Histudy is a education website template. You can customize all.

عربة التسوق

المجموع: 0,00 د.ا
عرض العربة
اتمام الطلب
الدرس الثالث: حسابات الطاقة في التفاعلات الكيميائية

الدرس الثالث: حسابات الطاقة في التفاعلات الكيميائية

الثانوي - الصف العاشر

إعداد المعلم أ. عبدالفتاح مطر
شرح الدرس (صوت)

الدرس الثالث: حسابات الطاقة في التفاعلات الكيميائية

الفكرة الرئيسة

يرافق التفاعلات الكيميائية تغير في المحتوى الحراري (ΔH)، ويمكن حساب هذا التغير بطرائق نظرية مختلفة مثل طاقة الرابطة، قانون هيس، وحرارة التكوين القياسية، دون الحاجة لإجراء التجارب العملية دائماً.

١. طاقة الرابطة (Bond Energy)

المفهوم:

كمية الطاقة اللازمة لكسر مول واحد من الروابط بين ذرتين في الحالة الغازية (قيمة موجبة). وهي نفسها الطاقة المنبعثة عند تكوين الرابطة (قيمة سالبة).

قانون حساب ΔH باستخدام طاقة الرابطة

ΔH = ΣBE(reactants) - ΣBE(products)

حيث BE تعني Bond Energy (طاقة الرابطة)

١. كسر الروابط (المتفاعلات) ماص للطاقة (+)

يلزم تزويد الجزيئات المتفاعلة بطاقة (حرارية أو ضوئية) للتغلب على قوى التجاذب وكسر الروابط بين ذراتها.

٢. تكوين الروابط (النواتج) طارد للطاقة (-)

تنطلق طاقة عند اقتراب الذرات المنفصلة من بعضها لتكوين روابط جديدة في النواتج، مما يزيد من استقرار النظام.

القيمة الحرارية للوقود (Heating Value)

في الحياة العملية (مثل بيع الوقود)، لا نتعامل بالمولات بل بالكتلة (غرام أو كيلوغرام). لذلك نستخدم مفهوم القيمة الحرارية.

التعريف

كمية الحرارة الناتجة عن احتراق 1 غرام من الوقود حرقاً تاماً.

القانون
Heating Value = ΔH (Combustion) / Molar Mass

الوحدة: kJ/g

حرارة الاحتراق القياسية لبعض الألكانات (لمول واحد)

الألكان الصيغة الجزيئية حرارة الاحتراق (ΔH)
الميثان CH₄ -890 kJ/mol
الإيثان C₂H₆ -1560 kJ/mol
البروبان C₃H₈ -2220 kJ/mol
البيوتان C₄H₁₀ -2877 kJ/mol
البنتان C₅H₁₂ -3509 kJ/mol

ملاحظة: تزداد كمية الطاقة الناتجة (بالقيمة المطلقة) بزيادة عدد ذرات الكربون في الألكان، وذلك بسبب زيادة عدد الروابط التي يتم تكوينها في نواتج الاحتراق (CO₂ و H₂O).

قيم طاقة الرابطة لعدد من الروابط (kJ/mol)

الرابطة طاقة الرابطة الرابطة طاقة الرابطة
H - H 436 Cl - Cl 242
C - H 413 H - Cl 431
C - C 348 O = O 495
C = C 614 O - H 463
C ≡ C 839 C = O 799

تستخدم هذه القيم لحساب التغير في المحتوى الحراري نظرياً عند عدم توفر قيم ΔH للتفاعل.

مثال (4): تكوين كلوريد الهيدروجين

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)
طاقات الروابط (kJ/mol):
  • H-H: 436
  • Cl-Cl: 242
  • H-Cl: 431
الحسابات:
ΔH = [436 + 242] - [2 × 431]
ΔH = 678 - 862
ΔH = -184 kJ

الإشارة السالبة تعني التفاعل طارد للحرارة.

٢. قانون هيس (Hess's Law)

"التغير في المحتوى الحراري للتفاعل يعتمد على طبيعة المواد المتفاعلة والناتجة، وليس على المسار الذي يحدث فيه التفاعل."

