معادلة تغير حرارة التفاعل (ΔH)

معادلة تغير حرارة التفاعل (ΔH)

معادلة تغير حرارة التفاعل ΔH تمثل كمية الحرارة التي تتحرر أو تمتص خلال تفاعل كيميائي. وهي من المفاهيم الأساسية في الكيمياء الحرارية، وتستخدم على نطاق واسع في الصناعة والعلوم الطبيعية.

المعادلة الأساسية لتغير حرارة التفاعل ΔH هي:

ΔH = H(منتجات) – H(متفاعلات)

حيث H هي الكمية الحرارية النوعية للمادة وتعبر عن كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة المادة بوحدة الكتلة الواحدة بدرجة محددة. ويتم تعيين درجة الحرارة التي يتم تحديدها للمادة، عادةً درجة الحرارة القياسية للحالة النوعية للمادة.

تتأثر قيمة تغير حرارة التفاعل ΔH بعدة عوامل، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط والتركيز والخصائص الكيميائية للمتفاعلات والمنتجات.

ويمكن استخدام تغير حرارة التفاعل ΔH لحساب مجموعة متنوعة من الحركات الحرارية للتفاعلات الكيميائية، بما في ذلك درجة التفاعل الحرارية وتفاعلات التفكك والتفاعلات الانتقالية.

تستخدم معادلة كيميائية تغير حرارة التفاعل ΔH في العديد من التطبيقات الصناعية، بما في ذلك صناعة الأسمدة والمواد الكيميائية والأدوية. كما يستخدمها العلماء في دراسة تفاعلات النظم البيولوجية والطبيعية.

على الرغم من أن معادلة تغير حرارة التفاعل ΔH تعتبر مفهومًا بسيطًا في الكيمياء الحرارية، فإنها تلعب دورًا حاسمًا في فهم العمليات الكيميائية وتصميم المرك

قياس تغير حرارة التفاعل ΔH

يتم قياس تغير حرارة التفاعل ΔH عادةً في وحدة الطاقة الحرارية الجول (J) أو الكيلوجول (kJ)، ويتم تعيين قيمة درجة الحرارة القياسية المستخدمة في حسابات تغير حرارة التفاعل ΔH عند درجة حرارة 298 كيلوفهرنهايت (25 درجة مئوية).

يمكن حساب تغير حرارة التفاعل ΔH باستخدام بعض القواعد الأساسية في الحسابات الكيميائية، مثل قانون هس لينج (Hess’s Law) وقانون التغيير في حالة التفاعل (Law of Reaction State Change) وقانون الحفظ في الطاقة (Law of Conservation of Energy).

يمكن أيضًا حساب تغير حرارة التفاعل ΔH باستخدام ظواهر تجريبية مثل التفاعلات الحرارية، والتي تتضمن قياس كمية الحرارة المطلوبة لإجراء تفاعل كيميائي معين باستخدام كالوريمتر.

يتأثر قيمة تغير حرارة التفاعل ΔH بشكل كبير بنوعية المواد المشاركة في التفاعل، حيث يمكن للمواد الكيميائية ذات الصلة بالتفاعل أن تحتوي على روابط تسهم في الإطلاق أو امتصاص الحرارة، مما يؤثر على قيمة ΔH.

بشكل عام، تتمثل القواعد الأساسية التي تؤثر على قيمة تغير حرارة التفاعل ΔH في الآتي:

• 1- تغيرات درجة الحرارة.
• 2- تغيرات الضغط.
• 3- تغيرات التركيز.
• 4- خصائص الذرات والروابط الكيميائية للمتفاعلات والمنتجات.

علاوة على ذلك، يمكن استخدام معادلة تغير حرارة التفاعل ΔH لتحديد الطاقة الحرارية المطلوبة لإجراء تفاعل كيميائي، ولتحديد الكمية الحرارية التي يتم إطلاقها

امثلة وحلول

إليك بعض الأمثلة على تطبيق معادلة تغير حرارة التفاعل ΔH في الممارسة:

1- التفاعل بين الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)
حيث تكون قيمة ΔH هنا -483.6 كيلوجول لكل مول من الماء المتكون. وهذا يعني أن تفاعل تكوين الماء يطلق 483.6 كيلوجول من الطاقة الحرارية لكل مول من الماء المتكون.

2- التفاعل بين الحمض النتريك والصوديوم لتكوين نترات الصوديوم وأكسيد النتروجين:
HNO3(aq) + NaOH(aq) → NaNO3(aq) + H2O(l)
يمكن حساب قيمة ΔH لهذا التفاعل باستخدام قانون هس لينج، الذي يقول إن تغير حرارة التفاعل ΔH هو مجرد فرق بين قيمة التغير في الحرارة المولية للمنتجات والتفاعلات. وباستخدام هذا القانون، يمكن حساب قيمة ΔH لتفاعل الحمض النتريك والصوديوم.

3- التفاعل الحراري بين الحديد والكبريت:
Fe(s) + S(s) → FeS(s)
تكون قيمة ΔH هنا -50.8 كيلوجول لكل مول من الحديد الناتج، وتعني هذه القيمة أن التفاعل يطلق 50.8 كيلوجول من الطاقة الحرارية لكل مول من الحديد المتفاعل.

هذه هي بعض الأمثلة على تطبيق معادلة تغير حرارة التفاعل ΔH في الممارسة. يمكن استخدام هذه القواعد والتطبيقات لتحديد الطاقة الحرارية اللازمة لإجراء تفاعل كيمياء، ولتحديد الكمية الحرارية التي يتم إطلاقها أو امتصاصها في التفاعلات الكيميائية.