التفاعل الماص للحرارة: الخصائص والمعادلات والأمثلة - كيمياء - 2026

و رد فعل ماص للحرارة واحد هو أن عقده يجب أن تمتص الطاقة في شكل حرارة أو الإشعاع، عن محيطها. بشكل عام ، ولكن ليس دائمًا ، يمكن التعرف عليها من خلال انخفاض درجة الحرارة في محيطها ؛ أو على العكس من ذلك ، يحتاجون إلى مصدر للحرارة ، مثل ذلك الناتج عن اللهب المشتعل.

إن امتصاص الطاقة أو الحرارة هو العامل المشترك بين جميع التفاعلات الماصة للحرارة ؛ طبيعتها ، فضلا عن التحولات التي تنطوي عليها ، متنوعة جدا. ما مقدار الحرارة التي يجب أن تمتصها؟ تعتمد الإجابة على الديناميكا الحرارية: درجة الحرارة التي يحدث فيها التفاعل تلقائيًا.

ذوبان الجليد الهوابط. المصدر: Pixabay

على سبيل المثال ، أحد التفاعلات الماصة للحرارة الأكثر رمزية هو تغيير الحالة من الجليد إلى الماء السائل. يحتاج الجليد إلى امتصاص الحرارة حتى تصل درجة حرارته إلى حوالي 0 درجة مئوية ؛ عند هذه الدرجة يصبح ذوبانه تلقائيًا ، ويمتص الجليد حتى يذوب تمامًا.

في الأماكن الحارة ، مثل شواطئ الشاطئ ، تكون درجات الحرارة أعلى ، وبالتالي يمتص الجليد الحرارة بسرعة أكبر ؛ أي أنه يذوب بشكل أسرع. يعد ذوبان الأنهار الجليدية مثالاً على تفاعل ماص للحرارة غير مرغوب فيه.

لماذا يحدث هذا بهذه الطريقة؟ لماذا لا يظهر الجليد كمادة صلبة ساخنة؟ تكمن الإجابة في متوسط ​​الطاقة الحركية لجزيئات الماء في كلتا الحالتين ، وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض من خلال روابطها الهيدروجينية.

في الماء السائل ، تتمتع جزيئاته بحرية حركة أكبر من الجليد ، حيث تهتز ثابتة في بلوراتها. للتحرك ، يجب أن تمتص الجزيئات الطاقة بطريقة تكسر اهتزازاتها الروابط الهيدروجينية القوية الاتجاهية في الجليد.

لهذا السبب ، يمتص الثلج الحرارة ليذوب. من أجل وجود "الجليد الساخن" ، يجب أن تكون الروابط الهيدروجينية قوية بشكل غير طبيعي لتذوب عند درجة حرارة أعلى بكثير من الصفر درجة مئوية.

خصائص تفاعل ماص للحرارة

إن تغيير الحالة ليس تفاعلًا كيميائيًا بشكل صحيح ؛ ومع ذلك ، يحدث نفس الشيء: المنتج (الماء السائل) لديه طاقة أعلى من المادة المتفاعلة (الجليد). هذه هي السمة الرئيسية للتفاعل أو العملية الماصة للحرارة: المنتجات أكثر نشاطًا من المواد المتفاعلة.

في حين أن هذا صحيح ، إلا أنه لا يعني أن المنتجات يجب أن تكون بالضرورة غير مستقرة. في حالة حدوث ذلك ، يتوقف التفاعل الماص للحرارة عن أن يكون تلقائيًا في ظل جميع ظروف درجة الحرارة أو الضغط.

ضع في اعتبارك المعادلة الكيميائية التالية:

أ + س => ب

حيث تمثل Q الحرارة ، وعادة ما يتم التعبير عنها بوحدات الجول (J) أو السعرات الحرارية (السعرات الحرارية). عندما يمتص A الحرارة Q ليتحول إلى B ، يقال بعد ذلك أنه تفاعل ماص للحرارة. وبالتالي ، فإن B لديها طاقة أكثر من A ، ويجب أن تمتص طاقة كافية لتحقيق تحولها.

