ما هي حاسبة إنثالبي الروابط؟
يتطلب كسر الرابطة الكيميائية طاقةً (عملية ماصّة للحرارة)، بينما يُطلق تكوين الرابطة طاقةً (عملية طاردة للحرارة). يمكن تقدير التغير الكلي في الإنثالبي للتفاعل، أي ΔH، انطلاقًا من متوسط طاقات الروابط باستخدام موازنة طاقية بسيطة. تطرح هذه الحاسبة إجمالي الطاقة المنطلقة من الروابط المتكوّنة من إجمالي الطاقة الممتصّة لكسر الروابط.
المعادلة
ΔH = مجموع (الروابط المكسورة) − مجموع (الروابط المتكوّنة). يمثّل كل حدّ منهما مجموع متوسطات طاقات الروابط (بوحدة kJ/mol) لكل رابطة تُكسر في المتفاعلات وكل رابطة تتكوّن في النواتج. القيمة السالبة لـ ΔH تعني أن التفاعل طارد للحرارة، أما القيمة الموجبة فتعني أنه ماصّ للحرارة.
طريقة الاستخدام
اجمع طاقات كل الروابط المكسورة في المتفاعلات وأدخل الناتج. ثم اجمع طاقات كل الروابط المتكوّنة في النواتج وأدخل الناتج أيضًا. تُعطيك الحاسبة قيمة ΔH وتُبيّن لك ما إذا كان التفاعل طاردًا أم ماصًّا للحرارة.
مثال محلول
في احتراق الميثان، CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O، تُكسَر 4 روابط C–H (4×413 = 1652) ورابطتان O=O (2×498 = 996)، أي ما مجموعه 2648 kJ/mol للروابط المكسورة. وتتكوّن رابطتان C=O (2×799 = 1598) و4 روابط O–H (4×463 = 1852)، أي ما مجموعه 3450 kJ/mol للروابط المتكوّنة. ومن ثَمّ: ΔH = 2648 − 3450 = −802 kJ/mol، وهو تفاعل شديد الطرد للحرارة.
قيم متوسط إنثالبيا الرابطة
القيم أدناه هي متوسط إنثالبيا الرابطة (تسمى أيضًا متوسط طاقات الرابطة)، بوحدات kJ/mol. وهي تمثل الطاقة المطلوبة لكسر مول واحد من رابطة معينة في الحالة الغازية، محسوبة بمتوسط عبر عدد كبير من الجزيئات المختلفة. لأن البيئة الكيميائية المحلية تختلف، فإن طاقات الرابطة الحقيقية تختلف قليلاً عن هذه المتوسطات، لذا فإن الحسابات باستخدامها تعطي إنثالبيا تفاعل تقريبية.
| الرابطة | متوسط إنثالبيا الرابطة (kJ/mol) |
|---|---|
| C–H | 413 |
| C–C | 347 |
| C=C | 614 |
| C≡C | 839 |
| C–O | 358 |
| C=O (عام) | 799 |
| C=O (في CO₂) | 745 |
| O–H | 463 |
| O=O | 498 |
| H–H | 436 |
| Cl–Cl | 243 |
| H–Cl | 431 |
| N≡N | 945 |
| N–H | 391 |
| C–Cl | 328 |
| N=O | 607 |
| F–F | 159 |
| H–F | 567 |
| Br–Br | 193 |
| H–Br | 366 |
لاستخدام هذه القيم، احسب كل رابطة تنكسر في المتفاعلات وكل رابطة تتكون في النواتج، ثم طبق \(\Delta H = \Sigma\,(\text{الروابط المنكسرة}) - \Sigma\,(\text{الروابط المتكونة})\).
الشروح الرئيسية
- إنثالبيا الرابطة (طاقة الرابطة)
- الطاقة المطلوبة لكسر مول واحد من رابطة تساهمية معينة في الحالة الغازية، مما يؤدي لكسر الجزيء إلى ذرات غازية. وهي دائماً قيمة موجبة لأن كسر الرابطة يتطلب طاقة.
- متوسط إنثالبيا الرابطة
- إنثالبيا رابطة محسوبة بمتوسط عبر عدد كبير من الجزيئات المختلفة التي تحتوي على نفس نوع الرابطة (على سبيل المثال، رابطة C–H في الميثان والإيثان والإيثانول). تتيح الجداول المتوسطة لك تقدير \(\Delta H\) للتفاعلات حتى عندما لا تكون القيم المقاسة الدقيقة متاحة.
- طاقة تفكك الرابطة
- الطاقة المطلوبة لكسر رابطة واحدة محددة في جزيء واحد محدد. على عكس القيمة المتوسطة، فإنها تنطبق على رابطة واحدة معرفة بدقة، لذا يمكن أن تختلف بشكل ملحوظ عن متوسط الجدول لنوع تلك الرابطة.
- ماص للحرارة (إندوثيرمي)
- تفاعل يمتص الطاقة من محيطه، مما يعطي \(\Delta H\) موجبة. يحدث هذا عندما يتم استخدام طاقة أكثر لكسر الروابط مما يتم إطلاقه عند تكوين روابط جديدة.
- طارد للحرارة (إكسوثيرمي)
- تفاعل يطلق الطاقة إلى محيطه، مما يعطي \(\Delta H\) سالبة. يحدث هذا عندما يتم إطلاق طاقة أكثر عند تكوين الروابط مما يكون مطلوباً لكسر الروابط الأصلية.
- \(\Delta H\) (تغير الإنثالبيا)
- الحرارة الممتصة أو المطلقة بواسطة تفاعل عند ضغط ثابت. محسوبة من طاقات الروابط كـ \(\Delta H = \Sigma(\text{الروابط المنكسرة}) - \Sigma(\text{الروابط المتكونة})\)، ومُبلغ عنها بوحدات kJ/mol.
- \(\Sigma\) (الجمع)
- سيجما كابيتال يونانية، بمعنى "مجموع." في هذا السياق، تعطيك تعليمات لإضافة طاقات جميع الروابط المنكسرة (أو جميع الروابط المتكونة) عبر المعادلة المتوازنة.
الأسئلة الشائعة
لماذا تُعدّ قيمة ΔH المحسوبة من طاقات الروابط مجرّد تقدير؟ لأن متوسطات طاقات الروابط هي معدّلات مأخوذة من جزيئات كثيرة، لذا تكون النتيجة تقريبية. وتمنحك الإنثالبيات القياسية للتكوين قيمًا أدقّ.
ماذا تعني القيمة السالبة لـ ΔH؟ تعني أن التفاعل يُطلق حرارةً إلى الوسط المحيط، أي أنه طارد للحرارة.
ما الوحدات التي ينبغي استخدامها؟ استخدم وحدة kJ/mol بثبات في كلا المدخلين، وستكون النتيجة كذلك بوحدة kJ/mol.
