شرح الباب الرابع فى الكيمياء كاملا/ اولى ثانوى

الباب الرابع
س) ما المقصود بعلم الكيمياء الحرارية؟
ج) هو العلم الذي يختص بالتغيرات الحرارية التي تصاحب تغيرات المادة سواء كانت هذه التغيرات فيزيائية أو تغيرات كيميائية.
س) ما الفرق بين التغير الفيزيائي والتغير الكيميائي في المادة ؟
ج) التغير الفيزيائي : هو تغير يصاحب شكل المادة فقط .
التغير الكيميائي : هو تغير يصاحب شكل وتركيب المادة.
س) أين توجد الطاقة الكيميائية ؟
ج) توجد الطاقة الكيميائية مخزنة داخل المادة في ثلاثة أماكن ................فما هي ؟
1- في الذرة .
2- في الجزيء .
3- بين الجزيئات .
أولاً : الطاقة الكيميائية في الذرة:
توجد في مستويات الطاقة بسبب وجود الالكترونات بها حيث كل إلكترون يتأثر بنوعين من الطاقة .................فما هما ؟
1- طاقة وضع 2- طاقة حركة.
* ما المقصود بطاقة الوضع ؟
هي الطاقة الناتجة من جذب النواة الموجبة للالكترونات السالبة.
* ما المقصود بطاقة الحركة ؟
هي الطاقة الناتجة من الحركة الدورانية السريعة للاكترونات حول النواة .
طاقة المستوى : هي مجموع طاقتي الوضع والحركة.
ثانياً: الطاقة الكيميائية في الجزيء :
تتواجد في الرابطة الكيميائية الموجودة بين الذرات وبعضها سواء كانت الرابطة أيونية أو تساهمية.
ثالثاً: الطاقة الكيميائية بين الجزيئات وبعضها :
وتعرف باسم طاقة أو قوى فاندرفالز..............فما هي؟
هي الطاقة التي تعمل على ربط جزيئات المادة مع بعضها البعض.




قوى فاندرفالز تغير طاقة الوضع...........علل؟
لأنها تعتمد على المسافة بين الجزيئات وبعضها وكذلك الكتلة .
اختلاف قوى جذب فاندرفال باختلاف نوع المادة :
1- المواد الصلبة:
قوى جذب فاندرفال فيها أكبر ما يمكن ......... علل؟
وذلك لتقارب جريئات المادة مع بعضها البعض والمسافات البينية أضيق ما يمكن وكتلة الجزيئات كبيرة لذلك فان الشكل والحجم للمواد الصلبة ثابت لا يتغير ... علل؟
2- المواد السائلة :
تتباعد الجزيئات عن بعضها البعض نوعا ما وتتسع المسافات البينية فتقل قوى جذب فاندرفال عن المواد الصلبة لذلك فان حجمها ثابت أما الشكل متغير حسب شكل الإناء التي توضع فيه ......... علل؟
3- المواد الغازية :
تتباعد الجزيئات إلى أقصى درجة ممكنة فتتسع المسافات البينية وتقل فيها أو تكاد تنعدم قوى جذب فانرفال لذلك ليس لها شكل ثابت أو حجم ثابت .
س) ما المقصود بالمحتوى الحراري للمادة ؟
هو مجموع الطاقات المخزنة في مول واحد من المادة سواء كانت مخزنة في الذرة أو الجزيء أو بين الجزيئات وبعضها .
ويرمز للمحتوى الحراري للمادة H أما التغير في المحتوى الحراري بالرمز H
وفي التفاعلات الكيميائية التي تتكون من متفاعلات ونواتج تكون الأتي :

H = HP + Hr
التغير في المحتوى الحراري = المحتوى الحراري للنواتج – المحتوى الحراي للمتفاعلات
• هي أنواع التفاعلات الكيميائية حرارياً ؟
1- تفاعلات طاردة للحرارة : يصاحبها انطلاق طاقة حرارية .
2- تفاعلات ماصة للحرارة : يصاحبها امتصاص طاقة حرارية.
• ما هي وحدات قياس الطاقة ؟ السعر – الجول.
أولاً السعر :
وهو كمية الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جم من الماء درجة واحدة مئوية .
وللسعر وحدة أكبر تسمى الكيلو سعر .
الكيلو سعر = 1000 سعر .
ثانياً : الجول :
هو كمية الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جم من الماء بمقدار = درجة مئوية .
أيهما أكبر السعر أم الجول ؟
السعر = 4,18 جول الجول = سعر
أذن السعر أكبر من الجول .
مسائل:
• مقدار الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة 5 جم من الماء بمقدار 2 م
( 2 سعر – 5 سعر – 10 سعر )
كمية الطاقة الحرارية = 2 × 5 = 10 سعر.
• مقدار الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة 5 جم من الماء بمقدار 2 م

