אנתלפיה 2


אנתלפיה ושינוי אנתלפיה

אנתלפיה ושינוי אנתלפיה

כאשר מתרחש תהליך כלשהו, מלבד 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 בו מעבר האנרגיה הוא מהסביבה למערכת.
המערכת מקבלת/קולטת אנרגיה מהסביבה.
הסביבה מאבדת אנרגיה וחלה בסביבה (לפחות זו הקרובה למערכת) ירידה בטמפרטורה .
במערכת המגיבים, שקיבלו/קלטו אנרגיה, עלו ברמת האנרגיה הפנימית שלהם והפכו לתוצרים, שלהם אנרגיה פנימית גדולה יותר.
נוכל לתאר זאת באופן הבא :
שינויים באנרגיה הפנימית מצב 1
מצב שני – מצב בו חל מעבר אנרגיה מהמערכת לסביבה.
המערכת פולטת/מוסרת אנרגיה לסביבה.
הסביבה מקבלת אנרגיה וחלה בסביבה (לפחות הקרובה למערכת) עליה בטמפרטורה .
במערכת המגיבים שפלטו/ מסרו אנרגיה, ירדו ברמת האנרגיה הפנימית שלהם, והפכו לתוצרים, שלהם אנרגיה פנימית קטנה יותר.
שינויים באנרגיה הפנימית מצב 2
במערכות / תגובות שמתרחשות בלחץ קבוע ניתן לקרוא לאנרגיה הפנימית אנתלפיה .

אנתלפיה מסומנת באות H.

כשאנו בוחנים מערכות כאלה, אנו מעוניינים בעיקר בשינוי באנרגיה הפנימית הנובע משינוי האנרגיה הפוטנציאלית משינויים החלים עקב שבירה ויצירה של קשרים כימיים או בין מולקולריים, וכפי שנקרא לו מעכשיו השינוי באנתלפיה של התגובה ΔH° .
העיגול הקטן המוצמד ל- ΔH מציין שמדובר במערכת הנמצאת במצב תקני.
השינוי באנתלפיה הוא ההפרש בין האנתלפיה של התוצרים לאנתלפיה של המגיבים .
כך שאם נסמן באופן כללי את האנתלפיה של המגיבים ב- H1 ואת האנתלפיה של התוצרים ב- H2 , ההפרש באנתלפיה משמע ΔH° יהיה שווה

ΔH° = H2 – H1

 

כעת בואו ונחזור לשני המצבים שדיברנו עליהם

המצב הראשון, היה מצב בו חלה עליה באנרגיה הפנימית, או כפי שנאמר כעת חלה עליה 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, שבהם שינוי האנתלפיה גדול מ-0, או שחלה באנתלפיה של המערכת עליה, נקראות תגובות אנדותרמיות (endo), האנרגיה עוברת מהסביבה למערכת .

המצב השני היה מצב בו 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, שבהם שינוי האנתלפיה קטן מ-0, או שחלה באנתלפיה של המערכת ירידה, נקראות תגובות אקסותרמיות (exo),  האנרגיה עוברת מהמערכת לסביבה.

נסכם כעת,
בתהליכים המתרחשים בלחץ קבוע השינוי באנרגיה הפנימית נקרא שינוי באנתלפיה ΔH°.
מערכות בהם חלה עליה באנתלפיה נקראות תגובות אנדותרמיות, בתגובות אלא לתוצרים יש יותר אנרגיה מאשר למגיבים.
מערכות בהם חלה ירידה באנתלפיה נקראות תגובות אקסותרמיות, בתגובות אלא לתוצרים יש פחות אנרגיה מאשר למגיבים.

למשל, עבור התגובה

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

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

ועבור התגובה

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

ניתן לומר שמדובר בתגובה 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 קבלה אנרגיה מהמערכת, זאת אומרת שהתגובה היא אקסותרמית.
    אם טמפרטורת הסביבה ירדה, אז היא העבירה אנרגיה למערכת, ולכן המערכת היא אנדותרמית.
  3. תהליכים בהם ניתקים קשרים (לא משנה אם הם בין מולקולרים או תוך מולקולריים), יש להשקיע בהם אנרגיה, הם תהליכים אנדותרמיים.
    תהליכים בהם נוצרים קשרים, נפלטת בהם אנרגיה והם אקסותרמיים.
  4. תהליכי שריפה של פחמימנים הם אקסותרמיים.
  5. בתהליכים בהם גם נשברים וגם נוצרים קשרים ואין נתונים על הסביבה, לא נוכל לקבוע בוודאות האם 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 עליה 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 לב ♥ 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 שבהקשר לאנרגיה , 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 שלו 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. או שינוי האנרגיה במערכת הוא עליה ב- 206.1kJ.
שימו לב ♥ שכמות האנרגיה הנתונה, כערכו של ΔH° , מתייחסת לכמויות המולים על פי מקדמי המשוואה.
כך שלמשל, 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.