אנרגיה בקצב הכימיה

אנרגיה בקצב הכימיהאנרגיה בקצב הכימיה

פרק ב

פרק ב - תכנים

חישוב השינוי באנתלפיה תקנית

באופן ניסויי

חוק הס)כולל אנתלפיות שריפה 1.והתהוות(

. שינויים במצבי צבירה2. אנתלפיות קשר)איכותי בלבד(3אנתלפיות אטומיזציה )העשרה(. 4 .

°ΔH שינוי אנתלפיה תקנית

בעת החישוב של שינויי אנתלפיה נהוג להתייחסלתגובות בהן החומרים נמצאים בתנאי תקן: לחץ של

1M אטמוספירה ותמיסות בריכוז 1 השינוי באנתלפיה כאשר החומרים נמצאים בתנאי

°ΔHתקן נקרא שנוי אנתלפיה תקנית, והוא מסומן ב- חישובים מראים כי השפעת שינוי הטמפרטורה על

∆H0∆ של אותה תגובה הוא זניח. ניתן להתייחס ל H0

כערך קבוע שאינו משתנה עם הטמפ', כל עוד מצבי הצבירה של החומרים אינם משתנים.

חוק הס

2

O1

o

o3

A B C D H

C D E F H

E F G M H

אם נוכל לחבר, לחסר או להכפיל ניסוחים של תגובות נתונות, כדי לקבל ניסוח של תגובה חדשה מבוקשת,

של HO∆ עם ערכי אותן פעולות חשבוןהרי שצריך לבצע את עבור התגובה HOאותן תגובות כדי לקבל את ערכו של ∆

המבוקשת.

ניתן לנסח זאת גם באופן הבא:

ההפרש באנתלפיית התגובה הוא קבוע ואינו תלוי במספר השלבים בהם התגובה מתבצעת.

A+B G+M

ייצוג גראפידוגמה לחוק הס

C

ΔH°2

ΔH° A ΔH°1

B

A C ΔH° = ΔH°1+ ΔH°2

° לתגובה :ΔHאנו מעוניינים לחשב את A C

ניתן לתאר את התגובה כמתבצעת בשני שלבים:

A B ΔH°1

B C ΔH°2

- שקית החימום3ניסוירמת הבנה

מאקרוסקופית

מיקרוסקופית תמיסה רוויה ביתר יוני נתרן ויוני ; קבלת תוצר אצטאט מולקולות מים

מוצק.סמל NaCH3CO2(s) → Na+

(aq) + CH3CO2-(aq)

תהליך כיפוף הדסקית העניק אנרגיה התחלתית להתחלת תגובת השיקוע או

יצרה מרכז גיבוש ראשוני. כתוצאה מכך התרחש תהליך אקסותרמי בו

נפלטה אנרגיה אל הסביבה.

ממגיבים לתוצרים וההיפךרמת הבנה

מאקרוסקופית

מיקרוסקופית

מולקולות מים מתקשרות אל מוצק יוני אנהידרידי.

סמל CuSO4(s)+5H2O(l)→CuSO4·5H2O(S)

תהליך קשרים בין מולקולות המים ניתקים ונוצרים קשרים חדשים בין מולקולות המים ליונים

המצויים במוצק היוני.

אנתלפיות שריפה והתהוות (מקרה פרטי של חוק הס)

אנתלפיית שריפה•

תגובה כימית אשר במהלכה מגיב חומר עם חמצן , נקראת תגובת שריפה.

ΔH0 ומסומנת כך: אנתלפיית שריפה לתגובה הנ"ל נקראתΔHc

0

ΔHcהיא אנתלפיית השריפה של מול חומר בתנאים תקניים . 0

דוגמא:

C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2)g( + 4H2O)l( ΔHc0 =-

2220KJ

אנתלפיית התהוות•אנתלפיית התהוות תקנית היא שינוי האנתלפיה במהלך •

מול חומר מהיסודות המרכיבים אותו כאשר 1ההתהוות של הם במצב תקני.

אנתלפיית ההתהוות התקנית על פי הגדרה זו, נובע, כי של יסודות במצב תקני שווה לאפס.

