תרמו-כימיה היא החלק בכימיה החוקר את כמות החום (אנרגיה) הכרוכה בתגובות כימיות.
כאשר תגובה משחררת חום, היא מסווגת כאקסותרמית. ספיגת החום בתגובה גורמת לו להיות אנדותרמי.
תרמו-כימיה חוקרת גם את העברת האנרגיה בתופעות פיזיקליות מסוימות, כגון שינויים במצבי החומר.
תרמו-כימיה וחום
בתגובות כימיות, אנרגיה יכולה להיקלט או להשתחרר. העברת חום זו היא מהגוף בעל הטמפרטורה הגבוהה ביותר לזה הטמפרטורה הנמוכה ביותר.
כדאי לזכור כי חום, הנקרא גם אנרגיית חום, הוא מושג הקובע את חילופי האנרגיה התרמית בין שני גופים. או איזון תרמי נוצר כאשר שני החומרים מגיעים לאותה טמפרטורה.
תגובות אנדותרמיות ואקסותרמיות
זה נקרא תגובה אנדותרמית התגובה בה נספג החום. באופן זה, גוף סופג חום מהסביבה בה הוא מוחדר. לכן התגובה האנדותרמית גורמת לתחושת קירור.
דוגמא: כאשר משפשפים אלכוהול על הזרוע, הזרוע סופגת את החום של חומר זה. אבל כשנשפים על היד לאחר שעברנו אלכוהול, אנו מרגישים קצת צמרמורת, תחושה שהיא תוצאה של התגובה האנדותרמית.
כבר את תגובה אקסותרמית זה ההפך. זהו שחרור החום וכך התחושה מתחממת.
דוגמא: במחנה אנשים עומדים ליד מדורה כך שהחום שמשחרר הלהבות מחמם את הסובבים אותם.
חילופי תרמיות קורים גם בשינויים של מצב פיזי. מתברר כי, בשינוי ממוצק לנוזל ומנוזל לגז, התהליך הוא אנדותרמי. לעומת זאת, השינוי מגז לנוזל ומנוזל למוצק הוא אקסותרמי.
אנלפיה
האנטלפיה (H) היא ה- אֵנֶרְגִיָה הוחלפו בתגובות ספיגת האנרגיה ושחרור, בהתאמה, אנדותרמית ואקסותרמית.
אין מכשיר שמסוגל למדוד אנתלפיה. מסיבה זו נמדדת השונות שלו (ΔH), אשר נעשית בהתחשב באנטלפיה של הכור (אנרגיה ראשונית) ובאנתלפיה של המוצר (אנרגיה סופית).
סוגי האנטלפיה החוזרים ביותר הם:
| אנטלפיה גיבוש | אנרגיה נספגת או משוחררת הדרושה ליצירת שומה אחת של חומר. |
|---|---|
| אנלפת בעירה | אנרגיה משוחררת המביאה לשריפת 1 שומה של חומר. |
| קישור אנתלפיה | אנרגיה הנספגת בפריצה של 1 מול של קשר כימי, במצב הגזי. |
בעוד האנטלפיה מודדת אנרגיה, אנטרופיה מודד את מידת ההפרעה של תגובות כימיות.
חוק הס
ז'רמן הנרי הס קבע כי:
שינוי האנטלפיה (ΔH) בתגובה כימית תלוי רק במצבים הראשוניים והאחרונים של התגובה, ללא קשר למספר התגובות.
שינוי האנרגיה, על פי חוק הס, נקבע באמצעות הנוסחה הבאה:
ΔH = Hf האני
איפה,
- ΔH: וריאציה באנטלפיה
- הf: אנלפיה סופית או אנלפיית מוצר
- האני: אנטלפיה ראשונית או אנטלפיה מגיב
מכאן אנו מסיקים כי וריאציית האנטלפיה היא שלילית כאשר אנו ניצבים בפני תגובה אקסותרמית. בתורו, הווריאציה של האנטלפיה היא חיובית כשאנחנו מתמודדים עם תגובה אנדותרמית.
הקפד לבדוק טקסטים אלה כדי ללמוד עוד יותר על הנושא.:
- תֶרמוֹדִינָמִיקָה
- קלורימטריה
- חום הגיוני
- חום סמוי
תרגילים עם תגובות משוב
1. (Udesc / 2011) בהתחשב במשוואות הבאות:
| (ה) | 2CO(ז) + O2 (גרם) → 2CO2(ז) | ΔH = - 565.6 ק''ג |
| (ב) | 2CH4או(ז) + 3O2 (גרם) → 2CO2(ז) + 4H2או(1) | ΔH = - 1462.6 ק''ג |
| (Ç) | 3O2 (גרם) → 2O3 (ז) | ΔH = + 426.9 ק''ג |
| (ד) | אֱמוּנָה2או3 (ז) + 3C(ים) → 2Fe(ים) + 3CO(ז) | ΔH = +490.8 ק''ג |
שקול את ההצעות הבאות ביחס למשוואות:
אני. התגובות (A) ו- (B) הן אנדותרמיות.
