العلاقة بين طاقة التنشيط والتغير في المحتوى الحراري للتفاعل

  

العلاقة بين طاقة التنشيط والتغيرفي المحتوىالحراري للتفاعل :

هناك تفاعلات تحتاج لطاقة تسمى تفاعلات ماصة للطاقة ، وأخرى  تنتج طاقة تسمى تفاعلات طاردة للطاقة ،

والتغير في المحتوى الحراري للتفاعل = المحتوى الحراري للمواد الناتجة - المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة 

                                         ∆H = H  مواد ناتجة -H  مواد متفاعلة

إذا كانت قيمة ∆H موجبة فإن التفاعل ماص للحرارة ، أي أن طاقة وضع المواد الناتجة أكبرمن طاقة وضع المواد

 المتفاعلة ، كذلك تكون قيمة Ea أمامي > Ea عكسي  .

وإذا كانت قيمة ∆H سالبة فإن التفاعل طارد للحرارة , أي أن طاقة وضع المواد الناتجة أقل من طاقة وضع  المواد

المتفاعلة ، كذلك تكون قيمة Ea أمامي < Ea عكسي  .   

مثال: أدرس منحنى طاقة وضع سير تفاعل تصادم NO مع Cl₂   لإنتاج NOCl  و Cl و أجب عن الأسئلة التي تليه :

     1- الرموز التي تمثل كل من المواد الناتجة والمواد المتفاعلة ؟

    المواد الناتجة (ج) ، المواد المتفاعلة ( أ )

2- ماذا يمثل الفرق في الطاقة ببن المواد المتفاعلة

     والرمز (ب) في الشكل ؟

    طاقة التنشيط للتفاعل الأمامي

3- ماذا يمثل الفرق في الطاقة بين المواد الناتجة

     والرمز (ب) في الشكل ؟

   طاقة التنشيط للتفاعل العكسي

4- ماذا يمثل الفرق في الطاقة بين المواد الناتجة والمتفاعلة ؟

         ∆H ( التغير في المحتوى الحراري )

5- هل التفاعل ماص أو طارد للحرارة ؟ وضح إجابتك .

ماص للطاقة لأن طاقة وضع المواد الناتجة أكبرمن طاقة وضع المواد

 المتفاعلة أو ( قيمة Ea أمامي > Ea عكسي ) .

 مثال :    أدرس منحنى طاقة الوضع خلال سير تفاعل تصادم H₂  ،  F₂ لإنتاج HF  :

H_{2 (g)}   +   F_{2 (g)}                 2HF_(g)                                                         

                                                  

أ) ما دلالة كل من الأرقام :                            

1- ∆H ( التغير في المحتوى الحراري )                                2- طاقة التنشيط للتفاعل العكسي

ب) ما قيمة ∆H للتفاعل ؟ وهل التفاعل طارد أو ماص للطاقة ؟

       ∆H  = 100  -  300  =  - 200 كيلو جول  ،  التفاعل طارد للطاقة  ( قيمة ∆H  سالبة )

جـ) ما مقدار طاقة التنشيط للتفاعل الأمامي ؟

      Ea أمامي  = 500  -  300  =  200   كيلو جول

د) ما مقدار طاقة المعقد المنشط ؟

      طاقة المعقد المنشط  =  500   كيلو جول

هـ) أيها أسرع تفاعلاً , تفاعلHF  أم تفككه ؟ فسر إجابتك .

      تفاعل HF  أسرع ، لأن له (Ea )  أقل .

ملاحظات :

1) المعقد المنشط هو بناء غير مستقر ذو طاقة وضع عالية ، يمكنه أن يتحول إلى المواد الناتجة أو المواد المتفاعلة

       ( أي هو حالة انتقالية بين المواد المتفاعلة والمواد الناتجة ) .                                                 

2)    ∆H = طاقة وضع المواد الناتجة - طاقة وضع المواد المتفاعلة                                                                                                                                                 3)  ∆H =  Ea أمامي - Ea عكسي

4) Ea أمامي  = طاقة وضع المعقد المنشط -  طاقة وضع المواد المتفاعلة

5)  Ea عكسي =  طاقة وضع المعقد المنشط -  طاقة وضع المواد الناتجة 

مثال :

قي تفاعل متزن كانت ΔH = ( - 80 ) كيلو جول/ مول وطاقة وضع المعقد المنشط = ( 150)   كيلو جول/ مول ،

  وطاقة تنشيط التفاعل الأمامي = ( 50 ) كيلو جول/ مول ، أجب عن الأسئلة التالية :

