حرارة التفاعل Heat of reaction

أثناء معالجتنا لتفاعل كلورة الميثان، كان اهتمامنا الرئيسي منصباً على الجسيمات المتضمنة في التفاعل  جزيئات وذرات  والتغيرات التي تعانيها. ومع ذلك، وكما في أي تفاعل فإن من الأهمية بمكان العناية بالتغيرات الطاقية الحاصلة لاحقاً لأن هذه التغيرات تعين الى مدى بعيد، مقدار سرعة التفاعل، وتعين في الواقع هل سيحدث التفاعل أم لا.

ويمكننا، باستخدام طاقات التفارق المتجانس للروابط hemolytic bond dissociation المعطاة في الجدول ادناه، إجراء حسابات التحولات الطاقية التي تحدث في عدد كبير من التفاعلات.

ونجد في تحول الميثان الى كلوريد المثيل، أن زوجين من الروابط (CH₃ – H)، و(CI-CI) يتحطمان، مستهلكين 104 + 58 – 162 كيلو سعرة / مول من الطاقة.

وتتشكل في ذرات الوقت رابطتان جديدتان (CH₃-CI) و(H-CI)؛ محررتين 84 + 103 – 187 كيلو سعرة/مول من الطاقة. وبالمحصلة يتحرر (25 كيلو سعرة) من الطاقة في تحول كل مول من الميثان الى مول من كلوريد المثيل.

إذن فالتفاعل ناشر للحرارة، (نلاحظ أن هذه الحسابات تتطلب معرفتنا لميكانيكية التفاعل).

وعندما تتحرر طاقة فإن، المحتوى الحراري (الانتالبي)، (H) للجزيئات يجب أن يتناقص وعندها يعطي التغير في المحتوى الحراري (AH) إشارة سالبة، (في حالة تفاعل ماص للحرارة، حيث تمتص الطاقة، يشار الى ازدياد المحتوى الحراري في الجزيئات بقيمة (AH) موجبة).

مسألة : احسب مقدار (AH) الموافق لتفاعل الميثان مع: (أ) البروم؛ (ب) اليود؛ (جـ) الفلور.

يعبر المقدار (-25 كيلو سعرة)، الذي حسبناه، عن قيمة (AH) الإجمميكانيكية للتفاعل الكلي. وتتوضح صورة أكثر فائدة، للتفاعل، من قيم (AH) الموافقة لكل من خطواته. وتحسب هذه القيم فيما يلي:

يبدو جلياً، لماذا لا يحدث هذا التفاعل، مع أنه ناشر للحرارة، فقط، سوى في درجة حرارة عميكانيكية (في غياب الضوء) إن خطوة المبادرة التي لا يحدث التفاعل بدونها هي ماصة للحرارة بشدة وتحدث هذه الخطوة بسرعة فقط في درجات حرارة عميكانيكية. حالما تتشكل ذرات الكلور، فإن خطوتي انتشار السلسلة تكون إحداهما ماصة للحرارة قليلاً والثانية ناشرة للحرارة – تتكرر هاتان الخطوتان مراراً قبل أن تنقطع السلسلة. إن تحطم الكلور الصعب هو الحاجز الذي يجب تجاوزه قبل حدوث الخطوات السهلة التميكانيكية.

مسألة : احسب (AH) للخطوات الموافقة، لتفاعل الميثان مع: (أ) البروم؛ (ب) اليود؛ (جـ) الفلور.

لقد قدرنا، سابقاً ، أن التفاعلات الناشرة للحرارة تحدث بسهولة، وأنها، سريعة الى حد ما في درجات الحرارة العادية، فيما تكون التفاعلات الماصة للحرارة صعبة الحدوث، أي أنها بطيئة إلا في درجات الحرارة العميكانيكية.

إن هذه العلاقة المفترضة بين (AH) وسرعة التفاعل هي قاعدة مفيدة عند عدم توافر المعلومات الأخرى ولكنها ليست علاقة ضرورية، حيث أن هنالك الكثير من الاستثناءات لتلك القاعدة. ولذلك ستتابع في مناقشة كمية أخرى للطاقة، إنها طاقة التنشيط، التي تتعلق بسرعة التفاعل بشكل أمثل.