حل درس الحرارة كيمياء ثاني عشر متقدم

حل درس الحرارة كيمياء ثاني عشر متقدم

الحرارة 

قياس الحرارة

 هل تساءلت يوما كيف يحصل كيميائيو التغذية على المعلومات الخاصة بالسعرات الحرارية المكتوبة على الأغذية المعلبة ؟ يكتب على العبوات نتائج تفاعلات الاحتراق علبة التي تم تنفيذها في المسعرات المسعر هو جهاز معزول يستخدم لقياس كمية الحرارة لتي تم امتصاصها أو تحريرها أثناء العملية الكيميائية أو الفيزيائية  يتم وضع كمية معلومة من الماء في حجرة معزولة لامتصاص الطاقة الناتجة عن نظام التفاعل أو لتوفير الطاقة التي يمتصها النظام تتمثل البيانات التي سيتم جمعها في تغير درجة حرارة كمية الماء والذي يطلق عليه مسعر  احتراق والذي يستخدمه كيميائو التغذية .

تحديد الحرارة النوعية 

يمكنك الحصول على نتائج مرضية في تجاربك التي تجريها لقياس الحرارة وذلك باستخدام مسعر مصنوع من كوب بلاستيك رغوي والذي  يعتبر أكثر الأجهزة بساطة من حيث استخدامه تتميز المسعرات هذه بأنها تعمل في  الهواء الطلق، لذا، فإن جميع التفاعلات التي تحدث بداخلها تحدث تحت ضغط ثابت يمكنك استخدام هذه الأجهزة لتحديد الحرارة النوعية لفلز غير معلوم افترض أنك وضعت g 125 من الماء في الكوب البلاستيكي الرغوي ووجدت أن درجة حرارته C°60.25 ثم سخنت عينة كتلتها g 0.50 من فلز غير معلوم إلى C°0.115 ثم وضعتها في الماء تنتقل الحرارة من الفلز الساخن إلى الماء البارد، وترتفع درجة حرارة الماء يتوقف انتقال الحرارة فقط عندما تصبح درجة حرارة الفلز والماء متساويتين .

تجربة مصغرة 

قياس الحرارة النوعية 

كيف يمكنك تحديد الحرارة النوعية لفلز؟ يمكنك استخدام كوب القهوة المصنوع من البلاستيك الرغوي كمسعر لتحديد الحرارة النوعية لفلز 

الأجراء 

1 .اقرأ تعليمات السلامة الخاصة بهذه التجربة قبل البدء في العمل 

2 .ارسم جدول لتسجيل بياناتك 

3 .ضع حواليmL 150 من الماء المقطر في كأس سعة mL 250 ضع الكأس على سخان كهربائي 

4 .استخدم ميزان لتحديد كتلة قطعة الفلز 

5 .باستخدام ملقط ضع قطعة الفلز بحذر في الكأس الموجود فوق السخان 

6 .قس mL 0.90 من الماء المقطر باستخدام مخبار مدرج 

7 .صب الماء في كوب القهوة الموجود داخل كأس آخر سعته 250ml

8 .قس وسجل درجة حرارة الماء باستخدام ثيرموميتر غير زئبقي 

9 .عندما يبدأ الماء الموضوع فوق السخان الكهربائي بالغليان، قس وسجل درجة الحرارة باعتبارها درجة الحرارة الابتدائية للفلز 

10 .ضع بحرص شديد الفلز الساخن في الماء البارد الموجود بكوب القهوة باستخدام ملقط البوتقة لا تلمس الفلز الساخن بيدك 

11 .حرك، وقس درجة الحرارة النهائية للماء بعد وضع الفلز 

التحليل 

1 .احسب مقدارالحرارة التي امتصها الماءالحرارة النوعية للماء،1.0 g°mL تبلغ الماء كثافة لأن 4.184 J°g·°C هي H2O استخدم كميةالماءباعتبارها الكتلة 

2 .احسب الحرارة النوعية للفلز الخاص بك افترض أن الحرارة التي امتصها الماء تساوي الحرارة التي فقدها الفلز 

3 .قارن هذه القيمة التجريبية بالقيمة الصحيحة للحرارة النوعية للفلز الخاص بك 

4 .صف مصادر الخطأ الرئيسة في هذه التجربة ما التعديلات التي يمكنك تنفيذها في هذه التجربة لتقليل الخطأ؟

الطاقة الكيميائية والكون 

علميا إن أي تفاعل كيميائي وتغير في الحالة الفيزيائية إما أن يطلق أو يمتص حرارة   الكيمياء الحرارية هي دراسة التغيرات الحرارية المصاحبة للتفاعلات الكيميائية وللتغيرات في الحالة الفيزيائية يولد حرق الوقود دائما حرارة ثم تصميم بعض المنتجات لإنتاج حرارة وفقا للطلب على سبيل المثال، يستخدم الجنودفي الميدان تفاعل طارد للحرارة لتسخين وجباتهم ربما تكون قد استخدمت كمادة ساخنة لتسخين يديك في يوم بارد تصدر الحرارة المنبعثة من الكمادة الساخنة نتيجة للتفاعل التالي والتي تظهر في المعادلة كأحد النواتج 

