אנרגיה בקצב הכימיה פרק ה

1. אנרגיה בקצב הכימיה פרק ה

2. מה למדנו עד כה? • אנרגיה היא תכונה של חומר. • אנרגיה פנימית של מערכת היא סך כל האנרגיה הפוטנציאלית והקינטית של החלקיקים. • הטמפרטורה היא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת של חלקיקים במדגם. • אם לא נפעיל כוחות חיצוניים האנרגיה של המערכת תישאר קבועה החוק הראשון של התרמודינמיקה-חוק שימור האנרגיה.

3. וגם.... • לתגובות כימיות שונות יש קצב תגובה שונה. • כדי שתגובה תתחיל יש צורך להתגבר על אנרגיית השפעול של אותה תגובה. • מעברי אנרגיה מתרחשים על ידי עבודה או חימום. • שינוי באנתלפיה הוא שינוי באנרגיה הפנימית בתנאים בהם הלחץ קבוע. • קיימות תגובות אקסותרמיותואנדותרמיות.

4. ועוד... • הגורמים המשפיעים על קצב התגובה הם: סוגי החומרים, ריכוז (לא תמיד), טמפרטורה, הוספת זרזים. • מערכות שיווי משקל – מאפיינים ושינוים

5. מדוע מתרחשות תגובות כימיות? נענה על שאלה זו על ידי בחינת תגובות שכיחות הנוטות להתרחש בצורה ספונטנית

6. שינוי ספונטני הוא שינוי הנוטה להתרחש בלא צורך בכוח מניע חיצוני. לתהליך ספונטני יש נטייה טבעית להתרחש. אין פרוש הדבר שהוא מתרחש במהירות. (אטקינס. פ.& ג'ונס, ל., 2002) כימיה כללית , האוניברסיטה הפתוחה. • A spontaneous process is a process that occurs in a system left to itself; once started no action from outside the system (external action) is necessary to make the process continue. • A nonspontaneous process will not occur unless some external action is continuously applied. • Petrucci, 2002. General Chemistry, Prentice Hall.

7. בפרק ה- מדוע מתרחשות תגובות כימיות ? • תגובה ספונטאנית היא תגובה שיש לה יכולת להתרחש וכן תגובה אשר מרגע שהתחילה, היא תמשיך להתרחש ללא שום התערבות חיצונית. • תגובה שאינה ספונטאנית לא תתרחש אלא אם תהיה התערבות חיצונית מתמדת. • מיון תהליכים לספונטאניים ולא ספונטאניים.

8. תהליכים ותגובות ספונטניות • כדור מתגלגל במורד – אנרגיה פוטנציאלית הופכת לאנרגיה קינטית ולחום. • שריפת נייר – האנרגיה הפנימית שהייתה אצורה בקשרים הכימיים מתפזרת בשני אופנים: לאנרגיה פוטנציאלית של קשרים חדשים ול-אנרגיה קינטית של החלקיקים הנוצרים.

9. ועוד.... • מחבת חמה תתקרר באופן ספונטאני- אטומי המחבת הנעים מהר יותר (תנודה) מעבירים אנרגיית תנועה למולקולות האיטיות יותר של החמצן והחנקן (האוויר) הפוגעים במחבת. • גוש מתכת לוהט מתקרר לטמפרטורת הסביבה. • בכל התגובות הנ"ל חלה ירידה באנרגיה ( תגובות אקסותרמיות) • התפשטות של גז לתוך ריק.

10. האם תהליכים ספונטאניים הם אקסותרמים? האם הירידה באנרגיה פנימית היא הגורם הקובע? על פי תומסן וברטלוט 1864 כן! אבל...

11. דוגמאות לתגובות ספונטאניות שאינן אקסותרמיות • המראת יוד בטמפרטורת החדר • נידוף אצטון, מים כהל • המסת ליתיום כלורי, אשלגן על מנגנתי • ערבוב באריוםהידרוכסידי ואמון תיוציאנט • היתוך קרח (בטמפרטורת החדר) • ועוד... • כולן תגובות אנדותרמיות, בכולן מתרחשת עלייה באנרגיה הפנימית לכן יש להמשיך את החיפוש אחר גורם מאחד המופיע גם בתגובות אקסו וגם בתגובות אנדו – שהן ספונטאניות

12. המסת חומר יוני - הסתכלות מיקרוסקופית

13. הצגת מושג האנטרופיה • אנטרופיה היא מדד לפיזור האנרגיה הקיים בחומר הבא לידי ביטוי במספר התיאורים המיקרוסקופיים האפשריים. למה הכוונה? • המצבים המיקרוסקופיים של החומרים שונים כל רגע בגלל תנועת החלקיקים ופיזורם. • תיאורים אלו שונים זה מזה באופני התנועה הרבים יותר, ובדרך בה האנרגיה מפוזרת בחומר. • כמו כן יש פיזור גדול יותר במיקום החלקיקים. • ככל שמספר אופני התנועה גדל (ויש פיזור גדול יותר בחלקיקים) האנטרופיה גדולה יותר.

14. מתי אנטרופיה = אפס? • כל החומרים מעל 1K הם כבר ערוכים בצורה לא מסודרת וכוללים מספר תיאורים מיקרוסקופיים MICROSTATES גדול ביותר. • מוצקים גבישיים מושלמים בטמפרטורה של 0K הוגדרו כבעלי אנטרופיה השווה לאפס. החוק השלישי של התרמודינמיקה.

