תגובות חומצה-בסיס

היישומון הבא הוא למעשה סרט אינטראקטיבי שבו אפשר לקבוע את המשך הסרט ואת סופו – לפי הבחירות שעושים במהלך הסרט.

היישומון עוסק בתגובות חומצה-בסיס ופותח על פי תוכנית הלימודים בנושא חומצה-בסיס בישראל. לפי תגובות החומצה והבסיס שצריך לדעת לבגרות. ומאפשר לראות איך נראות התגובות הכימיות בפועל, מעבר למשוואות התגובה. אז היכנסו למעבדה הווירטואלית שלנו ובחרו את הניסוי שאתם מעוניינים לעשות:

הערות טכניות
עדכון 13.4.2014 – הוספנו לממשק היוטיוב  גם ממשק של חברת אינטרלוד, שמאפשר לראות את הסרט גם באמצעות סמארטפונים וטאבלטים (לחצו כאן). לפני ההפעלה הראשונה של הסרט באמצעות סמארטפונים יש להתקין (בחינם) את אפליקציית אינטרלוד מחנות האפליקציות של המכשיר שלכם (שימו לב לקישור לחנות האפליקציות שמופיע מתחת לסרט באתר של החברה). אפשר גם לסרוק את הקוד הבא ולהגיע דרכו ישירות לסרטון בדף של חברת אינטרלוד:

אם אתם צופים בסרט ביוטיוב, ודאו שההערות (annotations) של יוטיוב מופעלות. אפשר לראות זאת על ידי סמל ההערות, שאמור להופיע במצב מופעל (בצבע לבן) בתחתית הנגן, כמו שמוצג בתמונה הבאה (סמל ההערות מוקף בעיגול):

לאורך הצפייה בסרט יש לבצע בחירות שיקבעו את מהלך הסרט ואת התגובה שמעוניינים לראות. בגרסה לניידים, אם לא תבחרו שום דבר במסגרת הזמן שמוצגת בסרטון, המחשב יבחר בחירה אקראית להמשך.

בבחירה הראשונה – יש לבחור אם אתם מעוניינים באופן כללי בתגובות הקשורות לחומצה או לבסיס.

בבחירה השנייה – יש לבחור אם אתם מעוניינים לבצע ניסוי שיוצר תמיסה חומצית או בסיסית (לפי הבחירה הקודמת שעשיתם), או אם אתם מעוניינים לראות תגובות אופייניות. מאחר שתגובות רבות של חומצות נעשות עם בסיסים (כלומר תגובת חומצה-בסיס), חלק מהתגובות האופייניות של החומצות והבסיסים חופפות זו לזו.

בבחירה האחרונה – יש לבחור את התגובה שאתם רוצים לראות. התגובות מוצגות לפי המגיבים העיקריים.

אחרי שתבחרו בפעם השלישית והאחרונה תעברו לסרטון שמציג את התגובה שנבחרה. במהלך הצגת התגובה הכימית יוצגו בסרט המשוואה או משוואות התגובה. הניסוחים הם לפי שיטת הניסוח המלאה ביותר (למשל שימוש ב-H₃O⁺ ולא ב-H⁺ כמגיב בתגובות חומצה). בסוף כל סרט כזה מופיע קישור שיאפשר לכם לחזור לאחד ממסכי הבחירה הקודמים.

נקודות שיש לשים לב אליהן בקשר לסרטים

• בחלק מהסרטים מופיע מכשיר הבודק מוליכות חשמלית, כמו שאפשר לראות בתמונות הבאות:
   

המחוג הנע משמאל לימין מעיד על המוליכות החשמלית – ככל שהוא נע יותר ימינה המוליכות גבוהה יותר, ולהיפך. כשהמוליכות החשמלית גדולה מאוד גדולה, הנורה במד המוליכות נדלקת ועוצמתה גוברת ככל שהמוליכות של התמיסה גדלה. המוליכות החשמלית עוזרת לנו לראות את ה"חוזק" של החומצה או הבסיס, כאשר חוזק מוגדר על פי מידת שיחרור היונים (כלומר חלקיקים טעונים במטען חשמלי) לתמיסה על ידי החומצה או הבסיס. חומצות משחררות את היון H₃O⁺ (יון הידרוניום) והבסיסים משחררים לתמיסה את היון OH^- (הידרוקסיד).

ככלל,  ככל שמשתחררים יותר יונים לתמיסה כך גדלה המוליכות החשמלית שלה. התבוננו בהמסת חומצה גופרתית (H₂SO₄) במים, ובחומצת חומץ/חומצה אצטית (CH₃COOH) במים, על פי המוליכות החשמלית – איזו חומצה חזקה יותר?

