Transcript אנרגיה בקצב הכימיה

‫אנרגיה בקצב הכימיה‬
‫פרק ב‬
‫אנתלפיה תקנית ‪∆HO‬‬
‫השינוי באנתלפיה כאשר החומרים במצב תקני נקרא ‪ :‬שינוי‬
‫אנתלפיה תקנית ומסומן כך ‪∆HO :‬‬
‫מתייחסים לחומרים גזים הנמצאים בלחץ של ‪ 1‬אטמוספרה‬
‫‪,‬ותמיסות המצויות בריכוז ‪. 1M‬‬
‫הטמפרטורה הינה טמפרטורת החדר ‪298K‬‬
‫פרק ב ‪ -‬תכנים‬
‫חישוב השינוי‬
‫באנתלפיה תקנית‬
‫‪ .1‬חוק הס‬
‫‪ .2‬שינויים במצבי צבירה‬
‫‪ .3‬אנתלפיות קשר‬
‫‪ .4‬אנתלפיות אטומיזציה‬
‫‪ .5‬אנתלפיית התהוות‬
‫‪ .6‬אנתלפיות שריפה (העשרה)‬
‫באופן ניסויי‬
‫חוק הס‬
‫‪A+B  G+M‬‬
‫‪H1O‬‬
‫‪A B  CD‬‬
‫‪Ho2‬‬
‫‪CD EF‬‬
‫‪Ho3‬‬
‫‪EF  GM‬‬
‫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.‬‬
‫שינויי אנתלפיה במהלך שינויים במצבי‬
‫צבירה‬
‫• תהליכי היתוך )‪H2O(S) H2O(l‬‬
‫אנתלפיית היתוך ‪ : ΔH0m‬השינוי באנתלפיה המלווה‬
‫הפיכת מול מוצק למול נוזל‪.‬‬
‫בדרך כלל נמדד שינוי אנתלפיה זה בטמפרטורה בה‬
‫המוצק ניתך ‪.‬‬
‫תהליכי אידוי‪H2O(l) H2O(g):‬‬
‫• אנתלפיית אידוי ‪ : ΔH0b‬השינוי באנתלפיה המלווה‬
‫הפיכת מול נוזל למול גז ‪ .‬בדרך כלל נמדד שינוי‬
‫האנתלפיה בטמפרטורה בה הנוזל רותח‬
‫הצגה גרפית‬
‫)‪O(g)+2H(g‬‬
‫)‪H2O(g‬‬
‫)‪H2O(l‬‬
‫)‪H2O(S‬‬
‫אנרגיה פנימית‬
‫‪kJ‬‬
‫אנתלפיית התהוות‬
‫•‬
‫אנתלפיית התהוות ‪ ,‬תקנית ‪,‬‬
‫‪0‬‬
‫‪: ΔH f‬‬
‫(עמ' ‪ 51 – 39‬וספר נתונים)‬
‫השינוי באנתלפייה במהלך ההתהוות של ‪ 1‬מול חומר מהיסודות המרכיבים‬
‫אותו כאשר הם במצב תקני‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫לדוגמה‪:‬‬
‫‪ΔH0f = -110.5kJ‬‬
‫)‪C(S) + 1/2 O2(g) CO(g‬‬
‫‪1/2 N2(g) + 3/2 H2(g)  NH3(g) ΔH0 = - 46 kJ‬‬
‫אנתלפיית ההתהוות התקנית של יסודות במצב תקני שווה לאפס‪ ,‬ולכן זו‬
‫יכולה להוות נקודת ייחוס לתרכובות המורכבות מאותם יסודות ‪.‬‬
‫תרגיל‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫בוצעו התגובות בהן נוצרות ‪ 2‬התרכובות‬
‫מהיסודות במצב תקני ונמדדו שינויי האנתלפייה‪:‬‬
‫‪C(S) + 1/2 O2(g) CO(g) ΔH0f = -110.5kJ‬‬
‫)‪C(S) + O2(g) CO2(g‬‬
