نظرية التصادم وسرعة التفاعل

نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي ثالث ثانوي

شرح درس نظرية التصادم

نظرية التصادم 

نظرية التصادم بوربوينت

نظرية التصادم 

نظرية التصادم في الكيمياء الحركية

ما العلاقة بين نظرية التصادم وسرعة التفاعل

بحث نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي

عملية التفاعل

 - تحدث التفاعلات الكيميائية بمعدلات ( بسرعات ) متباينة .

مثل:  يصدأ الحديد بوجود الهواء ببطء بينما يحترق غاز الميثان بسرعة .

علل:1- عند مزج محلولين من HCl   و NaOH  يحدث التفاعل بسرعة كبيرة .

لأنه يحدث بين أيونات مختلفة في الشحنة .

2- الأيونات المتشابهة في الشحنة لايحدث بينها تفاعل تلقائي.

 لأنها تتنافر عندما تتقارب .

 - ما العامل الذي يحدد سرعة تفاعل HCl   و NaOH  ؟

   سرعة انتشار أيونات H3O+   و OH-  في الماء ليلتقي بعضها ببعض

* متى يحدث تفاعل تلقائي بين الأيونات المتشابهة أو بين المواد الجزيئية ؟

 عندما تصبح الطاقة الحركية عالية جداً بحيث تتغلب على قوى التنافر .

 آلية التفاعل : سلسلة خطوات التفاعل التي يحدث بموجبها التغير الكيميائي الكلي .

الوسيط : الأنواع التي تظهر في بعض الخطوات , لكن ليس في المعادلة النهائية .

        آليات مقترحة لتفاعل اليود والهيدروجين

 آلية مقترحة 1                             خطوة (1)           I2               2I

                                    خطوة (2)          2I +H2           2HI

                                تفاعل نهائي ( كلي )                I2 +  H2             2HI        

   ما المركب الوسيط ؟  I                                                                                                                                    

آلية مقترحة  2                                خطوة (1)  I2              2I                 

                                                  خطوة (2) I +  H2             H2I               

                                                      خطوة (3)             I  + H2I              2HI

                                                 تفاعل نهائي ( كلي )  I2  + H2             2HI                     

 ما الوسيط ؟  H2I   و I 

       

الوسيط 1: - ليس متفاعلاً أو ناتجاً  في المعادلة النهائية وبالتالي لا يظهر في المعادلة النهائية .

2- ينتج في خطوة ويتفاعل في خطوة لاحقة .

 3- طاقتة مرتفعة نسبيا ولذلك فهو غير مستقر نسبياً .                                    

4- يستدل عليه من بعض خواصة الفيزيائية مثل اللون .

التفاعل المتجانس : التفاعل الذي تكون متفاعلاته ونواتجه في حالة فيزيائية واحدة (صلبة , سائلة , غازية)

نظرية التصادم : ـ هي مجموعة الافتراضات الخاصة بالتصادمات والتفاعلات .

مثال :  في التفاعل                           AB + AB                     A2+ 2B 

-حسب نظرية التصادم : لحدوث التفاعل يجب أن :

* يتصادم جزيئان من AB  في اتجاه مناسب أي تصطدم A من جزيء مع A من جزيء آخر .

* تكون الطاقة كافية لدمج الكترونات التكافؤ وتكسير الروابط بين جزيئات المتفاعلات AB وتكوين روابط جديدة (النواتج ) .

- يحدث تفاعل عندما يكون التصادم فعالاً .

- ما شرطا حدوث تصادم فعال ؟    1- طاقة كافية            2- اتجاه مناسب .

- التصادم غير الفعال لا يحدث تفاعلاً لأن الطاقة غير كافية أو/ و الاتجاه غير مناسب .

- لماذا لا تؤدي بعض التصادمات إلى حدوث تفاعلات كيميائية ؟

لأن الطاقة غير كافية أو/ و الاتجاه غير مناسب .

-علل : لا يحدث تفاعل أحياناً حتى وإن كان للتصادم طاقة تفيض عن طاقة التنشيط.

لأن اتجاه التصادم غير مناسب .

-ماذا يحدث للجزيئات ؟ إذا كان : 1- التصادم ضعيفاً        2- اتجاه التصادم غير مناسب .

