الرئيسية / خدمات الطلاب والطالبات / بحث كبير وكامل عن الكيمياء الحرارية

بحث كبير وكامل عن الكيمياء الحرارية

نقدم لكم اقوي الابحاث المفيدة والمنسقة والكاملة والمنسقة والجاهزة للطباعة حصريا كاملة ومميزة وحصرية جاهزة للتحميل فقط وحصريا اتمنى تستفيدو منها وتعم الفائده
بسم الله الرحمن الرحيم

57

لكيمياء الحرارية

هى دراسة التغيرات الحرارية التى تصاحب التفاعلات الكيميائية وتختزن الطاقة الكيميائية فى المادة فى صورة: [1] الذرة المفردة. [2] الجزئ. [3] بين الجزيئات.
تدور الإلكترونات حول النواة فى عدد من الأغلفة الإلكترونية ويكون للإلكترون فى أى من مستويات الطاقة نوعين من الطاقة هما:
1-
طاقة وضع:- هى طاقة ارتباط الإلكترون بالنواة نتيجة جذب النواة له.
تزداد طاقة الوضع كلما بعد الإلكترون عن النواة+ وتقل كلما أقترب من النواة.
2-
طاقة حركة:- طاقة تنشأ نتيجة دوران الإلكترون حول النواة.
طاقة الإلكترون فى المستوى (طاقة المستوى
هى مجموع طاقتى الوضع والحركة للإلكترون.
طاقة المستوى = طاقة حركة الإلكترون + طاقة وضع الإلكترون
ملاحظات: [1] كل مستوى طاقة يختلف عن غيره فى الطاقة.
[2]
تزداد طاقة المستوى كلما بعد عن النواة.
الطاقة الكيميائية فى الذرة: هى طاقة الإلكترونات فى مستويات الطاقة.

عبارة عن ذرتين أو أكثر لعنصر واحد أو لعدة عناصر مرتبطة معاً بروابط كيميائية.
الطاقة الكيميائية فى الجزئ تتواجد فى الروابط الكيميائية بين الذرات

توجد المادة فى ثلاث حالات هى: (الصلبة – السائلة – الغازية
الحالة الصلبة: فيها تكون قوى الجذب بين الجزيئات أكبر ما يمكن مما يعطى الجسم الصلب حالة الجمود والشكل الثابت.
الحالة السائلة: فيها تكون قوى التجاذب بين الجزيئات ضعيفة ولها حرية حركة أكبر ولذلك يأخذ السائل شكل الإناء الذى يوضع فيه.
الحالة الغازية: فيها تكون قوى الجذب بين الجزيئات شبه منعدمة لذا تتحرك فى جميع الاتجاهات وتنتشر فى أى حجم متاح.
قوى جذب فاندر فالز: هى قوى الجذب بين جزيئات المادة
وهى عبارة عن طاقة وضع ولذا فهى تعتمد على المسافة بين الجزيئات وكتلة الجزيئات
المحتوى الحرارى للمادة (H):
مجموع الطاقات المختزنة فى مول واحد من المادة
يختلف المحتوى الحرارى للمركبات المختلفة بسبب اختلاف جزيئات المواد فى نوع الذرات أو عددها أو أنواع الروابط فيها.
لا يمكن عملياً قياس المحتوى الحرارى فى مادة معينة.
يمكن قياس التغير الحادث فى المحتوى الحرارى.
يفترض أن المحتوى الحرارى للمادة العنصرية يساوى الصفر.
التغير فى المحتوى الحرارى :
يساوى الفرق بين مجموع المحتوى الحرارى للنواتج ومجموع المحتوى الحرارى للمتفاعلات
التغير فى المحتوى الحرارى = المحتوى الحرارى للنواتج – المحتوى الحرارى للمتفاعلات
H = H)
للنواتج) – H (للمتفاعلات(

السعر الجول
كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد جرام من الماء بمقدار1 5م
من 15 5م إلى 16 5م
الكيلو سعر = 1000سعر (السعر الكبير

كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد جرام من الماء بمقدار درجة مئوية
الكيلو جول = 1000جول
الكيلوجول كمية صغيرة جداً من الطاقة.
الكيلو جول يمكنه فقط تسخين 3سم3 من الماء من درجة الحرارة العادية إلى درجة الغليان.
الكيلو جول = كمية الحرارة الناتجة من احتراق قطرة واحدة من الكحول الميثيلى.

