बोर्न हैबर चक्रों का उपयोग करके आयनिक प्रणालियों की स्थिरता

मानक ऊर्ध्वपातन एन्थैल्पी वह एन्थैल्पी परिवर्तन है जो तब होता है जब ठोस अवस्था में पदार्थ का एक मोल सीधे gaseous अवस्था में परिवर्तित हो जाता है। यह रूपांतरण स्थिर तापमान और दबाव पर होना चाहिए। इसे किलो जूल प्रति मोल में व्यक्त किया जाता है।

ऊर्ध्वपातन Enthalpy सदैव विलयन एन्थैल्पी और वाष्पीकरण एन्थैल्पी से अधिक होती है। वास्तव में, ऊर्ध्वपातन एन्थैल्पी, संलयन एन्थैल्पी और वाष्पीकरण एन्थैल्पी के योग के बराबर होती है। कार्बन डाइऑक्साइड की ऊर्ध्वपातन Enthalpy 323kj/mol है।

वाष्पीकरण की मानक एन्थैल्पी ऊर्जा की वह मात्रा है जो स्थिर तापमान और दबाव पर द्रव अवस्था में मौजूद पदार्थ के एक मोल को gaseous अवस्था में परिवर्तित करने के लिए आवश्यक होती है। इसे किलो जूल प्रति मोल में व्यक्त किया जाता है। इसे वाष्पीकरण की ऊष्मा के नाम से भी जाना जाता है। एसीटोन की वाष्पीकरण Enthalpy 313 kj/mol है।

मानक संलयन एन्थैल्पी वह एन्थैल्पी परिवर्तन है जो ठोस अवस्था में किसी पदार्थ के एक मोल को द्रव अवस्था में परिवर्तित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करने के परिणामस्वरूप होता है। संलयन शब्द का अर्थ है पिघलना। वह तापमान जिस पर ठोस से द्रव में संक्रमण होता है, गलनांक कहलाता है। इस प्रक्रिया के दौरान तापमान में कोई परिवर्तन नहीं होता।

उदाहरण के लिए, बर्फ के गलन की Enthalpy 602 kj/mol है। इसका अर्थ यह है कि एक मोल बर्फ को शून्य सेल्सियस गलनांक पर द्रव में बदलने के लिए प्रति मोल छह दशमलव शून्य दो किलो जूल ऊष्मा की आवश्यकता होती है। सोडियम क्लोराइड के गलन की मानक एन्थैल्पी अट्ठाईस दशमलव आठ किलो जूल प्रति मोल 288 kj/mol है।

रसायन विज्ञान में, परमाणुकरण का अर्थ है किसी यौगिक के परमाणुओं के बीच के बंधन को तोड़कर उसे gaseous अवस्था में अलग-अलग परमाणुओं में परिवर्तित करना। तो फिर परमाणुकरण की एन्थैल्पी क्या है?। मानक परमाण्विकीकरण एन्थैल्पी, एन्थैल्पी में वह परिवर्तन है, जब किसी तत्व को उसकी मानक अवस्था में परमाणित करके gaseous अवस्था में एक मोल परमाणु उत्पादित किया जाता है। इसे ΔatH द्वारा दर्शाया जाता है।

उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन के परमाणुकरण की मानक एन्थैल्पी 218 kj/mol है।

प्रथम आयनन Enthalpy वह एन्थैल्पी परिवर्तन है, जो किसी पृथक gaseous परमाणु के संयोजकता कोश से प्रथम इलेक्ट्रॉन के हटने पर होता है। एन्थैल्पी परिवर्तन तब होता है जब पृथक gaseous परमाणुओं के एक मोल से इलेक्ट्रॉनों का एक मोल हटा दिया जाता है। याद रखें कि, प्रत्येक पृथक gaseous परमाणु से केवल पहला संयोजकता इलेक्ट्रॉन ही हटाया जाता है। प्रथम आयनन की मानक एन्थैल्पी की गणना इसी प्रकार की जाती है। इसे किलो जूल प्रति मोल में व्यक्त किया जाता है।

सोडियम की मानक आयनन एन्थैल्पी 496 kj/mol है। इसका अर्थ यह है कि जब पृथक gaseous परमाणुओं के एक मोल से इलेक्ट्रॉनों का एक मोल निकाला जाता है, तो चार सौ छियानवे किलो जूल एन्थैल्पी अवशोषित होती है। यह सोडियम का प्रथम आयनन एन्थैल्पी है।

जब किसी पृथक gaseous परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन जोड़ा जाता है तो एन्थैल्पी परिवर्तन को इलेक्ट्रॉन लाभ Enthalpy कहा जाता है। जब किसी पृथक gaseous परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन जोड़ा जाता है, तो ऊर्जा या तो मुक्त होती है या अवशोषित होती है। जब पृथक gaseous परमाणुओं का एक मोल इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है, तो प्रक्रिया के दौरान एन्थैल्पी परिवर्तन की गणना की जाती है। इस एन्थैल्पी परिवर्तन को इलेक्ट्रॉन लाभ की मानक एन्थैल्पी कहा जाता है।

ऑक्सीजन की इलेक्ट्रॉन प्राप्ति की मानक एन्थैल्पी -141 kj/mol है। जैसा कि हम देख सकते हैं, एक और इलेक्ट्रॉन को जोड़ने के लिए O⁻एन्थैल्पी परिवर्तन धनात्मक है। ऐसा इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि के कारण इलेक्ट्रॉनों के बीच प्रतिकर्षण के कारण होता है। इसके अलावा, एक पृथक gaseous परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन जोड़ने के बाद, एक और इलेक्ट्रॉन जोड़ने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

