מתכונת 8 בכימיה - שיווי משקל, פולימרים וכימיה פיזיקלית 037282

תוצרים:

מגיבים:

התגובה אנדותרמית ($\Delta H^0_{(1)} > 0$).

טעות נפוצה: לטעות בסימן כאשר אנתלפיות ההתהוות חיוביות – יש להחסיר את סכום המגיבים בשלמותו.

אנטרופיית המערכת עולה: כל החומרים בתגובה (1) גזים (בתנאי התגובה). במגיבים יש 1 מול גז ($1\ \text{mol}$ אתילבנזן), ובתוצרים 2 מול גז ($1\ \text{mol}$ סטירן $+ 1\ \text{mol}\ \text{H}_2$). כאשר מספר מולי הגז גדל, גדל מספר החלקיקים הנעים בחופשיות בכל הנפח, ולכן גדלים פיזור החלקיקים ופיזור האנרגייה – $\Delta S^0_{\text{מערכת}} > 0$.

אנטרופיית הסביבה יורדת: התגובה אנדותרמית ($\Delta H^0_{(1)} = +118\ \text{kJ}$): המערכת קולטת חום מהסביבה, ופיזור האנרגייה בסביבה קטן. לפי $\Delta S^0_{\text{סביבה}} = -\frac{\Delta H^0}{T}$, כאשר $\Delta H^0 > 0$ מתקבל $\Delta S^0_{\text{סביבה}} < 0$.

הסבר לפי שיווי משקל: תגובה (1) אנדותרמית. לפי עקרון לה־שטלייה, העלאת הטמפרטורה מסיטה את שיווי המשקל לכיוון התגובה האנדותרמית – לכיוון התוצרים. לכן ערך $K_c$ של תגובה (1) גדל עם עליית הטמפרטורה, ובטמפרטורה גבוהה מתקבלת תפוקה גבוהה יותר של סטירן.

הסבר לפי אנטרופיה: $\Delta S^0_{\text{מערכת}} > 0$ ו־$\Delta S^0_{\text{סביבה}} = -\frac{\Delta H^0}{T} < 0$. ככל ש־$T$ גבוהה יותר, הערך המוחלט של $\Delta S^0_{\text{סביבה}}$ קטן יותר, ולכן בטמפרטורה גבוהה העלייה באנטרופיית המערכת יכולה לגבור על הירידה באנטרופיית הסביבה – $\Delta S^0_{\text{יקום}} > 0$.

תגובה (2) אקסותרמית ($\Delta H^0_{(2)} < 0$). לפי עקרון לה־שטלייה, הורדת הטמפרטורה מסיטה את שיווי המשקל לכיוון התגובה האקסותרמית, כלומר לכיוון התוצר (אתילבנזן). לכן ערך $K_c$ של תגובה (2) גדול יותר ב־ $400\ \text{K}$ מאשר ב־ $900\ \text{K}$.

(לפי אנטרופיה: $\Delta S^0_{\text{מערכת}} < 0$ כי מספר מולי הגז קטן (2→1), ו־$\Delta S^0_{\text{סביבה}} = -\frac{\Delta H^0_{(2)}}{T} > 0$ גדול יותר ככל ש־$T$ נמוכה יותר; לכן בטמפרטורה נמוכה $\Delta S^0_{\text{יקום}}$ חיובי יותר.)

ירידת הלחץ: בנפח קבוע ובטמפרטורה קבועה הלחץ בכלי נמצא ביחס ישר למספר מולי הגז ($P = \frac{nRT}{V}$). בתגובה (2) מכל 2 מול גז (1 מול סטירן + 1 מול מימן) נוצר 1 מול גז (אתילבנזן). כל עוד קצב התגובה הישירה גדול מקצב התגובה ההפוכה, מספר מולי הגז בכלי קטן – והלחץ יורד.

נימוק: הלחץ קבוע, ולכן מספר מולי הגז בכלי אינו משתנה. מכיוון שבתגובה (2) מספר מולי הגז במגיבים שונה ממספרם בתוצרים, לחץ קבוע פירושו שהריכוזים של כל החומרים אינם משתנים. זה המצב שבו קצב התגובה הישירה שווה לקצב התגובה ההפוכה – מצב שיווי משקל דינמי (שתי התגובות ממשיכות להתרחש).

