إشارة المحتوى الحراري للتفاعل - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 المحتوى الحراري للتفاعلات

المفاهيم الأساسية

المحتوى الحراري (H): مقدار الطاقة الحرارية المخزنة في مول واحد من المادة تحت ضغط ثابت.

التغير في المحتوى الحراري (ΔHrxn أو حرارة التفاعل): كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة في التفاعل الكيميائي. وهو الفرق بين المحتوى الحراري للمواد الناتجة والمحتوى الحراري للمواد المتفاعلة.

خريطة المفاهيم

```markmap

الطاقة (طبيعة الطاقة)

قياس الحرارة

الوحدات

#### السعر (cal)

##### كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1g ماء نقي 1°C

#### السعر الغذائي (Cal)

##### يساوي 1000 سعر (1 كيلوكالوري)

#### الجول (J)

##### وحدة الطاقة في النظام الدولي

##### 1 cal = 4.184 J

تحويل الوحدات

#### 1 Cal = 1000 cal

#### 1 cal = 4.184 J

الحرارة النوعية (Specific Heat)

تعريف

#### كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من مادة درجة سيليزية واحدة (C°1)

أمثلة

#### الماء

##### C° /g. J 4.184

#### الأسمنت

##### C° /g. J 0.84

#### الحديد (من المثال)

##### C° /g. J 0.449

تفسير

#### لكل مادة حرارة نوعية مميزة لها بسبب تركيبها المختلف

#### الأسمنت تسخن أسرع من الماء لأن حرارتها النوعية أقل

حساب الحرارة (q)

المعادلة

#### q = c × m × ΔT

##### q: الطاقة الحرارية الممتصة أو المنطلقة (J أو kJ)

##### c: الحرارة النوعية للمادة (J/g.°C)

##### m: كتلة المادة (g)

##### ΔT: التغير في درجة الحرارة (°C) = T_f - T_i

إعادة ترتيب المعادلة لحساب الحرارة النوعية (c)

#### c = \frac{q}{m × ΔT}

مثال تطبيقي (الحديد)

#### المعطيات

##### كتلة العينة (m) = 10.0 g

##### درجة الحرارة الابتدائية (T_i) = 50.4 °C

##### درجة الحرارة النهائية (T_f) = 25.0 °C

##### الطاقة المنطلقة (q) = 114 J

#### الحل

##### 1. حساب ΔT: ΔT = T_i - T_f = 50.4 - 25.0 = 25.4 °C

##### 2. تطبيق المعادلة: c = \frac{114 J}{(10.0 g)(25.4 °C)}

##### 3. النتيجة: c = 0.449 J/g·°C

تقويم الإجابة

#### مقارنة النتيجة بالقيم المسجلة في الجداول المرجعية (مثل الجدول 1-2)

مثال 1-3: تطبيق عملي

خطوات حل المسألة

#### 1. تحليل المسألة

##### المعطيات: الكتلة (m)، كمية الحرارة (q)، التغير في درجة الحرارة (ΔT)

##### المطلوب: الحرارة النوعية (c)

#### 2. حساب المطلوب

##### تطبيق المعادلة: c = \frac{q}{m × ΔT}

##### التعويض: c = \frac{256 J}{(4.68 g)(182°C)} = 0.301 J/(g·°C)

#### 3. تقويم الإجابة

##### عدد الأرقام المعنوية صحيح (ثلاثة أرقام)

##### الوحدة صحيحة (J/g·°C)

##### مقارنة النتيجة بالجدول 2-1 لتحديد نوع الفلز (الإسترانشيوم)

مسائل تدريبية

12. حساب الحرارة النوعية

13. حساب الكتلة

14. حساب كمية الحرارة

15. حساب درجة الحرارة النهائية

الطاقة الكيميائية والكون

الكيمياء الحرارية

#### تدرس تغيرات الحرارة المصاحبة للتفاعلات الكيميائية وتغيرات الحالة الفيزيائية

مثال تطبيقي

#### تفاعل أكسدة الحديد الساخنة:

##### 4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) + 1625 kJ

#### يستخدم في تسخين وجبات الجنود وكمادات التدفئة

المسعرية (Calorimetry)

الهدف

#### قياس التغير في المحتوى الحراري (الطاقة الممتصة أو المنطلقة) في التفاعلات

مبدأ العمل

#### جهاز معزول حرارياً

#### يحتوي على كمية معلومة من الماء لامتصاص أو إمداد الطاقة

#### قياس التغير في درجة حرارة الماء لحساب كمية الحرارة

أنواع المسعرات

