الوحدة1 �الطاقة والتغيرات الكيميائية

الصف الثاني عشر العلمي

القسم 1 – 1�الطاقة Energy

هي القدرة على بذل شغل أو إنتاج حرارة . وتوجد بصورة طاقة وضع وطاقة حركية

أمثلة : حركة متزلج على الجليد ، سقوط كتاب على سطح طاولة .

الطاقة Energy:

أشكال الطاقة وتحولاتها

1 ـ سقوط الكتاب تتحول طاقة الوضع إلى حركية

وتوقف الكتاب تتحول الطاقة الحركية إلى حرارة

2 ـ إشعال شظية تتحول طاقة الوضع الكيميائية إلى حرارة وضوء

ترتبط الطاقة الحركية للمادة مع الحركة العشوائية الدائمة لجسيماتها وتتناسب مع درجة الحرارة وبإرتفاع درجة الحرارة تزداد حركة الجسيمات وتعتمد طاقة الوضع للمادة على تركيبها الكيميائي :

أنواع الذرات ، عدد الروابط الكيميائية،ترتيب الذرات

قانون حفظ الطاقة

في أي تفاعل كيميائي أو عملية فيزيائية يمكن أن تتحول الطاقة من شكل إلى آخر ولكنها لاتستحدث ولاتفنى ويعرف بالقانون الأول في الديناميكا الحرارية

طاقة الوضع الكيميائية :

هي الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية للمادة وتنتج هذه الطاقة من ترتيب الذرات وقوة الروابط بين الذرات . مثل طاقة الوضع للبروبان .

​

الحرارة q:

هي طاقة تنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم الأبرد

يفقد الجسم الساخن طاقة تنخفض درجة حرارته

ويمتص الجسم الأبرد طاقة ترتفع درجة حرارته

يحترق الجازولين (الأوكتان ( ليتحول جزء من طاقة الوضع الكيميائية للأوكتان إلى شغل يحرك السيارة

ولكن جزء أكبر من طاقة الوضع تنطلق بصورة حرارة.

قياس الحرارة:يعدإنتقال الطاقة من خلال

تغير درجة الحرارة .

السعر cal : هو كمية الحرارةاللازمة لرفع درجة حرارة 1g من الماء النقي 1C

فتحطم السكر في الجسم لينتج CO2 و H2O ويكون طارد للطاقة وتقاس بالسعرات الغذائية Cal

وتعني Calorles = 1kcal =1000cal :

وتقاس الطاقة بالنظام الدولي بوحدة الجول حيث أن

1cal = 4.184J

ما المقصود بدرجة الحرارة ؟

قياس معدل الطاقة الحركية لجسيمات عينة من المادة .

في حسابات الكيمياء نستخدم المقياس المئوي (C ) ومقياس كلفن . ( K )

ما العلاقة بين المقياس المئوي (C ) ومقياس كلفن . ( K )

K = 273 + ^OC

العلاقة

1J = 0.239cal

​

1cal = 4.184 J

​

1Cal

1000cal

معامل التحويل

1J

0.239cal

​

1cal

4.184 J

​

1Cal = 1kcal

مثال

إذا كانت وجبة إفطار مكونة من الحبوب وعصير البرتقال والحليب ، تحتوي على 230Cal من الطاقة فعبّرعن هذه الطاقة بوحدة الجول J .

المعطيات : 230Cal ، المطلوب : الطاقة J

1000cal 4.184J

230Cal x x = 9.6x10 J 1Cal 1cal

₅

مثال

عند حرق 1g من سكر الجلوكوزينتج 15.6kJ من الطاقةفكم يساوي ذلك بالسعرات (Calorles)

المعطيات : 15.6kJ ، المطلوب : الطاقة kcal

1000J 1cal 1kcal

15.6kJ x x x = 3.73 kcal 1kJ 4.184J 1000cal

تطبيقات :

1 ـ تحتوي حبة حلوى الفواكه على 142Cal من الطاقة.ما مقدار الطاقة بوحدة cal

2 ـ يطلق تفاعل طارد للطاقةkJ 86.5 من الحرارة. ما مقدار الحرارة التي أطلقت بوحدة Cal

3ـ عرف وحدة طاقة جديدة، وسمّها بإسمك ،واجعل قيمتها عشرسعر .ما عوامل التحويل التي تربط هذه الوحدة الجديدة مع الجول J و kcal

​

​

الحرارة النوعية :

كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من المادة درجة سيليزية واحدة أو كلفن واحد.

تقاس الحرارة النوعية تحت ضغط ثابت ورمزها C .

لرفع درجة حرارة كمية من الماء 1Cيجب أن يمتص كل جرام من الماء4.184 J من الطاقة بينما تحتاج نفس الكتلة من قطعة اسمنتية إلى 0.84 J

علل : درجة حرارة الاسمنت أعلى5مرات درجة حرارة الماء الذي له نفس الكتلة عندما تمتص نفس الطاقة

ج/ لأن الحرارة النوعية للإسمنت أقل من الحرارة النوعية للماء .

ما العوامل التي تعتمد عليها كمية الطاقة المنتقلة كحرارة خلال التغير ؟

1- طبيعة المادة .

2- كتلة المادة .

3- مقدار التغير في درجة الحرارة .

C_p =

q

m

×

ΔT

q

الطاقة المنطلقة أو الممتصة .

m

كتلة العينة ( g )

ΔT

الفرق بين درجتي الحرارة الابتدائية والنهائية .

