الكيمياء الحرارية هي من الفروع الكيميائية المهتمة بدراسة الخصائص الحرارية الخاصة بالتفاعلات الكيميائية، والآن سنقوم بإعداد بحث عن المعادلات الكيميائية الحرارية.
مقدمة بحث عن المعادلات الكيميائية الحرارية
تم استخدام أول جهاز لقياس درجات الحرارة المنخفضة في العالم في عام 1782، عندما استخدم أنطوان لافوازيه سيمون لابلاس أول مسعر ثلجي، لقياس الحرارة التي تتغير بسبب التفاعلات الكيميائية المختلفة، واستندت حساباتهم على اكتشافات جوزف بلاك السابقة في الحرارة الكامنة، وكانت هذه التجارب بداية لمجال الكيمياء الحرارية.
علم الكيمياء الحرارية هو دراسة التفاعلات الكيميائية التي ترافقها العمليات الحرارية، وبعض هذه التفاعلات تنتج حرارة كالاحتراق الهوائي للفحم.
وينتج عن هذا التفاعل ارتفاع في درجات الحرارة، والبعض الآخر يكون ماصا للحرارة Endothermic مثل تفاعل الفحم المشتعل مع بخار الماء، وفي حالات نادرة يمكن أن يكون الفعل الحراري معدوما تماما، وهذا يحدث في تفاعل الكحوليات مع الخل والذي ينتج عنه ما يعرف بالاستر.
توجد درجة الحرارة المرتبطة بالتفاعل عند درجة T، وهي الكمية المحسوبة بالجول للحرارة التي تنتقل أو تمتص أثناء التفاعل المتبادل بين المواد المتفاعلة ومنتجاتها مع البيئة الخارجية، عندما تعود جميع هذه المواد إلى درجة T التي يبدأ فيها التفاعل.
ويشار إلى المقدار المتغير للحرارة بمصطلح كمية الحرارة، حيث تكون سالبة في جميع التفاعلات التي تفرز حرارة، وموجبة في جميع التفاعلات التي تمتص الحرارة.
الكيمياء الحرارية بالديناميكا الحرارية والكيمياء الطبيعية هما مجال دراسة إطلاق الحرارة أو امتصاصها في التفاعلات الكيميائية، وتركز بشكل عام على تبادل الحرارة خلال التحولات، والخلط، وتغير الحالة، والتفاعلات الكيميائية، وما إلى ذلك.
تتضمن هذه الحسابات الكميات من حيث السعة الحرارية والحرارة للاحتراق والحرارة للتشكيل.
شاهد أيضًا: ما هو تصنيف التفاعلات الكيميائية وأنواعها المتعددة
القوانين التي تعتمد عليها الكيمياء الحرارية
قانون لافوازييه ولابلاس
- تم التوصل إلى هذا القانون عام ١٧٨٢، ويقول إن التبادل الحراري الذي يصاحب التحول = عكس التبادل الحراري الذي يصاحب التحول بالجهة المعاكسة.
قانون هس
- تم اكتشاف هذا القانون في عام 1840م، ويقول إن التبادل الحراري المرافق للتحول هو نفسه سواء تم في خطوة واحدة أو عدة خطوات.
حرارة التفاعلات
- بتطبيق مبدأ ترموديناميك الأول ” ر: تحريك حراري” فيما يتعلق بالتفاعل يشير إلى القانون الذي ينص على أن الحرارة المصاحبة لأي مفاعل تتعلق بحالتين، حالة البداية وحالة النهاية.
- تعتبر طبيعة المسار المستقل `سلوكا، وتتضمن عدة مراحل، على سبيل المثال، يمكن بدء التفاعل بالضغط الثابت أو بالحجم الثابت.
- التفاعلات تتوافق بشكل عملي مع أي من هذه الشروط، فستحدث بحجم ثابت إذا تمت بواسطة المفاعل المغلق مثل محرك الاحتراق الداخلي، أو إذا كان حجم المنتجات متماثلا بحجم المواد المتفاعلة (سواء كانت صلبة أو سائلة ذات كتل متقاربة، أو في حالة الغازات).
