recent
أخبار ساخنة

سرعة التفاعل والعوامل المؤثرة بها

الصفحة الرئيسية

سرعة التفاعل والعوامل المؤثرة بها

سرعة التفاعل والعوامل المؤثرة بها


تعريف سرعة التفاعل

تُعرّف سرعة التفاعل بشكل عام بأنها مقدار التغير في كمية أحد المواد المتفاعلة أو كمية أحد المواد الناتجة بالنسبة للزمن .

والكمية هنا تعني : حجم أو كتلة أو تركيز أو عدد مولات... الخ

  • إذا كانت الكمية عبارة عن كتلة بالتالي :

سرعة التفاعل = التغير في الكتلة/التغير في الزمن وتقاس بواحدة g/s

  • إذا كانت الكمية عبارة عن حجم بالتالي :

سرعة التفاعل =التغير في الحجم/التغير في الزمن وتقاس بواحدة ml/s

  • إذا كانت الكمية عبارة عن تركيز وهو الأكثر شيوعاً بالتالي :

سرعة التفاعل =التغير في التركيز/التغير في الزمن وتقاس بواحدة mol/l.s


قانون سرعة التفاعل

ليكن لدينا التفاعل التالي :   mA + nB C + D

يعبر عن سرعة التفاعل بالشكل التالي: V = dCD / dt = - dCA / dt

إن وجود الإشارة السالبة عند حساب سرعة تفاعل المادة Α كون المادة A مادة متفاعلة فهي تستهلك مع مرور الزمن وبالتالي تركيزها سيتناقص مع مرور الزمن فعند حساب معدل سرعة المادة A فإن التغير في التركيز يكون سالب لذلك نضرب التغير في التركيز بإشارة سالبة لتصبح السرعة قيمة عددية موجبة. 

يطلق على المعادلة التي تبين علاقة سرعة التفاعل بالتركيز اسم المعادلة الحركية وتكتب بالشكل العام :

V = K . CA .  CB 

حيث تمثل K ثابت سرعة التفاعل 

لا يتعلق ثابت سرعة التفاعل K بتركيز المواد المتفاعلة فهو يمثل سرعة التفاعل عندما يكون CA = CB = 1M  وهو مقدار ثابت بثبات درجة الحرارة. 

CA و CB  تمثل تراكيز المواد المتفاعلة وتقدر ب mol/L

m و n يمثل عدد مولات كل من A و B المادتين المتفاعلتين كما يمثل المقدار m+n

مرتبة التفاعل التي قد تكون عدد صحيح أو عدد كسري .


العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل

تتعلق سرعة التفاعل بعوامل كثيرة نذكر منها : طبيعة المواد المتفاعلة و تركيزها، طبيعة المذيب، درجة الحرارة، الضغط، القوة الشاردية للمحلول، وجود المحفزات، حجم وعاء التفاعل وشكله، وجود الشوائب التي تتفاعل مع مكونات التفاعل... وغير ذلك. 

عند دراسة التفاعلات التي تستخدم في الكيمياء التحليلية يجب إبراز تركيز المواد المتفاعلة ودرجة الحرارة ووجود المحفزات أما عند دراسة المحاليل اللامائية فيجب الاهتمام بطبيعة المذيب للتحكم بسرعة التفاعل الكيميائي. 

لنقوم الآن بشرح بعض العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل.

1- تركيز المواد المتفاعلة

إن زيادة تركيز إحدى المواد المتفاعلة يؤدي إلى زيادة سرعة التفاعل وذلك وفق المسار التالي :

زيادة التركيز يؤدي إلى زيادة عدد الدقائق في وحدة الحجم والذي يؤدي بدوره إلى ⇽ زيادة عدد التصادمات الكلية المحتملة والذي يؤدي إلى  زيادة عدد التصادمات الفعالة مما يؤدي إلى  زيادة سرعة التفاعل 

مثال : سرعة إحتراق الكربون بوجود الاكسجين النقي أكبر من سرعة إحتراقه في الهواء الجوي وذلك بسبب قلة تركيز الاكسجين في الهواء الجوي عنه في الاكسجين النقي 

لنأخذ مثال آخر :

ليكن لدينا التفاعل التالي 

6I¯+Cr2 O¯7 +14H ๋   2Cr ๋³ + 3I2 + 7H2O

من المعروف أن هذا التفاعل يجري ببطء ولزيادة سرعته تستخدم كمية زائدة من اليوديد 


2- طبيعة المواد المتفاعلة 

  • تختلف سرعة التفاعل باإختلاف التركيب الكيميائي للمادة وخصائصها حيث يعتمد ذلك على عدد إلكترونات التكافؤ 
  • فمثلاً هناك مواد يحتوي مدارها الأخير على إلكترون واحد ومواد أخرى يحتوي مدارها الأخير على إلكترونين وبتالي عملية فقد المادة لإلكترون واحد أسرع من عملية فقد إلكترونين 

مثال ذلك : فلز الليثيوم أسرع تفاعلاً من فلز الكالسيوم وذلك لاحتواء مداره الأخير على إلكترون واحد 

  • كما أنه من الممكن أن تكون المادة على شكل محلول أو مسحوق أو بلورات 
  • تكون أيونات المادة التي على شكل محلول حرة الحركة بمقارنة مع المسحوق أو البلورات وبتالي تكون سرعة تفاعلها أكبر 
  • أما المادة التي على شكل مسحوق تكون سرعة تفاعلها أكبر من على شكل البلورات ذلك لأن مساحة السطح المعرض للتفاعل أكبر. ومنه نجد أنه كلما كانت مساحة السطح المعرض للتفاعل أكبر كلما كان التفاعل أسرع. 


3- درجة الحرارة

إن سرعة التفاعل تزداد حسب قاعدة فانت-هوف عند رفع درجة حرارة المحلول من 2 إلى 3 مرات مقابل كل °10c ويعبر عن علاقة ثابت السرعة بدرجة الحرارة وفق علاقة أرهينوس بالشكل التالي :

  • حيث يمثل A معاملاً تجريبياً ( معامل اصطدام الجزيئات) 
  • EA طاقة التنشيط
  • R ثابت الغازات العام 
  • Τ درجة الحرارة 
  • K ثابت سرعة التفاعل 

يتضح من خلال علاقة أرهينوس أن ثابت سرعة التفاعل يتعلق بدرجة الحرارة لأنه مع تغير درجة الحرارة يتغير ثابت السرعة بالنسبة للتفاعل المباشر والعكسي لذلك تستخدم درجة الحرارة في تبطيئ العمليات اللازمة وتسريعها

مثال ذلك :

معايرة حمض الأكزاليك بمحلول قياسي من برمنغنات البوتاسيوم 

2MnO¯4 + 5H2C2O4 + 6H ๋ ⇌ 2Mn ๋² + 10CO2⬆️+ 8H2O

تجري هذه المعايرة عند درجة حرارة من 60 إلى 70 °c لأن أكسدة حمض الأكزاليك لا تتم بسرعة المطلوبة عند درجة حرارة الغرفة

4- المحفزات

من المعروف أن المحفزات عبارة عن مواد تزيد من سرعة التفاعل بشكل كبير دون أن تتدخل في التفاعل الكيميائي وذلك من خلال تقليل طاقة تنشيط التفاعل 

وفيما يلي مخطط يوضح آلية سير التفاعل بوجود محفز وبغيابه.

لية سير التفاعل بوجود محفز


google-playkhamsatmostaqltradent