• Admin

سرعة التفاعلات

معدل التفاعل:

معدل التفاعلأو معدل سرعة التفاعل الكيميائي(بالإنجليزية: Reaction rate) هو معدل التغير في كميات (تركيز) المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن.



أو معدل تغير نواتج التفاعل في وحدة الزمن.أي أنه عبارة عن زيادة تركيز المواد الناتجة بمرور الزمن. وبأخذ قانون بقاء المادةفي الاعتبار فإن زيادة تركيز النواتج يعني نقص تركيز المواد الداخلة في التفاعل.


وعملياً يمكن قياس سرعة التفاعل بقياس معدل اختفاء مادة متفاعلة أو معدل تكوين مادة ناتجة. وعادةً يتم ذلك بمتابعة تغير احدي الخواص الفيزيائيةالمرئية كاللونوكمية ترسب مواد.


الموضوع:-

عوامل مؤثرة علي سرعة التفاعلات:

طبيعة المواد المتفاعلة (أيونات, جزيئات, ذرات).تركيزالمواد المتفاعلة ،المواد الحافزة،درجة الحرارة، حيث كلما زادت درجة الحرارة زادت سرعة التفاعل ،الضغط، كلما زاد الضغط كلما زادت سرعة التفاعل.


نفترض التفاعل :

هذا التفاعل يدل على تفاعل aمولمن المادة Aمع bمول من المادة Bلإنتاج cمول من المادة Cو dمول من المادة D.


وتكون سرعة التفاعل المذكور :

باعتبار وتمثلان تركيزيالمادتين المتفاعلتين و، وفي نفس الوقت تمثل و تركيزي المادتين الناتجتين و. إذا فإن سرعة التفاعل الكميائي يعتمد بشكل مباشر على تركيز المواد الابتدائية فالعلاقة طردية بينهما ، كما تلعب درجة الحرارةدورا رئيسيا.


مؤثرات على سرعة التفاعل

طبيعة المواد المتفاعلة : بعض التفاعلات تجري سريعا ، وهذا يعتمد على عدد المواد الداخلة في التفاعل وطورهاإن كانت صلبة أو سائلة أو في حالة غازيةحيث تتحرك المواد الصلبة بسرعة أقل من حركة الجزيئات في الحالة الغازية.التركيز: تزداد سرعة التفاعل بزيادة التركيز طبقا لقانون المعدل ويفسره نظرية التصادم.


فبزيادة تركيز المواد المتفاعلة يزداد معدل تصادم الجزيئات بعضها البعض.الضغط : يزداد معدل تفاعل الغازات مع زيادة الضغط ، الذي ما هو إلا زيادة في تركيزالغاز. أما في حالة تفاعل المواد الصلبة أو السائلة فمعدل تفاعلها يعتمد ضعيفا على الضغط.درجة التفاعل: تحدد درجة التفاعل اعتماد معدل التفاعل على تركيز المواد المتفاعلة أو ضغطها.درجة الحرارة: إجراء التفاعل عند درجة حرارة أعلى تمد النظام المتفاعلبطاقة حراريةمن الخارج مما يزيد من معدل التفاعل ، بسبب زيادة معدل الاصتدامات بين الجزيئاتالمتفاعلة ، وهذا ما تقوله نظرية التصادم. ولكن السبب الأساسي وراء هذه الزيادة في معدل التفاعل هو أن ارتفاع درجة الحرارة يعمل على زيادة الجزيئات ذات طاقة تنشيطمما يؤدي إلى اصتدامات "ناجحة" (تجعل الجزيئات تتحد مع بعضها البعض). وتصف معادلة أرينيوسسلوك النظام المتفاعل بارتفاع درجة الحرارة. كما تصف قاعدة Q10قاعدة تقريبية بأنه لكثير من التفاعلات يتضاعف معدل التفاعل لكل ارتفاع في درجة الحرارة قدره 10 درجات مئوية.


المذيبات: تجري بعض التفاعلات في محاليل وقد تؤثر طبيعة السائل المذيب معدل سريان التفاعل.الإشعاع الكهرومغناطيسي،

والضوء الشديد : الأشعة الكهرومغناطيسية هي أحد أنواع الطاقة. ولهذا فيمكنها تسريع معدل التفاعل. وقد تتسبب في انفصال الروابط بين الذرات في الجزيئات ، أو إثارة الجزيئات ، فتنشأ مركبات وسطية تساعدنا على الحصول على الناتج المطلوب. (أما بالنسبة إلى الأدوية فقد تُفسد تلك التفاعلات الغير مرغوبة الدواء ، لذلك ينصح بالحفاظ على الأدوية في مكان مظلم أو في ثلاجة. وأحيانا تعبأ الأدوية السائلة الحساسة للضوء في زجاجات بنية اللون ماصة للضوء.)

