אנרגיה בקצב הכימיה

1. אנרגיה בקצב הכימיה פרק ב

2. פרק ב - תכנים

3. שינוי אנתלפיה תקניתΔH° • בעת החישוב של שינויי אנתלפיה נהוג להתייחס לתגובות בהן החומרים נמצאים בתנאי תקן: לחץ של 1 אטמוספירה ותמיסות בריכוז 1M • השינוי באנתלפיה כאשר החומרים נמצאים בתנאי תקן נקרא שנוי אנתלפיה תקנית, והוא מסומן ב- ΔH° • חישובים מראים כי השפעת שינוי הטמפרטורה על ∆H0 של אותה תגובה הוא זניח. ניתן להתייחס ל ∆H0כערך קבוע שאינו משתנה עם הטמפ', כל עוד מצבי הצבירה של החומרים אינם משתנים.

4. חוק הס אם נוכל לחבר, לחסר או להכפיל ניסוחים של תגובות נתונות, כדי לקבל ניסוח של תגובה חדשה מבוקשת, הרי שצריך לבצע את אותן פעולות חשבון עם ערכי ∆HOשל אותן תגובות כדי לקבל את ערכו של ∆HOעבור התגובה המבוקשת. ניתן לנסח זאת גם באופן הבא: ההפרש באנתלפיית התגובה הוא קבוע ואינו תלוי במספר השלבים בהם התגובה מתבצעת.

5. דוגמה לחוק הס ייצוג גראפי C ΔH°2 B ΔH°1 A אנו מעוניינים לחשב את ΔH° לתגובה : AC ניתן לתאר את התגובה כמתבצעת בשני שלבים: A  B ΔH°1 B CΔH°2 A C ΔH° = ΔH°1+ ΔH°2 ΔH°

6. ניסוי3- שקית החימום

7. ממגיבים לתוצרים וההיפך

8. אנתלפיות שריפה והתהוות (מקרה פרטי של חוק הס) • אנתלפיית שריפה תגובה כימית אשר במהלכה מגיב חומר עם חמצן , נקראת תגובת שריפה. ΔH0 לתגובה הנ"ל נקראת אנתלפיית שריפה ומסומנת כך:ΔHc0 ΔHc0היא אנתלפיית השריפה של מול חומר בתנאים תקניים . דוגמא: C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l) ΔHc0 =-2220KJ

9. אנתלפיית התהוות • אנתלפיית התהוות תקנית היא שינוי האנתלפיה במהלך ההתהוות של 1 מול חומר מהיסודות המרכיבים אותו כאשר הם במצב תקני. על פי הגדרה זו, נובע, כי אנתלפיית ההתהוות התקנית של יסודות במצב תקני שווה לאפס. • אנתלפיית התהוות תקנית מסומנת ΔHf0(f-formation) • דוגמא: • C(S) + O2(g)→ CO2(g) ΔHf0 = -393KJ

10. H H2 (g) + 1/2O2(g) יסודות במצב התקני 0 ΔH0f מול תרכובת H2O(l) ΔH0fשל מים

11. חישוב גרפי של DH בעזרת נתוני DH0f CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) -74.8k.j -393.5k.j -285.9 DH0f 0 היסודות בגרף ב-0 אנתלפיה והם שלב המעבר בגרף C(s) , 2H2(g) , 2O2(g) 0 CH4(g) +74.8kj -74.8kJ (-393.5 -2x285.9) Kj CO2(g) + 2H2O(l) -965.3kJ DH0 =SDH0f תוצרים-SDH0f מגיבים = -393.5 -2x285.9 +74.8 = -890.5kJ

12. תוצרים מגיבים התאמה בין הנוסחה לתרגיל DH0 = SDH0f תוצרים-SDH0f מגיבים DH0 = -393.5 -2x285.9 -(-74.8) = -890.5kJ

13. שינויי אנתלפיה במהלך שינויים במצבי צבירה • תהליכי היתוך • אנתלפיית היתוך- היא השינוי באנתלפייה המלווה הפיכת מול מוצק למול נוזל ΔHm0(m-melting) • דוגמא: • H2O(s) → H2O(l) ΔHm0 = 6.01KJ תהליכי אידוי • אנתלפיית אידוי-היא השינוי באנתלפייה המלווה הפיכת מול נוזל למול גז ΔHb0 או ΔHv0 • (b-boiling, v-vaporization) • דוגמא: H2O(l) → H2O(g) ΔHb0= 40.7KJ

14. אנתלפיית המראה (סובלימציה) ∆H0s תהליך המראה הוא תהליך בו מתרחש מעבר ממצב צבירה מוצק לגז. אנתלפיית ההמראה ניתנת לחישוב מאנתלפיית היתוך ואנתלפיית אידוי (חוק הס) Na(S) → Na(l) ∆H0m= 2.6 kJ Na(l) → Na(g) ∆H0b = 98.0 kJ Na(S) →Na(g) ∆H0s = 100.6 kJ כל הערכים מתייחסים לאותה טמפרטורה

15. מעברי מצבי צבירהו- DH DHbגדול\שווה\קטן מDHm? H H2O (g) ΔH°b=40.7kJ H2O(l) ΔH°m=6kJ H2O (s)

16. שינויי אנתלפיה במהלך שינויים במצבי צבירה במים בהנחה שתהליך ההמראה, ההיתוך והאידוימתרחשים באותה טמפרטורה כמה אנרגיה נפלטת\נקלטת בתהליך ההמראה של מול מים? H H2O (g) ΔH°b=40.7kJ H2O (l) ΔH°m=6kJ H2O (s) H2O (s)H2O (g) האנרגיה שנקלטת כאשר מול מים רותחים גבוהה מ-46.7 קג'אול-מדוע?