( 4,18 جول – 41,8 جول – 418 جول )
الطاقة = 5 × 2 = 10 سعر × 4,18 = 41,8 جول
• الجول له وحدة أكبر وهي الكيلو جول = 1000 جول ويعتبر الكيلو جول مقدار صغير جداً من الطاقة ........ كيف نثبت ذلك؟
1- الكيلو جول ينتج من احتراق قطرة واحدة من الكحول الميثيلي.
2- الكيلو جول يكفي لرفع درجة حرارة 3 سم3 من درجة الحرارة العادية حتى درجة الغليان وهنا يثبت أن الكيلو جول مقدار ضئيل من الطاقة .
• المعادلة الكيميائية الحرارية الموزونة :
هي معادلة كيميائية موزونة موضح بها الحالة الفيزيائية لكل من المتفاعلات والنواتج وكذلك مبين بها التغيرات الحرارية المصاحبة للتفاعل الكيميائي من خلال H

C + O2 CO2 H = -383 k.j
وجود إشارة سالبة أمام قيمة H تعني أن التفاعل طارد للحرارة أي يصاحبه انطلاق طاقة حرارية فماذا يترتب على ذلك ؟
يقل المحتوى الحراري للنواتج عن المحتوى الحراري للمتفاعلات بالتالي H تكون إشارتها سالبة.


H قيمتها سالبة في التفاعلات الطاردة للحرارة.
لان المحتوى الحراري للنواتج يكون أقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات .
• ويمكن تمثيل ذلك بمخطط طاقة :
مخطط طاقة لتفاعل طارد للحرارة :

+

صفر
-
قيمة H



H2 + I2 2HI , H = +51,9 kj
H إشارتها موجبة أي أن التفاعل ماص للحرارة صاحبة امتصاص طاقة حرارية وهذا يؤدي إلى أن المحتوى الحراري للنواتج يكون أكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات وبالتا لي H موجبة….... علل ؟ ويمكن رسم مخطط طاقة لهذا التفاعل.
مخطط طاقة لتفاعل ماص للحرارة :
س) واجب:
قارن بين التفاعل الطارد +
والماص للحرارة

-
التغيرات الحرارية المصاحبة للتفاعلات الكيميائية :
س) ما هو التفاعل الكيميائي ؟
هو عملية كسر روابط بين المتفاعلات وتكوين روابط جديدة في النواتج.
1- كسر روابط كيميائية يصاحبها امتصاص طاقة حرارية لذلك فهي تفاعل ماص للحرارة ويطلق على هذه الطاقة اسم طاقة الرابطة :

فما المقصود بطاقة الرابطة وما أهميتها ؟
طاقة الرابطة : هي الطاقة اللازمة لكسر الرابطة بين ذرتين في مول واحد من المساواة .
H H Cl Cl
240 كيلو جول 420 كيلو جول
أهميتها :
تعتبر طاقة الرابطة مقياس لقوة الرابطة ( علاقة طردية ) .
علل ) الرابطة التساهمية في جزيء الهيدروجين أقوى من الرابطة التساهمية في جزيء الكلور ؟
لان طاقة الرابطة في جزيء الهيدروجين أكبر من طاقة الرابطة في جزيء الكلور.
2 ) تكوين روابط جديدة : يصاحبها انطلاق طاقة حرارية لذلك فهي تفاعل طارد للحرارة .
كيف تحدد التفاعل هل هو طارد للحرارة أم ماص؟
1- نحسب المحتوى الحراري للمتفاعلات +.
2- نحسب المحتوى الحراري للنواتج -.
3- نجمع الخطوتين معاً جمع جبري ونحدد إشارة H لتعرف نوع التفاعل.
مثال على حساب قيمة H للتفاعل :
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl
احسب قيمة H وحدد نوع التفاعل هل هو طارد أم ماص إذا علمت أن طاقة الرابطة كما يلي :
CH3 H =103 كيلو جول Cl Cl =54 كيلو جول
CH3 Cl =104 كيلو جول H Cl=84 كيلو جول
• المحتوى الحراري للمتفاعلات :
= 103 + 54 = +157 كيلو جول .
• المحتوى الحراري للنواتج :
= 104 + 84 = - 188 كيلو جول .
قيمة H = 157 – 188 = - 31 كيلو جول .
إذن التفاعل طارد للحرارة .
التغيرات الحرارية المصاحبة للتغيرات في المادة :
• التغيرات في شكل المادة تكون :
1- تغيرات فيزيائية :
- حرارة الذوبان. – حرارة التخفيف.
2- تغيرات كيميائية :
- حرارة الترسيب . – حرارة التكوين.
أولاً التغيرات الحرارية المصاحبة للتغيرات الفيزيائية :
1- حرارة الذوبان :
أثناء حدوث عملية ذوبان المادة الصلبة ( المذاب ) في المادة السائلة ( المذيب ) يحدث تغيرات حرارية قد تكون طاردة للحرارة أو ماصة للحرارة .
- ذوبان NaoH في الماء ذوبان طارد للحرارة .
- ذوبان NH4NO3 نيترات الامونيوم ماص للحرارة.
س) فما المقصود بحرارة الذوبان ؟
" هي مقدار التغير الحراري الناتج من ذوبان مول من المذاب في كمية معلومة من المذيب "
س) فما المقصود بحرارة الذوبان المولارية ؟
" هي مقدار التغير الحراري الناتج من ذوبان مول من المذاب في لتر من المذيب "
• المحلول المولاري :
هو محلول يحتوي اللتر منه على مول واحد من المادة المذابه.



