6.12: حرارة التفاعل

يمكن استخدام قانون هس’ لتحديد التغير في المحتوى الحراري لأي تفاعل إذا كان المحتوى الحراري المقابل لتكوين المواد المتفاعلة والمنتجات متوفراً. يمكن تقسيم التفاعل الرئيسي إلى تفاعلات متدرجة: (i) تحلل المواد المتفاعلة إلى عناصر مكوناتها، والتي تتناسب التغيرات في المحتوى الحراري مع التغير السالب في حرارة تكوين المواد المتفاعلة، −ΔH_f° (المواد المتفاعلة)، يليها (ii) إعادة تجميع العناصر (التي تم الحصول عليها في الخطوة 1) لتكوين المنتجات، مع التغيرات في المحتوى الحراري بالتناسب مع حرارة تكوين المنتجات، تكون  ΔH_f° (المنتجات). وبالتالي فإن التغير القياسي في المحتوى الحراري للتفاعل الإجمالي يساوي: (ii) مجموع حرارة التكوين القياسية لجميع المنتجات بالإضافة إلى (1) مجموع سلبيات تكوين المواد المتفاعلة القياسية، كما هو محدد في المعادلة التالية، حيث أن رمز “مجموع” و n يمثّلان المعاملات المتكافئة للمواد المتفاعلة.

عادة ما تتم إعادة ترتيب المعادلة قليلاً ليتم كتابتها كما يلي:  

يوضح المثال التالي بالتفصيل سبب صحة هذه المعادلة وكيفية استخدامها لحساب التغير القياسي في المحتوى الحراري للتفاعل:

هنا، يتم استخدام الشكل الخاص لقانون هس’ وقيم حرارة التكوين للمواد المتفاعلة والمنتجات: ΔH_f° (HNO₃) = −206.64 كيلوجول/مول; ΔH_f° (NO) = +90.2 كيلوجول/مول; ΔH_f° (NO₂) = +33 كيلوجول/مول; ΔH_f° (H₂O) = −285.8 كيلوجول/مول.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.

للتفاعل الذي يحدث في ظل ظروف قياسية،يتم استخدام معادلة عامة لحساب تغير المحتوى الحراري القياسي للتفاعل. يتم حل هذه المعادلة من خلال إيجاد الفرق بين مجموع المحتوى الحراري القياسي لتكوين النواتج،و مجموع المحتوى الحراري القياسي لتكوين المتفاعلات،كل منهم مضروب في معامل التكافؤ الخاص به. لنضع في اعتبارنا احتراق 2 مول من غاز الأسيتيلين مع 5 مولات من غاز الأكسجين لتكوين 4 مولات من غاز ثاني أكسيد الكربون و 2 مول من بخار الماء في ظل الظروف القياسية.

المحتوى الحراري للتفاعل يساوي مجموع،أربعة أضعاف المحتوى الحراري لتكوين غاز ثاني أكسيد الكربون وضعفين المحتوى الحراري لتكوين بخار الماء،مطروحًا منه مجموع،ضعف المحتوى الحراري لتكوين غاز الأسيتيلين وخمسة أضعاف المحتوى الحراري لتكوين غاز الأكسجين. تُشتق معادلة المحتوى الحراري من دمج مفهومان:المحتوى الحراري القياسي للتكوين،وقانون هيس. يمثل المصطلح الأول المحتوى الحراري القياسي تشكيل النواتج تشكيل ثاني أكسيد الكربون من الكربون والأكسجين المعادلة 1،وتكوين الماء من الهيدروجين والأكسجين المعادلة 2.

المحتوى الحراري القياسي المعروف لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء سالب 393.5 كيلوجول وسالب 241.8 كيلو جول،على التوالي. بما أن الاحتراق ينتج 4 مولات من ثاني أكسيد الكربون،ستكون دلتا H1 هي المحتوى الحراري القياسي لتكوين ثاني أكسيد الكربون ضرب 4،والذي سيكون سالب 1574 كيلوجول. ينتج عن الاحتراق أيضًا 2 مول من الماء،لذا فإن التغير في المحتوى الحراري دلتا H2 يصبح المحتوى الحراري القياسي لتكوين الماء ضرب 2،والذي سيكون سالب 483.6 كيلوجول.

ينتج عن ذلك سالب 2058 كيلوجول باعتبارها المحتوى الحراري القياسي الصافي لتشكيل النواتج. بينما يمثل المصطلح الثاني تحلل الأسيتيلين الى الكربون والهيدروجين المعادلة 3. هذا هو عكس التفاعل للمحتوى الحراري المعياري لتكوين المادة المتفاعلة،وبالتالي فإنّقيمة المحتوى الحراري الخاص به 227.4 كيلوجول،مسبوقة بعلامة سالب،والتي يمكن رؤيتها أيضًا في معادلة المحتوى الحراري.

لأن التفاعل يستهلك 2 مول من الأسيتيلين،ستكون دلتا H3 هي سالب المحتوى الحراري القياسي لتكوين الأسيتيلين ضرب 2،وهو ما يساوي سالب 453.4 كيلوجول. المحتوى الحراري القياسي للتكوين للأكسجين هو صفر. لذلك،المحتوى الحراري القياسي الصافي لتكوين المواد المتفاعلة،هو سالب 453.4 كيلوجول.

لنتذكر من قانون هيس،أنه إذا تم تنفيذ تفاعل من خطوة واحدة في عدة خطوات،فإنّمجموع المحتوى الحراري لكل خطوة،يساوي صافي التغير في المحتوى الحراري. استبدال قيم المحتوى الحراري للتكوين في المعادلة،يعطي المحتوى الحراري للتفاعل،سالب 2511 كيلوجول.