II. התגובות (A) ו- (B) הן אקסותרמיות.
III. התגובות (C) ו- (D) הן אקסותרמיות.
IV. התגובות (C) ו- (D) הן אנדותרמיות.
V. התגובה עם שחרור האנרגיה הגדול ביותר היא (B).
ראה. התגובה עם שחרור האנרגיה הגדול ביותר היא (D).
בדוק את האלטרנטיבה הנכונה.
א) רק האמירות II, III ו- V נכונות.
ב) רק ההצהרות I, III ו- VI נכונות.
ג) רק ההצהרות I, IV ו- VI נכונות.
ד) רק האמירות II, V ו- VI נכונות.
ה) רק האמירות II, IV ו- V נכונות.
חלופה נכונה: ה) רק האמירות II, IV ו- V נכונות.
שגוי. אמירה III אינה נכונה.
בניגוד להצהרה III, התגובות (C) ו- (D) הינן אנדותרמיות, שכן הסימן החיובי בשונות האנטלפיה מצביע על ספיגת חום.
ב) לא נכון. אף אחת מההצהרות שצוטטו בחלופה זו אינן נכונות. הם טועים כי:
- התגובות (A) ו- (B) הן אקסותרמיות, שכן הסימן השלילי בשינוי האנטלפיה מצביע על שחרור החום.
- התגובות (C) ו- (D) הינן אנדותרמיות, שכן הסימן החיובי בשינוי האנטלפיה מעיד על ספיגת חום.
- תגובה (D) אינה משחררת אנרגיה מכיוון שהיא אנדותרמית.
ג) לא נכון. מבין שלוש ההצהרות שצוטטו בחלופה זו, רק IV הוא נכון. השניים האחרים טועים כי:
- התגובות (A) ו- (B) הן אקסותרמיות, שכן הסימן השלילי בשינוי האנטלפיה מצביע על שחרור החום.
- תגובה (D) אינה משחררת אנרגיה, הסימן החיובי בשינוי האנטלפיה מעיד על כך שהתגובה היא אנדותרמית.
ד) שגוי. אמירה VI אינה נכונה.
בניגוד להצהרה VI, התגובה (D) אינה משחררת אנרגיה, מכיוון שהיא אנדותרמית.
א) נכון. ההצהרות נכונות מכיוון:
- התגובות (A) ו- (B) הן אקסותרמיות, מכיוון ששינוי האנרגיה הוא שלילי.
- התגובות (C) ו- (D) הן אנדותרמיות, שכן הערך של ΔH הוא חיובי.
- התגובה עם השחרור הגדול ביותר של האנרגיה היא (B), מכיוון שבין התגובות האקסותרמיות של האמירה, זו היא עם הערך הגבוה ביותר עם סימן שלילי.
טקסטים אלה יעזרו לך להגדיל את הידע שלך:
- תרגילים בנושא תרוכימיה
- טרנספורמציות כימיות
- תגובה כימית
2. (Enem / 2011) אפשרות יוצאת דופן לבישול שעועית היא שימוש בתרמוס. בתבנית הניחו חלק משעועית ושלושה חלקי מים והניחו לסט להתבשל במשך כ -5 דקות ואז העבירו את כל החומר לטרמוס. כעבור 8 שעות בערך, השעועית תבושל.
בישול השעועית מתרחש בתוך התרמוס כי
א) מים מגיבים עם שעועית, ותגובה זו היא אקסותרמית.
ב) שעועית ממשיכה לספוג חום מהמים הסובבים, מכיוון שמדובר בתהליך אנדותרמי.
ג) המערכת הנחשבת מבודדת כמעט ולא מאפשרת לשעועית לצבור או לאבד אנרגיה.
ד) התרמוס מספק מספיק אנרגיה לבישול השעועית לאחר תחילת התגובה.
ה) האנרגיה הכרוכה בתגובה מחממת את המים, השומרים על טמפרטורה קבועה, מכיוון שהם תהליך אקסותרמי.
חלופה נכונה: ב) שעועית ממשיכה לספוג חום מהמים שמסביב, מכיוון שמדובר בתהליך אנדותרמי.
שגוי. תגובה כימית מאופיינת ביצירת חומרים חדשים, שאינם מתרחשים בעת בישול שעועית.
ב) נכון. כאשר מחממים מים הם צוברים חום ותרמוס אינו מאפשר לאנרגיה זו ללכת לאיבוד הסביבה. לפיכך, שעועית סופגת חום מהמים ומבשלת, הכוללת תהליך אנדותרמי.
ג) לא נכון. המערכת מבודדת מהסביבה החיצונית. בתוך הבקבוק, השעועית והמים נמצאים בקשר ישיר ולכן מבצעים החלפה תרמית.
ד) שגוי. לבקבוק התרמוס תפקיד לבודד את המערכת, ולא לאפשר לתערובת בתוכה להחליף חום עם הסביבה.
ה) לא נכון. הטמפרטורה אינה קבועה, מכיוון שהמים מעבירים חום לשעועית הם מאבדים אנרגיה עד ששתי הטמפרטורות שוות.
עיין בטקסטים שלמטה ולמד עוד על הנושאים המכוסים בגיליון זה:
- טרנספורמציות פיזיקליות וכימיות
- חום וטמפרטורה
- אנרגיית תרמית
