מה גורם לתגובות כימיות להתרחש?

ישנן תגובות כימיות (ריאקציות) רבות המתרחשות באופן ספונטני למשל התמוססות מלח במים. האמנם? האם באמת ההתמוססות היא ספונטנית? נסו להוסיף מלח למים מבלי לערבב כלל, המלח ישקע ולא יתמוסס. פעולת הערבוב נותנת לתגובה את האנרגיה שהיא צריכה על מנת להתרחש. כל תגובה דורשת אנרגיה מסויימת על מנת להתרחש. אנרגיה כזו נקראת אנרגית אקטיבציה (שפעול). הסרטון שלפנינו מסביר מהי אנרגית האקטיבציה. הסרטון מלווה בדיבוב באנגלית על כן הוספתי תרגום והסברים בהמשך העמוד.

סרטון זה הופק בידי פורטל edu2000

כאשר מכניסים לכלי מולקולות של חמצן ושל מתאן (גז בישול), המולקולות מתנגשות אך הן לא מתחברות עד שניצור ניצוץ או להבה. תגובה זו דורשת אנרגיה לשבור את הקשרים התוך מולקולרים בחמצן ובמתאן ובכך לאפשר להם להגיב בינהן וליצור תגובת בעירה הנותנת את התוצרים מים ופחמן דו חמצני. האנרגייה הזו נקראת אנרגיית אקטיבציה (שפעול).

ניתן לראות בגרף אנרגיה, שתחילה המולקולות אכן מתנגשות אך רמת האנרגיה נשארת קבועה והתגובה לא מתבצעת. כאשר נוסיף אש, רמת האנרגיה תעלה עד לנקודה בה הקשרים ישברו ותיווצרנה מולקולות חדשות (מים ופחמן דו חמצני). העלייה ברמת האנרגיה גורמת למולקולות לנוע יותר מהר מכאן שגם עוצמת ההתנגשות שלהן עול, עד לרמה שמאפשרת פירוק של קשרים ויצירה של קשרים חדשים, על כן הסיכוי ליצירת התגובה עולה משמעותית.

דוגמא נוספת היא התנגשות אקראית של מולקולות חמצן וחנקן באוויר. מולקולות אלו מתנגשות אקראית אך לא מגיבות. כאשר נוסיף למשוואה ברקים, רמת האנרגיה תעלה, והקשרים התוך מולקולרים יתפרקו ויווצרו קשרים חדשים ליצירת מולקולה חדשה (חד תחמוצת החנקן) על ידי ריאקציית התמרה כפולה.

אנרגיית אקטיבציה, למעשה מהווה מעין מחסום המונע מהתגובות להתרחש באופן ספונטני. הוספה של אנרגיה למשל על ידי חום, אש, חשמל או כח מכאני (ערבוב), יעזור לעבור את המחסום האנרגייתי ולאפשר לתגובה להתרחש.

דוגמא נוספת לזירוז תגובה היא בעזרת אנזים. האנזים מקרב בים שתי מולקולות ולמעשה כופה עליהן להגיב, מצב כזה מוריד את המחסום האנרגייתי ומאפשר לתגובה להתרחש יותר בקלות. דוגמא לכך היא האנזים ATP synthase אשר מקרב בין המולקולות ADP ופוספט ובכך מגדיל משמעותית את הסיכוי שלהן להגיב.

ארז גרטי
דוקטורנט, המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.