what is free energy in chemistry-thermodynamic part 1.हमारे व्यापक गाइड के साथ रसायन विज्ञान में मुक्त ऊर्जा की अवधारणा की खोज करें। इसके महत्व, अनुप्रयोगों और यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं को कैसे प्रभावित करता है, इसका पता लगाएं। रसायन विज्ञान में इस मौलिक अवधारणा के रहस्यों को उजागर करते हुए जानें कि कैसे मुक्त ऊर्जा सहजता और संतुलन से संबंधित है।”
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प्रदान की गई सामग्री सहज प्रतिक्रियाओं और उनकी विशेषताओं पर चर्चा करती है। सहज प्रतिक्रियाएँ वे होती हैं जो बिना किसी बाहरी हस्तक्षेप के आगे की दिशा में आगे बढ़ती हैं। इसका मतलब यह है कि वे अतिरिक्त ऊर्जा या अन्य कारकों की आवश्यकता के बिना, स्वाभाविक रूप से होते हैं।चर्चा की गई सहज प्रतिक्रिया का एक उदाहरण जंग का गठन है जब लोहा ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है। जंग लगना एक सामान्य प्रक्रिया है, खासकर न्यू इंग्लैंड जैसे क्षेत्रों में जहां की जलवायु इसके होने में योगदान देती है। जंग लगने से ऊर्जा निकलती है, जिससे यह एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया बन जाती है।what is free energy in chemistryदिया गया एक अन्य उदाहरण एडीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) को बनाने के लिए एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) का हाइड्रोलिसिस है। एटीपी जैविक प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण अणु है, जो ऊर्जा का भंडारण करता है जिसे जरूरत पड़ने पर जारी किया जा सकता है। एटीपी का हाइड्रोलिसिस भी एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया है, जिससे ऊर्जा निकलती है जिसका उपयोग कोशिकाओं द्वारा किया जा सकता है।
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हालाँकि, सभी सहज प्रतिक्रियाएँ ऊष्माक्षेपी नहीं होती हैं। उदाहरण के लिए, बर्फ का पिघलना एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया है। हालाँकि यह अभी भी प्राकृतिक रूप से होता है, इसके लिए परिवेश से ऊष्मा ऊर्जा के अवशोषण की आवश्यकता होती है।
सामग्री इस बात पर जोर देती है कि एन्थैल्पी (ΔH) में परिवर्तन सहजता निर्धारित करने में एक भूमिका निभाता है, लेकिन यह एकमात्र कारक नहीं है। अन्य विचार, जैसे एन्ट्रापी (ΔS) और तापमान, यह भी प्रभावित करते हैं कि कोई प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त होगी या नहीं। इसलिए, जबकि ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रियाएं सहज होती हैं, किसी प्रतिक्रिया की समग्र सहजता कारकों के संयोजन पर निर्भर करती है।
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संक्षेप में, सहज प्रतिक्रियाएँ बाहरी हस्तक्षेप के बिना स्वाभाविक रूप से होती हैं। जबकि कुछ ऊष्माशोषी हैं और ऊर्जा छोड़ते हैं, अन्य ऊष्माशोषी हैं और परिवेश से ऊर्जा अवशोषित करते हैं। एन्थैल्पी, एन्ट्रॉपी और तापमान में परिवर्तन जैसे कारक प्रतिक्रिया की सहजता को निर्धारित करने में योगदान करते हैं।
मुक्त ऊर्जा की अवधारणा, विशेष रूप से गिब्स मुक्त ऊर्जा (ΔG), रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सहजता को समझने में महत्वपूर्ण है। रसायन विज्ञान में, शब्द “मुक्त ऊर्जा” कार्य करने के लिए उपलब्ध ऊर्जा को संदर्भित करता है, और इसमें एन्थैल्पी (ΔH) और एन्ट्रॉपी (ΔS) दोनों शामिल हैं।गिब्स मुक्त ऊर्जा, जिसे ΔG के रूप में दर्शाया जाता है, एक प्रणाली के एन्थैल्पी परिवर्तन और एन्ट्रापी परिवर्तन दोनों को ध्यान में रखती है। यह एक भविष्यवक्ता के रूप में कार्य करता है कि क्या कोई प्रतिक्रिया निरंतर तापमान और दबाव की स्थिति में आगे की दिशा में स्वचालित रूप से आगे बढ़ेगी।
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ΔG के चिह्न पर विचार करते समय, एक नकारात्मक मान आगे की दिशा में एक सहज प्रतिक्रिया को इंगित करता है। इसके विपरीत, एक सकारात्मक मान एक गैर-सहज प्रतिक्रिया का सुझाव देता है। जब ΔG शून्य के बराबर होता है, तो सिस्टम संतुलन पर होता है, एक ऐसी स्थिति जिस तक पहुंचने के लिए कई रासायनिक प्रक्रियाएं प्रयास करती हैं।
