تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

شارح الدرس: قياس التغيُّر في الإنثالبي الكيمياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نُجري تجارب القياس الحراري، ونستخدم النتائج لحساب التغيُّر في الإنثالبي في التفاعل الكيميائي.

معظم التفاعلات الكيميائية، بما في ذلك تلك التي تحدث في الكائنات الحية، تُصدر طاقة أو تكتسبها خلال التفاعل. ووفقًا لقانون حفظ الطاقة، لا بد أن تؤدي التفاعلات الكيميائية إلى تحويل الطاقة من صورة لأخرى. تتحول الطاقة من صورة لأخرى، ولا تفنى ولا تُستحدث من العدم.

قانون: حفظ الطاقة

ينص قانون حفظ الطاقة على أن الطاقة لا تفنى ولا تُستحدَث من العدم، بل تتحوَّل فقط من صورة لأخرى.

في الديناميكا الحرارية، ينحصر مكان إجراء التفاعل في منطقةٍ نطلق عليها النظام. أما المنطقة خارج النظام، حيث نسجل ملاحظاتنا، فتُسمى الوسط المحيط. يوضح الشكل الآتي مثالًا على هذه المصطلحات، حيث من الممكن أن يحدث تفاعل ما داخل كأس زجاجية.

يمكن للنظام المفتوح أن يتبادل الطاقة والمادة مع وسطه المحيط، بينما يسمح النظام المغلق بتبادل الطاقة فقط مع وسطه المحيط، أما النظام المعزول، فلا يسمح بتبادل الطاقة أو المادة مع وسطه المحيط. ولا يتفاعل النظام المعزول مع وسطه المحيط. وأحد الأمثلة على النظام المعزول هو زجاجة حافظة للحرارة مغلقة ومعزولة حراريًّا وميكانيكيًّا وكهربيًّا عن وسطها المحيط.

توصف التفاعلات الكيميائية التي تنقل الطاقة على صورة حرارة إلى الوسط المحيط بأنها تفاعلات طاردة للحرارة. وتعد تفاعلات الاحتراق مثالًا على التفاعلات الطاردة للحرارة. عندما يحدث تفاعل كيميائي في نظام يمتص الطاقة على صورة حرارة من الوسط المحيط، يوصف بأنه تفاعل ماص للحرارة. وتحتوي أكياس الثلج الهلامية، الموجودة في مجموعات الإسعافات الأولية، على مواد كيميائية تنتج تفاعلًا ماصًّا للحرارة عند خلطها معًا.

ويمكن قياس كمية الحرارة المنتقلة بين نظام التفاعل والوسط المحيط تجريبيًّا. لكي نتمكن من حساب الطاقة المنتقلة في هذه العمليات، علينا أن نكون قادرين على ربط كمية الطاقة المنتقلة بمقدار التسخين أو التبريد الذي نلاحظه في التجربة.

الحرارة هي انتقال الطاقة الحرارية بين الجزيئات والذَّرَّات في نظام. هذا الانتقال للطاقة الحرارية يسببه الاختلاف في درجة الحرارة. وترتبط الحرارة ودرجة الحرارة ارتباطًا وثيقًا، لكنهما مختلفتان جوهريًّا. درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط طاقة حركة الجزيئات. ويمكن استخدامها أيضًا للتعبير عن مدى سخونة أو برودة المادة.

تعريف: درجة الحرارة

درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط طاقة حركة مادة في نظام. ويمكن أن تعبر أيضًا عن سخونة المادة أو برودتها.

عند تسخين مادة ما، تنتقل الطاقة إلى الجزيئات والذرات الموجودة في المادة. تزداد طاقة حركة هذه الذرات والجزيئات، وترتفع درجة حرارة المادة. يعتمد التغير في درجة الحرارة على السعة الحرارية للمادة. تُعرَّف السعة الحرارية، 𝐶، كالآتي: 𝐶=𝑄Δ𝑇, حيث 𝑄 هي كمية الطاقة المقيسة بالجول، وΔ𝑇 هو التغير في درجة الحرارة المقيس بالكلفن أو درجة سلزية. وبما أن حجم الدرجة المقيسة بوحدة الكلفن، K، يساوي حجم الدرجة المقيسة بوحدة درجة سلزية، فإن التغير في درجة الحرارة سيكون متماثلًا في أي من الحالتين.