محلول من NaoH أذيب 20 جم منه في لتر يكون تركيزه :
( 1 مولر - مولر - مولر – 2 مولر )
1 مول لتر ( المحلول مولاري = 1 مولر )

قيمة المول = 23 + 16 + 1 = 40 جم
عدد المولات = = مول .
مول لتر التركيز مولر .
• أذيب مول من NaoH في لتر من الماء فان المحلول يكون :
( مولر - مولر – 1 مولر – 2 مولر )
مول لتر
1 مول لتر ( التركيز يكون 1 مولر ) .
عند حدوث الذوبان يحدث الآتي :
1- تتفكك الشبكة البلورية للمادة المذابة وهذه الخطوة يصاحبها امتصاص طاقة حرارية .
2- ثم ترتبط الأيونات المفككة بجزيئات الماء وتسمى هذه العملية خطوة الاماهة ( التميه )
س) ما المقصود بالاماهة ؟ ما المقصود بطاقة الاماهة ؟
* الاماهة : ارتباط الايونات المفككة بجزيئات الماء .
* طاقة الاماهة : هي الطاقة المنطلقة عند ارتباط الايونات المفككة بجزيئات الماء .
أ ) عند حدوث الذوبان إذا كانت طاقة تفكك الشبكة البلورية اكبر من طاقة الاماهة كان الذوبان ماص للحرارة .
علل : ذوبان نيترات الامونيوم ماص للحرارة ؟
ب) إذا كانت طاقة الاماهة اكبر من طاقة تفكك الشبكة البلورية كان الذوبان طارد للحرارة .
علل : ذوبان هيدروكسيد الصوديوم طارد للحرارة ؟
• عند حدوث عملية الذوبان تكتب معادلة ذوبان أيونية للملح مع الماء ولكن يكتب لفظياً وليس رمزياً ......... علل ؟
NaoH + water NaoH + heat
aq s
لان H2O تعني مول واحد من الماء بينما NaoH يذوب في عدد غير محدد من مولات الماء .
• يمكن تمثيل أي عملية ذوبان بمخطط طاقة مثل مخطط الطاقة للتفاعلات الكيميائية للتفاعلات الطاردة والماصة للحرارة .


• "كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة =
الكتلة × فرق درجات الحرارة × الحرارة النوعية" .
وطالما أن المحلول ناتج من ذوبان الملح في الماء تكون الحرارة النوعية مقدار ثابت = 4,18 .
حيث أن الحرارة النوعية للماء = 4,18 جول / جم .م


أذيب مول من H2So4 في الماء وأكمل المحلول إلى اللتر ( 1000 سم 3 ) فارتفعت درجة الحرارة بمقدار 17 م . احسب كمية الحرارة المنطلقة .
كمية الحرارة المنطلقة = الكتلة × فرق درجات الحرارة × الحرارة النوعية
= 1000 × 17 × 4,18 = 71060,00 جول = 71,06 كيلو جول.
تعيين حرارة الذوبان عملياً :
كبريتات النحاس البيضاء ( اللامائية ) CuSo4 .
كبريتات النحاس الزرقاء( المائية ) CuSo4.5H2O.
1 مول من CuSo4 = 159,5 جم .
1 مول CuSo4.5H2O = 249,5 جم .
* كيف يمكن تعيين حرارة الذوبان لكبريتات النحاس البيضاء اللامائية :
1-الأدوات والمواد المستخدمة :
1- مسعر حراري . 2- ترمومتر . 3- ماء مقطر .
4- كبريتات نحاس بيضاء
2- خطوات العمل :
* نأخذ 50 سم3 من الماء المقطر ونضعها في المسعر ( كوب من البلاستيك المعزول )
* باستخدام الترمومتر نعين درجة حرارة الماء ولتكن 22 م .
* نأخذ 1,6 جم من كبريتات النحاس البيضاء ونذيبها في الماء الذي عينا درجة الحرارة له .
* نعين درجة الحرارة مرة ثانية ولتكن 25 م .
* نحسب فرق درجات الحرارة = 25 – 22 = 3 م .
كمية الحرارة المنطلقة = الكتلة × فرق درجات الحرارة × الحرارة النوعية .
= 50 × 3 × 4,18 جول .
إذن ذوبان كبريتات النحاس البيضاء طاردة للحرارة ........ علل ؟
لان أثناء عملية الاماهة ترتبط الايونات المفككة بعدد كبير من جزيئات الماء مما يجعل طاقة الاماهة أكبر من طاقة تفكك الشبكة البلورية .
2-بالنسبة لكبريتات النحاس الزرقاء ( المائية ) :
* تكرر نفس الخطوات السابقة باستخدام 2,5 جم منها . تلاحظ أن درجات أن درجات الحرارة تنخفض مما يجعل كبريتات النحاس الزرقاء الذوبان لها ماص للحرارة ............ علل ؟
لان كل مول منها مرتبط بخمسة جزيئات من الماء مما يجعل طاقة تفكك الشبكة البلورية اكبر من طاقة الاماهة .
ثانياً : حرارة التخفيف :
ما هي عملية التخفيف ؟ إضافة كمية من المذيب لمحلول حتى يقل التركيز من التركيز الأعلى إلى التركيز الأقل أثناء عملية التخفيف يحدث تغير في المحتوى الحراري ( ماص , طارد ) يطلق عليه حرارة التخفيف .
س) فما المقصود بحرارة التخفيف ؟
هي مقدار التغير الحراري لكل مول من المذاب عند تقليل التركيز من التركيز الأعلى إلى التركيز الأقل ........ كيف تتم عملية التخفيف ؟ تتم على خطوتين :
أ‌) خطوة الأبعاد :
وتتم بإضافة المذيب للمحلول فيعمل على إبعاد الايونات المفككة عن بعضها وهذه خطوة ماصة للحرارة .
ب‌) خطوة الارتباط :
ارتباط الايونات التي تباعدت عن بعضها بعدد من جزيئات الماء وهي خطوة طاردة للحرارة . ويحدد نوع التخفيف بالمجموع الجبري للخطوتين ( ماص – طارد ).
س) ماذا يحدث عند حدوث عملية التخفيف اللانهائي؟
( إضافة كمية كبيرة جداً من المذيب للمحلول ) تتباعد الأيونات المفككة إلى أقصى درجة بعدها لا يحدث تغير في المحتوى الحراري.
ثالثاً : حرارة الترسيب ( من صور التغيرات الكيميائية ) :
مثال ترسيب كلوريد الفضة AgCl:
NaCl + AgNo3 NaNo3 + AgCl
aq aq aq s
راسب أبيض من كلوريد الفضة
أثناء حدوث عملية الترسيب يحدث انطلاق طاقة حرارية تسمى حرارة الترسيب .......فما هي؟
هي كمية الطاقة الحرارية المنطلقة عند ترسيب مول واحد من المادة ترسيباً كاملاً.
NaCl + AgNo3 NaNo3 + AgCl , H= -35,6 k.j
س) ماذا نعني بقولنا أن حرارة ترسيب كلوريد الفضة = -35,6 كيلو جول / مول؟
أي أن كمية الحرارة المنطلقة عند ترسيب مول واحد من كلوريد الفضة ترسيباً كاملاً = 35,6 كيلو جول .

حساب حرارة الترسيب.
• إناء من البلاستيك ونضع فيه 50 سم3 من محلول AgNo3 تركيز أو مولر ونعين درجة الحرارة s .
• نأخذ 50 سم3 من محلول NaCl نفس التركيز ونضيفها للمحلول السابق وننتظر حتى حدوث عملية الترسيب ونعين درجة الحرارة s , ثم نحسب فرق درجات الحرارة .
• كمية الحرارة المنطلقة = الكتلة × فرق درجات الحرارة × الحرارة النوعية .
ثانياً : حرارة التكوين :
ما هي حرارة التكوين ؟
هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تكوين مول واحد من المادة من عناصرها الأولية وهي في حالتها القياسية ....... ما المقصود بالحالة القياسية للمادة؟
هي أكثر حالات المادة استقراراً في الظروف العادية من الضغط ودرجة الحرارة ( 76 سم / زئبق , 25 م ) .
الكربون : الفحم – الجرافيت – الماس .
علل : يعتبر الجرافيت هو الحالة القياسية للكربون ؟ لأن الجرافيت أكثر حالات الكربون استقراراً في الظروف العادية من الضغط ودرجة الحرارة .
أمثلة على حرارة التكوين :
C + O2 CO2 H = -393,7 k.j
حرارة تكوين CO2 = -393,7 كيلو جول / مول .
H2 + Cl2 2HCl H= + 51,9 k.j
احسب حرارة تكوين HCl ؟
حرارة تكوينl HC = = 25,99 كيلو جول / مول .
CH4 + 2O2 Co2 + 2H2O
إذا كانت حرارة تكوين الميثان 90 كيلو جول / مول , وحرارة تكوين Co2 = -393 كيلو جول / مول , والماء -285 كيلو جول .
احسب قيمة H وحدد نوع التفاعل هل هو طارد أم ماص ؟
H = المحتوى الحراري للنواتج – المحتوى الحراري للمتفاعلات
= ( - 393 + 2× ( -285 ) ) – ( - 90 )
H = - 393 – 570 + 90 = - 873 كيلو جول .
إذن التفاعل طارد للحرارة .
• درجة ثبات المركبات :
المركبات الطاردة للحرارة أكثر ثباتاً من المركبات الماصة للحرارة لان المركبات الطاردة يصاحبها انطلاق طاقة حرارية بينما الماصة يصاحبها امتصاص طاقة حرارية .


رتب المركبات الآتية تصاعدياً حسب درجة الثبات :
HCl – HI - HBr - HF
130- 26- 90- 290-
HF > HCl > HBr > HI
أقلهم ثباتا ً أكثرهم ثباتاً
رتب المركبات الآتية تصاعدياً حسب درجة التحلل :
HI > HBr > HCl > HF
أقلهم تحلل أكثرهم تحلل
• حرارة التفاعل ........فما هي حرارة التفاعل ؟
هي حرارة أي تفاعل مثل الترسيب – التعادل – الاحتراق .
" قانون هس " للعالم الروسي هس :
" تتوقف حرارة التفاعل على طبيعة المواد المتفاعلة والمواد الناتجة وليس على خطوات التفاعل "
ما هي أهمية قانون هس ؟
استنتاج حرارة التكوين لبعض المركبات التي لا يمكن الحصول على حرارة التكوين لها عملياً.
مثال : حساب حرارة تكوين CO :
C + O2 CO2 + heat
عند تفاعل الكربون مع الأكسجين يكون أولاً أول أكسيد الكربون وبالتالي يتأكسد بسرعة ويعطي CO2 لذلك الحرارة المنطلقة من هذا التفاعل هي حرارة تكوين CO2 وليس CO .
كيف نحسب حرارة تكوين CO ؟
C + O2 CO2 , H= - 393,7 k.j
- - - +
CO + 1/2 O2 CO2 , H= - 283,4 k.j
" بالطرح"
C + 1/2 O2 CO , H = - 110,3 k.j
إذن حرارة تكوين أول أكسيد الكربون = -110,3 كيلو جول / مول .
مثال : حرارة تكوين أكسيد الألومونيوم -1669 كيلو جول .
بينما حرارة تكوين أكسيد الحديديك -822 كيلو جول / مول .
أ‌) أيهما أكثر ثباتاً من الآخر .
ب‌) أيهما يختزل الآخر منه على الفلز .
Al2O3 + 2fe fe2O3 + 2Al
أقل ثباتا أثبت
fe2O3 + 2Al Al2O3 + 2fe
التفاعل الكيميائي يسير دائما من المركبات الأقل ثباتا إلى المركبات الأكثر ثباتا .
إذن لا يستطيع الحديد أن يختزل أكسيد الألومونيوم ويحل محل الألومونيوم علل ؟ لأن أكسيد الألومونيوم أكثر ثباتا من أكسيد الحديديك .
إذن الألومونيوم يستطيع أن يختزل أكسيد الحديديك ويحل محل الحديد ويكون أكسيد الألومونيوم ويترسب الحديد لأن أكسيد الألومونيوم أكثر ثباتا من أكسيد الحديديك.