אנרגיית שפעול

אנרגיית שפעול (נקראת גם אנרגיית הפעלה או אנרגיית אקטיבציה) היא האנרגיה המינימלית הדרושה להפעלת תגובה כימית. נהוג לסמן את אנרגיית השפעול ב-E_a.

תאוריית ההתנגשות

לפי תאוריית ההתנגשויות, כדי שמולקולה אחת תוכל להגיב עם מולקולה שנייה צריכים להתקיים שלושה תנאים:

• המולקולות צריכות להתנגש.
• ההתנגשות צריכה לספק די אנרגיה (לפחות אנרגיית השפעול) על מנת שהתגובה תתרחש.
• המולקולות צריכות להתנגש כך שהתגובה תוכל לצאת לפועל.

ככל ששתי המולקולות קרובות יותר, ענני האלקטרונים שלהן יידחו אחד את השני. על מנת להתגבר על דחייה זו שתי המולקולות צריכות אנרגיה, שבדרך כלל מתקבלת מהאנרגיה הקינטית שלהן. אם יש מספיק אנרגיה כדי להתגבר על הדחייה, והמולקולות מתקרבות מספיק כדי שתווצר משיכה ביניהן, נוצר קשר כימי בין המולקולות.

בדרך כלל כאשר הטמפרטורה נמוכה, למולקולות אין מספיק אנרגיה על מנת להגיב. העלאת הטמפרטורה גורמת לעלייה באנרגיה הקינטית שלהן, הגורמת לעלייה בקצב התגובה.

בדרך כלל אנרגיית השפעול מוגדרת ככמות האנרגיה בקילוג'ולים הדרושה למול של המגיב להגיב.

פירוק קשרים כימיים

בתגובות כימיות רבות, בנוסף ליצירת קשרים כימיים חדשים, מפורקים קשרים קודמים. על מנת לפרק קשרים אלה יש להשקיע אנרגיה, האנרגיה הדרושה לפירוק כל הקשרים שיש לפרקם במגיבים שווה לאנרגיית השפעול.

דבר זה ניתן להמחיש על ידי תרשים פשוט. ניקח לדוגמה את התגובה הפשוטה, שריפת גלוקוז: $C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2}\rightarrow 6H_{2}O+6CO_{2}$

נוסחה מתמטית

אפשר לחשב את אנרגיית השפעול דרך משוואת ארניוס, שנותנת את הקשר בין קצב התגובה לאנרגיית השפעול:

• $E_{a}=-RT\ln \left({\frac {k}{A}}\right)$

כאשר A הוא קבוע התדירות, R הוא קבוע הגזים האוניברסלי, T הוא הטמפרטורה (ביחידות קלווין) ו K הוא קבוע מהירות התגובה (A וK שונים לכל תגובה, כמו כן K תלוי גם בטמפרטורה).

מצב המעבר

מצב המעבר הוא האזור בגרף שבו האנרגיה הכי גבוהה. גרף זה מציג את אנרגיית השפעול עם או בלי נוכחות זרז.

מצב המעבר הוא המצב בו יש את האנרגיה החופשית הגבוהה ביותר, המצב הזה מתקיים לזמן מועט מאוד. האנרגיה הדרושה כדי להגיע למצב המעבר היא אנרגיית השפעול. בתגובה כימית רב שלבית יכולות להיות מספר מצבי מעבר. חומרים המורידים את אנרגיית השפעול נקראים זרזים; זרז ביולוגי נקרא אנזים. הזרזים משפיעים רק על אנרגיית השפעול ולא על אנרגיית המגיבים או התוצרים. באמצעות הורדת אנרגיית השפעול, דרושה פחות אנרגיה על מנת להפעיל את הריאקציה ולכן הריאקציה מתרחשת בתדירות יותר גבוהה. ישנם זרזים שמורידים את אנרגיית השפעול עד כדי כך שהריאקציה נעשית פי כמה מאות יותר תדירה.

קישורים חיצוניים

• ארז גרטי, זירוז תגובות כימיות, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 28 ביוני 2011

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0