ما هو رد فعل الحرارة؟

ال حرارة التفاعل أو المحتوى الحراري للتفاعل (ΔH) هو التغير في المحتوى الحراري للتفاعل الكيميائي الذي يحدث عند ضغط ثابت (Anne Marie Helmenstine ، 2014).

نظرًا لأن enthalpy مشتق من الضغط والحجم والطاقة الداخلية ، وكلها وظائف تابعة للدولة ، فإن enthalpy هو أيضًا وظيفة الدولة (Rachel Martin، 2014).

ΔH ، أو تغير المحتوى الحراري كوحدة قياس لحساب تغيير الطاقة في نظام ما عندما أصبح من الصعب للغاية العثور على ΔU ، أو التغير في الطاقة الداخلية لنظام ما ، في وقت واحد لقياس كمية الحرارة والعمل متبادل.

عند إعطاء ضغط ثابت ، فإن تغيير المحتوى الحراري يساوي الحرارة ويمكن قياسه كـ ΔH = q.

التدوين ΔHº أو ΔHº_ص ثم ينشأ لشرح درجة الحرارة والضغط الدقيقين لحرارة التفاعل ΔH.

يرمز halHº أو ºHºrxn entH standard أو ºHºrxn إلى المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ويمكن أن يفترض كلاً من القيم الإيجابية والسلبية. وحدات ΔHº هي كيلوجول لكل مول ، أو كيلوجول / مول.

المفهوم السابق لفهم حرارة التفاعل: الاختلافات بين ΔH و ΔHº_ص.

represents = يمثل التغيير في المحتوى الحراري (المحتوى الحراري من المنتجات ناقص المحتوى الحراري من المواد المتفاعلة).

تشير القيمة الإيجابية إلى أن المنتجات تحتوي على مزيد من المحتوى الحراري ، أو أنه تفاعل ماص للحرارة (الحرارة مطلوبة).

تشير القيمة السالبة إلى أن المواد المتفاعلة لها ارتفاع في المحتوى الحراري ، أو أنها تفاعل طارد للحرارة (يتم إنتاج الحرارة).

º = يعني أن التفاعل هو تغيير حراري قياسي ، ويحدث عند ضغط / درجة حرارة محددة مسبقًا.

r = يدل على أن هذا التغيير هو المحتوى الحراري للتفاعل.

الحالة القياسية: الحالة القياسية لمادة صلبة أو سائلة هي المادة النقية عند ضغط 1 بار أو ما هو نفس الغلاف الجوي (105 Pa) ودرجة حرارة 25 درجة مئوية ، أو ما هو نفسه 298 K.

ΔHº_ص هي الحرارة المعتادة للتفاعل أو المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ، وكما تقيس alsoH أيضًا المحتوى الحراري للتفاعل. ومع ذلك ، يحدث ΔHºrxn في ظروف "قياسية" ، مما يعني أن التفاعل يحدث عند درجة حرارة 25 درجة مئوية و 1 دقيقة.

تكمن فائدة قياس ΔH في الظروف القياسية في القدرة على ربط قيمة ºHº مع أخرى ، لأنها تحدث في نفس الظروف (كلارك ، 2013).

حرارة التدريب

الحرارة القياسية لتشكيل ، ΔH_Fº ، لمادة كيميائية هي كمية الحرارة الممتصة أو المنبعثة من تكوين 1 مول من تلك المادة الكيميائية عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وشريط واحد من عناصرها في حالاتها القياسية.

يكون العنصر في حالته القياسية إذا كان في شكله الأكثر استقرارًا وحالته الفيزيائية (الصلبة أو السائلة أو الغازية) عند 25 درجة مئوية و 1 بار (جوناثان نغوين ، 2017).

على سبيل المثال ، تتضمن الحرارة القياسية لتكوين ثاني أكسيد الكربون الأكسجين والكربون كمواد تفاعلية.

الأكسجين هو أكثر استقرارا كما جزيئات الغاز أو₂, بينما الكربون أكثر استقرارا مثل الجرافيت الصلب. (الجرافيت أكثر استقرارًا من الألماس في ظل الظروف القياسية.)

للتعبير عن التعريف بطريقة أخرى ، تعتبر حرارة التكوين القياسية نوعًا خاصًا من رد الفعل الحراري القياسي.

التفاعل هو تكوين 1 مول من مادة كيميائية من عناصرها في حالتها القياسية في ظل الظروف القياسية.

وتسمى الحرارة المعيارية للتكوين أيضًا باسم المحتوى الحراري للتكوين (على الرغم من أنه يمثل تغييراً في المحتوى الحراري).

بحكم التعريف ، لن يؤدي تكوين عنصر في حد ذاته إلى أي تغيير في المحتوى الحراري ، وبالتالي تكون درجة حرارة رد الفعل القياسية لجميع العناصر صفرًا (تساى ، 2014).

حساب رد فعل انتالبي

1- حساب تجريبي

يمكن قياس المحتوى الحراري تجريبيًا باستخدام المسعر. المسعر هو أداة يتم فيها تفاعل عينة من خلال الكابلات الكهربائية التي توفر طاقة التنشيط. العينة في وعاء محاط بالمياه التي تهتز باستمرار.

