THERMOCHEMISTRY - · PDF fileﻱﺯﺍﺰﳍﺍ ﺍ ﺪﺒﻋ ﻦﺑ ﺮﻤﻋ /ﺩ ﺩﺍﺪﻋﺇ ﺔﻳﺭﺍﺮﳊﺍ ءﺎﻴﻤﻴﻜﻟﺍ:ﻊﺑﺎﺴﻟﺍ ﻞﺼﻔﻟﺍ

عمر بن عبد ا اهلزازي/ إعداد د الكيمياء احلرارية: الفصل السابع

852

852

السابعالفصل الكيمياء احلرارية

THERMOCHEMISTRY الكيمياء احلرارية

يمياء الحرارية فرع من الكو .تسمى دراسة تغيرات الحرارة في التفاعالت الكيميائية بالكيمياء الحرارية :تهتم بـو (Thermodynamics)فروع الكيمياء الفيزيائية المهمة، وهي جزء من الديناميكا الحرارية

. دراسة التغيرات الحرارية المرافقة للتفاعالت الكيميائية والتحوالت الفيزيائية • .ط ثابتعند ضغحرارة التفاعل ايجاد العالقة بين حرارة التفاعل عند حجم ثابت و •

:وتقسم التفاعالت الكيميائية الى قسمين : (Exothermic Reactions)تفاعالت طاردة للحرارة )١

. آمية من الحرارة) انبعاث(وهي تلك التفاعالت التي يصاحبها انطالق لتكوين غاز النشادر وفقا للمعادلة (N2)وغاز النيتروجين (H2)اتحاد غاز الهيدروجين :مثالها

2 :يةالتال 2 3N (g) + 3H (g) 2 NH (g) + H⎯⎯→ Δ←⎯⎯

: (Endothermic Reactions)تفاعالت ماصة للحرارة )٢

).من الوسط الخارجي(وهي تلك التفاعالت التي يصاحبها امتصاص آمية من الحرارة لتكوين ثاني أآسيد النيتروجين (N2)مع غاز النيتروجين (O2)اتحاد غاز األآسجين :مثالها (NO2): 2 2 2N (g) + 2O (g) + H 2NO (g)⎯⎯→Δ ←⎯⎯

Fig. 1 : The reaction of aqueous Ag+ with aqueous Cl- to yield solid AgCl is an exothermic process.


853

853

Fig. 2 : The enthalpy change for the reverse of a process is the negative of the enthalpy change for the forward process at the same temperature.

: هدف الكيمياء احلرارية

. تقدير آميات الطاقة التي تنطلق أو تمتص على شكل حرارة في العمليات المختلفة • . ابتكار وتطوير طرق مناسبة لحساب هذه التغيرات الحرارية دون اللجوء الى التجارب المخبرية •

ماصا أو طاردا للحرارة، استمرار التفاعل معرفة ما إذا آان التفاعل من األهمية بمكان لضمان : علل .وما مقدار هذه الحرارة

:الجواب ومن أجل تزويد ،في حالة التفاعل الطارد للحرارةإلزالة هذه الحرارة االحتياطاتذلك من أجل أخذ

.في حالة التفاعل الماص للحرارةالتفاعل بالحرارة الالزمة قانون حفظ الطاقة

."من العدم ولكنها تتحول من شكل آلخر تفنى وال تستحدث الطاقة ال"على أن هذا القانون ينص Energyالطاقة

إن إعادة تنظيم الذرات في التفاعالت الكيميائية يشترك فيها تحطيم الروابط الكيميائية في جزيئات وتكوين روابط جديدة في جزيئات المواد ) تمتص آمية من الطاقة عند تحطيم الروابط(المواد المتفاعلة

).تتحرر آمية من الطاقة عند تكوين روابط(اتجة النالروابط تعتمد على نوع ) عند تكوين روابط(أو المتحررة ) لتحطيم الروابط(وآمية الطاقة الممتصة

لذا فإن طاقة . مختلفة عن بعضها (H-Cl)و (Cl-Cl)و (H-H)طاقات الروابط بين الذرات، فمثالن أآبر أو أصغر من طاقة جزيئات المواد المتفاعلة، وهكذا فإنه جزيئات المواد الناتجة يمكن أن تكو

خالل عمليات تحطيم الروابط وتكوينها ومحصلة تغيرات يرافق التغيرات الكيميائية تغيرات في الطاقة . (Heat of reaction)الطاقة الناتجة عن تحطيم وتكوين الروابط الكيميائية يعرف بحرارة التفاعل


854

854

:توضيحي مثال

2 2H (g) + Cl (g) 2HCl(g)⎯⎯→ لكي تتكون رابطتي (Cl-Cl)، (H-H)فمن أجل أن يحدث التفاعل أعاله، يجب أن تتحطم الروابط

(H-Cl) . نحتاج الى طاقة آافية للتغلب على القوى التي تربط بين الذراتومن أجل فصل الذرات . Heats of Energyالطاقة احلرارية

:م الطرق التي نقيس بها التغير في الطاقةتعتبر الحرارة أحد أه . فعندما يحترق الوقود نشعر بدفء وذلك ناتج عن الحرارة الناتجة عن تفاعل احتراق الوقود •أن درجة • دة قصيرة ب د م اردا تشعر بع اء ب ي وعاء يحوي م وعندما تضع قضيب معدني ساخن ف

ا من اك جريان ي أن هن ذا يعن ى حرارة الماء قد ارتفعت، وه الحرارة يسير من األجسام الحارة الة ااألجسام الباردة، وبما أن طاقة ل إن درجة الحرارة المطلق ى درجة الحرارة، ب لحرآة تعتمد عل

ة، ة الحرآ واع طاق وع من أن ة ن ة الحراري هي مقياس طاقة الحرآة، فيمكن اعتبار الحرارة والطاقي ة جس ة حرآ دل طاق ارا يكون مع دما يكون الجسم ح ات (ماته فعن ات أو األيون ذرات أو الجزيئ ) ال

ة ة الحرآ دل طاق إن مع اردا ف ان ب ا إذا آ رارة، وأم ن الح رة م ة آبي ى آمي وي عل ا تحت ة ألنه عالي . لجسيماته صغيرا، لذلك فالحرارة هي انعكاس لطاقة الحرآة لجسيمات الجسم

وع ومن ميزات الحرارة الجريان من األجسام الحارة الى األجسام البارد ى ن ان عل ك الجري ة، ويعتمد ذل . وطبيعة المادة

الفرق بني درجة احلرارة والطاقة احلرارية

ين في درجة ، هي مقياس حرارة الجسم درجة الحرارة ويتم انتقال الطاقة الحرارية بين جسمين مختلف . الحرارة

على طاقة حرارية أآثر هي طاقة مخزنة داخل الجسم، فمثال يحتوي جسم اإلنسان : الطاقة الحراريةإذا آان هذا القضيب صغير C° 300بكثير من الطاقة الحرارية الموجودة في قضيب حديد حرارته

.الحجم بالنسبة لجسم اإلنسانالطاقة التي تنتقل من جسم أو نظام الى جسم أو نظام آخر عند درجات " بأنهاالحرارة ويمكن تعريف ئما وبشكل تلقائي من الجسم الساخن الى الجسم البارد المجاور، داوتنساب الحرارة . "حرارة مختلفة

. قابلية انتقال الحرارةوآلما آان الفرق في درجة الحرارة آبيرا آلما زادت ".هي مقياس لشدة حرارة جسم ما: " فدرجة الحرارةوبالتالي

)الطاقة(وحدة قياس كمية احلرارة

، وهي الوحدة الموصى بها دوليا، وآان في (J)ورمزه (Joule)وحدة قياس آمية الحرارة هي الجول . آوحدة لقياس آمية الحرارة (Calorie)السابق يستخدم السعر الحراري

السعر احلراري

هو آمية الحرارة الالزمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء من (Calorie) السعر الحراري (14.5 ºC) الى(15.5 ºC) . آمية الحرارة الالزمة لرفع درجة " يعرف السعر الحراري بأنه أو

".حرارة نظام معين درجة مئوية واحدة (J)والجول ) Calالكالوري (والعالقة بين السعر الحراري

1 Cal = 4.184 J


855

855

Fig. 3 : When we heat a system, we make use of a difference in temperature between it and the surroundings to induce energy to flow through the walls of the system. Heat flows from high temperature to low.

Fig. 4 : When energy leaves a system as result of a temperature difference between the system and the surroundings , we say that the system has lost energy as heat. This transfer of energy simulates the thermal motion of molecules in surroundings.


856

856

: (Specific Heat)احلرارة النوعية ملادة

مادة ماآمية الحرارة الالزمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من " هي مادة مال) (Sالحرارة النوعية J/g. ºC : ووحدتها . "درجة مئوية واحدة

".السعة الحرارية لجرام واحد من المادة" :أو تعرف الحرارة النوعية بأنها حرارة النوعية لبعض الموادال ) :١(جدول

Specific heat capacities of common materials

material specific heat capacity J/g. °C

air :الهواء 1.01 benzene :البنزين 1.05

brass 0.37 copper :النحاس 0.38

ethanol :الكحول اإليثيلي 2.42 glass (Pyrex) :الزجاج 0.78

granite 0.80 marble 0.84

polyethylene :البولي إيثيلين 2.3 stainless steel :الصلب 0.51 water/solid ثلج/ الماء 2.03

water /liquid سائل/ الماء 4.184 water/vapor بخار/ الماء 2.01 aluminium : 0.887 األلومينيوم

sand : 0.787 الرمل NaCl : 0.774 ملح الطعام

C : بونالكر 0.531 Fe : 0.452 الحديد

Au : 0.131الذهب U: 0.117اليورانيوم

احلرارة النوعية للماء Specific Heat of Water :

آمية الحرارة الالزمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء درجة مئوية هيالحرارة النوعية للماء J/g °C 4.184ساوي وهي ت Cal/g .°C :وهي قيمة ثابتة مقدارها . واحدة

:ملحوظة

يمكن اإلستفادة من قيمة الحرارة النوعية في التمييز بين المواد من حيث تأثرها بالحرارة، حيث أنه فإن هذا يدل على أنها تمتص آمية صغيرة من الحرارة وترتفع آلما قلت الحرارة النوعية للمادة

فإن هذا يدل على أن المادة النوعية للمادة آلما زادت الحرارةدرجة حرارتها بشكل ملحوظ، بينما .تمتص آمية آبيرة من الحرارة دون أن ترتفع درجة حرارتها بشكل ملحوظ


857

857


J 4.184منه تمتص آمية من الحرارة مقدارها 1gفإن للحرارة (H2O)عند تعرض الماء • .وترتفع درجة حرارته درجة مئوية واحدة فقط

فقط وترتفع درجة J 0.9منه يمتص آمية من الحرارة مقدارها 1gفإن (Al)أما األلومنيوم • .حرارته درجة مئوية واحدة

علل يستخدم الماء في تبريد المحرآات؟) س

فإنه يمتص حرارة المحرك لذلك (S = 4.184 J/g ºC)بسبب أن الحرارة النوعية للماء آبيرة ) ج .دون أن تتأثر حرارته بشكل واضح

حلراريةالسعة ا(C) Heat Capacity

ة هي ة واحدة "السعة الحراري ا درجة مئوي ادة م ة م ع درجة حرارة آتل ة لرف ة الحرارة الالزم . "آميه ع درجة حرارت ة لرف ا زادت الحرارة الالزم حدة السعة وو. وآلما زادت السعة الحرارية للجسم آلم

J/ ºC : هي الحرارية

Fig. 5 : Heat capacity is an extensive property, so a large object (bottom) has a larger heat capacity than a small object (top) made of the same material.


858

858

السعة احلرارية املولية (Molar Heat Capacity)

السعة احلرارية اجلزيئية Molar Heat Capacity

: ارة مول واحد من المادة درجة مئوية واحدة ووحدتها آمية الحرارة الالزمة لرفع درجة حر هيJ/mol °Cسب عن طريق ضرب الحرارة النوعية بالوزن الجزيئي للمادة ، وتحMw

C = S Mw×

)(Sواحلرارة النوعية (C)العالقة بني السعة احلرارية

S (J/g ºC)يةالحرارة النوع× m (g) آتلة المادة= (C)لسعة الحرارية اC = S m×

(C)والسعة احلرارية (q)العالقة بني كمية احلرارة

: رياضيا آما يلي (C)يمكن التعبير عن السعة الحراريةqC = t

q = C . tΔΔ

ين "q"حيث يمكن حساب آمية الحرارة الممتصة ا، ب ادة م درجة عند ارتفاع درجة حرارة آتلة من م :باستخدام معادلة السعة الحرارية "t2'ودرجة حرارة نهائية "t1'حرارة ابتدائية

q = S . m . tq = C . t

ΔΔ

تمثل التغير في درجة الحرارة وهي عبارة عن الفرق بين درجة الحرارة النهائية Δtحيث .واالبتدائية

2 1

f i

Δt = t - tΔt = t - t

أي انخفضت درجة الحرارة فإن (ºC 10)والنهائية (ºC 20)فإذا آانت درجة الحرارة االبتدائية :التغير في درجة الحرارة

f i

ο

Δt = t - t Δt = 10 - 20Δt = - 10 C

ال حظ أن التغير في درجة الحرارة بالسالب :المعادلة و

q = S m t× × Δ ة، هي األساس الذي بنيت عليه فكرة اعالت الكيميائي قياس آمية الحرارة الممتصة أو المنطلقة من التف

."Calorimeter"باستخدام جهاز يعرف باسم المسعر


859

859

)١(مثال

، وارتفعت (J 1170)من معدن معين امتصت آمية من الحرارة مقدارها (g 18.5)إذا علمت أن . نوعية لهذا المعدن، فاحسب الحرارة ال(ºC 92.5)الى (ºC 25)درجة حرارتها من

احلل

( ) ( )

ο

ο

οο

m = 18.5 g q = 1170 J

t = 92.5 - 25 = 67.5 Cq = S m Δt

1170 J = S (18.5g) (67.5 C)1170 JS = = 0.937 J/g. C

18.5g 67.5 C

Δ⇒ × ×

× ×

×

)٢(مثال

والسعة الحرارية لها g 360احسب الحرارة النوعية للذهب إذا آان لدينا قطعة ذهب وزنها 85.7 J/ ºC

احلل

ο

ο

C = S . mC 85.7 J/ CS = = m 360 g

S = 0.238 J/g C

)٣( مثال

احسب آمية الحرارة الممتصة ºC 74.6الى ºC 8.5 من g 46سخنت عينة من الماء وزنها J/g ºC 4.184)الحرارة النوعية للماء (بواسطة الماء

