معدل التفاعل الكيميائي والاتزان الكيميائي
درس معدل التفاعل الكيميائي: نفرق بين التفاعل التام والانعكاسي، ثم نتعرف على العوامل التي تغير سرعة التفاعل، وأخيرًا نفهم حالة الاتزان وكيف نقرأ منحنياتها. وفي صفحة الأسئلة تجد باقي الدرس.
التفاعلات التامة والانعكاسية
- التفاعل التام يسير في اتجاه واحد حتى يستهلك أحد المتفاعلين بالكامل، ويحدث عادة عندما يتكون راسب أو غاز أو مادة ضعيفة التأين مثل الماء. وتفاعلات الأيونات في المحاليل لحظية.
- التفاعل الانعكاسي يسير في الاتجاهين الطردي والعكسي في وعاء مغلق، مثل تفاعل الأسترة وتحضير النشادر من عنصريه.
- الاتزان الفيزيائي مثل الماء وبخاره في إناء مغلق عند الضغط البخاري المشبع (معدل التبخر = معدل التكثف)، أو الثلج والماء السائل عند 0°C.
اعرض الحل
التفاعل التام يتكون فيه راسب أو غاز.
2Ag⁺ + SO₃²⁻ ← Ag₂SO₃ راسب.
Mg + 2H⁺ ← Mg²⁺ + H₂ غاز يتصاعد.
أما تفاعل الحمض مع الكحول والإستر مع الماء فانعكاسي.
الإجابة (ب).
معدل التفاعل الكيميائي
- معدل التفاعل = التغير في التركيز ÷ الزمن ، ووحدته mol/L.s
- يقل معدل التفاعل بمرور الزمن لأن تركيز المتفاعلات يقل.
- في منحنى حجم الغاز مع الزمن : ميل المنحنى عند أي لحظة يمثل معدل التفاعل ، ويثبت المنحنى عند انتهاء التفاعل.
اعرض الحل
الجزء PQ يقل ميل المنحنى فيه، أي يقل معدل التفاعل.
السبب أن تركيز الحمض يقل بمرور الزمن.
الإجابة (ب).
العوامل المؤثرة في معدل التفاعل
- طبيعة المتفاعلات : الأيونية سريعة ولحظية ، والتساهمية بطيئة لأنها تحتاج إلى كسر روابط.
- مساحة سطح المادة الصلبة : المسحوق أسرع من القطعة.
- التركيز : يزداد المعدل بزيادة التركيز.
- درجة الحرارة : يزداد المعدل برفعها.
- العامل الحفاز : يزيد المعدل.
- المحتوى الحراري للمتفاعلات لا يؤثر في معدل التفاعل.
اعرض الحل
يتوقف معدل التفاعل على التركيز ودرجة الحرارة والعامل الحفاز.
المحتوى الحراري للمتفاعلات لا يؤثر في معدل التفاعل.
الإجابة (د).
طبيعة المتفاعلات ومساحة السطح
تفاعل NO مع H₂ مثال لتفاعل بين جزيئات تساهمية فهو بطيء:
اعرض الحل
المتفاعلات NO ، H₂ جزيئات تساهمية.
التفاعل بين الجزيئات التساهمية بطيء لأنه يتطلب كسر روابط.
الإجابة (أ).
وعند تفاعل كربونات الكالسيوم مع الحمض تعطي الكتلة نفسها حجم الغاز نفسه، لكن المسحوق يصل إلى الحجم النهائي في زمن أقل:
اعرض الحل
(١) التجربة (١) يُعبر عنها المنحنى (X)، لأن استخدام كربونات الكالسيوم في صورة مسحوق يزيد من مساحة سطحها المعرض للتفاعل وبالتالي يكون معدل تفاعلها هو الأكبر.
(٢) التجربة (٢) يُعبر عنها المنحنى (Y)، لأنها تنتج نفس الحجم من غاز CO₂ لتساوي حجم وتركيز الحمض في التجربتين ولكن معدل التفاعل أبطأ، لأن كربونات الكالسيوم تكون في صورة قطع.
قراءة منحنيات التركيز مع الزمن
- المنحنى المتناقص يمثل متفاعلًا ، والمتزايد يمثل ناتجًا.
- النسبة بين التغير في التركيزات تساوي النسبة بين معاملات المعادلة الموزونة.
اعرض الحل
(A) يقل تركيزه فهو متفاعل، و(B) ، (C) يزداد تركيزهما فهما ناتجان.
النسبة بين التغير في تركيز A : B : C ≈ 2 : 1 : 4
المعادلة المناسبة: 2A → B + 4C
الإجابة (ب).
وفي تفاعل تحضير النشادر يقل تركيز الهيدروجين بمعدل أكبر من النيتروجين لأن معامله أكبر:
اعرض الحل
المنحنيان المتناقصان متفاعلان، والمتزايد ناتج.
H₂ معامله أكبر فيقل أكثر وهو (1) ، وN₂ هو (3).
NH₃ ناتج يزداد تركيزه وهو (2).
الإجابة (أ).
الاتزان الكيميائي
- حالة اتزان ديناميكي : يتساوى معدل التفاعل الطردي مع معدل التفاعل العكسي.
- تظل تركيزات المواد (وخواص النظام مثل اللون) ثابتة ، لكنها ليست متساوية بالضرورة.
- لا يتحقق الاتزان إلا في نظام مغلق.
اعرض الحل
الشكل الأول يعبر عن التركيز: (1) يقل فهو NO₂ ، (2) يزداد فهو N₂O₄.
الشكل الثاني يعبر عن معدل التفاعل: يتساوى المعدلان الطردي والعكسي عند الاتزان (3).
الإجابة (ب).
وفي تفاعل انعكاسي يتناقص تركيز المتفاعلات ويتزايد تركيز النواتج حتى تثبت التركيزات دون أن يختفي أي متفاعل:
اعرض الحل
المتفاعلان A ، C يقل تركيزهما، والناتجان B ، D يزداد تركيزهما.
التركيزات تثبت دون أن يختفي أي متفاعل، فالتفاعل انعكاسي.
المعادلة المناسبة: A + 3C ⇌ 2B + 4D
الإجابة (ب).