– یعترض الكیمیائیین بعض الصعاب أحیاناً حینما یودون إیجاد الأنثالبي للتفاعلات، فقد تكون ھذه التفاعلات سھلة جداً للدرجة التي یصعب معھا دراستھا أو تنتج بعض المركبات الغیر مطلوبة نتیجة للتفاعلات الجانبیة لذلك سنناقش فى هذا الموضوع قانون هس Hess law
– یستخدم قانون ھس لحساب كمیة الحرارة المصاحبة حیث یتعذر قیاسھا مخبریاً بسبب:
(1) بطء شدید للتفاعل بحیث تتعذر دراسته.
(2) أو حدوث تفاعلات جانبیة تنتج مواد غیر مرغوب فیھا بجانب المواد المطلوبة.
نص قانون هس Hess’s Law
ينص قانون هس على أن:
(حرارة التفاعل الكلیة لتفاعل كیمیائي معین تساوي قیمة ثابتة سواء حدث التفاعل مباشرة خلال خطوة واحدة أو خلال عدد من الخطوات).
ویمكن أن یصاغ القانون أیضاً كما یلي:
(عند ثبوت الضغط ودرجة الحرارة، فإن التغیر في الإنثالبي (ΔH)لأي تفاعل كیمیائي مقدار ثابت، سواء تم ھذا التفاعل في خطوة واحدة أو مجموعة خطوات، بشرط أن تكون المواد المتفاعلة والناتجة ھي نفسھا في كل حالة).
وھذا یتفق مع كون التغیر في الإنثالبي تابع للحالة (أي أن قیمته لا تعتمد على المسار الذي یسلكه التفاعل وإنما تعتمد على الحالة الإبتدائیة والحالة النھائیة).
التغير في الأنثالبي دالة حالة ΔH is state function
(س) وضح كیف أن التغیر في الإنثالبي (ΔH) تابع للحالة (قیمته لا تعتمد علىالمسار)؟
من الشكل:
ΔH4 تمثل الإنثالبي لتكون (D) مباشرة من (A)
– وطبقاً لقانون ھس فإن :
ΔH4= ΔH1 + ΔH2 + ΔH3
– وإذا جمع الإنثالبي ابتداءً من (A)عبر (D) , (C) , (B) ثم إلى (A) مرة أخرى يجب أن يساوي صفراً حسب قانون حفظ الطاقة:
ΔH1+ ΔH2 + ΔH3 + (-ΔH4) = 0
لأن ΔH4 تساوي مجموع ΔH1 + ΔH2+ ΔH3 وفقاً لقانون هس
أهمية قانون هس
(1) یمكن من خلاله حساب تغیرات الإنثالبي لتفاعلات لا یمكن إجراؤھا في المختبر بسبب بطئھا الشدید.
(2) یمكن استخدامه لحساب التغیر في الإنثالبي للتفاعلات التي فیھا نواتج جانبیة.
مثال توضيحي يوضح أهمية قانون هس
(1) يشكل الجرافيت (C graphite) والماس (C diamond) الشكلان المتآصلان للكربون، ونجد أن الجرافیت (الفحم) ھو الشكل المستقر أكثر تحت ظروف الضغط الجوي العادیة، ولكن تجار الألماس لا یشعرون بأي قلق بشأن أحجارھم الكریمة لأن عملیة تحولھا (أي الألماس) إلى جرافیت تأخذ ملایین السنین.
– وبالتالي فإنه من الصعوبة بمكان عملیاً قیاس التغیر في الإنثالبي للتفاعل السابق بسبب الزمن الذي یستغرقه. ولكن قانون ھیس یمدنا بالحل للتغلب على ھذه المعضلة.
– نعلم أن التغیر في المحتوى الحراري لكل من التفاعلین الآتیین یمكن قیاسه على حدة:
إذاً یحدث تحول الماس الى جرافیت في عملیة طاردة للحرارة.
(2) یستحیل حساب التغیر في الإنثالبي المصاحب لتكون أول أكسید الكربون (CO)عملیاًمن عناصره الأولیة : الكربون والأكسجین.
حيث أنه يستحيل حرق (C) في جو من الأكسجين (O2) دون ان يتكون (CO2) بالإضافة (CO).
