دعونا نتحدث عن ماهية حرارة التكوين ، ونحدد أيضًا تلك الشروط التي تسمى قياسية. لفهم هذه المشكلة ، سنكتشف الاختلافات بين المواد البسيطة والمعقدة. لتعزيز مفهوم "حرارة التكوين" ، ضع في اعتبارك معادلات كيميائية محددة.
المحتوى الحراري القياسي لتكوين المواد
في تفاعل تفاعل الكربون مع الهيدروجين الغازي ، يتم إطلاق 76 كيلو جول من الطاقة. في هذه الحالة ، هذا الرقم هو التأثير الحراري لتفاعل كيميائي. ولكن هذه أيضًا هي حرارة تكوين جزيء الميثان من مواد بسيطة. "لماذا؟" - أنت تسأل. هذا يرجع إلى حقيقة أن المكونات الأولية كانت الكربون والهيدروجين. 76 كيلو جول / مول هي الطاقة التي يسميها الكيميائيون "حرارة التكوين".
جداول البيانات
في الكيمياء الحرارية ، هناك العديد من الجداول التي تشير إلى درجات حرارة تكوين مواد كيميائية مختلفة من مواد بسيطة. على سبيل المثال ، حرارة تكوين مادة تكون صيغتها CO2، في الحالة الغازيةيحتوي على فهرس 393.5 كيلو جول / مول.
قيمة عملية
لماذا نحتاج هذه القيم؟ يتم استخدام حرارة التكوين عند حساب التأثير الحراري لأي عملية كيميائية. من أجل إجراء مثل هذه الحسابات ، سيكون تطبيق قانون الكيمياء الحرارية مطلوبًا.
الكيمياء الحرارية
هو القانون الأساسي الذي يشرح عمليات الطاقة الملاحظة في عملية التفاعل الكيميائي. أثناء التفاعل ، لوحظت التحولات النوعية في نظام التفاعل. تختفي بعض المواد وتظهر مكونات جديدة بدلاً منها. هذه العملية مصحوبة بتغيير في نظام الطاقة الداخلي ، والذي يتجلى في شكل عمل أو حرارة. يحتوي العمل المرتبط بالتوسع على مؤشر أدنى للتحولات الكيميائية. يمكن أن تكون الحرارة المنبعثة من تحول أحد المكونات إلى مادة أخرى كبيرة.
إذا أخذنا في الاعتبار مجموعة متنوعة من التحولات ، فكلها تقريبًا يوجد امتصاص أو إطلاق لكمية معينة من الحرارة. لشرح الظاهرة التي تحدث تم إنشاء قسم خاص - الكيمياء الحرارية.
قانون هيس
بفضل القانون الأول للديناميكا الحرارية ، أصبح من الممكن حساب التأثير الحراري اعتمادًا على ظروف التفاعل الكيميائي. تستند الحسابات إلى القانون الأساسي للكيمياء الحرارية ، وهو قانون هيس. نعطي صيغته: التأثير الحراري للتحول الكيميائييرتبط بالطبيعة والحالة الأولية والنهائية للمادة ، ولا يرتبط بالطريقة التي يتم بها التفاعل.
ماذا يترتب على هذه الصياغة؟ في حالة الحصول على منتج معين ، ليست هناك حاجة لاستخدام خيار تفاعل واحد فقط ، فمن الممكن تنفيذ التفاعل بعدة طرق. على أي حال ، بغض النظر عن كيفية حصولك على المادة المطلوبة ، فإن التأثير الحراري للعملية سيكون بنفس القيمة. لتحديد ذلك ، من الضروري تلخيص التأثيرات الحرارية لجميع التحولات الوسيطة. بفضل قانون هيس ، أصبح من الممكن إجراء حسابات للمؤشرات العددية للتأثيرات الحرارية ، والتي يستحيل إجراؤها في مقياس السعرات الحرارية. على سبيل المثال ، يتم حساب حرارة تكوين مادة أول أكسيد الكربون من الناحية الكمية وفقًا لقانون هيس ، لكنك لن تتمكن من تحديدها بالتجارب العادية. هذا هو السبب في أهمية الجداول الكيميائية الحرارية الخاصة ، حيث يتم إدخال القيم العددية للمواد المختلفة ، والتي يتم تحديدها وفقًا للشروط القياسية
نقاط مهمة في الحسابات
بالنظر إلى أن حرارة التكوين هي التأثير الحراري للتفاعل ، فإن حالة تجميع المادة المعنية لها أهمية خاصة. على سبيل المثال ، عند إجراء القياسات ، من المعتاد اعتبار الجرافيت ، بدلاً من الماس ، على أنه الحالة القياسية للكربون. يؤخذ الضغط ودرجة الحرارة أيضًا في الاعتبار ، أي الظروف التي تم فيها تحديد المكونات المتفاعلة في البداية. يمكن أن يكون لهذه الكميات الفيزيائية تأثير كبير على التفاعل ، حيث تزيد أو تنقص قيمة الطاقة. للحسابات الأساسية ،الكيمياء الحرارية ، من المعتاد استخدام مؤشرات محددة للضغط ودرجة الحرارة.
