تغيرات الطاقة في التفاعلات الكيميائية شرح كامل للكتاب

[أسيرة القمر]

كيف تكونت الفكرة ؟
أثناء تجوالي المضني في المواقع بالنت على أمل ايجاد موضوع باللغة العربية يعرض وحدة الكيمياء الحرارية بشكل عام وسلس ومتكامل وواضح ومبسط بحيث يسهل على الطلبة استيعابه .. http://www.bytocom.com/vb/images/smilies/cofused.gif .. فلم أجد ..
إنما وجدته في موقع انجليزي اسمه Energy Changes in Chemical Reactions (http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30/modules/module3/mod3bkgd.htm)
وجال بخاطري كم سيتعذب أبنائنا لايجاد مثل هذه المواضيع وبخاصة نحن المتخصصين تواجهنا مثل هذه المشكلات .. فقررت ترجمته ونقله لمنتدانا .. وسيسعدني كثيرا أي مداخلات على العمل لاصلاح ما لم يدركه فهمي للموضوع .. أو لتشاركوا في اثراء الموضوع ومعاونتي على تسهيل مفاهيم الكيمياء لطلبتنا
واشكركم سلفا

تغيرات الطاقة في التفاعلات الكيميائية


المقدمة :

في هذه الوحدة سنوفّر الفرصة للطلبة لاستيعاب تغيرات المحتوى الحراري (enthalpy ) المصاحبة للتفاعلات الكيميائية. وسنتعامل معها كنوعيات وكميات . وربما مراجعة التناظر الوظيفي والنماذج ونظرية الطاقة الحركية للجزيئات قد تساعد الطلبة لادراك كيف ترتبط التغييرات في الطاقة مع التغييرات التي تحدث على المستوى الذري.
وسيحتاج الطلبة إلى مهارة ترجمة المعلومات واستخلاصها من الرسوم البيانية والجداول والخرائط التوضيحية. وكما وسيلزمهم أن يقارنوا ما تم الحصول عليه من تغيرات في المحتويات الحرارية وبما هو موجود في بيانات طاقة الروابط ، وجداول حرارة التكوين , وتطبيقات قانون هس . ليقوموا بعد ذلك بمناقشة أسباب الاختلافات والتناقضات إن وجدت .
ومن المهم ربط التغيرات في المحتويات الحرارية مع عملية الاحتراق للكربون أساس الوقود لتوفير الطاقة لمجتمعاتنا. فثبات كل من جزيئات ثاني أ***د الكربون والماء, جعل من احتراق المركبات الهيدروكربونية طارد للحرارة بشكل مذهل. كما وسيتم مناقشة مساهمة ثاني أ***د الكربون بظاهرة الاحترار العالمي وتوضيح دوره فيها.
مناقشة العشوائية ( entropy ) والطاقة الحرة والحسابات الرياضية لتلقائية التفاعلات بشكل اختياري


المقدمة :

انظر إلى العالم من حولنا ! العالم الذي بنيناه اعتمادا على استخدامنا للطاقة. السيارات التي نقودها, والكهرباء التي تضيئ المصابيح وتشغّل الماكينات, اليناميت الذي نستخدمه في الانشاءات , والطرق التي بها نعمل على تدفئة منازلنا, كل هذا يعتمد على مدى كفاءتنا في استخدام الطاقة. فالطريقة التي نستخدم بها هذه الطاقة لذلك مهمة جدا لنا .

وهناك جانبان من استخدامات الطاقة يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار :

1. مصادر الطاقة التي نستخدمها
2. الطرق التطبيقية التي نبتكرها لاستخدام مصادر الطاقة بكفاءة.

نشاط : درسة مصادر الطاقة:

الاجراءات :

استراتيجية Jigsaw لاعطاء درس ( مصادر الطاقة ) :- (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?t=39643)

1. عيّن طلبة من 5 – 6 في المجموعات الأولية.
2. عيّن لكل طالب في المجموعة دراسة مصدر أو اثنين من مصادر الطاقة ( واحد متجدد والثاني غير متجدد )
3. يقوم الطلبة الذين لديهم مهمة دراسة نفس مصدر الطاقة بالاجتماع لمناقشة بحثهم .
4. سيكتب الطلبة تقارير صغيرة عن مصدر الطاقة ليقوموا بعرضعا على مجموعتهم الأصلية.
5. سيقوم كل طالب بشرح تقريره وعرضه على باقي مجموعته .

أنواع مصادر الطاقة :-

- متجددة : طاقة الرياح ، الطاقة الشمسية، الطاقة الحيوية، الخشب، الهيدروجين، طاقة الحرارة الارضية, الطاقة المائية.
- غير متجددة: الزيت ( البترول )، الغاز الطبيعي، فحم، الانشطار النووي ، الرمل الزيتي.

النقاط الواجب توضيحها لكل مصدر من مصادر الطاقة :

1. كم كمية الطاقة المنتجة من التفاعلات الكيميائية أو النووية ؟ ( كم التغير في المحتوى الحراري جول/مول ، كيلوجول/مول )
2. ما هي التغيرات التي تطرأ على الذرات والجزيئات في النظام حتى ينتج طاقة؟
3. ما مدى كفاءة مصدر الطاقة؟ بمعنى كم كمية الطاقة المستفادة ( المستخدمة من قبل المجتمع ) تنتج بالنسبة لمجموع الطاقة الموجودة بالمصدر ؟
4. حدد نوعية المصدر كونه متجدد أم غير متجدد ؟
5. حدد كلفة انتاج الطاقة من هذا المصدر؟
6. ما أثر مخلفات انتاج الطاقة من هذا المصدر واستخدامها على البيئة ؟

في المجموعة الأصلية سيقوم الطلبة بمناقشة :

1. أي مصدر من مصادر الطاقة هو الأكثر فعالية ؟
2. أي المصادر هو الأفضلة في أثره على البيئة؟
3. رتّب مصادر الطاقة بحسب تكلفة انتاجها ؟
4. أي المصادر يمكن اعتباره الأفضل؟ ولماذا؟
5. بيّن العوامل التي تؤثر على ايصال هذه المصادر للمستهلك العام. ( مثلا : كيف يمكن للمستهلك أن يستخدم الهيدروجين )؟

نشاط : استخدامات الطاقة :

إن العالم الذي نصنعه يعتمد على العمليات التي نستخدمها لانتاج الطاقة أو استهلاكها. وفي هذا النشاط سنتعرّف على العديد من التقنيات التي تستعمل تغيرات الطاقة الكيميائية والعمليات الأخرى.
1. على كل طالب أو مجموعة من الطلبة تصميم عرض يتم فيه تصوير إحدى التقنيات التي قامت بتطوير استخدام تغيرات الطاقة الكيميائية أو أي من العمليات الأخرى. التقنية يجب أن تكون متاحة للاستخدام سواء في البيوت أو المدارس أو حتى في المجتمع. .. وكمثال السيارة التي تستخدم الطاقة الكيميائية الناتجة من حرق البنزين.

2. النقاط الواجب مراعاتها في العرض :

a. وصف للتفاعلات الكيميائية او الفيزيائية أو النووية في التقنية المستخدمة.
b. مخطط لكيفية عمل التقنية في الاستفادة من الطاقة.
c. وصف لأي من خصائص عمل التقنية.
d. الاختلافات في التكنولوجيا وايجابياتها وسلبياتها.
e. المخلفات الناتجة من العملية وكيف تؤثر على البيئة .
f. هل العملية تستخدم الطاقة المتجددة أم الطاق الغير متجددة
g. وصف الأثر لجمع المواد الأولية على البيئة.

3. أمثلة على التقنيات :

a. السيارات
b. مواقد الغاز
c. الأفران ( العادية أو الكهربائية )
d. المتفجرات
e. الأدوات الكهربائية
f. مكيّفات الهواء
g. الثلاجات
h. الحزمات الحارة / الباردة

[أسيرة القمر]

الأسئلة الأساسية عن التفاعلات والطاقة :-

معظم الطاقة التي نستخدمها هذه الأيام ناتجة عن المصادر الكيميائية. وبما أن انتاج واستخدام الطاقة مهم جدا لذا سنقوم هنا بعمل دراسة حثيثة للتغيرات الكيميائية المرتبطة بالتفاعلات الكيميائية.
لنبدأ .. باستعراض الأسئلة الأساسية للموضوع :
1. ما نوع التفاعلات التي تحدث في نطاق الطاقة؟
2. ما مسببات حدوث التفاعلات الكيميائية؟
3. لماذا تقوم بعض التفاعلات بطرد الطاقة وأخرى بامتصاصها؟
4. ماذا يحدث للمواد الكيميائية على مستوى الجزيئات عندما تنطلق الطاقة منها أو تمتصها أثناء التفاعل؟

ما أنواع التفاعلات التي تحدث في نطاق الطاقة :

نشاط : مفهوم انواع التفاعلات :

من خلال مشاهدتك للصور التي تم وضعها في مجموعتين, قم بوضع الفرضيات عن الخصائص التي سمحت لنا – بشكل عام – بوضعها في مجموعة واحدة:

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2329

الحل:

- جميع الصور التي في المجموعة أ هي أمثلة لعمليات تعطي طاقة عندما تحدث. وتوصف هذه العمليات "بالطاردة للطاقة"
- جميع الصور التي في المجموعة ب هي أمثلة لعمليات تمتص طاقة عندما تحدث. وتوصف هذه العمليات "بالماصة للطاقة"

الآن ...... انظر للصور التي في الأسفل ثم قرر إلى أي المجموعتيين تنتمي بوضع دائرة على المجموعة الصحيحة ؟ ثم اذكر سبب اختيارك
ثبت اختيارك .. ثم تأكد من صحة إجابتك من الحل المرفق
هل تطابقت نتائجك مع فرضياتك ؟

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2330

لخص ما توصلت له من فرضيات نهائية من خلال اعتقاداتك المتعلقة بالصور المعروضة

الحل:

جميع التفاعلات, سواء كانت فيزيائية أو كيميائية أو نووية يمكن تصنيفها إلى طاردة للطاقة أو ماصة للطاقة في حالة ما أنها احتاجت للطاقة لتحدث أو أنها تنتج طاقة.

http://www.bytocom.com/vb/images/smilies/smile1.gif
لماذا تحدث التفاعلات الكيميائية ؟

قرر العلماء الكيميائيين أن العمليات الكيميائية تحدث بشكل تلقائي ( عفوي ) لسبيبين :
- عندما تكون طاقة المواد الناتجة أقل من طاقة المواد المتفاعلة ( متجه نحو الأقل طاقة). ومثل هذه التفاعلات تعطي طاقة للبيئة المحيطة بها، مثل اشعال عود الثقاب
- وعندما أيضا تكون النواتج أكثر عشوائية ( أقل ترتيب ) من المتفاعلات ( متجهة نحو العشوائية )

نشاط : تجربة عملية للتعرف على أنواع التفاعلات الكيميائية

الأدوات اللازمة :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2335

- 10 مل من 1 M من HCl ، 10 مل من 1,5 مل من حمض الأيثانويك ( CH3COOHاسيتيك ) ، 10غم (NaHCO3) Baking Soda، شريط المغنيسيوم ، كأسين ، ترمومترين

الاجراءات:

- ضع في كل كأس ترمومتر لقياس لمتابعة درجات الحرارة أثناء التفاعل
- ضع في الكأس الأول شريط المغنسيوم بطول 2 سم واسكب عليه 10 مل من 1M من HCl .وراقب درجة الحرارة ، سجّل ملاحظاتك .
- ضع في الكأس الثاني 10 غم من كربونات الصوديوم الهيدروجينية واسكب عليها 10 مل من محلول 1,5 M منCH3COOH .وراقب درجة الحرارة ، سجّل ملاحظاتك .