באותו אופן התבוננו בהמסת החומרים הבאים במים, ליצירת תמיסה בסיסית: NaOH (נתרן הידרוקסיד, "סודה קאוסטית"), Na₂CO₃ (פחמת / קרבונט הנתרן, "סודה לכביסה") ו- (CH₃CH₂)₂NH (דיאתיל-אמין) – לפי המוליכות החשמלית, מה סדר החוזק של הבסיסים?

• נוסף על המוליכות החשמלית נבדקים לפעמים שינויי הטמפרטורה של התגובה, באמצעות מד טמפרטורה אלקטרוני, כפי שאפשר לראות בתמונות הבאות. הטמפרטורה המוצגת על המסך מופיעה במעלות צלזיוס:

באמצעות שינויי הטמפרטורה אנו יכולים לדעת איזה תגובות הן אקסותרמיות – כלומר פולטות חום לסביבה ומעלות את הטמפרטורה החיצונית, ואיזה מהן הן אנדותרמיות – כלומר קולטות חום מהסביבה ומורידות את הטמפרטורה שלה. האם תוכלו להסביר מדוע יש עלייה או ירידה בטמפרטורה בתגובות המסה מסוימות? (רמז: חישבו על כך ששבירה של קשרים כימים היא תמיד אנדותרמית, ויצירה של קשרים כימיים חדשים היא תמיד אקסותרמית. הקשרים הרלוונטיים ביותר בעת יצירת תמיסות מימיות הם קשרי מימן בין מולקולות המים לבין עצמן ובין מולקולות המומסים למים).

• בנוסף, ישנם אינדיקטורים המוספים לתגובות שנותנים לנו מושג לגבי ה-pH (מדד החומציות/בסיסיות של התמיסה).
  בסרטונים יש שני סוגים של אינדיקטורים כאלה:

הראשון הוא פנולפתלאין (Phenolphthalein), שמשמש לזיהוי תמיסות בסיסיות: ב-pH חומצי או ניטרלי אין לו צבע ואילו ב-pH בסיסי (ליתר דיוק pH בין 8 ל-12) צבעו הופך ורוד-סגלגל. ראו בתמונה.

השני הוא אינדיקטור אוניברסלי (Universal Indicator) – שמציג רצף של צבעים בטווחי pH שונים, בדומה לאינדיקטור כרוב אדום. מה שרלוונטי עבור הסרטונים הוא שבאזור pH ניטרלי (7) צבעו ירוק, ב-pH חומצי צבעו אדום וב-pH בסיסי צבעו סגול – ואפילו כחול בתנאים בסיסים ביותר, כגון תגובת המסה של NaOH במים.

חלק מצבעיו של אינדיקטור אוניברסלי – ה pH-עולה משמאל לימין

• חלק מהתגובות כוללות המסה של גז במים – כמו המסת הגזים SO₂ ,CO₂ ,HCl ו-NH₃ – שימו לב שכאשר גז נמס במים ונמצא בכלי סגור, הלחץ בכלי יורד. אפשר לראות ירידת לחץ כאשר נראה כאילו דברים "נשאבים" פנימה לתוך הכלי הסגור, אם כי יהיה מדויק יותר מבחינה מדעית לומר שהם נלחצים פנימה לתוך הכלי הסגור בעל הלחץ הנמוך על ידי לחץ האוויר החיצוני החזק. ראו לדוגמה את הכפפה שנלחצת פנימה כאשר CO₂ מגיב עם NaOH (כמו בניסוי ניפוח בלון בבקבוק שמופיע באתר), או את המים שמשפריצים כמזרקה, בהמסת HCl ו-NH₃ במים (בדומה לניסוי נר שואב מים לכוס).
   
• חלק מהתגובות מסוכנות מאוד, כי הן פולטות מימן – שהוא גז דליק. כך למשל קורה בתגובה של המתכת אבץ (Zn), עם חומצה – המימן נדלק ב'פיצוץ' אופייני, וזה משמש לזיהויו, כפי שאפשר לראות בסרטון (מסומל כ- H₂ test). דוגמה אחרת היא התגובה של נתרן הידריד (NaH) במים, שמאופיינת באש אדירה שנדלקת על פני המים ברגע שהחומר נוגע בהם. האם אתם יכולים לחשוב מה בדיוק תגובת השריפה שמתרחשת?

ברצוני להודות לד"ר מלכה יאיון מהמחלקה להוראת המדעים במכון ויצמן ומרכז מורי הכימיה הארצי, שסייעה לי בפיתוח היישומון ובהפקתו, ולשלי רפ מהמחלקה להוראת המדעים שהציגה את ניסויי החומצה שבו.

ד"ר אבי סאייג
מכון דוידסון לחינוך מדעי
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 ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.