حل درس المعادلات الكيميائية الحرارية كيمياء ثاني عشر متقدم

حل درس المعادلات الكيميائية الحرارية كيمياء ثاني عشر متقدم

المعادلات الكيميائية الحرارية 

كتابة المعادلات الكيميائية الحرارية
يعتبر تغير الطاقة جزء هام من التفاعلات الكيميائية، لذا تدرج الكيميائيون ΔH كجزء من عدة تفاعلات كيميائية يُطلق على معادلات الكمادة الساخنة والكمادة الباردة معادلات كيميائية حرارية عند كتابتها على النحو التالي

4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) ΔH = -1625 kJ

NH4NO3(s) → NH4+(aq) + NO3-(aq) ΔH = 27 kJ

المعادلة الكيميائية الحرارية 

هي عبارة عن معادلة كيميائية موزونة تتضمن الحالات الفيزيائية لجميع المواد المتفاعلة والناتجة وتغير الطاقة، والذي يتم التعبير عنه عادة بالتغير في المحتوى الحراري ΔH .ينتج عن احتراق الجلوكوز الطارد للحرارة في الجسم طاقة(عملية الأيضُ )تكتب المعادلة الكيميائية الحرارية لاحتراق الجلوكوز على النحو التالي

C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l) ΔHcomb = -2808 kJ

حرارة الاحتراق 

حرارة الاحتراق (ΔHcomb )هي التغير في المحتوى الحراري عند الاحتراق الكامل لمول واحد من المادة تم عرض حرارة الاحتراق القياسية للعديد من المواد يرمز لتغيرات المحتوى الحراري القياسية بالرمز °ΔH   تشير الصفر العلوي إلى تحديد التغيرات في المحتوى الحراري لجميع المواد المتفاعلة والمواد الناتجة في ظل ظروف قياسية تتمثل الظروف القياسية في ضغطatm 1 ودرجة حرارة (C°25 (K 298 ويجب عدم الخلط بينها وبين الضغط ودرجة الحرارة القياسيين (STP ) .

تغيرات الحالة 

هناك العديد من العمليات، غير التفاعلات الكيميائية، التي تمتص الحرارة أو تطلقها على سبيل المثال، ِّفكر فيما يحدث عند خروجك من حمام ساخن سوف ترتعش حيث يتبخر الماء من جلدك يرجع هذا لأن جلدك يوفر الحرارة اللازمة لتبخر الماُء طلق وبينما تخرج الحرارة من جلدك لتبخير الماء، سوف تشعر بالبرودة  يطلق على الحرارة اللازمة لتبخير مول واحد من السائل الحرارة المولية للتبخير (ΔHvap) وبالمثل، إذا أردت كوبُامن الماء البارد يمكنك وضع مكعب من الثلج بداخله فيبرد الماء حيث أنه يوفر الحرارة اللازمة لانصهار مول واحد من المادة الصلبة الحرارة المولية للانصهار (ΔHfus )ولأن عمليات تبخير السائل وصهر المادة الصلبة تعتبر عمليات ماصة للحرارة، فإن قيم ΔH لها تكون موجبة تم عرض الحرارة المولية القياسية للتبخير والانصهار لخمسة مركبات شائعة .

المعادلة الكيميائية الحرارية لتغيرات حالة المادة 

يمكن وصف تبخير الماء وانصهار الثلج بالمعادلات التالية

H2O(l) → H2O(g)          ΔHvap = 40.7 kJ

H2O(s) → H2O(l)           ΔHfus = 6.01 kJ

تشير المعادلة الأولى إلى أنه قد تم امتصاص kJ 7.40 من الطاقة عند تحويل مول واحد من الماء إلى مول واحد من بخار الماء  تشير المعادلة الثانية إلى أنه تم امتصاص kJ 01.6 من الطاقة عند انصهار مول واحد من الثلج ليتحول إلى مول واحد من الماء السائل .

ما الذي يحدث في العمليات العكسية، عندما يتكثف بخار الماء ويتحول إلى ماء سائل أو يتجمد الماء السائل ويتحول إلى ثلج؟ يتم إطلاق نفس كميات الطاقة في هذه العمليات الطاردة للحرارة تماما كالتي يتم امتصاصها في العمليات الماصة للحرارة كالتبخير والانصهار لذلك، تكون الحرارة المولية للتكثف(ΔHcond)والحرارة المولية للتبخير نفس القيمة العددية ولكن مختلفة في الإشارة وبالمثل، فإن الحرارة المولية للتجمد (ΔHsolid)تساوي القيمة العددية للحرارة المولية للانصهار ولكن مختلفة الإشارة .

ΔHvap = -ΔHcond

ΔHfus = -ΔHsolid

قارن بين معادلتي تكثف بخار الماء وتجمد الماء مع المعادلتين في الصفحة السابقة لتبخير الماء وانصهار الثلج

H2O(g) → H2O(l)           ΔHcond = -40.7 kJ

H2O(l) → H2O(s)            ΔHsolid = -6.01 kJ

يستفيد بعض المزارعين من حرارة انصهار الثلج لحماية الفواكه والخضراوات من التجمد فإذا تنبأوا بانخفاض درجة الحرارة إلى حد التجمد، فإنهم يرشون بساتينهم وحقولهم بالماء عندما يتجمد الماء، تنبعث الحرارة (ΔHfus) وغالبا ما تؤدي إلى تدفئة الهواء المحيط بما يكفي لمنع ضرر الصقيع سوف ترسم منحنى تسخين الماء، في مختبر حل المسائل التالي، وتوضحه بكتابة درجات حرارة الانصهار والتبخير.

تفاعلات الاحتراق 

الاحتراق هو تفاعل الوقود مع الأكسجين في النظم البيولوجية، يعتبر الطعام هو الوقود يبين بعض الأطعمة التي تحتوي على جلوكوز وكذلك بعض الأطعمة الأخرى التي تحتوي على الكربوهيدرات والتي يتم تحويلها بسهولة داخل جسمك إلى جلوكوز وتعتمد أيضا على تفاعلات احتراق أخرى والتي تحافظ  على  دفئك وبرودتك والتي تنقلك في المركبات تتمثل إحدى الطرق التي تساعدك على تدفئة منزلك أو طهي طعامك في حرق غاز الميثان ينتج احتراق مول واحد من غاز الميثان  891kj طبقا لهذه المعادلة 

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) + 891 kJ

تعمل معظم المركبات كالسيارات، والطائرات، والقوارب،والشاحنات باحتراق الجازولين، والذي يتكون معظمه من الأوكتان (C8H18 ) أن احتراق مول واحد من الأوكتان ينتج kJ 5471 وتكتب معادلة احتراق الأوكتان على النحو التالي 

C8H18(l) + 25/2 O2(g) → 8CO2(g) + 9H2O(l) + 5471 kJ

هناك تفاعل احتراق آخر وهو احتراق الهيدروجين 

H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) + 286 kJ

يوفر احتراق الهيدروجين الطاقة اللازمة لرفع المكوك في الفضاء، كما هو موضح في الصفحة الافتتاحية لهذه الوحدة