- تعريف
- العلاقة مع الحرارة
- المحتوى الحراري القياسي
- الكيمياء الحرارية
- المحتوى الحراري هو كمية كبيرة من الديناميكا الحرارية
- تمارين محلولة
- -التمرين 1
- المحلول
- -تمرين 2
- المحلول
- حساب المحتوى الحراري
- المحتوى الحراري للاحتراق
- المراجع
و المحتوى الحراري للتفاعل هي وظيفة الحرارية التي تتيح حساب الحرارة المكتسبة أو تسليمها في تفاعل كيميائي، شريطة أن رد الفعل هذا قد حدث في الضغط المستمر. يتم تعريفها على أنها الطاقة الداخلية U زائد ناتج الضغط P بالحجم V للمواد التي تشارك في تفاعل كيميائي ، على النحو التالي: H = U + P ∙ V
لذلك فإن المحتوى الحراري له أبعاد للطاقة ، وفي النظام الدولي للقياسات يقاس بالجول. لفهم علاقة المحتوى الحراري بالحرارة المتبادلة في تفاعل كيميائي ، من الضروري تذكر القانون الأول للديناميكا الحرارية ، والذي ينص على ما يلي: Q = ΔU + W
الشكل 1. في احتراق الغاز ، ينخفض المحتوى الحراري. المصدر: pixabay
ينص القانون الأول على أن الحرارة المتبادلة في العملية الديناميكية الحرارية تساوي تباين الطاقة الداخلية للمواد المشاركة في العملية بالإضافة إلى العمل الذي تقوم به هذه المواد في العملية.
في أي عملية ، يتم حساب العمل W بالعلاقة التالية:
في التعبير أعلاه ، يمثل السادس الحجم الأولي ، و V الحجم النهائي و P الضغط. إذا تم تنفيذ العملية بضغط ثابت P ، فسيكون العمل الناتج:
حيث ΔV هو التغيير في الحجم.
تعريف
التفاعلات الكيميائية هي عمليات ديناميكية حرارية تحدث بشكل عام عند ضغط ثابت وفي كثير من الأحيان عند الضغط الجوي. يسمى هذا النوع من العمليات الديناميكية الحرارية "متساوي الضغط" ، لأنه يحدث عند ضغط ثابت.
في هذه الحالة ، يمكن كتابة القانون الأول للديناميكا الحرارية على النحو التالي:
Qp = ΔU + P ∙ ΔV
حيث يشير Qp إلى أنه تم تبادل الحرارة عند ضغط ثابت. إذا تم تقديم تعريف المحتوى الحراري H = U + P ∙ V في التعبير السابق ، فإننا نحصل على:
Qp = ΔH
ومن ثم ، فإن التغير الإيجابي في المحتوى الحراري يشير إلى تفاعل أخذ الحرارة من البيئة. هذا هو رد فعل ماص للحرارة.
على العكس من ذلك ، إذا كان التغير في المحتوى الحراري سالبًا فهو رد فعل طارد للحرارة.
في الواقع ، تأتي كلمة المحتوى الحراري من الكلمة اليونانية enthalpien والتي تعني "التسخين".
غالبًا ما يسمى المحتوى الحراري أيضًا بالحرارة. ولكن يجب أن يكون واضحًا أنه ليس مثل الحرارة ، لكن التبادل الحراري أثناء العملية الديناميكية الحرارية هو الذي يغير المحتوى الحراري.
العلاقة مع الحرارة
على عكس الحرارة ، المحتوى الحراري هو دالة للدولة. عندما تقوم بحساب التغير في المحتوى الحراري ، فإنك تحسب الفرق بين وظيفتين تعتمدان بشكل حصري على حالة النظام ، مثل الطاقة الداخلية والحجم.
ΔH = ΔU + P ∙ ΔV
نظرًا لأن الضغط يظل ثابتًا في التفاعل ، فإن المحتوى الحراري للتفاعل هو دالة للحالة التي تعتمد فقط على الطاقة والحجم الداخليين.
في تفاعل كيميائي ، يمكن تعريف المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة على أنه مجموع كل منها ؛ وتلك الخاصة بالمنتجات كمجموع المحتوى الحراري لجميع المنتجات.
إن التغير في المحتوى الحراري في التفاعل هو اختلاف المنتجات مطروحًا منه المتفاعلات:
الشكل 2. مخطط المحتوى الحراري. المصدر: عصامي.
في تفاعل ماص للحرارة ، يكون المحتوى الحراري للمنتجات أكبر من المواد المتفاعلة ؛ أي أن التفاعل يأخذ الحرارة من البيئة. على العكس من ذلك ، في تفاعل طارد للحرارة ، يكون المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة أكبر من المحتوى الناتج عن المنتجات ، نظرًا لأن التفاعل يعطي حرارة للبيئة.
المحتوى الحراري القياسي
نظرًا لأن التغير في المحتوى الحراري في تفاعل كيميائي يمكن أن يعتمد على الضغط ودرجة الحرارة ، فمن المعتاد تحديد ظروف التفاعل القياسية:
درجة حرارة التفاعل القياسية: 25 درجة مئوية.
ضغط التفاعل القياسي: 1 ضغط جوي = 1 بار.
