חישוב אנתלפיה של תהליך


חישוב אנתלפיה של תהליך בעזרת אנתלפיית קשר

בשיעור הקודם הכרנו את משמעות המושג אנתלפיית קשר / אנרגיית קשר .
כעת, נראה איך בעזרת ערכי אנתלפיות קשר/ אנרגיית הקשר, ניתן לחשב את שינוי האנתלפיה ΔHº של תגובה כלשהי.
למעשה, כפי שנראה עוד מעט, נשתמש בהגדרות אנרגיית קשר ונשלב אותן עם חוק הס שכבר נלמד. נראה שניתן לחשב את שינוי האנתלפיה עבור התגובה בעזרת ההגדרות וחוק הס.
נציין כאן שהנתונים שנקבל בשאלות מתייחסים לאנתלפיות קשר ממוצעות או בעלות ערכים מקורבים ולכן החישובים שנעשה אינם מדויקים לחלוטין. אבל בלימודי הכימיה לבגרות לא נידרש לרמה מדוייקת יותר של החישובים ולכן נסתפק בנתונים אלו.

נתונה התגובה הבאה:

H2(g) + Cℓ2(g)    →    2HCℓ(g)

וכן נתונה הטבלה הבאה שבה אנתלפיות הקשר הבאות:

הקשר אנתלפיית הקשר  kJ/moℓ
H—H 436
Cℓ—Cℓ 242
H—Cℓ 431

מהו שינוי האנתלפיה עבור התגובה?

H2(g) + Cℓ2(g)    →    2HCℓ(g)        ΔH° = kJ ?

בשלב הראשון ננסח תגובה לכל ערך של אנתלפיית קשר:

I.    H2(g)    →    2H(g)                      ΔH°= 436kJ
II.   Cℓ2(g)    →     2Cℓ(g)                  ΔH°= 242kJ
III.  HCℓ(g)    →     H(g) + Cℓ(g)         ΔH°= 431kJ

היחידות המופיעות עבור הנתונים הם kJ, אבל הם יכולות להירשם גם כ- kJ/moℓ, כי הדוגמאות הנתונות מתארות רק פירוק של מול אחד של קשרים.
כעת, נראה בתיאור מפורט איך מגיעים לנוסחה שתאפשר לנו לחשב את שינוי האנתלפיה עבור תהליך בעזרת אנתלפיות קשר.
בהמשך לא נצטרך לפרט את כל הדרך ונראה איך ניתן לעבוד באופן מקוצר שיאפשר לחשב את שינוי האנתלפיה עבור התגובה.
כעת, נעבוד על-פי העקרונות שלמדנו בחישוב על-פי חוק הס, ונראה מה אנו צריכים לעשות עם ניסוח התגובה הנתונים לתהליכים, כדי להגיע בסיכומו של דבר לתגובה הרצויה:

H2(g) + Cℓ2(g)    →    2HCℓ(g)        ΔH° = kJ ?

את התגובה הראשונה והשנייה יש להשאיר כמו שהם, ואת התגובה השלישית יש להפוך ולכפול ב-2 (כמובן שגם את הערך של שינוי האנתלפיה). נוכל לסכם:

I.    H2(g)    →    2H(g)                            ΔH°= 436kJ
II.   Cℓ2(g)    →     2Cℓ(g)                        ΔH°= 242kJ
III.  2H(g) + 2Cℓ(g)    →     2HCℓ(g)        ΔH°= -862kJ


       H2(g) + Cℓ2(g)    →    2HCℓ(g)          ΔH° = -184kJ

שימו לב שבפעולת הסיכום התרגיל נראה כך:

436 + 242 – 862 = -184kJ

סכום אנתלפיית הקשר של המגיבים.
סכום אנתלפיית הקשר של התוצרים.

ניתן לבטא את מה שעשינו כאן בעזרת נוסחה, שמאפשרת לחשב את שינוי האנתלפיה של כל תהליך באופן הבא:

ΔH° = ∑ΔH°(קשר במגיבים) – ∑ΔH°(קשר בתוצרים)

הסימן ∑ משמעותו סכום.
מיד נחזור לנוסחה הנתונה ונתייחס למשמעות שלה.

באופן כללי עבור כל תהליך שהוא בעצם מורכב משני שלבים:
השלב הראשון הוא שלב בו מפרקים את כל הקשרים במגיבים והופכים את כל החומרים שבמגיבים לאטומים בודדים במצב גז. שלב זה הוא שלב שבו מושקעת אנרגיה לפירוק הקשרים וזהו שלב אנדותרמי.
השלב השני הוא שלב בו מאותם האטומים שקיבלנו, אנו יוצרים קשרים חדשים של כל החומרים בתוצרים. בשלב הזה נפלטת אנרגיה וזהו שלב אקסותרמי.

