קיימות תגובות אנדותרמיות המתרחשות בטמפ. החדר : לדוגמא

1. קיימות תגובות אנדותרמיות המתרחשות בטמפ. החדר:לדוגמא • התאדות (אצטון, מים) • המסת אמון חנקתי NH4NO3במים. • התגובה הבאה מתרחשת תוך התקררות מהירה: • Ba(OH)2.8H20(s) + 2NH4SCN(s) 2NH3(g) + Ba(SCN)2(s) + 10H2O(l) • מתי תתרחש ספונטנית תגובה אנדותרמית?

2. אי סדר - אנטרופיה -S -מספר הדרכים לתיאור המערכת אי סדר גדול מספר גדול של דרכים לתיאור המערכת אנטרופיה גבוהה Sגדול

3. מספר הדרכים לתיאור המערכת • מהו מספר האפשרויות להכניס חלקיק לתיבה בה יש 10 תאים? • אם התיבה בת 20 תאים, האם מספר האפשרויות קטן/גדל/שווה? • אם מכניסים לתיבה בת 10 תאים שני חלקיקים שווים, האם מספר האפשרויות קטן/גדל/שווה? • אם מכניסים לתיבה בת 10 תאים שני חלקיקיםשונים, האם מספר האפשרויות קטן/גדל/שווה? • מהי ההתאמה הקיימת בין המקרים הנ”ל לאנטרופיה של גז?

4. יחידות • אנטרופיה - S - אי-סדריחידות - joule/K • אנתלפיה - H - תכולת אנרגיה חומניתיחידות - joule 1000joule = 1k.joule

5. *האנטרופיה של חומר טהור במצב גבישי מוגדרת כ- 0 . בתנאי תקן האנטרופיה התקנית ש יסוד איננה 0 . (298 K) *בספר הנתונים מובאת טבלה של נתונים תרמודינמיים עבור יסודות . הערכים שם מחושבים לגבי מול אטומים , כלומר הערך המופיע בספר הנתונים עבור חמצן הוא 102.5 J/K mole *אנתלפיית ההתהוות התקנית של יסוד במצבו התקני מוגדרת כ- 0 .

6. שינוי האנטרופיה בתגובות I. שינויי אנטרופיה כתוצאה משינויי בהרכב המערכת • תוצרים (S2) <-------- מגיבים (S1) DS = S2 - S1 • ערכי האנטרופיה התקנית למול תרכובת מצויים בספר הנתונים. • ישנה טבלה נפרדת ליסודות ובה נתונים ערכי האנטרופיה התקנית למול אטומים.

7. דוגמא - חישוב DS0לתגובה. תוצרים (S2) <-------- מגיבים (S1) DS = S2 - S1 N2(g) + 3H2(g) -----> 2NH3(g) 191.4 K.J/mol 130.6 K.J/mol נתונים למול מולקולות: 192.5 K.J/mol DS0לתגובה=SS0תוצרים -SS0מגיבים DS0 = 2x192.5-(191.4+3x130.6)= -198.2 J/0k

8. II. שינוי אנטרופיה בגלל שינוי אנרגיה מתאים למערכת בזמן מעבר פאזות מתאים לסביבה תמיד *בתהליכים כימיים יש חילופי אנרגיה בין הסביבה למערכת *כאשר יש תגובה אקזותרמית- הסביבה קולטת אנרגיה והאנטרופיה שלה עולה *כאשר יש תגובה אנדותרמית - הסביבה מאבדת אנרגיה והאנטרופיה שלה יורדת Q/T = שינוי האנטרופיה

9. DSt - האנטרופיה של התבל והחוק השני של התרמודינמיקה כל תהליך ספונטני מלווה עליה באנטרופיה של התבל. במצב שיווי משקל אין שינוי באנטרופיה של התבל. עבור תגובה כימית: DSt = DSמערכת+ DSסביבה

10. מערכת סביבה מערכת מערכת במשואה זו הובאו נתוני התבל בעזרת נתוני המערכת DStמהווה מדד להתרחשות תגובה. ככל שהוא גדול יותר התגובה נוטה יותר להתרחש. DSt - חיובי - התגובה מתרחשת ספונטנית. DSt - שלילי - התגובה לא מתרחשת ספונטנית. DSt - אפס - מצב שיווי משקל.