وعلى سبيل المثال يتفاعل الميثانمع الكلورفي الظلام ولكن التفاعل يكون بطيئا جدا. ولكن في وجود ضوء خافت يتفاعل الغازان. ويصل التفاعل درجة الانفجار عند تعرض المخلوط إلى ضوء شديد.


المحفزات : يزداد معدل التفاعل في وجود محفز (عامل مساعد)، مثل الكادميوم، ويعمل المحفز على تسريع كلا التفاعلين في الاتجاه الأمامي والاتجاه العكسي حيث أن مفعول العامل المساعد يخفض طاقة التنشيط.


والمحفز مع ذلك لا يؤثر على التوازن الكيميائي,و إنما ينحصر مفعوله في تسريع معدل التفاعل وبالتالي تسريع الوصول إلى حالة التوازن الكيميائي.


وعلى سبيل المثال يسرع البلاتيناحتراق الهيدروجينبالأكسجينعند درجة الحرارة العادية.


النظائر: يختلف معدل التفاعل باختلاف النظير ، ونجد ذلك على الأخص بالنسبة للهيدروجينحيث أن كتلة الديوتيريومضعف كتلة الهيدروجين.مساحة السطح : بالنسبة لتفاعلات تجري على السطح في تفاعلات مع المادة الصلبة يزداد معدل التفاعل بزيادة السطح. ذلك لزيادة عدد جزيئات المادة الصلبة المعرضة للمواد المتفاعلة الأخرى.التقليب : التقليب والرج يزيد من معدل التفاعل وعلى الاخص في تفاعلات المادة الصلبة مع السوائل.


تؤخذ جميع المؤثرات على معدل التفاعل في معادلة المعدلفي الحسبان ، ماعدا التركيزودرجة التفاعل.


معادلة معدل التفاعل:-

نكتب معادلة المعدل للتفاعل الكيميائي :

nA+ mB → C + D

كالآتي طبقا لتعريف الترموديناميكا الحراريةوالذي يربط سرعة التفاعل بتركيزالمواد الداخلة في التفاعل ، في الصيغة :


في تلك المعادلة تمثل (k(Tثابت معدل التفاعلأو "ثابت التفاعل" مع أنه ليس ثابتا حقيقيا بسبب احتوائه على عوامل كثيرة تؤثر على سرعة التفاعل ماعدا تركيزالمواد ، والتي لا بد من أخذها في الحسبان ومن ضمنها كما نرى اعتماده على درجة الحرارة.


وتعتبر درجة الحرارة أهم تلك المؤثرات.

و الأسين في المعادلة nوmيسميان درجة التفاعلوهما يعتمدان على طريقة سير التفاعل ، وتستنبط مقاديرهما عمليا من التجربة. وبالنسبة لتفاعل أوليفيتفق الأسينnوmالمرفوعة لقوتهما تركيزالمواد مع معاملات حساب العناصر المتفاعلة. حساب العناصر المتفاعلة، أي عدد جزيئاتكل مادة من المواد الداخلة في التفاعل لإنتاج جزيئ واحد من الناتج أو الجزيئين Cو D، بالإضافة إلى درجة التفاعل لا بد من اعتبارهما بالنسبة للتفاعل البسيط.


والتفاعل البسيط هو ذلك التفاعل الذي يتم على خطوة واحدة.


وتصف معادلة التفاعل التفاعل البسيط كعملية على مستوى الذرة، أي يصتدم عدد nمن الجزيئات Aمع عدد mمن الجزيئات Bفينتج عدد من الجزيئات D.


وبالنسبة لتفاعلات الغازات فيمكن الاستعاضة عن التركيز(الذي يستخدم في السوائل أو المواد الصلبة) ب الضغط اجزئيطبقا لقانون الغاز المثالي.


وبربط قانون المعدل مع توازن الكتلةللنظام المتفاعل ، فيمكن استنتاج صيغة لمعدل تغير التركيز. فإذا اعتبرنا نظام مغلقحجمه ثابت فتكون الصيغة لتغير التركيز Cكالآتي:


اعتماد سرعة التفاعل على درجة الحرارة:

تعطي معادلة أرينيوساعتماد معامل سرعة التفاعل kعلى درجة الحرارة:


تعني Eaطاقة التنشيط:

وRثابت الغازات العام.

