ما هي العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي

الموسوعة » كيمياء » عمليات كيميائية » ما هي العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي

يُقال دائمًا أن الكيمياء مُرتبطةٌ بالمطبخ، هل سمعت عن هذا من قبل؟ حسنًا، لنعرف ما السر في ذلك. عندما تغلي الماء لتحضر كوبًا من الشاي أو القهوة فإنك تقوم بتفاعلٍ كيميائيٍّ من خلال هذا الغليان، وأنت لا تدري، وعندما تُحضر وجبة الدجاج التي تشتهيها، وتحرص على وضع كميةٍ مناسبةٍ من الملح وغيره من البهارات التي تُضّفي طعمًا لذيذًا إذا أحسنت تقدير الكميات المطلوبة، ووضعتها في أوقاتها المناسبة أثناء عملية الطهي، ليكون الناتج شهيًّا، وهذا بالضبط ما يفعله الكيميائيون بضبط كافّة العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي وعملياته، حتى يحصلوا على النتائج المُرادة، فيستخدمون المواد المطلوبة وبكمياتٍ مُقدرةٍ وأيضًا لوقتٍ مُحددٍ.

لكن ماذا إذا أردنا أن نزيد سرعة التفاعل الكيميائي حتى نحصل على النتيجة المرجوة وفي أسرع وقتٍ؟ في حالة الطهي قد تستخدم مكوناتٍ تزيد من سرعة الطهي أو قد تزيد الحرارة أو تستخدم آلاتٍ تساعد في ذلك.

أما عن الكيميائين، فهم يستخدمون طرقًا مشابهةً تُسمى العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي، وإنّ هذه العوامل لا تستطيع أن تراها بالمعادلة الكيميائية، فالمعادلات الكيميائية لا تصف إلا المواد المتفاعلة والمواد الناتجة من هذا التفاعل، لكن تستطيع أن تتعرف على هذه المعلومات من خلال دراسة الحركية الكيميائية للتفاعل، والتي تتوقف على عدة عواملَ منها تركيزات المواد المتفاعلة، ودرجة الحرارة، والحالات الفيزيائية للمواد المتفاعلة، ومساحة سطح المتفاعلات، وخصائص المذيبات، والمحفزات إذا كانت موجودةً، والوسط، وطبيعة المتفاعلات، والخلط والضغط.§

قبل أن نخوض بالتفصيل في شرح هذه العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي لذا فلنتعرف على التفاعل الكيميائي.

تعريف التفاعل الكيميائي

عبارة عن عمليةٍ كيميائيةٍ، يتم فيها تحويل المواد المُتفاعلة إلى نواتجَ، وتتم هذه العملية عندما يقوم التفاعل بإعادة ترتيب الذرات المُكونة للمواد المتفاعلة، ومن خلال ذلك التغيير في ترتيب الذرات، فإن النواتج تتكون ومن ثم ينتهي دور التفاعل الكيميائي بحصولنا على الناتج المطلوب.§

العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي

  • تركيز المواد المتفاعلة: لكي تتفاعل أيّ مادّتين فلا بد من حدوث تلامسٍ ولو بسيط بين هاتين المادتين حتى تسنح الفرصة للجزيئات أو الذرات المُكونة لهذه المادة بأن تتفاعل مع بعضها البعض، فإذا لم يكن هناك تلامسٌ فلن يكون هناك تفاعلٌ، وكلما زاد عدد الجزيئات المتفاعلة من خلال زيادة تركيز المواد المتفاعلة، فإن معدل التفاعل سيزداد والعكس صحيح.
  • تأثير المذيبات: طبيعة المذيب قد تؤثر في سرعة التفاعل، فعلى سبيل المثال تفاعل التبادل الذي يتم بين محلول أسيتات الصوديوم مع يوديد الميثيل، ويكون الناتج أسيتات الميثيل ويوديد الصوديوم، فإذا حدث هذا التفاعل في ثنائي ميثيل فورماميد يكون أسرع 10 ملايين مرة عن ما إذا حدث في الميثانول، ويرجع ذلك إلى أن الميثانول يُشكل روابط هيدروجينية مع أيونات الأسيتات بينما لا يفعل ذلك ثنائي ميثيل فورماميد، فالرابطة الهيدروجينية تقلل من تفاعل ذرات الأكسجين في أيون الأسيتات، مما يقلل من سرعة التفاعل. أيضًا هناك عامل اللزوجة الذي يُؤثر في سرعة التفاعل، ففي حالة المذيبات عالية اللزوجة، فإن التفاعل بين جزيئات المواد يكون بطيئًا حيث يقل احتمالية تصادم الجزيئات المتفاعلة، أما في حالة المذيبات قليلة اللزوجة فيحدث العكس تمامًا، فيسهل التصادم بين الجزيئات المتفاعلة وبالتالي تزيد سرعة التفاعل.
  • المُحفزات: من العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي بشكلٍ ثانويٍّ، وهي عبارةٌ عن موادٍ يتم إضافتها للتفاعل الكيميائي وتُزيد أو تثبط من معدل التفاعل دون أن تتغير أو تغير من النواتج. من أهم مايميز العوامل الحفازه هو أنها انتقائيةٌ بطبيعتها، مما يساعد في تحديد ناتجٍ معينٍ مطلوب من هذا التفاعل.§
  • درجة الحرارة: أسمعت من قبل عن مصطلح “طاقة التنشيط”؟ إذا كان جديدًا على مسمعك، فدعني أعرفه لك. طاقة التنشيط: هي الحد الأدنى من الطاقة التي تحتاجها الجزيئات المتفاعلة لكي تستطيع التصادم فيما بينها ليحدث التفاعل، وكلما زادت طاقة التنشيط زاد التفاعل الكيميائي. إذًا، ما علاقة طاقة التنشيط بالحرارة؟ كلما ارتفعت الحرارة كلما زادت طاقة التنشيط، وبالتالي زاد التصادم بين الجزيئات، ومن ثم يزداد معدل التفاعل الكيميائي والعكس صحيح. وهذا يوضح دور الحرارة كعاملٍ مؤثرٍ على سرعة التفاعل. هناك قاعدةٌ تشير الى أن معدل التفاعل يتضاعف لكل ارتفاع 10 درجات مئوية في درجة الحرارة.
  • الوسط: من أهم العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي هو الوسط المُحيط، وهذا يظهر بشكلٍ واضحٍ على معدل التفاعل، مثالٌ على ذلك، هناك أنواعٌ من المذيبات تزيد من سرعة التفاعل؛ وهناك أنواعٌ أخرى تبطیء من سرعة التفاعل، ومن الأوساط التي تزيد من سرعة التفاعل هي الأوساط مُتعادلة الشحنة، مثل المُذيبات القطبية؛ وأشهرها الماء.
  • مساحة السطح: من أكثر العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي أهميّةً؛ فكلما زادت مساحة السطح المُعرضّة للتفاعل زاد معدل التفاعل؛ خاصةً في أنواع التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين المواد المُتفاعلة الصلبة.§
  • الضغط: يؤثر هذا العامل المُؤثر فقط على التفاعلات التي تحدث بين المواد الغازية، أما المواد الصلبة أو السائلة فلا يوجد أي تأثيرٍ ملحوظٍ للضغط عليها؛ لكن في حالة الغازات كلما زاد ضغط الغاز قل حجمه، مع عدم تغيير عدد الجزيئات، كما أن الضغط يساعد جزيئات الغازات على أن تصطدم بشكلٍ متكررٍ، وهذا لا يحدث إلا في حالة الغازات شديدة الانضغاط.
  • طبيعة المتفاعلات: لطبيعة المواد المتفاعلة تأثيرٌ واضحٌ على سرعة التفاعل، وبإختلاف طبيعة المواد المتفاعلة من مادةٍ لأخرى تختلف سرعة التفاعل، وقد تختلف طبيعة هذه المواد في عدة عواملَ منها اختلاف حالات المادة المتفاعلة، فهناك حالاتٌ عدةٌ للمادة منها الحالة السائلة، والحالة الغازية، والحالة الصلبة. هناك أيضًا عاملٌ آخر يؤثر على طبيعة المادة المتفاعلة وهو أنواع الروابط التي تربط الجزيئات، فهناك الروابط التساهمية الضعيفة، والروابط التساهمية القوية؛ التي تربط ذرات جزيئات المادة مع بعضها، فكلما زادت قوة الرابطة التساهمية زادت قوة ترابط الجزيئات، وصَعُب فصل ذرات جزيئات المادة مع بعضها، وبالتالي صَعُب تفاعلها مع أي مادةٍ أخرى، فيقل معدل التفاعل والعكس صحيح.§
  • الخلط: يؤدي خلط المواد المتفاعلة مع بعضها إلى زيادة سرعة التفاعل.§
37٬240 مشاهدة