حرارة الحل: كيف يتم حسابها ، التطبيقات والتمارين - جسدي - بدني - 2025

في الحرارة من حل أو المحتوى الحراري من الحل هو الحرارة التي يتم امتصاصها أو إطلاق سراحهم أثناء عملية حل كمية معينة من المذاب في المذيب، في ظل حالة من الضغط المستمر.

عندما يحدث تفاعل كيميائي ، فإن الطاقة مطلوبة لتكوين وكسر الروابط التي تسمح بتكوين مواد جديدة. الطاقة التي تتدفق من أجل حدوث هذه العمليات هي الحرارة ، والكيمياء الحرارية هي فرع العلم المسؤول عن دراستها.

المصدر: Pixnio.

أما بالنسبة لمصطلح المحتوى الحراري ، فيستخدم للإشارة إلى التدفق الحراري عندما تحدث العمليات الكيميائية في ظل ظروف ضغط ثابت. يُنسب إنشاء هذا المصطلح إلى الفيزيائي الهولندي Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) ، وهو نفس الشخص الذي اكتشف الموصلية الفائقة.

كيف يتم حسابها؟

للعثور على المحتوى الحراري ، يجب أن نبدأ من القانون الأول للديناميكا الحرارية ، والذي يعتبر أن التباين في الطاقة الداخلية ΔU لنظام ما يرجع إلى الحرارة الممتصة Q والعمل W الذي قام به عامل خارجي:

حيث الشغل هو التكامل السالب على الحجم الكامل لمنتج الضغط والتغير التفاضلي في الحجم. هذا التعريف يعادل التكامل السلبي للمنتج القياسي للقوة وناقل الإزاحة في العمل الميكانيكي:

عند تطبيق حالة الضغط الثابت المذكورة أعلاه ، يمكن أن تخرج P من التكامل ؛ لذلك فإن الوظيفة هي:

-التعبير عن المحتوى الحراري

إذا تم استبدال هذه النتيجة بـ Δ U نحصل على:

تسمى الكمية U + PV المحتوى الحراري H ، بحيث:

يقاس المحتوى الحراري بالجول لأنه طاقة.

المحتوى الحراري للمحلول

المكونات الأولية للمحلول هي مذابة ومذيب ولها محتوى حراري أصلي. عندما يحدث هذا الانحلال ، سيكون له المحتوى الحراري الخاص به.

في هذه الحالة ، يمكن التعبير عن التغير في المحتوى الحراري بالجول على النحو التالي:

إما في شكل المحتوى الحراري القياسي ΔH ^o ، حيث تكون النتيجة في الجول / مول

إذا أعطى التفاعل حرارة ، تكون علامة ΔH سالبة (عملية طاردة للحرارة) ، إذا كانت تمتص الحرارة (عملية ماصة للحرارة) ستكون العلامة موجبة. وبطبيعة الحال ، فإن قيمة المحتوى الحراري للمحلول تعتمد على تركيز المحلول النهائي.

التطبيقات

العديد من المركبات الأيونية قابلة للذوبان في المذيبات القطبية ، مثل الماء. محاليل الملح (كلوريد الصوديوم) في الماء أو المحلول الملحي شائعة الاستخدام. الآن ، يمكن اعتبار المحتوى الحراري للمحلول كمساهمة لطاقتين:

- واحد لكسر روابط المذاب المذاب والمذيب المذيب

- والآخر هو المطلوب في تكوين روابط مذيبة جديدة.

في حالة انحلال الملح الأيوني في الماء ، يلزم معرفة ما يسمى المحتوى الحراري الشبكي للمادة الصلبة والمحتوى الحراري للترطيب لتكوين المحلول ، في حالة الماء. إذا لم يكن الماء ، فإنه يسمى المحتوى الحراري للذوبان.

المحتوى الحراري الشبكي هو الطاقة اللازمة لتفكيك الشبكة الأيونية وتشكيل الأيونات الغازية ، وهي عملية ماصة للحرارة دائمًا ، حيث يجب توفير الطاقة إلى المادة الصلبة لفصلها إلى أيوناتها المكونة وإحضارها إلى الحالة الغازية.