जब एक आयनिक यौगिक का एक मोल gaseous अवस्था में अपने आयनों में विघटित होता है तो एन्थैल्पी में होने वाला परिवर्तन आयनिक यौगिक का मानक जालक एन्थैल्पी कहलाता है। हम जालक एन्थैल्पी को एन्थैल्पी परिवर्तन के रूप में भी परिभाषित कर सकते हैं, जब एक मोल आयनिक यौगिक उसके gaseous आयनों से निर्मित होता है। जब एक आयनिक यौगिक का एक मोल अपने आयनों में वियोजित होता है तो Enthalpy परिवर्तन को वियोजन की जालक एन्थैल्पी कहते हैं। जब एक आयनिक यौगिक का एक मोल उसके gaseous आयनों से बनता है तो Enthalpy परिवर्तन को जालक enthalpy of formation कहते हैं।

दिए गए चित्र में, सोडियम क्लोराइड gaseous अवस्था में अपने आयनों में विघटित हो जाता है। ये आयन सोडियम आयन और क्लोराइड आयन हैं। इसका मानक जालक वियोजन एन्थैल्पी 787 kj/mol है। सोडियम क्लोराइड के enthalpy of formation -787 kj/mol है।

जालक एन्थैल्पी को सीधे मापा नहीं जा सकता। जालक एन्थैल्पी की गणना के लिए हम बोर्न-हेबर चक्र का उपयोग करते हैं। बोर्न-हेबर चक्र में हम आयनिक यौगिकों की जालक एन्थैल्पी की गणना करने के लिए हेस के नियम का उपयोग करते हैं। आपको enthalpy of formation, आयनीकरण एन्थैल्पी, परमाण्वीकरण एन्थैल्पी, इलेक्ट्रॉन बंधुता, पृथक्करण एन्थैल्पी और जालक एन्थैल्पी से परिचित होना चाहिए। जैसा कि हमने इन सभी शब्दों पर चर्चा की है, अब हम बोर्न-हेबर चक्र का उपयोग करके सोडियम क्लोराइड की जालक एन्थैल्पी की गणना करेंगे।

दिए गए चित्रण में, हम देख सकते हैं कि सभी उल्लिखित एन्थैल्पियों को दर्शाते हुए एक चक्र बनाया गया है। पहला चरण सोडियम क्लोराइड के enthalpy of formation को उसके घटकों से उनकी मूल अवस्था में दर्शाता है। ये घटक ठोस अवस्था में सोडियम और gaseous अवस्था में क्लोरीन हैं। सोडियम क्लोराइड के निर्माण की Enthalpy -4109 kj/mol है।

दूसरा चरण gaseous अवस्था में सोडियम परमाणुओं और क्लोरीन परमाणुओं के निर्माण को इंगित करता है। अतः हम सोडियम, जो एक धातु है, के परमाणुकरण की एन्थैल्पी तथा क्लोरीन, जो एक अधातु है, के वियोजन की एन्थैल्पी की गणना करेंगे। सोडियम के परमाणुकरण की Enthalpy 107 kj/mol है। क्लोरीन के परमाणुकरण की Enthalpy 122 kj/mol है।

तीसरा चरण gaseous अवस्था में सोडियम परमाणुओं और क्लोरीन परमाणुओं से gaseous अवस्था में सोडियम आयनों और क्लोराइड आयनों के निर्माण को इंगित करता है। हम सोडियम की आयनीकरण ऊर्जा और क्लोरीन की इलेक्ट्रॉन बंधुता निर्धारित करेंगे। ऐसा इसलिए है क्योंकि सोडियम आयन बनाने के लिए सोडियम से इलेक्ट्रॉन निकाला जाता है। और क्लोराइड आयन बनाने के लिए क्लोरीन में इलेक्ट्रॉन जोड़ा जाता है। सोडियम की आयनीकरण एन्थैल्पी 495 kj/mol | धनात्मक चार नौ पांच किलो जूल प्रति मोल है। क्लोरीन की इलेक्ट्रॉन बंधुता एन्थैल्पी -349 kj/mol है।

चौथा चरण gaseous आयनों से सोडियम क्लोराइड के निर्माण को इंगित करता है। जैसा कि हम जानते हैं कि जब आयनिक यौगिक अपने gaseous आयनों से बनता है तो होने वाला एन्थैल्पी परिवर्तन मानक जालक एन्थैल्पी कहलाता है। अब हम इस जालक एन्थैल्पी की गणना करेंगे। जैसा कि हम चित्रण में देख सकते हैं कि सोडियम और क्लोरीन अपनी मूल अवस्था में पहले चरण में ठोस सोडियम क्लोराइड में परिवर्तित हो जाते हैं। वैकल्पिक रूप से, सोडियम और क्लोरीन को उनकी मूल अवस्था में पहले परमाणुकृत किया जाता है, फिर आयनित किया जाता है और फिर कई चरणों से गुजरते हुए ठोस सोडियम क्लोराइड में परिवर्तित किया जाता है।

हम कह सकते हैं कि पहला चरण दूसरे चरण, तीसरे चरण और चौथे चरण के योग के बराबर है। अधिक सटीकता से, हम कह सकते हैं कि enthalpy of formation, परमाणुकरण एन्थैल्पी, धातु की आयनीकरण ऊर्जा और अधातु की इलेक्ट्रॉन बंधुता तथा सोडियम क्लोराइड की जालक एन्थैल्पी के योग के बराबर होती है। चित्र में दिए गए सूत्र को पुनर्व्यवस्थित करके हम आयनिक यौगिक की जालक एन्थैल्पी ज्ञात कर सकते हैं।

अतः चित्र में सोडियम क्लोराइड की जालक एन्थैल्पी की गणना की गई है। सोडियम क्लोराइड के enthalpy of formation -7859 kj/mol है।