17. שינויי אנתלפיה במהלך שינויים במצבי צבירה תהליכי היתוך ואנתלפיית היתוך – שינוי האנתלפיה כאשר מול חומר משנה מצב צבירה ממוצק לנוזל. ΔH°m תהליכי אידוי ואנתלפיית אידוי - שינוי האנתלפיה כאשר מול חומר משנה מצב צבירה מנוזל לגז, ΔH°b ΔH°b=40.7kJ ΔH°m=6kJ

18. חישוב השינוי באנתלפיה התקנית של תגובה באמצעות אנתלפיות קשר בתגובה כימית- שלב ראשון: פירוק מולקולות המגיבים לאטומים בודדים במצב גזי- שלב אנדותרמי שלב שני:יצירת מולקולות התוצרים מהאטומים הבודדים במצבם הגזי-שלב אקסותרמי • סכום האנרגיה הדרושה לפירוק הקשרים במגיבים (בסימן +) • והאנרגיה הנפלטת ביצירת הקשרים בתוצרים (בסימן -) • שווה לשינוי האנתלפיה בתגובה כולה.

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

20. à H + Cl 2HCl 2(g) 2(g) (g) H - H Cl - Cl נשברים 2 H - Cl נוצרים דוגמא נוספת לחישוב DH0 לתגובה: ΔH0=? DH0 = (H-H) + (Cl-Cl) – 2(H-Cl) = -184kJ DH0 = 436 +242 - 2x431 = -184kJ

21. אנתלפיית אטומיזציה(העשרה) • אנתלפיית אטומיזציה היא כמות האנרגיה הדרושה כדי להעביר מול אחד של אטומי יסוד, ממצבו התקני של היסוד, למול אחד של אטומים במצב גזי, ב- .250C • אנתלפיית אטומיזציה מסומנת:ΔHa • יסודות במצב תקני-מצב תקני של יסוד הוא המצב בו נמצא היסוד בטמפרטורת החדר. • לדוגמא:C(s),P4(s),S8(s),H2(g),Cl2(g),Mg(s),Br2(l) • דוגמאות לאנתלפיית אטומיזציה: • C(s) → C(g) ΔHa= 715KJ • ¼ P4(s) → P(g) ΔHa = 316.3KJ

22. דוגמא לפתרון באמצעות ייצוג גרפי • העזר בהצגה גרפית לחישוב DH עבור התגובה:SO2(g) +0.5O2(g)  SO3(g)DH= Xבעזרת הנתונים:S8(s) + 8O2(g)8SO2(g)DH= -2373 k.jS8(s) + 12O2(g)8SO3(g)DH= -3163 k.j H S8(s) + 12O2(g) 2373KJ - DH =DH1/8 8SO2(g)+ 4O2(g) DH= - (3163-2373)/8 DH = - 98.75k.j - 3163KJ DH1 8SO3(g)

23. חישוב השינוי באנתלפיית התגובה באופן ניסויי המערכת • תגובה כימית במערכת מלווה בשינוי אנתלפיה תקנית, ∆HO, המוגדר בתגובות רבות למול מגיב. • כאשר מספר המולים המגיבים אינו 1 אלא n , כמות האנרגיה הנפלטת או הנקלטת במהלך התגובה מסומנת ב- Q. מתקיים הקשר: • Q=∆H×n • הסביבה • בעת התרחשות תגובה במערכת, אנרגיה Q נקלטת על ידי הסביבה או נפלטת מהסביבה. • אנרגיה זו גורמת לשינוי הטמפרטורה (T∆) של סביבה בעלת מסה m , וקיבול אנרגיה סגולי c מתקיים הקשר: • Q= m×c× ∆T סימנים הפוכים

24. כאשר מתרחשת תגובה אקסותרמית, האנרגיה הנפלטת ע"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, תלויה במספר המולים של החומרים המגיבים. ככל שמספר המולים המגיבים גדול יותר, כך יהיה השינוי ב Q גדול יותר. ושוב.... שאלה לדיון האם אריזה גדולה יותר תהיה שקית חימום טובה יותר? הסביבה: Q= mc∆T המערכת : ∆H0 = Q\n סימנים הפוכים

25. 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 = חום סגולי של מים = 4.18 ג'אול · גרם / מעלות J·g/K • ΔT= שינוי הטמפרטורה של הסביבה (מים) • בתגובות שאינן מתרחשות בתמיסה מימית אלא בממסים אחרים, יש להשתמש בערכי החום הסגולי המתאימים.

26. כמות האנרגיה המשתחררת כשיורד סמ"ק גשם על שטח קמ2 שווה לאנרגיה המשתחררת בפיצוץ 58x102טון חומר נפץ. • 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?