تعريف سرعة التفاعل الكيميائي:
هي السرعة التي يتقدم فيها التفاعل الكيميائي أو يقوم فيها التفاعل الكيميائي بالتقدم، وغالبا ما يتم التعبير عنها بأنها تراكيز المواد التي تنتج في وحدة الزمن، أو بأنها تراكيز المواد التي تفاعلت واستهلكت في وحدة الزمن.
كيف يتم تحديد سرعة التفاعل الكيميائي ؟
ان لكل تفاعل كيميائي سرعة تفاعل مختلفة عن سرعة تفاعل كيميائي آخر حيث ان هناك تفاعلات تحدث بشكل سريع ووقت قصير ، يمكن تشبيهها مثل انفجار البارود ، وهناك تفاعلات كيميائية تحتاج الى زمن طويل او تكون بطيئة ، ويعتمد ذلك على عدة عوامل هي المسؤولة عن تحديد سرعة التفاعل الكيميائي، ونذكر منها:
- طبيعة المواد المتفاعلة.
- حجم الجزئيات للمواد المتفاعلة.
- تراكيز المواد المتفاعلة.
- الضغط: وهو ضغط المواد الغازية المتفاعلة.
- درجة الحرارة.
- وجود المواد الحفزية أو المحفزات.
العوامل التي تؤثر على سرعة التفاعل:
يتأثر معدل سرعة التفاعل الكيميائي بعدة عوامل، بحيث تزداد سرعة التفاعل كلما توفرت العوامل التي تجعل من التصادمات بين الجزيئات المتفاعلة اكبر أو التي تجعل من التصادمات بين الجزيئات متزايدة، وعلى العكس من ذلك تقل سرعة التفاعل كلما تواجدت العوامل التي تقلل من ذلك، ومن هذه العوامل:
- تراكيز المواد المتفاعلة:
- درجة الحرارة:
وبالتالي تزيد التصادمات فيما بينها خلال وحدة الزمن، كما تم إثبات أن معدل تفاعل أغلبية التفاعلات الكيميائية وليست جميعها تتضاعف عندما ترتفع درجة الحرارة بعدل تقريبي 10 درجات مئوية، ولكن وفي بعض الحالان قد يصبح معدل التفاعل أبطأ عندما تصل درجة الحرارة الى مقدار محدد.
ويعود السبب الأساسي وراء زيادة معدل التفاعل بزيادة درجة حرارة المواد التفاعلة هو أن ارتفاع درجة الحرارة تؤدي الى زيادة الجزيئات ذات طاقة تنشيط مما يؤدي إلى اصطدامات "ناجحة" (تجعل الجزيئات تتحد مع بعضها البعض).
وتكمن هنا اهمية معادلة أرينيوس في انها تصف سلوك النظام المتفاعل بارتفاع درجة الحرارة.
كما تصف قاعدة Q10 وهي قاعدة تقريبية (قاعدة فانت هوف أو معامل Q10) بأنه في كثير من التفاعلات يتضاعف معدل التفاعل لكل ارتفاع في درجة الحرارة قدره 10 درجات مئوية.
- طبيعة المواد المتفاعلة أو طبيعة وسط التفاعل:
بالاضافة الى ذلك فإن شكل المواد المتفاعلة وحجمها لهما تأثير في معدل التفاعل في حال كانت في حالتها الصلبة.
- الضغط أو ضغط المواد الغازية:
وذلك لأن الضغط ما هو إلا عامل زيادة تركيز الغاز.
- التقليب أو المزج أو الرج:
اذاً فإن عامل التقليب والرج يزيد من معدل التفاعل وخصوصاً في تفاعلات المادة الصلبة مع السوائل.
- المحفزات أو تواجد المواد المحفزة والمسرعة:
ونستطيع القول بإنه يزداد معدل التفاعل في وجود محفز (عامل مساعد)، ويقوم المحفز بتسريع كلا التفاعلين في الاتجاهين الأمامي و العكسي، حيث أن العامل المساعد له فاعلية في خفض طاقة التنشيط.
ومع ذلك لا يؤثر المحفزعلى التوازن الكيميائي، و إنما ينحصر مفعوله في تسريع معدل التفاعل وبالتالي تسريع الوصول إلى حالة التوازن الكيميائي.
ونذكر مثال على ذلك: يسرع البلاتين احتراق الهيدروجين بالأكسجين عند درجة الحرارة العادية.
- المذيبات (في حالة المحاليل) :
- وجود النظائر:
- مساحة السطح (في تفاعلات المواد الصلبة) :
ذلك لزيادة عدد جزيئات المادة الصلبة المعرضة للمواد المتفاعلة الأخرى.
نكتب معادلة المعدل للتفاعل الكيميائي :
n A + m B → C + D
معدل التفاعل= التغير في التركيز ÷ التغير في الزمن.
