1

:1מס' מצגת -כימיה

כימיה הינה הלימודים של תכונות החומר, מבנו והרכבו.

חומר: כל דבר שיש לו משקל ותופס שטח. *

אטום: היחידה הקטנה האופיינית לצורת החומר. *

מולקולה: מספר אטומים ביחד.*

סוגי תכונות:

(צבע, ריח).המאפיין של החומר ללא תלות בשינוי ההרכב שלו –תכונה פיסית

המאפיין של החומר בנוצר בעקבות שינוי בהרכב החומר. -תכונה כימית

סוגי שינויים:

שינוי במראה החומר אך לא בהרכבו (התאדות מים, סוכר נמס). –שינוי פיסי

או במבנה המולקולרי (מתכת מחלידה, הדלקת גז).\שינוי בהרכב של החומר ו –שינוי כימי

סיווג חומרים:

פירוט:

Substance: נה מצורה אחת לאחרת. תסוג של חומר בעל הרכב יחס קבוע שלא מש

:substanceישנם שני סוגי

כאלו. 112חומר העשוי מסוג אחד של אטומים. עד היום אנו מכירים -יסוד

בת ניתנת מסודרים ביחס קבוע. תרכוחומר העשוי משניים או יותר יסודות, כאשר האטומים –תרכובת

לפירוק ליסודות ע"י תגובה (שינוי) כימי. אין גבול למספר התרכובות הקיימות.

Mixure .הרכב שלו יכול להשתנות בטווח רחב. ה(תערובת): סוג של חומר שאין לו הרכב יחסי קבוע

ור תערובת יכולה להכיל מס' אטומים או תרכובות יחדיו, אך ללא קשר כימי בניהם. כל חומר יוכל לשמ

על תכונותיו הכימיות.

): תערובת שבה אי אפשר להבדיל בין מרכיבי התערובת. כלומר, , תמיסהsolution( תערובת הומוגנית

הרכב החומר ותכונותיו זהים לכל אורך התערובת. (למשל חלב שמוהלים במים).

כולים להשתנות מחלק ניתן להבדיל בין מרכיבי התערובת. הרכב החומר ותכונותיו י תערובת הטרוגנית:

(למשל מים ושמן). לחלק בתוך התערובת.

Substance

תתערובת הומוגני

2

Chemical symbol: אות ראשונה תמיד תהייה אות (אות אחת או שניים בשפה האנגלית שמסמלים שם בלועזית או לטינית.

ואותו שנייה תמיד תהייה אות קטנה). גדולה,

מדידה מדעית ויחידות: SI: em of unitsnternational systIשיטת

M – (מרחק) מטר

K – (משקל) קילו

S – (זמן) שניות

K – (מעלות קלווין) טמפרטורה

C – (מטען חשמלי) קולומב

C- (מרחק) סנטימטר

G – (משקל) גרם

S – (זמן) שניות

על סמך יחידות אלו אפשר לחשב כמעט כל גודל פיסיקלי.

השיטה המדעית לכתיבת גדלים:

מטר 1·10^-6מטר= 0.000001דל של תא): מיקרון (גו

מטר 1·10^-10מטר= 0.00000000001אנגסטרם (גודל של אטום):

יחידות אורך:

מטר = היחידה הבסיסית. 1

1·10־²סנטימטר =

1·³10קילומטר =

אנגסטרם:

המרת יחידות (אנליזה):

שיטה להעברת יחידת בין גדלים שונים:

*m5,320,000=1000m ·km5320

km

הגדלים הפיסיקליים השונים:

km², cm², m²(אורך) ²: שטח

*m² 1,600cm² · m² =1600·m² = 16

100 10000 100cm²

km³, cm³, m³ (אורך)³ נפח:

)L( = 1,000ליטרcm³

mg, g, kg : מסה

L 1 1cm³=

1,000 1cm³מיליליטר = 1

1A=10^10־m

מאזניים = מודד מסה.

משקל = מודד משקל.

3

.כמות חומר = מסה

משקל = כוח המשיכה הפועל על חפץ בעל מסה מסוימת.

זמן:

S – בסיסיתיחידה

M – 60 שניות

H – 60 שניות. 3,600שניות = 60· דקות

¹s־10 –עשירית שנייה

²s־10 –מאיית שנייה

3s־10 –אלפית שנייה

טמפרטורה:

K – .מעלות קלווין

C – .צלזיוס

0Cº = 273Kº

-273Cº = 0Kº

25Cº = 298Kº

km, m, km, m: מהירות

S h h s

90 km m

h s

90km · 1000m · 1h = 900m = 100 = 25m

h 1km 3600s 36s 4 s

density g, g, kg, kg, kg, g צפיפות:

ml cm³ m³ l cm³ l

דיוק ושגיאות מדידה:

. precision -הדירות

Cº + 273º = Kº

= מהירות מרחק

זמן

העבר:

d= מסה

נפח

m =d

v

d · v = m

צפיפות במים:

1gd·H2O =

ml

4

צאות האמת. עד כמה קרובות התוצאות הניסיוניות לתו accuracy -דיוק

ספרות מדויקות שנכונות לכל המדידות. –ספרות משמעותיות

ספרות שמשתנות ממדידה למדידה. –ספרות לא משמעותיות

ספרות משמעותיות:

לפני הנקודה העשרונית לא נחשב. 0-ספרת ה

בצד ימין נחשב רק אם יש נקודה עשרונית. 0-ספרת ה

2 ספרות → 0.0052

ספרות 3 10² · 1.00 → 100

ספרות 2 10² · 1.0 → 100

ספרות 10² → 100 1

חיבור וחיסור:

אם רוצים לחבר ולחסר ערכים המצוינים בשיטה המדעים, יש לפתוח את הכתיבה לכתיבה עשרונית, אחר

כך לבצע את הפעולה ולבסוף לקצץ את הספרות לפי המספר הקצר ביותר.

כפל וחילוק:

בדיוק כמו חיבור וחיסור, אך נוסף עוד שלב אחד: עיגול. נבצע

8.8), נעגל למספר הזוגי הקרוב: 8.75* אם התוצאה בדיוק באמצע (

חישובי שגיאה:

נוסחאות:

חיבור וחיסור:

כפל וחילוק:

חזקות:

לוגריתמים:

שאלה מסכמת:

?180.0mLאלכוהול ביין. כמה מ"ל אלכוהול בכוס של 11.0% .1

0.3% _/+ 11.0שגיאת ה %:

mL 0.1 _/+ 180.0שגיאת הכוס:

מה שגיאת נפח האלכוהול בכוס?

g/mL 0.790צפיפות אלכוהול היא .2

כמה גרם האלכוהול בכוס?

10*7.64. מסת מולק' אלכוהול נתונה: 3-23

g/molec

כמה מולקולות אלכוהול יש בכוס?

4, →100.0 1, →00 13, →100.

5

:2מצגת מס' -כימיה

רכיבי האטום:מ

האטום מורכב מפרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים.

הפרוטונים והנויטרונים נמצאם בתוך גרעין האטום, והאלקטרונים מפוזרים סביבו.

ניטרלי). - 0מטען האלקטרון הוא שלילי ומטען הפרוטון הוא חיובי (הנויטרון מטענו

מהפרוטונים והנויטרונים, מה שאומר שהגרעין מהטבלה הנ"ל אפשר לראות שהאלקטרון קל בהרבה

"נושא" את רוב העומס.

איזוטופים:

אטומים בעל מספר שווה של פרוטונים, אך מספר שונה של נויטרונים נקראים איזוטופים.

.Z = #(P) -מי מספר האטוה

Z .מספר הפרוטונים בגרעין של אטום מסוים =

.A = #(p+n) -מספר המסה

A הפרוטונים והנויטרונים בגרעין של אטום מסוים. = מספר

A-Zמספר הנויטרונים =

-סימון AX אוA

ZX

המסה האטומית:

1 AMU ) unified Atomic Mass Unit = (12\1 12ממשקלו של אטום הפחמן )C12

= (

amu 1.0079( =1.66053886 ×10בערך אטום אחד של מימן (-27

.

הנמצאים בטבע. םוד היא המסה הממוצעת של כל האיזוטופיהמסה האטומית של יס

:mol -מספר אבוגדרו וה

מדידה של אטום אחד היא בלתי אפשרית, ולכן העבירו את יחידות המידהamu לגרמים אותם

: 1אנו יכולים למדוד. לשם כך בדקו כמה אטומי מימן נכנסים בגרם

:חלקיקים במול, כלומר

1 mole = 6.022 X 1023

.

.המול יכול לשמש כפקטור המרה בין יחידות מידה שונות

1 amu = 1 g\mol

6

הטבלה המחזורית:

אטומית גדלה משמאל לימין ומלמעלה למטה. מנדלייב ארגן את היסודות בטבלה מחזורית בסדר של מסת

כמו כן יסודות עם אותם תכונות נמצאים באותם הטורים:

אנרגיה:

אנרגיה היא היכולת לבצע "עבודה", להזיז חומר.

ישנן שני סוגי אנרגיות:

היכולת לבצע "עבודה" בזכות מקום או הרכב. אנרגיה פוטנציאלית:

צויה במערכת עקב תנועה של המערכת או של אנרגיה המ אנרגיה קינטית:

מרכיביה.

*אנרגיה לעולם לא נעלמת, היא מוחלפת לצורה אחרת.

7

מודל האטום המימן של בוהר:

מנה), כלומר אפשר לבטא אותה במנה והיא יכולה – quantum) היא קוונטית (ENאנרגיית האלקטרון (

לקבל רק ערכים מסוימים.

יה נקרא רמת אנרגיה של האטום:כל ערך אנרג

מצב היסוד ומצב מעורר:

. כאשר האלקטרונים מצב היסודאלקטרונים ברמה הנמוכה ביותר של אנרגיה האפשרית נמצאים ב

. האלקטרונים מתקדמים ברמות האנרגיה על ידי במצב מעוררמתקדמים ברמות האנרגיה הם נמצאים

כו'). אור, חום, חשמל ו –קליטת אנרגיה (פוטון

בסופו של דבר האלקטרונים חוזרים למצב היסוד שלהם בתהליך הנקרא הרפיה, רלקסציה.

.כשהאלקטרונים קרובים לגרעין האנרגיה נמוכה יותר כיוון שה"מערכת" יציבה יותר

האלקטרונים במצב מעורר יעלו ברמות האנרגיה, רק אם האנרגיה הזו תביא אותם בדיוק לרמה

חדשה.

8

מספרים קוונטים:יטל אטומי ואורב

המודל של בוהר היה פשטני מדי ולמעשה איננו יכולים לדעת את מיקומו המדויק של האלקטרון ברגע

נתון. למרות זאת, יש אזורים בהם יש סיכוי טוב יותר להימצאות האלקטרונים הנקראים אורביטלים. כל

. מספרים קוונטים פרמטרים שלמים הנקראים 3מוגדר באמצעות אורביטל אטומי

כל מספר קוונטי מתאר תכונה אחרת של האורביטל.

:n –מספר הקוונטי העיקרי

n .הוא בלתי תלוי בשאר המספרים הקוונטים וערכו חייב להיות מספר שלםn קובע את גודל האורביטל

המייצג רמות אנרגיה אצל בוהר). n-ואת אנרגית האלקטרון שלו (אותו ה

נקראים אורביטלים באותה ה"קליפה". nותו ערך אורביטלים עם א

תנע זוויתי: l –מספר הקוונטי השני

. n-פחות מ 1כלומר מאפס עד ערך (n-1) ...0הם: l-הערכים האפשריים ל

l :קובע את צורתו של האורביטל

: lm -מספר הקוונטי השלישי

לל. מספר זה קובע את הנטייה, הכיוון של האורביטל בח

ml = -l,…+lערכים אפשריים:

סיכום המספרים הקוונטים:

1s :אורביטל נראה כמו כדור. סיכוי האלקטרונים להימצא בתוכו היא

9

2s 1אורביטל גדול מs :אורביטל ויש בו שני אזורים בהם יש סיכוי גבוה להימצאות האלקטרונים

י שנמצאים אלקטרונים.*במרכז האורביטל נמצא הגרעין ושם אין סיכו

3p :אורביטלים

אורביטלים 3

אפשריים.

3d :אורביטלים

אורביטלים 5

אפשריים.

10

:electron spin (– smסיבוב האלקטרון (, מספר קוונטי נוסף

"סיבוב". –על מנת לתאר את האורביטל במלואו אנו צריכים להתחשב בעוד תכונה של האלקטרון

יחידים שמספר קוונטי זה יכול לקבל:הערכים ה

ms = -1/2 and +1/2

:עקרון של פאולי

באטום או מולקולה לכל אלקטרון יש מערכת מספרים קוונטים שונה. שני אלקטרונים לא יכולים להיות

ms-יוון שלבעלי אותם ערכי מספרים קוונטים, מה שאומר שאורביטל יכול להכיל עד שני אלקטרונים (כ

יש רק שני ערכים אפשריים).

אורביטלים ומספרים קוונטים מסבירים את הטבלה המחזורית:

11

:3מצגת מס' -כימיה

אלקטרונים:של אטומים בעלי מספר רב

נשווה בין אטומים בעלי מספר אלקטרונים, לעומת אטום המימן ובו אלקטרון אחד.

ש רק אלקטרון אחד ולכן רק אורביטל אחד מכל המצויים מעלה מאוכלס ברגע נתון. כמו כן באטום מימן י

האורביטלים הנמצאים ברמת אנרגיה מסוימת הם מנוונים (שווי ערך).

לעומת זאת באטום בעל מספר אלקטרונים מתקיימת דחייה הדדית בניהם, מה שגורם לאורביטלים

l). בין אורביטלים עם אותו הערך הקוונטי של 2s>2p) לזוז ( nשאמורים להיות באותה רמת אנרגיה (

לא מתקיימת דחייה והם נשארים זה לצד זה.

עוד שוני בין אטום המימן לאטומים בעלי מספר אלקטרונים הוא: מספר הפרוטונים שווה למספר

יותר פרוטונים. האלקטרונים, מה שאומר שבאטום מימן יש רק פרוטון אחד ובאטום רב אלקטרונים יש

באטום רב 1sככל שיש יותר פרוטונים הגרעין מושך חזק יותר את האלקטרונים. כלומר האורביטל

אלקטרונים יהיה קרוב לגרעין בהרבה מאטום בעל אלקטרון אחד.

סימון של כמה אלקטרונים יש בכל רמה:

אורביטלים: תדיאגראמו

וחצים כדי לתאר אלקטרונים. החצים מתארים את סיבוב נעזרים בריבועים על מנת לתאר אורביטלים

). spinהאלקטרון (

12

אטומים )סדר אכלוסם(: תחוקים לקונפיגורציי

אין יותר משני אלקטרונים בכל אורביטל. -

סיבוב האלקטרון בכל אורביטל (כיוון החץ) חייב להיות שונה. -

מוכות. אלקטרונים מתאכלסים קודם ברמות אנרגיה נ -כלל אופבאו -

לא נכון:

כלל האוטובוס (כלל הונד): אלקטרונים מאכלסים קודם כל אורביטלים ריקים. -

לא נכון:

חצי מלאים יהיו בעלי אותו כיוון סיבוב, כלומר אותו םאלקטרונים באורביטלי -כולל פאולי -

. לא נכון:msערך

סיכום סדר האלקטרונים:

האורביטלים:האלקטרונים את סדר מילוי

כיוון שרמות האנרגיה אינן מנוונות ותתי הקליפות כמעט מתערבבים, האלקטרונים מאכלסים את

האורביטלים לפי אלו הקרובים לגרעין והחוצה בהדרגה. אפשר לראות שאין זה לפי רמות האנרגיה:

דוגמא:

1s22s22p63s23p6…

13

:Aufbau -עקרון ה

–בשביל לא לכתוב ליד כל יסוד את סדר כל האלקטרונים שלו, משתמשים בקיצור

הקונפיגורציה של הגז האציל מהשורה הקודמת והתוספת של האלקטרונים ברמות האנרגיה החיצוניות:

:Aufbau -יוצאים מן הכלל של עקרון ה

קליפות שונים הופכים לקרובים כאשר תתי

באנרגיה יש סטייה בעקרון אופבאו.

כשכל האורביטלים מלאים באלקטרון אחד זו נותן

לאטום יציבות מיוחדת.

קבוצות היסודות העיקרית ומתכות מעבר:

של pאו s) הם אלו שהאורביטל שמתאכלס באלקטרון הוא main groupקבוצת היסודות העיקרית (

יותר. החיצונית השכבה

בקבוצת מתכות המעבר תתי קליפה מתאכלסים באלקטרונים קודם בקליפות הפנימיות.

14

סיכום היסודות והאורביטלים שלהם:

אלקטרונים ערכיות ואלקטרוני ליבה:

לה שאחראים ) הכי גבוה והם אnנמצאים בקליפה החיצונית, בעלי מספר הקוונטום ( –אלקטרוני ערכיות

לכל התהליכים הכימיים.

אלקטרונים בקליפות פנימיות. –אלקטרוני ליבה

יונים:

בהם שונה אלקטרונים, כיוון שכמות המטען חשמליהנושאים מולקולהאו אטום) הוא Ion: אנגלית(ב יון

. זאת בשונה מאטום נייטרלי, בו כמות האלקטרונים והפרוטונים שווה.פרוטוניםמכמות ה

כמות האלקטרונים גדולה מכמות הפרוטונים.אטום בעל מטען שלילי, כיוון ש אניון:

האניון נוצר מאטום כלשהו שנוסף לו אלקטרון לאלקטרוני הערכיות.

שכמות הפרוטונים בו גדולה מכמות האלקטרונים. אטום בעל מטען חיובי, כיוון קטיון:

הקטיון מפסיד אלקטרון מהאטום בשביל להשיג קליפה ערכית שלמה.

CL- יון במטען שלילי

15

דוגמאות להיווצרות יונים:

תכונות מחזוריות:

.תכונות פיסיקליות וכימיות שונות מעוצבות בסדר מסוים בטבלה המחזורית

נקודת התכה, נקודת רתיחה, קשיחות, צפיפות, מצב צבירה ותגובות –ן תכונות מחזוריות ה

כימיות.

האלקטרונים. תחלק מהתכונות המחזוריות מוסברות מיידית בקונפיגורציי

רדיוס אטומי :

חצי מהמרחק בין הגרעינים של שני אלקטרונים.

בתוך מולקולה) קירבתם גדלה כאשר שני אטומים נמצאים בריאקציה כימית (למשל – רדיוס קוולנטי

והרדיוס הקוולנטי קטן בהתאם. לכן רדיוס קוולנטי הוא חצי המרחק בין הגרעינים של שני אטומים

שנמצאים במולקולה.

חצי המרחק בין הגרעינים של שני אטומי סמוכים של מתכת מוצקת. – רדיוס מטאלי

איך מתבטאת תכונה זו בטבלה המחזורית?

אלקטרוני הערכיות -מעלה למטה * ככל שנרד מל

יהיו יותר רחוקים מהגרעין (כי יש יותר מהם).

מימין לשמאל יש פחות אלקטרונים = פחות

קטן יותר מטען גרעיני אפקטיביפרוטונים =

והאלקטרונים פחות נמשכים אליו.

