كيف تقاس سرعة التفاعل
مراقبة معدل التفاعل
يعتبر معدل التفاعل الكيميائي مقياسًا لسرعة استهلاك المواد المتفاعلة وسرعة تصنيع المنتجات، ويمكن تحديد المعدل عن طريق القياس
- تتغير تراكيز المواد المتفاعلة أو المنتجات .
- يحدث تغيير في كتلة المواد المتفاعلة أو المنتجات .
- التغيرات في حجم المواد المتفاعلة أو المنتجات .
على سبيل المثال، عندما يتفاعل حمض الهيدروكلوريك المخفف مع معدن الزنك، يتم إنتاج كلوريد الزنك وغاز الهيدروجين، وهناك طريقتان بسيطتان لقياس معدل هذا التفاعل في المختبر
- عند إعداد التفاعل على الميزان كما هو موضح، يمكن مراقبة كتلة الجهاز خلال التفاعل، وسيفقد الجهاز كتلته مع هروب فقاعات الهيدروجين .
- تعد جمع الغاز وقياس حجمه خلال الإنتاج طريقة بديلة لمراقبة التفاعل، حيث يمكن جمع الغاز في حقنة غاز أو فوق الماء، شرط أنه لا يذوب في الماء .
لماذا نريد أن نعرف سرعات (معدل) التفاعلات الكيميائية
- تحدث التفاعلات الكيميائية بمعدلات مختلفة بشكل كبير على مدى فترات زمنية تتراوح من جزء من الثانية إلى أيام أو سنوات. وعلى الرغم من أن تفاعل المواد الكيميائية المتفاعلة يعتبر عاملا هاما في سرعة التفاعلات الكيميائية، إلا أن هناك العديد من المتغيرات الأخرى التي يمكن التحكم فيها لتسريعها أو تبطئتها. وفهم تغيرات الطاقة التي ترافق التفاعلات الكيميائية يعد عاملا مهما آخر في هذه العملية .
- يحدد الكيميائيون والمهندسون الكيميائيون في الصناعة تأثير المتغيرات المختلفة على معدل التفاعل لزيادة إنتاجية المنتج .
- في بعض الأحيان، يجب القيام بتنازلات من أجل تحسين العمليات الكيميائية في الصناعة الكيميائية، وضمان إنتاج كمية كافية من المنتج في فترة زمنية معينة وبطريقة موفرة للطاقة، ولذلك يتعين معرفة كيفية زيادة سرعة التفاعل الكيميائي .
كيف تقاس سرعة التفاعل
- يتم تحديد كيفية قياس معدل التفاعل بناءً على طبيعة التفاعل وشكل المنتجات المتكونة عنه، وتصف الأمثلة التالية طرقًا مختلفة لقياس معدل التفاعل، حيث يتم تحليل التفاعلات التي تنتج غازًامثل الأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون، كما يتم تحليل تفاعل تحلل بيروكسيد الهيدروجين لإنتاج الأكسجين .
طريقة حقنة الغاز
- يمكن قياس حجم الأكسجين الناتج باستخدام طريقة حقنة الغاز ، يتجمع الغاز في المحقنة ، ويدفع للخارج ضد المكبس، يمكن قراءة حجم الغاز الناتج من العلامات الموجودة على المحقنة ، يمكن تحويل هذا التغيير في الحجم إلى تغيير في التركيز ، وتقسيم ذلك على وقت التفاعل سينتج عنه معدل رد فعل متوسط .
طريقة القياس بدلالة التغييرات في الكتلة
- يمكن أيضا قياس معدل التفاعل الذي ينتج غازا عن طريق حساب فقد الكتلة عندما يتشكل الغاز ، ويهرب من دورق التفاعل ، يمكن استخدام هذه الطريقة للتفاعلات التي تنتج ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين ، ولكنها ليست دقيقة جدا للتفاعلات التي ينتج عنها الهيدروجين ، لأن الكتلة منخفضة جدا بحيث لا يمكن قياسها بدقة ، قد يكون قياس التغيرات في الكتلة مناسبا أيضا لأنواع أخرى من التفاعلا .
