معدل التفاعل الكيميائي
معدل التفاعل هو السرعة التي يتم بها التفاعل الكيميائي، ويتم التعبير عنه من خلال تركيز المواد الناتجة التي تكونت خلال فترة زمنية معينة، أو المواد المتفاعلة التي تم استهلاكها خلال فترة زمنية معينة. ويمكن تعريفها أيضًا على أنها كمية المواد المتفاعلة أو الناتجة لكل وحدة زمنية.
أولاً: نظرية التصادم
تتضمن نظرية الاصطدام عدة افتراضات أهمها:
الفرض الأول: ينص على أن التصادم بين جزيئات المواد المتفاعلة هو شرط أساسي لصحة التفاعل الكيميائي. وهذا يعني أنه لا يحدث تفاعل بين المواد دون تصادم بين جزيئاتها.
الافتراض الثاني: وينص على أن سرعة التفاعل الكيميائي تتناسب طرديا مع عدد التصادمات التي تحدث بين جزيئات المواد المتفاعلة في وحدة الزمن.
الفرض الثالث: ينص على أن التصادم بين جزيئات المواد المتفاعلة يجب أن يكون فعالا حتى يحدث التفاعل.
ظروف الاصطدام الفعالة:
-الشرط الأول:
يجب أن يكون اتجاه التصادم بين جزيئات المواد المتفاعلة مناسبا. أي أن الجزيئات تتصادم في الاتجاه الذي يؤدي إلى تكوين النواتج.
الشرط الثاني:
عندما تتصادم الجسيمات المتفاعلة، يجب أن يكون لديها الحد الأدنى من الطاقة الكافية لكسر الروابط بين ذراتها وتكوين روابط جديدة تؤدي إلى تكوين المنتجات.
عند حدوث تصادم فعال، تضعف الروابط بين ذرات المواد المتفاعلة، وتبدأ روابط جديدة بالتشكل بين هذه الذرات.
نص نظرية التصادم
“لكي يحدث تفاعل كيميائي، يجب أن يحدث تصادم بين الجزيئات المتفاعلة، بحيث تمتلك الجزيئات المتصادمة الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لحدوث تصادم فعال.”
ثانياً: العلاقة بين التنشيط وتغير أنتالبية التفاعل
وتزداد طاقة الوضع للمواد المتفاعلة أثناء التفاعل بسبب تصادمها، حتى تصل إلى أعلى قيمة لها والتي تسمى (طاقة الوضع للمعقد المنشط).
في تفاعلات طاردة الطاقة، تكون الطاقة الكامنة للمواد الناتجة أقل من الطاقة الكامنة للمواد المتفاعلة. وبالتالي فإن علامة دلتا H سلبية.
مثال:
ثالثاً: العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي
- تركيز المواد المتفاعلة
مثال:
زيادة تركيز حمض الهيدروكلوريك -> زيادة عدد الدقائق لكل وحدة حجم -> زيادة عدد التصادمات الكلية المحتملة -> زيادة عدد التصادمات الفعالة -> زيادة سرعة التفاعل.
- طبيعة المادة المتفاعلة
مثال:
يتفاعل الصوديوم مع الماء بسرعة أكبر من المغنيسيوم. لأنه أكثر نشاطاً، وهذا يعود إلى طبيعة تركيبه الكيميائي، فهو يحتوي على إلكترون واحد في مداره الأخير، مما يسهل فقدانه.
بالنسبة للتصادمات الكلية المحتملة، يزداد عدد التصادمات الفعالة، وتزداد سرعة رد الفعل.
- زيادة درجة الحرارة
ويوضح الشكل التالي تأثير زيادة درجة الحرارة على معدل التفاعل:
زيادة درجة الحرارة -> زيادة متوسط الطاقة الحركية للجزيئات -> زيادة عدد الجزيئات ذات طاقة التنشيط -> زيادة عدد التصادمات الفعالة -> زيادة سرعة التفاعل الكيميائي.
- العوامل المساعدة
العوامل المساعدة هي مواد تزيد من سرعة التفاعلات الكيميائية دون أن يتم استهلاكها أثناء التفاعل.
كما تنخفض الطاقة الكامنة للمعقد المنشط بنفس المقدار، وبالتالي يقل زمن حدوث التفاعل، لكنه لا يؤثر على الطاقة الكامنة لكل من المواد المتفاعلة والنواتج. كما أنه لا يؤثر على قيمة Delta H.
لاحظ الشكل الذي يوضح تأثير المحفز على معدل التفاعل
بينما:
Ea1 هو شريط التنشيط للتفاعل الأمامي بدون عامل مساعد
Ea1* طاقة التنشيط للتفاعل الأمامي في وجود محفز
Ea2 طاقة التنشيط للتفاعل العكسي بدون محفز
Ea2* طاقة التنشيط للتفاعل العكسي في وجود عامل محفز