المحتوى الحراري القياسي للتكوين

في الكيمياء والديناميكا الحرارية ، المحتوى الحراري القياسي للتكوين أو الحرارة القياسية لتكوين مركب هو التغير في المحتوى الحراري أثناء تكوين مول واحد من المادة من العناصر المكونة لها في حالتها المرجعية ، مع وجود جميع المواد في حالاتها القياسية . يوصي الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية بقيمة الضغط القياسي p = 10 5 باسكال (= 100 كيلو باسكال = 1 بار ) ، على الرغم من أنه قبل عام 1982 تم استخدام القيمة 1.00 ضغط جوي (101.325 كيلو باسكال). [1] لا توجد درجة حرارة قياسية. رمزها هو Δ f H . يشير الرمز العلوي Plimsoll على هذا الرمز إلى أن العملية حدثت في ظل ظروف قياسية عند درجة الحرارة المحددة (عادةً 25 درجة مئوية أو 298.15 كلفن).

تُعرَّف الحالات القياسية لأنواع مختلفة من المواد. بالنسبة للغاز، فهي الحالة الافتراضية التي سيتخذها الغاز إذا التزم بمعادلة الغاز المثالي عند ضغط 1 بار. بالنسبة لمذاب غازي أو صلب موجود في محلول مثالي مخفف ، فإن الحالة القياسية هي الحالة الافتراضية لتركيز المذاب بمقدار مول واحد بالضبط لكل لتر (1  م ) عند ضغط 1 بار مستقى من التخفيف اللانهائي. بالنسبة لمادة نقية أو مذيب في حالة مكثفة (سائل أو صلب)، فإن الحالة القياسية هي السائل النقي أو الصلب تحت ضغط 1 بار.

بالنسبة للعناصر التي تحتوي على أشكال متعددة ، عادة ما يتم اختيار الحالة المرجعية لتكون الشكل الذي يكون فيه العنصر أكثر استقرارًا تحت ضغط 1 بار. أحد الاستثناءات هو الفوسفور ، حيث يكون الشكل الأكثر استقرارًا عند ضغط 1 بار هو الفوسفور الأسود ، ولكن يتم اختيار الفوسفور الأبيض كحالة مرجعية قياسية لإنثالبي التكوين الصفري. [2]

على سبيل المثال، فإن المحتوى الحراري القياسي لتكوين ثاني أكسيد الكربون هو المحتوى الحراري للتفاعل التالي في ظل الظروف المذكورة أعلاه:

تُكتب جميع العناصر في حالاتها القياسية، ويتكون مول واحد من الناتج. وهذا ينطبق على جميع إنثالبيات التكوين.

يتم قياس المحتوى الحراري القياسي للتكوين بوحدات الطاقة لكل كمية من المادة، وعادة ما يتم التعبير عنها بالكيلوجول لكل مول (kJ mol -1 )، ولكن أيضًا بالكيلو كالوري لكل مول ، أو جول لكل مول، أو كيلو كالوري لكل جرام (أي تركيبة من هذه الوحدات تتوافق مع إرشادات الطاقة لكل كتلة أو كمية).

جميع العناصر في حالاتها المرجعية ( غاز الأكسجين ، الكربون الصلب على شكل جرافيت ، إلخ) لها إنثالبي تكوين قياسي يساوي صفرًا، حيث لا يوجد أي تغيير في تكوينها.

تفاعل التكوين هو عملية ذات ضغط ثابت ودرجة حرارة ثابتة. نظرًا لأن ضغط تفاعل التكوين القياسي ثابت عند 1 بار، فإن المحتوى الحراري القياسي للتكوين أو حرارة التفاعل هي دالة لدرجة الحرارة. لأغراض الجدول، يتم إعطاء جميع المحتوى الحراري القياسي للتكوين عند درجة حرارة واحدة: 298 كلفن، ممثلة بالرمز Δ f H
298 ك
.

