נושאי לימוד

א. אנרגיה

ב. קינטיקה

כתיבה: ד"ר מרים כרמי

אדית וייסלברג

מרצה: דורית בר

2008מרץ

T.N.T.

שינויי אנרגיה במערכת במהלך התגובה בעזרת ב. חישוב תיאורטי-חוק הס.

קיימות דרכים נוספות לחישוב תיאורטי של שינויי האנתלפיה- חלקן יילמדו בכיתה י"ב

דורית בר

שינויי אנרגיה בסביבה במהלך א. חישוב ניסויי-תגובה.

ההנחה היא כי מדובר במערכת מבודדת- ובהתאם השינוי באנרגיה במערכת שווה בעוצמתו והפוך

בסימן לשינוי האנרגיה בסביבה

של תהליך נתוןHחישוב

H שינוי האנתלפיה של החומרים במהלך תגובה כימית: מתאר את -ההפרש בין תכולת האנרגיה של התוצרים לבין תכולת האנרגיה של

המגיבים.

ניתן לחשב את שינויי האנתלפיה בעזרת:

דורית בר

Hמשמעות ערכו של

השינוי באנתלפיה במהלך תגובה מתייחס לאנרגיה המשתחררת או נקלטת כאשר מגיבים כמויות בהתאם לתגובה הרשומה.

למשל: עבור התגובה:

2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) H = +572 kJ

מול 2 קילו-ג'אוול, כאשר מגיבים 572נקלטת אנרגיה בשיעור מול מימן / או כאשר מתקבל 2מים נוזלים / או כאשר מתקבלים

.מול חמצן

ועבור התגובה:

H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H = -286 kJ

קילו-ג'אול כאשר 286משתחררת אנרגיה בשיעור של מול מימן מגיב / או חצי מול חמצן מגיב / או מול מים

נוצרים

50 עמוד חוק הס-

ההפרש בין האנתלפיה של המגיבים לתוצרים הוא גודל קבוע עבור תגובה נתונה, ללא תלות כיצד התרחש התהליך.

, ובהמשך בעמודים 51-53בספר יש דוגמאות פתורות בנושא, בעמודים 56-57

דורית בר

נסיעה ברכבת מהווה אנלוגיה לחוק הס:

אנו מעוניינים להגיע מכפר-סבא לרחובות, אבל אין רכבת ישירה לשם.

לכן- ניסע בשני שלבים:

ק"מ 15א. מכפר סבא לתל-אביב כ-

ק"מ.30ב. מתל-אביב לרחובות כ-

מה יהיה המרחק מכפר-סבא לרחובות? 15 + 30 ק"מ = 45כמובן-

דורית בר

בחישובים בעזרת חוק הס:

א. כאשר יש להעביר תוצר למגיבים- מכפילים את התגובה ב- מתהפך:H-(, התהליך מתהפך וערכו של 1)

התהליך המקורי:

2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) H = +572 kJ

-(, יתקבל1ונכפיל ב- ) :

2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) H = -572 kJ

ב. אם ניקח את התהליך המקורי:

2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) H = +572 kJ

מול מים(, יתקבל:1 )בתגובה של 2ונחלק ב-

H2O(l) H2(g) + 1/2O2(g) H = +572:2= +286 kJ

דורית בר

305.6( בשיעור של Q מול פנול משתחררת אנרגיה )0.1א. בשריפה של kJ

3,056X2 kJ מול פנול משתחררת אנרגיה בשיעור של 2ב. בשריפה של

0.3X3,056 מול פנול משתחררת אנרגיה בשיעור של 0.3ג. בשריפה של kJ

בניסוי בו מגיבים או נוצרים כמויות השונות מהנתון בתהליך המאוזן, ( שונה.Qמשתחררת או נקלטת אנרגיה )

H = 3,056 kJדוגמא: בתהליך שריפה של פנול

kJ מול פנול משתחררת אנרגיה בשיעור של 1כלומר- בשריפה של 3,056.

, למשל:בתגובה של כמויות שונות

Q( גורם ספציפי לניסוי תלוי בכמות החומר )

H( גורם קבוע בניסוי הוא גודל קבוע האופייני לתהליך נתון)

דורית בר

. KJ 43.5 יש שינוי באנרגיה בשיעור של C2H5OH(l)באידוי של מול

.הסבר. האם נקלטת או נפלטת אנרגיה במהלך האידוי? Iא.

II.שרטט סכימה המתארת את מעבר האנרגיה בין המערכת לסביבה .

להלן דוגמא לשאלה:

. נסח תהליך מתאים המתאר אידוי אתאנול.Iב.

II שרטט סכימה מתאימה המתארת את שינוי האנרגיה בחומר במהלך עיבוי .אתאנול גזי.

פרט מול אתאנול? 0.12. כמה אנרגיה תיקלט באידוי של Iג. .חישוביך

II פרט חישוביך גרם אתאנול? 1. כמה אנרגיה תיקלט באידוי של.

II פרט גרם אתאנול גזי? 13. כמה אנרגיה תיקלט בעיבוי של. חישוביך

דורית בר

ב. מהי ערכה של:

I?אנתלפית ההתכה של קרח .

II?קרח הופך לאדי מים .

III ?נמק תשובתך. אנתלפית אידוי של מים נוזלים.

H2O(g)

H2O(l)

H2O(s)

HO= -46.7 KJ

HO= +6.0 KJ

דוגמא נוספת

א. נסח תהליך מתאים המתאר:

Iקיפאון של מים נוזלים .

IIאידוי של מים נוזלים .

IIIאידוי של קרח .

דורית בר

חישוב באופן ניסויי

מעברי אנרגיה בין המערכת לסביבה

מערכתQ=H x n

סביבהQ=mxcxT

סימנים הפוכים (Q, של האנרגיה)

דורית בר

אנדוטרמיתהליך

הסביבה מאבדת אנרגיה והמערכת קולטת אנרגיה

אקזוטרמיתהליך

המערכת מאבדת אנרגיה והסביבה קולטת אנרגיה

החישוב מבוסס על ההנחה כי אין איבוד אנרגיה במעבר מהאנרגיה לסביבה, ולכן:

Q מערכת = Q סביבה

דורית בר

בחישוב שינוי אנתלפיה של תהליך, מספר שלבים:

א. מחשבים את השינוי באנרגיה בסביבה:

Q = m x c x T

ב. בהנחה שאין איבודי אנרגיה לסביבה, ניתן לקבוע את השינוי באנרגיה של המערכת

ג. כאשר מגיבים כמות שונה מהכמות בהתאם לניסוח התגובה, מחשבים את מול 1השינוי באנרגיה ל-

שאלות פתורות לדוגמא:

1 למעלה שאלה 69עמוד

2- שאלה 70עמוד

דורית בר

להלן דוגמא לשאלה

150 מול מוצק בכוס קלקר. נמדד כי בתמיסה שנפחה 0.12ממיסים במים . חשב את השינוי באנתלפיה במהלך 23.2OC ל- 21OCמ"ל, הטמ' עולה מ-

המסה המוצק.

א. מחשבים את השינוי באנרגיה של הסביבה )הסביבה היא המים שאינם משתתפים בתהליך, דהיינו- ניתן להניח שכל כמות המים הם הסביבה(:

m= 150 gram , T=23.2-21=2.2OC , c water= 4.2 J/gram OC

Q = m x c x T = 150 x 4.2 x 2.2 = 1,386 J ב. בהנחה שאין איבודי אנרגיה לסביבה, ניתן לקבוע את השינוי באנרגיה שלהמערכת

Q = 1,386J מערכת = Q סביבה J מול משתחררת אנרגיה בשיעור של 0.12 מול: בהמסה של 0.12ג. נתון כי מגיבים

11,550J= 1,386:0.12 מול תשתחרר אנרגיה בשיעור של 1, ובהמסה של 1,386

ד. נתון כי הטמפרטורה של המים )הסביבה( עולה- כלומר התהליך אקזוטרמי, ולכן:

H = -11,550 J = -11.55 kJ

דורית בר

:J/gram OC 4.2למשל, משמעות קיבול האנרגיה הסגולית של המים,

1OC גרם מים ב- 1 כדי לחמם 4.2Jיש להשקיע אנרגיה בשיעור של

Cקיבול אנרגיה סגולי-

כמות אנרגיה שיש להשקיע כדי לחמם גרם חומר )מוצק, נוזל או גז( ב- 1OC

CB = 3.2 J/gram OC וערכו של השני CA = 5.8 J/gram OC, בהשוואה בין שני חומרים

ככל שערכו של קיבול האנרגיה הסגולי גבוה יותר, נדרשת יותר אנרגיה במהלך החימום

ושל חומר Aהמשמעות היא כי, כאשר נתונות מסות זהות של חומר B :

א. יש להשקיע יותר אנרגיה בנוזל הראשון כדי שהשינוי בטמ' יהיה זהה

ב. בהשקעה שווה של אנרגיה, הנוזל השני יגיע לטמפ' גבוהה יותר

דורית בר

נמק.ב. האם תהייה עליה או ירידה באנרגיה הקינטית הממוצעת של האוויר בסביבה?

טמפ'

זמן

I

II

גרם נוזל 300 גרם אצטון וחיממו 12ג. בניסוי אחר שרפו . J/gramOc 2.8אחר, עבורו קיבול החום הסגולי שווה ל-

לפניך גרף המתאר חימום של שני הנוזלים. .הסבר, מתארת חימום מים? II או Iמי מהעקומות,

חשוב להבין את ההשפעה של קיבול האנרגיה הסגולית על קצב החימום של חומרים שונים.

שאלה לדוגמא

. 27.6OC ל- 24OC גרם מים מ- 300 מתחממים )CH3COCH3)l גרם אצטון 12בשריפה של . נסח תהליך שריפה של אצטון.Iא.

II .פרט חישוביך. חשב את אנתלפיית השריפה של אצטון.. J/gramOc 4.2ידוע כי קיבול האנרגיה הסגולי של המים שווה ל-

דורית בר

מקצב תגובות ועד לש"מ כימי- מה פרק ג-ואיך?

קינטיקהוקיימיות תגובות

- לאטהמתרחשות קורוזיה

X= קצבt Xגודל נמדד –

tזמן -

קצב תגובה- שינוי החל בגודל מסויים ביחידת זמן, למשל:

ריקוד בקצב איטי/ בקצב מהיר, צמיחת עשבים בקצב מהיר ועצים בקצב איטי, קצב דפיקות לב אצל

ספורטאי )איטי( ואצל אדם רגיל )יותר מהיר(.

קיימות תגובות המתרחשות - שריפת ברזל )זיקוקים, מהר

שריפת צמר פלדה(

דורית בר

קצב תגובה- היחס בין השינוי בריכוז החומר לבין זמן השינוי

A Bעבור התגובה:

- =קצב

[A] [B]

t t= +

השינוי שחל במהלך , הירידה בריכוז המגיב

או

שימו לב: קצב תגובה הוא נתון

אמפירי0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120 140

נפח חמצן במ"ל

קצב התגובה=

השינוי שחל במהלך העלייה בריכוז התוצר

דורית בר

מדידת קצב התגובה

ניסוי למדידת קיבול אנרגיה סגולי של בדיל

בניסוי זה נמדדה טמפרטורה הבדיל כפונקציה של הזמן. להלן טבלה ובה ממצאים מהניסוי:

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 זמן בדקות

55 54 52 49 46 43 39 35 31 25 OCטמ' ב-

קצב התגובה:

OC/minute 3.33=30/9=55-25/9-0: במהלך כל הניסוי

OC/minute 6=6/1=31-25/1-0: בדקה הראשונה

OC/minute 1=1/1=55-54/9-8: בדקה האחרונה

דורית בר

חימום בדיל

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

זמן בדקות

ססיו

צלת

לומע

בה

רטו

פרמ

טמהגרף ניתן לראות כי קצב

שינוי הטמ' )קצב ה"חימום"( יורד במהלך

הזמן.

ואכן, בחישובים נמצא כי

OC/minute 6בדקה הראשונה הקצב שווה ל-

OC/minute 1בדקה האחרונה הקצב שווה ל-

OC/minute 3.33ואילו הקצב הממוצע שווה ל-

דורית בר

כלומר מים וחמצן כמות החומר יורדת-לא- היות ובגרף מוצג תהליך בו במגיבים, ואילו בתהליך חומרים אילו נוצרים- הכמות צריכה לעלות

להלן

א. גרף המתאר את שינוי כמות החומר ביחס ישר למקדמים הסטוכיומטריים

ב. תהליך פירוק מי חמצן:

H2O2(l) H2O(l) + 1/2O2(g)

האם הגרף מתאר קבלת מים ומי חמצן?

