سرعة التفاعل الكيميائي والعوامل المؤثرة عليه
سرعة التفاعل الكيميائي والعوامل المؤثرة عليه
الكينتيكا الكيميائية ( علم الحركة الكيميائية)
هو دراسة سرعة التفاعل الكيميائي وكيف تتغير سرعة التفاعلات الكيميائية بتغير الظروف. سرعة التفاعل الكيميائي تقيس عدد مولات المواد المتفاعلة التي تختفي في وحدة زمن، أو عدد مولات المواد الناتجة التي تظهر في وحدة زمن.
عند ثبات حجم التفاعل ( أو تقريبا ثبات الحجم) فإنه من الملائم تعريف سرعة التفاعل الكيميائي بمعدل نقصان تركيز المواد المتفاعلة في وحدة زمن أو معدل زيادة تركيز المواد الناتجة في وحدة زمن. هناك عوامل عديدة تؤثر في سرعة التفاعل الكيميائي وتشمل:
1- تأثير طبيعة المواد المتفاعلة:
بالاعتماد على خصائص المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، فإن التفاعلات الكيميائية يلزمها أوقات مختلفة حتى تنتهي. على سبيل المثال، سنعرض التفاعل الكيميائي للعناصر القلوية مع الماء.
العناصر القلوية تتفاعل مع الماء كما في هذه المعادلة العامة:
M+H2O →M+(aq) + OH-(aq)+½H2(g
حيث M تمثل Li، Na،K، Rbأو Cs
سرعة التفاعل الكيميائي تزيد وبشكل ملحوظ على التوالي من Li وحتى Cs. والسبب في ذلك أن سرعة هذا التفاعل الكيميائي تعتمد على طاقة تأين ذرات الفلز. كما قلت طاقة التأيين، أصبح من الأسهل إطلاق الالكترون من ذرة الفلز، وبالتالي سرعة التفاعل الكيميائي تزيد.
تفاعل الهالوجينات مع الهيدروجين يري مثالا معاكسا في التوالي للتفاعل السابق. حيث أن F هو أصغر الهالوجينات، كمية كبيرة من الطاقة تنتج عند تفاعل F2 مع H2 للحصول على مركبHF . من جهة أخرى، I هو أكبر الهالوجينات، وبالتالي عندما يتفاعل I2 مع H2 للحصول على HI، كمية قليلة جدا من الطاقة تنتج والتفاعل أبطء بكثير من الفاعل السابق.
2- تأثير التركيز:
حتى يحدث تفاعل كيميائي، الجزيئات أو الأيونات يجب أن تتصادم ببعضها البعض. هذه التصادمات في الغالب عنيفة بما فيه الكفاية للإنتاج ترتيب جديد للذرات وبالتالي تكوين نواتج جديدة, كلما زاد عدد الجزيئات في وحدة حجم، كلما زادت التصادمات بين الجزيئات. وبالتالي فإن زيادة تركيز المواد المتفاعلة بشكل عام تزيد من سرعة التفاعل الكيميائي.
3- تأثير مساحة السطح في التفاعلات متغايرة الخواص:
التفاعل بين المادة الصلبة والغازية أو بين المادة الصلبة والسائلة يسمى تفاعل متغاير الخواص. في مثل هذا التفاعل، المواد المتفاعلة يمكن أن تلتقي فقط على سطح المادة الصلبة. كلما زادت مساحة سطح المادة الصلبة كلما زاد عدد الذرات المتوفرة للتفاعل. لنفس كمية المادة، كلما صغر حجم الدقيقة الصلبة زادت مساحة السطح، وبالتالي زادت سرعة التفاعل متغير الخواص.
4- تأثير الحرارة:
بزيادة درجة الحرارة تزيد طاقة حركة المواد المتفاعلة والمواد الناتجة. وبالتالي فإن الجزيئات تتحرك بسرعة أكبر وتصطدم بقوة أكبر مع بعضها البعض. وكنتيجة لذلك، تصادمات فعالة أكثر يمكن أن تحدث سوف تؤدي الى نواتج جديدة.
رفع درجة الحرارة بمقدار عشر درجات مئوية يؤدي الى مضاعفة سرعة التفاعل الكيميائي لمعظم التفاعلات الكيميائية.
5- تأثير العامل المساعد:
العامل المساعد هو مادة تزيد سرعة التفاعل الكيميائي دون أن تستهلك في ذلك التفاعل. من الناحية النظرية يمكن إضافة العامل المساعد للتفاعل وبعد إنتهاء التفاعل يمكن فصل العامل المساعد وإستعماله مره أخرى.
معظم التفاعلات الكيميائية، ومن أجل إبتدائها، تحتاج الى كمية محددة من الطاقة، هذه الطاقة نسميها طاقة التنشيط. العامل المساعد يسرع التفاعل الكيميائي من خلال توفيره مسلكا جديدا للتفاعل بأقل طاقة تنشيط ودون أن يؤثر في نواتج التفاعل. من الأمثلة على العوامل المساعدة الانزيمات داخل جسم الكائنات الحية، وبعض الفلزات ( مثل Ni، Pt،Pd)، والتي تستخدم كعوامل مساعدة في التفاعلات متغيرت الخواص مثل تفاعل الهدرجة.
6- تأثير التحريك :
تحريك خليط التفاعل الكيميائي يزيد من طاقة حركة المواد المتفاعلة وبالتالي يزيد من إحتمالات التصادمات وبالتالي يزيد سرعة التفاعل الكيميائي.