بسهولة بالإمكان إجرائها افتراضيا ببرنامج التمساح

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2334

أجب عن الأسئلة التالية :
- أي التفاعلين أطلق طاقة ؟ وأيهما امتص الطاقة ؟
- ما الدليل على أن الطاقة قد أطلقت أو أنها قد امتصت ؟
- اكتب معادلات التفاعل الحرارية ؟

الحل :
- تفاعل المغنيسيوم مع حمض الهيدروكلوريك يعتبر تفاعل طارد للطاقة وتفاعل الكربونات الصوديوم الهيدروجينية مع حمض الإيثانويك يعتبر تفاعل ماص للطاقة .
- الدليل على انطلاق الطاقة هو ارتفاع درجة حرارة التفاعل وانخفاض درجة الحرارة دليل على امتصاص الطاقة.
- Mg(s) + 2HCl(aq) ---> MgCl2(aq) + H2(g) + heat
- NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) + heat → CH3COONa(aq) + H2O(l) + CO2(g)

إذن .. لندرس تغيّرات الطاقة أثناء حدوث التفاعلات الكيميائية
كل التفاعلات – سواء كانت فيزيائية أو كيميائية أو نووية – عندما تحدث يرافقها نوعا تغيرات في الطاقة. لذا بإمكاننا أن نصنفها اعتمادا على أن التغيّر تضمن امتصاص للطاقة أو اطلاقها. وهذه التفاعلات تعرّف:
- طاردة للطاقة Exothermic : وهو التفاعل الذي تنطلق الطاقة من النظام إلى البيئة المحيطة
- ماص للطاقة Endothermic : وهو التفاعل الذي يمتص النظام الطاقة من البيئة المحيطة.

ماذا نقصد بالنظام والمحيط ؟

النظام تعني المواد التي حدث عليها التغيّر, سواء كان التغيّر فيزيائي أو كيميائي أو نووي.
المحيط ويعني وسط البيئة الذي فيه المواد.

كيف ستمتص الجزيئات الطاقة أو ستطلقها ؟

مجموع الطاقات في الجزيئات تسمى المحتوى الحراري الجزيئي molecular enthalpy. فالجزيئات تختزن الطاقة بعدة طرق وبحسب أشكالها. ويمكن تحديد نوعين من الطاقات:
1. الطاقة الحركية .. وتتضمن :
o الطاقة الاهتزازية ( التذبذبية ) : وتنتج عن حركات الذرات للأمام والخلف حول الروابط. وتتواجد هذه الحركة التذبذبية فقط بالمواد الصلبة وتزداد قوتها بزيادة درجة حرارة المواد الصلبة .
o الطاقة الدورانية : وتنتج عن دوران الذرات حول محاورها. وتكتسب الجزيئات الطاقة الدورانية عندما تتحول للحالة السائلة, وهي بدورها تزداد بزيادة درجة حرارة السائل.
o الطاقة الانتقالية : وتنتج عن حركة الجزيئات من مكان لآخر في خط مستقيم وأول ظهور للطاقة الانتقالية في الحالة الغازية , وأيضا تزداد بزيادة درجات الحرارة.
2. طاقة الوضع وهي تنتج من تنظيم الذرات وارتباطاتها في الجزيئات. وهذه الأشكال من الطاقات تتأثر عندما تتحول المواد من حالة الصلابة إلى حالة السيولة أو من حالة السيولة إلى الحالة الغازية أو من حالة الصلابة إلى تكوين المحاليل. ويمكن تقسيم قوى التجاذب هذه إلى:
- فان دير فال ( قوى لندن ) وتوجد ما بين الجزيئات الغير قطبية
- رابطة قطبيه ما بين الجزيئات القطبية والأيونية وتتضمن الرابط الهيديوجينية

3. طاقة الربط : يتم تخزين الطاقة عند تكوين الروابط أو قوى التجاذب بين الذرات في الجزيئات. وهذه الأشكال من الطاقة تنتج عندما تحدث التغيرات الكيميائية. فالطاقة يمكن أن تمتص وتختزن على شكل رابطة أو تنطلق عندما تنكسر الرابطة.
فعندما يحدث امتصاص للطاقة في النظام هذا يعني إن بعض من الطاقات المذكورة قد ازدادت . بينما لو أطلق النظام طاقة فإن هذا يعني أن الطاقة نتجت من أحد تلك الأشكال أو الروابط.

النشاط التالي سيوضح ما شرحناه :

نشاط : المحتوى الحراري للجزيئات

الأهداف :
- لوصف أشكال الطاقة التي تمتلكها الجزيئات
- لشرح كيف أن أشكال الطاقة تتغيّر إذا ما امتصت الجزيئات الطاقة أو فقدتها
- لعرض التغيرات في المحتوى الحراري للجزيئات.المواد اللازمة :
- بلورات من ثيوسلفيت الصوديوم (Na2S2O3)
- أنبوبة اختبار
- لهب بنسن أو مسخن
- صحن زجاجي
- ملقط
- بلورة من ثيوسلفيت الصوديوم بحجم حبة العدس
الاجراءات :
- ضع في أنبوبة الاختبار كمية كافية من ثيوسلفيت الصوديوم الصلبة . ولاحظ شكلها ولونها .
- سخّن أنبوبة الاختبار بلهب بنسن بحيث تتوزع درجات الحارة بالتساوي على المادة لحين انصهارها وتحوّلها تماما للحالة السائلة .
- اسكب المادة السائلة في صحن زجاجي .. وضع بلورة بحجم حبة العدس من ثيوسلفيت الصوديوم في وسط الصحن بهدوء
- سجل ملاحظاتك في جدول من تصميمك

بإمكانك رؤية التجربة ونتائجها في هذا الفيلم :

http://www.bytocom.com/vb/images/Eid-El-Ad7a/buttons/collapse_tcat.gif (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#) أدوات النادي 4 (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#)


الأسئلة :
لتجيب هذه الأسئلة عليك بإعادة قراءة موضوع المحتوى الحراري للجزيئات :
1. أي من أشكال الطاقة ( الحركية أم طاقة الوضع ) توجد في الحالة الصلبة من ثيوسلفيت الصوديوم ؟
2. عندما قمت بتسخين أنبوبة الاختبار, أي أشكال الطاقة أو الطاقات زادت في الجزيئات ؟
3. وعندما برّد الجزيئات, أي من أشكال الطاقة قلّت؟ وأي من أشكال الطاقة ستبقى سائده طالما ثيوسلفيت الصوديوم ظل في الحالة السائلة ؟
4. عند وضع بلورة الثيوسلفيت لتصل الجزيئات لحدود الحالة الصلبة, ما هي تغيرات الطاقة عند تحولها من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة ؟

تستغل هذه التغيرات في الطاقة بطريقة مفيدة لانتاج وسائد حرارية أو باردة والتي أصبحت الآن تستخدم بشكل واسع في مجالات مختلفة. لنقوم بإجراء النشاط التالي لنتعرف على الوسائد الحرارية والباردة بصورة أدق .

نشاط : الوسائد الحرارية والباردة

بحث في النت عن الوسائد الحرارية والباردة :

1. باستخدام الانترنت والمصادر الأخرى , قم بالبحث عن الوسائد الحرارية والباردة التجارية.
2. أسس مركز تعليمي لتعرض فيه وتوصف كيف تستغل المصانع التغييرات الفيزيائية والكيميائية الطاردة للطاقة لانتاج الوسائد الحرارية والماصة للطاقة في انتاج الوسائد الباردة. ويجب أن يحتوي المركز التعليمي على :
a. أنواع الوسائد المتوفرة في السوق
b. أمثلة لسلع تجارية منها
c. الفكرة العلمية لكيفية عمل الوسائد؟
d. العمليات الكيميائية والفيزيائية التي تستخدم لانتاج طاقة أو امتصاصها
e. المواد المحددة والعمليات التي تحدث داخل الوسادة
f. معادلات كيميائية موزونة للتغيرات التي تحدث معتمدا كلمة الحرارة كجزء من المعادلة

[أسيرة القمر]

لماذا التفاعلات التي تطلق الطاقة هي المفضّلة في الطبيعة؟

إن التغيرات في الطبيعة التي تميل إلى زيادة ثبات الذرات أو الأيونات في المركبات هي المفضّلة. فعندما تحدث التفاعلات الكيميائية فإن الروابط التي في المواد تقوم بإعادة ترتيب نفسها. وكما نعلم بأن تكوين الروابط تطلق طاقة, أما ت***رها فإنه سيحتاج لطاقة. فإذا كانت الطاقة الناتجة من تكوين الروابط أكبر من الطاقة الممتصة لكسر الروابط, فإن التفاعل هو طارد للطاقة.

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2336


الانتروبيا Entropy

المقدمة

يمكن للتفاعلات الكيميائية أن تكون إما طاردة للطاقة أو ماصة لها. ففي التفاعلات الطاردة للطاقة بشكل عام يقل المحتوى الحراري ( H ) الناتج عن ت***ر الروابط عن تكوينها مكونا ترتيبا ثابتا من الذرات والإلكترونات. هذه هي الحالة المفضلة في الطبيعة وتقود التفاعلات للحدوث.
فلماذ إذن تمتص التفاعلات الطاقة وبشكل عام ينتج عنها زيادة في المحتوى الحراري ( الطاقة ) ؟ الجواب أنه في مثل هذه الأنظمة سيكون هناك دائما زيادة في الانتروبيا. ما هي الانتروبيا وكيف ستزداد ؟

وجد العلماء أن هناك سبب آخر يؤدي لحدوث التفاعلات , وهو الميل نحو العشوائية . ودرجة العشوائية أو الفوضوية في النظام تسمى الانتروبيا entropy . وتعطى رمز S.
فالتغيرات التي تنتج مواد بعشوائية أكبر (+ S)هي المستحسنة في الطبيعة وتميل للحدوث. وهذه القائمة تبيّن أهم التغيرات ( بشكل عام ) التي تنتج عشوائية أكثر في المواد :
1. التحول من الصلابة إلى السيولة
2. التحوّل من السيولة إلى الغازية
3. التحول من الصلابة إلى الغازية
4. تكوين الخليط
5. زيادة حجم النظام من الغازات

في كل الأحوال, إذا كان التفاعل ماص للطاقة, فإن الانتروبيا للنظام يجب أن تزداد.
وعادة الميل للانتروبيا ونقصان المحتوى الحراري يعارضان بعضهما البعض. في التفاعلات الكيميائية يحدث التوازن ما بين المحتوى الحراري والانتروبيا إذا ما حدث بشكل عفوى وعند أي درجة حرارة.
لندرس بعض التفاعلات الكيميائية, ولنحاول أن نبيّن لماذا حدثت.

