ما هو المحتوى الحراري؟ - كيمياء - 2026

و المحتوى الحراري هو مقياس لكمية الطاقة الموجودة في الجسم (نظام) وجود وحدة تخزين، يتعرض للضغط وغير قابلة للتبديل مع بيئته. يتم تمثيله بالحرف H. الوحدة المادية المرتبطة به هي الجول (J = kgm2 / s2).

رياضيا يمكن التعبير عنها على النحو التالي:

H = U + PV

أين:

H = المحتوى الحراري

U = الطاقة الداخلية للنظام

P = الضغط

V = الحجم

إذا كانت كل من U و P و V من وظائف الحالة ، فستكون H أيضًا. هذا لأنه في لحظة معينة ، يمكن إعطاء بعض الشروط الأولية والنهائية للمتغير المراد دراسته في النظام.

ما هو المحتوى الحراري للتكوين؟

هي الحرارة التي يمتصها نظام ما أو يطلقها عندما يتم إنتاج مول واحد من منتج من عناصره في حالته الطبيعية للتجميع ؛ صلبة أو سائلة أو غازية أو محلول أو في حالتها الأكثر استقرارًا.

إن حالة الكربون الأكثر استقرارًا هي الجرافيت ، بالإضافة إلى كونه في الظروف العادية للضغط الجوي 1 و 25 درجة مئوية من درجة الحرارة.

يشار إليه على أنه ΔH ° f. في هذا الطريق:

ΔH ° f = H نهائي - H ابتدائي

Δ: حرف يوناني يرمز إلى التغيير أو التباين في طاقة الحالة النهائية والحالة الأولية. يشير الحرف المنخفض f إلى التكوين المركب والظروف المرتفعة أو القياسية.

مثال

دراسة تفاعل تكوين الماء السائل

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285.84 كيلوجول / مول

الكواشف: الهيدروجين والأكسجين حالتهما الطبيعية غازية.

المنتج: 1 مول ماء سائل.

وتجدر الإشارة إلى أن المحتوى الحراري للتكوين وفقًا للتعريف هو لمول واحد من المركب المنتج ، لذلك يجب تعديل التفاعل إن أمكن باستخدام معاملات كسور ، كما هو موضح في المثال السابق.

التفاعلات الطاردة للحرارة والممتصة للحرارة

في عملية كيميائية ، يمكن أن يكون المحتوى الحراري للتكوين موجبًا ΔHof> 0 إذا كان التفاعل ماصًا للحرارة ، أي أنه يمتص الحرارة من الوسط أو السالب ΔHof <0 إذا كان التفاعل طاردًا للحرارة مع انبعاث حرارة من النظام.

تفاعل طارد للحرارة

المواد المتفاعلة لها طاقة أعلى من المنتجات.

ΔH ° f <0

تفاعل إمتصاص الحرارة

المواد المتفاعلة لها طاقة أقل من المنتجات.

ΔH ° f> 0

لكتابة معادلة كيميائية بشكل صحيح ، يجب أن تكون متوازنة مولاريًا. من أجل الامتثال "لقانون حفظ المادة" ، يجب أن يحتوي أيضًا على معلومات عن الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة والمنتجات ، والتي تُعرف بحالة التجميع.

يجب أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أن المواد النقية لها محتوى حراري تكوين يساوي صفرًا في الظروف القياسية وفي أكثر صورها ثباتًا.

في نظام كيميائي حيث توجد مواد متفاعلة ونواتج ، يكون المحتوى الحراري للتفاعل مساويًا للمحتوى الحراري للتكوين في ظل الظروف القياسية.

ΔH ° rxn = H ° f

مع مراعاة ما سبق علينا:

ΔH ° rxn = ∑ منتجات H ∑ منتجات غير فعالة Hreactive

بالنظر إلى رد الفعل الوهمي التالي

aA + bB cC

حيث أ ، ب ، ج هي معاملات المعادلة الكيميائية المتوازنة.

التعبير عن المحتوى الحراري للتفاعل هو:

ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b H ° f B)

بافتراض أن: أ = 2 مول ، ب = 1 مول ، ج = 2 مول.

ΔH ° f (A) = 300 KJ / mol ، ΔH ° f (B) = -100 KJ / mol ، ΔH ° f (C) = -30 KJ. احسب ΔH ° rxn

ΔH ° rxn = 2 مول (-30 كيلوجول / مول) - (2 مول (300 كيلوجول / مول + 1 مول (-100 كيلوجول / مول)) = -60 كيلوجول- (600 كيلوجول -100 كيلوجول) = -560 كيلوجول

ΔH ° rxn = -560KJ.

ثم يتطابق مع تفاعل طارد للحرارة.

المحتوى الحراري لقيم تكوين بعض المركبات الكيميائية غير العضوية والعضوية عند 25 درجة مئوية و 1 ضغط جوي

تمارين لحساب المحتوى الحراري

التمرين 1

أوجد المحتوى الحراري لتفاعل NO2 (g) وفقًا للتفاعل التالي:

2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

باستخدام معادلة المحتوى الحراري للتفاعل لدينا:

ΔH ° rxn = ∑ منتجات H ∑ منتجات غير فعالة Hreactive

ΔH ° rxn = 2 مول (ΔH ° f NO2) - (2 مول H ° f NO + 1 مول ΔH ° f O2)

في الجدول في القسم السابق يمكننا أن نرى أن المحتوى الحراري لتكوين الأكسجين هو 0 KJ / mol ، لأن الأكسجين مركب نقي.

