مساعدات التفاعل

توازن كيميائي

{مقالة رئيسية : توازن كيميائي}

يمكن للتفاعل الكيميائي الذي يسير في وسط متجانس (سائل فقط، أو مادة صلبة فقط، أو حالة غازية فقط) أن يسبر في اتجاهين متعاكسين. فعندما تتفاعل مادتان مع بعضهما مكونة مركب ثالث ، فعادة يوجد هذا المركب الثالث في حالة مفككة مكونة من المادتين المتفاعلتين. يسير التفاعل عادة في الاتجاهين المتضادين وتحدث "منافسة" بين المواد الداخلة للتفاعل والمواد الناتجة ، ويتميز كل اتجاه بمعدل تفاعل خاص به يعتمد على خواص المواد. ونظرا لأن معدلات التفاعل تعتمد أيضا على تركيز كل من المواد ، فعي تتغير أيضا بمرور الزمن. وتقترب بمرور الزمن سرعتي اتجاهي التفاعل متى تتساوى السرعتان أو المعدلان. عندئذ لا يتغير تركيز كل مادة من المواد في المخلوط ونصل إلى حالة توازن يسمى توازن كيميائي.

ويعتمد موقع التوازن على خواص المواد المتفاعلة ، كما تعتمد عل درجة الحرارة والضغط ويحددها ما يسمى بالطاقة الحرة. وكثيرا أن نستخدم المشتق التفاضلي للإنثالبي الحر أو تفاضل الإنثالبي الحر للتفاعل , والذي لا بد وأن يصبح مساويا للصفر عند التوازن الكيميائي.

وقد عبر العالم الكيميائي شاتلييه عن اعتماد سرعة التفاعل على الضغط بما يسمى مبدأ لو شاتيلييه حيث يحاول نظام موضوع تحت ضغط عالي أن يجعل تأثير الضغط أقل ما يمكن.

في تلك الحالة تكون نواتج التفاعل قد وصلت إلى نهاية عظمى ، حيث أنه بزيادة إنتاج نواتج تزداد سرعة التفاعل العكسي وتتساوى سرعتي التفاعل في الاتجاهين عند بلوغ التوازن. ونستخدم في الكيمياء طريقة لزيادة إنتاج النواتج وذلك بسحب (أو جني) جزء منها من المخلوط المتفاعل حيث نغير بذلك وضع التوازن ، أو عن طريق زيادة الضغط على المواد المتفاعلة أو رفع درجة حرارة النظام.

[عدل]ترموديناميكا التفاعل الكيميائي

{مقالة رئيسية : ديناميكا حرارية}

يتعين سير التفاعل الكيميائي على قوانين الترموديناميكا. فهي تحدد إلى أي مدى يسير التفاعل مثلا من اليسار إلى اليمين حيث تتحد مواد داخلة في التفاعل مع بعضها البعض منتجة نواتجا للتفاعل. ولكي يسير التفاعل لا بد وأن ينخفض الإنثالبي الحر أثناء التفاعل. ويتكون الإنثالبي الحر من دالتي حالة مختلفتين هما الإنثالبي والإنتروبية. وترتبط القيمتان بعضهنا البعض في المعادلة العامة للإنثالبي الحر. [1]


حيث :

G: الإنثالبي الحر ,
H: الإنثالبي,
T: درجة الحرارة,
S: إنتروبيا,
Δ: التغير في كل قيمة ، وتسمى "دلتا".
ويمكن أن يكون التفاعل الكيميائي تفاعل ناشر للحرارة ، وفيه تكون ΔH سالبة الإشارة وتصبح طاقة حرة تطهر في صورة حرارة متولدة عن التفاعل. كما يمكن أن ينتج عن فقد الطاقة المتحررة من التفاعل أن يشكل الناتج بنية بلورية منتظمة يميزها أنتروبيا منخفضة. مثال على تفاعل ناشر للحرارة تنخفض فيه الانتروبيا تفاعلات ترسيب الأملاح وتفاعلات التبلور (تكوين بلورات) حيث تتكون فيها نواتجا منتظمة أو بلورية من تفاعل غازات أو سوائل لا تميزها بنايات منتظمة.

كما توجد تفاعلات ماصة للحرارة وهي تسير عن طريق امتصاصها للحرارة من الجو المحيط ، أو معمليا نزودها بالحرارة من الخارج بتسخينها. وتسير تلك التفاعلات عندما تزداد أنتروبيتها، والمقصود عنا إنتروبية النظام. وقد يكون يزايد انتروبية النظام عن طريق نواتج غازية ، حيث أن الغازات تمتلك إنتروبيا كبيرة.