ΔG की गणना करने के लिए, समीकरण ΔG = ΔH – TΔS का उपयोग किया जाता है, जहां ΔH एन्थैल्पी परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है, T केल्विन में तापमान है, और ΔS एन्ट्रापी में परिवर्तन है। गणना करते समय सुसंगत इकाइयों को सुनिश्चित करना आवश्यक है, क्योंकि एन्थैल्पी परिवर्तन आमतौर पर किलोजूल में दिए जाते हैं जबकि एन्ट्रापी परिवर्तन अक्सर जूल प्रति केल्विन प्रति मोल में प्रदान किए जाते हैं। सटीक परिणाम प्राप्त करने के लिए इकाइयों को उचित रूप से परिवर्तित करना महत्वपूर्ण है।
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दिए गए उदाहरण में, ग्लूकोज के कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकरण पर विचार किया गया है। एक सकारात्मक ΔH और एक सकारात्मक ΔS के साथ, परिणामी ΔG बहुत नकारात्मक है, जो कमरे के तापमान पर अत्यधिक सहज प्रतिक्रिया का संकेत देता है।
गिब्स मुक्त ऊर्जा को समझने से रसायनज्ञों को प्रतिक्रियाओं की दिशा और सहजता की भविष्यवाणी करने की अनुमति मिलती है, जिससे रासायनिक प्रणालियों के व्यवहार में मूल्यवान अंतर्दृष्टि मिलती है। यह थर्मोडायनामिक्स में एक मौलिक अवधारणा के रूप में कार्य करता है और रसायन विज्ञान के विभिन्न क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
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कमरे के तापमान पर, पहले चर्चा की गई प्रतिक्रिया सहज लेकिन धीमी होती है। यह अवलोकन ग्लूकोज युक्त कैंडीज के एक उदाहरण के माध्यम से स्पष्ट किया गया था, जहां प्रतिक्रिया की धीमी गति के कारण स्पष्ट रूप से पानी या कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन नहीं हुआ था। अब, आइए विभिन्न तापमानों पर प्रतिक्रियाओं की सहजता का और अधिक पता लगाने के लिए एक क्लिकर प्रश्न पर गौर करें।रसायन विज्ञान में, प्रतिक्रियाओं की सहजता को समझना महत्वपूर्ण है, और तापमान इस पहलू में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। हमारी उदाहरण प्रतिक्रिया के लिए, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि क्या यह विभिन्न तापमान सीमाओं में सहज बनी रहती है।
इस निर्धारण का मार्गदर्शन करने वाला सिद्धांत गिब्स मुक्त ऊर्जा समीकरण (ΔG = ΔH – TΔS) में निहित है, जहां ΔH एन्थैल्पी का प्रतिनिधित्व करता है, T केल्विन में तापमान को दर्शाता है, और ΔS एन्ट्रापी में परिवर्तन को दर्शाता है। एक सहज प्रतिक्रिया में, ΔG नकारात्मक होना चाहिए, जो दर्शाता है कि प्रतिक्रिया बाहरी हस्तक्षेप के बिना आगे की दिशा में आगे बढ़ती है।
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क्लिकर प्रश्न के दौरान, दर्शकों से पूछा गया कि क्या प्रतिक्रिया विभिन्न तापमानों पर सहज रहेगी। सही उत्तर हां है. तापमान के बावजूद, जब तक ΔH और ΔS के मान अपने संबंधित संकेत (ΔH के लिए नकारात्मक और ΔS के लिए सकारात्मक) बनाए रखते हैं, तब तक परिणामी ΔG हमेशा नकारात्मक रहेगा, जिससे प्रतिक्रिया की सहजता सुनिश्चित होगी।
एन्ट्रापी और सहजता के बीच संबंध को भी स्पष्ट किया गया है। एन्ट्रॉपी (ΔS) एक प्रणाली के भीतर विकार के माप के रूप में कार्य करता है। एन्ट्रापी में वृद्धि अव्यवस्था में वृद्धि का संकेत देती है, जबकि कमी इसके विपरीत का संकेत देती है। एन्ट्रॉपी विभिन्न रूपों में प्रकट हो सकती है, जैसे आणविक कंपन या अणुओं के भीतर स्वतंत्रता की आंतरिक डिग्री।न्यू इंग्लैंड में पुरानी पत्थर की दीवारों की स्थिति सहित एन्ट्रापी को चित्रित करने के लिए उपमाएँ तैयार की गईं, जो समय के साथ अव्यवस्था प्रदर्शित करती हैं। इसी तरह, अवधारणा को सुदृढ़ करने के लिए पालतू जानवरों के व्यवहार के बारे में व्यक्तिगत उपाख्यानों का उपयोग किया गया था, इस धारणा के साथ कि एन्ट्रापी बढ़ाना अनुकूल है, जबकि इसे कम करना थर्मोडायनामिक्स के नियमों का खंडन करता है।संक्षेप में, प्रतिक्रियाओं की सहजता न केवल एन्थैल्पी परिवर्तन (ΔH) पर बल्कि तापमान और एन्ट्रापी में परिवर्तन (ΔS) पर भी निर्भर करती है। कमरे के तापमान और उससे परे, नकारात्मक ΔH और सकारात्मक ΔS मानों के साथ प्रतिक्रियाएं लगातार स्वचालित रूप से आगे बढ़ेंगी, जो थर्मोडायनामिक्स और रासायनिक कैनेटीक्स के बीच जटिल परस्पर क्रिया को प्रदर्शित करेंगी।
