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 .. .. فلم أجد ..
إنما وجدته في موقع انجليزي اسمه Energy Changes in Chemical Reactions
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 ) :-

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