Na+ יון במטען חיובי

16

מטען גרעיני אפקטיבי:

ן הגרעין לאלקטרוני הערכיות. אלקטרוני הליבה העוטפים את הגרעין "משבשים" את המשיכה בי

לכן סך המטען שמופעל על אלקטרוני הערכיות הוא:

Zeff = Z - #(core e-)

3sהמשיכה של 2

תר. ולכן הרדיוס האטומי שלו יהיה קטן יו Mgלגרעין תהיה חזקה יותר אצל

רדיוס יוני:

שלהם לרוב קטן מהאטום ליון. בנוסף n-קטנים יותר מהאטומים מהם הם נוצרו, כיוון שערך ה קטיונים

יש גם פחות דחייה בין האלקטרונים. כמו כן יש

יותר פרוטונים ומאלקטרונים לכן המטען

הגרעיני האפקטיבי חזק יותר.

ם נוצרו והסיבה לכך היא שנוסף אלקטרון גדולים יותר מהאטומים מהם ה אניונים

וזה מרחיב את האורביטל מה שגורם להגדלת הרדיוס האטומי.

*המטען הגרעיני האפקטיבי לא משתנה אבל תוספת האלקטרון מגבירה את הדחייה

בין האלקטרונים.

דוגמאות לרדיוס האטומי של יונים:

12-10=2+

11-10=1+

17

(:ionization energy) אנרגית היינון

ביון חיובי נגרעו אלקטרונים מהאטום, ולכן כוח רגיה הדרושה להזיז אלקטרון ממצב היסוד למצב גזי. האנ

ביון שלילי נוספו אלקטרונים, ולכן כוח המשיכה שבין הגרעין .המשיכה שבין הגרעין לאלקטרונים גדל

ה ליינון עולה. ככל שהמשיכה בין הגרעין לאלקטרונים חזקה יותר, האנרגיה הדרוש .לאלקטרונים קטן

כשהאלקטרונים נגרעים בהמשכיות זה מגביר את אנרגיית היינון:

יינון בטבלה המחזורית: אנרגית

אם נסתכל משמאל לימין המטען הגרעיני האפקטיבי הולך ועולה, הרדיוס קטן והקשר חזק יותר ולכן

אנרגיה היינון הדרושה לפירוק אלקטרון תהיה רבה יותר.

מלמטה למעלה מספר האלקטרונים קטן יותר, לכן מטען הגרעין האפקטיבי חזק יותר, הרדיוס אם נסתכל

קטן יותר ואנרגית היינון שנצטרך לפירוק אלקטרון גם כן רבה יותר.

זיקה אלקטרונית:

בתהליך שינוי האנרגיה המתרחש כאשר אלקטרון נוסף לאטום. זיקות אלקטרוניות הינן שליליות כיוון ש

משתחררת אנרגיה.

זיקה אלקטרונית בטבלה המחזורית:

*מלמטה למעלה:

כאשר אין הרבה אלקטרונים באטום, האלקטרון הנוסף

מצטרף קרוב לגרעין. ככל שהאלקטרון הנוסף קרוב יותר לגרעין

משתחררת יותר אנרגיה.

*משמאל לימין:

הוספת אלקטרון לאטום בעל מטען גרעיני גבוה,

מגביר את שחרור האנרגיה. גם

18

מתכות ומטלואידים )מתכות למחצה(:-אל מתכות,

קטיונים. –יש מספר קטן יותר של אלקטרוני ערכיות והם נוטים להפוך ליונים בעלי מטען חיובי למתכות

מתכות יהפכו

לקטיונים.

ממתכות, והם נוטים להפוך ליונים בעלי מטען לרוב יש מספר רב יותר של אלקטרוני ערכיות מתכות-לאל

אניונים. –שלילי

מתכות יהפכו -אל

לאניונים.

סיכום של התכונות והטבלה המחזורית:

גזים אצילים:

כל האורביטלים בכל רמות האנרגיה של

אינם משתתפים הגזים האצילים מלאים בשני אלקטרונים, דבר המקנה יציבות. כתוצאה מכך גזים אלו

בריאקציות כימיות (אין אלקטרון בודד שיכול לצאת או מקום לאלקטרון מבחוץ להיכנס) ומכאן שמם.

19

:4מצגת מס' -כימיה

קשרים כימיים:

הכוח המחזיק אטומים במולקולה ושומר על יונים במקום בתרכובת יונית מוצקות נקרא קשר כימי. רוב

קבעות ע"פ הקשרים הכימיים שלו. התכונות של חומר מסוים נ

הקשרים הכימיים הם כוחות חשמליים (חשמל סטטי) אשר שומרים על מצב מאוזן בין כוחות המשיכה

לכוחות הדחייה בין חלקיקים בעלי מטען חשמלי.

:קשר יוני

). אניונים) ובעלי מטען שלילי (קטיוניםחיובי ( ימטען חשמלבעלי יוניםחזק בין קשר כימיהנו סוג של

. בדרך כלל, הקשרים חוק קולוןת בין שני המטענים, על פי סטטי-הקשר נוצר כתוצאה ממשיכה אלקטרו

נתרן מוכרת לסריג יוני הוא מלח השולחן. דוגמה מלחמסודר כגון סריג יוניהיונים מובילים ליצירת

Na( נתרן, המורכב מקטיונים של )NaCl( כלוריד+

כלורהיוצרים קשרים יונים עם אניונים של מתכת) -

)Cl-

מתכת). -אל

ודדת עהנפגשים, המ יסודותשל שני ה אלקטרושליליותקשרים יונים נוצרים בעקבות הבדל משמעותי ב

האחרונה ("קליפת האטום"). בדרך כלל רמת האנרגיהאת השאיפה לקבל אלקטרון על מנת להשלים את

(בעלי אלקטרושליליות נמוכה) ולהפוך לקטיונים , הנוטים למסור אלקטרונים מתכותהיסודות הם אטומי

הנוטים לקבל אלקטרונים (בעלי אלקטרושליליות גבוהה) מתכות-אלבעלי מטען חיובי, ואטומים של

ן שלילי.ולהפוך לאניונים בעלי מטע

משיכה ודחייה חשמלית:

אנרגיית היחס בין אטומים:

20

תיאורית הקשרים הכימיים של לואיס:

.אלקטרוני ערכיות הם בעלי תפקיד מרכזי ביצירת קשרים הכימיים

מתכות מתאחדים, אלקטרוני הערכיות לרוב עוברים מאטומי -כאשר אטומים של מתכות ואל

כות, נוצרים אניונים וקטיונים והכוח האלקטרוסטטי בין היונים גורם מת-המתכות לאטומי האל

להיווצרות קשרים יוניים.

מתכות מתאחדים, זוג אחד או יותר של אלקטרוני ערכיות משתתפים -כאשר אטומים מסוג אל

קוולנטי. -בקשר האטומי ויוצרים קשר הדדי

ציית אטומים כמו של הגזים אטומים שמשתתפים בקשרים כימיים נוטים לקבל קונפיגור

האצילים.

סמליו של לואיס:

.סמל כימי (של אטום מסוים) יסמן את הגרעין + אלקטרוני ליבה

.נקודות סביב לגרעין יסמנו את אלקטרוני הערכיות

.לואיס נעזר בקונפיגורציית אטומים לבנות סמל עם נקודות

וס):כלל האוטוב –(האלקטרונים נשארים בודדים אם אפשר

הצגת קשרים יוניים בעזרת סמליו של לואיס:

מתכות, הם בעלי מטען הפוך וקיימת -שני יונים שמתאחדים בתגובה כימית בין מתכות ואל

משיכה חזקה בניהם אשר יוצרת זוג יוני.

קשר יוניסטטית המחזיקה את האניונים והקטיונים ביחד נקראת -המשיכה החשמלית .

קריסטל יוניצקת שמסודרת בצורה מושלמת נקראת קבוצת יונים מו .

דוגמאות לקשרים יונים:

מולקולות:

הקשר ההדדיאטומים יכולים לחלוק אלקטרונים בכדי להגיע לקונפיגורציית האלקטרונים של גז אציל =

(קוולנטי).

, זוגות אלו קושריםזוגות אלקטרונים זוג האלקטרונים המשותפים לשני אטומים במולקולה נקראים

מוצגים ע"י קו רצוף.

21

קושרים:אלקטרונים לא זוגות

קונפיגורציית האלקטרונים של גזים אצילים = אוקטט. בקליפה מלאה יש שמונה אלקטרונים (אוקטט =

שמינייה).

קושרים.זוגות אלקטרונים לא זוגות אלקטרונים שלא משתתפים נקראים

יס של מבנה לואדוגמאות ל

תרכובות:

* מבנה לואיס לא מרמז דבר על

המבנה המרחבי של המולקולה.

קשר קוולנטי מרובה:

קשר קוולנטי בו זוג אחד של אלקטרונים משותף נקרא קשר יחיד.

קשר קוולנטי מרובה יכול ליצור:

זוגות כאלו. בשני בקשר כפול יש שני זוגות של אלקטרונים משותפים, ובקשר משולש יש שלושה

המצבים מתקיים כלל האוקטט.

22

המבנה של לואיס ופחמימנים:

) יש קשר יחיד בין אטומי הפחמן: פחמימניםלפחמנים רווים במימנים (=

פחמנים פחמימנים עם קשרים כפולים או משולשים בין אטומי הפחמן נקראים

.לא רוויים

:תשליליואלקטרו

) היא היכולת הנמדדת של אטום למשוך אליו אלקטרונים.EN( תיואלקטרושליל

של אטום במולקולה גבוה יותר, כך הוא מושך חזק יותר את האלקטרונים תככל שהאלקטרו שליליו

בקשר קוולנטי.

תכונה בטבלה המחזורית:

של פאולינג: תאלקטרושליליו

הכי אלקטרושליליים האטומים *

N,O,F,Cl . הם

23

וסוג קשר: תאלקטרושליליו

קשר לא מקוטב:

-שני אטומים זהים יהיו בעלי

תאותו אלקטרושליליו.

.אותם קשרים של זוגות אלקטרונים

.קשר קוולנטי לא מקוטב

לא קוטביים. םלכל המולקולות המורכבות מאותו האטום יש קשרים קוולנטיי

קשר מקוטב:

-תבאלקטרושליליו שני אטומים שונים

של האטום מושכת אלקטרונים חזק יותר. תיותר אלקטרושליליו

.קשר קוולנטי מקוטב

שלילי. עוד סימון הוא חץ כלפי כיוון משיכת האלקטרונים, שנקרא מומנט \דלתא מסמנת מטען חלקי חיובי

דיפול.

שונה. האטום האלקטרושלילי אלקטרושליליותבעלי אטומים) הוא קשר בין שני פולארי(או קשר קוטבי

המשותפים ביתר חוזקה, ועקב כך שורר סביבו מטען חשמלי שלילי אלקטרוניםאליו את ה יותר מושך

קי ובין מטען (מטען זה הינו חלקי, כיוון שמשיכת האלקטרונים אינה מוחלטת; יש להבדיל בין מטען חל

למשל). לעומת זאת, סביב האטום הפחות אלקטרושלילי שורר מטען יוניםמלא, כפי שניתן לראות ב

).גרעיןשב פרוטוניםחשמלי חיובי (הנובע מה

תיאור קשר קוטבי:

במקרה הזה הכלור

הוא הרבה יותר

אלקטרושלילי

מהמימן, לכן

ם יתרכזו האלקטרוני

בקרבתו.

אלקטרושליליות בקשרים יוניים:

מתכות -בין יונים יש הבדל מאוד גדול באלקטרושליליות. האלקטרונים יכולים לעבור לגמרי ממתכות לאל

. sodium chloride, NaCL –כדי ליצור קשרים יוניים. למשל

, שלמעשה, בסריג יוני אין קשר קוולנטי קוטביניתן לראות את הקשר היוני כמצבו הקיצוני ביותר של

24

כן) באלקטרונים ביניהם ולכן הפרדה מלאה בין הקטיונים לאניונים, וישנה שותפות כלשהי (מזערית, אם

את הסריג היוני בתמיסה כלשהי, נשבר הקשר היוני ונפרדים ממיסיםמטענם אינו שלם לגמרי. כאשר

לם.הקטיונים מהאניונים ורק במצב זה מטענם הוא באמת ש

אלקטרושליליות וסוגי קשרים:

כללים לכתיבת מבנה מולקולות )של לואיס(:

* אטומים שקשורים רק לעוד אטום אחר נקראים 'אטומים סופיים' (מימנים תמיד יהיו אטומים סופיים).

למשל בתרשים הבא אטומי המימן הם אטומים סופיים:

ך כלל בעל האלקטרושליליות הנמוכה ביותר והאטום הסופי הוא בעל האטום המרכזי של המבנה בדר *

האלקטרושליליות גבוה יותר:

* בחמצן המכיל חומציות, אטומי המימן בדרך כלל נקשרים לאטומי החמצן:

* מולקולות ויונים רב אטומיים לרוב בעלי מבנה קומפקטי וסימטרי:

25

סיכום כללים בכתיבת מבנה לואיס:

קובעים את המספר הכולל של אלקטרוני ערכיות. .1

כותבים מבנה שלדי הגיוני (לפי הכללים) ומקשרים את האטומים בקווים בודדים. .2

ממקמים זוגות אלקטרונים בודדים סביב האטומים הסופיים, בכדיי לתת לכל אטום סופי (חוץ .3

) אוקטט. Hמאטומי מימן

דים סביב לאטום המרכזי. ממקמים את האטומים הנשארים כזוגות בוד .4

אם צריך, נזיז זוג אלקטרונים בודד או יותר מאטום סופי בכדי שיהיה קשר מרובה לאטום .5

המרכזי.

:מטען פורמאלי

נה של לואיס. ב= מספר אלקטרוני ערכיות באטום החופשי פחות מספר האלקטרונים במפורמאלי מטען

חוקים: -מטען פורמאלי

ביר כאשר אין בו מטען פורמאלי, כי אז הוא יהיה הכי יציב. המבנה של לואיס ס

.אם קיימים מטענים פורמאליים הם צריכים להיות הכי קטנים שאפשר

.אם קיימים מטענים פורמאליים הם לא יכולים להיות מאותו סימן

.סך המטען הפורמאלי יהיה שווה לאפס

תיאורית רזוננס:

להיות מוצגים ע"י שני מבנים שונים, כאשר השוני בניהם הוא חלוקת כאשר מולקולה או יון יכולים

כלאיים). -המבנה האמיתי הוא שילוב של שניהם (בן -האלקטרונים

יש מולקולות שלא מקיימות את כלל האוקטט:

מספר שונה של אלקטרוני ערכיות גורמים לצורות שונות שלא מביאות לאוקטט. מולקולות כאלו נקראות

ים חופשיים'. מולקולות כאלו הן מגנטיות ונמצאות בטבלה המחזורית מהשורה השלישית ומטה. 'רדיקל

26

:5מצגת מס' -כימיה

סדר הקשר הכימי ואורכו:

) או b.o = 2), כפול (b.o = 1מרמז אם הקשר הקוולנטי הוא יחיד ( סדר הקשר

חיבור בין כמה זוגות אלקטרונים. –). קשר b.o = 3משולש (

בין הגרעין של שני אטומים שמחוברים ביחד pm-הוא המרחק ב אורך הקשר

אטומית זה יהיה הרדיוס הקוולנטי. -בקשר קוולנטי במולקולה. אם זו מולקולה דו

אורך הקשר תלוי בסוג האטום (אילו יסודות) ובסדר הקשר. כשסדר הקשר גבוה

יכה ולכן אורך הקשר קצר יותר. (בקשר כפול או משולש יש יותר מש –יותר

הקשר יהיה קצר יותר).

אנרגיית הקשר:

) זו כמות האנרגיה הדרושה ל"שבור" bond-dissociation energy – Dאנרגית ההפרדה של קשר (

מול אחד של קשרים קוולנטיים בין אטומים במולקולה במצב של גז.

הקשר מציגה ערך ממוצע. כאשר קשר מסוים קיים בין מולקולות שונות, אנרגיית שבירת

אורכים של קשרים כימיים:

קשר יחיד הוא פחות אנרגטי מקשר כפול ומשולש. קשר משולש וכפול יותר קשה לשבור כי המולקולה

יותר יציבה.

27

חישוב בעזרת אנרגיית הקשר:

הדרושה לביצוע התהליך. חיבור האנרגיה הדרושה לשבירת קשר ישן ויצירת קשר חדש היא האנרגיה

כל קשר מכיל אנרגיה. בודקים את סך האנרגיה שהשקענו בשבירת כל המולקולות לאטומים בודדים

לעומת האנרגיה שנפלטה כתוצאה מהחיבור של האטומים למולקולה אחת.

:תגיאומטריה מולקולארי

-הצורה בה המולקולה נוצרת, ע"י חיבור הגרעין בקו

VSEPR Valence-shell-electron-pair repulsion):)

שיטת הקובעת את הגיאומטריה של המולקולות.

זוגות אלקטרונים (קושרים או לא קושרים) באטום דוחים אחד את –בסיס

השני. הדחייה ההדדית דוחפת זוגות אלקטרונים כמה שיותר רחוק אחד

ם). מהשני. (בתוך זוג אלקטרונים אין דחייה בין שני האלקטרוני

קבוצות אלקטרונים בגיאומטריה:

איך האלקטרונים יכולים להסתדר כך שיהיו הכי רחוקים אחד מהשני?

לינארי. –זוגות אלקטרונים 2

משולש מישורי. –זוגות אלקטרונים 3

פאות. 4בעל –) tetrahedral( –זוגות אלקטרונים 4

.trigonal bipyramidalמשולש תלת מימדי –זוגות אלקטרונים 5

תלת מימדי). –בעל שמונה פיאות (מתומן –זוגות אלקטרונים 6

28

VSEPR:

קבוצות של שני אלקטרונים:

* סידור הדחייה האופטימאלי הוא שני קצוות של קו.

NO2 )? )למשל אלקטרונים לא קושריםמה קורה כאשר יש זוגות

מבנים עם זוגות לא קושרים:

ות אלקטרונים באטום המרכזי דוחים אחד את השני, בין אם הם קושרים ובין אם לא. גיאומטריית קבוצ

המולקולה תיקבע ע"פ הגרעינים אחרי שבדקנו את המבנה לפי מספר האלקטרונים.

קבוצות של שלושה אלקטרונים:

.סידור הדחייה האופטימאלי הוא הקודקודים במשולש

, הגיאומטריה היא כמעט אותו הדבר:קושרלא עם זוג

Co2

Ax2

29

קבוצות של ארבעה אלקטרונים:

"משולשים שווים. (טטראדר 4 –סידור הדחייה האופטימאלי הוא הקודקודים של "טטראדר–

אטומים). 4-אטום מרכזי המתקשר ל

הגיאומטריה של מתן (סוג של גז):

אלקטרונים: 4קבוצות של סיכום

קבוצות אטומים. 4קודקודים). מבנה טטריאדלי דורש 4המבנה של אמוניה הוא פירמידה משולשת (

של מים: ת* הגיאומטריה המולקולארי

, מכופפת. צורה זוויתיתבהמולקולה מסודרת

:(מפרים את כלל האוקטט) אלקטרונים 5קבוצה של

30

משולש עם קו חותך במרכז המשולש. סידור הדחייה האופטימאלי הוא

:אלקטרונים עם זוגות לא קושרים 5ה של קבוצ

אלקטרונים: 6קבוצה של

.סידור הדחייה אופטימאלי הוא מתומן תלת מימדי

:(מבנה אוקטאודר) אלקטרונים עם זוגות יחידים 6קבוצה של

31

זוגות יחידים: סיכום מבנה בלי

אטום מרכזי יהיה יסוד -אלקטרונים דרוש קליפת אלקטרוני ערכיות נרחבת 6או 5לקבוצות עם

מהשורה השלישית או גבוה יותר.