- إذا كان عدد المولات الداخلية في التفاعل يساوي عدد المولات في المنتجات، فإن جميع التفاعلات التي تحدث تحت ضغط جوي ثابت.
- للتفريق بين الحالتين يمكن بدء التغيير في الطاقة الداخلية U▲ للمواد المتفاعلة، ويتم ذلك عن طريق التفاعل وفقا للعلاقة U=W▲
- يمثل Q و W الحرارة والعمل المتبادل مع البيئة الخارجية، ويتم حساب هذا العمل من خلال القوة الناتجة عن الضغط W = -P.▲v، ويمكن قياس كمية الحرارة بطريقتين:
شاهد أيضًا: مقال حول تأثير المواد الكيميائية المسرطنة على انقسام وتكاثر الخلايا
الحجم الثابت
- وفي هذه الحالة، تنعدم قوة الضغط والحرارة المرتبطة بالتفاعل، وحجمها الثابت هو Qv لتساوي تغير طاقة الجملة الداخلية = U▲Qv.
الضغط الثابت
- وفيها يكون التغيير الخاص بالحرارة QP مرتبطا بتغير الطلبية `ر`.
مصطلحات هامة عند تدوين حرارة التفاعلات
- التوافق للحرارة يعني أن التفاعلات الكيميائية تحدث بكميات محددة من المواد المشاركة في التفاعل أو المواد التي تم إنتاجها. وهذه الكمية تتضح في معادلات التفاعلات من خلال ضرب معاملات المعادلة. وعندما يتم ضرب المعادلة، يجب ضرب الحرارة المرافقة أيضا.
- عند تكوين المركب البدءي من عناصره، يتم احتساب التشكيل العياري بوحدة المول واحدة للمركب. والعيارية تشير إلى أن القياس تم عند درجة حرارة 298 كلفن بالإضافة إلى الضغط البار.
- في حالة التفاعل المعاكس، يتم كتابة القيمة المقابلة للاتجاه المباشر.
- يفضل التركيز على الحالة الفيزيائية لمواد التفاعل، سواء كانت صلبة، سائلة أو غازية.
- إذا لم يتم ذكر درجات حرارة بدء التفاعل، فإنها تكون K298 K، ويراد بهذا أن المواد المستخدمة في التفاعل تم اتخاذها عند هذه الدرجة كما في المنتجات النهائية، أما خلال التفاعلات فيمكن تغيير درجات الحرارة في العبارة في أي اتجاه.
المعادلة الكيميائية الحرارية
هي المعادلة الكيميائية المتناسبة التي تحدد التغير في القيمة الحرارية بوحدة الكيلوجول، وعند كتابة المعادلات الحرارية الكيميائية يجب مراعاة النقاط التالية:
- أعداد الحلول للمعادلة والتي يشير إليها الأرقام المتوازنة.
- يتم كتابة حال”(1937)” “يتم كتابة حالة المادة بالتفاعل لأن المحتوى الحراري للمادة يتبع حالتها.
- بما أن الحرارة النهائية تعتمد على درجة الحرارة، يجب أن يتم تسجيلها في المعادلة، إذا كانت مختلفة عن الدرجة المتفق عليها `25 درجة مئوية`، وتقدر بحوالي 298 درجة كلفن.
شاهد أيضًا: بحث حول الطاقة والتغيرات الكيميائية
خاتمة بحث عن المعادلات الكيميائية الحرارية
عند كتابة المعادلة الكيميائية للحرارة، يمكنك إدراج كمية الحرارة المرتبطة بالمواد المتفاعلة أو المنتجة، ولكن العلماء اتفقوا على كتابة محتوى الحرارة بشكل مستقل بجوار المعادلة.
وفي ختام موضوع البحث عن المعادلات الكيميائية الحرارية، يمكنكم مشاركته عبر جميع وسائل التواصل الاجتماعي.
