ملخص الكيمياء تانية ثانوي، الترم الأول تغيرات الحالة

أهداف التعلم

1. تعريف درجة الحرارة بالسيلسيوس ودرجة الحرارة المطلقة (الكلفن) وعلاقتهما.
2. توضيح مفهوم حرارة الانصهار وحرارة التبخر ووحداتهما.
3. حساب كمية الحرارة المطلوبة لتغيّر حالة المادة باستخدام الصيغ المناسبة.
4. التعرف على القوى بين الجسيمات (قوى فاندرفالز والرابطة الهيدروجينية) وتأثيرها على نقاط الانصهار والغليان.
5. ربط مفهوم انتقال الطاقة بتغيّر الحالة الفيزيائية للمادة.
6. تطبيق المفاهيم في حل مسائل واقعية (مثال: تصميم نظام تبريد لللقاحات).

---

المصطلحات والتعريفات الكيميائية

---

التفاعلات والمعادلات الكيميائية

1. علاقة درجة الحرارة المطلقة بالسيلسيوس

T (K) = t (°C) + 273

نوع العلاقة: علاقة تحويل بين مقياسين للحرارة.
الشروط: لا تحتاج إلى ضغط أو مادة معينة.
الملاحظة: الفارق الثابت 273 يساوي الفرق بين الصفر المطلق والصفر السيلسيوسي.

2. حساب كمية الحرارة اللازمة للانصهار

q = n × ΔH_fus

حيث:

• q = كمية الحرارة (kJ)
• n = عدد المولات (mol) = m ÷ M
• ΔH_fus = حرارة الانصهار (kJ/mol)

نوع العلاقة: قانون كمية الحرارة في تغير الحالة الصلبة‑السائلة.
الشروط: يُقاس عند ضغط 1 atm.

3. حساب كمية الحرارة اللازمة للتبخر

q = n × ΔH_vap

نوع العلاقة: قانون كمية الحرارة في تغير الحالة السائلة‑الغازية.

4. حساب كمية الحرارة اللازمة لتغيير درجة الحرارة (بدون تغير حالة)

q = m × c × Δt

حيث:

• m = الكتلة (g)
• c = السعة الحرارية النوعية (J/(g·°C))
• Δt = فرق درجة الحرارة (°C)

نوع العلاقة: قانون السعة الحرارية.

5. مثال حساب حرارة الانصهار للثلج

المعطى:

• كتلة الجليد = 36 g
• ΔH_fus للماء = 6.0 kJ/mol
• الكتلة المولية للماء = 18 g/mol

n = 36 g ÷ 18 g/mol = 2.0 mol
q = 2.0 mol × 6.0 kJ/mol = 12.0 kJ

6. مثال حساب حرارة رفع درجة حرارة الماء

المعطى:

• كتلة الماء = 100 g
• السعة الحرارية النوعية للماء = 4.2 J/(g·°C)
• Δt = 25 °C − 5 °C = 20 °C

q = 100 g × 4.2 J/(g·°C) × 20 °C = 8400 J = 8.4 kJ

---

الخواص والتركيب (الموضوع الأول)

1. درجة الحرارة والسعة الحرارية

   • كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت حركة الجسيمات.
   • السعة الحرارية النوعية للماء (4.2 J/(g·°C)) تجعل الماء مخزنًا جيدًا للطاقة الحرارية.

2. قوى التجاذب بين الجسيمات

   • قوى فاندرفالز: تعتمد على الكتلة الجزيئية؛ أقوى في الجزيئات ذات كتلة نسبية أكبر.
   • الرابطة الهيدروجينية: تتواجد في جزيئات الماء (H₂O) وتمنحها نقطة غليان أعلى مقارنةً بـ H₂S.

3. نقطة الانصهار والغليان

   • كلما زادت قوة التجاذب بين الجزيئات، ارتفعت نقطتا الانصهار والغليان.
   • مثال: HBr (كتلة جزيئية أكبر) له نقطة غليان أعلى من HCl.