בניסוי III ריכוז הסטירן ההתחלתי שווה לזה שבניסוי I, אך ריכוז המימן נמוך יותר ($0.010\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$ לעומת $0.030\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$); בניסוי II שני הריכוזים הם הגבוהים ביותר. לכן בניסוי III הריכוזים ההתחלתיים של המגיבים הם הנמוכים ביותר.

לפי מודל ההתנגשויות, תגובה מתרחשת רק בעקבות התנגשות יעילה – התנגשות בין חלקיקי המגיבים באנרגייה השווה לאנרגיית השפעול או גדולה ממנה, ובכיוון מתאים. ככל שריכוזי המגיבים קטנים יותר, יש פחות מולקולות ביחידת נפח, ולכן מספר ההתנגשויות בין מולקולות סטירן למולקולות מימן ביחידת זמן קטן יותר, וכך גם מספר ההתנגשויות היעילות ביחידת זמן. הטמפרטורה זהה בכל הניסויים, ולכן ההבדל נובע מהריכוזים בלבד – בניסוי III קצב התגובה הישירה ההתחלתי הנמוך ביותר.

ריכוזי החומרים בתחילת הניסוי ($V = 5.0\ \text{L}$), לפי $C = \frac{n}{V}$:

מנת הריכוזים:

$Q = 100 > K_c = 50$.

נימוק: מכיוון ש־$Q > K_c$, ריכוז התוצר $\text{HI}$ גבוה מדי, וריכוזי המגיבים נמוכים מדי, יחסית למצב שיווי משקל. המערכת מתקדמת לשיווי משקל בכיוון התגובה ההפוכה (פירוק $\text{HI}$): ריכוז $\text{HI}$ קטן וריכוזי $\text{H}_2$ ו־$\text{I}_2$ גדלים, עד ש־$Q$ קטנה ומשתווה ל־$K_c$. לכן עד שיווי המשקל קצב התגובה ההפוכה גדול מקצב התגובה הישירה.

טעות נפוצה: לשכוח להעלות את $[\text{HI}]$ בריבוע (המקדם 2 בניסוח).

תגובה (1) אנדותרמית ($\Delta H^0_{(1)} = +118\ \text{kJ}$, סעיף א i), ולכן רמת האנרגייה של התוצרים גבוהה מזו של המגיבים. זרז מוריד את אנרגיית השפעול (מסלול תגובה חלופי), ולכן השיא של העקומה המקווקוות (בנוכחות זרז) נמוך מזה של העקומה הרציפה; הזרז אינו משנה את רמות האנרגייה של המגיבים ושל התוצרים ולכן אינו משנה את $\Delta H$. בגרף III שני התנאים מתקיימים.

גרף I נפסל: בגרף זה השיא של העקומה בנוכחות זרז גבוה יותר – כלומר הזרז מגדיל את אנרגיית השפעול, בניגוד לפעולת זרז.

גרף II נפסל: רמת האנרגייה של התוצרים בו נמוכה מזו של המגיבים – הגרף מתאר תגובה אקסותרמית, בעוד שתגובה (1) אנדותרמית.

ריכוז התוצר במונה, ריכוזי המגיבים במכנה, כל ריכוז בחזקת המקדם שלו בניסוח:

טעות נפוצה: לשכוח את החזקה 2 של ריכוז המימן.

התגובה הישירה אקסותרמית ($\Delta H^o=-90.5\ \text{kJ}$). לפי עקרון לה-שטלייה, העלאת הטמפרטורה מעודדת את התגובה האנדותרמית – התגובה ההפוכה. לכן בטמפרטורה הגבוהה יותר (600 K) מצב שיווי המשקל מוסט לכיוון המגיבים: ריכוז $\text{CH}_3\text{OH}$ קטן וריכוזי $\text{CO}$ ו-$\text{H}_2$ גדלים – ערך $K_c$ קטן יותר. לכן הערך הקטן (0.64) מתאים ל-600 K, והערך הגדול (16.8) מתאים ל-500 K.