מבנים עם זוגות אחדים:

מולקולות מקוטבות ומומנט דיפול:

לילי. מולקולה כזו, עם מרכז מופרד של מטען לקשר מקוטב יש מרכזים מופרדים של מטען חשמלי וש

שלילי וחיובי נקראת מולקולה קוטבית.

מומנט דיפול הוא המכפלה בין כמות המטען החלקי ובין המרחק בשני הגרעינים.

מומנט הדיפול של מולקולה:

D )debye יחידה של מומנט דיפול היא ) ושוויה–

י:מולקולות מקוטבות בשדה חשמל

משולש מישורי

º120–זוויתי

º 109.48 –זוויתי

32

* שדה אלקטרי גורם למולקולה קוטבית להסתדר בשורות עם השדה. האזור שמקוטב חיובי יפנה כלפי

האלקטרודה -האלקטרודה השלילית (הלוח השלילי) והאזור המקוטב חיובי יפנה כלפי האנודה –הקתודה

החיובית).

:מולקולארי קשרים ודיפול

יש לו גודל וכיוון. –הדיפול הוא וקטור

דיפולים במולקולות יכולים לבטל אחד את השני:

מומנט דיפול יהיה הממוצע בין שני הוקטורים. למשל מולקולת המים היא מולקולה קוטבית ולכן יש בה

. 0מומנט דיפול. מולקולות סימטריות הדיפול שלהם יהיה

איך לקבוע אם מולקולה היא מקוטבת?

קשרים דיפולים. בעזרת ערך האלקטרושליליות נחזה

בעזרת שיטת הVESPR ת.ינחזה את הגיאומטריה המולקולאר

מצורת המולקולה נקבע אם הקשרים הדיפולים מבטלים אחד את השני ואז יש מולקולה לא

מקוטבת, או מתאחדים כדי לתת תולדה של דיפול מומנט למולקולה ואז המולקולה מקוטבת.

:לדוגמא תרגיל

.SO3 -מולקולה

:שלבים

סופרים את כל אלקטרוני הערכיות. .1

מסדרים מבנה לואיס סביר. .2

בודקים מספר קבוצות אלקטרונים. .3

בודקים אלקטרונים לא קושרים לאטום המרכזי. .4

SO3 6+6*3 =24

יש פחות אלקטרושליליות מחמצן ולכן הוא יהיה האטום המרכזי. S-ל

O – S = O 3 °120משולש מישורי ( ←ת אלקטרונים קבוצו( ←

. סבזכות הרזוננ ,למרות הקשר הכפול 120הזווית תהייה בדיוק |

O

. .

. .

. .

. .

. . . . .

.

. . . .

33

:6מצגת מס' -כימיה

חפיפה של אורביטלים:ף לאורביטל קשר קוולנטי נוצר כאשר אורביטל של אטום אחד חופ –) VBתיאורית אלקטרוני ערכיות (

של אטום אחר.

באזור החפיפה יש צפיפות של מטען אלקטרוני. ככל שהחפיפה גדולה יותר, הקשר בין שני אטומים חזק

יותר. זו הסיבה לקשר בין אטומים, לולא האורביטל הגרעינים היו דוחים

זה את זה.

:S2H קשר בדוגמה ל

.VSEPRמבנה יוצא מן הכלל, לא מקיים את

הכלאה של אורביטלים אטומים:

בנפרד. בפועל הוא °90במצב היסוד של קונפיגורציית אלקטרונים, לפחמן אמור להיות רק שני קשרים,

מתקדם למקום ריק באורביטל 2sמעלות. הסיבה היא שאלקטרון מאורביטל 109קשרים של 4מקיים

2p אורביטלים מוכלאים עם 4קשרים. דבר זה ייתן 4אלקטרונים לא מזווגים שיכולים להניב 4, וכך יש

אנרגיה שווה. בתהליך זה "הרווחנו" קשר אחד.

וכך זה קורה:

סכימה להכלאה של אורביטלים:

מבנה טטראדר.

34

אמוניה:מתן ו

מתאימות. VBו VSEPR-מהתרשים אפשר להסיק כי תיאורית ה

סכימה של הכלאות אורביטלים עוזרת

בתיאור קשר קוולנטי כפול.

ושני אורביטלים מסוג 2sאורביטל אחד מסוג

2p יוצרים סט של שלושה אורביטלים

spמוכלאים : 2

.

תרשים:

תרשים הכלאה 2

sp ) של בורוןoronB:(

שלושת האורביטלים המוכלאים

מסודרים במשולש מישורי כיון

. y ו xשהם פרושים על ציר

:eBשל spתרשים הכלאה

35

:sp3, sp2, spסיכום של הכלאות

אורביטל מוכלא: dתת קליפה

מהטבלה 5Aפיינית לקבוצה ההכלאה מאפשרת לקליפות ערכיות נרחבות ליצור תרכובות. תכונה זו או

sp 5, וזה גורם לסט של 3dקליפה -מתקדם לתת 3sהמחזורית. אלקטרון מאורביטל 3d אורביטלים

מוכלאים.

3dיכול להתקדם לתת קליפה 3p-ואלקטרון מ 3s-הוא: אלקטרון מ 6Aעוד תרחיש אופייני לקבוצות

sp: וזה גורם ליצירת שישה אורביטלים מוכלאים מסוג3d

2 .

חיזוי של תרשימי הכלאה:

כאשר אין הוכחות ניסוייות, תרשים הכלאה סביר יכול לחזות.

רשום מבנה לואיס סביר למולקולה או יון. .1

נחזה גיאומטריה של קבוצות אלקטרונים של האטום המרכזי. VSEPRבעזרת .2

. VSEPR-נבחר את תרשים ההכלאה שמתאים לתחזית ה .3

ת האורביטל ואת הגיאומטריה המולקולארית. תאר את חפיפ .4

אורביטלים מוכלאים והנטייה הגיאומטרית שלהם:

sp3

sp2

sp

36

.דרך פשוטה לדעת איזה הכלאה יש לאטום מסוים בתוך מולקולה היא לספור את הקשרים שלו

sp, שלושה קשרים יצרו הכלאה spשני קשרים יצרו הכלאה 2

, ארבעה קשרים יצרו הכלאה

sp3

ן הלאה (ראו טבלה). , וכ

קוולנטיים מרובים: יםאורביטלים מוכלאים וקשר

. כל σ -קשר קוולנטי הנוצר מחפיפה של אורביטלים בקצותיהם (ראש בראש) נקרא קשר סיגמה

הקשרים היחידים הם קשרי סיגמה.

ה קשר ), והוא בהכרח יהיпקשר הנוצר מחפיפה מקבילה או זה לצד זה של אורביטל נקרא קשר פאי (

חלש מקשר סיגמה. קשר כפול נוצר מקשר סיגמה וקשר פאי, קשר משולש נוצר מקשר סיגמה אחד ושני

קשרי פאי.

:2H2Cלאתילן VBתיאורית

אצטילן: VBתיאורית

37

–סיכום קשרים

קשר יחיד = קשר סיגמה.

קשר כפול = קשר סיגמה וקשר פאי.

שולש = קשר סיגמה ושני קשרי פאי. קשר מ

:יםגיאומטרי יםאיזומר

או סידורם המרחבי שונה. אטומיםאך בהן סדר ה נוסחה מולקולריתבעלות אותה תרכובותהם איזומרים

קבוצות:-רק בסידור הגיאומטרי של תתי איזומרים גיאומטריים הם תרכובות אשר שונות

כל תרכובת שונה לגמרי בתכונותיה הפיסיקליות והכימיות.

(אין איזומרים במולקולה זו כיוון שסיבובה יביא לצורה השנייה). :Butene-2איזומרים גיאומטריים ב

קשרים בבנזין:

38

על ידי קקולה. 1865-בנה הוכח ב, אך המ1825-גילה מיכאל פאראדי ב C6H6את הרכב הבנזין

קקולה גילה שלבנזין יש מבנה מחזורי והציע שאטום מימן קשור לכל אטום פחמן, ואטומי הפחמן קשורים

בניהם בקשר כפול ויחיד לסירוגין.

המבנה מוכיח שני רזוננסים מוכלאים ומביא לרעיון ששלושת הקשרים הכפולים ממוקמים בין כל ששת

ה גורם לכך שאי אפשר להבחין איפה יש קשר כפול ואיפה קשר יחיד. הפחמנים. מצב ז

:σשלד קשר הסיגמה

-(מבנה שנוצר ע"י מחשב)

:תטיותרכובות ארומ

הבחינו שרוב התרכובות הבנויות כמו בנזין הן בעלות ניחוח נעים ולכן ניתן להם השם תרכובות

יום תרכובות ארומטיות מתייחסות למולקולות בעלות מבנה טבעתי, בין האטומים קיימים ארומטיות. כ

ם, אלא מהווים מין מצב ביניים של שני שאינם בדיוק קשרים בודדים או קשרים כפולי קשרים קוולנטיים

שלהם רתיחהולכן נקודת ה תכונת הארומטיות מקנה לתרכובות אלו יציבות יתרהסוגי הקשרים.

ארומטיים בגודל דומה.-למשל, גבוהה יותר משל חומרים לא

).Aliphatic( אליפטיותכל התרכובות האורגנית שאינם ארומטיות נקראות תרכובות

תרכובות ארומטיות ידועות:

39

:7מצגת מס' -כימיה

.אורגניות)מהתרכובת בטבע הן 95%תרכובת שמכילה את אטום הפחמן ( – תרכובת אורגנית

פחמן.כל שאר התרכובות ללא ה – אורגנית-יתרכובת א

פורמולות כימיות:

קובעות את המולקולותהרכב התרכובת לפי מרכיבי היסודות. דרך הצגה סימלית של פורמולה כימית היא

.חומר ולא האטומים המרכיבים את החומרתכונות ה

ום במולקולה.טיק של כל סוג אנותנת את הסימון והמספר המדו - נוסחה מולקולרית

., יכולה להתאים לכמה מולקולותהיחס בין אטומי היסודות בתרכובת נותנת את - נוסחה אמפירית

נוסחה אמפירית נוסחה מולקולרית תרכובת

Hydrogen peroxide

מי חמצן

H2O2 HO

Glucose סוכר ענבים C6H12O6 CH2O

Octane C8H18 C4H9

:פורמולות מבנה

לא יהיה מקרי, לדוגמא במולקולת המים זה זה אף פעם האטומים מחוברים זה לזה במולקולה.מראות איך

.H-H-Oולא H-O-H תמיד יהיה:

דוגמאות נוספות :

כאמור פורמולות מבנה ומודלים מראים איך האטומים מחוברים זה לזה.

, CH3COOHלדוגמא: חומצה אקטית ס" מראה גם כיצד האטומים מסודרים, מבנה הפורמולה "הדחו

.C2H4O2היא: כאשר צורת הכתיבה הרגילה

40

מתן שמות:

נתינת שמות לתרכובות.\שיטה לכתיבת

יש שני סוגי תרכובות:

יד.כלוראשלגן KCl –הקטיון יופיע ראשון ואחריו האניון -תרכובת יונית -

.חמצנידו פחמן CO2 –יבוא קודם היסוד היותר "מתכתי" - תרכובת מולקולרית -

?איזה יסוד כותבים קודם

לפי הטבלה המחזורית : היסוד שנמצא הכי "רחוק" למטה והכי שמאלה ייכתב לרוב ראשון.

תחיליות לטיניות:

41

אטומים נפוצים:-יונים חד

כמה עובדות על יונים ותרכובות יוניות:

באופן הפוך זה מזה הן מורכבות מיונים הטעונים יוניות בעלות מטען חשמלי ניטרלי.תרכובות .1

ומוחזקים באשכול של משיכה אלקטרו סטטית.

חשמלית. כלומר, אטומי זו קבוצה של אטומים (הקשורים בקשרים קוולנטיים) וטעונים-רב יון .2

אטומי טעון. (יש יותר לקבל אלקטרון ובכך יווצר יון רבקבוצה של אטומים יכולה לאבד או

יון).פוליאטומים מסוג אניון מאשר מסוג קט

אטומים המכילים חמצן.-רבנפוצות ביונים (יותר)ate- (קצת) ite- –סיומות .3

4. –hypo –per אטומים המכילים חמצן.-רבלעיתים ניתן לראותם כתחיליות של יונים

בספר): 56ב לזכור (עמ' טבלת יונים פוליאטומיים נפוצים, שחשו

42

hydrateתרכובות כימיות המרכיבות מים:

כוללת מספר ה יחידת היסוד שלה"הידרייט" זוהי תרכובת יונית, ש

קבוע של מולקולות מים הקשורות לאניוינים ולקטיונים.

כובות כאלו. לא חשוב לשנן אותם, חשוב לזהות מתי הרבה תר יש

לדוגמא: מדובר בכזאת.

BaCl2 . 2 H2O

CuSO4 . 5 H2O

. החומצות והבסיסיםתי תרכובות מיוחדות הן ש

המתקבלת יהיה תמיסהשל ה pH-, כך שההידרוניום יוניליצירת מיםהמתפרקת ב תרכובת היא חומצה

.תגובה כימיתבמהלך פרוטוןתרכובת המוסרת -כלומר .7-נמוך מ

והוא חומר אשר קולט 7-בתמיסה מימית גבוהה מ ) שלוpH( רמת החומציותש תרכובותבסיס הוא

כימית. פרוטון בתגובה

:החומצות והבסיסים תכונות

חומצות:

.טעם חמוץ .1

.יוצר עוקץ וגירוד על העור .2

."ליטמוס" מאדום לכחול רטויקדנמשנים את צבע האי .3

, יוצר קשרים יונים ומייצר גז מימן.ה מתכותמגיב עם הרב .4

.מנוטרלות ע"י הבסיסים -חומצות מגיבות עם בסיסים ובכך מאבדות מתכונותיהן שלהן .5

בסיסים:

.טעם מר .1

.יוצר מגע סבוני, חלק על הגוף .2

."ליטמוס" מאדום לכחול רדיקטונמשנים את צבע האי .3

.החומצותמנטורל ע"י –מגיב עם חומצות ובכך מאבד מתכונותיו .4

החומר המתפרק בשלמותו (כל -חזק -חומר המתפרק ליונים במים. אלקטרוליט –אלקטרוליט

מתפרק וחוזר למצבו הקודם לסירוגין. –המולקולות מתפרקות). אלקטרוליט חלש

ניוס:הגדרותיו של אר

Hילה במים ויוצרת תמיסה המכהתפרקות תרכובת מולקולרית שעוברת תהליך יינון או -חומצה+

יונים

ואניונים.

OHבמים ויוצרות תמיסה תרכובות שעוברות תהליך יינון -בסיסים-

וקטיונים. (רוב הבסיסים הם לא

, היונים והקטיונים של המימן החמצני נוצרים בתגובה בין הבסיס כובות יוניות המכילות מימן חמצניתר

למים).

ח ומים.תגובתם יוצרת מל –חומצה ובסיס מנטרלים זה את זה

43

שמות של חומצות ובסיסים:

חשוב לזכור. –מה שמסומן בחץ אדום

OHארניוס יהיו האניונים בעלי יונים מימן חמצניים בסיסי -

.

תרכובת אורגנית:

לימוד יסוד הפחמן ותרכבותיו.כימיה אורגנית היא

פחמן נקשרים להרבה ום שאטומי המש בעלות גיוון אינסופי,תרכובות פחמן יכולות להיות -

ליצור שרשראות וטבעות.אטומים אחרים. תרכובת אלו יכולות

.Sאו H ,O ,Nתרכובות הפחמן הנפוצות ביותר הן אילו שמכילות את היסודות : -

ים. בעלות שמות נפוצהן הרבה תרכובות אורגניות -

קטיון מהבסיס

צהואניון מהחומ

H+ + OH

-

=

H2O

44

תחיליות לטיניות:

Alkanes:

אלו הן מולקולות המורכבות רק ממימן ומפחמן. –הפחמימנים פשוטה ביותר היאכובת האורגנית ההתר

הם פחמימנים רווים: בעלי מספר אטומי מימן מקסימאלי האפשרי לפי מספר אטומי הפחמן. Alkanesה

:איזומרים

אלו תרכובות בעלי אותו הרכב מולקולרי אך

בעלי מבנה שונה.

Cycloalkanes – מולקולות אלקניות בעלות

-cycloמתחיל עם התחילית : שמן –מבנה טבעתי

3מספר הפחמנים הנמוך ביותר בטבעת שכזו יהיה

אטומים.

45

Functional Groups:

אטום או קבוצת אטומים המחוברים לשרשרת או לטבעת של פחמימינים ומעניקים לתרכובת תכונות

מיוחדות.

נפוצות ביותר הן:ה פונקציונאליותהקבוצות ה

הלוכ -

אתר -

חומצה קרבוקסילית -

אסטר -

אמין -

:כוהל

OH מולקולות המכילות קבוצה אחת של מימן חמצני

). OH(קבוצה הידרוקסלית =

אתר:

.חמצןמרכזי לאטום ) מחוברותalkane )R קבוצות תרכובות בעלות שני

'R-O-Rהנוסחה המרכזית היא

'R ו- R תה הקבוצה, ויכולים שלא. יכולים להיות או

CH3CH2OCH2CH3 -זהות

CH3CH2OCH2CH2CH3 -לא זהות

קרבוקסילית:חומצה

alkanes חומצות שמכילים את הקבוצה הפחמן חמצנית ואלו הן

חלשות.

חד החמצנים ועם זאת שומר על ארבע ר קשר כפול עם אהפחמן יוצ

מאבד יון מימן. –קשרים בסה"כ. מתנהג כמו בסיס ארניוס

אסטר:

). COO - R -'Rמולקולות שבהן שני אלקנים מחוברים לכל צד של הקבוצה הקרבוקסילית (

46

אמין:

הבסיס האורגני הנפוץ ביותר.

מרכזי של חנקן. אמינים הם בסיסים חלשים. מתחברים לאטום ים\מולקולות בהן אלקנים ומימן

NH2(CH2)4NH2

47

:8מצגת מס' -כימיה

המול והמסה המולרית )מסה מולקולרית(:

של מול אחד של חלקיקים. מסהמסה מולרית היא ה

. המסה המולרית טבלה המחזוריתיש מסה מולרית משלו, הנכתבת לעתים קרובות לצידו ב יסודלכל

אטומי נתרן) היא 1023×6.02 (כלומר, של נתרן). כך, למשל, מסתו של מול g/mol( גרם למולב נמדדת

גרם. 23-כ

דוגמאות:

אפשר לקרוא פורמולה של מולקולה במולים:

48

מסה מולקולרית:

חיבור כל המסות של האטומים המוצגים בפורמולה המולקולרית.

חיבור כל המסות של האטומים או היונים –כשמדובר בתרכובות יוניות נעזרים ב"מסת הפורמולה"

המוצגים ביחידת פורמולה.

)NH4)2SO4מהי המסה המולרית של אמוניום גופרית? -לדוגמא

מסות האטומיות: ה

N – 14.0067

H- 1.00794 N + 4H)*2 + S + 4O = 132.13952 (

S – 32.065

O – 15.9994

C – 12.0107

H – 1.00794 4H + 2C + 2O = 60.05196

O – 15.9994

מסה מולרית כפקטור המרה:

טורי המרה. אפשר ליצור פק םבעזרת השיויוני

אחוז מסת ההרכב לפורמולה כימית:

אחוז מסת ההרכב לתרכובת מתייחס למסה היחסית של היסודות.

