Termo

‫תרמי ‪ -‬חום‬ ‫דינמיס ‪ -‬כוח‬ ‫אבן שושן‪ -‬ענף במדעי‬ ‫הפיסיקה העוסק בחקר‬ ‫הפיכת אנרגיית חום לצורות‬ ‫אנרגיה אחרות‪.‬‬ ‫המרכז הפדגוגי לעובדי‬ ‫הוראה‪ ,‬ירושלים‪,‬‬ ‫אילנה זהר‬

‫מדוע מתרחשות תגובות ?‬ ‫כימיות‬ ‫• הנטייה למינימום‬ ‫אנרגיה‬ ‫• הנטייה למקסימום‬ ‫אי סדר‬ ‫בעבר חשבו שרק‬ ‫ראקציות‬

‫קיימות תגובות אנדותרמיות‬ ‫המתרחשות בטמפ‪ .‬החדר‬ ‫‪:‬לדוגמא‬ ‫• התאדות (אצטון‪ ,‬מים)‬ ‫• המסת אמון חנקתי ‪NH4NO3‬‬ ‫במים‪.‬‬ ‫• התגובה הבאה מתרחשת תוך‬ ‫התקררות מהירה‪:‬‬ ‫‪• Ba)OH(2.8H20)s( + 2NH4SCN)s(  2NH3)g( +‬‬ ‫(‪Ba)SCN(2)s( + 10H2O)l‬‬

‫‪ -S‬אי סדר ‪ -‬אנטרופיה‬ ‫מספר הדרכים לתיאור‪-‬‬ ‫המערכת‬ ‫אי סדר גדול‬ ‫מספר גדול של‬ ‫דרכים לתיאור‬ ‫המערכת‬ ‫אנטרופיה‬ ‫גבוהה‬

‫‪ S‬גדול‬

‫מספר הדרכים לתיאור‬ ‫המערכת‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬

‫•‬

‫מהו מספר האפשרויות להכניס חלקיק‬ ‫לתיבה בה יש ‪ 10‬תאים?‬ ‫אם התיבה בת ‪ 20‬תאים‪ ,‬האם מספר‬ ‫האפשרויות קטן‪/‬גדל‪/‬שווה?‬ ‫אם מכניסים לתיבה בת ‪ 10‬תאים שני‬ ‫חלקיקים שווים‪ ,‬האם מספר האפשרויות‬ ‫קטן‪/‬גדל‪/‬שווה?‬ ‫אם מכניסים לתיבה בת ‪ 10‬תאים שני‬ ‫חלקיקים שונים‪ ,‬האם מספר האפשרויות‬ ‫קטן‪/‬גדל‪/‬שווה?‬

‫יחידות‬ ‫• אנטרופיה ‪ - S -‬אי‪-‬סדר‬ ‫יחידות ‪joule/oK -‬‬ ‫• אנתלפיה ‪ - H -‬תכולת אנרגיה‬ ‫חומנית‬ ‫יחידות ‪joule -‬‬ ‫‪1000joule = 1k.joule‬‬

‫•‬

‫אנטרופיה‬ ‫• ‪ -S‬לכל חומר ניתן לייחס‬ ‫אנטרופיה מוחלטת‪.‬‬ ‫• אפשר להקטין או להגדיל‬ ‫את האנטרופיה ע”י תוספת‬ ‫או הפחתה של אנרגיה‪.‬‬ ‫• אנטרופיה תיקנית ‪- S0 -‬‬ ‫האנטרופיה המוחלטת של‬ ‫מול חומר בתנאי תקן‪.‬‬

‫גורמים הקובעים את גודל האנטרופיה‬ ‫א‪ .‬מצב צבירה‬ ‫ה‬ ‫חומ‬ ‫ר‬ ‫‪o 0‬‬ ‫‪S J/ k‬‬

‫(‪H2O)g‬‬

‫(‪H2O)l‬‬

‫(‪H2O)s‬‬

‫‪188.7‬‬

‫‪70‬‬

‫‪47.8‬‬

‫‪S0‬‬ ‫‪200‬‬

‫הסבר את נתוני הטבלה‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬

‫מוצק מסודר יותר מנוזל כי לחלקיקים‬ ‫במוצק יש פחות חופש תנועה‪.‬‬ ‫נוזל מסודר יותר מגז כי לחלקיקים בנוזל יש‬ ‫פחות חופש תנועה‪.‬‬ ‫מדוע שונה השיפוע בגרף?‬ ‫‪Joul/k‬‬ ‫חומרים לרוב מסודרים יותר במוצק מאשר‬ ‫במצב מומס במים‪.‬‬

