تعيين حرارة الاحتراق
نظرية التجربة
- يمكن حساب حرارة التكوين القياسية لكثير من المركبات العضوية من معرفة حرارة احتراق المادة وحرارة التكوين القياسية لثاني أكسيد الكربون والماء.
- من الطرق الملائمة لتحديد حرارة الاحتراق يستخدم المسعر الحراري حيث تحرق المادة بجو من الأكسجين داخل وعاء مغلق.
- يتم التفاعل بهذه الطريقة بثبوت الحجم لذا فالحرارة المتحررة تساوي النقصان بالطاقة الداخلية للمادة.
- يمكن حساب حرارة الاحتراق بثبوت الضغط والتغير بالمحتوى الحراري للتفاعل من العلاقة التالية:
ΔΗ = ΔU + Δn. R. Τ
- تمثل Δn الزيادة بعدد مولات الغاز أثناء التفاعل
الأدوات والكيماويات
- يتم تحضير الأدوات والكيمياويات التالية للبدء في تنفيذ التجربة كما يلي:
- مسعر حراري
- ساعة توقيت
- حمض البنزويك
- نفثالين
- 0.1N محلول هيدروكسيد الصوديوم .
خطوات التجربة
- يضغط حوالي 1جم من حمض البنزويك ثم يوزن.
- يوضع الوعاء الصغير بجفنة حجرة التفجير وتربط أسلاك الاحتراق المتكونة من الحديد أو البلاتين بأقطاب الحجرة والوعاء الصغير.
- يتم إدخال مليليتراً واحدًا أو اثنين من الماء إلى الحجرة ثم يشكل الجهاز ، يضخ الأكسجين إلى حجرة التفجير حتى يصبح ضغطه حوالي 20 جو.
- توضع حجرة التفجير بوعاء المسعر ويضاف حجم معلوم من الماء بحيث يغمر السطح العلوي لغطاء حجرة التفجير . يجب ألا يختلف وزن الماء بالتجارب اللاحقة عن وزن الماء المضاف هنا بأكثر من جرام واحد.
- كما يجب أن تقل درجة حرارة الماء المضاف 2o م عن درجة حرارة الماء الموجود بالغلاف الخارجي ويمكن ملاحظة عدم إحكام غطاء حجرة التفجير بوجود فقاعات غازية بالماء.
- يوضع وعاء المسعر بالإناء ذي الغلاف الخارجي وتثبت الترمومترات والخلاط والأغطية بأماكنها أو بأمكنتها ثم توصل أسلاك غرفة التفجير بدائرة التفجير الكهربائية.
- يشغل الخلاط ويترك لمدة خمس دقائق قبل أخذ أي قراءة. ثم تقرأ درجة حرارة ماء المسعر . بعد خمس عشرة دقيقة من البدء (أي بعد عشر دقائق من قراءة درجة الحرارة) بضغط مفتاح الإشعال .
- سترتفع الآن درجة الحرارة بسرعة لتصل إلى نهاية عظمى ثم تنخفض ببطء. وإذا انخفضت درجة الحرارة بانتظام فيجب استمرار القراءة لمدة عشر دقائق إضافية كما يجب التأكد من درجة حرارة الغلاف الخارجي أثناء التجربة.
- تؤخذ حجرة الاحتراق من وعاء المسعر، ويزال الضغط بلطف ثم يفتح غطاء الحجرة وبعد التأكد من حصول الاحتراق التام تغسل الحجرة بقليل من الماء المقطر.
- ثم يعاير ماء الغسيل بواسطة 0.1 من محلول هيدروكسيد الصوديوم لتحديد كمية حمض النتريك المتكونة من نتروجين الهواء الموجود أصلاً بحجرة الانفجار. وإذا كانت أسلاك الإشعال من الحديد يجب وزن الأسلاك غير المحترقة لتحديد الكمية المتأكسدة.
- أما حرارة احتراق حامض البنزويك والحديد فهي 6.318 و 1.6 (كيلوكالوري جم) على التوالي وحرارة تكوين حمض النتريك المخفف والمتكون من النتروجين، الأكسجين والماء فهي 13.8 (كيلو كالوري / مول ) .
- يمكن الآن حساب المكافئ المائي للمسعر بافتراض السعة الحرارية النوعية للماء 1 ( كالوري / جم . مo ) .
- وإذا تأكسد X جرام من حامض البنزويك و y جرام من الحديد فإن كمية حمض النتريك المتكونة هي Z مول . إذ أن :
6318X + 1600y + 13800Z = t(W1+W2)
حيث W1 وزن الماء الموجود بالمسعر، W2 الوزن المائي المكافئ للجهاز و t الارتفاع بدرجة الحرارة أثناء التجربة . ويحدد المكافئ المائي للجهاز باستخدام حمض البنزويك كمادة قياسية .
- تعاد التجربة باستخدام النفثالين وتحسب حرارة اختراق النفثالين من النتائج، وبافتراض حرارة الاحتراق المحسوبة من التجربة تساوي حرارة الاحتراق القياسية، لذا تحسب حرارة تكوين النفثالين القياسية بمعلومية حرارات التكوين القياسية لثاني أكسيد الكاربون والماء:
H2O (liquid) → ΔHo =-68.32(Kcal mol-1)
CO2 (gas) → ΔHo =-94.03(Kcal mol-1)