49

באחוזים: utaneB-תרכובת ה

48.044% –אחוז הפחמן הוא

17.34% –אחוז המימן

(מחשבים את סך מסה של אטום מסוים חלקי המסה הכוללת).

אנליזת יסודות:

מהשיטות לקבוע נוסחה אמפירית במעבדה. משתמשים בה בעיקר לתרכובות אורגניות פשוטות אחת

(המכילות פחמן, מימן וחמצן).

תרכובת אורגנית נשרפת בחמצן. -

) נשקלים. CO2ו H20תוצר הבעירה (לרוב -

כמות כל יסוד נקבעת לפי מסת התוצרים. -

דוגמה:

50

תרגילים:

אנליזת יסודות של בוטן נתנה את הרכב המסה הבא: .1

H – 17.34% C – 82.66%

א. קבע את הנוסחה האמפירית של הבוטן.

. מה פורמולת המולקולה?58.12ב. המסה המולרית של בוטן היא

תשובה:

5H2C 2= 1= 6.88היחס: 6.88 –א. פחמן

5 2.5 17.2 17.2 –מימן

C12.0107 24+5 =29 C4H10 – ב.

H – 1.0079 29*2 =58

מאנליזת היסודות שלו: phenol. קבע את הנוסחה האמפירית של 2

C – 76.57%

H – 6.43%

תשובה:

של חמצן. 17%נשאר

נחלק כל אטום במסת האטום שלו.

H – 6.37%

C – 6.37%

O – 1.06%

. C6H6O –היחס בין המימן לפחמן הוא כמעט אחד לאחד

כתיבה של משוואה כימית:

של תגובה כימית, בעזרת פורמולות וסמלים המציגים את היסודות צרוקממשוואה כימית היא תיאור

והתרכובות המעורבים (מצב הצבירה נתון בסוגריים).

-התגובה המופיע במשוואה לעיתים יש מידע נוסף לגבי

במקרה הזה נתונה הטמפ' בה התגובה נעשית. לעיתים יינתן הממס אשר בנוכחותו

התבצעה הריאקציה.

51

איזון משוואות:

משוואה מאוזנת חייבת להתאים עם חוק שימור המסה. בשביל לאזן משוואה אנו צריכים מקדמים

סטויכוימטריים.

. תגובות כימיותהמשתתפים ב חומריםהעוסק בכמויות ובריכוז ה כימיההיא תחום ב סטויכיומטריה

בתגובה מגיביםשיתקבלו מכמות מסוימת של תוצריםהסטויכיומטריה מנסה לחשב ולחזות את כמות ה

) מוליםדת בהחומר (נמד כמותכימית. שני הנתונים העיקריים בהם נעשה שימוש בסטויכיומטריה הם

למול). הסטויכיומטריה מחשבת את המסות היחסיות של גרםשל החומר (נמדדת ב המסה המולריתו

ממסת המים, 12%מהווים מיםב מימןה אטומיהשונות המשתתפות בתגובה. לדוגמא, תרכובותב יסודותה

. חישוב זה יכול לעזור לחזות את כמות התוצרים שתתקבל בתגובה שבה 88%מהווים חמצןטומי הוא

משתתפים מים.

כללים לאיזון משוואות:

אם יסוד נמצא רק בצד אחד של המשוואה, אזן אותו ראשון. .1

את היסודות או התוצרים שקיימים כיסוד חופשי אחרון. אזן .2

) נשארים ללא NO3אטומי לדוגמא -בתגובות מסוימות ייתכן כי קבוצות אטומים (כמו יון רב .3

שינוי. במקרים אלו נהג בקבוצה כיחידה אחת.

לעיתים משוואה יכולה להיות מאוזנת ע"י מקדם שהוא שבר. השבר מתאזן כאשר כופלים כל .4

פקטור ידוע. מקדם ב

מטרית:ותגובה סטויכיו שוויון סטויכיומטרי

יחס סטויכיומטרי או יחסי מול הוא פקטור מעבר המושג ע"י המקדמים הסטויכוימטריים במשוואה כימית.

מתאר של תגובה סטויכיומטרית פשוטה:

במקרה שנתון לנו מספר מול של חומר שהגיב,

מר השני, ניעזר ואנו מחפשים כמה מול יש מהחו

בשיטה זו.

52

תרגיל:

(פתרון במצגת)

הקשור במסה: מתאר של סטויכיומטרי

תרגיל נוסף:

53

:9מצגת מס' -כימיה

הגבלת חומרים מגיבים:

תגובות כימיות מתבצעות עם מספר מוגבל של חומרים המשתתפים בתגובה ומספר רב של שאר

החומרים.

החומר המשתתף בתגובה ונצרך כולו, מגביל את כמות התוצרים ונקרא 'חומר מגיב מגביל' או ריאגנט.

החומר המגיב המגביל אינו דווקא זה המוצג בכמות הקטנה ביותר.

אנלוגיה:

תפוזים, כמה חבילות אוכל נוכל להכין סה"כ? 10עוגיות ו 16סנדביצ'ים, 11אם יש לנו

עוגיות הן החומר המגיב המגביל, כיוון שהן נגמרו הכי מהר וגורמות לכך שלא נוכל להמשיך לקבל ה

תוצרים.

מבט מולקולרי על רעיון החומר המגיב המגביל:

החומר המגיב המגביל:בעיית הכרה ופתרון של

בעיית הגורם המגביל.אם נתון לנו מסות של שני חומרים (או יותר), יש לבדוק האם קיימת

דרך אחת לפתור את הבעיה היא לבצע חישוב סטויכיומטרי רגיל. החומר המגיב שמייצר את הכמות

הקטנה ביותר של תוצרים, הוא החומר המגיב המגביל.

54

תרגילים:

ניצולת של תגובות כימיות:

ים בתגובה. הניצולת האמיתית היא הניצולת התיאורטית של תגובה כימית היא הכמות המחושבת של תוצר

כמות שמקבלים במציאות כשמבצעים את התגובה. הניצולת האמיתית תהיי פחותה מהניצולת התיאורטית

מסיבות רבות ומחשבים אותה באחוזים. בניהן:

שיווי משקל ותוצר חוזר למצבו בתור מגיב. -. אם יש אי1

. אם המגיבים אינם טהורים.2

גיב בריאקציה נוספת וליצור תוצרי לוואי אחרים. . התוצר עלול לה3

. אם החומרים לא הומוגנים. 4

: (התנובה האמיתית פחותה מהתנובה התיאורטית)ZnS-דוגמא לתנובה אמיתית לעומת תיאורטית ב

פתרון ופתרון סטויכיומטרי:

הגדרות:

החומר שהוא מומס. -) soluteחומר מומס (

החומר שמבצע את ההמסה. –) solventחומר ממס (

הכמות של חומר מומס בתמיסה נתונה (או חומר ממס). –ריכוז תמיסה

55

תמיסה מרוכזת מכילה כמות גדולה יחסית של חומר מומס לעומת חומס ממיס.

תמיסה מהולה מכילה כמות קטנה יחסית של חומר מומס לעומת חומר ממיס.

:ריכוז מולר

ו ריכוז מולרי, הוא כמות החומר המומס במולים פר ליטר תמיסה. ), אmoralityמולריות (

סוכרוז, מכילה 0.35תמיסה שהיא -למשל

מול סוכרוז בכל ליטר תמיסה. 0.35

יש לזכור כי מולריות מסמנת מול של חומר

ולא ליטר של חומס ממיס. תמיסה ליטר שלמומס פר

שאלות:

הול של תמיסה:מי

מיהול הוא התהליך של הכנת תמיסה יותר מהולה ע"י הוספת חומר ממס לתמיסה מרוכזת יותר.

הוספת החומר הממס לא משנה את כמות החומר המומס בתמיסה, אבל כן משנה את ריכוז החומר.

כוזיות אחרת פעולה מאוד נפוצה היא הכנת מלאי של תמיסה מרוכזת של חומר מומס ואז למהול אותה לרי

כשצריך.

ויזואליה של מיהול תמיסה:

56

חישובי מיהול:

ריכוז כפול הליטר. –כמות החומר המומס במול לא משתנה כשמוהלים תמיסה. כמות המומס

והיא נשארת קבועה. C*Vכמות החומר המומס במולים =

C- (ריכוז)V – (נפח)

תרגיל:

תמיסות בתגובות כימיות:

מולריות נותנת כלי נוסף בחישוב סטויכיומטרי בהתבסס על משוואה כימית. כמו כן היא יכולה לשמש

כפקטור מעבר בין מול של חומר מומס לליטרים של תמיסה.

57

סכימה סטויכיומטרית חדשה:

תרגיל:

תשובה:

58

:11מצגת מס' -כימיה

הובלה והפרדה: –מוליכות חשמלית

זרם חשמלי הוא הולכה של חלקיקים הטעונים חשמלית, בהשפעת גורם חיצוני.

, מקטודה (אלקטרודה שלילית) לאנודה כבלסוג אחד של זרם חשמלי הוא אלקטרונים הזורמים דרך

(אלקטרודה חיובית).

ונים וקטיונים עוברים דרך תמיסה כמתואר סוג שני של זרם חשמלי הוא כאשר אני

בשרטוט. קטיונים נצמדים לקטודה ואניונים נצמדים לאנודה.

תכונות של מוליכות חשמלית בתמיסה מימית:

מוליכות חשמלית:-חזקה, חלשה ואימוליכות חשמלית

:חזקים םאלקטרוליטיי

לזכור בע"פ. –) HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4חומצות חזקות ( -

).alkali earth hydroxides &alkalineבסיסים חזקים ( -

רוב המסיסים במים הם תרכובות יוניות. -

:חלשים םאלקטרוליטיי

חומצות חלשות ובסיסים חלשים. -

אלו שלא מתמוססות בקלות במים כמו מלחי גופרית. –מספר של תרכובות יוניות -

מוליכות חשמלית:-אי

רכובות המולקולריות. רוב הת -

רוב התרכובות האורגניות (שרובן גם מולקולריות). -

ריכוז יונים בתמיסה:

59

מרובעות. סוגרייםמול פר ליטר) משתמשים ב - Mעל מנת להציג תמיסה מולרית, ביחידות של מולריות (

לדוגמא:

שאלה:

תשובה:

תגובות של חומצות ובסיסים:

קות:חומצות חלשות וחז

מיוננות לחלוטין במים. –* חומצות חזקות הן בעלות מוליכות חשמלית חזקה

* חומצות חלשות הן בעלות מוליכות חשמלית חלשה. חלק מהמולקולות המתמוססות מיוננות והשאר

נשארות בצורה של מולקולה.

כול להיות מיונן, והן פרוטיות) הן בעלות יותר מאטום מימן אחד שי-חלק מהחומצות (חומצות פולי

מיוננות בשלבים:

בסיסים חלשים וחזקים:

בסיסים חזקים רובם הידרוקסידים יוניים (בטבלה המחזורית הבסיסים החזקים נמצאים בשני

הטורים הראשונים, למרות שחלק ההידרוקסידים מהטור השני אינם מאוד מסיסים).

ית. תהליך היינון הוא שונה. בסיסים חלשים בסיסים חלשים כמו חומצות חלשות מיוננים חלק

OHמקבלים צורה של -

Hע"י קבלת +

ממים:

חומצות חזקות ובסיסים חזקים שחשוב לזכור:

60

משוואות יוניות: –נטרול תגובות

HCl, NaOH & NaCl .הם כולם אלקטרוליטיים חזקים והם מופרדים לגמרי

אה מי באמת מעורבב בתגובה. תגובת נטרול היא תגובה בין פרוטונים משוואה יונית בעצם מר

והידרוקסידים לתת מים.

מה מתרחש בתמונות הבאות?

הסבר: החומצה האצטית היא אלקטרוליט חלש, הבסיס

בתמונה השנייה גם הוא אלקטרוליט חלש ולכן אינו

מפיק הרבה זרם.

ים. חומצה ובסיס נותנים מלח ומ – 3בתמונה מס'

המלח מתפרק בקלות ליונים, ולכן יתקבל זרם.

אינדיקטורים:

ת שמחליפות צבעים בהתאם לסביבתם (חומציות, בסיסיות ונטרלי). אינדיקטורים הם מולקולות אורגניו

–לדוגמא פנול אדום

מציאת הלא נודע: -טיטרציה

61

.תמיסהשל חומרים שונים ב ריכוז) היא שיטה לקביעת הTitration: אנגלית; בטיטרציה(בלועזית: טיטור

למשל כמות מולים, –) Analyte(באנגלית: אנליטהחומר שאת ריכוזו בתמיסה רוצים לגלות נקרא

מספר גרמים, ריכוז ועוד.

(מאין כלי בצורת טפטפת), בצורה ביורטה) בעזרת Titrant( טיטרנטבשיטה זו מוסיפים חומר בשם

מדויק מול אחד החומרים בתמיסה, ליחס סטויכיומטריהדרגתית לתמיסה. כאשר הטיטרנט מגיע

י העלמות צבע, או שינוי הצבע של מתרחשת תגובה אותה ניתן לזהות בקלות בעין (למשל ע"

האינדיקטור) או בעזרת מדידה כלשהי (למשל מדידת המוליכות החשמלית שנעלמת). מטרת השיטה

לקבוע את ריכוז החומר הנבדק.

לדוגמה: תגובת סתירה בין חומצה ובסיס...

תהליך הטיטור:

שמים את האנליט בבקבוקון עם כמה טיפות של אינדיקטור. .1

פים בהדרגתיות את הטיטרנט ע"י טפטפה מיוחדת עד שצבע האינדיקטור משתנה. נקודה זו מוסי .2

נקראת 'נקודת סוף הריאקציה'. נקודת סוף הריאקציה מתרחשת כאשר המגיבים נמצאים ביחסם

הסטויכיומטרי.

בסיס:-טיטור של חומצה

שאלות:

62

:11 מצגת מס' -כימיה

וי משקל:ויש

של המגיבים והתוצרים ריכוזםשבו לא חל יותר שינוי ב תגובה כימיתהוא שלב ב שיווי משקל כימי

המשתתפים בתגובה.

למרות הרושם הנוצר בדרך כלל, מעטות יחסית התגובות הכימיות שהן חד צדדיות. רוב התגובות הכימיות

המצביע לשני הכיוונים חץמנו של המתרחשות לא רק מהמגיבים לתוצרים, אלא גם להיפך. מכאן סי

ומסמל תגובה בשיווי משקל. בתגובות שיווי משקל, עם תחילת התגובה (שלב הכנסת המגיבים

(תגובה הראשוניים למערכת) מתרחשת בעיקר התגובה המנוסחת כרגיל משמאל לימין בנוסחה הכימית

ישירה), אך כאשר קיימים גם תוצרים במערכת הם עשויים להגיב בינם לבין עצמם וליצור את המגיבים

(תגובה הפוכה).

כאשר נוצר מצב שבו מהירות התגובה הישירה שווה למהירות התגובה ההפוכה ניתן להגיד שהמערכת

ערכת. אין משמעות הדבר שהתגובות , שבו אין יותר שינוי בריכוז מרכיבי המשיווי משקל כימיהגיעה ל

מפסיקות להתרחש, אלא שהן אינן משפיעות יותר על המערכת. מצב זה נקרא שיווי משקל דינמי.

תוצרים מגיבים

אילוסטרציה של שיווי משקל דינאמי:

זמן: כמשוואה שלריכוז

63

קבוע שיווי משקל:

יחס סטויכיומטרי) –(אותיות קטנות aA + bB yY + zZ –תגובה בכלליות

–ביטוי שיווי המשקל הוא

eqK (קבוע שיווי משקל)הוא:

.בלתי תלוי בריכוז ההתחלתי

.תלוי בטמפרטורה

.תלוי בדרך כתיבת המשוואה

בעל יחידותMx

.

שאלה:

64

Keq :של הריאקציה ההפוכה

–נסתכל על התגובה

-ההפוך נסתכל על התגובה בכיוון

Keq :של משוואה מוכפלת

–נסתכל על התגובה

–ועל התגובה

? K''eq –קבוע השיווי משקל עבור התגובה החדשה מה יהיה

?

Keq סיכום: –והמשוואה המשתנה

K של התגובה בכיוון ההפוך, הוא ההופכי שלK .לתגובה בכיוון רגיל

כשמשוואה מוכפלת בפקטורn בשביל ליצור משוואתKeq ,חדשהKeq מועלה בחזקה שלn כדי

להשיג את קבוע השיווי המשקל החדש.

ליחסים הסטויכיומטרי –קבוע שיווי המשקל מתייחס לדרך בה משוואה כימית מאוזנת כתובה

ותמיד יהיה חיובי.

אינו תלוי בדרך בה הריאקציה כתובה. ריכוז השיווי המשקל

תרגיל:

65

:עוקבתקבוע שיווי המשקל לתגובה כימית

העוקבת?מה יהיה קבוע השיווי משקל עבור התגובה

.חיבור שני המשוואות נותן את המשוואה הרצויה

הכפלת ערכיK .נותן את קבוע שיווי המשקל עבור התגובה המקיפה

:טהורים ונוזלמוצק שיווי משקל במצבי צבירה

משתנות. ןהריכוזים של חומר טהור נוזלי ומוצק נשארים קבוע במהלך התגובה, למרות שכמויותיה

ולא מופיע במשוואה. Keq -ערך ה ריכוזם כלול בתוך

לדוגמא:

מתי נחוץ? –קבוע שיווי משקל

.ערך מספרי גדול של קבוע שיווי המשקל מצביע על שתגובה מתקדמת לעבר סיומה

ערך מספרי קטן של קבוע שיווי המשקל מסמן שהתגובה בכיוון הרגיל, ככתוב, מתרחשת רק

להיקף קטן.

הביטויKeq סוגרים מרובעים מציינים ריכוזים –ות השומרות על שיווי משקל תקף רק לתגוב

רק במשוואות של שיווי משקל.

מנת הריכוזים:

. מנת הריכוזים Q -נקרא מנת הריכוזים Keqשיווי משקל הביטוי עם אותה הצורה של -במצב של אי

שיווי משקל, למשל בתחילת התגובה. -מתייחסת לתגובות במצב של אי

זים עוזרת לנו לחזות את הכיוון בו מנת הריכו

צריך להתבצע שינוי כדי להגיע לשיווי משקל.

:Qתגובת המנה,

אבן גיר

66

שטליה:-עקרון לה

שיווי משקל כימי, עוסק בנרי לה שטליהה צרפתיה כימאי, הקרוי כך על שמו של העקרון לה שטליה

או נפח, שיווי המשקל יטה לחץ טמפרטורה, ריכוזותמציתו: אם מערכת כימית בשיווי משקל חווה שינוי ב

כדי למזער את השינוי שנוצר.

במילים פשוטות, אם נחמם מערכת היא תנסה לקרר את עצמה, אם נקרר אותה היא תנסה לחמם את

עצמה וכן הלאה.

שינוי בכמות המגיבים:

.Q=Keqבמצב של שיווי משקל

אם כמות המגיבים עולה אז מנת הריכוזים יורדת:

.Keq קטן מ Qתוצאה מכך כ

שוב. Q=Keqמצב זו הוא זמני בלבד, כיוון שכל הריכוזים יגיבו כך שהמצב יחזור לשיווי משקל ו

בשביל לעשות זאת, ריכוז התוצרים עולה ושיווי המשקל נוטה לימין.

דוגמא:

הוספנו בנקודה של שיווי משקל

חומצה אצטית (מגיב),

ור וכתוצאה מכך יעלה ייצ

התוצרים.

חישובי שיווי משקל:

כשנתון לנו כמות התחלתית של המגיבים וכמות שיווי משקל של התוצרים, אפשר לחשב:

כמות הזנים בשיווי משקל. .1

2. Keq .

" ICEבעזרת טבלת "

)initial conc, change, equilibrium(

67

:Keqכמויות שיווי משקל מערך

, אפשר לחשב את כמות הזנים בתגובה. Keq של מגיבים ו כשנתון לנו כמות התחלתית

תרגיל:

סיכום:

.בשיווי משקל ריכוז המגיבים והתוצרים הוא קבוע בזמן

קבוע שיווי המשקל מבוטא כיחס בין ריכוז התוצרים חלקי ריכוז המגיבים (לא כולל נוזלים

ומוצקים)

ע שיווי המשקל מקבל ערך הופכי. אם התגובה מתרחשת בכיוון ההפוך, קבו

.אם מתווספים מקדמים לתגובה, קבוע שיווי המשקל מועלה בחזקה של אותם המקדמים

אםKeq גדול מאוד, התגובה בכיוון הרגיל באה לסופה; אםKeq מאוד, התגובה בכיוון הרגיל קטן

מתרחשת בהיקף מצומצם.

) תגובת המנהQבוע שיווי המשקל) בהשתמש בריכוזים בלי ) היא היחס של הריכוזים (כמו ק

שיווי משקל.

אםQ> Keq ,תתרחש בכיוון הרגיל. אז התגובה

התגובה תתרחש בכיוון ההפוך. אז , Q< Keqאם

כאשר שינויים מתרחשים על מערכת הנמצאת בשיווי משקל, המערכת תטה כדי למזער את

השינוי שנוצר.

י משקל:החישובים העיקריים שמבצעים על שיוו

קביעת ערך קבוע שיווי המשקל מהמצב ההתחלתי והשיווי המשקל ההתחלתי. -

כשנתון לנו תנאים התחלתיים וקבוע שיווי המשקל, אפשר לקבוע תנאים של שיווי משקל. -

68

:12מצגת מס' -כימיה

:Brønsted–Lowry)תיאורית ברונסטד לוארי )

-ה לשל ארניוס: חומצה משנה צור ההתיאורי+

H במים ובסיס משנה צורה ל- OH-

במים.

) לא NH3לא כל הריאקציות המעורבות בהם בסיסים וחומצות קשורות במים, והרבה בסיסים (כמו

OHמכילים בכלל -

.

):+Hדירה חומצות ובסיסים בתנאים של מעבר פרוטון (8מג ברונסטד לוארי

חומצות ברונסטד לוארי הן "תורמת פרוטון".

נסטד לוארי הן "מקבלות פרוטון". בסיסי ברו

הוא החומצה פחות הפרוטון שהיא מעניקה. בסיס מצומד של חומצה

היא בסיס פלוס הפרוטון המתקבל. חומצה מצומדת של בסיס

:HClיינון של

יינון של אמוניה:

:אמפותריםהמים הם

כלומר יכולים להתנהג כמו חומצה

וכמו בסיס.

69

Ka ו- Kb:

. Kb, ובסיס מיוצג ע"י Kaקבוע שיווי המשקל לחומצה ברונסטד מוצגת ע"י

Ka – ,עבור חומצהKb – .עבור בסיס

המים לא נכנסו לקבוע שיווי המשקל כיוון שהם נוזל טהור. מוצק ונוזל טהורים לא נכנסים למשוואות

קבוע שיווי המשקל.

של חומצות ובסיסים:כוחם של זוגות מצומדים

חומצה חזקה יותר יכולה לתתH+ .בקלות יותר מחומצה חלשה

.ככל שחומצה יותר חזקה, כך הבסיס המצומד שלה חלש יותר

.ככל שבסיס חזק יותר, כך החומצה המצומדת לו חלשה יותר

בסיס מתחילה מהחזק לחלש שבניהם לכל זוג מצומדים חומצה-כיוונה של תגובה של חומצה-

בסיס.

70

בסיס בעת שיווי משקל:\כוח וכיוון של חמוצה

HBr הוא חומצה חזקה יותר מ CH3COOH .ולכן שיווי המשקל לתגובה נוטה לשמאל

CH3COOנגיע לאותה מסקנה אם נשווה את הכוחות של הבסיסים: -

Brהוא בסיס חזק יותר מ -

.

חומצות בטבלה המחזורית:הכוח

גורם שמקל על H+ .ל"עזוב", יגדיל את כוח החומצה

כוח חומצה הוא הפיך ויחסי ל H—A :אנרגיית ניתוק הקשר

Weaker H—A bond stronger acid.

:כוח חומצה הוא ביחס ישר לרדיוס האניון

Larger A– radius:

smaller negative charge density of A

weaker attraction of A to protons

stronger acid

אוקסיאסיד: –כוחה של חומצה המכילה חמצן

כוח החומצות גובר עם האלקטרושליליות של מרכז האטום, ועם המספר הסופי של אטומי חמצן.

71

כוחה של חומצה קרבוקסילית:

.Rשוני בכוח החומצה נובע בהבדלים בין קבוצת

יותר אלקטרושלילי, כך חזקה יותר החומצה. Rטום המופיע בקבוצת בכלליות ככל שהא

כוחם של בסיסים אמיניים:

הם בסיסים חלשים בהרבה מבסיסים אליפתיים: םאמינים ארומטיי

π אלקטרונים של טבעת בנזין של מולקולה ארומטית מקומם אינו קבוע והם יכולים להיקשר לזוג

ברזוננס המוכלא. N –ל החנקן האלקטרונים הלא מקושר ד

72

:13מצגת מס' -כימיה

עצמי של מים:-יינון

עצמי. היכולת נובעת מכך -מים טהורים מבצעים מידה של חשמליות. הסיבה לכך היא שמים מבצעים יינון

שמים יכולים להיות גם בסיס וגם חומצה.

.Kw – תוצר יון למיםנקרא קבוע שיווי משקל לתהליך זה

At 25 °C,Kw = [H3O+][OH–] = 1.0 x 10–14 M2

ריכוז שיווי המשקל של מים טהורים- [H3O+] = [OH–] = 1.0 x 10–7 M

חומצות, –יש חשיבות גדולה מאוד לקבוע שיווי המשקל של מים כי הוא תקף לכל התמיסות המימיות

לית, ולא רק למים טהורים. בסיסים, מלחים ולאלה שלא מוליכים חשמ

PH וPOH:

PH לחוזק חומצההוא מדד .PH חומצה חזקה. –נמוך

POH .מדד חוזק הבסיס POH בסיס חזק יותר. –נמוך

יחס קבוע של יינון:

p=-log

pH = –log[H3O+] and

[H3O+] = 10–pH

pOH = –log[OH–] and

[OH–] = 10–pOH

73

בשביל בסיסים וחומצות מצומדים:

תרגיל:

תרגיל:

74

חוקים:

ביחס xאז אפשר להזניח את _x>_ %5-(ח. אצטית) שווה פחות מ cOHAאם היוניזציה של . 1

C AcOH

.C AcOH לריכוז האנליטי ל

.cOHA Cס ל ביח x, אז אפשר להזניח את cOHAC< 100. אם 2

Ka

חומצות פוליפרוטיות:

אחד ליינון בכל מולקולה. Hמבעלת יותר

דוגמאות:

- Sulfuric acid, H2SO4 Diprotic

- Carbonic acid, H2CO3 Diprotic

- Phosphoric acid, H3PO4 Triprotic

מקבל ערך שונה. ערכים אלו Kaהפרוטון של חומצות אלו נקשרים בשלבים ובכל שלב

. .Ka1 > Ka2 > Ka3 , etc -קטנים בין שלב לשלב, כלומר

Ka1 = 7.1⋅10-3 M

Ka2 = 6.3⋅10-8 M

Ka3 = 4.3⋅10-13 M

תרגיל:

75

סיסים וחומצות:יונים כב

כאשרNa2CO3 :מומס, הוא מופרד לחלוטין ליוניםNa2CO3 → 2Na+ + CO32 –

יונים פחמניים מגיבים כדי ליצורOH-

.

התגובה מעלה[OH–] 10מעל-7

Mו ,-[H3O+] יורד בהתאם. רמת הPh .תהייה קטנה משבע

כך שבעצם CO3-2

בתמיסה. יוניזציה –עבר הידרוליזה (פירוק על ידי מים)

מלחים:

. NaCl, KNO3 -מלחים מבסיסים חזקים וחומצות חזקות הופכים לתמיסה ניטרלית. לדוגמא

הסיבה: חומצה ובסיס מנטרלים זה את זה. עוד הסבר נובע מתוך חומצות ובסיסים מצומדים והתגובה

תיעשה בכיוון התוצרים.

.NH4NO3 -ה חומצית. לדוגמא מלחים של חומצות חזקות ובסיסים חלשים הופכים לתמיס

הסיבה: מפרקים מלח לריאקציה נטרול בין חומצה ובסיס. בעזרת הריאקציה ננתח את כל אחד המרכיבים,

ונסיק. הבסיס המצומד של החומצה החזקה לא עובר הידרוליזה והחומצה המצומדת לבסיס החלש כן

עוברת הידרוליזה.

. KNO2, NaClO -ופכים לתמיסה בסיסית. לדוגמא מלחים של חומצות חלשות ובסיסים חזקים ה

הסיבה: מבצעים אותו ניתוח.

מלחים של חומצות חלשות ובסיסים חלשים יכולים להפוך לתמיסה בסיסית, תמיסה חומצתית ותמיסה

. .NH4NO2, CH3COONH4 -ניטרלית, בתלות בכוחם היחסי של האניונים וקטיונים. לדוגמא

הסיבה:

:פקט היון המשותףא

של החומצה יעלה. PH-אם נסתכל על חומצה אצטית, נוסיף יון אצטי כמומס נוסף, רמת ה

76

אפקט היון המשותף הוא דיכוי של יוניזציה של חומצה

חלשה או בסיס חלש כתוצאה מהוספת יון משותף

מאלקטרוליט חזק.

כלומר, הוספנו תוצרים ולפי עקרון שטלייה, המערכת

להקטין את השינוי והתוצרים יתפרקו ליצור תנסה

מגיבים.

תרגיל:

סיכום:

מים מבצעים תהליך של יוניזציה עצמית, מפיקיםOH-

H30 ו +

.

pH = –log[H3O+] pOH = –log[OH–] pKw = –logKw

. 7של מים טהורים ותמיסה ניטרלית הוא PHה -

- Acidic solutions: pH < 7; basic solutions: pH > 7.

מעלות 25-בתמיסה מימית, ב- pH + pOH = 14.00

.תגובת הידרוליזה גורמת לתמיסות מלחים שונות להיות חומצית או בסיסית

,אלקטרוליט חזק, שמפיק יון המוכר לשיווי המשקל של היוניזציה של חומצות ובסיסים חלשים

. דוחה את היוניזציה של אותם חומצות ובסיסים

77

:14-16מצגת מס' -כימיה

תמיסת בופר:

. בשביל לעבוד עם PHהרבה ריאקציות תעשייתיות וכימיות, במיוחד תגובות של אנזימים, רגישות ל

כמעט קבוע. PHתמיסות כאלו אנחנו צריכים תמיסה ששומרת על טווח

קטנות של בסיסים חזקים וחומצות משתנה רק מעט כאשר כמויות PHתמיסת בופר היא תמיסה שרמת ה

חזקות מוספות לה.

תמיסה כזו מכילה ריכוז משמעותי של אחד מהבאים:

.בריכוז דומהחומצה חלשה והבסיס המצומד לה, -

. בריכוז דומהבסיס חלש והחומצה המצומדת לו, -

"בולם זעזועים": –ת הבופרים ולפעי

OHות המוספות של ה הרכיב החומצי של הבופר מנטרל את הכמויות הקטנ-

(בסיס), ובכך הוא יוצר

:PHבסיס מצומד חלש יותר. תהליך זה משפיע רק מעט על רמת ה

HA + OH– → H2O + A–

H3Oהרכיב הבסיסי מנטרל את הכמויות הקטנות המוספות של ה +

ובכך יוצר חומצה מצומדת חלשה

:PHיותר. תהליך זה משפיע רק מעט על רמת ה

A–

+ H3O+

→ H2O + HA

מים טהורים אינם בופרים בכלל:

78

סודיום:מלח חומצת החומץ \תמיסת הבופר של חומצה חומצית

:של חומצה משוואת תמיסת הבופר

בתמיסת בופר משתמשים בנוסחה הבאה: PHבשביל לחשב ריכוז

. pKa ± 1 -כלומר

:תכולת הבופר וטווחו

יש גבול בקיבולת תמיסת הבופר אשר הוא יכול לנטרל כשמוספים חומצות או בסיסים.

בכלליות, ככל שמרכיבי תמיסת הבופר יהיו יותר גדולים, ככה היכולת לנטרל חומצות ובסיסים מוספים

עולה. –

ככלל, תמיסת הבופר הכי יעילה אם ריכוז החומצה והבסיס המצומד לה שווים.

:בסיס-חומצהינדיקטור א

חומצה חלשה ובסיס חלש. בעצם אינדיקטור של חומצה ובסיס הוא

הצורה החומצית של האינדיקטור מקבל צבע אחד ולבסיס המצומד לה צבע אחר. אחד מהצבעים יכולים

להיות חסרי צבע, העיקר שישתנה הצבע.

היוניזציה יון נפוץ, הוא מדחיק את הוא [+H3O]. בגלל ש [+H3O]בתמיסה חומצית יש ריכוז גבוה של

הצורה החומצית של האינדיקטור. – HA-של חומצת האינדיקטור, ואנו רואים את הצבע של ה

OH]בתמיסה בסיסית יש ריכוז גבוה של –A, וביחד יוצרים את הצבע של HAאשר מגיב עם [

-.

מסוימת, אלא בטווח. PHברמת בסיס לרוב משומשים לאפליקציות בהם אין צורך-אינדיקטור של חומצה

79

:Litmus paper -נייר לקמוס

הנייר מחליף את צבעו בהתאם לסביבה.

:)מכתיב טווח פעילות pKaאינדיקטור של ( רשימת אינדיקטורים

להם עבור חומצה שונה מהסיבה שקבועי שיווי המשקל ש PHאינדיקטורים מחליפים את צבעם בסביבות

ובסיס שונים.

תרגיל:

לאינדיקטור תימול כחול זה יש

מספר טווחים. בציור השני

משמאל נוצרה תמיסת בופר.

80

תגובות ניטרליות:

הנקודה אליה אנחנו שואפים, בה החומצה והבסיס סותרים –בין חומצה ובסיס equivalence -נקודת ה

זה את זה.

חומצה, החומצה והבסיס הובאו יחדיו ביחסים סטויכיומטרים -טיטרציה של בסיס בנקודת שיווי משקל של

מדויקים. נקודת הסיום בטיטרציה היא הנקודה בה האינדיקטור משנה את צבעו. במצב אידיאלי נקודת

הסיום ונקודת שיווי המשקל קרובים מאוד זה לזה.

מים הכי טוב ע"י עקומת טיטרציה של רמות נקודת הסיום ונקודת שיווי המשקל לטיטרציה ניטרלית מתוא

pH .נגד נפח הטיטרציה

נטרול חומצה חזקה עם בסיס חזק:

חומצה חזקה עם בסיס חזק: –עקומת הטיטרציה

נטרול של חומצה חלשה עם בסיס חזק:

81

עם בסיס חזק: חלשהחומצה –עקומת הטיטרציה

בסיס חזק:-סיכום חישובים של עקומת הטיטרציה במצב של חומצה חלשה

סיכום:

:תמיסות בופר מכילים חומצות ובסיסים חלשים והחומצה או הבסיס המצומדים לה

. pKa ± 1בשיווי משקל של: pH הבופר מייצב את רמת ה -

בופר גורם לעקומת הטיטרציה לעלות רק מעט. -

בסיס הם חומצות חלשות, ובהם לחומצה ולבסיס המצומד לה יש -טורים של חומצהאינדיק

צבעים שונים.

האינדיקטור ייבחר כך שנקודת הסיום של הטיטרציה תהיי קרובה לנקודת שיווי המשקל. -

.עקומת טיטרציה מתארת את המסלול של תגובות מנוטרלות

82

:18מצגת מס' -כימיה

מצון וחיזור:ריאקציות הקשורות בח

איבוד אלקטרונים. חמצון:

רווח אלקטרונים. חיזור:

דרגת -את האלקטרונים (משמע מקבלהמינוחים המתארים את המגיבים מבלבלים מעט. החומר ש

) עולהדרגת החמצון שלו -את האלקטרונים (משמע מוסר, והחומר שמחמצן) נקרא יורדתהחימצון שלו

אלקטרונים עובר חמצון. מוסר, וחומר החיזוראלקטרונים עובר בלמק. בהתאמה, חומר המחזרנקרא

) Reduction( רדוקציההמחמצן עובר חיזור והמחזר עובר חמצון. בלועזית מכונה החיזור -כלומר

).Oxidation( אוקסידציה -והחמצון

ובת חומר אחר, חומר שמאבד אלקטרון (מחזר), חייב לאבד אותם לט –שני התהליכים קורים במקביל

חומר שמרוויח אלקטרון (מחמצן) חייב להרוויח אותם מחומר אחר.

דרגת חמצון:

אטומי, או מטען היפותטי המשויך לאטום -דרגת החמצון (=מספר חמצון) היא המטען של יון חד

אטומי. -במולקולה או יון רב

היא לאזן משוואות כימיות לרוב נשתמש בדרגת החמצון כשמדובר בקשרים יונים ופולארים, ומטרתם

הקשורות לחמצון וחיזור.

)לבדוק לפי הסדר( חוקים לקביעת דרגת חמצון:

.0מספר חמצון של יסוד חופשי הוא תמיד .1

חיבור כל מספרי החמצון שווה למטען הכולל של החומר. כלומר, סכום מספרי החמצון .2

למטען היון.. וביון סכום מספרי החמצון שווה 0במולקולה ניטרלית הוא

החמצון מספר בטבלה המחזורית 1A: באטומים שנמצאים בקבוצה ישנו קשר שנכון כמעט תמיד .3

+ בכל תרכובותיהם.2מספר החמצון הוא 2Aאים בקבוצה +. באוטמים שנמצ1הוא

בתרכובות. -1) מספר חמצון F( פלואורל .4

. יוצאי הדופן: בתרכובת עם פלואור החמצן -2) כמעט בכל התרכובות מספר חמצון O( חמצןל .5

) החמצן מקבל מספר חימצון O-Oשר (בהם קיים הק פרוקסידיםמקבל מספר חימצון חיובי וב

1-.

(מימן קשור למתכת) בהם רידיםהיד+. יוצאי הדופן הם ה1) כמעט תמיד מספר חמצון H( מימןל .6

. 1-המימן מקבל מספר חימצון

בתרכובות בינאריות עם מתכות: .7

.-1(הלידים) מספר חמצון הוא 7Aקבוצת יסודות -

. -2) מספר החמצון הוא .. 6A )O, Sקבוצת יסודות -

. -3) מספר החמצון הוא ...5A )N, Pקבוצת יסודות -

צון עבור האטומים הבאים:כתוב את דרגות החימ

*המטען לכל האטום הינו היפותטי, ולכן הוא יכול להיות שבר.