‫‪150‬‬ ‫‪100‬‬ ‫‪50‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪G‬‬

‫‪L‬‬

‫‪S‬‬

‫ב‪ .‬מבנה וחוזק הקשר‬ ‫במוצקים‬ ‫לא בתכנית‬

‫הסבר את נתוני הטבלה‬

‫החומר‬

‫‪Na‬‬

‫‪Mg‬‬

‫‪Al‬‬

‫‪MgO NaCl KCl‬‬

‫במוצק‬

‫האנטרופיה‬ ‫‪ J/ok‬למול‬

‫‪51‬‬

‫‪32.7‬‬

‫‪28‬‬

‫‪82.7‬‬

‫‪72.4‬‬

‫‪26.8‬‬

‫קשר יוני‬ ‫קשר‬ ‫מתכתי הקשר‪.‬עליה בחוזק הקשר‪.‬‬ ‫עליה בחוזק‬ ‫ירידה‬ ‫מדוע?‬ ‫ירידה?‬ ‫מדוע‬ ‫באנטרופיה‬ ‫באנטרופיה‬ ‫הסדר במוצק נקבע ע”י צורת האריזה וחוזק‬ ‫הקשר‪.‬‬ ‫ככל שהקשר חזק יותר המוצק מסודר יותר‬ ‫והאנטרופיה נמוכה יותר‪.‬‬

‫ג‪ .‬האנטרופיה התקנית של יונים‬ ‫ממוימים‬ ‫לא בתכנית‬ ‫היון‬ ‫הממוים‬ ‫‪S0‬‬ ‫‪J/0kmol‬‬

‫‪Li+‬‬

‫‪Na+‬‬

‫‪K+‬‬

‫‪Cl-‬‬

‫‪Br-‬‬

‫‪14.2‬‬

‫‪59.0‬‬

‫‪102.5‬‬

‫‪56.5‬‬

‫‪82.4‬‬

‫עליה ברדיוס‬ ‫היון‬ ‫בחוזק‬ ‫ירידה‬ ‫עליה‬ ‫המיום‬ ‫באנטרופיה‬

‫‪I‬‬‫‪113.3‬‬

‫עליה ברדיוס היון‬ ‫ירידה בחוזק‬ ‫באנטרופיה‬ ‫עליה המיום‬

‫ככל שהמיום חזק יותר האנטרופיה נמוכה‬ ‫יותר‪.‬‬ ‫למי מהיונים הממוימים הבאים אנטרופיה גבוהה יותר? נמק‬ ‫‪Mg2+‬‬

‫או ‪Na+‬‬

‫ד‪ .‬המסה המולרית בגזים‬ ‫אצילים‬ ‫החומר‬

‫‪He‬‬

‫‪Ne‬‬

‫‪Ar‬‬

‫‪Kr‬‬

‫‪Xe‬‬

‫‪S0 J/0kmol‬‬

‫‪126‬‬

‫‪146‬‬

‫‪155‬‬

‫‪164‬‬

‫‪169‬‬

‫הסבר את נתוני הטבלה‬

‫ככל שעולה המסה המולרית‬ ‫האנטרופיה גדלה‪ .‬יש יותר‬ ‫אלקטרונים נעים‪.‬‬

‫ה‪ .‬סיבוך המולקולות במצב‬ ‫גזי‬ ‫‪200‬‬ ‫‪150‬‬ ‫‪100‬‬ ‫‪So J/oKmol‬‬ ‫‪50‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪HF‬‬

‫‪Ne‬‬

‫‪193‬‬

‫‪189‬‬

‫‪174‬‬

‫‪146‬‬

‫‪0‬‬ ‫‪So J/oKmol‬‬

‫הסבר את נתוני הטבלה‬

‫עבור מצב צבירה גזי ומסה מולרית‬ ‫דומה‪ ,‬ככל שהמולקולה מורכבת מיותר‬ ‫אטומים האנטרופיה גבוהה יותר‪ .‬יש‬