ΔT

=

T₂

-

T₁

T₂

درجة الحرارة النهائية .

T₁

درجة الحرارة الابتدائية .

حساب الحرارة الممتصة

تكون الحرارة الممتصة موجبة عندما يكون هناك ارتفاع في درجة حرارة المادة أي > 0 :

_{حساب الحرارة المنطلقة}

تكون الحرارة المنطلقة سالبة عندما يكون هناك انخفاض في درجة حرارة المادة أي <0 :

ΔT

احسب الحرارة النوعية للحديدكتلته10g يطلق طاقة مقدارها114 Jعند تبريده من 50.4Cإلى 25C.

المعطى :

q

=

m

=

T₁

=

T₁

=

المعطى :

q

=

m

=

T₂

-114J

10g

_50.4C

25C

ΔT

=

T₂

-

T₁

ΔT

=

25

-

50.4

=

-25.4C

C_p =

q

m

×

ΔT

C_p =

_-114 J

10 g

×

-25.4C

=

0.449

J/g.C

الطاقة الشمسية : تستخدم الطاقة الشمسية في عملية تقليص انبعاث غاز CO2 ولكن الشمس تسطع فترات محدودة مما يجعل استخدامها محدد حيث يسخن الماءمن أشعة الشمس نتيجة أن حرارته النوعية هي الأعلى فيستغل ذلك في تدوير الطاقة بعدة أشكال

احسب C لمعدن الانديوم علماً أن1.0 mol منه يمتص 53 J عندما ترتفع درجة حرارته من 297.5 K إلى 299.5 ( In = 114)

=

المعطى :

q

=

عدد المولات

=

T₁

53 J

1.0mol

297.5K

C =

?

J/g.K

T₂

=

299.5 K

1.0 mol In =

114.g

المجهول :

=

m

ΔT

=

T₂

-

T₁

ΔT

=

299.5

-

297.5

=

2 K

ΔT

C =

q

m

×

ΔT

C =

53 J

114 g

×

2 K

=

0.232

J/g.K

إذا أضيف 980KJ من الطاقة إلى 6.2L من الماء عند درجة حرارة 291 K فما درجة الحرارة النهائية للماء علماً أن كثافة الماء 1g/ml وحرارته النوعية =4.18 J/g.K

=

المعطى :

q

=

V

=

T₁

980 KJ

6.2 L

291K

C_p =

4.18

J/g.K

المجهول :

T₂

D

=

1 g/mL

q

=

980 KJ

×

1000 J

1 KJ

=

980 000J

m

=

D

×

V

=

V

6.2 L

×

1000 mL

1 L

=

6200

mL

=

m

1 g/mL

×

6200

mL

=

m

6200 g

ΔT =

ΔT =

q

m

×

C_p

ΔT =

980 000J

6200 g

×

4.18

J/g.K

ΔT =

38 K

1 ـ وضح كيف تتغير الطاقة من شكل لآخر في التفاعل الطاردوالماص للطاقة .

2 ـ ميّز بين الطاقة الحركية وطاقة الوضع في الأمثلة : مغناطيسين منفصلين ، انهيار ثلجي ، كتب موضوعة على رفوف ، نهر ، سباق سيارات

3 ـ وضح علاقة الضوء والحرارة في شمعة محترقة بطاقة الوضع الكيميائية

تمارين

4 ـ احسب كمية الحرارة الممتصة عند تسخين 50g ألومنيوم من درجة حرارة 25C إلى درجة حرارة 95C علماًأن الحرارة النوعية0.891J/g.C

5 ـ وضعت كتل متساوية من ألمنيوم وذهب وحديد

وفضةتحت أشعة الشمس في الوقت نفسه ولفترة محددة رتب الفلزات الأربعة وفق ازدياد درجات حرارتها من الأعلى إلى الأقل

​

القسم 1 – 2�الحرارة Heat

الحرارة Heat

يتم قياس الحرارة باستخدام المسعر:وهو جهازمعزول حرارياً يستخدم لقياس كمية الحرارة الممتصة أو المنطلقة أثناء عملية فيزيائية أو كيميائية

يتم استخدام مسعر التفجير(القنبلة) في تحديد الحرارة النوعية يستخدمه كيميائيو التغذية.

طريقة عمل المسعر

توضع كمية معلومة من الماء في حجرة معزولة لكي تمتص الطاقة المنطلقة من التفاعل أو لتزود الطاقة التي يمتصها التفاعل ومن ثم يمكننا قياس التغير في درجة حرارة كتلة الماء

يستخدم مسعر أبسط من مسعر التفجير لتحديد الحرارة النوعية لفلز ما وهو كأس مصنوع من البوليسترين مفتوح على الجو تحدث فيه التفاعلات تحت ضغط ثابت وتكون كمية الحرارة المفقودة من الفلز تساوي كمية الحرارة المكتسبة للماء أي q water = qmetal

Twater - Tmetal= للفلز

ΔT

احسب C لفلز كتلته 4.68g عندما يمتص J 256 عندما ترتفع درجة حرارته بمقدار 182 C ، هل يكون من الفلزات القلوية

المعطى :

q

=

256 J

_m

?

