محتويات
- ما الذي يسبب زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية
- نظرية الاصطدام وسرعة التفاعل الكيميائي
- العلاقة بين طاقة التنشيط وسرعة التفاعل الكيميائي
- ثابت سرعة التفاعل يتغير بتغير
تختلف معدلات التفاعل اختلافًا كبيرًا على مدى نطاق كبير من المقاييس الزمنية ، وهذا ما يسمى بحركية او سرعة التفاعل ، والتي تعني بدراسة معدل التفاعلات الكيميائية ، حيث يمكن أن تستمر بعض التفاعلات بمعدلات سريعة بشكل متفجر مثل انفجار الألعاب النارية ، بينما يمكن أن تحدث تفاعلات أخرى بمعدل بطيء على مدار سنوات عديدة مثل صدأ الأسلاك الشائكة المعرضة للعوامل الجوية ، ومن هنا كيف تقاس سرعة التفاعل وما الذي يسبب في زيادة سرعة تلك التفاعلات الكيميائية كما في حالة المتفجرات ، وما الذي يبطئها كما في حالة الاسلاك الحديدية؛
ما الذي يسبب زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية
هناك أربعة عوامل رئيسية يمكن أن تؤثر على معدل اي تفاعل كيميائي وتؤدي الى زيادة سرعة التفاعل الكيميائي ، وهي كالاتي:
- تركيز المادة المتفاعلة ؛ غالبًا ما تؤدي زيادة تركيز مادة متفاعلة واحدة أو أكثر إلى زيادة معدل التفاعل ، يحدث هذا لأن التركيز العالي للمادة المتفاعلة سيؤدي إلى المزيد من الاصطدامات لهذا المتفاعل في فترة زمنية محددة.
- الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة ومساحة السطح : إذا كانت الجزيئات المتفاعلة موجودة في مراحل مختلفة ، كما هو الحال في خليط غير متجانس ، فإن معدل التفاعل سيكون محدودًا بمساحة سطح المراحل المتلامسة ، على سبيل المثال ، إذا تم خلط مادة متفاعلة فلز صلب ومتفاعل غازي ، فإن الجزيئات الموجودة على سطح المعدن فقط هي القادرة على التصادم مع جزيئات الغاز ،لذلك ، فإن زيادة مساحة سطح المعدن عن طريق سحقه بشكل مسطح أو تقطيعه إلى عدة قطع سيزيد من معدل تفاعله.
- درجة الحرارة ؛ عادةً ما تؤدي الزيادة في درجة الحرارة الى زياد معدل التفاعل ، حيث ستؤدي زيادة درجة الحرارة إلى رفع متوسط الطاقة الحركية لجزيئات المادة المتفاعلة ، لذلك ، سيكون لنسبة أكبر من الجزيئات الحد الأدنى من الطاقة اللازمة للتصادم الفعال.
- المحفزات تسرع التفاعلات الكيميائية ؛ لا يتطلب الأمر سوى كميات صغيرة جدًا من المحفز لإحداث تغيير جذري في معدل التفاعل ، لأن التفاعل يستمر بمسار مختلف عندما يكون المحفز موجودًا بشكل أساسي ، فهو يخفض طاقة التنشيط المطلوبة لحدوث التفاعل.
- الضغط ايضا من العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل ؛ يجب أن تعلم بالفعل أن الذرات أو الجزيئات الموجودة في الغاز منتشرة جدًا ، ولكي تتفاعل المادتان الكيميائيتان ، يجب أن يكون هناك تصادم بين جزيئاتهما ، من خلال زيادة الضغط ، تقوم بضغط الجزيئات معًا حتى تزيد من تكرار الاصطدامات بينها ، ويمكنك بسهولة زيادة الضغط عن طريق تقليل حجم وعاء التفاعل الذي توجد فيه الغازات.
نظرية الاصطدام وسرعة التفاعل الكيميائي
لفهم حركية التفاعلات الكيميائية ، والعوامل التي تؤثر على الخواص المتعلقة بسرعتها ، يجب علينا أولاً فحص ما يحدث أثناء التفاعل على المستوى الجزيئي ، وفقًا لنظرية الاصطدام في التفاعل ، تحدث التفاعلات عندما “تتصادم بفعالية” جزيئات المادة المتفاعلة ، ومن أجل حدوث “تصادم فعال” ، يجب توجيه جزيئات المادة المتفاعلة في الفضاء بشكل صحيح لتسهيل تكسير وتشكيل الروابط وإعادة ترتيب الذرات التي تؤدي إلى تكوين جزيئات المنتج .