‫ו‪ .‬האנטרופיה והטמפרטורה‬ ‫‪300‬‬ ‫‪250‬‬ ‫‪200‬‬ ‫‪150‬‬

‫האנטרופיה של שני‬ ‫חומרים שונים‪.‬‬ ‫הסבר את הנתונים‬

‫‪100‬‬ ‫‪50‬‬ ‫‪T oK‬‬

‫‪1500‬‬

‫‪1000‬‬

‫‪500‬‬

‫‪298‬‬

‫‪So J/oK‬‬

‫‪260‬‬ ‫‪282‬‬

‫‪245‬‬ ‫‪267‬‬

‫‪220‬‬ ‫‪241‬‬

‫‪200‬‬ ‫‪223‬‬

‫בחימום עולה האנטרופיה כי‬ ‫התנועה האקראית של‬

‫‪0‬‬

‫‪Q‬‬ ‫‪T‬‬

‫שינוי האנטרופיה של‬ ‫חומר‬ ‫מנוסחהזוניתןלהביןש‪ - S‬הוא שינוי האנטרופיה‬ ‫‪ ‬‬ ‫‪  ‬‬

‫= ‪∆S‬‬

‫בחומר מסוים כאשר מושקעת בו אנרגיה בשיעור‬ ‫‪ Q‬והוא מצוי בטמפ’ קבועה ‪ . T‬שינוי האנטרופיה‬ ‫לא תלוי בסוג החומר ובכמותו!‬

‫כמות אנרגיה קבועה תגרום לשינוי אנטרופיה גדול‬ ‫בטמפרטורה נמוכה ולשינוי אנטרופיה קטן‬ ‫בטמפרטורה גבוהה‪.‬‬ ‫בנוסחה זו ניתן להשתמש רק כאשר‬ ‫תוספת אנרגיה לא משנה את‬ ‫הטמפרטורה‪.‬‬ ‫צבירה של חומר‪.‬‬ ‫א‪ .‬בשינוי מצב‬ ‫ב‪ .‬כאשר מוסיפים כמות אנרגיה נתונה לכמות חומר‬ ‫גדולה מאד כך ששינוי הטמפרטורה זניח‪( .‬דוגמא‬ ‫‪-‬מעבירים ‪ 100‬ק’ ג’אול חום לכל הים התיכון)‪.‬‬

‫‪∆Hv‬‬ ‫‪Tv‬‬

‫‪ ∆ S‬לאידוי‬ ‫‪∆S = S2-S1‬‬

‫גז‬ ‫(‪)Sg2‬‬

‫= ‪∆Sv‬‬ ‫נוזל‬ ‫‪)lS(1‬‬

‫‪ ∆S‬לאידוי הוא תוספת האנטרופיה למול חומר כאשר‬ ‫הוספה לו אנתלפיית האידוי בטמפ‪ .‬האידוי‪ .‬היא מבטאת‬ ‫את הפרש הסדר בין הגז לנוזל‪ .‬כנ”ל לגבי ‪ S‬להיתוך‪.‬‬

‫‪ ∆ S‬לאידוי בחומרים שונים‬ ‫‪ S‬גז‬ ‫‪ S‬גז‬ ‫‪ S‬נוזל‬ ‫‪CH3COOH‬‬ ‫‪HF‬‬ ‫מימני בנוזל‬ ‫צברים בגז‬

‫‪ S‬גז‬ ‫‪∆S‬‬

‫‪∆S‬‬

‫‪∆S‬‬ ‫‪ S‬נוזל‬

‫‪ S‬נוזל‬

‫‪H2O‬‬

‫‪C6H14‬‬

‫מימני‬

‫ון‪-‬דר ולס‬

‫‪ ∆S‬המחושב לאידוי מלמד על סוג‬ ‫הקשרים בין חלקיקי החומר‪.‬‬

‫גרף חום אידוי ונקודת רתיחה‬ ‫•‬ ‫שיפוע‬ ‫מהו‬ ‫‪∆H‬‬ ‫העקומה?‬ ‫אנתלפי‬ ‫‪1‬‬ ‫ית‬ ‫• נתונים‬ ‫אידוי‬ ‫החומרים‪ :‬מים‪,‬‬ ‫‪2‬‬ ‫פחמן ארבע‬ ‫‪3‬‬ ‫כלורי‪ ,‬חומצה‬ ‫אצטית‪.‬‬ ‫‪T‬‬ ‫• מצא את‬ ‫העקומה ‪ - 2‬פחמן ארבע כלורי‪ - 3 ,‬חומצה אצטית‬ ‫תשובה‪ - 1 :‬מים‪,‬‬ ‫המתאימה‬ ‫לכל ‪ .‬למים ‪ S‬הגדול ביותר וכו’ ראה‬ ‫העקומה הוא ‪S‬‬ ‫הסבר‪ :‬שיפוע‬ ‫קודמת‪.‬‬ ‫שקופית‬ ‫הסבר!‬ ‫אחד‪.‬‬

