החוברת · דף לימוד
אנרגיה בתגובות כימיות
מדעים · כיתה ח׳ · פרק 9: תגובות כימיות וקשר כימי
למה כמה תגובות משחררות חום ואחרות סופגות אותו? הכל עניין של אנרגיה...
תגובות כימיות ואנרגיה
כל תגובה כימית כרוכה בשינוי אנרגיה. כשקשרים כימיים נשברים, צריך אנרגיה. כשקשרים כימיים נוצרים, משתחררת אנרגיה.
ההפרש בין האנרגיה שנספגת לאנרגיה שמשתחררת קובע:
• האם התגובה משחררת חום (אקסוטרמית) ↗️
• או סופגת חום (אנדותרמית) ↘️
שבירה ויצירה של קשרים
כל תגובה כימית כרוכה בתחלופת אנרגיה: שבירת הקשרים הכימיים במגיבים צורכת אנרגיה מהסביבה (תהליך אנדותרמי), ואילו יצירת הקשרים החדשים בתוצרים פולטת אנרגיה (תהליך אקסוטרמי).
כל תגובה כימית היא משחק של שבירה ובנייה של קשרים, וההפרש קובע לאן האנרגיה הולכת.
תגובות אקסוטרמיות - משחררות חום
מהי תגובה אקסוטרמית?
תגובה אקסוטרמית (Exothermic Reaction) היא תהליך כימי שבו סך האנרגיה המשתחררת בעת יצירת קשרים חדשים בתוצרים גדולה משמעותית מהאנרגיה שהושקעה לשבירת הקשרים במגיבים, מה שגורם לפליטת עודף אנרגיה כחום לסביבה.
תגובה אקסוטרמית "נותנת" אנרגיה לעולם - הסביבה מתחממת!
דוגמאות לתגובות אקסוטרמיות
בעירה
דוגמה: שריפת עץ, גז, נרות
מה קורה:
דלק + O₂ → CO₂ + H₂O + חום + אור
הרגשה: חם ליד מדורה!
שימוש: חימום, בישול, ייצור חשמל
נשימה תאית
דוגמה: הגוף שלנו "שורף" גלוקוז
מה קורה:
גלוקוז + O₂ → CO₂ + H₂O + ATP (אנרגיה)
הרגשה: הגוף חם (37°C)
למה: זו הדרך שלנו לייצר אנרגיה לחיים!
נטרול חומצה-בסיס
דוגמה: תרופת קיבה (אנטאציד)
מה קורה:
חומצה + בסיס → מלח + מים + חום
הרגשה: הבטן מתחממת מעט
שימוש: הקלה על צרבת
מחמם ידיים
דוגמה: שקיות "מחממי ידיים" לחורף
מה קורה:
חמצון של ברזל:
4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + חום
הרגשה: השקית מתחממת
שימוש: חימום ידיים בקור
יצירת קשר יוני
דוגמה: נתרן + כלור
מה קורה:
2Na + Cl₂ → 2NaCl + חום ואור
הרגשה: תגובה אלימה עם להבה!
מעניין: יצירת קשרים יוניים משחררת הרבה אנרגיה
קרישת בטון
דוגמה: בטון טרי מתייבש
מה קורה:
מלט + מים → בטון מוצק + חום
הרגשה: בטון טרי חם למגע
בבנייה: צריך לקרר בטון בקיץ!
תגובות אנדותרמיות - סופגות חום
מהי תגובה אנדותרמית?
תגובה אנדותרמית (Endothermic Reaction) היא תהליך כימי שבו סך האנרגיה הנדרשת לשבירת הקשרים במגיבים עולה על האנרגיה המשתחררת בעת יצירת הקשרים החדשים בתוצרים, ולכן התגובה סופגת כל העת חום מסביבתה להשלמת הפער.
תגובה אנדותרמית "לוקחת" אנרגיה מהעולם - הסביבה מתקררת!
