सामग्री संतुलन: सामान्य समीकरण, प्रकार और व्यायाम - रसायन विज्ञान - 2025

सामग्री संतुलन उन घटकों की गिनती है जो अध्ययन के तहत एक प्रणाली या प्रक्रिया से संबंधित हैं। यह संतुलन लगभग किसी भी प्रकार की प्रणाली पर लागू किया जा सकता है, क्योंकि यह माना जाता है कि ऐसे तत्वों के द्रव्यमान का योग अलग-अलग माप समय पर स्थिर रहना चाहिए।

घटक को एक केक के लिए पत्थर, बैक्टीरिया, जानवर, लॉग, सामग्री के रूप में समझा जा सकता है; और रसायन विज्ञान, अणुओं या आयनों, या अधिक विशेष रूप से, यौगिकों या पदार्थों के मामले में। तो एक रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ या उसके बिना एक प्रणाली में प्रवेश करने वाले अणुओं का कुल द्रव्यमान स्थिर रहना चाहिए; जब तक कोई रिसाव नुकसान नहीं हैं।

रॉक पाइल: संतुलित पदार्थ का शाब्दिक उदाहरण। स्रोत: Pxhere

व्यवहार में ऐसी असंख्य समस्याएं हैं जो पदार्थ की विभिन्न घटनाओं को ध्यान में रखते हुए और कई चर (तापमान, दबाव, प्रवाह, आंदोलन, रिएक्टर के आकार, आदि) के प्रभाव को ध्यान में रखते हुए, मामले के संतुलन को प्रभावित कर सकती हैं।

कागज पर, हालांकि, बड़े पैमाने पर शेष गणना से मेल खाना चाहिए; अर्थात्, किसी भी समय रासायनिक यौगिकों का द्रव्यमान गायब नहीं होना चाहिए। इस संतुलन को लेना चट्टानों के ढेर को संतुलित करने के लिए समान है। यदि एक जनसमूह जगह से बाहर हो जाता है, तो सब कुछ अलग हो जाता है; इस मामले में, इसका मतलब यह होगा कि गणना गलत है।

जन संतुलन का सामान्य समीकरण

किसी भी प्रणाली या प्रक्रिया में, इसे पहले परिभाषित किया जाना चाहिए कि इसकी सीमाएं क्या हैं। उनसे यह ज्ञात होगा कि कौन से यौगिक प्रवेश करते हैं या छोड़ते हैं। यह विशेष रूप से सुविधाजनक है अगर विचार करने के लिए कई प्रक्रिया इकाइयां हैं। जब सभी इकाइयों या उप-प्रणालियों पर विचार किया जाता है, तो हम एक सामान्य द्रव्यमान संतुलन की बात करते हैं।

इस संतुलन में एक समीकरण होता है, जिसे किसी भी प्रणाली पर लागू किया जा सकता है जो द्रव्यमान के संरक्षण के कानून का पालन करता है। समीकरण इस प्रकार है:

ई + जी - एस - सी = ए

जहां E उस पदार्थ की मात्रा है जो सिस्टम में प्रवेश करती है; यदि रासायनिक प्रक्रिया में रिएक्टर (जैसा कि एक रिएक्टर में) होता है तो जी उत्पन्न होता है; एस वह है जो सिस्टम से बाहर आता है; सी वह है जो भस्म हो, फिर से, अगर कोई प्रतिक्रिया होती है; और अंत में, A जो संचित है ।

सरलीकरण

यदि अध्ययन के तहत प्रणाली या प्रक्रिया में कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं है, तो जी और सी शून्य के लायक हैं। इस प्रकार, समीकरण दिखता है:

ई - एस = ए

यदि सिस्टम को स्थिर अवस्था में भी माना जाता है, तो घटकों के प्रवाह या प्रवाह में सराहनीय परिवर्तन के बिना, यह कहा जाता है कि इसके अंदर कुछ भी नहीं जमा होता है। इसलिए, A शून्य के बराबर है, और समीकरण आगे सरलीकृत होता है:

ई = एस

दूसरे शब्दों में, जो पदार्थ प्रवेश करता है वह उसी के बराबर होता है जो निकल जाता है। कुछ भी खो या गायब नहीं हो सकता।

दूसरी ओर, अगर कोई रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, लेकिन प्रणाली एक स्थिर स्थिति में है, जी और सी में मान होंगे और ए शून्य रहेगा।

ई + जी - एस - सी = ०

ई + जी = एस + सी

मतलब यह है कि एक रिएक्टर में जो अभिकर्मकों का द्रव्यमान प्रविष्ट होता है और उसमें उत्पन्न होने वाले उत्पादों का द्रव्यमान उन उत्पादों और अभिकर्मकों के द्रव्यमान के बराबर होता है जो छोड़ देते हैं, और जो भस्म का उपभोग करते हैं।

उपयोग का उदाहरण: नदी में मछली

मान लीजिए आप एक नदी में मछलियों की संख्या का अध्ययन कर रहे हैं, जिनके बैंक प्रणाली की सीमा का प्रतिनिधित्व करने के लिए आते हैं। यह ज्ञात है कि प्रति वर्ष औसतन 568 मछलियां प्रवेश करती हैं, 424 पैदा होती हैं (उत्पन्न होती हैं), 353 डाई (उपभोग), और 236 पलायन या छोड़ देती हैं।