وبما أن السعة الحرارية تعتمد على كمية المادة التي تُسخَّن أو تبرَّد، فإنها تُعرف بأنها خاصية شمولية. يمكن استخدام السعة الحرارية باعتبارها خاصيةً شمولية، وتسمى في هذه الحالة السعة الحرارية النوعية. تُعرَّف السعة الحرارية النوعية بأنها السعة الحرارية مقسومة على كتلة العينة: 𝐶=𝐶𝑚.S

تُقاس السعة الحرارية النوعية بوحدة الجول لكل كلفن لكل جرام أو جول لكل درجة سلزية لكل جرام. وعادة ما يشار إلى السعة الحرارية النوعية بالحرارة النوعية.

تعريف: السعة الحرارية النوعية

تعرف أيضًا بالحرارة النوعية، وهي مقدار الطاقة المقيسة بوحدة الجول، اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من المادة بمقدار درجة سلزية واحدة.

يوضح الجدول الآتي بعض قيم الحرارة النوعية للمواد المختلفة. الماء السائل حرارته النوعية مرتفعة نسبيًّا مقارنةً بالمواد الأخرى. إذا زُوِّد ماء سائل بطاقة حرارية بمعدل ثابت، فسيستغرق وقتًا أطول ليسخن لدرجة حرارة معينة مقارنةً بالكتلة نفسها من الحديد.

المادة.ألومنيوم.كربون (جرافيت).نحاس.حديد.ماء (لتر).ماء (جم).
السعة الحرارية النوعية (JgC/ )0.8970.7090.3850.4494.1842.010

إذا سُخنت كتلة معلومة من مادة عند ضغط ثابت بحيث لا يوجد أي ضغط من الوسط المحيط، يمكن حساب مقدار الطاقة الحرارية المكتسبة باستخدام الصيغة: 𝑄=𝑚𝑐Δ𝑇, حيث 𝑄 هي الطاقة المقيسة بوحدة الجول.

تُقاس كتلة المادة، 𝑚، بوحدة الجرام. وΔ𝑇، التي تنطق «دلتا تي»، هي التغير في درجة حرارة المادة. ويمكن حساب Δ𝑇 بطرح درجة الحرارة النهائية من درجة الحرارة الأولية، وتُقاس باستخدام الترمومتر. عدديًّا، ستأخذ Δ𝑇 القيمة نفسها سواء كانت درجتا الحرارة النهائية والأولية مقيستين بوحدة درجة سلزية أو بوحدة الكلفن.

تقاس السعة الحرارية النوعية، 𝑐، بوحدة JkgC. لكن الأكثر شيوعًا هو استخدام وحدة الجرام وهو ما يعطينا وحدة القياس JgC.

مثال ١: تحديد الصيغة الصحيحة لحساب الحرارة المنتقلة أثناء تجربة قياس حراري

أيُّ المعادلات الآتية يُمكِن استخدامها مع نتائج إحدى تجارب القياس الحراري لحساب الطاقة الحرارية المُنتقِلة أثناء أحد التفاعلات الكيميائية؟

  1. 𝑄=(𝑐×Δ𝑇)𝑚.
  2. 𝑄=𝑚𝑐×Δ𝑇.
  3. 𝑄=𝑚×𝑐×Δ𝑇.
  4. 𝑄=𝑐𝑚×Δ𝑇.
  5. 𝑄=(𝑚×𝑐)Δ𝑇.

الحل

تُقاس الطاقة الحرارية المنتقلة خلال تفاعل كيميائي بوحدة الجول. ويُرمز إلى هذه الكمية بالرمز 𝑄.

يمكن حساب قيمة 𝑄 بضرب الكميات الثلاث معًا. وهذا يساوي حاصل ضرب كتلة المادة التي تتغير درجة حرارتها، في السعة الحرارية النوعية للمادة، في تغير درجة الحرارة المقيس.

