تغيرات الطاقة في التفاعلات الكيميائية شرح كامل للكتاب

[أسيرة القمر]

قانون هس :
حسابات التغير الحراري في التفاعلات نظريا

النظرية

لا نستطيع استخدام المسعّر لقياس التغير الحراري لتفاعلات معينة. ويمكن تصنيف هذه التفاعلات إلى نوعين :

1. تفاعلات لا يمكن فصلها عن التفاعلات الأخرى وتحدث في نفس الوقت
فمثلا , تكوّن أول أ***د الكربون من اتحاد الكربون والأكسجين. وهذا يحدث عند احتراق الكربون في الهواء, فإنه يتكون مركبان وهما ثاني أ***د الكربون وأول أ***د الكربون. ولا يمكن فصل تكون أول أ***د الكربون عن تكوّن ثاني أ***د الكربون! وبالتالي كيف يمكننا حساب التغيّر الحراري لتفاعل تكون أول أ***د الكربون .

2. التفاعلات التي تحدث ببطء شديد حتى أن فعالية المسعّر في القياس تنعدم
فمثلا, صدأ الحديد عملية بطيئة جدا , زالتغير في درجات الحرارة للمحيط صغيرة جدا للقياس .
ولغرض قياس الحرارة لمثل هذه التفاعلات ( التغير الحراري ), طوّر الكيميائيون طرق نظرية . وتعتمد هذه الطرق على أفكار بسيطة :

• مفتاح الفكرة 1: بعض الأنظمة المميزة مستقلة في طريقة النظام لأن يتغير من البداية حتى النهاية .

أمثلة لمفتاح الفكرة 1 :

ماذا بالضبط تعني الجملة ؟
عرض أحداث من الحياة قد تجعلنا من السهل فهمها

مثال 1 : الثروة الشخصية :

1. رجل كان مجتهدا مجدا طوال حياته وتقاعد عند الــ 55 ممتلكا ثروة شخصية بمقدار 2 مليون دولار
2. رجل آخر كوّن ثم أضاع 2 مليون دولار عدة مرات خلال حياته . ولكنه في الآخر عمره عند سن الــ 55 كان لديه 2 مليون دولار .
3. رجل آخر عاش معدما فقيرا حتى يوم تقاعده عند 55 , فاز باليانصيب ثروة بمقدار 2 مليون دولار

كل رجل من رجالنا عاش عمره. إلا أن كل حالة اتخذت منحنى مختلف و لكنها انتهت بالحصول على 2 مليون دولار .

إذن ثروتهم كانت مستقلة عن كيفية كانت حياتهم وأين عاشوا .

مثال 2 : النتيجة النهائية لمباراة رياضية

1. في بداية اللعبة سجّل الفريق الأول هدفين في أول شوط ولم يسجل أهداف مرة أخرى . بينما الفريق الثاني سجّل هدف في كل شوط . وانتهت المباراة بنتيجة 2 – 2 .
2. في مباراة أخرى , سجّل الفريق الأول هدف في كل شوط. بينما سجّل الفريق الثاني هدفين في آخر الوقت من الشوط الثاني . وانتهت المباراة بنتيجة 2 – 2

في كلا الحالتين النتيجة النهائية واحدة وهي 2 – 2 حتى ولو أن المباراتان كانتا مختلفتان.

فالنتيجة النهائية إذن مستقلة عن طريقة لعب المباراة .

مثال 3 : الإزاحة

1. طالب سافر من عمان عن طريق الزرقاء ليجتمع مع اصدقائه في اربد وكانت المسافة المقطوعة للوصول 113 كم
2. بينما زميله خرج من عمان ليلتقط زميل آخر في جرش وليصلان إلى إربد لنفس اللقاء مع اصدقائهم وكانت المسافة المقطوعة أيضا 113 كم
بدأ كلا من الطالبين من نفس النقطة, وانتهيا بنفس النقطة . إلا أنهما سافرا بطرق مختلفة , وقد كانت الإزاحة متساوية .

الإزاحة مستقلة عن الطريق المتبع . فهو يعتمد فقط على نقطة البداية ونقطة النهاية

عيّن الكيميائيون التغيرات الحرارية بشكل مستقل عن كيفية تغيّر النظام من البداية إلى النهاية .

وهذا يتولد عنه أفكار جديدة عن التفاعلات الكيميائية.

1. أولا : التفاعلات لا تحدث بخطوة واحدة , ولكن بعدة خطوات . وسمى الكيميائيون هذه الخطوات بآلية التفاعل .
2. ثانيا : أن التفاعلات يمكن أن تحدث من خلال عدة طرق مختلفة لتكتمل. وبالرغم من أن هذه الطرق أو الخطوات قد تكون مختلفة ومع ذلك يكون لها نفس النتائج .


تعريف قانون هس :

أول عالم اقترح هذه الفكرة ( واعتمد على الأدلة العملية ) هو ج.هـ. هس (1840 AD)..
.

H overall reaction = ∆H step 1 + ∆H step 2 + ∆H step 3 etc∆

اكتشاف هس يعني أننا نستطيع تعيين التغير الحراري للتفاعل بدون ضرورة لإجراءه عمليا باستخدام المسعّر وأخذ القياسات. فإذا عرفنا خطوات آلية التفاعل والتغير الحراري لكل من خطوة فبإمكاننا حساب التغير الحراري للتفاعل ككل .