נוסח השאלה המלא: האם מים יכולים לשמש כדלק והאם תיתכן תגובה ביניהם לחומצה כלשהי (חוץ מחומצות עם אטומי פחמן)?
כדי שחומר יוכל לשמש כדלק עליו להיות מסוגל להגיב עם חומר אחר תוך שיחרור אנרגיה בה ניתן להשתמש. המים הם חומר מאוד מאוד יציב (ולכן הם גם תרכובות מאוד נפוצה ביקום), ולא נוטים להגיב עם חומרים אחרים (כידוע האלכימאים ראו במים את אחד מ'ארבעת היסודות הבסיסיים של הטבע', ולמעשה גם ראשוני הכימאים החשיבו את המים כאחד מהיסודות, עד שגילו את האפשרות לפרקם לחמצן ולמימן). המים נמצאים ב'מינימום אנרגטי' ולכן הם לא נוטים להגיב עם חומרים אחרים, בשל כך מים הם לא החומר האידאלי, בלשון המעטה, לשמש כדלק.
מים
מובן, שאפשר למצוא חומרים יוצאים מהכלל שיגיבו עם מים בצורה ספונטנית וישחררו אנרגיה. החומרים אינם חומצות (שרק מגיבות עם המים בתגובות המסה פשוטות) אלא דווקא מתכות פעילות מאוד, התגובה בין מתכות פעילות למים משחרר חום רב וגם גז מימן – אשר בו אפשר להשתמש כדלק: מימן מגיב עם חמצן תוך שיחרר אנרגיה רבה ליצירת החומר היציב אנרגטית...מים.
דוגמא למתכות פעילות שמגיבות ספונטנית עם מים הן המתכות האלקליות כמו למשל נתרן (Na) אשלגן (K) וליתיום (Li), הן מתכות כל-כך פעילות ששומרים אותם תמיד בתוך כלי עם שמן. כאשר הן באות במגע עם מים הן מיד מגיבות איתם בתגובת חימצון-חיזור - המתכת מחזרת את המימן ומשחררת מימן גזי (H2), בזמן שהמתכת הופכת ליון חיובי לאחר שמסרה למימן את האלקטרון שלה, למשל תגובה של נתרן עם מים:
2Na(s) + H2O(l) -> 2Na+(aq) + 2OH-(aq) + H2(g)
גם המינרל סידן (Ca) הוא בעצם מתכת פעילה המגיבה בצורה דומה עם מים. לרוב, בגלל החום הרב שנפלט במהלך התגובה – המימן שנפלט מתלקח, ונוצר מראה מרהיב של אש בוערת מעל מים, לעיתים החום שנפלט בתגובה + בתהליך הבעירה של המימן, מגביר את קצב התגובה למצב שמוביל לשחרור אדיר של מימן ולפיצוץ. לחצו כאן לסרט המראה תגובה של נתרן ואשלגן עם מים, או ראו הסרט למטה המציג תגובה של אשלגן במים. (למי שלא מכיר, כדאי לצפות בסרטים).
תגובה של אשלגן במים
פי שמודגם היטב בסרטים, מים יכולים להגיב תגובות אנרגטיות (ביותר!) עם חומרים אחרים, ולכאורה יכולות לשמש כדלק. אבל אם חושבים על זה, זה לא פתרון מעשי – אם נעקוב אחרי המקור האמיתי של האנרגיה בתגובה נבין מדוע: האנרגיה בתגובה מקורה באשלגן המתכתי, ולא במים, האשלגן הוא החומר הפעיל. עכשיו – אשלגן מתכתי לא קיים בטבע, צריך ליצר אותו, מיצרים אותו על ידי אלקטרוליזה (פירוק על ידי זרם חשמלי) של מלחים של אשלגן (למשל אלקטרוליזה של אשלגן כלורי, KCl, מותך). תהליך האלקטרוליזה דורש הרבה אנרגיה, אנרגיה חשמלית, וחשמל – מגיע מחברת החשמל, למשל משריפה של פחם. כלומר האנרגיה של התגובה הנ"ל היא גילגול של אנרגיה חשמלית, שנוצרה על ידי שריפה של דלק בתחנות הכוח של חברת החשמל. בגלל שאין מכונה יעילה ב 100% כל מעבר של אנרגיה מצורה אחת לשנייה כרוך בביזבוז אנרגטי, ובגלל שמעורבים כאן מספר גילגולי אנרגיה מדובר בתהליך לא יעיל. עדיף בהרבה להשתמש בחשמל כדי להטעין סוללה חשמלית שתשמש מקור אנרגיה למכונית, למשל. ולכן באופן מעשי אי אפשר להשתמש במים כדלק.
מצבר של מכונית
גם המתכת מגנזיום (Mg) מגיבה עם מים באופן דומה, ולכן אסור לכבות שריפות של מגנזיום עם מים – כי המים מיד יגיבו עם המגנזיום לפליטת מימן שילבה את האש, גם חול אסור לשימוש כי הסיליקה שבו עלולה להגיב עם המגנזיום ולפלוט גז רעיל (צורן-ארבע-מימני). רק מטפים המכילים אבקת כיבוי מיוחדת לבעירת מתכות מותרים לשימוש.
סרטון המדגים מה מתרחש כאשר מנסים לכבות מימן במים. דרך-אגב, גם שימוש במטפי פחמן-דו-חמצני אסורים לשימוש בעת שריפת מגנזיום - כי גם הוא מגיב עם המתכת.
מגנזיום בוער (התמונות באדיבות ויקיפדיה)
באינטרנט ניתן למצוא דיווחים על המצאות על מכוניות שפועלות על מים (כמו למשל הדיווח כאן, באנגלית) אולם כל המכוניות הנ"ל מבוססות על פירוק מים ואחר-כך על שימוש במימן הנפלט כדלק. אין שום שיטה שיכולה לחרוג מחוק שימור האנרגיה, ולכן מקורות האנרגיה של כל המכוניות הללו הוא בעצם אחר – חשמל או כימיקל אנרגטי שמפרק את המים. סביר להניח שזו הסיבה שאף מכונית כזאת מעולם לא יצאה אל השווקים (מדובר בעצם בסוג של תרמית אנרגטית).
מאת: ד"ר אבי סאייג
המחלקה לנוירוביולוגיה ומכון 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. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
