Question

ما معنى معدل التفاعل الكيميائي؟

 ما هو تعريف سرعة التفاعل الكيميائي ؟

ما هي العوامل التى تتوقع عليها معدل التفاعل الكيميائي؟

Answer 1

معدل التفاعل الكيميائي Rate of Reaction

- هو مقدار التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو المواد الناتجة في وحدة الزمن.

- يعبر عنها بوحدة mol/ L.s

- غالباً ما تقاس سرعات التفاعلات الكيميائية بالتغير فى عدد المولات في خلال فترة زمنية معينة.

- الشكل التالي يوضح تطور تفاعل كيميائي ما

- يمكن تحديد سرعة التفاعل الكيميائي بشكل عملي عن طريق حساب تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة عن التفاعل الكيميائي بينا لا يمكن حساب سرعة التفاعل من المعادلات الموزونة.

- تشير الأقواس التي تكون حول الصيغة الجزيئية للمواد إلى التركيز المولاري فمثلاً [NO₂] تمثل التركيز المولاري لـ NO₂

- لنفترض أنك ترغب فى التعبير عن متوسط سرعة التفاعل الأتي خلال فترة زمنية بدأت t₁ وانتهت عند t₂ للمعادلة التالية: 

من خلال التفاعل السابق تكون قيمة سرعة تكون المواد الناتجة موجبة ويمكن التعبير عن حساب سرعة تكون NO كما يلي:

 

- لنفترض مثلاً أن تركيز NO هو 0.000M عندما تكون t1 = 0 وقد أصبح تركيزه 0.010M بعد ثانيتين من بداية التفاعل فيكون متوسط سرعة التفاعل بوحدة عدد مولات NO الناتجة لكل لتر فى الثانية كالتالي:

العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي

(1) درجة الحرارة Temperature 

يُؤدّي ارتفاع درجة الحرارة في معظم التفاعلات تقريبًا إلى زيادة في سرعتها.

-  حركة الجسيمات المتفاعلة أسرع عند درجات الحرارة الأعلى ، أي أنّ احتمال تصادمها أكبر مقارنة بدرجات الحرارة المنخفضة ما يساعد على تكوين النواتج بسرعة أكبر . 

- التأثير الرئيسي لارتفاع درجة الحرارة هو زيادة عدد الجسيمات ذات الطاقة الحركية الكافية لتخطّي حاجز طاقة التنشيط لتتفاعل عند اصطدامها.

(2) التركيز Concentration

- عدد الجسيمات المتفاعلة في حجم معيَّن يُؤثِّر أيضًا في سرعة التفاعلات.

- زيادة عدد الجسيمات في حجم محدَّد يزيد كلًّا من تركيز المتفاعلات وعدد التصادمات ، لذلك تزيد سرعة التفاعل.

(3) حجم الجسيمات Particles Size

- كلّما صغر حجم الجسيمات زادت مساحة السطح لكتلة معينة من الجسيمات (أي مساحة السطح الإجمالي للمادّة المتفاعلة الصلبة أو السائلة) ولذلك تأثير هام في سرعة التفاعل.

- زيادة مساحة السطح تؤدّي إلى زيادة كمّية المادّة المتفاعلة المعرّضة للتفاعل ما يؤدّي بدوره إلى زيادة معدّل التصادمات ، وبالتالي إلى زيادة سرعة التفاعل. 

- إحدى طرق زيادة مساحة سطح المتفاعلات الصلبة هي إذابتها حيث تنفصل الجسيمات عن بعضها البعض ، وتزيد إمكانية تفاعلها مع موادّ متفاعلة أخرى . كما يمكن طحن المادّة الصلبة وتحويلها إلى مسحوق ناعم.

(4) المواد المحفزة Catalysts

- ليست زيادة درجة الحرارة الطريقة الفضلى لزيادة سرعة التفاعل على الدوام فغالبًا ما يكون استخدام مادّة محفِّزة أفضل. 

- والمادّة المحفِّزة هي مادّة تزيد سرعة التفاعل من دون استهلاكها ، إذ يمكن بعد توقّف التفاعل استعادتها من المزيج المتفاعل من دون أن تتعرّض لتغيّر كيميائي.

- تساهم الموادّ المحفِّزة في التفاعلات عن طريق إيجاد آلية بديلة ذات طاقة تنشيط أقلّ من الطاقة المطلوبة عادة للتفاعل. 

- يُوضِّح الشكل التالي دور الموادّ المحفِّزة في خفض حاجز طاقة التنشيط ، حيث أنّه يكون أكثر انخفاضًا في حالة التفاعل المحفَّز بالمقارنة مع التفاعل غير المحفَّز (يعني ذلك زيادة كمّية النواتج في فترة زمنية معيَّنة).