מהי אנרגיית הפעלה?

אמנם כמה תגובות כימיות מתחילות ברגע שמגיבים באים במגע, אך עבור רבים אחרים, כימיקלים אינם מצליחים להגיב עד שמספקים להם מקור אנרגיה חיצוני שיכול לספק את ההפעלה אֵנֶרְגִיָה. ישנן מספר סיבות שמגיבים בסמיכות עשויים שלא לעסוק מיד בתגובה כימית, אך היא חשובה לדעת אילו סוגי תגובות דורשות אנרגיית הפעלה, כמה אנרגיה נדרשת ואילו תגובות ממשיכות מיד. רק אז ניתן להתחיל ולשלוט בתגובות כימיות בצורה בטוחה.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

אנרגיית הפעלה היא האנרגיה הנדרשת בכדי להתחיל תגובה כימית. תגובות מסוימות נמשכות מיד כאשר מגיבים את המגיבים, אך עבור רבים אחרים אין די בהצבת המגיבים בסמיכות. מקור אנרגיה חיצוני המספק את אנרגיית ההפעלה נדרש כדי שתגובה תתקדם.

כדי להגדיר אנרגיית הפעלה, יש לנתח את התחלת התגובות הכימיות. תגובות כאלה מתרחשות כאשר מולקולות מחליפות אלקטרונים או כאשר יונים עם מטענים מנוגדים מאוחדים. כדי שמולקולות יחליפו אלקטרונים, יש לשבור את הקשרים השומרים על האלקטרונים הקשורים למולקולה. עבור יונים, היונים הטעונים באופן חיובי איבדו אלקטרון. בשני המקרים יש צורך באנרגיה כדי לשבור את הקשרים הראשוניים.

מקור אנרגיה חיצוני יכול לספק את האנרגיה הדרושה לעקור את האלקטרונים המדוברים ולאפשר לתגובה הכימית להמשיך. יחידות אנרגיית הפעלה הן יחידות כמו קילוגרמים, קילוקאלוריות או שעות קילוואט. ברגע שהתגובה מתבצעת, היא משחררת אנרגיה ומקיימת את עצמה. אנרגיית ההפעלה נדרשת רק בהתחלה, בכדי לאפשר לתגובה הכימית להתחיל.

על סמך ניתוח זה, אנרגיית ההפעלה מוגדרת כאנרגיה מינימלית הנדרשת להפעלת תגובה כימית. כאשר האנרגיה מסופקת למגיבים ממקור חיצוני, המולקולות מואצות ומתנגשות בצורה אלימה יותר. ההתנגשויות האלימות דופקות אלקטרונים בחינם, והאטומים או היונים שנוצרים מגיבים זה עם זה כדי לשחרר אנרגיה ולהמשיך את התגובה.

סוג התגובה הנפוץ ביותר הדורש אנרגיית הפעלה כרוך בסוגים רבים של שריפה או בעירה. תגובות אלו משלבות חמצן עם חומר המכיל פחמן. לפחמן קשרים מולקולריים קיימים עם יסודות אחרים בדלק ואילו גז חמצן קיים כשני אטומי חמצן הקשורים זה בזה. בדרך כלל הפחמן והחמצן אינם מגיבים זה עם זה מכיוון שהקשרים המולקולריים הקיימים חזקים מכדי להישבר על ידי התנגשויות מולקולריות רגילות. כאשר אנרגיה חיצונית כמו להבה מגפרור או ניצוץ שוברת חלק מהקשרים, אטומי החמצן והפחמן שנוצרים מגיבים לשחרור אנרגיה ולהמשיך באש עד שנגמר הדלק שלה.

דוגמה נוספת היא מימן וחמצן היוצרים תערובת נפץ. אם מערבבים מימן וחמצן יחד בטמפרטורת החדר, שום דבר לא קורה. גם מימן וגם גז חמצן מורכבים ממולקולות עם שני אטומים קשורים זה בזה. ברגע שחלק מהקשרים הללו נשברים, למשל על ידי ניצוץ, נוצר פיצוץ. הניצוץ מעניק לכמה מולקולות אנרגיה נוספת ולכן הם נעים במהירות רבה יותר ומתנגשים, ושוברים את קשריהם. כמה אטומי חמצן ומימן מתאחדים ויוצרים מולקולות מים, ומשחררים כמות גדולה של אנרגיה. אנרגיה זו מאיצה יותר מולקולות, שוברת יותר קשרים ומאפשרת להגיב ליותר אטומים וכתוצאה מכך להתפוצצות.

אנרגיית הפעלה היא מושג שימושי כשמדובר בייזום ובקרה של תגובות כימיות. אם תגובה דורשת אנרגיית הפעלה, ניתן לאחסן את המגיבים יחד בבטחה, ואת תגובה מקבילה לא תתקיים עד שאנרגיית ההפעלה תסופק מחיצוני מָקוֹר. לתגובות כימיות שאינן זקוקות לאנרגיית הפעלה, כגון נתרן מתכתי ומים למשל, ה- יש לאחסן מגיבים בזהירות כדי שלא יבואו במגע בטעות ויגרמו ללא שליטה תְגוּבָה.