                                 ج-   1- ترتد                    2- ترتد

    - في التفاعل NO(g) + Cl2 (g)          NOCl (g)  + Cl(g)  أجب عن الأسئلة التالية :

- هل يمكن حدوث التفاعل إذا تصادم جزيء كلور مع ذرة الأكسجين من أول أكسيد النيتروجين؟ولماذا؟      نعم، لأن الاتجاه مناسب.

-هل يمكن حدوث التفاعل إذا تصادم جزيء الكلور وذرة النيتروجين من جزيء أول اكسيد النيتروجين ؟ ولماذا؟  لا ، لأن الاتجاه غير مناسب .

- لماذا تتكون سحب بنية عند حدوث البرق ؟ لأن البرق يوفر طاقة كافية لحدوث تصادم فعال بين غازي الأكسجين والنيتروجين في الهواء الجوي .

طاقة التنشيط

 علل:1- في التفاعل 2H2(g) + O2(g)        2H2O (l) , ∆Hf0 = - 285.8KJ برغم أن  ∆Hقيمة سالبة إلا أن التفاعل لايحدث تلقائيا ؟

لأنه عند تقارب الأكسجين والهيدروجين تتنافر السحب الإلكترونية .

-عملية تكسر الروابط ماصة للحرارة بينما عملية تكون الروابط طاردة للحرارة .

2- مع أن العملية النهائية لتكوين الماء طاردة للحرارة فإنه يتطلب توفر طاقة في البداية ، ما اسم هذه الطاقة ؟ وفيم تستخدم ؟

 طاقة التنشيط ، للتغلب على قوى التنافر بين جزيئات المتفاعلات( O2 و  H2)عند تقاربها .

* طاقة التنشيط للتفاعل الأمامي رمزها :  Ea     

*  طاقة التنشيط للتفاعل العكسي رمزها : Ea\

يبين الشكل التالي مساري التفاعلين الأمامي والعكسي :                                                                                                                                                                                          

- طاقة المعقد <  المنشط طاقة المتفاعلات < من طاقة النواتج

* طاقة المتفاعلات  -  طاقة النواتج  =  أمامي ∆H    

     *طاقة النواتج  -  طاقة المتفاعلات  =  عكسي ∆H

* طاقة المتفاعلات -  طاقة المعقد المنشط =  Ea

*     طاقة النواتج -  طاقة المعقد المنشط  =   Ea\                                                                                   

* ∆H تمثل طاقة التفاعل أيضاً

* طاقة التفاعل = الفرق بين طاقتي تنشيط التفاعلين الأمامي والعكسي .                                                                                                              

*   أمامي ∆H تساوي  عكسي ∆H في المقدار ويختلفان في الإشارة .                                                                                                          

المعقد المنشط :  التركيب الانتقالي الناتج عن التصادم الفعال , والذي يبقي أثناء تكسر الروابط الأصلية وتكون الروابط الجديدة .

- الروابط في المعقد المنشط تخص المتفاعلات والنواتج معاً .

- المعقد المنشط قد يتحول إلى النواتج أو يعيد تكوين المتفاعلات .

مقارنة بين المعقد المنشط والوسيط

وجه المقارنة  المعقد المنشط الوسيط

التكون تتكسر الروابط جزئياً وتتكون جزئياً يتكون في خطوة ويتفاعل في خطوة لاحقة

الطاقة أقصى قيمة    أدنى قيمة

الاستقرار      غير مستقر تماماً     مستقر نسبياً

العمر  قصير جداً     أطول عمراً

* في التفاعل 2BrNO(g)             Br2(g)  + 2NO(g)  إذا علمت أن تركيب المعقد المنشط O…Br…Br…NO  فإن التصادم بين جزيئي المتفاعل يحدث بين :

 أ-   Br  و  O                     ب-    Br   و  N                 ج-    Br و Br  

الجواب : ج 

*ارسم ورمز شكلاً بيانياً يعبرعن المتفاعلات ,النواتج ,المعقد المنشط ,   Ea و Ea\    , ∆H . إذا علمت أن Ea = 243KJ/mol ,       = 260 KJ/mol  Ea\  

* ارسم ورمز شكلاً بيانياً يعبرعن المتفاعلات ، النواتج , المعقد المنشط ،  Ea  ،   Ea\,  ∆H  علما بأن         Ea = 120 KJ/mol و   =80 KJ/mol عكسي ∆H

                                         

سرعة التفاعل : التغيرفي تركيز المتفاعلات خلال وحدة زمن حدوث التفاعل .

