التغير في المحتوى الحراري

القيمة المكافئة للتغير في المحتوى الحراري تقريبا تساوي الفرق بين الطاقة المستخدمة لكسر الروابط في تفاعل كيميائي والطاقة المكتسبة من تكوين روابط كيميائية جديدة في التفاعل [1] .

ويصف تغير الطاقة في نظام عند ضغط ثابت يتم الإشارة إلى تغيير المحتوى الحراري بواسطة ΔH عند ضغط ثابت ، ΔH تساوي الطاقة الداخلية للنظام المضافة إلى عمل حجم الضغط الذي يقوم به النظام على محيطه.

تعريف الانثالبي والانتروبي

ا

لانثالبي أو المحتوى الحراري

وهو يعادل التغيير الحرارى للتفاعل تحت ضغط أي أنه مقدار الطاقة المفقودة أ المكتسبة أثناء التفاعل ويفضل التفاعل عند انخفاض المحتوى الحرارى [2].

الانتروبي

فهو يشير الى مدى مقياس الاضطراب في النظام الديناميكي الحراري والتي تحدث بطريقه عفوية ، ومن المفترض حدوثة أن تتزايد الانتروبيا للنظام الذى يخضع للعملية الكيميائية ، ويتم قياس كمية الطاقة عن طريق طاقة جبس الحرارة وذلك في أي تفاعل كيميائي .

العلاقة بين المحتوى الحراري والانتروبيا

ومن أجل تحديد العلاقة بين الانتربي والمحتوى الحرارى نحتاج إلى معرفة طاقة جيبس الحرة والتي تستخدم لقياس كمية الطاقة التي تنتج عن التفاعل الكيميائي ، حيث أن التفاعلات الكيميائية تعتمد على درجات حرارة معينة لنجاحها .

وتفشل في أخرى وتكون قيم طاقة جيبس الحرة صالحة فقط في درجة حرارة 25 درجة مئوية وإلى تعادل 298.15 كليفن ، ويتم تعريف G على أنه الفرق بين مجموع الطاقة الحرة لقيم تكوين المواد المتفاعلة والمنتجات تفاعل ΔG = منتجات ΣΔG – متفاعلات G أو مبسط ΔG = ΣΔG – ΔΣG موجبا وإن كان تلقائيا فيكون الناتج سالبا.

ويجب ملاحظة أن العفوية ليست بالضرورة تعنى أن التفاعل المحدد يستمر بمعدل مرتفع ، فقد يستغرق الرد التلقائي للتفاعل وقتا طويلا مثل ما يحدث في صدا المعادن .

وتطبيقا على المحتوى الحرارى والنتروبيا فيمكننا تحدد العلاقة بين القيمتين وتكون هذه المعادلة ناجحي في حالة إذا كانت الحرارة مقاسة بالكلفن .

وذلك عن طريق إضافة 273.15 إلى درجة الحرارة المئوية ويتم تحويل التفاعل الى K \ KJ وتعتبر القيمة المحسوبة للطاقة الحرة جيبس قيمة تقريبية خاصتا وإن درجة الحرارة تتحرك بعيدا عن 25 درجة مئوية .

علم الكيمياء الحرارية

هي فرع من فروع الديناميكا الحرارية وهى عبارة عن دراسة الحرارة المنبعثة أو الممتصة والتي تحدث نتيجة التفاعلات الكيميائية ، ويتم استخدام الكيمياء الحرارية من قبل الكثير من العلماء والمهندسين ويستخدمها علماء الكيمياء حيث

التفاعلات الكيميائية في حياتنا

مهمة جدا [3] .

لفهم وشرح الكيمياء الحيوية ويتم استخدام الكيمياء الحرارية أيضا من قبل المهندسين الكيميائيين لتصميم وإنشاء المصانع ،

وتتضمن الكيمياء الحرارية تفاعلات لتحويل مجموعه من المواد يطلق عليها اسم المواد المتفاعلة إلى مجموعه آخرى من المواد والمعروفة باسم المنتجات ، كما في التفاعل الكيميائي التالي:

المواد المتفاعله: الميثان CH4 ، والاكسجين الجزئي 02

المنتجات: ثاني اكسيد الكربون CO2 والماء السائل H2O

CH2+2O2 CO2+2H2O

وتسمى هذه التفاعلات التي يتحد فيها غاز ثاني اكسيد الكربون والأكسجين وينتج عنها ثانى أكسيد الكربون والماء ، بتفاعل الاحتراق وذلك لأن الغاز الطبيعي الذى يحتوى على الميثان كعنصر أساسي .

فمن المتوقع أن ينتج عن التفاعل تحرير الحرارة وتسمى هذه التفاعلات التي ينتج عنها الحرارة بالتفاعلات الطاردة للحرارة ، أما التفاعلات التي لا ينتج عنها حرارة بتفاعلات ماصة للحرارة .

وتعتمد الحرارة المصاحبة لأي تفاعل كيميائي على عنصري الضغط والحرارة حتي يتم بهم التفاعل ، وفي التفاعلات الكيمائية التي يشملها الشرح قد تمت في ظروف قياسية درجة الحرارة فيها 298 كليفن أي 24.85 درجة مئوية وضغط يبلغ واحد بار ، ويذكر أن كمية الحرارة المنبعثة من التفاعل تعتمد على المادة التي تدخل التفاعل .

وتعتمد الكيمياء الحرارية أيضا على الحالة الفيزيائية للمادة المستخدمة في التفاعل وعلى سبيل المثال فإن الحرارة التي تم تحريرها في المعادلة التي تم ذكرها كانت 890 كيلوجول ، أما حين تم تكوين الماء في شكلها الغازي .

فان الحرارة التي تم انبعاثها هي 802 كيلو جول فقط ففي التفاعل الأول تم تحرير الحرارة كي ينجح التفاعل .

حساب التغير في المحتوى الحراري

أثناء أي تفاعل كيميائي يتم امتصاص الحرارة أو اطلاقها ، ويتم حدوث تبادل حرارى والذى يطلق علية اسم المحتوى الحرارى للتفاعل ، والذى يتم بين التفاعل الكيميائي وبيئة هذا التفاعل ويرمز له بالرمز H .

ولم يتمكن العلماء من قياس المحتوى الحرارى للتفاعل بصورة مباشرة ، لذلك يقوم العلماء بإيجاد التغيير الواقع في درجة حرارة التفاعل بمرور الوقت ومنها يتم قياس التغيير في المحتوى الحرارى بمرور الوقت أيضا ويشار إلية بالرمز H وباستخدامه تمكن العلماء من تحديد إذا كان التفاعل طارد للحرارة أو ماص للحرارة [4] .

حل مشاكل المحتوى الحراري

يتم أولا تحديد المواد المتفاعلة ومنتجات التفاعل وذلك لايجاد H
نقوم بتحديد الكتلة الكلية للمواد المتفاعلة وإن لم يتم ايجاد الكتلة الفعلية نستخدم بدل منها الكتلة المولية وهى الكتل الثابتة والموجودة في الجداول الدورية القياسية للعناصر الفردية ، وتكون موجودة أيضا في موارد الكيمياء الأخرى للجزيئات والمركبات ، ويمكن معرفة الكتلة الكلية بضرب الكتلة المولية للمادة المفتعلة في عدد المولات المستخدمة .
نوجد الحرارة الحدد للمواد المتفاعلة فلكل عنصر أو جزئ له قيمة حرارية محددة .
نحدد الفرق في درجة الحرارة بعد التفاعل لنجد بعدها التغير في درجة الحرارة من قبل التفاعل وإلى ما بعد التفاعل لنطرح بعدها درجة الحرارة التفاعل T1 من درجة الحرارة النهائية T2 ولحساب هذه القيمة يجب استخدام درجة حرارة كلفن K ومثالا على ذلك: نفترض أن رد فعلنا الأول كان 185 الف وتم تبريده إلى 95 ألف فيكون حساب T =

T2 – T1 = 95 k – 185 k = -90 k
نستخدم الصيغة H = M X S X T

بعد حصولنا على كتلة المواد المتفاعله M ، ونجد الحرارة النوعية M ، ومعرفة تغير درجة الحرارة T ، فيمكننا الحصول على المحتوى الحرارى للتفاعل من خلال إدخال جميع القيم المذكورة للمعادلة الموضحة في الشرح ويكون الناتج مقدرا بوحدة الجول J .
نقوم بتحديد ما إذا كان الفعل المذكور يكسب طاقة أم يفقد طاقة .

فأن الأسباب الأكثر انتشارا لحساب H للتفاعلات المختلفة هو تحديد ما إذا كان لتفاعل طاردا للحرارة أم ماصا للحرارة ، فإن كان ناتج H النهائي موجبا فالتفاعل يكون ماصا للحرارة أما لو كان الناتج بالسالب فالتفاعل يكون طاردا للحرارة ، وكلما زاد الرقم تزداد مع الحرارة ويجب الحذر من التفاعلات الطاردة للحرارة فقد تؤدى إلى انفجار أن كان إطلاق الطاقة فيها يسير بشكل كبير وسريع .

تقدير المحتوى الحراري

تتضمن جميع التفاعلات الكيميائية تكوين روابط أو تكسير روابط بين الذرات وذلك لأن أثناء التفاعل الكيميائي لا يمكن تكسير أو تكوين طاقة فإذا علمنا الطاقة المطلوبة لتشكيل أو كسر الروابط التي يتم تكوينا أو كسرها .

فيمكن من خلال ذلك تقدير التغير في المحتوى الحراري بأكمله عن طريق جمع طاقات الرابطة فعلى سبيل المثال

التفاعل2HF H2 + F2 وفى هذه الحالة الطاقة المطلوبة لتفكيك ذرات H في جزئ H2 هي 436 كيلو جول / مول ، بينما الطاقة المطلوبة ل F2 هي 158 كيلو جول / مول والطاقة اللازمة HF من H و F = 568 كيلو جول / مول ضرب 2 يكن الناتج 2 X 568 = 1136 كيلو جول / مول وبجمع كل هذا ينتج 1136- + 158 + 436 = -542 كيلو جول/ مول .