سرعة التفاعل الكيميائي.. استخدام التغير في تركيز المواد المتفاعلة في وحدة الزمن. دراسة حركية التفاعلات و اقتراح ميكانيكية تفاعلها

سرعة التفاعل الكيميائي The speed of the chemical reaction

تحتاج أي ظاهرة كيميائية أو فيزيائية إلى وقت ما لتحدث قد يكون هذا الزمن قصيراً جداً وقد يكون طويلاً جداً. وكثير من التفاعلات المألوفة والتي يتم إجراؤها في المختبر في أنبوبة إختبار هي تفاعلات سريعة جداً فإذا أضيف كلوريد الباريوم إلى محلول كبريتات الصوديوم يلاحظ تكون راسباً أبيضاً في أنبوبة الاختبار هو عبارة عن كبريتات الباريوم حسب المعادلة:

Ba Cl2 + Na2 SO4 → Ba SO4 + 2Na Cl

وأيضاً تفاعلات التعادل بين محاليل الأحماض والقلويات تحدث في وقت لا يمكن قياسه لقصره حيث يتحد أيون الهيدروكسيل مع أيون الهيدروجين ويتكون الماء

OH- + H+ → H2O

ويستدل على ذلك من سرعة تغير لون الدليل المستخدم في الدراسة.

بينما تفاعل غاز الأكسجين مع غاز الهيدروجين لتكوين الماء لا يحصل في الأحوال العادية حتى ولو بقيا في وعاء واحد أياما عديدة.

                                         O2 + 2 H2 → 2H2O      

وهناك أمثلة عديدة لتفاعلات كيميائية أخرى بطيئة جداً تأخذ أزمنة طويلة مثل تفاعلات التربية الجيولوجية وتكون الصدأ على الحديد.

وبين التفاعلات السريعة والتفاعلات البطيئة جداً توجد تفاعلات لها سرعات معتدلة يمكن قياسها وهو ما يحدث في معظم تفاعلات الكيمياء العضوية ولذلك يهتم الكيميائيون بها بصفة خاصة لأنها تمكنهم من دراسة حركية هذه التفاعلات و اقتراح ميكانيكية تفاعلها.

ويمكن التعبير عن سرعة التفاعل الكيميائي كمياً باستخدام التغير في تركيز المواد المتفاعلة في وحدة الزمن (عادة يعبر عن التركيز بعدد المولات في وحدة الحجوم (لتر) من النظام) ففي التفاعل:

A + B → AB

في بدء التفاعل يكون تركيز المادة A ذو قيمة عظمى وعندئذ تكون سرعة التفاعل أكبر ما يمكن، وبمرور الزمن فإن عدد الجزيئات A الموجودة في وحدة الحجوم من النظام يتناقص تدريجياً, ونتيجة لذلك يقل عدد ضربات (تصادم) الجزيئات A مع B في وحدة الزمن، وتقل بذلك سرعة التفاعل.

وعلى وجه العموم فإن تناقص تركيز المادة A في وسط التفاعل مع الزمن يمكن تمثيله بالمنحنى KL الذي يقترب تدريجياً من محور الزمن كما في الشكل (1) الذي يمثل العلاقة بين تركيز المادة A (أي C) مقابل زمن سريان التفاعل t (ويصلح هذا المنحنى لأي تفاعل تتناقص سرعته بالتدريج).

 كما يتضح من الشكل (1) أنه عند الأزمنة t1 , t2 فان تركيزات من المادة (A) تكافئ القيم من التركيز  C1 , C2 (النقط M , N على المنحنى (KL.      

وعليه فإن سرعة التفاعل الكيميائي في هذا الوقت من الزمن تتحدد من المعادلة:

R    or   V = C2-C2/ t2-t1 = - ∆C/∆t  (1)

وتعني الإشارة السالبة أن تركيز المادة تحت الدراسة تتناقص أثناء التفاعل أما إذا درس التغير في تركيز إحدى المواد الناتجة من التفاعل فإن هذه القيمة سوف تتزايد مع الزمن ولا توضع حينئذ الإشارة السالبة في المعادلة السابقة منحنى (DF).

ويعبر الرمزان V , R  عن متوسط سرعة التفاعل الكيميائي في الجزء المعين من الزمن وكلما قل هذا الجزء من الزمن (أي كلما قلتt  ∆) كلما تقاربت النقط N , M  من بعضهما على المنحنى KL وكلما كان متوسط السرعة المحسوبة تقريباً قريباً من الواقع، فإذا أعتبر أن التغير في التركيز dC قد حدث في خلال زمن dt قليل جداً يتم الحصول على العلاقة الآتية والتي تمثل سرعة التفاعل الكيميائي الحقيقية في هذا الجزء من الزمن:

V = R = ± dC/dt 

 حيث V: the velocity of the reaction.:

R: the rate of the reaction.             

وبعبارة أخرى تعرف سرعة التفاعل الكيميائي بأنها معدل النقص في تركــيز المواد المتفاعلة

  أو معدل الزيادة في تركيز المواد الناتجة خلال زمن معين بمعنى آخر التغير في التركيز مقابل الزمن.