תוצרים: $1\ \text{mol}\cdot 239.8\ \frac{\text{J}}{\text{K}\cdot\text{mol}}=239.8\ \frac{\text{J}}{\text{K}}$

מגיבים: $1\ \text{mol}\cdot 197.7\ \frac{\text{J}}{\text{K}\cdot\text{mol}}+2\ \text{mol}\cdot 130.7\ \frac{\text{J}}{\text{K}\cdot\text{mol}}=459.1\ \frac{\text{J}}{\text{K}}$

שינוי האנטרופיה של המערכת שלילי.

כל החומרים גזים. מ-3 מול חלקיקי גז במגיבים ($1\ \text{mol}$ של $\text{CO}$ ו-$2\ \text{mol}$ של $\text{H}_2$) מתקבל 1 מול חלקיקי גז בתוצר. מספר החלקיקים קטן, ולכן קטן מספר האפשרויות לסידור החלקיקים ולפיזור האנרגיה ביניהם – האנטרופיה של המערכת קטנה.

i – ריכוז $\text{CO}$ יהיה קטן יותר. הגדלת ריכוז $\text{H}_2$ (מגיב) מגדילה את מהירות התגובה הישירה (יותר התנגשויות בין מולקולות $\text{H}_2$ למולקולות $\text{CO}$), ושיווי המשקל מוסט לכיוון התוצר. בתגובה הישירה $\text{CO}$ נצרך, ולכן ריכוזו במצב שיווי המשקל החדש קטן מריכוזו לפני השינוי.

ii – ריכוז $\text{CO}$ יהיה גדול יותר. הגדלת ריכוז $\text{CH}_3\text{OH}$ (תוצר) מגדילה את מהירות התגובה ההפוכה, ושיווי המשקל מוסט לכיוון המגיבים. בתגובה ההפוכה נוצר $\text{CO}$, ולכן ריכוזו במצב שיווי המשקל החדש גדול יותר.

iii – ריכוז $\text{CO}$ יהיה שווה לריכוזו לפני השינוי. זרז מגדיל באותה מידה את מהירות התגובה הישירה ואת מהירות התגובה ההפוכה, ולכן אינו משנה את מצב שיווי המשקל ואת ריכוזי החומרים.

מהירות התגובה הישירה תקטן מיד לאחר השינוי.

לאחר הוצאת חלק מהמימן, ריכוז $\text{H}_{2(g)}$ בכלי קטן – יש פחות מולקולות מימן ביחידת נפח. לכן קטנה תדירות ההתנגשויות בין מולקולות $\text{H}_2$ למולקולות $\text{CO}$, וקטן מספר ההתנגשויות הפוריות ליחידת זמן – מהירות התגובה הישירה קטנה.

(מהירות התגובה ההפוכה אינה משתנה ברגע הראשון, כי ריכוז $\text{CH}_3\text{OH}$ לא השתנה; לכן מהירות התגובה ההפוכה גדולה כעת ממהירות התגובה הישירה, ושיווי המשקל מוסט לכיוון המגיבים עד להשוואת המהירויות מחדש.)

$\Delta H^o=-90.5\ \text{kJ}=-90{,}500\ \text{J}$ , $T=298\ \text{K}$

טעות נפוצה: לא להמיר kJ ל-J – היחידות של שינוי האנטרופיה הן $\frac{\text{J}}{\text{K}}$.

שינוי האנטרופיה של הסביבה חיובי.

התגובה אקסותרמית ($\Delta H^o=-90.5\ \text{kJ}<0$). החום המשתחרר עובר לסביבה, מגביר את תנועת החלקיקים בסביבה ואת מספר האפשרויות לפיזור האנרגיה ביניהם, ולכן האנטרופיה של הסביבה גדלה. בהתאם לנוסחה $\Delta S^o_{\text{surr}}=-\frac{\Delta H^o}{T}$: כאשר $\Delta H^o<0$, $\Delta S^o_{\text{surr}}>0$.

- (1) שרשרות ארוכות, לינאריות ולא מסועפות – יכולות להתקרב זו לזו לכל אורכן; לאורך שרשרת ארוכה נוצרים קשרים בין־מולקולריים רבים.

- (3) שרשרות שמסתדרות במקביל זו לזו יוצרות אזורים גבישיים, שבהם השרשרות צפופות והקשרים ביניהן רבים – הסיב חזק.

