مراجعة شاملة الطاقة والتغيرات الكيميائية كيمياء صف ثاني عشر متقدم فصل أول

مراجعة شاملة الطاقة والتغيرات الكيميائية كيمياء صف ثاني عشر متقدم فصل أول

[ تلقائية حدوث التفاعلات ]

أنواع العمليات

• عمليات تلقائية : هي أي تغير فيزيائي أو كيميائي يبدأ في أي لحظة دون أي تدخل خارجي
• عمليات غير تلقائية : هي أي تغير فيزيائي أو كيميائي لا يبدأ إلا بعد حدوث تدخل خارجي

التلقائية و الحرارة

• العمليات الطاردة للحرارة : معظم العمليات الطاردة للحرارة عمليات تلقائية .
• العمليات الماصة للحرارة : معظم العمليات الماصة للحرارة عمليات (غير تلقائية .

0 عکس العملية لن يؤدي إلى تحلل الصدأ تلقائية ليتحول إلى حديد و أكسجين ، لأن هذه العملية ماصة للحرارة ، و العمليات الماصة للحرارة تكون غير تلقائية. مي

ملاحظات

•  بعض التفاعلات التلقائية ، تحتاج إلى طاقة من البيئة المحيطة لبدء العملية [مثال | نحتاج إلى عود ثقاب
  الإشعال لهب بنزين في مختبر مدرستك .
•  بعض العمليات الماصة للحرارة تكون تلقائية ( مثال ] انصهار الثلج في درجة حرارة الغرفة .

[ الانتروبی ]

مقدمة :

كما في مثال ( الثلج المنصهر في درجة حرارة الغرفة ) فإن بعض التفاعلات الماصة للحرارة تحدث بصور تلقائية ، و هذا يجعلنا نستخلص أن شيئا أخر ، عدا التغير في المحتوى الحرارى ΔH ، يساعد على تحديد إمكانية حدوث التفاعل ، هذا الشيء هو الانتروبی S.

الانتروبی S.

•  الأنتروبی : هو قياس درجة عشوائية أو اضطراب الجسيمات في نظام ما .
• الأنتروبی : هو قياس عدد الطرق التي يمكن أن يتم بها توزيع الطاقة عبر نظام ما .

العوامل المؤثرة

• حرية جسيمات النظام في الحركة .
• عدد الطرق التي يتم تنظيمها بها .

الشكل a:
يحتوي الدورق الأول على جزئ واحد أكسجين ، و يحتوي الدورق الثاني على جزئ واحد هيليوم ،و بينهم محبس ( مغلق)

الشكل b :
عند ( فتح) المحبس يصبح للجزيئات حرية الحركة بين الدورقين ، ای يمكن لها الانتشار في ضعف الحجم الأصلي . لهذا يمكن العثور على الجزيئين في أي من الترتيبات الأربعة الموضحة .

الاستنتاج :

( انتروبي النظام ) يكون أكبر عندما يكون المحبس مفتوحاً لأن عدد الترتيبات الممكنة للجسيمات و توزيع طاقتها يزداد .
مع زيادة عدد الجسيمات يزيد عدد الترتيبات الممكنة بشكل كبير فلو كان في الدورقين 10 جسيمات فسوف يكون عدد يزداد عدد الترتيبات الممكنة ب 1024 مرة .

يزداد عدد الترتيبات الممكنة لنظام ما في ظل الظروف التالية

• زيادة الحجم
• زيادة الطاقة
• زيادة عدد الجسميات
• زيادة حرية حركة الجسميات

نصبه :

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن :
[ العمليات التلقائية دائما ما تستمر بالطريقة التي يزداد بها انتروبي الكون ]

أهميته :

يفسر هذا القانون الميل نحو زيادة الانتروبی .

ملاحظة :

بما أن الانتروبي هو قياس لاضطراب و عشوائية الجسيمات التي يتكون منها نظام ما ، لذلك فإن الجسيمات الأكثر انتشار تعتبر أكثر اضطراب، مما يجعل ( الانتروبي للنظام ) اكبر ، مما لو كانت الجسيمات أقرب لبعضها البعض .

• بعد إزالة الحاجز يزداد انتشار الجسيمات و يزداد الاضطراب مما يجعل الانتروبي للنظام اكبر

القانون الأول للديناميكا الحرارية :

ينص هذا القانون على أنه في أي تفاعل كيميائي أو عملية فيزيائية يمكن أن تتحول الطاقة من شكل إلى آخر ، و لكنها لا تستحدث و لا تفنى ، ( أي انه تعبير عن قانون حفظ الطاقة ).

التغير في انتروبی ΔS

التغير في انتروبی خلال تفاعل أو عملية ما يساوي انتروبي النواتج مطروحة منه انتروبي المتفاعلات 

العمليات التلقائية للأرض :

•  إن البراكين و المنافذ البركانية و الينابيع الساخنة و السخانات المائية الطبيعية ما هي إلا دليل على الطاقة الحرارية في باطن الأرض
•  البراكين : عبارة عن فتحات في القشرة الأرضية تتدفق منها الصخور المنصهرة الماجما و البخار و المواد الأخرى .
• المنافذ البركانية : هي تلك المنافذ في القشرة الأرضية التي يتدفق منها البخار و غازات أخرى مثل كبريتيد الهيدروجين .
• الينابيع الساخنة حين تتحرك مياه السطح نحو الأسفل عبر القشرة الأرضية فيمكنها أن تتفاعل مع الماجما و الصخور الساخنة
  و حين يعود الماء إلى السطح تزيد درجة حرارته و تصبح أعلى من درجة حرارة الهواء المحيط .
•  السخانات المائية الطبيعية : هي عبارة عن ينابيع ماء ساخن يتدفق منها الماء الساخن و البخار في الهواء .
• لاحظ : هذه العمليات البيئية الحرارية هي عمليات تلقائية يزداد فيها الإنتروبي.

أولا :

القاعدة
[ يزداد ] الانتروبی مع تغير حالة المادة من ( صلبة إلى سائلة ) و من ( سائلة إلى غازية )

التفسير
في المواد الصلبة تكون حركة الجسيمات محدودة ، و في السوائل تصبح للجسيمات حرية أكثر في الحركة أما في الغازات فتتحرك الجسيمات بحرية كبيرة جدا ، و كلما زادت حرية الحركة زاد انتروبي النظام

رسم توضيحي :

ثانياً :

القاعدة
[ ينخفض ] الانتروبی مع تغير حالة المادة من ( سائلة إلى صلبة ) و من ( غازية إلى سائلة )

التفسير :
في الغازات تتحرك الجسيمات بحرية كبيرة جدا ، و في السوائل تصبح للجسيمات حرية أقل في الحركة أما في المواد الصلبة فتكون حركة الجسيمات محدودة ، و كلما قلت حرية الحركة  قل انتروبي النظام
التفسير

رسم توضيحي :

ثالثاً :

القاعدة :
[ ينخفض ] الانتروبی عند ذوبان غاز ما في مذيب

التفسير :
تتحرك جسيمات الغاز بحرية كبيرة و لكن ذوبانها في سائل يقلل من حركتها و عشوائيتها .

رسم توضيحي :

القاعدة 11 .
سبت الجسيمات المالية التي كانت مرتبطة ببعضها قبل الانابية – داخل المذيب و بالتال

رابعاً :

القاعدة :
يزداد الانتروبي حين تذوب مادة صلبة أو سائلة في مذيب ( مع وجود بعض الاستثناءات لهذه الحالة )

التفسير :
تتشتت الجسيمات المذابة – التي كانت مرتبطة ببعضها قبل الإذابة. داخل المذيب و بالتالي تصبح جسميات المذابة ذات حرية أكبر مما يزيد الانتروبی ، كذلك فإن اختلاط أيونات الصوديوم و الكلوريد مع جسيمات الماء يكون عدد كبير من الترتيبات العشوائية مما يؤدي أيضا إلى زيادة الانتروبی

رسم توضيحي :

[ الانتروبی والكون ]

• ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن : [[ العمليات التلقائية دائما ما تستمر بالطريقة التي يزداد بها انتروبي الكون ]] “
• لذلك فإن ما يحدث في الكون من عمليات مثل ( كسر بيضة – تحول حظيرة مهجورة إلى كومة أخشاب – تفتت منحوتة بفعل ماء المطر ) و غيرها الكثير من العمليات كلها تؤدي إلى زيادة الانتروبي في الكون نتيجة تحول النظام المرتب إلى فوضى .
• من هنا يمكننا القول أن انتروبي الكون تزداد [ 0 < الكون S ] بعد نتيجة للعمليات و التفاعلات التلقائية.
• و حيث أن [ الكون = المحيط + النظام ] لذلك فإن أي تغير في الانتروبي للكون هو مجموع التغيرات التي تحدث في النظام و المحيط .
  

الطبيعة تميل أن تكون قيمة الكون ΔS موجبة ، في التفاعلات و العمليات في ظل الظروف التالية :

1. زيادة انتروبي المحيط و بالتالي تكون قيمة المحيط ΔS موجبة و يحدث هذا حين يكون التفاعل أو العملية طاردة للحرارة أي تكون قيمة ΔH سالبة ، لأن الحرارة الناتجة تزيد من حرارة المحيط و من ثم تزيد من انتروبي المحيط .
2. زيادة انتروبي النظام و بالتالي تكون قيمة النظام ΔS موجبة.