أنواع التغيرات الحرارية

المعادلة الكيميائية الحرارية :

سؤال : اذكر شروط المعادلة الكيميائية الحرارية ؟

ü      أن تكتب الصيغ والرموز الكيميائية بشكل صحيح .

ü      أن تكون المعادلة موزونة .

ü      أن تكتب الحالات الفيزيائية للمتفاعلات والنواتج ، أسفل رمز العنصر أو المركب  }صلبة (s)، غازية (g)، سائلة (L)، محلول (aq) {

ü      أن تكتب قيمة ∆H في نهاية المعادلة بوحدات كيلو جول / مول ( KJ ) .

أي تكون إشارة H∆ موجبة للتفاعل الماص ، وتكون سالبة للتفاعل الطارد .

ü      إذا تم عكست المعادلة تعكس إشارة ∆Hإيضا .

ü      عند ضرب أو قسمة  المعادلة الحرارية برقم معين فإن المعادلة تضرب أو تقسم على نفس الرقم  .

علل : يجب كتابة الحالة الفيزيائية للمتفاعلات والنواتج في التفاعلات الحرارية ؟

ü      لأنها تؤثر على إجمالي كمية الطاقة المستهلكة أو المنطلقة .

أنواع التغيرات الحرارية : التغيرات الكيميائية والفيزيائية التي تحدث للمادة تكون مصحوبة أيضا  بتغيرات حرارية .

ý     تقسم التغيرات الحرارية إلى قسمين هما :

أ‌-        تغيرات حرارية فيزيائية : وهي تغيرات بسيطة لا ينتج عنها مواد جديدة ، مثل حرارة ( الذوبان – التبخير – التكثيف ) .

ب‌-     تغيرات حرارية كيميائية : وهي تغيرات معقدة وينتج عنها مواد جديدة . مثل حرارة  ( التعادل – الإحتراق – التكوين ) .

أولا : التغيرات الحرارية الفيزيائية :

1-     حرارة الذوبان : هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند إذابة مول واحد من المادة في كمية من المذيب تكفي للحصول على محلول مشبع .

ملاحظات :

§         حرارة الذوبان قد تكون منطلقة أو ممتصة .

§         المحاليل الناتجة من ذوبان المادة في الماء تكون مشبعة ( مركزة ) .

سؤال : ماذا يحدث في الحالتين التاليتين ؟  1- عند إذابة نترات الأمونيوم في الماء    2- عند إذابة هيدروكسيد الصوديوم في الماء

جدول ( 5  ) : يوضح مقارنة بين الحالتين السابقتين .

وجه المقارنة	عند إذابة نترات الامونيوم في الماء NH4NO3	عند إذابة هيدروكسيد الصوديوم في الماء NaOH
نوع الذوبان	ذوبان ماص للحرارة	ذوبان طارد للحرارة
ماذا يحدث	تنخفض درجة حرارة المحلول ويحتاج إلى تسخين للحصول على محلول مشبع	ترتفع حرارة المحلول ويحتاج المحلول إلى تبريد للحصول على محلول مشبع .
المعادلة	NH4NO3(s)           NH4+(aq)  +  NO3-(aq)∆H=+25.7KJ/mol	NaOH(s)          Na+(aq)  + OH-(aq) ∆H=-445 KJ/mole
الحالة	طاقة الشبكة البلورية أكبر من طاقة الإماهة	طاقة الإماهة أكبر من طاقة الشبكة البلورية

2-    

حرارة التبخير : هي كمية الحرارة الممتصة لتحويل مول واحد من الماء السائل إلى بخار ماء .

§         معادلة تبخير الماء :  

              H₂O_(L)         H₂O_(g)         

∆                                                                                                           ∆H= +40.7 KJ/mole                                                          

§         أي لتبخير مول واحد من الماء السائل يلزم إمتصاص حرارة قدرها  40,7 كيلوجول .

3-     حرارة التكثيف : هي كمية الحرارة المنطلقة عن تحويل مول واحد من بخار الماء إلى سائل .