يُشار إلى كتلة المادة التي سُخِّنت أو بُرِّدت بالرمز 𝑚. وهذا مقيس بوحدة جرام. ويشار إلى السعة الحرارية النوعية، أو الحرارة النوعية، للمادة بالرمز 𝑐. وتقاس الكتلة بالـJgC. ويُشار إلى التغير المقيس في درجة الحرارة بالرمز Δ𝑇، الذي يُنطق «دلتا تي».

وعليه، فالإجابة الصحيحة الوحيدة التي نرى فيها هذه الكميات مضروبة معًا بصورة صحيحة هي الخيار (ج).

مثال ٢: حساب الحرارة المنتقلة عند تسخين كتلة من الماء

في إحدى التجارب، وجد أن أحد التفاعلات نتج عنه تغير في درجة حرارة 80 g من الماء بمقدار 15C. ما قيمة الطاقة الحرارية المُنتقِلة في هذا التفاعل بوحدة الجول؟ استخدم القيمة 4.2/JgC للسعة الحرارية النوعية للماء.

الحل

في هذا السؤال، مطلوب حساب كمية الطاقة الحرارية المنتقلة خلال تفاعل يسبب تغير درجة حرارة 80 g من الماء بمقدار 15C.

يمكننا حساب مقدار الطاقة الحرارية المنتقلة، 𝑄، باستخدام المعادلة: 𝑄=𝑚𝑐Δ𝑇, حيث 𝑚 هي الكتلة بوحدة الجرام، و𝑐 هي السعة الحرارية النوعية بوحدة الJgC/، وΔ𝑇 هو التغير في درجة الحرارة.

في هذا السؤال، نعلم أن كتلة الماء تساوي 80 g، وأن السعة الحرارية النوعية للماء تساوي 4.2/JgC، وأن التغير في درجة الحرارة يساوي 15C.

بالتعويض بهذه القيم في المعادلة نحصل على: 𝑄=80×4.2/×15𝑄=5040.gJgCCJ

بتحليل الوحدات، يمكننا ملاحظة أن وحدتي الجرام، g، والدرجة السلزية، C، ستحذف كل منهما الأخرى ليتبقى لدينا وحدة الجول، J.

وعليه، تصبح الإجابة النهائية 5‎ ‎040 J.

في المعمل، يمكن قياس التغير في درجة الحرارة الناتج عن أحد التفاعلات باستخدام أداة بسيطة تُعرَف بالمسعر الحراري. التجارِب التي تقيس انتقال الحرارة في التفاعلات تسمى تجارب القياس الحراري.

تعريف: القياس الحراري

القياس الحراري هو الدراسة المعنية بانتقال الحرارة أثناء التغيرات الفيزيائية والكيميائية.

تعريف: المسعر الحراري

المسعر الحراري هو جهاز يُستخدم لقياس الطاقة المنتقلة على صورة حرارة أثناء التغيرات الفيزيائية أو الكيميائية. ويمكن اعتباره نظامًا معزولًا.

يتكون المسعر الحراري البسيط من وعاء تفاعل معزول، وأداة تقليب، وترمومتر. عادة ما يُستخدم كوب بولي ستايرين، موضوع داخل كأس زجاجية، له غطاء محكم باعتباره وعاءً معزولًا لإجراء التفاعل. عادة ما يكون الوعاء مملوءًا بكتلة محددة مسبقًا من الماء تحتوي على المتفاعلات. يوضح الشكل الآتي مخططًا لمسعر حراري بسيط.

يمكن استخدام هذا النوع من المسعرات الحرارية لقياس التغير في الطاقة الحرارية الذي يحدث خلال تفاعل يجري في محلول مائي. يمكن دراسة تفاعلات التعادل وتفاعلات الأكسدة والاختزال باستخدام هذا النوع من الأجهزة. في هذا النوع من المسعرات الحرارية البسيطة، يكون الوعاء المعزول موضوعًا تحت الضغط الجوي، ويجري التفاعل تحت ضغط ثابت.

مثال ٣: تحديد مدى ملاءمة جهاز تجريبي لإجراء تجربة قياس حراري

يوضِّح الشكل الآتي الإعداد التجريبي لمسعر بسيط يُستخدَم لقياس التغيُّر في الإنثالبي في تفاعلات مُحدَّدة. في أيِّ التفاعلات لا يكون استخدام هذا الجهاز العملي لقياس التغيُّر في الإنثالبي مُناسِبًا؟

  1. الذوبان.
  2. الاحتراق.
  3. الاستبدال.
  4. التعادل.
  5. الترسيب.