15. לחומרים שונים יש אנטרופיה שונה לחומרים שונים יש ערכים שונים של אנטרופיה. אנטרופיה תקנית של חומר המסומנת ב- Soמציינת את האנטרופיה של חומר בלחץ 1 אטמוספירה. כפי שלימדנו בעבר

16. שינוי האנטרופיה בתגובות • בעת התרחשות תגובה כימית יש שינוי בסוג החומרים כי מגיבים הופכים לתוצרים. • לכן, משתנה האנטרופיה של החומרים. • השינוי באנטרופיה של המערכת (התגובה) = הפרש בין האנטרופיה של התוצרים לבין האנטרופיה של המגיבים.

17. תהליכים בהם עולה האנטרופיה של המערכת • כאשר עולה הטמפרטורה של חומר. • כאשר נוזלים נוצרים ממוצקים (תהליכי היתוך של חומרים טהורים). • כאשר תמיסות נוזליות נוצרות ממוצקים (תהליכי המסה). • כאשר גזים נוצרים ממוצקים או מנוזלים (תהליכי אידוי או המראה). • כאשר מתרחשת תגובה כימית בה נוצרים יותר גזים מאשר במגיבים. בכל המקרים הנ"ל מתקבלים מצבים בהם פיזור האנרגיה והחומר גדל.

18. חישוב השינוי באנטרופיה • חישוב שינוי האנטרופיה של תגובה (מערכת). על פי המשוואה בעמוד 162

19. ממשיכים לחפש גורם מאחד לקיומן של תגובות ספונטניות. כי.... • יש תגובות אקסותרמיות שיש בהן עליה או ירידה באנטרופיה של המערכת • יש תגובות אנדותרמיות שיש בהן עליה באנטרופיה של המערכת. שינוי באנטרופייתהמערכת אינה כל התשובה..

20. בחיפוש גורם מאחד לכל התגובות הספונטניותנרחיב את התמונה סביבה מערכת סביבה סביבה מערכת + סביבה = יקום

21. עלייה באנטרופיה של היקום • השינוי באנטרופיה של היקום = השינוי באנטרופיה של המערכת + השינוי באנטרופיה של הסביבה נמצא כי כל תהליך ספונטני גורם לעליה באנטרופיה של היקום החוק השני של התרמודינמיקה

22. דוגמאות לתגובות ספונטניות (מהספר) שריפת נר – עלייה באנטרופיית המערכת עלייה באנטרופיית הסביבה עלייה באנטרופיית היקום. התגובה ספונטנית – מרגע שהתחילה תימשך. בעירתמגנזיום-ירידה באנטרופיית המערכת עליה באנטרופיית הסביבה התגובה ספונטנית – עלייה באנטרופיית היקום.

23. חישוב השינוי באנטרופיה של תגובות ∆S = Q/T השינוי באנטרופיית הסביבה ∆So = - ∆H /T השינוי באנטרופייה בתהליך רתיחה ∆Sbo= ∆Hb/Tb השינוי באנטרופייה בתהליך היתוך ∆Smo = ∆Hm /Tm השינוי באנטרופיית המערכת ∆So = ΣS2-ΣS1

24. חישוב השינוי באנטרופיה של היקום-החוק השני ∆So = ∆So - ∆Ho /T > 0יקום

25. בקרה קינטית האם כל תהליך ספונטני אכן מתרחש? • תגובה היא ספונטנית מרגע שהתחילה. תלוי בתנאים. אנרגיית שפעול גבוהה תמנע מהתגובה להתחיל בתנאים רגילים. דוגמה: • שריפת יהלומים-בתגובה, השינוי באנטרופיית היקום גדול מאפס. אך, אנרגיית שפעול גבוהה מאוד ולכן יהלומים אינם נשרפים בטמפרטורת החדר.

26. מה התרמודינמיקהלא אומרת? • התרמודינמיקה אינה אומרת באילו תנאים תגובה ספונטאנית אכן תתרחש. • הקשרים הכימיים הם אלו המונעים את נטייתם של העצים להגיב עם חמצן או ההרים להשתטח. החוק השני מדבר על נטייה של חומרים להגיב ואילו הקשרים מונעים זאת. על מנת שתגובה תתחיל דרושה אנרגיה התחלתית, אנרגיית שפעול. "Activation energies protect substances from change”.

27. סכום תגובות יכולה להיות

28. לפניכם אוסף המושגים העיקריים אותם למדתם ביחידה זו. אנרגיה פנימית, אנרגיה פוטנציאלית, אנרגיה קינטית, טמפרטורה, תגובה אקסותרמית, תגובה אנדותרמית, אנתלפיה, מהירות תגובה, אנרגיית שפעול, תצמיד משופעל, מערכת בש"מ, תהליך ספונטני, אנטרופיה של מערכת, אנטרופיה של סביבה, החוק השני של התרמודינמיקה. נסו לקשור מושגים רבים מהרשימה הנ"ל אל בעירת הזיקוק, כפי שהכרתם בניסוי הראשון ביחידה.

29. תרגול לפרק ה 1. שאלון מפמ"ר תש"ע (ללא היבטים כמותיים בתרמו) 2. בחינת בגרות תש"ע השלמה ל-5 י"ל שאלה 1 http://cms.education.gov.il/NR/rdonlyres/4FEC980A-8254-4005-9A7A-7F902629ACDC/114473/Sheelon2010.pdf 3.בחינת בגרות תשס"ט 5 י"ל שאלה 2 http://cms.education.gov.il/NR/rdonlyres/4FEC980A-8254-4005-9A7A-7F902629ACDC/114452/Sheelon2009.pdf חלקי שאלות בשנים אחרות אתר מפמ"ר http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/Chimya/ThochniyotLimudimChadasha/Yachal4-5.htm

30. שאלות בגרות בנושאי היחידה http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/Chimya/HaarachatTalmidim/BchinotBagrutRagil/Sheelonim.htm