ونطرا لأن درجة الحرارة Tتحدد طاقة الجزيئات طبقا لتوزيع بولتزمانفيمكن القول بأن عدد التصادمات ذات طاقة أكبر من Eaتتناسب طرديا مع . أي أن ارتفاع درجة الحرارة تعمل علي اكتساب مجموعة أكبر من الجزيئات لطاقة قدرها Eaوبالتالي يتقترب الدالة الأسية من 1.


ويعني Aمعامل الدالة الأسية ويسمى في الكيمياء معامل تردد التصادم.

وتعتمد قيم كل من AوEaعلى التفاعل.


اعتماد سرعة التفاعل على الضغط:

يكون الاعتماد سرعة التفاعل على الضغط ضعيفا في حالة التفاعلات في السوائل وبين المواد الصلبة ، وهي تقابل أحيانا في صناعة الدواء والكيماويات :

ويرتبط اعتماد ثابت معدل التفاعلعلى الضغط بما يسمى حجم التنشيط. ويسير التفاعل بأن تكوّن المواد المتفاعلة "مركبا وسطيا" وعادة يكون هذا المركب الوسطي في حالة إثارة. وبعدها يفقد المركب الوسطي الطاقة الزائدة ويفقد إثارته وينتج المركب الناتج من التفاعل.


يبلغ حجم التنشيط ,:


حيث :

الحجم المولي الجزئي لكل من المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل ،

حالة الإثارةللمركب الوسطي.

وينتج أن تغير ثابت معدل التفاعل (المعتمد على المولية النسبية أو التركيز المولي) بتغير الضغط عند درجة حرارةثابتة :


وقد يكون الحال أكثر تعقيدا حيث أن الحجم المولي الجزئي وحجم التنشيط قد يعتمدان بدورهما على الضغط.

وقد يزداد معدل التفاعل أو ينحفض بالضغط وهذا يعتمد على قيمة . ونعطي هنا مثالا على تاثير الضغط حيث تزيد سرعة التفاعل إلى الضعف عند تغير الضغط من الضغط الجوي (1و0 ميجا باسكال) إلى 50 ميجا باسكاللبعض تفاعلات المواد العضوية (وهذا يتميز بقيمة =-0.025 لتر/مول).

الخاتمة:-

امثلة تفاعلات:

بالنسبة إلى التفاعل :


يكون معدل التفاعل :


ونلاحظ أن معدل التفاعل لا يمثل ببسلطة معاملات حساب العناصر المتفاعلةلجميع مواد التفاعل : فنجد أنه من الدرجة الأولىبالنسبة إلى H2, مع أن معامل حساب العناصر المتفاعلة 2 ، وعهو من الدرجة الثانية بالنسبة إلى NO.

وطبقا للحركة الحراريةالكيميائية chemical kineticsفهي تقسم التفاعل الكيميائي إلى عدة تفاعلات أولية بسيطة ، تنتج في نهايتها نواتج التفاعل.


ولا تؤثر جميع تلك التفاعلات الأولية على سرعة التفاعل وإنما كما هو متوقع يحدد التفاعل الأولي الأكثر بطئا السرعة النهائية للتفاعل. فعلى سبيل المثال بالنسبة إلى التفاعل:

1. (سريع التوازن)

2. (بطيئ)

3. (سريع)


نجد أن التفاعل 1 والتفاعل 3 يتميزان بسرعات تفاعل عالية بالمقارنة بسرعة التفاعل 2 ، فهو التفاعل الأقل سرعة بينهم. وبناءا على ذلك فخطوته البطيئة هل التي تحدد سرعة التفاعل. وتعين درجة التفاعلسرعة التفاعل.


المصادر:


1. ^Kenneth Connors, Chemical Kinetics, 1990, VCH Publishers, pg. 14

2. ^Isaacs, N.S., "Physical Organic Chemistry, 2nd edition, Section 2.8.3, Adison Wesley Longman, Harlow UK, 1995.

3. http://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D8%B9%D8%AF%D9%84_%D8%A7%D9%84%D8%AA%D9%81%D8%A7%D8%B9%D9%84

COME SAY HI

Avenue 6, Sitra 604,

Central Governorate, Bahrain

CALL OR TEXT

OFFICE | +973 1773 0767 

WHATSAPP | +973 33805115

EMAIL US

FOLLOW US

  • Facebook
  • Twitter
  • Instagram
  • Pinterest
  • locatio-icon

© Optimum Copy Center. Made in Bahrain.