83

בכימיה אורגנית: ימצוןח

CH4 היא אחת המולקולות הכי

מחוזרת בטבע.

ככל שהמטען יותר שלילי המולקולה

יותר מחוזרת. ככל שהמטען יותר

חיובי, המולקולה יותר מחומצנת.

מערב היברידי: –בביולוגיה )חיזור +חימצון( זורמחי

חיזור )חימזור(:-זיהוי של תגובות חמצון

בתגובת חימזור מספר החימצון של החומרים משתנה לאורך התגובה.

.(החומר מאבד אלקטרונים) חימצון מתרחש כאשר דרגת החימצון עולה

ת (החומר מרוויח אלקטרונים). חיזור מתרחש כאשר דרגת החימצון יורד

אם חומר עובר תהליך של חימצון או חיזור, התגובה היא תגובה של חימזור.

דוגמאות לתגובת חימזור: החלפה של יסוד ביסוד אחר, דליקה, איחוד של יסוד בתוך תרכובת

ועוד.

84

דוגמא לתגובת חימזור:

Mg + Cu2+ → Mg2+ + Cu

מצנים ומחזרים:גורמים מח

גורם לחומר אחר להיות מחומצן; הגורם המחמצן עובר חיזור בתהליך זה. -גורם מחמצן

גורם לחומר אחר להיות מחוזר; הגורם המחזר עובר חמצון בתהליך זה. -גורם מחזר

.שאלה: מי הוא גורם החיזור ומי הוא גורם החימצון במשוואה הכימית

והנחושת עוברת חיזור. תשובה: המגנזיום הוא המחזר ,

מתכות:-דרגות חימצון אצל אל

מתכות שווה למספר הקבוצה בטבלה המחזורית:-באל תדרגת החימצון המקסימאלי

– For nitrogen, +5.

– For sulfur, +6.

– For chlorine, +7.

. 8מתכות שווה למספר הקבוצה פחות -דרגת החימצון המינימאלית באל

85

סדרות פעולה של מתכות:

בסדרת הפעילות של המתכות, הראשון

הוא המחזר הכי טוב.

כל מתכת הנמצאת מעל מתכת אחרת,

יכולה להתחלף איתה.

שימושים של תגובות חימצון וחיזור:

ת שחייה, יום אנו מבצעים פעולות של חמצון וחיזור כמו, הלבנת בגדים, הלבנת שיניים, חיטוי בריכ-ביום

אקונומיקה המחמצנת צבעי בגדים וכו'.

בתזונה ומזון, תגובות חימזור בתהליכים מטבוליים "שורפים" את המזון שאנו אוכלים; חומרים נוגדי

חימצון מגיבים עם קבוצות אטומים רדיקלים.

בתעשייה, לייצור ברזל, פלדה ועוד מתכות, כמו כן ייצור סחורות לצרכן.

ר בכימיה אורגנית: חמצון וחיזו

86

טיטרציה של חימזור:

תרגיל:

חצאי תגובות:

חיזור, יש שני חצאי תגובות. -בכל תגובת חימצון

חימצון מתרחש כאשר חומר מאבד אלקטרון לטובת חומר אחר:

Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e–

חיזור מתרחש כאשר חומר מרוויח אלקטרון מחומר אחר:

Zn2+(aq) + 2e–

→ Zn(s)

חצאי התגובות לאיזון משוואות חימזור: תתיאורי

אחד לחיזור אחד לחימצון. –. הפרדה של תגובת חימזור לשני חצאי משוואות 1

כמו כל משוואה כימית, איזון משוואת חימזור צריכה להיות מאוזנת לפי מסה ומטען.

87

רוני בכל אחד מחצאי המשוואות. . אזן את האטומים והמטען האלקט2

. התאם את המקדמי בחצאי המשוואות (הכפל את חצי המשוואה בפקטור), כך שאותו מספר אלקטרונים 3

יופיע בכל אחת מחצאי המשוואות.

חיזור. -. אחד את שתי חצאי המשוואות להשיג תגובה מלאה של חימצון4

.. כתוב את נטו התגובות המאוזנת5

!האלקטרונים הבודדים אינם מופיעים במשוואה המאוזנת

סיכום איזון משוואה חימזור:

חימצון וחיזור. –הפרד תגובת חימזור לשני חצאי תגובות .1

אחרונים). H-ו Oאזן את מספר האטומים בכל אחד מחצאי המשוואות (לרוב נאזן את היסודות .2

הוספת אלקטרון בצד שמאל במשוואת החיזור והוספת אזן את המטען של כל חצי משוואה ע"י .3

אלקטרון בצד ימין במשוואת החימצון.

אם יש צורך, הכפל את המשוואות כך שהמקדמים של האלקטרונים בשני חצאי המשוואות יהיו .4

שווים.

חיזור. -חבר ביחד את שני חצאי המשוואות ליצירת תגובת חימצון .5

וחדת, אם אפשר. צמצם את מה שצריך מהמשוואה המא .6

בדוק שוב את האיזון. .7

תגובת חימזור בתמיסה חומצית:

בתגובות אלו יהיה הכרחי להוסיף מולקולה של מים ופרוטון +

H להשיג משוואה מאוזנת. (אזןO ו-H

אחרונים).

אחריי שהמשוואות אוזנו מבחינת המסה שלהם, נצטרך לאזן אותם 'מטענית'. בשביל לעשות זאת ניעזר

e -ב-

H -ו +

Hלהשיג איזון מטעני, ומים לקזז את ה +

הנוסף.

תמיסה בסיסית: \תגובות חימזור

88

עבור תגובה המתרחשת בתמיסה בסיסית, צריך להיות -

OH במקוםH+

במשוואה המאוזנת.

אחת הדרכים לאזן תגובת חימזור בתמיסה בסיסית, היא לאזן אותה כאילו היתה בתמיסה חומצית:

צד של המשוואה בסיומה מספר יונים נוסיף לכל–

OH בכמות השווה לH+

המופיע במשוואה. בצד אחד

Hשל המשוואה יופיעו +

-ו –

OH נשלב אותם למים. –במספר שווה

תרגיל:

סיכום:

.מספרי חימצון עוזרים לנו להתעסק עם תגובות חימזור

קטרונים) וחיזור זה ירידה במספר החימצון (רווח חימצון זה עלייה במספר החימצון (איבוד אל

של אלקטרונים).

.גורם מחמצן גורם לחימצון של חומר אחר ובתהליך עובר חיזור

.גורם מחזר גורם לחיזור של חומר אחר ובתהליך עובר חימצון

.סדרת הפעילות היא דירוג כוחם היחסי של מתכות כגורמים מחזרים

ור לשני חצאי משוואת, אחת לחיזור ואחת לחימצון. אפשר להפריד תגובת חימז

חומצית תדרוש הוספת יונים של \איזון תגובות חימזור בתמיסה בסיסיתH+/OH

–להשיג איזון

מטעני, ומים בשביל לקזז את מה שהוספנו.

89

:19-21מצגת מס' -כימיה

אנרגיה פנימית:

רגיה שהמערכת מכילה, מחולקת לאנרגיה קינטית ואנרגיה ) של מערכת היא סך האנUאנרגיה פנימית (

פוטנציאלית.

:אנרגיה קינטית כוללת תנועה מולקולארית בשלוש צורות

אנרגיה פוטנציאלית קשורה ביחסים פנים-

מולקולאריים. -מולקולאריים ויחסים חוץ

לעיתים צורות אלו נקראות אנרגיות חום ולעיתים אנרגיות כימיות.

תרמוכימיה:

היא הלימודים של שינויי אנרגיה, שמתרחשים בזמן תגובות כימיות. תרמוכימיה

ההתמקדות היא על חום ומעבר חומר בין המערכת לסביבה.

של מערכת שבאה לידי אנרגיה קינטית) היא אנרגיית חום(או אנרגיה תרמית

.טמפרטורהא הולא סדירות. המדד לאנרגיה תרמית הו אקראיותביטוי בתנועות

ורה של אנרגיה העוברת מגוף אחד לגוף אחר, כתוצאה מהפרשי הטמפרטורה שביניהם. הוא צ חוםה

האנרגיה תמיד תעבור מהגוף החם יותר לגוף הקר יותר. ניתן לנצל אנרגיה תרמית ולהפיק ממנה עבודה

רק בסביבה בה יש הפרשי טמפרטורה.

ישנם שלושה סוגי מערכות:

מאפשרת מעבר של –מערכת פתוחה

אנרגיה (כוס תה פתוחה). חומר ו

חומר לא יכול לצאת –מערכת סגורה

החוצה, אבל אנרגיה כן יכולה לצאת

יוצא חום –(למשל כוס תה סגורה

שהוא אנרגיה אבל לא חומר).

החומר והאנרגיה לא יוצאים החוצה, בידוד אנרגטי (למשל תרמוס). -מערכת מבודדת

המבצעות את הריאקציה הן המערכת, והממס הוא כשנדבר על תגובות כימיות, המולקולות

הסביבה.

90

מנגנון העברת אנרגיה:

אנרגיה יכולה לעבור בין המערכת לסביבתה בצורה של:

תגובה במערכת משנה את הטמפ' של הסביבה. חום: -

התגובה במערכת גורמת לעבודה להיעשות (עבודה היא כוח שגורם למשהו לעבור עבודה: -

מרחק).

כזה אנרגיה "שלילית" או "אנרגיה חיובית"; סימן העבודה (או החום) מסמל את הכיוון אין דבר

אליו האנרגיה זורמת.

חום:

החום הוא אנרגית מעבר הנובעת משינויים תרמיים בין מערכת לסביבתה.

מטמפ' גבוהה ולטמפ' נמוכה. יהחום עובר ספונטאנ

משקל תרמי עם סביבתה.החום יפסיק לזרום כאשר המערכת תהיי בשיווי

אילוסטרציה של מעבר חום:

גוש הקרח קר יותר מהסביבה, ולכן הוא קולט חום ובכך מקרר את הסביבה.

מה שגורם למעבר החום הוא התנגשות מולקולארית לא גמישה.

עבודה:

עבודה היא גם אנרגית מעבר בין מערכת לסביבתה.

המערכת, המערכת עלנעשית דחיסה = העבודה

+). Wמרוויחה אנרגיה (

המערכת, על ידיהתרחבות = העבודה נעשית

). -Wהמערכת מפסידה אנרגיה (

91

נפח עבודה: –לחץ

w = –PΔV

הלחץ הוא לחץ

שהאטמוספרה מפעילה.

פונקציות מצב:

המצב בו המערכת נמצאת ברגע קבוע מסוים. – מצב המערכת

פי הסוגים והכמויות של החומרים הנמצאים במערכת, מבנה המצב נקבע ל

החומר והרמה המולקולארית והרמה הגוברת של לחץ וטמפרטורה.

פונקציה התלויה בערכי מצב המערכת ברגע מסוים. - פונקצית המצב

פונקציה זו אינה תלויה שאיך המערכת הגיעה למצב המסוים, כלומר איננה

קשורה להיסטוריה של מערכת.

החוק הראשון של תרמודינמיקה:

בשינוי פיסיקלי או כימי, אנרגיה יכולה להתחלף בין המערכת לסביבתה, אבל לא -חוק שימור אנרגיה

יכולה להיעלם או להיעשות יש מאין.

השינוי באנרגיה הפנימית של מערכת הוא ההפרש באנרגיה בין מצב התחלתי למצב הסופי.

ΔU = Ufinal – Uinitial

או עבודה אז:\אם שינוי האנרגיה מתרחש בצורה של חום ו

ΔU = q + w

הסימון של החוק הראשון:

–יש לחשוב מנקודת המבט של המערכת

:אנרגיה הנכנסת למערכת תקבל סימן חיובי

, או (q > 0)חום הנספג על ידיד המערכת -

. (w > 0)עבודה הנעשית על המערכת -

בל סימן שלילי:אנרגיה העוזבת את המערכת תק

(q < 0)חום המשתחרר מהמערכת -

. (w < 0)עבודה נעשית על ידי המערכת -

ולסיכום:

:(qrxn) חום תגובה

92

qrxn .היא כמות החום המתחלפת בין תגובת מערכת לסביבתה

בצורה הבאה:) משחררת חום exothermic( תגובה אקסותרמית

חום המערכת עולה. מבודדתבמערכת -

.qrxn<0 -מערכת עוברת מרמה גבוהה לנמוכה האנרגיה ב -

סופגת חום בצורה הבאה: תגובה אנדותרמית

חום המערכת יורד. מבודדתבמערכת -

. qrxn>0 -האנרגיה במערכת עוברת מרמה נמוכה לגבוהה -

:exothermic –תגובות פולטות חום

שינויים באנרגיה הפנימית בקבוע לחץ:

–ובה מתרחשת בקבוע לחץ מסוים במערכת שהתג

ΔU = qP – PΔV or

ΔU + PΔV = qP

qP – .חום בלחץ קבוע

רוב האנרגיה התרמית משתחררת בצורה של חום. בנוסף, מתבצעת

עבודה כדי להרחיב את המערכת בהשוואה לסביבתה (דחיפה בחזרה של האטמוספרה).

93

:(H) אנתלפיה ושינויים באנתלפיה

סך כל האנרגיה התרמית האצורה בחומר, כלומר הפוטנציאל התרמי של מערכת. שינוי –פיה אנתל

באנתלפיה הוא שינוי באנרגיה הפנימית.

H = U + PV -האנתלפיה מוגדרת

כאשר:

של המערכת האנרגיה הפנימיתא הו

לחץהוא ה

. נפחהוא ה

.ΔH = ΔU + Δ(PV)לפיכך שינוי באנתלפיה הוא

–עבור תהליך המתרחש בקבוע לחץ מסוים

ΔH = ΔU + PΔV

ΔH = qp

. ΔH = ΔU –עבור תהליך המתרחש בקבוע לחץ מסוים ובנפח קבוע (כלומר, לא מתבצעת עבודה)

תכונות האנתלפיה:

שני בולי עץ בשריפה גורמים לחום –האנתלפיה תלויה בכמות (נפח) החומר הנוכח. (לדוגמא

כפול מבול עץ אחד בשריפה).

כיוון ש- U, P ו-V ,הם משתנים של פונקצית המצבH אנתלפיה גם כן משתנה של פונקצית

המצב.

לכל תגובה. םשינויים באנתלפיה הם ייחודיי

אנתלפיה תלויה רק במצב ההתחלתי ובמצב הסופי. בתגובה כימית המצב ההתחלתי נקרא ה

מגיבים והמצב הסופי נקרא תוצרים.

דיאגרמת האנתלפיה:

.(ע"פ ניסיונות) ערכי האנתלפיה נקבעים בצורה אמפירית

ΔH < 0 – .תגובה של פליטת חום

ΔH > 0 – .תגובה של ספיגת חום

94

הפיכת ריאקציה:

ΔH משנה סימן כשתגובה מתהפכת, לפיכך בתגובה מחזורית ערך האנתלפיה הואΔH = 0 .

תרגיל:

בחישובי סטויכיומטרי: ΔHהאנתלפיה

לפתירת בעיות, התפתחות של חום (תגובה אקסותרמית) נחשבת כתוצר. ספיגת חום (תגובה של

אנדותרמית) נחשבת כמגיב.

. ΔHלייצר פקטור מעבר הקשורה ב אפשר

לדוגמא:

תרגיל:

95

חוקו של הס עבור קבוע חום:

גובה הוא , מכיוון שהשינוי באנתלפיית התחוק. לפי התגובה כימיתב אנתלפיהחוזה את השינוי ב חוק הס

, השינוי באנתלפיה של תגובה הוא קבוע, בלי תלות בתגובות ביניים. לכן שלבי ביניים ית מצבפונקצ

גובה הכימית אינם משפיעים על שינוי האנתלפיה.בת

.חום של תגובה הוא קבוע, בלי קשר למספר השלבים בתהליך

ΔHoverall = sum (ΔH’s of individual reactions)

.כאשר זה הכרחי להפוך תגובה כימית, החלף את סימן האנתלפיה

אותה תגובה. כאשר כופלים מקדמים במשוואה, נכפיל גם את ערך האנתלפיה ל

דיאגרמת האנתלפיה: –חוק הס

ΔH(a) + ΔH(b) = ΔH(c)

תרגיל:

חישוב של שינויים באנתלפיה:

–נחשב את השינוי באנתלפיה בתגובה כזאת

ΔH = Hproducts – Hreactants

וחלטים של אנתלפיה של אפשר למדוד רק שינויים באנתלפיה, איננו יכולים לקבוע ערכים מ –בעיה

תרכובות.

96

:היווצרותערכי אנתלפיה סטנדרטים עבור

) היא היסודות מהן המגיבים והתוצרים מורכבים. Hrefנק' ההתייחסות (

לחץ והטמפ' המעוניינת, לרוב atm 1מגדירים את המצב הסטנדרטי של חומר, כמצב של חומר טהור של

25 °C .

של תגובה הוא השינוי האנתלפי בו מגיבים ותוצרים נמצאים במצב °ΔHהשינוי האנתלפי הסטנדרטי

הסטנדרטי.

של חומר, הוא שינוי האנתלפי °ΔHfאנתלפיית היצירה הסטנדרטית: האנתלפי הסטנדרטי עבור היווצרות

של היווצרות מול אחד של חומר ממרכיביו היסודות במצבם הסטנדרטי.

ΔHf° 0של יסוד טהור הוא .

. :C° 25 -ה סטנדרטית של היווצרות באנתלפי

ΔHשימוש אנתלפיה סטנדרטית של היווצרות לחישוב 0

של תגובה:

–לדוגמא תגובות אקסותרמית

חישובים של בהתבסס על אנתלפיה סטנדרטית של היווצרות:

97

ובמילים אחרות...

תוצרים (כפול ביחסים הסטויכיומטרים). של המגיבים וה °ΔHfסכום את כל ערכי .1

חסר את תוצאות המגיבים מתוצאות התוצרים. .2

ת:וחשיבות תגובות אקסותרמי

:בעירה של דלק מאובן

דלק לגוף: –מזון

פחמימה (סוכרים ועמילן), שמנים וחלבונים. -

C6H12O6.ר של גלוקוז סוכ-בזמן עיכול, פחמימות מתפרקים ליחידות חד -

סיכום:

.תרמוכימיה דנה בשינויים אנרגטיים בתגובות כימיות ופיסיקליות

תרמוכימיה מגדירה את הקשר בין מערכת לסביבתה; הגדרת האנרגיה הקינטית, האנרגיה

(w) ) ועבודה qחום ( –הפוטנציאלית ואנרגיה פנימית; הפרדת שני סוגים של שינויי אנרגיה

יה פנימית (אנרגU( .היא פונקצית מצב

98

אנתלפיה היא פונקציה המבוססת על אנרגיה פנימית, אבל מתאימה לשימוש בתהליכים עם לחץ

קבוע.

קשור לשינויים בחום ועבודה בין מערכת וסביבתה באנרגיה ההחוק הראשון של התרמודינמיק

הפנימית של מערכת.

אנתלפיה סטנדרטית של היווצרות חשובים בחישובי המצב הסטנדרטי, שינוי אנתלפי סטנדרטי ו

. התרמוכימי

של תרמוכימיה שעוסקים בחום של בעירה של דלק מאובן ואנרגיה המופקת םישנם יישומי

ממזון.

