الاعتماد على درجة الحرارة

يسمى مقياس سرعة استمرار التفاعل بمعدل التفاعل. يتم تحديد معدل التفاعل الكيميائي من خلال قانون المعدل ، الذي يصف العلاقة بين سرعة التفاعل وتركيزات المادة المتفاعلة. في هذه المعادلة، k هو ثابت المعدل، A وB هما المتفاعلان، و m وn هما ترتيب تفاعل كل منهما.

يحول ثابت المعدل العلاقة إلى وحدات المعدل المناسبة ، المولات لكل لتر في الثانية. وبالتالي ، فإن ثابت المعدل له وحدات مختلفة ، اعتمادا على الترتيب الكلي للتفاعل. ومع ذلك ، فإن ثابت المعدل له أهمية أكبر من مجرد تحويل الوحدة. يرتبط ثابت المعدل بالحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لحدوث تفاعل كيميائي - يسمى طاقة التنشيط.

في التفاعل ، تكون المواد المتفاعلة في حالة أولية من الطاقة الكامنة. مع استمرار التفاعل ، يجب أن يتغلب على طاقة كامنة معينة ، طاقة التنشيط ، قبل أن يصل إلى حالته النهائية. الطاقة الكلية للتفاعل هي الفرق بين الحالتين الأولية والنهائية. يمكن أن يكون هذا الاختلاف سالبا ، مما يعني أن التفاعل يطلق طاقة ، أو إيجابيا ، مما يعني أنه يمتص الطاقة.

إذا لم تكن هناك طاقة كافية متاحة للتغلب على طاقة التنشيط ، فلن يستمر التفاعل. في بعض الحالات ، يمكن توفير الطاقة على شكل حرارة. يوفر هذا طاقة إضافية للتغلب على حاجز التنشيط ، ويمكن أن يستمر التفاعل. يمكن أيضا إضافة محفز ، والذي يوفر مسارا بديلا للطاقة أقل تنشيطا بين المواد المتفاعلة والمنتجات.

لا تستهلك المحفزات في التفاعل ، وبالتالي لا تؤثر على صافي طاقة التفاعل. يتم تحديد طاقة التنشيط تجريبيا ، وهي مرتبطة بثابت التفاعل k بواسطة معادلة Arrhenius حيث A هو عامل ما قبل الأسي أو عامل التردد ، و R هو ثابت الغاز العالمي ، و T هي درجة الحرارة المطلقة التي يحدث عندها التفاعل.

من هذه المعادلة، نعلم أن زيادة درجة حرارة التفاعل أو تقليل طاقة التنشيط يزيد من ثابت المعدل. بالعودة إلى معادلة قانون المعدل ، يترتب على ذلك أن ثابت المعدل الأعلى ينتج عنه معدل تفاعل أعلى. هذا منطقي لأنه مع زيادة درجة الحرارة ، تتحرك الجزيئات بشكل أسرع وتتصادم بشكل متكرر ، مما يؤدي إلى زيادة جزء من الجزيئات ذات الطاقة الأعلى من طاقة التنشيط.

في هذا المختبر ، سوف تتعلم كيفية قياس طاقة تنشيط التفاعل تجريبيا باستخدام تحلل بيروكسيد الهيدروجين كتفاعل نموذجي.