דוגמאות לתגובות אנדותרמיות
פוטוסינתזה
דוגמה: צמחים יוצרים גלוקוז
מה קורה:
6CO₂ + 6H₂O + אור שמש → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
אנרגיה: אור השמש נספג
חשיבות: בלי זה לא היו חיים על כדור הארץ!
שקית קור לפציעות
דוגמה: שקיות "Ice Pack" רפואיות
מה קורה:
NH₄NO₃ + מים → NH₄⁺ + NO₃⁻ + קירור
הרגשה: השקית מתקררת במהירות
שימוש: הקלה על נפיחות ופציעות
אידוי מים
דוגמה: מים נהפכים לאדים
מה קורה:
H₂O(נוזל) + חום → H₂O(גז)
הרגשה: קירור אחרי יציאה מהמקלחת
הסבר: המים סופגים חום מהעור ומתאדים
המסת קרח
דוגמה: קרח נמס למים
מה קורה:
H₂O(קרח) + חום → H₂O(מים)
הרגשה: כוס עם קרח קרירה למגע
הסבר: הקרח סופג חום מהסביבה כדי להימס
פירוק אלקטרוליטי
דוגמה: פירוק מים לגזים
מה קורה:
2H₂O + חשמל → 2H₂ + O₂
אנרגיה: צריך אנרגיה חשמלית
שימוש: ייצור מימן לדלק
בישול ביצה
דוגמה: חלבוני הביצה משתנים
מה קורה:
חלבון נוזלי + חום → חלבון מוצק
אנרגיה: צריך חום רציף
בחיים: צריך להוסיף אנרגיה (בישול) כדי לבשל
אקסוטרמי מול אנדותרמי
תגובה אקסוטרמית 🔥
כיוון אנרגיה: יוצא החוצה ↗️
טמפרטורת הסביבה: עולה 🌡️↑
הרגשה: חם למגע
דיאגרמת אנרגיה: תוצרים נמוכים יותר ממגיבים
קשרים: תוצרים עם קשרים חזקים
דוגמאות:
• בעירה 🔥
• נשימה תאית
• מחמם ידיים
• קרישת בטון
זיכרו: "EXO = EXIT" - אנרגיה יוצאת החוצה!
תגובה אנדותרמית ❄️
כיוון אנרגיה: נכנס פנימה ↙️
טמפרטורת הסביבה: יורדת 🌡️↓
הרגשה: קר למגע
דיאגרמת אנרגיה: תוצרים גבוהים יותר ממגיבים
קשרים: תוצרים עם קשרים חלשים
דוגמאות:
• פוטוסינתזה ☀️
• שקית קור
• אידוי מים
• המסת קרח
זיכרו: "ENDO = ENTER" - אנרגיה נכנסת פנימה!
הקשר ביניהן: הן הפוכות - תגובה אקסוטרמית בכיוון אחד היא אנדותרמית בכיוון ההפוך!
אנרגיית הפעלה - "דחיפה" ראשונית
מהי אנרגיית הפעלה?
אנרגיית הפעלה (Activation Energy) היא מנת האנרגיה המינימלית, הניתנת לרוב כחום או ניצוץ, הנדרשת כדי לשבור את הקשרים המולקולריים הראשוניים במגיבים ולהניע את שרשרת התגובה הכימית, אף אם זו אקסוטרמית בסיכומה.
גם תגובות אקסוטרמיות צריכות אנרגיית הפעלה - הן משחררות אנרגיה בסוף, אבל צריך "דחיפה" בהתחלה!
אקסוטרמי
משחרר חום
טמפרטורה עולה ↗️
דוגמה: בעירה, נשימה
אנדותרמי
סופג חום
טמפרטורה יורדת ↘️
דוגמה: פוטוסינתזה, שקית קור
אנרגיית הפעלה
"דחיפה" התחלתית
כל תגובה צריכה!
דוגמה: גפרור לנר
אם פוטוסינתזה היא אנדותרמית (סופגת אור שמש), איך נשימה תאית יכולה להיות אקסוטרמית (משחררת אנרגיה)?
בעירה משחררת חום (אקסותרמית), אבל צריך גפרור כדי להתחיל. למה?