مراجعة كيمياء وحدة سرعة التفاعلات الكيميائية حادي عشر عام

سرعة التفاعلات الكيميائية 

تسير التفاعلات الكيميائية في اتجاه تكوين النواتج بالتفاعل الحاصل بين التفاعلات . فبينما يبدأ التفاعل يبدأ تركيز المتفاعلات في النقصان في حين يتزايد تركيز النواتج . ففي تفاعل أول أكسيد الكربون مع ثاني أكسيد النيتروجين

 CO (g) + NO2 (g) → CO2 (g) + NO (g)

يتناقص تركيز المتفاعلات مع الوقت فيما يتزايد تركيز ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد النيتروجين (النواتج) مع الوقت لحساب سرعة التفاعل نقوم بحساب تغير تركيز المواد مع الزمن 

لحساب سرعة التفاعل نقوم بحساب نغير تركيز المواد مع الزمن

 CO (g) + NO2 (g) → CO2 (g) + NO (g) 

[No] تركيز أكسيد النيتروجين المولاري ( mol / L ) 

∆[No] التغير في تركيز أكسيد النيتروجين 

 t1زمن قياس التركيز الأول 

t2 زمن قياس التركيز الثاني بعد فترة زمنية 

∆t التغير في الزمن t1 - t2

t1 [No]تركيز أكسيد النيتروجين عند الزمن الأول 

t2 [No]تركيز أكسيد النيتروجين عند الزمن الثاني 

احسب معدل سرعة التفاعل السابق إذا كان تركيز NOبعد ثانيتين من التفاعل هو 0.010 M

نظرية التصادم 

الذرات والأيونات يجب أن تتصادم حتى يحدث تفاعل بينها 

شروط التصادم الذي يؤدي التفاعل كيميائي 

1 ) اتجاه التصادم 

ليست كل التصادمات تؤدي لتكون النواتج فلابد أن تتصادم الجزيئات في مواضع مناسبة 

في تفاعل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد النيتروجين 

CO (g) + NO2 (g) → CO2 (g) + NO (g)

تصادمات غير فعالة 

تصادم فعال 

تصطدم ذرة الأكسجين في جزيء أول أكسيد الكربون بذرة النيتروجين

تتصادم ذرات الأكسجين في الجزيئين 

تصطدم ذرة الأكسجين في جزيء ثاني النيتروجين بذرة الكربون في جزيء أول أكسيد الكربون 

2 ) طاقة التنشيط 

أحيانا تتصادم الجزيئات في المواضع المناسبة ولكن لا يحدث التفاعل . تكمن الفكرة في طاقة الاصطدام ، فلابد أن يتوافر الشرطان أن يكون التصادم في الاتجاه المناسب وبالطاقة المناسبة 

طاقة التنشيط : الحد الأدنى من الطاقة لدى الجزيئات المتفاعلة واللازم لتكوين المعقد المنشط وحدوث التفاعل 

في تفاعل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد النيتروجين

CO (g) + NO2 (g) → CO2 (g) + NO (g)

تصادمات غير صحيحة 

تصادم صحيح 

حتى وإن كان اتجاه التصادم صحيح إلا أن طاقة التصادم غير مناسبة 

تصادم صحيح وطاقة مناسبة 

المعقد المنشط 

أثناء حدوث التفاعل الكيميائي قد تتكون مركبات وسطية بين المتفاعلات والنواتج لا تلبث أن تتحول إلى النواتج خلال فترة قصيرة جدا هذه المركبات تسمى المعهد المنشط . قد يتفكك المعقد المنشط وينتج النواتج وقد بتفكك وينتج المتفاعلات . 

المعقد المنشط : ( الحالة الانتقالية ) ترتيب مؤقت غير مستقر للذرات تتكسر فيه الروابط القديمة ، وتتشكل روابط جديدة في تفاعل CO (g) + NO2 (g) → CO2 (g) + NO (g) يكون المعقد المنشط OCONO

طاقة التنشيط 

طاقة التنشيط Ea الحد الأدنى من الطاقة لدى الجزيئات المتفاعلة واللازم لتكوين المعقد المنشط وحدوث التفاعل 

تعتمد سرعة التفاعل على قيمة طاقة التنشيط Ea

(Ea) مرتفعة 

(Ea) منخفضة 

الطاقة اللازمة لوقوع تصادمات مناسبة لحدوث التفاعل 

كبيرة 

صغيرة 

سهولة الوصول للطاقة المناسبة 

نصل إليها بعد فترة طويلة 

نصل إليها بسرعة 

عدد الاصطدامات ذات الطاقة المناسبة 

قليل 

كثير

سرعة التفاعل 

أبطأ

أسرع 

مخطط الطاقة 

يبين مخطط الطاقة العلاقة بين سير التفاعل الكيميائي والطاقة من المخطط السابق لتفاعل أول أكسيد الكربون مع ثاني أكسيد النيتروجين يمكن ملاحظة 

1 . يبدأ التفاعل بوجود التفاعلات (CO (g) + NO2 (g والتي تمتلك قدر كبير من الطاقة لكن لا يكفي ليحدث التفاعل 

2 . يحتاج التفاعل لقدر من الطاقة ( طائفة النشيط ) حتى يسمح بتكوين المعقد المنشط OCONO

 3. تبدأ النواتج (CO2 (g) + NO (g في التكون والتي تمتلك قدر أقل من الطاقة 

4 . الفرق في الطاقة ∆H بين التفاعلات والنواتج هو القدر الذي ينطلق 

5 . بم أن التفاعل ينتج قدرا من الطاقة لذا يكون تفاعل طارد للحراة 

مخطط التفاعل العكسي 

بعض التفاعلات تكون انعكاسية أي يمكن إعادة تكوين المتفاعلات باستخدام النواتج 

في التفاعل العكسي يظهر أن النواتج تمتلك قدرا أكبر من الطاقة عن المتفاعلات لذا يجب إضافة طاقة للمتفاعلات الفرق في الطاقة هو الطاقة التي يمتصها التفاعل . وبهذا يكون تفاعل ماص للحرارة .

العوامل المؤثرة في سرعة التفاعلات الكيميائية 

تعتمد سرعة التفاعل الكيميائي على عدة عوامل منها . 

طبيعة المواد المتفاعلة 

عنصر الخارصين أنشط من عنصر النحاس . لذلك عندما يدخل كل منهما في تفاعل يتفاعل الخارصين أسرع من النحاس . 

تفاعل الفلزات مع نيترات الفضة 

النشاطية / التفاعل

الخارصين / أنشط / أسرع

النحاس / أقل نشاطا / أبطأ

التركيز

 بزيادة تركيز أي من المواد المتفاعلة أو كلها يزداد فرص التصادمات بين الجزيئات مما يزيد من سرعة لتفاعل

تفاعل احتراق الشمع في وجود الأكسجين 

نسبة الأكسجين / التفاعل

في الهواء العادي / 20% / أبطأ . توهج عادي

في وعاء يحتوي على أكسجين فقط / 100% / أسرع . يزداد توهج اللهب 

مساحة السطح 

بزيادة مساحة سطح المواد المتفاعلة تزداد فرص التصادم بينها ما يزيد سرعة التفاعل 

تفاعل الفولاذ مع الأكسجين 

مساحة السطح / التفاعل

مسمار ساخن / صغيرة / أبطأ توهج محدود

صوف فولاذي / أكبر بكثير / أسرع . تفجر ألسنة اللهب