---

التطبيقات والاستخدامات (الموضوع الثاني)

• تصميم أنظمة تبريد لللقاحات

  • يجب اختيار مادة تبريد ذات حرارة انصهار عالية أو حرارة تبخر عالية حسب طبيعة النقل.
  • إذا كان الهدف الحفاظ على درجة حرارة ثابتة خلال فترة طويلة، تُفضَّل مادة ذات حرارة انصهار عالية (تخزن طاقة حرارية أثناء الانصهار).
  • إذا كان الهدف تبريد سريع، تُفضَّل مادة ذات حرارة تبخر عالية (تمتص طاقة كبيرة أثناء التبخر).

• استخدامات حرارة الانصهار

  • صهر المعادن، تصنيع الزجاج، حفظ الأطعمة (تجميد).

• استخدامات حرارة التبخر

  • التبريد في مكيفات الهواء، عمليات التقطير، تجفيف المواد.

---

جدول مقارنة

---

مسائل محلولة

مسألة 1

المطلوب: حساب كمية الحرارة اللازمة لإنصهار 50 g من الثلج عند 0 °C.
المعطى: ΔH_fus للماء = 6.0 kJ/mol، الكتلة المولية للماء = 18 g/mol.

الحل:

n = 50 g ÷ 18 g/mol = 2.78 mol
q = 2.78 mol × 6.0 kJ/mol ≈ 16.7 kJ

إذن تحتاج إلى تقريباً 16.7 kJ من الحرارة لإذابة 50 g من الثلج.

مسألة 2

المطلوب: حساب كمية الحرارة المطلوبة لتسخين 250 g من الماء من 20 °C إلى 80 °C.
المعطى: السعة الحرارية النوعية للماء = 4.2 J/(g·°C).

الحل:

Δt = 80 °C − 20 °C = 60 °C
q = 250 g × 4.2 J/(g·°C) × 60 °C = 63000 J = 63.0 kJ

إذن يلزم 63.0 kJ لرفع درجة حرارة 250 g من الماء إلى 80 °C.

---

تنبيهات الامتحان (أخطاء شائعة)

1. خلط وحدات الحرارة – لا تُخلط kJ مع J؛ احرص على تحويل الوحدات قبل الحساب.
2. نسيان فرق الصفر – عند استخدام علاقة T = t + 273، تأكد من إضافة 273 وليس طرحها.
3. إهمال الضغط – حرارة الانصهار والتبخر تُقاس عند ضغط 1 atm؛ إذا لم يُذكر الضغط، افترض هذا القيمة.
4. خطأ في حساب عدد المولات – استخدم الكتلة المولية الصحيحة للمادة (مثال: 18 g/mol للماء).

---

قائمة المراجعة

• [ ] معرفة الفرق بين درجة الحرارة بالسيلسيوس والكلفن.
• [ ] حفظ علاقة T = t + 273 واستخدامها بدقة.
• [ ] تعريف حرارة الانصهار وحرارة التبخر ووحداتهما.
• [ ] القدرة على حساب عدد المولات من الكتلة.
• [ ] تطبيق قانون q = n × ΔH_fus أو q = n × ΔH_vap.
• [ ] حساب كمية الحرارة لتغيير درجة الحرارة باستخدام q = m × c × Δt.
• [ ] التعرف على قوى فاندرفالز والرابطة الهيدروجينية.
• [ ] ربط قوة التجاذب بين الجزيئات بنقطة الانصهار والغليان.
• [ ] اختيار الخاصية الحرارية المناسبة لتصميم نظام تبريد.
• [ ] تحويل الوحدات بين J و kJ عند الحاجة.
• [ ] مراجعة القيم العددية للحرارة النوعية وΔH_fus وΔH_vap للماء.
• [ ] التدرب على مسائل مشابهة للامتحان لضمان السرعة والدقة.

---

جميع المعادلات دفعة واحدة

T (K) = t (°C) + 273
n = m ÷ M
q = n × ΔH_fus
q = n × ΔH_vap
q = m × c × Δt

بالتوفيق في امتحاناتك!