99

:22-21סיכום מצגת

:(voltaic cellsאלקטרוכימיה )

voltaic cells משתמש בתגובות חימזור כדי לייצר חשמל.גלוני(תא (

חצי תא מכיל אלקטרודה (מתכת או מוליך חשמל אחר) שקוע בתמיסה יונית.

גם החמצון וגם החיזור מתרחשים על

משטח האלקטרודה, ומושג שיווי

משקל.

הגדרות חשובות של אלקטרוכימיה:

אלקטרודות והתמיסות. מכיל שני חצאי תאים עם חיבור בין ה תא אלקטרוכימי

שני חצאי תאים יכולים להתחבר ע"י גשר מלח אשר מאפשר מעבר של יונים וסגירה של מעגל

מבלי לערבב לגמרי את התמיסות.

האלקטרודה בה מתרחש חמצון. האנודה מייצרת אלקטרונים. –אנודה

האלקטרודה בה מתרחש חיזור. הקתודה מקבלת אלקטרונים. –קתודה

אי מתרחשת תגובת חימזור ונוצר זרם. האלקטרונים זורמים מהאנודה לקתודה. בתא ווטל

גשר המלח מנטרל חזרה את המטען בכל חצי תא, ובכך סוגר מעגל. הקתודה והאנודה מגיעים מהמילים

קטיון (חיובי) ואניון (שלילי).

100

דיאגרמת התא:

ל תא. תיאור דיאגרמי קצר של אלקטרוכימיה ש

.האנודה נמצאת בצד שמאל של הדיאגרמה והקתודה נמצאת בצד ימין

.קו אנכי בודד מייצג את הגבול בין האלקטרודה לתמיסה, או בין שני מצבי צבירה

.קו אנכי כפול מייצג גשר מלח או מחסום נקבובי המפריד בין שני חצאי התא

תרגיל:

לטאי:נקודות חשובות על תא וו

תלוי ביחס שלו לחצי תא השני. –יכול לתפקד כאנודה וכקתודה (…,Zn, Cu, Fe)כל סוג של חצי תא

האלקטרודות יכולות להיות חלק מהתגובה או רק לתפקד כמוליכות חשמלית.

חצי התא שייצר אלקטרונים עם פוטנציאל אנרגיה גבוה יותר, יהיה האנודה. זרימת האלקטרונים

דה היא כתוצאה מריאקצית החימזור שמתרחשת בתא הוולטאי. מהאנודה לקתו

פוטנציאל התא:

האנרגיה המקושרת ליכולת של כל חצי תא לייצר או לצרוך אלקטרונים מוצגת ע"י פוטנציאל

האלקטרודה.

= מתח volt (V) =J/C 1 1פוטנציאל חשמלי = אנרגיה חשמלית פר יחידת מטען= -

. Coulomb (C)ן יחידות המטען החשמלי ה -

x 10 1.6022–מטען האלקטרון הוא: -–19

C .

הוא ההבדל הפוטנציאל בוולט בין האנודה לקתודה. (Ecell)פוטנציאל התא

cellE – .הכוח המניע את האלקטרונים והיונים

welec = nFEcell :כאשר

F = 96,485 C/mol (Faraday constant)

n – בה. מספר המולים המעורבבים בתגו

W – .העבודה החשמלית שהתא מבצע

.התוצאה תהיה בג'אול

101

פוטנציאל אלקטרוכימי:

Zn|Zn2+||Cu2+|Cuנסתכל על התגובה:

+Zn + Cu2+ → Cu + Zn2נטו התגובה:

:אנרגיה בתגובהאפשר לייחס פוטנציאל לכל חצי תגובה, אשר מייצג את שינוי ה

חיזור פוטנציאלי עבור הקתודה בתהליך החיזור: -

Cu2+

+ 2e– → Cu Ered(Cu2+

)

עבור האנודה בתהליך חמצון: מצון פוטנציאליח -

Zn → Zn2+

+ 2e–

Eox(Zn)

ההבדל הפוטנציאלי בין שני התאים, כלומר שינוי האנרגיה לסך התגובה:

שר להתייחס רק לתהליך החיזור:בשביל לפשט את הדברים אפ

פוטנציאל אלקטרודות סטנדרטי:

כיוון שאלקטרודה מתייחסת רק לחצי תגובה, אי אפשר לחשב את הפוטנציאל האבסולוטי של אלקטרודה

ע"י הפרדה בין שני החצאים.

אפשר למדוד רק הבדלי פוטנציאל ולכן צריך נק' התייחסות.

נותנת נק' התייחסות עבור standard hydrogen electrode (SHE)}רטית }אלקטרודת המימן הסטנד

מדידה של פוטנציאל אלקטרודות אחרות.

H2 pressure = 1 atm; [H+] = 1 M

SHE 0נקבע באופן שרירותי להיות פוטנציאל של V .

102

סטנדרטי: חיזורפוטנציאל פוטנציאל אלקטרודות סטנדרטי או

להתרחש באלקטרודה. סס על הנטייה של החיזור מתב °Eרודות סטנדרטי, פוטנציאל אלקט

- E° 1מוגדר עבורM 1ריכוז יוני ו atm .(כשיש גז) לחץ

- E° עבורSHE 0נקבע שרירותי ערך .

H-חומרים שעוברים חיזור יותר בקלות מ -+

E° > 0(כלומר מחמצנים יותר חזקים) יהיו בעלי

(ההפך מאנתלפיה).

ייקבעו יחסית לאלקטרודת המימן הסטנדרטית. °Eכי כל שאר ער -

של הקתודה, °E של אנודה ו °Eהוא שונה עבור E°cell)הפוטנציאל הסטנדרטי של התא ( -

ויחושב:

E°cell = E°(cathode) – E°(anode)

כשהוולטמטר חיובי

האלקטרונים יזרמו

מהאנודה לקתודה.

במקרה זה נמדד רק המתח

של הקתודה.

הסימן השלילי של

הוולטמטר מסמן על מפל

המתח מצד ימין לשמאל.

או מודדים את פוטנציאל

החיזור של האבץ.

103

:ערכים נבחרים של פוטנציאל אלקטרודות סטנדרטי

Observed Voltages …

ל תאי:נקודות חשובות על אלקטרודות ופוטנציא

ותא וולטאי אינן תלויות בסך כמויות המינים המוצגים כיוון. פוטנציאל אלקטרודות סטנדרטי

E° .(או חצי תגובה) כן תלוי במין הספציפי בתגובה

תאים ופוטנציאל אלקטרודי יכול להיות תלוי בריכוזים של המינים המוצגים (ולא בכמויות).

104

פונטאני בתגובת חימזור:לשינוי ס טריוניםקרי

חיובי, התגובה כלפי התוצרים היא ספונטאנית. Ecellאם

, התגובה כלפי התוצרים אינה ספונטאנית, התגובה בכיוון ההפוך היא ספונטאנית. שלילי Ecellאם

. (למשל בטריה מתה) , המערכת בשיווי משקלEcell =0אם

מתחלף. Ecell כשתגובה מחליפה כיוון סימן ה

סדרות פעילות:

בסדרת הפעילות של מתכות, כל מתכת יכולה לחזר יונים של מתכת הנמצאת מתחתיה.

הבסיס התיאורטי לכך הוא שסדרת הפעילות מונה מתכות לפי סדר הפוטנציאל הסטנדרטי שלהם.

חיובי של שינוי מקום של מתכת מתמיסה של היונים שלו ע"י מתכת הגבוהה יותר בסדרה יתאים לערך

Ecell .ותגובה ספונטאנית

105

קבוע שיווי משקל בתגובת חימזור:

–הסקות תרמודינמיות הביאו לנוסחה הבאה

n – הסטויכיומטרי של יסוד (אם יש שני אטומים של יסוד, נכניס בהמספרn =2 .(

אפקט הריכוזים בתא וולטאי:

. (M concentrations, 1 atm partial pressures 1)טנציאל מתא סטנדרטי תא לא סטנדרטי שונה בפו

חיובי, ולכן השינויים יחסית לתגובה יהיו קרובים אליו בשביל Ecellההסבר לכך הוא חוק לשטלייה.

למזער את השינוי.

–הסקות תרמודינמיות הביאו לנוסחה הבאה

V) – (וולט

לתא וולטאי Ecell) מקשרת תא וולטאי עבור תנאים לא סטנדרטים Nernst equationמשוואה זו (

. Q –, ולריכוזים של המגיבים והתוצרים המבוטא דרך מנת הריכוזים E°cellסטנדרטי

106

שימושי המשוואה:

מציאת פוטנציאל התא מריכוזים נתונים. -

מדוד. Ecellקביעת ריכוז של חומרים בתא, מתוך -

לבי פתרון:ש

, מתוך הטבלה. °E. חשבו 1

. רשמו משוואה כוללת של שני חצאי התגובות. 2

. Q. חשבו את 4

. Nernst. הציבו במשוואה 3

אםQ=1 .הפוטנציאל התאי יהיה הפוטנציאל הסטנדרטי ,

ריכוזי תאים:

כאשר האלקטרודות זהות (=תא ריכוזים), לריכוז התא יש פוטנציאל הנקבע

בשיווי משקל בלבד. הריכוזים של המומסים מהבדלי

.כיוון ששני האלקטרודות זהות, פוטנציאל התא הסטנדרטי הוא אפס

מניע) של תא עבור תנאים לא -בשביל לחשב את הוולטאג' (כוח אלקטרו

. Nernst -סטנדרטים, משתמשים במשוואת ה

pH:מדידה של

) ואלקטרודת מימן עם ריכוז M1סטנדרטית (בריכוז בהסתכלות על ריכוז התא המכיל אלקטרודת מימן

H+

לתאים כאלה תהייה: Nernstלא ידוע, משוואת ה

Ecell (in volts) = 0.0592 pH

pH = Ecell /0.0592

של תמיסה לא ידועה ע"י הפיכתו לריכוז תא כזה. pH לפיכך, אפשר למדוד את ה

107

pH:מטר

מיוחדת, מאשר להשתמש באלקטרודת פלטיניום וטנק pHרודת בפועל, הרבה יותר נוח להשתמש באלקט

של גז מהמימן.

:םאלקטרוליטיי -תאים מוליכים חשמל

מגיב לתגובת תא ספונטאנית. וולטאיתא

. תגובה זו נקראת אלקטרוליזה (פירוק חשמלי). תמגיב לתגובת תא לא ספונטאני אלקטרוליטיתא

ג כמו "משאבת אלקטרון". הוא מושך אלקטרונים מהאנודה, שם מתרחש המקור החיצוני של חשמל מתנה

חימצון, ודוחף אותם לעבר הקתודה, שם מתרחש חיזור.

הקוטביות של האלקטרודות מתהפכות מאלו של התא הוולטאי, כיוון שעתה מקור חיצוני אחראי לשלוט

בזרם האלקטרונים.

חיזוי של תגובות אלקטרוליזה:

.E°cell, כל הצירופים של חצאי תגובות בין האנודה לקתודה נותנים ערך שלילי עבור טיאלקטרוליבתא

, אשר דורש וולטאג' נמוך ממקור החשמל E°cellרוב הסיכויים שהתגובה תתרחש בערך פחות שלילי של

החיצוני.

ח * בהרבה חצאי תגובות, בעיקר באלו המערבות גזים, מגוון אינטראקציות המתרחשות על משט

. °Eהמחושב מנתוני 'האלקטרודה גורמת לכך שהוולטאז' לאלקטרוליזה הוא גבוה יותר מהוולטאז

Overvoltage – הוא העודף בוולטאז' מהוולטאז' המחושב מערכיE° .שצריך בשביל אלקטרוליזה

יצור כימיקלים באלקטרוליזה:

ם כסף, מגנזיום, אלומיניום, עופרת, לאלקטרוליזה תפקיד חשוב בייצור וטיהור של חומרים רבים, בניה

נתרן, מימן ועוד.

108

Electroplating – :גלון

תהליך הגלון הוא תהליך בו אלקטרוליזה משמשת לכיסוי מתכת אחת באחרת.

לרוב, האובייקט אותו רוצים לגלון (למשל כפית) יצוק מחומר לא יקר, ומכוסה

ו כסף או זהב. החומר המצפה יותר אטרקטיבי בשכבה דקה של חומר יקר יותר כמ

קורוזיה. -ונוגד

סיכום:

.חצאי תגובות מתרחשות בחצאי תאים

.דיאגרמת תא לתא וולטאי נכתבת עם האנודה בצד שמאל והקתודה בצד ימין

) הפוטנציאל הסטנדרטי של אלקטרודת מימן סטנדרטיתH+ ion at 1 M ) בשיווי משקל עם גזH2

. Vטרודת פלטיניום שאינה משתתפת בתגובה, מוגדר כאפס על אלק

תגובת חימזור בהEcell > 0 תמתרחש ספונטאני .תא וולטאי

תגובת חימזור בהEcell < 0 אנרגיה שימתדורש .תא אלקטרוליטי

משוואת הNernst ל מתקשרת לתא וולטאי תחת תנאים לא סטנדרטיםE°cell מספר ,

מנת הריכוזים. האלקטרונים שעברו ו

בריכוזי תאים, חצאי התאים בעלי אלקטרודות זהות ותמיסה מאותו האלקטרוליט אבל בריכוז

שונה.

109

:23 סיכום מצגת

כוחות בין מולקולאריים:

קובעים תכונות כמו גיאומטריה מולקולארית, מולקולאריים-כוחות תוך

מומנט דיפול ועוד.

קובעים את התכונות הפיסיקליות המקרוסקופיות ארייםמולקול-כוחות בין

של מוצקים ונוזלים.

השוואה בין מצבים של חומר:

במצב של גז היחסים הבין מולקולאריים פחות חשובים כיוון שהם חלשים מאוד כתוצאה מהמרחק בין

האטומים. ככל שהמרחק גדול יותר, הכוח יותר חלש.

וצק ונוזל:מעבר בין מ

מעבר ממוצק לנוזל. - התכה

הטמפ' בה ההתכה מתחרשת. זהה לנקודת קפיאה. – נקודת התכה

,אנתלפיה של התכהΔHfusion , מול של מוצק. 1גרם, 1היא כמות החום הדרושה להמסה של

H2O(s) → H2O(l) ΔHfusion = +6.01 kJ mol–1

הקפאהאנתלפיה של ,ΔHfreezingא כמות החום המשוחררת כשנוזל קופא. , הי

H2O(l) → H2O(s) ΔHfreezing = –6.01 kJ mol–1

רשימת אנתלפיות של המסה:

110

מעבר בין גז ונוזל:

היא המעבר של נוזל לגז. אידוי - התאדות

,האנתלפיה של התאדותΔHvap , לאדות כמות מסוימת היא כמות החום שצריך לספוג בשביל

.קבועה טמפ'ל נוזל בש

H2O(l) → H2O(g) ΔHvap = +44 kJ mol–1

הוא המעבר מגז לנוזל. עיבוי

H2O(g) → H2O(l) ΔHcond = –44 kJ mol–1

רשימת אנתלפיות של התאדות:

גז:

:תכונות של מערכת גזית

.P ,(in Pa, atm, mbar, torr)לחץ (כוח ליחידת שטח) -

.V, (in m3, L)ח נפ -

.nמספר מולים, -

).T )in Kטמפרטורה, -

:משוואה של גז אידיאליPV = nRT

- R 8.314הוא קבוע גז והוא שווה J mol–1

K–1

or 0.0821 L atm mol–1

K–1

.

.בתערובת גזים, כל גז מתרחב בשביל למלא את המיכל, כשהוא מפעיל את הלחץ החלקי שלו

טון עבור לחץ חלקי: הלחץ הכולל במערכת גזית הוא סכום הלחצים החלקיים חוק דל-

Ptotal = P1 + P2 + P3 + …, where Pi = ni RT/Vi

לחץ:-מד

) atm 1( 1לחץ כדיי למדוד לחץ אטמוספרי. אטמוספרה -משתמשים במד

. mm760 הוא כאשר הלחץ נמדד ע"י טור כספית בדיוק בגובה של

:, ולכןTorrמילימטר אחד של כספית נקרא

Hg - 1 כספית atm = 760 mmHg

= 760 Torr

= 1013.25 mbar

111

לחץ האדים:

לחץ האדים של נוזל הוא הלחץ החלקי המופעל ע"י האדים כשהוא נמצא בשיווי משקל דינאמי עם נוזל

בטמפ' קבועה.

ככל שהטמפרטורה עולה, עולה לחץ האדים.

מים:לחץ האדים של

עקומת לחץ האדים:

CS2 – ;מתנדף הכי מהר

לחץ האדים של מים

. atm 1מעלות הוא 100ב

לאנלין יהיה את היחסים

הבין מולקולאריים הכי

חזקים.

112

נקודת רתיחה:

נקודת הרתיחה של נוזל היא הטמפ' בה לחץ האדים שלה שווה ללחץ החיצוני.

פני השטח, אלא גם לאורך הנוזל. רתיחה היא מצב האידוי מתרחש לא רק על

מיוחד של נידוף, בה לחץ בועה של גז בתוך נוזל משתווה ללחץ האטמוספרי.

, למשל מים מורתחים atm 1"נקודת הרתיחה הנורמאלית" היא נקודת הרתיחה ב

100 -בo C )mm 760 כספית). כאשר הלחץ יורד (למשל הלחץ הברומטרי

ותר), טמפרטורת הרתיחה נמוכה יותר מנקודת הרתיחה בירושלים נמוך י

הנורמאלית.

מעבר בין מוצק וגז:

המראה )Sublimation היא מעבר ממוצק לגז. יוד הוא חומר שעובר (

המראה.

,אנתלפיה של המראהΔHsubln בכדי , היא כמות החום הדרושה

מול של מוצק. 1גרם, 1להמריא

ΔHsubln = ΔHfusion + ΔHvap (פירוק ההמראה לשני שלבים)

ריבוץ )Deposition ( .הוא המעבר מגז למוצק

דיאגרמת מצבי צבירה:

גז מאופיין ע"י טמפ' גבוהה ולחץ נמוך; מוצק מאופיין ע"י טמפ' נמוכה ולחץ גבוה; נוזל מאופיין 'בין

לבין'.

ות התכה, ככל שהלחץ יעלה טמפ' נקודת הרתיחה מתאר נקוד A-Dמתאר תהליך המראה. הקו A-Bהקו

נקודת מפגש משולשת, דורשת תנאים מאוד מסוימים. – Aתעלה. נקודה

Supercritical fluid – .מצב של מערכת סגורה, בו איננו יכולים להבחין בפאזה

113

:CO2דיאגרמת מצבי צבירה של

שיווי atm 1בלחץ של

המשקל הוא בין המוצק

עובר CO2והגז. לכן

המראה.

דיאגרמת מצבי צבירה של מים:

כשהלחץ עולה, טמפ' נקודת

ההתכה יורדת.

עקומת החימום של מים:

כאשר כל המוצק הופך לנוזל

הטמפ' עולה מאפס.

