक प्रॉपर्टीज

• इंटेंसिव प्रॉपर्टीज: मास पर निर्भर नहीं (जैसे टेम्परेचर, प्रेशर, डेंसिटी)।
• एक्सटेंसिव प्रॉपर्टीज: मास पर निर्भर (जैसे वॉल्यूम, एनर्जी, एंथैल्पी)।
• स्टेट फंक्शन: केवल इनिशियल और फाइनल स्टेट पर निर्भर (जैसे इंटरनल एनर्जी, टेम्प, एंथैल्पी)।
• पथ फंक्शन: फॉलो किए गए पथ पर निर्भर (जैसे वर्क, हिट)।

वर्क, हिट, और थर्मोडायनेमिक प्रोसेस

• हिट: एनर्जी का ट्रांसफर टेम्परेचर डिफरेंस से।
• वर्क: अन्य सभी एनर्जी ट्रांसफर।
• ऑब्जरवेशन बाउंड्री पर होना चाहिए।
• थर्मोडायनेमिक प्रोसेस: आइसोथर्मल (T=const), आइसोबारीक (P=const), आइसोकोरिक (V=const), एडीआईएबैटिक (q=0)।
• रिवर्सिबल प्रक्रिया: इन्फिनिटी स्टेप्स, हर स्टेप पर इक्विलिब्रियम।
• इरिवर्सिबल प्रक्रिया: इनिशियल-फाइनल पॉइंट्स ही ज्ञात, एक झटके में चेंज।

फर्स्ट लॉ ऑफ थर्मोडायनेमिक्स तथा इंटरनल एनर्जी

• डेल्टा यू = क्यू + वर्क (एनर्जी का न संरक्षण/अविनाशीपन)।
• इंटरनल एनर्जी: सभी माइक्रोस्कोपिक एनर्जी का योग।
• आइडियल गैस के लिए इंटरनल एनर्जी केवल टेम्परेचर पर निर्भर।

वर्क डन: रिवर्सिबल बनाम इरिवर्सिबल

• इरिवर्सिबल वर्क: –P एक्सटर्नल × (V₂–V₁) फॉर्मूला।
• रिवर्सिबल वर्क: वेरिएबल प्रेशर के कारण इंटीग्रेशन द्वारा (आइसोथर्मल में –2.303 nRT log V₂/V₁)।
• एक्सपेंशन में मैक्सिमम वर्क रिवर्सिबल में, कंप्रेशन में इरिवर्सिबल में।

एंथैल्पी, हिट कैपेसिटी, और उनकी एप्लीकेशन

• एंथैल्पी (H = U + PV), एंथैल्पी चेंज का डिफरेंट फॉर्मूला सिर्फ P=const पर ठीक।
• डेल्टा H = nCpΔT, डेल्टा U = nCvΔT (गैस के लिए)।
• हिट कैपेसिटी: हिट चाहिए 1°C/1K टेम्परेचर बढ़ाने हेतु (टोटल, मोलर, स्पेसिफिक)।
• Cp > Cv, Cp–Cv=R।

एंट्रापी और थर्मोडायनेमिक्स के लॉज़

• एंट्रोपी: रैंडमनेस का माप, एक्सटेंसिव प्रॉपर्टी।
• ΔS = ∑S उत्पाद – ∑S अभिकारक (रिएक्शन के लिए)।
• फर्स्ट लॉ: एनर्जी नष्ट/उत्पन्न नहीं होती।
• सेकंड लॉ: स्पॉन्टेनियस प्रोसेस में यूनिवर्स की एंट्रापी बढ़ती है।
• थर्ड लॉ: परफेक्ट क्रिस्टल की एंट्रापी 0 होती है शून्य केल्विन पर।

गिब्स फ्री एनर्जी एवं स्पॉन्टेनियसिटी

• ΔG = ΔH – TΔS
• ΔG < 0: स्पॉन्टेनियस प्रक्रिया; ΔG = 0: इक्विलिब्रियम, ΔG > 0: नॉन-स्पॉन्टेनीयस।
• ΔG का प्रयोग केमिकल रिएक्शन की फिजिबिलिटी जांचने में होता है।
• Ekilibreeyam: ΔG = –2.303 RT log K_eq

Key Terms & Definitions

• सिस्टम — वह भाग जिसे स्टडी कर रहे हैं।
• सराउंडिंग्स — सिस्टम के बाहर का हिस्सा।
• एंथैल्पी (H) — कुल ऊष्मा सामग्री; H = U + PV
• एंट्रापी (S) — रैंडमनेस का माप।
• गिब्स फ्री एनर्जी (G) — कोई रिएक्शन स्वतः चलेगा या नहीं, यह बताती है।
• रिवर्सिबल/इरिवर्सिबल प्रक्रिया — रुक-रुक कर/एक झटके में होने वाली प्रक्रिया।
• हिट कैपेसिटी (Cp, Cv) — 1℃ या 1K टेम्परेचर बढ़ाने के लिए चाहिए हिट (प्रेशर या वॉल्यूम कांस्टेंट)।

Action Items / Next Steps

• थर्मोडायनेमिक्स के सारे प्रैक्टिस क्वेश्चन अपनी कॉपी में हल करें।
• एंथैल्पी, एंट्रापी, गिब्स फ्री एनर्जी के फॉर्मूले याद करें।
• होमवर्क: पिछली क्लास के थ्योरी नोट्स व PYQ क्वेश्चन दोहराएँ।
• अगले चैप्टर 'रेडॉक्स रिएक्शन' के लिए तैयारी करें।