ملخص درس: تغيرات الطاقة في التفاعلات الكيميائية
الصف التاسع – مادة الكيمياء – منهج سلطنة عُمان
يدرس هذا الدرس تغيرات الطاقة المصاحبة للتفاعلات الكيميائية، ويُميز بين التفاعلات الطاردة للطاقة والتفاعلات الماصة للطاقة. ويأتي الدرس ضمن وحدة معدل سرعة التفاعل وتغيرات الطاقة في كيمياء الصف التاسع، حيث يظهر في كتاب النشاط بعنوان تغيرات الطاقة في التفاعلات الكيميائية. (تقنيات التعليم)
أولًا: الفكرة الرئيسة للدرس
تحدث في جميع التفاعلات الكيميائية تغيرات في الطاقة؛ لأن التفاعل يتضمن:
كسر روابط في المواد المتفاعلة.
تكوين روابط جديدة في المواد الناتجة.
كسر الروابط يحتاج إلى طاقة، أما تكوين الروابط فيطلق طاقة. فإذا كانت الطاقة المنطلقة أكبر من الطاقة الممتصة كان التفاعل طاردًا للطاقة، وإذا كانت الطاقة الممتصة أكبر كان التفاعل ماصًا للطاقة.
ثانيًا: التفاعل الطارد للطاقة
التفاعل الطارد للطاقة هو تفاعل كيميائي يطلق طاقة إلى الوسط المحيط، غالبًا على شكل حرارة أو ضوء.
في هذا النوع من التفاعلات:
ترتفع درجة حرارة الوسط المحيط غالبًا.
تكون طاقة النواتج أقل من طاقة المتفاعلات.
ينتقل جزء من الطاقة من التفاعل إلى البيئة المحيطة.
أمثلة على تفاعلات طاردة للطاقة
المثال
الملاحظة
احتراق الوقود
انطلاق حرارة وضوء
احتراق الخشب
انطلاق حرارة وضوء
تفاعل بعض الأحماض مع القلويات
ارتفاع درجة الحرارة
التنفس الخلوي
تحرير طاقة يستفيد منها الجسم
ثالثًا: التفاعل الماص للطاقة
التفاعل الماص للطاقة هو تفاعل كيميائي يمتص طاقة من الوسط المحيط.
في هذا النوع من التفاعلات:
تنخفض درجة حرارة الوسط المحيط غالبًا.
تكون طاقة النواتج أعلى من طاقة المتفاعلات.
يحتاج التفاعل إلى طاقة لكي يستمر أو يحدث.
أمثلة على تفاعلات ماصة للطاقة
المثال
الملاحظة
البناء الضوئي
يمتص طاقة ضوئية من الشمس
بعض تفاعلات التحلل الحراري
تحتاج إلى تسخين مستمر
إذابة بعض الأملاح في الماء
قد تسبب انخفاض درجة الحرارة
الكمادات الباردة الفورية
تمتص حرارة من الوسط المحيط
رابعًا: الفرق بين التفاعل الطارد والماص للطاقة
وجه المقارنة
التفاعل الطارد للطاقة
التفاعل الماص للطاقة
انتقال الطاقة
من التفاعل إلى الوسط المحيط
من الوسط المحيط إلى التفاعل
درجة حرارة الوسط
ترتفع غالبًا
تنخفض غالبًا
طاقة المتفاعلات
أعلى من طاقة النواتج
أقل من طاقة النواتج
طاقة النواتج
أقل
أعلى
مثال
احتراق الوقود
البناء الضوئي
خامسًا: مخطط الطاقة للتفاعل الطارد للطاقة
في مخطط الطاقة للتفاعل الطارد:
تبدأ المتفاعلات بطاقة عالية.
تنتهي النواتج بطاقة أقل.
الفرق بينهما يمثل الطاقة المنطلقة.
يكون التغير في الطاقة سالبًا غالبًا.
الصورة الذهنية للمخطط:
المتفاعلات في مستوى طاقة أعلى، والنواتج في مستوى طاقة أقل.
سادسًا: مخطط الطاقة للتفاعل الماص للطاقة
في مخطط الطاقة للتفاعل الماص:
تبدأ المتفاعلات بطاقة أقل.
تنتهي النواتج بطاقة أعلى.
الفرق بينهما يمثل الطاقة الممتصة.
يكون التغير في الطاقة موجبًا غالبًا.
الصورة الذهنية للمخطط:
المتفاعلات في مستوى طاقة أقل، والنواتج في مستوى طاقة أعلى.
سابعًا: طاقة التنشيط في مخططات الطاقة
طاقة التنشيط هي أقل طاقة تحتاج إليها جسيمات المواد المتفاعلة حتى يبدأ التفاعل.
في مخطط الطاقة:
تمثل قمة المنحنى أعلى مستوى طاقة يصل إليه التفاعل.
المسافة من مستوى طاقة المتفاعلات إلى قمة المنحنى تمثل طاقة التنشيط.
