بحث عن العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي

العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل مفيدة بشكل كبير تعرف عليها من خلال موقع مُحيط، لأنه من أحد خصائصها أنها تساعد في زيادة المواد الناتجة عن التفاعل، ويمكن إستخدام هذه الخاصية في الحصول على كثير من الأمور المطلوبة والحيوية بالنسبة لحياتنا اليومية، كما أن البحث عن العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل ودراستها بشكل معْملي من الأمور الشيقة، والتي تحتاج لزكاء لأنها تُستخدم بنسب دقيقة للحصول على النتيجة المطلوبة، وبالشكل المرغوب فيه.

العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل

تعمل تلك على زيادة حركة التصادم بين الجزيئات المتفاعلة، فتُزيِد من معدل التفاعل الكيميائي، كما أنها لا تُذكر خلال كتابة المعادلة الكيميائية الخاصة بالتفاعل، ولكنها تظهر من خلال حركة التفاعل الكمْيائية، فالمُعادلة تُوضح المواد المتفاعلة والناتجة.

كما تصف التركيز المولي لكل منهم، بينما حركة التفاعل الكمْيائية يظهر من خلالها التركيز وحالة المواد الفيزيائية، وما إذا كان التفاعل يحتاج لدرجة حرارة أو عامل محفز، أو زيادة في الضغط أو إلى وسط مذيب أو للخلط، وغيرها من العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل، والمتمثلة فيما يلي:

• التركيز.
• العامل المحفز.
• درجة الحرارة.
• مساحة السطح.
• النظائر.
• الضغط.
• المواد المذيبة.
• الخلط.
• طبيعة المواد المتفاعلة.
• الحساسية للضوء.

للمزيد من المعلومات حول العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل يُرجى قراءة الآتي: العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي وقانونها وتفاصيلها

أهم العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل الكيميائي

إليكم اهم وأبرز العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل الكيميائي وهي كالتالي:

عامل التركيز

من العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل هي تركيز المواد المتفاعلة فبّزيادته تزداد كمية الجزيئات المتفاعلة، والتي تزيِد من حركة التصادمات بينها، فتؤَدي لكسر المزيد من الروابط الموجودة بينها، وتكوين روابط جديدة بين النواتج بسرعة أكبر طبقاً لنظرِية التصادم، وذلك كالتالي:

• يتم ذلك في وحدة معينة من الزمن فبالتالي تزيد من معدل التفاعل، والعكس عندما تزيد تركيزات المواد الناتجة يقل معدله.
• أحد الأمثلة على ذلك احتراق الكربون في وجود الأكسجين، حيث يتم بشكل بطيء في الهواء الجوي لأن نسبة الأكسجين قليلة.
• بخلاف ما إذا تم التفاعل في وجود أكسجين نقي فيكون أسرع لأن التركيز هنا أعلى.

العامل المحفز

أحد العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل حيث يعمل على زيادة سرعة كلٍ من التفاعلين الأمامي والعكسي بنفس القدر، دون نفاذ كمية العامل المساعد عن طريق تقليل طاقة التنشيط، ولكنه يتحول من حالة إلى أخرى فبالتالي يُمكن إعادة إاستعْماله مرة أخرى في تفاعل آخر، ونُوضح ذلك فيما يلي:

• من الأمثلة الموضحة لذلك تحلل فوق أكسيد الهيدروجين، حيث يتحلل ببطء في حرارة الجو العادية إلى ماء وأكسجين.
• يُضاف يوديد البوتاسيوم كمادة محفزة للتفاعل فيتصاعد غاز الأكسجين، مما يدل على زيادة سرعة التفاعل.
• يعمل على خفض طاقة التنشيط لكل من التفاعلين الأمامي والعكسي وذلك لانخفاض طاقة المنشط.
• من الأمثلة الحيوية على العامل المساعد هي الإنزيمات الموجودة في جسم الإنسان، حيث تعمل على تحفيز العديد من العمليات الحيوية كتحُلل النشا إلى سكر ثنائي باستخدام إنزيم الأميليز.
• تتم عملية الهضْم باستخدام الإنزِيمات الهاضمة التي تُفرزها المعدة، وتتم التفاعلات في درجة حرارة الجسم العادية بخفض طاقة التنشيط للتفاعلات، بخلاف إجراء هذه التفاعلات في المعامل فتحْتاج لدرجة حرارة عالية لعدم وجود العامل المساعد.

