האנרגיה הנפלטת או נקלטת בזמן התרחשות תגובה כימית.

הפרק יעסוק באנרגיה הנפלטת או נקלטת כחום בלבד.

אילנה זהר, מה”ד ירושלים

:הגדרות

= מגיבים + תוצריםמערכת כימית

- כלי בו אין מעבר כלי מבודדאנרגיה בין הסביבה לפנים.

כלי מבודד

- מערכתמגיבים הפכו

לתוצריםאנרגיה

סביבה מימית בכלי מבודד

תאור של תגובה בסביבה מימית

בכלי מבודד

שינוי האנתלפיה בתגובות כימיות

מגיבים תוצריםH1 H2

H = H2 - H1

, ס”כ האנרגיה Hאנתלפיה - העצורה בחומר ויכולה להיפלט

כחום.

תגובה אנדותרמית

H1מגיבים

H2תוצרים

H חיובי

אנרגיה תכולת האנרגיה של התוצרים H2 > H1גבוהה משל המגיבים

המערכת קולטת אנרגיה מהסביבה במהלך התגובה

דוגמא

H2(g)+ I2(s) ------> 2HI(g) H = 26.5 k.j

2HI(g)

אנרגיה

H2(g)+ I2(s)

26.5 k.j

סימן חיובי. Hל-

בגרף האנרגיה התוצרים גבוהים

מהמגיבים.

תגובה אכסותרמיתתגובה אכסותרמית

תכולת האנרגיה של המגיבים H1 > H2גבוהה משל התוצרים

המערכת פולטת אנרגיה לסביבה במהלך התגובה

H2תוצרים

H1מגיבים

H שלילי

אנרגיה

דוגמא

CO2(g)+ 2H2O(g)

CH4(g)+ 2O2(g)

890.4 k.j

אנרגיה

CH4(g)+ 2O2(g) ----> CO2(g)+ 2H2O(g) H = -890.4 k.j

תגובת שריפה של תרכובת אורגנית תמיד אכסותרמית:

סימן שלילי.Hל-

בגרף האנרגיה התוצרים מתחת למגיבים

Hמוגדר לניסוח תגובה

כמות האנרגיה הנפלטת או נקלטת בתגובה כימית נמצאת ביחס ישר לכמות החומרים. (יותר חומר --

< יותר אנרגיה). לכן, תמיד יינתן שינוי האנרגיה בתהליך בהתייחס לכמות החומר שהגיבה.

נהוג להתייחס אל מקדמי האיזון של תגובה כימית ליד Hכאל מולים. כאשר יופיע שינוי האנרגיה-

ניסוח מסויים, מקדמי האיזון של התגובה יציינו את כמות החומרים שהגיבו במולים.

Hאם משנים את איזון התגובה יש לשנות גם את בהתאם.

דוגמא

H2(g)+ 0.5O2(g) -----> H2O(l) H = -285.9 k.j

2H2(g)+ O2(g) -----> 2H2O(l) H = - 571.8 k.j

כאשר מול מימן מגיב עם חצי מול חמצן משתחרר חום ק’ג’אול. מבטאים זאת בעזרת ניסוח 258.9בשיעור התגובה:

כאשר מאזנים את התגובה עם מקדמי איזון מוכפלים 2 גם כמות האנרגיה המשתחררת תוכפל פי- 2פי-

והניסוח יהיה:

H

תגובה אנדותרמית

הסביבה מאבדת חום

סביבה

Q

תגובה אכסותרמית

הסביבה מקבלת חום

מגיבים

תוצרים

מערכת

תוצרים

מגיבים

מערכת

H

סביבה

Q

מעבר חום -מהמערכת לסביבה

לתגובה לתגובה HH מדידה וחישוב מדידה וחישוב

בניסויבניסוי

1

בסביבה של התגובה המתרחשת tמודדים את )במעלות צלזיוס( ומחשבים:

מבצעים את התגובה בכמויות ידועות (לרוב

קטנות), בסביבה מימית, מוגדרת , מבודדת (הכלי

מבודד).

