Physical Chemistry भौतिक रसायन (Physical Chemistry)

Heterogeneous Equilibrium विषमांगी साम्यावस्था (Heterogeneous Equilibrium)

Heterogeneous equilibrium involves systems in which reactants and products exist in two or more distinct phases. The equilibrium constant expression excludes the active masses of pure solids and pure liquids because their concentration remains constant at a given temperature. विषमांगी साम्यावस्था (Heterogeneous equilibrium) उन प्रणालियों से संबंधित है जिनमें अभिकारक और उत्पाद दो या दो से अधिक भिन्न प्रावस्थाओं (phases) में मौजूद होते हैं। साम्य स्थिरांक (equilibrium constant) व्यंजक में शुद्ध ठोसों और शुद्ध द्रवों के सक्रिय द्रव्यमान (active masses) को शामिल नहीं किया जाता है क्योंकि एक निश्चित तापमान पर उनकी सांद्रता स्थिर रहती है।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Phase Rule and Active Mass of Condensed Phases प्रावस्था नियम और संघनित प्रावस्थाओं का सक्रिय द्रव्यमान

The active mass of a pure solid or pure liquid is taken as unity (1) because its density and molar concentration remain constant at a constant temperature.
Omitting pure solids and liquids simplifies the equilibrium expression to include only gaseous or dissolved aqueous species.
Adding more of a pure solid or pure liquid at equilibrium does not shift the position of equilibrium, provided the phase remains present.

शुद्ध ठोस या शुद्ध द्रव के सक्रिय द्रव्यमान को इकाई (1) माना जाता है क्योंकि स्थिर तापमान पर इनका घनत्व और मोलर सांद्रता स्थिर रहती है।
शुद्ध ठोसों और द्रवों को हटाने से साम्य व्यंजक सरल हो जाता है और इसमें केवल गैसीय या जलीय (aqueous) प्रजातियाँ ही शामिल रहती हैं।
साम्यावस्था पर शुद्ध ठोस या शुद्ध द्रव की अधिक मात्रा मिलाने से साम्य की स्थिति विस्थापित नहीं होती है, बशर्ते वह प्रावस्था उपस्थित रहे।

Thermal Dissociation of Solids ठोसों का तापीय वियोजन (Thermal Dissociation)

For the thermal dissociation of calcium carbonate: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g), the equilibrium constant is simply Kp = PCO2.
The dissociation pressure of a pure solid producing a gas depends only on temperature, not on the initial amounts of solid reactants or products.
If the volume of the container enclosing a decomposing solid is changed at constant temperature, the equilibrium pressure of the gas remains invariant once equilibrium is re-established.

कैल्शियम कार्बोनेट के तापीय वियोजन के लिए: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g), साम्य स्थिरांक केवल Kp = PCO2 होता है।
गैस उत्पन्न करने वाले शुद्ध ठोस का वियोजन दाब (dissociation pressure) केवल तापमान पर निर्भर करता है, न कि ठोस अभिकारकों या उत्पादों की प्रारंभिक मात्रा पर।
यदि स्थिर तापमान पर वियोजित होते हुए ठोस वाले पात्र का आयतन बदल दिया जाए, तो साम्य पुनः स्थापित होने पर गैस का साम्य दाब अपरिवर्तित रहता है।

Thermodynamics of Heterogeneous Phase Changes विषमांगी प्रावस्था परिवर्तनों की ऊष्मागतिकी (Thermodynamics)

At phase equilibrium, the Gibbs free energy change (ΔG) is zero, establishing the foundation for vapor pressure and solubility equilibria.
The temperature dependence of heterogeneous equilibria is governed by the sign of ΔH°; endothermic dissociation increases K with temperature rise.
Phase equilibria like liquid-vapor or solid-liquid systems are special cases where chemical potential is equal across all coexisting phases.