درجة الحرارة

يرتبط الارتفاع في درجة الحرارة بزيادة معدل التفاعل، حيث تُزيد من طاقة حركة الجزيئات المتفاعلة فتزِيد من التصادمات الحاصلة بينها خلال وحدة زمنية معينة، وهناك جزيئات لا تُشارك في التفاعل في درجات الحرارة العادية.

ولديها ما يُعرف بطاقة التنشيط وهي الحاجز وراء مشاركتها في التفاعل، وعند مد الوسط بدرجة حرارة عالية تنكسر طاقة التنشيط الخاصة بالجزيئات فتتفاعَل، وذلك كالآتي:

هناك قاعدة تقريبية تُسمى Q10، وتنص على أنه كما زادت درجة حرارة التفاعل بمعدل قدره عشر درجات مئوية فإن معدل التفاعل يتضاعف.

نظراً لأن درجة الحرارة من العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل، تنصح شركات الأدوية بحفظ الدواء عند درجة حرارة معينة، للحفاظ على المواد الكيميائية المكونة له وبالتالي الحفاظ على الصفة العلاجية.

النظائر

عندما تحمل ذرات العنصر الواحد نفس العدد الذري، ولكن تختلف في الكتلة بسبب عدد النيترونات المختلفة في كل منها عندها تُسمى هذه الذرات نظائر، ولها نفس الخواص الكيميائية ولكن تختلف سرعة التفاعل في كل منها، لاختلاف الكتلة كما في الهيدروجين والديوتيرْيوم.

للمزيد من المعلومات حول العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل يُمكنك قراءة الآتي: العوامل المؤثرة في سرعة التفاعلات الكيميائية

مساحة السطح

هناك قاعدة تنص على أنه كلما زادت مساحة السطح المعرض للتفاعل كلما زادت سرعة التفاعل، أي أنه إذا كانت المادة متغيرة في الحالة الفيزيائية لها أي ممكن أن تتواجد في أكثر من حالة، فهناك حالة أسرع في التفاعل من الأخرى، وذلك كالآتي:

• محلول برمنجنات البوتاسيوم أسرع في التفاعل منه بودرة وذلك لأن سطح التفاعل أكبر.
• الحديد يتعرض للتآكل والصدأ أسرع على شكل بودرة منه على هيئة سلك عند نفس الظروف.

الضغط

يظهر تأثير الضغط على المواد في الحالة الغازية حيث يزيد من حركة الجزيئات لكونه أحد العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل، مما يرفع من معدل التصادم فتزِيد سرعة التفاعل، أما تفاعل الحالات الأخرى للمادة لا يعد الضغط عامل مؤثر في سرعتها بشكل ملحوظ.

المواد المذيبة

هي عبارة عن سائل أو غاز يعمل على إذابة المواد الصلبة أو السائلة أو الغازية فيتكون عنه محلول، وهذه المحاليل قد تُؤثر طبيعتها في المواد المتفاعلة فتزِيد من سرعة التفاعل.

الخلط

عملية الخلط أو التحريك من العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل، حيث تعمل على زيادة سرعة الجزيئات المتصادمة فتزداد معها سرعة التفاعل.

طبيعة المواد المتفاعلة

تختلف نتيجة التفاعل باختلاف المواد المتفاعلة ونوعها ومكانها في الجدول الدوري وإلكْترونات التكافؤ، وذلك كالتالي:

• الموادْ أحادية التكافؤ تتفاعل أسرع من ثنائية التكافؤ، وذلك لأن سرعة فقد إلكترون واحد أسرع من أثنين.
• مثلاّ فلز الليثيوم أسرع في التفاعل من فلز الكالسيوم، حيث يحتوى المدار الأخير لليثيوم على إلكترون واحد بينما الكالسيوم على إثنين.
• الحالة الفيزيائية للمادة تُؤثر على معدل التفاعل، فالمحالِيل السائلة تكون أيوناتها حرة فتتفاعَل بشكل أسرع من المواد الصلبة لأن أيوناتها مقيدة الحركة، فمثلاً محلول نترات النحاس أسرع في التفاعل من مسحوقه.

