الباب الثالث: الاتزان الكيميائي
العوامل المؤثرة على معدل التفاعل وقانون فعل الكتلة
معدل+Kc — OCR + rate lab + SVG.
اضغط أي أداة — لتوليد اختبارات وفلاش كارد وملخصات وتجارب من الدرس تفاعلياً
معدل+Kc — OCR + rate lab + SVG.
- ✓يعدد العوامل المؤثرة على معدل التفاعل
- ✓يكتب قانون فعل الكتلة
- ✓يحسب Kc من التراكيز عند الاتزان
- ✓يفسر Kc < 1 vs Kc > 1
لماذا NaCl + AgNO₃ لحظي بينما صنع الصابون من الزيوت يستغرق ساعات؟
لحظي
AgCl
بطيء
صابون
شهور
صدأ Fe
أيوني NaCl+AgNO₃
⚡ لحظي
عضوي
🐢 بطيء
Zn مسحوق vs كتلة + HCl — المسحوق ينتهي أسرع. ↑ مساحة → ↑ معدل.
↑ التركيز → ↑ جزيئات → ↑ فرص التصادم → ↑ السرعة.
Guldberg و Waage — قانون فعل الكتلة (Law of Mass Action).
عند الاتزان:
Kc يتغير بإضافة متفاعل
Kc ثابت عند T — يتغير الموضع فقط
إذا قسنا معدَّل التفاعل باستخدام الكتلة، فإن معدَّل تناقص كتلة المتفاعِل سيكون هو نفس معدَّل زيادة كتلة الناتج، وعليك تذكَّر أنه بالنسبة إلى تفاعل كيميائي بسيط، تظل الكتلة الكلية ثابتة؛ ومن ثَمَّ، فإن أي انخفاض في كتلة المتفاعلات يجب أن تقابله زيادة في كتلة النواتج: ا ﻟ ﻤ ﻌ ﺪ ل ا ﻟ ﺬ ي ﺗ ﺘ ﻨ ﺎ ﻗ ﺺ ﺑ ﻪ ﻛ ﺘ ﻠ ﺔ ا ﻟ ﻤ ﺘ ﻔ ﺎ ﻋ ِ ﻞ ا ﻟ ﻤ ﻌ ﺪ ل ا ﻟ ﺬ ي ﺗ ﺘ ﺰ ا ﻳ ﺪ ﺑ ﻪ ﻛ ﺘ ﻠ ﺔ ا ﻟ ﻨ ﺎ ﺗ ﺞ =
يُستخدم الرمز Δ للدلالة على التغيُّر في شيء ما؛ مثل أن Δ 𝑚 هو التغيُّر في الكتلة. يمكننا التعبير عن هذا المفهوم باستخدام تعبيرات المعدَّل: Δ 𝑚 Δ = Δ 𝑚 Δ − = ( ) ا ﻟ ﻨ ﻮ ا ﺗ ﺞ ا ﻟ ﻤ ﺘ ﻔ ﺎ ﻋ ﻼ ت ا ﻟ ﺰ ﻣ ﻦ ا ﻟ ﺰ ﻣ ﻦ ﺑ ﺎ ﻟ ﻜ ﺘ ﻠ ﺔ ﻣ ﻌ ﺪ ل ا ﻟ ﺘ ﻔ ﺎ ﻋ ﻞ
ومع ذلك، إذا كان لدينا تفاعل كالتفاعل الآتي، فإن كمية A، بالإضافة إلى كمية B، لن تساويا في البداية كمية C في النهاية (لأن التفاعل يأخذ مولًا من A ومولًا من B لتكوين مول واحد فقط من C ): A + B C
في هذه الحالة، يكون معدَّل إنتاج C (بال مول ) لا يساوي معدَّل استهلاك A زائد معدَّل استهلاك B. بدلًا من ذلك، علينا النظر إلى المعادلة: A + B C
تنص نظرية التصادم على أن التفاعلات ستحدث فقط عندما تصطدم الجسيمات بعضها ببعض. وإذا لم تتلامس الجسيمات مطلقًا، فلا يمكنها التفاعل على الأرجح.
ومع هذا، ليس كل تصادم يؤدي إلى تفاعل ناجح. في الواقع، الهواء من حولنا مليء بجسيمات تتصادم ولا تتفاعل معًا. المكوِّن الضروري الآخر هو وجود طاقة كافية في التصادم لكسر الروابط وإعادة ترتيب الجسيمات.
ومع هذا، ليس كل تصادم يؤدي إلى تفاعل ناجح. في الواقع، الهواء من حولنا مليء بجسيمات تتصادم ولا تتفاعل معًا. المكوِّن الضروري الآخر هو وجود طاقة كافية في التصادم لكسر الروابط وإعادة ترتيب الجسيمات.
