سرعة التفاعل الكيميائي

مقدمة

عند كتابة معادلة موزونة لتفاعل كيميائي لا نحصل منها على أي معلومات تنبئنا أن هذا التفاعل سريع أم بطيء ، وهل حدث فسي مرحلة واحدة أم في مراحل عدة

إن معرفة سرعة التفاعل أمر مهم وضروري . ففي الصناعة مثلا" : إذا كان لدينا تفاعلان ينتجان المواد نفسها ولكن أحدهما بطيء ومردوده عال ، والأخر سريع ومردوده منخفض ، فإننا قد نختار التفاعل الثاني من الناحية الاقتصادية ، أو قد لا نختار التفاعل السريع أساسا" إذا كان ينتج عنه انفجارات وأخطار . من جهة ثانية هناك تفاعلات كيميائية غير مرغوب فيها كتفاعلات الصدأ وتآكل المعادن وتعفن بعض المواد الغذائية ، لذلك نعمل على تبطئة هذه التفاعلات بإضافة المواد المضادة للتآكل أو بخفض درجة حرارة التفاعل وذلك بحفظ بعض المواد الغذائية كالحليب في الثلاجة

وفي ضوء ذلك نرى أنه من المهم أن يجري التفاعل الكيميائي وفق السرعة المطلوبة ، لذا لا بد من التحكم بسرعة التفاعل بمعرفة العوامل التي تؤثر فيها لكي نحصل على أفضل نتائج

تصنيف التفاعلات الكيميائية من حيث سرعتها

 أ- تفاعلات سريعة جدا" ( آنية ) :

أضف قليلا" من محلول يحوي أيون الفضة إلى محلول يحوي أيون الكلوريد ماذا تلاحظ ؟ هل التفاعل بطيء أم سريع ؟ يتشكل راسب أبيض هو كلوريد الفضة AgCl بشكل آني وكذلك فإن التفاعلات تعد تفاعلات سريعة جدا"

ب- تفاعلات بطيئة :

اترك مسمار نظيفا" من الحديد ساعات عدة في تماس مع الماء أو الهواء الرطب , ماذا تلاحظ ؟ تشكل طبقة من صدأ الحديد

ج- تفاعلات بطيئة جدا" :

هل فكرت كيف ومتى تكون البترول والفحم الحجري في باطن الأرض ؟ لقد تكون خلال ملايين السنين نتيجة تحلل بعض البقايا النباتية والحيوانية تحت ضغط شديد ودرجة حرارة مرتفعة

مفهوم سرعة التفاعل الكيميائي

كيف تقاس سرعة السيارة ؟ وكيف تقاس غزارة نهر ؟ بقياس المسافة التي تقطعها السيارة خلال وحدة الزمن – بقياس كمية الماء المتدفقة خلال وحدة الزمن ، تقاس سرعة أي حدث كيميائي أو فيزيائي أو بيولوجي أو... بمقدار التغير الذي يطرأ عليه خلال واحدة الزمن

وبالمثل يمكن التعبير عن السرعة الوسطية لتفاعل كيميائي بأنه نسبة التغير الحادث في كمية ( تركيز ) إحدى المواد المتفاعلة أو الناتجة إلى زمن التفاعل ، أي إنه : معدل التغير في تركيز إحدى المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن أي :

حيث C₁ تركيز أحد مكونات التفاعل في اللحظة t₁ C₂ , تركيزه في اللحظة t₂

ملاحظات

- كي تكون السرعة الوسطية لتفاعل ما موجبة دوما" يجب عند التعبير عنها بدءا" من تغير تركيز المواد المتفاعلة أن نسبق الطرف الأيمن في العلاقة السابقة بإشارة سالبة , أما عند التعبير عنها بدلالة تغيرات تراكيز المواد الناتجة فلا داعي للإشارة السالبة .

- تعرف السرعة اللحظية للتفاعل الكيميائي بالعلاقة V = dc / dt : .

- في كثير من التفاعلات لا تتساوى السرعات الوسطية لاستهلاك المواد المتفاعلة فيما بينها وكذلك قد تختلف عن السرعات الوسطية لتشكل نواتج التفاعل وذلك نتيجة لاختلاف الأمثال التفاعلية

نظرية التصادم

وضعت تفسيرات عدة لشرح كيفية حصول التفاعلات ، ولماذا توجد تفاعلات سريعة وأخرى بطيئة ومن النظريات الأكثر شيوعا" نظرية التصادم حيث تعتمد هذه النظرية على فرضين رئيسيين هما :

1- لايحدث التفاعل الكيميائي إلا إذا تصادمت جزيئات أو أيونات أو ذرات المواد المتفاعلة .

2 – ليس بالضرورة أن يؤدي كل تصادم بين جزيئين إلى حدوث تفاعل بينهما ، فهناك تصادمات فعالة و أخرى غير فعالة

ولكي يكون التصادم فعال ( ينتج عنه جزيء جديد ) ينبغي توافر الشرطين الآتيين :

الشرط الأول : أن تأخذ الجزيئات المتصادمة وضعا" مناسبا" من حيث المسافة و الاتجاه .

الشرط الثاني : أن تمتلك الجزيئات المتصادمة حدا" أدنى من الطاقة ( طاقة التنشيط ) ، يكفي لتحطيم الروابط الكيميائية بين الذرات المكونة لجزيئات المواد المتفاعلة ، وإعادة بناء روابط جديدة بين الذرات لتشكيل جزيئات المواد الناتجة

طاقة التنشيط

هي الحد الأدنى من الطاقة اللازم توافرها للجزيئات المتصادمة كي يكون التصادم فعال ,