Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Chemical reactions · ⁨תגובות כימיות⁩

IGCSE Chemistry · ⁨כימיה IGCSE⁩ · Topic 6 · ⁨נושא 6⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
15:53

קצבים ואיזון

חלב על השידה מתעלף בתוך יום. במקרר הוא מחזיק שבוע. אותו חלב — אך התגובה מתרחשת בקצב שונה. תחילה, בדיקה מהירה: כימיה…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

6.1

Physical and chemical changes · ⁨שינויים פיזיקליים וכימיים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 Identify physical and chemical changes, and describe the differences between them
עברית
ליבה תוספת
1 זיהוי שינויים פיזיקליים וכימיים, ותיאור ההבדלים ביניהם

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

A physical change 物理变化 does not make a new substance. The substance only changes its state or shape, and the change can usually be reversed. Melting ice and dissolving sugar are physical changes.

A chemical change 化学变化 (a chemical reaction) makes one or more new substances and is usually hard to reverse. Signs of a chemical change include a colour change, a gas being given off, an energy change, or a precipitate 沉淀 (a solid) forming.

Physical change Chemical change
no new substance made new substance(s) made
easy to reverse usually hard to reverse
e.g. melting, boiling, dissolving e.g. burning, rusting
עברית
חלודה על פני ברזל
חלודה ברזל הוא שינוי כימי — הוא יוצר חומר חדש.

שינוי פיזיקלי אינו יוצר חומר חדש. החומר משנה רק את מצבו או צורתו, והשינוי ניתן להפכה בדרך כלל. ההיתוך של קרח והמסת סוכר הם שינויים פיזיקליים.

שינוי כימי (תגובה כימית) יוצר חומר אחד או יותר חדשים וקשה להפכתו בדרך כלל. סימנים לשינוי כימי כוללים שינוי צבע, פליטת גז, שינוי אנרגטי או היווצרות משקע (חומר מוצק).

שינוי פיזיקלי שינוי כימי
לא נוצר חומר חדש נוצר(ו) חומר(ים) חדש(ים)
קל להפכה בדרך כלל קשה להפכה
לדוגמה: התכה, רתיחה, המסה לדוגמה: בעירה, חלודה
Explore · ⁨חקור⁩

Physical change vs chemical change · ⁨הבדל בין שינוי פיזיקלי לשינוי כימי⁩

Step through the difference. A physical change makes no new substance and is usually easy to reverse; a chemical change makes a new substance and is hard to undo. · ⁨הסבר ההבדל. שינוי פיזיקלי אינו יוצר חומר חדש ולרוב ניתן להפכו; שינוי כימי יוצר חומר חדש וקשה להחזירו למצב המקורי.⁩

6.2

Rate of reaction · ⁨קצב תגובה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
5 Describe collision theory in terms of: (a) number of particles per unit volume (b) frequency of collisions between particles (c) kinetic energy of particles (d) activation energy, $E_a$
1 Describe the effect on the rate of reaction of: (a) changing the concentration of solutions (b) changing the pressure of gases (c) changing the surface area of solids (d) changing the temperature (e) adding or removing a catalyst, including enzymes 6 Describe and explain the effect on the rate of reaction of: (a) changing the concentration of solutions (b) changing the pressure of gases (c) changing the surface area of solids (d) changing the temperature (e) adding or removing a catalyst, including enzymes using collision theory
2 State that a catalyst increases the rate of a reaction and is unchanged at the end of a reaction 7 State that a catalyst decreases the activation energy, $E_a$, of a reaction
3 Describe practical methods for investigating the rate of a reaction including change in mass of a reactant or a product and the formation of a gas 8 Evaluate practical methods for investigating the rate of a reaction including change in mass of a reactant or a product and the formation of a gas
4 Interpret data, including graphs, from rate of reaction experiments
עברית
ליבה תוספת
5 לחדש את תיאוריית ההתנגשות בתוך: (א) מספר חלקיקים ליחידת נפח (ב) תדירות ההתנגשויות בין חלקיקים (ג) האנרגיה הקינטית של חלקיקים (ד) אנרגיית השפעול, $E_a$
1 לחדש את ההשפעה על קצב התגובה של: (א) שינוי ריכוז של תמיסות (ב) שינוי לחץ של גזים (ג) שינוי שטח פנים של מוצקים (ד) שינוי טמפרטורה (ה) הוספה או הסרת קטליזטור, כולל אנזימים 6 לחדש ולהסביר את ההשפעה על קצב התגובה של: (א) שינוי ריכוז של תמיסות (ב) שינוי לחץ של גזים (ג) שינוי שטח פנים של מוצקים (ד) שינוי טמפרטורה (ה) הוספה או הסרת קטליזטור, כולל אנזימים, באמצעות תיאוריית ההתנגשות
2 ציין שזרז מגביר את קצב התגובה ואינו משתנה בסופה 7 ציין שזרז מפחית את אנרגיית ההפעלה, $E_a$, של תגובה
3 תאר שיטות מעשיות לחקירת קצב תגובה, כולל שינוי במסה של מגיב או תוצר והיווצרות גז 8 שפוט שיטות מעשיות לחקירת קצב תגובה, כולל שינוי במסה של מגיב או תוצר והיווצרות גז
4 פרשנת נתונים, כולל גרפים, ממערכי ניסויים על קצב תגובה

