التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن

التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن، معدل التفاعل أو معدل سرعة التفاعل الكيميائي هو معدل التغير في كميات (تركيز) المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن. أو معدل تغير نواتج التفاعل في وحدة الزمن.أي أنه عبارة عن زيادة تركيز المواد الناتجة بمرور الزمن. وبأخذ قانون بقاء المادة في الاعتبار فإن زيادة تركيز النواتج يعني نقص تركيز المواد الداخلة في التفاعل.

عوامل مؤثرة على سرعة التفاعلات

• طبيعة المواد المتفاعلة (أيونات، جزيئات، ذرات).
• تركيز المواد المتفاعلة.
• المواد الحافزة: عبارة عن مواد تزيد من سرعة التفاعل الكيميائي بدون أن تتغير كيميائياً.
• درجة الحرارة، حيث كلما زادت درجة الحرارة زادت سرعة التفاعل.
• الضغط، كلما زاد الضغط كلما زادت سرعة التفاعل.

معدل التفاعل الكيميائي هو قياس لسرعة التحول الكيميائي للمواد المشاركة في التفاعل. يشير إلى مدى سرعة حدوث التفاعل وتكوين المنتجات الجديدة أو تكسر المواد الأصلية.

معدل التفاعل الكيميائي يعتمد على عدة عوامل، بما في ذلك:

1. تركيز المواد: كلما زاد تركيز المواد المشاركة في التفاعل، زاد معدل التفاعل.
2. درجة الحرارة: زيادة درجة الحرارة يؤدي عادةً إلى زيادة سرعة التفاعل، حيث يتحرك الجزيئات بشكل أسرع وتتزايد قوة التصادم بينها.
3. وجود محفزات: المحفزات هي المواد التي تزيد من معدل التفاعل دون أن تتأثر ذاتها. تساعد المحفزات في تخفيض حاجز الطاقة اللازم لبدء التفاعل، مما يؤدي إلى زيادة سرعة التفاعل.
4. التوافق الكيميائي: يعتمد معدل التفاعل أيضًا على توافق المواد المشاركة في التفاعل وقدرتها على التفاعل مع بعضها البعض.

يتم تعبير معدل التفاعل الكيميائي عادةً بوحدات زمنية مثل مول/لتر في الثانية. يتم حسابه عن طريق قياس تغير تراكيز المواد المشاركة مع مرور الوقت.

معدلات التفاعل الكيميائي يمكن أن تكون مختلفة بشكل كبير، حيث يمكن لبعض التفاعلات أن تكون فورية وتحدث في جزء من الثانية، بينما يمكن أن تستغرق التفاعلات الأخرى ساعات أو حتى أيام لاكتمالها.

التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن

عندما يحدث تغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن، فإن ذلك يشير إلى وجود تغير في معدل التفاعل الكيميائي. قانون التفاعل الكيميائي يقول أن معدل التفاعل يتناسب طردياً مع تراكيز المتفاعلات، وعادة ما يتم تعبير ذلك بواسطة المعادلة التالية:

معدل التفاعل = k [متفاعل A]^m [متفاعل B]^n

حيث k هو ثابت سرعة التفاعل، و[متفاعل A] و[متفاعل B] هما تراكيز المتفاعلات، وm وn هما ستات أو معاملات التفاعل.

إذا قمنا بتغيير تركيز المتفاعلات، فإن معدل التفاعل سوف يتغير وفقًا لهذه المعادلة. إذا زاد تركيز أحد المتفاعلات، فمعدل التفاعل سوف يزداد أيضًا، وإذا قل التركيز، فسوف يقل معدل التفاعل.

عندما يكون لدينا تركيز ثابت لجميع المتفاعلات طوال فترة التفاعل، فإن التفاعل يكون ذو درجة تفاعل أولية. ومع ذلك، في العديد من التفاعلات الحقيقية، يكون لدينا تغير في تراكيز المتفاعلات مع مرور الزمن بسبب استهلاك المتفاعلات أو تكوين المنتجات.

لحساب التغير في تراكيز المتفاعلات أو النواتج عبر وحدة الزمن، يمكن استخدام معادلات التفاعل والبيانات التجريبية المتاحة لتحديد ثوابت التفاعل وتتبع المتغيرات في مراحل متعددة من التفاعل. يمكن استخدام الكينتيكا الكيميائية لدراسة هذه التغيرات وتحليلها.

