الطاقة

الطاقة هي القدرة على بذل شغل أو إنتاج حرارة توجد في صورة طاقة وضع أو طاقة حركة طاقة الوضع تعتمد على تركيب أو وضع الجسم تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركة عندما يبدأ الجسم في الحركة تعتمد الطاقة الحركية للمادة على درجة الحرارة ( كلما زادت درجة الحرارة زادت حركة الجسيمات ) تعتمد طاقة الوضع على التركيب ( نوع الذرات – عدد الروابط –طريقة الترتيب ) قانون حفظ الطاقة ( القانون الأول للديناميكا الحرارية ) الطاقة لا تفنى و لا تستحدث و تتحول من شكل لآخر

أي أن مجموع الطاقة يبقى ثابتاً مهما تحولت بين الأشكال طاقة الوضع الكيميائية هي الطاقة المختزنة في مادة نتيجة تركيبها و قوة الربط بين ذراتها ( لها دور في التفاعلات الكيميائية ) الحرارة هي طاقة تنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم الأبرد يرمز لها بالحرف q تنخفض درجة حرارة الجسم عندما يفقد حرارة , و ترتفع عندما يكتسب حرارة

كيف تتحرك السيارة ؟ يحترق الوقود ( الأوكتان ) و يتحول جزء من طاقة الوضع الكيميائية فيه إلى شغل يتحول جزء من الطاقة المختزنة في الوقود إلى حرارة قياس الحرارة تقاس في النظام الدولي للوحدات بالجول ( J) السعر ( cal) هو كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1gمن الماء 1oC 1cal = 4.184J , 1J =0.239 cal السعر الغذائي Cal)) يساوي 1000cal أو1kcal

مثال وجبة إفطار تحتوي على 230 Calمن الطاقة . عبر عنها بوحدة الجول J . الحل نحول أولاً السعر الغذائي Calإلى سعرcal بالضرب × 1000 230Cal ×1000 = 2.3×105 cal نحول السعر إلى جول بالضرب × 4.184 2.3×105 cal×4.184=9.6×105 J

الحرارة النوعية هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1g من المادة 1oC. كلما قلت الحرارة النوعية زاد ارتفاع درجة الحرارة باكتساب نفس الكمية من الحرارة حساب الحرارة الممتصة أو المنطلقة تستخدم المعادلة التالية q = c × m ×ΔT حيث q = كمية الحرارة , و c = الحرارة النوعية , و ΔT = تغير درجة الحرارة

مثال إذا تغيرت درجة حرارة قطعة حديد كتلتها 10g من50.4oC إلى 25oCو انطلقت منها كمية حرارة مقدارها114J , فما الحرارة النوعية للحديد ؟ الحل q=c ×m × ΔT c= ΔT= 50.4-25=25.4oC =0.449 J/goC

الطاقة الشمسية استعمال الطاقة الشمسية يقلل استعمال أنواع الوقود الأخرى . قلة فترات سطوع الشمس و وجود الغيوم يصعب استخدام الطاقة الشمسية . يستخدم الماء لتخزين طاقة الشمس بسبب ارتفاع الحرارة النوعية للماء . الخلايا الكهروضوئية تحول الإشعاع الشمسي مباشرة إلى كهرباء . الخلايا الفولتية الضوئية تزود رواد الفضاء بالطاقة , و لا تستعمل في الحياة العادية بسبب ارتفاع تكلفتها .

الحرارة

المسعر هو جهاز معزول حرارياً يستخدم لقياس كمية الحرارة الممتصة أو المنطلقة خلال عملية فيزيائية أو كيميائية . فكرة عمل المسعر توضع كمية من الماء في غرفة معزولة تمتص الحرارة الناتجة أو تعطي الحرارة اللازمة للتفاعل و عن طريق قياس تغير درجة الحرارة يمكن معرفة كمية الحرارة الممتصة أو المنطلقة من أنواع المسعر ( مسعر التفجير أو القنبلة ) صفحة 57 يمكن استخدام مسعر عبارة عن كأس من البوليستيرين مفتوح على الجو لقياس الحرارة النوعية لفلز ما .

مثال وضعت 125gمن الماء في مسعر عند درجة حرارة 25.6oCثم سخنت عينة من فلز كتلتها 50gحتى 115oCو وضعت في الماء داخل المسعر فارتفعت درجة حرارة الماء إلى 29.3oC احسب الحرارة النوعية للفلز علماً بأن الحرارة النوعية للماء 4.184J/goC

كمية الحرارة المكتسبة للماء = كمية الحرارة المفقودة من الفلز الحل كمية الحرارة المكتسبة للماء = كمية الحرارة المفقودة من الفلز c ×m ×ΔT (للفلز) c ×m ×ΔT = (للماء) c= (للفلز) c ×m ×ΔT (للماء) m ×ΔT (للفلز ) c =0.453J/goC

مثال تمتص قطعة فلز كتلته 4.68g طاقة مقدارها 256J فترتفع درجة حرارتها بمقدار 182oC . احسب الحرارة النوعية للفلز . المعطيات m=4.68 , ΔT=182 , q=256 المطلوب c=? حساب المطلوب q=c ×m × ΔT c=

الطاقة الكيميائية و الكون الكيمياء الحرارية تدرس تغيرات الحرارة التي ترافق التفاعلات الكيميائية و تغيرات الحالة الفيزيائية الكمادة الدافئة تنتج الحرارة بسبب تفاعل كيميائي مثل 4Fe (s) +3O2(g) 2Fe2O3(s) + energy الكمادة و محتوياتها تعتبر نظاماً النظام في الكيمياء الحرارية هو جزء من الكون يحتوي على التفاعل أو العملية التي نريد دراستها باقي الكون يسمى المحيط ( الكون = النظام + المحيط )