قانون هيس

بالنسبة للعديد من المواد، يمكن اعتبار تفاعل التكوين بمثابة مجموع عدد من التفاعلات الأبسط، سواء كانت حقيقية أو وهمية. يمكن بعد ذلك تحليل المحتوى الحراري للتفاعل من خلال تطبيق قانون هيس ، الذي ينص على أن مجموع تغيرات المحتوى الحراري لعدد من خطوات التفاعل الفردية يساوي تغير المحتوى الحراري للتفاعل الكلي. هذا صحيح لأن المحتوى الحراري هو دالة حالة ، تعتمد قيمتها لعملية إجمالية على الحالات الأولية والنهائية فقط وليس على أي حالات وسيطة. يتم تقديم الأمثلة في الأقسام التالية.

المركبات الأيونية: دورة بورن-هابر

التغير القياسي في المحتوى الحراري للتكوين في مخطط بورن-هابر لفلوريد الليثيوم . Δ latt H يتوافق مع U L في النص. يُظهر السهم المتجه لأسفل "تقارب الإلكترون" الكمية السالبة -EA F ، حيث يتم تعريف EA F عادةً على أنها موجبة.

بالنسبة للمركبات الأيونية، فإن المحتوى الحراري القياسي للتكوين يعادل مجموع عدة مصطلحات مدرجة في دورة بورن-هابر . على سبيل المثال، تكوين فلوريد الليثيوم ،

يمكن اعتبارها مجموع عدة خطوات، كل منها لها طاقتها الخاصة (أو طاقتها تقريبًا):

  1. H sub ، المحتوى الحراري القياسي للذرات (أو التسامي ) لليثيوم الصلب.
  2. IE Li ، أول طاقة تأين لليثيوم الغازي.
  3. B(F–F) ، المحتوى الحراري القياسي للذرات (أو طاقة الرابطة) لغاز الفلور.
  4. EA F ، التقارب الإلكتروني لذرة الفلور.
  5. U L ، طاقة الشبكة لفلوريد الليثيوم.

مجموع هذه المحتوىات الحرارية يعطي المحتوى الحراري القياسي لتكوين ( ΔfH ) لفلوريد الليثيوم :

في الممارسة العملية، يمكن تحديد المحتوى الحراري لتكوين فلوريد الليثيوم تجريبياً، ولكن لا يمكن قياس طاقة الشبكة بشكل مباشر. لذلك يتم إعادة ترتيب المعادلة لتقييم طاقة الشبكة: [3]

المركبات العضوية

تفاعلات التكوين لمعظم المركبات العضوية افتراضية. على سبيل المثال، لن يتفاعل الكربون والهيدروجين بشكل مباشر لتكوين الميثان ( CH 4 )، وبالتالي لا يمكن قياس المحتوى الحراري القياسي للتكوين بشكل مباشر. ومع ذلك، يمكن قياس المحتوى الحراري القياسي للاحتراق بسهولة باستخدام قياس السعرات الحرارية بالقنبلة . ثم يتم تحديد المحتوى الحراري القياسي للتكوين باستخدام قانون هيس . احتراق الميثان:

يعادل مجموع التحلل الافتراضي إلى عناصر متبوعًا باحتراق العناصر لتكوين ثاني أكسيد الكربون ( CO2 ) والماء ( H2O ):

بتطبيق قانون هيس،

حل معيار المحتوى الحراري للتكوين،

تم تحديد قيمة لتكون −74.8 كيلوجول/مول. تشير الإشارة السالبة إلى أن التفاعل، إذا استمر، سيكون طاردًا للحرارة ؛ أي أن الميثان أكثر استقرارًا من حيث المحتوى الحراري من غاز الهيدروجين والكربون.

من الممكن التنبؤ بحرارة التكوين للمركبات العضوية البسيطة غير المجهدة باستخدام طريقة إضافة مجموعة حرارة التكوين .

الاستخدام في الحساب للتفاعلات الأخرى

يمكن حساب التغير في المحتوى الحراري القياسي لأي تفاعل من المحتوى الحراري القياسي لتكوين المتفاعلات والمنتجات باستخدام قانون هيس. يُعتبر التفاعل المعطى تحللًا لجميع المتفاعلات إلى عناصر في حالاتها القياسية، يليه تكوين جميع المنتجات. تكون حرارة التفاعل بعد ذلك ناقص مجموع المحتوى الحراري القياسي لتكوين المتفاعلات (كل منها مضروبًا في معامله المتكافئ، ν ) بالإضافة إلى مجموع المحتوى الحراري القياسي لتكوين المنتجات (كل منها مضروب أيضًا في معامله المتكافئ)، كما هو موضح في المعادلة أدناه: [4]

