הקשר בין סוג החומר המומס לשינוי בטמפ` בתהליך ההמסה?

שלום רב,



אני תלמיד בכיתה י"ב שלומד 5 יח"ל כימיה. עלתה לנו שאלה במסגרת השיעור שהתקשנו לענות עליה, ואשמח אם תוכלו להפנות את שאלתנו למישהו שינסה לעזור לנו ולפתור אותה.



אנחנו תכננו ניסוי חקר שבודק את הקשר בין סוג החומר המומס לבין קצב שינוי הטמפרטורה שמתרחש בתהליך ההמסה.



בדקנו את שינוי הטמפרטורה בזמן המסה במים של מלחים שונים, כולם קלי תמס. בניסוי היו 7 מערכות. 6 מהן שימשו בקרה פנימית, שכן בכל אחת הוספנו מלח קל-תמס אחר. המערכת ה-7 הייתה ללא כל מלח, והיוותה בקרה חיצונית.



הניסוי נערך כך : בכל אחת מ-7 הכוסות היה קרח. הכנסנו מדחום, מדדנו את הטמפ' ההתחלתית. הוספנו מלח מסוג מסוים לכוס, ערבבנו היטב ומדדנו את שינוי הטמפ'(על ידי קריאת המדחום) בכל 2 דקות. ביצענו 8 בדיקות עד ל-16 דקות. חזרנו על הניסוי בכל אחד מ-7 הכוסות, בכוס 7 לא הוספנו שום מלח.



התוצאות שהתקבלנו מופיעות בגרף הבא:



http://i30.photobucket.com/albums/c311/dorratz/untitled-3.gif





את התוצאות ניסינו להסביר בעזרת הקשר הבא, שיערנו שהוא יוכל להסביר זאת:



http://i30.photobucket.com/albums/c311/dorratz/untitled-2.gif



כמו שניתן לראות, ברוב המקרים הקשר בין הטמפ' לשינוי האנטרופיה ושינוי האנתלפיה מסביר את הגרף



(אגב, חשוב גם להגיד שכל תהליכי ההמסה הם אנדותרמיים לפי הגרף כי הטמפ' יורדת, הרי היתוך קרח ומעבר למים הוא תהליך אנדותרמי. כמו כן חשוב להגיד שהשינוי באנתלפיה הוא גודל קבוע, הוא השינוי באנתלפיה בהיתוך הקרח והפיכתו למים).



הקשר מסביר את הגרף – כך לדוגמא, כשמשווים בגרף בין KI(אשלגן יודי, למקרה שהאותיות לא ברורות) לבין KNO3, ניתן לראות שהטמפ' ירדה יותר כאשר ממיסים KI. המסה המולרית של KNO3 היא 102 גרם/מול, ושל KI המסה המולרית היא 166 גרם/מול. המסה המולרית של KI גדולה יותר, לכן מספר הפרוטונים והאלקטרונים גדל, מספר הרמות גדל ולכן האנטרופיה של KI גדולה יותר משל KNO3. לפי הקשר שבין הטמפ' לאנטרופיה ולאנתלפיה, אם האנטרופיה תעלה הרי שהטמפ' תרד עוד יותר. וזו הסיבה מדוע הטמפ' יורדת יותר כאשר ממיסים KI מאשר KNO3, לדעתנו.



גם בשאר הגרף אפשר להשוות צמדים ולהסבירם בעזרת הקשר, הבעיה שנתקלנו בה היא דווקא עם הצמד NH4NO3 ו-NH4Cl. עקרונית, המסה המולרית של NH4CL היא 53 גרם/מול, ושל NH4NO3 היא 80 גרם/מול. בגלל הקודם על KI, וגם בגלל שהמולקולה NH4NO3 מסובכת יותר, הרי שהאנטרופיה בה אמורה להיות גדולה יותר מאשר NH4CL. כלומר, הטמפ' בעת המסת NH4NO3 צריכה להיות נמוכה יותר, לרדת יותר.



למרות זאת רואים בגרף בדיוק את ההפך – הקו הצהוב(NH4NO3) הוא מעל הקו הורודׁ(NH4CL) כל הזמן! לא ברור למה, ולא הצלחנו בכיתה להסביר את זה בשום דרך. זה סותר את כל שאר הצמדים בניסוי שהצלחנו להסביר בעזרת הקשר בין טמפ' לאנטרופיה ולאנתלפיה. לפי ההשערה שלנו הקו הצהוב צריך להיות מתחת לקו הורוד, ויצא ההיפך.



אז אחרי כל ההקדמה הזאת….הנה השאלות:



1) מדוע הקו הצהוב הוא דווקא מעל הקו הורוד ולא להיפך? למה זה סותר את התיאוריה שלנו ואת הקשר המתמטי של הטמפרטורה,אנתלפיה ואנטרופיה?



2) למה הטמפ' בהמסת NaNO3 יורדת בחדות מאוד מייד לאחר 2 דקות(מ-0 צלזיוס לכמעט מינוס 10 צלזיוס בתוך 2 דקות!), בעוד ששאר המלחים מורידים בהדרגתיות את הטמפ'?



. אשמח מאוד אם תוכלו לעזור לנו לפתור את החידה…..





בתודה מראש



דור



ratz@glil-yam.org.il

















דילוג לתוכן