הדבר דומה למצב שבו יש לנו מבנה עשוי קוביות לגו ואנו רוצים לבנות מבנה חדש. כדי לעבור ממבנה אחד לשני, אנו צריכים לפרק את חתיכות הלגו אחת מהשנייה (כמו לשבור קשרים בין אטומים ליצירת אטומים בודדים), ואז להרכיב מחדש (כמו ליצור קשרים בין אטומים).

ואם נחזור לנוסחה היא גם מכילה שני חלקים:
בחלק השמאלי אנו סוכמים את האנרגיה הנדרשת כדי לפרק את כל הקשרים במגיבים. בחלק זה האנרגיה מושקעת וזהו השלב האנדותרמי בתהליך חישוב האנרגיה.
בחלק הימני אנו סוכמים את כל האנרגיה שתשתחרר בזמן יצירת הקשרים שבתוצרים. בחלק זה נפלטת אנרגיה וזהו השלב האקסותרמי בתהליך.
כיוון שבחלק הימני נוצרים קשרים ונפלטת אנרגיה יש סימן מינוס "-" לפני סכום האנתלפיות של התוצרים.

כיצד עובדים עם הנוסחה?

נחזור לדוגמה שכבר פתרנו.
נתונה התגובה הבאה:

H2(g) + Cℓ2(g)    →    2HCℓ(g)

וכן נתונה הטבלה הבאה שבה אנתלפיות הקשר הבאות:

הקשר אנתלפיית הקשר  kJ/moℓ
H—H 436
Cℓ—Cℓ 242
H—Cℓ 431

מהו שינוי האנתלפיה עבור התגובה הבאה?

H2(g) + Cℓ2(g)    →    2HCℓ(g)        ΔH° = kJ ?

נשים ♥ שכל החומרים הנתונים בתהליך הם במצב גז, אחרת לא ניתן לערוך את החישוב על-פי אנתלפיית קשר בלבד (יידרשו נתונים נוספים).

בשלב ראשון ננתח אילו קשרים קיימים וכמה מכל אחד יש בחומרים השונים בתהליך.
שימו ♥ שכשסופרים מספר מול הקשרים, יש להתחשב גם במקדם:

החומר 2HCℓ Cℓ2 H2
הקשר H—Cℓ Cℓ—Cℓ H—H
מספר מול קשרים 2 1 1

ולכן הביטוי שיתאר את החישוב לשינוי האנתלפיה עבור התגובה הוא:

ΔH° = ΔH°(H—H) + ΔH°(Cℓ—Cℓ) – {2ΔH°(H—Cℓ)}

סכום אנתלפיית הקשר של המגיבים.
סכום אנתלפיית הקשר של התוצרים.

כעת, צריך להציב את הערכים המתאימים מתוך הנתונים:

ΔH° = ΔH°(H—H) + ΔH°(Cℓ—Cℓ) – 2ΔH°(H—Cℓ) = 436 +2422×431 = -184kJ 

ΔH° = -184kJ

אם נרצה לתאר את התגובה באופן גרפי התיאור יכלול שני שלבים:

  1. השלב הראשון הוא השלב שבו המגיבים מפורקים לאטומים בודדים במצב גז. בשלב הזה מושקעת אנרגיה והחץ יופנה כלפי מעלה.
  2. השלב השני הוא השלב שבו אטומים בודדים במצב גז נקשרים ויוצרים את התוצרים. בשלב הזה נפלטת אנרגיה והחץ יופנה כלפי מטה.

עבור התגובה הנתונה נתאר זאת בשלבים . השלב הראשון יכלול את פירוק המגיבים:

H2(g)    →    2H(g)                            ΔH°= 436kJ
Cℓ2(g)    →     2Cℓ(g)                        ΔH°= 242kJ


H2(g) + Cℓ2(g)    →    2HCℓ(g)          ΔH° = 436+242 kJ = 678kJ

זה השלב שבו נשברו 1 מול קשרים של H—H ו-1 מול קשרים של Cℓ—Cℓ. לכן הושקעה בו כמות אנרגיה השווה לסכום התהליכים.
וזה התיאור הגרפי של השלב הזה.

תיאור גרפי של שבירת הקשרים

השלב השני הוא השלב שבו מאותם אטומים בודדים שנוצרו, יוצרים את תוצרי התגובה:

המשך התוכן בעמוד זה למנויים בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

לרכישת מנוי לחץ כאן