معدل التفاعلات الكيميائية

                     معدل التفاعل الكيميائي

 معدل التفاعل هو السرعة التي يتم بها تحويل المواد المتفاعلة إلى مواد ناتجة. عندما نتحدث عن التفاعلات الكيميائية ، فنجد  أن معدل حدوثها يختلف من تفاعل لآخر.

 فقد تكون بعض التفاعلات الكيميائية فورية تقريبًا ، بينما يستغرق البعض الآخر بعض الوقت لكي تحدث.

على سبيل المثال ، تفاعل احتراق الخشب له معدل تفاعل مرتفع نظرًا لأن العملية سريعة و تفاعل صدأ الحديد له معدل تفاعل منخفض نظرًا لأن العملية بطيئة .

نظرية الاصطدام:

عند وضع جزيئين مختلفين معًا لا يعني بالضرورة حدوث تفاعل. لكي تتفاعل الجسيمات ، يجب أن تتصادم مع امتلاكها طاقة كافية؛ و يُطلق على الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتفاعل الجسيمات اسم طاقة التنشيط .

إذا اصطدمت الجسيمات بطاقة كافية فإنها سوف تتفاعل لتشكيل النواتج  ، نسمي هذا ” تصادمًا ناجحًا “.

كلما كانت الاصطدامات أكثر نجاحًا في وقت معين ، كان معدل التفاعل أسرع .

هناك عدد من العوامل التي تؤثر على عدد الاصطدامات وبالتالي معدل التفاعل.

العوامل المؤثرة على معدل التفاعل:

1-طبيعة المواد المتفاعلة:

 تكون بعض التفاعلات أسرع بشكل طبيعي من غيرها بينما تكون بعض التفاعلات بطيئة جدًا.

• الحالة الفيزيائية للمتفاعلات فنجد أنه  أبطأ في السوائل عند مقارنته بالغازات وأبطأ في المواد الصلبة عند مقارنته بالسوائل.

• مساحة سطح المواد المتفاعلة مهم أيضًا؛  إذا كان حجم الجسيم صغيرًا ، فستكون مساحة السطح أكبر وهذا يزيد من سرعة التفاعلات الكيميائية غير المتجانسة.

فمثلا: ذوبان مسحوق السكر أسرع من ذوبان مكعبات السكر .

2-درجة الحرارة :

وفقًا لنظرية الاصطدام ، فإن التفاعل الكيميائي الذي يحدث عند درجة حرارة أعلى يولد طاقة أكثر من التفاعل عند درجة حرارة منخفضة.

وذلك لأن الجسيمات المتصادمة ستحصل على طاقة التنشيط المطلوبة عند درجة حرارة عالية وستحدث تصادمات أكثر نجاحًا.

لاحظ أنه : هناك بعض التفاعلات لا تتأثر  بدرجة الحرارة.

3- التركيز: 

وفقًا لنظرية الاصطدام ، يزداد معدل التفاعل مع زيادة تركيز المواد المتفاعلة.

مما  يعني أن معدل التفاعل الكيميائي يزداد مع زيادة التركيز وينخفض ​​مع انخفاض تركيز المواد المتفاعلة.

معدل التفاعل الكيميائي

4-شدة الضوء:

عندما تمتص الجسيمات المزيد من الطاقة مع زيادة شدة الضوء يؤدي ذلك الى زيادة معدل التفاعل.

نلاحظ أن : الأشعاع الكهرومغناطيسي هو شكل من أشكال الطاقة ووجوده في التفاعل الكيميائي قد يزيد من معدل التفاعل لأنه يعطي جزيئات المواد المتفاعلة المزيد من الطاقة.

5-الضغط(في حالة التفاعل بين الغازات ):

6-العامل الحفاز:

تؤدي إضافة  عامل حفاز  إلى زيادة معدل التفاعل من خلال توفير  مسار بديل بطاقة تنشيط أقل . نظرًا لتقليل “حاجز الطاقة” لحدوث التفاعل ، سيكون لعدد أكبر من الجسيمات طاقة كافية للتفاعل وستكون هناك  تصادمات أكثر نجاحًا .

لاحظ أن: العوامل الحفازة لا تتغير كيميائيًا  في نهاية التفاعل ويمكن  إعادة استخدامها ؛ ولتوضيح ذلك نلاحظ أن ما يحدث يكون كالتالي :

• تنكسر الروابط الموجودة في المواد المتفاعلة ، وتترابط الجزيئات الناتجة مع العامل الحفاز ولكن هذه الروابط مؤقتة وضعيفة إلى حد ما.
• ولأن هذه الروابط ضعيفة ، فإن جزيئات أحد المتفاعلات المتفاعلة مع جزيئات المادة المتفاعلة الأخرى عندما تتصادم ، بينما ترتبط بسطح المحفز. هذا يشكل منتج التفاعل ، الذي يحتوي على روابط أقوى وأكثر ديمومة. في هذه العملية ، تنفصل عن المحفز ، ويعود المحفز إلى حالته الأصلية ، غير مستهلك وغير متغير بالتفاعل.

ملحوظة :

الإنزيمات هي عوامل حفازة  بيولوجية تسرع التفاعلات التي تحدث داخل الخلايا.

بدون الإنزيمات ، تحدث التفاعلات الأيضية ببطء شديد.

بالنسبة لبعض التفاعلات ، قد يتطلب حدوثها 2.3 مليار سنة كاملة (حوالي نصف عمر الأرض). مع الإنزيمات ، تحدث هذه التفاعلات نفسها في أجزاء من الثانية.

مثال: إنزيم البيبسين ، الذي تفرزه المعدة ويحفز تكسير البروتينات التي يتم تناولها كجزء من عملية الهضم.

أهمية دراسة معدل التفاعلات الكيميائية:

الكيمياء الحركية هي جزء من الكيمياء الفيزيائية المرتبطة بدراسة معدلات التفاعل.

ولهذا العلم العديد من التطبيقات التي تشمل علم الإنزيمات والهندسة الكيميائية والهندسة البيئية.

حيث يتيح معرفة معدل التفاعل الكيميائي للمهندسين والعلماء في جميع أنحاء العالم  الحصول على النتائج المرغوبة من تفاعل كيميائي معين بالطريقة الأكثر اقتصادا وأمانًا.

لذلك للكيمياء الحركيةدورها الحاسم في الصناعة التحويلية  وأيضا تعتبر قاعدة لمزيد من التقدم في مجالات هندسة التفاعل والهندسة الكيميائية الحيوية.

تحقق من فهمك :

العوامل الحفازة لا تتغير كيميائيًا  في نهاية التفاعل ويمكن  إعادة استخدامها ؛ تخير: هذه العبارة (صحيحة ، خاطئة ).

المراجع :

1- موقع www.byjus.com أطلعت عليه بتاريخ 9/3/2023.

2- موقع www.thesciencehive.co.uk أطلعت عليه بتاريخ 18/3/2023

3- موقع www.study.com أطلعت عليه بتاريخ 27/3/2022