§         معادلة تكثيف بخار الماء :                                             H₂O_(g)             

      ∆H = - 40.7 KJ/mole 

§         أي لتكثيف مول واحد من بخار الماء تنطلق حرارة مقدارها  40,7 كيلو جول .

1-     حرارة التعادل : هي كمية الحرارة المنطلقة نتيجة تكون مول واحد من الماء عند تعادل حمض مع قاعدة في المحاليل المخففة .

ملاحظات :

§         التعادل : 

هوإتحاد أيون ( H⁺) من الحمض مع أيون (OH^-) من القاعدة لتكوين الماء . H₂O        ^-         H⁺  + OH

§         تفاعلات التعادل يصاحبها إنطلاق حرارة .

§         في حرارة التعادل يجب أن تكون المحاليل مخففة ؟  علل

ü      لكي لا تؤثر حرارة التخفيف على حرارة التعادل أو لضمان حساب حرارة التعادل فقط دون حدوث تداخل بينها وبين حرارة التخفيف .

§         حرارة التعادل لحمض قوي مع قاعدة قوية قيمة ثابتة = -57.7 كيلوجول / مول ؟علل

ü      لان الأحماض القوية والقواعد القوية تتأين تأين تام في المحاليل .

ý     مثال : تعادل حمض الهيدروكلوريك مع هيدروكسيد البوتاسيوم وفقا للمعادلة التالية :

HCl   + KOH               KCl  + H₂O                  

                                                                                                                      ∆H=-57.7Kj/mole 

                                                                                   

§         حرارة التعادل لحمض ضعيف مع قاعدة قوية أو العكس تقل عن -57.7 كيلوجول / مول ؟    عللــــــــــــــــ

ü     

الأحماض القوية                                        القواعد القوية HCl  ,  H2SO4 ,   HNO3 ،،،،،،،     NaOH   ,  KOH  ,  Mg(OH)2

لأن الأحماض والقواعد الضعيفة تتأين جزئيا في المحاليل .

2-     حرارة الإحتراق القياسية  ∆H⁰c:هي كمية الحرارة المنطلقة عند إحتراق مول واحد من المادة إحتراقا تاما في وفرة من الأكسجين أو الهواء الجوي عند (25 مْ ، وضغط 1 جو ) .

·         الإحتراق: هوتفاعل المادة في وفرة الأكسجين أو الهواء الجوي وينتج عن ذلك كمية من الحرارة تسمى حرارة الإحتراق

ملاحظات :

·         تحترق معظم الفلزات واللافلزات مع الأكسجين وتكون أكاسيد

C_(s)   +  O_2(g)                                       →         CO_2(g)             

                                                                                                                 ∆H= -393.5KJ/mole

                                                                                    

·         تحترق المركبات العضوية المحتوية على الكربون والهيدروجين أو الكربون والهيدروجين والأكسجين وينتج ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء أو الماء  .

CH₃CH₂CH_3(g)    + 5O_2(g)            3CO_2(g)     +  4H₂O                                               

 = -2219.2 KJ/mole ∆H 

سؤال : ما هي الأجهزة التي تستخدم لقياس حرارة الاحتراق لكثير من المواد ؟

ü      تستخدم المسعرات لقياس حرارة الاحتراق مثل مسعر القنبلة .

خطوات قياس حرارة احتراق الإيثانول بطريقة مباشرة باستخدام مسعر القنبلة :

1-     يوضع واحد مول من عينة الإيثانول في وعاء العينة .

2-     توضع كمية وافرة من الأكسجين تحت ضغط ( 1 جو ) في وعاء العينة .

3-     يحاط وعاء القنبلة ( وعاء التفجير ) بكمية معينة من الماء .

4-     يتم إشعال الإيثانول باستخدام أسلاك توصيل كهربي فيحدث الإحتراق وترتفع درجة الحرارة وتنتقل إلى الماء الذي يحرك باستمرار لضمان توزيع وتساوي درجة الحرارة في المسعر كله .

5-     يتم تعيين  ∆Tوهي الزيادة في درجة حرارة الماء والمسعر ،  ∆T = ( T₂– T₁ ) .

