المحتوى الحراري - الصيغة والمثال

لقد تعلمنا عن الانثالبي . عندما يكون لدينا ضغط ثابت، نستخدم المحتوى الحراري. عند ضغط ثابت، حددنا المحتوى الحراري بالحرارة المتساوية . ولذلك، فإنه لا يأخذ في الاعتبار حجم الضغط العمل . بدلًا من ذلك، فهو يعطينا مقياسًا ما لانتقال الطاقة بين الطاقة الحركية والطاقة الكامنة. إذا كان التفاعل طاردًا للحرارة ، فإن بعض الطاقة الكامنة تتحول إلى طاقة حركية. الزيادة في الطاقة الحركية تساوي ارتفاع درجة الحرارة . في التفاعلات الماصة للحرارة، يتم نقل الطاقة الحركية إلى طاقة محتملة. انخفضت درجة الحرارة.

الآن، سوف ندرس كيفية حساب التغيرات في المحتوى الحراري.

طرق حساب الانثالبي

هناك أربع طرق لحساب التغيرات في المحتوى الحراري. وهي مدرجة أدناه. سوف ننظر في كل منهما. كل عملية مختلفة قليلا. لكن يجب أن يحصلوا جميعًا على نفس النتائج. قد يكون المرء أكثر ملاءمة لمشكلة واحدة. لكن سؤال آخر قد يكون أفضل لسؤال آخر. ولكن، يمكنك فقط تعلم الطريقة التي تفضلها واستخدامها في كل مرة.

المحتوى الحراري للمواد وتغيرات الطور: $s = m c_{p} d t$ .
طاقة الفرقة
قانون هيس
المحتوى الحراري للتكوين

المحتوى الحراري لمواد التسخين وتغييرات الطور

عند ضغط ثابت، المحتوى الحراري يساوي الحرارة. تذكر أن الحرارة هي انتقال الطاقة الناتج عن اختلاف درجات الحرارة. إذًا، ما هو الشكل الأساسي لتغير المحتوى الحراري؟ تسخين شيء ما من درجة حرارة إلى أخرى.

لنفترض أننا نريد تسخين 50.0 جم من الماء. لنبدأ عند 25.0 درجة مئوية وننتهي عند 50.0 درجة مئوية. نريد أن نعرف الطاقة (الإنثالبي) اللازمة لمضاعفة درجة الحرارة. لحسن الحظ، لدينا معادلة بسيطة، $s = m c_{p} d t$ .

$س$ هي الحرارة
$المتر$ هو كتلة مادتنا. في هذه الحالة، هو 50.0 جم من الماء.
${JP هي}_{السعة}$ الحرارية المحددة عند ضغط ثابت. بالنسبة للماء السائل، هذا $هو$ $4.18 \frac{جم}{\times}$ .
$د$ هو $التغير في درجة الحرارة$

كملاحظة جانبية، الاستخدام الشائع لهذه المعادلة هو تسخين المواد أو المحاليل النقية . لكن عندما ندرس قياس السعرات الحرارية ، يمكننا استخدامه في التفاعلات الكيميائية. في قياس السعرات الحرارية، علينا أن نحدد نظامنا بشكل محدد للغاية. ونحتاج إلى معرفة السعة الحرارية النوعية للمسعر .

دعونا نحل المشكلة.

$D H = C = 50.0 جم \times 4.18 \frac{جم}{^{o}} \times (50.0 - 25.0)^{o} C = 5225.0 جم $

يمكننا أيضًا حل مشاكل المحتوى الحراري لتغيرات الطور . لكن علينا أن نفكر في مخططات تغير الطور . هناك خطان مستقيمان عند نقطتي الانصهار والتبخر . لكن درجة الحرارة لا تتغير. إذا استخدمنا $s$ $=$ $m$ $c$ $_{p}$ $d$ $t$ ، فإن الطاقة ستكون صفرًا. هذا لا يبدو صحيحا. ولحسن الحظ، تمكن الكيميائيون تجريبيًا من تحديد المحتوى الحراري للانصهار والتبخر. علينا فقط أن نبحث عنهم.

لذلك دعونا نحصل على 50.0 جرامًا من الجليد من ذلك $- 2^{درجة} مئوية$ إلى $101^{درجة} مئوية$ .

