حاسبة إنثالبي الروابط

النتائج

تقدير تقريبي لتفاعلات الطور الغازي: متوسطات طاقات الروابط تتجاهل محيط كل رابطة، لذلك توقّع فروقًا بعشرات kJ/mol عن حساب بإنثالبيات التكوين.

كيفية استخدام حاسبة إنثالبي الروابط

1. 1. ارسم البُنى. اكتب بنية لويس لكل متفاعل ولكل ناتج حتى ترى كل رابطة. لا تخمّن الأداة البنى من الصيغ الكيميائية، لأن الصيغة الواحدة قد تحوي روابط مختلفة.
2. 2. اكتب الروابط المكسورة والمتكوّنة. اكتبها في المربعين — 4 C–H، 2 O=O — مع احتساب رابطة واحدة لكل جزيء في المعادلة الموزونة. استخدم - للرابطة الأحادية، و= للثنائية، و≡ للثلاثية. ويمكنك أيضًا الضغط على «+ مكسورة» أو «+ متكوّنة» في الجدول، أو اختيار أحد التفاعلات النموذجية.
3. 3. راجع القائمة. تُشار الرابطة التي لا تظهر في الجدول بالاسم. والروابط التي تبقى دون تغيير في الجانبين يمكن حذفها، لأنها تلغي بعضها.
4. 4. اقرأ ΔH. الجواب هو Σ المكسورة − Σ المتكوّنة، مع المجموعين وإجمالي كل رابطة وخطوات الحساب. وتعني قيمة ΔH السالبة أن التفاعل طارد للحرارة.

الطريقة

كسر الرابطة يمتص طاقة، وتكوينها يطلق طاقة. فإذا كانت الروابط التي تكسرها في المتفاعلات تكلّف أكثر مما تعيده الروابط المتكوّنة في النواتج، فإن التفاعل يمتص حرارة في المجموع. وبصيغة معادلة، مع رمز D لمتوسط طاقة الرابطة:

ΔH ≈ Σ D(المكسورة) − Σ D(المتكوّنة)

ΔH < 0: طارد للحرارة.  ΔH > 0: ماص للحرارة.

kJ لكل مول من التفاعل كما كُتب؛ و1 kcal = 4.184 kJ

اتفاقية الإشارة هي التي تفاجئ الناس: طاقات الروابط أعداد موجبة، ويُطرح مجموع النواتج. لا تكتب هنا ΔH = Σ النواتج − Σ المتفاعلات، فهذه هي قاعدة إنثالبيات التكوين. استخدم القاعدة التي تطابق البيانات التي لديك، ولا تخلط بينهما في حساب واحد.

مثال تطبيقي: احتراق الميثان

بالنسبة إلى CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(g): للميثان أربع روابط C–H، ولكل جزيء O₂ رابطة O=O واحدة، ولثاني أكسيد الكربون رابطتان C=O، ولكل جزيء ماء رابطتان O–H. وباستخدام قيم الجدول:

• المكسورة: 4 × 415 (C–H) + 2 × 498 (O=O) = 1660 + 996 = 2656 kJ
• المتكوّنة: 2 × 741 (C=O) + 4 × 464 (O–H) = 1482 + 1856 = 3338 kJ
• ΔH ≈ 2656 − 3338 = −682 kJ لكل مول من CH₄ المحترق