مخطط تفاعل ماص للحرارة لـ A و B. المصدر: غابرييل بوليفار

كما يتضح من الرسم البياني أعلاه ، تمتلك A طاقة أقل من B. كمية الحرارة Q التي تمتصها A تتغلب على طاقة التنشيط (الطاقة اللازمة للوصول إلى قمة القمة الأرجواني). الفرق في الطاقة بين A و B هو ما يُعرف باسم المحتوى الحراري للتفاعل ، ΔH.

ΔH> 0

تشترك جميع التفاعلات الماصة للحرارة في الرسم البياني أعلاه ، نظرًا لأن المنتجات أكثر نشاطًا من المواد المتفاعلة. لذلك ، فإن فرق الطاقة بينهما ، ΔH ، يكون دائمًا إيجابيًا (H _Product -H _Reactive > 0). بما أن هذا صحيح ، يجب أن يكون هناك امتصاص للحرارة أو الطاقة من المناطق المحيطة لتوفير هذه الطاقة التي تحتاجها.

وكيف يتم تفسير هذه التعبيرات؟ في تفاعل كيميائي ، تنكسر الروابط دائمًا لإنشاء روابط جديدة. لكسرها ، فإن امتصاص الطاقة ضروري ؛ أي أنها خطوة ماصة للحرارة. وفي الوقت نفسه ، فإن تكوين الروابط يعني الاستقرار ، لذا فهي خطوة طاردة للحرارة.

عندما لا توفر الروابط المتكونة استقرارًا مماثلًا لكمية الطاقة المطلوبة لكسر الروابط القديمة ، فهي تفاعل ماص للحرارة. هذا هو السبب في الحاجة إلى طاقة إضافية لتعزيز تكسير الروابط الأكثر استقرارًا في المواد المتفاعلة.

من ناحية أخرى ، يحدث العكس في التفاعلات الطاردة للحرارة: يتم إطلاق الحرارة ، و ΔH <1 (سلبي). هنا تكون النواتج أكثر ثباتًا من المتفاعلات ، ويغير الشكل بين A و B الشكل ؛ الآن B أقل من A ، وطاقة التنشيط أقل.

يبردوا محيطهم

على الرغم من أنه لا ينطبق على جميع التفاعلات الماصة للحرارة ، إلا أن العديد منها يتسبب في انخفاض درجة حرارة محيطهم. هذا لأن الحرارة الممتصة تأتي من مكان ما. وبالتالي ، إذا تم تحويل A و B داخل حاوية ، فسوف يبرد.

كلما زاد التفاعل ماصًا للحرارة ، كلما أصبحت الحاوية ومحيطها أكثر برودة. في الواقع ، بعض التفاعلات قادرة حتى على تكوين طبقة رقيقة من الجليد ، كما لو أنها خرجت من الثلاجة.

ومع ذلك ، هناك ردود فعل من هذا النوع لا تبرد محيطهم. لماذا ا؟ لأن الحرارة المحيطة غير كافية ؛ أي أنه لا يوفر Q (J، cal) الضرورية المكتوبة في المعادلات الكيميائية. لذلك ، هذا عندما تدخل النار أو الأشعة فوق البنفسجية.

قد ينشأ القليل من الالتباس بين السيناريوهين. من ناحية ، تكون الحرارة المحيطة كافية لاستمرار التفاعل تلقائيًا ، ويلاحظ التبريد ؛ ومن ناحية أخرى ، هناك حاجة إلى مزيد من الحرارة واستخدام طريقة تسخين فعالة. في كلتا الحالتين يحدث الشيء نفسه: يتم امتصاص الطاقة.

المعادلات

ما هي المعادلات ذات الصلة في تفاعل ماص للحرارة؟ كما أوضحنا من قبل ، يجب أن تكون ΔH موجبة. لحسابها ، يتم النظر أولاً في المعادلة الكيميائية التالية:

أأ + ب => ج + د د

حيث A و B هما المتفاعلتان ، و C و D هما النواتج. الأحرف الصغيرة (أ ، ب ، ج ، د) هي المعاملات المتكافئة. لحساب ΔH لهذا التفاعل العام ، يتم تطبيق التعبير الرياضي التالي:

ΔH _{المنتجات} - ΔH _{الكواشف} = ΔH _rxn

يمكنك المتابعة مباشرة أو إجراء الحسابات بشكل منفصل. بالنسبة _{لمنتجات} H ، يجب حساب المبلغ التالي:

ج ΔH _و C + d ΔH _و D

حيث ΔH _f هو المحتوى الحراري لتكوين كل مادة متضمنة في التفاعل. وفقًا للاتفاقية ، تحتوي المواد في أكثر أشكالها استقرارًا على ΔH _f = 0. على سبيل المثال ، جزيئات O ₂ و H ₂ ، أو معدن صلب ، لها ΔH _f = 0.

