ما معنى تنشيط التفاعلات الكيميائية

2 إجابتان

التفاعلات الكيميائية هي العمليات التي يتم فيها كسر الروابط في المركبات المتفاعلة وينتج عنها مركبات جديدة تختلف عن بعضها بالخواص الفيزيائية والكيميائية، وفي سبيل تنشيط الجزيئات والذرات من أجل الانتقال المادي والتحول الكيميائي تحتاج التفاعلات الكيميائية إلى طاقة تنشيط، حيث يرمز إلى طاقة التنشيط Ea ويمكن تمثيل وحساب سرعة التفاعل والحركة الكيميائية من خلال معادلة أرهينيوس: k = Aexp (−Ea/RT) حيث:

  • K: ثابت يمثل معدل التفاعل.
  • A: معدل تصادم الجزيئات.
  • R: الثابت العام للغازات ويساوي 8,314 J·K-1·mol-1
  • T: درجة الحرارة وتقاس بالكالفن.

وبالتالي فإن تنشيط التفاعلات الكيميائية هي عملية يتم من خلالها تحفيز التفاعل من خلال مركب يسمى عامل التنشيط.

يتم استخدام المنشط الكيميائي للتفاعلات في حال إنتاج الكربون المستخدم في التنشيط من الفحم أو الخشب، حيث يتم طحن المواد الخام إلى جزيئات ناعمة وصغيرة جدًّا من أجل خلطها مع محلول عالي التركيز مثل كلوريد الزنك أو حمض الفوسفوريك أو حمض الكبريتيك ثم يتم تطبيق معالجة حرارية في جو خامل من أجل تجفيف هذا الخليط بحيث تكون درجة حرارة الوسط بين 400-700 درجة مئوية، بعد ذلك يتم إزالة العامل المنشط من خلال الماء والغسيل، وأخيرًا تتم عملية فصل المنتج عن املاط المركب والعمل على تجفيفه من أجل التطبيق.

تتم معالجة المركبات في عملية التنشيط الكيميائي من خلال عامل التنشيط الكيميائي، على سبيل المثال سنستخدم حمض الفوسفوريك كعامل تنشيط كيميائي حيث يتم تسخينه في فرن التنشيط بدرجة حرارة تترواح بين 450 و700 درجة مئوية، ثم يتم إزالة الحمض من الكربون من خلال غسيل الفحم بالماء، حيث تستقبل وحدة استعادة المواد الكيميائية المرشح من أجل إعادة التدوير، ومن ثم تبدأ عملية تجفيف الكربون كما في الشكل التالي:

يعمل المركب المنشط على منع تشكيل القطران وغيره من المركبات الثانوية من خلال التجفيف، وبفضل هذه العملية تحدث زيادة في وزن الكربون الذي يتم إنتاجه بنسبة أكبر من الزيادة التي تحدث عند التنشيط الحراري أو التنشيط الفيزيائي، كما يتم استخدام كلوريد الزنك لتحضير الكربون المنشط بعملية التنشيط الكيميائي، والجدير بالذكر أن كلوريد الزنك هو من أكثر المواد الكيميائية المستخدمة في التنشيط على الرغم من بعض المشاكل البيئية التي يسببها عند اتحاده مع بقايا الزنك، حيث ينتج كربون منشط ذو مسامية ممتازة وإنتاجية عالية، إلا أن العوامل الرئيسة التي تؤخر من جودة المسامية هي:

  • الكمية المضافة من كلوريد الزنك.
  • المعالجة الحرارية ودرجة حرارتها.

كما تحدث تغيرات في بلورة وبنية السليلوز من خلال استخدام أنهدريد الأملاح العضوية وغير العضوية بالإضافة إلى أنهدريد الأملاح الغازية وهذا ما يؤدي إلى التداخل المتجانس لليوريا.

التنشيط الكيميائي هو عملية التي يتم فيها تكوين نوع واحد مُحَفّز (C) من تفاعل ثنائي لنوعين مختلفين من المركبات (B وA):

A+B→C (E)

E: الطاقة الاهتزازية.

تعتبر عملية التنشيط الكيميائي أفضل من عملية التنشيط الفيزيائي لعدة أسباب وهي:

  1. إنتاج زائد في كمية الكربون النهائي.
  2. تعتبر عملية التنشيط الكيميائي عملية قصيرة وتنتهي بخطوة واحدة.
  3. تنتج درجات حرارة منخفضة لعملية التفاعل.
  4. مسامية متطورة وجيّدة.

