سرعة التفاعلات الكيميائية إن حياتنا اليومية مليئة بالعديد من العمليات الخاصة بالتفاعلات الكيميائية، حيث أن العمليات البسيطة التي نقوم بها بشكل يومي مثل النوم والإستيقاظ والتنفس وتناول الطعام والمشي وغيرها ما هي إلا مجموعة من الأمور الناتجة عن بعض التفاعلات الكيميائية، وفي هذا المقال سوف نتعرف عبر موقع زيادة سوياً على سرعة التفاعلات الكيميائية.
التفاعل الكيميائي
- يقصد بالتفاعل الكيميائي هو تكسير روابط كيميائية في المواد المتفاعلة من أجل إنتاج روابط جديدة في المواد الناتجة، الأمر الذى يؤدى إلى تكوين مواد جديدة مختلفة في كلاً من الصفات الكيميائية والصفات الفيزيائية.
- كما تشمل التفاعلات الكيميائية تغير ترتيب الذرات في الجزيئات الكيميائية، حيث أننا في التفاعلات الكيميائية يمكننا أن نرى اتحاد بعض الجزيئات بطرق أخرى من أجل تكوين شكل من مركب أكبر وأعقد.
- أو تفكك المركبات من أجل تكوين جزيئات أصغر، أو إعادة ترتيب الذرات في المركب، وبمعنى أدق فإن التفاعلات الكيميائية تشمل عادة تكسر أو تكوين روابط كيميائية.
- كما أن التفاعلات الكيميائية تلعب دور حيوي وفعال في أيض الكائنات الحية وفي التمثيل الضوئي للنباتات التي تمدنا بكلاً من الغذاء والأكسجين.
انواع التفاعلات الكيميائية
هناك العديد من التفاعلات الكيميائية، ولكن هناك تفاعلات كيميائية رئيسية تتمثل فيما يلي:
1ـ تفاعلات الأكسدة
ويطلق على تفاعلات الأكسدة في اللغة الإنجليزية اسم (Oxidation-Reduction Reaction) وفي هذا التفاعل يتم تغيير أعداد أكسدة الذرات، وقد تتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال نقل الإلكترونات بين الأنواع الكيميائية المختلفة.
وعندما يحدث هذا التفاعل بين مركبين يؤدى ذلك إلى إزدياد شحنة العنصر المرجع وذلك بسبب فقدانه للإلكترون السالب في حين يكتسب العنصر المؤكسد شحنة سلبية عند التقاطه لذلك الإلكترون، مما ينتج عن ذلك تكوين عنصرين أحدهما سالب والآخر موجب يتجاذبان مع بعضهما ليكونا مركباً واحداً.
2ـ تفاعلات الاتحاد
ويطلق على تفاعلات الاتحاد في اللغة الإنجليزية اسم (Direct Combination Reaction) وفي هذا التفاعل يتم أتحاد نوعان أو أكثر من المواد الكيميائية من أجل تشكيل منتج أكثر تعقيداً.
ومن أمثلة تفاعلات الإتحاد حدوث مزيج بين كلاً من الحديد والكبريت من أجل تكوين كبريتيد الحديد.
3ـ تفاعلات التحلل
ويطلق على تفاعلات التحلل في اللغة الإنجليزية اسم (Chemical Decomposition Or Analysis Reaction) وفي هذا التفاعل يتم تقسيم المركب إلى أنواع كيميائية أصغر.
ومن أمثلة تفاعلات التحلل التحليل الكهربائي للماء في الأكسجين وغاز الهيدروجين.
4ـ تفاعلات الاستبدال الفردية أو تفاعلات الإزاحة المفردة
ويطلق على تفاعلات التحلل في اللغة الإنجليزية اسم (Single Displacement Or Substitution Reaction) وتتميز تفاعلات الاستبدال أو تفاعلات الإزاحة المفردة في أنه يتم بعنصر واحد يتم إزاحته من مركب بعنصر آخر.
ومن أمثلة تفاعلات الاستبدال الفردية أو تفاعلات الإزاحة المفردة إتحاد الزنك مع حمض الهيدروكلوريك.