प्रावस्था साम्यावस्था पर, गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (ΔG) शून्य होता है, जो वाष्प दाब और विलेयता साम्यावस्था के लिए आधार बनाता है।
विषमांगी साम्यावस्था की तापमान निर्भरता ΔH° के चिह्न द्वारा नियंत्रित होती है; ऊष्माशोषी (endothermic) वियोजन में तापमान बढ़ने पर K का मान बढ़ता है।
द्रव-वाष्प या ठोस-द्रव प्रणालियों जैसी प्रावस्था साम्यावस्थाएँ विशेष स्थितियाँ हैं जहाँ सभी सह-अस्तित्व वाली प्रावस्थाओं में रासायनिक विभव (chemical potential) समान होता है।

📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण

Pressure Equilibrium Constant दाब साम्य स्थिरांक (Pressure Equilibrium Constant)

K_p = (P_C)^c(P_D)^d / (P_A)^a(P_B)^b

Conditions: Applicable only to gaseous components in the heterogeneous mixture

शर्तें: विषमांगी मिश्रण में केवल गैसीय घटकों पर लागू

इकाइयाँ: गैसीय मोलों के परिवर्तन पर निर्भर

Relation Between Kp and Kc Kp और Kc के बीच संबंध (Relation Between Kp and Kc)

K_p = K_c(RT)^Δn_g

Conditions: Ideal gas behavior for gaseous species; Δng counts only moles of gases

शर्तें: गैसीय प्रजातियों के लिए आदर्श गैस व्यवहार; Δng केवल गैसों के मोलों की गणना करता है

इकाइयाँ: इकाई विहीन या (RT)^Δng के अनुसार

Van 't Hoff Equation for Temperature Dependence तापमान निर्भरता के लिए वान्ट हॉफ समीकरण (Van 't Hoff Equation)

ln(K₂ / K₁) = (ΔH° / R) [(T₂ - T₁) / (T₁T₂)]

Conditions: Assumes standard enthalpy of reaction (ΔH°) remains constant over the temperature range

शर्तें: मानता है कि अभिक्रिया की मानक एन्थैल्पी (ΔH°) तापमान सीमा पर स्थिर रहती है

इकाइयाँ: इकाई विहीन

Equilibrium Constant for Heterogeneous Systems विषमांगी प्रणालियों के लिए साम्य स्थिरांक (Equilibrium Constant for Heterogeneous Systems)

K_c = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b

Conditions: Excludes pure solids and pure liquids from the expression

शर्तें: व्यंजक से शुद्ध ठोसों और शुद्ध द्रवों को बाहर रखा गया है

इकाइयाँ: सांद्रता की घातों के अनुसार

⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ

Exceptionअपवाद Concentration of pure solids is omitted from K expressionशुद्ध ठोसों की सांद्रता को K व्यंजक से हटा दिया जाता है

Observation: Solid solutions and alloys — In solid solutions, components do not maintain constant activity; their mole fractions must be included in the equilibrium quotient. प्रेक्षण: ठोस विलयन और मिश्र धातु — ठोस विलयनों में, घटक स्थिर सक्रियता (activity) नहीं बनाए रखते; उनके मोल अंशों (mole fractions) को साम्य भागफल में शामिल किया जाना चाहिए।

Exceptionअपवाद Dissociation pressure of a solid is independent of solid quantityठोस का वियोजन दाब ठोस की मात्रा से स्वतंत्र होता है

Observation: Microcrystalline or nanoparticle sized solids — Extremely small particles have higher surface free energy, altering the vapor pressure according to the Kelvin equation. प्रेक्षण: सूक्ष्म क्रिस्टलीय या नैनोपार्टिकल आकार के ठोस — अत्यंत छोटे कणों में उच्च सतह मुक्त ऊर्जा होती है, जो केल्विन समीकरण के अनुसार वाष्प दाब को बदल देती है।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र

Solid Cancellation Ruleठोस निरसन नियम (Solid Cancellation Rule)

Cross out (s) and (l), keep (g) and (aq)

Application: Instantly write the correct Kc or Kp expression by ignoring all terms marked with solid or pure liquid phases. अनुप्रयोग: ठोस या शुद्ध द्रव प्रावस्थाओं वाले सभी पदों को अनदेखा करके तुरंत सही Kc या Kp व्यंजक लिखें।

Delta n Counting Shortcutडेल्टा n गणना शॉर्टकट (Delta n Counting Shortcut)

Δn_g = Σn_products(g) - Σn_reactants(g)

Application: Only count coefficients of gases when calculating Δng for Kp = Kc(RT)Δn conversions. अनुप्रयोग: Kp = Kc(RT)^Δng रूपांतरण के लिए Δng की गणना करते समय केवल गैसों के गुणांकों को गिनें।

Decomposition Pressure Trickवियोजन दाब ट्रिक (Decomposition Pressure Trick)

K_p = P_gas

Application: For any solid decomposition yielding a single gas, the equilibrium constant is numerically equal to the partial pressure of that gas. अनुप्रयोग: एकल गैस उत्पन्न करने वाले किसी भी ठोस वियोजन के लिए, साम्य स्थिरांक संख्यात्मक रूप से उस गैस के आंशिक दाब के बराबर होता है।

