Back to chapter

6.7:

المعادلات الكيميائية الحرارية

JoVE Core
Chemistry
This content is Free Access.
JoVE Core Chemistry
Thermochemical Equations

Languages

Share

تحدث معظم التفاعلات الكيميائية عند الضغط الجوي. تحت ظروف الضغط المستمر،تغيير الحرارة المرتبط بالتفاعل دلتا Q،يساوي التغيير في المحتوى الحراري دلتا H،وتسمى أيضًا المحتوى الحراري أو حرارة التفاعل. المحتوى الحراري للتفاعل هو،الفرق بين المحتوى الحراري للنواتج والمواد المتفاعلة.عندما يكون المحتوى الحراري للنواتج أكبر من المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة،تكون دلتا H موجبة. مثل هذه التفاعلات تمتص الحرارة وتكون ماصة للحرارة. على العكس من ذلك،إذا كان المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة أكبر من المحتوى الحراري للنواتج،تكون دلتا H سالبة.مثل هذه التفاعلات تطلق الحرارة وتكون طاردة للحرارة. لأي تفاعل كيميائي،مقدار التغيير المصاحب في المحتوى الحراري،يعتمد على المقدار المكافئ من المواد المتفاعلة والنواتج،كما هو مبين بمعاملات المعادلة المتوازنة. المعادلة الكيميائية المتوازنة هي التي تشمل مراحل التسمية والمحتوى الحراري للتفاعل،دلتا H،و تسمى المعادلة الحرارية الكيميائية.لنضع في اعتبارنا،احتراق الميثان وهو مصدر أساسي للوقود. يطلق غاز الميثان المحترق الحرارة في المناطق المحيطة. الطبيعة الطاردة للحرارة للتفاعل يُشار إليها بالتغير السالب للمحتوى الحراري في المعادلة الحرارية الكيميائية.تظهر معادلة الاحتراق أنه،عندما يتفاعل مول واحد من غاز الميثان مع 2 مول من غاز الأكسجين،لإنتاج 1 مول من غاز ثاني أكسيد الكربون و 2 مول ماء سائل،فإنه يطلق حرارة 890.8 كيلو جول للمناطق المحيطة. النسبة المولية بين المواد المتفاعلة أو النواتج بالاضافة الي حرارة التفاعل،يمكن استخدامهما كعوامل تحويل لحساب الحرارة المتبادلة أثناء التفاعل. إذا كانت أسطوانة الغاز تحتوي على 25.5 كجم من الميثان،ويخضع كل غاز الميثان الموجود في الاسطوانة للاحتراق،ما هي كمية الحرارة التي سيتم إنتاجها؟بشكل عام،الخطة المفاهيمية هي تحويل الكتلة إلى مولات ثم المولات إلى حرارة التفاعل.للبدء،يتم ضرب 25.5 كجم في 1000 لإيجاد الكتلة بالجرام. ثم يتم قسمة كتلة الميثان على كتلتها المولية 16.0 جرام لكل مول للحصول على 1594 مول من الميثان. أخيرًا،باستخدام عامل التحويل بين مولات الميثان وحرارة التفاعل،1594 مول من الميثان يطلق 14.2 مرة و التي تمثل حرارة التفاعل.و تكون الاجابة بالسالب،لأن التفاعل طارد للحرارة،حيث تتدفق الحرارة في التفاعل.

6.7:

المعادلات الكيميائية الحرارية

بالنسبة إلى التفاعل الكيميائي (النظام) الذي يتم عند ضغط ثابت – مع العمل الوحيد الذي يتم نتيجة التوسع أو الانكماش – فإن المحتوى الحراري للتفاعل (الذي يسمى أيضاً حرارة التفاعل، ΔHrxn) يساوي الحرارة التي يتم تبادلها مع المحيط (qp).

Eq1

إن التغير في المحتوى الحراري هو خاصية شاملة، ويعتمد على كميات المواد المتفاعلة المشاركة في التفاعل (أو عدد المولات للمواد المتفاعلة). إن التغير في المحتوى الحراري خاص بالتفاعل، والحالات الفيزيائية لأنواع المادة المتفاعلة والمنتجات مهمة. يتميز التفاعل الطارد للحرارة بـ −ΔHrxn، بينما يكون للتفاعل الماص للحرارة +ΔHrxn value. 

نظراً لأن كمية الحرارة التي يتم إطلاقها أو امتصاصها بواسطة التفاعل تتطابق مع كمية كل مادة يتم استهلاكها أو إنتاجها بواسطة التفاعل، فمن الملائم استخدام معادلة كيميائية حرارية لتمثيل التغيرات في كل من المادة والطاقة. في المعادلة الكيميائية الحرارية، يظهر التغير في المحتوى الحراري للتفاعل على أنه ΔHrxn، ويتم تقديمه بشكل عام بعد معادلة التفاعل. يشير مقدار تكوّن ΔHrxn  إلى مقدار الحرارة المرتبطة بالتفاعل الموضح في المعادلة الكيميائية. تشير علامة ΔHrxn إلى ما إذا كان التفاعل طارد للحرارة أو ماص للحرارة، كما هو مكتوب. في المعادلة التالية، يتفاعل مول واحد من غاز الهيدروجين ونصف مول من غاز الأكسجين (عند درجة حرارة وضغط معينة) لتكوين مول واحد من الماء السائل (بنفس درجة الحرارة والضغط).

Eq1

تشير هذه المعادلة إلى أن 286 كيلوجول من الحرارة قد تم  تحريرها في المحيط. بمعنى آخر، يتم  إطلاق 286 كيلوجول من الحرارة (التفاعل طارد للحرارة) لكل مول من الهيدروجين يتم استهلاكه أو لكل مول من الماء الذي يتم إنتاجه. وبالتالي، فإن المحتوى الحراري للتفاعل هو عامل تحويل يمكن استخدامه لحساب كمية الحرارة التي يتم إطلاقها أو امتصاصها أثناء التفاعلات التي تتضمن كميات محددة من المواد المتفاعلة والمنتجات.

Eq1

إذا تم ضرب معاملات المعادلة الكيميائية في عامل ما (أي، إذا تم تغيير مقدار المادة)، فيجب ضرب التغير في المحتوى الحراري في هذا العامل نفسه.

(زيادة بمقدار الضعف)

Eq1

(انخفاض الكميات بمقدار الضعف)

Eq1

لتوضيح أن التغير في المحتوى الحراري للتفاعل يعتمد على الحالات الفيزيائية للمواد المتفاعلة والنواتج، فكر في تكوّن الماء الغازي (أو بخار الماء). عندما يتفاعل مول واحد من غاز الهيدروجين و ½ مول من غاز الأكسجين لتكوين مول واحد من الماء الغازي، يتم إطلاق 242 كيلوجول فقط من الحرارة، مقابل 286 كيلوجول من الحرارة، التي يتم إطلاقها عندما يتكوّن الماء السائل.

Eq1

Suggested Reading

  1. Canagaratna, Sebastian G. "A visual aid in enthalpy calculations." Journal of Chemical Education 77, no. 9 (2000): 1178.
  2. Keifer, David. "Enthalpy and the Second Law of Thermodynamics." Journal of Chemical Education 96, no. 7 (2019): 1407-1411.
  3. Khalil, Mutasim I. "Calculating enthalpy of reaction by a matrix method." Journal of Chemical Education 77, no. 2 (2000): 185.