إذا كانت القيمة القياسية للإنثالبي للمنتجات أقل من القيمة القياسية للمتفاعلات، فإن القيمة القياسية للإنثالبي للتفاعل تكون سالبة. وهذا يعني أن التفاعل طارد للحرارة. والعكس صحيح أيضًا؛ فالقيمة القياسية للإنثالبي للتفاعل تكون موجبة بالنسبة للتفاعل الماص للحرارة. ويفترض هذا الحساب ضمنيًا وجود حل مثالي بين المتفاعلات والمنتجات حيث تكون القيمة القياسية للخلط صفرًا.

على سبيل المثال، بالنسبة لاحتراق غاز الميثان، :

ومع ذلك، فإن العنصر في حالته القياسية، بحيث يتم تبسيط حرارة التفاعل إلى

وهي المعادلة في القسم السابق لحرارة الاحتراق .

المفاهيم الأساسية لحساب المحتوى الحراري

  • عندما يتم عكس التفاعل، فإن حجم Δ H يبقى كما هو، ولكن الإشارة تتغير.
  • عندما يتم ضرب المعادلة المتوازنة للتفاعل بعدد صحيح، يجب ضرب القيمة المقابلة لـ Δ H بهذا العدد الصحيح أيضًا.
  • يمكن حساب التغير في المحتوى الحراري للتفاعل من خلال المحتوى الحراري لتكوين المتفاعلات والمنتجات
  • لا تساهم العناصر في حالتها القياسية في حسابات المحتوى الحراري للتفاعل، لأن المحتوى الحراري للعنصر في حالته القياسية يساوي صفرًا. عادةً ما يكون المحتوى الحراري القياسي للتكوين غير الصفري للعناصر المتآصلة الأخرى غير الحالة القياسية.

أمثلة: المحتوى الحراري القياسي للتكوين عند 25 درجة مئوية

الخواص الكيميائية الحرارية للمواد المختارة عند 298.15 كلفن و 1 ضغط جوي

المواد غير العضوية

الهيدروكربونات الأليفاتية

المركبات العضوية الأخرى

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ IUPAC ، Compendium of Chemical Terminology ، الطبعة الثانية ("الكتاب الذهبي") (1997). النسخة المصححة على الإنترنت: (2006–) "الضغط القياسي". doi :10.1351/goldbook.S05921
  2. ^ Oxtoby, David W; Pat Gillis, H; Campion, Alan (2011). Principles of Modern Chemistry. Cengage Learning. ص. 547. ISBN 978-0-8400-4931-5.
  3. ^ مور، ستانيتسكي، وجورز. الكيمياء: العلوم الجزيئية . الطبعة الثالثة. 2008. ISBN 0-495-10521-X . الصفحات 320-321. 
  4. ^ "Enthalpies of Reaction". www.science.uwaterloo.ca . مؤرشف من الأصل في 25 أكتوبر 2017 . تم الاسترجاع 2 مايو 2018 .
  5. ^ ab Housecroft, CE; Sharpe, AG (2004). Inorganic Chemistry (الطبعة الثانية). Prentice Hall. ص. 392. ISBN 978-0-13-039913-7.
  6. ^ Green, DW, ed. (2007). Perry's Chemical Engineers' Handbook (الطبعة الثامنة). Mcgraw-Hill. ص 2-191. ISBN 9780071422949.
  7. ^ كليكامب ، هـ. (1998). “طاقة Gibbs لتكوين SiC: مساهمة في الاستقرار الديناميكي الحراري للتعديلات”. Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie . 102 (9): 1231-1234. دوى :10.1002/bbpc.19981020928.
  8. ^ "كربيد السيليكون، ألفا (SiC)". مارس 1967. تم الاسترجاع في 5 فبراير 2019 .
  • زومدال، ستيفن (2009). المبادئ الكيميائية (الطبعة السادسة). بوسطن. نيويورك: هوتون ميفلين. ص 384-387. رقم ISBN 978-0-547-19626-8.
  • كتاب الكيمياء الإلكتروني من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Standard_enthalpy_of_formation&oldid=1261077201"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate