الدرس: 1-9 قياس انثالبي التفاعل

المسعر الحراري: عبارة عن جهاز معزول حرارياً يستخدم لقياس حرارة التفاعل (انثالبي التفاعل) الممتصة أو المنبعثة في التفاعل الكيميائي عند ثبوت الضغط.

تركيب المسعر:

يتكون المسعر من وعاء التفاعل مغمور في كمية ثابتة من الماء موجودة في وعاء معزول عزلاً جيداً فإذا كان التفاعل باعثاً للحرارة فإن الحرارة تمتص من قبل الماء والمسعر فترتفع درجة حرارة الماء والمسعر ويمكن قياس كميتها من الزيادة في درجة الحرارة إذا كانت السعة الحرارية للمسعر ومحتوياته معروفة.

ما نوع الدراسة التي يقدمها لنا المسعر الحراري؟

يستخدم لقياس كميات الحرارة المرافقة للتفاعلات الكيميائية سواء المنبعثة أو الممتصة.

ما هي أنواع التفاعلات التي يستخدم فيها المسعر الحراري؟

يستخدم غالباً لقياس حرارة احتراق المواد العضوية الصلبة أو السائلة والتفاعلات الغازية عند حجم معين.

يمكن اعتبار حرارة التفاعل المقاسة في المسعر هي الأنثالبي؟

لأن الحرارة المقاسة في المسعر تكون بثبوت الضغط، ولأن الأنثالبي مرتبطة بدراسة كميات الحرارة تحت ضغط ثابت عليه يمكن اعتبار حرارة التفاعل المقاسة في المسعر هي الأنثالبي.

ملاحظة: إن الأساس الذي تم فيه قياس كمية الحرارة الممتصة أو المنبعثة نتيجة التفاعلات الكيميائية عند استخدام المسعر الحراري هي العلاقة q (J) = ς (J/g. ̊C) × m(g)× ΔT

فإذا كان التفاعل باعثاً للحرارة فإن الحرارة المتحررة ترفع درجة حرارة الماء والمسعر (المسعر ومحتوياته قد امتص نفس كمية الحرارة المنبعثة من التفاعل)، أما إذا كان التفاعل ماصاً للحرارة فإن الحرارة الممتصة تخفض درجة حرارة الماء والمسعر (المسعر ومحتوياته قد فقد أو بعث نفس كمية الحرارة الممتصة من قبل التفاعل).

خطوات حل مسائل المسعر الحراري:

• أولاً: جد مقدار Δ T
• ثانياً: طبق العلاقة q (J) = ς (J/g . ̊C) × m(g)× ΔT
• ثالثاً: لإيجاد كمية حرارة مول واحد قسم الحرارة على عدد المولات أو استخدم النسبة والتناسب.
• رابعاً: حول إلى الكيلو جول إذا طلب منك ذلك.

إذا تم حرق 3g من مركب الهيدرازين (N₂H₄) كتلته المولية تساوي 32g/mole (في مسعر مفتوح يحتوي على 1000g من الماء) الحرارة النوعية للماء (4.2J/g. C) فإن درجة الحرارة ترتفع من 24.6C̊ إلى 28.2C̊، احسب الحرارة المتحررة نتيجة الاحتراق والأنثالبي لاحتراق 1mole من الهيدرازين بوحدة kJ/mol على افتراض أن السعة الحرارية للمسعر مهملة.

T = T_f - T_i

ΔT = 28.2 - 24.6 = 3.6 C

q (j) = ϛ (J / g. C) x m (g) x ΔT

q = 4.2 × 1000 × 3.6

q = - 15120 J

عدد مولات الهيدرازين:

$n=\frac{m\left(g\right)}{M\left(\frac{g}{mol}\right)}=\frac{3g}{32\frac{g}{mol}}=0.094mol$

نجد الحرارة المتحررة من احتراق 1mol من الهيدرازين:

$q=\frac{q\left(\mathrm{J}\right)}{n\left(\mathrm{mol}\right)}=\frac{-15120\mathrm{J}}{0.094\mathrm{mol}}=-160851\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol}}$

