معدّل التفاعل

معدل التفاعل هو التغير في كمية المادة المتفاعلة أو المنتج لكل وحدة زمنية. لذلك يتم تحديد معدلات التفاعل عن طريق قياس الاعتماد الزمني لبعض الخصائص التي يمكن أن تكون مرتبطة بكميات المادة المتفاعلة أو المنتج. معدلات التفاعلات التي استهلاك أو إنتاج المواد الغازية ، على سبيل المثال، يتم تحديدها بشكل ملائم عن طريق قياس التغيرات في الحجم أو الضغط.

التمثيل الرياضي للتغير في تركيز المواد المتفاعلة والنواتج، بمرور الوقت، هو التعبير المعدل للتفاعل. تشير الأقواس إلى التركيزات المولية ، ويشير رمز دلتا (Δ) إلى “التغيير في.”

على سبيل المثال، تركيز بيروكسيد الهيدروجين، H₂O₂ ، في محلول مائي يتغير ببطء بمرور الوقت حيث يتحلل وفقًا للمعادلة:

يمكن التعبير عن معدل تحلل بيروكسيد الهيدروجين من حيث معدل تغير تركيزه:

وهكذا ، فإن[H₂O₂]_t1 يمثل التركيز المولي لبيروكسيد الهيدروجين في وقت آخر t₂؛ وبالمثل، يمثل [H ₂ O ₂ ] _{t 2} التركيز المولي لـ بيروكسيد الهيدروجين في وقت لاحق t ₂ ؛ و Δ[H₂O₂] يمثل التغير في التركيز المولي لبيروكسيد الهيدروجين خلال الفترة الزمنيةΔt (أي t₂ − t₁). نظرًا لأن تركيز المادة المتفاعلة ينخفض ​​مع استمرار التفاعل، فإن Δ[H₂O₂] هي كمية سالبة. معدلات التفاعل هي، حسب الاصطلاح، كميات موجبة، ولذا فإن هذا التغيير السلبي في التركيز مضروب في −1.

متوسط ​​معدل التفاعل ومعدل التفاعل الفوري

تختلف معدلات التفاعل مع الوقت وتنخفض مع استمرار التفاعل. يمكن حساب متوسط ​​معدل التفاعل على مدى فترة زمنية باستخدام التركيزات في بداية ونهاية هذه الفترة، والتي يتغير خلالها معدل التفاعل. في أي وقت محدد، يُعرف المعدل الذي يسير فيه التفاعل باسم معدله اللحظي. المعدل اللحظي للتفاعل عند “الوقت صفر,” عندما يبدأ التفاعل، يكون معدله الأولي.

يمكن تحديد معدل التفاعل الفوري بإحدى الطريقتين. إذا سمحت الظروف التجريبية بقياس تغيرات التركيز على فترات زمنية قصيرة ، فإن حساب المعدلات المتوسطة يوفر تقديرات تقريبية جيدة بشكل معقول للمعدلات الآنية. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام إجراء رسومي. على سبيل المثال ، في مثال تحلل بيروكسيد الهيدروجين ، من خلال رسم تركيز بيروكسيد الهيدروجين مع الوقت ، يمكن حساب معدل التحلل الفوري لـ H₂O₂ في أي وقت ‘t’ من منحدر الظل المرسوم على المنحنى في ذلك الوقت.

يوضح هذا الرسم البياني مخططًا للتركيز مقابل الوقت لحل 1.000 M من H₂O₂. المعدل في أي وقت يساوي سالب ميل خط مماس للمنحنى في ذلك الوقت. يتم عرض الظل في t = 0 ساعة (“المعدل الأولي”) وعند t = 12 ساعة (“المعدل الفوري” عند 12 ساعة).

المعدلات النسبية لردود الفعل

يمكن التعبير عن معدل التفاعل على أنه التغيير في تركيز أي مادة متفاعلة أو منتج. بالنسبة إلى أي تفاعل معين ، ترتبط جميع تعبيرات المعدل هذه ببعضها البعض وفقًا لقياسات العناصر المتفاعلة. معدل التفاعل العامaA ⟶ bB يمكن التعبير عن B من حيث الانخفاض في تركيز A أو زيادة تركيز B. وترتبط هاتان التعبيرات المعدلان بقياسات العناصر المتكافئة للتفاعل ، حيث:

لاحظ أنه تم تضمين علامة سالبة كعامل لحساب الإشارات المعاكسة لتغييرات المقدار (كمية المادة المتفاعلة تتناقص أثناء زيادة كمية المنتج).

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Chapter 12 Introduction and Openstax, Chemistry 2e, Section 12.1: Chemical Reaction Rates.