احلل

q = S . m . Δtq = 4.184 46 (74.6 - 8.5) q = 12721.87 J

12721.87q = kJ1000

q = 12.72 kJ

×

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

)٤( مثال

آي ترتفع درجة Cal 9.98احسب الحرارة النوعية لمعدن ما إذا علم أنه يلزم آمية من الحرارة قدرها g 18.69علمت أن وزن قطعة المعدن إذا ºC 27الى ºC 10حرارة المعدن من


860

860

احلل

ο

q = S . m . ΔtqS =

m . Δt9.98S =

18.69 (27 - 10)S = 0.0314 Cal / g C

)٥( مثال

J 1000إذا اآتسب ºC 25من الماء السائل عند g 150احسب درجة الحرارة النهائية لـ ).J/g ºC 4.184 تساويعلما بأن الحرارة النوعية للماء (

احلل

2 1

2

2

2 ο

2

q = S . m . Δtq = S . m . (t - t )1000 = 4.184 150 (t - 25)

1000(t - 25) = 4.184 150

(t - 25) = 1.59

t = 1.59 + 25 = 26.59 C

× ×

×

)٦( ثالم

وإذا أضيفت . ºC 100الى ºC 10لنحاس من امن g 100احسب آمية الحرارة الالزمة لتسخين ، أيهما يسخن أآثر النحاس أم األلومينيوم؟ºC 10عند Alمن g 100نفس آمية الحرارة الى

)(J/ g ºC 0.9ولأللومينيوم (J/ g ºC 0.39)علما بأن الحرارة النوعية للنحاس احلل

: Cuآمية الحرارة الالزمة لتسخين النحاس / والأCu

οCu

Cu

Cu

q = S . m . t

q = (0.39 J/g C) (100 g) (100 - 10) Cq = 3510 J q = 3.51 kJ

ο

Δ

× ×

:حساب درجة حرارة األلومينيوم النهائية إذا امتص آمية الحرارة السابقة / ثانيا Al

ο ο2

2

2

2

2ο

2

q = S m Δt

3510 J = (0.9 J/g C) (100 g) (t - 10) C3510 J = 90 (t - 10)3510 (t - 10)

9039 = t - 10 t = 39 + 10

t = 49 C

×

=


861

861

دارهامن امتصاص آمية من الحرارة مق إليهاوبالتالي فدرجة حرارة األلومينيوم التي يصل (q = 3150 J) 45هي ºC بينما النحاس إذا امتص نفس الكمية من الحرارة فإن درجة حرارته ،

ºC 100ترتفع بشكل آبير الى ويمكن معرفة أيهما سترتفع درجة حرارته بشكل آبير عند امتصاص نفس الكمية من الحرارة من

فنالحظ أن الحرارة النوعية للنحاس أصغر . دتينخالل المقارنة بين قيمتي الحرارة النوعية للما .وبالتالي فإن امتصاص آمية صغيرة من الحرارة يجعل درجة حرارتها ترتفع بشكل ملحوظ

مسائل على التبادل احلراري بني األجسام

)٧(مثال

ند من الماء ع (g 50)الى (ºC 90)عند درجة حرارة (g 25)إذا أضيفت آتلة من معدن ما مقدارها فإذا علمت أن الحرارة . (ºC 29.8)، فإن درجة حرارة الماء ترتفع الى (ºC 25)درجة حرارة

.فاحسب الحرارة النوعية للمعدن (J/g. ºC 4.184)النوعية للماء تساوي احلل

:الفروق في درجات الحرارة للمعدن والماء ( )( )

2

οmetal

H O

Δt = 29.8 - 90=- 60.2 C

Δt 29.8 25 4.8 Cο= − =

: ولحل المسألة نتبع العالقةآمية الحرارة المكتسبة من قبل الجسم ) = المعدن(مية الحرارة المفقودة من قبل الجسم الساخن آ

)الماء(البارد

لكمية الحرارة المفقودة ( - )وسنفرق بين آمية الحرارة المفقودة أو الممتصة، بإشارة سالب . لكمية الحرارة الممتصة ( + )، وإشارة موجب)المنطلقة(

:آتابة العالقة باإلشارات آما يلي وبالتالي يمكنآمية الحرارة المكتسبة من قبل ( - ) = المعدن(آمية الحرارة المفقودة من قبل الجسم الساخن

))الماء(الجسم البارد

( ) ( )( )( )( ) ( ) ( )

( )[ ][ ]

2

2

2

2

metal H O

metal H O

H Ometal

metal

H Ometal

metal

metal

q = - q

S m Δt = - S m Δt

- S m ΔtS = =

m Δt

- 4.184 J/g C 50 g 29.8 - 25 CS =

25 g (29.8 - 90 C)

1004.16S = 0.667 J/g C

1505

ο ο

ο

ο

× × × ×

× ×

×

⎡ ⎤× ×⎣ ⎦⎡ ⎤×⎣ ⎦

−=

−


862

862

)٨(مثال

نت الحرارة ، فإذا آاºC 20من الماء عند g 30مع ºC 50عند (Ag)من الفضة g 9.25وضع :فاحسب ºC 20.5النهائية للمزيج

).التي فقدتها الفضة واآتسبها الماء(آمية الحرارة المتبادلة ) ب .الحرارة النوعية للفضة) أ .(J/g ºC 4.184)علما بأن الحرارة النوعية للماء تساوي

احلل

:للفضة (S)حساب الحرارة النوعية) أ : قة يمكن أن نطبق العال

)الماءالمكتسبة بواسطة (q)آمية الحرارة ( -= المفقودة من الفضة (q)آمية الحرارة

[ ] [ ][ ] [ ]

2

2

2

Ag H O

2 1 2 1Ag H O

Ag H O

ο

q = - q

S m (t - t ) = - S m (t - t )

S (9.25) (20.5 - 50) = - 4.184 30g (20.5 - 20)

S 9.25 (- 29.5) = - (62.76)- 62.76S = = 0.23 J/g C

- 272.875

× ×

× ×

: ها الفضة هي تآمية الحرارة التي فقد) ب

q = S m tq = 0.23 9.25 (20.5 - 50)q = - 62.76 J

Δ× ×

:وآمية الحرارة التي اآتسبها الماء q = S m tq = 4.184 30 (20.5 - 20)q = 62.76 J

Δ× ×

.ن آمية الحرارة المفقودة من الفضة تساوي آمية الحرارة التي اآتسبها الماءونالحظ أ :ملحوظة

أمام آمية الحرارة التي فقدتها الفضة تعني أن الحرارة مفقودة، وال تعني أنها أقل من (-)اإلشارة •ودة أو فداللة اإلشارة فقط لتوضيح هل الحرارة مفق. الصفر فال توجد آمية حرارة أقل من الصفر

. مكتسبةوعندما تكون إشارة آمية الحرارة موجبة فإن هذا يعني أن آمية الحرارة مكتسبة آما هو في حالة •

.الماء )٩( مثال

على قطعة أخرى من الفضة وزنها ºC 15ودرجة حرارتها g 15وضعت قطعة من النحاس وزنها 30 g 60عند درجة حرارة ºCبفرض عدم وجود انتقال . ة للمعدنين، فاحسب درجة الحرارة النهائي

(SAg = 0.23 J/g °C, SCu = 0.38 J/g ºC): علما بأن .حرارة للمحيط


863

863

احلل

)من قبل النحاس المكتسبةآمية الحرارة ( -= آمية الحرارة المفقودة من قبل الفضة ( )

[ ] [ ][ ] [ ]

Ag Cu

2 1 2 1Ag Cu

2 2Ag Cu

2 2

2 2

2 2

2

2

q = - q

S m (t - t ) = - S m (t - t )

0.23 30 (t - 60) = - 0.38 15 (t - 15)

6.9 t - 414 = - (5.7 t - 85.5)6.9 t - 414 = - 5.7 t + 85.56.9 t + 5.7 t = 414 + 85.512.6 t = 499.5

499t =

× ×

ο2

.512.6

t = 39.64 C

ºC 39.64وبالتالي فإن درجة الحرارة النهائية للمعدنين )١٠( مثال

5 g 90من الحديد عند ºC 0.6وحرارته النوعية J/ g ºC 50وضعت في إناء يحتوي على g من . احسب الحرارة النهائية J/g ºC 4.184وحرارته النوعية ºC 25الماء عند

احلل ºC 25.92: الجواب


864

864

Heat of Reactionحرارة التفاعل

عندما تنطلق (exothermic)للحرارة ) طاردا(ناشرا ) التغير الفيزيائي أو(يعتبر التفاعل الكيميائي .سوف يسخن) النظام(وبذلك فإن وعاء التفاعل . آمية من الحرارة من النظام الى المحيط

من حرارة عندما يمتص النظام آمية (endothermic)يعتبر التفاعل الكيميائي ماصا للحرارة بينما .وعاء التفاعل سوف يبردالمحيط، وبذلك فإن

: حيث أن (q)ويرمز للحرارة الممتصة أو المطرودة بالرمز (q = + ve) ماصا للحرارة حينها عندما تمتص الحرارة من قبل النظام، ويكون التفاعل.

. عندما يكون التفاعل طاردا للحرارة ( q = - ve)وتكون عندما يتفاعل جزيء جرامي واحد " تصة أو المنبعثةآمية الحرارة المم" تعرف حرارة التفاعل بأنها

.من مادة مع جزيء جرامي واحد من مادة أخرى، من مواد تحددها مواد التفاعل) مول واحد()التغير في اإلنثالبي أو هي )H Δ عندما يتفاعل جزيء جرامي من مادة مع جزيء جرامي من مادة

. معادلة التفاعلأخرى، من مواد تحددها :أمثلة لتفاعالت طاردة للحرارة

: لديك التفاعل التالي •4 2 2 2C H (g ) + 2 O (g ) C O (g ) + 2 H O (L ) q = - 8 9 0 k J⎯ ⎯→

:التالية تكتب المعادلة على الصورة أو4 2 2 2C H (g ) + 2 O (g ) C O (g ) + 2 H O (L ) + 8 9 0 k J ⎯ ⎯→

. ، وبالتالي فالتفاعل طارد للحرارة kJ 890تنطلق من التفاعل السابق آمية من الحرارة مقدارها ينتج حرارة NaOHمع مول من هيدروآسيد الصوديوم HClتعادل مول واحد من حمض الكلور •

:kJ 57.5)ما يعادل ( kCal 13.7مقدارها 2HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H O(L) q = - 57.5 kJ⎯⎯→

:تكتب على الصورة التالية و أ2HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H O(L) + 57.5 kJ ⎯⎯→

مثلة لتفاعالت ماصة للحرارة أ

: لديك التفاعل التالي •22HgO(s) 2Hg(L) + O (g) q = + 181.6 kJ⎯⎯→

أو 22HgO(s) + 181.6 kJ 2Hg(L) + O (g)⎯⎯→

. ، وبالتالي فإن التفاعل ماص للحرارة kJ 181.6تمتص في هذا التفاعل آمية من الحرارة مقدارها يحتاج إلى حرارة (O2)من األآسجين (mol 0.5)مع (N2)من النيتروجين (mol 0.5)اتحاد •

kJ 90.37)ادل ما يع( kCal 21.6مقدارها 2 21/2N (g) + 1/2O (g) NO(g) q = + 90.37 kJ⎯⎯→

:أو 2 21/2N (g) + 1/2O (g) + 90.37 kJ NO(g) ⎯⎯→


865

865

احملتوى احلراري )Enthalpyاإلنثالبي (

في المعمل ف. تحدث معظم التغيرات الكيميائية والفيزيائية تحت ظروف ضغط ثابت هو الضغط الجويارق والتي تترك مفتوحة مع محيطها مثال نجد أن التفاعالت عادة ما تجري في األنابيب أو الدو

ويعبر الكيميائيون عن آمية الحرارة التي تمتص .وبالتالي تتعرض لضغط هو تقريبا الضغط الجويحيث أن أنثالبي التفاعل يساوي الفرق ،(H)الضغط الثابت باألنثالبي عند أو تنبعث بواسطة عمليات

. بين األنثالبي للنواتج واألنثالبي للمتفاعالت تعريف األنثالبي

هو خاصية و (H)، ورمزه "الطاقة المختزنة في مول من المادة" هو اإلنثالبي ، أو المحتوى الحرارياإلنثالبي مقدار تمد يعو. ، فكل مادة لها آمية محددة من اإلنثالبي)تماما آالكتلة والحجم(مميزة للمادة

ية من اإلنثالبي ضعف ما يحتويه مول واحد من فموالن من المادة يحتوي آم للمادة على آمية المادة، . المادة

)التغير في اإلنثالبي ويكون )ΔH انثالبي ( عند ضغط ثابت يساوي الفرق بين اإلنثالبي في نهاية العملية : أي أن )انثالبي المتفاعالت( واإلنثالبي عند البداية ) النواتج

f iH = H - H Δ

. قيمة اإلنثالبي اإلبتدائية Hiقيمة اإلنثالبي النهائية، Hfحيث : أي أن والتغير في اإلنثالبي يساوي الحرارة المنطلقة أو الممتصة خالل العملية عند ضغط ثابت

Pq = ΔH

آمية الحرارة عند ضغط ثابت: Pqحيث

للتفاعالت HΔة اإلنثالبي حساب قيم

. للتفاعل بطرح انثالبي المواد المتفاعلة من انثالبي المواد الناتجة HΔالتغير في اإلنثالبي حساب يمكنP P R R

ReactantsProducts

ΔH = n (ΔH) n (ΔH)−∑ ∑

: حيث P عني تProducts أي نواتج ، R يعنيReactants التأي متفاع .

nP :اد الناتجةعدد موالت المو ،nR :عدد موالت المواد المتفاعلة. ( )PΔH :انثالبي النواتج ،( )R

ΔH :انثالبي المتفاعالت . . ادةهو الطاقة المختزنة في مول واحد من الم )األنثالبي(القول بأن المحتوى الحراري ويمكن

تعرف بالمعادلة الكيميائية الحراريةوعند آتابة قيمة اإلنثالبي في المعادلة فإنها (thermochemical equation) التاليين آما في المثالين :

4 2 2 2

2

1............CH (g) + 2O (g) CO (g) + 2H O(L) q = - 890 kJ2...........2HgO(s) 2Hg(L) + O (g) q = + 181.6 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

)قيمة التغير في اإلنثالبي بالسالب في التفاعل األول )ΔH = - 890 kJ ن التفاعل طارد فإ وبالتالي : ، وفيه يكون انثالبي المواد الناتجة أقل من انثالبي المواد المتفاعلة وفقا للعالقةللحرارة


866

866

P P R R

products Reactants

ΔH = n (ΔH) n (ΔH)−∑ ∑

) موجبة ) حرارة التفاعل(فإن قيمة التغير في اإلنثالبي في التفاعل الثانيو )ΔH = + 181.6 kJ انثالبي المواد الناتجة أآبر من انثالبي المواد حينها فإن يكون ماصا للحرارة، و فإن التفاعلوبالتالي

: المتفاعلة وفقا للعالقة P P R R

products Reactants

ΔH = n (ΔH) n (ΔH)−∑ ∑

وحالة املادة الفيزيائية HΔقيم

، غازية (L)سائلة ، (s)صلبة (مواد المتفاعلة أو الناتجة مع تغير حالة أي مادة من ال HΔتتغير قيم (g) محلول ،(aq).(


4 2 2 2

4 2 2 2

1 .....C H (g ) + 2 O (g ) C O (g ) + 2 H O (L ) ΔH = - 8 9 0 k J2 .....C H (g ) + 2 O (g ) C O (g ) + 2 H O (g ) ΔH = - 8 0 2 k J

⎯⎯→

⎯⎯→ ة (kJ 88)انخفضت بمقدار ) آمية الحرارة(نالحظ أن آمية اإلنثالبي ا في عنفي الحالة الثاني ة ه الحال

. سائال (1)بينما في المعادلة غازا، (2)المعادلة األولى ، بسبب أن الماء في

املعادالت الكيميائية احلرارية اصطالحات كتابة

تكون ΔHآمية من الحرارة في حالة التفاعالت الطاردة للحرارة، وإشارة )تنطلق( تتحرر )١ .سالبة

. تكون موجبة ΔHتمتص آمية من الحرارة في حالة التفاعالت الماصة للحرارة، وإشارة )٢ : لتفاعل معين عند الظروف القياسية للمادة ΔHتعطي قيم )٣

(P = 1 atm, T = 25ºC) ما لم ينص في المسألة على خالف ذلك . : تميز الحالة الفيزيائية للمواد الموجودة في التفاعل وذلك بوضع الحرف )٤ (s, g. L, aq) بعد رمز المادة .