#### مسعر التفجير (القنبلة)

##### حجرة تفاعل محكمة الإغلاق تحتوي على المادة والأكسجين المضغوط

##### يستخدمه كيميائيو التغذية لقياس القيمة الحرارية للأطعمة

##### يبدأ التفاعل بشارة كهربائية

##### يجب أن يكون المحراك قليل الاحتكاك لتجنب توليد حرارة إضافية

#### مسعر الكأس المصنوعة من البوليسترين

##### أبسط، مفتوح على الجو (تفاعلات تحت ضغط ثابت)

##### يستخدم لتحديد الحرارة النوعية للمواد (مثل الفلزات)

##### مثال: وضع فلز ساخن في ماء المسعر وقياس التغير في درجة حرارة الماء حتى التساوي

خطوات تجربة تحديد الحرارة النوعية للفلز

#### 1. تسخين الفلز

#### 2. نقله إلى المسعر (كأس معزول) الذي يحتوي على كمية معلومة من الماء

#### 3. قياس درجة الحرارة النهائية المشتركة بعد التساوي

#### 4. تطبيق مبدأ حفظ الطاقة: q_{metal} = - q_{water}

#### 5. حساب الحرارة النوعية للفلز: c_{metal} = \frac{- q_{water}}{m_{metal} × ΔT_{metal}}

#### 6. مقارنة النتيجة بالقيم المرجعية (مثل الجدول 2-2) لتحديد نوع الفلز

تجربة: تحديد الحرارة النوعية لفلز

الأدوات

#### كأس بوليسترين (مسعر)، كأس زجاجية، سخان، ماء مقطر، فلز، مقياس حرارة غير زئبقي، مقص، مخبار مدرج

الخطوات العملية

#### 1. تعبئة بطاقة السلامة

#### 2. عمل جدول لتسجيل البيانات

#### 3. تسخين الفلز في الماء المغلي

#### 4. تحضير كمية معلومة من الماء البارد في المسعر

#### 5. نقل الفلز الساخن إلى الماء البارد في المسعر

#### 6. قياس درجة الحرارة النهائية

التحليل

#### 1. حساب الحرارة المكتسبة بواسطة الماء: q_{water} = c_{water} × m_{water} × ΔT_{water}

#### 2. حساب الحرارة النوعية للفلز: c_{metal} = \frac{- q_{water}}{m_{metal} × ΔT_{metal}}

#### 3. مقارنة النتيجة بالقيمة المقبولة للفلز

#### 4. تحديد مصادر الخطأ والتحسينات الممكنة

المحتوى الحراري وتغيراته

الكون والنظام والمحيط

#### الكون = النظام + المحيط

#### التفاعل الطارد للحرارة: تنتقل الحرارة من النظام إلى المحيط

#### التفاعل الماص للحرارة: تنتقل الحرارة من المحيط إلى النظام

مثال على التفاعل الماص للحرارة

#### خلط هيدروكسيد الباريوم مع ثيوسيانات الأمونيوم

#### يمتص التفاعل حرارة من المحيط (الماء واللوح) مما يخفض درجة الحرارة حتى التجمد

#### تحذير: ثيوسيانات الأمونيوم مادة شديدة السمية

المحتوى الحراري (H)

تعريف

#### مقدار الطاقة الحرارية المخزنة في مول واحد من المادة تحت ضغط ثابت

التغير في المحتوى الحراري (ΔHrxn)

#### كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة في التفاعل الكيميائي

#### ΔHrxn = Hfinal – Hinitial

#### ΔHrxn = Hproducts – Hreactants

إشارة المحتوى الحراري للتفاعل

#### التفاعل الطارد للحرارة

##### تنتقل الحرارة من النظام إلى المحيط

##### المحتوى الحراري للمواد الناتجة (Hproducts) أقل من المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة (Hreactants)

##### ΔHrxn قيمة سالبة

##### مثال: 4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) ΔHrxn = –1625 kJ

الطاقة الشمسية

الاستغلال

#### تسخين الماء (بسبب حرارته النوعية العالية) لتدفئة الأماكن

#### تقليل استعمال الوقود الذي ينتج ثاني أكسيد الكربون

تحديات

#### سطوع الشمس لفترة محددة يوميًا

#### تراكم الغيوم يقلل من كمية الأشعة

#### الحاجة لطرق فعالة لتخزين الطاقة

الخلايا الكهروضوئية

#### تحول الإشعاع الشمسي مباشرة إلى كهرباء

#### تكلفة إنتاج الكهرباء بها مرتفعة مقارنة بحرق الفحم أو البترول

#### تستخدم لتزويد رواد الفضاء بالطاقة

تطبيقات وطنية

رؤية 2030

#### زيادة مساهمة مصادر الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة

مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية (KACST)

#### الجهة الوطنية الرائدة في البحوث التطبيقية في مجال الطاقة

خلايا غراتزل

#### أنظمة ضوئية وكهروكيميائية لتحويل الطاقة الشمسية

#### طورها البروفيسور مايكل غراتزل (فائز بجائزة الملك فيصل للعلوم 1436هـ)

