حرارة التكوين Heat of Formation + مسائل محلولة

– في هذا الموضوع سيتم مناقشة حرارة التكوين Heat of Formation بالتفصيل وكذلك مسائل محلولة على حرارة التكوين وذلك للتوضيح.

حرارة التفاعل Heat of reaction

(1) حرارة التفاعل ھي محصلة تغیرات الطاقة الناتجة عن تحطیم وتكوین الروابط الكیمیائیة.

(2) حرارة التفاعل هي كمیة الحرارة التي تنطلق أو تمتص عندما یتفاعل عدد من الجزیئات مع بعضھا لینتھي التفاعل بالنواتج.

(3) بالإضافة إلى ذلك فأن حرارة التفاعل = الفرق بین حرارة المواد المتفاعلة ΔH_reactant وحرارة المواد الناتجة ΔH_proudct

– وقد یكون ھذا التغیر الحراري مصاحباً لعملیة تكوین مادة من عناصرھا الأولیة، وفي ھذه الحالة یسمى ذلك التغیر الحراري (حرارة التكوین).

– أو یكون ھذا التغیر الحراري مصاحباً لعملیة احتراق مادة ما فیسمى (حرارة الإحتراق)، أو یكون مصاحباً لعملیة تعادل بین حمض وقاعدة، فیسمى ( حرارة التعادل)، … وھكذا.

– وفي هذا الموضوع سوف نتناول نوع واحد فقط من هذه الأنواع وهو حرارة التكوين على أن نستكمل باقى الأنواع في الموضوعات القادمة.

تعريف حرارة التكوين Heat of Formation

– تعرف حرارة التكوين ΔH_F^o بأنھا حرارة التفاعل أو التغیر في الإنثالبي (المنطلقة أو الممتصة) عندما یتكون مول واحد من مادة ما من عناصرها الأولية وھي في حالتھا القیاسیة.

– وحدة قياس حرارة التكوين:  kJ/mol

– ولقد اتفق أن قیم لجمیع العناصر في حالتھا القیاسیة تساوي صفراً

أمثلة توضيحية على حرارة التكوين

(1) الأكسجين

– یوجد الأكسجين على ثلاثة أشكال هي الأكسجين الذري (O) ، والأكسجين الجزيئي (O₂) ، الأوزون (O₃)

– ويعتبر الأكسجين (O₂) الأكثر استقراراً عند (298K) وضغط جوي واحد (1 atm) وبالتالي فإن:

(2) الكربون

– یوجد الكربون على شكلین: جرافيت (graphite) وألماس (diamond)

– ویعتبر الجرافیت الأكثر استقراراً عند (298 K) وضغط جوي واحد ، وهذا يعني:

شروط كتابة معادلة حرارة التكوين

(1) المادة الناتجة ھي فقط مول من المادة المراد إیجاد حرارة التكوین لھا.

(2) المواد المتفاعلة ھي العناصر المكونة للمادة المراد إیجاد حرارة التكوین لھا. بشرط أن تكون ھذه العناصر في الحالة القیاسیة.

– فمثلاً لا یمكن استخدام التفاعل التالي لحساب حرارة التكوین لـ CO

وذلك لأن الكربون في حالته الطبیعیة یكون في حالة صلبة ولیست غازیة.

– وفيما يلي أمثلة توضيحية على كيفية كتابة معادلة حرارة التكوين كما يلي:

(1) حرارة التكوین لكلورید الھیدروجین HCl  كما يلي:

(2) حرارة التكوین للماء H₂O كما يلي:

(3) حرارة التكوین لأكسید الكربون CO كما يلي:

(4) حرارة التكوین لثاني أكسید الكربون CO₂ كما يلي:

(5) حرارة التكوین لكبریتید الحدید FeS II كما يلي:

(6) حرارة التكوین للبروبان C₃H₈ كما يلي:

(7) حرارة تكوین النشادر (الأمونیا) NH₃

(8) حرارة التكوین لكبریتات النحاس CuSO₄

جدول حرارة التكوين القياسية ΔH_F^o

– جدول حرارة التكوين القياسية ΔH_F^o للعناصر والأيونات والمركبات كما يلي:

وفيما يلي ملاحظات على جدول حرارت التكوين السابق كما يلي:

(1) حرارة تكوین العناصر النقیة تساوي صفراً عند كل درجات الحرارة مثل:

(Cu(s), N₂(g), Fe(s), Na(s), Cl₂(g), Hg(L

(2) علاوة على ذلك فأن معظم حرارة التكوين سالبة وهذا يعني أن تكوين المركب من عناصره الأولية في الغالب طارد للحرارة.

(3) المركبات التي يصاحب تكوينها طرد للحرارة تكون أكثر استقراراً (علل) وذلك لأن المحتوي الحراري للمركب الناتج أقل من مجموع المحتويات الحرارية للعناصر الداخلة في تركيبه كما في CH₃OH , CH₄  ، …….

(4) كلما زادت الطاقة المنطلقة زاد ثبات المركب الناتج (یصعب تفكیكه) كما يلي:

– وكلما زادت الطاقة الممتصة كلما قل ثبات المركب (سھل تفكیكه) كما يلي:

مسائل محلولة على حرارة التكوين القياسية

مثال (1)

لديك التفاعل الآتي كما يلي:

وفيه حرارة التفاعل القياسية ΔH^o (التغير في الإنثالبي القياسي) یساوي مجموع حرارات التكوین القیاسیة لجمیع المواد الناتجة مطروحاً منه مجموع حرارات التكوین القیاسیة لجمیع المواد المتفاعلة، كما يلي:

P تعني Products أي النواتج 

R  تعني Reactants أي المتفاعلات .

ΔH^o: حرارة التفاعل

n_p= عدد المولات لأى مادة ناتجة