6.11:
حرارة التكوين القياسية
6.11:
حرارة التكوين القياسية
عادة ما يتم جدولة التغيرات في المحتوى الحراري للتفاعلات التي يكون فيها كل من المواد المتفاعلة والمنتجات في نفس الظروف. الحالة القياسية هي مجموعة شروط مقبولة بشكل عام تستخدم كنقطة مرجعية لتحديد الخصائص في ظل ظروف أخرى مختلفة. بالنسبة للكيميائيين، تشير الحالة القياسية IUPAC إلى المواد التي تخضع لضغط 1 بار والمحاليل عند 1 م من غير تحديد درجة الحرارة. تسرد العديد من الجداول الكيميائية الحرارية القيم بالحالة القياسية 1 atm. لأن قيمة ΔH للتفاعل تتغير قليلاً جداً مع هذه التغييرات الصغيرة في الضغط (شريط واحد = 0.987 atm)، فإن قيم ΔH (باستثناء القيم التي تم قياسها بدقة) هي نفسها بشكل أساسي في كلتا مجموعتي الشروط القياسية. يشير الرمز “o” العلوي في رمز التغير في المحتوى الحراري إلى الحالة القياسية. وبما أن درجة الحرارة المعتادة (ولكنها ليست قياسية من الناحية الفنية) هي 298.15 كلفن، فإن درجة الحرارة هذه ستفترض ما لم يتم تحديد درجة حرارة أخرى. وبالتالي، يُستخدم الرمز (ΔH°) للإشارة إلى التغير في المحتوى الحراري لعملية تحدث في ظل هذه الظروف. (يُستخدم الرمز ΔH للإشارة إلى التغير في المحتوى الحراري للتفاعل الذي يحدث في ظل ظروف غير قياسية).
تتوفر التغيرات في المحتوى الحراري للعديد من أنواع العمليات الكيميائية والفيزيائية في الكتابات المرجعية، بما في ذلك تلك المتعلقة بتفاعلات الاحتراق، وانتقالات المرحلة، وتفاعلات التكوين. وبما أن التغير في المحتوى الحراري لتفاعل معين يتناسب مع كميات المواد المستخدمة، فقد يتم الإبلاغ عنه على هذا الأساس (أي، باعتباره قيمة ΔH لكميات معينة من المواد المتفاعلة). ومع ذلك، غالبًا ما نجد أنه من المفيد تقسيم خاصية واحدة موسعة (ΔH) على خاصية أخرى (كمية المادة)، والإبلاغ عن قيمة مكثفة لكل كمّية من قيمة ΔH، والتي غالباً مايتم “تسويتها” على أساس كل مول.
حرارة التكوين القياسية
المحتوى الحراري المعياري للتكوُّن، تكون قيمة التغيّر في ΔHf° المحتوى الحراري للتفاعل الذي يتكون فيه مول واحد فقط من مادة نقية من عناصر حرة في أكثر الحالات استقراراً في ظل ظروف الحالة القياسية. وهذه القيم مفيدة بشكل خاص في حساب التغيرات في المحتوى الحراري أو توقعها للتفاعلات الكيميائية غير العملية أو الخطيرة في تنفيذها، أو للعمليات التي يصعب إجراء القياسات لها. باستخدام قيم حرارة التكوين القياسية المعروفة، يمكن تحديد التغير في المحتوى الحراري لأي تفاعل.
حرارة التكوين القياسية لغاز CO2 (g) هي −393.5 كيلوجول/مول. هذا هو التغير في المحتوى الحراري للتفاعل الطارد للحرارة:
تبدأ المواد المتفاعلة بضغط 1 atm و 25°C (مع وجود الكربون في صورة جرافيت، الشكل الأكثر استقراراً للكربون في ظل هذه الظروف) وتنتهي بمول واحد من CO2، كما في 1 atm و 25 °C. بالنسبة لثاني أكسيد النيتروجين، NO2 (g) ، تكون قيمة ΔHf° هي 33.2 كيلوجول/مول. هذا هو التغير في المحتوى الحراري للتفاعل الماص للحرارة:
معادلة التفاعل مع 1/2 مول من N2 و1 مول من O2 هي معادلة صحيحة في هذه الحالة لأن المحتوى الحراري المعياري للتكوّن يشير دائمًا إلى مول واحد من الناتج: NO2 (g).
إن المحتوى الحراري المعياري لتكوين عنصر في شكله الأكثر استقرارًا يساوي صفراً في ظل الظروف القياسية. على سبيل المثال، تكون حرارة التكوين القياسية للكربون (الجرافين) وغاز الأكسجين ثنائي الذرة وغاز النيتروجين ثنائي الذرة وفلز الصوديوم والزئبق السائل صفر في ظل الظروف القياسية.
هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.
Suggested Reading
- Hawk, Eric Leigh. "The calculation of standard enthalpies of formation of alkanes: Illustrating molecular mechanics and spreadsheet programs." Journal of chemical education 76, no. 2 (1999): 278.
- Mazzuca, James W., Alexis R. Downing, and Christopher Potter. "Empirically corrected electronic structure calculations applied to the enthalpy of combustion physical chemistry laboratory." Journal of Chemical Education 96, no. 6 (2019): 1165-1170.
- Jansen, Michael P. "The Cost of Converting a Gasoline-Powered Vehicle to Propane. A Practical Review Problem for Senior High School or Introductory Chemistry." Journal of Chemical Education 77, no. 12 (2000): 1578.