تقاس بوحدة  M/S      (    مولار / ثانية  )

الكيمياء الحركية :  فرع الكيمياء الذي يعنى بسرعة التفاعل وآلياته .

العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل :

1- طبيعة المتفاعلات    2- المساحة السطحية    3- درجة الحرارة     4- التركيز      5- الحفاز

طبيعة المتفاعلات :  ( نوع الروابط وعددها )

 علل:1- يتفاعل الهيدروجين والكلور بشدة بينما يتفاعل الهيدروجين ببطء مع النيتروجين تحت نفس الشروط.

  بسبب اختلاف طبيعة المتفاعلات ( الكلور والنيتروجين ) حيث أن الرابطة في جزيء الكلور تساهمية أحادية بينما في النيتروجين تساهمية ثلاثية .

2- سرعة اتحاد الصوديوم بالأكسجين أكبر من سرعة اتحاد الحديد بالأكسجين تحت نفس الظروف .

ج بسبب اختلاف طبيعة المتفاعلات حيث أن الرابطة الفلزية في الصوديوم أضعف منها في الحديد .

 المساحة السطحية :

زيادة مساحة السطح: يزيد عدد الجزيئات المتفاعلة ويزيد عدد التصادمات الفعالة فتزيد سرعة التفاعل

ـ تعتمد سرعة التفاعلات غير المتجانسة على مساحة سطح التماس بين المواد المتفاعلة .

علل:1- تزداد سرعة التفاعلات غير المتجانسة بزيادة المساحة السطحية .

     يزداد عدد الجزيئات فيزداد عدد التصادمات الفعالة .

2- سرعة تفاعل مسحوق الخارصين مع حمض الهيدروكلوريك أكبر بكثير من سرعة تفاعل قطعة خارصين صلبة معه (لهما نفس الكتلة) .

لأن مساحة سطح المسحوق المعرضة للتفاعل أكبر بكثير وبالتالي عدد الجزيئات المتفاعلة أكبر وعدد التصادمات الفعالة أكبر .                                                                       

 3- قطع الفحم الصغيرة أسرع اشتعالاً من القطع الكبيرة .

 في القطع الصغيرة تكون مساحات سطح التفاعل أكبر وبالتالي عدد الجزيئات المتفاعلة أكبر وعدد التصادمات الفعالة أكبر .                                                                       

 4- حصول انفجارات في مناجم الفحم الحجري .

 لانتشار مسحوق الفحم في جو المنجم وهذا يمثل سطحاً كبيراً لتفاعل الاحتراق فيزيد عدد الجزيئات المتفاعلة ويزيد عدد التصادمات الفعالة .

  درجة الحرارة :

زيادة درجة الحرارة:تزيد الطاقة الحركية للجسيمات ويزيد عدد التصادمات الفعالة فتزيد سرعة التفاعل .

-عند درجات الحرارة العليا يكتسب عدد أكبرمن الجسيمات طاقة كافية لتكوين معقدات منشطة لذا ينتج عن الارتفاع في درجات الحرارة زيادة في طاقة تصادم الجزيئات وفي عددها .

علل1- تزيد سرعة التفاعل لمعظم التفاعلات بزيادة درجة الحرارة .

تزيد الطاقة الحركية لجسيمات المادة ويزيد عدد التصادمات الفعالة .

2- تفسد الأطعمة إذا تركت خارج الثلاجة صيفا بسرعة .

 يعمل زيادة درجة الحرارة على زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية التي تسببها البكتيريا والتي تؤدي إلى تحلل ( تلف ) الأطعمة .

3- تحفظ الأطعمه في الثلاجة ( تبريد الطعام ) .

 يعمل خفض درجة الحرارة على تقليل سرعة التفاعلات الكيميائية التي تسببها البكتيريا والتي تؤدي إلى تحلل ( تلف ) الأطعمة

- تتضاعف تقريباً سرعة العديد من التفاعلات الشائعة مع كل 10K   أو ( 10 0C) من الإرتفاع في درجة الحرارة .

