קיימות תגובות אנדותרמיות המתרחשות בטמפ. החדר : לדוגמא התאדות ( אצטון, מים ) המסת אמון חנקתי NH 4 NO 3 במים. התגובה הבאה מתרחשת תוך התקררות מהירה : Ba(OH) 2. 8H 2 0 (s) + 2NH 4 SCN (s)  2NH 3(g) + Ba(SCN) 2(s) + 10H 2 O (l) מתי תתרחש ספונטנית תגובה אנדותרמית ?

אי סדר - אנטרופיה -S - מספר הדרכים לתיאור המערכת אנטרופיה גבוהה אי סדר גדול מספר גדול של דרכים לתיאור המערכת S גדול

מספר הדרכים לתיאור המערכת מהו מספר האפשרויות להכניס חלקיק לתיבה בה יש 10 תאים ? אם התיבה בת 20 תאים, האם מספר האפשרויות קטן / גדל / שווה ? אם מכניסים לתיבה בת 10 תאים שני חלקיקים שווים, האם מספר האפשרויות קטן / גדל / שווה ? אם מכניסים לתיבה בת 10 תאים שני חלקיקים שונים, האם מספר האפשרויות קטן / גדל / שווה ? מהי ההתאמה הקיימת בין המקרים הנ ” ל לאנטרופיה של גז ?

יחידות אנטרופיה - S - אי - סדר יחידות - joule/K אנתלפיה - H - תכולת אנרגיה חומנית יחידות - joule 1000joule = 1k.joule

* אנתלפיית ההתהוות התקנית של יסוד במצבו התקני מוגדרת כ - 0. * האנטרופיה של חומר טהור במצב גבישי מוגדרת כ - 0. בתנאי תקן האנטרופיה התקנית ש יסוד איננה 0. (298 K) * בספר הנתונים מובאת טבלה של נתונים תרמודינמיים עבור יסודות. הערכים שם מחושבים לגבי מול אטומים, כלומר הערך המופיע בספר הנתונים עבור חמצן הוא J/K mole

שינוי האנטרופיה בתגובות תוצרים (S 2 ) < מגיבים (S 1 )  S = S 2 - S 1 ערכי האנטרופיה התקנית למול תרכובת מצויים בספר הנתונים. ישנה טבלה נפרדת ליסודות ובה נתונים ערכי האנטרופיה התקנית למול אטומים. I. שינויי אנטרופיה כתוצאה משינויי בהרכב המערכת

דוגמא - חישוב  S 0 לתגובה. תוצרים (S 2 ) < מגיבים (S 1 )  S = S 2 - S 1 N 2(g) + 3H 2(g) -----> 2NH 3(g) K.J/mol K.J/mol K.J/mol נתונים למול מולקולות : 2x3  S 0 = 2x192.5-( x130.6)= J/ 0 k  S 0 לתגובה =  S 0 תוצרים -  S 0 מגיבים

II. שינוי אנטרופיה בגלל שינוי אנרגיה * בתהליכים כימיים יש חילופי אנרגיה בין הסביבה למערכת * כאשר יש תגובה אקזותרמית - הסביבה קולטת אנרגיה והאנטרופיה שלה עולה * כאשר יש תגובה אנדותרמית - הסביבה מאבדת אנרגיה והאנטרופיה שלה יורדת Q/T = שינוי האנטרופיה מתאים למערכת בזמן מעבר פאזות מתאים לסביבה תמיד

 St - האנטרופיה של התבל והחוק השני של התרמודינמיקה כל תהליך ספונטני מלווה עליה באנטרופיה של התבל. במצב שיווי משקל אין שינוי באנטרופיה של התבל. עבור תגובה כימית :  St =  S מערכת +  S סביבה

 St מהווה מדד להתרחשות תגובה. ככל שהוא גדול יותר התגובה נוטה יותר להתרחש.  St - חיובי - התגובה מתרחשת ספונטנית.  St - שלילי - התגובה לא מתרחשת ספונטנית.  St - אפס - מצב שיווי משקל. במשואה זו הובאו נתוני התבל בעזרת נתוני המערכת מערכת סביב ה מערכת

הוכח שתערובת מוצק נוזל הנמצאת בטמפרטורת ההיתוך נמצאת במצב שיווי משקל ! העזר בנוסחה : מערכת פתרון - מציבים בנוסחה,  S מערכת שווה ל -  H/T מתקבל  S t = 0

 St כמדד להתרחשות תגובה  St =  S מערכת +  S סביבה סוג התגובה האנטרופיה I המערכת II הסביבההיקום אקסותרמית אנדותרמית עולה יורדת עולה תמיד עולה אם II<I עולה אם II>I  S 0 לתגובה =  S 0 תוצרים -  S 0 מגיבים סביב ה מערכת שלושה מצבים שונים בהם תהיה עליה באנטרופיה של היקום :

