معدل التفاعل الكيميائي، هو مقدرا التغيُّر في تركيز المواد المتفاعلة في وحدة من الزمن، معدل التفاعل ، معدل التفاعل، أيّ هو السرعة التي يتقدم بها التفاعل الكيميائي، وغالبًا ما يتم التعبير عنه إما من حيث التركيز (الكمية لكل وحدة حجم) لمنتج يتكون في وحدة زمنية أو تركيز مادة متفاعلة تُستهلك في وحدة زمنية. وبدلاً من ذلك، يمكن تعريفه من حيث كميات المواد المتفاعلة المستهلكة أو المنتجات التي تتكون في وحدة زمنية.

حيث إن وحدة قياس التركيز مول/لتر، ووحدة قياس الزمن ثواني أو الدقائق أو حتى الساعات.

وتُقسم معدلات التفاعل، إلى:

  • التفاعل التام: وفيه يقل تركيز المتفاعلات حتى ينتهي وزيد تركيز النواتج.
  • التفاعل غير التام: يقل تركيز المتفاعلات ويزيد تركيز النواتج حتى يصل التفاعل لحالة الاتِّزان.

العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي:

  • درجة الحرارة: وتعد العامل الأساسي، حيث يؤدي رفع درجة الحرارة إلى زيادة معدل التفاعل لأن زيادة الطاقة الحركية يؤدي إلى زيادة من عدة التصادمات بين جزيئات المادة المتفاعلة، وهذا يزيد من فرصة امتلاك بعض الجسيمات المتصادمة طاقة تنشيط كافية للتفاعل مع بعضها البعض، يمكنك أن تُستخدم معادلة أرهينيوس لقياس تأثير درجة الحرارة على معدل التفاعل، من المهم أن نلاحظ أن بعض معدلات التفاعل تتأثر سلبًا بدرجة الحرارة في حين أن القليل منها مستقل عن درجة الحرارة.
  • التفاعل الكيميائي: تلعب طبيعة التفاعل الكيميائي دورًا كبيرًا في تحديد معدل التفاعل، على وجه الخصوص، فإن تعقيد التفاعل وحالة مادة المواد المتفاعلة مهمان. فعلى سبيل المثال، يعد تفاعل مسحوق في محلول أسرع من تفاعل قطعة كبيرة من مادة صلبة.
  • التركيز: زيادة تركيز المواد المتفاعلة يزيد من معدل التفاعل الكيميائي.
  • الضغط: زيادة الضغط تزيد من معدل التفاعل.
  • الترتيب: يحدد ترتيب التفاعل طبيعة تأثير الضغط أو التركيز على المعدل.
  • المذيب: في بعض الحالات، لا يشارك المذيب في التفاعل ولكنه يؤثر على معدله.
  • الضوء: غالبًا ما يسرع الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر من معدل التفاعل. في بعض الحالات ، تتسبب الطاقة في تصادم الجسيمات. في حالات أخرى ، يعمل الضوء على تكوين منتجات وسيطة تؤثر على التفاعل.
  • عامل حافز: العامل الحافز يقلل طاقة التنشيط ويزيد من معدل التفاعل في الاتجاهين المباشر والعكسى.

لذا فإن هذه العوامل تحككم بسرعة التفاعل، والذي يمكن أن يندرج ضمن التصنيف التالي:

  • تفاعلات سريعة جدًا Extremely fast reactions: وهي التفاعلات التي تحدث في وقتٍ قصير جدًا “لحظة”، مثل تفاعل نترات الفضة مع كلوريد الصوديوم حيث أنه يتكون الراسب الأبيض بمجرد وضع المتفاعلات مع بعضها البعض.
  • تفاعلات متوسطة السرعة Moderately slow reactions: وهي التفاعلات الذي يكون فيها معدل التفاعل بطيء نسبيًا، وتحتاج عدة دقائق لتتم، مثل تفاعل الدهون أو الزيوت مع الصودا الكاوية لتشكيل الصابون والجلسرين.
  • تفاعلات بطيئة جدًا Very slow reactions: بعض التفاعلات تحتاج لشهور حتى تتم، مثل صدأ الحديد المتكوِّن.