ΔHfאנתלפיית התהוות תקנית מסומנת •0 (f-formation)

דוגמא:•

•C(S) + O2(g) → CO2)g( ΔHf0 = -393KJ

ΔH0f

יסודות במצב התקני

מול תרכובת

ΔH0f של מים

H2 )g( + 1/2O2)g(

H

H2O)l(

0

DH0 בעזרת נתוני DHחישוב גרפי של f

CH4)g( + 2O2)g( CO2)g( + 2H2O)l(

-74.8k.j 0 -393.5k.j -285.9 DH0f

0 C)s( , 2H2)g( , 2O2)g(

CH4)g(

CO2)g( + 2H2O)l(

DH0 = SDH0f תוצרים-SDH0

f מגיבים

= -393.5 -2x285.9 +74.8 = -890.5kJ

-965.3kJ

-74.8kJ

אנתלפיה 0היסודות בגרף ב-והם שלב המעבר בגרף

+74.8kj

)-393.5 -2x285.9( Kj

התאמה בין הנוסחה לתרגיל

DH0 = SDH0f תוצרים-SDH0

f מגיבים

DH0 = -393.5 -2x285.9 -)-74.8( = -890.5kJ

תוצרים מגיבים

שינויי אנתלפיה במהלך שינויים במצבי צבירה

תהליכי היתוך •היא השינוי באנתלפייה המלווה הפיכת אנתלפיית היתוך- •

ΔHmמול מוצק למול נוזל 0 (m-melting)

דוגמא: ••H2O(s) → H2O)l( ΔHm

0 = 6.01KJ

תהליכי אידוי -היא השינוי באנתלפייה המלווה הפיכת אנתלפיית אידוי•

ΔHbמול נוזל למול גז ΔHv או 0

0

•(b-boiling, v-vaporization)H2O(l) → H2O)g( ΔHbדוגמא: •

0 = 40.7KJ

H0∆אנתלפיית המראה )סובלימציה( s

הוא תהליך בו מתרחש מעבר תהליך המראה ממצב צבירה מוצק לגז.

ניתנת לחישוב מאנתלפיית אנתלפיית ההמראה היתוך ואנתלפיית אידוי )חוק הס(

Na)S( → Na)l( ∆H0 m= 2.6 kJ

Na)l( → Na)g( ∆H0b

= 98.0 kJ

Na)S( → Na)g( ∆H0s = 100.6 kJ

כל הערכים מתייחסים לאותה טמפרטורה

H

H2O )s(

DH ו- מעברי מצבי צבירה

H2O )g(

H2O )l(

ΔH°m=6kJ

ΔH°b=40.7kJ

DHb גדול\שווה\קטן מDHm?

H

H2O )s(

H2O )g(

H2O )l(

ΔH°m=6kJ

ΔH°b=40.7kJ

46.7האנרגיה שנקלטת כאשר מול מים רותחים גבוהה מ- קג'אול-מדוע?

שינויי אנתלפיה במהלך שינויים במצבי צבירה במים

בהנחה שתהליך ההמראה, ההיתוך

מתרחשים והאידויבאותה טמפרטורה

כמה אנרגיה נפלטת\נקלטת בתהליך

ההמראה של מול מים?

H2O )s(H2O )g(

שינויי אנתלפיה במהלך שינויים במצבי צבירה

תהליכי היתוך ואנתלפיית היתוך – שינוי האנתלפיהכאשר מול חומר משנה מצב צבירה ממוצק לנוזל.

ΔH°m תהליכי אידוי ואנתלפיית אידוי - שינוי האנתלפיה

ΔH°bכאשר מול חומר משנה מצב צבירה מנוזל לגז,

ΔH°m=6kJ

ΔH°b=40.7kJ

חישוב השינוי באנתלפיה התקנית של תגובה באמצעות אנתלפיות

קשר

בתגובה כימית-שלב ראשון: פירוק מולקולות המגיבים לאטומים בודדים במצב גזי- שלב

אנדותרמישלב שני:יצירת מולקולות התוצרים מהאטומים הבודדים במצבם הגזי-שלב

סכום האנרגיה הדרושה לפירוק הקשרים במגיבים )בסימן אקסותרמי)+

והאנרגיה הנפלטת ביצירת הקשרים בתוצרים )בסימן -( .שווה לשינוי האנתלפיה בתגובה כולה

אנרגיית הקשר - האנרגיה שיש להשקיע כדי לשבור מול קשרים. )נמדדת ביחידות ק’ ג’אול למול(

לתגובה:DH0דוגמא נוספת לחישוב

DH0 = 436 +242 - 2x431 = -184kJ

H2(g) + Cl2(g) à 2HCl(g) ΔH0=?

