قواعد بيانات ترموديناميكية للمواد النقية

قواعد بياناتو ترموديناميكية للمواد النقية  في الكيمياء (بالإنجليزية: Thermodynamic database for pure substances) هي قائمة تحتوي على خواص الحركة الحرارية للمواد ، وأهمها الإنثالبي والإنتروبيا وطاقة جيبس الحرة. والقائمة تجمع قيم تلك الخواص الترموديناميكية في هيئة جداول أو يمكن حسابها من معادلات الحركة الحرارية لنظام. تعطى البيانات الموجودة في القائمة بالنسبة لواحد مول من المادة في الظروف القياسية لدرجة الحرارة والضغط ، حيث يكون الضغط القياسي هو الضغط الجوي (101.325 كيلو باسكال أو 1 بار). تهتم القائمة أيضا بإعطاء اعتماد تلك الخواص على درجة الحرارة.

بيانات ترموديناميكية

تعطي البيانات الترموديناميكية عادة في جداول بالنسبة إلى 1 مول من المادة (أو أحيانا في حالة البخار فتعطى بالنسبة لواحد كيلوجرام من البخار).
وتعتمد قيم الدالات على طور المادة ولذلك فهي تعرف عن لزوم ذلك. وبالنسبة للاستخدامت في الترموديناميكا نعتبر طور المادة في الظروف القياسية لدرجة الحرارة والضغط.
وأحيانا تعطي البيانات في حالة تسمي " حالة قياسية عادية " وهي تعطي أكثر أطوار المادة استقرارا عند درجة حرارة معينة وتحت 1 ضغط جوي ، ولا بد من ذكر ذلك عند استخدامها.
وتعرف دوال الترموديناميكا في "الحالة القياسية العادية" وعندئذ يضاف إليها الرمز ° للتعريف بها. كما تصف معادلة الحالة العلاقة بين بعض الخواص الفيزيائية والخواص الترموديناميكية.

إنثالبي والحرارة الداخلية والسعة الحرارية

يصعب قياس الكمية المطلقة لأي خاصية ترموديناميكية تتعلق بالطاقة الداخلية (مثل الإنثالبي بسبب أن الطاقة الداخلية تأخذ صورا عديدة ، وكل منها يتغير بدرجة الحرارة بطريقته ، وتأتي أهميتها في التفاعلات الترموديناميكية ومنها التفاعلات الكيميائية. عندئذ نأخذ التغير في مثل تلك الدالات ونتفادى بذلك مشكلة التعمق في تعيين قدرها المطلق . ويسمى تغير الإنثالبي H تحت ثبات الضغط عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 25 درجة مئوية يسمى "المحتوى الحراري في درجة الحرارة العالية" أو "الإنثالبي النسبي في درجة الحرارة العالية" أو ببساطة "المحتوى الحراري".
وقد تختلف بعض قواعد البيانات فتسمي المحتوى الحراري ، مثلا HT-H₂₉₈,أو H°-H°₂₉₈,أو H°T-H°₂₉₈ أو H°-H°(Tᵣ), حيث تعني Tᵣ درجة الحرارة المرجعية ، وهي في العادة 298.15 كلفن. وكل تلك التسميات تؤول إلى المحتوى الحراري لكمية 1 مول من المادة.
البيانات بالنسبة للغازات تفترض حالة غاز مثالي عند الضغط القياسي. وطبقا ل النظام الدولي للوحدات فوحدة لالإنثالبي هي جول/مول وتكون له إشارة موجبة فوق درجة الحرارة القياسية. وقد قام الكيميائيون بقياس المحتوى الحرارة لجميع المواد المعروفة تقريبا ودونوه في جداول مع اعتبار تغير درجة الحرارة. ولا يعتمد المحتوى الحراري لغاز مثالي على الضغط أو الحجم ، ولكن المحتوى الحراري للغازات الحقيقية فهي تتغير بالضغط. ولهذا يلزم تعريف حالة الغاز ، هل هو مثالي أم حقيقي ، وكذلك تعريف الضغط.
كما يجب ملاحظة أن قواعد البيانات الترموديناميكية للبخار تنتسب دائما إلى درجة حرارة 273.15 كلفن أو 0 درجة مئوية.
والسعة الحرارية ورمزها C فهي تمثل نسبة الحرارة المضافة لرفع درجة حرارة كمية معينة من المادة (1 جرام ، أو 1 كيلوجرام ، أو 1 مول) درجة واحدة. وبافتراض إضافة حرارة قليلة في عملية متساوية الضغط يكون:
فتكون Cₚ هي ميل منحنى تغير المحتوى الحراري مع تغير درجة الحرارة عند ثبات الضغط. وهي المشتقة التفاضلية لمعادلة المحتوى الحراري بالنسبة إلى تغير بسيط في درجة الحرارة. وحدة السعة الحرارية هي جوللكل مول لكل كلفن (جول/مول/كلفن).
تها هي ب

تغير الإنثالبي خلال التفاعل الكيميائي

يتغير الإنثالبي خلال التفاعل الكيميائي. ونرمز لتغير الإنثالبي الخاص بتكوين مركب كيميائي من عناصره الأولية بالرمز ΔHform اختصار لكلمة formation ، ويعتمد هذا التغير في الإنثالبي على درجة الحرارة اعتمادا ضعيفا.
تعطي قيم ΔHform عادة باعتبار وجود العناصر والمركبات في "حالتها القياسية العادية " ، ونسميها عندئذ "الحرارة القياسية للتكوين " ونضيف إليها الرمز ° كالعادة.
ويظهر تغير إنثالبي التكوين ΔH°form اختلالا عند درجات تحول طور المواد الداخلة في التفاعل أو تحول طور المركبات الناتجة من التفاعل. ونرمز لتغير الإنثالبي الخاص بتفاعل كيميائي بالرمز
ΔH°ᵣₓ.

معادلات للحساب

تحتوي قوائم البيانات الترموديناميكية أيضا على بعض الدوال الترموديناميكية تساعد على الحساب. وعلى سبيل المثال فيعرف الإنتالبي المطلق لمادة (H(T بواسطة إنثالبي تكوينها ومحتواها الحراري:
بالنسبة إلى أحد العناصر تكون (H(T) و[HT - H₂₉₈] متساويتين عند جميع درجات الحرارة ، بسبب أن ΔH°form مساوية للصفر , وبالتالي تكون H(T) = 0 أيضا عند 298 كلفن.
وبالنسبة إلى مركب تنطبق المعادلة :
-(أنظر قانون هس)
وبالمثل تعرف طاقة جيبس الحرة المطلقة (G(T بواسطة الإنثالبي المطلق والإنتروبي لمادة ما :
وبالنسبة لمركب كيميائي:
كما تحتوي بعض القوائم على "دالة طاقة جيبس" H°298.15 – G°T)/T ) التي تُعرف بواسطة الإنتروبي والمحتوى الحراري.
وتتساوي وحدة دالة طاقة جيبس ووحدة الإنتروبي (أي تكون الوحدة جول/مول/كلفن )، ولكن بخلاف الإنتروبي فلا يقفز منحنى طاقة جيبس عند درجة تحول الطور العادية.
كما نجد في القوائم مقادير اللوغاريتمات العشرية log₁₀لثوابت التوازن Keq
والتي يمكن حسابها بواسطة المعادلة الترموديناميكية التالية :