J/g.C

4.68g

المجهول :

=

C =

C =

q

m

×

ΔT

C =

256 J

4.68 g

×

182C

=

0.301

J/g.C

تطبيقات

1 ـ امتصت عينة من فلز غير معلوم كتلتها 90g كمية

من الحرارة مقدارها 25.6J وارتفعت درجة حرارتها

بمقدار 1.18C ، فما الحرارة النوعية للفلز ؟

2 ـ ارتفعت درجة حرارة عينة الماء من 20C إلى 46.6C عند امتصاصها 5650J ، ما كتلة العينة ؟

3 ـ إذا فقد 335g من الماء درجة حرارته 65.5C

كمية من الحرارة مقدارها 9750J ، فما درجة حرارة

الماء النهائية ؟

الطاقة الكيميائية والكون

الكيمياء الحرارية : هي تغيرات الحرارة التي ترافق التفاعلات الكيميائية والتغيرات الفيزيائية ، فمثلاً ينتج حرارة من احتراق الوقود واستخدام تفاعلات تبقي الوجبات ساخنة وكذلك الكمادة الساخنة لتدفئة الأيدي

تنتج طاقة من خلال التفاعل التالي :

4Fe(s) +3O2(g) 2Fe2O3(s)+1625kj

المحيط

+النظام

الكون

النظام : هو الجزء المعين من الكون الذي يشمل التفاعل أو العملية التي ترغب دراستها

المحيط هو كل شيءفي الكون بخلاف النظام

س مانوع انتقال الطاقة خلال التفاعل الطارد في

الكمادة الساخنة ؟

تنتقل الحرارة الناتجة من الكمادة ( النظام)إلى

يديك (جزء من المحيط )

=

س ماذا يحدث خلال التفاعل الماص ؟

ينعكس انتقال الحرارة حيث تنتقل الحرارة من المحيط إلى النظام .

مثال : عندوضع هيدروكسيد الباريوم وثيوسيانات الأمونيوم وخلطهما بكأس على

لوح رطب تنتقل الحرارة من اللوح والماء

(المحيط) إلى الكأس ( النظام)ويلتصق الكأس

على اللوح لتجمد الماء الموجود أسفل الكأس

يرمز للطاقة المنطلقة أو الناتجة عن التفاعل الذي يحدث عند ضغط ثابت

وهذه الطاقة المنطلقة من عدة تفاعلات التي تحدث عند الكائنات الحية وفي البحيرات وفي الكؤوس المفتوحة .

qp

المحتوى الحراريH

هو المحتوى الحراري لنظام ما عند ضغط ثابت

ويصعب تحديد H مباشرة

التغير في المحتوى الحراري

هي كمية الطاقة الممتصة أو المنطلقة على صورة حرارة من قبل نظام معين خلال عملية تحت ضغط ثابت . ( حرارة التفاعل)

ΔHrxn

ΔH

=

Hfinal

-

Hinitial

H _نواتج

المحتوى الحراري للنواتج في نهاية

H _{متفاعلات}

المحتوى الحراري للمتفاعلات في البداية

ΔH

التغير في المحتوى الحراري

ΔH

=

H _نواتج

-

H _{متفاعلات}

H _نواتج

المحتوى الحراري للنواتج

H _{متفاعلات}

المحتوى الحراري للمتفاعلات

ΔH

التغير في المحتوى الحراري

تكون اشارة المحتوى الحراري سالبة

لأن Hنواتج > H متفاعلات والتفاعل طارد

= -1625kJ

ΔHrxn

تفاعل الكمادة الساخنة

4Fe(s) +3O2(g) 2Fe2O3(s)+1625kj

المحتوى الحراري

الناتج

- 1625 kJ

المواد المتفاعلة

الحرارة إلى الوسط المحيط

4Fe(s)

تفاعل الكمادة الساخنة

ΔH >

0

العملية طاردة للحرارة ويكون :

مسار التفاعل الحراري

المتفاعلات

النواتج

الطاقة الابتدائية

الطاقة النهائية

ΔH

​

• 500

• 300

ΔH

=

الطاقة النهائية

-

الطاقة الابتدائية

ΔH

=

• 500

-

• 300

=

• 200

ΔH سالبة وبالتالي التفاعل للحرارة

طارد

تكون اشارة المحتوى الحراري موجبة

لأن Hنواتج < H متفاعلات والتفاعل ماص

= + 27kJ

_{الكمادة الباردة}

ΔHrxn

_27kJ + NH4NO3(s) NH4(aq) + NO3(aq)

+

_

يعادل المحتوى الحرارة المفقودة أو المكتسبة qp وتكون q =

ΔHrxn

المحتوى الحراري

الناتج

+ 27 kJ

المواد المتفاعلة

الحرارة من المحيط إلى النظام

NH4(aq)

تفاعل الكمادة الباردة

-

+

العملية ماصة للحرارة ويكون :

0

ΔH =

مسار التفاعل الحراري :

سير التفاعل

الطاقة

المتفاعلات

النواتج

الطاقة الابتدائية

الطاقة النهائية

ΔH

ΔH موجبة وبالتالي التفاعل للحرارة

ماص

1 ـ صف كيف تحسب كمية الحرارة المكتسبة أو المنطلقة من المادة عندما تتغير درجة حرارتها ؟

2 ـ لماذا تكون اشارة سالبة للتفاعل

الطارد للحرارة ؟

3ـ لماذا يشكل الحجم المعلوم من الماءجزء مهم من المسعر ؟

4 ـ لماذا يجب أن تعرف الحرارة النوعية للمادة حتى

تحسب مكتسبةأو مفقودة من المادة نتيجة

5 ـ صف معنى النظام في الديناميكا الحرارية ، وما علاقة كل من النظام والمحيط والكون ؟