:على حاالت المواد المتفاعلة والناتجة فمثال HΔوتعتمد قيمة 2 2 2

2 2 2

H (g) + 1/2O (g) H O(g) ΔH = - 242 kJ

H (g) + 1/2O (g) H O(L) ΔH = - 286 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

:تنعكس مع بقاء نفس القيمة ΔHإذا عكست معادلة التفاعل فإن إشارة )٥2 2 2

2 2 2

H (g) + 1/2O (g) H O(g) ΔH = - 242 kJ

H O(g) H (g) + 1/2O (g) ΔH = + 242 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

:في التفاعل الكيميائي على آمية المواد المتفاعلة، فمثال HΔيمة تعتمد ق )٦ : kJ 242من الهيدروجين ينتج طاقة قدرها (mol 1)تفاعل

2 2 2H (g) + 1/2O (g) H O(g) ΔH = - 242 kJ⎯⎯→ : (x 242 = 484 kJ 2)من الهيدروجين ينتج (mol 2)بينما تفاعل


867

867

2 2 22H (g) + O (g) 2H O(g) ΔH = - 484 kJ⎯⎯→ وى (q)آمية الحرارة )٧ ر في المحت الناتجة أو الممتصة في أي تفاعل تحت ضغط ثابت تساوي التغي

:HΔالحراري

pq = ΔH

)١٢( مثال

نتيجة للتفاعل التالي إذا (NH3)من األمونيا (kg 907)احسب آمية الحرارة المنطلقة عندما يتكون : آان يحدث عند ضغط ثابت

2 2 3N (g) + 3H (g) 2NH (g) ΔH = - 91.8 kJ⎯⎯→ (N = 14, H = 1)علما بأن الكتل الذرية

احلل

المعامالت في المعادلة السابقة تعبر عن الموالت، فنقول أن واحد مول من النيتروجين يتفاعل مع / الأو(3 moles) 91.8مية من الحرارة مقدارها آمن الهيدروجين فينتج موالن من النشادر وتنطلق kJ ة الى موالت بتطبيق في المسألة معطاة بالكيلوجرامات، ولذلك نحول هذه القيم) األمونيا(وآمية النشادر

: العالقة 3

3

NHNH -1

m (g)n =

Mw (g mol )

: وبالتالي فإن عدد موالت النشادر

3

3

3

NHNH -1 -1

10 g907 Kg

m (g) Kgn = = = 53352.94 mol

Mw (g mol ) (14 + 3) g mol

⎛ ⎞× ⎜ ⎟⎝ ⎠

: ومن هنا يمكن معرفة آمية الحرارة المنطلقة من إنتاج هذه الكمية باإلعتماد على المعادلة آما يلي

( ) ( )

3

3

6

2 mol NH - 91.8 kJ 53352.94 mol NH ΔH

- 91.8 kJ 53352.94 molH =

2 molH = 2448899.946 kJ = - 2.45 x 10 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

×⇒ Δ =

Δ −

)١٣( مثال

ت آمية من الحرارة مقدارهاقفي جو من األآسجين احتراقا آامال وانطل CH4ترق الميثان يح890 kJ/mol في الظروف القياسية .

.أآتب المعادلة الكيميائية الحرارية لهذا التفاعل) أ من الميثان mol 3احسب الطاقة الناتجة من احتراق ) ب .من الميثان g 36حرق احسب آمية الحرارة الناتجة عن) ج .H = 1, C = 12): الكتل الذرية (


868

868

احلل

:المعادلة الكيميائية الحرارية ) أ4 2 2 2

4 2 2 2

CH (g) + 2O (g) CO (g) + 2H O(L) ΔH = - 890 kJor CH (g) + 2O (g) CO (g) + 2H O(L) + 890 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

kJ 890من المعادلة فإن احتراق مول واحد من الميثان ينتج حرارة مقدارها ) ب4

4

1 mol CH - 890 kJ3 mol CH ΔH

3 mol ( - 890 kJ) ΔH = = - 2670 kJ1 mol

⎯⎯→

⎯⎯→

×

:من الميثان g 36ق آمية الحرارة الناتجة من احترا) ج :الخطوة األولى لحل هذه المعادلة هي تحويل آمية المادة بالجرامات الى موالت

4

4

4

CHCH

CH

4

4

m 36n = = = 2.25 molMw (12 + 4 1)

1 mol CH - 890 kJ

2.25 mol CH ΔH- 890 kJ 2.25 mol H = 2002.5 kJ

1 mol

×

⎯⎯→

⎯⎯→×

Δ = −

)١٥( مثال

2 :التالي حسب التفاعل 2CaO(s) + H O(L) Ca(OH) (s) ΔH = - 350 kJ⎯⎯→ Ca(OH)2من g 100جول والمصاحبة إلنتاج بالكيلوما حرارة التفاعل الناتجة

Ca = 40.1, H = 1, O = 16): الكتل الذرية ( احلل

ΔH = - 473 kJ: الجواب )١٦( مثال

:حسب التفاعل (HCOOH)ن حمض الفورميك م g 12احسب الحرارة الناتجة من احتراق 2 2 2HCOOH + 1/2O CO + H O + 270 kJ⎯⎯→

H = 1, C = 12, O = 16): الكتل الذرية ( احلل

: ال بد من تحويل آمية حمض الفورميك من الجرامات الى الموالت


869

869

HCOOHHCOOH

HCOOH

HCOOH

HCOOH

HCOOH

mn = Mw

12n = (1 + 12 + 2 16 + 1)12n = 46

n = 0.261 mol

×

:وبالتالي فإن 1 mol HCOOH - 270 kJ

0.261 mol HCOOH ΔH- 270 kJ 0.261 molΔH =

1 molΔH = - 70.47 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

×⇒

)١٧( مثال

6 :المعادلة التالية حسب 12 6 2 2 2C H O + 9O 6CO + 6H O ΔH = - 2820 kJ⎯⎯→ . من الحرارة kJ 47اج تالالزمة إلن C6H12O6احسب آتلة الجلوآوز (C = 12, H = 1, O = 16): علما بأن الكتل الذرية

احلل 3g: الجواب

مثال

ان دارها C3H8يحترق غاز البروب ة من الحرارة مق ق آمي ا في جو من األآسجين وتنطل ا تام احتراق2220 kJ/mol

.حرارية الموزونةاآتب المعادلة الكيميائية ال ) أ .من البروبان g 10احسب الحرارة المنطلقة من احتراق ) ب .H = 1, C = 12): الكتل الذرية (


870

870

تغريات اإلنثالبي القياسية Standard Enthalpy Changes

احلالة القياسية للمادة

التي توجد عندها المادة ) صلبة، سائلة، غازية(الفيزيائية الحالة بأنهاالحالة القياسية للمادة تعرف وهي (ºC 25)ودرجة حرارة (atm 1) بشكل تكون فيه أآثر استقرارا عند ضغط جوي واحد

. تقريباالغرفة حرارة وهي تمثل درجة (K 298)لكالفن با)ويرمز لتغير اإلنثالبي القياسي بالرمز )298HοΔ أو اختصارا( )HοΔ .

)وعادة ما تعطى قيم )HοΔ درجة حرارة عند(298 K) ما لم ينص على خالف ذلك .

ع حرارات التفاعلأنوا

حرارة التفاعل

".محصلة تغيرات الطاقة الناتجة عن تحطيم وتكوين الروابط الكيميائية" حرارة التفاعل هي أو هي

آمية الحرارة التي تنطلق أو تمتص عندما يتفاعل عدد من الجزيئات مع بعضها لينتهي التفاعل " ". بالنواتج

)والفرق بين حرارة المواد المتفاعلة )ReactantsHΔ وحرارة المواد الناتجة( )ProductsHΔ يسمى أيضا .بحرارة التفاعل

وقد يكون هذا التغير الحراري مصاحبا لعملية تكوين مادة من عناصرها األولية، وفي هذه الحالة ري مصاحبا لعملية احتراق أو يكون هذا التغير الحرا ".حرارة التكوين"يسمى ذلك التغير الحراري

" أو يكون مصاحبا لعملية تعادل بين حمض وقاعدة، فيسمى ،"حرارة اإلحتراق"مادة ما فيسمى .وهكذا... ،"حرارة التعادل

:أهم أنواع حرارة التفاعل ومن Heat of Formationحرارة التكوين ) ١ Heat of Combustionحرارة االحتراق ) ٢ Heat of Neutralizationحرارة التعادل ) ٣ heat of Solutionحرارة اإلذابة ) ٤ Heat of Dilutionحرارة التخفيف ) ٥ Heat of Formation of Gaseous Atomsحرارة تكوين ذرات غازية ) ٦ Heat of formation of ions in Solutionsحرارة تكوين األيونات في المحلول المائي ) ٧ Heat of Hydrogenationحرارة الهدرجة ) ٨ Heat of fusionحرارة االنصهار ) ٩ Heat of Vaporizationحرارة التبخير ) ١٠ Heat of sublimationحرارة التسامي ) ١١

، والمزيد )حرارة التكوين، حرارة االحتراق(بالشرح والتطبيقات الحسابية للنوعين األولين وسنتطرق . ديكبالمرجع ل تجده في الفصل آامال


871

871

Heat of Formationحرارة التكوين ) ١

)رف حرارة التكوين تع )οfΔH المنطلقة أو الممتصة( اإلنثالبي حرارة التفاعل أو التغير في بأنها( kJ/molووحدتها . عندما يتكون مول واحد من مادة ما من عناصرها األولية وهي في حالتها القياسية

)ولقد اتفق أن قيم )οfΔHلجميع العناصر في حالتها القياسية تساوي صفرا. (atm = 76 cm Hg 1)، والضغط (ºC = 298 K 25)الحالة القياسية للمادة تعني

مثال توضيحي

: األآسجين يوجد على ثالثة أشكال )١ (O3)، األوزون (O2)، األآسجين الجزيئي (O)األآسجين الذري : وبالتالي فإن (atm 1) وضغط جوي واحد (K 298)األآثر استقرارا عند (O2)ويعتبر األآسجين

ο ο οf 3 f f 2ΔH (O ) 0, ΔH (O) 0, ΔH (O ) = 0≠ ≠

:ينيوجد على شكلون الكرب )٢ (K 298) ، ويعتبر الجرافيت األآثر استقرارا عند (diamond)وألماس (graphite)جرافيت

ο : وضغط جوي واحد، وهذا يعني أن οf fΔH (C, diamond) 0, ΔH (C, graphite) = 0≠

:ملحوظة

:يمكن آتابة معادلة التكوين ألي مادة بشروط منها .دة المراد إيجاد حرارة التكوين لهاالمادة الناتجة هي فقط مول من الما) ١بشرط أن تكون هذه . المواد المتفاعلة هي العناصر المكونة للمادة المراد إيجاد حرارة التكوين لها) ٢

. العناصر في الحالة القياسية COفمثال ال يمكن استخدام التفاعل التالي لحساب حرارة التكوين لـ

2C(g) + 1/2O (g) CO(g)⎯⎯→ .ألن الكربون في حالته الطبيعية يكون في حالة صلبة وليست غازيةوذلك

:توضيحية أمثلة

: HClحرارة التكوين لكلوريد الهيدروجين )١2 2H (g) + Cl (g) HCl(g) ΔH = - 92.5 kJ⎯⎯→

: H2Oحرارة التكوين للماء )٢2 2 2H (g) + 1/2O (g) H O(g) ΔH = - 242 kJ⎯⎯→

: COحرارة التكوين ألآسيد الكربون )٣2C(s) + 1/2O (g) CO(g) ΔH = - 110 kJ⎯⎯→

: CO2حرارة التكوين لثاني أآسيد الكربون )٤2 2C(s) + O (g) CO (g) ΔH = - 393.5 kJ⎯⎯→

: FeS IIحرارة التكوين لكبريتيد الحديد )٥Fe(s) + S(s) FeS(s) ΔH = - 95.4 kJ⎯⎯→

: C3H8حرارة التكوين للبروبان )٦2 3 83C(s) + 4H (g) C H (g) ΔH = - 104 kJ⎯⎯→


872

872

: NH3) األمونيا(حرارة تكوين النشادر )٧2 2 31/2N (g) + 3/2H (g) NH (g) ΔH = - 104 kJ⎯⎯→

: CuSO4حرارة التكوين لكبريتات النحاس )٨2 4Cu(s) + S(s) + 2O (s) CuSO (s) ΔH = - 771.4 kJ⎯⎯→

οحرارة التكوين القياسية ) : ٢(جدول fΔH للعناصر واأليونات والمرآبات

Hº (kJ/mol)Δ Formula Hº (kJ/mol)Δ Formula- 273 HF(g) 0 H+(aq)

- 691.1 HCO3- (aq) 218.0 H(g)

- 74.9 CH4(g) 0 H2(g) 52.5 C2H4(g) 609.8 Na+(g)

- 84.7 C2H6(g) - 293.7 Na+(aq) - 103.5 C3H8(g) 107.8 Na(g) - 116 HCHO 0 Na(s)