عند القياس بتغير درجة الحرارة الذي يحدث عند تفاعل العينة ومعرفة الحرارة المحددة للماء وكتلته ، يتم حساب الحرارة التي تتحرر أو تمتص التفاعل عن طريق المعادلة q = Cesp x m x ΔT.

في هذه المعادلة q هي الحرارة ، Cesp هي الحرارة المحددة في هذه الحالة من الماء التي تساوي 1 سعرة حرارية لكل غرام ، m هي كتلة الماء و ΔT هي التغير في درجة الحرارة.

المسعر هو نظام معزول له ضغط ثابت ، لذلك ΔH_ص= ف

2- الحساب النظري

لا يعتمد تغيير المحتوى الحراري على المسار المحدد للتفاعل ، ولكن يعتمد فقط على مستوى الطاقة الكلي للمنتجات والكواشف. Enthalpy هي وظيفة الدولة ، وعلى هذا النحو ، المضافة.

لحساب المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ، يمكننا إضافة المحتوى الحراري القياسي لتشكيل المواد المتفاعلة وطرحها من مجموع المحتوى الحراري القياسي لتشكيل المنتجات (Boundless، S.F.). قال رياضيا ، هذا يعطينا:

.DELTA.H_ص° = Σ ΔH_Fproducts (المنتجات) - Σ ΔH_Fants (المواد المتفاعلة).

عادةً ما يتم حساب المحتوى الحراري للتفاعلات من المحتوى الحراري لتكوين الكواشف في الظروف العادية (ضغط 1 بار ودرجة حرارة 25 درجة مئوية).

لشرح مبدأ الديناميكا الحرارية ، سوف نحسب المحتوى الحراري للتفاعل من أجل احتراق الميثان (CH₄) وفقا للصيغة:

CH₄ (ز) + 2O₂ (ز) → CO₂ (ز) + ساعتان₂يا (ز)

لحساب المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ، نحتاج إلى البحث عن المحتوى الحراري القياسي للتكوين لكل من المواد المتفاعلة والمنتجات المشاركة في التفاعل.

عادة ما توجد هذه في ملحق أو في العديد من الجداول عبر الإنترنت. بالنسبة لرد الفعل هذا ، فإن البيانات التي نحتاجها هي:

H_Fº CH₄ (ز) = -75 كيلو جول / مول.

H_Fº يا₂ (ز) = 0 كيلو جول / مول.

H_FCO º₂ (ز) = -394 كجول / مول.

H_Fº ح₂O (g) = -284 kjoul / mol.

لاحظ أنه نظرًا لأنه في حالته القياسية ، فإن المحتوى الحراري القياسي للتكوين لغاز الأكسجين هو 0 كيلو جول / مول.

بعد ذلك ، نقوم بتلخيص المحتوى المعياري للتدريب لدينا. لاحظ أنه نظرًا لوجود الوحدات بوحدة kJ / mol ، نحتاج إلى المضاعفة بمعاملات العناصر المتكافئة في معادلة التفاعل المتوازنة (Leaf Group Ltd، S.F).

Σ ΔH_Fproducts (المنتجات) = ΔH_FCO º₂ +2 ΔH_Fº ح₂O

Σ ΔH_Fproducts (المنتجات) = -1 (394 كيلو جول / مول) -2 (284 كيلو جول / مول) = -962 كيلو جول / مول

Σ ΔH_Fº (المواد المتفاعلة) = ΔH_Fº CH₄ + .DELTA.H_Fº يا₂

Σ ΔH_Fº (المواد المتفاعلة) = -75 كيلو جول / مول + 2 (0 كيلو جول / مول) = -75 كيلو جول / مول

الآن ، يمكننا العثور على المحتوى الحراري للتفاعل:

.DELTA.H_ص° = Σ ΔH_Fproducts (المنتجات) - Σ ΔH_Fº (المواد المتفاعلة) = (- 962) - (- 75) =

.DELTA.H_ص° = - 887 كيلو جول / مول.

مراجع

1. آن ماري هيلمنستين. (2014 ، 11 يونيو). المحتوى من رد الفعل تعريف. تم الاسترجاع من thinkco: thoughtco.com.
2. (وس. ف.). المحتوى القياسي لرد الفعل. تعافى من لا حدود لها: boundless.com.
3. تساي ، E. (2014 ، 11 مارس). الحرارة القياسية للتكوين. تعافى من الكيميائي: chemstatistician.wordpress.com.
4. كلارك ، جيه (2013 ، مايو). enthalpy مختلف التعاريف تغيير. تم الاسترجاع من chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. جوناثان نغوين ، ج. ل. (2017 ، 9 فبراير). المحتوى القياسي للتشكيل. تم الاسترجاع من chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). كيفية حساب Enthalpies من رد الفعل. تعافى من sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin، E. Y. (2014، 7 May). حرارة التفاعل. تم الاسترجاع من chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.