Question 1

מדוע יש לבצע חלק מהתגובות הכימיות בטמפרטורה נמוכה מטמפרטורת החדר?

Accepted Answer

מקררים תגובות מכמה סיבות: כדי למנוע מתגובות עזות או אקסותרמיות ביותר לגלוש מהמכל וליצור סיכוני בטיחות, כדי לשלוט במוצר שנוצר כאשר קיימים מסלולי תגובה מתחרים, וכדי למנוע פירוק של ריאגנטים או ממסים. טמפרטורות נמוכות יותר מעדיפות מסלולים בעלי אנרגיית הפעלה נמוכה יותר, ובכך מאפשרות לכימיהים להפיק את המוצרים הרצויים תוך שמירה על הבטיחות.

Question 2

כיצד משפיעה הטמפרטורה על קצב התגובה הכימית?

Accepted Answer

העלאת הטמפרטורה מגבירה את התנועה המולקולרית ואת תדירות ההתנגשויות בין המגיבים, דבר הגורם לתגובות להתנהל במהירות רבה יותר. כלל אצבע קובע כי העלאת הטמפרטורה ב-10 K מכפילה בקירוב את קצב התגובה. עם זאת, למרות האצה זו, כימאיים מקרירים לעיתים תגובות באופן מכוון כדי לשלוט בסלקטיביות, למנוע פירוק או לנהל שחרור חום אקסותרמי.

Question 3

מהו אמבט קרח-מים וכיצד הוא מכין?

Accepted Answer

אמבט קרח-מים הוא שיטת הקירור הפשוטה ביותר, המגיעה ל-0°C באופן טבעי או ל-40°C- באמצעות תוספות מלח המורידות את נקודת הקיפאון. הכין את האמבט על ידי ערבוב של קרח ומלח שנשקלו עם מים דה-יוניים, ולאחר מכן ערבב היטב. בדוק את הטמפרטורה באמצעות מדחום וכוונן את ריכוז המלח לפי הצורך. אמבטות אלו דורשות ניטור מדי 20–30 דקות ויש לרענן אותן בקרח ובמלח כדי לשמור על הטמפרטורה.

Question 4

למה משמשים אמבטיות קרח יבש וכיצד מכינים אחת כזו?

Accepted Answer

אמבטיות קרח יבש מגיעות לטמפרטורות של עד 78°C- ונעשה בהן שימוש כאשר אמבטיות קרח-מים אינן מספיקות. להכנה, יש ללבוש כפפות הגנה לקריוגניקה ומשקפי מגן, ולאחר מכן להוסיף לאט ממס אורגני לחתיכות של קרח יבש תוך כדי ערבוב עם מוט זכוכית. יש להמשיך עד להיווצרות תרחיף (slurry) הומוגני, כדי להבטיח מעבר חום אחיד. יש לנטר את הטמפרטורה באופן שוטף ולהוסיף גושי קרח יבש כאשר הטמפרטורה עולה.

Question 5

מתי משתמשים בחנקן נוזלי כאמבט קירור ואילו אמצעי זהירות נדרשים?

Accepted Answer

אמבטיות קירור של חנקן נוזלי מגיעות ל-196°C- ונעשה בהן שימוש כאשר נדרשות טמפרטורות נמוכות יותר מאלו שמספק קרח יבש. בשל הקור הקיצוני, בקבוק דואר (Dewar flask) הוא הכלי היחיד המקובל לשימוש. יש להרכיב משקפי מגן וכפפות הגנה לקריוגניקה בכל עת, שכן חנקן נוזלי גורם לכוויות קור ולנזק בלתי הפיך לעיניים. יש להוסיף ממס עבור אמבטיות חמות יותר, או להשתמש בחנקן לבדו לקירור מקסימלי.

Question 6

כיצד אמבטיות קירור מונעות מגע ישיר בין הריאגנטים לחומרי הקירור?

Accepted Answer

אמבטיות קירור פועלות באמצעות הנחת בקבוק התגובה בתוך כלי מבודד, כגון בקבוק דאוור (Dewar flask), המכיל רכיבים קריוגניים. הריאגנטים אינם באים במגע ישיר עם אמבטיית הקירור; תחת זאת, החום מועבר דרך דפנות הבקבוק. להעברת טמפרטורה יעילה, ממסים מעורבבים לעיתים קרובות עם רכיבים קריוגניים, ותוספים כגון מלחים מנמיכים את נקודת הקיפאון של התערובת כדי להגיע לטמפרטורות הרצויות.

Question 7

מהם היישומים המעשיים של אמבטיות קירור בכימיה במעבדה?

Accepted Answer

אמבטיות קירור משמשות במגוון יישומים, הכוללים תהליכי סוניקציה המייצרים חום עודף, סינתזה של תרכובות רגישות לאוויר הדורשות אנרגיה נמוכה של המערכת, ומלכודות קור לעיבוי של דגימות נדיפות. לדוגמה, אמבטיות קרח-מים מקררות דגימות במהלך סוניקציה באנרגיה גבוהה, בעוד שאמבטיות של קרח יבש וחנקן נוזלי מעבות תרכובות רגישות לחמצון לצורך אנליזה באמצעות ספקטרומטריית מסות או הכנה לגידול גבישים לצורך אנליזת עקיפת קרני X.

ביצוע תגובות מתחת לטמפרטורת החדר - חידון הערכה