Upload
yardley-pittman
View
48
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
אנרגיה בקצב הכימיה פרק א'. עריכת המצגת: ד"ר תרצה גרוס ד"ר מרים כרמי אדית וייסלברג. מהי אנרגיה?. זהו גודל המאפיין תכונה חשובה של המערכת, אך אינו ניתן למדידה ישירה. אנרגיה היא היכולת לבצע עבודה - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
אנרגיה בקצב הכימיהפרק א'
עריכת המצגת: ד"ר תרצה גרוס
ד"ר מרים כרמי
אדית וייסלברג
מהי אנרגיה?
זהו גודל המאפיין תכונה חשובה של •המערכת, אך אינו ניתן למדידה
ישירה.
אנרגיה היא היכולת לבצע עבודה•
אנרגיה קינטית )כוללת( = Eאנרגיה פנימיתEk + אנרגיה פוטנציאליתEp
האנרגיה הפנימית של גופים גדולים
האנרגיה הפנימית של חומר מורכבת משני •סוגים:
I .אנרגיית התנועה של הגוף כולו. אנרגיה קינטית - תלויה במסת הגוף ובמהירותו
II .תלויה במיקומו של הגוף אנרגיה פוטנציאלית –ובכוחות הפועלים עליו.
כל האנרגיה בחומר – האנרגיה הפוטנציאלית •האנרגיה הפנימית והאנרגיה הקינטית – נקראת
של החומר
אנרגיה קינטית של מדגם חלקיקים
של המדגם נובעת מתנועתם האנרגיה הקינטית•של החלקיקים.
האנרגיה הקינטית של מולקולה נקבעת על ידי •מסת המולקולה ומהירותה.
לחלקיקים במדגם יש מהירויות שונות, ולכן •נתייחס לאנרגיה הקינטית הממוצעת של
המדגם. האנרגיה הקינטית הממוצעת באה לידי ביטוי •
בטמפרטורה של מדגם החלקיקים.
T.N.T.
(12 )עמוד אנרגיה קינטית ממוצעת
של החלקיקיםתנועהאנרגיה המתקבלת מ
דורית בר
קיימות שלוש סוגי תנועה:
תנועה- תנודה )ויברציה(, סיבוב )רוטציה( ומעתק )טרנסלציה(
http://mc2.cchem.berkeley.edu/java/equilibrium/index.html
אתר המתאר תנועת חלקיקים
6
אנרגיה קינטיתשל חלקיקים
דוגמאות לאופני תנועה שונים של המולקולות
תנודהתנודהתנודהסיבובמעתק
בגז ובנוזל
במידה מוגבלת
בנוזל ובגז
בסריג מוצק, נוזל וגז
דורית בר
ב. כמות החלקיקים בחומר )מסת/נפח החומר(
א. מהירות קינטית של החלקיקים בחומר
מושפעת מ:כוללתאנרגיה קינטית
מהירות נמוכה
מהירות גבוהה
כמות גדולה
8
אנרגיה פוטנציאלית של מדגם חלקיקים
היא גודל יחסי, התלוי האנרגיה הפוטנציאלית•בסוג החומר ומושפע מהיערכות החלקיקים
וסוג הקשרים ביניהם.
T.N.T.
למטה(13 )עמוד אנרגיה פנימית
אנרגיה פנימית מושפעת ממעברי :אנרגיה
כאשר החומר/גוף פולט אנרגיה- האנרגיה הפנימית
יורדת
דורית בר
כאשר משקיעים אנרגיה בחומר/גוף- האנרגיה הפנימית עולה
T.N.T.
15עמוד מערכת וסביבה-
כוס זכוכית פתוחה מערכת פתוחה-המאבדת חומר כאדי מים וחום
אוויר- חומר מבודדאדם עומד בחדר קר על רצפה קרה - קר מאוד
ברגלייםדורית
בר
כלי זכוכית מערכת סגורה-סגור המכיל כוס- יש איבוד
חום ללא איבוד חומר
קפה מערכת מבודדת-בתרמוס סגור- אינו מאבד חום )בטווח זמן סביר( ולא
מאבד חומר
T.N.T.
