Back to chapter

13.1:

معدّل التفاعل

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Reaction Rate

Languages

Share

التفاعل الكيميائي يتضمن التحويل الكيميائي للمواد المتفاعلة إلى نواتج. عندما يجري التفاعل،يتناقص تركيز المواد المتفاعلة بينما تركيز النواتج يتزايد. الاختلاف في تركيز المواد المتفاعلة والنواتج يمكن وضعه في مخطط بياني كدالّة على الزمن.السرعة التي يجري بها التفاعل تسمى معدل التفاعل. وتقيس سرعة اختفاء المواد المتفاعلة،أو سرعة ظهور النواتج،ويُعبر عنها بوحدات تركيب جزيئي لكل ثانية. يمكن احتساب متوسط معدل التفاعل،من خلال تغير تركيزات المواد المتفاعلة أو النواتج أثناء فترة زمنية محددة.قيمة التركيز المولي يشار إليها بالأقواس،الرمز t يمثل الزمن،والرمز دلتا يمثل التغير الحاصل”بما أن المواد المتفاعلة تنضب أثناء تفاعل كيميائي،تكون قيمة التغير في التركيز،دائمًا سالبة. وعليه فمعدل التفاعل،إذا حُسب،من حيث المواد المتفاعلة يضاف إليها إشارة سالب لجعل القيمة الإجمالية موجبة. معدل التفاعل لا يبقى موحدًا طوال زمن التفاعل.المعدل عند بداية التفاعل،عند وقت الصفر يسمى معدل التفاعل الابتدائي. مع تناقص تركيز المواد المتفاعلة،ينخفض معدل التفاعل،أو يصبح التفاعل بطيئًا. معدل التفاعل عند نقطة زمنية معينة،أو معدل التفاعل الآني،يقاس بحساب انحدار خط ظل يرسم على منحنى التفاعل،الذي يمثل المواد المتفاعلة أو النواتج،في اللحظة المرغوب بقياسها.قيمة الانحدار أو المعدل الآني عند نقطة زمنية محددة،يكون متساوي لجميع المواد المتفاعلة والنواتج. معدل التفاعل لتفاعل كيميائي،يعكس أيضًا مُعامِلات التكافؤ الفعلية للمواد المتفاعلة والنواتج. لذا فأي تفاعل متكافئ،حيث يتفاعل عدد مولات من مادة مع عدد مولات من مادة لإنتاج عدد مولات من مادة وعدد مولات من مادة يمكن التعبير عن معدل التفاعل وحسابه باستخدام الصيغة العامة:سالب 1/أ ضرب التغير في تركيز المادة المتفاعلة في الزمن،مساوياًسالب 1/ب ضرب التغير في تركيز المادة المتفاعلة في الزمن.هذه القيم مساوية لموجب 1/ج ضرب التغير في تركيز الناتج في الزمن،وهي نفسها موجب 1/د ضرب التغير في تركيز الناتج في الزمن. تحديد معدلات التفاعل،أساسي في دراسة الحركية الكيميائية،ويساعد في فهم مدى سرعة عمل عقار أو محفّز،أو تفاعل صناعي من أجل تحسين التحكم فيه أكثر،وتحسين وظيفته.

13.1:

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:

 Eq1

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

 Eq2

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 t2t1). 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.

 Image1

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:

 Eq3

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.