הגורמים המשפיעים על הגדלת האנטרופיה של המערכת א. האנטרופיה של התוצרים גבוהה מהאנטרופיה של המגיבים

ב. הגדלת האנטרופיה של המערכת כתוצאה מכך שנוצרת תערובת של מגיב ושל תוצרים. המצב בו האנטרופיה מגיעה לערכה המירבי הוא כאשר הרכב המערכת מתאים למצב שיווי משקל. מצב ש ” מ S 0 מגיבים S 0 תוצרים

כאשר שינויי האנטרופיה במערכת ובסביבה שליליים למשל בתגובה : CH 4(g) + CO (g) > CH 3 CHO (g) 2 שינוי האנטרופיה במערכת = J/K mole שינוי האנטרופיה בסביבה = J/K mole שינוי האנטרופיה ביקום = J/K mole S 0 מגיבים S 0 תוצרים ש”מש”מ

לסיכום : א. כאשר אנו דנים בשתי תגובות הפוכות, תהיה אחת מהן לפי החישובים ספונטנית ואילו השניה לא. ב. באופן מעשי תתרחשנה שתי התגובות ההפוכות עד לקבלתמצב של שיווי משקל. מכאן שלפי ההגדרה מצב שיווי משקל הוא : המצב אליו מגיעה המערכת באופן ספונטני. ג. אחד הגורמים לכך שכל מערכת מגיעה למצב ש ” מ הוא האנטרופיה של הערבוב.

פרק ו ” : עבודה בתאים.

Zn 2+ (1M ) Zn Cu 2+ (1M ) Cu תא אבץ נחושת שינוי האנטרופיה במערכת : J/K mole שינוי אנטרופיה בסביבה : J/K mole שינו האנטרופיה ביקום : J/K mole שינוי האנרגיה במערכת : Kj/mole

מערכת S סביבה אנרגיה מועברת כחימום S כאשר התגובה התרחשה בכוס :

מערכת S סביבה אנרגיה מועברת כחימום S כאשר התגובה מתרחשת בתא אלקטרוכימי : עבודה

בתנאים מתאימים נוכל לקבל מן התא עבודה רבה יותר ויחד עם זאת תהיה העלייה באנטרופיה של הסביבה קטנה יותר : מערכת S סביבה אנרגיה מועברת כחימום S עבודה

גרמנו לכך שהתא יבצע יותר ויותר עבודה עליית האנטרופיה בסביבה שווה לירידת האנטרופיה במערכת. כאשר מתבצעת העבודה המקסימלית, מוקטנת האנרגיה המועברת כחימום, וקטן הגידול באנטרופיה של היקום. כך גדלה כמות העבודה המתקבלת מן התא.

מבחינת החוק השני מספיקה עליה מזערית באנטרופיה של התבל לביצוע תגובה. לכן אפשרי שכמעט כל היתרה מעל האפס תנוצל לביצוע עבודה. W max = T  St כל מערכת שעבורה  St חיובי יכולה לבצע עבודה. גם מערכת אנדותרמית המלווה עליה משמעותית באנטרופיה. W - העבודה שיכולה לבצע מערכת

בתאים חשמליים. בתאים חשמליים. מחשבים את W max לפי הנוסחה : W max =nFE החישוב מתאים רק לתנאי תקן. n- מספר מולי אלקטרונים שעברו, F = Ag + (aq) + Cu (s) 2Ag (s) + Cu 2+ (aq) תא כסף נחושת Ag + Ag Cu 2+ + Cu W = 2x96500x0.46 = 88,788j = k.j חישוב לדוגמה :

משמעות העבודה המקסימלית כאשר נפלטת אנרגיה בתגובה אקזותרמית, נוכל לנצל את רוב האנרגיה שנפלטת מהתגובה, מלבד אותו חלק של אנרגיה שיתרום לעליית אנטרופיית הסביבה על חשבון ירידת אנטרופיית המערכת לדוגמא : 2Ag + (aq) + Cu (s) 2Ag (s) + Cu 2+ (aq) בתגובה זאת :

צימוד מערכות ניתן לנצל את העבודה המירבית שמתקבלת מתגובה ספונטנית בכדי לבצע תגובה שאיננה ספונטנית למשל : ניתן לנצל את התא אבץ נחושת שעבורו שינוי האנטרופיה ביקום : J/K mole בכדי לבצע אלקטרוליזה של נחושת כלורית, תגובה שעבורה שינוי האנטרופיה ביקום : J/K mole

סביבה תא אלקטרוכימי תא אלקטרוליטי סביבה תגובה ספונטנית בתא האלקטרוכימי מפעילה תגובה לא ספונטנית בתא האלקטרוליטי