Chapter 6: Thermochemistry

Back to chapter

6.6:

المحتوى الحراري

JoVE Core
Chemistry

This content is Free Access.

JoVE Core Chemistry

Enthalpy

Previous Video
6.5: Quantifying Work

Next Video
6.7: Thermochemical Equations

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

تنتج بعض التفاعلات الكيميائية حرارة هائلة وتؤدي شغل علي المناطق المحيطة،مثل احتراق وقود الصواريخ،والذي يدفع المكوك الفضائي للانطلاق من الأرض. مجموع الحرارة،q،والشغل،w،هو التغيير في الطاقة الداخلية،ΔE كما جاء في القانون الأول للديناميكا الحرارية. في حالة التفاعلات الكيميائية،التي تشمل على الغازات و الموجودة عند الضغط الجوي،يكون الشغل المنجز،هو الشغل الميكانيكي المرتبط بتغييرات الحجم إما بالتمدد أو بالانكماش.وبالتالي فإن الشغل يساوي القيمة السالبة للضغط مضروبة بالتغيير في الحجم. استبدال w في القانون الأول للديناميكا الحرارية وإعادة ترتيب المصطلحات في المعادلة يوضح أن q تساوي ΔE،بالاضافة الي،P مضروبة في ΔV،يعبر عن تدفق الحرارة تحت ضغط ثابت. في التفاعلات الكيميائية الأخرى،مثل حرق الأخشاب لطهي الطعام،يكون القياس الكمي للحرارة المنبعثة لتسهيل الطهي،اكثر اهمية من،قياس مقدار الشغل التمددي المنجز على الأشياء المحيطة.لا نستخدم ΔE لظروف الضغط المستمر. لمناقشة تدفق الطاقة،على وجه الحصر،في صورة حرارة،هناك وظيفة ديناميكية حرارية جديدة المحتوى الحراري-يتم تعريفها. المحتوى الحراري،H،يساوي مجموع الطاقة الداخلية،وE،و شغل ضغط-الحجم،P-V.لأن الطاقة والضغط والحجم هي وظائف الحالة،المحتوى الحراري،هو أيضًا وظيفة حالة. لا يمكن أن تكون قيم المحتوى الحراري المطلقة لمواد معينة قابله للقياس. يمكن فقط تحديد التغيير في المحتوى الحراري.تغيير المحتوى الحراري،ΔH،يساوي التغير في الطاقة الداخلية،ΔE زائد P ضرب ΔV.بتذكر أن،التغيير في الطاقة هو مجموع الحرارة و شغل ضغط-الحجم،يمكن دمج المعادلات لاظهار أنه تحت ظروف الضغط المستمر،تساوي ΔH،الحرارة،q،المكتسبة أو المفقودة بواسطة النظام. إذا فقد النظام الطاقة من البيئة المحيطة على شكل حرارة كما في حرق الخشب ترتفع درجة حرارة البيئة المحيطة. يتم وصف ذلك من خلال إضافة علامة سالبة لـ q.وبالتالي،ΔH تصبح سالبة،و توصف هذه العملية بالتفاعل الطارد للحرارة. و علي العكس،إذا إكتسب النظام طاقة من الاجواء المحيطة،على شكل حرارة مثل التفاعل الذي يحدث داخل حزمة التبريد الكيميائي-فإنّالحرارة في المحيط تنخفض. تأخذ الحرارة،في هذه الحالة،علامة موجبة اصطلاحاًنظرًا لأن الطاقة الداخلية تمثل الحرارة والشغل،و هو ما يجعل ΔH موجب،و هذه العملية تسمي التفاعل الماص للحرارة.

