5 الفصل التفاعالت طاقة

ال ا ثاني لصفالعلمي عشر

1 – 5القسم الحرارية الكيمياء

الكيمياء الطاقة الحرارية : انتقال دراسة

حرارة صورة علىيصاحب الذي

الكيميائية التفاعالتالفيزيائية هي : والتغيرات المنتقلة الطاقة

أو المنطلقة الطاقةالممتصة .

لقياس المستخدم الجهاز ماالمنتقلة المسعر الطاقة أو الكالوريمتر

الحراري .

بدرجة المقصود ما؟ قياسمعدل الحرارة

الحركية الطاقةمن عينة لجسيمات

المادة .

الكيمياء حسابات فيالمئوي المقياس نستخدم

(C) ومقياسكلفن ( . K ) المقياس بين العالقة ما

ومقياسكلفن (C)المئوي ( . K )

K = 273 + OC

الدرجات تقسيمات مقاديرمتساوية . المقاسين في

إلى 200Cحول كلفن .

K = 273 + OC

K = 273 + 20

K = 293

المنتقلة الطاقة تقاسكميةالجول بوحدة (J) كحرارة

المقصود ما؟ بالحرارة

D تلقائيا تنتقل للطاقة صورةدرجة في أعلى جسم من

إلى في حرارته أقل جسمحرارته . درجة

تعتمد التي العوامل ماالمنتقلة الطاقة كمية عليها

؟ التغير خالل كحرارةطبيعة- 1

المادة .المادة- 2 كتلة.في- 3 التغير مقدار

الحرارة . درجة

الحرارة عرف؟ لرفع النوعية الالزمة الطاقة كمية

من واحد جرام حرارة درجةأو واحد مئوية درجة المادة

. D واحدا كلفنا

تحت النوعية الحرارة تقاسورمزها ثابت .Cpضغط

Cp =q

m × ΔT

qأو المنطلقة الطاقة

الممتصة .m العينة كتلة

(g ) ΔT

درجتي بين الفرقاالبتدائية الحرارة

والنهائية .

ΔT = T2 - T1

T2الحرارة درجة

النهائية .T1

الحرارة درجةاالبتدائية .

النوعية الحرارة احسبمنها تمتصعينة لمادة

من J 48كمية g 35كتلتها تسخينها عند الطاقة

المعط .K 313إلى K 293منى :

q =

48 J

m =

35 g

T1 =

293 K

313 K

T1 =

المعطى :

q =

m =T2

ΔT = T2 - T1

ΔT = 313 - 293 = 20 K

Cp =q

m × ΔT

Cp = 48 J

35 g × 20 K = 0.069 J/g.K

أضيف الطاقة 980KJإذا مندرجة 6.2Lإلى عند الماء من

الحرارة K 291 حرارة درجة فماكثافة أن Dعلما للماء النهائية

النوعية 1g/Lالماء وحرارته=4.18 J/g.K

=

المعطqى : =

V =T1

980 KJ

6.2 L291K

Cp = 4.18 J/g.K

المجهول :

T2

D = 1 g/mL

q = 980 KJ × 1000 J1 K

= 980 000J

m = D × V

=V 6.2 L × 1000 mL1 L

= 6200 mL

=m 1 g/mL × 6200 mL

=m 6200 g

ΔT= q

m × Cp

ΔT= 980 000J

6200 g × 4.18 J/g.K

ΔT= 38 K

ΔT = T2 - T1

T2 ΔT = + T1

T2 = 38 K + 291K

T2 = 329 K

Cp Dاحسب علما االنديوم لمعدنيمتص mol 1.0أن J 53منه

من حرارته درجة ترتفع عندما297.5 K 299.5إلى (In = 114)

=

المعطى :

q =عدد الموالت =

T1

53 J

1.0mol297.5K

Cp = ? J/g.K

T2 = 299.5 K

1.0 mol In= 114.gالمجهو

ل :

= m

ΔT = T2 - T1

ΔT = 299.5 - 297.5

= 2 KΔT

Cp =q

m × ΔT

Cp =35 J

114 g × 2 K

= 0. J/g.K

حرارة الطاقة التفاعل كمية هي

المنتقلة أو) الممتصة

أثناء( المنطلقةالتفاعل

الكيميائي .

ΔH

المحتوى في التغيرالطاقة الحراري كمية هي

المنطلقة أو الممتصةمن حرارة صورة علىخالل معين نظام قبل

تحتضغط عمليةثابت .

ΔH

ΔH = H نواتج -H

متفاعالت

H نواتج

الحراري المحتوىللنواتج H

الحراري متفاعالت المحتوىللمتفاعالت

ΔH المحتوى في التغيرالحراري

2H2)g( + O2)g(2H2O)g(

السابق التفاعل حدوث عندالطاقة = من كمية تنطلق

حرارة 483.6 درجة الطاقة K 298عند كمية عن يعبر وبالتاليالتفاعل خالل المنطلقة

التالية : بالمعادلة2H2)g( +O2)g( 2H2O)g( + 483.6 kJ

2H2)g( +O2)g( 2H2O)g( + 483.6 kJ

المعادلة 483.6تنطلق :منkJ الطاقة تكون من 2عند

mol الماء بخار من : الطاقة من كم س

تكون ينطلق 4عندmol ؟ الماء بخار من

2× 483.6 kJ

: الطاقة من كم ستكون ينطلق 1عند

mol ؟ الماء بخار من

½× 483.6 kJ

الكيميائية المعادلةكمية الحرارية : تتضمن التي المعادلة

المنطلقة أو الممتصة الطاقةالتفاعل أثناء كحرارة

الطاردة الكيميائي . التفاعالت فيالحرارة كمية تكتب للحرارة

المواد جهة اليمين علىللحرارة الناتجة . الماصة التفاعالت في

على الحرارة كمية تكتبالمتفاعلة . المواد جهة اليسار

أو ) طارد التفاعل نوع حدد: ) للحرارة ماص

3CO)g( +Fe2O3)S(

2Fe)S( + 3CO2)g( + 24.7 kJ

I2)S(I2)g(+ 24.7 kJ

طارد التفاعل Dإذاللحرارة .

ماص التفاعلللحرارة

التفاعالت فيللحرارة الطاردة

الحرارة كمية تكتبجهة اليمين على

الناتجة الموادقيمة ΔHوتكون

أي . ΔH > 0سالبة

التفاعالت فيللحرارة الماصة

الحرارة كمية تكتبجهة اليسار علىالمتفاعلة المواد

قيمة ΔHوتكونأي . ΔH < 0موجبة

: قيمة حدد تفاعل ΔHس لكليلي : )3CO)gمما +Fe2O3)S(

2Fe)S(+ 3CO2)g( + 24.7 kJ

طارد ماصأم التفاعل هلطارد للحرارة . التفاعل Dً

سالبة ΔHهل للحرارة . أم موجبة؟ التفاعل لهذا

سالبة . قيمة تكون لهذا ΔHكم

؟ التفاعل- 24.7 kJ

I2)S(I2)g(+ 24.7 kJ

طارد ماصأم التفاعل هلماص للحرارة . التفاعل Dً

للحرارة .سالبة ΔHهل أم موجبة

؟ التفاعل موجبلهذاقيمة ة . تكون لهذا ΔHكم

؟ التفاعل+ 24.7 kJ

س :

التالية: المعادالت كتابة أعد سقيمة DمضمناΔH المتفاعالت جانب

النواتج : )2Mg)Sأو +O2)g(2MgO)S(

ΔH = -1200 kJسالبة ΔHهل- 1 أم موجبة

؟ التفاعل لهذاسالب

ة . ماصأم- 2 التفاعل هل؟ للحرارة طارد

طارد. الطاردة- 3 التفاعالت فيكمية تكتب أين للحرارة

؟ الحرارةجهة

النواتج .2Mg)S( +O2)g( 2MgO)S( +1200 kJ

مسار التفاعل الحرا

ري

التفاعل سير

قطاال ة

المتفاعالت

النواتج

الطاقة االبتدائية

الطاقة النهائية

ΔH

-500

-300

ΔH =الطاقة النهائية

- الطاقة االبتدائية

ΔH = -500 - -300 = -200ΔH التفاعل وبالتالي سالبة

للحرارة طارد

التفاعل مسارالحراري :