1. ما قيمة طاقة تنشيط التفاعل العكسي ؟                 2. ما قيمة طاقة وضع المواد المتفاعلة ؟

3. ما أثر العامل المساعد على طاقة وضع المعقد المنشط ؟ ( تزداد ، تقل ، تبقى ثابتة)

الحل :

1.  Δ H = Ea أمامي  -  Ea عكسي

    - 80  =  50 - Ea عكسي  ↔   Ea عكسي  = 130 كيلو جول / مول  

2. Ea أمامي  = طاقة معقد منشط  -  طاقة وضع المتفاعلة

    50    =   150   -  ط . وضع المتفاعلة  ↔ ط. وضع المتفاعلة = 100 كيلو جول / مول  

3.  تقل .

العوامل المساعدة :  

 هي مواد تزيد من سرعة بعض التفاعل الكيميائي في الاتجاهين الأمامي والعكسي دون أن تستهلك أثناء التفاعل  وذلك

  بتقليل طاقة التنشيط للتفاعل , ( تستخدم لتقليل الزمن وزيادة الإنتاج) .

أمثلة على استعمالات العوامل المساعدة :

1. في مجال الصناعات الكيميائية :

    أ. يستخدم النيكل ( Ni) كعامل مساعد في هدرجة الزيوت النباتية  وتحويلها إلى دهون صلبة ( سمن نباتي). 

ب.يستخدم خليط من فلز الحديد وأكسيد الألمنيوم كعامل مساعد في تحضير الامونيا (NH₃) :

                    N_{2 (g)} + 3H_{2 (g)}           Fe /Al₂O₃          2NH_{3 (g)}

                                       

  2. العمليات الحيوية التي تجري داخل أجسام الكائنات الحية تتم بوجود عوامل مساعدة، وهي الأنزيمات التي

تسرع العمليات الحيوية ن وكذلك تستخدم الأنزيمات في العديد من الصناعات الغذائية.

سؤال :   تم حرق السكر في جسم الإنسان عند 37 س ، بينما يحتاج حرقه في المختبر إلى درجة حرارة أعلى ، فسِر ؟

لأن الأنزيمات في جسم الإنسان تعمل كعوامل مساعدة ، تزيد من سرعة التفاعل فيتم حرق السكر عند درجة  حرارة أقل.

  سؤال :  كيف يعمل العامل المساعد على زيادة سرعة التفاعل ؟

يعمل العامل المساعد على زيادة سرعة التفاعل وذلك عن طريق تقليل طاقة التنشيط اللازمة للتفاعل ، حيث تكون طاقة التنشيط في حال استخدام العامل المساعد أقل منها في حال غياب العامل المساعد .  

  مثال :  أدرس الشكل المجاور ثم أجب عن الأسئلة التي تليه  :

أ- ما دلالة كل من الأرقام :

1: المواد المتفاعلة                                                                  

 2: المعقد المنشط بوجود عامل مساعد

3: ∆H ( التغير في المحتوى الحراري )                                                                   

4: Ea عكسي بوجود عامل مساعد

ب- ما مقدارطاقة التنشيط للتفاعل الأمامي بدون عامل مساعد

 وبوجود العامل المساعد ؟ 

Ea أمامي بدون عامل مساعد =  100-  30 = 70 كيلو جول  

Ea أمامي بوجود عامل مساعد = 80 – 30 = 50  كيلو جول  

جـ- ما مقدار طاقة المعقد المنشط بوجود العامل المساعد وبعدم وجوده ؟

طاقة المعقد المنشط بوجود العامل المساعد = 80 كيلو جول  

طاقة المعقد المنشط بدون العامل المساعد = 100 كيلو جول  

د - ما قيمة  ∆H للتفاعل بوجود العامل المساعد وبدونه ؟ وهل التفاعل طارد أو ماص للطاقة ؟

 ∆H بوجود العامل المساعد وبدونه (نفسها) = 50 – 30 = 20 كيلو جول ،  التفاعل ماص للطاقة ( ∆H  موجبة ) .

هـ- ما أثر العامل المساعد على سرعة التفاعل العكسي ؟ وما أثره على طاقة وضع  المواد المتفاعلة والناتجة ؟ 

 العامل المساعد يزيد من سرعة التفاعل العكسي ، أما طاقة وضع  المواد المتفاعلة والناتجة فلا تتأثر بالعامل المساعد .

 و- أيهما أسرع التفاعل الأمامي أم  العكسي ؟

      التفاعل العكسي أسرع .