- 238.6 CH3OH(L) - 411.1 NaCl(s) 117 CS2(g) - 947.7 NaHCO3(s) 87.9 CS2(g) - 1130.8 Na2CO3(s) 135 HCN(g) - 635.1 CaO(s)

- 96.0 CCl4(g) - 543.0 Ca2+(aq) - 139 CCl4(L) 0 Ca(s) - 166 CH3CHO(g) - 1206.9 CaCO3(s)

- 277.6 C2H5OH(L) 716.7 C(g) 0 Si(s) 0 C(graphite)

- 910.9 SiO2(s) 1.9 C(diamond) - 1548 SiF4(g) - 110.5 CO(g)

0 Pb(s) - 393.5 CO2(g) - 219 PbO(s) 473 N(g) - 98.3 PbS(s) 0 N2(g)

- 167.5 Cl-(aq) - 45.9 NH3(g) 121.0 Cl(g) - 132.8 NH4

+(aq) 0 Cl2(g)249.2 O(g)

- 92.3 HCl(g)0 O2(g) - 218.9 Br(g)143 O3(g) - 120.9 Br(aq)- 229.9 OH-(aq)

0 Br2(L)- 241.8 H2O(g) - 194.7 I-(g)- 285.8 H2O(L) - 55.9 I-(aq)279 S(g)

0 I2(S)129 S2(g) 1026.4 Ag+(g)0 S8(rhombic) 105.9 Ag+(aq)2 S8(monoclinic)

0 Ag(s)- 296.8 SO2(g) - 203 AgF(s)- 20 H2S(g)

- 127.0 AgCl(s)- 255.6 F- (g) - 99.5 AgBr(s) - 329.1 F- (aq) - 62.4 AgI(s) 0 F2(g)


873

873

:مالحظات على جدول حرارت التكوين السابق

:حرارة تكوين العناصر النقية مثل )١)(Cu(s), N2(g), Fe(s), Na(s), Cl2(g), Hg(L) عند آل درجات الحرارة اتساوي صفر. وين المرآب )٢ ي أن تك ي الغالب طارد ن عناصره م معظم حرارة التكوين سالبة وهذا يعن ة ف األولي

.للحرارةي )٣ ات الت تقر المرآب ر اس ون أآث ا طرد للحرارة تك ل( ارايصاحب تكوينه وى ) عل ك ألن المحت وذل

ي ا ف ه آم الحراري للمرآب الناتج أقل من مجموع المحتويات الحرارية للعناصر الداخلة في ترآيب(…CH3OH, CH4

) :يصعب تفكيكه(آلما زادت الطاقة المنطلقة زاد ثبات المرآب الناتج )٤3 4 2 6 4NaCl(- 413) CH OH(- 238) CCl (- 134) C H (- 84.5) CH (- 74.9)> > > >

) :سهل تفكيكه(آلما زادت الطاقة الممتصة آلما قل ثبات المرآب 2 2H I(+ 2 6 ) N O (+ 3 4 ) N O (8 1 .5 ) N O (9 0 .4 ) > > >

القياسيةحساب حرارة التكوين

)٢١(مثال

ο:لديك التفاعل التالي 2 2C(graphite) + O (g) CO (g) ΔH = - 393.5 kJ⎯⎯→

)وفيه حرارة التفاعل القياسية )HοΔ )يساوي مجموع حرارات التكوين ) البي القياسيالتغير في اإلنثالقياسية لجميع المواد الناتجة مطروحا منه مجموع حرارات التكوين القياسية لجميع المواد المتفاعلة،

: أي ο ο ο

P f P R f R

Products Reactants

ΔH = n (ΔH ) - n (ΔH )∑ ∑

:حيثοΔH حرارة التفاعل : nP : ،عدد الموالت ألي مادة ناتجة nR :عدد الموالت ألي مادة متفاعلة .

( )οf pΔH : ،حرارة التكوين لمول واحد من المادة الناتجة

( )οf RΔH :حرارة التكوين لمول واحد من المادة المتفاعلة .

ο: وبالتالي فإنه للتفاعل 2 2C(graphite) + O (g) CO (g) ΔH = - 393.5 kJ⎯⎯→

:عل أو حرارة التكوين ألي مادة متفاعلة آما يلي يمكن حساب حرارة التفا( ) ( ) ( )

[ ]

ο ο ο οf 2 f f 2

οf 2

οf 2

ΔH = ΔH CO (g) - ΔH C(graphite) + ΔH O (g)

- 393.5 kJ = ΔH (CO ) - 0 + 0

- 393.5 kJ = ΔH (CO )

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎡ ⎤⎣ ⎦

CO2(g)تساوي حرارة التكوين القياسية للمرآب οΔHلقياسية اذا يعني أن حرارة التفاعل وه


874

874

)٢٢(مثال

4 : التالي οΔHالتفاعل ةاحسب حرار 2 2 2CH (g) + 2O (g) CO (g) + 2H O(L)⎯⎯→ : علما بأن انثالبي التكوين

οf 4οf 2οf 2οf 2

ΔH (CH (g)) = - 74.9 kJ

ΔH (O (g)) = 0

ΔH (CO (g)) = - 393.5 kJ

ΔH (H O(L)) = - 285.8 kJ

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

احلل

: على التفاعل بتطبيق العالقة

[ ] [ ]

4 2 2 2ο ο ο

P f P R f R

products Reactants

ο ο ο ο οf 2 f 2 f 4 f 2

ο

ο

CH (g) + 2O (g) CO (g) + 2H O(L)

ΔH = n (ΔH ) - n (ΔH )

ΔH = ΔH (CO ) + 2ΔH (H O) - ΔH CH + 2ΔH (O )

ΔH ( 393.5) 2( 285.8) ( 74.9) 2(0)

ΔH 890.2 kJ

⎯⎯→

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦= − + − − − +

= −

∑ ∑

)٢٣( مثال

فاحسب kJ 4.675من عناصره األولية عند الظروف القياسية ينطلق CH4من (g 1)عند تكون kJ :2للميثان بوحدة حرارة التكوين القياسية 4C(s) + 2H (g) CH (g)⎯⎯→

H = 1, C = 12): الكتل الذرية ( احلل

حينما يطلب في المسألة حساب حرارة التكوين القياسية فإنه يعني حرارة التكوين الناشئة من تفاعل . مول واحد من المادة

:لي نحولها الى موالت من الميثان، وبالتا g 1وفي المسألة أعطينا حرارة التكوين لـ 4

4

4

4

4

4

CHCH

CH

CH

CH

CH

mn =

Mw

1 gn = (12 + 4 1)1n =

16n = 0.0625 mol

×

: وبالتالي فإن


875

875

4

ο4 f

οf

0.0625 mol (CH ) - 4.675 kJ

1 mol CH ΔH- 4.675 kJ 1 molΔH = = - 74.8 kJ/mol

0.0625 mol

⎯⎯→

⎯⎯→

×

)٢٤( مثال

فاحسب الطاقة المنطلقة عند (kJ/mol 413 -)إذا علمت أن طاقة تكوين آلوريد الصوديوم تساوي NaCl :22Na(s) + Clمن g 20تكوين (g) 2NaCl(s)⎯⎯→

Na = 23, Cl = 35.5): الكتل الذرية( احلل

: NaClمن g 20نحسب موالت NaCl

NaClNaCl

NaCl

NaCl

NaCl

mn = Mw

20n = (23 + 35.5)

20n = 58.5

n = 0.342 mol

:وبالتالي فإن 1 mol NaCl - 413 kJ

0.342 mol NaCl ΔH(- 413) (0.342)ΔH =

1ΔH = - 141.2 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

×

)٢٥( مثال

4 : احسب طاقة التفاعل التالي 2 2 2CH (g) + 2O (g) CO (g) + 2H O(L)⎯⎯→ :آما يلي kJعلما بأن طاقة التكوين بوحدة

( ) ( ) ( )( )ο ο οf 4 f 2 f 2ΔH CH = -74.9, ΔH CO = - 393.5, ΔH H O = - 286

احلل

( ) [ ][ ] [ ]

ο οf fΔH = ΔH (Products) - ΔH (Reactants)

ΔH = - 393.5 + (2 - 286) - (- 74.9) + (2 0)

ΔH = - 965.5 - - 74.9 = - 890.6 kJ

× ×⎡ ⎤⎣ ⎦

∑ ∑


876

876

Heat of Combustionحرارة اإلحرتاق ) ٢

ما احتراق مول واحد من مرآب من )المنطلقة( الحرارة الناتجة تعرف حرارة اإلحتراق القياسية بأنها درجة حرارةعند )وفرة من األآسجين( في حالته القياسية احتراقا آامال في جو من األآسجين

)(25 ºC وضغط (1 atm) . ) بالرمز ويرمز لحرارة اإلحتراق )CHοΔ وحيث أن الحرارة تنطلق نتيجة اإلحتراق فإن قيم ،( )CHοΔ

.تكون سالبة حتتوي على كربون وهيدروجني فقط احرتاق املواد التي

ثاني أآسيد فقط عند احتراق المواد التي تحتوي على آربون وهيدروجين فقط احتراقا آامال فإنها تنتج . الماءو (CO2)الكربون

ن ليتحول جميع الكربون والهيدروجي )راقتفاعل اإلحت( ويجب أن يوجد األآسجين بكمية آافية في التفاعل .الى ثاني أآسيد الكربون وماء

: أمثلة لتفاعالت اإلحتراق ο

4 2 2 2 C

ο6 6 2 2 2 C

ο3 2 2 2 2 C

CH (g) + 2O (g) CO (g) + 2H O(L) ΔH = - 890 kJ15C H (L) + O (g) 6CO (g) + 3H O(L) ΔH = - 3268 kJ2

CH CH OH(L) + 3O (g) 2CO (g) + 3H O(L) ΔH = -1367kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

K 298) ( قيم حرارة اإلحتراق لبعض المرآبات عند: ) ٣(جدول HºC Δ

(kJ/mol)

substance

HºC Δ

(kJ/mol)

substance

- 571 Formaldehyde, CH2O(g) - 394 Carbon, C(graphite)

Formic acid, HCOOH - 286 Hydrogen, H2(g) *- 4811* n – Heptane, C7H16(L) - 875 Acetic acid, CH3COOH - 4163 n-Hexane, C6H14(L) - 1790 Acetone, CH3COCH3(L) - 890 Methane, CH4(g) - 1300 Acetylene, C2H2(g) - 727 Methyl alcohol, CH3OH(L) - 3268 Benzene, C6H6(L)

- 5154 Naphthalene, C10H8(s) - 3227 Benzoic acid, C6H5COOH(s) - 5974** Nicotine, C10H14 (L) - 2751 Diethyl ether (CH3CH2)2O (L) - 5451** n-Octane, C8H18 (L) - 1454** Dimethyl ether, (CH3)2O(g) - 3536 n-Pentane, C5H12(g) - 1560 Ethane, C2H6(g) - 3509 n-Pentane, C5H12 (L) - 1367 Ethyl alcohol, CH3CH2OH)

*- 2220* Propane, C3H8(g) - 1411 Ethylene, C2H4(g)


877

877

Fig. 6 : The difference between the potential energy of the reactants-one mole of CH4(g) and two moles of O2(g) – and that of the products –one mole of CO2(g) and two moles of H2O(L) – is the amount of heat evolved in this exothermic reaction at constant pressure. For this reason, it is 890 kJ/mol of reaction. Some initial activation, for example by heat, is needed to get the reaction started In the absence of such activation energy, a mixture of CH4 and O2 can be kept at room temperature for a long time without reacting,. For endothermic reaction, the final level is higher than the initial level.

: قيمة حرارة احتراق مرآب ما لحساب حرارة تكوينه آما يتضح من المثال التالي ويمكن استخدام )٣٢(مثال

عند درجة حرارة (kJ 1367 -)تساوي (C2H5OH)إذا علمت أن حرارة احتراق الكحول اإليثيلي (298 K) فاحسب حرارة تكوينه من عناصره األولية عند هذه الدرجة إذا آانت حرارتي تكوين ثاني

ο: أآسيد الكربون والماء هما οf 2 f 2 LΔH (CO ) = - 393.5 kJ/mol, ΔH (H O) = - 285.8 kJ/mol

احلل

:معادلة التفاعل هي ο

3 2 2 2(g) 2 CCH CH OH(L) + 3O (g) 2CO (g) + 3H O(L) ΔH = -1367 kJ⎯⎯→ : وبتطبيق المعادلة

( ) ( )ο ο οP P R Rf f

Reactantsproducts

ΔH = n (ΔH ) - n (ΔH )∑ ∑

:على التفاعل


878

878

[ ][ ]

ο3 2 2 2 2 C

ο ο ο ο οC f 2 f 2 f 3 2 f 2

οf 3 2

οf 3

CH CH OH(L) + 3O (g) 2CO (g) + 3H O(L) ΔH = -1367kJ

ΔH = 2ΔH (CO ) + 3ΔH (H O) - ΔH (CH CH OH) + 3ΔH (O )

1367 2( 393.5) 3( 285.8) ΔH (CH CH OH) + 3 (0)

1367 787 857.4 ΔH (CH CH

⎯⎯→

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎡ ⎤− = − + − − ⎣ ⎦

− = − − − 2

οf 3 2

οf 3 2οf 3 2

OH) + 0

1367 1644.4 ΔH (CH CH OH)

ΔH (CH CH OH) = - 1644.4 + 1367

ΔH (CH CH OH) = - 277.4 kJ/mol

⎡ ⎤⎣ ⎦− = − −

)٣٣( مثال

آسجين لينتج غاز ثاني أآسيد الكربون والماء في آمية من األ (C12H22O11)يحترق السكر الصلب : kJ/mol 5626، وتنطلق آمية من الحرارة مقدارها ºC 25السائل وذلك عند درجة حرارة

12 22 11 2 2 2C H O (s) + 12O (g) 12CO (g) + 11H O(g) ΔH = - 5626 kJ⎯⎯→ .من السكر الصلب g 95احسب آمية الحرارة الناتجة من حرق

C = 12, H = 1, O = 16): علما بأن الكتل الذرية ( ل احل

:نحول آمية السكر بالجرامات الى موالت آما يلي 12 22 11

12 22 1112 22 11

12 22 11

12 22 11

12 22 11

C H OC H O

C H O

C H O

C H O

C H O

mn =

Mw95n =

(12 12 + 22 1 + 11 16)95n =

342n = 0.28mol

× × ×

: وبالتالي فإن 12 22 11C H O1 mol - 5626 kJ

0.28 mol ΔH0.28 ( - 5626)ΔH =

1ΔH = - 1575.28 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

×


879

879

العوامل املؤثرة على حرارة التفاعل

وع التفاعل ك التفاعل يعتمد التغير الحراري المصاحب للتفاعل على ن دها ذل تم عن ي ي . ، والظروف الت :ومن أهم العوامل التي تؤثر على حرارة التفاعل

) حجم ثابت أو ضغط ثابت(الظروف التي يحدث عندها التفاعل ) ١ آمية المواد المتفاعلة ) ٢ ل من المواد المتفاعلة والناتجة الحالة الفيزيائية لك) ٣ : وضيح تلا

) ضغط ثابت وحجم ثابت أ(الظروف التي حيدث عندها التفاعل )١

. وهذا العامل له أهمية آبيرة في حالة التفاعالت التي تشتمل على غازاتا للجو ففي التجارب العملية التي تجرى تحت ضغط ثابت، إما معرضا للضغط (أن يبقى النظام مفتوح

ت و ضغط ثاب وي وه ا )الج ارجي ثابت ه الضغط الخ ى علي اء يبق ي إن ل ف دث التفاع ر . ، أو يح والتغيراري لتف راري االح وى الح ي المحت رق ف ى الف زى ال ت يع د ضغط ثاب تم عن ل ي )ع )HΔ واتج ين ن ب

ة واد المتفاعل ل والم ين . التفاع رق ب ى الف ت ال م ثاب د حج تم عن ل ي راري لتفاع ر الح زى التغي ا يع بينم . مجموع الطاقات الداخلية لنواتج التفاعل ومجموع الطاقات الداخلية للمواد المتفاعلة

)وإذا رمزنا للطاقة الداخلية بالرمز )EΔ فإن : ): الحرارة عند حجم ثابت )Vq = ΔE

)الحرارة عند ضغط ثابت )Pq = ΔH : هي ) آما سنأخذ ال حقا في فصل الثيرموديناميك(والعالقة التي تربطهما

ΔH = ΔE + PΔV

:حيث P : الضغط

ΔV : التغير في الحجم ك وبالنسبة للتفاعالت التي تشمل على ذي يصاحب تل مواد صلبة أو سائلة فقط، فإن التغير في الحجم ال

ه، أي أن ه يمكن إهمال ) : التفاعالت يكون عادة بسيطا جدا لدرجة أن )ΔV 0≈ ) م يكن الضغط ا ل م):وحينئذ فإن ) آبيرا جدا )H = EΔ Δ

را وال أما بالنسبة للتفاعالت التي تشتمل ر في الحجم آبي ة يكون التغي ذه الحال ي ه على غازات، فإنه ف : يمكن إهماله، وبفرض أن الغاز مثالي فإن

2 1

2 1Products Reactants

2 1

2 1 Products Reactants

ΔH = ΔE + PΔVΔH = ΔE + P(V - V )ΔH = ΔE + PV - PV

ΔH = ΔE + n RT - n RTΔH = ΔE + ( n - n ) RT

ΔH = ΔE + nRTΔ

)حيث )Δn تمثل التغير في أعداد موالت النواتج والمواد المتفاعلة والموجودة في الحالة الغازية فقط.


880

880

)يكون وعندما )Δn = 0 ) ة اعالت الغازي ة يساوي عدد موالت المتف واتج الغازي ) أي عدد الموالت الن): فإن )H = EΔ Δ.

كمية املواد املتفاعلة )٢

ا زادت ) الممتصة أو المنبعثة(تتناسب حرارة التفاعل ة ، فكلم تتناسب طرديا مع آميات المواد المتفاعلة من أ ات الحرارة الممتصة أو المنطلق ة ، زادت أو تضاعفت آمي واد المتفاعل ات الم و تضاعفت آمي

. التفاعل مثال توضيحي

ة (Cal 68.32)من الهيدروجين، فإنه تنطلق آمية حرارة قدرها (mol 2)عند احتراق ا للمعادل طبق2 : التالية 2 22H (g) + O (g) 2H O(L) ΔH = - 68.32 Cal⎯⎯→

راق د احت ا عن دروجين (mol 4)أم ابقة (من الهي ة الس درها ) ضعف الكمي ة حرارة ق ق آمي ه تنطل فإن136.64 Cal :

2 2 24H (g) + 2O (g) 4H O(L) ΔH = - 136.64 Cal⎯⎯→ راق د احت ة عن ة الحرارة المنطلق ة الحرارة (mol 4)أي أن آمي دروجين تكون ضعف آمي من الهي

رق د احت دروجين (mol 2)المنطلقة عن د أن حرار . من الهي ذا يؤآ ات وه ى آمي ة التفاعل تتوقف عل . المواد المتفاعلة

ل من املواد املتفاعلة والناجتة احلالة الفيزيائية لك )٣

ر الحراري ى التغي ر عل أثير آبي ا ت ة أو ناتجة له لقد وجد أن الحالة الفيزيائية للمادة سواء آانت متفاعل . الحادث والمصاحب للتفاعل

Fig. 7 : This diagram shows how the value of the reaction enthalpy depends on the physical states of a product. When water is produced as a vapor rather than as a liquid in the combustion of methane, 88 kJ remains stored in the system for every 2 mol H2O produced.


ل د تفاع ن عن ة م اعد آمي ائلة، تتص ة الس ي الحال اء ف وين الم دروجين لتك از الهي جين وغ از األآس غ :ة آما يتضح من المعادالت التاليةالحرارة أآبر من تلك المنطلقة عند تكوين الماء في الحالة الغازي

2 2 2

2 2 2

H (g) + 1/2O (g) H O(g) + 58.0 kcal

H (g) + 1/2O (g) H O(L) + 68.0 kcal

⎯⎯→

⎯⎯→

. لسائلة الى الحالة الغازيةحيث استهلك الفرق بينهما في تحويل الماء المتكون من حالته ا


881

881

ا وآذلك تختلف حرارة احتراق الكبريت المعيني عن حرارة احتراق الكبريت المنشوري، والفرق بينهم .عبارة عن حرارة تحويل الكبريت المعيني الى المنشوري، أو العكس

:احلرارة النوعية للمواد أو السعة احلرارية )٤ع درجات الحرارة ال يقتصر امتصاص الحرارة على التغيرا ل في رف ط، ب ة فق ة والكيميائي ت الفيزيائي

.أيضاادة " الحرارة النوعية لمادة بأنهاوتعرف آمية الحرارة الالزمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الم

دة ة واح ة مئوي ة ". درج ة الجرامي اس األوزان الجزيئي ى أس رى عل ادة تج ي الع ابات ف ا أن الحس وبمة مضروبة فمن ال) الموالت( مالئم استعمال السعة الحرارية الجزيئية، وهي عبارة عن الحرارة النوعي

. في الوزن الجزيئي للمادةع درجة حرارة جزيء جرامي : " السعة الحرارية الجزيئية بأنهاوتعرف ة لرف آمية الحرارة الالزم

اة رارة المعط ة الح د درج دة عن ة واح ة مئوي ادة درج ن الم د م دة الس ". واح ي ووح ة ه عة الحراري(Cal/mol °C) أو(J/mol °C) .

: ويمكن التعبير عن السعة الحرارية رياضيا آما يلي qC =

dT

ة ة الجزيئي ين السعة الحراري ة (ويمكن تعي د حجم ثابت أو ضغط ثابت ) المولي ادة . عن إذا سخنت الم فت م ثاب د حج ة عن ة الجزيئي عة الحراري إن الس ا، ف ا ثابت دها حجمه ن (CV)تحت ظروف يظل عن يمك

:التعبير عنها رياضيا آما يلي V

VV

q E ΔEC = = = dT T dT

∂∂

:فهي تساوي (CP)ضغط ثابت أما السعة الحرارية عند P

PP

q E ΔHC = = = dT T dT

∂∂

. إال الحرارة الممتصة في زيادة الطاقة الداخلية (CV)وال تحوي السعة الحرارية عند الحجم الثابت ألنها تحوي باإلضافة الى هذه الحرارة (CV)فهي أآثر من (CP)أما السعة الحرارية عند ضغط ثابت

د ضغط ثابت . ل في التمددمقدار الشغل المبذو ة عن ر من السعة (CP)وبالتالي فإن السعة الحراري أآبد حجم ثابت ع درجة الحرارة (CV)الحرارية عن دما ترتف دد عن ذول في التم ة الشغل المب دار آمي بمق

. درجة مئوية واحدة بمقدارة من وبعبارة أخرى ، فإنه عند ضغط ثابت، يلزم لرف ة معين ر من ع درجة حرارة آتل ة أآب ادة، آمي الم .الحرارة أآبر من تلك التي تلزم عند حجم ثابت

: وبالنسبة لمول واحد من غاز، نجد أن ΔH = ΔE + PΔV

: فإن المعادلة السابقة تصبح TΔوبالقسمة على ΔH = ΔE + PΔVΔH ΔE PΔV

T T T= +

Δ Δ Δ

: وحيث أن V P

ΔE ΔHC = , C = ΔT ΔT

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

: فإن


882

882

P V

ΔH ΔE PΔV = + ΔT ΔT ΔT

PΔVC = C + ΔT

: ومن قانون الغاز المثالي لمول واحد من الغازات فإن

P V

P V

P V

PΔV = RΔTPΔV = RΔT

PΔVC = C + ΔT

C = C + RC - C = R

(R = 1.987 Cal/mol K = 8.314 J/mol K)هو ثابت الغازات العام Rو ة أي أن السعة الحرارية لمول واحد من غاز مثالي عند ضغط ثابت تكون أآ بر من قيمة السعة الحراري

.Rله عند حجم ثابت بمقدار : أي أن "γ"بالرمز CP/CVويرمز للنسبة

P

V

Cγ = C

)٣٤(مثال

:فاحسب 2.98للغازات أحادية الذرية تساوي CVوقيمة (R = 1.987)إذا علمت أن γ) ب CP) أ

احلل

)أ

P V

P

P

C = C + R C = 2.980 + 1.987C = 4.967

)بP

V

Cγ = C4.967γ 1.672.98

= =


883

883

Heat of Reaction Measurement: قياس حرارة التفاعل :نوعان من التفاعالت التي ميكن قياس حرارتها هناك

. آما في احتراق المواد الهيدروآربونية )الضغط غير ثابت(اعالت االحتراق تف) ١ . مثل تفاعالت تعادل األحماض والقواعد) عند ضغط ثابت(تفاعالت غير االحتراق ) ٢

. النوع الثاني بالمرجع إلىرجوع ويمكنك ال) تفاعالت االحتراق(فقط على النوع األول وسنرآز حرارة تفاعالت االحرتاق قياس

التغيرات الحرارية نتيجة ال حتراق أي مادة تقاس عند حجم ثابت، وذلك باستخدام ما يسمى المسعر (Calorimeter) )نبلةمسعر الق( (Bomb Calorimeter).

) آمية الحرارة الممتصة أو المنبعثة(فالمسعر الحراري جهاز يستخدم لقياس التغيرات الحرارية . المصاحبة للتفاعالت الكيميائية

ويتحدد نوع المسعر الحراري المطلوب استخدامه تبعا لنوع التفاعل الكيميائي المدروس، بمعنى إذا ومسعر القنبلة يستخدم لقياس الحرارة المنطلقة . ضغط ثابت أم يتم عند حجم ثابتآان التفاعل يتم عند

. في أثناء عمليات اإلحتراق وصف جهاز املسعر

: من )١٢ – ٨(باألشكال آما هو موضح –الحراري عادة يتكون المسعر. خارج هذا اإلناء إناء خارجي معزول عزال حراريا جيدا حتى يمنع تسرب الحرارة من داخل أو ) ١

آمية معينة من الماء معلومة الوزن بدقة، حيث يغمر به الوعاء الذي وتوضع في هذا اإلناء الخارجي .سيتم به التفاعل

. مقياس لدرجة الحرارة) ٢ .مصدر لإلشعال) ٣ .محرك) ٤

Fig. 12 : A bomb calorimeter measures qv, the amount of heat given off or absorbed by a reaction occurring at constant volume. The amount of energy introduced via the ignition wires is measured and taken into account.


884

884

دم لقياس حرارة التفاعل عند حجم ثابتالمسعر المستخ: )٩(شكل


885

885

Fig. 8 : Diagram of a bomb calorimeter for measuring the heat evolved at constant volume ( )EΔ in a combustion reaction. The reaction is carried out inside a steel bomb, and the heat evolved is transferred to the surrounding water, where the temperature rise is measured.

احلرارة املنطلقة نتيجة الحرتاق مادة ما يف املسعر؟كيف تقاس :اخلطوات

وتوضع في وعاء )المراد قياس حرارة احتراقها( عينة بدقة من المادة المتفاعلةآمية متوزن )١ . التفاعل

.تحت ضغط عال بغاز األآسجين يمأل وعاء التفاعل )٢ .يوضع وعاء التفاعل في الوعاء المعزول )٣والذي يوضع في وعاء معزول الماء موزونة بدقة منبكمية معينة ) المسعر(يغمر وعاء التفاعل )٤

.تاماعزال الماء متجانسة مع بقية حرارة من أجل أن تكون درجة (Stirrer) )محرك( بمقلب يحرك الماء )٥

. أجزاء المسعر .(t1) ولتكن) درجة حرارة العينة(اإلبتدائية سجل درجة حرارة المجموعةت )٦ربي سلك آه(بالتسخين الكهربي للمادة أو بواسطة مصدر اإلشعال )عملية اإلحتراق( يبدأ التفاعل )٧

).لمادةامغموس في تمتص الحرارة المنطلقة نتيجة للتفاعل من قبل المسعر ومكوناته وترتفع درجة حرارة المجموعة )٨

.(t2)ثم تسجل درجة الحرارة النهائية تساوي مجموع (Ct)فإن السعة الحرارية الكلية حيث أن آال من الماء والمسعر يمتص الحرارة )٩

: ء أي أن السعة الحرارية للمسعر والما

2total H O calC = C + C

2H OC :آما سبق شرحه السعة الحرارية للماء وتحسب من آتلة الماء المستخدم وحرارة الماء النوعية .


886

886

Ccal : السعة الحرارية للمسعر، وتقدر عمليا وذلك بقياس الزيادة في درجة حرارة المسعر نتيجة . معروفة من الحرارة تسخينه بكمية

ومن الزيادة في (Ct)تحسب من السعة الحرارية الكلية (q)آمية الحرارة المنطلقة في التجربة ) ١٠ :باستخدام المعادلة (t2 – t1)درجة الحرارة

tq = C tΔ Ct :السعة الحرارية الكلية.

2و 1Δt = t - t ة الحرارةالفرق في درج .