⚖️ Homogeneous vs Heterogeneous Equilibrium ⚖️ समांगी बनाम विषमांगी साम्यावस्था

Parameterपैरामीटर	Homogeneous Equilibriumसमांगी साम्यावस्था	Heterogeneous Equilibriumविषमांगी साम्यावस्था
Phase Presenceप्रावस्था उपस्थिति	All reactants and products in a single phaseसभी अभिकारक और उत्पाद एक ही प्रावस्था में	Reactants and products present in two or more phasesअभिकारक और उत्पाद दो या अधिक प्रावस्थाओं में
Equilibrium Expressionसाम्य व्यंजक	Includes all species (gaseous or liquid solution)सभी प्रजातियों को शामिल करता है	Excludes pure solids and pure liquidsशुद्ध ठोसों और द्रवों को बाहर करता है
Effect of Adding Solidठोस मिलाने का प्रभाव	N/Aलागू नहीं	No effect on equilibrium concentrations or pressuresसाम्य सांद्रता या दाब पर कोई प्रभाव नहीं

🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)

The active mass of a pure solid is constant and convention assigns it a value of unity.
For CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g), Kp = PCO2.
Units of Kp depend directly on the change in gaseous moles (Δng).
Temperature increase favors endothermic heterogeneous reactions, raising the value of K.
Adding excess solid reactant to a heterogeneous system does not alter the yield of products.
Phase equilibrium between ice and liquid water is a classic example of a heterogeneous system.

शुद्ध ठोस का सक्रिय द्रव्यमान स्थिर होता है और परंपरा इसे इकाई (1) मानती है।
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) के लिए, Kp = PCO2 होता है।
Kp की इकाइयाँ सीधे गैसीय मोलों में परिवर्तन (Δng) पर निर्भर करती हैं।
तापमान में वृद्धि ऊष्माशोषी विषमांगी अभिक्रियाओं का पक्ष लेती है, जिससे K का मान बढ़ जाता है।
विषमांगी प्रणाली में अतिरिक्त ठोस अभिकारक मिलाने से उत्पादों की प्राप्ति (yield) नहीं बदलती।
बर्फ और तरल पानी के बीच प्रावस्था साम्यावस्था विषमांगी प्रणाली का एक उत्कृष्ट उदाहरण है।

🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)

Including the concentration or partial pressure of a pure solid in the equilibrium constant expression.
Forgetting that units of Kc and Kp change depending on stoichiometric coefficients.
Assuming that changing the amount of solid reactant will shift the equilibrium position.
Failing to convert Celsius to Kelvin when applying the Van 't Hoff equation.

साम्य स्थिरांक व्यंजक में शुद्ध ठोस की सांद्रता या आंशिक दाब को शामिल करना।
यह भूल जाना कि Kc और Kp की इकाइयाँ स्टोइकोमेट्रिक गुणांकों के आधार पर बदलती हैं।
यह मान लेना कि ठोस अभिकारक की मात्रा बदलने से साम्य स्थिति विस्थापित होगी।
वान्ट हॉफ समीकरण लागू करते समय सेल्सियस को केल्विन में बदलना भूल जाना।

Syllabus Sectionपाठ्यक्रम अनुभाग

Physical Chemistryभौतिक रसायन

Branch topics covered under official UP PGT Chemistry curriculum.आधिकारिक UP PGT रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के अंतर्गत शामिल विषय।

Molecular Velocity Of Gases → Mean Free Path → Collision Diameter → Liquefaction Of Gases → Joule Thomson Effect → Ideal Gases →

Full Chemistry Tracker →

Heterogeneous Equilibrium विषमांगी साम्यावस्था (Heterogeneous Equilibrium)

Phase Rule and Active Mass of Condensed Phases प्रावस्था नियम और संघनित प्रावस्थाओं का सक्रिय द्रव्यमान

Thermal Dissociation of Solids ठोसों का तापीय वियोजन (Thermal Dissociation)

Thermodynamics of Heterogeneous Phase Changes विषमांगी प्रावस्था परिवर्तनों की ऊष्मागतिकी (Thermodynamics)

⚡ Quick Revision: Heterogeneous Equilibrium ⚡ त्वरित रिवीज़न: विषमांगी साम्यावस्था (Heterogeneous Equilibrium)