الحل

نوع المسعر الحراري الموضح في الشكل أعلاه هو الأنسب لقياس التغير في الإنثالبي للتفاعلات التي تحدث في محلولٍ مائي، أو في وسط سائل.

تحدث تفاعلات الذوبان عندما يذوب مذاب في مذيب سائل. وأحد الأمثلة على ذلك هو عندما يذوب مركب أيوني، مثل نيترات الأمونيوم، في الماء ليكوِّن أيونات مماهة.

ورغم أن تفاعلات الاستبدال يمكن أن تحدث بين المتفاعلات الصُّلبة، فإنها تحدث عادةً في الماء. وأحد الأمثلة على هذا النوع من التفاعلات هو إحلال مسحوق المغنيسيوم مكان النحاس في محلول كبريتات النحاس المائي.

تحدث تفاعلات التعادل بين حمض وقاعدة. يذوب الحمض والقاعدة عادة في الماء. في هذه الحالة، قد يشار إلى المحلول القاعدي بالقلوي. وتحدث هذه التفاعلات عادة أثناء تجارب المعايرة التي يُستخدم فيها دليل الحمض والقاعدة.

تتضمن تفاعلات الترسيب تكوُّن ناتج غير قابل للذوبان من اتحاد عددٍ من المحاليل. في هذه التفاعلات، يكون المذيب عادة هو الماء.

ويمكن إجراء جميع التفاعلات الموضحة حتى الآن داخل مسعر حراري بسيط على شكل كوب مصنوع من البولي ستايرين، ومعزول بصوف قطني.

تتطلب تفاعلات الاحتراق، التي تطلق نوعًا من اللهب، كمية كبيرة من الأكسجين لضمان الاحتراق التام. لا يمكن تسخين كوب البولي ستايرين باستخدام لهب مباشر؛ لأن الكوب، إلى جانب الطبقة العازلة المصنوعة من الصوف القطني، ستشتعل فيهما النيران. كوب البولي ستايرين ليس موصلًا جيدًا للحرارة؛ لذا فكمية الأكسجين اللازمة لاشتعاله ستكون محددة وداخل الجهاز الموضح. الجهاز الموضح ليس مناسبًا لإجراء تجارب القياس الحراري التي تتضمَّن احتراقًا. وعليه، فالإجابة الصحيحة هي الخيار (ب).

في التفاعلات مثل احتراق الوقود، يلزم وجود نوع مختلف من المسعرات الحرارية. يُستخدم هنا مسعر حراري ذو حجم ثابت أو ما يسمى مسعر الاحتراق. يوضح الشكل الآتي مخططًا بسيطًا لمسعر الاحتراق.

يحتوي مسعر الاحتراق على ماء، وأداة تقليب، وترمومتر؛ مثل المسعر الحراري البسيط. لكن بما أنه لا بد من إحراق العينة، فلا يمكن وضعها في الماء مباشرة. عوضًا عن ذلك، توضع العينة داخل غرفة، ويمكن بعد ذلك إشعالها عن بُعد باستخدام أسلاك الإشعال.

ونظرًا لأن هذه الغرفة تُعرف أيضًا بخلية القنبلة، يشار عادة إلى المسعر الحراري بأكمله بمسعر القنبلة.

عند استخدام كل من المسعر البسيط ومسعر الاحتراق، نضع افتراضات معينة. تتضمن تلك الافتراضات أن درجة الحرارة العظمى تعكس كمية الحرارة المنطلقة، وأنه لا تتسرب أي حرارة من المسعر إلى وسطه المحيط. وأخيرًا، نفترض أيضًا أن المسعر نفسه، بالإضافة إلى الأدوات الأخرى الموجودة مثل أداة التقليب والترمومتر، لا تمتص أيًّا من الحرارة المنطلقة.

يُستخدم عادة مسعر القنبلة لإيجاد القيمة الحرارية للمواد الغذائية.