إذاً فكیف یمكن حساب التغیر في الإنثالبي لتكوین COمن عناصره الأولية؟
(أ) تحسب الحرارة المنطلقة نتیجة احتراق الكربون احتراقاً كاملاً لیعطى CO2
(ب) تحسب الحرارة المنطلقة نتیجة احتراق CO إلى CO2 مخبرياً كما يلي:
ويمكن الحصول على التفاعل كما يلي:
من جمع التفاعلین السابقین ( أ، ب ) مع إجراء التعدیلات اللازمة لتكون عملیة الجمع مؤدیة في النھایة الى التفاعل:
وبھذا فإنه بتكون مول واحد من COمن عناصره الأولية ينطلق (110.5 KJ) من الحرارة إلى المحيط.
أمثلة محلولة على قانون هس
مثال (1) : أحسب حرارة التفاعل التالي: ΔHo =?
إذا علمت التفاعلات التالیة:
الحل:
لا یمكن قیاس التغیر في الإنثالبي مباشرة للتفاعل:
لأن تفاعل الكربون والھیدروجین ینتج عنھما خلیط من مركبات الھیدروكربون، ولكنیمكن إیجاد ΔHo لهذا التفاعل من تفاعلات الإحتراق السابقة التي یمكن قیاس تغیراتالإنثالبي لھا عند الظروف القیاسیة. ونحاول أن نجري بعض التعدیلات على تلك المعادلات لیعطي مجموعھا في النھایة المعادلة:
ومن جمع المعادلات ( ٣ ،٢ ،١ ) بعد إجراء التعديلات علیھا واللازمة لتعطي المعادلة المطلوب حساب حرارة التفاعل لھا، فإن حرارة التفاعل المطلوبة ھي (- 75.3 kJ)
مثال (2) : أحسب حرارة التفاعل التالي: ΔHo =?
إذا علمت التفاعلات التالیة:
الحل:
مثال (3) : أحسب طاقة التفاعل التالي: ΔH =?
علماً بأن:
الحل:
للحصول على التفاعل الأول یجب أن نجمع التفاعلین السابقین بعد أن نجري علیھا التغیرات التالیة:
(أ) نضرب التفاعل الأول في العدد 2
(ب) نعكس التفاعل الثاني:
مثال (4) : أحسب طاقة التفاعل التالي: ΔH =?
إذا علمت أن:
الحل:
للحصول على طاقة التفاعل یجب جمع:
(أ) التفاعل (1)
(ب) معكوس التفاعل (2)
مثال (5) : أحسب طاقة التفاعل التالي: ΔH =?
إذا علمت أن:
الحل:
للحصول على التفاعل السابق نجمع:
(أ) معكوس التفاعل الأول مضروباً في 2
(ب) التفاعل الثاني:
مثال (6) : أحسب طاقة التفاعل التالي: ΔH =?
إذا علمت أن:
الحل:
للحصول على التفاعل السابق نجمع:
أ) معكوس التفاعل الأول
ب) التفاعل الثاني
مثال (7) : أحسب طاقة التفاعل التالي: ΔH =?
إذا علمت أن:
الحل:
للحصول على التفاعل السابق نجمع:
(أ) معكوس التفاعل الأول في العدد 3
(ب) التفاعل الثاني
(ج) معكوس التفاعل الثالث
مثال (8) : أحسب طاقة التفاعل التالي: ΔH =?
إذا علمت أن:
الحل:
للحصول على ΔH للتفاعل السابق نجمع:
(أ) التفاعل الأول مضروباً في 6
(ب) التفاعل الثاني مضروباً في العدد 3
(ج) معكوس التفاعل الثالث
مثال (9) : أحسب طاقة التفاعل التالي: ΔH =?
إذا علمت أن:
الحل:
للحصول على التفاعل السابق بجمع :
(أ) مقسوم التفاعل الأول على 2
(ب) مضروب التفاعل الثاني في العدد 3
(ج) معكوس التفاعل الثالث وضربه في العدد 3
مثال (10) : من التفاعليين الآتيين:
أحسب قيمة ΔHللتفاعل التالي:
الحل:
المراجع:
أسس الكيمياء العامة والفيزيائية – الجزء الأول.عمر بن عبد الله الهزازي ، قسم الكيمياء- كلية العلوم – جامعة أم القرى – المملكة العربية السعودية
تعرف على علم الكيمياء