```

نقاط مهمة

• يمكن قياس التغير في المحتوى الحراري (ΔHrxn)، لكن لا يمكن قياس المحتوى الحراري الفعلي (H) للمادة.
• في التفاعل الطارد للحرارة، تكون قيمة ΔHrxn سالبة لأن Hproducts < Hreactants.
• يوضح الشكل 7-1 أن المواد المتفاعلة عند مستوى طاقة أعلى من المواد الناتجة، والفرق في الطاقة يتحرر كحرارة إلى المحيط.

الكيميائيون يهتمون بدراسة تغيرات الطاقة في أثناء التفاعلات الكيميائية أكثر من اهتمامهم بكمية الطاقة الموجودة في المواد المتفاعلة أو المواد الناتجة. يمكن قياس كمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة للكثير من التفاعلات باستخدام المسعر البوليسترين غير مغلقة فالضغط ثابت، وكذلك الأمر في المخلوقات الحية التي تعيش على سطح الأرض، وفي البرك والمحيطات، وكذلك التفاعلات التي تحدث في الكؤوس والدوارق المفتوحة داخل المختبرات. يرمز إلى الطاقة المنطلقة أو الممتصة من التفاعلات التي تحدث عند ضغط ثابت بالرمز qp. ولتسهيل قياس أو دراسة تغيرات الطاقة التي ترافق تلك التفاعلات وضع الكيميائيون خاصية أسموها المحتوى الحراري. ويعرف المحتوى الحراري (H) بأنه مقدار الطاقة الحرارية المخزنة في مول واحد من المادة تحت ضغط ثابت. وعلى الرغم من عدم مقدرتك على قياس الطاقة الفعلية أو المحتوى الحراري للمادة إلا أنه يمكنك أن تقيس التغير في المحتوى الحراري، وهو كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة في التفاعل الكيميائي. ويسمى التغير في المحتوى الحراري (ΔHrxn) أو حرارة التفاعل (ΔH) لقد تعلمت سابقاً أن الرمز الدلتا (Δ) يعني التغير في خاصية ما. لذا فإن ΔHrxn يعني الفرق بين المحتوى الحراري للمواد الناتجة عند نهاية التفاعل Hfinal والمحتوى الحراري للمواد الموجودة في البداية Hinitial.

ΔHrxn = Hfinal – Hinitial

ولأن المواد المتفاعلة هي التي تكون عند بداية التفاعل reactants، والمواد الناتجة توجد عند نهايته Products، يمكن التعبير عن ΔHrxn بالمعادلة:

ΔHrxn = Hproducts – Hreactants

إشارة المحتوى الحراري للتفاعل تذكر المحتوى الكيميائي الذي يحدث في الكيمياء الساخنة.