الحساسية للضوء

يعد من العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل وذلك لتأثر بعض المواد بالضوء والأشعة فوق البنفسجية، لكونها تُسبب الآتي:

• تعمل على تحلل الروابط بين جزيئاتها كالبوليستْرين والبلاستيك، حيث تتأثر بالأطوال الموجية للأشعة القادمة من الشمس فتُزودْها بالطاقة اللازمة لكسر الروابط .
• أحد الأمثلة الحيوية مادة الكلوروفيل الموجودة في النبات، و التي تتأثر بالضوء فتُنتج ثاني أكسيد الكربون وكذلك بعض المواد العضوية الأخرى.
• توجد أدوية تتأثر بالضوء فينصح بحفظها في مكان مظلم، وعادةً ما يتم تعبئتها في زجاجات ماصة للضوء بنية اللون.

التفاعل الكيميائي

يُعرف بأنه عملية فصل الروابط بين جزيئات عنصرين أو أكثر، لتكونها بشكل وبخصائص ومسمى جديد، وأثناء حدوث ذلك وتكون العنصر المختلف تحدث تغيرات.

منها تكون راسب أو انطلاق غاز أو تغير لون المحلول أو المادة المتكونة نتيجة تأثرها بألوان المواد المتفاعلة، وكلها من الأمور التي يستدل بها على سرعة التفاعل أو انتهاؤه.

يُمكنك إثراء معلوماتك والتعرف على المزيد حول أنواع التفاعلات من خلال: أنواع التفاعلات الكيميائية اول ثانوي

سرعة التفاعلات الكيميائية

تختلف التفاعلات الكيميائية عن بعضها البعض في السرعة، فمنها ما يتم في وقت قصير جدا كانفجار البارود، ومنها ما يكون قصير بشكل نسبي كتآكُل الحديد فيحٔتاج لعوامل مساعدة، ومنها ما هو بطِئ كتفاعُل الصودا مع الزيت ومنها ما هو بطِئ جداً يحتاج سنوات.

معدل سرعة التفاعل

يقاس معدل سرعة التفاعل بالنسبة للزمن الذي يتم فيه التفاعل، وتتغير خلاله تركيز المواد المتفاعلة والناتجة، وذلك لما يلي:

• الزيادة في كمية النواتج يُقابلها نقصان في كمية المتفاعلات طبقًا لقانون بقاء المادة.
• يُمكن تعريفه على أنه التغير في تركيز أي من المواد المتفاعلة أو الناتجة عن التفاعل في وحدة الزمن، وذلك عندما تكون كمية المتفاعلات عبارة عن تركيز وهو الأكثر شيوعاً.
• من الممكن أن تكون كتلة، عندها يكون معدل سرعة التفاعل عبارة عن التغير في الكتلة مقسوماً على التغير في الزمن.
• نفس الشيء إذا كانت المتفاعِلات حجوم فيكون معدل التفاعل ناتج قسمة التغير في الحجم على التغير في الزمن.
• يتم وضع إشارة سالبة عند حساب معدل استهلاك المتفاعلات، وذلك لتناقص كميتها مع الزمن فيكون التغير في التركيز سالب فتصبح السرعة قيمة عددية موجبة.

العلاقة بين طاقة التنشيط وسرعة التفاعل

العلاقة بينهما عكسية وذلك لأنه بزيادة طاقة التنشيط تقل احتمالية مشاركَتة في التصادم فتَقل سرعة التفاعل، ومع ذلك لا تُعد من العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل.

قد نمر في حياتنا اليومية بالعديد من التفاعلات الكيميائية، ونطبق عليها عوامل تُؤثر في سرعة التفاعل دون أن ندري، وخاصةً داخل المطبخ فغليَان الماء تفاعل وعمل كوب من الشاي تفاعل.

واستخدام الموقِد والحرارة من العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل، وطهي الطعام بمختلف الأشكال واستخدام البهارات والتوابل كلها صور وأشكال للكِيمياء والتفاعلات.

وخارج المطبخ هناك العديد من أشكال التفاعل التي تحدث دون أن ندري بها حتى، وهذا هو حال الكون بشكل عام فسبحان الخالق القدير.