1 سعر = 4.18 جول

الطاقة بالسعر = الطاقة بالجول
4.18

الطاقة بالجول = الطاقة بالسعر × 4.18
مثال: ما مقدار الشغل المبذول بالجول الذى ينتج كمية من الحرارة مقدارها 4سعر.

مثال: احسب كمية الحرارة (الطاقة) المتولدة بالسعر عن شغل مبذول مقداره 20.9 جول.

المعادلة الكيميائية الحرارية:
هى معادلة كيميائية متزنة موضح فيها الحالة الفيزيائية والتغيرات الحرارية المصاحبة.
أساسيات كتابة المعادلات الكيميائية الحرارية:
(1)
أن تكون موزونة لتحقيق قانون بقاء المادة {المادة لا تفن ولا تستحدث من العدم}
(2)
كتابة الحالة الفيزيائية للمتفاعلات والنواتج وذلك أن المحتوى الحرارى للمادة يختلف باختلاف حالتها الفيزيائية.
(3)
توضع قيمة التغير فى المحتوى الحرارى فى نهاية المعادلة وتكون وحدة قياسها كيلو جول لكل مول.
عند حساب المحتوى الحرارى للمركبات:
[1]
يفترض أن المحتوى الحرارى للمادة العنصرية صفر.
[2]
نعين كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تكوين المركب من عناصره.
أولاً: التفاعلات الطاردة للحرارة:
عند تفاعل مول من الكربون مع مول من الأكسجين يتكون مول من ثانى أكسيد الكربون وتنطلق حرارة مقدارها 383.7 ك جول.
C + O2 CO2 + 383.7
ك جول
طاقة الطرف الأيمن = طاقة الطرف الأيسر (طبقاً لقانون بقاء الطاقة ”الطاقة لا تفن“)
383.7 +
س = صفر + صفر
المحتوى الحرارى لثانى أكسيد الكربون (س) = – 383.7 ك جول
وتكتب معادلة التفاعل كما يلى:
C + O2 CO2, = – 383.7 K j

ثانياً: التفاعلات الماصة للحرارة:
عند تفاعل مول من الهيدروجين مع مول من اليود يتكون 2 مول من يوديد الهيدروجين مع امتصاص طاقة مقدارها 51.9 كيلو جول.
H2 + I2 2HI + (-51.9
كيلو جول)
طاقة الطرف الأيمن = طاقة الطرف الأيسر
(- 51.9 ) +
س = صفر + صفر
س = + 51.9 كيلو جول
وتكتب معادلة التفاعل كالآتى:
H2 + I2 2HI, = + 51.9 K j
المحتوى الحرارى ليوديد الهيدروجين = 51.9 = 25.95 كيلو جول2

مقارنة بين التفاعل الطارد للحرارة والماص للحرارة
التفاعل الطارد للحرارة التفاعل الماص للحرارة
يصحبه انطلاق طاقة يصحبه امتصاص طاقة
المحتوى الحرارى للنواتج أقل من المحتوى الحرارى للمتفاعلات المحتوى الحرارى للنواتج أكبر من المحتوى الحرارى للمتفاعلات
التغير فى المحتوى الحرارى سالب
H <
صفر
التغير فى المحتوى الحرارى موجب
H >
صفر

ينتج عنه مركبات طاردة للحرارة وهى ثابتة ينتج عنه مركبات ماصة للحرارة وهى غير ثابتة
المركبات الناتجة يكون محتواها الحرارى سالب المركبات الناتجة يكون محتواها الحرارى موجب

