العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي وقانونها وتفاصيلها

العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي لها أهمية كبيرة جدًا وخاصةً في المجال الصناعي، حيث أنها تسهل من الحصول على النواتج خلال وقت أقل، ونتيجة لذلك يمكن صناعة كمية أكبر من المنتجات خلال وقت قصير، ومنها ما يحتاج إلى طاقة أكبر وتكاليف أعلى ومنها ما يوفر الوقت والجهد ويقلل التكاليف، وسنوضح لكم أكثر عن هذه العوامل في هذا المقال عبر موقع محيط.

مفهوم سرعة التفاعل الكيميائي

• هو عبارة عن السرعة التي يتم خلالها حدوث التفاعل الكيميائي، حيث تتفاعل الجزيئات مع بعضها تحت ظروف معينة لتكوين النواتج، ويعبر عنها باستخدام تركيز النواتج المتكونة خلال وقت معين.
• تركيز المتفاعلات أو النواتج يتم قياسه باستخدام المول والزمن بالثواني أو الدقائق، كما أن هناك تفاعلات سريعة ولحظية وتفاعلات بطيئة، وهناك تفاعلات تامة تحدث في اتجاه واحد وأخرى انعكاسية تسير في اتجاهين.

يرشح لك موقع محيط قراءة: الرجيم الكيميائي: 7 مخاطر مخيفة قبل إن تبدأ الرجيم الكيميائي

العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي

هناك عدة عوامل تؤثر على سرعة التفاعل واستخدامها يجعلنا نحصل على النواتج بسرعة أكبر، وهذه العوامل هي:

طبيعة المواد المتفاعلة

• يقصد بها نوع الترابط حيث أن التفاعلات الأيونية تكون سريعة بينما التساهمية تكون بطيئة، وأيضًا مساحة السطح فكلما زاد مساحة السطح المعرض للتفاعل كلما ازداد سرعة التفاعل والعكس.

تركيز المتفاعلات

• زيادة التركيز هو عبارة عن زيادة جزيئات المادة الداخلة في التفاعل، وهذا يزيد من التصادم بين الجزيئات أكثر وأكثر مما يزيد من سرعة التفاعل.

درجة الحرارة

• كلما ازدادت درجة الحرارة ازداد سرعة التفاعل، حيث أنها تعمل على كسر الروابط بين الجزيئات بسبب التصادم بينها، مما يسهل من حدوث التفاعل.

الضغط

• إن زيادة الضغط والتبريد على التفاعلات الكيميائية الغازية يحفز سير التفاعل في الاتجاه الذي يقلل من الحجم، كما أن قيمة ثابت الاتزان لا يتغير عند درجات الحرارة الثابتة.

العامل الحفاز

• هو عبارة عن مادة تدخل في التفاعل لتزيد من سرعته بدون أن تتأثر، حيث أنه يقلل من طاقة التنشيط، ويعتبر من أفضل العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي والمناسبة للاستخدام في المجال الصناعي بحيث يتم إنتاج المنتجات بأقل التكاليف.

الضوء

• يؤثر على بعض التفاعلات وأهمها البناء الضوئي وأفلام التصوير، حيث أن خلالها كلما ازدادت شدة الضوء كلما ازداد سرعة التفاعل وتكوين النواتج، وهو أحد العوامل غير المؤثرة على كل التفاعلات.

قد يهمك أيضًا: تعرف على أهمية المركبات العضوية والفرق بينها وبين الغير عضوية

تأثير درجة الحرارة على سرعة التفاعل الكيميائي

أثبتت التجارب العلمية أن سرعة التفاعل يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة، حيث أنه كلما ارتفعت درجة الحرارة تزداد طاقة حركة الجزيئات مما يزيد من فرص التصادم بينها وبالتالي يزداد سرعة تفاعل وتم تفسير ذلك باستخدام عدة نظريات منها:

النظرية الحركية للغازات

• وضحت بأن لكل جزي طاقة حركية خاصة به عند درجة حرارة معينة، بعضها يمتلك طاقات متوسطة وأخرى أقل، وعند حدوث التفاعل عند هذه الدرجة يتفاعل عدد من الجزيئات التي تمتلك طاقة كافية للتفاعل.
• عندما يتم رفع درجة الحرارة يدخل عدد أكبر من الجزيئات وهكذا حتى تتفاعل جميعها وتسمى هذه الطاقة بطاقة التنشيط، وبذلك يزداد سرعة التفاعل ويتم الحصول على النواتج بسرعة أكبر.

نظرية التصادم

هي عبارة عن نظرية توضح أهمية العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي، ولماذا تزداد سرعة التفاعل عند وجود أي منها.

