כימיה לבגרות/אנרגיה: הבדלים בין גרסאות בדף
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
{{להשלים}} |
ערך חדש - הרחבה |
||
שורה 1:
פרק זה, אנו מתמקדים בנושא אנרגיה אנתלפיה (H).
'''אנרגיה אנתלפיה''' היא אנרגיה של מערכת (תגובה כימית), הבאה לידי ביטוי בשינוי פיזי של הסביבה.
'''הסבר המונח:''' אנרגיה היא דבר שאינו מוחשי, אין ביכולתנו לראות אותו, אך, ניתן לראות את תוצאותיו. למשל : אנרגית חום בא לידי ביטוי ע"י העלאת טמפרטורת הסביבה. כאשר אנו מדברים באנרגיה אנתלפיה, אנו מדברים על אנרגיה הקיימת בתוך מערכת.
=שלושת המצבים=
קיימים שלושה שינויים של טמפרטורת הסביבה. על פי, שינוים אלו, אנו יכולים לדעת כמה אנרגיה נפלטה/התקבלה מיצרת תוצר, בתוך המערכת. האם המערכת הפסידה אנרגיה (שחררה אנרגיה לסביבה)? או שלהפך?; הרוויחה?.
{| class="wikitable" border="1"
!
! סביבה
! מערכת (Hתוצר - Hמגיב = ΔH)
! דוגמא
! רווח/הפסד
|-
| אקסותרמית
| ΔT>0
| ΔH<0
| שריפה
| רווח/השקעת אנרגיה - בניה
|-
|אנדותרמית
| ΔT<0
|ΔH>0
| מקרר
| הפסד/ שחרור אנרגיה - פירוק
|-
| אתרומית
| ΔT=0
| ΔH=0
|
|
|}
[[תמונה:Exothermic reaction.JPG|left|thumb|100px|רמת האנרגיה של התגובה נמוכה משל המגיבים – כלומר, למגיבים יש יותר אנרגיה מאשר לתוצרים, ולכן, במהלך התגובה, כאשר המגיבים הופכים לתוצרים, משתחררת אנרגיה]]
[[תמונה:Endothermic reaction.JPG|ימין|thumb|100px|רמת האנרגיה של התגובה גבוה משל המגיבים – כלומר, למגיבים יש פחות אנרגיה מאשר לתוצרים, ולכן, במהלך התגובה מושקעת אנרגיה]]
<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />
=חישוב אנרגיה כימית=
ישנם מספר דרכים לחישוב אנרגיה כימית (אנרגית חום).
==חישוב אנרגית חום ל'''תמיסה'''==
במקרה שלנו, אנו רוצים לדעת כמה אנרגיה כימית צריכים להשקיע בכדי שהמים יעברו את התהליך הבא :
* <math>H_2O_{(s)}\rightarrow H_2O_{(l)}</math>
* <math>H_2O_{(l)}\rightarrow H_2O_{(g)}</math>
===גרף===
[[תמונה:Water graph - State of matter.JPG|מרכז|thumb|250px|מצבי צבירה של מים]]
<br /><br /><br />
===אנתלפיה===
אנו יכולים לומר כי : בכדי שקרח יהפוך למים אנו מנצלים אנרגית חום. אנרגית חום זו באה על חשבון הסביבה. כלומר : ΔT<0. לכן, ע"פ הטבלה שמוצגת למעלה, נוכל לומר כי הסביבה מפסידה, כלומר :ΔH>0.
===שלושת הגורמים המשפיעים על חישוב אנרגית חום===
====מסה (m) ====
ככל שיש יותר מסה יש להשקיע יותר אנרגית חום (q). <br />
'''''בכתב כימי:''''' qam (a - מסמלת על יחס ישיר בין שני חומרים)
====הטמפרטורה אליה אנו רוצים להגיע (T)====
ככל שאנו רוצים להגיע לטמפרטורה גבוהה יותר, כך, יש להקשיע יותר אנרגית חום.