التفاعل الكيميائى:
عبارة عن كسر الروابط الموجودة بين ذرات جزيئات المواد المتفاعلة وتكوين روابط جديدة بين ذرات جزيئات المواد الناتجة عن التفاعل.
H – H + Cl – Cl 2 H – Cl
تكوين رابطة كسر رابطة
طاقة الرابطة:
هى مقدار الطاقة اللازمة لكسر هذه الرابطة فى مول واحد من المادة.
ملاحظات:
[1]
تعتبر طاقة الرابطة مقياس لقوة الارتباط بين الذرات. (يزداد تماسك الجزئ كلما زادت طاقة الرابطة)
[2]
طاقة كسر الرابطة تساوى طاقة تكوين نفس الرابطة.
[3]
كسر الرابطة تفاعل ماص للطاقة. {الإشارة موجبة
للتغلب على قوى الجذب التى تربط الذرات
[4]
تكوين الرابطة تفاعل طارد للطاقة. {الإشارة سالبة
[5]
فى التفاعل الطارد للحرارة:- طاقة تكوين الرابطة أكبر من طاقة كسر الرابطة.
[6]
فى التفاعل الماص للحرارة:- طاقة تكوين الرابطة أقل من طاقة كسر الرابطة.
حساب التغير فى المحتوى الحرارى:-
[1]
وزن المعادلة.
[2]
نحول المعادلة إلى روابط.
[3]
نعوض بقيمة طاقة الرابطة.
[4]
التغير فى المحتوى الحرارى يحسب من العلاقة:
=
المجموع الجبرى لطاقة كسر روابط المتفاعلات وطاقة تكوين روابط النواتج.
مثال:
احسب
التغير فى المحتوى الحرارى عند اتحاد جزئ من الهيدروجين مع جزئ من الكلور
لتكوين 2 جزئ من كلوريد الهيدروجين. علماً بأن طاقة الرابطة فى:-
(
جزئ H2 =435 ك جول ، جزئ Cl2 =240 ك جول ، جزئ HCl =430 ك جول)

الحل:
H2 + Cl2 2HCl
H – H + Cl – Cl 2 (HCl)
2 × 430 240 + 435
-860 + 675
H =
المجموع الجبرى لطاقة كسر الروابط وطاقة تكوين الروابط.
= 675 + (-860)
= – 185
ك جول
H2 + Cl2 2HCl, = – 185 K j
المحتوى الحرارى لجزئ كلوريد الهيدروجين = -185 = -92.5 كيلو جول
2
مثال:
احسب H بالكيلو جول للتفاعل الآتى:
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl
وهل التفاعل طارد للحرارة أم ماص للحرارة مع ذكر السبب. إذا علمت أن طاقة الرابطة.
58
ك سعر Cl – Cl 104 ك سعر CH3 – H
84
ك سعر CH3 – Cl 103 ك سعر H – Cl
الحل:
تكوين H
|
كسر
H
|

+H – Cl H – C – Cl + Cl – Cl
H – C – H
|
H |
H
طاقة تكوين الرابطة طاقة كسر الرابطة
103 + 84 58 + 104
– 187 + 162
H = 162 + (- 187)
= – 25
ك سعر
الطاقة بالكيلو جول = الطاقة بالكيلو سعر × 4.18 ك جول
= – 25 × 4.18 = – 104.5
ك جول

حرارة الذوبان:
حرارة الذوبان المولارية:
تسمى عملية الذوبان بالإماهة: إذا كان المذيب المستخدم هو الماء.
مصدر حرارة الذوبان: تتم عملية الذوبان على خطوتين متعاكستين فى الطاقة هما:-
[1]
تفكك الشبكة البلورية: إلى أيونات موجبة وأيونات سالبة عن طريق كسر
الروابط الأيونية وذلك يحتاج إلى امتصاص طاقة للتغلب على قوى الجذب بين
الأيونات وتسمى طاقة الشبكة البلورية {تغير ماص للحرارة }
طاقة الشبكة البلورية:


الشبكة البلورية:
[2] ارتباط الأيونات المفككة بجزيئات الماء: ويصاحب ذلك إنطلاق طاقة تسمى طاقة الإماهة (طاقة تمية الأيونات) {تغير طارد للحرارة }
حساب حرارة الذوبان:
حرارة الذوبان = المجموع الجبرى لطاقة الإماهة وطاقة الشبكة البلورية
مثال:
أذيب نصف مول من نترات الأمونيوم فى لتر من الماء فكانت طاقة تميه
الأيونات 50 ك.ج وطاقة الشبكة البلورية 62.5 ك.ج – احسب حرارة ذوبان مول
من نترات الأمونيوم.
الحل:
حرارة ذوبان نصف مول = المجموع الجبرى لطاقة الشبكة البلورية وطاقة الإماهة
= -50 + 62.5 = + 12.5 ك.ج
0.5 مول 12.5 ك.ج
1 مول س ك.ج
(س) حرارة ذوبان نترات الأمونيوم = 1 × 12.5 = + 25 ك جول
0.5
فى الذوبان الطارد للحرارة: طاقة الإماهة أكبر من طاقة الشبكة البلورية
فى الذوبان الماص للحرارة: طاقة الإماهة أقل من طاقة الشبكة البلورية
مخطط الطاقة لذوبان طارد للحرارة مخطط الطاقة لذوبان ماص للحرارة
NaOH + ماء
NaOH(aq)
NaOH(s) + ماء
NaOH(aq)
NH4NO3 (aq)
NH4NO3 (s) + ماء
NH4NO3 (s) + ماء
NH4NO3 (aq)
ملحوظة: فى معادلة الذوبان يكتب ماء ولا يكتب (H2O) لأن الأخير يعنى مول والذوبان يتم فى حجم معين وليس فى مول واحد.
تدريب عملى:
ذوبان كبريتات النحاس اللامائية البيضاء {طارد للحرارة}
CuSO4(s) + ماء Cu2+(aq) + SO42-(aq) = -57 K.J
ذوبان كبريتات النحاس المائية الزرقاء {ماص للحرارة}
CuSO4(s).5H2O + ماء Cu2+(aq) + SO42-(aq) = 10 K.J
التعليل:
[1] ذوبان كبريتات النحاس اللامائية فى الماء طارد للحرارة لأنها ترتبط بعدد
كبير من جزيئات الماء أثناء خطوة الإماهة، وبذلك تكون طاقة التميه أكبر من
طاقة الشبكة البلورية.
[2] ذوبان كبريتات النحاس المائية ماص للحرارة
لأن الجزئ مرتبط بعدد خمس جزيئات ماء ولذلك عند الإماهة يرتبط بعدد قليل
من جزيئات الماء، وبذلك تكون طاقة التمية أقل من طاقة الشبكة البلورية.
أمثلة محلولة على حرارة الذوبان
مثال(1):
عند إذابة مول واحد من هيدروكسيد الصوديوم فى 1000 سم3 من الماء ارتفعت
درجة حرارة المحلول بمقدار 12 5م – احسب كمية الحرارة المنطلقة.
الحل:
كمية الحرارة المنطلقة = كتلة المادة بالجرام × الحرارة النوعية × فرق درجات الحرارة
= 1000 × 4.18 × 12= 50160 جول
= 50.16 كيلو جول
مثال(2):
إذا علمت أن حرارة ذوبان هيدروكسيد الصوديوم فى الماء تساوى 50 ك.ج
تقريباً احسب حرارة ذوبان 10 جم منه علماً بأن الكتل الذرية كالآتى:-
[H = 1, O = 16, Na = 23] الحل: كتلة المول من [NaOH] = 23 + 16 + 1 = 40 جرام
40 جرام 50 كيلو جول
10 جرام س كيلو جول
س) حرارة ذوبان 10جم NaOH = 10 × 50 = 12.5 ك جول
40

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *