العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل

التفاعلات الكيميائية هي أساس العديد من الصناعات المختلفة، حيث تتأثر هذه التفاعلات بعدد من العوامل المختلفة.

العوامل التي تؤثر على سرعة التفاعلات الكيميائية

يتمثل مفهوم الحركية في دراسة سرعة التفاعلات الكيميائية، حيث تكون بعض التفاعلات الكيميائية سريعة والبعض الآخر بطيء، وفي بعض الأحيان يرغب الكيميائيون في تسريع سرعة التفاعل البطيء وتباطؤ التفاعل، وهناك العديد من العوامل التي تؤثر على سرعة الرد الكيميائي

– طبيعة المواد المتفاعلة.
– حجم الجسيمات من المتفاعلات.
– تركيز المواد المتفاعلة.
– ضغط المتفاعلات الغازية.
– درجة الحرارة.
– المحفزات.

إذا كنت ترغب في إنتاج أكبر كمية ممكنة من المنتج في أقصر وقت ممكن في تفاعل كيميائي، يجب عليك النظر في سرعة التفاعل.

طبيعة المواد الكيميائية المتفاعلة

لحدوث تفاعل، يجب أن يحدث تصادم بين المواد المتفاعلة في موقع التفاعل للجزيء. كلما كانت الجزيئات المتفاعلة أكبر وأكثر تعقيدًا، كلما قلت فرصة الاصطدام في موقع التفاعل.

في بعض الأحيان، يتم حجب الموقع التفاعلي بالكامل في الجزيئات المعقدة للغاية بواسطة أجزاء أخرى من الجزيء، وبالتالي لا يحدث أي تفاعل. قد يكون هناك الكثير من الاصطدامات، ولكن فقط تلك التي تحدث في موقع التفاعل لها فرصة للتفاعل الكيميائي. بشكل عام، يكون معدل التفاعل أبطأ عندما تكون المواد المتفاعلة جزيئات كبيرة ومعقدة.

حجم الجسيمات من المواد الكيميائية المتفاعلة

يتوقف رد الفعل على الاصطدامات، فكلما كانت مساحة السطح التي يمكن أن يحدث فيها التصادم أكبر، كان رد الفعل أسرع. يمكن إجراء مباراة مشتعلة على قطعة كبيرة من الفحم دون حدوث أي شيء، ولكن إذا تم طحن قطعة الفحم هذه جيدا ورميتها في الهواء وتم ضرب مباراة، فسيحدث انفجار.

تركيز المواد الكيميائية المتفاعلة

زيادة عدد الاصطدامات تسرع معدل التفاعل، وكلما زاد عدد الجزيئات التي تصطدم تفاعلت بشكل أسرع، كمثال على ذلك، فإن جبيرة الخشب تحترق ببطء في الهواء الذي يحتوي على نسبة 20 في المائة من الأكسجين، ولكنها تحترق بشكل أسرع في الأكسجين النقي.

– في معظم الحالات البسيطة ، يزيد تركيز المواد المتفاعلة من سرعة التفاعل ، و مع ذلك إذا كان التفاعل معقدًا و لديه آلية معقدة (سلسلة من الخطوات في التفاعل) ، فقد لا يكون هذا هو الحال ، كما إن تحديد تأثير التركيز على معدل التفاعل يمكن أن يمنحك أدلة عن المفاعل المتورط في خطوة تحديد المعدل للآلية.

يمكن تحقيق ذلك عن طريق تغيير تركيز المفاعلات المختلفة ومراقبة تأثيرها على معدل التفاعل، على سبيل المثال، إذا لم يؤثر تغيير تركيز مفاعل واحد على معدل التفاعل، فإنك تعلم أن المفاعل المذكور لا يشارك في الخطوة الأبطأ في الآلية (وهي خطوة تحديد المعدل).

ضغط المتفاعلات الغازية

يتمثل تأثير ضغط المواد المتفاعلة الغازية في زيادة سرعة التفاعل كلما زاد الضغط، حيث يؤدي ذلك إلى زيادة عدد الاصطدامات. ومع ذلك، إذا كانت هناك آلية معقدة معنية، فقد لا يكون تغيير الضغط له النتيجة المتوقعة.

كيف تؤثر درجة الحرارة على معدل التفاعل الكيميائي

تزيد زيادة درجة الحرارة من حركية الجزيئات وتجعلها تتحرك بسرعة أكبر، مما يزيد من فرص تصادمها وتفاعلها، ولكنها في الوقت نفسه تزيد متوسط الطاقة الحركية للجزيئات، ويوضح الشكل التالي كيف يؤثر ارتفاع درجة الحرارة على الطاقة الحركية للمفاعلين ومعدل التفاعل.

تأثير درجة الحرارة على الطاقة الحركية للمتفاعلات

عند درجة حرارة محددة، لا تتحرك جميع الجزيئات بنفس الطاقة الحركية، حيث يتحرك عدد قليل من الجزيئات ببطء شديد (طاقة حركية منخفضة)، وعدد قليل منها يتحرك بسرعة كبيرة (طاقة حركية عالية)، والغالبية العظمى من الجزيئات تكون موجودة في مكان ما بين هذين الطرفين.

في الواقع، تُعد درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجزيئات، وعند زيادة درجة الحرارة، يزيد متوسط الطاقة الحركية للمتفاعلات، مما يؤدي إلى تحول المنحنى بشكل أساسي إلى اليمين نحو طاقات حركية أعلى كما هو موضّح في الشكل.

– لكن لاحظ أيضًا الحد الأدنى من الطاقة الحركية التي يحتاجها المتفاعلون لتوفير طاقة التنشيط (الطاقة اللازمة للحصول على رد فعل مستمر) أثناء التصادم. يجب أن تصطدم المواد المتفاعلة في موقع التفاعل ، لكن عليها أيضًا أن تنقل طاقة كافية لكسر الروابط حتى يمكن تكوين روابط جديدة. إذا لم يكن لدى المواد المتفاعلة طاقة كافية ، فلن يحدث تفاعل حتى إذا اصطدمت المواد المتفاعلة في موقع التفاعل.

كيف تزيد المحفزات معدل التفاعل الكيميائي

المحفزات هي مواد تزيد من سرعة التفاعل دون أن تتغير بنفسها في نهاية التفاعل. تعمل المحفزات على زيادة سرعة التفاعل من خلال خفض طاقة التنشيط للتفاعل. في الشكل السابق، قمت بالتحرك إلى اليسار حيث يوجد الخط المنقط الذي يمثل الحد الأدنى لطاقة التنشيط المطلوبة لتحقيق التفاعل، وبذلك يحصل العديد من الجزيئات على الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة. ونتيجة لذلك، يحدث التفاعل بشكل فعال.