‫שינוי האנטרופיה‬ ‫בתגובות‬ ‫• תוצרים (‪ --------< )S2‬מגיבים‬ ‫((‪S1‬‬ ‫‪∆S = S2 - S1‬‬ ‫• ערכי האנטרופיה‬ ‫התקנית למול תרכובת‬ ‫מצויים בספר הנתונים‪.‬‬ ‫• ישנה טבלה נפרדת‬ ‫ליסודות ובה נתונים ערכי‬

‫דוגמא ‪ -‬חישוב ‪S‬‬ ‫לתגובה‪.‬‬ ‫‪0‬‬

‫תוצרים (‪ --------< )S2‬מגיבים‬ ‫((‪S1‬‬ ‫‪∆S‬‬ ‫=‬ ‫‪S‬‬ ‫‬‫‪S‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪N + 3H -----> 2NH‬‬ ‫(‪3)g‬‬

‫נתונים למול‬ ‫מולקולות‪:‬‬

‫(‪2)g‬‬

‫‪192.5‬‬

‫‪130.6‬‬

‫‪K.J/mol‬‬

‫‪K.J/mol‬‬

‫(‪2)g‬‬

‫‪191.4‬‬ ‫‪K.J/mol‬‬

‫‪ -Σ‬תוצרים‪=ΣS0‬לתגובה‪∆S0‬‬ ‫מגיבים‪S0‬‬

‫‪∆S0 = 2x192.5-)191.4+‬‬ ‫‪3x130.6(= -198.2 J/0k‬‬ ‫‪2x‬‬

‫‪ - ∆ St‬האנטרופיה של התבל‬ ‫והחוק השני של‬ ‫התרמודינמיקה‬

‫‪∆St ≥0‬‬

‫כל תהליך ספונטני מלווה עליה באנטרופיה של התבל‪.‬‬ ‫במצב שיווי משקל אין שינוי באנטרופיה של התבל‪.‬‬ ‫עבור תגובה כימית‪:‬‬

‫סביבה‪ +∆S‬מערכת‪∆St = ∆S‬‬

‫מערכת ‪∆H‬‬ ‫‪T‬‬

‫‪∆S = −‬‬ ‫סביבה‬

‫מערכת‪∆H‬‬ ‫מערכת‪∆St = ∆S‬‬ ‫‪−‬‬ ‫‪T‬‬ ‫במשואה זו הובאו נתוני התבל‬ ‫בעזרת נתוני המערכת‬

‫‪ ∆St‬מהווה מדד להתרחשות תגובה‪ .‬ככל‬ ‫שהוא גדול יותר התגובה נוטה יותר‬ ‫להתרחש‪.‬‬ ‫מתרחשת ספונטנית‪.‬‬ ‫‪ - ∆St‬חיובי ‪ -‬התגובה‬ ‫‪ - ∆St‬שלילי ‪ -‬התגובה לא מתרחשת‬ ‫ספונטנית‪.‬‬ ‫‪ - ∆St‬אפס ‪ -‬מצב שיווי משקל‪.‬‬

‫הוכח שתערובת מוצק נוזל‬ ‫הנמצאת בטמפרטורת ההיתוך‬ ‫נמצאת במצב שיווי משקל!‬ ‫העזר בנוסחה‪:‬‬ ‫מערכת‪∆H‬‬ ‫מערכת‪∆St = ∆S‬‬ ‫‪−‬‬ ‫‪T‬‬ ‫פתרון ‪ -‬מציבים בנוסחה‪ ∆S ,‬מערכת שווה ל ‪∆H/T -‬‬ ‫מתקבל ‪S t= 0 ‬‬