ΔHrxn

ΔT

6ـ احسب الحرارة النوعيةJ/g.c لمادة مجهولة ، إذ تطلق عينة كتلتها 2.5g منها 12cal عندماتتغير

درجة حرارتها من 25C إلى 20C ؟

₇ ـ صمم تجربةتصف خطوات العمل التي يمكنك أن تتبعها لإيجاد الحرارة النوعية لقطعة فلز كتلتها 45g

القسم 1 – 3�المعادلات الكيميائية الحرارية

Thrmochemical Equations

كتابة المعادلات الكيميائية الحرارية

NH4NO3(s) NH4(aq) + NO3(aq)

ΔH=-1625kJ

_{4Fe(s)+ 3O2(g) 2Fe2O3}(s)

ΔH= +27kJ

المعادلة الكيميائية الحرارية :

معادلة كيميائية موزونة تتضمن الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة والناتجة وتغير الطاقة .

احتراق الجلوكوزطارد للحرارة في الجسم

(عملية الأيض) وفق التفاعل :

C6H12O6(s) +6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(l)

​

ΔHcomb=-2808kJ

حرارة الاحتراق القياسية

هي التغير في المحتوى الحراري عند الاحتراق

الكامل لمول واحدمن المادة

يتم تحديد تغير المحتوى الحراري للمواد

المتفاعلة والناتجة عند ظروف قياسية أي:

ضغط 1atm ودرجة حرارة 25C وليس (STP)

ΔHcomb

o

o

حرارة الاحتراق القياسية

ΔHcomb

o

حرارة المولية القياسية للتبخير والانصهار

ΔHvap

ΔHfus

ΔHvap

الصيغة الكيميائية

المادة

ΔHfus

تغيرات الحالة

الحرارة المولية للتبخير : : هي الحرارة

اللازمة لتبخير مول واحد من السائل

الحرارةالمولية للانصهار هي الحرارة

اللازمة لانصهارمول واحد من المادة الصلبة

ΔHvap

ΔHfus

المعادلات الكيميائية الحرارية لتغيرات الحالة

H2O(l) H2O(g) = 40.7kJ

H2O(s) H2O(l) = 6.01kJ

تشير المعادلة الأولى إلى امتصاص 40.7kJ من

الطاقة ليتحول مول الماء السائل إلى بخار الماء

ΔHvap

ΔHfus

وتشير المعادلة الثانية إلى امتصاص 6.01kJمن

الطاقة ليتحول مول من الثلج إلى ماء سائل

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

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

ΔHcond

ΔHsolid

تغيرات الحالة المعكوسة

علل : يرش المزارعون بساتينهم بالماء في الأوقات الباردة ؟

ج/ لأن الماء يتجمد فتنبعث حرارة

مما يؤدي لتدفئة الهواء المحيط ومنع الصقيع

ΔHfus

تغيرات حالة الماء

H2O(s)

المحتوى الحراري

+40.7 kJ

- 6.01 kJ

+ 6.01 kJ

ΔHcond =

- 40.7 kJ

H2O(g)

H2O(l)

مثال: ماكمية الحرارة الناتجة عن احتراق 54g جلوكوز حسب المعادلة :

​

​

المعطى :

q

_m

=

54g

المجهول :

C6H12O6(s) +6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(l)

​

ΔHcomb=-2808kJ

ΔHcomb=-2808kJ

الكتلة المولية : 180 g/mol

=

=

54 gC6H12O6 X

1molC6H12O6

180 gC6H12O6

0.3 molC6H12O6

​

0.3 molC6H12O6X

1molC6H12O6

-2808kJ

842 kJ-

تمارين

1 ـ احسب الحرارة اللازمة لصهر 25.7 g من الميثانول الصلب عند درجة انصهاره

2 ـ ماكمية الحرارة المنطلقة عن تكثف 275g من غازالأمونيا إلى سائل عند درجة غليانه ؟

3 ـ ما كتلة الميثان CH4 التي يجب احتراقها لإطلاق

12880kJ من الحرارة

ΔHfus = 3.22kJ/mol

تفاعلات الاحتراق

هي تفاعل الوقود مع الأكسجين وفي الأنظمة الحيوية يعدالطعام الوقود اللازم للاحتراق مثل الكربوهيدرات

_{يستخدم الاحتراق في تدفئة المنازل مثل احتراق 1mol من}

_{الميثان يطلق 891kJ} وفق المعادلة الكيميائية الحرارية:

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

وكذلك احتراق 1mol من الأوكتان لينتج 5471kJ من

_{الحرارة وفق المعادلة الكيميائية الحرارية :}

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

2H_2(g)

+O_2(g)

2H₂O_(l)

+ 572 kJ

من المعادلة : تنطلق 572 kJ من الطاقة عند تكون 2 mol من الماء

س: كم من الطاقة ينطلق عند تكون 4 mol من الماء؟

1144 kJ

س: كم من الطاقة ينطلق عند تكون 1 mol من ماء؟

½× 572 kJ

286kJ

حدد نوع التفاعل (طارد أو ماص للحرارة) :

3CO_(g)

+Fe₂O_3(S)

2Fe_(S)

+ 3CO_2(g)

+ 24.7 kJ

I_2(S)

I_2(g)

+ 24.7 kJ

إذاً التفاعل طارد للحرارة .