מערכת וסביבה
דורית בר
כל מה שאינו המערכת- כלי, סביבה- ממס )או חלקו- חלק מהחלקיקים
יוצרים קשר עם החומר(, חדר...
המגיבים מערכת-והתוצרים
מערכת וסביבה
מערכת – מוקד ההתעניינות שלנו. כוללת את • לפני התרחשות התגובה, ואת המגיבים לאחר התרחשותה.התוצרים
סביבה – כל מה שאינו מערכת. •מערכת מבודדת – אין חילופי אנרגיה או חומר •
עם הסביבה.במערכת פתוחה קיימים חילופי אנרגיה וחומר •
עם הסביבה. במערכת סגורה קיימים חילופי אנרגיה עם •
הסביבה.
T.N.T.
דורית בר
כל מה שאינו המערכת- סביבה-
מולקולות מים שאינן יוצרות קשר עם הסוכר )מרבית מולקולות המים(
כוס
כפית
שולחן
אוויר....
דוגמא: המסת סוכר במים
מגיבים מערכת- ותוצרים
סוכר ומולקולות מים היוצרות קשרים עם
הסוכר
T.N.T.
דורית בר
מערכת
החומר המוצק, היונים המומיימים והמים היוצרים קשרים עם היונים
מערכת וסביבה-
במים:NH4NO3(s)המסה של
סביבה
מים שאינם קשורים ליונים, הכלי, אוויר וכל מה שאינו מערכת
הניסוי
T.N.T.
דורית בר
: רמת הסמל
NH4NO3(s) water NH4+(aq) + NO3-(aq)
מיקרו- קשרי רמת יוצרים המוצק מהסריג יונים חשמליים עם מולקולות המים, ונוצרים יונים ממויימים.
NH4NO3(s) רמת תהליך בהמסת החומר היוני
מאקרו- ועירבוב, רמת הלבן למוצק מים בהוספת המוצק הלבן נעלם והטמפרטורה ירדה
אנרגטיים- טמפרטורת היבטים ירדה ההמסה במהלך של הממוצעת הקינטית המהירות כלומר הסביבה, אנרגיה קלטה המערכת ירדה. )הסביבה( המים
ולתוצרים אנרגיה גבוהה מהאנרגיה של המגיבים.
שלב א 3ניסוי
כוסות זהות המכילות כמויות זהות של 3נלקחות מים:
כוס א- שמים על פלטת חימום
כוס ב- ללא שינוי
כוס ג- מכניסים לאמבט קרח
דורית בר
18עמוד - 3ניסוי
ניסוי בעזרתו ניתן להבין עקרונות בסיסיים באנרגיה
T.N.T.
דורית בר
)שונה מהספר(-ביצוע הניסוי
. אצבע שנייה לכוס ג )מי קרח( ואצבע לכוס א )חימום(א. מכניסים
שתי האצבעות לכוס ב )ללא טיפול( לאחר חצי דקה, מעבירים את
ב. מה מרגישים? )למרות ששתי האצבעות באותה כוס- אצבע אחת מרגישה חום רב יותר מהשנייה(
ג. מודדים טמפרטורה בשלושת הכלים- נמדדות טמפרטורות שונות
T.N.T.
ניתן להשוות טמפרטורה בעזרת מדידה מדוייקת עם מד-טמפרטורה/טרמומטר )לא מדחום!!!(
דורית בר
שלב א- 3ניסוי
חום/קור אינו גודל מדיד ולכן אינו מושג מסקנה- .מדעי
T.N.T.
