كيفية حساب المحتوى الحراري للتفاعل

يرتبط المحتوى الحراري بالحرارة التي تنبعث إما عن طريق تفاعل أو مطلوبة لحدوث التفاعل. إنه مرتبط بقوة الروابط في مادة ما لأن هناك طاقة كامنة في تلك الروابط.

لفهم المحتوى الحراري ، يجب فهم الطاقة والديناميكا الحرارية أولاً. ما هي الديناميكا الحرارية؟ انها ال كمي دراسة نقل وتحولات الطاقة.

هناك العديد من أشكال الطاقة: الطاقة الكهربائية ، الطاقة الكامنة مقابل الطاقة الحركية ، الطاقة الكيميائية (السندات) أو الحرارة. يمكن أن تمتلك الذرات أو الجزيئات طاقة كهربائية بمعنى أنه يمكن اكتساب الإلكترونات أو التبرع بها. الطاقة الكهربائية مهمة للغاية لأن سلوك الإلكترونات يحدد كيفية تفاعل الذرة أو الجزيء أو المادة.

ال طاقة كهربائية من الجزيئات تتعلق بمفهوم الاستقرار: ما الذي تريد الإلكترونات فعله. المدارات يريد المراد شغلها. تجذب الشحنات الموجبة والسالبة بعضها البعض للحصول على أقل مستوى طاقة ممكن. سوف الجسيمات بنفس الشحنة صد بعضهم البعض. هذا يساعد في التنبؤ بما ستفعله الإلكترونات.

في تكوين الروابط بين الذرات ، يتم إطلاق الطاقة أو الحاجة إليها. يشار إلى كمية الطاقة المطلوبة لربط العناصر معًا طاقة الرابطة.

عمليات نقل وتحولات الطاقة:

• تنقل الاصطدامات الطاقة الحركية من جسم متحرك إلى جسم آخر.
• ستؤدي المادة الساخنة بجوار مادة أكثر برودة إلى نقل الطاقة (الحرارية) من واحدة إلى أخرى.
• تنتقل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية عندما تسقط صخرة من حافة. عندما تصطدم الصخور بالأرض ، تتحول طاقتها الحركية إلى طاقة حرارية.
• في تفاعل الاحتراق ، تتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية.
• في التفاعلات التي تغير التركيب الجزيئي ، تكون الطاقة إما مطلوبة أو تُطلق.

ال قانون حفظ الطاقة تنص على أن الطاقة لا يتم إنشاؤها ولا تدميرها.

ال مفهوم النظام ومحيطه في نظام مغلق مهم جدا في الديناميكا الحرارية. عندما تقيس التغيرات في درجة الحرارة ، فإن نقل الطاقة من النظام إلى المناطق المحيطة (أو العكس) هو ما تقيسه. لا يتغير إجمالي كمية الطاقة ، بل يتم نقلها فقط.

الطاقة الداخلية الكامنة (ح) هي الوظيفة الديناميكية الحرارية التي تصف تدفق الحرارة ويتم التعبير عنها في kJ / mol. من المهم ملاحظة أن المحتوى الحراري ليس مقياسًا صارمًا للحرارة ولكنه مرتبط بالضغط والحجم ، كما ترى في الصيغة أدناه.

ال المحتوى الحراري للتكوين هو الفرق في المحتوى الحراري بين المركب والعناصر التي يتكون منها.

H = E + pV

ح = المحتوى الحراري ، ه = الطاقة ، ص = ضغط الخامس = الحجم

القانون الأول للديناميكا الحرارية تنص على أن طاقة النظام بالإضافة إلى ما يحيط به تظل ثابتة وهي مجموع الحرارة (ف) والعمل (ث) التي تحدث في هذا النظام.

ΔE = q + w

العمل هو أيضًا تدفق للطاقة بين النظام ومحيطه. من الطرق السهلة لتصور العمل على أنه نقل للطاقة تخيل المكابس التي تتحرك عند ممارسة قوة عليها.

قانون هيس: عندما يكون هناك معادلتان كيميائيتان متوازنتان أو أكثر لإظهار خطوات التفاعل ، فإن التغير في المحتوى الحراري لـ معادلة صافية هو مجموع التغير في المحتوى الحراري لكل معادلة فردية.

هذا يدعم حقيقة أن المحتوى الحراري هو وظيفة الدولة، مما يعني أن المسار المتبع لا يؤثر على النتيجة النهائية من حيث قياس المحتوى الحراري. هذا يتماشى مع قانون الحفاظ على الطاقة حيث لا يتم إنشاء أو تدمير الطاقة.

عندما تنتقل المواد بين المراحل (الصلبة ، السائلة ، الغازية) يمكن وصف نقل الطاقة بالصيغة التالية:

ف = ن_مΔتي

ف = حرارة ن = الشامات ، C__م = السعة الحرارية المولارية ، _Δ__T = تغير في درجة الحرارة

السعة الحرارية النوعية = كمية الطاقة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 كجم من المادة بمقدار 1 درجة مئوية

السعة الحرارية النوعية للمولي = كمية الطاقة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 مول من المادة بمقدار وحدة واحدة

مثال 1: احسب التغير في درجة الحرارة الناتج عن إضافة 250 جول من الطاقة الحرارية إلى 0.50 مول من الزئبق.

تصور مخطط نظام الحرارة والمناطق المحيطة مع استمرار اتجاه السهم داخل النظام.

استخدم الصيغة: ف = ن_مΔ ت

نظرًا لأنه يُطلب منك تغيير درجة الحرارة ، فأنت تعيد ترتيب الصيغة:

Δ ت = ف / ن_م

ابحث عن السعة الحرارية المولارية للزئبق: 28.3 جول / مول كلفن

Δ ت = 250 جول / (ص 50 مول) (28.3 جول / مول كلفن)
Δ ت = 17.7 ك

حساب المحتوى الحراري للتكوين يتضمن كتابة معادلات كيميائية متوازنة والجمع بين التغيير في المحتوى الحراري لكل خطوة. يجب عليك تقليل المعادلات بطريقة تحلها من أجل ذرة واحدة من الذرة المحددة في السؤال. العملية محددة بشكل جيد في المثال أدناه.

المثال 2: احسب التغير في المحتوى الحراري لكل مول من أول أكسيد الكربون لتفاعل أول أكسيد الكربون مع الأكسجين لإعطاء ثاني أكسيد الكربون.

ينتج عن حرق الكربون بأكسجين محدود أول أكسيد الكربون (CO) ، ومع ذلك ، عندما يكون هناك أكسجين كافٍ ، فإن المنتج سيكون ثاني أكسيد الكربون (CO)₂).

2 ج (ق) -> + O₂ (ز) -> 2 CO (غ)

ΔH = -221.0 كيلوجول

2 ج (ق) + يا₂ (ز) -> كو₂ (ز)

ΔH = -393.5 كيلوجول

أعد ترتيب المعادلة الأولى وعكس ΔH ، ثم وازن المعادلة الثانية.

2 CO 9g) -> 2 C (s) + O₂ (ز)

ΔH = +221.0 كيلوجول

2 ج (ق) + 2 س₂ (ز) -> 2 CO₂ (ز)

ΔH = (2 مول) (- 393.5 كيلوجول) = -787.0 كيلوجول

قم بإلغاء "2 C (s)" و "O₂'من الجانب الأيمن من المعادلة الأولى مع المعادلات على الجانب الأيسر من المعادلة الثانية لتحقيق ما يلي:

2 كو (ز) + O₂ (ز) -> 2 CO₂ (ز)

ΔH = (221.0 كيلوجول) + (-787.0 كيلوجول) = -566.0 كيلوجول

منذ أن تطلب المعادلة 1 مول من ثاني أكسيد الكربون₂، وليس 2 ، قسّم جميع أجزاء المعادلة على 2 لتحقيق ذلك.

CO (غ) + 1/2 O2 (g) -> CO2 (g)

ΔH = -566.0 كيلوجول / 2 = -283.0 كيلوجول

قياس السعرات الحرارية هو القياس العلمي لانتقال الحرارة من نظام إلى محيط أو العكس. هناك نوعان من المسعرات. واحد حيث يظل الضغط ثابتًا والآخر حيث قد يتغير الضغط. في نظام ذي ضغط ثابت ، إذا كان هناك تغيير في الحجم ، فقد حدث تمدد. أحد السيناريوهات التي قد يحدث فيها ذلك هو عندما تتضمن العملية الكيميائية غازات.