يتم إجراء نفس الحساب الآن للمواد المتفاعلة ، ΔH _{الكواشف}:

أ ΔH _و A + ب ΔH _و B

ولكن نظرًا لأن المعادلة تنص على أنه يجب طرح _كواشف ΔH من ΔH _Products ، فيجب ضرب المجموع أعلاه بـ -1. إذن لديك:

ج ΔH _و C + d ΔH _و D - (أ ΔH _و A + ب ΔH _و B)

إذا كانت نتيجة هذا الحساب رقمًا موجبًا ، فهذا رد فعل ماص للحرارة. وإذا كانت سلبية ، فهي رد فعل طارد للحرارة.

أمثلة على التفاعلات الماصة للحرارة الشائعة

تبخر الثلج الجاف

ثلج جاف. المصدر: نيفيت ، من ويكيميديا ​​كومنز

أي شخص قد رأى تلك الأبخرة البيضاء المنبعثة من عربة الآيس كريم قد شهد أحد أكثر الأمثلة شيوعًا على "تفاعل" ماص للحرارة.

بالإضافة إلى بعض الآيس كريم ، كانت هذه الأبخرة المنبعثة من المواد الصلبة البيضاء ، والتي تسمى الثلج الجاف ، جزءًا من السيناريوهات لخلق تأثير الضباب. هذا الجليد الجاف ليس أكثر من ثاني أكسيد الكربون الصلب ، والذي عند امتصاص درجة الحرارة والضغط الخارجي يبدأ في التسامي.

ستكون تجربة لجمهور الأطفال هي ملء كيس وختمه بالثلج الجاف. بعد فترة من الوقت، فإنه في نهاية المطاف تضخيم بسبب الغازي CO ₂ ، والذي يولد العمل أو يضغط على الجدران الداخلية للحقيبة ضد الضغط الجوي.

خبز الخبز أو طهي الطعام

خبز مخبوز. المصدر: Pixabay

يعد خبز الخبز مثالًا على تفاعل كيميائي ، حيث توجد الآن تغييرات كيميائية بسبب الحرارة. يعرف أي شخص يشم رائحة الخبز الطازج أنه يحدث تفاعل ماص للحرارة.

تحتاج العجينة وجميع مكوناتها إلى حرارة الفرن لإجراء جميع التحولات الضرورية لتصبح خبزًا وتظهر خصائصها النموذجية.

بالإضافة إلى الخبز ، فإن المطبخ مليء بأمثلة على التفاعلات الماصة للحرارة. من يطبخ يتعامل معهم يوميا. طهي المعكرونة ، وتليين الحبوب ، وتسخين حبوب الذرة ، وطهي البيض ، وتوابل اللحوم ، وخبز الكيك ، وصنع الشاي ، وتسخين السندويشات ؛ كل من هذه الأنشطة هي تفاعلات ماصة للحرارة.

حمامات الشمس

السلاحف تستحم. المصدر: Pixabay

بقدر ما تبدو بسيطة وشائعة ، حمامات الشمس التي تأخذها بعض الزواحف ، مثل السلاحف والتماسيح ، تقع ضمن فئة التفاعلات الماصة للحرارة. تمتص السلاحف الحرارة من الشمس لتنظيم درجة حرارة الجسم.

بدون الشمس ، يحتفظون بحرارة الماء للتدفئة ؛ مما ينتهي بتبريد المياه في البرك أو خزانات الأسماك.

تفاعل تكوين الأوزون والنيتروجين في الغلاف الجوي

برق. المصدر: Pixabay

يتكون الهواء بشكل أساسي من النيتروجين والأكسجين. أثناء العواصف الكهربائية ، يتم إطلاق مثل هذه الطاقة بحيث يمكنها كسر الروابط القوية التي تربط ذرات النيتروجين معًا في جزيء N ₂:

N ₂ + O ₂ + Q => 2NO

من ناحية أخرى ، يمكن للأكسجين امتصاص الأشعة فوق البنفسجية ليصبح الأوزون ؛ تآصل الأكسجين مفيد جدًا في الستراتوسفير ، ولكنه يضر بالحياة على مستوى الأرض. رد الفعل هو:

3O ₂ + ع => 2O ₃

حيث v تعني الأشعة فوق البنفسجية. الآلية الكامنة وراء هذه المعادلة البسيطة معقدة للغاية.