‫‪ΔH0f = -393 kJ‬‬
‫ניתן לחשב את שינוי האנתלפיה בתגובה הבאה‬
‫על פי חוק הס‪:‬‬
‫?=‪CO(g) + 1/2O2(g)  CO2(g) ΔHo‬‬
‫הצגה גרפית‬
‫אנתלפיית התהוות‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫נוכל גם למצוא את השינוי באנתלפייה התקנית של התגובה ‪ ,‬על ידי הצבה‬
‫בנוסחה‪:‬‬
‫‪ΔH = ∑ΔH0f2 -∑ ΔH0f1‬‬
‫‪0‬‬
‫‪ΔH‬‬
‫האנתלפיה של התוצרים יחסית ליסודות ‪ .‬כלומר‪ ,‬סכום אנתלפיות‬
‫‪f2‬‬
‫ההתהוות של התוצרים‬
‫‪0‬‬
‫‪ΔH‬‬
‫האנתלפיה של המגיבים יחסית ליסודות ‪.‬כלומר‪ ,‬סכום אנתלפיות‬
‫‪f1‬‬
‫ההתהוות של המגיבים‬
‫)‪CO(g) + 1/2 O2(g) CO2(g‬‬
‫‪ΔH0= ∑ΔH0f2 -∑ ΔH0f1=-393 – (-110.5)= -282.5 kJ‬‬
‫אנתלפיית התהוות‬
‫•‬
‫אנתלפיית התהוות תקנית ‪ΔH0f ,‬‬
‫השינוי באנתלפייה במהלך ההתהוות של ‪ 1‬מול חומר מהיסודות המרכיבים‬
‫אותו כאשר הם במצב תקני‪.‬דוגמאות‪:‬‬
‫‪ΔH0f kJ‬‬
‫‪250C‬‬
‫בטמפרטורה של‬
‫התרכובת‬
‫ניסוח התגובה‬
‫ליצירת התרכובת‬
‫המתאימה‬
‫)‪H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l‬‬
‫‪-285.8‬‬
‫)‪H2O(l‬‬
‫‪-393.5‬‬
‫)‪CO2 (g‬‬
‫)‪C (S) + O2(g) CO2 (g‬‬
‫‪-74.8‬‬
‫)‪CH4 (g‬‬
‫)‪C (S) + 2H2(g) CH4 (g‬‬
‫בהסתמך על הנתונים הנ"ל ‪ ,‬ניתן לחשב את השינוי באנתלפיית התגובה הבאה‪:‬‬
‫)‪CH4 (g) + 2O2(g)  CO2 (g) + 2H2O(l‬‬
‫‪ΔH0=2x(-285.8)kJ‬‬
‫)‪2H2(g) + O2(g) 2H2O(l‬‬
‫‪ΔH 0 =-393.5kJ‬‬
‫)‪C (S) + O2(g) CO2 (g‬‬
‫‪CH4 (g)  C (S) + 2H2(g) ΔH0= +74.8kJ‬‬
‫‪CH4 (g) + 2O2(g)  CO2 (g) + 2H2O(l) ΔH0 = - 890.3 kJ‬‬
‫נוכל גם למצוא את השינוי באנתלפיה התקנית של התגובה ‪ ,‬על ידי הצבה בנוסחה‪:‬‬
‫‪ΔH = ∑ΔH0f2 -∑ ΔH0f1‬‬
‫‪ΔH0 = 2x(-285.8) kJ + (-393.5) kJ –(-74.8) kJ = -890.3kJ‬‬
‫אנתלפיית שריפה ‪ -‬העשרה‬
‫• תגובה כימית ‪ ,‬אשר במהלכה מגיב חומר עם‬
‫חמצן‪ ,‬נקראת תגובת שריפה‬
‫• ‪ , Δ H c‬אנתלפיית שריפה היא אנתלפיית השריפה של מול חומר בתנאים תקניים‬
‫‪0‬‬
‫‪0‬‬
‫בטמפרטורה של ‪ . 25 C‬כלומר ‪ ,‬זו האנרגיה הנפלטת במהלך שריפת ‪ 1‬מול חומר‪.‬‬
‫•‬
