فسر تأثير التركيز في سرعة التفاعل حسب نظرية التصادم

معدل التفاعل الكيميائي

معدل التفاعل هو المعدل الذي يحدث به التفاعل الكيميائي، ويتم التعبير عنه بتركيز المواد الناتجة التي تكونت خلال فترة زمنية معينة، أو المواد المتفاعلة التي تم استهلاكها خلال فترة زمنية معينة، ويمكن أيضًا أن يتم تعريفها على أنها كمية المواد المتفاعلة أو المنتجات لكل وحدة زمنية.

أولاً، نظرية الاصطدام

تتضمن نظرية الاصطدام عدة افتراضات أهمها:

الفرضية الأولى: تنص على أن الاصطدام بين جسيمات المواد المتفاعلة هو شرط أساسي لحجج التفاعل الكيميائي، مما يعني أنه لا يوجد تفاعل بين المواد دون تصادم بين جزيئاتها.

الفرضية الثانية: تنص على أن معدل التفاعل الكيميائي يتناسب طرديا مع عدد الاصطدامات بين جسيمات المواد المتفاعلة لكل وحدة زمنية.

الفرضية الثالثة: تنص على أن التصادم بين جسيمات المواد المتفاعلة يجب أن يكون تصادمًا فعالًا حتى يحدث التفاعل.

شروط الاصطدام الفعالة:

الشرط الأول:

اتجاه التصادم بين الجسيمات المتفاعلة مناسب ؛ أي أن الجسيمات تتصادم في الاتجاه الذي يؤدي إلى تكوين المنتجات.

الشرط الثاني:

أن تمتلك الجسيمات المتفاعلة أثناء الاصطدام طاقة دنيا كافية لكسر الروابط بين ذراتها وتشكيل روابط جديدة تؤدي إلى تكوين المنتجات.

عندما يحدث تصادم فعال، تضعف الروابط بين ذرات المواد المتفاعلة وتبدأ الروابط الجديدة في التكوين بين هذه الذرات.

نص على نظرية الاصطدام

“لكي يحدث تفاعل كيميائي، يجب أن يحدث تصادم بين الجزيئات المتفاعلة بحيث يكون للجزيئات المتصادمة الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لحدوث تصادم فعال.”

ثانيًا: العلاقة بين التنشيط وتغير المحتوى الحراري للتفاعل

تزداد الطاقة الكامنة للمواد المتفاعلة أثناء التفاعل بسبب تصادمها، حتى تصل إلى أعلى قيمة لها تسمى (الطاقة الكامنة للمركب المنشط).

في التفاعلات الطاردة للحرارة، تكون الطاقة الكامنة للمنتجات أقل من طاقة المواد المتفاعلة ؛ إذن، علامة دلتا H سالبة.

مثال:

ثالثًا: العوامل المؤثرة في معدل التفاعل الكيميائي

1. تركيز المواد المتفاعلة

مثال :

زيادة تركيز حمض الهيدروكلوريك -> زيادة عدد الدقائق لكل وحدة حجم -> زيادة عدد إجمالي الاصطدامات المحتملة -> زيادة عدد الاصطدامات الفعالة -> زيادة معدل التفاعل.

2. طبيعة المادة المتفاعلة

مثال:

يتفاعل الصوديوم مع الماء أسرع من المغنيسيوم ؛ لأنه أكثر نشاطاً، ويرجع ذلك إلى طبيعة تركيبته الكيميائية، حيث أنه يحتوي على إلكترون في مداره الأخير، مما يسهل ضياعه.

لإجمالي الاصطدامات المحتملة، يزداد عدد الاصطدامات الفعالة ويزداد معدل التفاعل.

3. زيادة درجة الحرارة

يوضح الرسم البياني التالي تأثير ارتفاع درجة الحرارة على معدل التفاعل:

زيادة في درجة الحرارة -> زيادة متوسط ​​الطاقة الحركية للجزيئات -> زيادة في عدد الجزيئات مع طاقة التنشيط -> زيادة عدد الاصطدامات الفعالة -> زيادة معدل التفاعل الكيميائي.

5. العوامل المساعدة

العوامل المساعدة هي المواد التي تزيد من معدل التفاعلات الكيميائية دون أن يتم استهلاكها أثناء التفاعل.

تتناقص طاقة تركيب المركب المنشط بنفس المقدار، وبالتالي يقل وقت التفاعل، لكن هذا لا يؤثر على الطاقة الكامنة لكل من المواد المتفاعلة والنواتج. كما أنه لا يؤثر على قيمة دلتا H.

لاحظ الشكل الذي يوضح تأثير المحفز على معدل التفاعل

في حين :

طاقة تنشيط Ea1 للتفاعل المباشر بدون محفز

طاقة تنشيط Ea1 * للتفاعل المباشر في وجود محفز

طاقة التنشيط Ea2 للتفاعل العكسي بدون محفز

طاقة التنشيط Ea2 * لرد فعل عكسي في وجود عامل حفاز