تتأثر سرعة التفاعلات الكيميائية بالعديد من العوامل من بينها درجة الحرارة وطبيعة وتركيز المواد المتفاعلة وحجم جزيئاتها ووجود العوامل المحفزة للتفاعل والضغط.
سنوضح لك في هذه المقالة ما هي العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي مع ذكر بعض الأمثلة التي توضح تأثيرها على التفاعلات.
التفاعل الكيميائي
يتم التعبير عن التفاعل الكيميائي بمعادلة يتم في طرفها الأول كتابة الرموز الكيميائية للعناصر والجزيئات الداخلة في التفاعل، وفي الطرف المقابل يتم كتابة الرموز الكيميائية للعناصر والجزيئات الناتجة عن هذا التفاعل، ويتم فصل الطرف الأول عن الطرف الثاني بسهم في اتجاه واحد يتجه من الطرف الأول إلى الطرف الثاني.
جميع العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي يتم الإشارة لها فوق السهم الموجود في وسط معادلة التفاعل الكيميائي.
فيما يلي قائمة بالعوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل الكيميائي:
- طبيعة المواد المتفاعلة.
- الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة.
- درجة الحرارة.
- التركيز.
- حجم الجسيمات.
- العوامل المحفزة والمنشطة.
- الضغط.
طبيعة المواد المتفاعلة
هذا العامل يلعب دورًا هامًا في تحديد سرعة التفاعل الكيميائي، وبشكلٍ عام، تكون التفاعلات الحمضية وتفاعلات تكوين الأملاح وتفاعلات التبادل الأيوني أسرع من غيرها.
بالإضافة إلى ذلك، تكون التفاعلات الكيميائية بطيئة وتستغرق المزيد من الوقت حين تكون الروابط بين الجزيئات التساهمية وعندما تتشكل جزيئات كبيرة.
الحالة الفيزيائية
يقصد بالحالة الفيزيائية ما إذا كانت المواد التي تدخل في التفاعل صلبة أو سائلة أو غازية، هذا العامل مهم للغاية ويؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي، على سبيل المثال، إذا كانت الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة هي نفسها، فإن الذرات والجزيئات تتلامس وتتفاعل بسرعة أكبر، لكن إذا كانت المواد المتفاعلة مختلفة في حالتها الفيزيائية، فإن التفاعل يقتصر على السطح البيني بين هذه المواد وأحيانا يحدث التفاعل فقط في منطقة الاتصال والتلامس بينها، وبالتالي تكون هناك حاجة لتحريك أو هز المواد مع بعضها البعض حتى يكتمل التفاعل تمامًا.
التركيز
يعد التركيز من العوامل المهمة المؤثرة في سرعة التفاعل، وذلك لأن التفاعل لا يمكن أن يحدث إلا إذا تصادمت الذرات والجزيئات مع بعضها البعض، وكلما زاد تركيز المواد المتفاعلة، زاد معدل تصادم الذرات والجزيئات، مما يؤدي إلى حدوث التفاعل بشكلٍ أسرع.
درجة الحرارة
تمتلك الذرات والجزيئات ذات درجة الحرارة الأعلى طاقة حركية أكبر من الذرات والجزيئات ذات درجة الحرارة الأدنى، لهذا السبب، تتصادم تلك الذرات والجزيئات مع بعضها البعض بشكلٍ أكبر وأسرع عندما تكون درجة حرارتها مرتفعة.
هذا يعني أنه كلما زادت درجة الحرارة، يزداد معدل سرعة التفاعل الكيميائي، وكلما انخفضت درجة الحرارة، تنخفض سرعة التفاعل الكيميائي.
حجم الجسيمات المتفاعلة
كلما كان حجم الجسيمات المتفاعلة أقل، فإن مساحة سطحها تكون أكبر، وبالتالي تزيد فرصة التصادمات، هذا يعني أنه كلما كانت الجسيمات الداخلة في التفاعل صغيرة الحجم كان التفاعل أسرع.
لفهم ذلك بشكل أفضل دعنا نشرح لك هذا المثال البسيط:
تخيل مكعبًا طول كل ضلع فيه 2 سم.
كل وجه من هذا المكعب هو مربع يمكن حساب مساحته من خلال ضرب الطول بالعرض، فتكون مساحة كل وجه من المكعب 2 × 2 = 4 سم مربع.
وبما أن كل مكعب يتكون من 6 أوجه، فإن مساحة المكعب الكامل هي 4 × 6 = 24 سم مربع.
لنجرب قص المكعب أفقيًا وراسيًا على طول كل وجه بحيث نحصل على ثماني مكعبات صغيرة متساوية.
كل مكعب من المكعبات الصغيرة الثمانية طول ضلعها 1 سم، فتكون مساحة كل وجه من هذه المكعبات 1 × 1 = 1 سم مربع.
بما أن مساحة كل وجه هو 1 سم مربع، تكون مساحة كل مكعب 1 × 6 = 6 سم مربع.
ولأن لدينا 8 مكعبات صغيرة، تكون مساحتها جميعًا 6 × 8 = 48 سم مربع.
لاحظ أن مساحة المكعب قبل تقسيمه كانت 24 سم مربع، وبعد تقسيمه إلى 8 مكعبات صغيرة، أصبح مجموع مساحات المكعبات الثمانية يساوي 48 سنتيمتر مربع، تخيل الآن أن نقوم بتقسيم المكعب إلى عدد كبير جدًا من المكعبات أو القطع الصغيرة، في هذه الحالة، ستصبح مساحة السطح أكبر بكثير.
هذا يفسر لماذا يذوب مسحوق السكر في كوب الشاي الساخن أسرع من ذوبان مكعب سكر كامل.
العوامل المحفزة
العوامل المحفزة للتفاعل الكيميائي هي عبارة عن مواد تستخدم لتسهيل وتسريع حدوث التفاعل، لكنها لا تتدخل في هذا التفاعل ولا تحدث تغيرًا في طبيعة المواد الناتجة عن التفاعل.
بفضل العوامل المحفزة للتفاعلات الكيميائية، تتصادم ذرات وجزيئات المواد المتفاعلة بسرعة أكبر، ويمكن أن تساعد في حدث التفاعل في درجات الحرارة المنخفضة.
مثال على المواد المحفزة:
هناك تجربة جديدة مشهورة جدًا تعرف باسم معجون أسنان الفيل Elephant Toothpaste Reaction، تمت تسمية هذه التجربة بهذا الاسم لأن التفاعل يكون بطيء جدًا، لكن عندما يتم إضافة مواد محفزة، يحدث التفاعل بسرعة كبيرة وتندفع المواد وكأنها معجون أسنان ضخم.
التجربة تقوم على تفكك بيروكسيد الهيدروجين إلى ماء وأوكسجين، هذا التفاعل يحدث ببطء شديد، لكن إذا تم إضافة محفز مثل يوديد الصوديوم أو يوديد البوتاسيوم، فإن التفاعل يحدث بسرعة كبيرة جدًا.
الفيديو التالي يوضح التجربة.
الضغط
يؤثر الضغط على التفاعلات التي تتضمن مواد غازية، وبشكلٍ عام، عندما يزداد الضغط، يزداد عدد التصادمات بين المواد المتفاعلة، مما يؤدي إلى زيادة سرعة التفاعل الكيميائي.
