[أحمد اسماعيل]

لماذا تحدث التفاعلات الكيميائية ؟

قرر العلماء الكيميائيين أن العمليات الكيميائية تحدث بشكل تلقائي ( عفوي ) لسبيبين :
- عندما تكون طاقة المواد الناتجة أقل من طاقة المواد المتفاعلة ( متجه نحو الأقل طاقة). ومثل هذه التفاعلات تعطي طاقة للبيئة المحيطة بها، مثل اشعال عود الثقاب
- وعندما أيضا تكون النواتج أكثر عشوائية ( أقل ترتيب ) من المتفاعلات ( متجهة نحو العشوائية )

نشاط : تجربة عملية للتعرف على أنواع التفاعلات الكيميائية

الأدوات اللازمة :

- 10 مل من 1 M من HCl ، 10 مل من 1,5 مل من حمض الأيثانويك ( CH3COOHاسيتيك ) ، 10غم (NaHCO3) Baking Soda، شريط المغنيسيوم ، كأسين ، ترمومترين

الاجراءات:

- ضع في كل كأس ترمومتر لقياس لمتابعة درجات الحرارة أثناء التفاعل
- ضع في الكأس الأول شريط المغنسيوم بطول 2 سم واسكب عليه 10 مل من 1M من HCl .وراقب درجة الحرارة ، سجّل ملاحظاتك .
- ضع في الكأس الثاني 10 غم من كربونات الصوديوم الهيدروجينية واسكب عليها 10 مل من محلول 1,5 M منCH3COOH .وراقب درجة الحرارة ، سجّل ملاحظاتك .

بسهولة بالإمكان إجرائها افتراضيا ببرنامج التمساح

أجب عن الأسئلة التالية :
- أي التفاعلين أطلق طاقة ؟ وأيهما امتص الطاقة ؟
- ما الدليل على أن الطاقة قد أطلقت أو أنها قد امتصت ؟
- اكتب معادلات التفاعل الحرارية ؟

الحل :
- تفاعل المغنيسيوم مع حمض الهيدروكلوريك يعتبر تفاعل طارد للطاقة وتفاعل الكربونات الصوديوم الهيدروجينية مع حمض الإيثانويك يعتبر تفاعل ماص للطاقة .
- الدليل على انطلاق الطاقة هو ارتفاع درجة حرارة التفاعل وانخفاض درجة الحرارة دليل على امتصاص الطاقة.
- Mg(s) + 2HCl(aq) ---> MgCl2(aq) + H2(g) + heat
- NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) + heat → CH3COONa(aq) + H2O(l) + CO2(g)

إذن .. لندرس تغيّرات الطاقة أثناء حدوث التفاعلات الكيميائية
كل التفاعلات – سواء كانت فيزيائية أو كيميائية أو نووية – عندما تحدث يرافقها نوعا تغيرات في الطاقة. لذا بإمكاننا أن نصنفها اعتمادا على أن التغيّر تضمن امتصاص للطاقة أو اطلاقها. وهذه التفاعلات تعرّف:
- طاردة للطاقة Exothermic : وهو التفاعل الذي تنطلق الطاقة من النظام إلى البيئة المحيطة
- ماص للطاقة Endothermic : وهو التفاعل الذي يمتص النظام الطاقة من البيئة المحيطة.

ماذا نقصد بالنظام والمحيط ؟

النظام تعني المواد التي حدث عليها التغيّر, سواء كان التغيّر فيزيائي أو كيميائي أو نووي.
المحيط ويعني وسط البيئة الذي فيه المواد.

كيف ستمتص الجزيئات الطاقة أو ستطلقها ؟

مجموع الطاقات في الجزيئات تسمى المحتوى الحراري الجزيئي molecular enthalpy. فالجزيئات تختزن الطاقة بعدة طرق وبحسب أشكالها. ويمكن تحديد نوعين من الطاقات:
1. الطاقة الحركية .. وتتضمن :
o الطاقة الاهتزازية ( التذبذبية ) : وتنتج عن حركات الذرات للأمام والخلف حول الروابط. وتتواجد هذه الحركة التذبذبية فقط بالمواد الصلبة وتزداد قوتها بزيادة درجة حرارة المواد الصلبة .
o الطاقة الدورانية : وتنتج عن دوران الذرات حول محاورها. وتكتسب الجزيئات الطاقة الدورانية عندما تتحول للحالة السائلة, وهي بدورها تزداد بزيادة درجة حرارة السائل.
o الطاقة الانتقالية : وتنتج عن حركة الجزيئات من مكان لآخر في خط مستقيم وأول ظهور للطاقة الانتقالية في الحالة الغازية , وأيضا تزداد بزيادة درجات الحرارة.
2. طاقة الوضع وهي تنتج من تنظيم الذرات وارتباطاتها في الجزيئات. وهذه الأشكال من الطاقات تتأثر عندما تتحول المواد من حالة الصلابة إلى حالة السيولة أو من حالة السيولة إلى الحالة الغازية أو من حالة الصلابة إلى تكوين المحاليل. ويمكن تقسيم قوى التجاذب هذه إلى:
- فان دير فال ( قوى لندن ) وتوجد ما بين الجزيئات الغير قطبية
- رابطة قطبيه ما بين الجزيئات القطبية والأيونية وتتضمن الرابط الهيديوجينية

3. طاقة الربط : يتم تخزين الطاقة عند تكوين الروابط أو قوى التجاذب بين الذرات في الجزيئات. وهذه الأشكال من الطاقة تنتج عندما تحدث التغيرات الكيميائية. فالطاقة يمكن أن تمتص وتختزن على شكل رابطة أو تنطلق عندما تنكسر الرابطة.
فعندما يحدث امتصاص للطاقة في النظام هذا يعني إن بعض من الطاقات المذكورة قد ازدادت . بينما لو أطلق النظام طاقة فإن هذا يعني أن الطاقة نتجت من أحد تلك الأشكال أو الروابط.

النشاط التالي سيوضح ما شرحناه :

نشاط : المحتوى الحراري للجزيئات

الأهداف :
- لوصف أشكال الطاقة التي تمتلكها الجزيئات
- لشرح كيف أن أشكال الطاقة تتغيّر إذا ما امتصت الجزيئات الطاقة أو فقدتها
- لعرض التغيرات في المحتوى الحراري للجزيئات.المواد اللازمة :
- بلورات من ثيوسلفيت الصوديوم (Na2S2O3)
- أنبوبة اختبار
- لهب بنسن أو مسخن
- صحن زجاجي
- ملقط
- بلورة من ثيوسلفيت الصوديوم بحجم حبة العدس
الاجراءات :
- ضع في أنبوبة الاختبار كمية كافية من ثيوسلفيت الصوديوم الصلبة . ولاحظ شكلها ولونها .
- سخّن أنبوبة الاختبار بلهب بنسن بحيث تتوزع درجات الحارة بالتساوي على المادة لحين انصهارها وتحوّلها تماما للحالة السائلة .
- اسكب المادة السائلة في صحن زجاجي .. وضع بلورة بحجم حبة العدس من ثيوسلفيت الصوديوم في وسط الصحن بهدوء
- سجل ملاحظاتك في جدول من تصميمك