אנרגיה בתגובות כימיות

1. אנרגיה בתגובות כימיות החום והקשרים בין האטומים האנרגיה הנפלטת או נקלטת בזמן התרחשות תגובה כימית.

2. תגובות כימיות תגובה כימית (ריאקציה כימית) - היא תהליך שבו נוצרות ו/או מתפרקותתרכובות. חומרים מגיבים זה עם זה ללא הפסקה! בגופנו, בגופם של כל בעלי החיים, בצמחים ובעולם הסובב אותנו, בים, במעמקי האדמה, בעננים, בתעשיות השונות ובמטבח הביתי שלנו - תגובות כימיות מתרחשות למשל, במהלך הנשימה, בתהליכי עיכול בגופינו, בתהליכי שריפה ובמהלך אפיית עוגה.

3. איך נדע מתי מתרחשת תגובה כימית ומתי לא? לא תגובה כימית! בתגובה כימית יסודות עשויים להתרכב וליצור תרכובת, או תרכובת יכולה להתפרק וליצור תרכובת פשוטה יותר ו/או יסוד. שינויים אלו כרוכים בדרך כלל בשינויי אנרגיה. כשלא חל שינוי בקשרים הכימיים בתוך המולקולות, אלא רק בקשרים שבין המולקולות. כמו למשל: מעבר ממצב צבירה אחד לשני. השינוי הוא רק בהיערכות החלקיקים ולא בקשרים הכימיים ביניהם.

4. אנרגיה בתגובות כימיות תגובה כימית מלווה בדרך כלל בשינויי אנרגיה חלק מהתגובות הכימיות מתרחשות תגובות קולטות אנרגיה (אנדותרמיות) – הן תגובות שבמהלכן נקלטת אנרגיה, כגון: תהליך הפוטוסינתזה. תוך קליטת אנרגיה מהסביבה תוך פליטת אנרגיה לסביבה תגובות פולטות אנרגיה (אקסותרמיות) – הן תגובות שבמהלכן נפלטת אנרגיה, כגון: תגובות שריפה.

5. באופן כללי, תגובה כימית כרוכה ביצירה של קשרים כימיים ובפירוק של קשרים כימיים כך שמתרחשת במהלך התגובה גם קליטה וגם פליטה של אנרגיה. אז איך נדע אם התגובה אנדותרמית או אכסותרמית?

6. הגדרות: מערכת כימית= מגיבים + תוצרים

7. אנרגיה כימית וגלגוליה בתא • במערכת סגורה, סך כל האנרגיה נשמר קבוע (חוק שימור האנרגיה) • בתהליכים שבהם משתחררת אנרגיה, חלק ממנה נפלט לסביבה בצורת אנרגית חום.

8. התכה אידוי המראה תהליך פיזיקלי תהליכים שבהם חומר פולט וקולט חום קליטת החום פליטת החום • עיבוי • הקפאה

10. כשנוצרים קשרים כימיים משתחררת אנרגיה תהליך אכסותרמי- מתרחש כאשר כמות האנרגיה המשתחררת בעת היווצרות קשרים חדשים גדולה מכמות האנרגיה, המושקעת לניתוק הקשרים קיימים. בתהליך זה אנרגיה נפלטת לסביבה וזו קולטת את האנרגיה ומתחממת. כלומר, המערכת "מפסידה" אנרגיה והסביבה "מרוויחה" את אותה האנרגיה. בתהליך מסוג זה אנרגיית המגיבים גדולה מאנרגיית התוצרים.

11. תגובה אכסותרמית תכולת האנרגיה של המגיבים גבוהה משל התוצרים H1 > H2 אנרגיה מגיבים H1 המערכת פולטת אנרגיה לסביבה במהלך התגובה DH שלילי תוצרים H2

12. בפרוק קשרים כימיים נצרכת אנרגיה תהליך אנדותרמי– מתרחש כאשר כמות האנרגיה המושקעת לניתוק קשרים קיימים גדולה מכמות האנרגיה המשתחררת בעת היווצרות הקשרים החדשים. תהליך אנדותרמי הוא תהליך הצורך אנרגיה מהסביבה. (בניית מולקולות)

13. אנרגיה תוצרים H2 DH חיובי מגיבים H1 תגובה אנדותרמית תכולת האנרגיה של התוצרים גבוהה משל המגיבים H2 > H1 המערכת קולטת אנרגיה מהסביבה במהלך התגובה

14. תהליך אנדותרמי תהליך אנדותרמי הוא תהליך שלביצועו דרושה השקעה של אנרגיה (אנרגיית חום, אנרגיה חשמלית, קרינה).תוצרים <------ E + מגיביםבכדי שתהליך מסוג זה יתרחש, לסביבה צריכה להיות מספיק אנרגיה כדי שתוכל לספק אותה למערכת - לשם התגברות על המחסום האנרגטי . בתהליך זה הסביבה "מפסידה" אנרגיה והתוצר "מרוויח" את אותה האנרגיה (לפי חוק שימור האנרגיה). בתהליך מסוג זה אנרגיית התוצרים גדולה מאנרגיית המגיבים