114

עקומת הקירור של מים:

סיכום:

ים תכונות פיסיקליות מיקרוסקופיות של מוצק ונוזל. מולקולאריים קובע-כוחות בין

מולקולאריים חלשים יותר. -לחץ אדים גבוה (כלומר חומר שהופך בקלות לגז) מסמל קשרים בין -

כשלחץ אדים מעל נוזל גובר על הלחץ האטמוספרי (ע"י חימום), הנוזל מתאדה. -

פה המראה את המצבים של חומר בטמפרטורות שונות ולחצים. מ ומדיאגרמת מצבי צבירה היא כ

קיום ובשיווי משקל. -בהם מוצק, נוזל וגז חיים בדו םספציפיינקודת משולשת: טמפרטורה ולחץ -

קיום כמצבים מופרדים.-נקודת קריטית: הלחץ והטמפ' הגבוהים ביותר בהם נוזל ואדים חיים בדו -

קריטי (רק במערכת סגורה). -מעל נקודה זו יש לנו נוזל סופר

115

:24סיכום מצגת

מולקולאריים:-ביןסוגים של כוחות

:Dispersion Forces -דיספרסיה כוחות

ונדון שהגה כוחות הפיזור קיימים בין כל שני חלקיקים, והם נקראים גם כוחות לונדון (לזכות פריץ ל

הסבר תיאורטי לכוחות אלו). כוחות אלו נגרמים בגלל שענן האלקטרון אינו מאוחד לגמרי. מומנט דיפול

קטן יכול להתקיים גם במולקולות לא קוטביות, ואלו כוחות הדיספרסיה.

אילוסטרציה של כוחות הדיספרסיה:

ב אצל המולקולה השכנה לה. הקיטוב הינו רגעי, המולקולה המטען החיובי של מולקולה אחת גרם לקיטו

כן. -תחזור להיות לא מקוטבת רגע אחרי

116

עוצמת כוחות הדיספרסיה:

עוצמת כוח הפיזור תלויה ב'יכולת הקוטביות' של מולקולה, כלומר היכולת של ענן האלקטרון להתעקם

סטרציה למעלה).ע"י שדה חיצוני שהופעל על ידי יון או דיפול (כמו באילו

ככל שיכולת הקוטביות של מולקולה טובה יותר, כך חזקים יותר כוחות הפיזור בניהם.

יכולת הקוטביות תלויה בגודל ובצורה של מולקולה. ככל שמולקולה יותר כבדה יש יותר אלקטרונים (ענן

ה. האלקטרונים יותר גדול ולפיכך יותר קל להפריד מטען) ויכולת הקוטביות שלה עול

השוואה בין מולקולה מאורכת למולקולה עגולה: – צורה מולקולארית ויכולת קוטביות

במולקולות ארוכה קל יותר להפריד את המטען כיוון שיכולת הקוטביות גדולה יותר ולפיכך כוחות

מולקולה קומפקטית הדיספרסיה גדולים יותר. כוחות הדיספרסיה גורמיה לנקודת רתיחה נמוכה יותר. ב

קשה יותר להפריד מטען.

דיפול:-כוחות דיפול

מולקולה עם דיפול קבוע מסתדרת עם הצד החיובי שלה לכיוון הצד השלילי של דיפול מולקולה

סמוכה לה. דיפול קבוע במולקולה אחת יכול לגרום לדיפול במולקולה סמוכה שאינה בעלת

אין זה אומר שאין תזוזה (לא נוצר גביש) ל מושרה.דיפו-דיפול, ובכך ליצור קשר של דיפול

כיוןן הקשר אינו חזק מאוד.

חיזוי של תכונות פיסיקליות של חומר מולקולארי:

כוחות פיזור מתחזקים כשהמסה המולארית גוברת והארכה של מולקולות. בהשוואה של חומר

ים. לא קוטבי, מסה מולארית וצורה מולקולארית הם הפקטורים המהותי

מושרה דיפול. ככל שהחומר יותר קוטבי, -דיפול ודיפול-בחומרים קוטביים יש כוחות של דיפול

מולקולאריים יתחזקו. -כך נצפה שהכוחות הבין

.כוחות הדיספרסיה קיימים בכל החומרים, גם במולקולות ניטרליות ולכן יש להם חשיבות רבה

לעיתים קרובות כוחות אלו מהווים את ההבדל.

117

קשרי מימן:

מולקולארי ובהם:-קשרי מימן הם כוחות בין

) במולקולה אחת N, O, F –מתכת (קטן ואלקטרושלילי -אטום מימן הקשור קוולנטית לאטום אל

מתכת של מולקולה סמוכה. -ובמקביל נמשך לאטום אל

רי מימן וחומציות. דיפול. יש קשר בין קש-בקשר דיפול Z-אך נמשך ל Yהמימן קשור קוולנטי ל

קשרי מימן במים:

קשרים קוולנטיים הם

. אטום החמצן יכול הכי חזקים

לקשור שני קשרי מימן כי יש לו

שני קבוצות אלקטרונים לא קושרים.

קשרי מימן בקרח:

מים בנוזל הם בעלי צפיפות

גדולה יותר מאשר בקרח,

בניגוד לרוב החומרים.

קרח צף על פני בזכות תכונה זו

המים.

118

אפקט קשרי המימן:

זוגות). -הרבה חומצות אורגניות יכולות ליצור דימר (מולקולות המסודרות זוגות בזכות קשרי המימן

מולקולאריים, -אורגניות מסוימות יכולות ליצור קשרי מימן תוך מולקולות

וב המולקולה קשרי המימן מונע את סיב חומצה סליצילית למשל

במרחב.

קשרי מימן והמבנה השניוני של חלבונים:

מולקולאריים מעניקים לחלבונים את מבנם השניוני, בכך שהם מכריחים את מולקולות -קשרי מימן בין

החלבון למבנה מסוים שנראה כמו דף מקופל (מניפה) או סליל.

מבנה מקופל

)beta sheet:(

מבנה סלילי:

)alpha helix(

תרגיל:

קשר מימן

119

תשובה:

N2 – .לא יכול ליצור קשר מימן

HI – .לא יהיו קשרי מימן

HF – .תיצור קשרי מימן עם מים משני קצוות, וגם עם עצמו

CH3CHO – .(יכול ליצור קשרי מימן עם מים) לא יכול ליצור קשרי מימן

CH3OH – .יכול יצור קשרי מימן

מולקולאריים: -בין נוזלים וכוחות

מולקולאריים. -הרבה מתכונות הנוזלים אפשר לייחס לכוחות הבין

הוא כמות העבודה הדרושה להרחיב את פני השטח של נוזל - )Surface tension (γ)מתח פנים (

J/mולרוב מבוטאת ביחידות של 2

. N/mאו

שונות. מולקולאריים בין מולקולות -כוחות אדאזיה (הדבקה): כוחות בין

מולקולאריים בין מולקולות זהות. -כוחות קואזיה (גיבוש): כוחות בין

צמיגות היא מדידה של התנגדות נוזל לזרום.

:(Surface tension (γ)מתח פנים )

מולקולות הנמצאות על שטח הפנים מרגישות אינטראקציות עם פחות מולקולות (כי מעליהן אין

לפיכך המולקולות שבפנים יותר מיוצבות. בשביל להגדיל את שטח הפנים, מולקולות מבפנים מולקולות),

- Hexaneיעברו לפני השטח, תהליך הדורש אנרגיה. המולקולות שעל פני השטח הם יותר אנרגטיים. ל

פחמנים יש מתח פנים קטן יותר ממים (בזכות קשרי המימן). בחימום מתח הפנים יורד. 6שרשרת של

120

:אדאזיה וקואזיהכוחות

-מולקולאריים בין מולקולות שונות וכוחות מקואזיה הם כוחות בין-כוחות אדאזיה הם כוחות בין

מולקולאריים בין מולקולות זהות (למשל

בין המים לעצמם).

בטיפה הגדולה יותר כוחות הקואזיה חזקים

יותר.

:פעולות הנימים והיווצרות המינסקוס

מולקולאריים -בזכות הכוחות הבין

המים יעלו בצינור שהוא

הידרופילי.

תמונה ימנית:

במגע עם קירות הזכויות יש

כוחות אדאזיה יחסית חזקים והם

מושכים אליהם את המים כלפי

מעלה.

צמיגות:

.צמיגות היא המדד של התנגדות חומר לזרום

צמיגות חזקה יותר. מולקולאריים, כך ה-ככל שהכוחות הבין

.צמיגות יורדת בטמפ' גבוה

מולקולאריים יותר חזקים בשמן הצמיגי. -יש כוחות בין

השמן הפחות צמיגי נוזל יותר בקלות.

121

סוגים של מוצקים:

אורך. -מוצקים אמורפים הם בעלי חשיבות של סדר טווח

בנית קבועה. מוצקים גבישיים הם בעלי סדר של יונים/אטומים/מולקולות בת

:סוגי מוצקים גבישיים

דיפול או -מוצק מולקולארי, המכיל מולקולות המוחזקות ע"י כוחות הפיזור או קשרי דיפול -

קשרי מימן.

מוצק רשתי (קוולנטי). -

מוצק יוני. -

מוצק מתכתי. -

אפיונים של מוצקים גבישיים:

:מוצק רשתי קוולנטי

ם רשתיים יש רשת של קשרים קוולנטיים לאורך המוצק, המחזיקים את החומר חזק. למוצקי

צורה שונה של יסוד מסוים) של פחמן נותנים דוגמא טובה:טרופ, ואלהאלוטרופים (=

spפחמנים נוספים ובצורה טטראידרלית תוך שימוש בהיברידציה 4יהלום הוא בעל קשר פחמן לכל -3

,

היהלום קשה מאוד.

רפית הוא בעל קשרי מימן שכל אחד מהם נקשר לשלושה פחמנים ובאותו המישור תוך שימוש ג -

spבהיברידציה 2

.

- fullerenes – .אוסף של פחמנים המחוברים בגסות לצורת כדור

- nanotube – .מישור של גרפית המגולגל לצינור

122

מוצקי פחמן:

צריך למבחן...):עוד אלוטרופים של פחמן (לא

מולקולאריים":-קשרים יוניים כקשרים "בין

מולקולאריים. קשרי היוניים הם -אין מולקולות במוצק יוני ולכן לא יכולים להיות כוחות בין

אלקטרוסטטיים (בין עצמים). כוחות המשיכה בין זוג יונים הטעונים הפוך עולה ככל שהמטען על היונים

הרדיוס היוני קטן. עולה וכש

יוניים:-כוחות משיכה בין

123

סיכום:

תנודה במטען החשמלי גורמת דיפול רגעי אשר משרה דיפול באטומים שכנים, אלו נקראים

כוחות הדיספרסיה.

מולקולאריים חזקים נקראים קשרי מימן והם נוצרים כאשר אטום מימן נמשך -כוחות בין

ולה שכנה. במולק Fאו N, Oלאטומים

מולקולאריים בנוזל קובעים את התכונות הפיסיקליות שלו, כמו נקודת רתיחה, -הכוחות הבין

מתח פנים וצמיגות.

.במוצקים מסוימים, יש קשרים קוולנטיים לאורך כל הגביש

יונים גורמת לכל היונים להתגבש לקריסטל. -במוצקי יונים, משיכה בין

124

:25סיכום מצגת

ריכוז תמיסות:

-לרוב נציג ריכוז כך

Amount of solute

Amount of solvent or solution

M ליטר תמיסה. המולאריות משתנה בהתאם \מול של מומס –מולאריות

לטמפ' (גורם לצפיפות או הרחבה של תמיסה). יש עוד מידה לריכוז והיא

פ'. שאינה תלויה בטמ m –המולאליות

m ק"ג ממס. \מול של מומס –מולאליות

:ריכוזי תמיסה נוספים

Amount of solute

Amount of solvent or solution

באותם היחידות. ונה והמונה יהיכשמדובר באחוז, המכ

עבור ריכוזים נמוכים קיצונית אפשר להשתמש ב:

חלקי מיליוןParts per million (ppm) – גרם של תמיסה, ואז מכפילים \ס גרם של מומ

במיליון.

חלקי ביליוןParts per billion (ppb) – גרם של תמיסה, ואז מכפילים \גרם של מומס

בביליון.

חום המסה:

125

ולא תמיד ת, כלומר צריך להשקיע יותר מדיי אנרגיהיותר מדיי חיוביהאנתלפיה , ΔHsoln >> 0כאשר

כמו שמן ומים. –ה שיקרה זה הפרדת פאזות מיש אותה בסביבה.

תרגיל:

a – מסוגל ליצור קשרי מימן עם מים, ולכן הוא יתמוסס. מתנול

b – פנטאן ואוקטאן לא מסוגלים ליצור קשרי מימן, אבל הם כן יקשרו בכוחות דיספרסיה כיוון ששניהן

מולקולות מאורכות ולכן יתמוססו.

c – ח השולחן צריך קשרים יונים, בשביל ליצור קשר עם מלCCL4 היא קוטבית אך זה לא חזק דיו

בשביל לשבור קשרים יונים. שני חומרים אלו לא יתערבבו אחד בשני.

d – דקנול היא ארוכה מאוד ולא פולארית, הקצה מסוגל ליצור קשרי מימן אך היא -מולקולות האל

ם ולאבד יציבות. הרבה אינטראקציות חלשות שומנית. בגלל גודלה "לא שווה לה" ליצור קשרים עם מי

(קשרי דיספרסיה) יכולות לגבור על קשר אחד חזק.

מסיסות של גזים:

, רוב הגזים נעשים פחות מומסים בנוזלים ככל שהטמפ' עולה. גז יכול להתמוסס בנוזל

שקל עם התמיסה. ) בשיווי מPgas) של גז פרופורציונאלית ישירות ללחץ הגז (Sבטמפ' קבועה המסיסות (

S = k Pgas

קולה). אפקט הלחץ על המסיסות של גז –בשביל להמיס גז בנוזל, נצטרך לעיתים להפעיל לחץ (לדוגמא

נקרא חוק הנרי.

אפקט טמפ' על מסיסות גזים:

126

מסיסות ולחץ גז:

טיביות של התמיסות:תכונות קוליג

תכונות קוליגטיביות של תמיסה תלויה רק בריכוז המומס, ולא בסוגו. תכונות לא קוליגטיביות כוללות

צבע, ניחוח, צפיפות, רעילות ועוד.

תכונות קוליגטיביות של תמיסות: 4נבחן

לחץ האדים של הממס בתמיסה. -

הורדת נקודת הקיפאון. -

העלאת נקודת רתיחה. -

מוטי. לחץ אוס -

לחץ האדים של תמיסה:

לחץ האדים של ממס מעל תמיסה הוא נמוך יותר מלחץ הממס הטהור.

–חוק ראול

השבר המולי של הממס = מולים של הממס חלקי סכום המולים של הממס והמומס (תמיד יהיה מספר בין

). 1-ל 0

ויצירת הקשרים שווה) שיש בה (תמיסה בה שבירת הקשרים תהאדים בשיווי משקל עם תמיסה אידיאלי

נדיפים, לחץ האדים יהיו מורכבים מהרכיב היותר נדיף. שני רכיבים

127

. לכן, Bמומס לכן מעליו יהיה פחות לחץ אדים לעומת חומר יש ריכוז גובה יותר של A-ב ,בהתחלה

פחות, והריכוז האדים יעברו מהמקום בו יש יותר מהם למקום בו יש –לחץ האדים ישוו לאחר זמן מה

של התמיסות יהיה שווה. אין חשיבות לסוג המומס, אבל חשוב שיהיה אותו ממס.

והעלאת נק' רתיחה: הקטנת נקודת הקיפאון

:אם נוסיף לממס נדיף, מומס כל שהוא

המומס לא נדיף (למשל מוצק), לכן רק הממס מתאדה. -

המומס כן מסיס בצורת הנוזל של הממס. -

רת המוצק של הממס. לא מסיס בצו -

?מה יקרה לנקודת הרתיחה

לחץ האדים של התמיסה יהיה זהה לשל הממס, אבל נמוך מזה של הממס טהור.

לחץ האדים יגיע ללחץ האטמוספרה רק בטמפ' גבוהה יותר. -

כתוצאה נקודת הרתיחה תעלה. -

?מה יקרה לנקודת הקיפאון

הממס. החומר המומס ישבש את "אריזת" מצב המוצק של

כדי לאלץ קפיאה, נצטרך לקרר לטמפ' נמוכה יותר. -

נקודת הקפיאה תרד. -

128

יישומים של דיכוי נקודת קפיאה והעלאה של נקודת רתיחה:

מאפשרת למערכת הקירור של רכבים לפעול – )HOCH2CH2OHחומר נגד קפיאה (אתינול גליקול

) לא להתחמם יתר על המידה. (ºC 113טמפ' גבוהה , בלי לקפוא ובºC 48–)בטמפ' נמוכה מאוד (

משתמשים כדי להסיר קרח מכנפיי מטוסים, בשביל לשמור CH3CHOHCH2OH)בפרופילן גליקול (

על זרימת אוויר חלקה מעליהם במהלך טיסה.

על מדרכות ורחובות עם קרח CaCL2-) וNaCLבמדינות מושלגות מפזרים מלחים כמו מלח שולחן (

. CaCl2עבור ºC 55– -ו NaCLעבור ºC 21–יס אותו. הגבול אותו הם יכולים להמיס: בכדי להמ

לחץ אוסמוטי:

ממברנה חצי חדירה (כמו זאת של תא חי) היא בעלת נקבוביות מיקרוסקופיות, אשר לאורכן מולקולות

של חומר ממס יכולות לעבור, אבל מולקולות גדולות של חומר מומס לא יכולות לעבור.

בזמן אוסמוזה (פעפוע של נוזל), יש זרימה של מולקולות של ממס דרך הממברנה החצי חדירה, מאזור בו

יש ריכוז נמוך של מומס לאזור בו יש ריכוז גבוה של מומס.

) של תמיסה. πהלחץ הדרוש בכדי להפסיק תועה אוסמוטית נקרא לחץ אוסמוטי (

π = (nRT/V) = (n/V)RT = C RT (משוואת הגזים האידיאלים)

אוסמוזה ולחץ אוסמוטי:

129

יישומים פרקטים של אוסמוזה:

כיוון שזה אותו הלחץ –) לתוך הוריד w/v NaCl 0.92%( םנוזלים איזוטוני טלרוב נותנים לפציינ

האוסמוטי של הדם.

ולות ממס דרך ממברנה טיהור של מים: אוסמוזה הפוכה היא התהליך של הפיכת כיוון הזרימה של מולק

חצי חדירה ע"י מתן לחץ מופרז בהרבה מהלחץ האוסמוטי לתמיסה.

:םתמיסות של אלקטרוליטיי

כשמדובר באלקטרוליט, מספר החלקיקים המסיסים אוטומאטית גדול ממספר היחידות של חלקיקים

במים מפיק יותר ממול אחד של חלקיקים מסיסים. NaCLמסיסים. מול אחד של

כדי להתאים את המשוואות התכונות van’t Hoff factor( – iתמשים בפקטור הואנט הופ (מש

: םהקוליגטיביות לאלקטרוליטיי

ΔTf = i × (–Kf) × m

ΔTb = i × Kb × m

π = i × C RT

. i =1 םעבור מסיסים לא אלקטרוליטיי

. (i =2מושלם (למשל יהיה שווה למספר היונים, פירוק iעבור אלקטרוליטיים אנו מצפים ש

130

סיכום:

מולקולאריים חשובים להרכב התמיסה. -הסוג והגודל של יחסים בין

המסיסות של גזים בתמיסה יורדת כשהטמפ' עולה אבל עולה כשהלחץ עולה. כלומר:

מסיסות גזים עולה מסיסות גזים יורדת לחץ עולה טמפ' עולה

מומסים מפחיתה את לחץ האדים של תמיסה וגורמת לנקודת הקפיאה של הממס נוכחות של

לרדת ולנקודת הרתיחה שלו לעלות.

תכונות קוליגטיביות תלויות בחלק הממס ובמספר חלקי המומסים הנוכחים.