)٣٥(مثال

من الماء، فارتفعت درجة الحرارة Kg 1.2آيميائي في مسعر حراري، يحتوي على أجري تفاعل . احسب آمية الحرارة الناتجة عن التفاعل، C° 25الى C° 20من

J/g . °C 4.184 والحرارة النوعية للماء هي kJ/°C 2.21 علما بأن السعة الحرارية للمسعر هي احلل

:لتالية يمكن حل هذه المسألة بالعالقة اtq = C tΔ

: إلشارة سالباوبما أن التفاعل طارد للحرارة فإننا نضع tq = - (C t)Δ

.للداللة أن التفاعل طارد للحرارة :وبالتعويض في هذه العالقة

( )( )( )

( ) ( )( )( )

( ) ( )( ) ( )

( ) ( )

2

2

t

H O Cal 2 1

Cal 2 1H O

ο 3 3 ο

q = - C Δt

q = - C + C t - t

q = - S m + C t - t

q = - 4.184 J/g C (1.2 10 g + 2.21 10 J/ C . 25 - 20

q = - 7230.8 5

q = - 36154Jq = - 36.154 kJ

⎡ ⎤⎣ ⎦⎡ ⎤×⎣ ⎦⎡ ⎤× × ×⎣ ⎦

×⎡ ⎤⎣ ⎦

رارة ا ي أن ح رى، وه ة أخ ألة بطريق ذه المس ل ه ن ح ل ويمك ي (q)لتفاع رارة الت ة الح اوي آمي تس):امتصها المسعر زائدا آمية الحرارة التي امتصها الماء أي أن )2H O Calq = - q + q

:وبالتالي نعوض فيها آما يلي


887

887

( )[ ] [ ]( ) ( ) ( )( )[ ] [ ]( )

2H O Cal

2 1 Cal 2 1

ο 3 ο 3 ο

q = - q + q

q = - S m (t - t ) + C (t - t )

q = - 4.184J/g C 1.2 x 10 g (25 - 20 C) 2.21 10 J/ C 25 20

q = - 25104 11050

q = - 36154 Jq = - 36.154 kJ

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦⎣ ⎦×

⎡ ⎤ ⎡ ⎤× × + × −⎣ ⎦ ⎣ ⎦+

)٣٦(مثال

إذا وضعت (C6H12O6)يستخدم مسعر القنبلة لقياس الحرارة المنطلقة من احتراق الجلوآوز (g 3)فمن الماء، وآانت (Kg 1.5)من الجلوآوز في المسعر المملوء باألآسجين تحت ضغط، والذي يحتوي

.(C° 19)هي االبتدائيةدرجة الحرارة ي بالسلك يط المتفاعل بالتسخين الكهرب رق الخل ي درجة حرارة المسعر . احت ادة ف وسبب التفاعل زي

(kJ/°C 2.21)فإذا علمت أن السعة الحرارية للمسعر هي ، (C° 25.5)ومحتوياته الى علما بأن الحرارة النوعية للماء هي (احسب آمية الحرارة المنطلقة عند حرق مول واحد من الجلوآوز

(4.184 J/g °C) . احلل

من الجلوآوز (g 3)آمية الحرارة الناتجة من حرق باتباع نفس الخطوات في المسألة السابقة فإن q = - 55159 J

q = - 55.159 kJ :والذي يعادل وبالتالي فإن آمية الحرارة المنطلقة من مول واحد

Mw (C6H12O6) = (6 × 12) + (12 × 12) + (6 × 16) = 180 g/mol )(180 g/mol يمكن حسابه على النحو التالي :

-1

3 g - 55.159kJ180 g q

- 55.159 kJ 180 g molq =

3 gq = - 3309.54 kJ/mol

⎯⎯→

⎯⎯→

×

)٣٧( مثال

في مسعر عند حجم ثابت يحتوي على (C10H8)ن مرآب النفثالين م (g 1.435)احترق إذا(2000 g) من الماء فإن درجة الحرارة ترتفع من(20.17 ºC) الى(25.84 ºC) فإذا علمت أن

، (kJ/g °C 4.184)والحرارة النوعية للماء (kJ/ºC 1.80)تساوي (Ccal)السعة الحرارية للمسعر : فاحسب (C = 12, H = 1)والكتل الذرية

. نتيجة احتراق مول واحد من النفثالينالحرارة المنطلقة )ب .االحتراقالحرارة المنطلقة نتيجة ) أ احلل

: نتبع العالقةمن النفثالين g 1.435لحساب آمية الحرارة المنطلقة من احتراق ) أ ).قبل المسعر والماءآمية الحرارة المكتسبة من ( -= آمية الحرارة المفقودة نتيجة اإلحتراق


888

888

( )[ ]

( ) ( ) ( ) ( )( ) }{[ ]

2H O Cal

cal

ο ο 3

q = - q + q

q = - (S . m . Δt) + (C Δt)

q 4.184 J/g C 2000 g 25.84 - 20.17 C + 1.80 10 J/ C 25.84 - 20.17

q = - 47446.56 + 10206q = - 57652.56 J q = - 57.65 kJ

ο⎡ ⎤ ⎡ ⎤= − × × ×⎣ ⎦ ⎣ ⎦

.النفثالينمن (g 1.435)ناتجة من احتراق (q = - 57.65 kJ)وهذه القيمة آان لزاما تحويل آمية ولحساب آمية الحرارة المنطلقة من احتراق مول واحد من النفثالين ) ب

: قة التالية باستخدام العال الى موالت (g 1.435)النفثالين السابقة 10 8

10 8

10 8

10 8

10 8

C HC H

C H

C H -1

C H -1

mn =

Mw

1.435 gn = (10 12 + 8 1) g mol

1.435 gn = = 0.0112 mol128 g mol

× ×

وبالتالي فإن آمية (kJ 57.65)عند احتراقها ينتج عنها (mol 0.0112)ه الكمية من الموالت وهذ : المنطلقة نتيجة مول واحد من النفثالين يمكن حسابها بإجراء التناسب التاليالحرارة

10 80.0112 mol C H - 57.6 kJ1 mol q

- 57.65 kJ 1 molq = 0.0112 mol

q = - 5147.32 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

×

)تساويمن النفثالين واحد رة الناتجة من احتراق مولفكمية الحرا إذا )3- 5 .14 10 kJ× حيث آتلة مول بالجرامات مول من النفثالين آمية ويمكن حساب آمية الحرارة الناتجة بالتعبير عن

:إذا ، g 128 واحد من النفثالين تساوي10 81.435 g C H - 57.65 kJ

128 g q- 57.65 kJ 128 gq =

1.435 gq = - 5142.3 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

×

)٣٨( مثال

من الماء g 2000 في مسعر عند حجم ثابت يحتوي على N2H4من الهيدرازين mol 0.01احترق ، فإذا علمت أن السعة الحرارية للمسعر تساوي ºC 23.3الى ºC 20.1فإن درجة الحرارة ترتفع من

1.6 kJ/ºC فاحسب: آمية الحرارة المنطلقة نتيجة اإلحتراق) أ .مول واحد من الهيدرازينآمية الحرارة المنطلقة نتيجة احتراق ) ب

.(J/g ºC 4.184)، الحرارة النوعية للماء (H = 1, N = 14)الكتل الذرية


889

889

احلل :الجواب النهائي

J 31897.6 -تساوي (mol 0.01)لـ آمية الحرارة المنطلقة نتيجة اإلحتراق) أ J 3189760 -آمية الحرارة المنطلقة نتيجة احتراق مول من الهيدرازين تساوي ) ب

)٣٩( مثال

في جو من األآسجين في مسعر عند حجم ثابت وآان المسعر CH4إذا احترق جرام واحد من الميثان فإذا علمت أن السعة ºC 30الى ºC 20من الماء فإن درجة الحرارة ترتفع من g 1200يحتوي على

J/g ºC 4.184والحرارة النوعية للماء J/ºC 840الحرارية للمسعر تساوي احسب الحرارة المنطلقة نتيجة اإلحتراق) أ .احسب الحرارة المنطلقة نتيجة احتراق مول واحد من الميثان) ب

احلل J 58608 -= الحرارة المنطلقة نتيجة اإلحتراق لجرام واحد من الميثان ) أ J 937728 -= الحرارة المنطلقة نتيجة احتراق مول واحد من الميثان ) ب

)٤٠( مثال

، فإذا آان J/ºC 1769في مسعر سعته الحرارية g 0.1375آتلتها Mgعينة من المغنسيوم أخذت ºC 1.126ماء وآان اإلرتفاع في درجة الحرارة g 300المسعر يحتوي على

. جول احسب آمية الحرارة الناتجة من احتراق مول من المغنسيوم بوحدة الكيلو J/g ºC 4.184= الحرارة النوعية للماء

24= الكتلة الذرية للمغنسيوم احلل

kJ q = - 246.69:الجواب )٤١( مثال

0.5 g 128من مادة عضوية وزنها الجزيئي g/mol احترقت في مسعر عند حجم ثابت سعتهالى 25.3ºCمن الماء فارتفعت درجة الحرارة من g 1200يحتوي على kJ/ºC 1.6الحرارية 27.4 ºC

J/g ºC 4.184الحرارة النوعية للماء تساوي فإذا علمت أن :احسب

الحرارة المنطلقة نتيجة اإلحتراق ) أ J 13903.68: الجواب

الحرارة المنطلقة نتيجة احتراق مول واحد من المادة العضوية ) ب J = 3559.3 kJ 3559342.08: الجواب


890

890

)٤٢( مثال

، فاحسب اإلرتفاع في درجة kcal/mol 1232هي C10H8ق النفثالين إذا علمت أن حرارة احترامن النفثالين، بفرض أن الحرارة g 0.242ماء موضوعة في مسعر إذا أحرقنا kg 1.025حرارة

.الناتجة استخدمت لرفع درجة حرارة الماء فقط (H = 1, C = 12, O = 16): علما بأن الكتل الذرية

(cal/g ºC 1)للماء تساوي الحرارة النوعية احلل

:من النفثالين بعد تحويلها الى موالت g 0.242نحسب أوال آمية الحرارة الناتجة من احتراق 10 8

10 8

10 8

10 8

10 8

10 8

C HC H

C H

C H

C H

-3C H

mn =

Mw

0.242 gn = (10 12 + 8 1)0.242n = 128

n = 1.9 10 mol

× ×

×

:وبالتالي فإن

( ) ( )

10 8

-310 8

-3

1 mol C H - 1232 kcal

1.9 10 mol C H ΔH

1.9 x 10 mol - 1232 kCalΔH =

1 molΔH = - 2.34 kCal

⎯⎯→

× ⎯⎯→

×

:وآمية الحرارة هذه امتصت من قبل الماء أي

3 ο 3

3ο

ο 3

q = S m Δt2.34 10 Cal = (1 Cal/g C) (1.025 x 10 g) Δt

2.34 10 CalΔt = = 2.283 C(1Cal/g C) (1.025 10 g)

× ×

× ×

×× ×


891

891

للحاصل احلراري الثابت قانون هيسof Constant Heat Sum Hess’s Law

يعترض الكيميائيين بعض الصعاب أحيانا حينما يودون إيجاد األنثالبي للتفاعالت، فقد تكون هذه معها دراستها أو تنتج بعض المرآبات الغير مطلوبة نتيجة التفاعالت سهلة جدا للدرجة التي يصعب

. للتفاعالت الجانبية : الحرارة المصاحبة حيث يتعذر قياسها مخبريا بسبب س لحساب آمية ييستخدم قانون ه

.بطء شديد للتفاعل بحيث تتعذر دراسته) ١ . المطلوبةأو حدوث تفاعالت جانبية تنتج مواد غير مرغوب فيها بجانب المواد ) ٢

: س ينص قانون ه

ث التفاعل مباشرة خالل خطوة حرارة التفاعل الكلية لتفاعل آيميائي معين تساوي قيمة ثابتة سواء حد" ". واحدة أو خالل عدد من الخطوات

:آما يلي أيضا أن يصاغ القانون ويمكن)عند ثبوت الضغط ودرجة الحرارة، فإن التغير في اإلنثالبي " )ΔH ،ألي تفاعل آيميائي مقدار ثابت

سواء تم هذا التفاعل في خطوة واحدة أو مجموعة خطوات، بشرط أن تكون المواد المتفاعلة والناتجة ".هي نفسها في آل حالة

أي أن قيمته ال تعتمد على المسار الذي يسلكه (وهذا يتفق مع آون التغير في اإلنثالبي تابع للحالة ). لة اإلبتدائية والحالة النهائيةافاعل وإنما تعتمد على الحالت)وضح آيف أن التغير في اإلنثالبي ) س )ΔH ؟)قيمته ال تعتمد على المسار(حالة تابع لل

: من الشكل

١٦شكل

4ΔH تمثل اإلنثالبي لتكون(D) مباشرة من(A) : فإن سيلقانون ه وطبقا

4 1 2 3H = H + H + HΔ Δ Δ Δ مرة أخرى يجب أن يساوي (A)ثم الى (D)، (C)، (B)عبر (A)وإذا جمع اإلنثالبي ابتداء من

: صفرا حسب قانون حفظ الطاقة ( )1 2 3 4H + H + H H 0Δ Δ Δ + −Δ =

1تساوي مجموع 4HΔألن 2 3H + H + HΔ Δ Δ وفقا لقانون هيس.


892

892

: س يأهمية قانون ه

من خالله حساب تغيرات اإلنثالبي لتفاعالت ال يمكن إجراؤها في المختبر بسبب بطئها يمكن )١ . الشديد

. يمكن استخدامه لحساب التغير في اإلنثالبي للتفاعالت التي فيها نواتج جانبية )٢ : توضيحي ألهمية قانون هيس مثال

الشكالن المتآصالن للكربون، ونجد (C diamond)والماس (C graphite)ت يشكل الجرافي )١هو الشكل المستقر أآثر تحت ظروف الضغط الجوي العادية، ولكن تجار ) الفحم(أن الجرافيت

إلى ) أي األلماس(األلماس ال يشعرون بأي قلق بشأن أحجارهم الكريمة ألن عملية تحولها .جرافيت تأخذ ماليين السنين

millions of yearsC(diamond) C(graphite)⎯⎯⎯⎯⎯→ ذي زمن ال البي للتفاعل السابق بسبب ال ي اإلنث ر ف اس التغي ا قي ان عملي وبالتالي فإنه من الصعوبة بمك

. ولكن قانون هيس يمدنا بالحل للتغلب على هذه المعضلة. يستغرقه :لى حدة نعلم أن التغير في المحتوى الحراري لكل من التفاعلين اآلتيين يمكن قياسه ع

2 2

2 2

1..........C(diamond) + O (g) CO (g) ΔH = - 395.4 kJ

2...........C(graphite) + O (g) CO (g) ΔH = - 393.5 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

: نحصل على ) 2(إذا عكسنا المعادلة 2 23...........CO (g) C(graphite) + O (g) ΔH = + 393.5 kJ⎯⎯→

:لمعادلة المطلوبة انحصل على 3 ,1)(وبجمع المعادتين 2 2

2 2

1..........C(diamond) + O (g) CO (g) ΔH = - 395.4 kJ

3...........CO (g) C(graphite) + O (g) ΔH = + 393.5 kJ----------------------------------------------------------------------

⎯⎯→

⎯⎯→

------------------ C(diamond) C(graphite) H = - 1.9 kJ⎯⎯→ Δ

.إذا يحدث تحول الماس الى جرافيت في عملية طاردة للحرارةعمليا من عناصره (CO)ر في اإلنثالبي المصاحب لتكون أول أآسيد الكربون يستحيل حساب التغي) ٢

. الكربون واألآسجين: األولية (graphite) 2(g) (g)C + 1/2O CO ΔH =?⎯⎯→

. (CO)باإلضافة الى (CO2)دون أن يتكون (O2)في جو من األآسجين (C)حيث أنه يستحيل حرق من عناصره األولية؟ COين التغير في اإلنثالبي لتكويمكن حساب كيف فإذا

: والجواب : CO2حسب الحرارة المنطلقة نتيجة احتراق الكربون احتراقا آامال ليعطي ت )١

2 2 1C(graphite) + O (g) CO (g) ΔH = - 393.5 kJ⎯⎯→ :مخبريا CO2الى COتحسب الحرارة المنطلقة نتيجة احتراق )٢

2 2 2CO(g) + 1/2O (g) CO (g) ΔH = - 283 kJ⎯⎯→ :ويمكن الحصول على التفاعل

2C(graphite) + 1/2O (g) CO(g) ⎯⎯→ التعديالت الالزمة لتكون عملية الجمع مؤدية في النهاية إجراءمع )٢، ١( السابقينمن جمع التفاعلين

: الى التفاعل


893

893

2C(graphite) + 1/2O (g) CO(g) ⎯⎯→ ΔH, kJ التفاعالت بعد التعديالت ΔH, kJ التعديل عديلالتفاعالت قبل الت - 393.5 2 2C(graphite) + O (g) CO (g) ⎯⎯→ - 393.5 2 2C(graphite) + O (g) CO (g) ⎯⎯→ال تعديل

+ 283 2 2CO (g) CO(g)+ 1/2O (g) ⎯⎯→ - 283 2 2CO(g) + 1/2O (g) CO (g) ⎯⎯→يعكس فاعلالت

- 110.5 2C(graphite) + 1/2O (g) CO(g)⎯⎯→ المجموع المجموع

من الحرارة الى (kJ 110.5)من عناصره األولية ينطلق COوبهذا فإنه بتكون مول واحد من . المحيط )٤٤(مثال

ο: احسب حرارة التفاعل التالي 2 4C (graphite) + 2H (g) CH (g) ΔH =?⎯⎯→

: عالت التالية إذا علمت التفاο

2 2 1

ο2 2 2 2

4 2 2 2

1..............C (graphite) + O (g) CO (g) ΔH = - 393.5 kJ

2..............H (g)+ 1/2O (g) H O(L) ΔH = - 285.9 kJ

3..............CH (g)+ 2O (g) CO (g)+ 2H O(L)

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ ο3 ΔH = - 890 kJ

احلل

: للتفاعل مباشرة ال يمكن قياس التغير في اإلنثالبي2 4C (graphite) + 2H (g) CH (g)⎯⎯→

، ولكن يمكن إيجاد ت الهيدروآربونألن تفاعل الكربون والهيدروجين ينتج عنهما خليط من مرآباοΔH السابقة التي يمكن قياس تغيرات اإلنثالبي لها عند من تفاعالت اإلحتراق لهذا التفاعل

ونحاول أن نجري بعض التعديالت على تلك المعادالت ليعطي مجموعها في النهاية . الظروف القياسية :المعادلة

2 4C (graphite) + 2H (g) CH (g)⎯⎯→ ΔH التفاعالت بعد التعديالت ΔH التعديل التفاعالت قبل التعديل

- 393.5 C + O CO2 2(graphite) (g) (g)⎯→ - 393.5 C + O CO2 2(graphite) (g) (g)⎯→ال تعديل

- 571.8

2H (g) + O (g) 2H O(L)2 2 2⎯→ - 285.9

H (g) + 1/2O (g) H O(L)2 2 2⎯→ تضرب بالمعامل

2 + 890 CO + 2H O CH + 2O2 2 4 2(g) (L) (g) (g)⎯→ - 890 CH (g) + 2O (g) CO (g) + 2H O(L)4 2 2 يعكس →⎯2

التفاعل- 75.3 C + 2H CH2 4(graphite) (g) (g)⎯→ المجموع المجموع

الالزمة لتعطي المعادلة المطلوب حساب عليها و بعد إجراء التعديالت) ٣، ٢، ١(ع المعادالت ومن جم : (kJ 75.3 -)حرارة التفاعل لها، فإن حرارة التفاعل المطلوبة هي

ο2 4C(graphite) + 2H (g) CH (g) ΔH = - 75.3 kJ⎯⎯→

)٤٥(مثال

: احسب حرارة التفاعل التالي ο

2 2 22C (graphite) + H (g) C H (g) ΔH =?⎯⎯→


894

894

: ن إذا علمت أο

2 2

ο2 2 2

2 2 2

1............C (graphite) + O (g) CO (g) ΔH = - 393.5 kJ

2............H (g) + 1/2O (g) H O(L) ΔH = - 285.9 kJ

3...........2C H (g) + 5O (g) 4CO

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ ο2 2(g) + 2H O(L) ΔH = - 2598.8 kJ

احلل ΔH, kJ التفاعالت بعد التعديالت ΔH, kJ التعديل التفاعالت قبل التعديل

- 787 22C + 2O CO2 2(graphite) (g) (g)⎯→ - 393.5 C + O CO 2 2(graphite) (g) (g)⎯→ تضرب 2في

- 285.9 H + 1/2O H O2 2 2(g) (g) (L)⎯→ - 285.9 H + 1/2O H O 2 2 2(g) (g) (L)⎯→ ال تعديل

+ 1299.4

2 CO + H O C H + 5/2 O2 2 2 2 2(g) (L) (g) (g)⎯→ - 2598.8

2C H + 5O 4CO + 2H O 2 2 2 2 2(g) (g) (g) (L)⎯→س تعك

وتقسم 2على

226.5+ 2C + H C H2 2 2(graphite) (g) (g)⎯→ المجموع

)٤٦( مثال

2: احسب طاقة التفاعل التالي 32S (S) + 3O (g) 2SO (g) H = ?⎯⎯→ Δ : علما بأن

2 2

3 2 2

1. S(s) + O (g) SO (g) ΔH = - 297 kJ

2. 2SO (g) 2SO (g) + O (g) ΔH = - 198 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

احلل

:أن نجري عليها التغيرات التالية للحصول على التفاعل األول يجب أن نجمع التفاعلين السابقين بعد 2نضرب التفاعل األول في العدد ) أ :نعكس التفاعل الثاني ) ب

2 2

2 2 3

2S(s) + 2O (g) 2SO (g) ΔH = 2 (- 297) kJ

2SO (g) + O (g) 2SO (g) ΔH = + 198 kJ-----------------------------------------------------------------------------------

⎯⎯→

⎯⎯→

2 3

--2S (s) + 3O (g) 2SO (g) ΔH = - 396 kJ⎯⎯→

)٤٧( مثال

2 : احسب طاقة التفاعل التالي 2C(s) + H O(g) CO(g) + H (g) H = ?⎯⎯→ Δ : إذا علمت أن

2

2 2 2

1. C(s) + 1/2O (g) CO(g) ΔH = - 26.4 kcal

2. H (g) + 1/2O (g) H O(g) ΔH = - 57.79 kcal

⎯⎯→

⎯⎯→

احلل

:اعل يجب جمع للحصول على طاقة التف (1)التفاعل ) أ (2)معكوس التفاعل ) ب


895

895

2

2 2 2

2

C(S) + 1/2O (g) CO(g) ΔH = - 26.4 kcal

H O(g) H (g) + 1/2O (g) ΔH = + 57.79 kcal-------------------------------------------------------------------------------C(S) + H O(g) CO(g) +

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ 2 H (g) ΔH = 31.39 kcal

)٤٨( مثال

:احسب طاقة التفاعل التالي 2 2 24HCl(g) + O (g) 2Cl (g) + 2H O(g) H = ?⎯⎯→ Δ

:علما بأن 2 2

2 2 2

1. H (g) + Cl (g) 2HCl(g) ΔH = - 184.9 kJ

2. 2H (g) + O (g) 2H O(g) ΔH = - 483.7 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

احلل

:للحصول على التفاعل السابق نجمع 2في مضروبا األول معكوس التفاعل) أ : الثانيالتفاعل ) ب

2 2

2 2 2

4HCl(g) 2H (g) + 2Cl (g) ΔH = 2 (+ 184.9 kJ)

2H (g) + O (g) 2H O(g) ΔH = - 483.7 kJ------------------------------------------------------------------------

⎯⎯→

⎯⎯→

2 2 2

-------------4HCl(g) + O (g) 2Cl (g) + 2H O(g) ΔH = - 113.9 kJ⎯⎯→

)٤٩( مثال

:احسب طاقة التفاعل التالي 2 4 2 2 5C H (g) + H O(L) C H OH(g) H = ?⎯⎯→ Δ

:علما بأن 2 5 2 2 2

2 4 2 2 2

1. C H OH(L) + 3O (g) 3H O(L) + 2CO (g) ΔH = - 1367 kJ

2. C H (g) + 3O (g) 2CO (g) + 2H O(L) ΔH = - 1411 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

احلل

:للحصول على التفاعل السابق نجمع األولمعكوس التفاعل ) أ الثانيالتفاعل ) ب

2 2 2 5 2

2 4 2 2 2

3H O(L) + 2CO (g) C H OH(L) + 3O (g) ΔH = + 1367 kJ

C H (g) + 3O (g) 2CO (g) + 2H O(L) ΔH = - 1411 kJ-----------------------------------------------------------------------------

⎯⎯→

⎯⎯→

2 4 2 2 5

---------------C H (g) + H O(L) C H OH(g) ΔH = - 44 kJ⎯⎯→


896

896

)٥٠( مثال

:احسب طاقة التفاعل التالي 2 3 4 23Fe(s) + 4H O(g) Fe O (s) + 4H (g) H = ?⎯⎯→ Δ

:علما بأن 2 2

2 3 4

2 2 2

1. FeO(s) + H (g) Fe(s) + H O(g) ΔH = + 247 kJ

2. 3FeO(s) + 1/2O (g) Fe O (s) ΔH = - 317.6 kJ

3. H (g) + 1/2O (g) H O(g) ΔH = - 241.8 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

احلل

:للحصول على التفاعل السابق نجمع 3معكوس التفاعل األول في العدد ) أ التفاعل الثاني) ب معكوس التفاعل الثالث) ج

2 2

2 3 4

2 2 2

3Fe(s) + 3H O(g) 3FeO(s) + 3H (g) ΔH = 3(- 247 kJ)

3FeO(s) + 1/2O (g) Fe O (s) ΔH = - 317.6 kJ

H O(g) H (g) + 1/2O (g) ΔH = + 241.8 kJ------------------

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

2 3 4 2

----------------------------------------------------------------------3Fe(s) + 4H O(g) Fe O (s) + 4H (g) ΔH = - 816.8 kJ⎯⎯→

)٥١( مثال

2 :للتفاعل التالي HΔأوجد 6 66C(S) + 3H (g) C H (L) H = ?⎯⎯→ Δ :علما بأن

2 2

2 2 2

6 6 2 2

1. C(s) + O (g) CO (g) ΔH = - 393.5 kJ

2. H (g) + 1/2O (g) H O(L) ΔH = - 285.6 kJ

3. C H (L) + 15/2O (g) 6CO

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ 2(g) + 3H O(L) ΔH = - 3280.2 kJ

احلل

:للتفاعل السابق نجمع HΔللحصول على 6التفاعل األول مضروبا في ) أ 3ا في العدد التفاعل الثاني مضروب) ب معكوس التفاعل الثالث) ج


897

897

2 2

2 2 2

2 2 6 6 2

6C(s) + 6O (g) 6CO (g) ΔH = 6 (- 393.5 kJ)

3H (g) + 3/2O (g) 3H O(L) ΔH = 3 (- 285.6 kJ)

6CO (g) + 3H O(L) C H (L) + 15/2O (g)

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

2 6 6

ΔH = + 3280.2 kJ-------------------------------------------------------------------------------------------------6C(s) + 3H (g) C H (L) ΔH = 62.4 kJ⎯⎯→

)٥٢( مثال

3 :احسب طاقة التفاعل التالي 2 2 22NH (g) + 3N O(g) 4N (g) + 3H O(g) H = ?⎯⎯→ Δ :علما بأن

3 2 2 2

2 2 2 2

2 2 2

1. 4NH (g) + 3O (g) 2N (g) + 6H O(g) ΔH = - 1531 kJ

2. N O(g) + H (g) N (g) + H O(g) ΔH = - 367.4 kJ

3. H (g) + 1/2O (g) H O(g) ΔH = - 2

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ 85.9 kJ

احلل

:للحصول على التفاعل السابق بجمع 2مقسوم التفاعل األول على ) أ 3اعل الثاني في العدد مضروب التف) ب 3معكوس التفاعل الثالث وضربه في العدد ) ج

3 2 2 2

2 2 2 2

2 2 2

2NH (g) + 3/2O (g) N (g) + 3H O(g) ΔH = - 765.5 kJ

3N O(g) + 3H (g) 3N (g) + 3H O(g) ΔH = 3 (- 367.4 kJ)

3H O(g) 3H (g) + 3/2O (g) ΔH = + 857.7 kJ

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

3 2 2 2

------------------------------------------------------------------------------------------------2NH (g) + 3N O(g) 4N (g) + 3H O(g) ΔH = - 1010 kJ⎯⎯→


898

898

Bond Energyطاقة الرابطة

:طاقة الرابطة ذرتين في جزيء في حالته الغازية الى ذرات في الحالة الغازيةلالزمة لتكسير رابطة بين هي الطاقة ا

.BEبالرمز ا، ويرمز له)جذور متعادلة( .أو هي الطاقة الناتجة عن تكوين رابطة بين ذرتين

. وتستخدم طاقة تفكك الرابطة آمقياس آمي ال ستقرارية الجزيء

. ماصة للحرارة فعمليةحرارة، أما تفكك الرابطة الرابطة عملية طاردة لل تكوينإن وآلما آانت الطاقة المنطلقة نتيجة لتكون الرابطة آبيرة، والطاقة الالزمة لتكسير الرابطة أيضا آبيرة

. يدل على أن تكوين الرابطة يؤدي الى استقرار أآثر فإن هذا )٥٨(مثال

: آالتالي رتي الفلور هيإذا علمت طاقة الرابطة بين ذرتي الهيدروجين، وذ( )BE(F-F) = 158 kJ/mol, BE(H-H) = 436 kJ/mol