דורית בר

יש להבין כי:

בתגובות רבות ריכוז החומר משפיע על קצב התגובה, מידת ההשפעה של הריכוז משתנה.

קיימות תגובות שאינן מושפעות מריכוז המגיב, למשל: בעירת זיקוק.

גורמים המשפיעים על קצב התגובה

דורית בר

עמוד Eaאנרגיית שיפעול – 99

ב. ניתן לחזות כיצד משפיעה הטמפרטורה על קצב התגובה- תגובות להם אנרגיית שיפעול גבוהה מושפעות במידה רבה משינויי טמפ'.

- גודל קבוע )האופייני לתהליך מסוים( שאינו תלוי בטמפרטורה.Eaתיאור

Ea גבוהה איטית מתגובה לה Eaהמשמעות: באותה טמפרטורה, תגובה לה נמוכה.

מהי החשיבות של אנרגיית השיפעול?

בטמפרטורה מסוימת, חישוב מתמטי מאפשר חיזוי קצב Eaא. כאשר ידועה התחלתי של התגובה בטמפרטורות אחרות

דורית בר

במהלך ההתנגשויות נוצר מגע בין החלקיקים.

כאשר ההתנגשויות הן א. בין חלקיקים להם אנרגיה מספיק גבוהה ב. בזווית מתאימה בין החלקיקים,

תצמיד משופעל נוצר

.התנגשות פורייהממנו יכול להיווצר התוצר הרצוי –

מודל ההתנגשויותמודל חלקיקי של גזים הנמצאים

בתנועה, המאפשר לתהליכים שונים להתרחש.

התנגשות:

תצמיד משופעל =

התנגשות פורייה = X

דורית בר

תיאורית כיצד ניתן להסביר בעזרת את ההשפעה של משתנים שונים על ההתנגשויות

קצב התרחשות התגובה?

ככל שיהיו יותר התנגשויות בין החלקיקים ביחידת זמן, המאפשרות קבלת יותר תצמידים משופעלים ביחידת

זמן- יתקבלו יותר תוצרים )התנגשויות פוריות(-

מהירות התגובה תגדל.

דורית בר

עקומת בולצמן

ממוצעתEkאנרגיה קינטית

אחוז החלקיקים

עקומת בולצמן מתארת את פיזור האנרגיה בגזים אידיאליים

בטמפרטורה קבועה

Ek ממוצעת- ממוצע האנרגיה הקינטית של צבר החלקיקים בכלי

השטח מתחת לעקומה מתאר את

החלקיקים 100%במערכת הניסוי.

Ek נמוכה וחלקיקים להם Ekיהיו חלקיקים להם הממוצעתEkגבוהה מ-

דורית בר

Ea אנרגיית שיפעול( האנרגיה( -המינימאלית הדרושה ליצירת תצמיד

משופעל

אנרגיה קינטית

אחוז החלקיקים

Ea

משטח 15%השטח המקווקו מתחת לעקומה, כ- האיזור הנ"ל מתאר כי בטמפרטורה העקומה.

מכלל החלקיקים 15%נתונה, ל- כדי ליצור במהלך אנרגיה מספיקה

תצמיד משופעלההתנגשות

דורית בר

אנרגיה קינטית ממוצעת

אחוז החלקיקים

Ea

העקומה האדומה מתארת טמ' גבוהה יותר

מתחת לעקומה האדומה לאחוז גבוה יותר של חלקיקים אנרגיה קינטית הגבוהה מאנרגיית השיפעול, יהיו יותר התנגשויות פוריות...

דורית בר

הגורמים המשפיעים על מהירות תגובה:

א. טמפרטורה ב. ריכוז המגיבים ג. זרז ד. שטח פנים

הסבר בעזרת תיאורית ההתנגשויות את ההשפעה של משתנים שונים על קצב התרחשות התגובה.

טמפ' היא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים. א. טמפרטורה-ככל שהטמ' גבוהה יותר:

משופעלים 1 תצמידים ליצור גבוהה מספיק אנרגיה יש חלקיקים ליותר .ביחידת זמן

. יהיו יותר התנגשויות ביחידת זמן. 2

שני גורמים אלו ישפיעו על עליה במספר ההתנגשויות הפוריות ביחידת זמן, ובהתאם יתקבל יותר תוצר ביחידת זמן וקצב התגובה עולה

T.N.T.

