حساب حرارة التفاعل الكيميائي

يمكن استخدام قيم طاقات الروابط في معرفة ما إذا كان التفاعل الكيميائي ماص للطاقة أم طارداً لها.

يطلق على التغير في الطاقة المصاحب للتفاعل الكيميائي "التغير في طاقة التفاعل"، أو "حرارة التفاعل الكيميائي"، ويرمز له بالرمز (ΔH)، ويتم حسابه بالخطوات الآتية:

1. احسب مجموع طاقات الروابط في المواد المتفاعلة.
2. احسب مجموع طاقات الروابط في المواد الناتجة.
3. اطرح مجموع طاقات الروابط في المواد الناتجة من مجموع طاقات الروابط في المتفاعلات.

ΔH = مجموع طاقات الروابط في المتفاعلات – مجموع طاقات الروابط في النواتج

4. إذا كان حاصل الطرح موجباً (+) فالتفاعل ماصٌ للطاقة، وإن كان سالباً (-) فالتفاعل طاردٌ للطاقة.

مثال (1):

يتفكك بروميد الهيدروجين HBr وفق المعادلة الموزونة الآتية:

2HBr → H₂ + Br₂

احسب (ΔH) للتفاعل، وبين ماذا إذا كان التفاعل طارداً أم ماصاً للطاقة،

إذا علمت أن طاقة الرابطة H-H = 436 كيلو جول،

وطاقة الرابطة Br-Br = 192 كيلو جول،

طاقة الرابطة H-Br = 368 كيلو جول.

الإجابة:

ΔH = مجموع طاقات الروابط في المتفاعلات – مجموع طاقات الروابط في النواتج

ΔH = 736 – 628

ΔH = +108 كيلوجول

التفاعل ماص للطاقة؛ لأن إشارة (ΔH) موجبة، وعليه يمكن كتابة معادلة حرارية كالتالي:

2HBr + 108kj → H₂ + Br₂

مثال (2):

يتفاعل غاز الهيدروجين H₂ مع غاز النيتروجين N₂ لإنتاج الأمونيا NH₃ وفق المعادلة الموزونة الآتية:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

احسب (ΔH) للتفاعل، وبين ماذا إذا كان التفاعل طارداً أم ماصاً للطاقة،

إذا علمت أن طاقة الرابطة H-H = 436 كيلو جول،

وطاقة الرابطة N≡N = 941 كيلو جول،

طاقة الرابطة N-H = 389 كيلو جول.

الإجابة:

ΔH = مجموع طاقات الروابط في المتفاعلات – مجموع طاقات الروابط في النواتج

ΔH = 2249 – 2334

ΔH = -85 كيلوجول

التفاعل طارد للطاقة؛ لأن إشارة (ΔH) سالبة، وعليه يمكن كتابة معادلة حرارية كالتالي:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃ + 85kj

سؤال:

استخدم قيم طاقات الروابط الواردة في الجدول لتحديد أي التفاعلين الآتيين يكون ماصاً للطاقة، وأيها يكون طارداً للطاقة، واكتب معادلات كيميائية حرارية تبين ذلك.

1) H₂C=CH₂ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

2) 2HI → H₂ + I₂

الإجابة:

التفاعل رقم (1):

ΔH = مجموع طاقات الروابط في المتفاعلات – مجموع طاقات الروابط في النواتج

ΔH = 3757 – 4052

ΔH = -295 كيلوجول

التفاعل طارد للطاقة؛ لأن إشارة (ΔH) سالبة، وعليه يمكن كتابة معادلة حرارية كالتالي:

H₂C=CH₂ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O + 295kj

التفاعل رقم (2):

ΔH = مجموع طاقات الروابط في المتفاعلات – مجموع طاقات الروابط في النواتج

ΔH = 594 – 587

ΔH = +7 كيلوجول

التفاعل ماص للطاقة؛ لأن إشارة (ΔH) موجبة، وعليه يمكن كتابة معادلة حرارية كالتالي:

2HI + 7kj → H₂ + I₂

حساب كمية الطاقة الناتجة من تفاعل كيمات مختلفة من المواد

مثال:

احسب كمية الطاقة الناتجة من تفاعل 560غ N₂ في التفاعل الآتي:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃ + 85kj

الإجابة:

نحسب عدد مولات N₂ بقسمة الكتلة على الكتلة المولية:

عدد مولات N₂ = الكتلة ÷ الكتلة المولية = 560 ÷ 28 = 20 مول

ومن المعادلة نلاحظ:

ينتج عن المول الواحد من N₂ 85 كيلوجول

فكم ينتج عن 20 مول منه؟

كمية الطاقة الناتجة من التفاعل = 20 × 85 = 1700 كيلوجول.

سؤال:

يحضر الهيدروجين والأكسجين بالتحليل الكهربائي للماء باستخدام أقطاب من البلاتين في محلول مائي ملحي مخفف، ويمكن تمثيل عملية تحليله بالمعادلة الآتية:

2H₂O + 571.2kj → 2H₂ + O₂

احسب مقدار الطاقة اللازمة لتحليل 54 غراماً من الماء.

الإجابة:

نحسب عدد مولات H₂O بقسمة الكتلة على الكتلة المولية:

عدد مولات H₂O = الكتلة ÷ الكتلة المولية = 54 ÷ 18 = 3 مول

ومن المعادلة نلاحظ:

تحليل مولين من H₂O يحتاج 571,2 كيلوجول

فكم يحتاج تحليل 3 مول منه؟

كمية الطاقة التي يحتاجها التفاعل = (3 × 571,2) ÷ 2 = 856,8 كيلوجول.