אנרגיה בקצב הכימיה פרק א'

1. אנרגיה בקצב הכימיהפרק א'

2. מהי אנרגיה? • זהו גודל המאפיין תכונה חשובה של המערכת, אך אינו ניתן למדידה ישירה. • אנרגיה היא היכולת לבצע עבודה אנרגיה פנימיתE (כוללת) = אנרגיה קינטיתEk + אנרגיה פוטנציאליתEp

3. האנרגיה הפנימית של גופים גדולים • האנרגיה הפנימית של חומר מורכבת משני סוגים: I. אנרגיה קינטית - אנרגיית התנועה של הגוף כולו. תלויה במסת הגוף ובמהירותו II. אנרגיה פוטנציאלית– תלויה במיקומו של הגוף ובכוחות הפועלים עליו. • כל האנרגיה בחומר – האנרגיה הפוטנציאלית והאנרגיה הקינטית – נקראת האנרגיה הפנימית של החומר

4. אנרגיה קינטית של מדגם חלקיקים • האנרגיה הקינטית של המדגם נובעת מתנועתם 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.

5. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה אנרגיה קינטית ממוצעת (עמוד 12) אנרגיה המתקבלת מתנועה של החלקיקים http://mc2.cchem.berkeley.edu/java/equilibrium/index.html אתר המתאר תנועת חלקיקים קיימים שלושה סוגי תנועה: תנועה- תנודה (ויברציה), סיבוב (רוטציה) ומעתק (טרנסלציה)

6. אנרגיה קינטיתשל חלקיקים דוגמאות לאופני תנועה שונים של המולקולות 6

7. אנרגיה בקצב הכימיה אנרגיה קינטית כוללת מושפעת מ: א. מהירות קינטית של החלקיקים בחומר מהירות גבוהה מהירות נמוכה ב. כמות החלקיקים בחומר (מסת/נפח החומר) כמות גדולה

8. אנרגיה פוטנציאלית של מדגם חלקיקים האנרגיה הפוטנציאלית היא גודל יחסי, התלוי בסוג החומר ומושפע מהיערכות החלקיקים וסוג הקשרים ביניהם. 8

9. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה אנרגיה פנימית (עמוד 13 למטה) אנרגיה פנימית מושפעת ממעברי אנרגיה: כאשר החומר/גוף פולט אנרגיה- האנרגיה הפנימית יורדת כאשר משקיעים אנרגיה בחומר/גוף- האנרגיה הפנימית עולה

10. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה מערכת וסביבה- עמוד 15 מערכת פתוחה- כוס זכוכית פתוחה המאבדת חומר כאדי מים וחום מערכת סגורה- כלי זכוכית סגור המכיל כוס- יש איבוד חום ללא איבוד חומר מערכת מבודדת- קפה בתרמוס סגור- אינו מאבד חום (בטווח זמן סביר) ולא מאבד חומר אוויר- חומר מבודד אדם עומד בחדר קר על רצפה קרה - קר מאוד ברגליים

11. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה מערכת וסביבה סביבה- כל מה שאינו המערכת- כלי, ממס (או חלקו- חלק מהחלקיקים יוצרים קשר עם החומר), חדר... מערכת- המגיבים והתוצרים

12. מערכת וסביבה • מערכת – מוקד ההתעניינות שלנו. כוללת את המגיבים לפני התרחשות התגובה, ואת התוצרים לאחר התרחשותה. • 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.

13. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה דוגמה: המסת סוכר במים מערכת- מגיבים ותוצרים סוכר ומולקולות מים היוצרות קשרים עם הסוכר סביבה- כל מה שאינו המערכת- מולקולות מים שאינן יוצרות קשר עם הסוכר (מרבית מולקולות המים) כוס כפית שולחן אוויר....

14. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה מערכת וסביבה- המסה של NH4NO3(s) במים: סביבה מים שאינם קשורים ליונים, הכלי, אוויר וכל מה שאינו מערכת הניסוי מערכת החומר המוצק, היונים המומיימים והמים היוצרים קשרים עם היונים

15. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה רמת תהליך בהמסת החומר היוניNH4NO3(s) רמת מאקרו- בהוספת מים למוצק הלבן ועירבוב, המוצק הלבן נעלם והטמפרטורה ירדה. רמת מיקרו- יונים מהסריג המוצק יוצרים קשרים חשמליים עם מולקולות המים, ונוצרים יונים ממויימים. רמת הסמל: NH4NO3(s) water NH4+(aq) + NO3-(aq) היבטים אנרגטיים- במהלך ההמסה ירדה טמפרטורת הסביבה, כלומר המהירות הקינטית הממוצעת של המים (הסביבה) ירדה. המערכת קלטה אנרגיה ולתוצרים אנרגיה גבוהה מהאנרגיה של המגיבים.

16. אנרגיה בקצב הכימיה ניסוי 3- עמוד 18 ניסוי בעזרתו ניתן להבין עקרונות בסיסיים באנרגיה ניסוי 3 שלב א נלקחות 3 כוסות זהות המכילות כמויות זהות של מים: כוס א- שמים על פלטת חימום כוס ב- ללא שינוי כוס ג- מכניסים לאמבט קרח

17. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה ביצוע הניסוי (שונה מהספר)- א. מכניסים אצבע לכוס א (חימום) ואצבע שנייה לכוס ג (מי קרח). לאחר חצי דקה, מעבירים את שתי האצבעות לכוס ב (ללא טיפול) ב. מה מרגישים? (למרות ששתי האצבעות באותה כוס- אצבע אחת מרגישה חום רב יותר מהשנייה) ג. מודדים טמפרטורה בשלושת הכלים- נמדדות טמפרטורות שונות

18. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה ניסוי 3 שלב א- מסקנה- חום/קור אינו גודל מדיד ולכן אינו מושג מדעי. ניתן להשוות טמפרטורה בעזרת מדידה מדוייקת עם מד-טמפרטורה/תרמומטר (לא מדחום!!!)

19. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה ניסוי 3 שלב א- המשך במהלך החימום- הושקעה אנרגיה- כלומר האנרגיה הפנימית עלתה: אנרגיה פנימית = Ep + Ek בכל הכוסות נמצאות כמויות שוות של מים- ניתן להניח כי Ep זהה בכל כוס אם אנרגייה פנימית עלתה ו- Ep ללא שינוי- הרי Ek עלתה כלומר- Ek מושפעת מהמהירות הממוצעת של החלקיקים – המהירות הממוצעת נמצאת ביחס ישר לאנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים טמפרטורה נמדדת היא מדד ל- Ek ממוצעת של החלקיקים

20. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה Ek ממוצעת ו- Ek של החומר Ek ממוצעת 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 עולה היות והטמפרטורה היא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת/ מהירות ממוצעת של החלקיקים. ב. כמות החומר- ככל שכמות החומר עולה Ek עולה. Ek של כל החומר/גוף מושפעת מ: א. האנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים

21. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה ניסוי 3 שלב ב נלקחות 3 הכוסות משלב א, ומניחים אותן בחדר למשך חצי שעה. מודדים טמפרטורות במהלך חצי שעה. להלן תוצאות הניסוי כפי שנתונות בספר

22. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה ניסוי 3 שלב ג- עמוד 20 לוקחים 3 כוסות המכילות כמויות שונות של מים- כוס א מכילה 20 מ"ל מים כוס ב מכילה 40 מ"ל מים כוס ג מכילה 60 מ"ל מים מחממים את שלושת הכוסות על פלטה זהה מטמפרטורת החדר עד לרתיחה. מודדים את קצב החימום בעמוד 20 בספר נתון גרף המתאר את קצב החימום

23. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה שימו לב- הגרף בעמוד 20 מתאר את קצב התגובה- המשתנה התלוי בלבד!!!! (כל עקומה מייצגת משתנה ב"ת אחר) שימו לב לשאלות לדיון בעמוד 21 • מסקנות • על מנת להגיע ל- Ek ממוצעת זהה של מולקולות בכמויות שונות של מים, יש צורך בהעברה שונה של אנרגיה. 2. העברת כמות אנרגיה שווה לכמויות שונות של מים, תגרום ל- Ek ממוצעת שונה של מולקולות המים.

24. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה ניסוי 3 שלב ד- עמוד 22 מהלך הניסוי- שלב 1- מחממים כמויות זהות של מים בשני כלים זהים במשך זמן שונה. מודדים טמפרטורה בתום החימום. האם לזמן החימום השונה השפעה על קצב חימום המים? שלב 2- שופכים את המים משני הכלים לכלי שלישי מבודד היטב, מודדים טמפרטורה.

25. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה מסקנות מניסוי 3 א. כאשר שני גופים בטמפרטורות שונות באים במגע זה עם זה, הטמפרטורות שלהם ישתנו עד שוויון. יישום- בערבוב מים בטמ' גבוהה עם מים בטמ' נמוכה, נקבל מים בטמ' ביניים ב. אנרגיה עוברת מגוף לו טמפרטורה גבוהה לגוף לו טמפרטורה נמוכה תסגור את הדלת, אוויר קר נכנס הביתה...

26. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה סיכום השוואה בין המושגיםאנרגיה וטמפרטורה דורית בר

27. יחידת אנרגיה הנגזרת מחימום • היחידה המשמשת היום בעיקר למדידת ערך קלורי של מזון נקראת קלוריה. • קלוריה cal היא כמות האנרגיה הדרושה לחימום 1 גרם מים במעלה אחת. • 1000 cal = 1kcal • בשפת היום יום כאשר מדברים על קלוריה, מתכוונים לקילוקלוריה המכונה גם calorie ומסומנת ב- C • 1cal = 4.184J או1kcal = 4.184kJ

28. מערכת T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה מעברי אנרגיה שינויי אנרגיה במערכת ניתן לקבוע בעזרת שינויי האנרגיה 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

29. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה שינויי אנתלפיה עמוד 33 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)

30. מערכת T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה תגובה אקסותרמית ואנדותרמית תגובה אקסותרמית- תגובה, אשר במהלך התרחשותה חלה ירידה באנתלפיה של המערכת. לתוצרים פחות אנרגיה ולכן H < 0 כיוון שהאנתלפיה של התוצרים נמוכה משל המגיבים, הפרש האנתלפיה נפלט לסביבה. כתוצאה מכך, אנרגיית הסביבה עולה.

31. מערכת H T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה תגובה אנדותרמית- תגובה, אשר במהלך התרחשותה חלה עליה באנתלפיה של המערכת. לתוצרים יותר אנרגיה ולכן H > 0 כיוון שהאנתלפיה של התוצרים גבוהה משל המגיבים, הפרש האנתלפיה נקלט מהסביבה. כתוצאה מכך, אנרגיית הסביבה יורדת.

32. שינוי באנרגיהפנימית 32

33. T.N.T. אנרגיה בקצב הכימיה בניסוי עמוד 35 הוספנו מים לשני מוצקים: NaOH(s) ו- NaNO3(s) בהוספת מים למוצק הראשון טמפרטורת המים עלתה, ובהוספת מים למוצק השני טמפרטורת המים ירדה. כיצד נסביר את השינויים ברמת התהליך עבור הניסוי הראשון? רמת מאקרו: בהוספת מוצק לבן למים, "נעלם" המוצק וטמפרטורת המים עלתה. רמת מיקרו: מולקולות מים נקשרו ליונים במוצק, וכל יון יצר קשרים חשמליים עם המים ליצירת יונים יונים ממויימים. האנרגיה שנפלטה בתהליך העלתה את ה- Ek הממוצעת של מולקולות המים. רמת הסמל: NaOH(s)water Na+ (aq)+ OH- (aq) H < 0