हमारे पास तब सामान्य समीकरण लागू करना:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

इसका मतलब है कि प्रति वर्ष नदी में 403 मछलियां जमा होती हैं; यह कहना है, प्रति वर्ष मछली के साथ नदी समृद्ध होती है। यदि A का ऋणात्मक मान होता है, तो इसका मतलब होगा कि मछलियों की संख्या कम हो रही है, शायद नकारात्मक पर्यावरणीय प्रभावों की।

प्रकार

सामान्य समीकरण से यह सोचा जा सकता है कि विभिन्न प्रकार की रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए चार समीकरण हैं। हालांकि, द्रव्यमान संतुलन को दो अन्य प्रकारों में विभाजित किया गया है: अन्य मानदंड: समय।

विभेदक संतुलन

अंतर सामग्री संतुलन में हमारे पास एक निश्चित समय या क्षण में एक प्रणाली के भीतर घटकों की मात्रा होती है। कहा बड़े पैमाने पर मात्रा समय की इकाइयों में व्यक्त की जाती है, और इसलिए, गति का प्रतिनिधित्व करते हैं; उदाहरण के लिए, Kg / h, यह दर्शाता है कि कितने किलोमीटर एक घंटे में प्रवेश करते हैं, छोड़ते हैं, जमा होते हैं, उत्पन्न होते हैं या खपत करते हैं।

बड़े पैमाने पर प्रवाह के लिए (या वॉल्यूमेट्रिक, हाथ में घनत्व के साथ), सिस्टम को आम तौर पर खुला होना चाहिए।

व्यापक संतुलन

जब सिस्टम बंद हो जाता है, जैसा कि आंतरायिक रिएक्टरों (बैच प्रकार) में किए गए प्रतिक्रियाओं के साथ होता है, तो इसके घटकों के द्रव्यमान आमतौर पर प्रक्रिया से पहले और बाद में अधिक दिलचस्प होते हैं; यह प्रारंभिक और अंतिम समय के बीच है।

इसलिए, मात्राएं केवल द्रव्यमान के रूप में व्यक्त की जाती हैं, न कि वेग के रूप में। इस तरह का संतुलन एक ब्लेंडर का उपयोग करते समय मानसिक रूप से बनाया जाता है: इंजन को बंद करने के बाद प्रवेश करने वाली सामग्री का द्रव्यमान उसके बराबर होना चाहिए।

उदाहरण व्यायाम

यह पानी में 25% मेथनॉल समाधान के प्रवाह को पतला करने के लिए वांछित है, 10% एकाग्रता में से एक और अधिक पतला, इस तरह से कि एक 17% मेथनॉल समाधान के 100 किलोग्राम / एच उत्पन्न होता है। इसे प्राप्त करने के लिए 25% और 10% मेथनॉल समाधानों में से कितने प्रति घंटे सिस्टम में प्रवेश करना चाहिए? मान लें कि सिस्टम स्थिर स्थिति में है

निम्नलिखित आरेख कथन का उदाहरण देता है:

मेथनॉल समाधान के कमजोर पड़ने के बड़े पैमाने पर प्रवाह के लिए आरेख। स्रोत: गेब्रियल बोलिवर

कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं है, इसलिए मेथनॉल में प्रवेश की मात्रा छोड़ने की मात्रा के बराबर होनी चाहिए:

ई _{मेथनॉल} = एस _{मेथनॉल}

0.25 एन ₁ ^· + 0.10 एन ₂ ^· = 0.17 एन ₃ ^·

केवल n ₃ ^{· का} मान ^{ज्ञात किया जाता है} । बाकी अज्ञात हैं। दो अज्ञात के इस समीकरण को हल करने के लिए, एक और संतुलन की आवश्यकता है: पानी का। पानी के लिए एक ही संतुलन बनाना, हमारे पास है:

0.75 एन ₁ ^· + 0.90 एन ₂ ^· = 0.83 एन ₃ ^·

N ₁ ^· का मान पानी के लिए हल किया जाता है (यह n ₂ ^· भी हो सकता है):

एन ₁ ^· = (83 किलोग्राम / एच - 0.90 एन ₂ ^·) / (0.75)

तो स्थानापन्न n ₁ ^· मेथनॉल के लिए बड़े पैमाने पर संतुलन समीकरण, में और के लिए n सुलझाने ₂ ^· हमने:

0.25 + 0.10 n ₂ ^· = 0.17 (100 किलोग्राम / घंटा)

एन ₂ ^· = 53.33 किलोग्राम / घंटा

और n _{1 के लिए} ^· बस घटाएँ:

n ₁ ^· = (100- 53.33) Kg / h

= 46.67 किलोग्राम / घंटा

इसलिए, प्रति घंटे, 46.67 किलोग्राम 25% मेथनॉल समाधान और 53.33 किलो 10% समाधान प्रणाली में प्रवेश करना चाहिए।

संदर्भ

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