الكيمياء فصل ثاني

العاشر

icon

حساب التغير في المحتوى الحراري (Calculate Enthalpy Change) :

  • تختلف التفاعلات في آليات حدوثها وسرعتها حيث أن :

 أ) بعضها يحدث في ظروف صعبة لا يمكن توافرها في المختبر

ب) بعضها قد يستغرق حدوثه زمنًا طويلًا فيصعب قياس حرارة التفاعل بالمسعر والطرائق التقليدية

  • لذلك؛ يلجأ الكيميائيون إلى إستخدام طرائق نظرية لحساب التغير في المحتوى الحراري.
  • الطرائق النظرية التي يلجأ لها الكيميائيون لحساب التغير في المحتوى الحراري لأي تفاعل :

                 أ) حساب طاقة الرابطة

              ب) إستخدام قانون هيس

               جـ) حساب حرارة التكوين القياسية ΔHfo


  • القيمة الحرارية للوقود (Thermal Fuel Value):

" هي كمية الحرارة الناتجة عن حرق غرام واحد من الوقود حرقًا تامًا بوجود الأكسجين "

  • يتضح أن التفاعل الكيميائي:
  •  في المرحلة الأولى يتضمن تكسير الروابط بين ذرات المواد المتفاعلة وهذا يتطلب تزويد هذه الروابط بكمية كافية من الطاقة لتكسيرها وهذه الطاقة تسمى بـطاقة الرابطة
  • في المرحلة الثانية  تتكون روابط جديدة يرافق ذلك إنبعاث كمية من الطاقة وإنخفاض في طاقة المواد الناتجة وتبعًا لقانون حفظ الطاقة في التفاعلات الكيميائية فإن مجموع الطاقة التي تمتصها الروابط في المواد المتفاعلة والتي تنبعث عند تكوين الروابط الجديدة يمثل التغير في المحتوى الحراري HΔ

       نص قانون حفظ الطاقة : " إن مجموع الطاقة التي تمتصها روابط المواد المتفاعلة يساوي الطاقة التي تنبعث عند تكوين الروابط الجديدة "


  • تجدر الإشارة إلى أن :
  • كمية الطاقة اللازمة لكسر الرابطة (طاقة الرابطة ) تساوي كمية الطاقة الناتجة عن تكوينها لكن :
  • طاقة الروابط في المواد الناتجة تكون سالبة بسب إنبعاث الطاقة عند تكوين الرابطة.
  • تبين العلاقة الأتية كيفية حساب الحرارة المرافقة للتفاعل (ΔH) :

                                  H = B. Ere - B.Epr

حيث أن :

Σ B.E re: مجموع طاقة الروابط التي يتم تكسيرها في المواد المتفاعلة.

Σ B.E pr: مجموع طاقة الروابط التي يتم تكوينها في المواد الناتجة.


  • قانون هيس : (Hess’s Law)
  • تحدث الكثير من التفاعلات الكيميائية بخطوتين أو أكثر ويمثل مجموع هذه الخطوات المعادلة النهائية للتفاعل.
  • عندما كان التغير في المحتوى الحراري لا يعتمد على مسار حدوث التفاعل أو الخطوات التي يمر بها ويعبرُ عن الحالة النهائية للتفاعل ، توصل العالم الكيميائي جيرمان هنري هيس إلى أن :
  • التغير في المحتوى الحراري يساوي مجموع التغيرات الحرارية لخطوات حدوث التفاعل سواءً أحدث التفاعل بخطوة واحدة أم أكثر.
  • ينص قانون هيس على أن : " التغير في المحتوى الحراري للتفاعل يعتمد على طبيعة المواد المتفاعلة والناتجة، وليس على مسار التفاعل.
  • يمكن حساب التغير في المحتوى الحراري للتفاعل بإستخدام قانون هيس من خلال مجموع التغيرات في المحتوى الحراري للتفاعلات التي تمثل خطوات حدوث التفاعل أي أن: 

                                            H = H1 + H2 + H3 + ....

       وكذلك حرارة التفاعل الكلية تساوي مقدارًا ثابتًا، بغض النظر عن خطوات حدوث التفاعل.


حرارة التكوين القياسية (Standard Enthalpy of Formation) :( Hf°)

 

  • تعريفها: هي التغير في المحتوى الحراري الناتج عن تكوين مول واحد من المركب من عناصره الأساسية .
  • تشير الحالة القياسية إلى قياس التغير في المحتوى الحراري في ظروف قياسية
  • الظروف القياسية التي يتم فيها قياس التغير في المحتوى الحراري :

        أ) التركيز (1 mol/L)

      ب) درجة الحرارة 25 Cᵒ

       جـ) الضغط يساوي 1 atm

  • تستخدم حرارة التكوين القياسية في حساب التغير في المحتوى الحراري للتفاعل
  • طريقة حساب حرارة التكوين القياسية

التغير في المحتوى الحراري القياسي للتفاعل والذي يرمز له بالرمز ΔHof وهو الذي يساوي مجموع حرارة التكوين القياسية لجميع المركبات في التفاعل.

بالرموز :

Hf° = Hf(Pr)° - Hf(Re)°                  

     حيث أن : 

       ΔHofالتغير في المحتوى الحراري للتفاعل 

  ΔHf° (re): حرارة التكوين القياسية للمركبات المتفاعلة

ΔHf° (pr)  : حرارة التكوين القياسية للمركبات الناتجة .

  • تكون حرارة التكوين القياسية للمركبات الناتجة سالبة
  • تكون حرارة التكوين القياسية للعناصر الحرة تساوي صفرًا
  • الجدول الآتي يمثل قيم حرارة التكوين القياسية لعدد من المركبات؛ حيث تستخدم هذه القيم في حساب حرارة التفاعل القياسية أو التغير في المحتوى الحراري القياسي للتفاعل (ΔHof)

  • حساب حرارة التفاعل الكيميائي لكتلة معينة من المادة:
  • يعبر عن الطاقة المرافقة للتفاعل في المعادلة الكيميائية بكتابة حرارة التفاعل ضمن المعادلة
  • في المعادلات الطاردة للحرارة تكتب حرارة التفاعل في جهة المواد الناتجة
  • في التفاعلات الماصة للحرارة تكتب حرارة التفاعل في جهة المواد المتفاعلة
  • في كلتا الحالتين تعامل الطاقة معاملة المواد المتفاعلة أو الناتجة
  • يمكن التعبير عن حرارة التفاعل بكتابتها إلى جانب المعادلة وتسمى المعادلة بـ المعادلة الكيميائية الحرارية (The Thermochemical Equation)