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English
Collision theory: energy and orientation

The rate of reaction 反应速率 tells you how fast the reactants 反应物 change into products 生成物.

Collision theory

Collision theory 碰撞理论 explains what controls the rate. For a reaction to happen, the particles 粒子 must collide 碰撞, and they must collide with enough energy. The least energy they need is the activation energy 活化能 ($E_a$). A faster rate happens when the particles have successful collisions more often.

What changes the rate

Change Effect Reason (collision theory)
increase concentration 浓度 of a solution faster more particles in the same volume, so collisions happen more often
increase pressure 压强 of gases faster particles are pushed closer, so collisions happen more often
increase surface area 表面积 of a solid faster more particles are exposed, so collisions happen more often
increase temperature faster particles gain kinetic energy 动能 and move faster, so collisions are more frequent and more of them have enough energy
add a catalyst 催化剂 faster the catalyst lowers the activation energy, so more collisions are successful

Catalysts

A catalyst speeds up a reaction but is not used up — it is unchanged at the end. It works by lowering the activation energy. Enzymes 酶 are biological catalysts (catalysts that work in living things).

Measuring the rate

You can follow a reaction over time in these ways:

  • Change in mass: stand the flask on a balance. If a gas escapes, the mass falls. Record the mass at regular times.
  • Volume of gas: collect the gas in a gas syringe 注射器 and read its volume at regular times.
  • Formation of a precipitate: in a reaction that turns cloudy, time how long it takes for a mark under the flask to disappear.

On a graph of product against time, the line is steepest at the start (fastest rate), becomes less steep as reactants are used up, and goes flat when the reaction has finished.

עברית
תיאוריית התנגשות: אנרגיה וכיוון

הקצב התגובה מעיד על מהירות השינוי של התגובות למוצרים.

תיאוריית ההתנגשויות

תיאוריית ההתנגשויות מסבירה מה קובע את הקצב. כדי שתגובה תתרחש, החלקיקים חייבים להתנגש, והם חייבים להתנגש באנרגיה מספקת. האנרגיה המינימלית שהם זקוקים לה היא אנרגיית הפעלה ($E_a$). קצב מהיר יותר מתקבל כאשר לחלקיקים יש התנגשויות מוצלחות תדירות יותר.

מה משנה את הקצב

שינוי השפעה סיבה (על פי תיאוריית ההתנגשויות)
הגברת ריכוז של תמיסה מהיר יותר יותר חלקיקים באותו נפח, כך שההתנגשויות מתרחשות לעיתים קרובות יותר
הגברת לחץ של גזים מהיר יותר החלקיקים דוחסים זה לקרוב, כך שההתנגשויות מתרחשות לעיתים קרובות יותר
הגדלת שטח פני שטח של מוצק מהיר יותר יותר חלקיקים חשופים, כך שההתנגשויות מתרחשות לעיתים קרובות יותר
העלאת הטמפרטורה מהיר יותר החלקיקים רוכשים אנרגיה קינטית ונעים מהר יותר, כך שההתנגשויות הן בתדר גבוה יותר וגם יותר מהן כוללות אנרגיה מספקת
הוספת מצטנע מהיר יותר המצטנע מפחית את אנרגיית ההפעלה, כך שההתנגשויות רבות יותר הן מוצלחות
שתי קופסאות חלקיקים: בקופסה בעלת ריכוז גבוה ישנם יותר חלקיקים, ולכן ההתנגשויות מתרחשות לעיתים קרובות יותר
יותר חלקיקים באותו נפח מתנגשים זה עם זה לעיתים קרובות יותר, ולכן הקצב הוא מהיר יותר
גוש גדול שמחומץ רק מחוץ לו, לצד אותו מוצק בצורת אבקה שאליה החומצה מגיע לכל מקום
פיזור מוצק לאבקה חושף הרבה יותר שטח פני שטח, ולכן הקצב הוא מהיר יותר

מצטנעים

מצטנע מאיץ תגובה אך אינו נבזבז — הוא נשאר ללא שינוי בסוף התגובה. הוא פועל על ידי הפחתת אנרגיית ההפעלה. אנזימים הם מצטנעים ביולוגיים (מצטנעים הפועלים בבעלי חיים).