15. Q Q תוצרים מגיבים DH מגיבים תוצרים מערכת סביבה סביבה מערכת מעבר חום -מהמערכת לסביבה תגובה אנדותרמית הסביבה מאבדת חום תגובה אקסותרמית הסביבה מקבלת חום DH

17. אנרגיה בתהליכים כימיים תהליכים כימיים ניתנים לחלוקה ל: תהליך אנדותרמי תהליך אקסותרמי שהוא שהוא תהליך המשחרר אנרגית חום תהליך הצורך אנרגית חום לדוגמא: לדוגמא: שריפת דלק פוטוסינתזה

18. אם בתהליך הכולל נפלטה יותר אנרגיה מאשר נקלטה - התגובה תהיה אכסותרמית ואם בתהליך הכולל נקלטה אנרגיה יותר מאשר נפלטה- התגובה תהיה אנדותרמית.

19. שינויים בטמפרטורת הסביבה יכולים להצביע על סוגהתגובה. כאשר טמפרטורת הסביבה יורדת, ניתן להסיק שהתגובה היתהאנדותרמית. כאשר טמפרטורת הסביבה עולה ניתן להסיק שהתגובה הייתה אכסותרמית

20. דוגמא: בעירה • כדי להדליק אש אנו משתמשים בגפרורים. מדוע הבעירה אינה יכולה להתרחש לבד? • החומרים בטבע בנויים ממולקולות או מצברים של אטומים. כל עוד אטומים קשורים זה לזה בגלל קיומם של כוחות משיכה מיוחדים הפועלים בינהם, אין האטומים יכולים להתקשר לאטומים אחרים. לכן תחילה עליהן להיות מנותקים זה מזה, כלומר עליהן להיות אטומים לא קשורים. • כיצד ניתן לפרק את הקשרים הללו? מה תפקיד הגפרור הבוער?

21. ניתוק הקשרם נעשה ע"י השקעת אנרגיית חום. החום שמספק הגפרור גורם לאטומים לנוע מהר יותר, להתרחק זה מזה תוך התגברות על כוחות המשיכה שבינהם. • האטומים מתרחקים ומתנתקים וכך הופכים לאטומים לא קשורים.

22. נר מימן- • מימן נוצר כתוצאה מתגובה בין האבץ לבין חומצה כלורית. המימן נפלט מפתח הכלי ומתערבב עם האוויר אך שום תגובה לא מתרחשת. כאשר מקרבים גפרור בוער לתערובת של שני גזים מימן וחמצן מופיעה להבה- הגפרור הבוער גרם לניתוק הקשרים בחלק ממולקולות החמצן ובחלק ממולקולות המימן.

23. כאשר אטומים שאינם קשורים נפגשים הם עשויים להתקשר זה עם זה. במקרה זה יצירת מולקולת מים כתוצאה מהתקשרות אטומי המימן ואטומי החמצן נפלטת אנרגיה רבה בצורת חום. החום הנפלט גורם לניתוק קשרים בין אטומי החמצן במולקולות נוספות של חמצן וכן לניתוק קשרים בין אטומי המימן במולקולות מימן נוספות.

24. תהליך כימי = א. השקעת אנרגיה לצורך ניתוק קשרים קיימים בין האטומים ב. שחרור אנרגיה כתוצאה מיצירת קשרים חדשים בין האטומים.

25. חשוב להדגיש שחוק שימור המסה, ברמה המיקרוסקופית, בא לידי ביטוי באיזון ניסוח התגובה. כלומר, כאשר מאזנים ניסוח של תגובה כימית, צריך לוודא שמספר האטומים מכל סוג בצד המגיבים זהה לזה שבצד התוצרים. אטומים לא נעלמים ולא נוצרים מאין. כמובן שכאשר המערכת פתוחה ונפלטת או נקלטת מסה שלא נמדדה - לא ניתן ברמת המאקרו להראות את שימורה של המסה הכוללת.

26. מהירות התגובה: קצב תגובה כימית תלוי במספר גורמים, ביניהם שטח הפנים של החומרים המגיבים. לדוגמא, בעירת קורת עץ (תגובה של עץ עם חמצן) תהיה איטית יותר מבעירת שבבי עץ (נסורת) כיוון ששטח הפנים של שבבי העץ גדול יותר כך שהמגע (הזמינות) של החומר הבוער עם החמצן גדול יותר – וכתוצאה מכך, התגובה תתרחש מהר יותר. בדומה, שריפת אבקת ברזל (או צמר פלדה) מהירה הרבה יותר משריפת מוט ברזל. חשוב לציין כי מהירות התגובה אינה קשורה ישירות לכמות האנרגיה המשתחררת בתגובה.