Active Mass Convention सक्रिय द्रव्यमान परंपरा (Active Mass Convention)

Pressure Equilibrium in Solids ठोसों में दाब साम्यावस्था

Temperature Dependence तापमान निर्भरता

Application of Le Chatelier Principle ला-शातेलिए सिद्धांत का अनुप्रयोग

📚 Terms & Units Glossary 📚 पारिभाषिक शब्दावली एवं इकाइयाँ

🎯 Key Takeaways 🎯 महत्वपूर्ण निष्कर्ष (Key Takeaways)

📌 Quick Recall 📌 त्वरित स्मरण (Quick Recall)

⚖️ Key Differences ⚖️ महत्वपूर्ण अंतर (Key Differences)

❓ Practice Questions (18 MCQs)❓ अभ्यास प्रश्न (18 बहुविकल्पीय प्रश्न)

What is the correct expression for K_c for the reaction: C(s) + CO₂(g) ↔ 2CO(g)? अभिक्रिया C(s) + CO₂(g) ↔ 2CO(g) के लिए K_c का सही व्यंजक क्या है?

For the reaction CaCO₃(s) ↔ CaO(s) + CO₂(g), what is the relationship between K_p and P_CO₂? अभिक्रिया CaCO₃(s) ↔ CaO(s) + CO₂(g) के लिए, K_p और P_CO₂ के बीच क्या संबंध है?

Which of the following is a heterogeneous equilibrium? निम्नलिखित में से कौन सा एक विषमांगी (heterogeneous) साम्य है?

What is the value of Δn_g for the reaction C(s) + H₂O(g) ↔ CO(g) + H₂(g)? अभिक्रिया C(s) + H₂O(g) ↔ CO(g) + H₂(g) के लिए Δn_g का मान क्या है?

Why are pure liquids and solids omitted from equilibrium constant expressions? शुद्ध द्रवों और ठोसों को साम्य स्थिरांक व्यंजकों से क्यों हटा दिया जाता है?

What are the units of K_p for the reaction CaCO₃(s) ↔ CaO(s) + CO₂(g)? अभिक्रिया CaCO₃(s) ↔ CaO(s) + CO₂(g) के लिए K_p की इकाइयाँ क्या हैं?

In the thermal dissociation of solid mercuric oxide: 2HgO(s) ↔ 2Hg(g) + O₂(g), the expression for K_p is: ठोस मरक्यूरिक ऑक्साइड के तापीय वियोजन में: 2HgO(s) ↔ 2Hg(g) + O₂(g), K_p के लिए व्यंजक है:

What is the effect of adding a catalyst on a heterogeneous equilibrium? विषमांगी साम्य पर उत्प्रेरक जोड़ने का क्या प्रभाव पड़ता है?

Which condition is essential for establishing heterogeneous equilibrium in a closed vessel? बंद पात्र में विषमांगी साम्य स्थापित करने के लिए कौन सी स्थिति आवश्यक है?

What is the relationship between K_p and K_c when Δn_g = 0 in a heterogeneous reaction? जब एक विषमांगी अभिक्रिया में Δn_g = 0 हो, तो K_p और K_c के बीच क्या संबंध होता है?

🏛️ Exam Trends & Question Pattern🏛️ परीक्षा ट्रेंड एवं प्रश्न पैटर्न

⏱️ Timed Topic Test⏱️ समयबद्ध टॉपिक टेस्ट

Instructionsनिर्देश

Heterogeneous Equilibrium विषमांगी साम्यावस्था (Heterogeneous Equilibrium)

Phase Rule and Active Mass of Condensed Phases प्रावस्था नियम और संघनित प्रावस्थाओं का सक्रिय द्रव्यमान

Thermal Dissociation of Solids ठोसों का तापीय वियोजन (Thermal Dissociation)

Thermodynamics of Heterogeneous Phase Changes विषमांगी प्रावस्था परिवर्तनों की ऊष्मागतिकी (Thermodynamics)

⚡ Quick Revision: Heterogeneous Equilibrium ⚡ त्वरित रिवीज़न: विषमांगी साम्यावस्था (Heterogeneous Equilibrium)

Active Mass Convention सक्रिय द्रव्यमान परंपरा (Active Mass Convention)

Pressure Equilibrium in Solids ठोसों में दाब साम्यावस्था

Temperature Dependence तापमान निर्भरता

Application of Le Chatelier Principle ला-शातेलिए सिद्धांत का अनुप्रयोग

📚 Terms & Units Glossary 📚 पारिभाषिक शब्दावली एवं इकाइयाँ

🎯 Key Takeaways 🎯 महत्वपूर्ण निष्कर्ष (Key Takeaways)