في التفاعل الطارد للحرارة تنتقل الحرارة من النظام إلى المحيط في التفاعل الماص للحرارة تنتقل الحرارة من المحيط إلى النظام من المستحيل حساب الطاقة المختزنة الكلية في مادة لذلك ندرس تغيرات الطاقة أثناء التفاعل التغير في المحتوى الحراري ΔH هو كمية الحرارة الممتصة أو المنطلقة خلال التفاعل الكيميائي أو

إشارة ΔH في التفاعل الطارد للحرارة سالبة ( -) في التفاعل الماص للحرارة موجبة ( + ) يرمز لطاقة التفاعل بـ q حيث q= ΔH أمثلة 4Fe (s) +3O2(g) 2Fe2O3(s) + 1625kJ تفاعل طارد للحرارة و فيه ΔH= -1625 kJ 27kJ+NH4NO3(s) NH4+(aq)+NO3-(aq) تفاعل ماص للحرارة و فيه ΔH= 27kJ

المعادلات الكيميائية الحرارية

المعادلات الكيميائية الحرارية هي معادلات موزونة تشتمل على الحالات الفيزيائية للمواد المتفاعلة و الناتجة و تغيرات الطاقة (ΔH ) حرارة الاحتراق هي المحتوى الحراري الناتج عن حرق 1molمن المادة احتراقاً كاملاً الرمز ΔHoيدل على تغير المحتوى الحراري القياسي أي عند 1atmو 25oC . تغيرات الحالة حرارة التبخر المولارية ΔH ) موجبة ) هي الحرارة اللازمة لتبخير 1molمن سائل .

حرارة الانصهار المولارية ΔH ) موجبة ) هي الحرارة اللازمة لصهر 1mol من مادة صلبة المعادلات الكيميائية الحرارية لتغيرات الطاقة لاحظ أن أي أن لاحظ أيضاً

يغمر المزارعون بساتينهم في الليالي الباردة جداً بالماء ( علل ) جـ - لأن الطاقة المنطلقة من الماء أثناء تجمده ترفع درجة حرارة الهواء المحيط بالنبات و تقوم بتدفئته مثال ما كمية الحرارة الناتجة من احتراق 54g جلوكوز حسب المعادلة التالية ؟ ( الكتلة المولية للجلوكوز هي 180 ) C6H12O6(s) + 6O2(g) CO2(g)+6H2O(l) H=-2808KJ

الحل عدد مولات الجلوكوز = كمية الحرارة = = 0.3 مول عدد المولات المحسوبة × ΔH عدد مولات المادة في المعادلة الموزونة

يحترق الجلوكوز داخل الجسم يتحول إلى ثلاثي فوسفات الأدينوسين ATP تتحول لطاقة وقت حاجة الجسم لها تفاعلات الاحتراق تفاعل الاحتراق هو تفاعل الوقود مع الأكسجين فينتج طاقة أمثلة احتراق الميثان في الوقود المنزلي احتراق الأوكتان في وقود السيارات تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين لرفع مكوك الفضاء

حساب التغير في المحتوى الحراري

يصعب قياس تغير المحتوى الحراري عملياً باستخدام المسعر لبعض التفاعلات مثل التفاعلات شديدة البطء التفاعلات التي تنتج خليطاً من النواتج يستخدم قانون هس لحساب تغير المحتوى الحراري في مثل هذه الحالات نص قانون هس إذا أمكن جمع عدة تفاعلات حرارية لإنتاج معادلة نهائية فإن تغير المحتوى الحراري للتفاعل النهائي يساوي مجموع تغيرات المحتوى الحراري للتفاعلات المكونة له

مثال احسب ΔH للتفاعل التالي علماً بأن الحل التفاعل المطلوب ينتج من ضرب التفاعل 2×a ثم الجمع مع b لذلك فإن ΔH= 2×-297 + (-198 )= -792KJ

ملاحظات عند عكس اتجاه التفاعل نغير إشارة ΔH عند ضرب تفاعل في معامل نضرب ΔH في نفس المعامل عند قسمة تفاعل على معامل نقسمΔH على نفس المعامل مثال استعمل المعادلتين( a , b) لحساب ΔH لتحلل بيروكسيد الهيدروجين H2O2

الحل التفاعل المطلوب ينتج من عكس bالتفاعل ثم ضربه × 2 ثم الجمع مع التفاعل a لذلك فإن ΔH=2× –(-188) + (-572) =-196KJ

حرارة التكوين القياسية هي تغير المحتوى الحراري للتفاعل الذي يتكون فيه المركب من عناصره في حالاتها القياسية ( 1atm , 298k) مثال حرارة التكوين القياسية لثالث أكسيد الكبريت ( غاز خانق يسبب تكوين الأمطار الحمضية ) العنصر في حالته القياسية حرارة تكوينه صفر و بذلك تمكن العلماء من قياس حرارة التكوين القياسية للمركبات

استعمال حرارة التكوين القياسية تستخدم لحساب حرارة التفاعل في الظروف القياسية باستخدام قانون هس باستخدام العلاقة التالية مثال احسب حرارة التفاعل القياسية للتفاعل التالي CH4(g)+2O2(g) CO2(g) +2H2O(l) علماً بأن

الحل