يمكن استخدام الجول (J) والسعر الحراري (cal) باعتبارهما وحدتي طاقة. الجول هو وحدة الطاقة وفقًا للنظام الدولي للوحدات. ويعرف الجول بأنه مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة 1 g من الماء بمقدار 14.184C.

يمكن تحويل الجول إلى سعر حراري بقسمته على 4.184، ويمكن تحويل السعر الحراري إلى جول بضربه في 4.184.

يمكن أيضًا استخدام عاملي التحويل الآتيين للتحويل بين الجول (J) والسعر الحراري (cal): 4.184114.184.JcalcalJو

يمكن تعريف ألف سعر حراري بأنها كيلو سعر حراري (kcal). العلاقة بين السعر الحراري والكيلو سعر حراري هي: ()=1000()=1.kcalcalCalاريوااري

تعريف: السعر الحراري

السعر الحراري هو مقدار الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء بمقدار درجة سلزية واحدة. وهو يكافئ 4.184 J بالضبط.

عادة ما يحسب التغير في الإنثالبي في تفاعل كيميائي بوحدة القياس كيلو جول لكل مول. ويشار إليه عادة بتغير الإنثالبي المولي. لا بد أن تكون الطاقة الحرارية المنتقلة خلال التفاعل الكيميائي مرتبطة بعدد مولات الجسيمات المتضمنة في التفاعل الكيميائي. بالنسبة للمركبات الصلبة، يمكن حساب عدد المولات المتفاعلة بمعلومية كتلة العامل المحدد المستخدم. بالنسبة للمحاليل السائلة، يمكن حساب عدد المولات المتفاعلة بمعلومية التركيز والحجم المسجلين للمحلول. من المهم أن يُسجَّل تغير الإنثالبي المولي بالإشارة الصحيحة. في التفاعلات الطاردة للحرارة، يأخذ تغير الإنثالبي المولي إشارة سالبة. في التفاعلات الماصة للحرارة، يأخذ تغير الإنثالبي المولي إشارة موجبة.

من النتائج التجريبية، يمكن حساب تغير الإنثالبي المولي باستخدام المعادلة الآتية: راا,Δ𝐻=𝑚𝑐Δ𝑇𝑁, حيث 𝑁 هو عدد المولات المتفاعلة للعامل المحدد في المعادلة الكيميائية الموزونة.

مثال ٤: حساب تغير الإنثالبي المولي من بيانات تجريبية

عند خلط 50 mL من ماء يحتوي على تركيز 0.5 M من HSO24 عند 20C مع 50 mL من ماء يحتوي على تركيز 0.5 M من NaOH عند 20C، أعلى درجة سجلت كانت 26C.

  1. ما قيمة 𝑄 لهذا التفاعل؟ استخدِم القيمة 4.2/JgC للسعة الحرارية النوعية للماء. اكتب إجابتك بوحدة الجول.
  2. إذا كان NaOH هو العامل المحدد، فما قيمة 𝑄 بوحدة الكيلو جول لكل مول من NaOH؟ [Na=23g/mol، H=1g/mol، O=16g/mol]
  3. المعادلة الموزونة للتفاعل هي: HSO()+2NaOH()NaSO()+2HO()24242aqaqaql ما قيمة التغيُّر في الإنثالبي المولي، لكل مول من HSO24 المستهلك؟ اكتب إجابتك في صورة عدد صحيح.

الحل

الجزء الأول

نستخدم المعادلة 𝑄=𝑚𝑐Δ𝑇 لحساب الطاقة المنتقلة للماء بوحدة الجول في هذا التفاعل.

إجمالي حجم السائل في الوعاء يساوي 50+50=100mLmLmL. نفترض أن كثافة هذا السائل تساوي 1 g/mL. ومن ثم، فإن كتلة السائل تساوي (1/×100)=100gmLmLg.

ويساوي التغيُّر في درجة الحرارة (2620)=6C

باستخدام المعادلة، 𝑄=(100×4.2×6)J. فإن هذا يساوي 2‎ ‎520 J.

الجزء الثاني

يمكن حساب عدد مولات NaOH المتفاعلة من خلال ضرب تركيز المحلول في الحجم المسجل بوحدة اللتر.