يُشار إلى المحتوى الحراري القياسي على النحو التالي: H °
الكيمياء الحرارية
في معادلة كيميائية حرارية ، ليس فقط المواد المتفاعلة والمنتجات ذات أهمية ، بل إن تغير المحتوى الحراري مهم أيضًا. يُفهم المحتوى الحراري على أنه رد فعل للتغيير الذي حدث خلاله.
كمثال ، دعونا نلقي نظرة على ردود الفعل التالية:
2 H2 (غاز) + O2 (غاز) → 2 H2O (سائل) ؛ ΔH ° = -571.6 كيلوجول (طارد للحرارة).
H2 (غاز) + (½) O2 (غاز) → H2O (سائل) ؛ ΔH ° = -285.8 كيلو جول (طارد للحرارة).
2 H2O (سائل) → 2 H2 (غاز) + O2 (غاز) ؛ ΔH ° = +571.6 كيلوجول (ماص للحرارة).
المحتوى الحراري هو كمية كبيرة من الديناميكا الحرارية
إذا تم ضرب شروط المعادلة الكيميائية أو قسمة عامل معين ، فسيتم ضرب المحتوى الحراري أو تقسيمه على نفس الشيء.
إذا تم عكس التفاعل ، فعندئذ يتم أيضًا عكس علامة المحتوى الحراري للتفاعل.
تمارين محلولة
-التمرين 1
يتم الحصول على غاز الأسيتيلين C2H2 من تفاعل كربيد الكالسيوم CaC2 الذي يأتي في صورة حبيبية مع الماء عند درجة الحرارة والضغط المحيطين.
كبيانات لدينا المحتوى الحراري لتكوين المواد المتفاعلة:
ΔH ° (CaC2) = -59.0 كيلوجول / مول
ΔH ° (H20) = -285.8 كيلوجول / مول
والمحتوى الحراري لتكوين المنتجات:
ΔH ° (C2H2) = +227.0 كيلوجول / مول
ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986.0 كيلوجول / مول
أوجد الانتروبيا المعيارية للتفاعل.
المحلول
أول شيء رفع المعادلة الكيميائية المتوازنة:
CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)
والآن أنتالبيات المواد المتفاعلة والمنتجات والتفاعل:
- الكواشف: -59.0 كيلوجول / مول -2 ∙ 285.8 كيلوجول / مول = -630.6 كيلوجول / مول
- المنتجات: -986.0 كيلوجول / مول + 227.0 كيلوجول / مول = -759 كيلوجول / مول
- التفاعل: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol
إنه تفاعل طارد للحرارة.
-تمرين 2
عند حرق لتر واحد من الأسيتيلين في ظل ظروف قياسية ، ما مقدار الحرارة المنبعثة؟
المحلول
بمجرد التوازن ، يبدو تفاعل احتراق الأسيتيلين كما يلي:
C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)
نحتاج إلى المحتوى الحراري لتشكيل المنتجات:
ΔH ° (CO2) = -393.5 كيلوجول / مول
ΔH ° (H2O (l)) = -285.8 كيلوجول / مول
حساب المحتوى الحراري
باستخدام هذه البيانات ، يمكننا حساب المحتوى الحراري للمنتجات:
ΔH ° (المنتجات) = 2 * (- 393.5 كيلوجول / مول) + (-285.8 كيلوجول / مول) = -1072.8 كيلوجول / مول
و المحتوى الحراري لتكوين المواد المتفاعلة:
ΔH ° (C2H2) = 227.0 كيلوجول / مول
ΔH ° (O2) = 0.0 كيلوجول / مول
سيكون المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة:
227.0 كيلوجول / مول + (5/2) * 0.0 = 227.0 كيلوجول / مول
سيكون المحتوى الحراري للتفاعل المولي: ΔH ° (المنتجات) - ΔH ° (المواد المتفاعلة) = -1072.8kJ / mol - 227.0 kJ / mol = -1299.8 kJ / mol
المحتوى الحراري للاحتراق
نحتاج الآن إلى معرفة عدد مولات الأسيتيلين التي تحتوي على لتر من الأسيتيلين في ظل الظروف القياسية. لهذا سنستخدم معادلة حالة الغاز المثالي ، والتي من خلالها سنحل عدد المولات.
عدد الشامات n = P * V / (R * T)
P = 1 atm = 1.013 x 10⁵ Pa
V = 1 لتر = 1.0 × 10 ^ -3 م³
R = 8.31 جول / (مول * ك)
T = 25 درجة مئوية = 298.15 كلفن
ن = 0.041 مول
المحتوى الحراري لاحتراق 1 لتر من الأسيتيلين هو 0.041 مول * (-1299.8 كيلوجول / مول) = -53.13 كيلوجول
تشير الإشارة السالبة إلى أنه تفاعل طارد للحرارة ينتج عنه 53.13 كيلو جول = 12.69 كيلو كالوري.
المراجع
- الكستناء E. المحتوى الحراري في التفاعلات الكيميائية. تم الاسترجاع من: lidiaconlaquimica.wordpress.com
- الكيمياء الحرارية. المحتوى الحراري للتفاعل. تم الاسترجاع من: recursostic.educacion.es
- الكيمياء الحرارية. تعريف المحتوى الحراري القياسي للتفاعل. تم الاسترجاع من: quimitube.com
- ويكيبيديا. المحتوى الحراري القياسي للتفاعل. تم الاسترجاع من: wikipedia.com
- ويكيبيديا. المحتوى الحراري للتكوين. تم الاسترجاع من: wikipedia.com