معدل التفاعل للمادة A= – التغير في تركيز المادة A ÷ التغير في الزمن.
معدل التفاعل للمادة B= – التغير في تركيز المادة B ÷ التغير في الزمن.
معدل التفاعل للمادة C = التغير في تركيز المادة C ÷ التغير في الزمن. (مثل ذلك معدل التفاعل للمادة D ان وجدت)
اذاً فإن معدل التفاعل= – التغير في تركيز المادة A ÷ التغير في الزمن = – التغير في تركيز المادة B ÷ التغير في الزمن = التغير في تركيز المادة C ÷ التغير في الزمن.
ملاحظات:
- الاشارة السالبة التي ظهرت في تغير التركيز للمواد A و B تعني أنه حدث لها نقصان كونها في المتفاعلات ، بينما كان التغير في تركيز المادة C موجب لأنه في النواتج وبالطبع قيمته تزداد خلال التفاعل بالاتجاه الأمامي.
- بالنسبة ل n & m المذكوران في معادلة معدل التفاعل أعلى فهما يسميان درجة التفاعل وهما يعتمدان على طريقة سير التفاعل، وتستنبط مقاديرهما عمليا من التجربة.
- بالنسبة لتفاعلات الغازات يمكن الاستعاضة عن التركيز (الذي يستخدم في تفاعلات السوائل أو المواد الصلبة) بالضغط الجزئي طبقا لقانون الغاز المثالي.
مثال على قانون معدل التفاعل (سرعة التفاعل الكيميائي) :
في التفاعل الكيميائي لأكسدة الأمونيا
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
يكون معدل تكوين N2 هو 0.27 مول/لتر×ثانية، وبهذا فإن معدل تكوين الماء هو:
التغير في تركيز [H2O]= التغير في تركيز [N2] ويساوي = 6/2×[N2] ويساوي = 3×0.27= 0.81 مول/لتر×ثانية.
المراجع:
- Parker, RA, Edge, DB, 1976, J Kim, Phys. 64: 4411-16 50. Markovic, N., Nyman, G., Nordholm, 1989, Chem. Phys. Lett, 159: 435-39
- Turulski, J., Niedzielski, J. 1989, Chem. Phys. 91: 3795-96
- Clary, DC, Smith, D., Adams, NJ. 1985, Kim, Phys. Lett. 119: 320-26
- Rowe, b. R. 1988. See ref. 7, pp. 135-52 54. Herbs
السلام عليكم
ردحذفلماذا يعتبر عنصر خماسي أوكسيد ثنائي الفاناديوم عنصر حفاز؟
وعليكم السلام ورحمة الله وبركاته
حذفاولا "الفلزات" بشكل عام مثل العناصر الانتقالية في الجدول الدوري عبارة عن مواد محفزة وهي تتميز بفعالية عالية تجاه الأكسدة والهدرجة وإعادة التشكيل ونزع الهيدروجين ، ثم ولأن اكسيد الفانديوم له معامل عالي في مقاومة الحرارة وخفض طاقة التفاعل التي بدورها تؤدي الى تسريع التفاعل ، بالتالي يمكنه تحفيز الأكسدة الطاردة للحرارة بشكل معتدل دون استهلاكه خلال التفاعل او حدوث اي تغير له. ونضيف هنا الى ان اكسيد الفانديوم عبارة عن اكسيد مذبذب أي انه يتفاعل مع الاحماض كقاعدة ويتفاعل مع القواعد كحمض.
وما الفرق بين المحفز عندما يكون عنصراً وعندما يكون مركباً ؟
ردحذف- العوامل الحفازة هي عناصر فلزية أو أكاسيدها أو مركباتها وتعمل الأنزيمات كعوامل حفازة للعديد من العمليات الحيوية والصناعية.
حذف- الفرق بين العوامل الحفازه يكمن في سبب استخدام هذا الحفاز دون غيره في تفاعل ما ، وبالتالي لا يمكن القول بأن هناك فرق بين العوامل الحفازه الا في طريقة تأثيرها لكل تفاعل على حده.
- يتميز العامل الحفاز بأنه نوعي جداً بمعني أننا نجد كل تفاعل يحتاج إلي عامل حفاز معين قد لا يمكن استخدامه في تفاعل اخر ومثال علي ذلك العوامل الحفازة في جسم الانسان ، فجسم الأنسان يحتوي علي عوامل حفازة تسمي بالانزيمات ، والأنزيمات نوعية جداً علي سبيل المثال التحلل المائي للنشا فهو يتم في جسم الانسان عن طريق أنزيم الدياستاز الذي يحوله إلي سكر المالتوز ويقوم أنزيم أخر وهو المالتاز بتحويل سكر المالتوز إلي الجلوكوز.
- أمثلة: يستخدم النيكل المجزأ كعامل حفاز في تفاعل هدرجة الألكينات.