====סוג החומר/קיבול חום סגולי (C)====
כמות החום שיש להשקיע באחד גרם חומר כדי לעלות בטמפרטורה צלזוס אחת. ככל ש-C נמוך יותר, החומר מתחמם מהר יותר, ולכן יש להשקיע פחות אנרגיה. <br />
יחידות היחידה של J/gr*C°=ג'אול/גר*צלזיוס='''C'''<br />
יש לזכור את קיבול חום סגולי של מים שהם : 4.2J/grc.
===הנוסחא===
מכל שלושת הגורמים (מסה, טמפרטורה...) יצרו נוסחא והיא :
<math>q=\frac{\Delta Tmc}{1,000}</math>
'''מקרא :'''
* m - מסה
* C - קיבולת חום סגולי.
* ΔT - הפרש טמפרטורה מהטמפרטורה שהינו לטמפרטורה שנרצה להגיע.
* q - אנרגית חום.
====ΔHm ו- ΔHb====
* ΔHm = אמתלפיה היתוך - כמות האנרגיה הדרושה להעברת אחד מול חומר מדוד ממוצק לנוזל.
* ΔHb = אנתלפיה רתיחה - כמות האנרגיה הדרושה להעברת אחד מול חומר מדוד מנוזל לגז.
בגלל שההפרש בין מעברים, כמו, מעבר ממוצק לנוזל, הוא אפס (בגרף : קו ישר) יצרו נוסחאות למעברים שהן :
* <math>q={\Delta}H_m*n</math>
* <math>q={\Delta}H_b*n</math>
===תרגיל לדוגמא===
נתון :
* C קרח = 2.1 ג'אול/ג"ר*צלזיוס.
* C מים = 4.2 ג'אול/ג"ר*צלזיוס.
* C אדים 1.9 ג'אול/ג"ר*צלזיוס.
* ΔHm מים = 6kj/mole
* ΔHb מים = 40.7 kj/mole.
מהי כמות האנרגיה שיש להשקיע ב-50 ג"ר מים בטמפרטורה מינוס 20 מעלות צלזיוס בכדי להפוכם לאדים בטמפרטורה 120 מעלות צלזיוס?
====תשובה====
qΣ = A+B+C+D+E.
* A - מוצק.
* B - מעבר ממוצק לנוזל.
* והלאה.
'''חישוב :'''
* m = 50gr
* cקרח = 2.1 ג'אול/ג"ר*צלזיוס.
* ΔT = 0--20=20
* qA = 36*2.1*20/1000=1.5
# qb = ΔHm*n
# <math>n_{H_2O}=\frac{gr}{mm}=\frac{36}{18}=2mole</math>
# ΔHm = 6 kj/grc
# qb=6*2=12
וכך הלאה עבור כל אחד מהמצבים.
===הערות===
א. שיטה זו מתאימה לתמיסות. כאשר מדובר בתמיסה אנו מניחים שתי הנחות :
# כמות האנרגיה שנפלטת או שנקלטה במערכת זהה לכמות האנרגיה שהקולט/פולט המומס ואין איבוד אנרגיה לכלי, למערכת ולסביבה.
#קיבול החום הסגולי של תמיסה מימית זהה למים.
ב. נתון נוסף חשוב : 100 מ"ל מים = 100 ג"ר מים.
==חישוב גז==
אנתלפית (אנרגיה) קשר - האנרגיה הדרושה לפירוק 1 מול מולקולה דו אטומית במצב גזי לאטומים בודדים; גם הם נמצאים במצב גזי (כאשר יש יותר משני מולים אטומים במולקולה; יש לחשב ע"פ אנתלפיית קשר ממוצעת).
*כששוברים קשר יש להשקיע אנרגיה.
* כשנוצר קשר מרוויחים אנרגיה.
===דוגמא===
כמה אנרגיה דרוש להשקיע בכדי לשבור את הקשר : <math>H_{2 (g)}+Cl_{2 (g)}\rightarrow 2HCl_{(g)}</math> <br />. אם בכדי לשבור את הקשרם הבאים יש להשקיע:
* H-H : 436
* Cl-Cl : 242
* H-Cl : 431.
