חוק הס   עודכן לאחרונה!


חוק הס

אחת מהדרכים לדעת מה סימנו וערכו של ΔHº או מהו שינוי האנתלפיה בתגובה מסוימת, היא לחשב את ערכו .
ישנן מספר דרכים לחשב את ערכו של ΔHº (שינוי האנתלפיה) עבור תהליך כלשהו. אחת מהדרכים היא שימוש בחוק הס.

חוק הס קובע, ששינוי אנתלפיה במערכת כלשהי תלוי אך ורק בהפרש האנתלפיה בין התוצרים והמגיבים באותה המערכת.

כך שאם ניקח מספר תהליכים, שהסיכום שלהם נותן את המערכת הנתונה, ונסכם את ערכי ה- ΔHº נקבל את ערך ה-ΔHº של התהליך הרצוי.
למשל, ידוע ש:

A(s)    →    A(ℓ)       ΔH°= 20kJ     .I
A(ℓ)    →    A(g)       ΔH°= 50kJ    .II

אם נרצה לחשב את שינוי האנתלפיה (°ΔH) עבור התהליך :

A(s)    →    A(g)   . III

נוכל לבצע סיכום של שני התהליכים הנתונים:
צמצום משוואות
שימו ♥ שבסיכום בצד שמאל מופיעים כל המרכיבים שהיו בצד שמאל בניסוחי התגובה, ובצד ימין בסיכום, מופיעים כל המרכיבים שהיו בצד ימין בניסוחי התגובה.
מותר, וצריך כעת, לצמצם כל מה שאפשר (עשינו זאת בעזרת ) בדיוק כמו שעושים במשוואות מתמטיות. והתוצאה שהתקבלה היא התהליך המבוקש:

A(s)    →    A(g)

ועבורו:

ΔH°= 50kJ + 20kJ = 70kJ

וזהו ערך שינוי האנתלפיה עבור התהליך המבוקש.

בואו נראה את זה בעוד דרך אחת, בעזרת הצגה גרפית:

ראשית, נציג גרפית את תהליך I:
הצגה גרפית תהליך I
וכעת, נוסיף את תהליך II
גרף של שני התהליכים
מתוך הגרף, ניתן לראות את התהליך השלישי, שהוא חיבור של תהליכים I ו- II. התהליך השלישי הוא התהליך הרצוי, זה שרצינו לחשב עבורו את שינוי האנתלפיה.

סכום התהליכיםבגרף זה ,מתואר באדום, ניתן לראות שהתהליך המבוקש הוא סכום שני התהליכים הנתונים.

לפני שנמשיך לדוגמאות נוספות הקשורות לחוק הס נציין כי

מותר לבצע סיכום של מספר תהליכים בכימיה, להפוך ניסוח של תהליך, לכפול תהליך. כל פעולה מתמטית שנעשה לתהליך, נעשה גם לערך ה- ΔHº של התהליך, כי הרי האנרגיה היא גודל תלוי כמות.

אם נסכום מספר תהליכים, נסכום גם את ערכי ה- ΔHº שלהם, כפי שעשינו בדוגמה מעל.
אם נכפיל תהליך בערך מסוים, נכפיל את ה- ΔHº באותו הערך.

למשל, נתון ש:

A(s)    →    A(ℓ)       ΔHº= 20kJ

אם נכפול את התהליך פי 3 למשל, נקבל:

3A(s)    →    3A(ℓ)       ΔHº= 3x20kJ=60kJ

אם נהפוך תהליך נכפול את ה- ΔHº שלו ב- 1- .

נתון

A(s)    →    A(ℓ)         ΔHº= 20kJ

והתהליך ההפוך:

A(ℓ)    →    A(s)       ΔHº= 1x20kJ= -20kJ

את הדוגמה הזו נדגים גם בעזרת גרף .