‫‪ ∆ St‬כמדד‬ ‫להתרחשות‬ ‫תגובה‬ ‫מערכת‪∆H‬‬ ‫סביבה‪∆S‬‬ ‫‪=− T‬‬

‫סביבה‪ +∆S‬מערכת‪∆St = ∆S‬‬ ‫מגיבים‪ -ΣS0‬תוצרים‪=ΣS0‬לתגובה‪∆S0‬‬

‫שלושה מצבים שונים בהם תהיה עליה באנטרופיה של היקום ‪:‬‬

‫סוג‬ ‫התגובה‬

‫אקסותרמ‬ ‫ית‬ ‫אקסותרמ‬ ‫ית‬ ‫אנדותרמ‬ ‫ית‬

‫האנטרופ‬ ‫‪II‬‬ ‫‪I‬‬ ‫יה‬ ‫המערכ הסביבה‬ ‫עולה‬ ‫עולה‬ ‫ת‬ ‫יורד‬ ‫ת‬

‫עולה‬

‫עולה‬

‫יורד‬ ‫ת‬

‫היקום‬

‫עולה‬ ‫תמיד‬ ‫עולה‬ ‫אם ‪II
‫‪ - W‬העבודה 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= T∆St‬‬ ‫כל מערכת שעבורה ‪ St‬חיובי יכולה לבצע‬ ‫עבודה‪ .‬גם מערכת אנדותרמית אם היא מלווה‬ ‫עליה משמעותית באנטרופיה‪.‬‬

‫‪ - ∆ G‬השינוי באנרגיה החופשית ‪-‬‬ ‫האנרגיה הניתנת לניצול כעבודה‪.‬‬ ‫‪∆G = -Wmax‬‬ ‫‪Wmax = T∆St‬‬

‫(‪∆G = - T∆St = -T)∆S-∆H/T‬‬ ‫‪∆G = ∆H - T∆S‬‬ ‫מהנוסחה‪ ∆ G = -T∆ St :‬ניתן להסיק‬ ‫ש‪-‬‬

‫‪ ∆G>0‬התגובה לא מתרחשת ספונטנית‬ ‫‪ ∆G
‫‪ - ∆ G0‬האנרגיה החופשית בתנאי תקן‬ ‫‪ 1. ∆H 0∆S0‬המחושבים אינם תלויים בטמפרטורה‪.‬‬ ‫‪ .2‬ניתן לחשב בעזרתם את ‪ G0T‬לפי הנוסחה‪:‬‬ ‫‪∆G0T = ∆H0 - Τ∆S0‬‬ ‫‪ - ∆G0f‬האנרגיה החופשית בתגובה בה נוצרת תרכובת‬ ‫מיסודותיה היציבים בתנאי תקן‪ .‬עבור יסודות ‪=0∆G0f‬‬

‫דרכים לחישוב ‪G0‬‬ ‫‪ .1‬לפי‬ ‫הנתונים‬

‫‪G0f‬‬

‫מנתונים בספר‬

‫‪ ∆G0‬שיחושב בדרך זו יתאים רק ל‪-‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪∆G 0 =∑∆G 0f −∑∆G‬‬ ‫קלוין‪.‬‬ ‫‪298‬‬ ‫‪f‬‬ ‫מגיבי‬ ‫ם‬

‫תוצרים‬

‫תרגיל ‪ - 1‬חשב את ‪ G0‬השריפה של מתאן מנתוני ‪. G0f‬‬ ‫(‪CH4)g(+ 2O2)g(---> CO2)g(+2H2O)l‬‬

‫פתרון‬ ‫בשקף הבא‬

1 ‫פתרון תרגיל‬ CH4)g( + 2O2)g(---> CO2)g(+ 2H2O)l( ∆G0f k.j

-50.8

0

-394.4

2)-237.2(

∆G0 = -394.4 + 2)-237.2(-)-50.8( = -818 k.j

‫‪ .2‬עפ”י המשוואה‪:‬‬ ‫‪∆G0T =∆H0 -Τ∆S0‬‬ ‫החישוב מתאים לכל טמפרטורה ‪ .T‬מניחים‬ ‫ש‪ ∆H 0, ∆S0 -‬המחושבים לתנאי תקן אינם‬ ‫משתנים עם השינוי בטמפרטורה‪.‬‬ ‫תרגיל ‪ 2‬לדוגמא ‪ -‬חשב את ‪ G0‬לתגובת השריפה של‬ ‫מתאן ב‪ 0800 -‬קלווין‪( .‬פתרון בשקף הבא)‬