‫תוצרי השריפה של תרכובת המכילה פחמן ומימן (וגם חמצן) הם ‪:‬‬
‫)‪H2O(l‬ו‪.CO2 (g) -‬‬
‫תגובות שריפה של תרכובות פחמן משמשות להפקת אנרגיה כלומר ‪ΔH0 <0‬‬
‫• לדוגמה‪ΔH0=-2220kJ :‬‬
‫)‪C3H8(g) + 5O2(g)  3CO2(g) + 4H2O(l‬‬
‫לסיכום פרקים א‪,‬ב (עמוד ‪)77‬‬
‫בשני מיכלים העשויים קלקר עבה נתונה כמות זהה של חנקן נוזלי )‪ N2(l‬המצוי‬
‫בטמפרטורת הרתיחה שלו‪ .-196ºC ,‬למיכל אחד ‪ A‬הוסיפו ‪ 10‬מ"ל מים בטמפרטורה של‬
‫‪ . 95ºC‬למיכל שני ‪ B‬הוסיפו ‪ 42‬מ"ל מי קרח המצויים בטמפרטורה של ‪.0ºC‬‬
‫כתוצאה מהוספת המים לשני המיכלים נפלט חנקן גזי‪ .‬נמדדה מסת החנקן הנוזלי בתום‬
‫הניסוי ונמצא כי המסה של החנקן הנוזלי אשר נותרה במיכל ‪ B‬קטנה ממסת החנקן‬
‫הנוזלי שנותר במיכל ‪.A‬‬
‫‪ .1‬באיזה מהחומרים יש לחלקיקים אנרגיה קינטית ממוצעת גבוהה יותר‪ :‬למים שהוכנסו‬
‫למיכל ‪ A‬או למים שהוכנסו למיכל ‪ ? B‬נמקו‪.‬‬
‫‪ .2‬מהו התהליך שעבר החנקן הנוזלי בכלי ‪ ?A‬ובכלי ‪ ?B‬ענו תוך שימוש בארבע רמות‬
‫ההבנה בכימיה‪.‬‬
‫‪ .3‬מהי המערכת ומהי הסביבה בכל אחד מהמקרים?‬
‫‪ .4‬מהם מעברי האנרגיה שהתקיימו בכל אחד מהמיכלים?‬
‫‪ .5‬על סמך תוצאות הניסוי לאיזה נוזל יש אנרגיה פנימית גדולה יותר‪ :‬ל‪ 10-‬מ"ל מים כמעט‬
‫רותחים או ל‪ 42-‬מ"ל קרח? הסבירו‪ .‬מהן ההנחות שיש לעשות על מנת לענות על שאלה זו‪.‬‬
‫•חשבו את אנתלפיית האידוי של החנקן אם ידוע כי במהלך אידויו עברו ‪ 10kJ‬והתקבלו ‪40‬‬
‫ליטר חנקן גזי בתנאי ‪. S.T.P‬‬
‫שאלות לפרקים א‪-‬ב‬
‫נתונים שלשה כלים‪:‬‬
‫כלי ‪ A‬ובו ‪ 1‬ליטר מים בטמפרטורה של ‪30°C‬‬
‫כלי ‪ B‬ובו ‪ 0.5‬ליטר מים בטמפרטורה של ‪60°C‬‬
‫כלי ‪ C‬ובו ‪ 0.5‬ליטר מים בטמפרטורה של ‪30°C‬‬
‫רשום ליד כל היגד נכון ‪ /‬לא נכון ‪ .‬אם ההיגד אינו נכון נמק מדוע‬
‫‪ .1‬האנרגיה הפנימית של כלי ‪ C‬שווה לאנרגיה הפנימית‬
‫של כלי ‪.A‬‬
‫‪ .2‬מולקולות המים בכלי ‪ B‬נעות מהר יותר מאשר מולקולות המים‬
‫בכלי ‪.C‬‬
‫‪ .3‬האנרגיה הפנימית בכלי ‪ A‬גדולה מהאנרגיה הפנימית בכלי ‪.C‬‬
‫‪ .4‬כאשר נערבב את המים מהכלים ‪ B‬ו‪ C-‬נקבל מים‬
‫בטמפרטורה של ‪90°C‬‬