11. מערכת מערכת הוכח שתערובת מוצק נוזל הנמצאת בטמפרטורת ההיתוך נמצאת במצב שיווי משקל!העזר בנוסחה: פתרון - מציבים בנוסחה, DSמערכת שווה ל - DH/T מתקבל : DSt = 0

12. DStכמדד להתרחשות תגובה מערכת סביבה האנטרופיה סוג התגובה היקום IIהסביבה Iהמערכת עולה תמיד עולה עולה אקסותרמית עולה אם II>I עולה יורדת אקסותרמית עולה אם II<I אנדותרמית עולה יורדת DSt = DSמערכת+ DSסביבה DS0לתגובה=SS0תוצרים -SS0מגיבים שלושה מצבים שונים בהם תהיה עליה באנטרופיה של היקום :

13. הגורמים המשפיעים על הגדלת האנטרופיה של המערכת א. האנטרופיה של התוצרים גבוהה מהאנטרופיה של המגיבים

14. ב. הגדלת האנטרופיה של המערכת כתוצאה מכך שנוצרת תערובת של מגיב ושל תוצרים. המצב בו האנטרופיה מגיעה לערכה המירבי הוא כאשר הרכב המערכת מתאים למצב שיווי משקל. S0תוצרים S0מגיבים מצב ש”מ

15. כאשר שינויי האנטרופיה במערכת ובסביבה שליליים למשל בתגובה: CH4(g) + CO(g) ---------> CH3CHO(g) 2 שינוי האנטרופיה במערכת= 212.5-J/K mole שינוי האנטרופיה בסביבה= 63.4 - J/K mole שינוי האנטרופיה ביקום= 275.9 - J/K mole S0מגיבים S0תוצרים ש”מ

16. לסיכום: א.כאשר אנו דנים בשתי תגובות הפוכות, תהיה אחת מהן לפי החישובים ספונטנית ואילו השניה לא. ב. באופן מעשי תתרחשנה שתי התגובות ההפוכות עד לקבלתמצב של שיווי משקל. מכאן שלפי ההגדרה מצב שיווי משקל הוא : המצב אליו מגיעה המערכת באופן ספונטני. ג. אחד הגורמים לכך שכל מערכת מגיעה למצב ש”מ הוא האנטרופיה של הערבוב.

17. פרק ו” : עבודה בתאים.

18. Cu Zn Cu2+(1M) Zn2+(1M) תא אבץ נחושת שינוי האנטרופיה במערכת: 16.1 - J/K mole שינוי אנטרופיה בסביבה: 727.8 J/K mole שינו האנטרופיה ביקום: 711.08 J/K mole שינוי האנרגיה במערכת: Kj/mole -216.7

19. כאשר התגובה התרחשה בכוס: סביבה מערכת S אנרגיה מועברת כחימום S

20. כאשר התגובה מתרחשת בתא אלקטרוכימי: סביבה עבודה מערכת S S אנרגיה מועברת כחימום

21. בתנאים מתאימים נוכל לקבל מן התא עבודה רבה יותר ויחד עם זאת תהיה העלייה באנטרופיה של הסביבה קטנה יותר: סביבה מערכת עבודה S S אנרגיה מועברת כחימום

22. גרמנו לכך שהתא יבצע יותר ויותר עבודה עליית האנטרופיה בסביבה שווה לירידת האנטרופיה במערכת. כאשר מתבצעת העבודה המקסימלית , מוקטנת האנרגיה המועברת כחימום, וקטן הגידול באנטרופיה של היקום. כך גדלה כמות העבודה המתקבלת מן התא.

23. W - העבודה שיכולה לבצע מערכת מבחינת החוק השני מספיקה עליה מזערית באנטרופיה של התבל לביצוע תגובה. לכן אפשרי שכמעט כל היתרה מעל האפס תנוצל לביצוע עבודה. Wmax= TDSt כל מערכת שעבורה DStחיובי יכולה לבצע עבודה. גם מערכת אנדותרמית המלווה עליה משמעותית באנטרופיה.

24. Cu Ag Cu2++ Ag+ בתאים חשמליים.מחשבים את Wmaxלפי הנוסחה: Wmax=nFE תא כסף נחושת החישוב מתאים רק לתנאי תקן. n-מספר מולי אלקטרונים שעברו, F = 96500 חישוב לדוגמה: 2Ag+(aq)+ Cu(s) <=> 2Ag(s)+ Cu2+(aq) W= 2x96500x0.46 = 88,788j = 88.788k.j

25. משמעות העבודה המקסימלית כאשר נפלטת אנרגיה בתגובה אקזותרמית, נוכל לנצל את רוב האנרגיה שנפלטת מהתגובה, מלבד אותו חלק של אנרגיה שיתרום לעליית אנטרופיית הסביבה על חשבון ירידת אנטרופיית המערכת לדוגמא: 2Ag+(aq) + Cu(s) 2Ag(s) + Cu2+(aq) בתגובה זאת :

27. צימוד מערכות ניתן לנצל את העבודה המירבית שמתקבלת מתגובה ספונטנית בכדי לבצע תגובה שאיננה ספונטנית למשל: ניתן לנצל את התא אבץ נחושת שעבורו שינוי האנטרופיה ביקום: 711.08 J/K mole בכדי לבצע אלקטרוליזה של נחושת כלורית, תגובה שעבורה שינוי האנטרופיה ביקום : 633.5 - J/K mole

28. סביבה תא אלקטרוכימי תא אלקטרוליטי סביבה תגובה ספונטנית בתא האלקטרוכימי מפעילה תגובה לא ספונטנית בתא האלקטרוליטי