ملخص سرعة التفاعل الكيميائي وميكانيكيته، الكيمياء

1:2:4 قانون سرعة التفاعل الكيميائي

• وتفترض أن التفاعل الكيميائي ينتج عن تصادم بين دقائق المواد المتفاعلة.
• وتتناسب سرعة التفاعل تناسباً طردياً مع عدد التصادمات الكلية التي تحدث في وحدة الحجوم في الثانية الواحدة.
• أن تملك الجزيئات المتصادمة حداً أدنى من الطاقة يسمى طاقة التنشيط.
• أن تكون الجزيئات المتصادمة ذات اتجاه مناسب لتكوين النواتج.
• $aA + bB \longrightarrow cC + dD$
• $\text{سرعة التفاعل} = k [A]^s [B]^r$
• حيث ⁦k⁩ ثابت سرعة التفاعل، وهو يعتمد على درجة الحرارة، وتختلف وحدته باختلاف رتبة التفاعل.
• (س) رتبة التفاعل بالنسبة للمادة ⁦A⁩، (ص) رتبة التفاعل بالنسبة للمادة ⁦B⁩.
• ويتم تحديد رتبة التفاعل فقط عملياً (تجريبياً)، وهذا يعني أنه لا يمكن تحديد قيم س و ص من المعاملات في المعادلة الكيميائية الموزونة، إلا في التفاعلات الأولية التي تتم في خطوة واحدة.

الرتبة الصفرية

• عمر النصف: ويطلق على الزمن اللازم لتفاعل نصف كمية المادة المتفاعلة الأصلية بعمر النصف ($z_{1/2}$).
• $a A \longrightarrow P$

2:2:4 أثر درجة الحرارة على سرعة التفاعل

• $CO_{(g)} + NO_{2(g)} \longrightarrow CO_{2(g)} + NO_{(g)}$

3:2:4 نظرية الحالة الانتقالية

• المعقد المنشّط: وتفترض هذه النظرية أنه عند اقتراب دقائق المواد المتفاعلة بعضها من بعض، يتكون بناء جديد كحالة انتقالية بين المواد المتفاعلة والمواد الناتجة يدعى بالمعقد المنشّط.
• طاقة التنشيط حسب نظرية الحالة الانتقالية هي الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتكوين المعقد المنشّط من المواد المتفاعلة.
• يتضح أنه عند حدوث تصادم فعال بين جزيئات ⁦H-H⁩ وجزيئات ⁦I-I⁩ تبدأ الروابط بين ذراتهما بالتفكك، وتبدأ رابطة ⁦H-I⁩ بالتكون، ويتكوّن المعقد المنشّط.
• وتكون عندها طاقة الحركة منخفضة وطاقة الوضع عالية؛ ما يجعله غير مستقر، سرعان ما يتفكك ليعطي المواد الناتجة أو يعود ليعطي المواد المتفاعلة.
• ولكي تتحول المواد المتفاعلة إلى المعقد المنشّط؛ يجب أن تكتسب المتفاعلات طاقة التنشيط، وعليه فإن:

4:2:4 آلية التفاعل

• آلية التفاعل: يصاحب حدوث التفاعل الكيميائي عدد من التغيرات، ومن أبرزها عملية تكسير الروابط وتكوين روابط أخرى، ومن الصعب غالباً حدوث هذه التغيرات في خطوة واحدة، وإنما تتم في مجموعة من الخطوات التي تصف كيفية حدوث التفاعل، ويطلق على مجموع هذه الخطوات (آلية التفاعل)، وتسمى كل خطوة فيها بالخطوة الأولية.
• أن الخطوات الأولية في آلية التفاعل يجب أن تعبر عن التفاعل الكلي.
• وتسمى المادة $NO_{3(g)}^*$ التي لم تظهر في المواد المتفاعلة أو الناتجة، بل ظهرت في الخطوة الأولى، وتم استهلاكها في الخطوة الثانية، بالمادة الوسيطة ⁦(Intermediate)⁩، وغالباً ما تكون غير مستقرة، ويستدل عليها عن طريق قياس إحدى خواصها الفيزيائية.
• ولعلك لاحظت أن الخطوات الأولية متفاوتة في سرعتها، والخطوة الأبطأ في آلية التفاعل هي التي تحدد سرعة التفاعل؛ لذلك يطلق عليها الخطوة المحددة لسرعة التفاعل ⁦(Rate-determining Step)⁩.

الكيمياء والتكنولوجيا والمجتمع (للاطلاع): المحول الحفزي

• أول أكسيد الكربون ⁦(CO)⁩، وهو غاز سام عديم اللون والرائحة، وعند استنشاقه بكميات كبيرة يسبب الموت السريع،
• والهيدروكربونات غير المحترقة التي تتبخر بفعل الحرارة العالية، وبتأثير ضوء الشمس تتحول إلى مواد شديدة الضرر بالبيئة والهواء،
• وأكاسيد النيتروجين ($NO_x$) التي تشكل ضباباً خفيفاً، يؤدي إلى تهيج الأغشية المخاطية للإنسان، وتذوب في مياه الأمطار مكونة المطر الحمضي.