الكيمياء الحرارية هي أحد فروع الكيمياء المعنية بدراسة الخصائص الحرارية للتفاعلات الكيميائية، واليوم سنقوم بإعداد بحث حول المعادلات الحرارية الكيميائية.
مقدمة في دراسة المعادلات الحرارية
استخدم أنطوان لافوازييه سيمون لابلاس أول مسعرات جليدية في العالم عام 1782 لاكتشاف الحرارة التي تحولت بفعل التغيرات الكيميائية المختلفة، واستندت حساباتهم إلى اكتشافات جوزيف بلاك المبكرة للحرارة الكامنة، وكانت هذه التجارب بمثابة بداية للكيمياء الحرارية .
الكيمياء الحرارية هي دراسة الإجراءات الحرارية التي تصاحب التفاعلات الكيميائية، وبعض هذه التفاعلات تطلق حرارة طاردة للحرارة، مثل احتراق الفحم في الهواء.
ينتج عن هذا التفاعل ارتفاع في درجة الحرارة، وبعضها ماص للحرارة، مثل تفاعل حرق الفحم مع بخار الماء، وفي بعض الحالات النادرة، يكون التأثير الحراري غائبًا تمامًا.، وكذلك تفاعل الكحول مع الخل، مما يؤدي إلى ما يعرف بالسترة.
يمكن رؤية حرارة التفاعل بالدرجة T، وهي كمية الحرارة المقدرة بالجول، والتي تنتشر أو تمتص أثناء التفاعل، وتبادل المكونات المتفاعلة ونواتجها في الوسط الخارجي بعد أن تعود هذه المواد. لدرجة الحرارة T التي بدأ عندها التفاعل.
وهو ما يسمى بالنظر إلى كمية الحرارة وهي كمية جبرية سالبة لجميع التفاعلات التي تنشر الحرارة، وموجبة لجميع التفاعلات التي تمتص الحرارة.
الكيمياء الديناميكية الحرارية والفيزيائية هي دراسة إطلاق أو امتصاص الحرارة من خلال تفاعل كيميائي، وتهتم بشكل عام بعملية التبادل الحراري مع مرافق التغيير والخلط والتحول والتفاعل الكيميائي، وما إلى ذلك حتى الآن.
تتضمن هذه الحسابات عدد شروط السعة الحرارية وحرارة الاحتراق وحرارة التكوين.
انظر أيضًا: ما هو تصنيف التفاعلات الكيميائية وأنواعها المختلفة
القوانين التي تعتمد عليها الكيمياء الحرارية
قانون لافوازييه وفالابلاس
- تم التوصل إلى هذا القانون في عام 1782 م، وينص على أن التبادل الحراري المصاحب للتغيير = عكس التبادل الحراري المصاحب للتغيير في الاتجاه المعاكس.
قانون هيس
- صدر هذا القانون عام 1840 م، وينص على أن التبادل الحراري المصاحب للتغيير هو نفسه سواء حدث في عملية واحدة أو عدة خطوات.
حرارة التفاعلات
- يشير تطبيق المبدأ الأول للديناميكا الحرارية “R: الحركة الحرارية” على التفاعل إلى القانون الذي ينص على أن الحرارة المصاحبة لأي مفاعل مرتبطة بحالتين، حالة أولية وحالة نهائية.
- هذا هو المسار المستقل، “طبيعتها وعدد مراحلها، على سبيل المثال،” طالما أن التفاعل يبدأ عند ضغط ثابت أو حجم ثابت.
- تتبع التفاعلات تقريبًا أيًا من هذه الظروف، لأنها تحدث بحجم ثابت عند تنفيذها في مفاعل مغلق مثل محرك الاحتراق الداخلي، أو عندما يكون عدد المنتجات هو نفسه حالة المواد المتفاعلة (جميع المواد، سواء كانت صلبة أو سائلة، لها كتل متساوية الحجم، أو في حالة الغازات.
- إذا كان عدد مولات التفاعل الداخلي يساوي عدد مولات النتائج)، مثل جميع التفاعلات التي تحدث تحت الضغط الجوي، تحدث هذه التفاعلات تحت ضغط ثابت.
- وللتفريق بين الحالتين، يمكننا البدء من التغيير في الطاقة الداخلية U ▲ للمتفاعلات التي تؤدي إلى التفاعل في هذه العلاقة U = W ▲
- يعبر Q و W عن الحرارة والعمل المتبادل للوسائط الخارجية، وهذا العمل ناتج عن قوة الضغط W = -P. ▲ v، وهنا يمكن قياس كمية الحرارة بطريقتين، وهما:
انظر أيضًا: مقال عن تأثير المواد الكيميائية المسببة للسرطان على انقسام الخلايا وتكاثرها
حجم ثابت
- لا توجد فيه قوة ضغط، ولحرارة التفاعل كمية ثابتة، Qv، والتي تساوي التغير في طاقة النظام الداخلي = U ▲ Qv.
ضغط مستمر
- في هذا، يرتبط التغير في درجة الحرارة، QP، بالتغيير في التسلسل الحالي “t”.
مصطلحات مهمة لكتابة حرارة التفاعلات
- ملاءمة التفاعلات الكمية الحرارية النوعية للمواد المتفاعلة أو المنتجة، ويمكن العثور على هذه الكمية في معادلات التفاعلات، أي بمضاعفة المعادلة تتطلب أيضًا مضاعفة الحرارة المصاحبة.
- في حالة تكوين المركب بدءًا من عناصره، يتم أخذ المتطلبات القياسية للتكوين بواسطة حرباء للمركب، ويعني المعيار أنه يتم قياسه عند درجة K298 K بالإضافة إلى ضغط B1 Bar.
- في حالة التفاعل العكسي، تتم كتابة القيمة المقابلة في الاتجاه المباشر.
- يفضل تحديد الحالة الفيزيائية لمواد التفاعل على أنها “الحالة الصلبة – الحالة السائلة – الحالة الغازية”.
- إذا لم يتم ذكر درجات الحرارة في بداية التفاعل، فإنها تساوي K298 K، وهذا يعني أن مواد التفاعل تؤخذ في هذه الدرجة كمنتجات نهائية، أو أثناء التفاعلات، يمكن تغيير درجات حرارة النظام في أي اتجاه.
معادلة حرارية كيميائية
هذه هي المعادلة الكيميائية المتوازنة التي تحدد التغير في المحتوى الحراري المقاس بالكيلوجول. عند كتابة المعادلات الحرارية، يؤخذ في الاعتبار ما يلي:
- عدد المولات في المعادلة المشار إليها في أرقام التوازن.
- اكتب لحالة المادة عن طريق التفاعل لأن المحتوى الحراري للمادة يتبع حالتها.
- نظرًا لأن المحتوى الحراري للمادة يتبع درجة الحرارة، فيجب كتابتها في المعادلة، إذا كانت خارج درجة الحرارة المتفق عليها “25 درجة مئوية”، وهي حوالي 298 درجة كلفن.
انظر أيضًا: البحث في الطاقة والتغيرات الكيميائية
نهاية البحث عن المعادلات الحرارية الكيميائية
عند كتابة معادلة كيميائية حرارية، يمكنك تضمين كمية الحرارة في المواد التي تتفاعل أو تنتج، لكن العلماء يتفقون على أنه يجب كتابة المحتوى الحراري بالقرب من المعادلة في شكل منفصل.
بعد الانتهاء من موضوع بحث حول المعادلات الحرارية، يمكنك مشاركته على جميع وسائل التواصل الاجتماعي.