4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) + 1625

نظرا لأنك مهتم بالحرارة المنبعثة من التفاعل الكيميائي والتي تمتصها الكمادة، فمن المناسب أن تفكر بالكمادة ومحتوياتها باعتبارها النظام في الكيمياء الحرارية يعتبر النظام هو الجزء المعين من الكون الذي يشمل التفاعل أو العملية التي ترغب في دراستها يعتبر كل شيء في الكون بخلاف النظام المحيط لذا يعرف الكون بالنظام زائد المحيط :الكون = النظام + المحيط .ما نوع انتقال الطاقة الذي يحدث خلال التفاعل الطارد في الكمادة الساخنة؟ تنتقل الحرارة الناتجة عن التفاعل من الكمادة الساخنة (نظام التفاعل)إلى يديك الباردتين(جزء من المحيط) ماذا يحدث خلال العملية أو التفاعل الماص للحرارة؟ ينعكس انتقال الحرارة  تنتقل الحرارة من المحيط إلى النظام عندما يتم وضع هيدروكسيد الباريوم وبلورات ثيوسيانات الأمونيوم، يوضعا في كأس ويتم خلطهما يحدث تفاعل ماص للحرارة يسمح وضع الكأس على لوح رطب بانتقال مع الحرارة من الماء واللوح(المحيط)إلى الكأس(النظام)يعتبر التغير في درجة الحرارة كبير حيث يؤدي إلى التصاق الكأس على اللوح بسبب تجمد الماء الموجود بين أسفل الكأس واللوح .

المحتوى الحراري وتغير المحتوى الحراري

 يعتمد إجمالي ما تحتويه المادة من الطاقة على عدة عوامل والتي لا يزال بعضها غير مفهوما تماما لذا، بات مستحيلا معرفة محتوى الطاقة الإجمالي للمادة اهتم الكيميائيون بتغيرات الطاقة التي تحدث خلال التفاعلات أكثر من اهتمامهم بكميات الطاقة الموجودة في المواد المتفاعلة والمواد الناتجة .يمكن قياس الحرارة المفقودة أو المكتسبة، في تفاعلات كثيرة، بشكل ملائم بالمسعر عند ضغط ثابت، كما هو موضح كوب البلاستيك الرغوي ليس مغلقا لذا فأن الضغط ثابت تحدث تفاعلات كثيرة تحت ضغط ثابت  على سبيل المثال، تلك التفاعلات التي تحدث داخل الكائنات الحية على سطح الأرض، وفي البحيرات والمحيطات، وكتلك التي تحدث في  الكؤوس والدوارق المفتوحة في المختبر يرمز للطاقة المنطلقة أو الناتجة عن التفاعل الذي حدث عند ضغط ثابت في بعض الأحيان بالرمز qp لقياس ودراسة تغيرات الطاقة المصاحبة للتفاعلات بسهولة، فقد عرف الكيميائيون خاصية تسمى بالمحتوى الحراري (H)هو المحتوى الحراري لنظلم ما عند ضغط ثابت .بالرغم من عدم قدرتك على قياس الطاقة الفعلية أو المحتوى الحراري الفعلي للمادة، إلا أنه بوسعك قياس التغير الذي يطرأ على المحتوى الحراري وهو الحرارة التي تم امتصاصها أو تحريرها خلال التفاعل الكيميائي يطلق على التغير في  المحتوى الحراري للتفاعل المحتوى الحراري للتفاعل(حرارة التفاعل) (ΔHrxn )لقد تعلمت بالفعل أن الرمز الذي يسبقه الحرف اليوناني (Δ )يقصد به التغير في الخاصية لذلك، فإن ΔHrxn هو الفرق بين المحتوى الحراري للمواد التي توجد في نهاية التفاعل والمحتوى الحراري للمواد الموجودة في بداية التفاعل :

ΔHrxn = Hfinal - Hinitial ولأن المواد المتفاعلة موجودة في بداية التفاعل والمواد الناتجة موجودة في نهاية التفاعل تصبح المعادلة :  ΔHrxn = Hproducts - Hreactants .

إشارة المحتوى الحراري للتفاعل 

نذكر تفاعل الكمادة الساخنة :  4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) + 1625  طبقا للمعادلة، تفقد المواد المتفاعلة في هذا التفاعل الطارد للحرارة حرارتها  فتكون H المواد الناتجة < H المواد المتفاعلة عندما يتم طرح H المواد المتفاعلة من H المواد الناتجة الأصغر نحصل على قيمة سالبة لـ ΔHrxn التغيرات الحرارية في التفاعلات الطاردة للحرارة دائما سالبة تكتب معادلة تفاعل الكمادة الساخنة وتغيرها الحراري عادة على النحو التالي :

4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s)ΔHrxn = -1625