التفاعل ماص للحرارة

س: حدد قيمة ΔH لكل تفاعل مما يلي :

3CO_(g)

+Fe₂O_3(S)

2Fe_(S)

+ 3CO_2(g)

+ 24.7 kJ

هل التفاعل ماص أم طارد للحرارة .

ً التفاعل طارد للحرارة .

هل ΔH موجبة أم سالبة لهذا التفاعل ؟

سالبة .

كم تكون قيمة ΔH لهذا التفاعل ؟

- 24.7 kJ

I_2(S)

I_2(g)

+ 24.7 kJ

هل التفاعل ماص أم طارد للحرارة .

ً التفاعل ماص للحرارة .

هل ΔH موجبة أم سالبة لهذا التفاعل ؟

موجبة .

كم تكون قيمة ΔH لهذا التفاعل ؟

+ 24.7 kJ

س :

س: أعد كتابة المعادلات التالية مضمناً قيمة ΔH جانب المتفاعلات أو النواتج :

2Mg_(S)

+O_2(g)

2MgO_(S)

ΔH = -1200 kJ

1-هل ΔH موجبة أم سالبة لهذا التفاعل ؟

سالبة .

2- هل التفاعل ماص أم طارد للحرارة ؟

طارد.

3- في التفاعلات الطاردة للحرارة أين تكتب كمية الحرارة ؟

جهة النواتج .

2Mg_(S)

+O_2(g)

2MgO_(S)

+1200 kJ

عند استخدام المعادلات الكيميائية الحرارية:

1- تمثل المعاملات عدد المولات ولا تمثل عدد الجزيئات مطلقاً .

علل : يمكن كتابة المعاملات ككسور في المعادلات الكيميائية الحرارية ؟

* لأنها تمثل المعاملات عدد المولات ولا تمثل عدد الجزيئات مطلقاً .

2- يجب كتابة الحالة الفيزيائية للمتفاعلات والنواتج .

3- يتناسب التغير في الطاقة طردياً مع عدد مولات المادة الخاضعة للتغير .

4- قيمة تغير الطاقة ΔH لا تتأثر عادة بتغير درجة الحرارة .

تمارين :

1 ـ أكتب معادلة كيميائية حرارية كاملة لاحتراق الايثانول

C2H5OH إذا كانت -1367 kJ/mol : ΔHcomb =

2 ـ حدد أي العمليات الآتية طاردة للحرارة وأيها ماصّة لها:

a . C2H5OH(g) C2H5OH(l)

2. Br2(l) Br(s)
3. C5H12(g) + 8O2(g) 5CO2(g) + 6H2O(l)

3 ـ اشرح كيف يمكن حساب الحرارة المنطلقة عند تجمد

0.25 mol ماء.

4 ـ احسب كمية الحرارة المنطلقة عند احتراق 206g من غاز الهيدروجين ؟=- 286kJ/mol ΔHcomb

5 ـ إذا كانت حرارة التبخر المولية للأمونيا23.3kJ/mol

فما مقدار حرارة التكثف المولية للأمونيا ؟

6 ـ يبين الرسم التالي المحتوى الحراري للتفاعل A C

هل التفاعل طارد أم ماص للحرارة ؟ فسر إجابتك ؟

A

C

ΔH

المحتوى الحراري

القسم 1 – 4�حساب التغير في المحتوى الحراري Calculating Enthalpy Change

حساب التغير في المحتوى الحراري

قانون هس :عند جمع معادلتين حراريتين أو أكثر لإنتاج معادلة نهائية فسيكون مجموع التغير في المحتوى الحراري للتفاعلات الفردية هو التغير في المحتوى الحراري للتفاعل النهائي .

من المستحيل حساب في تفاعل ما باستخدام الكالوريمتر كتحويل الكربون من ( الماس ) إلى (جرافيت )

C(s) جرافيت C(s) ماس

يحدث هذا التفاعل ببطء شديد بحيث يصبح حساب التغيرفي المحتوى الحراري مستحيل

وأحياناً تفاعلات تنتج نواتج غير مرغوب فيها فيستخدم طريقة نظرية لحساب

ΔH

ΔH

حساب تكوين SO3 في الهواء الجوي

يتكون غاز SO3 من احتراق الكبريت بوجود الأكسجين ولكن هناك مشكلة وهي تكون مزيج غازي يحتوي غاز SO2 لذلك يتم اللجوء إلى قانون هس في حساب وفق المعادلة :

2S(S) + 3O2(g) 2SO3(g)

ΔH

ΔH

ΔH=?

تركيب ثالث أكسيد الكبريت

المعادلة d

المحتوى الحراري

-594 kJ

kJ

التغير الكلي في

الطاقة

ΔH =

- 792 kJ

2S(s) +2O2(g)

2SO2(g)

2SO2(s) +O2(g)

2SO3(g)

خطوات قانون هس :

2S(s) + 3O2(g) 2SO3(g)

الخطوة 1 : يتم مطابقة المعادلات المساعدة مع المعادلة الأصلية

a. S(s) + O2(g) SO2(g)

b. 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g)

الخطوة2 : نضرب المعادلة a بـ (2 )

C . 2S(s) + 2O2(g) 2SO2(g)

الخطوة 3 : نعكس المعادلة b

d. 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

الخطوة 4 : يتم جمع المعادلتين c , d

2S(s) + 3O2(g) 2SO3(g)

​

​

ΔH = ?

