חישוב אנתלפיה של תהליך


חישוב אנתלפיה של תהליך בעזרת אנתלפיית קשר

בשיעור הקודם הכרנו את משמעות המושג אנתלפיית קשר / אנרגיית קשר .
כעת, בואו נראה איך בעזרת ערכי אנתלפיות קשר/ אנרגיית הקשר, ניתן לחשב את שינוי האנתלפיה ΔHº של תגובה כלשהי.
למעשה, כמו שניראה עוד מעט, אנו נשתמש בהגדרות אנרגיית קשר, ונשלב אותה עם חוק הס (שכבר נלמד) ונראה שניתן בעזרתם לחשב את שינוי האנתלפיה עבור התגובה.
נציין כאן שבנתונים שנקבל בשאלות נמצאים אנתלפיות קשר ממוצעות או בעלות ערכים מקורבים ולכן החישובים שנעשה לא מדוייקים לחלוטין אבל בלימודי הכימיה לא נדרש לרמה מדוייקת יותר של החישובים ולכן נעבוד עם הנתונים הללו.

נתונה התגובה הבאה:

H2(g) + Cℓ2(g)    →    2HCℓ(g)

וכן נתונה הטבלה הבאה ובה 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 בקצרה 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, נחשוב על פי העקרונות שלמדנו בחישוב על פי חוק הס, ונראה מה אנו צריכים לעשות עם ניסוח התגובה הנתוניםלתהליכים, כדי להגיע בסיכומו של דבר לתגובה הרצויה:

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

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

ניתן לומר 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 בו 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 זהו שלב אקסותרמי.

הדבר דומה למצב בו יש לנו מבנה בנוי מחתיכות לגו ואנו רוצים לבנות צורה חדשה. כדי לעבור מצורה אחת לשניה, אנו צריכים לפרק את חתיכות הלגו אחת מהשניה (כמו לשבור קשרים לאטומים בודדים), ואז להרכיב מחדש (כמו ליצור קשרים).

ואם נחזור לנוסחה היא גם מכילה 2 חלקים:
בחלק השמאלי אנו סוכמים את כל האנרגיה הנדרשת כדי לפרק את כל הקשרים של מה שיש במגיבים, בחלק זה האנרגיה מושקעת, זהו השלב האנדותרמי בתהליך בחישוב האנרגיה.
בחלק הימני אנו סוכמים את כל האנרגיה שתשתחרר בזמן יצירת הקשרים שבתוצרים, בחלק זה נפלטת אנרגיה זהו השלב האקסותרמי בתהליך.
היות ובחלק הימני נוצרים קשרים ונפלטת אנרגיה יש סימן מינוס "-" לפני סכום האנתלפיות של התוצרים.

אז בואו נראה איך אנו עובדים עם הנוסחה.

נחזור לדוגמה שכבר עשינו.
נתונה התגובה הבאה:

H2(g) + Cℓ2(g)    →    2HCℓ(g)

וכן נתונה הטבלה הבאה ובה 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 ?

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

בשלב ראשון ננתח איזה קשרים, וכמה מכל אחד יש, בחומרים השונים בתהליך.
שימו לב ♥ כשסופרים 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 2 שלבים:

  1. השלב הראשון – שלב בו המגיבים מפורקים לאטומים בודדים במצב גז. בשלב הזה מושקעת אנרגיה החץ יופנה כלפי מעלה.
  2. השלב השני – שלב אטומים בודדים במצב גז נקשרים ויוצרים את התוצרים. בשלב הזה נפלטת אנרגיה החץ יופנה כלפי מטה.

עבור התגובה הנתונה נתאר זאת בשלבים . השלב הראשון יכלו 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. ולכן הושקעה בו כמות אנרגיה השווה לסכום התהליכים.
וזה התיאור הגרפי של השלב הזה.

תיאור גרפי של שבירת הקשרים

השלב השני הוא השלב שמאותם אטומים בודדים שנוצרו, יוצרים כעת את תוצרי התגובה:

המשך התוכן בעמוד זה למנויים (חודשי/שנתי) בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

אם אין ברשותך מנוי אנא בדוק/בדקי את תוכניות מנויים