التفاعل سير

قطاال ة

المتفاعالت

النواتج

الطاقة االبتدائية

الطاقة النهائية

ΔH

ΔH التفاعل وبالتالي موجبةللحرارة

ماص

المعادالت استخدام عندالحرارية :الكيميائية عدد- 1 المعامالت تمثل

عدد تمثل وال الموالت. D مطلقا الجزيئات

المعامالت : كتابة يمكن عللالمعادالت في ككسور؟ الحرارية عدد* الكيميائية المعامالت تمثل ألنها

عدد تمثل وال الموالت. D مطلقا الجزيئات

الحالة- 2 كتابة يجبللمتفاعالت الفيزيائية

في- 3 . والنواتج التغير يتناسبعدد مع Dطرديا الطاقة

الخاضعة المادة موالتالطاقة- 4للتغير . تغير ΔHقيمة

درجة ال بتغير عادة تتأثرالحرارة .

التكوين حرارةالمولية

الذي الحرارة تغيرتكون لدى يحصل

واحد من مولمن عناصره مركبحالتها األولية في

عند 250Cالقياسية 1atm وضغط

ΔH0

f

التكوين حرارةالمولية

حالتها في للعناصرصفر = . القياسية

ΔH0

f

المستقرة المركباتحرارة تكون Dجدا

قيم ذات لها التكوينكبيرة . سالبة

ΔH0

f

غير المركبات D تماما المستقرة

التكوين حرارة تكونموجبة قيم ذات لها

كبيرة . غير المركبات

تكون المستقرةلها التكوين حرارةأو موجبة قيم ذات

قليلة . سالبة

0 +-

يزداد االستقرار

المركبات Dتصاعديا رتبحسب التالية

التكوين) حرارة استقرارهاkJ/mol ) قوسين بين

HI )+26.5( , C2H2 ) +226.7(

HgC2N2O2)+270( CO2 )-393.5(الترتي

ب :أقلهاHgC2N2O2ثم

C2H2 ثHIم

ثم

CO2

حرارة االحتراق

ΔHc المنطلقة الحرارة

الكامل االحتراق لدىواحد من لمول

لتحديد المادة . الشائع الجهازاالحتراق حرارة قيم

كالوريمتر هو االحتراق .

حرارة حسابالتفاعل

ΔH : قيمة هس قانونالمحتوى في التغير

ألي ΔHالحراري كيميائي تفاعل

تم ثابتة سواءفي خطوة التفاعل

في واحدة عدة أو . خطوات

حرارة حساب خطوات: التفاعل اعكسمعادلة- 1

يلزم . حيث التفاعلتنعكسإشارة) وبالتالي

ΔH)