2 ‫פתרון תרגיל‬ CH4)g( + 2O2)g(---> CO2)g(+ 2H2O)l( ∆H0f k.j

-74.8

0

-393.5

-285.9*2

S j/0k

186.2

2*205

213.6

70*2

∆H0 = -393.50 - 285.9*2 + 74.8 = -890.5 k.j ∆S0 = 213.6 + 70*2 - 186.2 -2*205 = -242.6 j/0k

∆G0800= -890.5 - 800*)-242.6/1000( = -696.4 k.j

‫‪ .3‬בתאים חשמליים‪.‬‬ ‫מחשבים את ‪ Wmax‬לפי‬ ‫הנוסחה‪:‬‬ ‫‪Wmax =ZFE‬‬ ‫‪0‬‬ ‫רק‪G 0= - Z‬‬ ‫‪FE‬‬ ‫ואז‬ ‫מתאים‬ ‫החישוב‬

‫תא כסף‬ ‫נחושת‬ ‫‪Cu‬‬ ‫‪Ag‬‬

‫‪Ag+‬‬

‫‪Cu2++‬‬

‫לתנאי תקן‪.‬‬ ‫‪-Z‬מספר מולי אלקט’‬ ‫שעברו‬ ‫חישוב‬ ‫לדוגמה‪2Ag+)aq(+ Cu)s( <=< 2Ag)s(+ Cu2+)aq( F =:‬‬ ‫‪96500j/volt‬‬ ‫‪∆Go = -2x96500x0.46 = -88,788j = -88.788k.j‬‬

‫הנוסחה‪:‬‬

‫ת‬ ‫א‬ ‫ג ור‬ ‫ר‬ ‫פ‬ ‫י‬

‫‪∆G0T = ∆H0 - Τ∆S0‬‬

‫היא נוסחת ישר‪:‬‬

‫‪Y = aX + b‬‬

‫השיפוע‪:‬‬

‫נק’ המפגש עם ציר ‪:Y‬‬ ‫‪b =∆ H‬‬

‫‪a = -∆S‬‬

‫קיימות ‪ 4‬אפשרויות‪ ,‬הסבר!‬ ‫‪∆G0‬‬

‫‪∆G0‬‬

‫‪∆G0‬‬

‫‪∆G0‬‬

‫‪∆H0‬‬ ‫א‬

‫‪T‬‬

‫ב‬

‫ד‬

‫ג‬

‫‪∆H0‬‬

‫‪∆H0‬‬ ‫‪∆H0‬‬

‫התגובה תתרחש באזור בו ‪ G0‬שלילי‪ .‬מה יקרה כאשר אחד‬ ‫ממרכיבי המערכת ישנה את מצב הצבירה שלו?‬

‫עקומות ‪ G‬כפונקציה של‬ ‫הטמפרטורה וניתוחן‪.‬‬ ‫•‬

‫•‬ ‫•‬

‫‪0‬‬ ‫‪4Na + O2 ----> 2Na2O‬‬ ‫‪III‬‬ ‫‪b‬‬

‫‪II‬‬ ‫‪m‬‬

‫‪T /o K‬‬

‫‪I‬‬

‫‪∆Go kj/mol‬‬

‫•‬

‫מה מבטא שיפוע‬ ‫העקומה?‬ ‫נסח את התגובות‬ ‫המתאימות לאזורים‬ ‫השונים בגרף‪.‬‬ ‫הסבר את השינויים‬ ‫בשיפוע העקומה‪.‬‬ ‫מה לדעתך יהיה‬ ‫שיפוע העקומה‬ ‫בטמפרטורות גבוהות‬

