نسخة الفيديو النصية
ينتج كلورو الميثان من تفاعل الميثان، CH4، مع غاز الكلور في وجود الأشعة فوق البنفسجية. توضح المعادلة الآتية هذا التفاعل. ينطلق عن تفاعل 1.00 مول من الميثان 104 كيلوجول من الطاقة. يوضح الجدول الآتي طاقات بعض الروابط في المتفاعلات والنواتج. احسب، لأقرب كيلوجول لكل مول، طاقة الرابطة C–Cl.
قبل حل المسألة، دعونا نتأكد من أن المعادلة الكيميائية المعطاة موزونة. علينا حساب عدد كل نوع من الذرات في طرفي المعادلة. في طرف المتفاعلات في المعادلة، توجد أربع ذرات هيدروجين في جزيء الميثان. وفي طرف النواتج، توجد ثلاث ذرات هيدروجين في جزيء كلورو الميثان إضافة إلى ذرة هيدروجين في كلوريد الهيدروجين ليكون الإجمالي أربع ذرات هيدروجين. ومن ثم، فإن ذرات الهيدروجين موزونة حاليًّا في المعادلة.
لنلق نظرة على ذرات الكربون. توجد ذرة كربون واحدة في جزيء الميثان في طرف المتفاعلات. وفي طرف النواتج، توجد ذرة كربون واحدة في جزيء كلورو الميثان. إذن، فإن ذرات الكربون موزونة أيضًا. وأخيرًا، لنلق نظرة على ذرات الكلور. في طرف المتفاعلات، توجد ذرتان من الكلور. وفي طرف النواتج، توجد ذرة كلور واحدة في كلورو الميثان إضافة إلى ذرة كلور في كلوريد الهيدروجين ليكون الإجمالي ذرتين من الكلور. وبذلك نكون تأكدنا من أن المعادلة المعطاة هي معادلة كيميائية موزونة.
علينا الآن معرفة ما الروابط التي كسرت في جزيئات المتفاعلات أثناء التفاعل، وما الروابط الجديدة التي تكونت. بفحص جزيئات المتفاعلات وجزيئات النواتج عن قرب، نلاحظ أنه تم كسر إحدى الروابط الأحادية بين الكربون والهيدروجين في جزيء الميثان، وتكوين رابطة أحادية جديدة بين الكربون والكلور لإنتاج جزيء كلورو الميثان. بالإضافة إلى ذلك، من المؤكد أيضًا أنه تم كسر الرابطة الأحادية بين ذرتي الكلور في جزيء الكلور الثنائي الذرة حتى تكون إحدى ذرتي الكلور رابطة في جزيء كلورو الميثان، وتكون ذرة الكلور الثانية رابطة أحادية مع الهيدروجين لتكوين جزيء كلوريد الهيدروجين.
لدينا أيضًا جدول يوضح طاقة الروابط، أو BE، لثلاثة من الروابط التي حددناها في المعادلة. طاقة الرابطة، التي تعرف أيضًا باسم إنثالبي الرابطة، هي متوسط كمية الطاقة اللازمة لكسر رابطة في مول واحد من الجزيئات. يطلب منا هذا السؤال حساب طاقة الرابطة الأحادية بين الكربون والكلور على وجه التحديد، والتي لم تذكر في الجدول. ولكننا نعلم أن التفاعل يطلق 104 كيلوجول من الطاقة لكل مول من غاز الميثان المتفاعل. تعرف هذه الطاقة على أنها التغير في إنثالبي الرابطة للتفاعل، ويرمز لها بالرمز △H. عندما يطلق التفاعل طاقة، يعتبر طاردًا للحرارة، ومن ثم علينا استخدام إشارة سالبة. وسيكتب إنثالبي الرابطة لهذا التفاعل على صورة سالب 104 كيلوجول لكل مول.
تذكر أنه لحساب التغير في إنثالبي الرابطة، علينا جمع طاقات الروابط لجميع الروابط المكسورة وطرحها من مجموع طاقات الروابط المتكونة. تذكر أن كسر الروابط يمتص طاقة، وتكوين روابط جديدة يطلق طاقة. إذن الفرق بين مقداري الطاقة هذين هو التغير في إنثالبي الرابطة. الرابطتان اللتان كسرتا أثناء التفاعل هما الرابطة الأحادية بين الكربون والهيدروجين، والرابطة الأحادية بين ذرتي الكلور. والرابطتان الجديدتان المتكونتان خلال التفاعل هما الرابطة الأحادية بين الكربون والكلور، والرابطة الأحادية بين الهيدروجين والكلور.
والآن، يمكننا التعويض بقيم طاقات الروابط المذكورة في الجدول في المعادلة. يتطلب كسر الرابطة الأحادية بين الكربون والهيدروجين 411 كيلوجول لكل مول، ويتطلب كسر الرابطة الأحادية بين ذرتي الكلور 240 كيلوجول لكل مول. ما نحاول إيجاده هو طاقة الرابطة الأحادية بين الكربون والكلور. ويطلق 428 كيلوجول لكل مول عند تكوين الرابطة الأحادية بين الهيدروجين والكلور. بعد إضافة 411 كيلوجول لكل مول إلى 240 كيلوجول لكل مول، نتوصل إلى أنه جرى امتصاص 651 كيلوجول لكل مول لكسر الروابط. بالنسبة إلى الروابط المتكونة، فإن علامة الطرح الموجودة خارج القوسين تعني أن علينا طرح طاقة الرابطة بين C وCl، وطرح 428 كيلوجول لكل مول.
والآن، نحن جاهزون لتجميع الحدود المتشابهة. لنطرح 428 كيلوجول لكل مول من 651 كيلوجول لكل مول. أصبح الطرف الأيمن من المعادلة يساوي 223 كيلوجول لكل مول ناقص طاقة الرابطة بين الكربون والكلور. بعد ذلك، علينا طرح 223 كيلوجول لكل مول من طرفي المعادلة. وهذا يعطينا المعادلة الجديدة التالية. سالب 327 كيلوجول لكل مول يساوي سالب الرابطة الأحادية بين C-Cl. تكون طاقة الرابطة دائمًا قيمة موجبة، لذا دعونا نقسم طرفي المعادلة على سالب واحد. وبذلك نكون قد توصلنا إلى الإجابة وهي أن قيمة طاقة الرابطة الأحادية بين الكربون والكلور تساوي 327 كيلوجول لكل مول.