معامالت- 2 اضرببأعداد المعادالت

تعطي بحيث بسيطةالمعادلة جمعها عندالمطلوبة الكيميائية

بنفس ΔHتضرب) العدد (

غاز: تكوين حرارة احسب سغاز عنصريه من الميثان

الصلب الهيدروجين والكربوندرجة باستخدام 298Kعند

التالية : والمعلومات المعادالتC)s(+O2)g( CO2)g(

H2)g(+ ½O2)g( H2O)l(

ΔH =c

- 393.5kJ

ΔH =c

- 285.8kJ

CH4)g(+ 2O2)g( CO2)g(

+2H2O)l(

ΔH = c

- 890.8kJ

المعادلة كتابة)C)sاألصلية : +2H2)g(

CH4)g( ΔH = ?f معادلة كل بين قارن

األصلية األولى- 1والمعادلة المعادلتان تبقىتعكس بينما هي كما والثانية

الثالثة Cالمعادلة +O2 CO2

H2 + ½O2 H2O

ΔH =c

- 393.5kJ

ΔH =c

- 285.8kJ

CO2 +2H2O CH4+ 2O2

ΔH =

+ 890.8kJ

2 ( ب- الثانية المعادلة ( 2تضربالمعادلة من كل تبقى بينما

والثالثة هي األولى .كماC +O2 CO2 ΔH =

c

- 393.5kJ

H2 + ½O2 H2O ΔH =c

- 285.8kJ2H2+ O2 2H2O2×- 285.8kJ

CO2 +2H2O CH4+ 2O2

ΔH =

+ 890.8kJ

الثالثة : -3 المعادالت جمع

C +O2 CO2 ΔH = - 393.5kJ

ΔH=2H2+ O22H2O - 571.6 kJ

CO2 +2H2O CH4+ 2O2

ΔH =

+ 890.8kJ

C

+2H2

CH4

ΔH f

=)-393.5(+)-571.6(+)+ 890.8(=-74.3kJ

نموذجية ص 2 – 5مسألة136

حرارة حساب: التكوين

لـ التفاعل و COحرارةCO2

0 kJ+O2C

+ ½O2C

CO2

ΔH = - 110.5 kJ

ΔH = - 283.0 kJ

-393.5 kJ

ΔH = + 283.0 kJ

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

- 325.1 kJ

- 186.2 kJ

? kJ

,Cl2Sn

SnCl2

SnCl4

150ص 35

Sn + Cl2 SnCl2 ΔH = ?

SnCl2 + Cl2 SnCl4 ΔH = ? Sn + 2Cl2 SnCl4 ΔH = ?

5القسم الدافعة 2- القوى

للتفاعالت

لتوقع المعتمدان العامالن ما؟ كيميائي تفاعل حدوث

نظام- 1 طاقة في التغيرفي- 2التفاعل . الجسيمات عشوائية

النظام .

الحراري المحتوى في التغيرالتفاعل إلى والميل

الكيميائية* التفاعالت معظمتفاعالت هي الطبيعة في

للحرارة . من* طاردة أقل النواتج طاقة وتكونالمتفاعالت مقاومة* طاقة أكثر النواتج وتكون

من Dاستقرارا وأكثر للتغيرأن : المتفاعالت . للتفاعل الطبيعي الميل

األدنى الحالة اتجاه في يحدثالطاقة . من

التفاعالت أن كثيرون يعتقدتحدث ال للحرارة الماصة

؟ لماذا ، أعلى تلقائيا كامنة طاقة للنواتج ألنمن أقل واستقراريةاألصلية . المتفاعالت

والميل االنتروبيالتفاعل إلى

الماصة العمليات من االنصهار . D طبيعيا تحدث التي للحرارة

في * Dتلقائيا يحدث الثلج انصهارالغرفة . حرارة درجة

ترتيبها* الماء جزيئات تفقدالسيولة حالة وتتكون المنتظم

وذات Dانتظاما األقل الترتيب ذاتاألعلى . الطاقة محتوى

إلى حالة من النظام ينتقل لماذاالمحتوى في تغير دون أخرى

الحراري؟ - في للزيادة ج

االنتروبي .الذي : النظام العشوائي النظام

الترتيب إللى مكوناته تفتقرالمنتظم .قياسدرجة : Sاالنتروبي

نظام في الجسيمات عشوائية معين .

عشوائيةجسيمات الغاز

عشوائية

جسيمات السائل

أكثر

عشوائية

جسيمات الصلب

قاعدة عامة :انتروبي الغاز

انتروبي السائل

أكثر

أكبر

انتروبي الصلب

أكبر

النقي = البلوري الصلب انتروبيالمطلق .0 الصفر درجة عند

زيادة إلى تؤدي الطاقة زيادةالجزيئات حركة عشوائية

في التغيرهو : االنتروبي

النواتج انتروبي بين الفرقالمتفاعالت . وانتروبي

ΔS = النواتج

S - المتفاعالت

Sعند االنتروبي تكوين تزدادلماذا؟ Dغالبا المحاليل

الغازات* . مزجسائل* في سائل إذابة

.صلبفي* إذابة

سائل .

لزيادة- جأمثلالعشوائية .

ة :

السكر ذوبان عند االنتروبي تغيرالشاي : في

قبل* الذوبان :

االنتروبي منخفضة .

السكر جسيماتصلبة .بعد*

الذوبان :تزداد

االنتروبي .جميع في السكر جزيئات تتحرك

العشوائية . فتزداد المحلول

السكر ذوبان عندالشاي ΔSفي

تأخذ قيمة

موجبة

نفساألمر يحدثخلط : عند

صلب - نظامΔSسائل :

تأخذ قيمة

موجبة

بعضها* . مع غازات

بعضها . مع سوائلحيث ΔSتكون

موجبة

الطاقة الطبيعة Gالحرة في العمليات تحدث

اتجاهين : فيمن- 1 األدنى الحد

الطاقة .من- 2 األعلى الحد

العشوائية .العامل يحدد تعارضهما عند

التغير . وجهة الغالب

الطاقة تعريفG الحرة

جيبس طاقة أوفي الحرة التغير تربط التي الدالة

باالنتروبي الحراريالطاقة في التغير تعريف

بين ΔG الحرة ضرب ΔH الفرق وحاصلتغير في بالكلفن الحرارة درجة

أي TΔ SاالنتروبيΔG0 = ΔH0 - TΔS0

عادة الطبيعية العمليات تحدثالحرة الطاقة تقليل اتجاه في

للنظام .إذا

كانت ΔG < 0 يكون

التفاعلتلقائDيا لكل يمكن

ΔH0منو

ΔS ، موجبة أو سالبة Dقيما يأخذ أن

أربعة لتكوين يؤدي ممااحتماالت .

D أوال:ΔH0

سالبة

ΔS

موجبة

طارد تفاعلللحرارة

عشوائية أكثر

ΔG0 = ΔH0 - TΔS0

ΔG0 = - - )+( = -

ΔG < 0 يكونالتفاعل

تلقائ D يا

D دائما

D ثانيا:ΔH0

سالبة

ΔS

سالبة

طارد تفاعلللحرارة

عشوائية أقل

ΔG0 = ΔH0 - TΔS0

ΔG0 = - - )-( = ?

الحرارة درجات Tحسب

الحرارة درجات Tعند المنخفضة

تكون

ΔG0

سالبة يكون التفاعل

تلقائ D يا

D ثالثا:ΔH0

موجبة

ΔS

موجبة

ماص تفاعلللحرارة

عشوائية أكثر

ΔG0 = ΔH0 - TΔS0

ΔG0 = + - )+( = ?

الحرارة درجات Tحسب

الحرارة درجات Tعند المرتفعة

تكون

ΔG0

سالبة يكون التفاعل

تلقائ D يا

D رابعا:ΔH0

موجبة

ΔS

سالبة

ماص تفاعلللحرارة

عشوائية أقل

ΔG0 = ΔH0 - TΔS0

ΔG0 = + - )-( = +

ΔG > 0يكون التفاعل

غير تلقائي

D دائما

ΔHΔSΔGطبيعة التفاعل

سالطارد بة

للحرارة

موجبأكثر ة

عشوائية

سالب

ة دائمDا

تلقائي

D دائما

سالبة

طارد للحرارة

سالبة

أقل عشوائية

سالبة

الحرارة درجات عندالمنخفضة

تلقائي

موجبة

ماص للحرارة

موجبة

أكثر عشوائية

سالبة

الحرارة درجات عندالمرتفعة

تلقائي

موجبة

ماص للحرارة

سالبة

أقل عشوائية

موجبة دائمDا

غير تلقائي

D دائما

نموذجية مسألة5 - 5

االجابة اخترالصحيحة 1 -D استقرارا المركبات أكثر

بوحدة ) التكوين حرارة DحرارياkJ/mol )

CaO= -635

CuO= -157

NO2= -635

C2H2= -635

الفرق- 2 يمثل التالية الرموز أيبين الحراري المحتوى في

؟ والمتفاعالت النواتج

ΔHΔSΔGΔTلرفع- 3 الالزمة الحرارة كمية

حرارة مادة (1g)درجة منتسمى :(1K)أو (1c)بمقدار الحرارة النوعية

الطاقة الحرارية السعة

الحراريةحرارة التكوين

عند- :4 االنتروبي تنخفضخفض الضغط

خفضدرجة الحرارة درجة رفع

الحرارةتحريك النظام

تخفض- 5 التالية العمليات أي؟ تجميد االنتروبيالسائل

في سائل إذابةسائل مزج

الغازاتصلبفي إذابة

سائل

صحيحة- 6 التالية العبارات أي؟ المقابل بالشكل يتعلق فيما

E

393

.5kJ

/

mo

lC+O2

CO2

ماص التفاعلللحرارة

للتفاعل ΔHقيمة سالبة أكبر العكسي للنواتج الحراري المحتوى

المتفاعالت حرارة من يمثل األمامي التفاعلCO2تكوين