5ـ تفاعلات الاستبدال الثنائية
ويطلق على تفاعلات الاستبدال الثنائية في اللغة الإنجليزية اسم (Metathesis Or Double Displacement Reaction) وفي هذا التفاعل يتم فيه تبادل مركبين روابط أو أيونات من أجل تكوين مركبات مختلفة.
ومن أمثلة تفاعلات الاستبدال الثنائية ما يحدث بين كلوريد الصوديوم ونترات الفضة من أجل تشكيل نترات الصوديوم وكلوريد الفضة.
6ـ تفاعلات القاعدة الحمضية
ويطلق على تفاعلات القاعدة الحمضية في اللغة الإنجليزية اسم (Acid-Base Reaction) ويعتبر هذا التفاعل نوع من تفاعل الاستبدال الثنائية الذى يحدث بين الحمض والقاعدة.
7ـ تفاعلات الاحتراق
ويطلق على تفاعلات الاحتراق في اللغة الإنجليزية اسم (Combustion Reaction) ويعتبر هذا التفاعل نوع من أنواع تفاعلات الأكسدة والاختزال، حيث تتحد فيه مادة قابلة للاشتعال مع مؤكسد من أجل تكوين منتجات مؤكسدة وتوليد الطاقة.
8ـ تفاعلات الأزمرة
ويطلق على تفاعلات الأزمرة في اللغة الإنجليزية اسم (Isomerization) وفي تلك التفاعلات يتم تغيير الترتيب الهيكلي للمركب ولكن تكوينه الذري الصافي يبقى كما هو.
سرعة التفاعلات الكيميائية
سرعة التفاعلات الكيميائية أو معدل سرعة التفاعلات الكيميائية يطلق عليها في اللغة الإنجليزية اسم (Reaction Rate) هي عبارة عن السرعة التي يتقدم فيها التفاعل الكيميائي.
ويتم التعبير عن سرعة التفاعلات الكيميائية بأنها هي تركيز المواد الناتجة في وحدة الزمن أو تركيز المواد المتفاعلة المستهلكة في وحدة الزمن.
تقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها
يمكن تقسيم التفاعلات الكيميائية طبقاً إلى مدى سرعتها وفقاً إلى الآتي:
1ـ تفاعلات تتم في وقت قصير جداً
وتتمثل تلك التفاعلات في أنواع عديدة مثل التفاعل الإنفجارى، وكذلك انفجار البارود، وانفجار مخلوط الهيدروجين والأكسجين.
2ـ تفاعلات ذات معدل بطئ نسبياً
وتتمثل تلك التفاعلات في تفاعل الزيوت مع الصودا الكاوية.
3ـ تفاعلات بطيئة جداً تحتاج لعدة شهور
وتتمثل تلك التفاعلات في تفاعل الهواء مع الحديد لتكوين صدأ الحديد.
4ـ تفاعلات بطيئة جداً تحتاج لآلاف أو ملايين السنين
وتتمثل تلك التفاعلات في تكوين النفط في باطن الأرض.
ما هو قانون معدل سرعة التفاعل؟
يمكن التعبير عن قانون معدل سرعة التفاعل الكيميائي وذلك للمعادلة التالية (A+B→C) من خلال الآتي:
- معدل التفاعل= التغير في التركيز/ التغير في الزمن.
- معدل التفاعل للمادة A= – التغير في تركيز المادة A/ التغير في الزمن.
- معدل التفاعل للمادة B= – التغير في تركيز المادة B/ التغير في الزمن.
- معدل التفاعل للمادة C= – التغير في تركيز المادة C/ التغير في الزمن.
- معدل التفاعل= – التغير في تركيز المادة A/ التغير في الزمن= – التغير في تركيز المادة B/ التغير في الزمن= – التغير في تركيز المادة C/ التغير في الزمن.
العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي، وتتمثل تلك العوامل فيما يلي:
1ـ مدى تركيز المواد المتفاعلة
هناك علاقة وثيقة بين معدل التفاعل الكيميائي وتركيز المواد المتفاعلة، فكلما زادت نسبة تركيز المواد المتفاعلة كلما إزداد معدل التفاعل الكيميائي وذلك بسبب عدد الجزيئات المتصادمة في وحدة الزمن.