أكمل القراءة

معدل التفاعل الكيميائي

إن مصطلح “معدل التفاعل الكيميائي” يعني مقياس التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة لكل وحدة زمنية، وغالبًا ما يُشار إلى معدَّل التفاعل بمصطلحٍ آخر هو “سرعة التفاعل”، ويُمكن أن يُحسب بتقسيم التغيُّر في تركيز مادة على الفترة الزمنية التي يحدث خلالها هذا التغير، ومن المهم معرفة أن قيمة معدل التفاعل يجب أن تكون موجبة دومًا.

يوصلنا مصطلح معدل التفاعل الكيميائي إلى الكثير من المصطلحات الكيميائية الأخرى مثل:

المعدل اللحظي للتفاعل: هو تغير تركيز المواد المقاس في مدة زمنية محددة ∆t، وكلما زادت قيمة ∆t قلَّت دقة المعدل اللحظي.

المعدل الأولي: هو المعدل اللحظي المُقاس بالقرب من نقطة بداية التفاعل (t=0)، وتلعب المعدلات الأولية دورًا هامًا في دراسة حركية التفاعل.

ثابت المعدل الكيميائي: هو ثابت التناسب الخاص بكل تفاعل.

قانون معدل التفاعل الكيميائي: هو تعبير يربط معدل التفاعل مع ثابت التفاعل ومع تراكيز المواد المتفاعلة.

تؤثر على معدل التفاعل العديد من العوامل والتي يُمكن شرح آلية تأثيرها من خلال نظرية التصادم بين الجزيئات والجسيمات، وستجد في السطور التالية توضيحًا لأهم هذه العوامل:

درجة حرارة التفاعل: إن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات المتفاعلة، وبالتالي زيادة سرعة الجزيئات مما يزيد فرص تصادمها مع بعضها؛ وهذا يؤدي إلى رفع طاقتها أكثر وتقليل الزمن اللازم لحدوث كامل التفاعل مع الأخذ بعين الاعتبار أن الحرارة لا تؤثر على تراكيز المواد المتفاعلة، وبالتالي يزداد معدّل التفاعل الكيميائي بما أن البسط (أي تراكيز المواد) يبقى ثابتًا بينما تنخفض قيمة المقام (الزمن اللازم لحدوث التفاعل).

التركيز: إن زيادة التركيز يعني وجود المزيد من الجزيئات المتفاعلة في حجم معين مما يزيد فرص حدوث التصادمات وبالتالي يزيد معدل التفاعل بسبب زيادة البسط.

مساحة سطح الجسيمات المتفاعلة أو حجمها: بالنسبة للمواد الصلبة فمن المعروف أن مسحوق مادةٍ ما حاوٍ على العديد من الجسيمات الصغيرة يتفاعل بسرعة أكبر من تفاعل الجسمات ذات الحجم الأكبر لنفس المادة ومع الحفاظ على نفس الكتلة؛ وذلك بسبب زيادة المساحة الكلية للسطح المشارك في التفاعل في حالة المسحوق وبالتالي زيادة فرص التصادم بين الجسيمات وزيادة معدل التفاعل.

الوسيط: إن الوسيط هو عبارة عن مادة خارجية لا تدخل في التفاعل بين المواد الأولية ولكن تُستخدم لزيادة أو إبطاء سرعة التفاعل، وتُعتبر المُحفزات التي تزيد سرعة التفاعل هي المثال الأكثر شهرةً على الوسائط الكيميائية؛ حيثُ تعمل المحفزات على تقليل طاقة التنشيط -وهي الطاقة اللازمة لبدء التفاعل الكيميائي- وبالتالي تقليل الزمن اللازم لحدوث التفاعل من دون التأثير على تراكيز المواد المتفاعلة أو على التصادمات فيما بينها، ولكن بعض المحفزات مثل الأنزيمات تزيد معدَّل التفاعل من خلال الارتباط المؤقت مع المواد المتفاعلة وتوجيهها بالاتجاه الصحيح لحدوث تصادم ناجح.

الضوء: إن وجود الضوء يعمل كعامل محفز فيزيائي حيثُ يُقدم الضوء طاقةً إضافية لحدوث التفاعل وبالتالي زيادة سرعة ومعدل التفاعل الكيميائي.

الضغط: إن زيادة الضغط تُقلل الحجم الذي تشغله المواد الغازية وبالتالي يُقلل المسافات بين الجسيمات مما يؤدي إلى زيادة فرص تصادمها وزيادة معدل التفاعل، ولكنه لا يلعب دورًا مهمًّا في تفاعلات المواد الصلبة أو السائلة لأن حجمها ثابت نسبيًا.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما معنى معدل التفاعل الكيميائي"؟