1-4 حساب التغير في المحتوى الحراري (٢)

يقوم درس حساب التغير في المحتوى الحراري على إيجاد حرارة التفاعل للمركبات بطرق غير مباشرة عندما يصعب قياسها عمليا. الفكرة الأساسية تعتمد على قانون هس الذي ينص على أنه يمكن حساب التغير في المحتوى الحراري للتفاعل بجمع معادلتين كيميائيتين حراريتين أو أكثر مع تغيرات المحتوى الحراري لها. كما يعتمد على حرارة التكوين القياسية وهي التغير في المحتوى الحراري الذي يرافق تكون مول واحد من المركب في الظروف القياسية من عناصرها في حالاتها القياسية. فمثلا إذا أردت حساب حرارة التفاعل لمركب ما، يمكنك جمع قيم $\Delta H$ لمعادلات أولية معلومة حرارتها بعد ترتيبها بحيث تؤدي إلى المعادلة المطلوبة، تماما كما تجمع خطوات رحلة لتصل إلى نفس نقطة النهاية بغض النظر عن المسار المتخذ.

الفكرة الأساسية

يمكن حساب التغير في المحتوى الحراري للتفاعل بطرق غير مباشرة عندما يتعذر قياسه بشكل مباشر في المختبر، وذلك باستخدام قانون هس ومفاهيم حرارة التكوين القياسية.

الشرح

يعتمد هذا الدرس على قانون هس الذي يخبرنا أن حرارة التفاعل تعتمد على الحالة الابتدائية للمواد المتفاعلة والحالة النهائية للمواد الناتجة فقط، بغض النظر عن عدد الخطوات أو المسار الذي تسلكه التفاعل. يعني هذا أنه إذا تم تنفيذ تفاعل ما على عدة خطوات، فإن التغير الكلي في المحتوى الحراري $\Delta H$ لهذا التفاعل يساوي مجموع التغيرات في المحتوى الحراري لجميع الخطوات الفردية. أما حرارة التكوين القياسية فيرمز لها بالرمز $\Delta H_f^\circ$ وهي التغير في المحتوى الحراري الذي يرافق تكوين مول واحد من المركب في الظروف القياسية من عناصرها في حالاتها القياسية. لحساب حرارة التفاعل القياسية $\Delta H_{rxn}^\circ$ لأي تفاعل، نجمع حرارات التكوين القياسية للنواتج مطروحا منها مجموع حرارات التكوين القياسية للمواد المتفاعلة بعد ضرب كل قيمة في عدد مولاتها في المعادلة الموزونة.

مثال محلول خطوة بخطوة

لدينا تفاعل افتراضي يتطلب إيجاد التغير في المحتوى الحراري له باستخدام قانون هس ومعادلتينمعلومتين. المعادلة المطلوبة: $A + B \rightarrow D$ المعادلتان المعطوتان: ١) $A + C \rightarrow E$ وقيمة $\Delta H = -100\text{ kJ}$ ٢) $D + C \rightarrow E$ وقيمة $\Delta H = -40\text{ kJ}$ الخطوة الأولى: نعكس المعادلة الثانية لأننا نريد وجود المادة $D$ في النواتج وعند عكس المعادلة تتغير إشارة $\Delta H$ لتصبح موجبة: $E \rightarrow D + C$ وقيمة $\Delta H = +40\text{ kJ}$ الخطوة الثانية: نجمع المعادلة الأولى مع المعادلة الثانية بعد عكسها: $A + C \rightarrow E$ وقيمة $\Delta H = -100\text{ kJ}$ $E \rightarrow D + C$ وقيمة $\Delta H = +40\text{ kJ}$ الخطوة الثالثة: نحذف المواد المتشابهة من الطرفين مثل المادة $E$ والمادة $C$: المعادلة النهائية: $A \rightarrow D$ الخطوة الرابعة: نجمع قيمتي $\Delta H$: $\Delta H = -100 + 40 = -60\text{ kJ}$

أخطاء شائعة

• نسيان تغيير إشارة المحتوى الحراري $\Delta H$ عند عكس اتجاه المعادلة الكيميائية.
• عدم ضرب قيمة المحتوى الحراري في معامل ضرب المعاملات في المعادلة إذا تم مضاعفة أو تنصيف عدد مولات المواد.
• الخلط بين حالات المادة الفيزيائية صلب وسائل وغاز عند استخدام قيم حرارة التكوين القياسية.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: كيف تتغير قيمة $\Delta H$ في معادلة كيميائية حرارية إذا تضاعفت كميات المواد جميعها ثلاث مرات؟ الإجابة: تتضاعف قيمة $\Delta H$ ثلاث مرات أيضا. السؤال الثاني: ما الذي تصفه حرارة التكوين القياسية لمركب معين؟ الإجابة: تصف التغير في المحتوى الحراري الذي يرافق تكون مول واحد من المركب في الظروف القياسية من عناصرها في حالاتها القياسية.