6.6:

المحتوى الحراري

يستخدم الكيميائيون عادة خاصية تعرف بالمحتوى الحراري (H) لوصف الديناميكا الحرارية للعمليات الكيميائية والفيزيائية. يُعرَّف المحتوى الحراري بأنه مجموع الطاقة الداخلية للنظام (E) والناتج الحسابي للضغط (P) والحجم (V):

إن المحتوى الحراري هو دالة حالة. لا يمكن قياس قيم المحتوى الحراري للمواد المحددة مباشرةً؛ ولا يمكن تحديد سوى التغيرات في المحتوى الحراري للعمليات الكيميائية أو الفيزيائية. بالنسبة للعمليات التي تحدث عند الضغط الثابت (وهو شرط شائع للعديد من التغيرات الكيميائية والفيزيائية)، فإن التغير في المحتوى الحراري (ΔH) هو:

يمثل الناتج الرياضي PΔV العمل (w)، أي التوسع أو عمل الحجم والضغط. ومن خلال تعريفاتها، فإن العلامات الحسابية لـ ΔV ولـ “w” ستظل دوماً معكوسة:

يؤدي استبدال هذه المعادلة وتعريف الطاقة الداخلية عند الضغط الثابت (ΔE = q_p + w) في معادلة التغير في المحتوى الحراري إلى:

حيث أن q_p هو حرارة التفاعل في ظل ظروف الضغط المستمر.

وهكذا، إذا تم تنفيذ عملية كيميائية أو فيزيائية بضغط ثابت مع العمل الوحيد الذي تم إنجازه نتيجة للتوسع أو الانكماش (P-V عمل)، فإن التدفق الحراري (q_p) والتغير في المحتوى الحراري (ΔH) للعملية متساويان.

تساوي الحرارة الناتجة عن تشغيل موقد بنسن التغير في المحتوى الحراري لتفاعل احتراق الميثان الذي يحدث منذ حدوثه في الضغط الثابت للغلاف الجوي. عادة ما يجري الكيميائيون تجارب في ظل ظروف جوية طبيعية، بضغط خارجي ثابت مع q_p = ΔH، مما يجعل المحتوى الحراري الخيار الأكثر ملاءمة لتحديد التغيرات الحرارية للتفاعلات الكيميائية.

تشير القيمة السالبة للتغير في المحتوى الحراري، ΔH < 0، إلى تفاعل طارد للحرارة (الحرارة المعطاة للبيئة المحيطة)؛ وتشير القيمة الموجبة، ΔH > 0، إلى تفاعل طارد للحرارة (الحرارة الممتصة من المحيط). إذا تم عكس اتجاه المعادلة الكيميائية، يتم تغيير العلامة الحسابية لـ ΔH (العملية الماصة للحرارة في اتجاه واحد طارد للحرارة في الاتجاه المعاكس).

من الناحية المفاهيمية، ΔE (مقياس الحرارة والعمل) و ΔH (مقياس الحرارة عند ضغط ثابت) كلاهما يمثّلان التغيرات في وظيفة الحالة للنظام. في العمليات التي يكون فيها تغير الحجم، ΔV صغيراً (انصهار الجليد)، يكون ΔE و ΔH متطابقين. ومع ذلك، إذا كان التغير في الحجم كبيراً (تبخر الماء)، فسيكون مقدار الطاقة المنقولة كعمل غير مهمل؛ وبالتالي، تكون قيم كل من ΔE وΔH مختلفة بشكل كبير.

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

Suggested Reading

Canagaratna, Sebastian G. "A visual aid in enthalpy calculations." Journal of Chemical Education 77, no. 9 (2000): 1178.
Howard, Irmgard K. "H is for enthalpy, thanks to Heike Kamerlingh Onnes and Alfred W. Porter." Journal of chemical education 79, no. 6 (2002): 697.
Van Ness, Hendrick C. Classical thermodynamics of non-electrolyte solutions. Elsevier, 2015.

Tags

Enthalpy Chemical Reactions Heat Work Surroundings Combustion Rocket Fuel Space Shuttle Internal Energy First Law Of Thermodynamics Gases Pressure Volume Changes Heat Flow Constant Pressure Burning Of Wood Cooking Food Enthalpy Definition Thermodynamic Function