عدد مولات NaOH يساوي 0.5×50×10=0.025MmLmol. إذن، 𝑁=0.025mol.

وبما أن 𝑚𝑐Δ𝑇=2520J، فهذا يساوي 25201000 kJ. وعليه فإن، 𝑚𝑐Δ𝑇=2.52kJ.

والآن، نقسم الكيلو جول على عدد مولات NaOH المتفاعلة: 2.520.025=100.8/.kJmolkJmol

الجزء الثالث

بما أننا حسبنا عدد مولات NaOH وحصلنا على 0.025 mol، يمكننا استخدام نسبة المول الموجودة في المعادلة الموزونة لحساب عدد المولات المستهلكة من HSO24. لكل مول مستهلك من NaOH، استهلك نصف عدد مولات HSO24؛ إذ يتفاعل هذان المركبان بنسبة 21. لدينا 0.0252 mol مستهلك من HSO24.

لإيجاد تغير الإنثالبي المولي لكل مول من HSO24، نقسم 𝑄 على 0.0252.

وهذا يساوي 2.52=201.6/kJkJmolHSO24.

يجب أن نعطي الإجابة إشارة سالبة؛ لأن الحرارة تنتقل من النظام إلى الوسط المحيط. وهذا واضح؛ إذ كان هناك ارتفاع في درجة الحرارة خلال التفاعل. وبالتقريب لأقرب عدد صحيح، تكون الإجابة هي 202 kJ/mol.

مثال ٥: حساب التغير في الحرارة لكل جرام من الوقود من البيانات التجريبية

في إحدى التجارب، قيس 80 g من الماء، ووضع في وعاء من النحاس، وسُجِّلت درجة حرارته. وُزِنَ مصباح كحولي يحتوي على وقود، ثم وُضِعَ أسفل الوعاء النحاسي. أُشعِلَ فتيل المصباح الكحولي، وسُخِّنَ الماء، حتى وصلتْ درجة الحرارة إلى 50C. أُطفِئَت الشعلة، وسُجِّلت درجة الحرارة النهائية. بعد ذلك، وُزِنَ المصباح الكحولي أيضًا. تَظهَر النتائج موضَّحةً في الجدول المعطى.

درجة الحرارة الأولية للماء (C)درجة الحرارة النهائية للماء (C)كتلة المصباح الكحولي قبل التسخين (g)كتلة المصباح الكحولي بعد التسخين (g)
22.551.254.3852.88
  1. ما قيمة الطاقة الحرارية المنتقلة 𝑄 في التجربة؟ اكتب إجابتك بوحدة الكيلو جول لأقرب منزلة عشرية. استخدم القيمة 4.18/JgC للسعة الحرارية النوعية للماء.
  2. ما قيمة التغيُّر الحراري لكلِّ جرام من الوقود؟ اكتب إجابتك بوحدة الكيلو جول لكل جرام من الوقود.

الحل

الجزء الأول

في هذا الجزء من السؤال، مطلوب منا حساب مقدار الطاقة الحرارية المنتقلة إلى 80 g من الماء عندما يحترق الوقود.

يمكننا حساب مقدار الطاقة الحرارية (𝑄) المنتقلة باستخدام المعادلة الآتية: 𝑄=𝑚𝑐Δ𝑇, حيث 𝑚 هي الكتلة مقيسة بوحدة الجرام، و𝑐 هي السعة الحرارية النوعية مقيسة بوحدة الـ JgC/، وΔ𝑇 هو التغير في درجة الحرارة.

نعلم من رأس السؤال أن كتلة الماء تساوي 80 g وأن السعة الحرارية النوعية للماء تساوي 4.18. لكننا سنحتاج إلى استخدام البيانات الموجودة في الجدول لحساب التغير في درجة الحرارة: اارةااارةاو=Δ𝑇51.222.5=Δ𝑇.28.7=Δ𝑇CCC

بالتعويض بالقيم في المعادلة، نحصل على: 𝑄=80×4.18/×28.7𝑄=9597.28.gJgCCJ

بتحليل الوحدات، يمكننا ملاحظة أن الوحدتين جرام، g، ودرجة سلزية، C، تحذف كل منهما الأخرى ليتبقى لدينا الجول، J.

