الكيمياء الحرارية هي أحد فروع الكيمياء التي تتعامل مع دراسة الخصائص الحرارية للتفاعلات الكيميائية، والآن سنقوم بإعداد دراسة حول المعادلات الحرارية الكيميائية.
مقدمة لدراسة المعادلات الكيميائية الحرارية
استخدم أنطوان لافوازييه سيمون لابلاس أول مسعرات جليدية في العالم عام 1782 لاكتشاف الحرارة التي تحولت بفعل التغيرات الكيميائية المختلفة، واستندت حساباتهم إلى الاكتشافات السابقة لجوزيف بلاك في الحرارة الكامنة، وكانت هذه التجارب بمثابة بداية الكيمياء الحرارية.
الكيمياء الحرارية هي دراسة الإجراءات الحرارية التي تصاحب التفاعلات الكيميائية، وبعض هذه التفاعلات تطلق حرارة طاردة للحرارة، مثل احتراق الفحم مع الهواء.
ينتج عن هذا التفاعل درجات حرارة عالية وبعضها ماص للحرارة، مثل تفاعل احتراق الفحم مع بخار الماء، وفي بعض الحالات النادرة لا يوجد أي تأثير حراري على الإطلاق، مثل تفاعل الكحول مع الخل، مما ينتج عنه ما هو موجود. المعروف باسم سترة.
توجد حرارة التفاعل بالدرجات T، وهي كمية الحرارة المقاسة بالجول، والتي تتبدد أو تمتص أثناء التفاعل، وتبادل المواد ونواتجها مع البيئة الخارجية، عند كل هذه تعود المواد إلى درجة الحرارة T التي بدأ عندها التفاعل:
سميت على اسم كمية الحرارة المتضمنة، وهي كمية جبرية سالبة لجميع التفاعلات التي تطلق الحرارة، وموجبة لجميع التفاعلات التي تمتص الحرارة.
الديناميكا الحرارية والكيمياء الفيزيائية هي دراسة إطلاق أو امتصاص الحرارة من خلال تفاعل كيميائي وتشير عمومًا إلى عملية نقل الحرارة التي تنطوي على عمليات تحويل، خلط، تحويل، تفاعل كيميائي، إلخ.
تتضمن هذه الحسابات الكميات من حيث السعة الحرارية وحرارة الاحتراق وحرارة التكوين.
أنظر أيضا: ما هو تصنيف التفاعلات الكيميائية وأنواعها المختلفة؟
القوانين التي تعتمد عليها الكيمياء الحرارية
قانون لافوازييه وفالابلاس
- تم الحصول على هذا القانون في م. في عام 1782 ويقول إن التبادل الحراري المصاحب للتحول = التبادل الحراري المصاحب للتحول في الاتجاه المعاكس.
قانون هيس
- تم الحصول على هذا القانون في م. في عام 1840 ويذكر أن التبادل الحراري المصاحب للتحول هو نفسه سواء حدث في عملية واحدة أو في خطوات متعددة.
حرارة التفاعل
- أول ديناميكي حراري “R. يشير تطبيق مبدأ “الحركة الحرارية” على التفاعل إلى القانون الذي ينص على أن الحرارة المصاحبة لأي مفاعل مرتبطة بحالتين: الحالة الأولية والحالة النهائية.
- وهي مستقلة عن المسار، “طبيعتها وعدد مراحلها، على سبيل المثال”، بشرط أن يبدأ التفاعل عند ضغط ثابت أو حجم ثابت.
- تفي التفاعلات عمليًا بأي من هذه الشروط لأنها تحدث بحجم ثابت إذا تم إجراؤها في مفاعل مغلق، مثل محرك الاحتراق الداخلي، أو إذا كان حجم المنتج هو نفسه بالنسبة للمواد المتفاعلة (جميع المواد، سواء كانت صلبة أو سائلة، لها كتل ذات أحجام مماثلة، أو في حالة الغازات.
- إذا كان عدد مولات التفاعل الداخلي يساوي عدد مولات النواتج)، كما هو الحال مع جميع التفاعلات التي تحدث عند الضغط الجوي، فإن هذه التفاعلات تحدث عند ضغط ثابت.
- وللتمييز بين هاتين الحالتين، يمكننا البدء بالتغيير في الطاقة الداخلية U ▲ للمتفاعلات، مما يؤدي إلى التفاعل مع هذه العلاقة U = W ▲
- تمثل Q و W الحرارة والعمل المتبادل مع البيئة الخارجية، ويرجع هذا العمل إلى قوة الضغط W = -P. ▲ v، وهنا يمكن قياس كمية الحرارة بطريقتين، وهما
انظر أيضًا مقالة عن تأثيرات المواد الكيميائية المسببة للسرطان على انقسام الخلايا وتكاثرها
حجم ثابت
- لا توجد قوة ضغط فيه، وحرارة التفاعل لها حجم ثابت، Qv، والذي يساوي التغير في طاقة النظام الداخلي = U ▲ Qv.
ضغط مستمر
- في ذلك، يرتبط التغيير في درجة الحرارة، QP، بالتغيير في الترتيب الحالي “t”.
مصطلحات مهمة عند كتابة درجات حرارة التفاعلات
- توافق المواد المتفاعلة أو تفاعلات كمية الحرارة النوعية الناتجة، وتظهر تلك الكمية في معادلات التفاعل، أي أن مضاعفة المعادلة تتطلب مضاعفة الحرارة المصاحبة أيضًا.
- في حالة تكوين مركب من عناصره، يتم أخذ متطلبات التكوين القياسية لكل مول من المركب، ويعني المعيار أنه تم قياسه عند K298 K، باستثناء الضغط على شريط B1.
- في حالة التفاعل العكسي، تتم كتابة القيمة المقابلة للاتجاه المباشر.
- يفضل تحديد الحالة الفيزيائية لمواد التفاعل “الحالة الصلبة – الحالة السائلة – الحالة الغازية”.
- إذا لم تتم الإشارة إلى درجات حرارة بدء التفاعل، فإنها تساوي K298 K، وهذا يعني أنه تم أخذ مواد التفاعل عند هذه الدرجة، كما في حالة المنتج النهائي، أو درجة الحرارة في النظام أثناء التفاعلات يمكن أن تتغير في أي حال. من الاتجاهات.
معادلة حرارية كيميائية
المعادلة الكيميائية المتوازنة هي التي تحدد التغير في المحتوى الحراري ويقاس بالكيلوجرام وعند كتابة المعادلات الحرارية الكيميائية يؤخذ في الاعتبار ما يلي:
- عدد المولات في المعادلة التي تشير إليها أرقام التوازن.
- اكتب حالة المادة من خلال التفاعل لأن المحتوى الحراري للمادة يتبع حالتها.
- نظرًا لأن المحتوى الحراري للمادة يتبع درجة الحرارة، فيجب كتابتها في المعادلة إذا كانت غير درجة الحرارة المتفق عليها “25 درجة مئوية”، وتقدر بنحو 298 درجة كلفن.
أنظر أيضا: البحث في الطاقة والتغيرات الكيميائية
إيجاد نتيجة المعادلات الحرارية
عند كتابة معادلة كيميائية حرارية، يمكنك تضمين كمية الحرارة مع المواد التي تتفاعل أو يتم إنتاجها، لكن يتفق العلماء على أن المحتوى الحراري يجب أن يكتب في شكل منفصل في المعادلة.
في نهاية موضوع البحث حول المعادلات الكيميائية الحرارية، يمكنك مشاركته على جميع وسائل التواصل الاجتماعي.