المناهج

قوانين سرعة التفاعل الكيميائي

قوانين سرعة التفاعل الكيميائي

عند دراسة تفاعل كيميائي يجب أن مراعاة الخواص الكيميائية للمواد المتفاعلة ، والظروف التي يحدث بها التفاعل ، و العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل، ووفقاً لقانون التأثير الجماعي يعتمد معدل التفاعل الكيميائي عند درجة حرارة ثابتة، فقط على تركيزات المواد التي تؤثر على المعدل.

وعادة ما تكون المواد المؤثرة على معدل التفاعل واحدة أو أكثر من المواد المتفاعلة ، ولكن يمكن أن تشتمل في بعض الأوقات على نواتج ، وأيضاً من الممكن أن تؤثر المحفزات التي لا تظهر في المعادلة الكيميائية الشاملة المتوازنة على معدل التفاعل .

حيث يمكن تحديد قانون المعدل بشكل تجريبي ، ويمكننا استخدامه من أجل التنبؤ بالعلاقة بين معدل التفاعل ، وتركيزات المواد المتفاعلة.

تعريف سرعة التفاعل الكيميائي

تعتبر سرعة التفاعل مهمة في الصناعات الكيميائية والحياة اليومية ، لأنها تقيس مدى سرعة حدوث التفاعل ، ولكن كيف تقاس سرعة التفاعل يمكننا قياس سرعة التفاعل عن طريق أنه ، كلما زادت سرعة التفاعل تزداد سرعة تصنيع كميات كبيرة من المنتجات المطلوبة .

وتنخفض كمية المواد المتفاعلة بمرور الوقت سوف تزداد كمية المنتجات مع مرور الوقت ، ومن ثم يمكننا تحديد سرعة التفاعل عن طريق قياس معدل استخدام المواد المتفاعلة ، أو معدل إنتاج المنتجات ، ويؤدي ذلك إلى سرعة التفاعل .

ويمكننا تعريف سرعة التفاعل على أنها كمية المواد المتفاعلة المحولة إلى نواتج تكونت في كل وحدة زمنية ، حيث أن بعض التغييرات المناسبة التي يمكن ملاحظتها ، والتي تسمح لنا بقياس معدل استخدام المواد المتفاعلة ، أو معدل إنتاج المنتجات ، هي تغير في الكتلة أثناء التفاعل على سبيل المثال بسبب تغير في الحالة من سائل إلى غازي ، وأيضاً التغير في حجم الهواء في حجرة التفاعل .

تحدث بعض التفاعلات الكيميائية بسرعة كبيرة مثل ترسيب كلوريد الفضة ، يحدث مباشرة بعد خلط المحاليل المائية من نترات الفضة وكلوريد الصوديوم ، ومن جانب آخر تكون بعض التفاعلات بطيئة للغاية ، مثل صدأ الحديد في وجود الهواء والرطوبة ، وبعض التفاعلات الكيميائية ليست بطيئة أو سريعة ، ولكنها تحدث بمعدل معتدل.

العوامل المؤثرة في التفاعل الكيميائي

تحدث التفاعلات الكيميائية عند تصادم جزيئان متفاعلان بشكل فعال ، ولكل منهما الحد الأدنى من الطاقة والتوجيه الصحيح ، حيث أن تركيز المادة المتفاعلة ، والحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة ، ومساحة السطح ودرجة الحرارة ووجود المحفز ، وتلك هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل التفاعل ، وسوف نوضحها في السطور التالية :

  • تركيز المتفاعل، زيادة تركيز مادة متفاعلة واحدة ، أو أكثر تؤدي إلى زيادة معدل التفاعل ، ويحدث ذلك بسبب التركيز العالي للمادة المتفاعلة ، وسوف يؤدي ذلك إلى المزيد من تصادمات ذلك التفاعل في فترة زمنية محددة ، وتوضح نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي ذلك .
  • الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة ومساحة السطح ، حيث أن الجزيئات المتفاعلة موجودة في مراحل مختلفة ، كما هو الحال في الخليط الغير متجانس ؛ فإن معدل التفاعل سيكون محدود بمساحة سطح الأطوار المتلامسة .
  • درجة الحرارة نجد أن الزيادة في درجة الحرارة تزيد من معدل التفاعل ، سوف تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى رفع متوسط الطاقة الحركية لجزيئات المادة المتفاعلة ، سوف يكون للنسبة الأكبر من الجزيئات الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لحدوث تصادم فعال .
  • وجود عامل مساعد والمحفز ، عبارة عن مادة تقوم بتسريع التفاعل من خلال المشاركة فيه بدون استهلاكها ، توفر المحفزات مسار تفاعل بديل للحصول على المنتجات ، وتعتبر ضرورية للعديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية.

قوانين سرعة التفاعل من الرتبة الأولى

تستخدم قوانين سرعة التفاعل ، عموماً من أجل وصف ما يحدث على المستوى الجزيئي أثناء التفاعل ، بينما تستخدم قوانين المعدل المتكامل لتحديد ترتيب التفاعل ، وقيمة ثابت المعدل من القياسات التجريبية ، والمعادلة التفاضلية ، هي التي تصف الخواص الحركية من الدرجة الأولى.

وتلك القوانين توضح لنا كيف يمكن زيادة سرعة التفاعل، يعتمد تفاعل الدرجة الأولى على تركيز مادة متفاعلة واحدة فقط على ذلك النحو ، يشار أحياناً إلى تفاعل من الدرجة الأولى ، باعتباره تفاعل أحادي الجزيء .

بينما يمكن أن تكون المواد المتفاعلة الأخرى موجودة ، سوف يكون كل منها صفري الترتيب ، حيث أن تركيزات هذه المواد المتفاعلة ،  لا تؤثر على المعدل ، وبالتالي فإن قانون معدل التفاعل الأولي الذي يكون من الدرجة الأولى.

تقرير تجربة تأثير التركيز في سرعة التفاعل الكيميائي

عندما نتعامل مع التركيز وتأثيره على معدلات التفاعل ، عادة ما نكون مهتمين بالحلول ، ولكن كل الرسوم البيانية ، والحجج ، والتفسيرات ، وما إلى ذلك يمكن أن تنطبق بالتساوي على مزيج من الغازات.

إذا قمت بزيادة تركيز المادة المتفاعلة ؛ فسوف يكون هناك المزيد من المادة الكيميائية الموجودة ، والمزيد من الجسيمات المتفاعلة التي تتحرك معاً ، والتي تسمح بحدوث المزيد من الاصطدامات ، وبالتالي يزداد معدل التفاعل الكيميائي ؛ فكلما زاد تركيز المواد المتفاعلة كان معدل التفاعل أسرع .

ومن خلال تقليل حجم الجسيم للمتفاعل ، نجد أن هناك المزيد من الأسطح ، التي من الممكن أن تحدث عليها الاصطدامات ، كلما كان حجك الجسيمات أصغر ، كلما كان التفاعل أسرع .

نجد أن التفاعلات الكيميائية تحدث بمعدلات ، أو سرعات مختلفة حيث أن مؤشرات التفاعلات تكمن في تغير اللون ، وتكوين الرواسب ، وإطلاق الغازات،  أو تغير في الطاقة يمكن اكتشافه ، وبعضها يكون بطيء جداً ، والبعض الآخر سريع كحدوث انفجار بشكل مفاجئ .

كما أن درجة الحرارة ، والتركيز وحجم الجسيمات ، واستخدام المحفز هم العوامل الأساسية التي تؤثر على معدل التفاعل الكيمائي ؛ فنجد أن زيادة درجة حرارة التفاعل تحدث مع زيادة معدل التفاعل ، حيث أن في درجات الحرارة المرتفعة ، يمكن أن تصطدم الجسيمات كثيراً ، وبطاقة كبيرة مما يجعل التفاعل يتم بسرعة أكبر .

فالجسيمات تتحرك في درجات الحرارة المنخفضة بشكل أبطأ من تلك الموجودة في درجات الحرارة العالية ؛ فالتفاعلات عند درجات حرارة أعلى لها معدلات أسرع ، من التفاعلات عند درجات حرارة منخفضة.

السابق
التطبيقات التربوية لنظرية ثورندايك
التالي
كيف تقاس سرعة التفاعل؟