[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:



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 ؟



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.


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 :



- 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



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 :

أدوات النادي 4

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