أكمل القراءة

تخيل أنّك تستيقظ في صباح أحد الأيام الجميلة وتبدأ التخطيط للقيام بالكثير من الأمور الممتعة خلاله، لكن بالرغم من كل ذلك أنت بحاجة إلى دافعٍ آخر للنهوض من السرير والانطلاق في يومك المميز، أي أنّك تحتاج تجاوز عائق صغير للوصول إلى هدفك، هذا الأمر ينطبق تمامًا على ما يتم تقديمه للتفاعلات الكيميائية لتنشط وتتم، ويُعرف بطاقة التنشيط.

فطاقة التنشيط لأي تفاعل كيميائي هي الطاقة التي يتطلبها ذلك التفاعل ليتحفز ويتم. ولفهم آلية عمل هذه الطاقة يجب عليك معرفة ما يحدث بالفعل بين الجزيئات المتفاعلة أثناء التفاعل الكيميائي، فمن أجل حدوث التفاعل يجب كسر بعض من الروابط الكيميائية الموجودة في المواد المتفاعلة أو كلها بحيث يتم تكوين روابط جديدة عند انتهاء التفاعل، ولكي تصبح الروابط في حالة تُسمح لها بالكسر يجب أن يشوه الجزيء بحيث يصبح في حالة عدم استقرار تسمى حالة الانتقال، هذه الحالة هي حالة ذات طاقة عالية أي أنّه يجب إضافة كمية إضافية من الطاقة، والتي هي طاقة التنشيط، لكي يصل الجزيء إليها، ونظرًا لأن حالة الانتقال غير مستقرة فإن الجزيئات المتفاعلة لا تبقَ فيها لفترة زمنية طويلة وإنّما تنتقل بسرعة إلى الخطوة التالية من التفاعل الكيميائي. وبشكل عام، تكون الحالة الانتقالية للتفاعل دائمًا ذات مستوى طاقة أعلى من المواد المتفاعلة أو المواد الناتجة.

تعمل الطاقة الحرارية على تسريع حركة الجزيئات المتفاعلة مما يزيد من تواتر وقوة تصادماتها، كما تعمل على تحريك الذرات والروابط داخل الجزيئات الفردية مما يزيد من احتمالية انكسار الروابط، بمجرد أن يمتص الجزيء المتفاعل طاقة كافية للوصول إلى الحالة الانتقالية يمكنه أن يستمر خلال الخطوات الباقية من التفاعل والوصول إلى المنتج النهائي.

تنشيط التفاعلات الكيميائية

ترتبط طاقة التنشيط لتفاعل كيميائي ارتباطًا وثيقًا بمعدل ذلك التفاعل، حيث أنّه كلما زادت طاقة التنشيط كلما كان التفاعل الكيميائي أبطأ، وذلك لأن الجزيئات المتفاعلة لا يمكنها إكمال التفاعل إلا عند وصولها إلى قمة حاجز طاقة التنشيط، فكلما ارتفع الحاجز قلّ عدد الجزيئات التي سيكون لديها طاقة كافية لتجاوزه في أي لحظة.

تحتوي العديد من التفاعلات الكيميائية على طاقات تنشيط عالية جدًا بحيث لا يمكنها الاستمرار بدون تلك الطاقة. على سبيل المثال تؤدي تفاعلات احتراق الوقود مثل البروبان إلى إطلاق طاقة لكن معدل التفاعل يكون صفرًا فعليًا في درجة حرارة الغرفة، وبمجرد أن توفر له شرارة الاحتراق الطاقة اللازمة تصبح بعض الجزيئات قادرة على القفز فوق حاجز طاقة التنشيط وتكمل التفاعل وتطلق الطاقة؛ وتساعد الطاقة المنبعثة جزيئات الوقود الأخرى على تجاوز حاجز الطاقة أيضًا مما يؤدي إلى استمرار التفاعل بشكل متسلسل.

من الممكن خفض طاقة التنشيط للتفاعل وبالتالي زيادة معدل التفاعل، تُعرف العملية التي يتم فيها تسريع التفاعل عن طريق تقليل طاقة التنشيط الخاصة به باسم التحفيز، ويسمى العامل الذي يتم إضافته لخفض طاقة التنشيط بالمحفز، تُعرف المحفزات البيولوجية باسم الأنزيمات.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما معنى تنشيط التفاعلات الكيميائية"؟