“यह एकमात्र भौतिक सिद्धांत है जिसके बारे में मैं विश्वास करता है कि इसके मूल अवधारणाओं के लागू होने की शर्तों के भीतर, इसे कभी भी उलट नहीं दिया जाएगा।”

अल्बर्ट आइन्स्टाइन

अवयवों द्वारा अवशोषित रासायनिक ऊर्जा दहन के दौरान रासायनिक प्रतिक्रियाओं में अतिरिक्त ऊष्मा के रूप में छोड़ सकती है, जब एक ज्वार जैसे मीथेन, पानी बनाने वाला गैस या कोयला हवा में जलता है। रासायनिक ऊर्जा एक इंजन में ज्वार के दौरान या सूक्ष्म धारा सेल जैसे सूक्ष्म खाल के माध्यम से बिजली के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है। इस प्रकार, विभिन्न ऊर्जा रूपों के बीच एक दूसरे से संबंध हैं और निश्चित शर्तों में, इनको एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता है। इन ऊर्जा परिवर्तनों का अध्ययन उष्माकक्रिया की विषय-वस्तु बनाता है। उष्माकक्रिया के नियम रासायनिक प्रक्रियाओं में शामिल होने वाली ऊर्जा परिवर्तनों को बड़े संख्या में अवयवों वाले व्यापक प्रणालियों के साथ निपटते हैं बजाय कम संख्या में अवयवों वाले सूक्ष्म प्रणालियों के साथ। उष्माकक्रिया के नियम केवल जब एक प्रणाली संतुलन में है या एक संतुलन स्थिति से दूसरी संतुलन स्थिति तक चलती है उस परिवर्तन के आधार पर नहीं लगाते हैं, जब उन परिवर्तनों को किया जाता है। संतुलन स्थिति में एक प्रणाली के लिए दबाव और तापमान जैसे व्यापक गुण समय के साथ बदलते नहीं हैं। इस इकाई में, हम उष्माकक्रिया के माध्यम से कुछ महत्वपूर्ण प्रश्नों का उत्तर देना चाहते हैं, जैसे:

कैसे हम एक रासायनिक प्रतिक्रिया/प्रक्रिया में शामिल ऊर्जा परिवर्तनों की पहचान करते हैं? क्या यह घटना होगी या नहीं?

किस प्रकार की प्रतिक्रिया/प्रक्रिया को आगे बढ़ाता है?

रासायनिक प्रतिक्रियाओं कितनी दूर चलती हैं?

6.1 उष्माकक्रिया शब्द

हम रासायनिक प्रतिक्रियाओं और उनके साथ होने वाले ऊर्जा परिवर्तनों में रुचि रखते हैं। इसके लिए हमें कुछ उष्माकक्रिया शब्दों को जानना होगा। ये शब्द नीचे चर्चा किए गए हैं।

6.1.1 प्रणाली और आसपास की दुनिया

उष्माकक्रिया में प्रणाली वह भाग होती है जिसमें अवलोकन किए जाते हैं और शेष ब्रह्मांड आसपास की दुनिया का निर्माण करता है। आसपास की दुनिया प्रणाली के बाहर कुछ भी शामिल करती है। प्रणाली और आसपास की दुनिया मिलकर ब्रह्मांड का निर्माण करती हैं।

ब्रह्मांड $=$ प्रणाली + आसपास की दुनिया

हालाँकि, प्रणाली में होने वाले परिवर्तनों द्वारा ब्रह्मांड का पूरा भाग प्रभावित नहीं होता। इसलिए, सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, आसपास की दुनिया वह भाग होती है जो ब्रह्मांड के शेष भाग में है जो प्रणाली के साथ इंटरैक्ट कर सकता है। आमतौर पर, प्रणाली के आसपास के स्थान के खंड उसकी आसपास की दुनिया का निर्माण करता है।

उदाहरण के लिए, अगर हम दो पदार्थों A और B के बीच प्रतिक्रिया का अध्ययन कर रहे हैं जो एक बीकन में रखे गए हैं, तो प्रतिक्रिया मिश्रण वाला बीकन प्रणाली है और बीकन रखे गए कमरे आसपास की दुनिया है (चित्र 6.1)।

चित्र 6.1 प्रणाली और आसपास की दुनिया

ध्यान दें कि प्रणाली को एक बीकन या परीक्षण ट्यूब जैसी भौतिक सीमा द्वारा परिभाषित किया जा सकता है, या प्रणाली को स्थान के एक विशिष्ट आयतन को निर्दिष्ट करने के लिए स्थानीय नियतांकों के समूह द्वारा भी परिभाषित किया जा सकता है। यह विचार करना आवश्यक है कि प्रणाली को आसपास की दुनिया से किसी प्रकार की दीवार द्वारा अलग किया जाता है जो वास्तविक या कल्पना की गई हो सकती है। प्रणाली को आसपास की दुनिया से अलग करने वाली दीवार को सीमा कहते हैं। इसके डिजाइन का उद्देश्य है कि हम प्रणाली के अंदर या बाहर दौड़ने वाली द्रव और ऊर्जा के सभी आंदोलनों को नियंत्रित कर सकें और ट्रैक कर सकें।

6.1.2 प्रणाली के प्रकार

हम आगे बढ़कर प्रणालियों को प्रणाली के अंदर या बाहर द्रव और ऊर्जा के आंदोलनों के आधार पर वर्गीकृत करते हैं।

1. खुली प्रणाली

एक खुली प्रणाली में, प्रणाली और आसपास की दुनिया के बीच ऊर्जा और द्रव का विनिमय होता है [चित्र 6.2 (ए)]। एक खुली बीकन में प्रतिक्रिया के पदार्थों की उपस्थिति एक खुली प्रणाली का उदाहरण है[^0]। यहाँ सीमा एक कल्पना की गई सतह है जो बीकन और प्रतिक्रिया के पदार्थों को घेरती है।

2. बंद प्रणाली

एक बंद प्रणाली में, द्रव का विनिमय नहीं होता, लेकिन प्रणाली और आसपास की दुनिया के बीच ऊर्जा का विनिमय संभव होता है [चित्र 6.2 (बी)]। प्रतिक्रिया के पदार्थों की उपस्थिति एक प्रवाहयान में जिसका निर्माण प्रवाहयान का सामग्री जैसे तांबे या स्टील का किया गया है, एक बंद प्रणाली का उदाहरण है।

चित्र 6.2 खुली, बंद और अप्रतिक्रियाशील प्रणालियाँ।

3. अप्रतिक्रियाशील प्रणाली

एक अप्रतिक्रियाशील प्रणाली में, प्रणाली और आसपास की दुनिया के बीच ऊर्जा या द्रव का कोई विनिमय नहीं होता [चित्र 6.2 (सी)]। प्रतिक्रिया के पदार्थों की उपस्थिति एक थर्मोस फ्लावर या कोई अन्य बंद आइस द्रव का एक अप्रतिक्रियाशील प्रणाली का उदाहरण है।

6.1.3 प्रणाली की स्थिति

प्रणाली की किसी भी उपयोगी गणना करने के लिए इसे बताना आवश्यक है जिसमें इसके दबाव $(p)$, आयतन $(V)$, तापमान $(T)$ जैसे गुणों को प्रतिशत रूप में निर्दिष्ट किया जाता है और प्रणाली का निर्माण। हमें परिवर्तन के पूर्व और पश्चात इसे निर्दिष्ट करके इसे वर्णित करने की आवश्यकता है। आप अपनी भौतिकी पाठ्यक्रम से याद करेंगे कि यांत्रिकी में एक प्रणाली की स्थिति उस समय के लिए पूरी तरह से निर्दिष्ट की जाती है, जब प्रणाली के प्रत्येक द्रव बिंदु की स्थिति और गति निर्दिष्ट की जाती है। उष्माकक्रिया में, एक प्रणाली की स्थिति के बारे में एक अलग और बहुत ही सरल अवधारणा पेश की गई है। इसमें प्रत्येक अवयव की गति के विस्तृत ज्ञान की आवश्यकता नहीं होती क्योंकि, हम प्रणाली के औसत मापनीय गुणों के साथ निपटते हैं। हम प्रणाली की स्थिति को स्थिति फलन या स्थिति परिवार द्वारा निर्दिष्ट करते हैं।