דורית בר

ככל שריכוז המגיבים גדול ב. ריכוז המגיבים-יותר גבוהים סיכויים קיימים יותר, התנגשויות יותר יהיו ולכן להתנגשויות ביחידת זמן, ייווצרו יותר תצמידים משופעלים זמן ביחידת פוריות יותר התנגשויות ובהמשך

וקצב התגובה יגדל.

זרז משנה את מנגנון התגובה, ובמנגנון בו משולב הזרז האנרגיה המינימאלית ג. זרז-הנדרשת לקבלת תצמידים משופעלים נמוכה יותר. בהתאם- ליותר חלקיקים )באותה

טמפ'( תהייה אנרגיה מספיקה ליצור תצמידים משופעלים, וקצב התגובה יגדל.

108, 107ראה איורים מתאימים בעמודים

פנים- שטח בין ד. יותר טוב מגע יהיה יותר, גדול הפנים ששטח ככל המגיבים, קיימים סיכויים גבוהים יותר להתנגשויות ולכן יהיו יותר התנגשויות התגובה וקצב זמן ביחידת משופעלים תצמידים יותר ייווצרו זמן, ביחידת

יגדל.

דורית בר

כדי לקבל תוצר )התנגשות פורייה(, חייב להתקיים:כלומר –

בין שני חלקיקים, אבל גםהתנגשותא. מגע/

לקבלת תצמיד משופעל, אבל גםאנרגיה מספיקהב. התנגשות בעלת

לקבלת תצמיד משופעל, אבל גםמתאימההזווית ג. התנגשות ב

)ולא למגיבים(תוצר הרצויד. פירוק התצמיד המשופעל ל

למעלה101בספר- מודל בעמוד

שימו לב:

לא נוצר בשורה העליונה לחלקיקים המתנגשים אין מספיק אנרגיה ולכן תצמיד משופעל

בשורה השנייה לחלקיקים מספיק אנרגיה וזווית התנגשות מתאימה ואז נוצר תצמיד משופעל )צבע כתום( העשוי להתפרק לתוצרים ולכן תהיה התנגשות

פורייה )שמאלה( אך גם למגיבים )ימינה(

דורית בר

תרגילים בספר

פרק ב

1-3 שאלות 53-54עמ'

א-ד4, 3 א- ה, 2, 1 שאלות 77-78עמ'

פרק ג

שאלה בתחתית העמוד83עמ'

רצוי להבין את המסקנות הנובעות מהתבוננות 84-85עמ' בגרפים

9, 8, 4 א, 2 שאלות 105-106עמ'

2 שאלה 114עמ'

T.N.T.

דורית בר

הבהרות לשנת תשס"ח הסילבוס לתשס"ח שעות  הוראה

ההעשרה : חישוב אנתלפיית אטומיזציה

העשרה: חישוב השינוי באנתלפיה על פי

אנתלפיית התהוות אנתלפיית שריפה

דרכים למדידת שינוי באנתלפיה

חוק הס

שינויי אנתלפיה במהלך שינויים במצבי צבירה: אנתלפיית היתוך,

אנתלפיית אידוי ואנתלפיית המראה.

חישוב השינוי באנתלפיה בעזרת אנתלפיות קשר

חישוב אנתלפיה באופן ניסויי

פרק ב

ירד במיקוד תשס"חסילבוס לתשס"ח

T.N.T.

דורית בר

ירד במיקוד תשס"חסילבוס לתשס"ח

הבהרות לשנת תשס"ח הסילבוס לתשס"ח שעות הוראה 

חייבים לדעת השפעת הריכוז על קצב התגובה

באופן איכותי בלבד

העשרה : חוקי הקצב כמותי

העשרה : אנזימים, מנגנונים

יותר על קצב תגובות: קצב תגובה

גורמים המשפיעים על קצב תגובה: ריכוז-הגדרה איכותית של השפעת

הריכוז על קצב התגובה

השפעת טמפרטורה

השפעת שטח פנים

אנרגיית שפעול

מודל ההתנגשויות בין החלקיקים

זרזים

הצגת מצב של שיווי משקל: תגובות הפוכות, דינמיות ,מאפיני שיווי

משקל, קבוע שיווי משקל )ביטוי בלבד(

פרק ג

תודה

על תשומת הלבדורית בר