H-H Cl-Cl נשברים

2H-Cl נוצרים

DH0 = )H-H( + )Cl-Cl( – 2)H-Cl( = -184kJ

אנתלפיית אטומיזציה)העשרה(

היא כמות האנרגיה הדרושה כדי להעביר מול אנתלפיית אטומיזציה •של היסוד, למול אחד של ממצבו התקני אחד של אטומי יסוד, 250C .אטומים במצב גזי, ב-

ΔHa אנתלפיית אטומיזציה מסומנת:•

יסודות במצב תקני-מצב תקני של יסוד הוא המצב בו נמצא היסוד •בטמפרטורת החדר.

C(s),P4(s),S8(s),H2(g),Cl2(g),Mg(s),Br2(l)לדוגמא:•

דוגמאות לאנתלפיית אטומיזציה:••C(s) → C)g( ΔHa = 715KJ

• ¼P4(s) → P)g( ΔHa = 316.3KJ

דוגמא לפתרון באמצעות ייצוג גרפי

העזר בהצגה גרפית לחישובDH:עבור התגובה

SO2)g( +0.5O2)g( SO3)g( DH= X

בעזרת הנתונים:

S8)s( + 8O2)g( 8SO2)g( DH= -2373 k.j

S8)s( + 12O2)g( 8SO3)g( DH= -3163 k.j

DH = DH1/8

DH= - )3163-2373(/8 DH = - 98.75k.j

S8)s( + 12O2)g(

8SO2)g(+ 4O2)g(

8SO3)g(

2373 KJ

3163KJDH1

H

-

-

חישוב השינוי באנתלפיית התגובה באופן ניסויי

המערכתתגובה כימית במערכת •

מלווה בשינוי אנתלפיה , המוגדר HO∆תקנית,

בתגובות רבות למול מגיב.

כאשר מספר המולים • , n אלא 1המגיבים אינו

כמות האנרגיה הנפלטת או הנקלטת במהלך . Qהתגובה מסומנת ב-

מתקיים הקשר:•Q=∆H×n

הסביבהבעת התרחשות •

תגובה במערכת, נקלטת על Qאנרגיה

ידי הסביבה או נפלטת מהסביבה.

אנרגיה זו גורמת •לשינוי הטמפרטורה

(T של סביבה )∆ , mבעלת מסה

וקיבול אנרגיה סגולי c:מתקיים הקשר

•Q= m×c× ∆T

סימנים הפוכים

כאשר מתרחשת תגובה אקסותרמית, האנרגיה הנפלטתע"י המערכת נקלטת ע"י הסביבה וגורמת להעלאת

הטמפרטורה שלה. לעומת זאת, כאשר מתרחשת תגובה אנדותרמית, האנרגיה הנקלטת ע"י המערכת נפלטת

מהסביבה וגורמת להורדת הטמפרטורה של הסביבה.

האנרגיה הנפלטת או נקלטת במהלך תגובה, תלויהבמספר המולים של החומרים המגיבים. ככל שמספר

גדול Qהמולים המגיבים גדול יותר, כך יהיה השינוי ב יותר.

שאלה לדיוןושוב....

האם אריזה גדולה יותר תהיה שקית חימום טובה יותר?

Q= mc∆T הסביבה: סימנים הפוכים H0 = Q\n∆המערכת :

חישוב השינוי באנתלפיית תגובה באופן ניסויי

השיטה מתאימה לתגובות המתרחשות בתמיסה. בניסוי •מודדים את שינוי הטמפרטורה בסביבה )בתמיסה( וממנו

לומדים על שינוי האנרגיה במערכת. •Q = m·c·ΔT•Q האנרגיה הנפלטת או נקלטת בתהליך. יחידות של ג'אול =

J•m מסת המים יחידות של גרם =g•C = ג'אול · גרם / מעלות 4.18 = חום סגולי של מים J·g/K•ΔT)שינוי הטמפרטורה של הסביבה )מים =בתגובות שאינן מתרחשות בתמיסה מימית אלא בממסים •

אחרים, יש להשתמש בערכי החום הסגולי המתאימים.

שווה 2כמות האנרגיה המשתחררת כשיורד סמ"ק גשם על שטח קמ טון חומר נפץ.58x102לאנרגיה המשתחררת בפיצוץ

עכשיו אולי יותר ברור מדוע קר יותר כאשר לא יורד גשם בחורף? בעלי חיים בעלי דם קר מסתפקים בארוחה אחת פעם בחודש •

אפילו חצי שנה. אנחנו, כמו בעלי חיים אחרים בעלי דם חם חייבים לאכול כל כמה שעות..מדוע?