الدرس الرابع (3-4): التغيرات في المحتوى الحراري للمحاليل

MENASSA

18 Nov 202321:30

Summary

TLDRيتناول النص شرحًا مفصلاً لعملية ذوبان المركبات الأيونية في الماء، موضحًا التغيرات الحرارية المرتبطة بذلك. يشمل التفاعل الطارد أو الممتص للحرارة أثناء انفصال الأيونات من الشبكة البلورية، وتأثير الشحنات وحجم الأيونات على طاقة التميؤ. كما يناقش الحرارة المنبعثة أو الممتصة خلال عملية الذوبان، ويقدم أمثلة توضح الفرق بين الأملاح الذائبة والشحيحة الذوبان. يتم أيضًا تطبيق المبادئ على مركبات مختلفة مثل كلوريد المغنيسيوم وكلوريد الصوديوم، مع مناقشة طاقة التفاعل في ظروف قياسية.

Takeaways

😀 عملية ذوبان المركبات الأيونية في الماء تتضمن تفاعل بين الأيونات وذرات الماء، مما يؤدي إلى تحرر الأيونات من الشبكة البلورية.
😀 في عملية الذوبان، تجذب الأيونات الموجبة إلى ذرات الأكسجين السالبة في جزيئات الماء، بينما الأيونات السالبة تنجذب إلى ذرات الهيدروجين الموجبة.
😀 طاقة الشبكة البلورية هي الطاقة المنبعثة عندما تتكون الشبكة البلورية للمركب الأيوني، وتؤثر بشكل كبير على قدرة المركب على الذوبان.
😀 عند ذوبان الملح في الماء، يتغير المحتوى الحراري، ويمكن أن يكون هذا التغيير طارداً أو ماصاً للحرارة حسب نوع الملح.
😀 عندما يذوب ملح مثل كلوريد المغنيسيوم في الماء، تنطلق طاقة مقدارها 155 كيلو جول لكل مول (تفاعل طارد للحرارة).
😀 في المقابل، عندما يذوب ملح مثل كلوريد الصوديوم في الماء، يتم امتصاص طاقة مقدارها 3.9 كيلو جول لكل مول (تفاعل ماص للحرارة).
😀 الذوبان في الماء يمكن أن يكون عملية ماصة للحرارة أو طاردة، ويعتمد ذلك على نوع الملح والتفاعل بين الأيونات والماء.
😀 يمكن تمثيل معادلات الذوبان طاقياً باستخدام معادلات الحرارة المحسوبة لكل نوع من الأملاح.
😀 التغير في المحتوى الحراري لعملية الذوبان (ΔH) يعتمد على عدد الأيونات المتحررة من الشبكة البلورية وعلى تفاعلها مع الماء.
😀 عند التميؤ، يتم تحويل الأيونات الغازية إلى أيونات مائية عبر تفاعل مع الماء، وهذه العملية دائمًا ما تكون طاردة للحرارة.

Q & A

ما هي طاقة الشبكة البلورية؟
-طاقة الشبكة البلورية هي الطاقة المنبعثة عندما تتجمع الأيونات الموجبة والسالبة لتكوين الشبكة البلورية في المركب الأيوني. هذه الطاقة تعتبر عاملاً مهماً في تحديد مدى قوة الترابط بين الأيونات في المركب.
كيف تؤثر طاقة الشبكة البلورية على عملية الذوبان؟
-عند إذابة مركب أيوني في الماء، تتفكك الشبكة البلورية، مما يؤدي إلى تحرير طاقة. هذه العملية قد تكون ماصة أو طاردة للطاقة حسب طبيعة المركب. بعض الأملاح تطلق طاقة عند الذوبان (تفاعل طارد للحرارة)، بينما بعض الأملاح تمتص طاقة (تفاعل ماص للحرارة).
ما هو التغير في المحتوى الحراري لعملية الذوبان (ΔH solution)؟
-التغير في المحتوى الحراري لعملية الذوبان (ΔH solution) هو الطاقة الممتصة أو المنطلقة عندما يذوب مول واحد من مركب أيوني في كمية كافية من الماء لتكوين محلول مخفف في الظروف القياسية.
كيف يمكن تحديد ما إذا كان الملح سيذوب بسهولة في الماء أم لا؟
-يمكن تحديد ذلك من خلال قياس التغير في المحتوى الحراري لعملية الذوبان. إذا كانت قيمة ΔH solution أكبر من 50 كيلو جول لكل مول، يعتبر الملح شحيح الذوبان في الماء. أما إذا كانت القيمة أقل من 50 كيلو جول، فإنه ملح ذائب بسهولة.
ما الفرق بين عملية الذوبان وعمليات التميؤ؟
-عملية الذوبان تتضمن تذويب مادة صلبة في الماء، بينما التميؤ يشير إلى إذابة أيون غازي في الماء. كلا العمليتين يمكن أن تصحبهما تغييرات في المحتوى الحراري، لكن التميؤ عادةً ما يكون طارداً للحرارة.
لماذا تعتبر تفاعلات التميؤ طاردة للحرارة دائماً؟
-تفاعلات التميؤ تعتبر طاردة للحرارة لأن الرابط بين جزيئات الماء (ثنائي القطب) والأيونات الغازية هو رابط قوي يتسبب في انطلاق طاقة عند التفاعل.
كيف تؤثر شحنة الأيون وحجمه على طاقة التميؤ؟
-كلما كانت شحنة الأيون أكبر، كلما كانت طاقة التميؤ المنطلقة أكبر. كذلك، كلما كان حجم الأيون أصغر، زادت طاقة التميؤ المنطلقة لأن كثافة الشحنة تكون أكبر، مما يزيد من جذب الأيون لجزيئات الماء.
لماذا يعتبر ملح كلوريد المغنيسيوم مثالاً على ملح طارد للحرارة؟
-ملح كلوريد المغنيسيوم يطلق طاقة مقدارها 155 كيلو جول لكل مول عند الذوبان، وهذا يوضح أنه تفاعل طارد للحرارة. لذلك، عند إذابة ملح كلوريد المغنيسيوم في الماء، ترتفع درجة حرارة الإناء.
ما هي العوامل التي تؤثر على ذوبانية المركبات الأيونية في الماء؟
-العوامل المؤثرة تشمل حجم الأيون، شحنة الأيون، وطبيعة الشبكة البلورية. كلما كانت الأيونات صغيرة ولها شحنات كبيرة، كان الذوبان أكثر سهولة. كما أن طاقة الشبكة البلورية تلعب دورًا في تحديد ذوبانية المركب.
كيف يتم تمثيل معادلة الذوبان لملح في الماء؟
-تمثل معادلة الذوبان بكتابة الصيغة الكيميائية للمركب الصلب، ثم السهم الذي يشير إلى الذوبان في الماء، ويُضاف جزيء الماء بعد السهم. على سبيل المثال، في حالة كلوريد المغنيسيوم: MgCl2 (صلب) → Mg²⁺ (مائي) + 2Cl⁻ (مائي), مع إضافة ΔH solution المناسب.