الفصل العاشر(ص 427) : الكيمياء الحراريه

1. الفصل العاشر(ص 427) : الكيمياء الحراريه

2. 10-1 مقدمه:: تعتبر الكيمياء الحرارية من فروع الكيمياء الفيزيائيه المهمة مجالها: تعنى بدراسة التغيرات الحرارية التي ترافق التحولات الكيميائيه

3. وتهدف إلى: 1/ تقدير كميات الطاقة التي تنطلق أو تمتص على شكل حرارة في العمليات المختلفة 2/ ابتكار وتطوير طرق مناسبة لحساب هذه التغيرات الحرارية دون اللجوء إلى التجارب المخبريه المهمة

4. أهميتها: من المهم جداً من الناحية العمليه أن000 1/تعرف فيما إذا كانت الحرارة تنطلق أو تمتص في تفاعل معين اذاً يجب في هذه الحاله أن تؤخذ الاحتياطات الازمه لإزالة هذه الحرارة لكي يستمر التفاعل 2/أن تعرف ما مقدار هذه الحرارة اذاً يجب في هذه الحاله أن نزود أو نعطي التفاعل حرارة لازمه

5. لذلك الأساس الذي تعتمد عليه الكيمياء الحرارية: هو قانون حفظ الطاقة ( الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم )

6. 10-2 الطاقةEnergy

7. 10-2 الطاقةEnergy لماذا يرافق التغيرات الكيميائيه تغيرات في الطاقة؟ توجد قوه تربط الذرات معاً وهي (الرابطه الكيميائيه) مثال:H2(g)+CL2(g)-------> 2HCL (g)

8. *اذاً لمعرفه التغير في الطاقة وتحديد نوعها هل هي تنطلق أو تمتص في هذا التفاعل لابد من معرفة كيف يتم هذا التفاعل لابد من: 1/ تحطيم الروابط H-H ,CL-CL وهذه تحتاج إلى طاقة 2/ تكوين الرابطه H-CL, وهذه عند تكوينها تحتاج إلى طاقه طاقه جزيئات المواد الناتجة > أو < طاقه جزيئات المواد المتفاعلة اذاً ( محصلة تغيرات الطاقة الناتجة عن تحطيم وتكوين الروابط الكيميائيه تعرف بـــحرارة التفاعل )

9. أهميتها: 1/ تعتبر حراره التفاعل خاصيه مميزه للتفاعل الكيميائي وعامل رئيسي في تحديد اكتماله 2/ جزء كبير من تكاليف كثير من العمليات الصناعيه ناتج عن تكلفة الطاقة الازمه لهاالضوء

10. طاقه CO2+H2O----------->C6H12O6+O2 طاقه CO2+CO+C+O2-------------->

11. 10-3 الحرارة

12. تعريفها: هي الطاقه التي تنتقل من جسم أو نظام إلى جسم أو نظام اخر عند درجات حراره مختلفه قاعدة: 1-كلما كان الفرق في درجه الحراره كبيراً, كلما زادت قابلية انتقال الحراره 2- تنتقل الحراره دائماً من الجسم الحار إلى الجسم الأقل حراره تلقائياً والعكس لايحدث تلقائياً

13. وحدات الحراره: (المنظمه العالميه للمقاييس والأوزان توصي باعتماد وحدة الجول بدلاً من السعر الحراري) وحدات قياس الحرارة هي الجول ( Joul ) ويرمز لها (J )

14. Calory =4.184 J1

15. تعريف السعر الحراري (كالورى Calorie ) هي كميه الحراره اللازمه لرفع درجه حراره جرام واحد من الماء النقي من )ْ14.5 C ) إلى )ْ15.5 C ) السعه الحراريه heat capacity : لكتله معينه من الماده يرمز لها بالرمز (C ) وهي كتله الحراره الازمه لرفع درجه حراره كتله معينه من الماده درجه مئويه واحده ووحداتها (ْJ\C )

