طالب
علوم الحاسب الآلي, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University (Russia)

للتفاعلات في الكيمياء (والفيزياء) أنواعٌ وأشكالٌ كثيرةٌ. منها ما يُنتج الحرارة ومنها ما يُنتِج مركباتً جديدةً ومنها ما يُحدِث انفجارات. كما أنّ التفاعلات الكيميائية تحدث إما بسرعةٍ هائلةٍ أو بشكلٍ بطيءٍ وهذا يعتمد على نوعية المركبات الداخلة في التفاعل. هناك تصنيف آخر للتفاعلات اعتمادًا على ترتيب حدوثها وهذا ما يقودنا إلى “التفاعل المتسلسل”.

يُشار بالتفاعلات المتسلسلة إلى التفاعلات التي تنتجُ موادًا تستخدم كمدخلاتٍ في تفاعلٍ آخر. هذا الانتقال لمنتجات التفاعل فيما بينها يحول دون التأثر بالعوامل الخارجية. بعبارةٍ أخرى، تحدث شبكة التفاعل المتسلسل تحت تأثيرٍ خارجيٍّ قليلٍ أو معدوم. عادة ما يتم بدء هذه التفاعلات بتفاعلٍ واحدٍ يعدُّ شارة البداية لسلسلة التفاعلات. تستمر سلسلة التفاعلات حتى تستقر مكونات النظام المتفاعل ككل. وبالتالي يمكن تحديد التفاعل الكيميائي المتسلسل بثلاثة خطواتٍ وهي بالترتيب:

  1. البداية: أي الشروع في تنفيذ التفاعل. تتضمن هذه المرحلة توفر وسيطٍ للتفاعل (ذرة، أيونات، جزيئات محايدة) كالضوء أو الحرارة.
  2. الانتشار: تتضمن هذه المرحلة تفاعل الوسيط مع المواد المتفاعلة وإنتاج مركباتٍ جديدةٍ من نوعٍ مختلفٍ أو من نفس نوع المنتجات الداخلة في التفاعل ومن ثم يعود تأثير الوسيط على المنتجات الجديدة لتعود وتتفاعل وتتكرر هذه العملية وبهذا تنتقل منتجات التفاعل الى بقية السلسلة.
  3. النهاية: هنا يصل النظام إلى حالةٍ من الاستقرار بعد عدة تفاعلاتٍ تُستَهلك بموجبها المواد المتفاعلة.

أبسط الأمثلة على التفاعل المتسلسل هو اشتعال الشمعة. عند توفر كمياتٍ كافيةٍ من الأكسجين والحرارة ومادة الاشتعال فإن الاشتعال سيدوم إلى أن تصبح كمية أحد هذه المكونات الثلاثة غير كافيةٍ لاستمرار السلسلة. في بعض الأحيان تتسارع وتيرة سلسلة التفاعل بشكلٍ هائلٍ ويحدث التفاعل بسرعةٍ تصل إلى 1000/1 جزءٍ من الثانية وهذا ما يسمى ب” الانفجار الكيميائي”.

في المثال التالي تتوضح مراحل التفاعل المتسلسل:

التفاعل المتسلسل

يسمى التفاعل السابق ب “التفاعل الكيميائي الضوئي” حيث تتفاعل الفوتونات الضوئية مع الكلور الذي يتحلل إلى ذرتين (مرحلة بداية التفاعل المتسلسل). بعد ذلك تدخل ذرتي الكلور سلسلة من التفاعلات (مرحلة الانتشار) تنتهي بتشكل جذر HO2 الذي لا يتفاعل إلا في ظروف درجات الحرارة العالية وبالتالي تتوقف سلسلة التفاعل (مرحلة النهاية). معدل التفاعل التسلسلي حساسٌ جدًا لسرعة البدء والانتهاء ويعتمد على نسبة الشوائب الكيميائية وجدران الوعاء المستخدم في التفاعل وشكله وحجمه.

هناك تفاعلٌ آخرٌ على التفاعلات المتسلسلة وهو التفاعلات النووية. في عام 1933 اقُترِحت التفاعلات النووية من قبل العالم الفيزيائي الهنغاري” Leo Szilard ” وذلك بعد فترةٍ وجيزةٍ من اكتشاف النيوترون وهذا قبل اكتشاف الانشطار النووي بما يزيد على 5 سنوات. أمضى Szilard وقتًا طويلًافي قراءة معلوماتٍ عن التفاعلات النووية المنتجة للطاقة والتي تضمنت قذف نترونات وتحرير طاقةٍ كبيرةٍ وهذا ما بيّنه جون كوكروفت John Cockcroft (فيزيائيٌّ بريطاني) وإيرنست والتون (فيزيائيٌّ أيرلندي) Ernest Walton

لاحقًا، وبعد اكتشاف الانشطار عام 1938 تبين ل Szilard إمكانية استخدام الانشطار (الذي ينتج عنه نترون) كتفاعلٍ أساسيٍّ لانتشار التفاعل الأساسي. وبهذا تولدت سلسلة التفاعل النووي بواسطة الانشطار.

أخيرًا إن التفاعلات المتسلسلة تنقسم إلى نوعين أساسيين هما:

  • التفاعل المتسلسل الخاضع للسيطرة: وهي تلك التفاعلات التي تحدث تحت ظروفٍ منظمةٍ وشروطٍ محكمةٍ ومنها التفاعلات النووية.
  • التفاعلات المتسلسلة الغير خاضعة للسيطرة: وهي التفاعلات النووية التي تحدث في ظروفٍ خارجةٍ عن السيطرة والتحكم ويمكن أن تنتج انفجاراتً شديدةً وتشكل خطرًا على المنشآت النووية.

أكمل القراءة

448 مشاهدة

0

هل لديك إجابة على "ما هو التفاعل المتسلسل"؟