العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي
مفهوم التفاعل الكيميائي
الحركية الكيميائية أو حركية التفاعل هي دراسة معدلات العمليات الكيميائية. تتضمن دراسة الحركية الكيميائية تحقيقات حول كيفية تأثير الظروف التجريبية المختلفة. على سرعة التفاعلات الكيميائية وإنتاج معلومات حول آلية التفاعل وحالات الانتقال. ويشمل أيضًا بناء النماذج الرياضية التي يمكن أن تصف خصائص اي تفاعل كيميائي وهنا سنتعرف على “العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي”.
العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي
العوامل المؤثرة في معدل التفاعل
تتعامل الحركية الكيميائية مع التحديد التجريبي لمعدلات التفاعل التي تُشتق منها قوانين المعدل وثوابت المعدل. من أجل حدوث رد فعل. يجب أن يحدث تصادم. يجب أن يكون هذا الاصطدام في الاتجاه الصحيح وأن يكون لديه طاقة كافية لكسر الروابط الضرورية.
هناك عدة عوامل تؤثر على معدلات التفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال. سيؤثر توزيع حجم الجسيمات للمادة. والذي يمكن استنتاجه باستخدام محلل حجم الجسيمات، على تفاعل المواد الصلبة المشاركة في التفاعلات الكيميائية. فيما يلي عوامل أخرى:
طبيعة المتفاعلات
يعتمد اختلاف معدل التفاعل على المواد التي تتفاعل. تشمل التفاعلات السريعة التفاعلات الحمضية وتكوين الأملاح والتبادل الأيوني. تميل التفاعلات إلى أن تكون بطيئة عندما يحدث تكوين الرابطة التساهمية بين الجزيئات وعندما تتشكل الجزيئات الكبيرة.
الحالة الفيزيائية
تعتبر الحالة الفيزيائية، أي حالة المادة صلبة أو سائلة أو غازية، عاملًا مهمًا أيضًا في معدل التغيير. عندما تكون المواد المتفاعلة في نفس المرحلة، فإن الحركة الحرارية تجعلها تتلامس. إذا كانت في مراحل مختلفة، فإن التفاعل يقتصر على السطح البيني بين المواد المتفاعلة ويمكن أن تحدث التفاعلات فقط في منطقة الاتصال الخاصة بهم. قد تكون هناك حاجة إلى اهتزاز وتحريك قويين لإكمال التفاعل.
تركيز المواد المتفاعلة
لكي تتفاعل أيّ مادّتين فلا بد من حدوث تلامسٍ ولو بسيط بين هاتين المادتين حتى تسنح الفرصة للجزيئات أو الذرات المُكونة لهذه المادة بأن تتفاعل مع بعضها البعض، فإذا لم يكن هناك تلامسٌ فلن يكون هناك تفاعلٌ، وكلما زاد عدد الجزيئات المتفاعلة من خلال زيادة تركيز المواد المتفاعلة، فإن معدل التفاعل سيزداد والعكس صحيح.
درجة الحرارة
تمتلك الجزيئات ذات درجة الحرارة الأعلى طاقة حرارية أكبر ويكون تردد الاصطدام أكبر في درجات الحرارة المرتفعة.
المُحفزات
من العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي بشكلٍ ثانويٍّ، وهي عبارةٌ عن موادٍ يتم إضافتها للتفاعل الكيميائي وتُزيد أو تثبط من معدل التفاعل دون أن تتغير أو تغير من النواتج. من أهم ما يميز العوامل الحفازه هو أنها انتقائيةٌ بطبيعتها، مما يساعد في تحديد ناتجٍ معينٍ مطلوب من هذا التفاعل.
الضغط
يؤثر هذا العامل المُؤثر فقط على التفاعلات التي تحدث بين المواد الغازية، أما المواد الصلبة أو السائلة فلا يوجد أي تأثيرٍ ملحوظٍ للضغط عليها؛ لكن في حالة الغازات كلما زاد ضغط الغاز قل حجمه، مع عدم تغيير عدد الجزيئات، كما أن الضغط يساعد جزيئات الغازات على أن تصطدم بشكلٍ متكررٍ، وهذا لا يحدث إلا في حالة الغازات شديدة الانضغاط.
تأثير المذيبات
طبيعة المذيب قد تؤثر في سرعة التفاعل، فعلى سبيل المثال تفاعل التبادل الذي يتم بين محلول أسيتات الصوديوم مع يوديد الميثيل، ويكون الناتج أسيتات الميثيل ويوديد الصوديوم، فإذا حدث هذا التفاعل في ثنائي ميثيل فورماميد يكون أسرع 10 ملايين مرة عما إذا حدث في الميثانول، ويرجع ذلك إلى أن الميثانول يُشكل روابط هيدروجينية مع أيونات الأسيتات بينما لا يفعل ذلك ثنائي ميثيل فورماميد، فالرابطة الهيدروجينية تقلل من تفاعل ذرات الأكسجين في أيون الأسيتات، مما يقلل من سرعة التفاعل. أيضًا هناك عامل اللزوجة الذي يُؤثر في سرعة التفاعل، ففي حالة المذيبات عالية اللزوجة، فإن التفاعل بين جزيئات المواد يكون بطيئًا حيث يقل احتمالية تصادم الجزيئات المتفاعلة، أما في حالة المذيبات قليلة اللزوجة فيحدث العكس تمامًا، فيسهل التصادم بين الجزيئات المتفاعلة وبالتالي تزيد سرعة التفاعل.
الوسط
من أهم العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي هو الوسط المُحيط، وهذا يظهر بشكلٍ واضحٍ على معدل التفاعل، مثالٌ على ذلك، هناك أنواعٌ من المذيبات تزيد من سرعة التفاعل؛ وهناك أنواعٌ أخرى تبطيء من سرعة التفاعل، ومن الأوساط التي تزيد من سرعة التفاعل هي الأوساط مُتعادلة الشحنة، مثل المُذيبات القطبية؛ وأشهرها الماء.
مساحة السطح
من أكثر العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي أهميّةً؛ فكلما زادت مساحة السطح المُعرضّة للتفاعل زاد معدل التفاعل؛ خاصةً في أنواع التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين المواد المُتفاعلة الصلبة.
طبيعة المتفاعلات
لطبيعة المواد المتفاعلة تأثيرٌ واضحٌ على سرعة التفاعل، وباختلاف طبيعة المواد المتفاعلة من مادةٍ لأخرى تختلف سرعة التفاعل، وقد تختلف طبيعة هذه المواد في عدة عواملَ منها اختلاف حالات المادة المتفاعلة، فهناك حالاتٌ عدةٌ للمادة منها الحالة السائلة، والحالة الغازية، والحالة الصلبة. هناك أيضًا عاملٌ آخر يؤثر على طبيعة المادة المتفاعلة وهو أنواع الروابط التي تربط الجزيئات، فهناك الروابط التساهمية الضعيفة، والروابط التساهمية القوية.
الخلط
يؤدي خلط المواد المتفاعلة مع بعضها إلى زيادة سرعة التفاعل.
الأدوات التي يمكن استخدامها لدراسة معدل التفاعل
توقف التدفق
توقف التدفق عبارة عن جهاز خلط سريع يستخدم لدراسة الحركية الكيميائية للتفاعلات السريعة في المحلول. يتم إجبار الحلول أولاً من الحقن إلى غرفة الخلط. ربما بعد بضعة أجزاء من الألف من الثانية، تمتلئ خلية المراقبة بمكبس مرتبط بمفتاح استشعار يعمل على تشغيل جهاز القياس ويتوقف التدفق فجأة. غالبًا ما يتم نمذجة النظام بواسطة المعادلات الحركية التقليدية.
بعد خلط محلولين أو أكثر يحتويان على الكواشف، يتم دراستها بأي طريقة تجريبية تعتبر مناسبة. الأشكال المختلفة من التحليل الطيفي ونثر للإشعاع هي طرق شائعة مستخدمة.
التدفق الحركي السريع
هذه أداة أخرى مصممة خصيصًا لاكتشاف الحركية السريعة. بالاقتران مع معدات التدفق المروى بالتدفق المتوقف من Bio-Logic، فإنه يصنع نظام تحليل حركي قوي للغاية، نظام يتمتع بحساسية عالية وكفاءة عالية في الحصول على البيانات.