لا يحدث التفاعل إلا إذا امتلكت الجسيمات طاقة كافية لتجاوز هذه الطاقة.
ثامنًا: علاقة العامل الحفاز بتغيرات الطاقة
العامل الحفاز يزيد سرعة التفاعل؛ لأنه يوفر مسارًا بديلًا للتفاعل بطاقة تنشيط أقل.
أي أن العامل الحفاز:
يقلل طاقة التنشيط.
يزيد عدد التصادمات الناجحة.
يسرع التفاعل.
لا يستهلك في نهاية التفاعل.
مهم: العامل الحفاز لا يغير غالبًا مقدار الطاقة الكلي الممتص أو المنطلق من التفاعل، لكنه يغير الطريق الذي يحدث به التفاعل.
تاسعًا: الطاقة وكسر الروابط وتكوينها
العملية
علاقتها بالطاقة
كسر الروابط في المتفاعلات
يحتاج إلى طاقة
تكوين الروابط في النواتج
يطلق طاقة
في التفاعل الطارد للطاقة
الطاقة المنطلقة عند تكوين الروابط الجديدة تكون أكبر من الطاقة الممتصة لكسر الروابط.
في التفاعل الماص للطاقة
الطاقة الممتصة لكسر الروابط تكون أكبر من الطاقة المنطلقة عند تكوين الروابط الجديدة.
عاشرًا: أمثلة تطبيقية
احتراق الميثان
احتراق الميثان تفاعل طارد للطاقة؛ لأنه يطلق حرارة وضوءًا.
الميثان + الأكسجين ⟶ ثاني أكسيد الكربون + ماء + طاقة
البناء الضوئي
البناء الضوئي تفاعل ماص للطاقة؛ لأنه يحتاج إلى طاقة ضوئية من الشمس.
ثاني أكسيد الكربون + ماء + طاقة ضوئية ⟶ جلوكوز + أكسجين
الحادي عشر: كيف نميز نوع التفاعل عمليًا؟
يمكن تمييز نوع التفاعل بقياس درجة الحرارة قبل التفاعل وبعده.
الملاحظة
نوع التفاعل
ترتفع درجة الحرارة
طارد للطاقة غالبًا
تنخفض درجة الحرارة
ماص للطاقة غالبًا
مثال:
إذا ارتفعت درجة حرارة المحلول بعد خلط مادتين، فهذا يدل غالبًا على أن التفاعل طارد للطاقة.
وإذا انخفضت درجة الحرارة، فهذا يدل غالبًا على أن التفاعل ماص للطاقة.
تعليلات مهمة للامتحان
لماذا يعد احتراق الوقود تفاعلًا طاردًا للطاقة؟
لأنه يطلق طاقة حرارية وضوئية إلى الوسط المحيط.
لماذا يعد البناء الضوئي تفاعلًا ماصًا للطاقة؟
لأنه يحتاج إلى امتصاص طاقة ضوئية من الشمس حتى يحدث.
لماذا تحتاج عملية كسر الروابط إلى طاقة؟
لأن الروابط تمثل قوى تجاذب بين الذرات، وكسرها يتطلب التغلب على هذه القوى.
لماذا يطلق تكوين الروابط طاقة؟
لأن الذرات عند ارتباطها تصبح غالبًا أكثر استقرارًا، وينطلق جزء من الطاقة.
كيف نعرف من مخطط الطاقة أن التفاعل طارد للطاقة؟
إذا كانت طاقة النواتج أقل من طاقة المتفاعلات.
كيف نعرف من مخطط الطاقة أن التفاعل ماص للطاقة؟
إذا كانت طاقة النواتج أعلى من طاقة المتفاعلات.
أخطاء شائعة يجب الانتباه لها
لا نقول إن كل تفاعل يطلق حرارة؛ فبعض التفاعلات تمتص الطاقة.
لا نخلط بين طاقة التنشيط والتغير الكلي في الطاقة.
ارتفاع درجة الحرارة يدل غالبًا على تفاعل طارد للطاقة، وليس ماصًا.
انخفاض درجة الحرارة يدل غالبًا على تفاعل ماص للطاقة.
العامل الحفاز يقلل طاقة التنشيط، لكنه لا يغير غالبًا كون التفاعل طاردًا أو ماصًا للطاقة.
خلاصة قصيرة للحفظ
تتضمن التفاعلات الكيميائية تغيرات في الطاقة بسبب كسر الروابط وتكوين روابط جديدة. كسر الروابط يحتاج إلى طاقة، أما تكوين الروابط فيطلق طاقة. إذا أطلق التفاعل طاقة إلى الوسط المحيط فهو تفاعل طارد للطاقة، وإذا امتص طاقة من الوسط المحيط فهو تفاعل ماص للطاقة. في مخطط الطاقة تكون طاقة النواتج أقل من المتفاعلات في التفاعل الطارد، وأعلى منها في التفاعل الماص.