בניסויHמהלך החישוב של q = mct

H = -Q למול

n מספר המולים של החומרים - בתגובה.

Q = q/n למול

m -מ”ל 1 - מסת הסביבה שהתחממה בגרמים. (עבור מים גרם) 1שוקל

c קיבול חום סגולי של הסביבה שהתחממה. בתמיסות - (כמו למים כי מזניחים את c = 4.2 j/gr/ocמימיות

המומסים).

q.(עבור אחד החומרים בתהליך) - החום ביחידות ג’אול

דוגמא 100 עם HCl 1M מ”ל 100ערבבו בכלי מבודד •

.NaOH 1Mמ”ל t=2ocמדדו בניסוי

לתגובה.Hחשב את

+H3Oניסוח התגובה: •(aq) + OH-

(aq) --> 2H2O(l

חישוב:•q = 200x4.2x2 ג’אול = 1680 •

מול0.1כמות המגיבים במולים: •H = -1680/0. 1 = -16800j = -16.8 k.j

שינוי האנתלפיה המלווה שינוי כימי, אינו תלוי בדרך בה מבוצע השינוי.

H = H1+ H2

A ----> B H1

B ----->C H2

A----->C H =?

A

C

HB

H

H2

H1

- נתונות שלוש תגובות:דוגמא

דוגמא עבור התגובה:Hהעזר בהצגה גרפית לחישוב •

SO2)g( +0.5O2)g( --> SO3)g( H= X

בעזרת הנתונים:

S8)s( + 8O2)g( --> 8SO2)g( H= -2373 k.j

S8)s( + 12O2)g( --> 8SO3)g( H= -3163 k.j

H = H1/8

H= - (3163-2373)/8

H = - 98.75k.j

S8)s( + 12O2)g(

8SO2)g(+ 4O2)g(

8SO3)g(

2373

3163

H

H

בעזרת בעזרת HHחישובחישובאנרגיות קשראנרגיות קשר

22

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

כל קשר כימי יציב שנוצר משחרר אנרגיה בהיווצרותו.

גרף המתאר את שינוי האנרגיה בהיווצרות קשר.

במרכז הצירים מוצב אטום אחד. האטום השני מתקרב

אליו למרחק בו כוחות המשיכה גוברים על כוחות

הדחייה בהפרש הגדול ביותר.

אנרגיה

מרחק

ואנרגיות קשרHגרף כללי-

מגיבים

אטומים בודדים במצב גזים

ריש

קם

רישב

נ

ם רי

שק

םרי

וצנ

אנרגיה

H

תוצרים

H = אנ’ קשרים נשברים - אנ’ קשריםנוצרים

H לתגובה הוא ההפרש בין קשרים

נשברים לקשרים נוצרים.

תמיד הגבוהים

ביותר בגרף

H2)g( + Cl2)g( ---------> 2HCl)g(

H-H Cl-Cl נשברים

2H-Cl נוצרים

H = EH-H + ECl-Cl - 2EH-Cl

לתגובה:Hדוגמא לחישוב

H = 436 +242 - 2x431 = -184k.j

חישוב גרפי

H2(g) + Cl2(g)

2H)g( + 2Cl)g(

2HCl(g)

H

436+ 2422x431

H = 242+436-2x431

H= 678-862=-184k.j

H H2)g( + Cl2)g( ---------> 2HCl)g(

Hoa אנתלפיית

אטומיזציה - שינוי האנתלפיה בתהליך אנתלפיית האטומיזיה

של מול אחדהאטומיזציה: כמות האנרגיה הדרושה להעביר 250אטומי יסוד, ממצבו התקני למצב של גז אטומרי ב-

צלזיוס.

היסוד יכול להיות; אטומרי - קוולנטי, מתכתי, או מולקולרי דוגמאות - באחד ממצבי הצבירה השונים.

C(s) ---> C(g)

Na(s) ---> Na(g)

0.5I2(s) ---> I(g)

0.5Br2(l) ---> Br(g)

0.5H2(g) ---> H(g)

ראה בספר הנתונים בטבלה: נתונים תרמודינמים עבור יסודות.