המשךשלב א- 3ניסוי
זהה Epבכל הכוסות נמצאו כמויות שוות של מים- ניתן להניח כי בכל כוס
עלתהEk ללא שינוי- הרי Epאם אנרגייה פנימית עלתה ו-
דורית בר
כלומר האנרגיה הפנימית עלתה:הושקעה אנרגיה-במהלך החימום-
Ep + Ekאנרגיה פנימית =
מושפעת מהמהירות הממוצעת של החלקיקים – Ekכלומר- המהירות הממוצעת נמצאת ביחס ישר לאנרגיה הקינטית הממוצעת
של החלקיקים
ממוצעת של Ekטמפרטורה נמדדת היא מדד ל- החלקיקים
T.N.T.
ב. כמות החומר- ככל שכמות החומר עולה
Ek.עולה
דורית בר
Ek -ממוצעת ו Ekשל החומר
Ekממוצעת לכל חלקיק אנרגיה קינטית ממוצעת שונה המשתנה עם הזמן. בזמן קבוע קיים פיזור של האנרגיה הקינטית של כל החלקיקים
בחומר בהתאם לטמפרטורה.
כאשר הטמפרטורה עולה- המהירות הממוצעת של החלקיקים הקינטית לאנרגיה מדד היא והטמפרטורה היות עולה
הממוצעת/ מהירות ממוצעת של החלקיקים.
Ek של כל החומר/גוף
מושפעת מ:א. האנרגיה הקינטית
הממוצעת של החלקיקים
T.N.T.
דורית בר
שלב ב 3ניסוי
נלקחות שלושת הכוסות משלב א, ומניחים אותן בחדר למשך חצי שעה. מודדים טמפרטורות במהלך חצי שעה.
להלן תוצאות הניסוי כפי שנתונות בספר
זמן(OC)כלי א ( OC)כלי ב ( OC)כלי ג
- בתום שלב א823320
דקות1223275
דקות14232515
דקות23232330
T.N.T.
דורית בר
מחממים את שלושת הכוסות על פלטה זהה מטמפרטורת החדר עד לרתיחה.
מודדים את קצב החימום
20 עמוד שלב ג- 3ניסוי
כמויות שונות של מים- כוסות המכילות 3לוקחים
מ"ל מים20כוס א מכילה
מ"ל מים40כוס ב מכילה
מ"ל מים60כוס ג מכילה
בספר נתון גרף המתאר את קצב החימום20בעמוד
T.N.T.
21שימו לב לשאלות לדיון בעמוד
דורית בר
מתאר את קצב התגובה- המשתנה 20שימו לב- הגרף בעמוד התלוי בלבד!!!! )כל עקומה מייצגת משתנה ב"ת אחר(
. העברת כמות אנרגיה שווה לכמויות שונות של מים, תגרום 2 ממוצעת שונה של מולקולות המים.Ekל-
מסקנות
ממוצעת זהה של מולקולות בכמויות Ekעל מנת להגיע ל- 1.שונות של מים, יש צורך בהעברה שונה של אנרגיה.
T.N.T.
- שופכים את המים משני הכלים לכלי שלישי מבודד היטב, מודדים 2שלב טמפרטורה.
דורית בר
22 עמוד שלב ד- 3ניסוי
מהלך הניסוי-
במשך זמן של מים בשני כלים זהים כמויות זהות- מחממים 1שלב . מודדים טמפרטורה בתום החימום.שונה
האם לזמן החימום השונה השפעה על קצב חימום המים?
T.N.T.
דורית תסגור את הדלת, אוויר קר נכנס הביתה...בר
3מסקנות מניסוי
א. כאשר שני גופים בטמפרטורות שונות באים במגע זה עם זה, הטמפרטורות שלהם ישתנו עד שוויון.
ב. אנרגיה עוברת מגוף לו טמפרטורה גבוהה לגוף לו טמפרטורה נמוכה
- בערבוב מים בטמ' גבוהה עם מים בטמ' יישוםנמוכה,
נקבל מים בטמ' ביניים
T.N.T.