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चर्चा की गई सहज प्रतिक्रिया का एक उदाहरण जंग का गठन है जब लोहा ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है। जंग लगना एक सामान्य प्रक्रिया है, खासकर न्यू इंग्लैंड जैसे क्षेत्रों में जहां की जलवायु इसके होने में योगदान देती है। जंग लगने से ऊर्जा निकलती है, जिससे यह एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया बन जाती है।
चर्चा की गई सहज प्रतिक्रिया का एक उदाहरण जंग का गठन है जब लोहा ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है। जंग लगना एक सामान्य प्रक्रिया है, खासकर न्यू इंग्लैंड जैसे क्षेत्रों में जहां की जलवायु इसके होने में योगदान देती है। जंग लगने से ऊर्जा निकलती है, जिससे यह एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया बन जाती है।
हालाँकि, सभी सहज प्रतिक्रियाएँ ऊष्माक्षेपी नहीं होती हैं। उदाहरण के लिए, बर्फ का पिघलना एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया है। हालाँकि यह अभी भी प्राकृतिक रूप से होता है, इसके लिए परिवेश से ऊष्मा ऊर्जा के अवशोषण की आवश्यकता होती है।
सामग्री इस बात पर जोर देती है कि एन्थैल्पी (ΔH) में परिवर्तन सहजता निर्धारित करने में एक भूमिका निभाता है, लेकिन यह एकमात्र कारक नहीं है। अन्य विचार, जैसे एन्ट्रापी (ΔS) और तापमान, यह भी प्रभावित करते हैं कि कोई प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त होगी या नहीं। इसलिए, जबकि ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रियाएं सहज होती हैं, किसी प्रतिक्रिया की समग्र सहजता कारकों के संयोजन पर निर्भर करती है।
गिब्स मुक्त ऊर्जा, जिसे ΔG के रूप में दर्शाया जाता है, एक प्रणाली के एन्थैल्पी परिवर्तन और एन्ट्रापी परिवर्तन दोनों को ध्यान में रखती है। यह एक भविष्यवक्ता के रूप में कार्य करता है कि क्या कोई प्रतिक्रिया निरंतर तापमान और दबाव की स्थिति में आगे की दिशा में स्वचालित रूप से आगे बढ़ेगी।
कमरे के तापमान पर, पहले चर्चा की गई प्रतिक्रिया सहज लेकिन धीमी होती है। यह अवलोकन ग्लूकोज युक्त कैंडीज के एक उदाहरण के माध्यम से स्पष्ट किया गया था, जहां प्रतिक्रिया की धीमी गति के कारण स्पष्ट रूप से पानी या कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन नहीं हुआ था। अब, आइए विभिन्न तापमानों पर प्रतिक्रियाओं की सहजता का और अधिक पता लगाने के लिए एक क्लिकर प्रश्न पर गौर करें।
रसायन विज्ञान में, प्रतिक्रियाओं की सहजता को समझना महत्वपूर्ण है, और तापमान इस पहलू में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। हमारी उदाहरण प्रतिक्रिया के लिए, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि क्या यह विभिन्न तापमान सीमाओं में सहज बनी रहती है।
इस निर्धारण का मार्गदर्शन करने वाला सिद्धांत गिब्स मुक्त ऊर्जा समीकरण (ΔG = ΔH – TΔS) में निहित है, जहां ΔH एन्थैल्पी का प्रतिनिधित्व करता है, T केल्विन में तापमान को दर्शाता है, और ΔS एन्ट्रापी में परिवर्तन को दर्शाता है। एक सहज प्रतिक्रिया में, ΔG नकारात्मक होना चाहिए, जो दर्शाता है कि प्रतिक्रिया बाहरी हस्तक्षेप के बिना आगे की दिशा में आगे बढ़ती है।
न्यू इंग्लैंड में पुरानी पत्थर की दीवारों की स्थिति सहित एन्ट्रापी को चित्रित करने के लिए उपमाएँ तैयार की गईं, जो समय के साथ अव्यवस्था प्रदर्शित करती हैं। इसी तरह, अवधारणा को सुदृढ़ करने के लिए पालतू जानवरों के व्यवहार के बारे में व्यक्तिगत उपाख्यानों का उपयोग किया गया था, इस धारणा के साथ कि एन्ट्रापी बढ़ाना अनुकूल है, जबकि इसे कम करना थर्मोडायनामिक्स के नियमों का खंडन करता है।
संक्षेप में, प्रतिक्रियाओं की सहजता न केवल एन्थैल्पी परिवर्तन (ΔH) पर बल्कि तापमान और एन्ट्रापी में परिवर्तन (ΔS) पर भी निर्भर करती है। कमरे के तापमान और उससे परे, नकारात्मक ΔH और सकारात्मक ΔS मानों के साथ प्रतिक्रियाएं लगातार स्वचालित रूप से आगे बढ़ेंगी, जो थर्मोडायनामिक्स और रासायनिक कैनेटीक्स के बीच जटिल परस्पर क्रिया को प्रदर्शित करेंगी।
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