نشاط : المحتوى الحراري والانتروبيا
الهدف:

- لدراسة الأسباب التي تؤدي لحدوث التفاعلات الكيميائية
للأمن والسلامة : تأكد من لبس القفازات والكوت لحفظ ملابسك عند إجراء أي من التجارب التالية .
أجب عن الأسئلة بعد الانتهاء من العمل اعتمادا على المعلومات المشروحة للأنتروبيا

الاختبار 1 : تفاعل كربونات الصوديوم الهيدروجينية وحمض الأستيك
المواد اللازمة :

- كربونات الصوديوم الهيدروجينية ، حمض الأستيك ، أنبوبة اختبار ( 20 مل ) ،عود ثقاب .
الاجراءات :

http://www.bytocom.com/vb/images/Eid-El-Ad7a/buttons/collapse_tcat.gif (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#) أدوات النادي 4 (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#)

- أخلط ببطء 10 مل من 1 مول/لتر من كربونات الصوديوم الهيدروجينية مع 10 مل من 3 مولار من حمض الأستيك المخفف في أنبوبة إختبار
- لاحظ الناتج من التفاعل
- اشعل عود الثقاب وقربه من الغاز المتصاعد عند فوهة أنبوبة الإختبار ( لا تلقي بعود الثقاب داخل الأنبوبة, فقط قربها من الفوهة)
1. ماذا سيحدث ؟
2. وماذا يدل هذا بالنسبة للغاز المتصاعد؟

التفاعل قد حدث على مرحلتين. أولا حدث تفاعل إحلال مزدوج, فكوّن أسيتات الصوديوم وحمض الكربو***. محلول حمض الكربو*** بعدها سيتحلل إلى غاز وماء.
3. هل كان التفاعل طارد أم ماص للطاقة ؟
4. كيف يمكن أن تعرف ذلك ؟
5. اكتب المعادلة الكيميائية التي حدثت على مرحلتين وبيّن التغيرات في الحالات ثم بيّن إذا ما زادت العشوائية .
الاختبار 2 : احتراق الميثانول

المواد اللازمة :

- إيثانول ، قنينة بلاستيكية فارغة, عود ثقابالاجرءات:
- ضع 95% من الإيثانول في قنينة بلاستيكية نظيفه ( 100 مل ) .
- حرّك القنينة بحركة دائرية لمدة 2 دقيقة ثم ارجع الإيثانول لقارورته الأصلية .
- ثبت القنينة البلاستيكية لمدة 30 ثانية
- اشعل عود ثقاب ومررها على فوهة القنينة البلاستيكية بحذر .
1. ماذا يحدث ؟
2. ما المواد من الهواء التي تفاعل معها الإيثانول ؟ http://www.bytocom.com/vb/images/Eid-El-Ad7a/buttons/collapse_tcat.gif (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#) أدوات النادي 4 (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#)


احتراق كامل حدث ( النواتج هي ثاني أ***د الكربون والماء ) . أكتب معادلة حرارية موزونة للتفاعل الذي حدث )
3. هل هو تفاعل طارد للطاقة أم ماص للطاقة ؟
4. كيف تم معرفة ذلك ؟
5. هل الانتروبيا للنظام زادت ؟
6. عد عدد الجزيئات في المتفاعلات والنواتج, كيف يمكن هذا أن يساعدك لتقرر إن كانت الانتروبيا قد زادت ؟ الاختبار 3 :
المواد اللازمة :

- كلوريد الأمونيوم , ماء , كأس (100 مل ), ترمومتر
الاجراءات

- حضّر 100 مل من الماء وقس درجة حرارتها. زن 2,5 غم من كلوريد الأمونيوم ثم ضيفها إلى الماء في كأس سعته 250 مل .
1. ما التغير الذي حدث على درجة الحرارة ؟
2. علام يدل ذلك بالنسبة للتفاعل ؟

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2337

الناتج هو محلول أيوني. اكتب المعادلة الموزونة للذوبان الحاصل
NH4Cl (s) ------->_____________ (aq) + _____________(aq)
3. هل أنتروبيا النظام زادت نظرا للتغير في الحالة ؟

الاختبار 4 : ( عرض يقوم به المعلم)
المواد اللازمة :

- برمنجنات البوتاسيوم الصلبة، قطارة، حمض الكبريتيك المركز

الاجراءات :

- حمض الكبريتيك مادة حارقة قوية لذا يجب لبس القفازات ونظارات الحامية للأعين وكوت المختبر عند تنفيذ هذا العرض ( التجربة )
- شاهد عرض المعلم وهو يجري خطوات . ضع قطعة من برمنجنات البوتاسيوم جفنة خزفية في خزانة الغازات. ضع من 3 إلى 4 قطرات من حمض الكبريتيك المركز ( 18 مول/لتر ). ابتعد للخلف ثم لاحظ نتائج التجربة, فقد يلزمها عدة ثواني قبل أن تبدأ.

http://www.bytocom.com/vb/images/Eid-El-Ad7a/buttons/collapse_tcat.gif (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#) أدوات النادي 4 (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#)


- هل التفاعل ماص للطاقة أم طارد ؟
- ما الأسباب التي تجعل من هذا التفاعل أن يكون تلقائي ؟
- اكتب معادلة التفاعل الحرارية الموزونة ؟

الاختبار 5 :
المواد اللازمة :

- فلز النحاس ، حمض النيتريك المركز ، كأس (1000 مل ) أو مخبار مدرج.

الاجراءات :

- حمض النيتريك مادة حارقة , فيجب اتخاذ كل الاحتياطات من لبس القفازات وكوت المختبر وإجراء التجربة في غرفة الغازات

- في مخبار مدرج طويل ( أو 100 مل كأس ), ضع عملة نحاسية إو سلك نحاسي . أضف إليها 10 مل من حمض النيتريك المركز ثم لا حظ ماذا سيحدث ؟ . النواتج من هذا التفاعل سيكون محلول نترات النحاس اا والماء وثاني أ***د النيروجين


http://www.bytocom.com/vb/images/Eid-El-Ad7a/buttons/collapse_tcat.gif (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#) أدوات النادي 4 (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#)


1. ما لون غاز ثاني ا***د النيتروجين ؟
2. إلمس قاعدة الكأس . هل التفاعل طارد للطاقة أم ماص ؟
- اكتب معادلة حرارية موزونة تلك التي حدثت ما بين النحاس وحمض النيتريك
1. ما هي حالة النواتج التي تكونت ؟
2. قارن ما بين حالة المتفاعلات والنواتج. هل الانتروبيا ستزداد بهذا النظام ؟


الديناميكا الحرارية

دراسة الطاقة والطاقة الحركية تسمى بالديناميكا الحرارية. هناك قانين يحكمان انتقال الحرارة في الطبيعة ما بين الأجسام.

قوانين انتقال الحرارة :

1. القانون الأول للديناميكا الحرارية : قانون حفظ الطاقة
" الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من عدم , لإنما تتغير من شكل لآخر "
فالطاقة يمكن أن تكون في عدة أشكال مثل الضوء أوالحرارة أوالصوت. وهذا القانون يقرر بأن الطاقة قد تتحول من شكل إلى آخر, إنما أبدا تفقد من أي نظام مغلق

عندما يحدث تفاعل طارد للطاقة فإن بعض من المحتوى الحراري للجزيئات ( الطاقة التي في الجزيئات ) للنظام ستتحول إلى حرارة أو ضوء. وهذه الطاقة ستنطلق من النظام إلى المحيط. ومجموع الطاقة في النظام ستقل, بينما الطاقة في المحيط ستزداد بنفس الكمية. لذا يمكن أن نقول بأن :
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2341
أما عندما يحدث التفاعل الماص للطاقة فإن بعض من طاقة المحيط ستمتص من قبل النظام وتتحول لمحتوى حراري في الجزيئات.

2. القانون الثاني للديناميكا الحرارية :

" تنتقل الطاقة تلقائيا من الأجسام الأكثر حرارة إلى الأجسام الأبرد "

أن تعرف منذ كنت صغيرا بأنك ستحترق إذا ما لمست الموقد الساخن! وهذا أداء القانون الثاني للديناميكا الحرارية. فالموقد أسخن من جسمك’ لذلك ستنتقل الحرارة إلى يديك. وعندما تخرج في الجو البارد دون أخذ الاحتياطات من ملابس ثقيلة , فإنك ستصاب بلسعة البرد. وهذا مثال آخر على عمل القانون الثاني للديناميكا الحرارية. فالحرارة ستنتقل من جسمك إلى الهواء المحيط, عندما لا يوجد هناك حائل يحجز الحرارة في جسمك ويمنعها من الفقدان, فإن جلدك سيبرد وستصاب بلسعة البرد.

قيّم فهمك للموضوع :

1. ماذا يحدث بالضبط لجلدك عندما تصاب بلسعة البرد؟
2. حدد العامل الأساسي المسبب للسعة البرد واقترح طرق لعلاجها .
3. وضّح دور كل من القانونين الأول والثاني للديناميكا الحرارية في حدوث لسعة البرد ؟
4. طبّق نفس الأسئلة من 1 – 3 على حادثة حرق الجلد من الموقد .

[أسيرة القمر]

الفرق ما بين الحرارة ودرجة الحرارة :

عند دراسة التغير في الطاقة في الأنظمة فنحن بحاجة ماسة للتفرقة ما بين كلمتي الحرارة ودرجة الحرارة.
الحرارة : هي طاقة حرارية ( طاقة حركية ) تنتقل من جسم لآخر. وتقاس بوحدة الجول. وكما ذكرنا بأن الحرارة تنتقل تلقائيا من الأجسام الأعلى حرارة ( الساخنة ) إلى الأقل حرارة ( الأبرد ).
درجة الحرارة : هو مقياس لمعدل الطاقة الحركية للجسيمات المكونة للمادة.
فهمنا لمعنى الحرارة وكيف تختلف بالمعنى عن درجة الحرارة ليس دائما واضحا. والنشاط الذي سنتناوله في التالي سيساعد الطلبة لفهم الخلفية التي تكمن خلف نظريات الحرارة في أيامنا الحالية.

نشاط: دراسة تاريخ الحرارة :
ارجع للموقع :

The History of Heat (http://www.sciencebyjones.com/history_of_heat.htm)

[FONT=Tahoma]وترجم وأكتب ملخص عما احتواه الموقع عن تاريخ الحرارة ثم أجب عن هذا السؤال :
- فّسر ما هي الحرارة الكامنة في الماء مثلا .ووضح المفهوم بالكميات واشرح بشكل واضح

كيف أن القوى التي بين الجزيئات تؤثر على تغيّرات الطاقة.؟

بعض المواد تكون في نفس درجة الحرارة إلا أنها تنقل كميات مختلفة من الحرارة. ادرس العرض المخبري التالي ليساعد على شرح الفرق ما بين الحرارة ودرجة الحرارة. ثم أجب عن الأسئلة المتضمنه فيه

نشاط :عرض الحرارة درجة الحرارة :

1. ضع 10 حبات جوز و10 مسامير لهم نفس الاحجام في وعاء كبير
2. إملأ فنجانين بــ 50 مل من الماء لها درجة حرارة الغرفة. ثم قس درجة الحرارة لكل منها.
3. املأ الوعاء الكبير بالماء حتى تغطي المحتويات. ثم إغلي الماء واستمر بالغليان لمدة 5 دقائق لرفع درجة حرارة الحتويات
4. باستخدام الملقط خذ حبات الجوز وضعها في الفنجان المحتوي على الماء الأول. وقس التغيّر في درجات الحرارة الذي يحدث في الفنجان.
5. ثم خذ المسامير وضعها في فنجان الماء الثاني. وقس التغيّر في درجات الحرارة الذي سيحدث .

