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 :
- 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 .
- زيادة انتروبي النظام و بالتالي تكون قيمة النظام ΔS موجبة.