סיכום
אנרגיה השוואה בין המושגיםוטמפרטורה
דורית בר
אנרגיהטמפרטורה ממוצעת של Ekמדד ל-
חלקיקיםכלל האנרגיה האצורה
בחומר =
Ek + Ep
משמעות
תלות בכמות תלויה בכמות החומראינה תלויה בכמות החומרהחומר
ניתן למדוד מעברי אנרגיה ניתן למדוד בעזרת טרמומטרבלבד )אין אפשרות למדוד
אנרגיה בצורה ישירה(
דרך מדידה
יחידת אנרגיה הנגזרת מחימום
היחידה המשמשת היום בעיקר למדידת ערך •קלורי של מזון נקראת קלוריה.
היא כמות האנרגיה הדרושה calקלוריה • גרם מים במעלה אחת. 1לחימום
•1000 cal = 1kcalבשפת היום יום כאשר מדברים על קלוריה, •
calorieמתכוונים לקילוקלוריה המכונה גם Cומסומנת ב-
•1cal = 4.184J1 אוkcal = 4.184kJ
T.N.T.
מערכת
דורית בר
מעברי אנרגיה ניתן לקבוע בעזרת שינויי האנרגיה שינויי אנרגיה במערכת
בסביבה:
פליטה של אנרגיה מהמערכת אל הסביבה, או
קליטה של אנרגיה על-ידי המערכת מהסביבה
באיור הנתון-
המערכת מאבדת אנרגיה . והסביבה קולטת אנרגיה
ניתן למדוד את השינוי בסביבה בעזרת
טרמומטר- יש עליה בטמפרטורה
T.N.T.
דורית בר
33עמוד שינויי אנתלפיה
אנתלפיה- אנרגיה פנימית בלחץ קבוע.
למה אנתלפיה?
מרבית התהליכים במעבדה מתרחשים בלחץ אטמוספרי קבוע.
H = H2 – H1
באיור הנתון-
מתואר השינוי באנתלפיה בתהליך בו
לתוצרים פחות אנרגיה מאשר למגיבים )נפלטת
אנרגיה לסביבה(
T.N.T.
תגובה אקזוטרמית ואנדוטרמית
תגובה אקזוטרמית-
ירידה חלה התרחשותה במהלך אשר תגובה, באנתלפיה של המערכת.
דורית בר
מערכת
> Hלתוצרים פחות אנרגיה ולכן 0
כיוון שהאנתלפיה של התוצרים נמוכה משל המגיבים, הפרש
האנתלפיה נפלט לסביבה. כתוצאה מכך, אנרגיית הסביבה
עולה.
T.N.T.
תגובה אנדוטרמית-
התרחשותה במהלך אשר תגובה, חלה עליה באנתלפיה של המערכת.
דורית בר
H > 0לתוצרים יותר אנרגיה ולכן
כיוון שהאנתלפיה של התוצרים גבוהה משל המגיבים, הפרש האנתלפיה נקלט מהסביבה.
כתוצאה מכך, אנרגיית הסביבה יורדת.
מערכת
H
32
1
פנימית שינוי באנרגיה
T.N.T.
דורית בר
NaNO3(s) ו- NaOH(s) הוספנו מים לשני מוצקים: 35בניסוי עמוד
בהוספת מים למוצק הראשון טמפרטורת המים עלתה, ובהוספת מים למוצק השני טמפרטורת המים ירדה.
כיצד נסביר את השינויים ברמת התהליך עבור הניסוי הראשון?
בהוספת מוצק לבן למים, נעלם המוצק רמת מאקרו:וטמפרטורת המים עלתה
מולקולות מים נקשרו ליונים במוצק, וכל יון יצר רמת מיקרו:קשרים חשמליים עם המים ליצירת יונים יונים ממויימים.
הממוצעת של Ekהאנרגיה שנפלטה בתהליך העלתה את ה- מולקולות המים.
רמת הסמל:
NaOH(s) water Na+1(aq) + OH-1(aq) H < 0
T.N.T.
דורית בר
בספר, נתונה שאלה עליה רצוי לענות34בעמוד
חשוב:
בכל שאלה- יש להוסיף הצגה גראפית