تعريف سرعة التفاعل
في الكيمياء يتم صنع الكثير من التفاعلات الكيميائية، وفي تلك التفاعلات هناك ما يُعرف بسرعة التفاعل، ومن الجدير بالذكر أن سرعة التفاعل للتفاعل الكيميائي المُحدد عبارة عن مدى التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو التغيير في تركيز العناصر لكل وحدة زمنية، ومن الممكن أن يتم تعريف سرعة التفاعل الكيميائي على أنها التغير في تركيز المادة مقسومة على الفترة الزمنية التي يتم في خلالها ملاحظة ذلك التغيير.
ما هي العلاقة بين سرعة التفاعل وتركيز المواد المتفاعلة
تزايد معدل التفاعل يحدث عند زيادة تركيز المواد المتفاعلة بشكل عام، ويحدث هذا عند وجود العديد من الجزيئات أو الأيونات التي تتفاعل لتشكيل منتجات التفاعل. ويكون ذلك صحيحا خاصة عندما تكون التركيزات منخفضة، وبالتالي يكون هناك قليل من الجزيئات أو الأيونات التي تتفاعل. وعندما يكون مستوى التركيزات عاليا بالفعل، فإن زيادة التركيز لا تؤثر كثيرا على سرعة التفاعل. وعندما يتم إضافة العديد من المواد المتفاعلة، فإن زيادة تركيز واحدة قد لا تؤثر على سرعة التفاعل إذا لم يكن هناك عدد كاف من المواد المتفاعلة الأخرى. بشكل عام، يمكن القول أن التركيز هو العامل الوحيد الذي يؤثر على سرعة التفاعل، والعلاقة بينهما عادة ليست بسيطة أو خطية.
تتفاوت سرعة التفاعل بشكل عام بتغير تركيز المواد المتفاعلة، فعند زيادة تركيز جميع المواد المتفاعلة، يحدث تفاعل لمزيد من الجزيئات أو الأيونات لتكوين مركبات جديدة، وبالتالي يزداد معدل التفاعل، وعند انخفاض تركيز المادة المتفاعلة، يكون هناك أقل عدد من الجزيئات أو الأيونات، وبالتالي يحدث انخفاض في سرعة التفاعل، وفي بعض الحالات الخاصة مثل التركيزات العالية للتفاعلات التحفيزية أو لمتفاعل واحد، قد لا يؤثر تغيير تركيز المواد المتفاعلة على سرعة التفاعل.
في التفاعلات الكيميائية النموذجية، يتفاعل العديد من المواد لتشكيل مواد جديدة، ومن الممكن جمع المواد معا في شكل غاز أو سائل أو حتى محلول، وتؤثر كمية كل مادة متفاعلة على مدى سرعة استمرار التفاعل، وفي الغالب يوجد ما يكفي من مادة متفاعلة واحدة، وتعتمد سرعة التفاعل على المواد المتفاعلة الأخرى الموجودة، وفي بعض الأوقات، يتوقف سرعة التفاعل على تركيز كافة المواد المتفاعلة، وفي بعض الأحيان، يوجد محفزات تحدد سرعة التفاعل، وبناء على الحالة المحددة، قد لا يكون لتغيير تركيز أحد المتفاعلات أي تأثير على سرعة التفاعل
على سبيل المثال، يتم إضافة المغنيسيوم كمادة صلبة في التفاعل مع حمض الهيدروكلوريك الموجود بشكل محلول، ويتفاعل الحمض مع المغنيسيوم من المعدن بشكل رئيسي ويستمر التفاعل عندما يتآكل المعدن، وعندما يزيد تركيز حمض الهيدروكلوريك في المحلول، يتآكل المزيد من أيونات الحمض في المعدن ويزداد سرعة التفاعل
وبالمثل، عندما يحدث تفاعل بين كربونات الكالسيوم وحمض الهيدروكلوريك، فإن زيادة تركيز الحمض تسرع من سرعة التفاعل طالما وجدت كمية كافية من كربونات الكالسيوم، ومن الجدير بالذكر أن كربونات الكالسيوم هي مسحوق أبيض يمزج مع الماء ولكنه لا يذوب، وعندما يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك، يتحول إلى كلوريد الكالسيوم القابل للذوبان ويتحرر ثاني أكسيد الكربون، ولا يؤثر زيادة تركيز كربونات الكالسيوم على سرعة التفاعل عندما تكون الكمية كبيرة بالفعل في المحلول.
العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل
العوامل الأربعة الرئيسية التي تؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي هي التي قد تؤثر بشكل كبير على سرعة التفاعل الكيميائي، ويجب توضيح تلك العوامل
- تركيز المادة المتفاعلة
عادةً ما يؤدي زيادة تركيز مادة متفاعلة واحدة أو أكثر إلى زيادة سرعة التفاعل، وذلك يحدث لأن التركيز العالي للمادة المتفاعلة يزيد من عدد التصادمات بين المتفاعلين في فترة زمنية محددة.
- الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة ومساحة السطح
إذا كانت الجزيئات المتفاعلة متواجدة في مراحل مختلفة، مثل الحالة في خليط غير متجانس، فإن سرعة التفاعل ستكون محدودة بسطح المراحل المتلامسة. على سبيل المثال، إذا تم خلط مادة فلزية صلبة مع غاز متفاعل، فإن الجزيئات الموجودة على سطح المعدن هي التي يمكنها التصادم مع جزيئات الغاز. وبالتالي، يزيد زيادة سطح المعدن من خلال سحقه بشكل مسطح أو تجزئته إلى قطع صغيرة من سرعة التفاعل.
- درجة الحرارة
عادةً ما تزيد زيادة درجة الحرارة من سرعة التفاعل، حيث تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة متوسط الطاقة الحركية لجزيئات المواد المتفاعلة، وبالتالي ستكون نسبة أكبر من الجزيئات قادرة على الاصطدام والتفاعل بأدنى حد من الطاقة.
- وجود محفز
تعمل المحفزات على زيادة سرعة التفاعل عن طريق المشاركة فيه دون استهلاكها، وتوفر مسارًا تفاعليًا بديلًا للحصول على المنتجات. وفي بعض الأحيان تكون المحفزات ضرورية في العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية.
تزداد سرعة التفاعل بارتفاع درجة الحرارة بسبب زيادة
يزيد ارتفاع درجة الحرارة سرعة التفاعل بسبب زيادة عدد التصادمات بين الجزيئات، ويمكن استخدام درجة الحرارة كمقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجزيئات المتحركة. ومزج جزيئات متفاعلة مع بعضها البعض يزيد فرصة التصادم، ومع ارتفاع درجة الحرارة، يزيد عدد التصادمات والطاقات الحركية، وبالتالي يزداد السرعة بشكل عام.
رتبة التفاعل
يمكن تعريف ترتيب التفاعل الكيميائي على أنه مجموع قوة تركيز المواد المتفاعلة في تعبير قانون المعدل، وهذا ما يسمى بترتيب التفاعل الكيميائي. ويمكن أن تكون التفاعلات من الدرجة الأولى أو الثانية أو تفاعل زائف من الدرجة الأولى وهكذا، وذلك يعتمد على تركيز المواد المتفاعلة. ويجب ملاحظة أن ترتيب التفاعل هو قيمة تجريبية وهذا يدل على أنها معلمة محددة تجريبيا، ويمكن أن يكون لها قيمة كسرية أيضا