אם ידוע שעבור התהליך

A(s)    →    A(ℓ)         ΔHº= 20kJ

הגרף המתאר אותה הוא:
הצגה גרפית תהליך Iאז עבור התהליך ההפוך:

A(ℓ)        A(s)

חוק-הס-5 תהליך הפוך

זה בדיוק אותו ערך בגודלו המוחלט. ההבדל הוא בסימן שבמקרה הוא שלילי ונקבל 20kJ- .
שימו לב לחץ האדום שמתאר את התהליך ההפוך וזכרו שהחץ בגרף הוא בעצם כמו החץ בתהליך. תחילת החץ במגיבים וסוף החץ בתוצרים . במקרה זה גודל החץ זהה בשני הכיוונים כי אלה תגובות הפוכות זו לזו. לכן, ההבדל הוא רק בסימן של ערך האנתלפיה (ΔHº).

נראה כעת מספר דוגמאות לחישוב שינוי אנתלפיית תהליך בעזרת חוק הס.

נתונות התגובות הבאות:

1/8S8(s) + O2(g)    →    SO2(g)        ΔHº1 = -296.9 kJ .I
1/8S8(s) + 3/2O2(g)    →    SO3(ℓ)       ΔHº2 = -395.4 kJ .II

חשב את שינוי האנתלפיה עבור התגובה

SO2(g) + 1/2O2(g)    →    SO3(ℓ)          ΔHº3 = ? kJ . III

להלן השלבים לפתרון השאלה:

  1. ראשית נתבונן בתגובה שיש לחשב עבורה את שינוי האנתלפיה, ונבחר לפי הסדר משמאל לימין את החומר הראשון, במקרה זה החומר SO2(g).
  2. נבדוק היכן מופיע החומר הזה בתגובות הנתונות: החומר SO2(g) נמצא בתגובה ה- I.
  3. נבדוק שני דברים נוספים:
    • האם הוא נמצא באותו הצד (הימני או השמאלי), כמו שאנו צריכים אותו בתגובה הסופית?
    • האם הוא נמצא עם אותו המקדם?

החומר SO2(g) לא נמצא בתגובה I בצד הרצוי. הוא מופיע בצד הימני צד ההתוצרים, בעוד שבתגובה שאנו רוצים לחשב עבורו את שינוי האנתלפיה, הוא נמצא במגיבים בצד הימני. לכן, נצטרך לרשום את תגובה I מחדש בסדר הפוך כלומר לנסח את התגובה ההפוכה. זאת אומרת, לכפול אותה ב- 1- ולכן גם את שינוי האנתלפיה שלה נכפול ב- 1-.

SO2(g)    →    1/8S8(s) + O2(g)            ΔHº4 = 296.9 kJ . IV

  1. נעבור למרכיב הבא החמצן O2(g). כיוון שהחמצן מופיע בשני התגובות הנתונות (גם בראשונה וגם בשנייה), לא נתייחס אליו בשלב הזה.
  2. נעבור לחומר הבא SO3(ℓ). חומר זה נמצא בתגובה השנייה. שוב נבדוק אם הוא נמצא בצד רצוי של התגובה (ימין או שמאל) והאם המקדם שלו זהה למקדם שלו בתגובה שרוצים לחשב עבורה את שינוי האנתלפיה.

במקרה זה החומר SO3(ℓ) נמצא גם בצד הרצוי (התוצרים) ועם המקדם הרצוי שהוא 1. לכן לא נשנה את תגובה II.

  1. כעת נעתיק את שתי התגובות אחד מתחת לשנייה ונסכם אותן.

שימו לב שניתן לצמצם מרכיבים זהים הנמצאים משני צידי החצים ולכן ניתן לצמצם לחלוטין את הגופרית 1/8S8(s), ואילו את החמצן O2(g) , שבצד אחד יש המקדם שלו 1.5 ובצד השני המקדם שלו 1, נוכל לצמצם באופן חלקי כך שישאר בצד שמאל של התגובה מקדם 0.5 לחמצן.
חוק-הס-6 - חיבור וצמצום משוואותנחזור על השלבים:

  1. בוחרים את אחד החומרים הנמצאים בתגובה שעבורו רוצים לחשב את שינוי האנתלפיה. אם אפשר יש לבחור בחומרים שמופיעיםרק בתגובה אחת מהתגובות הנתונות.
  2. בודקים שהחומר שבחרנו נמצא בצד הנכון. זאת אומרת, שבתגובה שבה הוא מופיע, הוא באותו הצד כמו בתגובה שאנו רוצים לחשב עבורה את שינוי האנתלפיה. אם לא, יש להפוך את התגובה. כמובן שאם הופכים את התגובה, יש לשנות את סימנו של שינוי האנתלפיה (לכפול ב- 1-) של התגובה.
  3. בודקים שהמקדם של החומר שבחרנו בתגובה הנתונה, הוא כמו המקדם שלו בתגובה שאנו רוצים לחשב עבורה את שינוי האנתלפיה. אם לא, יש לכפול את התגובה הנתונה כדי שיתקבל מקדם תואם. כמובן שאם כופלים את התגובה יש לכפול גם את שינוי האנתלפיה עבור אותה התגובה .
  4. יש לסכום את התגובות, ולצמצם מרכיבים הנמצאים משני צידי התגובה. לוודא שמתקבלת התגובה הרצויה, וכן לסכום את ערכי שינוי האנתלפיה של התגובות. אז נקבל את ערך שינוי האנתלפיה עבור התגובה הרצויה.

ניתן להציג את הדוגמה שתיארנו לעיל גם בהצגה גרפית באופן הבא:

נציין שאם מדובר בתגובות שרק מכפילים אותן ב-1 (נשארות כמו שהן) או ב- 1- (הופכים תגובה), ניתן לתאר בהצגה הגרפית את התגובות המקוריות לפני ההפיכה שלהן וזה לא ישנה בפתרון.
נתאר בשלבים את התגובה שאותו הדגמנו:
בשלב הראשון נתאר את אחת מהתגובות

SO2(g)    →    1/8S8(s) + O2(g)            ΔHº4 = 296.9 kJ . IV

חוק-הס-7 - תיאור גרפי תהליך IV

כעת, נרצה להוסיף את תגובה III לתיאור הגרפי.
שימו ♥ שבתגובה III  יש מגיבים דומים, ההבדל הוא רק בעוד 1/2O2.
כדי לעקוף את השוני במקדמים, נוסיף לתגובה שכבר תיארנו כעת 1/2O2 , גם במגיבים וגם בתוצרים. הגרף כעת ייראה כך :

 חוק-הס-8 - תהליך IV עם תוספת 0.5O2

כיוון שהוספנו את אותו המרכיב גם למגיבים וגם לתוצרים, ההפרש באנרגיה הפנימית (באנתלפיה) לא השתנה.

זה כמו במשוואה מתמטית שמוסיפים לשני צדי התהליך אותו מרכיב.
לדוגמה :
X + 4 = 10
או
X + 4 +3 = 10 + 3

כעת מופיעים בגרף המגיבים של תגובה II ונוכל להוסיף אותה לגרף
חוק-הס-9 - הוספת תהליך II לגרף
מיקמנו את SO3(ℓ) מתחת ל- SO2(g) + 1/2O2(g), כי ערך החץ האדום הוא 393.5, ואילו החץ הכחול הוא רק 296.9.

כעת נוכל לחשב ולראות גם בגרף את התגובה הרצויה, התגובה שאנו מחפשים עבורה את שינוי האנתלפיה. תגובה זו תסומן בצבע ירוק :

חוק-הס-10 - סימון שינוי האנתלפיה עבור התהליך הרצוי

כיוון שהתגובה שעבורה אנו רוצים לחשב את שינוי האנתלפיה היא:

SO2(g) + 1/2O2(g)    →    SO3(ℓ)

החץ בגרף מתחיל מ- SO2(g) + 1/2O2(g) ומופנה ל- SO3(ℓ) .
כיוון שכיוון החץ הוא כלפי מטה, ניתן לקבוע שהתגובה היא אקסותרמית. לתוצרים יש אנרגיה פנימית קטנה מהמגיבים.
ערך האנרגיה הוא על-פי גודל החיצים. אורך החץ הכחול ועוד אורך החץ הירוק שווים לאורך החץ האדום. ולכן ערכו של החץ הירוק הוא :
395.4 – 296.9 = 98.5
אבל עם סימן – ולכן שינוי האנתלפיה עבור תגובה זו הוא 98.5kJ-.
סביר להניח שלא תתבקשו להציג גרפית פתרון של חוק הס. בשיעור הזה אנו נדגים כמה תרגילים עם פתרון המכיל הצגה גרפית.

המשך התוכן בעמוד זה למנויים בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

לרכישת מנוי לחץ כאן