فيديو السؤال: التغيرات في طاقة الرابطة في تفاعل الإزاحة بين الماء والغاز الكيمياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يعد تفاعل الإزاحة بين الماء والغاز مصدرًا أساسيًّا لغاز الهيدروجين المستخدم في العمليات الصناعية. في هذا التفاعل، يتفاعل أول أكسيد الكربون مع البخار لينتج الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. يتفاعل ‪CO‬‏ زائد ‪H2O‬‏ لتكوين ‪CO2‬‏ زائد ‪H2‬‏. يوضح الجدول طاقات بعض الروابط. احسب التغير الكلي في طاقة الروابط لهذا التفاعل، لكل مول من غاز الهيدروجين الناتج.

قبل حل المسألة، دعونا نبدأ بالتأكد من أن المعادلة الكيميائية المعطاة موزونة. علينا عد كل نوع من الذرات في كلا طرفي المعادلة. في طرف المتفاعلات من المعادلة، توجد ذرة كربون واحدة في جزيء أول أكسيد الكربون. وفي طرف النواتج، توجد ذرة كربون واحدة في جزيء ثاني أكسيد الكربون. إذن، ذرات الكربون موزونة حاليًّا.

دعونا الآن نلق نظرة على ذرات الهيدروجين. في طرف المتفاعلات من المعادلة، توجد ذرتا هيدروجين في جزيء الماء، وفي طرف النواتج، توجد أيضًا ذرتا هيدروجين في الهيدروجين الثنائي الذرة. إذن، ذرات الهيدروجين موزونة حاليًّا.

وأخيرًا: دعونا نلق نظرة على ذرات الأكسجين. في الطرف الأيسر من المعادلة، توجد ذرة أكسجين واحدة في أول أكسيد الكربون وذرة أكسجين أخرى في جزيء الماء ليصبح الإجمالي ذرتي أكسجين. في طرف النواتج من المعادلة، توجد ذرتا أكسجين في جزيء ثاني أكسيد الكربون ليصبح الإجمالي ذرتي أكسجين. بذلك نكون قد تأكدنا من أن هذه معادلة كيميائية موزونة.

يوضح الجدول المعطى طاقة الرابطة لستة أنواع من الروابط. لتحديد أنواع الروابط الموجودة في جزيئات المتفاعلات والنواتج، سنحتاج إلى رسم الصيغ البنائية. يحتوي جزيء أول أكسيد الكربون على رابطة ثلاثية بين الكربون والأكسجين، في حين يحتوي جزيء الماء على رابطتين أحاديتين بين الأكسجين والهيدروجين. أما فيما يخص النواتج، فيحتوي جزيء ثاني أكسيد الكربون على رابطتين مزدوجتين بين الكربون والأكسجين. ويحتوي الهيدروجين الثنائي الذرة على رابطة أحادية واحدة بين ذرتي الهيدروجين. ولا يحتوي أي من الجزيئات على روابط أحادية بين الكربون والهيدروجين أو روابط أحادية بين الكربون والأكسجين. لذا، لن نستخدم هاتين القيمتين من قيم طاقة الرابطة في العملية الحسابية.

طاقة الرابطة، التي يشار إليها أيضًا باسم إنثالبي الرابطة، هي متوسط كمية الطاقة اللازمة لكسر رابطة في مول واحد من الجزيئات، والوحدة المستخدمة لقياس إنثالبي الرابطة هي الكيلو جول لكل مول. يطلب منا هذا السؤال حساب التغير الكلي في طاقة الرابطة الذي يشار إليه أيضًا بالتغير في إنثالبي الرابطة، ويمثل بالرمز ‪ΔH‬‏. لكي نحسب التغير في إنثالبي الرابطة، علينا إيجاد مجموع طاقات الروابط لكل الروابط في جزيئات المتفاعلات، ونطرح منه مجموع طاقات الروابط لكل الروابط في جزيئات النواتج.

تذكر أن النظام يمتص الطاقة لكسر الروابط في جزيئات المتفاعلات، وتنطلق هذه الطاقة عند تكوين روابط جديدة في جزيئات النواتج. تمتص الطاقة لكسر رابطة ثلاثية واحدة بين الكربون والأكسجين ورابطتين أحاديتين بين الأكسجين والهيدروجين في جزيئات المتفاعلات. تنطلق الطاقة عندما تتكون رابطتان مزدوجتان بين الكربون والأكسجين، ورابطة أحادية واحدة بين الهيدروجين في جزيئات النواتج.

بعد التعويض بقيم طاقة الرابطة من الجدول في المعادلة، نجد أنه يلزم 1072 كيلو جول لكل مول لكسر الرابطة الثلاثية بين الكربون والأكسجين زائد اثنين في 459 كيلو جول لكل مول لكسر الرابطتين الأحاديتين بين الأكسجين والهيدروجين. أما فيما يخص النواتج، فينطلق اثنان في 799 كيلو جول من الطاقة لكل مول عند تكوين رابطتين مزدوجتين بين الكربون والأكسجين، وينطلق 432 كيلو جول من الطاقة لكل مول عند تكوين رابطة أحادية واحدة بين ذرتي الهيدروجين. بعد التبسيط، نجد أن 1990 كيلو جول لكل مول هو كمية الطاقة الكلية اللازمة لكسر الروابط في جزيئات المتفاعلات. و 2030 كيلو جول لكل مول هو كمية الطاقة الكلية المنطلقة عند تكون جزيئات النواتج.

بعد طرح 2030 كيلو جول لكل مول من 1990 كيلو جول لكل مول، نحصل على سالب 40 كيلو جول لكل مول. عندما يكون التغير في إنثالبي الرابطة سالبًا، فهذا يعني أن التفاعل طارد للحرارة. وإذا نظرنا إلى العملية الحسابية التي أجريناها، نلاحظ أن الطاقة المنطلقة عند تكوين جزيئات النواتج أكبر من الطاقة اللازمة لكسر الروابط في جزيئات المتفاعلات. التغير الكلي في طاقة الروابط لهذا التفاعل، لكل مول من غاز الهيدروجين الناتج، يساوي سالب 40 كيلو جول لكل مول.