उष्माकक्रिया प्रणाली की स्थिति उसके मापनीय या व्यापक (बल्क) गुणों द्वारा वर्णित की जाती है। हम एक गैस की स्थिति उसके दबाव ( $p$ ), आयतन $(V)$, तापमान ( $T$ ), मात्रा ( $n$ ) आदि के माध्यम से वर्णित कर सकते हैं। $p, V, T$ जैसे चर को स्थिति परिवार या स्थिति फलन कहा जाता है क्योंकि उनके मूल्य केवल प्रणाली की स्थिति पर निर्भर करते हैं और इस प्रणाली को कैसे प्राप्त किया गया है, उस पर नहीं। एक प्रणाली की स्थिति को पूरी तरह से परिभाषित करने के लिए, प्रणाली के सभी गुणों को परिभाषित करने की आवश्यकता नहीं है; क्योंकि केवल एक निश्चित संख्या में गुणों को स्वतंत्र रूप से बदला जा सकता है। इस संख्या प्रणाली के प्रकार पर निर्भर करती है। एक बार इन न्यूनतम संख्या में व्यापक गुणों को निश्चित कर दिया जाता है, तो अन्य स्वतंत्र रूप से निश्चित मूल्यों को प्राप्त करते हैं। आसपास की दुनिया की स्थिति को कभी भी पूरी तरह से निर्दिष्ट नहीं किया जा सकता; फ़ॉर्टनेटली यह नहीं करना आवश्यक है।

6.1.4 प्रणाली के आंतरिक ऊर्जा को एक स्थिति फलन के रूप में

जब हम बात करते हैं कि हमारी रासायनिक प्रणाली ऊर्जा खो देती है या इसे प्राप्त करती है, तो हमें एक राशि का पेश करने की आवश्यकता होती है जो प्रणाली की कुल ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करती है। यह रासायनिक, विद्युतीय, यांत्रिक या आप सोच सकते हैं कि कोई अन्य प्रकार की ऊर्जा हो सकती है, इन सभी का योग प्रणाली की ऊर्जा है। उष्माकक्रिया में, हम इसे प्रणाली के आंतरिक ऊर्जा, $U$ कहते हैं, जो इस प्रकार बदल सकती है

• प्रणाली में या प्रणाली से ऊष्मा बच्चती है,
• प्रणाली पर काम किया जाता है या प्रणाली द्वारा किया जाता है,
• द्रव प्रणाली में प्रवेश करता है या प्रणाली से छूटता है।

इन प्रणालियों को अलग-अलग इस प्रकार वर्गीकृत किया जाता है जैसा कि आपने पहले से ही धारा 5.1.2 में अध्ययन किया है।

(ए) काम

आइए प्रणाली पर किए गए काम के माध्यम से आंतरिक ऊर्जा के परिवर्तन की जांच करें। हम एक थर्मोस फ्लावर या एक आइस द्रव के बीकन में कुछ मात्रा के पानी वाली प्रणाली लेते हैं। इसके द्वारा प्रणाली और आसपास की दुनिया के बीच उसकी सीमा के माध्यम से ऊष्मा का विनिमय नहीं किया जाता है और हम इस प्रकार की प्रणाली को अधिष्ठापित कहते हैं। इस प्रणाली की स्थिति को कैसे बदला जा सकता है, उसे अधिष्ठापित प्रक्रिया कहा जाएगा। अधिष्ठापित प्रक्रिया वह प्रक्रिया है ज