ΔH =- 297kj

ΔH =198kj

ΔH = 2x- 297kj

ΔH =-198kj

ΔH =-198 + -594 =- 792kj

س: احسب حرارة تكوين غاز الميثان من عنصريه غاز الهيدروجين والكربون الصلب عند درجة 298K باستخدام المعادلات والمعلومات التالية :2H2 + C CH4

C_(s)

+O_2(g)

CO_2(g)

H_2(g)

+ ½O_2(g)

H₂O_(l)

- 393.5kJ

- 285.8kJ

CH_4(g)

+ 2O_2(g)

CO_2(g)

+2H₂O_(l)

- 890.8kJ

كتابة المعادلة الأصلية :

C_(s)

+2H_2(g)

CH_4(g)

قارن بين كل معادلة والمعادلة الأصلية

1- تبقى المعادلتان الأولى والثانية كما هي بينما تعكس المعادلة الثالثة

C

+O₂

CO₂

H₂

+ ½O₂

H₂O

- 393.5kJ

- 285.8kJ

CO₂

+2H₂O

CH₄

+ 2O₂

+ 890.8kJ

2- تضرب المعادلة الثانية ب( 2 ) بينما تبقى كل من المعادلة الأولى والثالثة كما هي .

C

+O₂

CO₂

- 393.5kJ

2H2

+ O₂

2H₂O

+

2×- 285.8kJ

CO₂

+2H₂O

CH₄

+ 2O₂

+ 890.8kJ

3- جمع المعادلات الثلاثة :

C

+O₂

CO₂

- 393.5kJ

2H₂

+ O₂

2H₂O

- 571.6 kJ

CO₂

+2H₂O

CH₄

+ 2O₂

+ 890.8kJ

C

+2H2

CH₄

=(-393.5)

+

(-571.6)

+

(+ 890.8)=

-74.3kJ

حرارة التفاعل لـ CO و CO₂

0 kJ

+O₂

C

+ ½o₂

Co

CO₂

- 110.5 kJ

- 283.0 kJ

-393.5 kJ

+ 283.0 kJ

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

- 325.1 kJ

- 186.2 kJ

? kJ

,Cl₂

Sn

SnCl₂

SnCl₄

مثال

تطبيق : استخدم المعادلتين a , b لحساب

2CO(g) + 2NO(g) 2CO2(g) + N2(g) = ?

a. 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g) = - 566kj

b. N2(g) + O2(g) 2NO(g) =-180kj

ΔH

ΔH

ΔH

ΔH

حرارة التكوين المولية

تغير الحرارة الذي يحصل لدى تكون مول واحد من مركب من عناصره الأولية في حالتها القياسية عند 25⁰C وضغط 1atm

ΔHf

المركبات المستقرة جداً تكون حرارة التكوين لها ذات قيم سالبة كبيرة .

المركبات غير المستقرة تماماً تكون حرارة التكوين لها ذات قيم موجبة كبيرة .

المركبات غير المستقرة تكون حرارة التكوين لها ذات قيم موجبة أو سالبة قليلة .

يزداد الاستقرار

رتب تصاعدياً المركبات التالية حسب استقرارها(حرارة التكوين kJ/mol بين قوسين)

HI (+26.5) , C₂H₂ ( +226.7)

H₂O₂(-187.8)

CO₂ (-393.5)

الترتيب :

أقلها

H₂O₂

ثم

C₂H₂

ثم

HI

ثم

CO₂

ما هو مصدر حرارة التكوين القياسية؟

يمكن أن تحدد من خلال نقطة مرجعية كنقطة تجمد

الماء فيتكون عناصر أكبر من صفر وأقل من صفر

ويمكن تحديد من التجارب العملية

1/2N2(g)

O2(g)

+33.2kJ

=

+

NO_2(g)

ΔHf

ΔHf

معادلة الجمع :

-

=

ΔHf( النواتج )

ΔHf(متفاعلات )

ΔHrxn

​

​

​

​

​

حل مراجعة القسم4

​

​

​

​

​

القسم 1 – 5�تلقائية حدوث التفاعلات

​

Reaction Spontaneity

_{العمليات التلقائية}

تفاعل تكون الصدأ عملية تلقائية وهوطارد للحرارة

4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s)

_لنفترض أنه تم عكس معادلة الصدأ يكون غير تلقائي

2Fe2O3(s) 4Fe(s) + 3O2(g)

1- جميع العمليات الطاردة للحرارة تلقائية.

2- جميع العمليات الماصة للحرارة غير تلقائية .

ΔH= -1625kj

ΔH= 1625kj

التغير في المحتوى الحراري لا يكون هوالعامل الوحيد في تحديد تلقائية التفاعل

* معظم التفاعلات الكيميائية في الطبيعة هي تفاعلات طاردة للحرارة .

* وتكون طاقة النواتج أقل من طاقة المتفاعلات

إذاً هناك عامل يتحكم في تلقائية التفاعل يعرف بالأنتروبي S كمثال على ذلك ذوبان

الجليد ماص للحرارة وهو تلقائي .

_{ما هو الأنتروبي (S)؟} هو قياس عدد الطرق التي يمكن أن يتم بها توزيع الطاقة عبر نظام ما.

