ما هي حرارة التفاعل؟ - كيمياء - 2025

في الحرارة من رد فعل أو رد فعل من المحتوى الحراري (ΔH) هو تغيير في المحتوى الحراري للتفاعل كيميائي يحدث عند ضغط ثابت. إنها وحدة قياس ديناميكية حرارية مفيدة لحساب كمية الطاقة لكل مول يتم إطلاقها أو إنتاجها في تفاعل.

نظرًا لأن المحتوى الحراري مشتق من الضغط والحجم والطاقة الداخلية ، وكلها وظائف حالة ، فإن المحتوى الحراري هو أيضًا وظيفة حالة.

ΔH ، أو التغيير في المحتوى الحراري ظهر كوحدة قياس تهدف إلى حساب تغير الطاقة في النظام عندما يصبح من الصعب جدًا العثور على ΔU ، أو التغيير في الطاقة الداخلية للنظام ، مع قياس مقدار الحرارة والعمل في نفس الوقت متبادل.

عند وجود ضغط ثابت ، فإن التغير في المحتوى الحراري يساوي الحرارة ويمكن قياسه على أنه ΔH = q.

ثم ينشأ الترميز ºHº أو ºH to _r لشرح درجة الحرارة الدقيقة والضغط لحرارة التفاعل ΔH.

المحتوى الحراري القياسي للتفاعل يرمز له بـ Hº أو Hºrxn ويمكن أن يفترض كلا القيم الموجبة والسالبة. وحدات ΔHº هي كيلوجول لكل مول ، أو كيلوجول / مول.

المفهوم السابق لفهم حرارة التفاعل: الاختلافات بين ΔH و Hº

Δ = يمثل التغير في المحتوى الحراري (المحتوى الحراري للمنتجات ناقص المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة).

تشير القيمة الموجبة إلى أن المنتجات تحتوي على محتوى أعلى من المحتوى الحراري ، أو أنها تفاعل ماص للحرارة (الحرارة مطلوبة).

تشير القيمة السالبة إلى أن المواد المتفاعلة تحتوي على محتوى أعلى من المحتوى الحراري ، أو أنها تفاعل طارد للحرارة (يتم إنتاج الحرارة).

º = تعني أن التفاعل هو تغيير قياسي في المحتوى الحراري ، ويحدث عند ضغط / درجة حرارة محددة مسبقًا.

r = تشير إلى أن هذا التغيير هو المحتوى الحراري للتفاعل.

الحالة المعيارية: الحالة المعيارية لمادة صلبة أو سائلة هي المادة النقية عند ضغط 1 بار أو ما هو نفس الغلاف الجوي 1 (105 باسكال) ودرجة حرارة 25 درجة مئوية ، أو ما هو نفسه 298 كلفن.

ΔHº _r هي الحرارة القياسية للتفاعل أو المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ، ومثل ΔH فهي تقيس أيضًا المحتوى الحراري للتفاعل. ومع ذلك ، يحدث ΔHºrxn في ظل ظروف "قياسية" ، مما يعني أن التفاعل يحدث عند 25 درجة مئوية و 1 ضغط جوي.

تكمن فائدة قياس ΔH في ظل الظروف القياسية في القدرة على ربط قيمة ΔHº بأخرى ، نظرًا لأنها تحدث في نفس الظروف.

حرارة التكوين

الحرارة القياسية للتشكيل، ΔH _و º، مادة كيميائية هي كمية الحرارة امتصاصها أو إخلائها من تشكيل 1 مول من هذه المادة الكيميائية في 25 درجة مئوية و 1 شريط من عناصرها في ولاياتهم القياسية.

يكون العنصر في حالته القياسية إذا كان في أكثر صوره ثباتًا وحالته الفيزيائية (صلبة أو سائلة أو غازية) عند 25 درجة مئوية و 1 بار.

على سبيل المثال ، تشتمل الحرارة القياسية لتكوين ثاني أكسيد الكربون على الأكسجين والكربون كمواد متفاعلة.

الأكسجين أكثر استقرارًا مثل جزيئات غاز O ₂ ، بينما الكربون أكثر استقرارًا مثل الجرافيت الصلب. (الجرافيت أكثر ثباتًا من الماس في ظل الظروف القياسية).

للتعبير عن التعريف بطريقة أخرى ، الحرارة القياسية للتكوين هي نوع خاص من حرارة التفاعل القياسية.

التفاعل هو تكوين مول واحد من مادة كيميائية من عناصرها في حالتها القياسية في ظل الظروف القياسية.

تسمى الحرارة القياسية للتكوين أيضًا المحتوى الحراري القياسي للتكوين (على الرغم من أنها في الواقع تغيير في المحتوى الحراري).

بحكم التعريف ، فإن تكوين عنصر في حد ذاته لن ينتج عنه أي تغيير في المحتوى الحراري ، وبالتالي فإن الحرارة المعيارية للتفاعل لجميع العناصر هي صفر (Cai ، 2014).

