وحدة طاقة والتغيرات الكيميائية الكيمياء الصف الثاني عشر عام

وحدة طاقة والتغيرات الكيميائية الكيمياء الصف الثاني عشر عام

الطاقة 

الفكرة الرئيسة الطاقة يتغير شكلها وتنتقل ولكنها دائها محفوظة. 

الكيمياء في حياتك 

هل سبق لك أن شاهدت قطار الملاهي يطير بسرعة صعودا وهبوطا عبر مساره أو جربت متعة وتشويق ركوب هذا القطار ؟ تتغير طاقة قطار الملاهي من شكل إلى آخر في كل مرة يهبط فيها أو يصعد. 

طبيعة الطاقة 

قد تكون على معرفة بمصطلح الطاقة. ربما قد سمعت فبلا شخضا يقول. لقد نفدت طاقتي”. بعد ممارسة لعبة رياضية شاقة أو بعد فضاء يوم عصيب. غالبا ما ننافش موضوعات كالطاقة الشمسية. والطاقة النووية. والسيارات الموفرة للطاقة وغيرها من الموضوعات الأخرى ذات الصلة في وسائل الإعلام. 

تستخدم الطافة لطهي الطعام الذي تأكله وتحرك السيارات التي تنقلك. إذا كان الطقس حارا أو باردا في يوم ما. فإن الطاقة توفر درجة حرارة مناسبة ومريحة داخل منزلك ومدرستك. توفر الطاقة الكهربائية الإضاءة كما تمد الأجهزة كأجهزة الكمبيوتر والتلفاز والهواتف والآلات الحاسبة بالطاقة. كما تشارك الطاقة في تصنيع وتوصيل 
كافة المواد والأجهزة الموجودة داخل منزلك. تتطلب كل حركة تقوم بها وكل فكرة تفكر بها طاقة. ففي واقع الأمر. يمكنك القول بأن كل خلية من خلايا جسدك ما هي إلا مصنع صغير يعمل بالطاقة المستمدة من الطعام الذي تأكله. 

ما هي الطاقة ؟ الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل أو إنتاج حرارة. إنها توجد في شكلين أساسيين، الطاقة الكامنة طاقة الوضع) والطاقة الحركية. طاقة الوضع هي الطاقة المتولدة عن تركيب الجسم أو عن وضعه. ومن الأمثلة على طاقة الوضع  استعداد المتزلجة إلى أسفل التل عند نقطة الانطلاق. كما هو موضح في الشكل la. بعد إعطاء إشارة الانطلاق. تتغير طاقة المتزلجة الكامنة إلى طاقة حركية خلال رحلتها السريعة نحو خط النهاية. كما هو موضح في الشكل lb. الطافة الحركية هي طاقة تنتج بسبب حركة الأجسام ويمكنك ملاحظتها في حركة الأشياء والأشخاص من حولك. 

 

تحتوي النظم الكيميائية على كلا من الطاقة الحركية وطاقة الوضع. تذكر أن الطاقة الحركية للمادة ترتبط ارتباطا مباشرا بالحركة العشوائية المستمرة لجسيماتها وتتناسب مع درجة الحرارة فكلما زادت درجة الحرارة. كلما زادت حركة الجسيمات تعتمد طاقة الوضع للمادة على تكوينها، من حيث نوع ذرات المادة. وعدد ونوع الروابط الكيميائية التي تربط الذرات ببعضها، والطريقة الخاصة التي يتم بها ترتيب الذرات 

قانون حفظ الطاقة عندما يندفع الماء عبر التوربينات في محطة توليد الطاقة الكهرومائية. كما هو موضح في الشكل 2a يتم تحويل بعض من طاقة الماء الحركية إلى طاقة كهربائية يعتبر الروبان وقود هام للطهي والتدفئة. في الشكل 2b يتحد غاز البروبان مع الأكسجين ليكونا ثاني أكسيد الكربون والماء. تخرج طاقة الوضع المخزنة في روابط الروبان في صورة حرارة في كلا المثالين. 

تتغير الطاقة من شكل إلى آخر. ولكن مع الحفاظ عليها يظل المقدار الإجمالي للطاقة تابثا لفهم مفهوم الحفاظ على الطاقة بشكل أفضل. افترض أن لديك حسابين في البنك وتحول الأموال من حساب إلى آخر. بالرغم من أن مقدار المبلغ المالي في كلا الحسابين قد تغير. إلا أن المبلغ الإجمالي الموجود في هذا البنك لا يزال كما هو وعند النطق على الطاقة يجسد هذا التشبيه فانون حفظ الطاقة. 

ينص قانون حفظ الطاقة على أنه يمكن تحويل الطاقة من شكل إلى آخر. ولكن لا تفنى ولا تستحدث خلال أي تفاعل كيميائي أو عملية فيزياء كما يعرف هذا أيضا بالقانون الأول للديناميكة الحرارية. 

طاقة الوضع الكيميائية تسمى الطاقة المخزنة في المادة بسبب تركيبتها بطاقة الوضع الكيميائية. تلعب طاقة الوضع الكيميائية دورا هاما في التفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال، تنتج طاقة الوضع الكيميائية للبروبان عن ترتيب ذرات الكربون والهيدروجين وقوة الروابط التي تربط بين هذه الذرات 

التحقق من فهم النص اذكر فانون حفظ الطاقة بإسلوبك الخاص. 

 

الحرارة 

الفكرة الرئيسة التغير في المحتوى الحراري لتفاعل ما هو التغير في المحتوى الحراري للنواتج مطروحا منه التغير في المحتوى الحراري للمتفاعلات. 

الكيمياء في حياتك

فكر في الوقوف تحت دش ساخن والاسترخاء بينما يمتص جسمك الحرارة من الماء. عندما تقفر في بركة باردة، قد ترتعش حيث يفقد جسمك حرارته. وبالطريقة نفسها، تمتص بعض التفاعلات الكيميائية الحرارة بينما تطلقها الأخرى. 

قياس الحرارة 

هل تساءلت يوما كيف يحصل كيميائيو التغذية على المعلومات الخاصة بالسعرات الحرارية المكتوبة على الأغذية المعلبة؟ يكتب على العبوات نتائج تفاعلات الاحتراق التي تم تنفيذها في المسعرات. المسعر هو جهاز معزول يستخدم لقياس كمية الحرارة التي تم امتصاصها أو تحريرها أثناء العملية الكيميائية أو الفيزبائية يتم وضع كمية معلومة من الماء في حجرة معزولة لامتصاص الطاقة الناتحة عن نظام التفاعل أو لتوفير الطاقة التي يمتصها النظام تتمثل البيانات التي سيتم جمعها في تغير درجة حرارة كمية الشكل 5 يوضح نوع من أنواع المسعرات والذي يطلق عليه. مسعر احتراق والذي يستخدمه كيميائيو التغذية. 

تحديد الحرارة النوعية يمكنك الحصول على نتائج مرضية في تجاربك التي تجربها لقياس الحرارة وذلك باستخدام مسعر مصنوع من كوب بلاستيك رغوي والذي يعتبر أكثر الأجهزة بساطة من حيث استخدامه تتميز المسعرات هذه بأنها تعمل في الهواء الطلق، لذا، فإن جميع التفاعلات التي تحدث بداخلها تحدث تحت ضغط ثابت يمكنك استخدام هذه الأجهزة لتحديد الحرارة النوعية لفلز غير معلوم. 
افترض أنك وضعت g 125 من الماء في الكوب البلاستيكي الرغوي ووجدت أن درجة حرارته 25.6O0C. ثم سخنت عينة كتلتها g 50.0 من فلز غير معلوم إلى O0C.II5 وضعتها في الماء تنتقل الحرارة من الفلز الساخن إلى الماء البارد. وترتفع درجة حرارة الباء يتوقف انتقال الحرارة فقط عندما تصبح درجة حرارة الفلز والماء متساويتين. 

يعد تفاعل تكون الصدأ على الحديد تفاعلا تلقائيا وطاردا للحرارة. أما التفاعل العكسي فهو تفاعل غير تلقائي وماص للحرارة يمكنكم استنتاج أن كافة العمليات الطاردة للحرارة هي عمليات تلقائية وكافة العليات الماصة للحرارة هي عمليات غير تلقائية. ولكن تذكر أن الثلج ينصهر في درجة حرارة الغرفة وهو عملية تلقائية ماصة للحرارة. يلعب عامل أخر غير دورا في تحديد ما إذا كانت العملية الكيميائية تحدث بشكل تلقائي تحت مجموعة ظروف محددة. هذا العامل يسمى الانتروبي

ما هو الإنتروبي؟ بد لا تندهش إذا شممت رائحة الفطائر التي تخبز في المطبخ منتشرة في كل مكان بالمنزل. وأنت تعلم أن الغازات تميل للانتشار خلال الهواء الجوي. تتصرف الغازات بهذا الشكل ؟ حين تنتشر الغازات. يصل النظام إلى حالة كبيرة من الإنتروبي. الإنتروبي هو قياس عدد الطرق التي يمكن أن يتم بها توزيع الطاقة عبر نظام ما ويرتيط ذلك بحرية جسيمات النظام في الحركة وعدد الطرق التي يتم تنظيمها بها 

لننظر إلى الدورفين في الشكل 18. عند غلق المحبس. يحتوي دورق على جزيء، واحد من الأكسجين. بينما يحتوي الأخر على ذرة واحدة من الهيليوم عند فتح المحبس يتحرك جسيما الغازين بحرية بين الدورفين. يمكن أن ينتشر جسمي الغاز في ضعف الحجم الأصلي. يمكن العثور على الجسيمين في أي من الترتيبات الأربعة الموضحة. إنتروبي النظام يكون أكبر حين يكون المحبس مفتوحا لأن عدد الترتيبات الممكنة للجسيمات وتوزيع طاقتها يزيد. 

ومع زيادة عدد الجسيمات، يزيد عدد الترتيبات الممكنة لمجموعة من الجسيمات بشكل كبير. إذا كان عدد الجسيمات في الدورفين 10 جسيمات. فسبكون عدد الترتيبات الممكنة أكثر ب 1024 مرة مما إذا كان عدد الجسيمات نفسه موجودا في دورق واحد. بوجه عام. يزيد عدد الترتيبات الممكنة لنظام ما في ظل الظروف الآتية، عندما يزيد الحجم. عندما تزيد الطاقة. عندما يزيد عدد الجسيمات أو عندما تزيد حرية حركة الجسيمات. 

القانون الثاني للديناميكا الحرارية يتم ملخـص الميل نحو زبادة الإنتروبي عن طريق القانون الثاني للديناميكا الحرارية، والذي ينص على أن العمليات التلقائية دائما ما تستمر بالطريقة التي يزداد بها إنتروبي الكون. في بعض الأحيان يعتبر الإنتروبي هو قياس لاضطراب أو عشوائية الجسيمات التي يتكون منها نظام ما فتعتبر الجسيمات الأكثر انتشارا أكثر اضطرابا مما يجعل الإنتروبي للنظام أكبر مهما سيكون عليه الحال إذا كانت الجسيمات أقرب لبعضها البعض.