- (5) קשרים בין־מולקולריים חזקים (קשרי מימן, קשרי דו־קוטב) מקשים על החלקת השרשרות זו ביחס לזו – הסיב חזק ואינו נקרע בקלות.

התכונות שנפסלו: (2) קבוצות צדדיות גדולות ולא סדירות מרחיקות את השרשרות זו מזו ומונעות סידור מקביל – מתקבל פולימר אמורפי; (4) אחוז גבישיות נמוך פירושו מעט אזורים מסודרים – סיב חלש.

פולימר ממונומר I (פוליפרופילן): פלמור סיפוח – הקשר הכפול $\text{C}=\text{C}$ נפתח, והמונומרים מתחברים זה לזה בלי שמשתחררת מולקולה קטנה. היחידה החוזרת:

פולימר ממונומרים II ו־ III (פוליאתילן טרפתאלט, PET – פוליאסטר): פלמור דחיסה – קבוצת הידרוקסיל $-\text{OH}$ של הדיאול מגיבה עם קבוצת קרבוקסיל $-\text{COOH}$ של החומצה הדו־קרבוקסילית; נוצר קשר אסטרי ומשתחררת מולקולת מים. היחידה החוזרת:

(טבעת הבנזן קשורה לשתי קבוצות $\text{C}=\text{O}$ בעמדות מנוגדות.)

1. השרשרות ארוכות ולא מסועפות, והקבוצה הצדדית $-\text{CH}_3$ קטנה – השרשרות יכולות להתקרב זו לזו לכל אורכן, ונוצרים ביניהן קשרי ואן דר ואלס רבים.

2. בפוליפרופילן המשמש לסיבים, קבוצות ה־ $-\text{CH}_3$ מסודרות באופן מרחבי סדיר לאורך השרשרת – השרשרות מסתדרות במקביל במבנה צפוף, ואחוז הגבישיות גבוה.

1. בעמוד השדרה יש טבעות בנזן מישוריות וקשיחות, המגבילות את הסיבוב סביב הקשרים – השרשרות ישרות יחסית ומסתדרות במקביל, ואחוז הגבישיות גבוה.

2. בשרשרת יש קבוצות אסטר קוטביות ($\text{C}=\text{O}$) – בין שרשרות סמוכות פועלים קשרי דו־קוטב–דו־קוטב, חזקים מקשרי ואן דר ואלס בלבד, ולכן הסיב חזק.

לפני המתיחה רבות מהשרשרות מפותלות ומסודרות באקראי (אזורים אמורפיים). במתיחה השרשרות מתיישרות ומסתדרות במקביל זו לזו לאורך ציר הסיב, מתקרבות זו לזו, ונוצרים ביניהן יותר קשרים בין־מולקולריים; אחוז הגבישיות של הסיב גדל. כדי לקרוע את הסיב יש להתגבר על מספר רב יותר של קשרים בין שרשרות מסודרות – הסיב חזק יותר.

במונומר יש קשר כפול $\text{C}=\text{C}$, וגם שתי קבוצות פונקציונליות שיכולות להגיב זו עם זו – הידרוקסיל $-\text{OH}$ וקרבוקסיל $-\text{COOH}$.

1. פלמור סיפוח (דרך הקשר הכפול; הקבוצות $-\text{CH}_2\text{OH}$ ו־ $-\text{CH}_2\text{COOH}$ נשארות קבוצות צדדיות). היחידה החוזרת:

2. פלמור דחיסה (קבוצת $-\text{OH}$ של מונומר אחד מגיבה עם קבוצת $-\text{COOH}$ של מונומר אחר; נוצר קשר אסטרי ומשתחררת מולקולת מים; הקשר הכפול נשאר בעמוד השדרה). היחידה החוזרת:

•בפוליאסטר השרשרת לינארית וללא קבוצות צדדיות, וכל היחידות החוזרות זהות ומחוברות באותו כיוון – השרשרות יכולות להתקרב זו לזו ולהסתדר במקביל, ובין קבוצות האסטר הקוטביות של שרשרות סמוכות פועלים קשרי דו־קוטב–דו־קוטב. אחוז הגבישיות גבוה והסיב חזק.