لكن، حتى إذا توافر للتصادم القدر المناسب من الطاقة، فقد لا يحدث التفاعل؛ لأن الجسيمات قد تكون غير مرتبة بشكلٍ صحيح. وإذا لم يكُن للجسيمات الاتجاه الفراغي الصحيح، فلن تتسبب الطاقة في كسر الروابط الصحيحة.
لكن، حتى إذا توافر للتصادم القدر المناسب من الطاقة، فقد لا يحدث التفاعل؛ لأن الجسيمات قد تكون غير مرتبة بشكلٍ صحيح. وإذا لم يكُن للجسيمات الاتجاه الفراغي الصحيح، فلن تتسبب الطاقة في كسر الروابط الصحيحة.
وهذا يعني أنه عندما تتصادم الجسيمات في وجود القدر الكافي من الطاقة وفي الاتجاه الفراغي الصحيح فقط، يحدث التفاعل.
وهذا يعني أنه عندما تتصادم الجسيمات في وجود القدر الكافي من الطاقة وفي الاتجاه الفراغي الصحيح فقط، يحدث التفاعل.
نُطلِق على أقل قدر لازم من الطاقة لحدوث التفاعل اسم طاقة التنشيط.
يُخبرنا السؤال أن غاز النيتروجين وغاز الأكسجين يتفاعلان ليكوِّنا أول أكسيد النيتروجين (أكسيد النيتريك، N O ) عندما تضرب صواعق البرق، ولكن ليس في الظروف اليومية.
يُشير هذا إلى أن هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة لجعل التفاعل يحدث. يمكن أن تكون درجة الحرارة داخل صواعق البرق أكبر من 5 0 0 0 0 ∘ C !
سنتناول المثال النموذجي للغاز. إذا سخَّنَّا الغاز، فإن جسيماته ستتحرَّك بسرعة أكبر.
وكلما تحرَّكت الجسيمات أسرع، تصادمت أكثر في الأغلب. ونظرًا لأنها تتحرَّك أسرع، فإن تصادمها سيكون أكثر قوةً: ﺗ ﺼ ﺎ د ﻣ ﺎ ت أ ﻛ ﺜ ﺮ و ذ ا ت ﻃ ﺎ ﻗ ﺔ أ ﻋ ﻠ ﻰ د ر ﺟ ﺔ ﺣ ﺮ ا ر ة أ ﻋ ﻠ ﻰ ﺣ ﺮ ا ر ة أ ﻛ ﺜ ﺮ ⟵ ( )
طاقة التنشيط هي الحد الأدنى من كمية الطاقة اللازمة لحدوث تفاعل.
يمكن استخدام نظرية التصادم لفهم كيفية تأثير درجة الحرارة على معدل التفاعل. وتؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة سرعة الجسيمات المتفاعلة؛ ومن ثَمَّ، زيادة طاقتها. وكلما زادت سرعة الجسيمات وطاقتها، زاد عدد التصادمات فيما بينها وزادت قوتها. ويزيد معدل التفاعل إذا زادت درجة الحرارة بسبب زيادة عدد التصادمات بين الجسيمات المتفاعلة وزيادة طاقتها؛ الأمر الذي يؤدي إلى زيادة قدرة الجسيمات على التغلُّب على حاجز طاقة التنشيط وتحوُّل الجسيمات المتفاعلة إلى نواتج بمعدل أسرع.
توضِّح الصورة الآتية أنه كلما زاد الضغط في الوعاء، قلَّت الفراغات التي تفصل بين جسيمات الغاز المتفاعلة. يمثِّل اللون الأزرق أحد نوعَي جسيمات الغاز المتفاعلة، ويمثِّل اللون الأحمر النوع الآخر من الجسيمات المتفاعلة. أما جدران الوعاء، فممثَّلة بخط أسود سميك.
مثال ١: تحديد أيُّ مجموعة من قيم درجة الحرارة والضغط تؤدي إلى تحوُّل غاز الإيثين إلى بولي إيثين بمعدل أسرع
توضِّح الصورة الآتية كيف يمكن زيادة معدل التفاعل عن طريق زيادة مساحة سطح جزيئات أحد المتفاعلات. توضِّح الصورة كيف يمكن أن يحدث المزيد من التصادمات بين النوعين المختلفين للجسيمات عندما تتكسَّر كتلة الجسيمات الزرقاء إلى أجزاء أصغر.
مساحة السطح
مجموعات الأشكال الآتية لها نفس الحجم الكلي. أيٌّ منها له أكبر مساحة سطح كلية؟
في أيِّ الأشكال الآتية يكون معدل التفاعل أبطأ؟
في أيِّ الأشكال الآتية يكون معدل التفاعل أبطأ؟
أسئلة تطبيقية
٠ / ٦NaCl+AgNO₃ سريع:
Zn مسحوق:
قانون ___ و ___:
Kc HI:
AgCl Kc=10⁻¹⁰:
لا يُكتب في Kc: