المحتوى
التغير الحراري في التفاعل هو مقدار الحرارة الممتصة أو المنبعثة أثناء حدوث التفاعل ، إذا حدث ذلك عند ضغط ثابت. يمكنك إكمال الحساب بطرق مختلفة اعتمادًا على الموقف المحدد والمعلومات التي لديك. بالنسبة إلى العديد من العمليات الحسابية ، يعد قانون Hess هو الجزء الرئيسي من المعلومات التي تحتاج إلى استخدامها ، ولكن إذا كنت تعرف المحتوى من المنتجات والمواد المتفاعلة ، فإن الحساب أسهل بكثير.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
يمكنك حساب التغييرات في المحتوى الحراري باستخدام الصيغة البسيطة: =H = حمنتجات - حالمتفاعلات
تعريف الأنثالبي
التعريف الدقيق للإنتالبي (H) هو مجموع الطاقة الداخلية (U) بالإضافة إلى ناتج الضغط (P) والحجم (V). في الرموز ، هذا هو:
H = U + PV
التغير في المحتوى الحراري (∆H) هو:
=H = ∆U + ∆P∆V
عندما يشير رمز دلتا (∆) إلى "التغيير". في الممارسة ، يظل الضغط ثابتًا ويظهر المعادلة أعلاه بشكل أفضل على النحو التالي:
=H = +U + P∆V
ومع ذلك ، بالنسبة للضغط المستمر ، فإن التغير في المحتوى الحراري هو ببساطة الحرارة (ف) المنقولة:
=H = ف
إذا كانت (ف) موجبة ، يكون التفاعل ماصًا للحرارة (أي يمتص الحرارة من محيطه) ، وإذا كان سالبًا ، يكون رد الفعل طارد للحرارة (أي يطلق حرارة في محيطه). يحتوي Enthalpy على وحدات من kJ / mol أو J / mol ، أو بشكل عام ، الطاقة / الكتلة. ترتبط المعادلات المذكورة أعلاه فعليًا بفيزياء تدفق الحرارة والطاقة: الديناميكا الحرارية.
تغيير حسابي
إن أبسط طريقة لحساب تغيير المحتوى الحراري تستخدم المحتوى الحراري من المنتجات والمواد المتفاعلة. إذا كنت تعرف هذه الكميات ، فاستخدم الصيغة التالية لحل التغيير الإجمالي:
=H = حمنتجات - حالمتفاعلات
إن إضافة أيون الصوديوم إلى أيون كلوريد لتشكيل كلوريد الصوديوم هو مثال على رد فعل يمكنك حسابه بهذه الطريقة. يحتوي الصوديوم الأيوني على محتوى حراري يبلغ 39 239.7 كيلو جول / مول ، وأيون كلوريد يحتوي على محتوى حراري −167.4 كيلو جول / مول. كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) يحتوي على محتوى حراري يبلغ 11411 كيلو جول / مول. إدراج هذه القيم يعطي:
∆هيدروجين = 11411 kJ / mol - (39239.7 kJ / mol −167.4 kJ / mol)
= 11411 كيلو جول / مول - (7407.1 كيلو جول / مول)
= 11411 kJ / mol + 407.1 kJ / mol = −3.9 kJ / mol
وبالتالي فإن تكوين الملح يطلق حوالي 4 كيلو جول من الطاقة لكل مول.
انثالبي من المرحلة الانتقالية
عندما تتحول مادة ما من مادة صلبة إلى سائلة أو سائلة إلى غاز أو صلبة إلى غاز ، فهناك مثيلات محددة تشارك في هذه التغييرات. يصف enthalpy (أو الحرارة الكامنة) للذوبان الانتقال من الحالة الصلبة إلى السائل (العكس هو ناقص هذه القيمة ويسمى المحتوى الحراري من الانصهار) ، ويصف المحتوى الحراري للتبخر الانتقال من السائل إلى الغاز (والعكس هو التكثيف) يصف enthalpy من التسامي الانتقال من الحالة الصلبة إلى الغاز (يُطلق على العكس مرة أخرى اسم المحتوى الحراري من التكثيف).
بالنسبة للمياه ، فإن المحتوى الحراري للذوبان هو ∆Hذوبان = 6.007 كيلو جول / مول. تخيل أنك تسخن الجليد من 250 كلفن حتى يذوب ، ثم تسخن الماء إلى 300 كلفن. إن التغير الحراري لأجزاء التسخين هو فقط الحرارة المطلوبة ، لذلك يمكنك العثور عليها باستخدام:
=H = nC∆T
حيث (n) هو عدد الشامات ، (∆T) هو التغير في درجة الحرارة و (C) هي الحرارة المحددة. تبلغ درجة الحرارة النوعية للثلج 38.1 ج / ك مول و تسخين جوي محدد هو 75.4 ج / ك مول. لذلك الحساب يحدث في أجزاء قليلة. أولاً ، يجب تسخين الجليد من 250 كلفن إلى 273 كلفن (أي ، 23 درجة مئوية إلى 0 درجة مئوية). بالنسبة لـ 5 مول من الجليد ، هذا:
=H = nC∆T
= 5 مول × 38.1 ج / ك مول × 23 ك
= 4.382 كج
الآن اضرب المحتوى الحراري للذوبان بعدد الشامات:
∆H = n ∆Hذوبان
= 5 مول × 6.007 كيلو جول / مول
= 30.035 كيلوجرام
حسابات التبخير هي نفسها ، إلا مع وجود المحتوى الحراري للتبخر بدلاً من الذوبان. أخيرًا ، احسب مرحلة التسخين النهائية (من 273 إلى 300 كلفن) بالطريقة نفسها التي اتبعت بها المرحلة الأولى:
=H = nC∆T
= 5 مول × 75.4 ج / ك مول × 27 ك
= 10.179 كيلوجرام
لخص هذه الأجزاء لإيجاد التغيير الكلي في المحتوى الحراري للتفاعل:
ΔHمجموع = 10.179 كيلو جول + 30.035 كيلو جول + 4.382 كيلو جول
= 44.596 كيلو جول
قانون هيس
قانون هيس مفيد عندما يكون رد الفعل الذي تفكر فيه يتكون من جزأين أو أكثر وتريد أن تجد التغيير الشامل في المحتوى الحراري. وينص على أن التغير الحراري في التفاعل أو العملية مستقل عن المسار الذي يحدث من خلاله. هذا يعني أنه إذا تحول التفاعل على مادة إلى أخرى ، لا يهم إذا حدث التفاعل في خطوة واحدة (تصبح المواد المتفاعلة عبارة عن منتجات على الفور) أو ما إذا كانت تمر عبر العديد من الخطوات (تصبح المواد المتفاعلة وسيطة ثم تصبح منتجات) ، يتغير المحتوى الحراري الناتج هو نفسه في كلتا الحالتين.
عادة ما يساعد في رسم مخطط (انظر الموارد) لمساعدتك في استخدام هذا القانون. أحد الأمثلة على ذلك هو أنه إذا بدأت بست مولرات من الكربون مع ثلاثة من الهيدروجين ، فإنها تحترق لتتحد مع الأكسجين كخطوة وسيطة ثم تشكل البنزين كمنتج نهائي.
ينص قانون هيس على أن التغيير في المحتوى الحراري لرد الفعل هو مجموع التغييرات في المحتوى الحراري لكلا الجزأين. في هذه الحالة ، يكون احتراق مول واحد من الكربون ∆H = 4394 kJ / mol (يحدث هذا ست مرات في التفاعل) ، والتغير في المحتوى الحراري لاحتراق مول واحد من غاز الهيدروجين هو ∆H = −286 kJ / mol (يحدث هذا ثلاث مرات) ويصبح ثاني أكسيد الكربون والوسطاء المائي بنزينًا مع تغيير المحتوى الحراري لـ ∆H = +3،267 kJ / mol.
خذ مجموع هذه التغييرات لإيجاد التغير الكلي في المحتوى ، مع تذكر ضرب كل عدد في المولات المطلوبة في المرحلة الأولى من التفاعل:
ΔHمجموع = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267
= 3,267 − 2,364 - 858
= 45 كيلو جول / مول