درس الدرس الثالث : حسابات الطاقة في التفاعلات الكيميائية

الفكرة الرئيسة : 

يرافق حدوث التفاعلات تغير في المحتوى ، يمكن حسابه بطرائق مختلفة.

حساب التغير في المحتوى الحراري

طاقة الرابطة

تمر التفاعلات الكيميائة بمرحلتين :

- المرحلة الأولى يحدث فيها تكسير الروابط بين ذرات المواد المتفاعلة ؛ مما يتطلب اكتساب الذرات طاقة كافية لكسر الروابط بينهما.

- المرحلة الثانية تحدث فيها إعادة ترتيب الذرات ، وتكوين روابط بينها في تراكيب كيميائية جديدة.

يُمكن استخدام طاقة الروابط في حساب التغير في المحتوى الحراري للتفاعل ؛ فمثلا عند احتراق غاز البروبان بوجود الأكسجين كما في المعادلة :

فإن التفاعل يمر بمرحلتين أساسيتين ، كما في الشكل :

- بزيادة عدد ذرات الكربون في الألكان تزداد كتلته المولية ، وبذلك تزداد الطاقة الناتجة عن احتراقها.

- تسمى كمية الحرارة الناتجة عن حرق غرام واحد من الوقود حرقا تاما بوجود الأكسجين : القيمة الحرارية للوقود.

- تعرف طاقة الرابطة بأنها كمية الطاقة اللازمة لكسر مول من الروابط بين ذرتين في الحالة الغازية ، وتقاس بوحدة الكيلوجول / مول ويرمز لها بالرمز BE.

- تبعا لقانون حفظ الطاقة في التفاعلات الكيميائية فإن مجموع الطاقة التي تمتصها الروابط في المواد المتفاعلة والتي تنبعث عند تكوين الروابط الجديدة يمثل التغير في المحتوى الحراري للتفاعل .

يبين الجدول قيم طاقة عدد من الروابط مقيسة بالكيلو جول / مول.

- كمية الطاقة اللازمة لكسر الرابطة (طاقة الرابطة) تساوي كمية الطاقة الناتجة عند تكوينها.

- طاقة الروابط في المواد الناتجة تكون سالبة بسبب انبعاث الطاقة عند تكوين الرابطة.

وتبين المعادلة التالية كيفية احتساب الحرارة المرافقة للتفاعل :

مثال :

قانون هيس

وينص على أن " التغير في المحتوى الحراري للتفاعل يعتمد على طبيعة المواد المتفاعلة والناتجة ، وليس على مسار حدوث التفاعل "

ويوضح المثال التالي كيفية حساب حرارة التفاعل باستخدام قانون هيس :

يبين الشكل التالي مخطط التغير في المحتوى الحراري لتفاعل الجرافيت مع الأكسجين.

حرارة التكوين القياسية

ويقصد بها التغير في المحتوى الحراري الناتج عن تكوين مول واحد من المركب من عناصره الأساسية.

- تشير الحالة القياسية إلى قياس التغير في المحتوى الحراري في الظروف القياسية ؛ حيث يكون التركيز 1 مول / لتر ، ودرجة الحرارة 25 سيلسيوس ، وعند ضغط 1 atm.

- تستخدم حرارة التكوين القياسية فس حساب التغير في المحتوى الحراري للتفاعل. وفق العلاقة الآتية :

يبين الجدول قيم حرارة التكوين القياسية

مثال :