16. الحراره النوعيه Specific heat : يرمز لها بالرمز (P ) وهي السعه الحراريه لكل جرام من الماده أو هي كميه الحراره اللازمه لرفع درجه جرام واحد من الماده درجه مئويه واحده ووحدتها (ْJ\g.C )

17. السعه الحراريه= الكتله * الحراره النوعيه C=m*P كمية الحراره المستقله( q )((المكتسبه أو المفقوده) q=c * t q=P*m* t فعندما يسخن الجسم تكون t>0 اذاً q>0 وعندما يبرد الجسم تكون t<0 اذاً q<0 ومن هنا نتعرف على مفهوم الانثالبي:. مثال(10-1) ص 430

18. 10-4 • حرارة التفاعل:

19. عند دراسه تغير كيميائي أو فيزيائي في نظام معين مكون من مادة أو مزيج من المواد في حالة توازن حراري مع محيطه عند درجه 25 درجه مئويه نفترض أن درجه حرارة النظام تزداد عندما بدأ التغير في الحدوث فإن درجه الحراره تتدفق من النظام إلى المحيط وسوف تستمر في التدفق حتى يتوقف التفاعل وتصبح درجه حرارة النظام مساويه لدرجة حرارة المحيط

20. يوجد نوعان: • 1/ التفاعل الناشر للحرارة :يعتبر التفاعل ناشراً أو طارداً للحرارة عندما تنطلق كميه من الحراره من النظام إلى المحيط 0 • ويرمز لكميه الحراره هذه بالرمز q وتكون إشارته سالبه وتنخفض طاقه النظام • 2/ التفاعل الماص للحراره :يعتبر التفاعل ماصاً للحراره عندما يمتص النظام كميه من الحراره من المحيط 0 • ويرمز لكميه الحراره هذه بالرمز q وتكون إشارته موجبه وتزيد طاقه النظام

21. CH4(g)+2O2(g)--------> CO2(g)+2H2O(aq)) q= - 890 KJ اذاً التفاعل طارد للحراره 2HgO(S)----------> 2Hg(L)+O2(g) q= +181.6 KJ التفاعل ماص للحراره

22. العمليات التي تحدث عند ضغط ثابت أكثر شيوعاً من التي تحدث عند حجم ثابت كذلك فإن قياس الحراره الممتصه أو المنطلقه نتيجه حدوث تفاعل كيميائي يحدث عند ضغط ثابت (الجوي) أسهل من قياسها عند حجم ودرجه حراره ثابتين وبالتالي فعند ضغط ثابت يتغير الحجم عادة0

23. 10-5 الإنثــــالبي :

24. حراره التفاعل عند ضغط ثابت لها علاقه وطيده بخاصيه مهمه للمواد المتفاعله أو الناتجه وتسمى بالإنثالبي أو المحتوى الحراري وبرمز لها بالرمز(H) الموجود في الماده • وهي خاصيه مهمه للمادة مثل الكتله والحجم فكل ماده لها كميه محدده من الانثالبي • يعتمد انثالبي الماده على كميه المادة • مولين من مادة معينه تحتوي على مقدار من الانثالبي يساوي ضعف مايحتويه مول واحد من هذه الماده

25. وتعتمد كميه الانثالبي في مول واحد من الماده على الضغط ودرجه الحراره وهي متغيرات تحدد حالة المادة

26. اذاً الإنثالبي يوصف بأنه تـــابع لحالة النظام ويعرف بأنه يختص بقياس الحراره الممتصه أو المنطلقه نتيجه لحدوث تفاعل كيميائي يحدث عند ضغط ثابت H=qp

27. H :هو التغير في الانثالبي لأي عمليه تحدث عند ضغط ثابت ويساوي : كميه الحراره المنتقله(الحرارة المنطلقه أو الممتصه خلال العمليه) = الفرق بين الانثالبي في نهاية العمليه والانثالبي عند البدايه

