Question

شرح تجربة تعيين حرارة التعادل

 تعيين حرارة التعادل

Answer 1

تجربة تعيين حرارة التعادل

- يمكن افتراض الأحماض والقواعد القوية المخففة منحلة تماما إلى أيوناتها. 

- كذلك تكون الأملاح المتكونة من تفاعل الأحماض والقواعد القوية منحلة تماماً بالمحاليل.

- لذا يمكن كتابة تعادل الحمض القوي بالقاعدة القوية كالتالي:

H⁺ + OH^- → H₂O

- لذا لا يعتمد الأثر الحراري للتفاعل على طبيعة الأيون للحمض (الأيون السالب الشحنة) والكاتيون للقاعدة (الأيون موجب الشحنة).

- وهذا ليس صحيحًا إلم يكن الحمض أو القاعدة متأيناً بشكل تام.

- حمض الخليك ذو تأين جزئي بالمحلول يمكن كتابة تعادله مع هيدروكسيد الصوديوم كالتالي:

CH₃COOH + OH^- → CH₃COO^- + H₂O

أو إذا اعتبر كمرحلتين:

⁺CH₃COOH  → CH₃COO^- + H

H⁺ + OH^- → H₂O

- حرارة التعادل بهذه الحالة هي حرارة اتحاد أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد منقوصاً منها الطاقة المستخدمة لتفكيك أي جزيئة غير متأينة من حمض الخليك.

- يمكن تحديد حرارات التعادل بقياس بسيط للحرارة.

الأدوات والكيماويات اللازمة للتجربة

• قارورة (ديوار) ثرمس
• أنبوبة غليان
• قضيب زجاجي
• ترمومترين ( 50 → 0 م^o) مدرجة لدقة 0.1 م^o
•  حمض الهيدروكلوريك
• هيدروكسيد الصوديوم
• حمض الخليك 
• حمض النتريك

خطوات العمل لتجربة تعيين حرارة التعادل

- الخطوة الأولى هي تحديد المكافئ المائي للجهاز حيث يضاف 50 ملليمتراً من الماء المقطر مقاساً إلى قارورة الثرمس مع ملاحظة درجة حرارة الماء ولتكن t₁ م^o. 

- كذلك يضاف 50 ملليمتراً إلى قارورة مغموسة بثرموستات عند درجة حرارية حوالي 30 م^o ، ثم تترك القارورة ومحتوياتها لتصل إلى التعادل الحراري، ثم تلاحظ درجة حرارة الماء ولتكن t₂ م^o

- يسكب هذا الماء بسرعة بقارورة الثرمس ويحرك بسرعة، ثم تلاحظ أعلى درجة حرارة يصلها الخليط المائي ولتكن t₃ م^o 

- هنا الحرارة المفقودة من الماء الساخن تساوي الحرارة التي اكتسبها الماء البارد وجدران قارورة الثرمس، لذا:

حيث تمثل w المكافئ المائي القارورة الثرمس.

- نلاحظ أنه بوجود 50 مليلتراً من هيدروكسيد الصوديوم العياري والخالي من الكربونات بقارورة الثرمس و 50 مليلتراً من حمض الهيدروكلوريك العياري بأنبوبة الغليان محمولة بسدادة الثرمس. حيث يحرك المحلولان حتى يصلا إلى درجة الحرارة نفسها ولتكن t₄ م^o 

- يضرب قعر أنبوبة الغليان بالقضيب الزجاجي ليكسره وبذلك يختلط المحلولان القاعدي والحمضي. 

- يحرك الخليط بسرعة وتسجل أعلى درجة حرارة يصلها الخليط ولتكن t₅ م^o.

- بفرض كتلة المحلول الكلية 100 جرامًا وحرارته النوعية واحد؛ لذا فالحرارة المتحررة عند خلط الحمض والقاعدة تساوي إلى:

- والحرارة المتحررة من خلط لتر من الحمض العياري بلتر من القاعدة العيارية تساوي 20 كالوري لذا فحرارة تعادل حمض قوى بقاعدة  قوية هي 20cal equivalent

- إلم تكن عياريتا الحمض والقاعدة متساويتين تمامًا فأيهما أضعف يتحكم في استمرارية التفاعل. 

- فإذا كانت (x) عيارية المحلول الضعيف والحرارة المتحررة من خلط مليلتراً من الحمض مع 50 مليلترا قاعدة هي Qcal فإن حرارة التعادل ستساوي 20Q (cal) (equivalent

- يجب إعادة التجربة باستخدام حمض النتريك مع هيدروكسيد الصوديوم، ومن ثم حمض الخليك مع هيدروكسيد الصوديوم.