  التركيز : 

 زيادة التركيز:يزيد عدد الجزيئات المتصادمة ويزيد عدد التصادمات الفعالة فتزيد سرعة التفاعل .

علل:1- الضوء المنبعث من قطعة الفحم المشتعلة في مخبار الأكسجين النقي أقوى من الضوء المنبعث في مخبارالهواء الجوي .

لأن تركيز الأكسجين في مخبارالأكسجين النقي 5 أضعاف تركيزه في مخبارالهواء الجوي وبالتالي يزداد عدد الجزيئات المتفاعلة ويزداد عدد التصادمات الفعالة .

2- تزيد سرعة التفاعل بزيادة تركيز المواد المتفاعلة .

بسبب زيادة عدد الجزيئات المتصادمة وبالتالي ويزداد عدد التصادمات الفعالة .

* تفاعل المواد الصلبة مع غيرها مثل احتراق الفحم : تفاعل غير متجانس وتتأثر سرعته  بالمساحة السطحية   وتركيز الأكسجين .

عدد الجزيئات المتصادمة           2      4      5      8

عدد التصادمات       1      4      6      16

الحفاز :  مادة تغير سرعة التفاعل الكيميائي دون أن تستهلك .

- التحفيز :  فعل الحفاز .

* الحفاز : -لايظهر كأحد النواتج النهائية للتفاعل   - يشارك في إحدى خطوات التفاعل - يمكن استعادته في خطوة أخرى لاحقة  .

* كيف يعمل الحفاز على زيادة سرعة التفاعل ؟

 يوفر الحفاز مساراً بديلاً للطاقة ويكون معقدات منشطة بديلة تحتاج طاقة تنشيط أقل .

- علل : تفضل الحفازات لزيادة سرعة التفاعل عن التسخين ورفع درجة الحرارة .

لأنها تكون معقدات منشطة ذات طاقة أقل وبالتالي توفر الطاقة كما أنه يعاد استخدامها أما التسخين ورفع درجة الحرارة فيستهلك طاقة أكبر .

-الحفاز المتجانس :  يكون في الحالة الفيزيائية نفسها للمواد المتفاعلة والناتجة في تفاعل كيميائي .

- الحفاز غير المتجانس : ـ تختلف حالته الفيزيائية عن حالة المتفاعلات

* علل: تستخدم المعادن عادة كحفازات غير متجانسة .

 لأن المتفاعلات تمتز على سطوحها مما يزيد من تركيز المتفاعلات وعدد التصادمات الفعالة .                                                                                                                                     

* ادرس الشكل التالي يبين  مسارات طاقة  تفكك بيروكسيد الهيدروجين H2O2 بفعل حفازات مختلفة

2H2O2 (l)               2H2O(l)    +   O2(g)     ثم أجب عن الأسئلة التي تليه :

                           

       

       

                       

               

1- أي الحفازين أفضل  I-  أم الإنزيم  ؟ برر اجابتك ؟

الإنزيم  ،يكون التفاعل أسرع لأن طاقة التنشيط أقل . 

2- أيهما أسرع احتراقاً : السكر داخل الجسم أم في المختبر ؟ برر اجابتك .

داخل الجسم  لأن الأنزيمات في الجسم تقلل طاقة التنشيط .

- ما الشرط الواجب توافره لتكوين معقد منشط من تصادم جسيمات المتفاعل؟

التصادمات الفعالة تزيد من الطاقة الداخلية للمتفاعلات وبالحد الأدنى لحدوث التفاعل .

*علل:1-الحفازات السطحية ( غير المتجانسة ) تعمل أفضل عندما تكون بشكل مسحوق دقيق .

لأن المساحة السطحية تكون أكبر وعليها تمتز الجسيمات فيزداد التركيز وبالتالي يزداد عدد التصادمات الفعالة.

2- تتفاعل المتفاعلات الغازية تحت ضغط مرتفع أسرع من تفاعلها تحت ضغط منخفض .

لأن حجم الغاز يقل فتقترب جزيئاته أكثر فيزداد عدد التصادمات الفعالة في وحدة الزمن .

3- تتفاعل المركبات الأيونية في المحلول أسرع من تفاعلها في الحالة الصلبة .

لأن الأيونات في المحلول تتحرك بحرية أكبر من الصلب فيزداد عدد التصادمات الفعالة .

