Pearson Edexcel · International GCSE · Chemistry · נושא 3
שלוש שאלות קובעות האם תגובה היא מועילה: האם היא מחממת או מקררת, כמה מהירה היא, והאם היא מסתיימת? הכימיה הפיזיקלית עונה עליהן — קלורימטריה ו-Q = mcΔT, תורת ההתנגשויות עם ארבעת המדדים שלה, והאיזון הדינמי שמגיע תגובה הפיכה במיכל סגור.
Edexcel International GCSE Chemistry 4CH1, Section 3 (הצהרות 3.1–3.22C) קצר אך מכיל הרבה חישובים. הצהרות המסתיימות ב-C הן בכימיה בלבד.
| English | עברית |
|---|---|
| exothermic/eɡzəˈðɜːmɪk/ | תגובה אקסותרמית |
| endothermic/ˌendəʊˈθɜːmɪk/ | אנדותרמי |
| calorimetry/ˌkælɔːˈrɪmətri/ | קלורימטריה |
| catalyst/ˈkætəlɪst/ | זרז |
| collision theory/kəˈlɪʒn ˈθɪəri/ | תיאוריית ההתנגשות |
| activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/ | אנרגיית השפעול |
| reversible reaction/rɪˈvɜːsɪbl rɪˈækʃn/ | תגובה הפיכה |
| dynamic equilibrium/daɪˈnæmɪk ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | איזון דינמי |
תגובות אקזותרמיות משחררות חום (שריפה, נטרול, רוב ההחלפות) — התערובת מתחממת, ΔH שלילי. תגובות אנדותרמיות סופחות חום (פירוק תרמי, פיתול מסוים) — התערובת מקרת. קלורימטריה פשוטה: מדידת שינוי הטמפרטורה של מסה ידועה (כוס פוליסטירן לתמיסות; כיריים אלכוהול תחת צנצנת מים לשריפה).
בדיקה מודגמת. 50 גרם מים מתחממים ב-24 °C בניסוי עם מצת אלכוהול: $Q = 50 \times 4.2 \times 24 = 5040$ J. אם נשרפו 0.010 מול של דלק: $\Delta H = -5040/0.010 = -504\,000\ \mathrm{J\,mol^{-1}} = -504\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$.
(C) שבירת קשרים היא אנדרטית; יצירת קשרים היא אנטרופית. ΔH = קשרים שנשברו − קשרים שנוצרו. בדיקה מודגמת. H₂ + Cl₂ → 2HCl: נשברו 436 + 242 = 678; נוצרו 2 × 431 = 862; ΔH = 678 − 862 = −184 kJ/mol (אנטרופי).
$q_{solution}=mc\Delta T,\quad q_{reaction}=-q_{solution}$
Connect opposite heat changes in the solution and reaction, using the page’s worked quantities to turn a temperature change into an energy estimate.
ניסויים עוקבים אחר תגובה הנראית לעין: נפח גז (שישית אבן + חומצה), איבוד מסה במאזניים, או העלמת צלב (תיוסולפט נתרן + חומצה). ארבעה גורמים: שטח פנים של מוצק, ריכוז (או לחץ גז), טמפרטורה, ומצמד.
תורת התנגשות מסבירה את כולם: תגובות דורשות התנגשויות לפחות באנרגיית השעבוד. אבקה נותנת שטח פנים חשוף יותר → התנגשויות יותר לשנייה; ריכוז או לחץ גבוהים דוחסים חלקיקים זה לזה → התנגשויות תדרוך יותר; טמפרטורה גבוהה הופכת את החלקיקים למהירים יותר → התנגשויות גם תדרוך יותר וגם אנרגטיות יותר — הגורם היחיד המעלה את שבר ההתנגשויות המוצלחות. מצמד מספק מסלול חלופי בעל אנרגיית שעבוד נמוכה → יותר התנגשויות מוצלחות — והוא אינו משתנה כימית בסוף; הוא אינו משנה את כמות המוצר, אלא רק את מהירות הופעתו.
תגובה הפיכה (⇌) פועלת בשני הכיוונים: נ sulfat נחושת(II) הידראטי ⇌ מלח אנדרטי + מים (חום מניע אותו קדימה, מים מפעילים אותו אחורה); כלוריד אמוניum ⇌ אמוניה + חומצה הידרוכלורית בחימום. (C) בתוך מיכל סגור הוא מגיע ל-איזון דינמי: קצבי הקדימה והאחורה שווים, והריכוזים נשארים קבועים — שתי התגובות עדיין פועלות.
(C) טמפרטורה עולה → שיווי המשקל זז לכיוון האנדותרמי; לחץ עולה → זז לצד עם מולות גז פחות; מצמד מאיץ את שני הכיוונים באופן שווה ומשאיר את המיקום ללא שינוי.
$A\rightleftharpoons B$
In this closed A ⇌ B model, a catalyst changes how quickly equilibrium is reached, not its final composition.
תשובות: 1 אקסותרמי (בעירה), אנדותרמי (פירוק תרמי), אקסותרמי (נטראליזציה); 2 $Q = 100 \times 4.2 \times 8.0 = 3360$ J נבלמו — המים מתקררים, לכן ההתמוססות היא אנדותרמית; 3 (C) שבירת קשרים חיוביים (אנדותרמי), יצירת קשרים שליליים (אקסותרמי); 4 נשבר: 2(436) + 498 = 1370; נוצר: 4(463) = 1852; ΔH = 1370 − 1852 = −482 kJ/mol (לכל 2 mol H₂O); 5 אבקה חושפת הרבה יותר פני שטח, ולכן התנגשויות יותר חומצה לשנייה; 6 טמפרטורה — חלקיקים מהירים יותר מתנגשים לעיתים תכופות יותר AND יותר התנגשויות עוברות את אנרגיית הפעולה; 7 חומר שמגדיל את הקצב אך אינו משתנה כימית בסוף; 8 (C) קצבים קדימי ואחורי שווים; ריכוזים של כל החומרים קבועים; 9 (C) זז ימינה — 4 מולות גז בצד שמאל, 2 בצד ימין, ולכן לחץ גבוה מעודד את הצד עם פחות מולות.
תשובות בהמשך: 10 (C) הוא מפחית את אנרגיית הפעולה לקדימה ולאחור באופן שווה, ומאיץ את שניהן מבלי לשנות את מאזונן.
טוען נושאים…