2ـ درجة الحرارة
حيث أن هناك ارتباط بين درجة الحرارة ومعدل التفاعل الكيميائي، حيث أن معدل التفاعل الكيميائي يزداد بارتفاع درجة الحرارة، نظراً لأن درجة الحرارة تلعب دوراً كبيراً في زيادة الطاقة الحركية للجزيئات المتصادمة في وحدة الزمن.
3ـ وسط التفاعل وطبيعة المواد المتفاعلة
حيث أن معدل التفاعل الكيميائي يعتمد على الوسط الذي يحدث فيه، سواء كان هذا الوسط مائياً أو عضوياً، وسواء كان قطبياً أو غير قطبياً، وسواء كان في الحالة الصلبة أو في الحالة السائلة أو في الحالة الغازية.
4ـ وجود العوامل المساعدة
حيث أن العوامل المساعدة أو المحفزات تعمل عمل الإنزيمات، حيث أنها تعمل على خفض طاقة تنشيط التفاعل الكيميائي، ومن ثم زيادة معدل التفاعل الكيميائي، ويرجع ذلك إلى زيادة عدد الجزيئات المتصادمة بين المواد المتفاعلة.
كما أن العوامل المساعدة تعمل على تحفيز سير التفاعل من أجل الوصول إلى التوازن المطلوب بسرعة فائقة.
5ـ الضغط
كما يعتبر الضغط من العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي حيث يزداد معدل التفاعل الكيميائي بزيادة الضغط.
6ـ مزج المواد المتفاعلة
حيث أن مزج المواد المتفاعلة مع بعضها البعض يساعد على زيادة قدرتها على التفاعل الكيميائي ومن ثم زيادة معدل التفاعل الكيميائي.
7ـ الإشعاع الكهرومغناطيسي والضوء الشديد
بما أن الأشعة الكهرومغناطيسية هي أحد أنواع الطاقة، لذلك فيمكنها تسريع معدل التفاعل، كما أنها تتسبب في انفصال الروابط بين الذرات في الجزيئات أو إثارة الجزيئات مما يؤدى إلى إنشاء مركبات وسطية تساعدنا في الحصول على النتيجة المطلوبة.
8ـ النظائر
حيث يختلف معدل التفاعل باختلاف النظير، فنجد أن نسبة الهيدروجين على وجه الخصوص أقل من كتلة الديوتيريوم.
9ـ مساحة السطح
حيث أن معدل التفاعل يزداد بزيادة السطح نظراً لزيادة جزيئات المادة الصلبة المعروضة للمواد المتفاعلة الأخرى.
10ـ التقليب
من المعروف علمياً أن عملية التقليب أو عملية الرج تزيد من معدل التفاعل وعلى الأخص في تفاعلات المادة الصلبة مع السوائل.
الاتزان الكيميائي
يقصد بالاتزان الكيميائي بأنه هو الحالة الديناميكية التي يتساوى فيها معدل التفاعل الأمامي مع معدل التفاعل العكسي.
بمعنى أنه لا يوجد تغيير صاف في مستوى تركيز المواد المتفاعلة والناتجة.
شروط النظام الكيميائي أثناء حالة الاتزان
سوف نوضح فيما يلي شروط وخصائص النظام الكيميائي أثناء حالة الاتزان والتي تتمثل في:
- لابد وأن يكون النظام مغلقاً، بمعنى أن النظام لا تخرج منه أي مواد ولا تدخل إليه أي مواد أخرى.
- التوازن هو عملية ديناميكية بحيث يحدث فيها التفاعل الأمامي والعكسي.
- يتساوى معدل التفاعل الأمامي مع معدل التفاعل العكسي.
- لا يشترط أن تتساوى كمية المواد المتفاعلة والناتجة، ولكن لابد وأن تظل الكميات ثابتة بعد تحقيق حالة التوازن.
وفي ختام مقالنا هذا نكون بذلك قد تحدثنا عن كلاً من التفاعل الكيميائي، انواع التفاعلات الكيميائية، سرعة التفاعلات الكيميائية، تقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها، ما هو قانون معدل سرعة التفاعل؟، العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي، الاتزان الكيميائي، شروط النظام الكيميائي أثناء حالة الاتزان.