كما أنها توضح تأثير درجة الحرارة على سرعة التفاعل وتشمل عدة افتراضيات ومن أهمها:

1. الافتراض الأول: ينص على أنه من الضروري حدوث تصادم بين جزيئات المتفاعلات حتى يحدث التفاعل، وفي حالة عدم حدوث التصادم بين دقائق المتفاعلات فلن يحدث تفاعل.
2. الافتراض الثاني: يخبرنا بأن هناك علاقة طردية بين سرعة التفاعل وعدد التصادمات التي تحدث بين جزيئات المتفاعلات خلال وحدة الزمن.
3. الافتراض الثالث: يدل على أنه من الضروري حدوث تصادم بناء بين الدقائق كشرط أساسي لحدوث التفاعل.

وحتى يكون التصادم بناء لابد أن يكون اتجاهه صحيح بين جزيئات المتفاعلات، بحيث يكون في الاتجاه المؤدي لتكون النواتج، وأن تمتلك الدقائق حد أدنى من الطاقة التي تلزم حدوث التفاعل.

اقرأ أيضًا من هنا: العوامل المؤثرة في سرعة التفاعلات الكيميائية

تأثير التركيز في سرعة التفاعل الكيميائي

يعتبر التركيز من أهم العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي، كما قام الكثير من العلماء بالتجارب لإيجاد العلاقة بين التركيز والسرعة حتى وجدها العالمان فاج وجولدبرج لتوضح هذه العلاقة وهي كالتالي:

قاما بوضع قانون ليعبر عنها وسمي قانون فعل الكتلة وينص على “أن سرعة التفاعل الكيميائي يتناسب طردي مع ناتج الحاصل الضربي لتركيز جزيئات مواد التفاعل بحيث يرفع كل منها لأس مساوي لعدد المولات أو الأيونات.

وهذا القانون له أهمية كبيرة في الكيمياء وسهل الكثير من العلاقات الصعبة التي لم يتمكن الكثيرين من تفسيرها، كما يتم استخدامه لحساب قيمة ثابت الاتزان لأي معادلة كيميائية عند ثبوت درجة حرارتها.

العوامل المؤثرة على الاتزان الكيميائي

الاتزان الكيميائي هو الحالة التي يحدث فيها ثبات واتزان بين المتفاعلات والنواتج، ولا يحدث أي تغير بالتفاعلات لهذا النظام أو في نسبة التركيزات، وهناك عدة عوامل تؤثر على حالة الاتزان على حسب مبدأ لوشاتليه وهي:

التركيز

• حيث أنه عند زيادة تركيز أي مادة داخل التفاعل فإن التفاعل سيتجه للناحية الأخرى، حيث أن قيمة ثابت الاتزان لا تتغير، لذلك في حالة زيادة التركيز في اتجاه يتجه التفاعل للناحية الأخرى.

درجة الحرارة

• تؤثر على قيمة ثابت الاتزان، لذلك فإنه في حالة التفاعلات الماصة إذا ارتفعت قيمة درجة الحرارة فإن التفاعل يتجه للناحية الممتصة مما يزيد من قيمة الثابت، وفي حالة التفاعل الطارد فإن زيادة درجة الحرارة يقلل من قيمة الثابت.

الضغط

• من العوامل التي تؤثر على قيمة الثابت ووضع الاتزان، حيث أنه في التفاعلات الناتج عنها غازات يسير التفاعل في الناحية التي تقلل من حجم النظام، بينما التفاعلات الحادثة في المحاليل فإنها لا تتأثر.

العلاقة بين طاقة التنشيط وسرعة التفاعل الكيميائي

تعرف طاقة التنشيط على أنها أقل طاقة تحتاجها الجزيئات الداخلة في التفاعل الكيميائي حتى تصل لحالة نشاطها، ويحدث التفاعل الكيميائي وتتكون النواتج.

يوجد علاقة بين هذه الطاقة وبين سرعة التفاعل حيث تتناسب طرديًا معه، أي أنه كلما تزداد الطاقة كلما يزداد سرعة التفاعل والعكس، وهذه الطاقة تزداد كلما ازداد التصادم بين الجزيئات، وعندما تصل لأعلى قيمها تسمى بطاقة الوضع.

قانون سرعة التفاعل الكيميائي

هو علاقة بين تركيز المتفاعلات وسرعة التفاعل والعامل الحفاز في حالة وجوده، فإذا افترضنا التفاعل التالي: A + 2B ➡️ C + 2D، ويمكن كتابة الصيغة العامة للتفاعل في حالته الغازية كالتالي:

• سرعة التفاعل = ثابت التفاعل × تركيز المتفاعلات، كما أن ثابت التفاعل يرمز له K، وتعتمد قيمته على درجة الحرارة وطبيعة المتفاعلات.
• تركيز المتفاعلات هي [A]، [B] من المعادلة السابقة، وكل منها يكون مرفوع لأس يساوي عدد المولات أو الأيونات التي تسبق المادة في المعادلة الكيميائية الموزونة.

بعد أن وضحنا العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي، والقانون المستخدم لحساب سرعة التفاعل، يجب الانتباه على أهمية وزن المعادلة الكيميائية قبل حل أي مسألة، حتى تتمكن من الحصول على الناتج الصحيح.