‫תשובות‬ ‫• מה מבטא שיפוע העקומה? ‪ -∆S‬של התהליך‪.‬‬ ‫• נסח את התגובות המתאימות לאזורים השונים בגרף‪.‬‬ ‫(‪• )I( 4Na)s( + O2)g( ----> 2Na2O)s‬‬ ‫(‪• )II( 4Na)l( + O2)g(----> 2Na2O)s‬‬ ‫(‪• )III( 4Na)g(+ O2)g( ----> 2Na2O)s‬‬ ‫• הסבר את השינויים בשיפוע העקומה‪ .‬יש שבירה בעקומה‬ ‫בשל שינוי מצב צבירה של אחד ממרכיבי התגובה‪ .‬שינוי‬ ‫מצב הצבירה גורם לשינוי באנטרופיה של התגובה‪ .‬מאחר‬ ‫ש ‪ S‬של התגובה שלילי במצב (‪ )I‬שינויי מצב הצבירה‬ ‫במגיב גורמים לו להיות שלילי יותר ואז שיפוע העקומה‬ ‫נעשה חיובי יותר‪.‬‬ ‫מה לדעתך יהיה שיפוע העקומה בטמפי גבוהות בהם כל •‬ ‫החומרים גזים‪ .‬נמק‬ ‫‪2-‬‬

‫‪+‬‬

‫חישוב הטמפרטורה בה תתרחש‬ ‫התגובה‬ ‫‪∆G0 =∆H0 -Τ∆S0‬‬ ‫‪T‬‬

‫‪ ∆H0‬ו‪ 0∆S -‬בלתי תלויים בטמפ‪ .‬לכן ניתן‬ ‫לחשב בעזרתם את ‪ G0‬בכל טמפרטורה‪.‬‬ ‫‪∆H0 - Τ∆S0 > 0‬‬

‫‪ -‬התגובה נוטה למגיבים‬

‫‪∆H0 - Τ∆S0 < 0‬‬

‫‪ -‬התגובה נוטה לתוצרים‬

‫‪∆H0 - Τ∆S0 = 0‬‬

‫ מצב שיווי משקל ‪K=1‬‬‫כי הריכוזים תיקניים (‪ 1‬מולר)‪.‬‬ ‫קיימת רק טמפ’ שיווי משקל אחת‬ ‫עבורה ‪ G 0= 0‬בתנאי תקן‪.‬‬

‫השפעת שינוי טמפרטורה על ‪ K‬שיווי משקל‪,‬‬ ‫בראקציות בהן קיים ‪G0=0‬‬

‫במשוואה‪:‬‬

‫‪∆G0T =∆H0 -Τ∆S0‬‬

‫‪ T‬מכפיל את ‪ S0‬ולכן מגביר או ממזער השפעת גורם האנטרופיה‬ ‫בהתאם‪ .‬בטמפרטורה גבוהה גורם האנטרופיה משמעותי יותר‬ ‫מגורם האנתלפיה והפוך בטמפ’ נמוכה‪ .‬בטמפרטורה גבוהה‬ ‫תיטה התגובה לכיוון בו האי‪-‬סדר גדול ובטמפ’ נמוכה לכיוון‬ ‫מינימום אנרגיה‪.‬‬ ‫בתגובת שיווי משקל‪ ,‬בה הנטייה לאי סדר מכוונת את התגובה‬ ‫לכיוון הפוך מהנטייה למינימום אנרגיה‪ ,‬כשהטמפרטורה נמוכה‪,‬‬ ‫תיטה התגובה לכיוון האכסותרמי כי אז גורם האנתלפיה הוא‬ ‫הקובע‪ .‬ובטמפ’ גבוהה לכיוון האנדותרמי כי אז גורם האנטרופיה‬ ‫קובע‪( .‬בתגובה אנדותרמית בה שינוי האנטרופיה שלילי ואין בה‬ ‫מצב ש‪.‬מ‪ .‬חימום יגרום לתגובה להתרחש פחות!!!)‬

‫השפעת הטמפרטורה על מידת התרחשות התגובה ‪-‬‬ ‫הסבר גרפי‬

‫ התגובה מתרחשת‬‫ספונטנית ‪∆ G -‬שלילי‬

‫‪∆G‬‬

‫‪∆G‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪3‬‬

‫‪T‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪T‬‬

‫התגובה נוטה יותר להתרחש ככל שעולה‬ ‫הטמפ’‪.‬‬

‫התגובה נוטה פחות להתרחש ככל שעולה‬ ‫הטמפ’‪.‬‬

‫במקרה ‪ -3‬תגובה שיכולה להיות בשיווי‬ ‫משקל התגובה אנדו’ ותתרחש בטמפ’‬ ‫גבוהה מטמפ’ משיווי משקל‪.‬‬

‫במקרה ‪ - 2‬תגובה שיכולה להיות בשיווי‬ ‫משקל התגובה אקסו’ ותתרחש בטמפ’‬ ‫נמוכה מטמפ’ משיווי משקל‪.‬‬