الأسئلة :

1. كم كانت درجة حرارة المسامير عندما كانت في الماء المغلية ؟
2. ما العامل المختلف ما بين حبات الجوز والمسامير ؟
3. ما السبب الذي جعل درجة الحرارة الماء الذي في الفناجين من أن تزداد ؟
4. أي من الفناجين اظهرت أكثر ارتفاعا في درجة حرارة الماء الذي فيه؟
5. بالرغم من أن كل من المسامير والجوز كانا في نفس الوسط وهو الماء المغلي, فلماذا كانت الزيادة في درجة الحرارة مختلفة في الفنجانين المتطابقين من حيث الظروف ؟
6. أكمل الجملة التالية :
الكميات المتساوية من المواد والتي في نفس درجات الحرارة ستنقل كميات مختلفة من الحرارة إذا ما كانت مختلفة في ......................
7. اعتمادا على التصريح السابق, اذكر الثلاث عوامل التي تحدد كمية الحرارة التي تنقلها المواد.

[أسيرة القمر]

حساب تغيرات الطاقة

بالإمكان قياس الطاقة في المختبر بسهولة قياس الحرارة. فكما شاهدت في العرض العلاقة بين كل من الحرارة ودرجة الحرارة. فكمية الحرارة التي تم نقلها تم قياسها بسهولة من خلال قياس التغير في درجة حرراة المحيط. فعندما يحدث تغيّرا في درجات الحرارة للمواد بدون حدوث تغيّرات كيميائية أو نووية, يكون هناك ثلاث عوامل تحدد كمية الحرارة Q التي ستمتصها المواد أو ستطلقها . وهذه العوامل الثلاث هي :

1. كتلة المواد m
2. سعة الحرارة النوعية للمواد ( مقياس لكمية الطاقة التي تمتصها المادة لترتفع درجة حرارتها 1oC
3. التغير في درجات الحرارة للمادة ∆ T

نشاط : ارسم العلاقة البيانية ما بين كل من :

1. الحرارة وتغيرات درجات الحرارة

a. ارسم بيانيا المعلومات التي يحتويها الجدول التالي والتي تمثل التغير في درجات الحرارة التي تحدث على 10 غم من عينة ألومنيوم عندما تضاف إليها كميات مختلفة من الحرارة.
b. ما نوع العلاقة الموجودة بين كل من الحرارة والتغيّر في درجات الحرارة.
c. احسب ميل الخط الواصل بين النقاط
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2342

2. الحرارة والكتلة

a. ارسم بيانيا المعلومات المذكورة في الجدول التالي والتي تمثل كتلة الكأس والتي تسبب تغير في درجة الحرارة مقدارها 10 ْ س عندما تضاف كميات مختلفة من الحرارة. اجعل الرسم ما أمكن دقيقا.
b. ما العلاقة الموجودة بين الحرارة المضافة وكتلة الكأس ؟
c. احسب ميل الخط الواصل بين النقاط .
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2343

التغير في المحتوى الحراري ( التغير في الطاقة في نطاق التغيرات الكيميائية أو النووية )

عندما تحدث التغييرات الكيميائية أو النووية لا تتغير الطاقة الحركية للنظام بل تتغيّر طاقة الوضع للجزيئات. لذا فإن الكيميائيين يضعون في اعتباراتهم مجموع الطاقات التي في النظام عند حسابهم لهذه التغيّرات في الطاقة. ويعرّف الكيميائيون مجموع الطاقة الداخلية للنظام عند ضغط ثابت بالمحتوى الحراري Enthalpy, ويرمز له بالرمز H. لا توجد هناك طريقة سهلة لقياس مجموع الطاقات في النظام لدي الكيميائيين, ولكن بإمكانهم قياس التغيّر الحادث على تلك الطاقات. ويمكن ذلك بمتابعة الذي يحدث للمحيط حول النظام . ويعبّر عن ذلك بالتغير في المحتوى الحراري ويرمز له بالرمز ∆ H
فإذا تم امتصاص الطاقة ( التفاعلات الماصة ) فإن المحتوى الحراري للنظام سيزداد وستأخذ علامة الموجب (+∆H). وإذا انطلقت الطاقة ( التفاعلات الطاردة ) فإن المحتوى الحراري سيقل وبالتالي ستأخذ إشارة الناقص ( -∆H)

الظروف المعيارية أو القياسية (SATP)

التغير في المحتوى الحراري (∆H) في التفاعلات تتغير بتغير الظروف المحيطة من درجات حرارة والضغط, لذا حدد الكيميائيون ظروف معينة ثابته وتسمى الظروف المعيارية. تحت هذه الظروف يتم قياس قيمة التغير في المحتوى الحراري (∆H). والظروف هي عند درجة حرارة 25 ْ س وضغط يساوي 100 كيلو باسكال .

[أسيرة القمر]

موازنة التغير في المحتوى الحراري

التغير في المحتوى الحراري للتغيرات الفيزيائية صغيرة جدا بالمقارنة مع التغيرات الكيميائية. كما وأن التغير في المحتوى الحراري للتفاعلات النووية كبيرة جدا بالمقارنة بالتغيرات الكيميائية . انظر للأسفل
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2345

التمثيل للتغيّر في المحتوى الحراري في التفاعلات

يعبّر الكيميائيون عن التغيّر في المحتوى الحراري بعدة طرق:

1. باستخدام الرسم البياني ما بين التغير في المحتوى الحراري وسير التفاعل ( الزمن )
2. باستخدام المعادلة الموزونة والمحتوي الحراري كجزء من المعادلة
3. باستخدام المعادلة الموزونة والمحتوى الحراري تكتب منفصلة ( ∆ H)

1. الطريقة البيانية

http://www.bytocom.com/vb/images/Eid-El-Ad7a/buttons/collapse_tcat.gif (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#) أدوات النادي 4 (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#)
كبسه على الزر اليمين .. ثم play .. http://www.bytocom.com/vb/images/smilies/biggrin.gif .. وسيعمل الفلاش
http://www.saskschools.ca/curr_conte...f/graphexo.swf (http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30/swf/graphexo.swf)

بعد دراسة العرض الفلاشي السابق كيف ستعبّر عن تغيرات الطاقة في التفاعل الماص مستخدما نفس طريقة الرسم البياني ؟
سيكون الجواب كالتالي

http://www.bytocom.com/vb/images/Eid-El-Ad7a/buttons/collapse_tcat.gif (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#) أدوات النادي 4 (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=214949#)
** لاحظ بن كميات تغير الطاقة يمكن أن تكتب على الرسم البياني وترسم بمقياس رسم ممثلا بشكل واقعي وصحيح لقيم التغير في الطاقة في التفاعل

2. استخدام المعادلة الكيميائية الموزونة والطاقة تكون جزء منها
3. هناك علاقة مباشرة بين كمية المواد التي تتفاعل وتنتج في المعادلة. والعامل الذي يحدد بالضبط العلاقة هو عامل المعادلة أو نسبة المولات ( في المعادلة الموزونة ). فمثلا في المعادلة التالية :

2H2 (g) + 1 O2 (g) ------> 2 H2O (l)......1

فإذا تفاعل مول واحد من الهيدروجين مع كمية مناسبة من الأكسجين فإن سيتكون مولا واحدا من الماء. وإذا تفاعل 2 مول من الأكسجين مع كمية كافية من الهيدروجين , فإنه سيتكوّن 4 مول من الماء.

ما هي العلاقة التي توجد بين كميات المواد المتفاعل أو الناتجة والتغير في المحتوى الحراري ( ∆H )؟

نشاط المختبر الجاف: مقدار التغير في الطاقة

ادرس الجدول التالي الذي يتضمن معلومات عن الطاقة المنطلقة من احتراق البروبان مع الأكسجين لانتاج ثاني أ***د الكربون والماء. كما في المعادلة الكيميائية التالية :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2346

1. ارسم بيانيا المعلومات الموجودة في الجدول, بحيث تضع التغير في الطاقة على المحور الصادي وكتلة غاز C3H8 المحترقة على المحور السيني. هل نتج عن ذلك خط مستقيم؟ وإذا كان احسب ميل الخط؟
2. على ماذا يدل الرسم البياني بالنسبة للعلاقة بين كتلة البوبان المحترقة وتغيّر الطاقة؟
3. احسب عدد مولات 10 غم من C3H8 . ثم احسب التغير في الطاقة / مول من غاز C3H8؟
4. طالما أن الحرارة قد انطلقت فيجب إضافتها لجهة المواد الناتجة في التفاعل. اكتب المعادلة الحرارية الموزونة ؟
5. إذا تم حرق 2 مول من غاز C3H8 كم سيكون التغير في الطاقة ( ∆H) ؟
6. إذن ما هي العلاقة التي بين المعادلة والتغير في الطاقة في التفاعل ؟

إن الحرارة الممتصة أو المنطلقة في التفاعلات الكيميائية أيضا تتغير مباشرة مثل تغير كميات المواد التي تتفاعل والكمية المضبوطة يمكن تعيينها بكمية التغير في الطاقة ∆H . فإذا ضاعفنا كمية المادة المتفاعلة فكأننا ضاعفنا التغير في الحرارة

ادرس التفاعل التالي ما بين الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء

2H2 (g) + 1 O2 (g) -----> 2H2O (l)....2

إذا تفاعل 1 مول من الأكسجين فإنه يطلق طاقة بمقدار kJ 572, فإن 2 مول من تفاعل الأكسجين ستطلق 1046 kJ
ولأن العلاقة مباشرة ومرتبطة, اصبح بالإمكان ادراج الطاقة في المعادلة.
في التفاعل الطارد للطاقة, فإن الطاقة تكتب مع النواتج.
في التفاعل الماص للطاقة، فإن الطاقة تكتب مع المتفاعلات.