•בפולימר הסיפוח, על כל אטום פחמן בעמוד השדרה יש קבוצה צדדית גדולה ($-\text{CH}_2\text{OH}$ או $-\text{CH}_2\text{COOH}$), והקבוצות פונות לכיוונים שונים באופן לא סדיר. הן מרחיקות את השרשרות זו מזו ומונעות סידור מקביל וצפוף – הפולימר אמורפי ברובו ופחות מתאים לסיבים.

פולימר A – במונומר יש קשר כפול $\text{C}=\text{C}$ וקבוצה פונקציונלית אחת בלבד ($-\text{COOH}$), ולכן הפולימר נוצר בפלמור סיפוח. היחידה החוזרת:

פולימר B – במונומר קבוצת $-\text{OH}$ וקבוצת $-\text{COOH}$, ולכן הוא נוצר בפלמור דחיסה (פוליאסטר; משתחררות מולקולות מים). היחידה החוזרת:

פולימר C – גם הוא פוליאסטר הנוצר בפלמור דחיסה. היחידה החוזרת:

בשני הפולימרים יש קבוצות אסטר קוטביות בעמוד השדרה, ובין שרשרות סמוכות פועלים קשרי דו־קוטב–דו־קוטב וקשרי ואן דר ואלס.

- B – שרשרת לינארית ללא קבוצות צדדיות: השרשרות יכולות להתקרב מאוד זו לזו ולהסתדר במקביל באופן סדיר, ולכן הקשרים הבין־מולקולריים ביניהן רבים ואחוז הגבישיות גבוה.

- C – בכל יחידה חוזרת יש קבוצה צדדית $-\text{CH}_3$. הקבוצות הצדדיות מרחיקות את השרשרות זו מזו ומפריעות לסידור הסדיר שלהן, ולכן הקשרים הבין־מולקולריים חלשים יותר ואחוז הגבישיות נמוך יותר.

לכן הסיבים מ־ B חזקים יותר.

1. סוג הקשרים הבין־מולקולריים: D הוא פוליאמיד – בעמוד השדרה שלו קבוצות $\text{N}-\text{H}$ ו־ $\text{C}=\text{O}$, ובין שרשרות סמוכות נוצרים קשרי מימן רבים ($\text{N}-\text{H}\cdots\text{O}=\text{C}$). E הוא פחמימן – בין שרשרותיו פועלים רק קשרי ואן דר ואלס, חלשים בהרבה.

2. סדירות השרשרת: שרשרת D לינארית וללא קבוצות צדדיות, ולכן השרשרות מסתדרות במקביל בצפיפות – אחוז גבישיות גבוה. ב־ E יש קבוצה צדדית אתילית $-\text{C}_2\text{H}_5$ על כל אטום פחמן שני בעמוד השדרה; הקבוצות מרחיקות את השרשרות זו מזו ומפריעות לסידור צפוף, ולכן אחוז הגבישיות נמוך יותר.

הידרוליזה מתרחשת בקשר אסטרי ($-\text{CO}-\text{O}-$) או בקשר אמידי ($-\text{CO}-\text{NH}-$).

- פולימר I – כן. בשרשרת הראשית יש קשרים אסטריים (פוליאסטר).

- פולימר II – כן. בשרשרת הראשית יש קשר אמידי: קבוצת $-\text{NH}-$ של יחידה אחת קשורה לקבוצה $-\text{CO}-$ של היחידה הסמוכה (פוליאמיד).

- פולימר III – כן. השרשרת הראשית בנויה מקשרי $\text{C}-\text{C}$ , אבל בקבוצה הצדדית יש קשר אסטרי, $-\text{CO}-\text{O}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$ .

בהידרוליזה מולקולת מים מתפצלת על הקשר האסטרי או האמידי: לקבוצה $-\text{CO}-$ מתחברת קבוצת $-\text{OH}$ , ולאטום החמצן או החנקן – אטום $\text{H}$ .