דוגמא לתהליךHחשב את •

• C(s) + O2(g) ---> CO2(g)

השתמש בנתונים של אנתלפיות קשר ואנתלפיות •אטומיזציה מספר הנתונים.

פתרון

C(s)+ O2(g)

C(g) + 2O(g)

CO2(g)

715+ 497

-2x803H = 715+497-2x806 = -394k.j

H0 בעזרת נתוני Hחישוב f -

אנתלפיית התהוות תיקנית

33

H0f אנתלפיית התהוות

תיקניתH0

f - אנתלפיית ההתהוות התיקנית של חומר היא שינויהאנתלפיה בתגובה בה נוצרת תרכובת מיסודותיה היציבים בתנאי

תקן.

H0f .של יסודות שווה אפס -

דוגמאות:

C(s)+ 2H2(g) ---> CH4(g) H0f = -74.8k.j

0.5H2(g)+ C(s)+ 0.5N2(g) ---> HCN(l) H0f = 135.1k.j

:תרגיל

נסח את תגובות ההתהוות התיקניות של H0החומרים הבאים ומצא עבורן את

f

בספר הנתונים.

C6H12O6 , NaCl , H2O , S8

לכתוב מצבי צבירה

בעזרת נתוני Hגרפים לחישוב H0

f

H = f תוצרים

f מגיבים

מגיבים

תוצרים

0יסודות H

מגיבים

תוצרים

0יסודות

H 0

מגיבים

תוצרים

יסודות

H

0היסודות תמיד ב-

אפשריים כמה מצבים. שלושה מצבים אפשריים במקרה של תגובה אנדותרמית:

נתוני בעזרת Hדוגמא לחישוב H0

f CH4(g) + 2O2(g) ---> CO2(g) + 2H2O(l)

-74.8k.j 0 -393.5k.j -285.9 H0f

0 C)s( , 2H2)g( , 2O2)g(

CH4(g)

CO2(g) + 2H2O(l)

H = -393.5-2x285.9+74.8 = -890.5k.j

-965.3k.j

-74.8k.j

H= 74.8-965.3 = -890.5k.j

בעזרת HחישובH0אנתלפיות שריפה -

c

44

H0אנתלפית שריפה - c זהו שינוי האנתלפיה ,

לתגובה בה מגיבה תרכובת פחמן ומימן עם חמצן התגובות אכסותרמיות לקבלת פחמן דו-חמצני ומים.

.תמיד

CxHy + a O2(g) ----> xCO2(g) + y/2H2O(l) Hoc

באמצעות Hתאור גרפי לחישוב H0

c

CO2 H2O CO2 H2O

מגיבים

תוצרים

תוצרים

מגיבים

HH

CO2 , H2Oתמיד הנמוכים ביותר בגרף

C2H2(g) + 2H2(g) ----> C2H6(g) H = ?

באמצעות Hדוגמא- חישוב גרפי של H0

c

-1559.4k.j-1299.6k.j -285.9k.j H0c

2CO2 + 3H2O

C2H2(g) + 2H2(g)

C2H6(g)

-1871.41559.4k.j

H = -1871.4+1559.4= -312k.j

HH

אטומים בודדים

במצב הגזי

יסודות במצבם

היציב בתנאי תקן

Hדרכים לחישוב

אנתלפיות שריפהאנתלפיות התהוות

תקניות

אנתלפיות

קשרניסוי

בעזרת

המעבר בחישוב ובגרף דרך

CO2)g( , H2O)l(

t. מדידת 1

2 .q=mct

. חישוב למול3

H=-Q

A Bמגיבים תוצרי

ם

יסודות - אנתלפיית התהוות יסודות - אנתלפיית התהוות

אטומים בודדים

אנתלפיות קשר

אטומים בודדים

אנתלפיות קשר

CO2 H2O

אנתלפיות שריפה

CO 2H2O

אנתלפיות שריפה

יסודות בתנאי תקן

CO2 H2O

אטומים בודדים

אטומיזציה

H

H

0מגיבים

(g)

)gתוצרים (

)s( היתוך+אידוי מגיבים

(lתוצרים )

עבור איזומרים: