فيديو السؤال: اختيار مخطط منحنى التفاعل الصحيح من معلومات معطاة عن تفاعل ما الكيمياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

وجد أن أحد التفاعلات الكيميائية له إنثالبي تفاعل مولي ‪(Δ𝐻)‬‏ مقداره سالب 80 كيلو جول لكل مول، وطاقة تنشيط مقدارها 25 كيلو جول لكل مول. أي منحنيات التفاعل الآتية يمثل هذا التفاعل؟

يوضح منحنى التفاعل أو مخطط الطاقة التغيرات في الطاقة عند الخطوات المختلفة في التفاعل الكيميائي. لاحظ أن المحور ‪𝑦‬‏ يوضح مستوى أو كمية الطاقة المرتبطة بأجزاء مختلفة من التفاعل الكيميائي؛ حيث تزداد الطاقة مع التحرك إلى أعلى المحور ‪y‬‏، وتنخفض مع التحرك إلى أسفل المحور ‪y‬‏. يمثل المحور ‪x‬‏ سير التفاعل أو تقدمه، من المتفاعلات الموجودة على اليسار، ممثلة في حرف ‪R‬‏ الكبير، إلى النواتج الموجودة على اليمين، ممثلة في حرف ‪P‬‏ الكبير. يمكن أن تستخدم مخططات مستوى الطاقة لتوضيح كيفية تغير الطاقة الكلية أثناء التفاعل الكيميائي، إضافة إلى توضيح إذا ما كان التفاعل طاردًا للحرارة أم ماصًّا لها.

يعرف التفاعل الطارد للحرارة بأنه تفاعل كيميائي تنبعث فيه طاقة من المواد الكيميائية المتفاعلة إلى الوسط المحيط. وهذا يعني أن المتفاعلات يجب أن تكون ذات طاقة أعلى، وأن تكون النواتج في موضع منخفض على طول المحور ‪y‬‏ لتمثيلها عند مستوى طاقة أقل؛ وذلك بسبب الطاقة المنبعثة. نلاحظ ذلك في منحنيي التفاعل ب، ج ومن ثم فهما منحنيا تفاعل لتفاعلات طاردة للحرارة.

في أي منحنى تفاعل، يعرف الفرق في الطاقة بين النواتج والمتفاعلات بأنه التغير في الإنثالبي؛ حيث يشير الإنثالبي إلى طاقة النظام. وتتكون الطاقة عادة من الطاقة الكيميائية الكامنة والطاقة الحرارية المعروفة أيضًا بالحرارة. نشير إلى الإنثالبي بحرف ‪𝐻‬‏ الكبير؛ لذا يرمز إلى التغير في الإنثالبي لأي تفاعل كيميائي بالرمز ‪Δ𝐻‬‏، وعلى وجه التحديد يشار إلى التفاعل الطارد للحرارة بسالب ‪Δ𝐻‬‏، أو قيمة تغير سالبة في الإنثالبي. ونظرًا إلى أن منحنيي التفاعل ب، ج يوضح كل منهما تفاعلًا طاردًا للحرارة، فسنكتب ‪Δ𝐻‬‏ على الصورة سالب ‪Δ𝐻‬‏، أو على صورة قيمة تغير سالبة في الإنثالبي.

وعلى العكس من ذلك، يعرف التفاعل الماص للحرارة بأنه تفاعل كيميائي تمتص فيه المواد الكيميائية المتفاعلة الطاقة من الوسط المحيط، وهو ما يعني أنه يجب أن تكون المتفاعلات أقل في الطاقة، ويجب أن تكون النواتج في موضع أعلى على طول المحور ‪y‬‏ لتمثيلها عند مستوى طاقة أعلى؛ وذلك بسبب الطاقة الممتصة. نلاحظ ذلك في منحنيي التفاعل أ، د. فكل منهما إذن يصف تفاعلًا ماصًّا للحرارة، وهو ما يشار إليه بموجب ‪Δ𝐻‬‏ أو قيمة تغير موجبة في الإنثالبي بسبب الطاقة التي امتصها التفاعل الكيميائي أو اكتسبها.