لكن المطلوب في السؤال هو إيجاد القيمة بوحدة الكيلو جول ولأقرب منزلة عشرية. للتحويل من جول إلى كيلو جول، علينا قسمة القيمة على 1‎ ‎000: 9597.28×11000=9.59728JkJJkJ

وبتقريب هذه القيمة إلى أقرب منزلة عشرية، نحصل على الإجابة النهائية 9.6 kJ.

الجزء الثاني

بعدما حدَّدنا كمية الحرارة المنتقلة عند احتراق الوقود، علينا الآن كمية الحرارة المنتقلة لكل جرام من الوقود.

لحساب هذه القيمة، علينا معرفة كمية الوقود التي احترقت أثناء التجربة. من الجدول الموضح في السؤال، يمكننا حساب الاختلاف في كتلة المصباح الكحولي قبل التسخين وبعده: ()()=()52.8854.38=.1.5=ggggggااحاااوحااا

وهذه النتيجة تخبرنا بأن احتراق 1.5 g من الوقود ينتج عنه 9.6 kJ من الحرارة. ومن ثَمَّ، فمن أجل تحديد كمية الحرارة الناتجة لكل جرام من الوقود، نقسم كمية الحرارة الناتجة على كتلة الوقود المحترق: 9.61.5=.6.4/=kJgkJgاداماارة

وعليه، تكون الإجابة النهائية هي: 6.4 kJ/g من الوقود.

من المهم ملاحظة قصور تجارب القياس الحراري التي تجرى باستخدام جهاز بسيط في المختبر. المسعر ليس نظامًا معزولًا تمامًا؛ لذا لا بد من انتقال الحرارة إلى الهواء والأسطح المحيطة. ونتيجة لذلك، فإن التغيُّر المقيس في درجة الحرارة يكون عادة أقل مما سيكون عليه في حالة عدم وجود أي حرارة منتقلة. وهذا يؤدي إلى انخفاض القيمة المحسوبة لتغير الإنثالبي المولاري عن القيمة الفعلية.

عند إجراء تجارب الاحتراق، تكون كمية الحرارة المنتقلة إلى الهواء المحيط أكبر، ويحتمل مواجهة أخطاء تجريبية كبيرة. عادة ما يحدث احتراق غير تامٍّ في التجارب المعملية البسيطة. وتتسبب تجارب الاحتراق غير التام في ترسبات سخامية على المسعرات. وتتحرر طاقة أقل خلال تفاعل الاحتراق في هذه الظروف. وهذا يؤدي إلى انخفاض القيم التجريبية للإنثالبي المولي للاحتراق، مقارنة بالبيانات المقبولة، المقيسة تحت الظروف القياسية.

دعونا نلخِّص ما تناولناه في هذا الشارح.

النقاط الرئيسية

  • ينص قانون حفظ الطاقة على أن الطاقة لا تفنى ولا تُستحدَث من العدم، بل تتحوَّل فقط من صورة إلى أخرى.
  • في النظام المفتوح، يجري تبادل الطاقة والمادة مع الوسط المحيط، بينما في النظام المغلق، يجري تبادل الطاقة فقط.
  • في النظام المعزول، لا يمكن تبادل الطاقة أو المادة مع الوسط المحيط.
  • السعة الحرارية النوعية للمادة هي مقدار الطاقة، مقيسة بوحدة الجول، اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من المادة بمقدار درجة سلزية واحدة.
  • يتكون المسعر الحراري البسيط من كوب معزول، وغطاء، وترمومتر، لتسجيل درجة حرارة ما بداخله.
  • تحسب الطاقة الحرارية المنتقلة المقيسة بوحدة الجول باستخدام المعادلة 𝑄=𝑚𝑐Δ𝑇.
  • يمكن حساب تغير الإنثالبي المولي، Δ𝐻، بقسمة الطاقة الحرارية المنتقلة على مول من المادة المتفاعلة.
  • يستحيل عزل كأس المسعر تمامًا عن الوسط المحيط. يؤدي فقدان الحرارة إلى الوسط المحيط أو انتقالها منه إلى أخطاء تجريبية.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.