החום והקשרים בין האטומים

האנרגיה הנפלטת או נקלטת בזמן התרחשות תגובה כימית.

תגובות כימיות )ריאקציה כימית( -תגובה כימית

. תרכובות נוצרות ו/או מתפרקותהיא תהליך שבו

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.

! חומרים מגיבים זה עם זה ללא הפסקה

איך נדע מתי מתרחשת תגובה כימית ומתי לא?

בתגובה כימית יסודות עשויים

וליצור תרכובת, או להתרכב

וליצור תרכובת יכולה להתפרק

תרכובת פשוטה יותר ו/או יסוד.

שינויים אלו כרוכים בדרך כלל

בשינויי אנרגיה.

לא תגובה כימית!

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.

אנרגיה בתגובות כימיות

תגובות קולטות אנרגיה

– הן אנדותרמיות()

נקלטתתגובות שבמהלכן

אנרגיה, כגון: תהליך

הפוטוסינתזה.

תגובה כימית מלווה בדרך כלל בשינויי אנרגיה

לסביבהתוך פליטת אנרגיה מהסביבהתוך קליטת אנרגיה

חלק מהתגובות הכימיות מתרחשות

תגובות פולטות אנרגיה – הן תגובות אקסותרמיות()

שבמהלכן נפלטת אנרגיה, כגון: תגובות שריפה.

באופן כללי, תגובה כימית כרוכה ביצירה של קשרים כימיים ובפירוק של קשרים

. של אנרגיהפליטה וגם קליטהכימיים כך שמתרחשת במהלך התגובה גם

אז איך נדע אם התגובה אנדותרמית או אכסותרמית?

:הגדרות

= מגיבים + מערכת כימיתתוצרים

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.

תהליכים שבהם חומר פולט וקולט חום

התכה

אידוי

המראה

עיבוי

הקפאה

קליטת החום פליטת החום

תהליך פיזיקלי

השינוי מ- ל- תהליך אנדותרמי/ אקסותרמי

דוגמה

המראה מוצק גז אנדותרמי כדורי נפטלין

"נעלמים"

התאדות נוזל גז אנדותרמי שלולית מים

התעבות גז נוזל אקסותרמי טיפות מים על המראה

במקלחת חמה

היתוך מוצק נוזל אנדותרמי מרגרינה במחבת

חמה

קיפאון נוזל מוצק אקסותרמי מרגרינה מומסת במקרר מתקשה

רתיחה נוזל גז אנדותרמי מים מגיעים לרתיחה.

כשנוצרים קשרים כימיים • אנרגיהמשתחררת

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.

תגובה אכסותרמית

תכולת האנרגיה של המגיבים H1 > H2גבוהה משל התוצרים

פולטתהמערכת אנרגיה לסביבה במהלך

תוצרים התגובהH2

H1מגיבים

DH שלילי

אנרגיה

בפרוק קשרים כימיים •

אנרגיה נצרכת – 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(

תגובה אנדותרמית

מגיבים H1

H2תוצרים

DH חיובי

אנרגיה תכולת האנרגיה של התוצרים H2 > H1גבוהה משל המגיבים

המערכת קולטת אנרגיה מהסביבה במהלך

התגובה

תהליך אנדותרמי

השקעה דרושה שלביצועו תהליך הוא אנדותרמי תהליך.) , , קרינה ) חשמלית אנרגיה חום אנרגיית אנרגיה של

מגיבים + Eתוצרים >------ , להיות צריכה לסביבה יתרחש זה מסוג שתהליך בכדי

לשם - למערכת אותה לספק שתוכל כדי אנרגיה מספיקהאנרגטי . המחסום על התגברות

" " " מרוויח " והתוצר אנרגיה מפסידה הסביבה זה בתהליך

לפי ) האנרגיה אותה האנרגיה את שימור (. חוק

מאנרגיית גדולה התוצרים אנרגיית זה מסוג בתהליךהמגיבים

DH

תגובה אנדותרמית

חוםמאבדתהסביבה

סביבה

Q

תגובה אקסותרמית

חוםמקבלתהסביבה

מגיבים

תוצרים

מערכת

תוצרים

מגיבים

מערכת

DH

סביבה

Q

מעבר חום -מהמערכת לסביבה

אנרגיה בתהליכים כימיים

תהליכים כימיים ניתנים לחלוקה ל:

תהליך אקסותרמי

תהליך אנדותרמי

תהליך המשחרר

אנרגית חוםתהליך הצורך

אנרגית חום

פוטוסינתזה שריפת דלק

שהושהוא

א

לדוגמא:לדוגמא:

אם בתהליך הכולל נפלטה יותר אנרגיה מאשר נקלטה -

ואם בתהליך הכולל נקלטה אכסותרמיתהתגובה תהיה

. אנדותרמיתאנרגיה יותר מאשר נפלטה- התגובה תהיה

אכסותרמי בתהליך האנרגיה סכום

שנקלטה אנרגיה

שנפלטה אנרגיה

כאשר טמפרטורת הסביבה

, ניתן להסיק שהתגובה יורדת

. אנדותרמיתהיתה

התגובה. יכולים להצביע על סוגהסביבה שינויים בטמפרטורת

כאשר טמפרטורת הסביבה ניתן להסיק שהתגובה עולה

אכסותרמיתהייתה

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?

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.

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.

נר מימן-

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.

תהליך כימי =א. השקעת אנרגיה לצורך ניתוק קשרים קיימים בין האטומים

ב. שחרור אנרגיה כתוצאה מיצירת קשרים חדשים בין האטומים.

, ברמה חוק שימור המסהחשוב להדגיש שהמיקרוסקופית, 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 מאיןכמובן שכאשר המערכת פתוחה ונפלטת או נקלטת מסה שלא נמדדה - לא ניתן ברמת

המאקרו להראות את שימורה של המסה הכוללת.

מהירות התגובה: תלוי במספר גורמים, ביניהם קצב תגובה כימית

. שטח הפנים של החומרים המגיביםלדוגמא, 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

ישירות לכמות אינה קשורה מהירות התגובה האנרגיה המשתחררת בתגובה.