طريقة ردود الفعل هطول الأمطار
- يمكن استخدام كمية المادة المترسبة المتكونة في تفاعل راسب كمقياس لمعدل التفاعل على سبيل المثال، عندما يتفاعل ثيوكبريتات الصوديوم مع حمض يتشكل راسب أصفر من الكبريت .
- تتمثل إحدى طرق تقدير معدل هذا التفاعل في إجراء التحقيق في دورق مخروطي ، ووضع قطعة من الورق عليها صليب أسود أسفل قاع الدورق في بداية التفاعل ، سيكون الصليب مرئيًا بوضوح عندما تنظر إلى القارورة ، ومع ذلك ، مع تقدم التفاعل وتشكيل المزيد من الترسبات ، سيصبح التقاطع تدريجياً أقل وضوحًا وسيختفي تمامًا في النهاية باستخدام ساعة توقيت لتحديد الوقت الذي يستغرقه اختفاء التقاطع ، ثم تجميع كمية الرواسب المتكونة خلال هذا الوقت ، يمكن حساب متوسط معدل التفاعل، لاحظ أنه من غير الممكن تجميع غاز ثاني أكسيد الكبريت الذي يتم إنتاجه في التفاعل ، لأنه شديد الذوبان في الماء.
يمكنك أيضا قراءة نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي لتعزيز معلوماتك في هذا الصدد .
قياس معدل التفاعل الكيميائي
القياس الكيميائي هو فرع من فروع الكيمياء يتعامل مع النسب الكمية للمواد المتفاعلة والمنتجات التي تستهلك أو تنتج في تفاعل كيميائي معين، ومع ذلك، يجب أن نلتفت أولا إلى المعادلة الكيميائية المتوازنة لاتخاذ أي تحديدات متكافئة. في المعادلة الكيميائية المتوازنة، يمكننا بسهولة تحديد النسبة المتكافئة بين عدد مولات المواد المتفاعلة وعدد مولات المنتجات، لأن هذه النسبة ستكون دائما نسبة صحيحة موجبة. انظر مثلا لتفاعل غاز النيتروجين وغاز الهيدروجين لتكوين الأمونيا، ويتم حساب ذلك باستخدام قوانين سرعة التفاعل الكيميائي
أساس القياس الكيميائي
- علم القياس المتكافئ ممكن لأنه يستند إلى قانون الحفاظ على الكتلة ، نظرًا لأنه لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها ، ولا يمكن لتفاعل كيميائي تحويل عنصر إلى عنصر آخر ، يمكننا التأكد من أن كتلة كل عنصر فردي موجود في المادة (المواد) ، المتفاعلة لتفاعل معين يجب بالضرورة أن يتم حسابها في منتجات ، هذا القانون الفيزيائي هو ما يجعل جميع الحسابات المتكافئة ممكنة ومع ذلك ، لا يمكننا إجراء هذه الحسابات بشكل صحيح ، إلا إذا كان لدينا معادلة كيميائية متوازنة للعمل بها.
- معادلات التكافؤ والموازنة : لصنع كلوريد الهيدروجين أو أي مادة كيميائية أخرى ، توجد نسبة واحدة فقط من المواد المتفاعلة التي تعمل بحيث يتم استخدام كل الهيدروجين ، والكلور لصنع كلوريد الهيدروجين ، جرب عدة نسب مختلفة لمعرفة أي منها يشكل رد فعل كامل ، مع عدم ترك أي شيء، ما هي أبسط نسبة من الهيدروجين إلى الكلور لتكوين كلوريد الهيدروجين ؟ .
ماهي التفاعلات البطيئة
الردود الفعل التي تأخذ بعض الوقت هي ردود فعل بطيئة، وتلك التي تحدث في غضون ثوان قليلة هي ردود فعل سريعة، مثل صدأ الحديد، وتخمير السكر إلى كحول، والتجوية الكيميائية للصخور (تكسير الصخور)، وعملية التمثيل الضوئي في النباتات، وتكوين الفحم، وهي تفاعلات بطيئة، في حين يعد تفاعل تحييد قاعدة قوية مثل هيدروكسيد الصوديوم وحمض قوي مثل الهيدروكلوريك رد فعل سريع، وتعود سرعة وبطء التفاعل إلى العوامل التي تؤثر على سرعته .