שביל תגובה עם גבעה גבוהה ללא מצטנע וגבעה נמוכה יותר עם מצטנע, ששניהם מסתיימים באותן תוצרים
מצטנע מספק אנרגיית הפעלה נמוכה יותר כך שהתנגשויות רבות יותר הן מוצלחות; $\Delta H$ נשאר ללא שינוי

מדידת הקצב

ניתן לעקוב אחר תגובה לאורך זמן בדרכים הבאות:

  • שינוי במסה: להניח את הבקבוק על משקל. אם יוצא גז, המסה יורדת. לרשום את המסה בפעמים קבועות.
  • נפח של גז: לאסוף את הגז בצינור הזרקון לגז ולקרוא את הנפח שלו בפעמים קבועות.
  • יוצר של משקע: בתגובה הופכת לעכורה, למדוד כמה זמן לוקח עד שהסימן שמתחת לבקבוק ייעלם.

בקבוק חרוני המכיל תערובת תגובה מחובר בצינור הולכה למצית גז הנמלא בגז *מצית הגז אוסף את הגז המשתחרר; קראו את נפחו במרווחי זמן קבועים כדי לעקוב אחר הקצב

בגרף של מוצר לאורך זמן, הקו תלול ביותר בהתחלה (קצב מהיר), הופך לפחות תלול ככל שהתגיבים נספגים, והופך שטוח כאשר התגובה מסתיימת.

גרף של נפח גז לאורך זמן: תלול בהתחלה ולאחר מכן משתדל, עם עקומה מהירה ועקומה איטית המגיעות לאותו סוף כמות *הקצב הוא מהיר ביותר בהתחלה (הכי תלול) והקו משתדל כאשר התגובה מסתיימת

Explore · ⁨חקור⁩

Rate from a gas-volume graph · ⁨קצב מתוך גרף נפח-גז⁩

The gradient of the volume–time curve is the rate; it is steepest at the start and flattens as reactants run out. · ⁨השיפוע של עקומת הנפח-זמן הוא הקצב; הוא תלול ביותר בתחילה ומתשטח כשהמגיבים נגמרים.⁩

Explore · ⁨חקור⁩

Rate of reaction · ⁨קצב התגובה⁩

conc = c₀·bᵗ

Concentration falls over time — fast at first, then slower. · ⁨הריכוז יורד לאורך הזמן — מהר בהתחלה, ואז איטי יותר.⁩

Explore · ⁨חקור⁩

Collision theory in action · ⁨תורת ההתנגשויות בפעולה⁩

Watch the particles collide. Heat speeds them up so they collide more often and harder; more particles or a catalyst give more successful collisions — the rate climbs. · ⁨צפו בחלקיקים המתנגשים. חימום מאיץ אותם כך שהם מתנגשים תדירות ובעוצמה רבה יותר; מספר חלקיקים גדול יותר או זרז מביאים להתנגשויות מוצלחות יותר — הקצב עולה.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
physical change/ˈfɪzɪkl tʃeɪndʒ/ שינוי פיזיקלי
chemical change/ˈkemɪkl tʃeɪndʒ/ שינוי כימי
precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ משקע
rate of reaction/reɪt ɒv rɪˈækʃn/ קצב תגובה
reactants/rɪˈæktənts/ מגיבים
products/ˈprɒdʌkts/ מוצרים
collision theory/kəˈlɪʒn ˈθɪəri/ תיאוריית ההתנגשויות
particles/ˈpɑːtɪklz/ חלקיקים
collide/kəˈlaɪd/ התנגשות
activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/ אנרגיית השפעול
concentration/ˌkɒnsənˈtreɪʃn/ ריכוז
pressure/ˈpreʃə/ לחץ
surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ שטח פני
kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ אנרגיה קינטית
catalyst/ˈkætəlɪst/ מצעין
enzymes/ˈenzaɪmz/ אנזימים
syringe/sɪˈrɪndʒ/ מזרקת תכנון
reversible reaction/rɪˈvɜːsɪbl rɪˈækʃn/ תגובה הפוכה
hydrated/haɪˈdreɪtɪd/ מוצק
anhydrous/ænˈhaɪdrəs/ ללא מים
closed system/kləʊzd ˈsɪstəm/ מערכת סגורה
Watch lesson · ⁨צפה בשיעור⁩
6.3

