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 . [1]

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 . [2]

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 . [3]

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 . [4]

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 . [5]

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 . [6]

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 . [7]

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 . [8]