مثال :

• الطارد للحرارة : تكتب مع النواتج
2Al (s) + 3Cl2 (g) ------> 2 AlCl3 (s) + 1408 kJ
وإذا ضاعفنا كمية المتفاعلات والنواتج فإن الحرارة ستتضاعف
4Al (s) + 6Cl2 (g) ------> 4 AlCl3 (s) + 2816 KJ

• الماص للحرارة : تكتب مع المتفاعلات
H2O + 286 kJ ------> H2 + 1/2 O2 (g)
وإذا ضاعفنا كمية المتفاعلات والنواتج فإن الحرارة ستتضاعف
2 H2O + 572 kJ ------> 2 H2 + 1 O2 (g)

3. بالرمز ∆H

الطريقة الثالثة التي يستخدمها الكيميائيون وتمثّل التغير في الطاقة هي الرمز ∆H. وفي هذه الحالة تكتب التغير الحراري منفصلا عن التفاعل. فإذا كان التفاعل طارد للطاقة فإن ∆H ستكون سالبة. وإن كان التفاعل ماص للطاقة فإن ∆H ستكون موجبة .
• طارد للطاقة ( قيمة - ∆H )
2Al (s) + 3Cl2 (g) ------> 2 AlCl3 (s) ...3
H∆ - = 1408 kJ
• ماص للطاقة ( قيمة +∆H )
2 H2O ------> 2 H2 + 1 O2 (g)
kJ 572= +∆H

- ماذا سيحدث إذا قسمنا عدد مولات المتفاعلات والنواتج للنصف في كل من التفاعلات السابقة ؟
الجواب:

ستقل قيمة المحتوى الحراري إلى النصف أيضا

[أسيرة القمر]

تدريبات على المحتوى الحراري :

1. لكل من التفاعلات التالية أعد كتابة المعادلة برمز ∆H لكل مول للمادة التي أسفلها الخط

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2347

2. باستخدام التقنية التي شاهدناها بعرض الفلاش (http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30/swf/graphexo.swf) لرسم المحتوى الحراري بيانيا, ارسم الرسم البياني المتوافق مع التغير في الطاقة التي تحدث في المعادلات السابقة. ( ضع المحتوى الحراري على المحور السيني وسير التفاعل على المحور الصادي )

3. لكل من التفاعلات التالية , أعد كتابة المعادلات بإدخال رمز ∆H واظهار في المعادلات مع عمل اللازم من موازنة عدد المولات والطاقة

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2348

[أسيرة القمر]

حسابات التغير في المحتوى الحراري ( عند حدوث التفاعلات الفيزيائية, أو الكيميائية , أو النووية )

التغير في المحتوى الحراري أو ∆H لكل تفاعل يكون خاص لكل تفاعل .وما سنبحث عنه هي العلاقة بين الحرارة المنطلقة أو الممتصة وبين كميات المواد المتفاعلة .. أكمل الرسم البياني التالي لنتوصل لهذه العلاقة .

نشاط : رسم بياني لإيجاد العلاقة بين الطاقة في التفاعلات وكميات المواد المتفاعلة

الهدف : إيجاد العلاقة ما بين الطاقة المنطلقة أو الممتصة في التفاعل الكيميائي وما بين كميات المواد المتفاعلة.

ادرس التفاعل التالي :
H2O (l) ------> H2O (g) ...1
إن المعلومات في الجدول التالي قد تم تجميعها بالتركيز على الحرارة الممتصة من قبل كمية محددة من الماء السائل عند تحوله لبخار في الحالة الغازية عند نفس درجة الحرارة اعتمادا على المعادلة السابقة.
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2349

اكمل الجدول السابق من حيث :
1. احسب عدد مولات الماء في كل تجربة .
2. ادرس المعلومات جيدا . ثم بيّن ما العلاقة ما بين الحرارة اللازمة للتبخير وكتلة الماء؟ (مثلا ركّز على تجربتي 1 و 4 )
o كم تزيد كتلة الماء في التجربة 4 عنها في التجربة 1 ؟
o كم تزيد كمية الحرارة اللازمة للتبخير في التجربة 4 عنها في التجربة 1 ؟ ( اقسم الارقام )
o ما العلاقة التي توصلت لها بين الحرارة اللازمة للتبخر وكتلة الماء . ( مثلا .. طردية ، ع***ا ، طردية تربيع ، طردية مرفوعه لأس ) ؟
3. مثّل المعلومات المتضمنة بالجدول بيانيا بحيث تكون الحرارة اللازمة للتبخير على المحور الصادي وكتلة الماء المتبخرة على المحور السيني . ورسم بياني للحرارة اللازمة للتبخير وعدد مولات الماء.
4. في كل رسم بياني ارسم خطا يوصل بين أكبر عدد من النقاط
5. ما العلاقة التي يعبّر عنها الخط المرسوم ؟
6. احسب ميل الخطوط ( إذا كانت مستقيمة ) ؟
7. إذا كانت العلاقة طردية ما ثابت العلاقة ( ميل الخط المستقيم ). ما وحدة الميل في كل رسم بياني منها ؟
8. إنشئ معادلة تربط ما بين كتلة الماء والحرارة اللازمة للتبخير للرسم البياني الأول وما بين عدد مولات الماء وكمية الحرارة اللازمة للتبخير في الرسم البياني الثاني . على منوال ..
الحرارة اللازمة = ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـ

لقد وجدنا بالنشاط السابق ،أن التغير في الطاقة في التفاعلات تتغيّر طرديا مع تغير عدد مولات المواد المتفاعلة أو المتكونة. والعامل الذي يحدد كمية الحرارة الممتصة أو المنطلقة هو ∆H للتفاعل.
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2350
هناك طريقتين يمكن استخدامهما لحساب التغير الحراري الحاصل خلال التغير الفيزيائي,أو الكيميائي أو النووي .

وسيتم مناقشة الطريقتين بالتفصيل ..

[أسيرة القمر]

الطريقة الأولى: استخدام المعادلة :

لحساب الحرارة الممتصة أو المنطلقة بإمكاننا تطبيق المعادلة التالية :

Q = n × H∆ substance

Q = الحرارة المنطلقة أو الممتصة أثناء التفاعل
n = عدد المولات
∆H = التغير الحراري المولاري ( التغير في الحرارة / مول ) للمواد في التفاعل
التغير الحراري المولاري للعديد من المواد في تفاعلات معينة يتم تعيينها من قبل الكيميائيين وتسجيلها في جداول مثل الجدول التالي ( ومثل هذه الجداول نجدها متداولة في الكثير من الكتب المدرسية أو أدلة المواد التعليمية )

مثلا ..

1. تبخير المادة ( تغير فيزيائي من السائل إلى الحالة الغازية )
2. أو انصهار المادة ( تغيّر فيزيائي من حالة الصلابة إلى السيولة )

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2351

3. الاحتراق ( احتراق المواد في كمية كافية من الأكسجين لانتاج ثاني أ***د الكربون والماء )
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2352


للمواد الأخرى في التفاعلات الأخرى لم يتم تسجيل التغير الحراري المولاري ولكن بإمكاننا اتباع هذه الاجراءات لحسابها . لتعيّن ∆H المواد( kJ /مول ) في المعادلات المعطية فقط عليّنا قسمة ∆H الموجودة مع المواد في المعادلة الموزونة

سؤال :

احسب التغير الحراري المولاري لــ CO2 (g) في تفاعل احتراق البيوتان التالي ؟
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2353

الحل:

التغير الحراري المولاري يساوي التغير الحراري للمعادلة مقسوم على عدد مولات CO2 (g)
H∆= 5315 kJ ÷ 8 mol = 664 kJ/ mol

إجراء مهم :

لحل حسابات التغير الحراري باستخدام طريقة المعادلات فإننا نحتاج للتالي :
- تحديد المعلومات المعطاة
- حساب عدد مولات المواد والتغير الحراري المولاري المرفقة مع المعادلة أو تعيينها من الجداول المرجعية - إذا لزم الأمر
- ادمج القيم في المعادلة ثم يتم حساب القيمة المطلوبة .

سؤال :

كم كمية الحرارة التي ستنطلق من احتراق 65 غم من البيوتان في القداحة ؟ اعتمادا على المعادلة التالية http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2353

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2354

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2355

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2356

[أسيرة القمر]

الطريقة الثانية : طريقة النسب لحساب التغير الحراري أثناء التغير في المحتويات الحرارية

بما أن هناك حرارة تطلق أو تمتص في أي من التغيرات الفيزيائية أو الكيميائية أو النووية فإنها تتناسب طرديا مع ∆H في المعادلة, وبهذه النسب يمكن استخدامها لحل المسائل التي تتضمن الحرارة وكميات المواد

ادرس جيدا التفاعل التالي :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2353


المعادلة تخبرنا بأن 8 مول من CO2 (g) تطلق طاقة بمقدار( 5317 kJ ), وبما أن العلاقة طردية فإن 2 مول ستطلق ربع كمية الحرارة يعني (1,329 kJ)

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2357

اجراءات مهمة :

1. احسب عدد مولات المواد المتفاعلة أو المتكونة
2. انشئ نسبة مستخدما المعادلة الموزونة والحرارة
3. جد الكمية المطلوبة

سؤال :

احسب كمية الحرارة المنطلقة من احتراق 25 غم من C4H10 (l) في كمية كافية من الأكسجين مستخدما المعادلة التالية :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2353

الحل:

1. نحسب عدد مولات C4H10 (l)
ع = الكتلة / الكتلة الذرية
ع = 25 غم / 58,14 غم/مول
ع = 0,4299 مول

2. التناسب

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2358

3. ايجاد قيمة x, بالضرب التبادلي
فتكون قيمة x = 1,142 kJ

4. اذن 1,1 kJ من الحرارة تنطلق عندما يحترق 25 غم من البيوتان

قيّم فهمك للموضوع

احسب كمية الحرارة الممتصة بــ kJ , عند تحلل 120 غم من أ***د الحديد ااا كما في التفاعل التالي :
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2359

اسئلة لتقييم ذاتك

فلتقم بحل المسائل السابقة التي كنا قد حللناها باستخدام المعادلة .. فلنحلها بطريقة التناسب
وهي التالية :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2356

سؤال اثرائي
الحرارة والعلاقة الطردية

اعتمادا على فكرة أن الحرارة الناتجة من التفاعلات الكيميائية تتناسب تناسبا طرديا مع كمية المواد المتفاعلة, أجب عن الأسئلة التالية :
1. احسب الحرارة الممتصة عندما تتحلل 140 غم من أ***د الحديد ااا اعتمادا على المعادلة
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2360
2. احسب كتلة الأكسجين المتكونة لو تم امتصاص 3,2 kJ من الطاقة
3. كم كمية الحرارة اللزمة لانتاج 1,5 كيلو غم من الحديد اعتمادا على المعادلة الموزونة السابقة

[أسيرة القمر]

الدرس الرابع : المسعّر
لقياس التغير الحراري المولاري عمليا

النظرية

يعيّن الكيميائيون التغير الحراري في النظام من خلال تعيينهم للتغير الحراري في المحيط. اعتمادا على القانون الأول للديناميكا الحرارية, فإن الكيميائيين يفترضون أن التغير في الطاقة في النظام سيكون مساويا للتغير في الطاقة في المحيط بشكل معاكس ..

E∆ للنظام = - E∆ للمحيط


E∆ للمحيط

يستخدم الكيميائيون التعيين التغير في الطاقة في المحيط , المواد التي تتغير درجات حرارتها. حتى يتمكنوا من حساب التغير في الطاقة في المحيط معتمدين على المعادلة الرياضية التالية :

Q = m * c * ∆t


Q = التغير في الطاقة أو التغيّر الحراري (J or kJ )
m = كتلة المادة في المحيط (g or kg)
c = سعة الحرارة النوعية (J/g *oC )
t ∆ = التغير في درجة حرارة المحيط

E∆ للنظام

لتعيين التغير في طاقة النظام يستخدم الكيميائيون المعادلة الرياضية التالية :

Q = n * ∆H substance


Q = التغير في الطاقة أو الحرارة (J or kJ )
n = عدد مولات المادة في النظام ( مول )
H substance∆ = التغير الحراري المولادر للمواد في التفاعل ( kJ / مول )

كما وأننا بالإمكان اشتقاق معادلة رياضية جديدة لحساب التغير الحراري المولاري

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2361

لغرض إجراء الحسابات باستخدام المسعّر
المعادلة الرياضية المستخدمة لحسابات التغير الحراري المولاري (H substance ∆) هي :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2362

وعلى من يستخدم تقنية المسعّر في حسابات التغير الحراري المولاري أن يعيّن أولا كل من :
1. كتلة المواد m في المحيط ( المسعّر )
2. السعة الحرارية النوعية c للمواد المحيطة بالنظام
3. التغير في درجة الحرارة في المحيط t∆
4. عدد المولات للمواد n في النظام ( التفاعل الحاصل )

مثال :

احسب التغير الحراري المولاري للتفاعل عندما يتفاعل 0,25 مول من مادة, وتسبب ارتفاع في درجة الحرارة 325 مل من الماء بمقدار 4,5 ْ س في كوب قهوة مسعّر .

الحل:

1. المعلومات المعطاة
a. عدد مولات المادة – 0,25 مول
b. كتلة المادة محيطه = 325 مل
c. التغير في درجة الحرارة = 4,5 ْ س
d. سعة الحرارة النوعية للماء = 4,19 جول / غم . ْ س
2. المطلوب حساب التغير الحراري المولاري
3. بتحليل المسألة وعمل خطة للحل سيكون باستخدام المعادلة :
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2362
4. وبالتعويض في المعادلة الرياضية وحل المسألة
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2363

[أسيرة القمر]

المسعّر :

يستخدم الكيميائيون المسعّر لإيجاد القيم السابقة :

1. أولا يحيطون النظام المتفاعل بمادة معلومة الكتلة وسعة الحرارة النوعية. ومن أفضل المحيطات وأكثرهن شيوعا كأس عازل والماء. ( يعيّن الكيميائيون عادة السعة الحرارية لمثل هذه المحيطات لجعل الحسابات أكثر سهولة )
2. يتم عزل النظام والمحيط حتى لا تنتقل الطاقة إلا بينهما. وهذا المحيط والنظام المعزولان يتم تسميتهما بالمسعّر.
3. يتم إيجاد كتلة المواد التي ستتفاعل وتؤدي التفاعل في المسعّر.
4. في النهاية, يتم قياس التغير في درجات الحرارة للمحيط.

نشاط : حسابات المسعّر

باستخدام المعادلة الرياضية التالية جد إجابات الأسئلة التالية : http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2364

1. طالب خلط 100 مل من 1,5 مول/لتر من حمض الكبريتيك مع 200 مل من 1,5 مول/لتر من هيدرو***د الصوديوم. كلاهما محاليل كانت درجة حراتيهما الابتدائية 19,67 ْ س وكانت أعلى درجة حرارة وصل لها المحلول المتفاعل المخلوط 34,06 ْ س

a. احسب عدد مولات n حمض الكبريتيك ( الحجم باللتر × التركيز ( مول/لتر )
b. احسب الحجم الكلي للمحلولين ( لكل من حمض الكبريتيك وهيدرو***د الصوديوم )
c. احسب كتلة المحلولين مجتمعان . مفترضا أن 1 مل = 1 غم
d. معتمدا على المعلومات التي في المسألة, احسب التغير الحراري المولاري لحمض الكبريتيك ومستخدما المعادلة :
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2364

الحل = 120 kJ / مول

2. احسب التغير الحراري المولاري لتصلّب فلز الغاليوم Ga إذا 10 غم من الغاليوم سببت رفع درجة حرارة 50 مل من الماء من 24 ْس إلى 27,8 ْس عندما تتصلب.

الحل : 5,68 kJ / مول

3. التغير الحراري المولاري للميثان (Hr =803 KJ/ مول ). احسب أقل كتلة من الميثان التي يجب أن تحترق لتسخين 4 لتر من الماء وترفع درجة حرارته من 22,4 ْ س إلى 87,6 ْ س, مفترضا أنه لم يتم فقد أي كمية من الحرارة ؟ ومفترضا أن ( 1 لتر من الماء = 1 كغم )

الحل :غم m = 21,8

4. جد درجة الحرارة المتوقع زيادتها لــ 1 لتر من الماء عندما يمتص كل الطاقة الناتجة من احتراق ذ غم من الأستلين C2H2 (g). علما بأن التغير الحراري المولاري لاحتراق الأستلين هو 1,29 KJ/ مول.

الحل :ْ س t = 11,69 ∆

5. في تجربة كيميائية, تم إضافة 10 غم من اليوريا NH2COHN2 إلى 150 مل ماء في كوب قهوة بسيط مسعّر . لوحظ أن درجة الحرارة قد تناقصت بمقدار 3,7 ْ س. احسب التغير الحراري لليوريا.

الحل = 13,92 kJ / مول

6. فني مختبر قام بإضافة 43,1 مل من حمض الهيدروكلوريك تركيزه 11,6 مول /لترإلى الماء ليكوّن محلول حجمه 500 مل . فارتفعت درجة الحرارة بمقدار 2,6 ْ س .
• احسب عدد مولات حمض الهيدروكلوريك المضافة ( التركيز مول/لتر × الحجم باللتر )
• حوّل الحجم النهائي للمخلوط إلى كتلة بحيث أن ( 1 مل = 1 غم ) . وهذه قيمة الـ m في المعادلة الرياضية.
• احسب التغير الحراري المولاري, مستخدما بقية المعلومات

الحل = 10,9 kJ / مول

[أسيرة القمر]

أنواع المسعرات :

1. كوب قهوة مسعّر

معظم التفاعلات تنفذ في محاليل. فالمسعّر الأرخص والأكثر فعالية هو كوب القهوة الفلين العازل. الماء والفلين هما المحيط والفلين يوفّر عزل كافي حيث أن معظم تفاعلات المحاليل تحدث نسبيا بسرعة. ترمومتر يستخدم لقياس التغيّر في درجات الحرارة لمحلول الماء. ويعتبرالماء نموذجي لهذا الغرض بسبب أن سعة حرارته النوعية كبيرة, وهذا يعني بأنه يستطيع أن يخزن كميات كبيرة من الحرارة بدون احداث تغير كبير في درجة حرارته. ( كما وأنها تستطيع أن تطلق كميات كبيرة من الحرارة لنفس السبب ). وهناك مواد أخرى, مثل الزيت بالإمكان استخدامه بدلا من الماء .
للتوفير حالة عزل إضافية بإمكاننا وضع كوبين من القهوة الفليني بداخل بعضهما البعض إذا ما لزم الأمر . وبإمكانك رؤية في الصورة التالية :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2365

2. المسعّر القنبلة ( ثابت الحجم )

بعض التفاعلات , مثل الاحتراق لا يمكن إجرائها في المحلول. ولغاية تعيين التغير الحراري المولاري لمثل هذه التفاعلات, يخصص الكيميائيون حجرة تسمى القنبلة حيث فيها يتم خلط المتفاعلات ويسمح لها بالتفاعل والاتحاد ولا يسمح لنواتج الاحتراق بالنفاذ. لهذا تم تسميتها بالمسعّرات ثابتة الحجم. القنبلة مصنوعة من مواد تنقل الحرارة بسهولة للمحيط ( على سبيل المثال النحاس ) وتكون قوية كفاية لتقاوم الضغط الناتج من التفاعلات. تحاط القنبلة بمواد تمتص أو تطلق الحرارة المتضمنة من التفاعل , وعادة ما يكون الماء.

3. المسعّر الشعلة :

المسعّر الشعلة أقل فعالية وأغلى سعرا ببساطة فإنه يتكون من صفيحة معدنية مليئة بالماء المعرض للحرارة الناتجة من الاحتراق. جهاز بسيط واضح بالصورة :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2366

[أسيرة القمر]

نشاط : مختبرات مسعّر فنجان القهوة

التغير الحراري المولاري للمحاليل

الهدف : حساب التغير الحراري لذوبان المادة الأيونية الصلبة

المواد اللازمة :

• كلوريد الأمونيوم (NH4Cl)
• كلوريد الكاليسيوم (CaCl2 )
• 100 – 200 مل من فنجان قهوة وغطاء
• مخبار مدرّج
• ماء ( ويفضل المقطر بدون شك )
• ترمومتر
• عصا تحريك

الإجراءات :

1. حضّر 100 مل من الماء المقطر باستخدام المخبار المدرج ثم قس درجة حرارته
2. ضع الماء في فنجان القهوة الفليني
3. زن 0,1 مول من كلوريد الأمونيوم
4. ضع هذه الكمية من كلوريد الامونيوم في الماء الذي في فنجان القهوة الفليني ثم غطيه. حرّك المادة الصلبة حتى تذوب .
5. سجّل أقل درجة حرارة سيصل لها المحلول .
6. فرّغ محتويات فنجان القهوة وإغسله ثم كرر الإجراءات الخطوات من 1 – 5 مع عينة ثانية من كلوريد الأمونيوم.
7. الآن كرر الخطوات من 1 – 6 مستخدما 0,1 مول من كلوريد الكاليسيوم .

البيانات :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2367

الحسابات :

1. احسب التغير الحراري المولاري ( ∆H ) لذوبان كلا المادتين الصلبتين. باستخدام المعادلة الرياضية التالية :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2362

m = كتلة المواد بــ كغم
c = السعة الحرارية النوعية للماء (4.19 J/g*oC)
t ∆ = التغير في درجة حرارة الماء الحاصل

نشاط مختبري : التغير الحراري المولاري لانصهار الثلج

الهدف : حساب التغير الحراري المولاري لانصهار الثلج

المواد اللازمة :

• 100 و200 مل فنجانين قهوة فلين وغطاء
• 100 مل مخبار مدرج
• ترمومتر
• ميزان إلكتروني
• ثلج
• ماء ساخن ( 50 ْ س )
• ورق للتنشيف

الإجراءات :

• جد كتلة كوبي القهوة والغطاء
• سخّن الماء في كأس 250 مل تقريبا حتى درجة حرارة 50 ْ س
• املأ كوب القهوة الفليني بــ 100 مل من الماء الساخن مستخدما المخبار المدرج لقياس الحجم
• قس درجة حرارة الماء
• جد كتلة الماء والكوب القهوة والغطاء
• احصل على ثلج مجروش ( تقريبا 15 – 20 غم ( حفنتين )
• جفف الثلج بورثق التنشيف لإزالة الماء الراشح عن سطحه
• سجل درجة حرارة الماء في كوب القهوة ( ثبّت القيمة كدرجة الحرارة الأبتدائية )
• ضع كوب القهوة وبما فيه من ماء على الميزان الإلكتروني ثم أضف ثلج كافي ليزيد الكتلة تقريبا بمقدار 15 غم ( لاحظ ليس من الضروري أن تكون الزيادة بالضبط 15 م ) . غط كوب القهوة الفليني وسجّل الكتلة النهائية للكل.
• حرّك الثلج حتى ينصهر كليا ثم سجّل درجة الحرارة النهائية لمحتويات كوب القهوة الفليني.