4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) + 1625 kJ

يتبين من معادلة التفاعل أن المواد المتفاعلة في هذا التفاعل طارد للحرارة Hproducts التي كميتها أصغر على قيمة سالبة لـ ΔHrxn، ويقودنا ذلك إلى أن تغيرات المحتوى الحراري للتفاعلات الطاردة للحرارة سـالبة دائماً. لذلك فإن معادلة التفاعل الذي يحدث في الكيمياء الساخنة والتغير في محتواه الحراري تكتب عادة كما يأتي:

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

مخطط المحتوى الحراري للتفاعل طارد للحرارة.

اشرح كيف يبين المخطط أن هذا النوع من التفاعل طارد للحرارة؟

الكيميائيون يهتمون بدراسة تغيرات الطاقة في أثناء التفاعلات الكيميائية أكثر من اهتمامهم بكمية الطاقة الموجودة في المواد المتفاعلة أو المواد الناتجة. يمكن قياس كمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة للكثير من التفاعلات باستخدام المسعر البوليسترين غير مغلقة فالضغط ثابت، وكذلك الأمر في المخلوقات الحية التي تعيش على سطح الأرض، وفي البرك والمحيطات، وكذلك التفاعلات التي تحدث في الكؤوس والدوارق المفتوحة داخل المختبرات. يرمز إلى الطاقة المنطلقة أو الممتصة من التفاعلات التي تحدث عند ضغط ثابت بالرمز qp. ولتسهيل قياس أو دراسة تغيرات الطاقة التي ترافق تلك التفاعلات وضع الكيميائيون خاصية أسموها المحتوى الحراري. ويعرف المحتوى الحراري (H) بأنه مقدار الطاقة الحرارية المخزنة في مول واحد من المادة تحت ضغط ثابت. وعلى الرغم من عدم مقدرتك على قياس الطاقة الفعلية أو المحتوى الحراري للمادة إلا أنه يمكنك أن تقيس التغير في المحتوى الحراري، وهو كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة في التفاعل الكيميائي. ويسمى التغير في المحتوى الحراري (ΔHrxn) أو حرارة التفاعل (ΔH) لقد تعلمت سابقاً أن الرمز الدلتا (Δ) يعني التغير في خاصية ما. لذا فإن ΔHrxn يعني الفرق بين المحتوى الحراري للمواد الناتجة عند نهاية التفاعل Hfinal والمحتوى الحراري للمواد الموجودة في البداية Hinitial. ΔHrxn = Hfinal – Hinitial ولأن المواد المتفاعلة هي التي تكون عند بداية التفاعل reactants، والمواد الناتجة توجد عند نهايته Products، يمكن التعبير عن ΔHrxn بالمعادلة: ΔHrxn = Hproducts – Hreactants --- SECTION: إشارة المحتوى الحراري للتفاعل --- إشارة المحتوى الحراري للتفاعل تذكر المحتوى الكيميائي الذي يحدث في الكيمياء الساخنة. 4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) + 1625 kJ يتبين من معادلة التفاعل أن المواد المتفاعلة في هذا التفاعل طارد للحرارة Hproducts التي كميتها أصغر على قيمة سالبة لـ ΔHrxn، ويقودنا ذلك إلى أن تغيرات المحتوى الحراري للتفاعلات الطاردة للحرارة سـالبة دائماً. لذلك فإن معادلة التفاعل الذي يحدث في الكيمياء الساخنة والتغير في محتواه الحراري تكتب عادة كما يأتي: 4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) ΔHrxn = –1625 kJ --- SECTION: الشكل 7-1 --- مخطط المحتوى الحراري للتفاعل طارد للحرارة. --- SECTION: اشرح --- اشرح كيف يبين المخطط أن هذا النوع من التفاعل طارد للحرارة؟ --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 7-1 مخطط المحتوى الحراري للتفاعل طارد للحرارة. Description: A diagram illustrating the change in heat content during a chemical reaction. It shows reactants at a higher energy level and products at a lower energy level, with heat released. X-axis: المواد المتفاعلة (Reactants) والمواد الناتجة (Products) Y-axis: المحتوى الحراري (Heat Content) Data: Visual representation of energy change in an exothermic reaction. Key Values: ΔH = -1625 kJ, Reactants energy > Products energy Context: Illustrates the concept of exothermic reactions where heat is released, leading to a decrease in the system's enthalpy. It visually explains why ΔH is negative.