يقيس المحتوى الحراري للتفاعل (أو حرارة التفاعل، ΔH) إجمالي الطاقة المنطلقة أو الممتصة أثناء التفاعل الكيميائي. تطلق التفاعلات الطاردة للحرارة حرارة (ΔH < 0)، مثل الاحتراق أو الصدأ. تمتص التفاعلات الماصة للحرارة الحرارة (ΔH > 0)، مثل ذوبان الجليد أو عملية التمثيل الضوئي. يعد المحتوى الحراري أمرًا أساسيًا لفهم علم طاقة التفاعل والتنبؤ بما إذا كانت التفاعلات ستكون عفوية.
الصيغة
باستخدام قانون هيس:
ΔH_reaction = Σ ΔH_f(products) - Σ ΔH_f(reactants)
حيث ΔH_f هو المحتوى الحراري القياسي للتكوين (الطاقة لتكوين 1 مول من المادة من عناصر في الحالة القياسية).
أو من البيانات التجريبية:
ΔH = q / n
حيث q هي الحرارة الممتصة/المتحررة (بالجول) وn هي مولات الكاشف المحدود.
مثال عملي
احسب المحتوى الحراري لـ: 2H₂ + O₂ → 2H₂O
باستخدام المحتوى الحراري القياسي للتكوين (عند 25 درجة مئوية):
- ΔH_f(H₂) = 0 كيلوجول/مول
- ΔH_f(O₂) = 0 كيلوجول/مول
- ΔH_f(H₂O) = -285.8 كيلوجول/مول
ΔH_reaction = [2 × (-285.8)] - [2 × 0 + 1 × 0]
= -571.6 - 0
= -571.6 kJ/mol
يعد هذا تفاعلًا طاردًا للحرارة للغاية، حيث يؤدي حرق الهيدروجين إلى إطلاق 571.6 كيلوجول لكل مول من الأكسجين المستهلك.
أنواع ردود الفعل
| يكتب | ΔH | مثال |
|---|---|---|
| طاردة للحرارة | < 0 | الاحتراق، التعادل، التجميد |
| ماص للحرارة | > 0 | الانصهار والانحلال والتمثيل الضوئي |
| محايد حراريا | ≈ 0 | تغييرات المرحلة في التوازن |
العفوية وΔG
المحتوى الحراري وحده لا يحدد ما إذا كان التفاعل عفويًا. تجمع طاقة جيبس الحرة بين المحتوى الحراري والإنتروبيا:
ΔG = ΔH - TΔS
يكون التفاعل عفويًا عندما تكون ΔG < 0. التفاعل الطارد للحرارة مع ΔH السالب من المرجح أن يكون عفويًا، لكن الإنتروبيا (ΔS) مهمة أيضًا.
قياس السعرات الحرارية
تجريبيًا، تم العثور على المحتوى الحراري عن طريق قياس إطلاق الحرارة في المسعر:
q = m × c × ΔT
حيث m هي الكتلة، وc هي السعة الحرارية النوعية، وΔT هي التغير في درجة الحرارة. المحتوى الحراري للتفاعل هو -q (سالب لأن الحرارة المنطلقة من التفاعل يمتصها المسعر).
نصائح
تذكر أن المحتوى الحراري لتكوين العناصر في حالتها القياسية يساوي صفرًا حسب التعريف. عند البحث عن القيم، لاحظ الحالة (الصلبة، السائلة، الغازية) - الحالات المختلفة لها محتوى حراري مختلف. كن حذرًا أيضًا مع اصطلاحات الإشارة: ΔH السالبة تعني الحرارة المنبعثة إلى المناطق المحيطة.
استخدم حاسبة المحتوى الحراري للتفاعل لحساب المحتوى الحراري للتفاعل من المحتوى الحراري للتكوين على الفور.