البيانات :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2368

الحسابات :

1. احسب كتلة الماء الموجود في مسعّر كوب القهوة بالــ كغم
2. احسب كتلة الثلج المضافة إلى المسعّر بالــ كغم
3. احسب عدد مولات الثلج المضافة ( كتلة الثلج بالــغم ÷ الكتلة المولية للماء ) = n
4. احسب التغير في درجة الحرارة للماء الذي في المسعّر ( درجة الحرارة قبل – درجة الحرارة بعد )
5. احسب التغير في درجة الحرارة الحاصل للثلج بعد انصهاره ( وهذه عبارة ع التغير من 0 ْ س إلى درجة الحرارة النهائية لخليط الثلج والماء )
6. الحرارة التي فقدها الماء الساخن في المسعّر يكون قد امتص بواسطة الثلج عند بدء انصهار ثم رفع درجة الحرارة الماء الناتج من الإنصهار إلى درجة الحرارة النهائية للخليط في المسعّر . فالمعادلات الرياضية المستخدمة لهذه التغيرات هي :

a. الحرارة المفقودة للمسعّر ومحتوياته

Q = m * c * ∆t


o Q = الحرارة بـــ KJ
o m = كتلة الماء بالمسعّر بالـــ كجم
o c = السعة الحرارية النوعية للماء (4.19 J/g * oC)
o t ∆ = التغير في درجة الماء في المسعّر

b. الحرارة المكتسبة بواسطة الثلج المنصهر

Q = ∆H * n


o Q = الحرارة بالــ كغم
o ∆H = التغير الحراري المولاري لانصهار الثلج
o n = عدد مولات الثلج

c. الحرارة المكتسبة بواسطة الثلج عندما اصبح ماءا ثم بدأت حرارته بالارتفاع حتى وصلت لدرجة الحرارة النهائية للخليط في المسعّر

Q = m* c *∆t


o Q = الحرارة بـــ KJ
o m = كتلة الثلج المنصهر بالـــ كجم ( نفس كتلة الثلج المضافة )
o c = السعة الحرارية النوعية للماء (4.19 J/g * oC)
o t ∆ = التغير في درجة الثلج بعد انصهاره

وبإمكاننا جمع المعادلات الرياضية السابقة كالتالي :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2369

7. عوّض القيم من البيانات المجمّعة من التجربة العملية في هذه المعادلات الرياضية واحسب التغيّر الحراري المولاري لإنصهار الثلج ( ∆H )

للمناقشة :

1. القيمة المتوقعة للتغير الحراري المولاري لإنصهار الثلج هي 6,03 KJ / مول. قارنها بالقيمة التي حصلت عليها من حساباتك مع زملائك . احسب % الخطأ منها كما الآتي :

% الخطأ = │( القيمة المحسوبة – القيمة المتوقعة ( 6,03 )) │÷ القيمة المتوقعة (6,03)

2. ما العوامل - باعتقادك - التي بإمكانها أن تزيد الخطأ الملاحظ بالتجربة ؟ ناقش على الأقل عاملين

[أسيرة القمر]

تفكير ناقد : حرارة الاحتراق

المقدمة :

لغرض حساب التغير الحراري المولاري للمواد فإنك بحاجة للتالي :
a. كتلة المادة المتفاعلة
b. كتلة المادة التي في المسعر والتي ستمتص الحرارة
c. سعة الحرارة النوعية للمادة التي ستمتص الحرارة
d. التغير في درجة حرارة المادة التي ستمتص الحرارة

واجب :

باستخدام المسعّر عيّن حرارة الاحتراق المولاري للبرافين بمعياره في شمعة بيضاء . الصيغة الكيميائية للبرافين هو C20H42

http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30/images/candle.jpg

أو

باستخدام المسعّر عيّن حرارة الاحتراق للبيوتان أخذ من القداحة. الصيغة الكيميائية للبيوتان C4H10

المطلوب :

- اكتب الإجراءات لتنفيذ التجربة
- نظّم البيانات والمعلومات التي جمعتها من التجربة في جدول
- تأكد بأنك نفذّت أكثر من تجربة لزيادة دقة نتائجك
- رتب خطوات حللك للحصول على التغير الحراري المولاري
- بيّن أي أخطاء قد تكون وقعت أثناء إجراء النتجربة
- استخد الانترنت أو أي مصدر معلوماتي آخر لتحصل على القيمة المتوقعة للمادة المحترقة
- قارن القيمة المتوقعة بما حصلت عليها من حساباتك وجد % الخطأ

[أسيرة القمر]

قانون هس :
حسابات التغير الحراري في التفاعلات نظريا

النظرية

لا نستطيع استخدام المسعّر لقياس التغير الحراري لتفاعلات معينة. ويمكن تصنيف هذه التفاعلات إلى نوعين :

1. تفاعلات لا يمكن فصلها عن التفاعلات الأخرى وتحدث في نفس الوقت
فمثلا , تكوّن أول أ***د الكربون من اتحاد الكربون والأكسجين. وهذا يحدث عند احتراق الكربون في الهواء, فإنه يتكون مركبان وهما ثاني أ***د الكربون وأول أ***د الكربون. ولا يمكن فصل تكون أول أ***د الكربون عن تكوّن ثاني أ***د الكربون! وبالتالي كيف يمكننا حساب التغيّر الحراري لتفاعل تكون أول أ***د الكربون .

2. التفاعلات التي تحدث ببطء شديد حتى أن فعالية المسعّر في القياس تنعدم
فمثلا, صدأ الحديد عملية بطيئة جدا , زالتغير في درجات الحرارة للمحيط صغيرة جدا للقياس .
ولغرض قياس الحرارة لمثل هذه التفاعلات ( التغير الحراري ), طوّر الكيميائيون طرق نظرية . وتعتمد هذه الطرق على أفكار بسيطة :

• مفتاح الفكرة 1: بعض الأنظمة المميزة مستقلة في طريقة النظام لأن يتغير من البداية حتى النهاية .

أمثلة لمفتاح الفكرة 1 :

ماذا بالضبط تعني الجملة ؟
عرض أحداث من الحياة قد تجعلنا من السهل فهمها

مثال 1 : الثروة الشخصية :

1. رجل كان مجتهدا مجدا طوال حياته وتقاعد عند الــ 55 ممتلكا ثروة شخصية بمقدار 2 مليون دولار
2. رجل آخر كوّن ثم أضاع 2 مليون دولار عدة مرات خلال حياته . ولكنه في الآخر عمره عند سن الــ 55 كان لديه 2 مليون دولار .
3. رجل آخر عاش معدما فقيرا حتى يوم تقاعده عند 55 , فاز باليانصيب ثروة بمقدار 2 مليون دولار

كل رجل من رجالنا عاش عمره. إلا أن كل حالة اتخذت منحنى مختلف و لكنها انتهت بالحصول على 2 مليون دولار .

إذن ثروتهم كانت مستقلة عن كيفية كانت حياتهم وأين عاشوا .


مثال 2 : النتيجة النهائية لمباراة رياضية

1. في بداية اللعبة سجّل الفريق الأول هدفين في أول شوط ولم يسجل أهداف مرة أخرى . بينما الفريق الثاني سجّل هدف في كل شوط . وانتهت المباراة بنتيجة 2 – 2 .
2. في مباراة أخرى , سجّل الفريق الأول هدف في كل شوط. بينما سجّل الفريق الثاني هدفين في آخر الوقت من الشوط الثاني . وانتهت المباراة بنتيجة 2 – 2

في كلا الحالتين النتيجة النهائية واحدة وهي 2 – 2 حتى ولو أن المباراتان كانتا مختلفتان.

فالنتيجة النهائية إذن مستقلة عن طريقة لعب المباراة .

مثال 3 : الإزاحة

1. طالب سافر من عمان عن طريق الزرقاء ليجتمع مع اصدقائه في اربد وكانت المسافة المقطوعة للوصول 113 كم
2. بينما زميله خرج من عمان ليلتقط زميل آخر في جرش وليصلان إلى إربد لنفس اللقاء مع اصدقائهم وكانت المسافة المقطوعة أيضا 113 كم
بدأ كلا من الطالبين من نفس النقطة, وانتهيا بنفس النقطة . إلا أنهما سافرا بطرق مختلفة , وقد كانت الإزاحة متساوية .

الإزاحة مستقلة عن الطريق المتبع . فهو يعتمد فقط على نقطة البداية ونقطة النهاية

عيّن الكيميائيون التغيرات الحرارية بشكل مستقل عن كيفية تغيّر النظام من البداية إلى النهاية .

وهذا يتولد عنه أفكار جديدة عن التفاعلات الكيميائية.

1. أولا : التفاعلات لا تحدث بخطوة واحدة , ولكن بعدة خطوات . وسمى الكيميائيون هذه الخطوات بآلية التفاعل .
2. ثانيا : أن التفاعلات يمكن أن تحدث من خلال عدة طرق مختلفة لتكتمل. وبالرغم من أن هذه الطرق أو الخطوات قد تكون مختلفة ومع ذلك يكون لها نفس النتائج .


تعريف قانون هس :

أول عالم اقترح هذه الفكرة ( واعتمد على الأدلة العملية ) هو ج.هـ. هس (1840 AD)..
.



H overall reaction = ∆H step 1 + ∆H step 2 + ∆H step 3 etc∆

اكتشاف هس يعني أننا نستطيع تعيين التغير الحراري للتفاعل بدون ضرورة لإجراءه عمليا باستخدام المسعّر وأخذ القياسات. فإذا عرفنا خطوات آلية التفاعل والتغير الحراري لكل من خطوة فبإمكاننا حساب التغير الحراري للتفاعل ككل .

[أسيرة القمر]

حسابات H ∆ باستخدام قانون هس

لغرض حساب H ∆ الكلية للتفاعل باستخدام قانون هس, فنحن نحتاج لإمكانية تشكيل وتعديل خطوات التفاعل حتى نستطيع جمعها والتوصل للتفاعل الكلي النهائي.

الخطوات المعدّلة :

يمكننا تعديل التفاعلات بطريقتين فقط, هما :

1. بإمكاننا عكس المعادلة الكيميائية بحيث يصبح اتجاه التفاعل من النواتج إلى لمتفاعلات .
عند فعل ذلك فإن قيمة H ∆ ستتغير إشارتها . لماذا ؟
2. بإمكاننا مضاعفة المعادلة الكيميائية بأي عامل شائع. وعند فعل ذلك علينا أن نجري نفس العملية على التغير الحراري للتفاعل وبنفس العامل.

على سبيل المثال :

C(s) + O2(g) -----> CO2 (g) + 393.5 kJ
فإذا 2 مول من CO2 (g) انطلقت في نهاية التفاعل فعلينا ضرب المعادلة الكيميائية بــ 2 لنحصل على التفاعل :
2C (s) + 2 O2 (g) -----> 2 CO2 (g) + 787 kJ

إجراءات مهمة :

حسابات التغير الحراري في التفاعل مستخدما قانون هس :

1. اكتب المعادلة الكلية للتفاعل إذا لم يعطيك إياها
2. إفصل معادلة التفاعل إلى خطوات تفاعل بحيث عند جمعها نحصل على التفاعل الكلي.
3. أضف المعادلات بحيث يتم حذف المواد الشائعه في التفاعلات أو النواتج
4. اجمع التغيرات الحرارية لكل من الخطوات لتحصل على التغير الحراري الكلي للتفاعل النهائي

http://www.bytocom.com/vb/images/Eid-El-Ad7a/buttons/collapse_tcat.gif (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?t=39638&page=2#) أدوات النادي 4 (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?t=39638&page=2#)
كبسة يمين .. ثم اختر play .. وسيعمل الفلاش http://www.bytocom.com/vb/images/smilies/biggrin.gif
http://www.saskschools.ca/curr_conte...f/hesslaw2.swf (http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30/swf/hesslaw2.swf)

المثال الأول من تطبيقات قانون هس

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2370

المثال الثاني من تطبيقات قانون هس

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2371

المثال الثالث من تطبيقات قانون هس

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2372
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2373

المثال الرابع من تطبيقات قانون هس

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2374

واجب :

احسب الــ H∆ لكل من التفاعلات التالية باستكمال الخطوات .(الإجابة الصحيحة ستكون مرفقة في أسفل كل سؤال لغاية التقييم ) .
ووضح في واجبك كل من :
b. كيف ترشدنا آلية التفاعل لعمليات التعديل التي نقوم بها للتوصل للإجابة
c. توضيح العمليات التي قمت بها لإعادة تشكيل الخطوات
d. عرض لعملية إضافة الخطوات. وما المواد التي تم حذفها وما هي المعادلة النهائية.
e. احسب H∆ للتفاعل

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2375
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2376

[أسيرة القمر]

طرق اخرى لحساب التغيرات الحرارية للتفاعلات باستخدام قانون هس :

1) استخدام حرارة التكوين
2) استخدام طاقات الربط

استخدام حرارة التكوين

حسابات H∆ باستخدام قانون هس والمعادلات تستغرق وقتا طويلا وكما أنها صعبة . هناك طرق أخرى لإيجاد H∆ للتفاعل باستخدام ما يعرف بحرارة التكوين. تفحص الرسم البياني الذي يمثل التغير في الطاقة خلال سير التفاعل الظاهر بالأسفل.

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2377

مفتاح الفكرة : لحسابات H∆ باستخدام حرارة التكوين



حرارة تكوين المواد المختلفة توجد بالقائمة التالي :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2378

قانون هس باستخدام حرارت التكوين :
فكرة حرارة التكوين تجعلنا نعيد صياغة قانون هس لحساب H∆ للتفاعلات ليكون :

حرارة التفاعل الكلي هو مجموع حرارة النواتج مطروح منها مجموع حرارة المتفاعلات .

كما في المعادلة الرياضية التالية :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2379

إجراءات مهمة :

لحساب H∆ التفاعل باستخدام المعادلة الرياضية السابقة فإننا نحتاج إلى :
1) موازنة المعادلة الكيميائية
2) تعيين حرارة التكوين من الجدول
3) تعويض حرارة التكوين في المعادلة الكيميائية مراعيا معاملات موازنة المعادلة ثم حلها

أمثلة للحسابات :

مثال 1 :

احسب H∆ للتفاعل التالي مستخدما حرارة التكوين
C3H8 (l) + ___O2(g)----> ___CO2 (g) + ___H2O (g___

الحل:

1) موازنة المعادلة :-
1C3H8 (l) + 5 O2 (g) ---> 3 CO2 (g) + 4 H2O (g).............1

2) عيّن حرارة التكوين للمركبات المطلوبة من الجدول :
C3H8 (l) = - 103 .8 kJ/mol
O2 (g) = 0 kJ/mol
CO2 (g) = -393.5 kJ/mol
H2O (g) = - 242.0 kJ/mol

3) عوّض عن القيم في المعادلة الرياضية ثم جد الجواب http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2379
H∆ = [ (3 * -393.5 kJ/mol) + (4 * -242.0 kJ/mol)] - [ ( 1 * -103.8 kJ/mol) + ( 5 * 0kJ/mol ) ]
H = - 2044.7 kJ∆

نشاط : لحساب حرارة التفاعل باستخدام قانون هس :

قيّم فهمك للموضوع عن طريق استكمال حل السؤال التالي ثم تأكّد من حلّلك

احسب حرارة التفاعل مستخداما حرارة التكوين للمركبات في المسألة :
__ Fe (s) + __CO2 (g) --->__ Fe2O3 (s) + __CO (g) (غير موزونة )

حرارة التكوين :

Fe = 0 kJ/mol
CO2 (g) = -393.5 kJ/mol
Fe2O3 (s) = -824.2 kJ/mol
CO (g) = - 110.5 kJ/mol

الحل لغرض التقويم :

الخطوة 1 : موازنة المعادلة لتصبح :
2 Fe (s) + 3 CO2 (g) --->Fe2O3 (s) + 3 CO (g)

الخطوة 2 :
تعيين حرارة التكوين للمركبات المطلوبة ( القائمة التي في المسألة )

الخطوة 3 :
تعويض القيّم في المعادلة للحل :
H∆ = [ ( 1 mol * -824.2 kJ/mol ) + ( 3 mol * -110.5 kJ/mol) ] - [ ( 2 mol * 0 kJ/mol) + (3 mol * -393.5 kJ/mol )]
H = -24.8 kJ∆

واجب :

حسابات باستخدام قانون هس وحرارة التكوين
في ورقة منظمة , احسب H∆ التفاعل الكلي للتفاعلات التالية باستخدام حرارة التكوين للمركبات الموجودة في الجدول, والمعادلة الرياضية لحساب التغير الحراري

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2379

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2380

[أسيرة القمر]

طاقات الربط ( للتفاعلات الكيميائية ):

عندما تحدث التغيرات الكيميائية فإن الروابط يعاد ترتيبها. تتكسّر الروابط في المواد المتفاعلة وتتكوّن روابط جديدة لتنتج المواد الناتجة.
انظر للتفاعل التالي
: C3H8 (l) + 5 O2 (g) ---> 3 CO2 (g) + 4 H2O (g).....1
فإن روابط البروبان والأكسجين يجب أن تنكسر لتعطي الفرصة لتشكّل روابط جديدة في النواتج ( ثاني أ***د الكربون والماء ) . حرارة التفاعل هي الفرق بين الطاقة اللازمة لكسر الروابط في المتفاعلات والطاقة المنطلقة من تكوين الروابط في المواد الناتجة.
طاقات الربط هذه تسمى معدل طاقة الروابط ويعيّن منها حرارة التفاعل وذلك من خلال تفحّص المواد المتفاعلة والناتجة لتحديد أي الروابط تم ت***رها أو تكوينها.

أمثلة :

1. انفصال ذرات الهيدروجين في جزيئه ( لتصبح ذرتا هيدروجين )

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2381

الطاقة اللازمة لت***ر الرابطة ما بين H-H هي 436.2 kJ

2. تم تعيين طاقة الربط في الرابطة C-H وذلك من خلال دراسة العديد من التفاعلات الهيدروكربونية مثل الغاز الميثان الذي تنكسر فيه الروابط ليعطي ذرات الكربون والهيدروجين.

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2382

وبما أن 4 روابط من C __ H يجب أن تنكسر فإنه يلزمها معدل طاقة = + 412.5 kJ
وباستخدام هذه الطريقة بتفحص التفاعلات الكيميائية , استطاع الكيميائيون تقدير الكثير من طاقات الربط للروابط المكسورة. وعند تكوّن الرابطة فإن طاقة الربط تكون بنفس المقدار إنما مختلفه بالإشارة. فمثلا عند تكوّن رابطة C __ H فإنها ستنطلق طاقة بمقدار - 412.5 kJ .
المعادلة الرياضية التي استخدمناها لحساب H∆ التفاعل سابقا :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2379

أعد صياغتها مستخدما طاقات الربط لحساب H∆ التفاعل.. ثم قم بإجابة السؤال التالي :

بيّن وجه الشبه والاختلاف ما بين المعادلتين الرياضيتن لحساب H∆ لكل من طريقة حرارة التكوين وطاقات الربط ؟

الحل :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2383

حسابات H∆ باستخدام طاقات الربط

لحساب H∆ باستخدام طاقات الربط بإمكاننا اتباع الخطوات التالية :
1. احسب عدد ونوع الروابط التي ستنكسر أثناء التفاعل والروابط التي ستتكون في المعادلة الموزونة . وهذا قد يضطرك لأن ترسم الجزئ لتتعرف أنواه الروابط الموجودة
2. اضرب عدد الروابط الموجودة بالجزئ بمعدل طاقة الربط
( بامكانك الحصول عليه من الجدول التالي الذي يمثل معدل طاقات الربط )

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2384

3. عوّض القيّم ي المعادلة الرياضية التالية لحساب H∆

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2385

مثال :

احسب الطاقة في تفاعل احتراق الميثان في جو من الكسجين لتكويّن غاز ثاني أكيد الكربون وبخار الماء, مستخدما طاقات الربط .
C3H8(g) + 5 O2(g) ----> 3 CO2 (g) + 4 H2O(g)

الحل : ( وبالاعتماد على جدول معدل طاقات الربط الذي في الأعلى )

1. يتم تحديد عدد ونوع الروابط التي ستنكسر في المتفاعلات وعدد ونوع الروابط التي ستتكوّن في النواتج.
http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2386

تطبيقات على حرارة التفاعل باستخدام طاقات الربط

1. مقارنة ما بين الطريقتين :

تم إيجاد H∆ لنفس التفاعل باستخدام كل من حرارة التكوين وطاقات الربط .وكانت النتيجة

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2387

احسب % الاختلاف في القيم مستخدما المعادلة التالية :
حيث أن الطريقة 1 نعني بها طريقة حساب H∆ باستخدام حرارة التكوين
والطريقة 2 نعني بها طريقة حساب H∆ باستخدام طاقات الربط

الحل:

% الإختلاف = │الطريقة 1– الطريقة 2 │÷ معدل الطريقتين

% الإختلاف = 2044.5│ - 2054.0 │÷ 2049.25
% الإختلاف = 0.46 %

2. أكمل النشاط التالي للمقارنة بين حسابات H∆ باستخدام كل من حرارة التكوين وطاقات الربط

حرارة الاحتراق :

a. باستخدام طريقتي حرارة التكوين وطاقات الربط .. والاستعانة بالجداول التالية :

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2378

http://www.bytocom.com/vb/uploader.php?do=get&id=2384

جد حرارة الاحتراق التام للمواد التالية . حرارة الاحتراق تعني أن كل مادة ستتحد مع الأكسجين O2 وستنتج غاز ثاني أ***د الكربون وبخار الماء.

Methane ( CH4(g ميثان
Methanol (CH3OH (l) ) ميثانول
Gasoline ( C8H18 (l) ) غازولين
Hydrogen ( H2 (g) ) هيدروجين

b. قارن قيم H∆ التي حسبتها بالطريقتين وجد % الاختلاف
c. اقترح بعض الأسباب لكون القيم التي حصلنا عليها من كلا الطريقتين غير متطابقتان .