6-     تحسب حرارة الإحتراق للإيثانول كما يلي :

v     حرارة الإحتراق = ثابت المسعر  × الارتفاع في درجة الحرارة ∆T)).

سؤال : كيف يمكن حساب حرارة الإحتراق القياسية لمادة ؟

 1 ) قياس الزيادة في درجة حرارة الماء والمسعر .      2) معرفة ثابت المسعر ( السعة ا لحرارية ) .

سؤال : ما أهمية معرفة حرارة الإحتراق القياسية للمواد ؟

1-    

معرفة حرارة التكوين لبعض المركبات العضوية التي لا يمكن قياس حرارة تكوينها مباشرة .

2-     تعيين القيم الحرارية للوقود و الأغذية المختلفة .

علل لما يلي  :

1-     يحرص خبراء الوقود على معرفة حرارة الإحتراق للمواد المستخدمة كوقود ؟

ü      وذلك لإختيارالأفضل منها .

2-     وجود آلة تحريك في مسعر القنبلة تعمل باستمرار عند قياس حرارة إحتراق مادة ؟

ü      وذلك لضمان توزيع وتساوي درجة حرارة الماء في المسعر .

3-     يصنع وعاء  القنبلة من الفولاذ ؟

ü     

شكل (1) يوضح مسعر القنبلة

( لأنه لا يتأثر بالحرارة العالية -  ومقاوم للصدأ  ) .

4-     تستخدم المسعرات لحساب حرارة الاحتراق ؟

ü      لأنها أجهزة معزولة حراريا .

سؤال : ما دور كل مما يلي ؟

1-     آلة تحريك الماء في مسعر القنبلة ؟

ý     تعمل على تحريك الماء باستمرار لضمان توزيع وتساوي درجة الحرارة في المسعر كله .

2-     الماء المحيط بوعاء التفجير في مسعر القنبلة .

ý     حساب حرارة الاحتراق القياسية عن طريق قياس الزيادة في درجة حرارته.

3-     الترمومتر في مسعر القنبلة .

ý     يستخدم لقياس الزيادة في درجة حرارة الماء و المسعر .

4-     وضع كمية كافية من الأكسجين تحت ضغط ( 1 جو ) في وعاء العينة .

ý     تحترق العينة وتنتقل الحرارة إلى الوعاء المحيط بوعاء التفجير

5-     الحالة الفيزيائية للمتفاعلات والنواتج في التفاعلات الحرارية .

ý     تؤثر على إجمالي كمية الطاقة المستهلكة أو المنطلقة .

1-     حرارة التكوين القياسيةH⁰_F∆ : هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تكوين مول واحد من المركب من عناصره الأولية في حالتها القياسية ( 1جو ، 25 مْ ) .

ملاحظات :

1-     تتساوى حرارة التفاعل ∆H = مع حرارة التكوينH⁰_F∆ عندما :

إذا كان الناتج مول واحد من المركب          ,  إذا كانت المتفاعلات عناصر أولية .

2-     حرارة الإحتراق تساوي حرارة تكوين المركب الناتج من التفاعل .

3-     حرارة التكوين القياسية للعناصر تساوي صفر مثل ( Fe  ,   O₂ ...... الخ ) .

4-     تفاعلات التكوين القياسية بعضها طارد وبعضها ماص للحرارة .

سؤال : ما أهمية حرارة التكوين القياسية ؟

الجواب : أهمية حرارة التكوين القياسية هي :

1)     حساب حرارة التفاعل بطريقة غير مباشرة .    2) معرفة مدى إستقرار المركب عند الظروف القياسية .

علاقة حرارة التكوين القياسية بثبات المركب من حيث التحلل الحراري :

1-     كلما كانت حرارة تكوين المركب كبيرة وسالبة كان المركب أكثر ثباتا وإستقرارا لا يميل للتحلل عند درجة حرارة الغرفة .

2-     كلما كانت حرارة تكوين المركب كبيرة وموجبة كان المركب أقل ثباتا وإستقرارا ويميل إلى التحلل التلقائي عند درجة حرارة الغرفة .