ونظرا لأن الإنتروبيا تعتمد على درجة الحرارة وتزداد بارتفاعل درجة الحرارة ، تسير التفاعلات التي تحددها الإنتروبية مثل التفكك بنشاط مع زيادة درجة الحرارة. أما التفاعلات الي تعتمد على الطاقة مثل التبلور فهي تنشط بخفض درجة الحرارة. ويمكن اختيار اتجاه التفاعل عن طريق تغيير درجة الحرارة.

مثال :

سندرس حالة توازن كيميائي يعرف بتوازن بودوارد :


هذا تفاعل ثاني أكسيد الكربون مه الكربون الذي ينتج أول أكسيد الكربون وهو تفاعل يمتص حرارة أي يحتاج إلى حرارة من الخارج لكي يسير. لهذا فتكون حالة التوازن الكيميائي للتفاعل عند درجة حرارة منخفضة على ناحية ثاني أكسيد الكربون. وبرفع درجة الحرارة إلى 800 درجة مئوية وأعلى من ذلك يبدأ إنتاج أول أكسيد الكربون متزايدا مع درجة الحرارة ، وذلك بسبب بسبب توايد الإنتروبية. [2]

كما يمكننا دراسة التفاعل الكيميائي من وجهة تغير الطاقة الداخلية للنظام. وتوصف الطاقة الداخلية لنظام بأنها دالة للإنتروبيا وتغير الحجم والكمون الكيميائي. ويعتمد الكمون الكيميائي على الفعالية الكيميائية لجميع المواد المتفاعلة ، أي المواد الداخلة في التفاعل والمواد الناتجة من التفاعل. [3]


حيث :

U: طاقة داخلية,
S: إنتروبيا,
p: الضغط,
μ: كمون كيميائي (أو الجهد الكيميائي) ,
n: كمية المادة ,
d: معامل التفاضل.
المعادلة تعطي تغير دوال الحالة للمواد قبل التفاعل وبعده.

[عدل]تقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها

1. تفاعلات تتم في وقت قصير جدا ، تفاعل انفجاري ، مثل : انفجار البارود ، وانفجار مخلوط الهيدروجين والأكسجين.

2. تفاعلات تتم في وقت قصير مثل : عند تكون الصدأ على الحديد بسبب تفاعله مع أكسجين الهواء.

3. تفاعلات ذات معدل بطيء نسبيا مثل : تفاعل الزيوت مع الصودا الكاوية.

4. تفاعلات بطيئة جدا تحتاج لآلاف السنوات مثل : تكوين النفط

[عدل]العوامــل المؤثرة في سرعـة التفاعــل
1عوامل أساسية (تحتاجها كل التحولات):

-تاثير درجة الحرارة
-تاثير سطح التلامس
-تاثير التركيب المزيج
2عوامل ثانوية (تحتاجها بعض التحولات):

-الضغط
-الوسيط
-الض
[عدل]اعتماد سرعة التفاعل على درجة الحرارة

1* في عام 1884 صاغ الكيميائي الهولندى قاعدة تقريبية لاعتماد سرعة التفاعل الكيميائي على درجة الحرارة ، وتسمي قاعدة فانت هوف.

2* وفي عام 1888 صاغ الكيميائي السويدي أرينيوس معادلته المسماة معادلة أرينيوس لاعتماد سرعة تفاعل كيميائي عل درجة الحرارة. ومعادلة أرينيوس أكثر دقة من قاعدة فانت هوف ، حيث أنها تأخذ طاقة التنشيط في الحسبان.

[عدل]اقرأ أيضا

معادلة أرينيوس
تفاعل ناشر للحرارة
تفاعل يمتص الحرارة
تفاعل عكوس
نتاج (كيمياء)
تفاعل الثرميت
تفاعل أكسدة-اختزال
اختزال
قاعدة فانت هوف
مخطط أرهينيوس
تفاعل نووي
[عدل]المراجع

^ Peter W. Atkins, Julio de Paula: Physikalische Chemie. 4. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2006, ISBN 978-3-527-31546-8, S. 106–108.
^ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 897.
^ Peter W. Atkins, Julio de Paula: Physikalische Chemie. 4. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2006, ISBN 978-3-527-31546-8, S. 150.
[عدل]وصلات خارجية

سرعة التفاعل
التحكم الكيميائي
GCSE التفاعلات