Reversible reactions and equilibrium · ⁨תגובות הפיכות ואיזון כימי⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 State that some chemical reactions are reversible as shown by the symbol $\rightleftharpoons$ 3 State that a reversible reaction in a closed system is at equilibrium when: (a) the rate of the forward reaction is equal to the rate of the reverse reaction (b) the concentrations of reactants and products are no longer changing
2 Describe how changing the conditions can change the direction of a reversible reaction for: (a) the effect of heat on hydrated compounds (b) the addition of water to anhydrous compounds limited to copper(II) sulfate and cobalt(II) chloride 4 Predict and explain, for a reversible reaction, how the position of equilibrium is affected by: (a) changing temperature (b) changing pressure (c) changing concentration (d) using a catalyst using information provided
5 State the symbol equation for the production of ammonia in the Haber process, $\text{N}_2\text{(g)} + 3\text{H}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{NH}_3\text{(g)}$
6 State the sources of the hydrogen (methane) and nitrogen (air) in the Haber process
7 State the typical conditions in the Haber process as $450\text{ }^{\circ}\text{C}$, $20\,000\text{ kPa}/200\text{ atm}$ and an iron catalyst
8 State the symbol equation for the conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the Contact process, $2\text{SO}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{SO}_3\text{(g)}$
9 State the sources of the sulfur dioxide (burning sulfur or roasting sulfide ores) and oxygen (air) in the Contact process
10 State the typical conditions for the conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the Contact process as $450\text{ }^{\circ}\text{C}$, $200\text{ kPa}/2\text{ atm}$ and a vanadium(V) oxide catalyst
11 Explain, in terms of rate of reaction and position of equilibrium, why the typical conditions stated are used in the Haber process and in the Contact process, including safety considerations and economics
עברית
ליבה תוספת
1 ציין כי חלק מהתגובות הכימיות הן הפיכות, כפי שמראה הסמל $\rightleftharpoons$ 3 ציין שתגובה הפיכה במערכת סגורה נמצאת בשווי משקל כאשר: (א) קצב התגובה הקדמית שווה לקצב התגובה ההפוכה (ב) ריכוזי המגיבים והתוצרים אינם משתנים עוד
2 תאר כיצד שינוי בתנאים יכול לשנות את כיוון התגובה ההפכית עבור: (א) השפעת חום על תרכובות הידרטיות (ב) הוספת מים לתרכובות אנוהידריות, במוגבלות לנחושת(II) סולפט וקובלט(II) כלוריד 4 תחזה והסבר, עבור תגובה הפיכה, כיצד מיקום שווי המשקל מושפע מ: (א) שינוי בטמפרטורה (ב) שינוי בלחץ (ג) שינוי בריכוז (ד) שימוש בזרז, באמצעות המידע הנתון
5 ציין את משוואת הסמלים ליצירת אמוניה בתהליך האבר, $\text{N}_2\text{(g)} + 3\text{H}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{NH}_3\text{(g)}$
6 ציין את מקורות מימן (מתאן) וחנקן (אוויר) בתהליך האבר
7 ציין את התנאים הנפוצים בתהליך האבר כ$450\text{ }^{\circ}\text{C}$, $20\,000\text{ kPa}/200\text{ atm}$ ובנוכחות זרז ברזל
8 ציין את משוואת הסמלים להמרת סולפור דו-חמצני לסולפור טרי-חמצני בתהליך הקונטקט, $2\text{SO}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{SO}_3\text{(g)}$
9 ציין את מקורות סולפור דו-חמצני (שריפת סולפור או צלייה של עודני סולפידים) וחמצן (אוויר) בתהליך הקונטקט
10 ציין את התנאים הנפוצים להמרת סולפור דו-חמצני לסולפור טרי-חמצני בתהליך הקונטקט כ$450\text{ }^{\circ}\text{C}$, $200\text{ kPa}/2\text{ atm}$ ובנוכחות זרז חומצת ונדיום(V) אוקסיד
11 הסבר, בהתייחס לקצב התגובה ומיקום שווי המשקל, מדוע התנאים הנפוצים מצוינים משמשים בתהליך האבר ובתהליך הקונטקט, כולל considerations בטיחותיים וכלכליים

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English
Le Chatelier's principle
Dynamic equilibrium: the rates converge

Some reactions are reversible 可逆反应: the products can react to form the reactants again. We show this with the symbol $\rightleftharpoons$.

Changing the direction

A clear example uses hydrated 水合 and anhydrous 无水 compounds:

  • Blue hydrated copper(II) sulfate, when heated, loses its water to become white anhydrous copper(II) sulfate. Adding water turns it blue again.
  • Pink hydrated cobalt(II) chloride loses water when heated to become blue anhydrous cobalt(II) chloride. Adding water turns it pink again.

Adding water to the anhydrous solid (and seeing the colour return) is used as a test for water.