مثال (6): احتراق الكربون لإنتاج CO

المطلوب: 2C(s) + O₂(g) → 2CO(g)

يصعب قياس حرارة هذا التفاعل عملياً لأن احتراق الكربون بوجود الأكسجين عادة ما ينتج خليطاً من CO و CO₂. لذا نستخدم قانون هيس.

٣. حرارة التكوين القياسية (ΔH°f)

التغير في المحتوى الحراري عند تكوين مول واحد من المركب من عناصره الأساسية في حالتها القياسية.

ΔH° = Σ n × ΔH°f (products) - Σ m × ΔH°f (reactants)
ملاحظة: حرارة التكوين القياسية للعنصر الحر (مثل O₂, N₂, Fe) تساوي صفر.

مثال: احتراق الميثان

احسب التغير في المحتوى الحراري القياسي (ΔH°) للتفاعل التالي:

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)
القيم المعطاة (ΔH°f kJ/mol):
  • CH₄ = -75
  • CO₂ = -394
  • H₂O = -286
  • O₂ = 0 (عنصر حر)
الحل:
ΔH° = [CO₂ + 2(H₂O)] - [CH₄ + 2(O₂)]
ΔH° = [-394 + 2(-286)] - [-75 + 0]
ΔH° = [-394 - 572] - [-75]
ΔH° = -966 + 75
ΔH° = -891 kJ

٤. المعادلة الكيميائية الحرارية (Thermochemical Equation)

هي معادلة كيميائية موزونة تشير إلى حالات المواد (صلب، سائل، غاز) وتتضمن قيمة التغير في الطاقة (ΔH).

خصائص المعادلة الحرارية:

  • إذا كانت ΔH سالبة، فالتفاعل طارد، وتكتب الطاقة مع النواتج.
  • إذا كانت ΔH موجبة، فالتفاعل ماص، وتكتب الطاقة مع المتفاعلات.
  • التناسب الطردي: إذا ضاعفنا عدد المولات في المعادلة، تتضاعف قيمة الطاقة بنفس النسبة.

مثال: تفاعل طارد للحرارة

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) + 572 kJ

هذا يعني أن احتراق 2 مول من الهيدروجين ينتج طاقة مقدارها 572 kJ.

٥. حساب حرارة التفاعل لكتلة معينة

بما أن الطاقة تتناسب طردياً مع عدد المولات، يمكننا حساب الطاقة الناتجة أو الممتصة لأي كتلة معينة باتباع الخطوات التالية:

خطوات الحل

  1. تحويل الكتلة إلى مولات (n):
    باستخدام الكتلة المولية (M) للمادة.
    n = mass / Molar Mass
  2. استخدام النسبة والتناسب:
    نربط بين عدد المولات من المعادلة وطاقتها، وبين عدد المولات المحسوب والطاقة المجهولة (q).
  3. حساب الطاقة (q):
    q = n × ΔH_molar

مثال تطبيقي تحلل كربونات الكالسيوم

احسب كمية الحرارة اللازمة لتحليل 150g من كربونات الكالسيوم (CaCO₃) وفق المعادلة الحرارية:

CaCO₃ + 178 kJ → CaO + CO₂

(الكتلة المولية M = 100 g/mol)

1. Calculate moles: n = 150 / 100 = 1.5 mol
2. From Equation: 1 mol ↔ 178 kJ
3. Calculate Heat: q = 1.5 × 178 = 267 kJ

ملخص القوانين

الطريقة القانون
طاقة الرابطة ΔH = ΣBE(reac) - ΣBE(prod)
قانون هيس ΔH = ΔH₁ + ΔH₂ + ...
حرارة التكوين ΔH° = ΣΔH°f(prod) - ΣΔH°f(reac)
حرارة لكتلة (m) q = (m/M) × ΔH_reaction
مرحباً، مرحبًا بعودتك!
نسيت كلمة السر؟
ليس لديك حساب؟
سجّل الآن