====פתרון ====
#'''נצייר את הקשר :''' <math>H-H+Cl-Cl\rightarrow 2*H-Cl</math><br />
# נעזר ב'''נוסחא :''' Hתוצר - Hמגיב = ΔH<br />
# נציב בה : ΔH=436+242-2(431)=-184KJ
==לכל מצבי הצבירה==
'''חוק הס -''' חוזה את השינוי באנתלפיה בתגובה כימית. לפי החוק, מכיוון שהשינוי באנתלפיית התגובה הוא פונקציית מצב, השינוי באנתלפיה של תגובה הוא קבוע, בלי תלות בתגובות ביניים. לכן שלבי ביניים בתגובה הכימית אינם משפיעים על שינוי האנתלפיה.
===דוגמא===
{| class="wikitable" border="1"
| ΔH = -393.5KJ/mole
| <math>C_{(s)}+O__{2(g)}\rightarrow CO_{2(g)}</math>
|-
| ΔH = -285.9KJ/mole
| <math>H_{2(g)}+0.5O_{2(g)}\rightarrow H_2O_{(l)}</math>
|-
| ΔH = -890.4KJ/mole
| <math>CH_{4(g)} + 2O_{2(g)}\rightarrow Co_{2(g)}+2H_2O_{(l)}</math>
|-
|ΔH = ?
| <math>C_{(g)}+2H_{2(g)}\rightarrow CH_{4(g)}</math>
|}
מה היא ΔH של התגובה?
====דרך פתרון====
א. <span style="color: BLUE;">סימון</span> היסודות שרוצים (יש להבדיל בין מצבי הצבירה, מצב צברירה שונה מבטא "יסוד שונה")
{| class="wikitable" border="1"
| ΔH = -393.5KJ/mole
|<span style="color: BLUE;">C</span><sub>(s)</sub> + O<sub>2(g)</sub>--->CO<sub>2(g)</sub>
|-
| ΔH = -285.9KJ/mole
| <span style="color: blue;">H</span><sub><span style="color: BLUe;">2</span>(g)</sub> + 0.5O<sub>2(g)</sub> ---> H<sub>2</sub>O<sub>(l)</sub>
|-
| ΔH = -890.4KJ/mole
| <span style="color: blue;">CH<sub></span><span style="color: blue;">4</span>(g)</sub>+2O<sub>2(g)</sub>--->CO<sub>2(g)</sub> + 2H<sub>2</sub>O
|-
|ΔH = ?
|<span style="color: BLUE;">C<sub>(s)</sub>+2H<sub>2(g)</sub>--->CH<sub>4</sub>(g)</span>
|}
ב. סימון + הכפלה של מה שחסר ולכן נרשום : <span style="color: green;">2</span>H<sub>(g)</sub> + 0.5O<sub>2(g)</sub> ---> <span style="color: green;">2</span>H<sub>2</sub>O<sub>(l)</sub>
: ΔH = -285.9*2 = -571.8KJ/mole
ג. נפטרים מהגורמים המיותרים במשוואה - כמו ב[[מתמטיקה לבגרות/שאלון ה/אלגברה/מערכת משוואות ליניאריות עם שני משתנים ושני פרמטרים|מערכת משוואות עם נעלמים]] במתמטיקה. במקרה שלנו נחבר את משוואה א' וב', ונחסיר אותן מג'. כאשר מבציעים פעולות על המשוואה לקבלת המשוואה רצויה (המשוואה האחרונה שנתונה, לה אין אנו יודעים את ΔH), מבצעים את אותן פעולות גם עבור ΔH.
פתרון : ΔH = -74.9KJ/mole.
===מושגים נוספים===
# '''אנתלפית אטומוזציה (ΔHa)-'''כמות האנרגיה הדרושה להעברת מול של אטומי יסוד ממצו התרקני (2.5C מעלות צלזיוס) למצב של גז אטומרי ב-25 מעלות צלזיוס.
# שקע = יון חופשי שוקע.
# אלטלתה = שבירת קשר.
| |||