Equilibrium

In a closed system 密闭系统 (where nothing enters or leaves), a reversible reaction reaches equilibrium 平衡 when:

  • the rate of the forward reaction 正反应 equals the rate of the reverse reaction 逆反应, and
  • the concentrations of the reactants and products are no longer changing.

Changing the position of equilibrium

The position of equilibrium 平衡位置 tells you whether there are more reactants or more products. You can move it:

  • Temperature: heating moves the equilibrium in the direction that takes in heat (the endothermic 吸热反应 direction); cooling moves it in the direction that gives out heat (the exothermic 放热反应 direction).
  • Pressure (gases): more pressure moves the equilibrium to the side with fewer gas molecules.
  • Concentration: adding more of a substance moves the equilibrium to the other side, to use it up.
  • A catalyst does not move the position of equilibrium. It only helps the reaction reach equilibrium faster.

The Haber process

The Haber process 哈伯法 makes ammonia:

$$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)$$
  • The hydrogen 氢气 comes from methane 甲烷 (natural gas); the nitrogen 氮气 comes from the air.
  • Typical conditions: a temperature of $450\,{}^{\circ}\text{C}$, a pressure of about $200$ atm ($20\,000$ kPa), and an iron 铁 catalyst.

The Contact process

The Contact process 接触法 turns sulfur dioxide into sulfur trioxide:

$$2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g)$$
  • The sulfur dioxide comes from burning sulfur 硫 (or roasting sulfide ores); the oxygen 氧气 comes from the air.
  • Typical conditions: a temperature of $450\,{}^{\circ}\text{C}$, a pressure of about $2$ atm ($200$ kPa), and a vanadium(V) oxide 五氧化二钒 catalyst.

Why these conditions are chosen

The conditions are a compromise 折中:

  • A higher pressure would give more product, but very high pressure is dangerous and expensive, so a medium pressure is used.
  • A lower temperature would give more product (both forward reactions are exothermic), but the reaction would be too slow, so a fairly high temperature is used to keep a good rate.
  • The catalyst speeds up the reaction without changing the position of equilibrium, which lowers cost.
עברית
עקרון לה-שטליה
איזון דינמי: הקצבים מתקרבים זה לזה

חלק מהתגובות הן הפיכות: המוצרים יכולים להגיב כדי ליצור שוב את התגיבים. אנו מסמנים זאת באמצעות הסמל $\rightleftharpoons$.

גופרית(II) סולפט הידרטי בצבע כחול מאבד מים בחימום ומופך לסולפט ללא-מים לבן; הוספת מים הופכת אותו חזרה לכחול
חימום של אולגן נחושת כחול דוחה מים; הוספת מים הופכת אותו שוב לכחול

שינוי הכיוון

דוגמה ברורה משתמשת בתרכובות הידרטיות וללא-מים:

  • גופרית(II) סולפט הידרטי בצבע כחול, בעת חימום, מאבד את המים שלו ומפך לסולפט ללא-מים לבן. הוספת מים הופכת אותו חזרה לכחול.
  • כלוריד קובלט(II) הידרטי בצור ורוד מאבד מים בעת חימום ומפך לכלוריד ללא-מים כחול. הוספת מים הופכת אותו חזרה לוורוד.

הוספת מים לתרכובת המוצקה ללא-מים (וראיית החזרת הצבע) משמשת כמבחן לזיהוי מים.

איזון

מערכת סגורה (בה אין כניסה או יציאה), תגובה הפיכה מגיעה לאיזון כימי כאשר:

  • קצב התגובה ההפוכה שווה לקצב התגובה הקדימה, ו
  • ריכוזי התגיבים והמוצרים אינם משתנים עוד.

שינוי מיקום האיזון

מיקום האיזון מספר לכם האם יש יותר תגיבים או יותר מוצרים. ניתן להזיז אותו:

  • טמפרטורה: חימום מזיז את האיזון לכיוון שבו מתעלפת חום (הכיוון אנדותרמי); קירור מזיז אותו לכיוון שבו משתחרר חום (הכיוון אקסותרמי).
  • לחץ (גזים): לחץ גבוה מזיז את האיזון לצד עם פחות מולקולות גז.
  • ריכוז: הוספת חומר נוסף מזיזה את השיווי משקל לצד השני כדי להשתמש בו.
  • מצען אינו מזיז את מיקום שיווי המשקל. הוא רק עוזר לתגובה להגיע לשיווי משקל מהר יותר.

תהליך האבר

תהליך האבר מייצר אמोनיה:

$$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)$$
  • ההידרוגן מגיע ממטאן (גז טבעי); החנקן מגיע מהאוויר.
  • תנאים אופייניים: טמפרטורה של $450\,{}^{\circ}\text{C}$, לחץ של כ-$200$ atm ($20\,000$ kPa), ומצען ברזל.

