سرعة التفاعلات الكيميائية
مقدمة: سباق التفاعلات
التفاعلات الكيميائية تشبه السباقات! بعضها ينطلق بسرعة البرق وينتهي في لحظات، بينما يتحرك البعض الآخر ببطء السلحفاة ويستغرق وقتاً طويلاً.
تفاعلات سريعة
الاحتراق
احتراق عود الثقاب أو الغاز في الموقد يحدث بسرعة كبيرة.
الألعاب النارية
انفجار الألعاب النارية هو تفاعل كيميائي سريع جداً يطلق ضوءاً وصوتاً.
ذوبان الفوار
ذوبان قرص فوار في الماء تفاعل سريع ينتج فقاعات غاز.
تفاعلات بطيئة
صدأ الحديد
تكون الصدأ على مسمار حديدي يحتاج أياماً أو أسابيع حسب الرطوبة.
تحلل البلاستيك
تحلل المواد البلاستيكية في البيئة قد يستغرق مئات السنين!
نضج الفاكهة
تغير لون وطعم الفاكهة هو نتيجة تفاعلات كيميائية بطيئة.
هل تعلم؟
بعض التفاعلات الكيميائية الطبيعية مثل تكوين النفط أو الألماس تستغرق ملايين السنين!
مفتاح التشغيل وسرعة التفاعل
لكي يبدأ أي تفاعل كيميائي، تحتاج الجزيئات المتفاعلة إلى دفعة من الطاقة، مثل مفتاح لتشغيل محرك السيارة. هذه الدفعة تسمى طاقة التنشيط.
هي الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لبدء كسر الروابط في المواد المتفاعلة وتكوين روابط جديدة في النواتج.
سرعة (أو معدل) التفاعل الكيميائي هي مقياس لمدى سرعة تحول المواد المتفاعلة إلى مواد ناتجة. يمكن قياسها بسرعة اختفاء المتفاعلات أو تكون النواتج.
علاقة مهمة:
كلما كانت طاقة التنشيط منخفضة ، كان التفاعل أسرع .
كلما كانت طاقة التنشيط مرتفعة ، كان التفاعل أبطأ .
التحكم بالسرعة: العوامل المؤثرة
يمكننا التحكم في سرعة العديد من التفاعلات بتغيير الظروف المحيطة. أهم العوامل التي تؤثر على سرعة التفاعل هي:
درجة الحرارة
زيادة درجة الحرارة تزيد سرعة التفاعل .
السبب: الجزيئات تتحرك أسرع وتمتلك طاقة أكبر، مما يؤدي إلى:
- زيادة عدد التصادمات الكلية.
- زيادة نسبة التصادمات التي تمتلك طاقة كافية (طاقة التنشيط) لتكون فعالة.
مثال: يذوب السكر أسرع في الشاي الساخن منه في الشاي البارد.
التركيز
زيادة تركيز المواد المتفاعلة تزيد سرعة التفاعل .
السبب: وجود عدد أكبر من الجزيئات المتفاعلة في نفس الحجم، مما يؤدي إلى:
- زيادة فرص حدوث التصادمات بين الجزيئات المتفاعلة.
- زيادة عدد التصادمات الفعالة في وحدة الزمن.
مثال: استخدام حمض الهيدروكلوريك المركز يتفاعل أسرع مع الفلزات من استخدام حمض مخفف.
مساحة السطح
زيادة مساحة سطح المادة المتفاعلة الصلبة تزيد سرعة التفاعل .
السبب: التفاعل يحدث فقط على سطح المادة الصلبة. زيادة المساحة تعرض جزيئات أكثر للتفاعل، مما يؤدي إلى:
- زيادة عدد المواقع التي يمكن أن تحدث عندها التصادمات الفعالة.
- زيادة معدل التصادمات بين المادة الصلبة والمواد المتفاعلة الأخرى.
مثال: مسحوق الطباشير يتفاعل أسرع مع الحمض من قطعة طباشير كاملة.
خلاصة العوامل:
زيادة الحرارة أو التركيز أو مساحة السطح تزيد سرعة التفاعل
(لأنها جميعاً تزيد من عدد التصادمات الفعالة)
أنشطة تفاعلية
نشاط 1: تصنيف السرعة (سحب وإفلات)
اسحب كل تفاعل إلى الصندوق المناسب.
التفاعلات
سريعة
بطيئة
نشاط 2: اختبر معلوماتك
1. ما هو أفضل وصف لطاقة التنشيط؟
2. أي عامل يؤدي إلى زيادة سرعة التفاعل؟
3. لماذا يتفاعل مسحوق السكر أسرع من مكعب سكر بنفس الكتلة؟
4. كيف يؤثر زيادة تركيز المتفاعلات على سرعة التفاعل؟
خلاصة الدرس
النقاط الرئيسية
- التفاعلات الكيميائية تختلف في سرعتها (سريعة جداً ← بطيئة جداً).
- طاقة التنشيط: الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لبدء التفاعل.
- سرعة التفاعل: معدل تغير تركيز المتفاعلات أو النواتج بمرور الزمن.
- العوامل المؤثرة (تزيد السرعة عند زيادتها): درجة الحرارة، التركيز، مساحة السطح (للمواد الصلبة).
- تأثير العوامل يرجع إلى زيادة عدد التصادمات الفعالة بين الجزيئات في وحدة الزمن.