-أي مما يلي يتوافق مع معدل التفاعل الأسرع :آلية ذات طاقة تنشيط قليلة أم آلية ذات طاقة تنشيط كبيرة ؟ برراجابتك .                                                                                                                                              الآلية ذات طاقة تنشيط قليلة ، بسبب زيادة عدد التصادمات التي لها طاقة أكبر من طاقة التنشيط .

* ادرس الشكل التالي ثم أجب عن الأسئلة التالية :

1- على ماذا يدل الرمز A وما قيمته ؟ ................

    وعلى ماذا يدل الرمز B  ؟ ...............

2- احسب مقدار الطاقة الذي يوفره استخدام الحفاز ؟ ..................

3- ضع حرف Cعلى المكان الذي يمثل المعقد المنشط للتفاعل المحفز .

4-احسب قيمة ∆H للتفاعل العكسي غير المحفز .......

5- هل تختلف قيمة ∆H  للتفاعل المحفز عنها لغير المحفز ؟ .......

* ادرس الشكل التالي ثم أجب عن الأسئلة التي تليه :

التفاعل        طاقة التنشيط للتفاعل الأمامي        طاقة التنشيط للتفاعل العكسي

A      100  250

B       125  85

        احسب ∆H للتفاعل  B العكسي .

        أي التفاعلين الأماميين طارد  للحرارة ؟

        تقل طاقة التنشيط للتفاعلين الأمامي والعكسي بإضافة حفاز ، فسر ذلك .

الإجابات :1- -40kJ/mol    2-   A   3- لأن الحفاز يوفر مساراً بديلاً بطاقة أقل .

* في الشكل المجاور وبالاستعانة بالمعادلة التالية

2N2H4  + N2O4          3N2  + 4H2O         ,       ∆H  = -33 kJ

فإن طاقة التنشيط للتفاعل العكسي(  kJ) تساوي :

أ-  23         ب- 89           ج- 56            د-  33

قوانين سرعة التفاعلات

 * تحدد العلاقة بين سرعة تفاعل وبين تركيز أحد المتفاعلات عملياً من خلال :

1- تثبيت تراكيز المتفاعلات الأخرى ودرجة حرارة النظام .

2- قياس سرعة التفاعل بوجود تراكيز مختلفة للمتفاعل المحدد .

* يمكن تحديد سرعة التفاعل بقياس - تغير الضغط في الوعاء مع مرور الوقت   - تغير شدة اللون . 

 * الضبخان (ضباب + دخان) : سحب دخان ضبابية تساهم في تكوينها أكاسيد النيتروجين وتلف سماء المدن الصناعية .

                                        

قانون السرعة :   المعادلة التي تربط بين سرعة التفاعل وتركيز المتفاعلات .

- المعادلة الرياضية العامة لقانون سرعة التفاعل هي :    R = k [A] n [B]m  

  حيث : R سرعة التفاعل           ,       k ثابت السرعة النوعية

 [A] , [B] التركيزالمولاري للمتفاعلين , n   : رتبة المتفاعل A

, m  : رتبة المتفاعل B

رتبة المتفاعل : الأس الذي يرفع إليه تركيز المتفاعل .

رتبة التفاعل أو  الرتبة الكلية  :  مجموع رتب المتفاعلات  (  n + m )

رتبة المتفاعل = 1     تعني: السرعة تتناسب طرديا مع تركيز المتفاعل

رتبة المتفاعل = 2     تعني : السرعة تتناسب طرديا مع مربع تركيز المتفاعل

رتبة المتفاعل = 0     تعني : السرعة لا تعتمد على تركيز المتفاعل ( السرعة ثابتة مهما تغير التركيز )

ثابت السرعة النوعية  ( k ) : هو ثابت التناسب الذي يربط سرعة تفاعل معين بتركيز المتفاعلات .

ملاحظات حول قيم ثابت السرعة النوعية   k :

1 ـ يتم تحديدها  من بيانات التجربة العملية               2 ـ لكل تفاعل قيمة k خاصة به .

3 ـ تعتمد وحدتها على الرتبة الكلية للتفاعل .

4 ـ لاتتغير قيمة k بمرور الوقت أو بتغير قيم تراكيز المتفاعلات أو النواتج .

