← الحساب الكيميائي: المول والمعادلات والصيغ وقوانين الغازات والكيمياء الحرارية
٦
القسم ٤ · الحساب الكيميائي: المول والمعادلات والصيغ وقوانين الغازات والكيمياء الحرارية — الموضوع ٦ من ٦
الكيمياء الحرارية
طاقة الوضع الكيميائية طاقةٌ مخزّنةٌ في الروابط نتيجة تركيب المادة. وتنتقل الحرارة دائمًا من الأسخن إلى الأبرد، وتُقاس بـالجول J (والسعر cal هو حرارة رفع 1 g ماء درجةً واحدة، و1 سعر غذائي Cal = 1 kcal = 1000 cal).
- المحتوى الحراري H: الطاقة الحرارية المخزّنة في مولٍ واحد من المادة عند ضغطٍ ثابت؛ والتغيّر فيه ΔH = H(النواتج) − H(المتفاعلات) بوحدة kJ.
- الحرارة النوعية c: الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 g من المادة درجةً واحدة؛ والحرارة الممتصّة أو المنطلقة Q = m·c·ΔT (m الكتلة g، c الحرارة النوعية Jg·°C، ΔT التغيّر في الحرارة)؛ وكلّما قلّت الحرارة النوعية سخُنت المادة أسرع.
- المسعر: جهازٌ معزولٌ حراريًّا يقيس الحرارة الممتصّة أو المنطلقة في عمليةٍ كيميائيةٍ أو فيزيائية.
مثالما كمية الحرارة اللازمة لرفع حرارة 1000 g من الرصاص حرارته النوعية 0.128 Jg·°C بمقدار 1 °C؟
الحل: Q = m·c·ΔT.
1000 × 0.128 × 1 = 128 J
- نوع التفاعل بحسب المحتوى الحراري ΔH
- طارد للحرارة (ΔH سالبة)يُطلق حرارة، مثل الاحتراق وتحوّل الماء إلى جليد
- ماص للحرارة (ΔH موجبة)يمتصّ حرارة، مثل الكمّادة الباردة والانصهار والتبخّر
- الكمّادة الباردة تستعمل نترات الأمونيوم لأنّها ماصّةٌ للحرارة (ΔH موجبة، مثل +27 kJ).
- التغيّرات الحرارية المولارية (لكلِّ 1 mol):
| التغيّر | النوع | قيمة الماء |
|---|---|---|
| التبخّر ΔHvap | ماص (+) | +40.7 kJ |
| التكثّف ΔHcond | طارد (−) | −40.7 kJ |
| الانصهار ΔHfus | ماص (+) | +6.01 kJ |
| التجمّد ΔHsolid | طارد (−) | −6.01 kJ |
فالتبخّر والتكثّف متساويان مقدارًا متعاكسان إشارةً، وكذلك الانصهار والتجمّد. وحرارة الاحتراق المولارية هي الحرارة الناتجة عن حرق 1 mol احتراقًا كاملًا.
- حرارة التكوين القياسية: ΔH تكوين 1 mol من المركّب من عناصره في حالاتها القياسية؛ وهي صفر للعنصر في حالته القياسية.
- حرارة التفاعل القياسية: ΔH°(التفاعل) = مجموع ΔH°(تكوين النواتج) − مجموع ΔH°(تكوين المتفاعلات)؛ فإذا كان مجموع تكوين النواتج −966 kJ والمتفاعلات −75 kJ فإنّ ΔH° = (−966) − (−75) = −891 kJ.
- عند عكس اتجاه التفاعل تنعكس إشارة ΔH مع بقاء مقدارها؛ فإذا كان C + O₂ → CO₂ له ΔH = −394 kJ، فالتفاعل العكسي CO₂ → C + O₂ يكون ΔH = +394 kJ.
- قانون هس: حرارة التفاعل تعتمد على المواد المتفاعلة والناتجة فقط لا على المسار؛ ويُستعمل لحساب ΔH للتفاعلات البطيئة جدًّا.
مثالما الحرارة المنطلقة عن تكثّف 2.3 mol من NH₃؟ (ΔHcond = −24 kJ لكلّ مول)
الحل: الحرارة = عدد المولات × ΔH المولي.
2.3 × (−24) = −55.2 kJ
مثالاحترق 6 g من الكربون وفق 2C + O₂ → 2CO + 52 kcal؛ فكم الحرارة الناتجة؟ (C = 12)
الحل: 2 mol C يطلقان 52 kcal؛ وَ 6 g = 0.5 mol.
الحرارة = (522) × 0.5 = 13 kcal
تحقّق سريع
لماذا تُستخدم نترات الأمونيوم في الكمّادة الباردة؟ وما إشارة ΔH لتفاعل احتراق؟
اعرض الإجابة
لأنّ ذوبان نترات الأمونيوم **ماصٌّ للحرارة** (ΔH موجبة)، فيسحب الحرارة من المحيط ويُحدث تبريدًا. أمّا الاحتراق فهو **طاردٌ للحرارة** وإشارة ΔH له **سالبة** (يُطلق طاقة).
أمثلة على «الكيمياء الحرارية»
مثال ١
الضغط الكلّي لخليط من الغازات يساوي مجموع الضغوط الجزئية للغازات المكوّنة له، هذا قانون:
◎ توقّع الإجابة أولًا: