שינויי אנרגיה

5.1

שינויים באנרגיה: תגובות המחממות ותגובות המקררות

תגובות אקסותרמיות משחררות אנרגיה — הסביבה מתחממת; תגובות אנדותרמיות סופסות אנרגיה — הן מקררות.
פרופילי תגובה מראים את אנרגיית ההפעלה ואת השינוי הכולל; (HT) אנרגיות קשר מציגות אותה תמונה.
תאים כימיים ותאי דלק (כימיה בלבד) ממירים אנרגיית תגובה לחשמל.

מילון מונחים אימון

English	עברית
exothermic/eɡzəˈðɜːmɪk/	תגובה אקסותרמית
endothermic/ˌendəʊˈθɜːmɪk/	תגובה אנדותרמית
activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/	אנרגיית השפעול
reaction profile/rɪˈækʃn ˈprəʊfaɪl/	פרופיל תגובה
fuel cell/ˈfjuːəl sel/	תא דלק
rechargeable/rɪˈtʃɑːdʒəbl/	נטען מחדש
bond energy/bɒnd ˈenədʒi/	אנרגיית קשר

5.1

תגובות אקסותרמיות ואנדותרמיות (4.5.1)

סיילבוס

תגובות אקסותרמיות ואנדותרמיות (AQA 8462 נקודות לימוד 4.5.1.1-4.5.1.3).

הגדר אקסותרמי ואנדותרמי מתמדת בשינוי טמפרטורה, עם דוגמאות ושימושים.
צייר ופרש פרופילי תגובה עם אנרגיית השפעול ושינוי אנרגיה כולל.
(HT) חשב שינוי אנרגיה כולל מתוך אנרגיות קשר והסבר ההבדל בין שני סוגי התגובות.

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

אנרגיה נשמרת: האנרגיה שהועברה לסביבה מגיעה מאחסון המוצרים. תגובה אקסותרמית מעבירה אנרגיה כלפי החוץ — הטמפרטורה של הסביבה עולה (בעירה, רבים מהחמצונים, ניטרול; שימושים: משחי ידיים, פחיות חימום עצמי). תגובה אנדותרמית סופסת אנרגיה כלפי הפנים — הטמפרטורה יורדת (פירוק תרמי, חומצה ציטרית + נתרן הידרוגנפוספט; שימושים: חבילות פגיעות ספורט). יש להעריך כל אחת לפי שינוי הטמפרטורה בסביבה; אינה נדרשת ביצוע חישובי ΔH.

פרופילי תגובה לתגובות אקסותרמיות ואנדותרמיות, עם חצים לאנרגיית ההפעלה ולשינוי האנרגיה הכולל.

פרופילי תגובה: תגובות דורשות חלקיקים המתנגשים עם לפחות אנרגיית ההפעלה. יש לשרטט ולקרוא בתרשימי רמות אנרגיה — אנרגיות יחסיות של תגובינים ומוצרים, חץ אנרגיית ההפעלה ברמה התגובינים, שינוי האנרגיה הכולל, קו מעוגל בין הדרגות. אקסותרמית: מוצרים מתחת לתגובינים; אנדותרמית: מוצרים מעל התגובינים.

(HT) אנרגיות קשר: אנרגיה סופס לשבירת קשרי תגובינים ומשתחררת בעת יצירת קשרי מוצרים:

אקסותרמית — השחרור במיצור גדול מאשר העלות בשבירה;
אנדותרמית — העלות בשבירה גדולה מאשר השחרור במיצור.

השינוי הכולל = Σ(אנרגיות קשר שנשברו) − Σ(אנרגיות קשר שנוצרו). זרז מוריד את אנרגיית ההפעלה — הוא אינו משנה את שינוי האנרגיה הכולל.

RP4: לחקור את הגורמים המשפיעים על שינויי הטמפרטורה בממיסים המגיבים (כגון נפח/ריכוז) — תכנון משתנים, מדידת ΔT, גרף, מסקנות.

5.2

תאים כימיים ותאי דלק — כימיה בלבד (4.5.2)

סיילבוס

תאים כימיים ותאי דלק, כימיה בלבד (AQA 8462 נקודה לימוד 4.5.2).

הסבר כיצד תאים מייצרים חשמל ומה משפיע על המתח.
השווה בין תאים חד-פעמיים ותאים נטענים מחדש.
תאר תאי דלק מימניים והשוו (HT) את מחצית המשוואות בקצוות, בהשוואה לתאים נטענים מחדש.

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

תאים מכילים חומרים המגיבים כדי לייצר חשמל. המתח תלוי בסוג האלקטרודה ובאלקטרוליט; תא פשוט הוא שתי מתכות שונות באלקטרוליט — המתכת היותר פעילה מייצרת מתח גבוה יותר (שחרור אלקטרונים קל יותר בה). סוללות = תאים בסדרה למתח גבוה יותר.

תאים חד-פעמיים (אלקליניים) נפסקים כשחומר התגובה נגמר; תאים נטענים הופכים את תגובותיהם בחזרה כאשר סופק זרם חיצוני.

תאי דלק: דלק (כגון מימן) וחמצן מסופקים באופן רציף; הדלק מחומץ אלקטרוכימית ליצירת הפרש פוטנציאלים. התגובה הכוללת: מימן → מים. יש לבצע הערכה מול סוללות נטענות: אין מזהמים במקום השימוש, הזנה רציפה; אך אחסון מימן, ייצור ועלות מהווים חסרונות. (HT) משוואות מחציתיות לתא דלק מימני:

אלקטרודה שלילית: 2 H₂ → 4 H⁺ + 4e⁻ (או 2 H₂ + 4 OH⁻ → 4 H₂O + 4e⁻)
אלקטרודה חיובית: O₂ + 4 H⁺ + 4e⁻ → 2 H₂O (או O₂ + 2 H₂O + 4e⁻ → 4 OH⁻)

5.2

רשימת בדיקה לפני סיום נושא זה

הגדרת תגובות אקסותרמיות/אנדותרמיות על בסיס שינוי טמפרטורה, עם שני דוגמאות ושני שימושים לכל אחת.
ציור פרופיל התגובה בשתי הדרכים עם אנרגיית השפעול ושינוי כולל מסומנים.
(HT) סכום אנרגיות קשר בשתי הכיוונים; השפעת זרז על הפרופיל.
(Chem) גורמים המשפיעים על מתח התא; נטען מחדש לעומת לא-נטען; משוואות תאי דלק והערכתם.