5 ـ تزداد بارتفاع درجة الحرارة                          6 ـ تزداد بوجود حفاز.

*علل:1- لا تتغير قيمة ثابت السرعة النوعية k بتغير قيم تراكيز المتفاعلات والنواتج .

   لأنه عند تغير التركيز فإن السرعة تتغير بنفس المعدل .

2- تزداد قيمة k ثابت السرعة النوعية بزيادة درجة الحرارة أو وجود حفاز .

لأن الحفاز أو زيادة درجة الحرارة يزيد من سرعة التفاعل دون تغير التركيز .

 * أجريت ثلاث تجارب تحت شروط متماثلة لقياس السرعة الأبتدائية للتفاعل التالي :                      2HI(g)           H2(g) + I2(g)   وكانت النتائج كالتالي :

التجربة        [HI] (M)       السرعة (M/s)

1      0.015        1.1x10-3

2      0.030        4.4x10-3

3      0.045        9.9x10-3

اكتب قانون سرعة التفاعل ثم جد قيمة ثابت السرعة النوعية ووحدته .

الحل :

      تغير التركيز[HI]                                       تغير السرعةR 

4.4x10-3/ 1.1x10-3 =4                               0.030/ 0.015 = 2       

                                           R = [HI] n

                                           4 = 2 n                n = 2

                   إذاً قانون السرعة هو :  R = k [HI] 2 

لإيجاد قيمة k: عوض من التجربة 1

                                  K = R/[HI] 2

                                  K = 1.1x10-3 / (0.015)2 =

لإيجاد وحدة              : k                                                     K = R/[HI] 2

                              K =(M/s)/ (M)2  = 1/ M.s  = M-1.s-1

* أجريت ثلاث تجارب عملية لقياس السرعة الابتدائية للتفاعل A + B            C كانت الظروف متماثلة في التجارب الثلاث , باستثناء تراكيز المتفاعلات التي كانت متغيرة . والتتائج كانت كما يلي :

التجربة        [A] (M)        [B] (M)        السرعة (M/s)

1      1.2   2.4   8x10-8

2      1.2   1.2   4x10-8

3      3.6   2.4   7.2x10-7

اكتب قانون السرعة للتفاعل  جد قيمة ثابت السرعة النوعية ( k) ووحداته.

الحل :القانون العام للسرعة R = k [A] n [B]m 

ثبات تركيز[A] في التجربتين 1 و2 ثبات تركيز[B] في التجربتين 1 و3

تغير التركيز[B]               تغير السرعةR                تغير التركيز[A]               تغير السرعةR 

 8x10-8/ 4x10-8 =2              2.4 /1.2 = 2                                                                           7.2x10-7 /8x10-8=9        3.6 /1.2 = 3

    R = [B] m            

      2 = 2 m         m = 1          R = [B] n

     9 = 3 n         n = 2

                               إذاً قانون السرعة هو :    R = k [A] 2 [B]

لإيجاد قيمة k: عوض من التجربة 1

                                  K = R/[A] 2[B]

                                  K = 8x10-8/ (1.2)2 (2.4)= 2.31x10-8

لإيجاد وحدة              : k                                                 K = R/[A] 2[B]

                              K =(M/s)/ (M)2.M  = 1/ M2.s  = M-2.s-1

                                   

        في التفاعل 3A                  C كان التركيز الأبتدائي لــ A يساوي 0.2M وسرعة التفاعل 1 M/s وبمضاعفة [A] ازدات سرعة التفاعل بمقدار 4M/s . حدد قانون السرعة للتفاعل .

القانون العام للسرعة:  R = k [A] n

     تغير التركيزA                تغير السرعةR 

                 4                                  2       

     R = [A] n

     4 = 2 n                  n = 2

     إذاً قانون السرعة هو :  R = k [A] 2 

         وجد أن قانون سرعة تفاعل معين هو R = k[X]3 . ما المعامل الذي تزداد بموجبة السرعة , علماً أن [X] قد تضاعف إلى ثلاثة أمثال التركيز الابتدائي ؟

الحل                                     =27k [X]3  = k.27[X]3 R1 = k[3X]3

          المعامل = 27  ( قارن بين R  و R1 )

 قوانين السرعة  ومسار التفاعل

تعتمد معادلة قانون السرعة على آلية التفاعل .

         تفاعل في خطوة واحدة :  تتناسب سرعة التفاعل في هذه الخطوة طردياً مع ناتج ضرب تراكيز المتفاعلات كل مرفوع لأس يساوي معامل التمتفاعلات في المعادلة الموزونة .

        مثال      A + B               2C

-في التفاعل الأمامي : معامل A = 1   ،  معامل B = 1  قانون السرعة R = k [A] [B]  

- التفاعل العكسي : معامل C = 2                        قانون السرعة  R = k [C] 2     

        تفاعل عدة خطوات: قانون السرعة يحدد من الخطوة الأبطأ .

- الخطوة المحددة للسرعة : خطوة السرعة الأبطأ .

 ما الشروط التي يكتب بناء عليها قانون السرعة من المعادلة الكيميائية :

* حسب خطوات التفاعل : خطوة واحدة : يكتب من المعادلة مباشرة .

                                  عدة خطوات : يحدد عملياً .

*  يتفاعل ثاني أكسيد النيتروجين مع أول أكسيد الكربون حسب المعادلة :

NO2(g) + CO(g)          NO(g)  +CO2(g)  ويتم هذا التفاعل بآلية من خطوتين هما :

       NO2  (g)   + NO2 (g)               NO3(g)  +NO(g)                                 بطئ                   

NO3(g)       + CO(g)                  NO2(g)  +  CO2(g)                                        سريع      

اكتب قانون السرعة.

                     R = k [NO2] [NO2] = k[  NO2]2

لا يشمل قانون السرعة على[CO]  لأن CO لا يوجد في الخطوة المحددة للسرعة .

* يتفاعل غاز ثاني أكسيد النيتروجين مع غاز الفلور وفق الآلية التالية :

NO2 + F2                NO2F  + F    ( بطئ )                  

 F  +   NO2              NO2F ( سريع )             

1-اكتب المعادلة النهائية للتفاعل .                2- ما المادة الوسيطة ؟

3- ما الخطوة المحددة للسرعة ؟                 4- اكتب قانون السرعة .   

الإجابات :  1- ...

2- F                     3- البطيئة              4-   R = k [NO2] [F2]

* يحدث تفاعل بين المتفاعلين X  , Y  بآلية الخطوة الواحدة : X + 2 Y        XY2    

اكتب قانون سرعة هذا التفاعل   R = k [X] [Y]2

حدد تأثير كل مما يلي في سرعة التفاعل:

  - مضاعفة تركيز  X :     R1 = k [2X] [Y]2   أي2R     R1 =  ( تتضاعف السرعة )

  - استخدام ثلث تركيز Y :   R2 = k [X] [1/3Y]2   أي1/9R     R1 =  ( تقل إلى التسع )

 ـ مضاعفة تركيز X واستخدام نصف تركيز Y : R3 = k [2X] [1/2Y]2  أي1/2R     R1 =

* وجد أن سرعة التفاعل الافتراضي بين L , M تتضاعف لدى مضاعفة تركيز L وتزداد إلى 4  أمثالها لدى مضاعفة تركيز M.اكتب قانون سرعة هذا التفاعل

الحل : القانون العام للسرعة : R = k [M] n [L]m  

تغير التركيزL               تغير السرعةR                  تغير التركيزM               تغير السرعةR 

            2                                       2                                        4                                  2       

    R = [L] m            

      2 = 2 m         m = 1          R = [M] n

     4 = 2 n         n = 2

                               إذاً قانون السرعة هو :    R = k [M] 2 [L]

* عند درجة حرارة أقل من 498 K  يحدث التفاعل التالي :

NO2 (g) + CO (g)         CO2 (g) + NO (g)  مضاعفة تركيز NO2  تزيد سرعة تكوين CO2  إلى أربعة أمثال السرعة الأبتدائية , إذا بقي تركيز CO  ثابتا , لكن مضاعفة تركيز CO  ليست ذات تأثير في سرعة تكوين CO2 ، اكتب قانون سرعة هذا التفاعل .