من ناحية أخرى ، تكون عمليات الترطيب دائمًا طاردة للحرارة ، لأن الأيونات المائية أكثر استقرارًا من الأيونات في الحالة الغازية.

بهذه الطريقة ، يمكن أن يكون إنشاء المحلول طاردًا للحرارة أو ماصًا للحرارة ، اعتمادًا على ما إذا كان انهيار الشبكة الأيونية للمذاب يتطلب طاقة أكثر أو أقل مما يوفره الماء.

القياسات مع المسعر

من الناحية العملية ، من الممكن قياس ΔH في مقياس السعرات الحرارية ، والذي يتكون أساسًا من حاوية معزولة مزودة بميزان حرارة وقضيب تحريك.

أما بالنسبة للوعاء ، فإن الماء يُسكب فيه دائمًا تقريبًا ، وهو السائل المسعر بامتياز ، لأن خصائصه هي المرجع العالمي لجميع السوائل.

المسعر القديم الذي استخدمه لافوازييه. المصدر: جوستافوكارا.

بالطبع مواد المسعر تشارك أيضًا في التبادل الحراري ، بالإضافة إلى الماء. لكن السعة الحرارية للتجميع بأكمله ، والتي تسمى ثابت المسعر ، يمكن تحديدها بشكل منفصل عن التفاعل ثم أخذها في الاعتبار عند حدوثها.

يكون توازن الطاقة على النحو التالي ، مع تذكر حالة عدم وجود تسرب للطاقة في النظام:

- يتكون الماء السائل:

½ O ₂ + ½ H ₂ → H ₂ O _سائل ؛ Δ H ^o = -285.9 كيلوجول / مول

- الآن عليك تشكيل الحل:

_صلب K + H ₂ O → ½ H ₂ + KOH _مائي ؛ Δ H ^o = -2011 kJ / mol

لاحظ أن علامة المحتوى الحراري لتفكك KOH قد انعكست ، ويرجع ذلك إلى قانون هيس: عندما يتم تحويل المواد المتفاعلة إلى منتجات ، لا يعتمد تغيير المحتوى الحراري على الخطوات المتبعة وعندما يلزم قلب المعادلة ، كما في هذه الحالة ، يغير المحتوى الحراري علامة.

ميزان الطاقة هو المجموع الجبري للمحتويات:

-تمرين 2

يتم تحديد المحتوى الحراري لمحلول التفاعل التالي في مقياس مسعر ضغط ثابت ومن المعروف أن ثابت المسعر هو 342.5 J / K. عندما يتم إذابة 1.423 جم من كبريتات الصوديوم Na ₂ SO ₄ في 100.34 جم من الماء ، يكون تغير درجة الحرارة 0.037 كلفن. احسب المحتوى الحراري القياسي لمحلول Na ₂ SO ₄ من هذه البيانات.

المحلول

يتم حل المحتوى الحراري القياسي للمحلول من المعادلة المذكورة أعلاه:

بالنسبة لكبريتات الصوديوم: M _s = 142.04 جم / مول ؛ م _ث = 1.423 جم

وللماء: م _ماء = 100.34 جم ؛ م _الماء = 18.02 جم / مول ؛ _ماء C _{؛ م} = 75.291 جول / ك مول

Δ T = 0.037 كلفن

_المسعر C = 342.5 جول / ك

المراجع

1. Cengel، Y.2012. الديناميكا الحرارية. 7 إد ماك جراو هيل. 782 - 790
2. إنجل ، ت. 2007. مقدمة في الكيمياء الفيزيائية: الديناميكا الحرارية. تعليم بيرسون. 63-78.
3. جيانكولي ، د. 2006. الفيزياء: مبادئ مع تطبيقات. 6.. قاعة إد برنتيس. 384-391.
4. مارون ، س. 2002. أساسيات الكيمياء الفيزيائية. ليموزا. 152-155.
5. سيرواي ، آر ، جيويت ، ج. (2008). فيزياء للعلوم والهندسة. المجلد 1. السابع. Ed. Cengage Learning. 553-567.