אנתלפיה 2


אנתלפיה ושינוי אנתלפיה

אנתלפיה ושינוי אנתלפיה

כאשר מתרחש תהליך כלשהו, ישנם שינויים בהרכבי החומרים בתהליך ו/או שינויים במצבי הצבירה של החומרים. התהליך מלווה גם בשינוי אנרגיה.

תוצרים   →   מגיבים

ישנם שני מצבים אפשריים :
מצב ראשון – מצב שבו מעבר האנרגיה הוא מהסביבה למערכת.
המערכת מקבלת/קולטת אנרגיה מהסביבה.
הסביבה מאבדת אנרגיה וחלה בסביבה (לפחות זו הקרובה למערכת) ירידה בטמפרטורה .
במערכת המגיבים, המגיבים קיבלו/קלטו אנרגיה, עלו ברמת האנרגיה הפנימית שלהם והפכו לתוצרים, שלהם אנרגיה פנימית גדולה יותר.
נוכל לתאר זאת באופן הבא :

אנתלפיה-ושינוי-אנתלפיה-1
מצב שני – מצב שבו חל מעבר אנרגיה מהמערכת לסביבה.
המערכת פולטת/מוסרת אנרגיה לסביבה.
הסביבה מקבלת אנרגיה וחלה בסביבה (לפחות הקרובה למערכת) עליה בטמפרטורה .
במערכת המגיבים, המגיבים פלטו/מסרו אנרגיה, ירדו ברמת האנרגיה הפנימית שלהם, והפכו לתוצרים, שלהם אנרגיה פנימית קטנה יותר.

שינויים באנרגיה הפנימית מצב 2
אנו נוהגים לחשב עבור מערכות שונות את שינוי האנרגיה שחל בהם בלחץ קבוע. לשינוי אנרגיה זה אנו קוראים אנתלפיה .

אנתלפיה מסומנת באות H.

אנו מעוניינים בשינוי האנתלפיה החל עקב שבירה ויצירה של קשרים כימיים או אינטראקציות בין מולקולריות.
נהוג לייצג את שינוי האנתלפיה באופן הבא: ΔH°.
העיגול הקטן המוצמד ל- ΔH מציין שמדובר במערכת הנמצאת במצב תקני.
השינוי באנתלפיה הוא ההפרש בין האנתלפיה של התוצרים לאנתלפיה של המגיבים .
אם נסמן באופן כללי את האנתלפיה של המגיבים ב- H1 ואת האנתלפיה של התוצרים ב- H2 , ההפרש באנתלפיה משמע ΔH° יהיה שווה ל:

ΔH° = H2 – H1

 

כעת בואו ונחזור לשני המצבים שדיברנו עליהם.

המצב הראשון היה מצב שבו חלה עלייה באנרגיה הפנימית או כפי שנאמר כעת חלה עלייה באנתלפיה של המערכת ולכן:

עליה באנתלפיה הפנימית
במערכת כזו כפי שרואים בגרף לתוצרים אנתלפיה גדולה יותר מהמגיבים, ולכן שינוי האנתלפיה יהיה גדול מ- 0
ΔH°>O
מערכות כאלה, שבהן שינוי האנתלפיה גדול מ-0, או שחלה עלייה באנתלפיה של המערכת, נקראות תגובות אנדותרמיות (endo). בתגובות אלו האנרגיה עוברת מהסביבה למערכת .

המצב השני היה מצב שבו חלה ירידה באנרגיה הפנימית, או כפי שנאמר כעת חלה ירידה באנתלפיה של המערכת ולכן:

ירידה באנתלפיה של המערכת
במערכת כזו, כפי שרואים בגרף, לתוצרים אנתלפיה נמוכה יותר מהמגיבים, ולכן שינוי האנתלפיה יהיה קטן מ- 0
ΔH°<O
מערכות כאלה, שבהן שינוי האנתלפיה קטן מ-0, או שחלה ירידה באנתלפיה של המערכת, נקראות תגובות אקסותרמיות (exo). בתגובות אלו האנרגיה עוברת מהמערכת לסביבה.

נסכם כעת:
מערכות שבהן חלה עלייה באנתלפיה נקראות תגובות אנדותרמיות. בתגובות אלה לתוצרים יש יותר אנרגיה בהשוואה למגיבים.
מערכות שבהן חלה ירידה באנתלפיה נקראות תגובות אקסותרמיות. בתגובות אלה לתוצרים יש פחות אנרגיה בהשוואה למגיבים.

למשל, עבור התגובה

CH4(g) + H2O(g)    →    CO(g) + 3H2(g)        ΔH° = 206.1kJ

ניתן לומר שמדובר בתגובה אנדותרמית. חלה בה עלייה באנרגיה של המערכת.
התגובה היא תגובה אנדותרמית כי ΔH°>O.

