المحاضرة الخامسة عشر / قانون هيس حل المسائل بطريقة قانون المجموع

✅ أولًا: ما هو قانون هس؟

قانون هس (Hess’s Law) هو مبدأ في الكيمياء الحرارية ينص على أن:

“إذا تم التفاعل الكيميائي عبر خطوات متعددة، فإن مجموع التغير في الإنثالبي (ΔH) لكل خطوة يساوي التغير الكلي في الإنثالبي للتفاعل الكامل، بغض النظر عن المسار المتبع.”

بمعنى آخر: ΔH للتفاعل لا تعتمد على الطريق، بل فقط على الحالة الابتدائية والنهاية.

🧪 ثانيًا: متى نستخدم قانون هس؟

نستخدم قانون هس عندما:

• لا نستطيع قياس ΔH مباشرة.
• نعرف ΔH لعدة تفاعلات فرعية.
• يُعطى السؤال حرارة تكوين أو حرارة احتراق ونحتاج إلى حساب حرارة تفاعل أو حرارة تكوين مركب جديد.

📘 ثالثًا: طريقة قانون المجموع في حل مسائل قانون هس

وهي أبسط وأكثر الطرق شيوعًا في الامتحانات الوزارية.

🔹 الفكرة:

نحسب ΔH للتفاعل عن طريق جمع ΔH للمواد الناتجة وطرح ΔH للمواد المتفاعلة.

🔸 القانون المستخدم:

$$\Delta H_{reaction} = \sum \Delta H^\circ_f (\text{النواتج}) – \sum \Delta H^\circ_f (\text{المتفاعلات})$$

هذا القانون يُعرف باسم قانون المجموع لأنه يعتمد على جمع وطرح القيم الحرارية.

🔢 رابعًا: خطوات الحل باستخدام قانون المجموع

✍️ الخطوة 1: كتابة المعادلة الكيميائية الموزونة

احرص على أن تكون المعادلة موزونة بشكل صحيح لأن الحسابات تعتمد على عدد المولات.

✍️ الخطوة 2: استخراج القيم المعطاة

غالبًا ما تُعطى ΔHf (حرارة التكوين القياسية) أو حرارة الاحتراق من الجدول أو في نص المسألة.

✍️ الخطوة 3: التعويض في قانون المجموع

$$\Delta H = [\text{مجموع ΔHf للنواتج}] – [\text{مجموع ΔHf للمتفاعلات}]$$

• اضرب حرارة التكوين × عدد مولات كل مادة.
• اجمع نواتج كل طرف.
• احسب الفرق.

🧭 خامسًا: أمثلة توضيحية

🌟 مثال 1: حساب ΔH لتفاعل باستخدام حرارة التكوين

المطلوب: احسب ΔH للتفاعل:

$$\text{CO} + 2\text{H}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}$$

المعطيات:

• ΔHf (CO) = –284 kJ/mol
• ΔHf (H₂) = 0
• ΔHf (CH₃OH) = –727 kJ/mol

الحل:

$$\Delta H = [\Delta Hf(\text{CH}_3\text{OH})] – [\Delta Hf(\text{CO}) + 2 × \Delta Hf(\text{H}_2)]$$ $$\Delta H = [–727] – [–284 + 2×0] = –727 + 284 = \boxed{–443 \text{ kJ/mol}}$$

🌟 مثال 2: حساب حرارة التكوين

السؤال: احترق البروبان وأنتج 3 CO₂ و4 H₂O. وكانت حرارة الاحتراق –2219 kJ/mol.
ΔHf (CO₂) = –393.5 kJ/mol
ΔHf (H₂O) = –286 kJ/mol
احسب ΔHf للبروبان C₃H₈.

المعادلة:

$$\text{C}_3\text{H}_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$$

الحل:

نحسب:

$$\Delta Hf^\circ (\text{C}_3\text{H}_8) = [3 × (–393.5) + 4 × (–286)] – (–2219)$$ $$= [–1180.5 + (–1144)] + 2219 = –2324.5 + 2219 = \boxed{–105.5 \text{ kJ/mol}}$$

💡 سادسًا: ملاحظات مهمة

• حرارة التكوين للعناصر في حالتها القياسية = 0
  مثال: O₂، H₂، C (graphite)
• إذا لم تكن المعادلة موزونة، ستكون نتيجة ΔH خاطئة.
• قد تُعطى حرارة الاحتراق بدلاً من حرارة التكوين، وهنا نعيد ترتيب القانون:

$$\Delta H_f^\circ = \sum \Delta H_f^\circ (\text{النواتج}) – \Delta H_{combustion}$$

• الإشارة السالبة في ΔH تعني أن التفاعل طارد للحرارة، والموجبة تعني أنه ماص للحرارة.

📝 سابعًا: أمثلة على شكل أسئلة وزارية

🟠 سؤال 1 (وزاري تمهيدي 2021):

إذا كانت حرارة التكوين لكل من:

• CO = –284
• H₂ = 0
• CH₃OH = –727
  فما ΔH للتفاعل:

$$\text{CO} + 2\text{H}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}$$

الجواب: ΔH = –443 kJ/mol

🟠 سؤال 2 (وزاري 2019):

أحترق البروبان وأعطى CO₂ وH₂O، وحرارة الاحتراق = –2219
ΔHf (CO₂) = –393.5
ΔHf (H₂O) = –286
احسب ΔHf للبروبان.
الجواب: –105.5 kJ/mol

🧠 ثامنًا: تلخيص سريع

✅ خلاصة

قانون هس بطريقة “قانون المجموع” هو أداة قوية وسهلة لحساب حرارة التفاعل أو حرارة التكوين دون الحاجة لتنفيذ التفاعل فعليًا. فقط باستخدام القيم القياسية الموجودة في الجداول (أو المعطاة في السؤال)، وبعض الخطوات البسيطة، يمكنك حل أي مسألة بدقة.