תהליך הקונטקט

תהליך הקונטקט ממיר סולפיד אווירי לסולפוקסיד:

$$2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g)$$
  • הסולפיד האווירי מגיע משריפת סולפור (או קליית מינרלים סולפידיים); החמצן מגיע מהאוויר.
  • תנאים טיפוסיים: טמפרטורה של $450\,{}^{\circ}\text{C}$, לחץ של כ-$2$ atm ($200$ kPa), ומצען חמצן-וanadium(V).

למה נבחרו תנאים אלו

התנאים הם התאמה:

  • לחץ גבוה יותר יניב תוצר רב יותר, אך לחץ גבוה מאוד מסוכן ומהותך, ולכן משתמשים בלחץ בינוני.
  • טמפרטורה נמוכה יותר תניב תוצר רב יותר (שתי התגובות ההפוכות הן אנדרותרמיות), אך התגובה תהיה איטית מדי, ולכן משתמשים בטמפרטורה גבוהה יחסית כדי לשמור על קצב טוב.
  • המצען מאיץ את התגובה ללא שינוי במיקום שיווי המשקל, מה שמוריד את העלות.
Explore · ⁨חקור⁩

Shifting an equilibrium · ⁨הזזת איזון כימי⁩

Change temperature, pressure or concentration and watch a reversible reaction shift to a new balance. · ⁨שנה טמפרטורה, לחץ או ריכוז והתבונן בתגובה הפיכה מתזזת לאיזון חדש.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ איזון
forward reaction/ˈfɔːwəd rɪˈækʃn/ תגובה קדמית
reverse reaction/rɪˈvɜːs rɪˈækʃn/ תגובה הפוכה
position of equilibrium/pəˈzɪʃn ɒv ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ מיקום שיווי משקל
endothermic/ˌendəʊˈθɜːmɪk/ אנדותרמי
exothermic/eɡzəˈðɜːmɪk/ אקסותרמי
Haber process/ˈheɪbə ˈprəʊses/ תהליך האבר
hydrogen/ˈhaɪdrədʒn/ מימן
methane/ˈmiːθeɪn/ מתן
nitrogen/ˈnaɪtrədʒn/ חנקן
iron/ˈaɪən/ ברזל
Contact process/ˈkɒntækt ˈprəʊses/ תהליך הקונטקט
sulfur/ˈsʌlfɜː/ גופרית
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ חמצן
vanadium(V) oxide/væˈneɪdɪəm ˈɒksaɪd/ חמצן ונדיה(V)
compromise/ˈkɒmprəmaɪz/ התאמה
Watch lesson · ⁨צפה בשיעור⁩
6.4

Redox · ⁨תגובות חמצון-הורדה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 Use a Roman numeral to indicate the oxidation number of an element in a compound
2 Define redox reactions as involving simultaneous oxidation and reduction
3 Define oxidation as gain of oxygen and reduction as loss of oxygen 6 Define oxidation in terms of: (a) loss of electrons (b) an increase in oxidation number
7 Define reduction in terms of: (a) gain of electrons (b) a decrease in oxidation number
4 Identify redox reactions as reactions involving gain and loss of oxygen 8 Identify redox reactions as reactions involving gain and loss of electrons
5 Identify oxidation and reduction in redox reactions 9 Identify redox reactions by changes in oxidation number using: (a) the oxidation number of elements in their uncombined state is zero (b) the oxidation number of a monatomic ion is the same as the charge on the ion (c) the sum of the oxidation numbers in a compound is zero (d) the sum of the oxidation numbers in an ion is equal to the charge on the ion
10 Identify redox reactions by the colour changes involved when using acidified aqueous potassium manganate(VII) or aqueous potassium iodide
11 Define an oxidising agent as a substance that oxidises another substance and is itself reduced
12 Define a reducing agent as a substance that reduces another substance and is itself oxidised
13 Identify oxidising agents and reducing agents in redox reactions
עברית
ליבה תוספת
1 השתמש במספר רומאי כדי לציין את מספר החמצון של יסוד בתרכובת
2 הגדר תגובות חמצון-חיזור כמעורבות בו-זמנית בחמצון וחיזור
3 הגדר חמצון כקיבלת חמצן וחיזור כאובדן חמצן 6 הגדר חמצון במונחים: (א) אובדן אלקטרונים (ב) עלייה במספר החמצון
7 הגדר חיזור במונחים: (א) קבלת אלקטרונים (ב) ירידה במספר החמצון
4 זיהה תגובות חמצון-חיזור כתגובות המעורבות בקבלת ואובדן חמצן 8 זיהה תגובות חמצון-חיזור כתגובות המעורבות בקבלת ואובדן אלקטרונים
5 זיהה חמצון וחיזור בתגובות חמצון-חיזור 9 זיהה תגובות חמצון-חיזור לפי שינויים במספר החמצון באמצעות: (א) מספר החמצון של יסודות במצבם הלא-משולב הוא אפס (ב) מספר החמצון של יון מונו-אטומי זהה למטען על היון (ג) סכום מספרי החמצון בתרכובת הוא אפס (ד) סכום מספרי החמצון ביון שווה למטען על היון
10 זיהוי תגובות חמצון-הורדה על בסיס שינויי צבע המתרחשים בעת השימוש במחמץ אקוואני של נתרן פרמןגנטי (VII) או פתרון אקוואני של יודיד אשלגן
11 הגדרת גורם מחמצן כחומר שמחמצן חומר אחר ועצמו מתחמצן
12 הגדרת גורם מחזר כחומר שמחזר חומר אחר ועצמו מתחמצן
13 זיהוי גורמי חמצון וגורמי הורדה בתגובות חמצון-הורדה