وفي ضوء ما تقدم، نعلم من السؤال أن الإنثالبي المولي للتفاعل، الذي يعرف أيضًا بالتغير في الإنثالبي، ويشار إليه بالرمز ‪Δ𝐻‬‏، يساوي سالب 80 كيلو جول لكل مول. وكما ذكرنا، يكون التغير في الإنثالبي سالبًا أو تكون ‪Δ𝐻‬‏ سالبة عندما يكون التفاعل طاردًا للحرارة. هذا يعني أنه يمكننا استبعاد منحنيي التفاعل أ، د؛ لأن كلًّا منهما يشير إلى تفاعل ماص للحرارة أو تفاعل له ‪Δ𝐻‬‏ موجبة.

يتبقى ب، ج باعتبارهما إجابتين محتملتين؛ لأن منحنى التفاعل لكل منهما يصف تفاعلًا طاردًا للحرارة له قيمة ‪Δ𝐻‬‏ سالبة. هناك معطى آخر في السؤال لكن لم نناقشه بعد، وهو أن منحنى التفاعل له طاقة تنشيط مقدارها 25 كيلو جول لكل مول. طاقة التنشيط ‪𝐸a‬‏ تعرف بأنها أدنى كمية لازمة من الطاقة لكي تتصادم جزيئات المتفاعلات ويتفاعل بعضها مع بعض، وتعرف أيضًا بأنها التعزيز الأولي أو الزيادة الأولية في الطاقة اللازمة لبدء التفاعل.

بدون وجود طاقة كافية تساوي طاقة التنشيط للتفاعل لدينا، لن يكون للمتفاعلات الطاقة الكافية لتتحول إلى نواتج، ولن يحدث التفاعل. لتحديد إذا ما كان منحنى التفاعل ب أو ج هو الذي يصف التفاعل الذي فيه ‪Ea‬‏ تساوي ‪##25##‬‏ كيلو جول لكل مول، و‪Δ𝐻‬‏ يساوي سالب ‪##80#‬‏ {ثمانين} كيلو جول لكل مول، فعلينا الانتهاء من توضيح كل المعطيات على منحنيي التفاعل عن طريق توضيح جزء ‪Ea‬‏ في مخططيهما.

ونظرًا إلى أن منحنيات التفاعل ليس بها تدريج للقيم على طول المحور ‪y‬‏، فسوف نستخدم ما نعرفه عن الارتفاعات النسبية لـ ‪Ea‬‏ و‪Δ𝐻‬‏ على منحنى التفاعل المطلوب. يجب أن تمثل ‪Ea‬‏ التي تساوي 25 كيلو جول لكل مول بارتفاع أقصر من ارتفاع التغير في الإنثالبي الذي يساوي سالب 80 كيلو جول لكل مول. بطريقة أخرى، يجب ألا يمثلا بارتفاعين متساويين في منحنى التفاعل المطلوب. عند النظر إلى منحنى التفاعل ج، نلاحظ أن ارتفاعي ‪Ea‬‏، ‪Δ𝐻‬‏ متساويان تقريبًا. هذا يعني أنه يمكن استبعاد منحنى التفاعل ج من الإجابتين المحتملتين؛ لأن ‪Ea‬‏، ‪Δ𝐻‬‏ يجب ألا يكونا متساويين.

عندما نقارن بين ‪Ea‬‏، ‪Δ𝐻‬‏ في منحنى التفاعل ب، سنجد أن ‪Ea‬‏ تساوي نحو ثلث الارتفاع، أو ثلث الطاقة بالنسبة إلى ‪Δ𝐻‬‏، أو أن ثلاثة ‪𝐸a‬‏ ستساوي تقريبًا ‪Δ𝐻‬‏ واحدًا. إذن، أي منحنيات التفاعل يمثل التفاعل الكيميائي الذي يكون فيه ‪Ea‬‏ مقدارها 25 كيلو جول لكل مول، ويكون فيه ‪Δ𝐻‬‏ مقداره سالب 80 كيلو جول لكل مول؟ الإجابة هي: منحنى التفاعل ب.