- פולימר I – שני תוצרים: דיאול (אתאן־1,2־דיאול) וחומצה דו־קרבוקסילית (חומצה סוקצינית, בוטאן־די־אואית):

- פולימר II – תוצר אחד, חומצה 4־אמינו־בוטנואית:

- פולימר III – ההידרוליזה מתרחשת רק בקבוצה הצדדית: מתקבלים פולי חומצה אקרילית ואתנול:

- פולימר I – מתכלה. הקשרים האסטריים נמצאים בשרשרת הראשית; בהידרוליזה השרשרת מתפרקת למולקולות קטנות של דיאול ושל חומצה דו־קרבוקסילית, שבהן קבוצות $-\text{OH}$ ו־ $-\text{COOH}$ היוצרות קשרי מימן עם מים – הן נמסות במים.

- פולימר II – מתכלה. הקשרים האמידיים נמצאים בשרשרת הראשית; בהידרוליזה מתקבלות מולקולות קטנות של חומצה אמינית, הנמסות במים.

- פולימר III – אינו מתכלה. הקשר האסטרי נמצא בקבוצה הצדדית בלבד. בהידרוליזה מתנתק רק אתנול, והשרשרת הראשית, הבנויה מקשרי $\text{C}-\text{C}$ , נשארת שלמה – מתקבל שוב פולימר ולא מולקולות קטנות.

בתגובה בין קבוצות $-\text{OH}$ של הפולימר לבין חומצה פרופאנואית נוצרים קשרים אסטריים (אסטריפיקציה):

בפולימר המתקבל אטום החמצן של הקבוצה האסטרית קשור לשרשרת הראשית. בפולימר III, לעומת זאת, אטום הפחמן של הקבוצה הקרבונילית קשור לשרשרת ($-\text{CO}-\text{O}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$). אלה שני פולימרים שונים (איזומרים), ולכן לא מתקבל פולימר III.

בכל יחידה חוזרת של פולי ויניל אלכוהול יש קבוצת $-\text{OH}$ , היוצרת קשרי מימן עם מולקולות המים: אטום המימן שלה נמשך לאטום חמצן של מולקולת מים, ואטום החמצן שלה נמשך לאטום מימן של מולקולת מים.

בפולימר III אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן; הקבוצה האסטרית יכולה רק לקבל קשרי מימן מהמים, וקבוצת האתיל ($-\text{CH}_2-\text{CH}_3$) אינה קוטבית. לכן האינטראקציות של פולימר III עם המים חלשות יותר, ופולי ויניל אלכוהול נמס במים טוב יותר.

הידרוליזה מתרחשת בקשרים אסטריים או אמידיים. בפולי ויניל אלכוהול השרשרת הראשית בנויה מקשרי $\text{C}-\text{C}$ , והקבוצה הצדדית היא קבוצה הידרוקסילית, $-\text{OH}$ – אין בפולימר קשר שעשוי לעבור הידרוליזה.

מתחת ל־ Tg הפולימר במצב זגוגי – קטעי השרשרות אינם נעים, והחומר קשיח ושומר צורה. כוסות וסכו"ם חייבים להיות קשיחים בטמפרטורת השימוש שלהם (טמפרטורת החדר ומטה), ולכן בטמפרטורת החדר PLA נמצא במצב זגוגי: ה־ Tg שלו גבוהה מטמפרטורת החדר (בפועל כ־ $55$–$60^{\circ}\text{C}$).

מתחת ל־ Tg קטעי השרשרות אינם נעים, והכוס קשיחה ושומרת על צורתה. משקה שהטמפרטורה שלו גבוהה מה־ Tg יחמם את דופן הכוס מעל ה־ Tg: קטעי השרשרות יתחילו לנוע, הפולימר יתרכך, והכוס תתעוות ועלולה לקרוס.

מעל ה־ Tg קטעי השרשרות נעים זה ביחס לזה, והיריעה רכה וגמישה – אפשר ללחוץ אותה לתוך התבנית כך שתקבל את צורת הכוס. לאחר מכן מקררים אותה בתבנית אל מתחת ל־ Tg: תנועת קטעי השרשרות נעצרת, והכוס נשארת קשיחה בצורתה החדשה.