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Oxidation 氧化 and reduction 还原 always happen at the same time, in what is called a redox reaction 氧化还原反应. ('Redox' is short for reduction–oxidation.)

There are three ways to describe oxidation and reduction:

  • Oxygen: oxidation is the gain of oxygen; reduction is the loss of oxygen.
  • Electrons 电子: oxidation is the loss of electrons; reduction is the gain of electrons.
  • Oxidation number 氧化数: in oxidation the oxidation number goes up; in reduction it goes down.

A useful memory aid is OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain — of electrons.

Oxidation number rules

The oxidation number is shown by a Roman numeral, as in iron(II) and iron(III). The rules are:

  • An element that is not combined has an oxidation number of $0$.
  • A single-atom ion has an oxidation number equal to its charge (so $\text{Na}^{+}$ is $+1$).
  • The oxidation numbers in a compound add up to $0$.
  • The oxidation numbers in an ion add up to the charge on the ion.

Worked example. Find the oxidation number of manganese in the manganate(VII) ion, $\text{MnO}_4^{-}$. Each oxygen is $-2$, and there are four of them, giving $4 \times (-2) = -8$. The oxidation numbers in an ion must add up to the charge on the ion, which here is $-1$. So if manganese is $x$, then $x + (-8) = -1$, giving $x = +7$ - exactly what the (VII) in the name tells you. Set the total to the ion's charge, not to zero: zero is only for a neutral compound.

Oxidising and reducing agents

  • An oxidising agent 氧化剂 oxidises another substance, and is itself reduced.
  • A reducing agent 还原剂 reduces another substance, and is itself oxidised.

Some redox reactions show clear colour changes:

  • Acidified potassium manganate(VII) 高锰酸钾 is purple. When it acts as an oxidising agent it is reduced, and the purple colour fades to colourless.
  • Potassium iodide 碘化钾 is colourless. When it is oxidised, red-brown iodine 碘 is formed.
עברית

חמצון והורדה מתרחשים תמיד בו-זמנית, במה שנכונה תגובת חמצון-הורדה. ('Redox' הוא קיצור של reduction–oxidation.)

ישנם שלושה דרכים לתאר חמצון והורדה:

  • חמצן: חמצון הוא רכישת חמצן; חיזור הוא איבוד חמצן.
  • אלקטרונים: חמצון הוא איבוד אלקטרונים; חיזור היא רכישת אלקטרונים.
  • מספר חמצון: בחמצון מספר החמצון עולה; בחיזור הוא יורד.

עזר זיכרון שימושי הוא OIL RIG: חמצון הוא איבוד, חיזור היא רכישה — של אלקטרונים.

חומר אחד מעביר אלקטרונים לחומר השני, הראשון מחומץ והשני מוחזר
האלקטרונים עוברים מהחומר שמחומץ (אובד אותם) לזה שמוחזר (רכוש אותם) — שניהם מתרחשים תמיד יחד

כללי מספר חמצון

מספר החמצון מצוין באות רומית, כמו ברזל(II) וברזל(III). הכללים הם:

  • אלמנט שאינו משולב יש לו מספר חמצון של $0$.
  • יון חד-אטומי יש לו מספר חמצון השווה למטענו (לכן $\text{Na}^{+}$ היא $+1$).
  • סך מספרי החמצון בתיקון נוסף ל$0$.
  • סך מספרי החמצון ביון נוסף למטען היון.