28. H=Hf – Hi قيمة الانثالبي النهائيه للنظام= Hf قيمة الانثالبي الإبتدائيه للنظام= Hi وفي التفاعلات الكيميائيه فإن انثالبي المواد الناتجه يختلف عن انثالبي المواد المتفاعله

29. إنثالبي التفاعل: هو التغير في الانثالبي لأي تفاعل ويساوي حراره التفاعل عند ضغط ثابت انثالبي المواد الناتجه npHR npHP- H= انثالبي المواد المتفاعله npHP-H

30. عدد المولا ت لأي مادة ناتجة = np انثالبي مول واحد من الماده الناتجه =HP وعادة تكتب قيم إنثالبي التفاعل ضمن المعادله الكيميائيه وتسمى المعادله (بالمعادله الكيميائيه الحراريه) npHP-H

31. المعادلة الكيميائية الحرارية: إذا كتبت قيم إنثالبي التفاعل ضمن المعادلة الكيميائيه تسمى المعادلة حينئذ بالمعادلة الكيميائيه الحرارية (طاردCH4(g)+2O2(g)--> CO2(g)+2H2O(a) H= - 890 KJ( (ماص2HgO(S)--> 2Hg(L)+O2(g) H= 181.6 KJ (

32. *طريقه أخرى للتعبير عن قيمة H في المعادلة الكيميائيه الحراريه: نلاحظ أن قيمة H لتفاعل تفكك أكسيد الزئبق في حالة تفكك مولين , وبذلك يمكن كتابة المعادلة لنحصل على H لتفكك مول واحد من أكسيد الزئبق كما يلي : حرارة HgO(S)--> Hg(L)+ O2(g) H= 90.8 KJ

33. الطريــقة: توزن المعادلة بحيث يظهر مول واحد من المادة المتفاعلة حتى لو تطلب الأمر أن تظهر معاملات المواد المتفاعلة أو الناتجة الأخرى كسريه ثم نقسم قيمه H الأصليه على معامل المادة المطلوبةفي المعادلة الأصلية يجب توضيح الحالة الفيزيائية لكل مادة في التفاعل في المعادلة الكيميائية الحرارية S , L , g , aq

34. إصلاحات كتابة المعادلات الكيميائيه الحراريه: 1-تتحرر كمية من الحراره في التفاعلات الناشره للحرارة وتكون إشارة H سالبه0 وتمتص كمية من الحرارة في التفاعلات الماصه للحرارة وتكون أشارةH موجبه0 2-تعطي قيم H لتفاعل معين عند الشروط القياسيه أي ْ 25 C وضغط جوي واحد(مالم ينص على خلاف ذلك) 3-تميز الحالة الفيزيائيه للمواد الموجوده في التفاعل,وذلك بوضع الحروف S ,L, g, aq بعد رمز المادة لتعبر عن كونها: صلبه , سائله, غازيه أو محلول

35. إصلاحات كتابة المعادلات الكيميائيه الحراريه: 4- معاملات المواد المشتركه في التفاعل في المعادله الكيميائية تبين عدد المولات من كل مادة مشتركة في التفاعل ويمكن استخدام الكسور, وقيم H تتبع كميات تلك المواد 5- إذا ضربت أو قسمت معاملات المواد برقم , فإن قيمة H يجب أن تضرب أو تقسم على نفس الرقم 6- يجب أن تتغير إشارة H إذا عكست المعادلة الكيميائيه لأن قيمة H لتفاعل معين تساوي H لنفس التفاعل في الإتجاه المعاكس وتختلف في الإشارة مثال 10-3 ص 438 مثال 10-4 ص 438

36. تغيرات الأنثالبي القياسية : لنتمكن من مقارنة تغيرات حرارة التفاعل للتفاعلات الكيميائيه المختلفة بشكل علمي فإنه من الضروري: 1-معرفة درجات الحرارة التي قيست عندها H 2-معرفة الحالة الفيزيائية لكل مادة من المواد المتفاعلة أو الناتجه