لماذا تختلف عن نتائج إنثالبيات التكوين

• طاقة الرابطة متوسط. الرابطة C–H في الميثان ليست هي نفسها الرابطة C–H في الإيثانول أو البنزين. والجدول يعطي قيمة واحدة مأخوذة من مركّبات كثيرة، لذلك يبتعد كل جزيء عنها قليلًا. ومتوسط C=O في الجدول، أي 741 kJ/mol، يناسب الألدهيدات والكيتونات، بينما روابط C=O في CO₂، نحو 799 kJ/mol، أقوى. وهذا الفرق وحده يفسّر معظم الفجوة في المثال أعلاه.
• تصف الغازات فقط. تشير طاقات الروابط إلى جزيئات غازية منفصلة، لذلك فالجواب هو ΔH للطور الغازي. وإذا كان أحد النواتج ماءً سائلًا، فعليك إضافة إنثالبي التكثّف، نحو −44.0 kJ لكل مول من H₂O (285.8 − 241.8 من قيم CRC للتكوين).
• لا تستطيع رؤية عدم التموضع أو الإجهاد. الرنين في البنزين أو الكربونات، وإجهاد الحلقة، والروابط الهيدروجينية، تجعل الجزيئات الحقيقية أكثر ثباتًا أو أقل ثباتًا من مجموع روابطها.
• إنثالبيات التكوين تُقاس للمركّبات الفعلية. ΔH°_rxn = ΣΔH°_f(النواتج) − ΣΔH°_f(المتفاعلات) تستخدم قيمًا فعلية مجدولة عند 298 K، لذلك فهي الإجابة الأفضل كلما توفرت البيانات. استخدم طاقات الروابط عندما لا تتوفر، أو لترى أي الروابط تقود تغيّر الطاقة. وتجري حاسبة إنثالبي التفاعل حساب إنثالبيات التكوين.

الأسئلة الشائعة

كيف تحسب ΔH باستخدام إنثالبيات الروابط؟

اجمع الطاقة اللازمة لكسر كل رابطة في المتفاعلات، واجمع الطاقة المنطلقة عند تكوين كل رابطة في النواتج، ثم اطرح: ΔH ≈ Σ D(المكسورة) − Σ D(المتكوّنة). احسب كل رابطة مرة واحدة لكل جزيء في المعادلة الموزونة. فبالنسبة إلى H₂ + Cl₂ → 2 HCl يكون الناتج (436 + 243) − 2(432) = −185 kJ.

لماذا يكون كسر الرابطة ماصًا للحرارة وتكوينها طاردًا لها؟

تكون الذرات في الرابطة عند طاقة أدنى مما لو كانت منفصلة، فيحتاج فصلها إلى طاقة، ويعيد تكوينها هذه الطاقة. والمقدار نفسه متضمن في الاتجاهين، ولهذا تُكتب طاقات الروابط أعدادًا موجبة عند الكسر.

لماذا لا تتطابق نتيجة طاقات الروابط مع نتيجة إنثالبي التكوين؟

طاقات الروابط متوسطات للروابط في الطور الغازي، فهي تتجاهل المحيط الخاص بكل جزيء، ولا تستطيع حساب السوائل أو الرنين أو الإجهاد. والفروق بعشرات kJ/mol أمر طبيعي. وعند توفر البيانات، اعتبر نتيجة إنثالبي التكوين الأدق.

هل أحتاج إلى كتابة كل رابطة في الجزيئات؟

فقط تلك التي تتغيّر. فالروابط المتماثلة في المتفاعل والناتج تظهر في المجموعين وتلغي بعضها. ففي C₂H₄ + H₂ → C₂H₆ يمكنك كتابة C=C وH–H المكسورتين وC–C ورابطتي C–H المتكوّنتين فقط، والجواب، −128 kJ، هو نفسه عند عدّ كل رابطة.

كيف أعدّ الروابط في رابطة ثنائية مثل O=O أو C=C؟

الرابطة الثنائية رابطة واحدة لها طاقة خاصة أكبر، لذا أدخلها عنصرًا واحدًا: O=O هي 498 kJ/mol، وليست رابطتي O–O. والرابطة الثلاثية كذلك: N≡N هي 946 kJ/mol.

هل يمكنني استخدام إنثالبيات الروابط في تفاعلات تشمل سوائل أو مواد صلبة؟

فقط بعد تحويل كل شيء إلى غازات. أضف إنثالبي التبخّر أو التسامي لكل مادة ليست غازًا، وتعامل مع النتيجة بحذر شديد. وفي التفاعلات في المحاليل، تكون إنثالبيات التكوين أو القياس الحراري (الكالوريمترية) هي المسار السليم.