שני הפולימרים הם פוליאסטרים בעלי אותה שרשרת ראשית ($-\text{O}-\text{C}-\text{CO}-$). ההבדל הוא שב־ PLA קשורה לאטום הפחמן בכל יחידה חוזרת קבוצה צדדית, $-\text{CH}_3$ , ואילו ב־ PGA קשורים לאותו אטום פחמן רק אטומי מימן.

קבוצת המתיל גדולה מאטום מימן, והיא מפריעה לסיבוב סביב הקשרים היחידים בשרשרת הראשית – השרשרת של PLA קשיחה יותר, ותנועת קטעי השרשרת מוגבלת יותר. לכן כדי שקטעי השרשרות ינועו נדרשת ב־ PLA טמפרטורה גבוהה יותר – ה־ Tg שלו גבוהה יותר (כ־ $55$–$60^{\circ}\text{C}$ , לעומת כ־ $35$–$40^{\circ}\text{C}$ ב־ PGA).

הצבע שאנו רואים הוא הצבע המשלים של האור הנבלע: חומר בולע חלק מן האור הלבן ומפזר את השאר, והאור המפוזר מגיע לעינינו.

לפי גלגל הצבעים, הצבע המשלים של צהוב (הצבע הנמצא מולו בגלגל) הוא סגול. תמיסה הנראית צהובה בולעת אור סגול ומפזרת את שאר הצבעים, ולכן כשמקרינים אותה באור סגול – היא בולעת אותו (ואם האור הסגול הוא האור היחיד, התמיסה תיראה כהה).

לקרינה בתחום האינפרא־אדום אנרגיית פוטון נמוכה מזו של האור הנראה, ולכן גם תדירות נמוכה יותר (לפי $E = h\nu$). מבין שלוש התדירויות, תדירות III היא הנמוכה ביותר.

בדיקה: $\lambda = \frac{c}{\nu} = \frac{3.0\cdot10^8\ \frac{\text{m}}{\text{sec}}}{3.66\cdot10^{14}\ \frac{1}{\text{sec}}} \approx 8.20\cdot10^{-7}\ \text{m} = 820\ \text{nm}$ – אורך גל ארוך מ־ $780\ \text{nm}$ , הגבול של האור האדום, כלומר בתחום IR .

התדירות שבתחום האור הנראה היא $5.09\cdot10^{14}\ \text{Hz}$ .

לפי גלגל הצבעים בדף הנוסחאות, אורך הגל $589\ \text{nm}$ נמצא בתחום האור הצהוב ($577-597\ \text{nm}$), ולכן הצבע הנבלע הוא צהוב.

לקרינת UV התדירות הגבוהה ביותר מבין השלוש: $\nu = 9.09\cdot10^{14}\ \text{Hz}$ .

(ביחידות eV: $\frac{6.03\cdot10^{-19}\ \text{J}}{1.6\cdot10^{-19}\ \frac{\text{J}}{\text{eV}}} \approx 3.77\ \text{eV}$ .)

לאטום נתרן 11 אלקטרונים (מספר אטומי 11). במצב היסוד האלקטרונים מאכלסים את האורביטלים לפי סדר עולה של אנרגיה, ובכל אורביטל לכל היותר שני אלקטרונים (עקרון פאולי): 1s (2), 2s (2), שלושת אורביטלי 2p (6), 3s (1).

ליון $\text{Na}^{+}$ יש $11 - 1 = 10$ אלקטרונים: האטום מאבד את האלקטרון שבאורביטל 3s , שהוא האלקטרון בעל האנרגיה הגבוהה ביותר.

היערכות: $1\text{s}^2\,2\text{s}^2\,2\text{p}^6$ .

בדיאגרמה: אורביטל 1s – זוג אלקטרונים (חץ למעלה וחץ למטה); אורביטל 2s – זוג; שלושה אורביטלי 2p באותה רמת אנרגיה – זוג אלקטרונים בכל אחד. אורביטל 3s ריק (אפשר לא לצייר אותו).

$\text{Li}: 1\text{s}^2\,2\text{s}^1$ ; $\text{Na}: 1\text{s}^2\,2\text{s}^2\,2\text{p}^6\,3\text{s}^1$ .

דמיון: בשני האטומים יש אלקטרון אחד בלבד ברמה החיצונית, באורביטל מסוג s (ב־ Li – $2\text{s}^1$ , ב־ Na – $3\text{s}^1$).