وفي هذا الشكل توضيح لتصورات الاصطدام؛ حيث يُظهر هذا التصور تصادمًا غير فعال وفعال بناءً على التوجه الجزيئي.
من قوانين سرعة التفاعل الكيميائي ، أثناء الاصطدام الجزيئي ، يجب أن تمتلك الجزيئات أيضًا الحد الأدنى من الطاقة الحركية لحدوث تصادم فعال ، تختلف هذه الطاقة لكل تفاعل ، وتُعرف باسم طاقة التنشيط (Ea) ، وبالتالي فإن معدل التفاعل يعتمد على طاقة التنشيط ؛ ومن هنا تعني طاقة التنشيط الأعلى أن عددًا أقل من الجزيئات سيكون لديها طاقة كافية للخضوع لتصادم فعال.
العلاقة بين طاقة التنشيط وسرعة التفاعل الكيميائي
ترتبط طاقة التنشيط لتفاعل كيميائي ارتباطًا وثيقًا بمعدلها ، على وجه التحديد ، كلما زادت طاقة التنشيط ، كان التفاعل الكيميائي أبطأ ، وذلك لأن الجزيئات يمكنها فقط إكمال التفاعل بمجرد وصولها إلى قمة حاجز طاقة التنشيط ، كلما ارتفع الحاجز ، قل عدد الجزيئات التي سيكون لديها طاقة كافية لتجاوزها في أي لحظة. [لماذا تمتلك بعض الجزيئات طاقة أكثر من غيرها؟]
تحتوي العديد من التفاعلات على طاقات تنشيط عالية بحيث لا تستمر في الأساس على الإطلاق بدون إدخال طاقة ، على سبيل المثال ، يؤدي احتراق وقود مثل البروبان إلى إطلاق طاقة ، لكن معدل التفاعل يكون صفرًا فعليًا في درجة حرارة الغرفة.
لكي نكون واضحين ، هذا شيء جيد ، لن يكون رائعًا إذا احترقت عبوات البروبان تلقائيًا على الرف ، ولكن بمجرد أن توفر الشرارة طاقة كافية للحصول على بعض الجزيئات فوق حاجز طاقة التنشيط ، تكمل هذه الجزيئات التفاعل وتطلق الطاقة ، تساعد الطاقة المنبعثة جزيئات الوقود الأخرى على تجاوز حاجز الطاقة أيضًا ، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل.
يكون في معظم التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلايا مثل احتراق الهيدروكربون ، طاقة التنشيط عالية جدًا بحيث لا يمكن أن تستمر التفاعلات بشكل كبير في درجة الحرارة المحيطة ، في البداية ، هذا يبدو وكأنه مشكلة ، ولكن بعد كل شيء ، لا يمكنك إشعال شرارة داخل الخلية دون التسبب في ضرر.
لحسن الحظ ، من الممكن خفض طاقة التنشيط للتفاعل ، وبالتالي زيادة معدل التفاعل ، حيث تُعرف عملية تسريع التفاعل عن طريق تقليل طاقة التنشيط الخاصة به باسم التحفيز ، ويسمى العامل الذي يتم إضافته لخفض طاقة التنشيط بالمحفز ، وتُعرف المحفزات البيولوجية بالأنزيمات.
ثابت سرعة التفاعل يتغير بتغير
لا تتغير ثوابت التوازن إذا قمت بتغيير تركيزات الأشياء الموجودة في التوازن ، ولكن الشيء الوحيد الذي يغير ثابت التوازن هو تغير درجة الحرارة.
ولكن يتغير موضع التوازن إذا قمت بتغيير تركيز شيء موجود في الخليط ، وفقًا لمبدأ ” لو شاتيليه ” ، يتحرك موضع التوازن بطريقة تميل إلى التراجع عن التغيير الذي أجريته ، ومن هنا لنفترض أن لديك توازنًا بين أربع مواد أ ، ب ، ج ، د.
أ + 2 ب⇌ ج + د
وفقًا لمبدأ ” لو شاتيليه ” ، إذا قمت بتقليل تركيز C ، على سبيل المثال ، فإن موضع التوازن سينتقل إلى اليمين لزيادة التركيز مرة أخرى.
رد مع اقتباس