_نلاحظ من الشكل عندما يكون الحاجز بين الوعائين مغلق يكون حالة انتظام بينما عند فتح الحاجز يحدث حالة من الفوضى ( عشوائية )

_{مع زيادة عدد الجسيمات أو زيادة حجم الوعاء أو زيادة الطاقة ،}

_{زيادة حركة الجسيمات يزيد عدد الترتيبات الممكنة ( العشوائية)}

​

_{القانون الثاني للديناميكا الحرارية}

​

ينص القانون : أن العمليات التلقائية دائماً ما تستمربالطريقة التي يزداد بها إنتروبي الكون .

_{التنبؤ بالتغيرات في الانتروبي :}

​

ΔS نظام = S نواتج - S متفاعلات

_{إذا زاد انتروبي نظام تكون :}

_{وتكون قيمة} ΔSللنظام موجبة

​

S نواتج > S متفاعلات

_{إذا قل انتروبي نظام تكون:}

_{وتكون قيمة} ΔSللنظام سالبة

​

S نواتج < S متفاعلات

علل/ ينتقل النظام من حالة إلى أخرى دون تغير في المحتوى الحراري؟

ج- للزيادة في الانتروبي .

النظام العشوائي : النظام الذي تفتقر مكوناته إلى الترتيب المنتظم .

الانتروبي S : قياس درجة عشوائية الجسيمات في نظام معين .

_يمكن التنبؤ فيما إذا كانت قيمةΔS نظام موجبة أو سالبة من خلال العملية أو التفاعل :

1 ـ الحالة الفيزيائية للمادة تختلف حركة الجسيمات بإختلاف الحالة

H2O(l) H2O(g)

CH3OH(s) CH3OH(l)

ΔSنظام > 0

ΔSنظام > 0

عشوائيةجسيمات الغاز

عشوائية جسيمات السائل

أكثر

عشوائية جسيمات الصلب

قاعدة عامة :

انتروبي الغاز

انتروبي السائل

أكثر

أكبر

انتروبي الصلب

أكبر

O2 (g) O2(aq)

2 ـ ذوبان غاز في مذيب يؤدي لإنخفاض الأنتروبي لأن الغاز يتحرك بحرية أما في المحلول تحد من حركته وعشوائيته وتكون

سالبة مثل :

ΔSنظام < 0

ΔSنظام

2SO3 (g) 2SO2(g) +O2(g)

3 ـ في حال عدم تغير الحالة الفيزيائية للغاز فتزدادالأنتروبي عندما يكون عدد مولات الناتج

أكثرمن عدد مولات المتفاعل وتكون موجبة مثل :

ΔSنظام > 0

ΔSنظام

NaCl (s) Na(aq) +Cl(aq)

4 ـ تزدادالأنتروبي عندما يذوب صلب أوسائل في مذيب يحدث تشتت الجسيمات المذابة وأكثر حرية بالحركة وتكون موجبة مثل ذوبان

كلوريد الصوديوم في الماء:

ΔSنظام > 0

ΔSنظام

-

+

يحدث نفس الأمر عند خلط :

نظام صلب - سائل :

ΔS

تأخذ قيمة

موجبة

* غازات مع بعضها .

سوائل مع بعضها .

حيث تكون

ΔS

موجبة

تغير الانتروبي عند ذوبان السكر في الشاي :

* قبل الذوبان :

الانتروبي منخفضة .

جسيمات السكر صلبة .

* بعد الذوبان :

تزداد الانتروبي .

تتحرك جزيئات السكر في جميع المحلول فتزداد العشوائية .

عند ذوبان السكر في الشاي

ΔS

تأخذ قيمة

موجبة

5 ـ تزيد عشوائية الجسيمات كلما زادت

درجة الحرارة فتزيد الطاقة الحركية لتزيد

الأنتروبي وتكون موجبة

​

لأن للنواتج طاقة أعلى واستقرارية أقل من المتفاعلات الأصلية .

علل /يعتقد كثيرون أن التفاعلات الماصة للحرارة لا تحدث تلقائياً ، لماذا ؟

ΔSنظام

_{تطبيقات}

​

1 ـ تنبأ بإشارة لكل تغيير من التغيرات التالية :

_a. ClF(g) + F2(g) ClF3(g) ( )

​

_b. NH3(g) NH3(aq) ( )

_{C .} CH3OH(l) CH3OH(aq) ( )

ΔSنظام

_d. C10H8(l) C10H8(s) ( )

2 ـ ما تنبؤك بشأن إشارة للتفاعل

Fe(s) + Zn(aq) Fe(aq) + Zn(s)( )

ΔSنظام

+2

+2

العمليات التلقائية للأرض

إن البراكين والينابيع الساخنة والسخانات

المائية الطبيعية هي دليل على الطاقة الحرارية

فالبراكين فتحات تخرج (الماجما )من القشرة الأرضية وتتحرك مياه السطح نحوالأسفل للتفاعل مع الماجما .

_{يعود الماء على السطح على هيئة ينابيع ساخنةلتزيد حرارته أكثر من الهواء المحيط وتكون العمليات البيئية الحرارية تلقائية}

​

_{س ) هل يمكن أن تحدد زيادة الإنتروبي لهذه العمليات ؟}

الإنتروبي والكون والطاقة الحرة G

تحدث العمليات في الطبيعة في اتجاهين :

1- الحد الأدنى من الطاقة .

2- الحد الأعلى من العشوائية .

عند تعارضهما يحدد العامل الغالب وجهة التغير .