התגובה

3H2(g) + N2(g)    →    2NH3(g)        ΔH° = -92.4kJ

היא תגובה אקסותרמית. חלה בה ירידה באנרגיה של המערכת.
התגובה היא תגובה אקסותרמית כי ΔH°<O

כיצד נוכל לדעת האם התהליך הוא אנדותרמי או אקסותרמי?

  1. אם יהיה נתון ערכו של שינוי האנתלפיה בתהליך נוכל לדעת האם התהליך הוא אקסותרמי או אנדותרמי.
  2. על-פי הסביבה: אם טמפרטורת הסביבה עולה, היא קיבלה אנרגיה מהמערכת, זאת אומרת שהתגובה היא אקסותרמית.
    אם טמפרטורת הסביבה ירדה, אז היא העבירה אנרגיה למערכת, ולכן המערכת היא אנדותרמית.
  3. תהליכים שבהם ניתקים קשרים (בין-מולקולריים או תוך-מולקולריים) יש להשקיע בהם אנרגיה. כלומר, תהליכים שבהם ניתקים קשרים הם תהליכים אנדותרמיים.
    תהליכים שבהם נוצרים קשרים נפלטת בהם אנרגיה. זאת אומרת שתהליכים שבהם נוצרים קשרים הם תהליכים אקסותרמיים.
  4. תהליכי שריפה של פחמימנים הם אקסותרמיים.
  5. בתהליכים שבהם נשברים וגם נוצרים קשרים ואין נתונים על הסביבה, לא נוכל לקבוע בוודאות אם התהליך הוא אקסותרמי או אנדותרמי. כדי לדעת מה סוג התהליך, נצטרך לחשב את ערכו של שינוי האנתלפיה עבור התהליך, ואת זה נלמד בהמשך (התייחסויות ודוגמאות מפורטות בהמשך).

אז מהי משמעות הערך של שינוי האנתלפיה עבור התהליך, ומה ניתן לחשב בעזרת שינוי האנתלפיה של התהליך? נראה בדוגמאות הבאות.
נתונה התגובה :

CH4(g) + H2O(g)    →    CO(g) + 3H2(g)          ΔH° = 206.1kJ

מהי המשמעות של מה שנרשם בניסוח הנתון?
ראשית, ניתן להסיק שמדובר בתגובה אנדותרמית, כי שינוי האנתלפיה עבור התגובה °ΔH גדול מ-0.
ניתן גם לומר שלתוצרים יש אנרגיה פנימית גדולה יותר מהמגיבים או שחלה עלייה באנרגיה של המערכת כי בתהליך אנדותרמי מועברת אנרגיה מהסביבה למערכת. המערכת קולטת/מקבלת אנרגיה.
ניתן לומר גם שבסביבה חלה ירידה בטמפרטורה.
ניתן לצייר גרף לתהליך הנתון באופן הבא:

שינוי אנתלפיה בתהליך תרשים
שימו ♥ שהגרף בעצמו הוא סוג של ניסוח התהליך, כי מופיע בו חץ. תחילת החץ תמיד תאפיין את המגיבים, וסוף החץ את התוצרים.

וכעת, נתייחס גם לחלק הכמותי כי הרי כבר אמרנו שכמות האנרגיה תלויה גם בכמות החומר, ולכן גם שינוי האנרגיה תלוי בכמות החומרים המגיבים או נוצרים.

שוב, כשנתבונן בתגובה

1CH4(g) + 1H2O(g)    →    1CO(g) + 3H2(g)                ΔH° = 206.1kJ

ובניסוח שלה נוכל לומר את הדבר הבא :
כשמגיבים 1מול CH4(g) עם 1 מול H2O(g) , ונוצרים 1 מול CO(g) ו- 3 מול H2(g) , כמות האנרגיה הנקלטת (כי מדובר בתגובה אנדותרמית), היא 206.1kJ. שינוי האנרגיה במערכת הוא עלייה ב- 206.1kJ.
שימו ♥ שכמות האנרגיה הנתונה, כערכו של ΔH° מתייחסת לכמויות המולים על-פי מקדמי המשוואה.
אם במקום 1 מול של CH4(g) ניקח 2 מול מהחומר הזה, ונגיב אותם עם כמות מתאימה של מולים מהחומר H2O(g), כמות האנרגיה שתיקלט תהיה בדיוק כפולה מ- 206.1, כי כמות המולים שהגיבה היא פי 2.
כלל זה נכון עבור כל כמות שתגיב יחסית למקדם של אותו החומר בתהליך.

המשך התוכן בעמוד זה למנויים בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

לרכישת מנוי לחץ כאן


2 מחשבות על “אנתלפיה

  • אילה צימט

    יש טעות בגרף של שריפת פרופן המים בטעות ב2 התגובות במצב צבירה גזי. בגרף 2 המים במצב נוזלי.

סגור לתגובות.