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

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 :
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 :

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

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 :


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 :

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 :


الحسابات :

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


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 :


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 :


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

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


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

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 :


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.


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 .


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)..
.


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 .

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...lapse_tcat.gif أدوات النادي 4
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

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

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

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 .