📌 Quick Recall 📌 त्वरित स्मरण (Quick Recall)

⚖️ Key Differences ⚖️ महत्वपूर्ण अंतर (Key Differences)

❓ Practice Questions (18 MCQs)❓ अभ्यास प्रश्न (18 बहुविकल्पीय प्रश्न)

What is the correct expression for Kc for the reaction: C(s) + CO2(g) ↔ 2CO(g)? अभिक्रिया C(s) + CO2(g) ↔ 2CO(g) के लिए Kc का सही व्यंजक क्या है?

For the reaction CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g), what is the relationship between Kp and PCO2? अभिक्रिया CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g) के लिए, Kp और PCO2 के बीच क्या संबंध है?

Which of the following is a heterogeneous equilibrium? निम्नलिखित में से कौन सा एक विषमांगी (heterogeneous) साम्य है?

What is the value of Δng for the reaction C(s) + H2O(g) ↔ CO(g) + H2(g)? अभिक्रिया C(s) + H2O(g) ↔ CO(g) + H2(g) के लिए Δng का मान क्या है?

Why are pure liquids and solids omitted from equilibrium constant expressions? शुद्ध द्रवों और ठोसों को साम्य स्थिरांक व्यंजकों से क्यों हटा दिया जाता है?

Which factor will shift the equilibrium position of Fe(s) + 4H2O(g) ↔ Fe3O4(s) + 4H2(g) to the right? कौन सा कारक Fe(s) + 4H2O(g) ↔ Fe3O4(s) + 4H2(g) की साम्य स्थिति को दाईं ओर स्थानांतरित करेगा?

What are the units of Kp for the reaction CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g)? अभिक्रिया CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g) के लिए Kp की इकाइयाँ क्या हैं?

In the thermal dissociation of solid mercuric oxide: 2HgO(s) ↔ 2Hg(g) + O2(g), the expression for Kp is: ठोस मरक्यूरिक ऑक्साइड के तापीय वियोजन में: 2HgO(s) ↔ 2Hg(g) + O2(g), Kp के लिए व्यंजक है:

What is the effect of adding a catalyst on a heterogeneous equilibrium? विषमांगी साम्य पर उत्प्रेरक जोड़ने का क्या प्रभाव पड़ता है?

Which condition is essential for establishing heterogeneous equilibrium in a closed vessel? बंद पात्र में विषमांगी साम्य स्थापित करने के लिए कौन सी स्थिति आवश्यक है?

What is the relationship between Kp and Kc when Δng = 0 in a heterogeneous reaction? जब एक विषमांगी अभिक्रिया में Δng = 0 हो, तो Kp और Kc के बीच क्या संबंध होता है?

🏛️ Exam Trends & Question Pattern🏛️ परीक्षा ट्रेंड एवं प्रश्न पैटर्न

⏱️ Timed Topic Test⏱️ समयबद्ध टॉपिक टेस्ट

Instructionsनिर्देश

Test Resultपरीक्षा परिणाम

What is the correct expression for K_c for the reaction: C(s) + CO₂(g) ↔ 2CO(g)? अभिक्रिया C(s) + CO₂(g) ↔ 2CO(g) के लिए K_c का सही व्यंजक क्या है?

For the reaction CaCO₃(s) ↔ CaO(s) + CO₂(g), what is the relationship between K_p and P_CO₂? अभिक्रिया CaCO₃(s) ↔ CaO(s) + CO₂(g) के लिए, K_p और P_CO₂ के बीच क्या संबंध है?

What is the value of Δn_g for the reaction C(s) + H₂O(g) ↔ CO(g) + H₂(g)? अभिक्रिया C(s) + H₂O(g) ↔ CO(g) + H₂(g) के लिए Δn_g का मान क्या है?

What are the units of K_p for the reaction CaCO₃(s) ↔ CaO(s) + CO₂(g)? अभिक्रिया CaCO₃(s) ↔ CaO(s) + CO₂(g) के लिए K_p की इकाइयाँ क्या हैं?

What is the relationship between K_p and K_c when Δn_g = 0 in a heterogeneous reaction? जब एक विषमांगी अभिक्रिया में Δn_g = 0 हो, तो K_p और K_c के बीच क्या संबंध होता है?