$\begin{array}{r}\mathrm{\Delta }H=q_p=-160851\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol}}\\ \\ \mathrm{\Delta }H(\mathrm{KJ}/\mathrm{mol})=\mathrm{\Delta }H\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol}}\times \frac{1\left(\mathrm{KJ}\right)}{1000\left(\mathrm{J}\right)}\\ \\ \mathrm{\Delta }H(\mathrm{KJ}/\mathrm{mol})=-160851\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol}}\times \frac{1\left(KJ\right)}{1000\left(\right)}=-161\left(\frac{\mathrm{KJ}}{\mathrm{mol}}\right)\end{array}$

باستخدام المسعر، وضعت 3g من مركب الجلوكوز (C6H₁₂O₆) الكتلة المولية للجلوكوز (180g/mole) في وعاء العينة ثم ملئ وعاء التفاعل بغاز الأوكسجين، وضع هذا الوعاء داخل الوعاء المعزول الذي ملئ بكمية 1200g من الماء و(الحرارة النوعية للماء 4.2J/g. C̊ (وكانت درجة الحرارة الابتدائية تساوي 21.0C̊، احرق بعد ذلك المزيج وعند قياس درجة الحرارة وجد أن التفاعل رفع درجة حرارة المسعر ومحتوياته إلى 25.5C̊، احسب كمية الحرارة المتحررة بوحدة kJ/mol نتيجة احتراق 1 mole من الجلوكوز، على فرض أن السعة الحرارية للمسعر مهملة.

التغير في درجات الحرارة.

ΔT = (T_f -T_i) ̊C = (25.5-21.0) ̊C = 4.5 ̊C

يمكن إيجاد كمية الحرارة باستخدام العلاقة التالية لأن السعة الحرارية للمسعر مهملة.

(q (J) = ς (J/g. ̊C) × m (g)× ΔT( ̊C

q (J) = 4.2 (J/g. ̊C) × 1200 (g) × 4.5(C) = 22680 J

وبما أننا نريد حساب الحرارة المتحررة فإن هذه الكمية من الحرارة يجب أن تكون سالبة، أي تساوي (22680J -) ولكوننا نحتاج الحرارة المتحررة من احتراق 1mole من الجلوكوز فيجب أن نقسم هذه الحرارة على عدد المولات المكافئة في 3g من الجلوكوز، ونستخدم لهذا الغرض العلاقة التي تربط عدد المولات (n) مع الكتلة (m) والكتلة المولية.

$\mathrm{n}\left(\mathrm{mol}\right)=\frac{\mathrm{m}\left(\mathrm{g}\right)}{{\mathrm{M}}_{(\mathrm{g}/\mathrm{mol})}}=\frac{3\left(g\right)}{180\left(g^{\mathrm{\prime }}/\mathrm{mol}\right)}=0.017\mathrm{mol}$

$\mathrm{q}=\frac{-22680\mathrm{J}}{0.017\mathrm{mol}}=-1334118\mathrm{J}/\mathrm{mol}$

وطالما أن هذه الحرارة تم قياسها في المسعر المفتوح تحت تأثير الضغط الجوي أي بثبوت الضغط فمعنى أنها تمثل أنثالبي التفاعل أي:

$\mathrm{\Delta H}={\mathrm{q}}_{\mathrm{P}}=-1334118\mathrm{J}/\mathrm{mol}$

والوحدة J/ mol هي وحدة الأنثالبي ولإيجادها بوحدة kJ تحول وحدة J إلى kJ وحسب الآتي:

$\begin{array}{r}\mathrm{\Delta H}(\mathrm{kJ}/\mathrm{mol})=\mathrm{\Delta H}(\mathrm{J}/\mathrm{mol})\times \frac{1\left(\mathrm{kJ}\right)}{1000\left(\mathrm{J}\right)}\\ {\mathrm{\Delta H}}_{(\mathrm{kJ}/\mathrm{mol})}=-1334118(\mathrm{J}/\mathrm{mol})\times \frac{1\left(\mathrm{kJ}\right)}{1000\left({\mathrm{J}}^{\mathrm{\prime }}\right)}\\ =-1334\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}\end{array}$

لذا فكمية الحرارة، أي: أنثالبي احتراق مول واحد من الجلوكوز تساوي. - 1334kJ/mol.