‫במקרה ‪( - 4‬תגובה אקסו’) התגובה‬ ‫תתרחש בכל טמפ’‪ .‬בחימום תתרחש‬ ‫יותר‪.‬‬

‫במקרה ‪( - 1‬תגובה אנדו’) התגובה לא‬ ‫תתרחש בשום טמפ’‪ .‬בחימום תתרחש‬ ‫פחות‪.‬‬

‫‪1. 2C+ O2 --->2CO‬‬

‫תשובה ‪ -‬לא‪ .‬כדי שהתגובה בין‬ ‫פחמן ותחמוצת הנתרן תתרחש‬ ‫‪ G‬לתגובה ( ‪ ) -3 + 2‬צריך‬ ‫להיות שלילי‪ .‬זה קורה בטמפ’‬ ‫גבוהה משיווי משקל‪ -‬ממפגש‬ ‫העקומות‪ .‬אז העקומה ‪ 3‬גבוהה‬ ‫מ‪ 1 -‬או מ‪∆ G =∆G2-∆G3 . 2 -‬‬

‫‪2. C+ O2 ---> CO2‬‬

‫‪b‬‬ ‫‪m‬‬ ‫‪3. 4Na + O2 ----> 2Na2O‬‬

‫‪T /o K‬‬

‫‪0‬‬

‫‪∆Go kj/mol‬‬

‫האם פחמן יגיב עם תחמוצת נתרן‬ ‫בתנאי החדר? נמק תשובתך‬ ‫בהסתמך על הגרף הבא‪:‬‬ ‫(היכן על הגרף טמפ’ החדר?)‬

‫יציבות תרמודינמית של תרכובות‬ ‫א‪ .‬יציבות יחסית ליסודות‬ ‫תרכובת תהיה יותר יציבה יחסית ליסודותיה כאשר ‪G0f‬‬ ‫שלה נמוך יותר‪.‬‬ ‫‪NO‬‬ ‫מי יציב יותר יחסית ליסודותיו (‪ N2O4)g‬או (‪? 2)g‬‬

‫ב‪ .‬יציבות של תרכובת אחת יחסית לאחרת‪.‬‬ ‫(שתיהן מורכבות מאותם יסודות)‪.‬‬ ‫מי יציבה יותר יחסית לאחרת (‪ N2O4)g‬או (‪?NO2)g‬‬ ‫בודקים את ‪ G0‬לתהליך‪ :‬התגובה נוטה לכיוון התרכובת היציבה‪.‬‬ ‫(‪2NO2)g( -----> N2O4)g‬‬

‫יציבות קינטית של חומרים‬ ‫לתגובה מסוימת‬ ‫יציבות קינטית היא תוצאה של גודל אנרגיית השיפעול של‬ ‫התגובה‪ .‬כאשר אנרגית השיפעול גבוהה‪ ,‬יתכן שהתגובה לא‬ ‫תתרחש למרות ש‪ ∆G -‬שלה שלילי‪ .‬במקרה זה המגיבים‬ ‫יציבים קינטית‪.‬‬ ‫‪I‬‬

‫‪∆G‬‬

‫אנרגיית שיפעול גבוהה‬ ‫מגיבים‬ ‫תוצרים‬

‫עדיפות קינטית ועדיפות תרמודינמית של תגובה‪:‬‬ ‫בקרה קינטית ‪ -‬בקרה תרמודינמית‬ ‫כאשר מגיבים נתונים יכולים להגיב בתגובות שונות יכול להיווצר מצב‬ ‫בו אחת התגובות תהיה מועדפת מסיבות תרמודינמיות (‪∆ G‬לתגובה‬ ‫יותר שלילי) והשניה מועדפת מבחינה קינטית (אנרגית שיפעול נמוכה‬ ‫יותר)‪ .‬על איזו תגובה תשפיע יותר הוספת זרז?‬ ‫‪I‬‬ ‫לתגובה ‪II‬‬ ‫עדיפות‬ ‫קינטית‬ ‫תוצרים ‪II‬‬ ‫תוצרים ‪I‬‬ ‫התקדמות‬

‫‪II‬‬ ‫מגיבים‬ ‫לתגובה ‪I‬‬ ‫עדיפות‬ ‫תרמודינמי‬

‫‪∆G‬‬