أولاً ، نقوم بتسخين الثلج $من 2^{درجة} مئوية$ إلى $0^{درجة} مئوية.$ $السعة$ الحرارية النوعية للثلج هي $2.03 \frac{جم}{\times}$

$D H = C = 50.0 جم \times 2.03 \frac{جم}{\times^{O} C} \times (0 - (- 2))^{o} C = 203.0$ جم $.$

ثم نقوم بإذابة الجليد. $المحتوى$ الحراري القياسي للانصهار هو $333.55 جم$ .

$D H = S = H_{m H L T} \times m = 333.55 \frac{g}{g} \times 50.0 g = 16677.5 g$

الآن يمكننا تسخين الماء السائل إلى نقطة الانصهار.

$D H = C = 50.0 جم \times 4.18 \frac{جم}{^{o}} \times (100.0 - 0.0)^{o} C = 20900.0 G $

الآن علينا أن نحول الماء السائل إلى بخار . نحن نستخدم المحتوى الحراري القياسي للتبخر. هذا هو $2260.0 \frac{جرام}{جرام}$ .

$$\Delta H=Q=H_{vap}\times m=2260.0 \frac{J}{g}\times 50.0g=113000 J$.

وأخيرًا ، يمكننا زيادة درجة حرارة البخار ${من 100}^{درجة} مئوية$ إلى $101^{درجة} مئوية.$

$D H = C = 50.0 جم \times 1.996 \frac{جم}{^{o}} \times (101.0 - 100.0)^{o} C = 99.8$ جم.

إذا جمعنا كل الخطوات، فسنحصل على المحتوى الحراري الإجمالي.

$D H = S = 99.8 G + 113000 G + 20900.0 G + 16677.5 G + + 203.0 G = 150880.3 G$

طاقة الفرقة

وهكذا نرى أنه يمكننا حساب حرارة المادة. ولكن ماذا عن المحتوى الحراري للتفاعلات الكيميائية ؟ هناك عدة طرق. لكن واحدة من أبسطها هي طاقات الروابط. وقد حدد الكيميائيون الطاقة اللازمة لكسر العديد من الروابط المختلفة. يستغرق الطاقة لكسر الروابط . كسر الروابط هو بالوعة الحرارة. لكنها تطلق الطاقة لتكوين رابطة. تذكر أن الطاقة الأقل هي الأكثر استقرارًا. ولذلك، فإن تكوين الرابطة طارد للحرارة.

من السهل تذكر صيغة طاقة الرابطة. يمكننا البحث عن قيم لكسر وتكوين الروابط. ومع ذلك، فإن جميع المحتوى الحراري للروابط مخصص للغازات . لذلك، إذا كان لديك سائل، عليك إضافة حرارة التبخر.

$D H = SH_{B}_{r}_{o}_{k}_{h}_{n} - SH_{للمتر}_{H}_{D}$ . $_{}$ $_{}$ $_{}$

دعونا نلقي نظرة على احتراق الميثان.

$CH 4_{(} + 2 O_{2 (جم)} \to CO 2 (جم) + 2 H_{2} O_{(}_{ل}_{)}$

مكسور: – 4 CH – $4$ $x 415.5 kj \frac{m o}{l} 1662.0 kj m$ $o$ $l$ $-$ $2$ $O$ = O – $2$ $x$ $498.0$ $k$ $j$ $m$ $o$ $l$ $=$ $996.0$ $kj$ $m$ $o$ $l$

$الإجمالي$ : $2658.0 \frac{كجم}{/}$

مكون من: – $2$ $_{C}$ $=$ $O$ $-$ $2 x 805.0 \frac{kj}{m o L} = 1610.0 kJ m o L$ – $2 H_{2} O_{(L)}$ – $2 x D H_{v}$ $AP$ $_{=}$ $2$ $x$ $41$ $kJ$ $m$ $o$ $L$ $=$ $82.0$ $kJ$ $m$ $o$ $l$ – 4 OH – $4 \times 464.0 \frac{ك j}{m o l} = 1856.0 \frac{كجم j}{m o l}$

$المجموع$ : $3548.0 \frac{كجم جرام}{لتر}$

$D H = S_{P} = 2648.0 \frac{كجم Jm}{o} - 3548.0 كجم J m o L = - 890.0 كجم J m o L$

ولذلك، فإن احتراق الميثان طارد للحرارة. يطلق الطاقة. ماذا يحدث على المستوى الجزيئي؟ تحتوي المنتجات على طاقة أقل من المواد المتفاعلة. السندات تخزن الطاقة الكامنة. وبكسر الروابط، تم تحويل بعض طاقتها الكامنة إلى طاقة حركية. تؤدي زيادة الطاقة الحركية إلى زيادة في درجة الحرارة. الحرارة التي حسبناها هي معدل نقل الطاقة.