דוגמה פותרת. מצאו את מספר החמצון של המנגן ביון המנגנז(VII), $\text{MnO}_4^{-}$. כל חמצן הוא $-2$, ויש ארבעה מהם, מה שנותן $4 \times (-2) = -8$. סך מספרי החמצון ביון חייב להסתכם למטען היון, שהוא כאן $-1$. לכן אם המנגן הוא $x$, אז $x + (-8) = -1$, מה שנותן $x = +7$ - בדיוק כפי שה-(VII) בשם אומר. הציבו את הסך למטען היון, לא לאפס: אפס הוא רק לתיקון ניטרלי.

גורמים מחמצנים ומחזרים

  • גורם מחמץ מחמצ חומר אחר, ועצמו מוחזר.
  • גורם מחזר מחזר חומר אחר, ועצמו מחומץ.

חלק ממרידי רדוקס מראים שינויים צבע ברורים:

  • מנגנז(aq) (Vii) מחומצה הוא סגול. כאשר הוא פועל כגורם מחמץ הוא מוחזר, והצבע הסגול דוהה לצבע שקוף.
  • אוזן (aq) שקוף. כאשר הוא מחומץ נוצר יד (aq). צבע אדום-חום.
מדף עם מיכלי מבחן של מנגנז(aq) (Vii), העובר מסגול עמוק מימין לשקוף משמאל ככל שהוא מדולל יותר
מנגן-אשלגן (VII) הוא סגול כהה; כאשר הוא מופחת (או מדולל), הצבע הסגול דוהה לחסר צבע
Explore · ⁨חקור⁩

Oxidation and reduction happen together · ⁨חמצון וחיזור מתרחשים יחד⁩

Step through a redox reaction. One substance loses electrons while another gains them — you can never have one without the other. · ⁨עבור שלב אחר שלב בתגובת חמצון-חיזור. חומר אחד מאבד אלקטרונים בעוד שחומר אחר מקבל אותם — לעולם לא ניתן לקבל אחד ללא השני.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ חמצון
reduction/rɪˈdʌkʃn/ חיזור
redox reaction/rɪˈdɒks rɪˈækʃn/ תגובת חמצון-חיזור
electrons/ɪˈlektrɒnz/ אלקטרונים
oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ מספר חמצון
oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ גורם מחמצן
reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ גורם מחזר
potassium manganate(VII)/pəˈtæsɪəm ˈmæŋɡəneɪt/ מנגנטן אשלגני(VII)
potassium iodide/pəˈtæsɪəm ˈaɪədaɪd/ יודיד אשלגן
iodine/ˈaɪədiːn/ יוד
6.4

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Explain a faster rate with collision theory: successful collisions happen more often. Concentration, pressure and surface area all raise how often particles collide; a higher temperature does that and gives more particles enough energy.
  • A catalyst lowers the activation energy and speeds the reaction up, but is not used up and does not change $\Delta H$ or the position of equilibrium.
  • At equilibrium the forward and reverse rates are equal and the concentrations stop changing — it does not mean the amounts of reactant and product are equal.
  • Use Le Chatelier's principle: raising temperature favours the endothermic direction; raising pressure favours the side with fewer gas molecules; adding a substance shifts the equilibrium away from it.
  • Redox — OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain of electrons. They always happen together, and an oxidising agent is itself reduced.
עברית
  • הסבר קצב מהיר יותר באמצעות תיאוריית ההתנגשויות: התנגשויות מוצלחות מתרחשות תדירות יותר. ריכוז, לחץ ושטח פני כלם מגדילים את תדירות ההתנגשויות בין חלקיקים; טמפרטורה גבוהה עושה זאת וגם מעניקה ליותר חלקיקים מספיק אנרגיה.
  • קטליסט מפחית את אנרגיית ההפעלה ומאיץ את התגובה, אך אינו נצרך ואינו משנה $\Delta H$ או את מיקום האיזון.
  • ב-איזון, קצבי התגובה ההפוכה והרווחית שווים והריכוזים הופכים ליציבים — זה לא אומר שמכמויות החומרים המגיבים והמוצרים שוות.
  • השתמש בעקרון לה-שטלייה: העלאת טמפרטורה תומכת בכיוון האנדרותרמי; העלאת לחץ תומכת בצד עם פחות מולקולות גז; הוספת חומר מזיזת את האיזון הרחק ממנו.
  • חמצון-העברה — OIL RIG: חמצון הוא אובדן, העברה היא השגחה של אלקטרונים. הם תמיד קוראים יחד, וחומר מחמצן עצמו מופחת.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in IGCSE Chemistry · ⁨כימיה IGCSE⁩ · ⁨נושאים נוספים בIGCSE Chemistry · ⁨כימיה IGCSE⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP