قوانين سرعة التفاعل الكيميائي
مقدمة:
تعتبر سرعة التفاعل الكيميائي أحد أهم المفاهيم في الكيمياء، وهي تُعرّف بأنها معدل تغير تركيز المواد المتفاعلة أو النواتج بمرور الزمن. وهناك العديد من العوامل التي تؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي، منها درجة الحرارة وتركيز المواد المتفاعلة ووجود حفاز.
العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي:
درجة الحرارة:
تزداد سرعة التفاعل الكيميائي بزيادة درجة الحرارة. وذلك لأن زيادة درجة الحرارة تزيد من الطاقة الحركية للجزيئات مما يزيد من احتمالية تصادمها مع بعضها البعض وبالتالي حدوث التفاعل.
تركيز المواد المتفاعلة:
تزداد سرعة التفاعل الكيميائي بزيادة تركيز المواد المتفاعلة. وذلك لأن زيادة تركيز المواد المتفاعلة يزيد من عدد الجزيئات المتاحة للتفاعل وبالتالي حدوث التفاعل.
وجود حفاز:
الحفاز هو مادة تزيد من سرعة التفاعل الكيميائي دون أن تستهلك في التفاعل. تعمل الحفازات عن طريق توفير مسار بديل للتفاعل مما يقلل من طاقة التنشيط المطلوبة لحدوث التفاعل.
آثار التصادم:
نظرية التصادم:
تنص نظرية التصادم على أن التفاعل الكيميائي يحدث عندما تتصادم جزيئات المواد المتفاعلة مع بعضها البعض بالطاقة والاتجاه الصحيحين.
طاقة التنشيط:
طاقة التنشيط هي الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لحدوث التفاعل الكيميائي. وتعتمد قيمة طاقة التنشيط على نوع التفاعل الكيميائي.
التصادمات الفعالة:
التصادمات الفعالة هي التصادمات التي تحدث بين جزيئات المواد المتفاعلة بالطاقة والاتجاه الصحيحين مما يؤدي إلى حدوث التفاعل الكيميائي.
آثار التركيز:
قانون معدل التفاعل:
يُعرف قانون معدل التفاعل بأنه العلاقة الرياضية بين سرعة التفاعل الكيميائي وتركيز المواد المتفاعلة.
قانون معدل التفاعل من الرتبة الأولى:
التفاعل الكيميائي من الرتبة الأولى هو تفاعل تعتمد سرعته على تركيز مادة متفاعلة واحدة فقط.
قانون معدل التفاعل من الرتبة الثانية:
التفاعل الكيميائي من الرتبة الثانية هو تفاعل تعتمد سرعته على تركيز مادتين متفاعلتين.
آثار درجة الحرارة:
معادلة أرينيوس:
معادلة أرينيوس هي معادلة رياضية تصف العلاقة بين سرعة التفاعل الكيميائي ودرجة الحرارة.
عامل بولتزمان:
عامل بولتزمان هو ثابت رياضي يظهر في معادلة أرينيوس وهو يساوي 1.38 × 10^-23 جول/كلفن.
طاقة التنشيط:
تزداد سرعة التفاعل الكيميائي بزيادة درجة الحرارة ويرجع ذلك إلى انخفاض قيمة طاقة التنشيط المطلوبة لحدوث التفاعل.
الحفز:
الحفز المتجانس:
الحفز المتجانس هو نوع من الحفز يحدث فيه الحفاز والمواد المتفاعلة في نفس الطور.
الحفز غير المتجانس:
الحفز غير المتجانس هو نوع من الحفز يحدث فيه الحفاز والمواد المتفاعلة في طورين مختلفين.
آلية عمل الحفز:
يعمل الحفاز عن طريق توفير مسار بديل للتفاعل مما يقلل من طاقة التنشيط المطلوبة لحدوث التفاعل.
الخلاصة:
تعتبر سرعة التفاعل الكيميائي أحد أهم المفاهيم في الكيمياء، وهي تتأثر بالعديد من العوامل منها درجة الحرارة وتركيز المواد المتفاعلة ووجود حفاز. ويمكن التحكم في سرعة التفاعل الكيميائي عن طريق تغيير هذه العوامل.