ΔH ° rxn = 2 مول (33.18 كيلوجول / مول) - (2 مول 90.25 كيلوجول / مول + 1 مول 0)

ΔH ° rxn = -114.14 كيلو جول

هناك طريقة أخرى لحساب المحتوى الحراري للتفاعل في نظام كيميائي وهي من خلال HESS LAW ، الذي اقترحه الكيميائي السويسري جيرمان هنري هيس في عام 1840.

يقول القانون: "إن الطاقة الممتصة أو المنبعثة في عملية كيميائية يتم فيها تحويل المواد المتفاعلة إلى منتجات هي نفسها سواء تم إجراؤها في مرحلة واحدة أو في عدة مراحل".

تمرين 2

يمكن إضافة الهيدروجين إلى الأسيتيلين لتكوين الإيثان في خطوة واحدة:

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = 311.42 KJ / مول

أو يمكن أن يحدث أيضًا على مرحلتين:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174.47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 كيلوجول / مول

بإضافة كلا المعادلتين جبريًا لدينا:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174.47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 كيلوجول / مول

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311.42 كيلوجول / مول

التمرين 3

(مأخوذة من quimitube.com. التمرين 26. الديناميكا الحرارية لقانون هيس)

كما يتضح من بيان المشكلة ، تظهر فقط بعض البيانات العددية ، لكن التفاعلات الكيميائية لا تظهر ، لذلك من الضروري كتابتها.

CH3CH2OH (لتر) + 3O2 (ز) 2CO2 (ز) +3 H2O (لتر) ΔH1 = -1380 كيلوجول / مول.

تمت كتابة قيمة المحتوى الحراري السالب لأن المشكلة تشير إلى وجود إطلاق للطاقة. يجب أن نعتبر أيضًا أنها 10 جرامات من الإيثانول ، لذلك يجب أن نحسب الطاقة لكل مول من الإيثانول. لهذا يتم ما يلي:

يتم البحث عن الوزن المولي للإيثانول (مجموع الأوزان الذرية) ، بقيمة تساوي 46 جم / مول.

ΔH1 = -300 KJ (46 جم) إيثانول = - 1380 KJ / mol

10 جم إيثانول 1 جزيء إيثانول

وينطبق الشيء نفسه على حامض الخليك:

CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH2 = -840 KJ / mol

ΔH2 = -140 كج (60 جم ​​حمض أسيتيك) = - 840 كج / مول

10 غ حمض الخليك 1 مول حامض الخليك.

في التفاعلات السابقة ، تم وصف احتراق الإيثانول وحمض الأسيتيك ، لذلك من الضروري كتابة معادلة المشكلة وهي أكسدة الإيثانول إلى حمض الأسيتيك مع إنتاج الماء.

هذا هو رد الفعل الذي تطلبه المشكلة. إنه متوازن بالفعل.

CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l) ΔH3 =؟

تطبيق قانون هيس

لهذا نقوم بضرب المعادلات الديناميكية الحرارية في معاملات عددية لنجعلها جبرية ولتكون قادرين على تنظيم كل معادلة بشكل صحيح. يتم ذلك عندما لا يكون واحد أو أكثر من المواد المتفاعلة في الجانب المقابل من المعادلة.

تظل المعادلة الأولى كما هي لأن الإيثانول على الجانب المتفاعل كما هو موضح في معادلة المشكلة.

يجب ضرب المعادلة الثانية في المعامل -1 بطريقة تجعل حمض الأسيتيك المتفاعل هو المنتج

CH3CH2OH (لتر) + 3O2 (ز) 2CO2 (ز) + 3H2O (لتر) ΔH1 = -1380 كيلوجول / مول.

- CH3COOH (لتر) - 2O2 (ز) - 2CO2 (ز) - 2H2O (لتر) ΔH2 = - (-840 كيلوجول / مول)

CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

يضيفون جبريًا وهذه هي النتيجة: المعادلة المطلوبة في المسألة.

CH3CH3OH (لتر) + O2 (ز) CH3COOH (لتر) + H2O (لتر)

حدد المحتوى الحراري للتفاعل.

بنفس الطريقة التي تم بها ضرب كل تفاعل بالمعامل العددي ، يجب أيضًا مضاعفة قيمة المحتوى الحراري

ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 كج / مول

ΔH3 = - 540 كيلوجول / مول.

في التمرين السابق ، يحتوي الإيثانول على تفاعلين: الاحتراق والأكسدة.

في كل تفاعل احتراق يوجد تكوين لثاني أكسيد الكربون و H2O ، بينما في أكسدة كحول أولي مثل الإيثانول يوجد تكوين حمض الأسيتيك

المراجع

1. سيدرون ، خوان كارلوس ، فيكتوريا لاندا ، جوانا روبلز (2011). كيمياء عامة. مواد تعليمية. ليما: الجامعة البابوية الكاثوليكية في بيرو.
2. كيمياء. Libretexts. الكيمياء الحرارية. مأخوذة من hem.libretexts.org.
3. ليفين ، الكيمياء الفيزيائية. المجلد 2.