الشروط القياسية
نظرًا لأن حرارة تكوين مادة ما هي تحديد حجم تأثير الطاقة في ظل الظروف القياسية ، فسوف نفردها بشكل منفصل. تم اختيار درجة الحرارة للحسابات 298 كلفن (25 درجة مئوية) ، الضغط - 1 جو. بالإضافة إلى ذلك ، هناك نقطة مهمة تستحق الانتباه وهي حقيقة أن حرارة التكوين لأي مادة بسيطة هي صفر. هذا أمر منطقي ، لأن المواد البسيطة لا تشكل نفسها ، أي لا يوجد إنفاق للطاقة لتكوينها.
عناصر الكيمياء الحرارية
هذا القسم من الكيمياء الحديثة له أهمية خاصة ، لأنه هنا يتم إجراء حسابات مهمة ، ويتم الحصول على نتائج محددة يتم استخدامها في هندسة الطاقة الحرارية. في الكيمياء الحرارية ، هناك العديد من المفاهيم والمصطلحات التي من المهم أن تعمل من أجل الحصول على النتائج المرجوة. المحتوى الحراري (ΔH) يشير إلى أن التفاعل الكيميائي حدث في نظام مغلق ، ولم يكن هناك أي تأثير على التفاعل من الكواشف الأخرى ، وكان الضغط ثابتًا. يسمح لنا هذا التوضيح بالحديث عن دقة الحسابات التي يتم إجراؤها.
اعتمادًا على نوع التفاعل الذي يتم اعتباره ، قد يختلف حجم وعلامة التأثير الحراري الناتج بشكل كبير. لذلك ، بالنسبة لجميع التحولات التي تنطوي على تحلل مادة معقدة واحدة إلى عدة مكونات أبسط ، يُفترض امتصاص الحرارة. تفاعلات الجمع بين العديد من المواد الأولية في منتج واحد أكثر تعقيدًا مصحوبةإطلاق كمية كبيرة من الطاقة.
الخلاصة
عند حل أي مشكلة حرارية كيميائية ، يتم استخدام نفس خوارزمية الإجراءات. أولاً ، وفقًا للجدول ، لكل مكون أولي ، وكذلك بالنسبة لنواتج التفاعل ، يتم تحديد قيمة حرارة التكوين ، دون إغفال حالة التجميع. علاوة على ذلك ، مسلحين بقانون هيس ، فإنهم يؤلفون معادلة لتحديد القيمة المطلوبة.
يجب إيلاء اهتمام خاص لمراعاة المعاملات الكيميائية الفراغية الموجودة أمام المواد الأولية أو النهائية في معادلة معينة. إذا كانت هناك مواد بسيطة في التفاعل ، فإن درجات حرارة تكوينها القياسية تساوي الصفر ، أي أن هذه المكونات لا تؤثر على النتيجة التي تم الحصول عليها في الحسابات. دعنا نحاول استخدام المعلومات الواردة بشأن رد فعل معين. إذا أخذنا كمثال عملية تكوين معدن نقي من أكسيد الحديد (Fe3 +) بالتفاعل مع الجرافيت ، فيمكنك العثور على القيم في الكتاب المرجعي من حرارة التكوين القياسية. بالنسبة لأكسيد الحديد (Fe3 +) سيكون –822.1 kJ / mol ، أما بالنسبة للجرافيت (مادة بسيطة) فهو يساوي صفرًا. نتيجة للتفاعل ، يتم تكوين أول أكسيد الكربون (CO) ، حيث تبلغ قيمة هذا المؤشر 110.5 كيلو جول / مول ، وبالنسبة للحديد المنطلق ، فإن حرارة التكوين تقابل الصفر. يتميز سجل الحرارة القياسية لتكوين تفاعل كيميائي معين على النحو التالي:
ΔHo298=3 × (–110.5) - (–822.1)=–331.5 + 822.1=490.6 كيلوجول.
تحليلالنتيجة العددية التي تم الحصول عليها وفقًا لقانون Hess ، يمكننا التوصل إلى استنتاج منطقي مفاده أن هذه العملية عبارة عن تحول ماص للحرارة ، أي أنها تنطوي على إنفاق الطاقة لتفاعل اختزال الحديد من أكسيده ثلاثي التكافؤ.