أآثر استقرارا؟ (H2, F2)فأي الجزيئين

احلل

بما أن طاقة الرابطة بين ذرتي الهيدروجين أآبر من طاقة الرابطة بين ذرتي الفلور، فإن الجزيئ(H-H) أآثر استقرارا من الجزيء(F-F). )٥٩(مثال

: إذا علمت أن (F-F, H-F, H-Cl, Cl-Cl)لتكوين οΔHقارن بين ( )( )( )

οHF

οHCl

ο2 Cl-Cl

2

H(g) + F(g) HF(g) ΔH = BE = - 565 kJ

H(g) + Cl(g) HCl(g) ΔH = BE = - 431 kJ

Cl (g) 2Cl(g) ΔH = BE = + 565 kJ

F (g) 2F(g) Δ

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→ ( )οF-FH = BE = + 155 kJ

احللH :السابقة فإن طاقة الرابطة οΔHمن قيم -F H -C l C l-C l F-F> > >

جزيئات حتتوي على نوع واحد من الروابط

Molecules with only one-type bond


الى أربع ذرات هيدروجين وذرة آربون (CH4)الطاقة الالزمة لتفكيك جزيء الميثان إن kJ 1665 تساوي

ο4CH (g) C(g) + 4H(g) ΔH =1664 kJ⎯⎯→


899

899

على حدة تختلف عن بعضها البعض آما (C-H)ولقد وجد أن الطاقة الالزمة لتفكيك آل رابطة من : يتبين مما يلي

οdis ΔH , kJ تفاعل التفكك

ο -11ΔH = + 427 kJ mol 4 3CH (g) CH (g) + H(g) ⎯⎯→ ο -12ΔH = + 439 kJ mol 3 2CH (g) CH (g) + H(g) ⎯⎯→ ο -13ΔH = + 451 kJ mol 2CH (g) CH(g) + H(g) ⎯⎯→ ο -14ΔH = + 347 kJ mol CH(g) C(g) + H(g)⎯⎯→

بسبب أن . (kJ mol-1 416 = 1664/4)وآان المفترض أن الطاقة الالزمة لتفكيك آل رابطة تساوي لكن المالحظ أن قيم و. متماثلة في الطول والقوة في جزيء الميثان (C-H)جميع الروابط

( )ο ο ο ο1 2 3 4ΔH ,ΔH ,ΔH ,ΔH 416واحد منها يساوي يوجد جميعها مختلفة وال kJmol-1 ما السبب؟ ف

للكثافة اإللكترونية عندما تنكسر إحدى (rearrangement)ذلك راجع الى حدوث إعادة تنظيم )جالروابط، لذلك فإنه على الرغم من أن الروابط المتبقية متكافئة إال أنها تختلف قليال عن الروابط في

، (CH3)الروابط في تختلف عن (CH)و (CH2)، وبالمثل فإن الروابط في CH4جزيء الميثان (CH4) .


ومول واحد من مول من ذرات الهيدروجين ٣شادر إلعطاء مول من الن ١تصور المعادلة التالية تفكك :ذرات النيتروجين

3NH (g) 3H(g) + N(g)⎯⎯→ : وبذلك يمكن حساب الطاقة الالزمة لتفككه من المعادلة

[ ] [ ]

ο ο ο οr f f f 3

οr

οr

ΔH = 3ΔH (H(g) + ΔH (N(g) - ΔH (NH (g)

ΔH = 3 (218.0) + 472.6 - 46.11

ΔH = 1172.2 kJ

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦

ثالث آمية kJ 1172.2وتمثل القيمة روابط ال في مول من (3N-H)الطاقة الالزمة إلحداث تفكك ال :النشادر آما يمثل ثلث هذه الكمية

1172.7 = 390.9 kJ3

. في جزيء النشادر (N-H)متوسط طاقة الربط لمول من روابط دة ات عدي ي الجزيئ ربط ف ة ال ط طاق ف متوس ا تعري ذرات ويمكنن )ال )ο

dis. avgΔH ط ا متوس ة بأنه الطاقة . الالزمة لتفكك مول من الجزيئات الى ذرات مقسمة على عدد الروابط في الجزيء ومن المفيد التفرق

)بين متوسط طاقة الربط )οdis. avgΔH وطاقة تفكك الرابطة المفردة( )ο

disΔH .النشادر يحدث ففي جزيء : التفكك على خطوات لكل منها طاقة ذاتية لتفكك الرابطة آما تبينه المعادالت التالية

οdis ΔH , kJ تفاعل التفكك

431 3 2NH (g) NH (g) + H(g)⎯⎯→

381 2NH (g) NH(g) + H(g) ⎯⎯→

360 NH(g) N(g) + H(g) ⎯⎯→


900

900

. ، وهو متوسط طاقة الرابطة في جزيء النشادر kJ 391الثالثة ويبلغ متوسط القيم جزيئات حتتوي على أكثر من نوع من الروابط

Molecules with more than one - type of bond

)يمكن تقدير حرارة التفاعل أو التغير في اإلنثالبي )ΔH ا آانت لتفاعل معين باستخدام قيم الرابطة إذ

)حيث أن التغير في اإلنثالبي . المواد المتفاعلة والناتجة في الحالة الغازية فقط )ΔH يساوي الطاقةالالزمة لتكسير جميع الروابط في جزيئات المواد المتفاعلة مطروحا منه الطاقة الالزمة لتكسير جميع

: أي أن الروابط في جزيئات المواد الناتجةο

R P

Reactants Products

ΔH = n(BE) - n(BE)∑ ∑

. تمثل المواد المتفاعلة: Rتمثل المواد الناتجة، : Pحيث

kJ/molجول لكل مول قيم بعض الروابط الكيميائية الشائعة مقدرة بالكيلو) : ٥(جدول Single Bonds: روابط أحادية

I Br Cl F S O N C H 436 H 348 416 C 167 305 386 N 142 201 358 459 O 226 - - 272 363 S 158 284 190 283 485 565 F 243 249 225 218 313 327 431 Cl 190 216 249 217 201 - 285 362 Br 149 175 208 278 - 201 - 213 295 I

Multiple Bonds: روابط مضاعفة 799 C = O 615 C = N 619 C = C

1072 C ≡ O 887 C ≡ N 835 C ≡ C 532 S = O (in SO2) 607 N = O 418 N = N 469 S = O (in SO3) 494 O=O 942 N ≡ N

)٦٠(مثال

: احسب حرارة التفاعل التالي بطريقة طاقة الرابطة ο

2 2H (g) + Cl (g) 2HCl(g) ΔH = - 184.6 kJ⎯⎯→ ):علما بأن طاقة الرابطة )BE(H-H) = 435.8 kJ, BE(Cl-Cl) = 243 kJ, BE (H-Cl) = 431 kJ

احلل

[ ] [ ][ ] [ ]

2 2ο

ο

H (g) + Cl (g) 2HCl(g)

ΔH = BE(H-H) + BE(Cl-Cl) - 2BE(H-Cl)

ΔH = 435.8 + 243 - 2(431) = - 183.2 kJ

⎯⎯→


901

901

ف أن طاقة الرابطة تساعد في فهم السبب في أن بعض التفاعالت تكون ماصة للحرارة وضح آي) س . والبعض اآلخر طاردا للحرارة

)ج

إذا آانت الروابط في جزيئات المواد الناتجة أقوى منها في جزيئات المواد المتفاعلة فإن المواد ) ١ى من طاقة المواد المتفاعلة ويكون التفاعل في الناتجة تكون أآثر استقرارا، لذلك فإن طاقتها تكون أعل

. هذه الحالة طاردا للحرارة

عيفة ط ض ة رواب ط قوي H رواب 0⎯⎯→ Δ )التفاعل طارد للحرارة( > إذ نجد أن الحرارة تمتص أحيانا ليحصل التفاعل وفي هذه الحالة فإن المواد والعكس صحيح أيضا) ٢

: المتفاعلة أي أن الناتجة تحتوي على طاقة أقل من طاقة المواد

ة ط قوي عيفة رواب ط ض H رواب 0ο⎯⎯→ Δ ). التفاعل ماص للحرارة( < ). طاقة المواد الناتجة أقل من طاقة المواد المتفاعلة(وتكون المواد الناتجة في هذه الحالة أقل استقرارا

)٦١(مثال

catalyst :إذا آان لديك التفاعل التالي 8 18 4 8 4 10heatC H (g) C H (g) + C H (g)⎯⎯⎯→

: في اإلنثالبي لهذا التفاعل إذا علمت أن قيم طاقة الرابطة فاحسب التغير ( )BE(C - C) = 348 kJ/mol, BE(C - H) = 416 kJ/mol, BE(C = C) = 619 kJ/mol

احلل

[ ] [ ]ο

ο

ΔH = 7BE(C - C) +18 BE(C - H) - 5BE(C - C) + BE(C = C) + 18 BE(C - H)

ΔH = 2BE(C - C) - BE(C = C) = 2(348) - (619) = 77 kJ

)٦٢( مثال

2 :احسب طاقة التفاعل التالي 2H (g) + I (g) 2HI(g)⎯⎯→ :مول هي آما يلي / آيلو جولفإذا علمت أن متوسط طاقات الروابط بوحدة

(H – H 435, I – I 151, H – I 297 kJ/mol) احلل

[ ] [ ][ ] [ ]

2 2

οR P

Reactants Productsο

ο

ο

H (g) + I (g) 2HI(g)

ΔH = n(BE) - n(BE)

ΔH = BE(H-H) + BE(I-I) - 2 BE(H-I)

ΔH = BE(435) + BE(151) - 2 BE(297)

ΔH = - 8 kJ

⎯⎯→

∑ ∑


902

902

)٦٣( مثال

:احسب الطاقة الناتجة عن التفاعل التالي 3 2 4CH Cl(g) + H (g) CH (g) + HCl(g)⎯⎯→

: مول هي آما يلي / جول علما بأن متوسط طاقات الروابط بوحدة آيلوC - H 415, H - H 435, C - Cl 330, H - Cl 432

.هل التفاعل ماص أم طارد للحرارة مع ذآر السببثم بين احلل

[ ] [ ][ ] [ ]

3 2 4

οR P

Reactants Products

ο

ο

ο

CH Cl(g) + H (g) CH (g) + HCl(g)

ΔH = n(BE) - n(BE)

ΔH = 3 BE(C - H) + BE(C - Cl) + BE(H - H) - 4 BE(C - H) + BE(H - Cl)

ΔH = 3(415) (330) (435) 4(415) (432)

ΔH = - 82 kJ

⎯⎯→

+ + − +

∑ ∑

)وبما أن قيمة )οΔH بالسالب فإن التفاعل طارد للحرارة.

)٦٤( مثال

4 :عند إشعال الميثان في جو من الكلور 2CH (g) + 2Cl (g) C(S) + 4HCl(g)⎯⎯→ : هي آما يلي kJ/molرابطة بوحدة فإذا علمت أن متوسط طاقات ال

BE(C - H) = 415, BE(Cl - Cl) 243, BE(H - Cl) = 432= . مع آمية آافية من غاز الكلور (mol CH4 0.5)فاحسب الطاقة الالزمة لتفاعل

احلل

[ ] [ ][ ] [ ]

4 2

οR P

Reactants Productsο

ο

ο

CH (g) + 2Cl (g) C(s) + 4HCl(g)

ΔH = n(BE) - n(BE)

ΔH = 4 BE(C - H) + 2 BE(Cl - Cl) - 4 BE(H - Cl)

ΔH = 3(415) 2(243) 4(432)

ΔH = 418 kJ

⎯⎯→

+ −

∑ ∑

)وبما أن قيمة )οΔH بالموجب لذلك فالتفاعل ماص للحرارة. :من الميثان مع آمية آافية من غاز الكلور (mol 0.5)ة الالزمة لتفاعل ولحساب الطاق

4

4

1 mol CH 418 kJ0.5mol CH ΔH

0.5 418ΔH = = 209 kJ1

⎯⎯→

⎯⎯→

×


903

903

)٦٥( مثال

:احسب الطاقة الناتجة عن التفاعالت التالية 2 6 2 2 2

2 2 2 2 2

5 12 2 2 2

1. 2C H (g) + 7O (g) 4CO (g) + 6H O(L)

2. 2C H (g) + 5O (g) 4CO (g) + 2H O(L)

3. C H (g) + 8O (g) 5CO (g) + 6H O(L)

⎯⎯→

⎯⎯→

⎯⎯→

:مول هي آما يلي / جول علما بأن متوسط طاقات الروابط بوحدة آيلو(C - H 415, O = O 494, C = O 724, O - H 463, C - C 348, C C 837)≡

احللοΔH: الجواب ) أ = - 2562 kJ οΔH: الجواب ) ب = - 1840 kJ οΔH: الجواب ) ج = - 2472 kJ

)٦٦( مثال

:حسب التفاعل التالي C = Cاحسب طاقة الرابطة ο

2 4 2 2 2C H + 3O 2CO + 2H O ΔH = - 955 kJ⎯⎯→ :مول هي آما يلي / وحدة آيلو جول علما بأن متوسط طاقات الروابط ب

C – H 415, O = O 494, C = O 724, O – H 463

احلل

ο:المعادلة الكيميائية البنائية الموزونة 2 4 2 2 2C H + 3O 2CO + 2H O ΔH = - 955 kJ⎯⎯→

[ ] ( ) ( )

ο2 4 2 2 2

οR P

Reactants Products

C H + 3O 2CO + 2H O ΔH = - 955 kJ

ΔH = n(BE) - n(BE)

- 995 = 4 BE(C-H) + BE(C = C) + 3 BE(O = O) - 2 2 BE(C = O) + 2 2 BE(O- H)

- 995= 4 (415) + BE(C = C) + 3 (49

⎯⎯→

⎡ ⎤⎣ ⎦

∑ ∑

[ ] [ ][ ] [ ]

4) - 2( 2 x 724) + 2 ( 2 x 463)

- 995 = 3142 + BE(C = C) - 4748- 995 - 3142 + 4748 = BE(C=C)BE(C=C) = 611 kJ

)٦٧( مثال

ο:حسب المعادلة الكيميائية الحرارية التالية 2 2XeF + H 2HF + Xe ΔH = - 430 kJ⎯⎯→

مول هي آما / جول علما بأن متوسط طاقات الروابط بوحدة آيلو (Xe – F)أوجد طاقة الرابطة (H – H 435, H-F 563):يلي

احلل BE(Xe –F) = 130.5 kJ: الجواب

Documents

THERMOCHEMISTRY - · PDF fileﻱﺯﺍﺰﳍﺍ ﺍ ﺪﺒﻋ ﻦﺑ ﺮﻤﻋ /ﺩ ﺩﺍﺪﻋﺇ ﺔﻳﺭﺍﺮﳊﺍ ءﺎﻴﻤﻴﻜﻟﺍ:ﻊﺑﺎﺴﻟﺍ ﻞﺼﻔﻟﺍ