37. تم الاتفاق على تدوين حرارة التفاعل عندما تحدث التفاعلات عند الظروف القياسيه فقط أي عند ْ 25 C ْ ,298 K وضغط جوي واحد ويرمز للإنثالبي في هذه الحاله بالرمز (ْH) فإذا حدث التفاعل عند درجات حرارة أقل أ أعلى فإن H تحسب من قيمها المقاسه عند تلك الدرجات

38. الإنثالبي القياسي: هي حرارة التفاعل القياسيه (أو التغير في الإنثالبي) عندما يحدث التفاعل تحت الظروف الطبيعيه(T \ P) أي أن المواد المتفاعله عند حالاتها القياسيه قد تحولت إلى مواد ناتجة عند حالاتها القياسيه مجموع حرارت التكوين القياسيه لجميع المواد الناتجه = ( ْH) مجموع حرارت التكوين القياسيه لجميع المواد المتفاعله إذاً حرارة التفاعل القياسية = حرارة التكوين القياسية

39. 10-7 حرارة التكوين Heat of formation :

40. إن تكون مركب من عناصره الأولية من أبسط التفاعلات الكيميائية هي التغير من الأنثالبي القياسية ( ْH)عندما يتكون مول واحد من مركب ما من عناصره الأولية . ويرمز لها بالرمز (fْH ) =∑ np ( H f)P- ∑nR (Hf)R ْ H

41. ملاحظة هامة : إن حرارة التفاعل قد لا تساوي حرارة التكوين القياسي ْ H2 (g) + Br2 (g)---à 2HBr (g) H =-72.8 KJْ لأن حرارة التكوين للتفاعل هي التغير في الإنثالبي القياسي عندما يتكون مول واحد فقط من المادة

42. وفي هذه المعادلة تكون مولان لـ من HBr (g) إذاً{حرارة التكوين للتفاعل} =-36.4kj = H °/2 وتكون حرارة التكوين القياسي (fْH ) صفراً لجميع العناصر في حالتها القياسية لـ وجودها في الظروف الطبيعية والقياسية من T< P

43. مثال : الأكسجين الذري =O صفر f≠ْH الأكسجين الجزئي =O2 صفر=fْH الأكسجين الأوزون =O3 صفر f≠ْH

44. مثال آخر : الكربون : شكل جرافيت وهو الأكثر استقرراً عند الظروف القياسيه صفر =fْH والألماس صفر =fْH C(S) +O2(g)  CO2(g) H=-393 KJ يتكون CO2 من عناصره الأولية وحرارة التفاعل القياسي H= عبارة عن التغير في الانثالبي

45. H= H fْ (CO2g) - { H fْ (CS)+ H fْ (O2g)}

46. وأخيرا : حرارة التكوين في العادة كميات سالبة إلا القليل منها وهذا يعني أن تكون مركب ما من عناصره الأولية هو تفاعل ناشر للحراة بينما في العادة يجب أن تمتص حرارة عندما يفتك مركبتها الى عناصر .

47. 10-8حرارة الاحتراق HEAT of COMBUSTOR :

48. هي تغير في الانثالبي القياسي المصاحب لإحتراق مول واحد من مركب ما في حالته القياسية إحتراقاً كاملاً في جو من الأكسجين عند الظروف القياسية ويرمز لها بالرمز CْH

49. وبما أن المواد تحترق عند درجات حرارة أعلى (298 K) فإن قيم الانثالبي المعروفة عند (298 K) تساوي كمية الحرارة الكلية المنطلقة أو الممتصة عندما تعود المواد إلى درجة حرارة الغرفة ويمكن استخدام قيمة حرارة احتراق مركب ما لحساب حرارة تكوينه .كما في المثال: مثال: 10-6 ص 446

50. 10-9قياس حرارة التفاعل