 الحل : القانون العام للسرعة : R = k [NO2] n [CO]m  

تغير التركيز CO               تغير السرعةR               تغير التركيز NO2               تغير السرعةR 

( لا تتأثر )   ثابت                               2                                          4                                  2       

    رتبة المتفاعل = 0

              m = 0         R = [NO2] n

     4 = 2 n         n = 2

                               إذاً قانون السرعة هو :    R = k [NO2] 2 [L] 0          

                                                               k [NO2] 2 = R

* في التفاعل   2NO2(g)              2NO(g) + O2(g)  إذا كانت رتبة التفاعل هي رتبة ثانية في NO2 . وقانون السرعة R = k [NO2]2 هل يتم التفاعل في خطوة أم أكثر ؟

يتم في  خطوة واحدة لأن الأس الذي يرفع إليه تركيز المتفاعل ( رتبة المتفاعل ) في قانون السرعة  يساوي معامل المتفاعل في المعادلة الكيميائية الموزونة .

* التفاعل  NO2 (g) + CO(g)         NO(g)  + CO2 (g)     . وقانون السرعة هو R = k [NO2]2 فهل يتم التفاعل في خطوة أم خطوتين ؟

  يتم في أكثر من خطوة لأن الأس الذي يرفع إليه تركيز المتفاعلات ( رتبة كل متفاعل ) في قانون السرعة لا يساوي معامل المتفاعل في المعادلة الكيميائية الموزونة .

* في التفاعل 2H2O2 (aq)        2H2O (l) + O2 (g) إذا كانت رتبة التفاعل هي رتبة أولى في H2O2  هل يتم التفاعل في خطوة أم أكثر .

* التفاعل 3NO (g)         N2O(g)  + NO2 (g)  وقانون السرعة هو R = k [NO]2 فهل يتم التفاعل في خطوة أم أكثر ؟ وضح بالمعادلات .

  يتم في أكثر من خطوة لأن الأس الذي يرفع إليه تركيز المتفاعل ( رتبة المتفاعل ) في قانون السرعة لا يساوي معامل المتفاعل في المعادلة الكيميائية الموزونة .

 بطيئة )  ( 2NO                      N2O  +   O

( سريعة ) NO  + O                 NO2   

*إذا كانت آلية التفاعل التالي  NO2 (g) + CO(g)         NO(g)  + CO2 (g)      تتم في خطوتين

الأولى بطيئة وهي :               NO2 (g) + NO2 (g)          NO3(g)  +NO(g) 

 1- اكتب المعادلة التي تمثل الخطوة الثانية السريعة .              2- ما المادة الوسيطة ؟

 3- ما الرتية الكلية للتفاعل ؟

الإجابات : 1- ...

2- NO                3-        (  2  )

                                                                                                               

التقويم للفصل الثالث

(36) وجد ان سرعه تفاعل كيميائي mol/l.s2.25×〖10〗^(-2) عند درجه حراره 322c فما مقدار هذه السرعه بوحده mol/l.min ؟

المعطيات :

سرعه التفاعل = 2.25×〖10〗^(-2)mol/l.s

المطلوب : مقدار سرعه التفاعل بوحده mol/l.min

حساب المطلوب :

ب استخدام العلاقه : 1min=60s

rate=2.25×〖10〗^(-2 )×60s/1min=1.35 mol/l.min

اتقان المفاهيم

(37) ما دور نشاط المواد المتفاعله في تحديد سرعه التفاعل الكيميائي ؟

*المواد الانشط كيميائيا تتفاعل اسرع المواد الاقل منها نشاطا

(38) ما العلاقه بين سرعه التفاعل عموما و تركيز المواد المتفاعله ؟

* تزداد سرعه التفاعل الكيميائي بزياده تركيز المواد المتفاعله

(39) طبق نظريه التصادم لتفسير سبب زياده سرعه التفاعل بزياده التركيز المادهالمتفاعله .

عندما يزداد تركيز المواد المتفاعله تزداد عدد جسيمات المواد المتفاعله مما يزيد من عدد الاصطدامات بينها ف تزداد سرعه التفاعل الكيميائي

(40) فسر لماذا تتفاعل المادهالصلبه–التي على شكل مسحوق- مع الغاز اسرع من تفاعل المادهالصلبه نفسها اذا كانت قطعه وحده؟

* لان الماده على شكل مسحوق تزداد فيها مساحه السطح المعرضه للتفاعل عن تلك التي على شكل قطعه واحده ,مما يزيد عن عدد الاصطدامات بين الجسيمات المتفاعله فتزداد سرعه التفاعل