التحليل الكهربائي للماء

يستخدم التحليل الكهربائي الطاقة الكهربائية لفصل الجزيء إلى عناصره المكونة أو الجزيئات. على سبيل المثال ، في التحليل الكهربائي للماء ، يتم توليد غازين: الهيدروجين والأكسجين ، كل واحد في أقطاب كهربائية مختلفة:

2H ₂ O => 2H ₂ + O ₂

أيضًا ، يمكن أن يخضع كلوريد الصوديوم لهذا التفاعل نفسه:

2NaCl => 2Na + Cl ₂

في أحد الأقطاب الكهربائية ، سترى تكوين فلز الصوديوم ، وفي الآخر ، فقاعات كلور مخضرة.

البناء الضوئي

تحتاج النباتات والأشجار إلى امتصاص ضوء الشمس كمصدر للطاقة لتركيب موادها الحيوية. لهذا، فإنه يستخدم CO ₂ والمياه والمواد الخام ، والتي من خلال سلسلة طويلة من الخطوات، يتم تحويلها إلى جلوكوز والسكريات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تكوين الأكسجين ، الذي يتم إطلاقه من الأوراق.

محاليل بعض الأملاح

إذا تم إذابة كلوريد الصوديوم في الماء ، فلن يلاحظ أي تغيير ملموس في درجة الحرارة الخارجية للزجاج أو الحاوية.

تزيد بعض الأملاح ، مثل كلوريد الكالسيوم ، CaCl ₂ ، من درجة حرارة الماء نتيجة الترطيب الكبير لأيون Ca ²⁺. والأملاح الأخرى ، مثل نترات الأمونيوم أو كلوريد ، NH ₄ NO ₃ و NH ₄ Cl ، تعمل على خفض درجة حرارة الماء وتبريد محيطه.

في الفصول الدراسية ، غالبًا ما يتم إجراء التجارب المنزلية عن طريق إذابة بعض هذه الأملاح لتوضيح ماهية التفاعل الماص للحرارة.

انخفاض في درجات الحرارة ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الماء من NH ₄ ⁺ أيونات لا يحبذ ضد حل الترتيبات البلورية من أملاحها. وبالتالي ، تمتص الأملاح الحرارة من الماء للسماح بحل الأيونات.

تفاعل كيميائي آخر شائع جدًا لإثبات هذا هو ما يلي:

Ba (OH) ₂ 8H ₂ O + 2NH ₄ NO ₃ => Ba (NO ₃) ₂ + 2NH ₃ + 10H ₂ O

لاحظ كمية الماء المتكونة. عندما يتم خلط كل من المواد الصلبة ، يتم الحصول على محلول مائي من Ba (NO ₃) ₂ ، برائحة الأمونيا ، ومع انخفاض في درجة الحرارة بحيث يؤدي إلى تجميد السطح الخارجي للحاوية.

التحلل الحراري

واحدة من أكثر التحليلات الحرارية شيوعا هو أن من بيكربونات الصوديوم، NaHCO ₃ ، لإنتاج CO ₂ والمياه عند تسخينها. العديد من المواد الصلبة، بما في ذلك الكربونات، وغالبا ما تنهار لإطلاق CO ₂ وأكسيد المقابلة. على سبيل المثال ، يكون تحلل كربونات الكالسيوم كما يلي:

CaCO ₃ + Q => CaO + CO ₂

وينطبق الشيء نفسه على كربونات المغنيسيوم والسترونشيوم والباريوم.

من المهم ملاحظة أن التحلل الحراري يختلف عن الاحتراق. في الحالة الأولى ، لا يوجد اشتعال أو إطلاق حرارة ، بينما في الثانية ؛ بمعنى أن الاحتراق هو تفاعل طارد للحرارة ، حتى عندما يتطلب حدوث مصدر حرارة أولي أو يحدث تلقائيًا.

كلوريد الأمونيوم في الماء

عندما يتم إذابة كمية صغيرة من كلوريد الأمونيوم (NH4Cl) في الماء في أنبوب اختبار ، يصبح الأنبوب أكثر برودة من ذي قبل. خلال هذا التفاعل الكيميائي ، يتم امتصاص الحرارة من البيئة.

ثلاثي كبريتات الصوديوم

عندما تذوب بلورات ثيوكبريتات الصوديوم (Na ₂ S ₂ O ₃.5H ₂ O) ، المعروفة باسم hypo ، في الماء ، يحدث تأثير التبريد.

محرك السيارة

ينتج عن حرق البنزين أو الديزل في محركات السيارات أو الشاحنات أو الجرارات أو الحافلات طاقة ميكانيكية تستخدم في تدوير هذه المركبات.

سوائل الغليان

عن طريق تسخين السائل ، يكتسب طاقة ويدخل في حالة غازية.

اطبخ بيضة

عندما يتم تطبيق الحرارة ، يتم تغيير طبيعة بروتينات البيض ، وتشكيل البنية الصلبة التي يتم تناولها عادة.

طبخ الطعام

بشكل عام ، دائمًا عند الطهي بالحرارة لتغيير خصائص الطعام ، تحدث تفاعلات ماصة للحرارة.

هذه التفاعلات هي التي تجعل الطعام أكثر ليونة ، وتولد كتلًا مرنة ، وتحرر المكونات التي يحتويها ، من بين أشياء أخرى.

تسخين الطعام في الميكروويف

بسبب إشعاع الميكروويف ، تمتص جزيئات الماء الموجودة في الطعام الطاقة ، وتبدأ في الاهتزاز ، وتزيد من درجة حرارة الطعام.

صب الزجاج

يجعل امتصاص الزجاج للحرارة مفاصله مرنة ، مما يسهل تغيير شكله.

استهلاك الشمعة

يذوب شمع الشمع عن طريق امتصاص الحرارة من اللهب وتغيير شكله.

تنظيف الماء الساخن

عند استخدام الماء الساخن لتنظيف الأشياء التي تلطخت بالدهون ، مثل الأواني أو الملابس ، يصبح الشحوم أرق ويسهل إزالته.

التعقيم الحراري للأغذية والأشياء الأخرى

عند تسخين الأشياء أو الطعام ، فإن الكائنات الحية الدقيقة التي تحتويها تزيد أيضًا من درجة حرارتها.

عندما يتم توفير الكثير من الحرارة ، تحدث تفاعلات داخل الخلايا الميكروبية. العديد من هذه التفاعلات ، مثل كسر الروابط أو تمسخ البروتينات ، تنتهي بقتل الكائنات الحية الدقيقة.

حارب العدوى بالحمى

عندما تحدث الحمى ، فذلك لأن الجسم ينتج الحرارة اللازمة لقتل البكتيريا والفيروسات التي تسبب العدوى وتسبب المرض.

إذا كانت الحرارة المتولدة مرتفعة والحمى مرتفعة ، فإن خلايا الجسم تتأثر أيضًا وهناك خطر الموت.

تبخر الماء

عندما يتبخر الماء ويتحول إلى بخار ، يكون ذلك بسبب الحرارة التي يتلقاها من البيئة. عندما يستقبل كل جزيء ماء طاقة حرارية ، تزداد طاقة اهتزازه إلى النقطة التي يمكن أن يتحرك فيها بحرية ، مكونًا البخار.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء. (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. ويكيبيديا. (2018). عملية ماصة للحرارة. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (27 ديسمبر 2018). أمثلة على التفاعل الماص للحرارة. تم الاسترجاع من: thinkco.com
4. أكاديمية خان. (2019). ماص للحرارة مقابل. تفاعلات طاردة للحرارة. تم الاسترجاع من: khanacademy.org
5. سيرم مورمسون. (2019). ماذا يحدث على المستوى الجزيئي أثناء تفاعل ماص للحرارة؟ هيرست سياتل ميديا. تم الاسترجاع من: education.seattlepi.com
6. QuimiTube. (2013). حساب المحتوى الحراري للتفاعل من المحتوى الحراري للتكوين. تم الاسترجاع من: quimitube.com
7. Quimicas.net (2018). أمثلة على التفاعل الماص للحرارة. تم

   الاسترجاع من: quimicas.net.