نسخة الفيديو النصية
عادة ما ينتج غاز الهيدروجين المستخدم في العمليات الصناعية من خلال إعادة تشكيل الميثان (CH4) بالبخار. في هذه العملية العكسية، يتفاعل الميثان مع البخار لينتج الهيدروجين وأول أكسيد الكربون (CO). يوضح الجدول طاقات بعض الروابط. اذكر معادلة كيميائية موزونة لهذا التفاعل.
تخبرنا المسألة أن غاز الميثان يتفاعل مع البخار، ويعاد تشكيله لينتج الهيدروجين وأول أكسيد الكربون. إذن المتفاعلات هي الميثان، CH4، والبخار أو الماء الغازي، H2O. وهما يتفاعلان لتكوين غاز الهيدروجين، H2، وأول أكسيد الكربون، CO. والآن بعد أن حددنا نواتج هذا التفاعل ومتفاعلاته، دعونا نزن هذه المعادلة.
لدينا ذرة كربون واحدة في المتفاعلات، وذرة كربون واحدة في النواتج. ولدينا ست ذرات هيدروجين في المتفاعلات، وذرتا هيدروجين فقط في النواتج. ولدينا ذرة أكسجين واحدة في كل من المتفاعلات والنواتج. وبما أن كل شيء موزون في كلا الطرفين ما عدا كمية الهيدروجين الموجود في جانب النواتج، يجب أن يكون لـ H2 معامل تكافئي يساوي ثلاثة. والآن بعد أن أصبحت المعادلة موزونة، سنلاحظ أن المعادلة الكيميائية لهذا التفاعل هي CH4 زائد H2O يتفاعلان لتكوين 3H2 زائد CO.
احسب التغير الكلي في طاقة الرابطة لهذا التفاعل، لكل مول من غاز الهيدروجين الناتج.
خلال التفاعل الكيميائي، تنكسر الروابط بين الذرات في المتفاعلات. يتطلب الأمر طاقة لكسر هذه الروابط الكيميائية. نطلق على هذه الطاقة طاقة الرابطة، وعادة ما تعطى لكل مول من الروابط المكسورة. عندما تتكون النواتج من الذرات المنفردة، تتكون روابط جديدة. وعندما تتكون رابطة كيميائية جديدة، ينطلق قدر من الطاقة. على سبيل المثال، كسر مول واحد من روابط H–H يتطلب 432 كيلوجول من الطاقة. ومن ثم، إذا تكون مول واحد من روابط H–H، فمقدار الطاقة المنطلقة سيكون 432 كيلوجول.
ومن ثم يمكننا إيجاد قيمة التغير في طاقة الرابطة لهذا التفاعل بأن نجمع طاقات الروابط المكسورة خلال التفاعل، ونطرح منها مجموع طاقات الروابط المتكونة خلاله. نطرح هنا طاقة الروابط المتكونة؛ لأن هذه الطاقة تنطلق. بما أن روابط المتفاعلات تكسرت، وروابط النواتج تكونت خلال التفاعل، يمكننا التفكير في ذلك أيضًا باعتباره طاقة الرابطة للمتفاعلات ناقص طاقة الرابطة للنواتج.
قبل أن نحسب التغير في طاقة الرابطة لهذا التفاعل، قد يفيدنا رسم بنية كل جزيء مشارك في التفاعل؛ كي نعرف الروابط التي لدينا. حسنًا، هذه هي بنى كل من المتفاعلات والنواتج. والآن لنوجد التغير في طاقة الرابطة. يحتوي غاز الميثان على أربع روابط C–H، التي تبلغ طاقة الرابطة لكل منها 411 كيلوجول لكل مول. أما الماء، فبه رابطتا O–H، وطاقة كل منهما 459 كيلوجول لكل مول. ولدينا ثلاث جزيئات من غاز الهيدروجين في هذا التفاعل. كل جزيء يحتوي على رابطة H–H، وطاقتها هي 432 كيلوجول لكل مول. وأخيرًا، أول أكسيد الكربون به الرابطة الثلاثية C≡O، وطاقتها تساوي 1072 كيلوجول لكل مول. بحساب مجموع هذه القيم معًا، نحصل على 194 كيلوجول لكل مول.
يطلب منا السؤال إيجاد طاقة الرابطة لكل مول من غاز الهيدروجين الناتج. لقد حسبنا التغير الكلي في طاقة الرابطة وفقًا للمعادلة الكيميائية الموزونة التي تحتوي على ثلاثة مولات من غاز الهيدروجين. ومن ثم، لإيجاد التغير الكلي في طاقة الرابطة لهذا التفاعل لكل مول من غاز الهيدروجين الناتج، علينا قسمة العدد الذي أوجدناه على ثلاثة، وهو ما يعطينا 65 كيلوجول لكل مول.