حساب المحتوى الحراري للتفاعل

1- الحساب التجريبي

يمكن قياس المحتوى الحراري بشكل تجريبي باستخدام مقياس المسعر. المسعر هو أداة يتم فيها تفاعل عينة من خلال الكابلات الكهربائية التي توفر طاقة التنشيط. تكون العينة في وعاء محاط بماء يتم تقليبها باستمرار.

من خلال القياس بالتغير في درجة الحرارة الذي يحدث عندما تتفاعل العينة ، ومعرفة الحرارة النوعية للماء وكتلته ، يتم حساب الحرارة المنبعثة أو الممتصة من التفاعل باستخدام المعادلة q = Cesp xmx ΔT.

في هذه المعادلة q هي الحرارة ، Cesp هي الحرارة النوعية في هذه الحالة للماء والتي تساوي 1 سعر حراري لكل جرام ، m كتلة الماء و ΔT هي التغير في درجة الحرارة.

المسعر هو نظام معزول له ضغط ثابت ، لذلك ΔH _r = q

2- الحساب النظري

لا يعتمد تغيير المحتوى الحراري على المسار المحدد للتفاعل ، ولكن فقط على مستوى الطاقة العالمي للمنتجات والمواد المتفاعلة. المحتوى الحراري هو دالة للدولة ، وعلى هذا النحو ، فهي مادة مضافة.

لحساب المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ، يمكننا إضافة المحتوى الحراري القياسي لتكوين المواد المتفاعلة وطرحها من مجموع المحتوى الحراري القياسي لتكوين المنتجات (Boundless ، SF). إذا ذكرنا رياضيًا ، فهذا يعطينا:

.DELTA.H _r ° = Σ.DELTA.H _f ° (المنتجات) - Σ.DELTA.H _f ° (المتفاعلات).

عادةً ما يتم حساب المحتوى الحراري للتفاعلات من المحتوى الحراري لتكوين المادة المتفاعلة في الظروف العادية (ضغط 1 بار ودرجة حرارة 25 درجة مئوية).

لشرح مبدأ الديناميكا الحرارية هذا ، سنقوم بحساب المحتوى الحراري لتفاعل احتراق الميثان (CH ₄) وفقًا للصيغة:

CH ₄ (g) + 2O ₂ (g) → CO ₂ (g) + 2H ₂ O (g)

لحساب المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ، نحتاج إلى إيجاد المحتوى الحراري القياسي للتكوين لكل من المواد المتفاعلة والنواتج المتضمنة في التفاعل.

توجد هذه عادةً في ملحق أو في جداول مختلفة عبر الإنترنت. بالنسبة لرد الفعل هذا ، فإن البيانات التي نحتاجها هي:

H _f ° CH ₄ (g) = -75 كجول / مول.

H _f º O ₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H _f ° CO ₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H _f º H ₂ O (g) = -284 كجول / مول.

لاحظ أنه نظرًا لأنه في حالته القياسية ، فإن المحتوى الحراري القياسي لتكوين غاز الأكسجين هو 0 كيلو جول / مول.

أدناه ، نلخص المحتوى الحراري القياسي للتكوين. لاحظ أنه نظرًا لأن الوحدات في kJ / mol ، فإننا بحاجة إلى الضرب في معاملات القياس المتكافئ في معادلة التفاعل المتوازن (Leaf Group Ltd ، SF).

.DELTA.H Σ _f ° (المنتجات). DELTA.H = _f º CO ₂ +2.DELTA.H _f º H ₂ O

Σ ΔH _و º (المنتجات) = -1 (394 كجول / مول) -2 (284 كجول / مول) = -962 كجول / مول

.DELTA.H Σ _f ° (المتفاعلات). DELTA.H = _f º CH ₄ + AH _f º O ₂

Σ ΔH _f º (المواد المتفاعلة) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

الآن ، يمكننا إيجاد المحتوى الحراري القياسي للتفاعل:

ΔH _r ° = Σ ΔH _f º (المنتجات) - Σ ΔH _f º (المواد المتفاعلة) = (- 962) - (- 75) =

ΔH _r ° = - 887kJ / مول.

المراجع

1. آن ماري هيلمنستين. (2014 ، 11 يونيو). المحتوى الحراري لتعريف التفاعل. تعافى من thinkco: thinkco.com.
2. (سادس). المحتوى الحراري القياسي للتفاعل. تعافى من بلا حدود:limited.com.
3. كاي ، إي (2014 ، 11 مارس). الحرارة القياسية للتكوين. تم الاسترجاع من الإحصائي الكيميائي: chemicalstatistician.wordpress.com
4. كلارك ، ج. (2013 ، مايو). تعريفات مختلفة لتغيير المحتوى الحراري. تعافى من chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. جوناثان نجوين ، GL (2017 ، 9 فبراير). المحتوى الحراري القياسي للتكوين. تم الاسترجاع من chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. ليف جروب ليمتد (SF). كيفية حساب المحتوى الحراري للتفاعل. تعافى من sciencing.com.
7. راشيل مارتن ، إي واي (2014 ، 7 مايو). حرارة التفاعل. تم الاسترجاع من chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.