للانتروبي تأثيرعلى تلقائية التفاعل 0<الكونΔS

​

المحيطΔS

_ما تأثير الانتروبي على تلقائية التفاعل ؟

=الكونΔS

+النظامΔS

الطاقة الحرة أو طاقة جيبس الحرة G:�الطاقة المتاحةللقيام بالشغل

الدالة التي تربط التغير الحراري بالانتروبي

تعريف التغير في الطاقة الحرة ΔG

الفرق بين ΔHوحاصل ضرب درجة الحرارة بالكلفن في تغير الانتروبي أي TΔ S

ΔG⁰ نظام=

​

ΔH⁰

^نظام

-

TΔS⁰

^نظام

تعتبر الطاقة الحرة هي طاقة مفيدة على عكس

الانتروبي المرتبطة بطاقة يمكن أن تنتشر بالمحيط لا

يمكن استعادتها للقيام بشغل مفيد

لحساب التغير في الطاقة الحرة يجب تحويل الوحدات

لأن وحدةΔS هي J/K بينما وحدةΔH هي kJ

كيف يتم حساب تغير الطاقة الحرة بين غازي

الهيدروجين والنيتروجين وفق المعادلة :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

=

المعطى :

=

=

T

-91.8 KJ

-197

298K

J/K

المجهول :

التفاعل تلقائي أم غير تلقائي

​

ΔH⁰

^نظام

ΔS⁰

^نظام

Δs

=

-197J/k

×

1000 J

1 KJ

=

-0.197kJ

x

-91.8kJ

-

298k

-0.197kJ/k

=

التفاعل تلقائي لأن :

- 33.1kJ

ΔG⁰ نظام=

​

ΔH⁰

^نظام

-

TΔS⁰

^نظام

ΔG⁰ نظام=

ΔG⁰ نظام <0

تحدث العمليات الطبيعية عادة في اتجاه تقليل الطاقة الحرة للنظام .

إذا كانت

ΔG < 0

يكون التفاعل

تلقائياً

يمكن لكل من

ΔH⁰

و

ΔS

أن يأخذ قيماً سالبة أو موجبة ، مما يؤدي لتكوين أربعة احتمالات .

أولاً :

ΔH⁰

سالبة

ΔS

موجبة

تفاعل طارد للحرارة

أكثر عشوائية

ΔG⁰ =

ΔH⁰

-

TΔS⁰

ΔG⁰ =

-

-

(+)

=

-

ΔG < 0

يكون التفاعل

تلقائياً � دائماً

ثانياً :

ΔH⁰

سالبة

ΔS

سالبة

تفاعل طارد للحرارة

أقل عشوائية

ΔG⁰ =

ΔH⁰

-

TΔS⁰

ΔG⁰ =

-

-

(-)

=

?

حسب درجات الحرارة T

عند درجات الحرارة T المنخفضة

تكون

ΔG⁰

سالبة

يكون التفاعل

تلقائياً

ثالثاً :

ΔH⁰

موجبة

ΔS

موجبة

تفاعل ماص للحرارة

أكثر عشوائية

ΔG⁰ =

ΔH⁰

-

TΔS⁰

ΔG⁰ =

+

-

(+)

=

?

حسب درجات الحرارة T

عند درجات الحرارة T المرتفعة

تكون

ΔG⁰

سالبة

يكون التفاعل

تلقائياً

رابعاً :

ΔH⁰

موجبة

ΔS

سالبة

تفاعل ماص للحرارة

أقل عشوائية

ΔG⁰ =

ΔH⁰

-

TΔS⁰

ΔG⁰ =

+

-

(-)

=

+

ΔG > 0

يكون التفاعل

غير تلقائي � دائماً

ΔH

^نظام

ΔS

^نظام

ΔGنظام

طبيعة التفاعل

سالبة

طارد للحرارة

موجبة

أكثر عشوائية

سالبة دائماً

تلقائي � دائماً

سالبة

طارد للحرارة

سالبة

أقل عشوائية

سالبة

عند درجات الحرارة المنخفضة

تلقائي

موجبة

ماص للحرارة

موجبة

أكثر عشوائية

سالبة

عند درجات الحرارة المرتفعة

تلقائي

موجبة

ماص للحرارة

سالبة

أقل عشوائية

موجبة دائماً

غير تلقائي � دائماً

اختر الاجابة الصحيحة

1- أكثر المركبات استقراراً حرارياً ( حرارة التكوين بوحدة kJ/mol )

CaO= -635

CuO= -157

NO₂= +33.2

C₂H₂= +226.8

2- أي الرموز التالية يمثل الفرق في المحتوى الحراري بين النواتج والمتفاعلات ؟

ΔH

ΔS

ΔG

ΔT

3- كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة (1g)من مادة بمقدار (1c) أو(1K) تسمى :

الحرارة النوعية

الطاقة الحرارية

السعة الحرارية

حرارة التكوين

4- تنخفض الانتروبي عند :

خفض الضغط

خفض درجة الحرارة

رفع درجة الحرارة

تحريك النظام

5- أي العمليات التالية تخفض الانتروبي ؟

تجميد السائل

إذابة سائل في سائل

مزج الغازات

إذابة صلب في سائل

6- أي العبارات التالية صحيحة فيما يتعلق بالشكل المقابل ؟

التفاعل ماص للحرارة

قيمة ΔH للتفاعل العكسي سالبة

المحتوى الحراري للنواتج أكبر من المتفاعلات

التفاعل الأمامي يمثل حرارة تكوين CO₂