مؤثرات على سرعة التفاعل

• طبيعة المواد المتفاعلة : بعض التفاعلات تجري سريعا، وهذا يعتمد على عدد المواد الداخلة في التفاعل وطورها إن كانت صلبة أو سائلة أو في حالة غازية حيث تتحرك المواد الصلبة بسرعة أقل من حركة الجزيئات في الحالة الغازية.
• التركيز: تزداد سرعة التفاعل بزيادة التركيز طبقا لقانون المعدل ويفسره نظرية التصادم. فبزيادة تركيز المواد المتفاعلة يزداد معدل تصادم الجزيئات بعضها البعض.
• الضغط : يزداد معدل تفاعل الغازات مع زيادة الضغط، الذي ما هو إلا زيادة في تركيز الغاز. أما في حالة تفاعل المواد الصلبة أو السائلة فمعدل تفاعلها يعتمد ضعيفا على الضغط.
• درجة التفاعل: تحدد درجة التفاعل اعتماد معدل التفاعل على تركيز المواد المتفاعلة أو ضغطها.
• درجة الحرارة: إجراء التفاعل عند درجة حرارة أعلى تمد النظام المتفاعل بطاقة حرارية من الخارج مما يزيد من معدل التفاعل، بسبب زيادة معدل الاصتدامات بين الجزيئات المتفاعلة، وهذا ما تقوله نظرية التصادم. ولكن السبب الأساسي وراء هذه الزيادة في معدل التفاعل هو أن ارتفاع درجة الحرارة يعمل على زيادة الجزيئات ذات طاقة تنشيط مما يؤدي إلى اصتدامات «ناجحة» (تجعل الجزيئات تتحد مع بعضها البعض). وتصف معادلة أرينيوس سلوك النظام المتفاعل بارتفاع درجة الحرارة. كما تصف قاعدة Q10 قاعدة تقريبية بأنه لكثير من التفاعلات يتضاعف معدل التفاعل لكل ارتفاع في درجة الحرارة قدره 10 درجات مئوية.
• المذيبات: تجري بعض التفاعلات في محاليل وقد تؤثر طبيعة السائل المذيب معدل سريان التفاعل.
• الإشعاع الكهرومغناطيسي ، والضوء الشديد : الأشعة الكهرومغناطيسية هي أحد أنواع الطاقة. ولهذا فيمكنها تسريع معدل التفاعل. وقد تتسبب في انفصال الروابط بين الذرات في الجزيئات، أو إثارة الجزيئات، فتنشأ مركبات وسطية تساعدنا على الحصول على الناتج المطلوب. (أما بالنسبة إلى الأدوية فقد تُفسد تلك التفاعلات الغير مرغوبة الدواء، لذلك ينصح بالحفاظ على الأدوية في مكان مظلم أو في ثلاجة. وأحيانا تعبأ الأدوية السائلة الحساسة للضوء في زجاجات بنية اللون ماصة للضوء.)

وعلى سبيل المثال يتفاعل الميثان مع الكلور في الظلام ولكن التفاعل يكون بطيئا جدا. ولكن في وجود ضوء خافت يتفاعل الغازان. ويصل التفاعل درجة الانفجار عند تعرض المخلوط إلى ضوء شديد.

• المحفزات : يزداد معدل التفاعل في وجود محفز (عامل مساعد)، مثل الكادميوم ، ويعمل المحفز على تسريع كلا التفاعلين في الاتجاه الأمامي والاتجاه العكسي حيث أن مفعول العامل المساعد يخفض طاقة التنشيط. والمحفز مع ذلك لا يؤثر على التوازن الكيميائي ,و إنما ينحصر مفعوله في تسريع معدل التفاعل وبالتالي تسريع الوصول إلى حالة التوازن الكيميائي.

وعلى سبيل المثال يسرع البلاتين احتراق الهيدروجين بالأكسجين عند درجة الحرارة العادية.

• النظائر: يختلف معدل التفاعل باختلاف النظير، ونجد ذلك على الأخص بالنسبة للهيدروجين حيث أن كتلة الديوتيريوم ضعف كتلة الهيدروجين.
• مساحة السطح : بالنسبة لتفاعلات تجري على السطح في تفاعلات مع المادة الصلبة يزداد معدل التفاعل بزيادة السطح. ذلك لزيادة عدد جزيئات المادة الصلبة المعرضة للمواد المتفاعلة الأخرى.
• التقليب : التقليب والرج يزيد من معدل التفاعل وعلى الاخص في تفاعلات المادة الصلبة مع السوائل.

تؤخذ جميع المؤثرات على معدل التفاعل في معادلة المعدل في الحسبان، ماعدا التركيز ودرجة التفاعل (أنظر أسفله).

معادلة معدل التفاعل

معدل التفاعل يشير إلى سرعة التغير في تركيز المواد المشاركة في تفاعل كيميائي. يمكن تعبير معدل التفاعل بوحدات مختلفة، مثل تغير في تركيز المادة على مدى الوقت (مول/لتر.ثانية) أو تغير في الضغط (بار/ثانية) أو تغير في حجم الغاز (لتر/ثانية).

في العديد من الحالات، يمكن تعبير معدل التفاعل باستخدام معادلة انحدار التفاعل، والتي تحتوي على تراكيب تعبيرية لتراكيز المواد المشاركة في التفاعل. على سبيل المثال، لتفاعل من النوع A + B → C، يمكن تعبير معادلة انحدار التفاعل على النحو التالي:

rate = k[A]^m[B]^n

حيث:

• rate هو معدل التفاعل.
• k هو ثابت التفاعل (وحداته تعتمد على الترتيبات الخاصة بالتفاعل وتعبير وحدات معدل التفاعل).
• [A] و [B] هم تراكيز المواد A و B على التوالي.
• m و n هم الأسس الكينتيكية ويمثلان التأثير النسبي لتراكيز المواد في المعادلة.

يجب ملاحظة أن معادلة انحدار التفاعل تختلف بناءً على نوع التفاعل والآلية الكينتيكية المعتمدة. قد يكون للتفاعلات المختلفة معادلات مختلفة لمعدل التفاعل.

• السؤال: التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن

• الإجابة: معدل التفاعل