הבדל: ב־ Na האלקטרונים מאכלסים שלוש רמות אנרגיה, ואורביטלי 2p מלאים; ב־ Li האלקטרונים מאכלסים שתי רמות בלבד, ואין אלקטרונים באורביטלי p . (תשובה נכונה נוספת: האלקטרון החיצוני של Na נמצא ברמה רחוקה יותר מן הגרעין.)

לכל אטום Li אלקטרון ערכיות אחד ($2\text{s}^1$), ולכן במולקולה $\text{Li}_2$ יש 2 אלקטרוני ערכיות (אלקטרוני 1s אינם משתתפים בקשר).

שני האורביטלים 2s של האטומים יוצרים אורביטל קושר $\sigma_{2s}$ (נמוך באנרגיה מ־ 2s) ואורביטל אנטי־קושר $\sigma^{*}_{2s}$ (גבוה מ־ 2s).

שני האלקטרונים מאכלסים את $\sigma_{2s}$ בספינים מנוגדים: $(\sigma_{2s})^2$ .

- HOMO (האורביטל המאוכלס הגבוה ביותר): $\sigma_{2s}$ .

- LUMO (האורביטל הלא מאוכלס הנמוך ביותר): $\sigma^{*}_{2s}$ .

סדר הקשר: $\frac{2-0}{2} = 1$ .

ביון $\text{Li}_2^{+}$ יש $2 - 1 = 1$ אלקטרון ערכיות. הוא מאכלס את האורביטל הנמוך ביותר, $\sigma_{2s}$ ; האורביטל $\sigma^{*}_{2s}$ ריק.

בדיאגרמה: מימין ומשמאל רמות 2s של האטומים, ובמרכז $\sigma_{2s}$ (חץ אחד) ומעליו $\sigma^{*}_{2s}$ (ריק).

- $\text{Li}_2$: $\frac{2-0}{2} = 1$

- $\text{Li}_2^{+}$: $\frac{1-0}{2} = 0.5$

ככל שסדר הקשר גבוה יותר, הקשר בין האטומים חזק יותר והחלקיק יציב יותר. ב־ $\text{Li}_2^{+}$ הוצא אלקטרון מאורביטל קושר, ולכן הקשר נחלש.

כרומופור הוא החלק במולקולה האחראי לבליעת הקרינה – מערכת של קשרים כפולים מצומדים (קשרים כפולים ויחידים לסירוגין), שבה אלקטרוני ה- $\pi$ אינם מאותרים.

באוקסיבנזון המערכת המצומדת כוללת את שתי טבעות הבנזן ואת קבוצת $\text{C}=\text{O}$ הקשורה לשתיהן: הקשר הכפול $\text{C}=\text{O}$ נמצא לסירוגין עם הקשרים היחידים המחברים אותו לטבעות, ולכן אלקטרוני ה- $\pi$ אינם מאותרים על פני שלושתם. קבוצות $-\text{OH}$ ו- $-\text{O}-\text{CH}_3$ (הקשר $\text{O}-\text{CH}_3$) אינן מכילות קשרים כפולים.

חומר נראה צבעוני רק אם הוא בולע אור בתחום הנראה ($390-780\ \text{nm}$).

באוקסיבנזון מערכת הקשרים המצומדים (שתי טבעות וקבוצת $\text{C}=\text{O}$) אינה ארוכה דיה. ככל שמערכת הצימוד קצרה יותר, הפרש האנרגיה בין אורביטל ה- HOMO לאורביטל ה- LUMO גדול יותר, והקרינה הדרושה לעירור אלקטרוני היא בעלת אנרגיה גבוהה – אורך גל קצר, בתחום העל-סגול.

לכן אוקסיבנזון בולע קרינה על-סגולה (וזה תפקידו בקרם), ואינו בולע אור נראה – הוא אינו מקנה צבע לקרם.

אנרגיית הפוטון עומדת ביחס הפוך לאורך הגל ($E = \frac{hc}{\lambda}$). בליעה I נמצאת באורך גל קצר יותר ($230\ \text{nm}$) מבליעה II ($305\ \text{nm}$), ולכן אנרגיית הפוטון בה גדולה יותר.