قانون هيس

لقد تعلمنا أن المحتوى الحراري هو وظيفة الدولة . ذلك يعتمد فقط على الشروط الأولية والنهائية. الطريق ليس مهما! ولذلك يمكننا تقسيم ردود الفعل إلى خطوات. نحتاج فقط إلى خطوات لإضافتها إلى رد فعلنا العام. يمكننا بعد ذلك إضافة المحتوى الحراري لكل خطوة لإيجاد المحتوى الحراري الإجمالي. وهذا مشابه لآليات رد الفعل . وتسمى هذه العملية قانون هيس. لحسن الحظ، حدد الكيميائيون المحتوى الحراري للعديد من التفاعلات المختلفة. لذا، كل ما علينا فعله هو البحث عن القيم.

دعونا نعود إلى احتراق الميثان.

$CH 4_{(} + 2 O_{2 (جم)} \to CO 2 (جم) + 2 H_{2} O_{(}_{ل}_{)}$

يمكننا كتابتها في خطوتين. كل خطوة عبارة عن معادلة كيميائية حرارية.

$CH 4_{(} + 2 O_{2 (g)} \to C O_{2} (g) + 2 H_{2} O_{(g)}$ $D$ $H$ $=$ $-802.0$ $كيلوجول$
$2 H_{2} O_{(g)} \to 2 H_{2} O_{(l)}$ $D H = -88.0 كجم$

وكما هو الحال مع آلية التفاعل، يمكننا إضافة معادلتين. نحن نقوم بتحييد أي جزيء يكون منتجًا ومتفاعلًا في نفس الوقت. نضيف أيضًا المحتوى الحراري.

$T o T L : CH 4_{(}_{g}_{)} + 2 O_{2}_{(}_{g}_{)} + 2 H_{2} O_{(}_{g}_{)} \to C O_{2} (g) + 2 H_{2} O_{(}_{g}_{)} + 2 H_{2} O (_{l}_{)}$ $د ح = - 802.0 كجم + - 88.0 كجم = - 890.0 كجم$ .

نلاحظ أن المحتوى الحراري لدينا هو نفس طريقة طاقة الرابطة.

المحتوى الحراري للتكوين

لقد حدد الكيميائيون أيضًا شكلاً فريدًا من أشكال المحتوى الحراري. نحن نسميها المحتوى الحراري القياسي للتكوين ( $D h_{f}^{o}$ ). هذا هو المحتوى الحراري لتكوين الجزيء من عناصره . استخدام المحتوى الحراري للتكوين هو تطبيق لقانون هيس. مرة أخرى، نبحث عن القيم ونجمع كل شيء.

دعونا نعود إلى احتراق الميثان.

$CH 4_{(} + 2 O_{2 (جم)} \to CO 2 (جم) + 2 H_{2} O_{(}_{ل}_{)}$

$CH 4_{(} \to C (C) + 2 H_{2 (g)}$ $D$ $H$ $_{f}$ $=$ $74.8$ $كجم$ $g$ $m$ $o$ $l$
الأكسجين هو عنصر ثنائي الذرة . وهي الآن في حالتها الأصلية. إذن $D H_{f} = 0$ .
${Cs} + O_{2 (g)} \to C O_{2 (g)}$ $D$ $H$ $_{f}$ $=$ $393.2$ $كجم$ $g$ $m$ $o$ $l$
$H_{2 (g)} + \frac{1}{2} O_{2 (g)} \to 1 H_{2} O_{l}$ $D H_{f} = 285.8 \frac{كجم g}{m o l}$

لاحظ أن تفاعلنا ينتج عنه مولان من الماء السائل. ولذلك، يجب علينا مضاعفة $D H_{f}$ .

$D H = S D H_{f (r h a j t a n t s)} - S D h_{f (p r o d إلى j t s)} = 74.8 كجم - 393.2 كجم - 2 \times 285.8 كجم = - 890.0$ كيلو جي

المحتوى الحراري – الصيغة والمثال

طرق حساب الانثالبي

المحتوى الحراري لمواد التسخين وتغييرات الطور

طاقة الفرقة

قانون هيس

المحتوى الحراري للتكوين

أجهزة إزالة الأيونات من الماء: كل شيء عن الماء منزوع الأيونات وتطبيقاته

القدرة على التصميم: مبدأ أساسي في التصميم والابتكار

تفاعل حمض الكبريتيك مع الماء.

التخثرات العضوية