حركية كيميائية

في التفاعل من الدرجة صفر، فإن معدل التفاعل لا يعتمد على تركيز المواد المتفاعلة. وهذا يعني أنه على الرغم من تغيير تركيز المواد المتفاعلة، فإن المعدل الذي يحدث به التفاعل يظل ثابتًا. من الأمثلة على التفاعلات من الدرجة صفر هو تحلل بيروكسيد الهيدروجين إلى ماء وغاز الأكسجين. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم يسمى الكاتالاز. يتم رؤية الكاتالاز في العديد من الكائنات الحية.

معادلة المعدل بسيطة ولا تعتمد على تركيز بيروكسيد الهيدروجين. المعدل يساوي k للتفاعل من الدرجة صفر. k هو ثابت المعدل. تعتمد k فقط على ظروف التفاعل مثل درجة الحرارة والضغط. يتم تحديد معدل التفاعل فقط من خلال تركيز إنزيم الكاتالاز. وهذا يعني أنه بغض النظر عن التركيز الأولي لبيروكسيد الهيدروجين، فإن التفاعل سوف يستمر بنفس المعدل طالما أن هناك كمية كافية من الكاتالاز.

عندما نرسم رسمًا بيانيًا بين معدل التفاعل من الدرجة صفر والتركيز، نحصل على خط مستقيم موازٍ لمحور x. يوضح هذا الخط أنه على الرغم من ارتفاع التركيز، فإن معدل التفاعل يظل ثابتًا. يوضح هذا أن معدل التفاعل من الدرجة صفر لا يعتمد على تركيز المتفاعل.

في تفاعل من الدرجة الأولى، يكون معدل التفاعل متناسبًا بشكل مباشر مع تركيز المواد المتفاعلة. مع انخفاض تركيز المواد المتفاعلة، ينخفض معدل التفاعل أيضًا بشكل متناسب. وبنفس الطريقة، إذا قمنا بزيادة تركيز المواد المتفاعلة، فإن معدل التفاعل يزداد أيضًا. يتم توضيح معادلة معدل التفاعل من الدرجة الأولى بالنسبة للمتفاعل أ هنا.

عندما نرسم رسمًا بيانيًا بين معدل التفاعل من الدرجة الأولى والتركيز، نحصل على خط مستقيم يبدأ من الأصل. كما نرى أنه عندما نزيد التركيز، فإن معدل التفاعل يزداد أيضًا. يوضح هذا أن معدل التفاعل من الدرجة الأولى يتناسب طرديًا مع تركيز المواد المتفاعلة.

دعونا نستنتج وحدات ثابت السرعة لتفاعل من الدرجة الأولى. سنبدأ بمعادلة المعدل لتفاعل من الدرجة الأولى. وحدة المعدل هي molL⁻¹s⁻¹. تركيز المتفاعل أ له وحدات molL⁻¹. الآن قم باستبدال وحدات المعدل والتركيز في معادلة المعدل.

بعد استبدال القيم، سنقوم بعزل "k" عن طريق قسمة كلا طرفي المعادلة على وحدات التركيز. هذا لأننا نريد أن نأخذ k على أحد جانبي المعادلة والوحدات على الجانب الآخر من المعادلة. أخيرًا قم بتبسيط الوحدات عن طريق الإلغاء molL⁻¹. الآن وحدات ثابت السرعة لتفاعل من الدرجة الأولى هي الثواني العكسية.

في تفاعل من الدرجة الثانية بين متفاعلين مختلفين، فإن معدل التفاعل يتناسب طرديًا مع حاصل تركيز كل منهما. في تفاعل من الدرجة الثانية لمتفاعل واحد، فإن معدل التفاعل يتناسب طرديًا مع مربع التركيز. تظهر هنا معادلات المعدل للتفاعلات من الدرجة الثانية التي تتضمن متفاعلًا واحدًا ومتفاعلًا مزدوجًا. إذا تم مضاعفة تركيزات كل من المتفاعلين "أ" و "ب" في تفاعل من الدرجة الثانية يحتوي على متفاعلين، فإن معدل التفاعل سيرتفع بعامل أربعة. وبدلاً من ذلك، في تفاعل من الدرجة الثانية بمتفاعل واحد، إذا تمت مضاعفة تركيز "A"، فإن المعدل سيرتفع بعامل أربعة.

دعونا نرسم بيانيًا لتفاعل من الدرجة الثانية يتضمن متفاعلًا واحدًا. يتم أخذ التركيز على المحور x. يتم رسم المعدل على المحور y. يمكننا أن نرى أن الرسم البياني للتفاعل من الدرجة الثانية يظهر خطًا منحنيًا. يوضح هذا الخط المنحني أن معدل التفاعل يتناسب مع مربع تركيز المواد المتفاعلة. على سبيل المثال، إذا قمنا بزيادة تركيز المواد المتفاعلة بمقدار مرتين، فإن معدل التفاعل سيرتفع بمقدار أربع مرات.

الآن سوف نستنتج وحدات ثابت السرعة لتفاعل من الدرجة الثانية. سنقوم باستبدال وحدات المعدل والتركيز في معادلة المعدل من الدرجة الثانية. بعد ذلك، قم بعزل "k" عن طريق قسمة كلا طرفي المعادلة على مربع وحدات التركيز. الآن سنقوم بتبسيط المعادلة عن طريق إلغاء الوحدات الشائعة مثل molL⁻¹. الآن وحدات ثابت السرعة لتفاعل من الدرجة الثانية هي L mol⁻¹s⁻¹.

يتم تحديد الترتيب العام للتفاعل عن طريق إضافة أوامر التفاعل الفردية فيما يتعلق بكل متفاعل. دعونا نأخذ مثالا لتفاعل يكون فيه المتفاعل أ هو متفاعل من الدرجة صفر. وهذا يعني أن رتبة المتفاعل A هي صفر. المتفاعل B هو متفاعل من الدرجة الأولى. رتبة المتفاعل B هي واحد. وبالتالي فإن جمع القيمتين يعطينا القيمة 1. وهذا يوضح أن هذا هو رد فعل من الدرجة الأولى. إذا كان مجموع رتبة المواد المتفاعلة يساوي 2، فإن التفاعل يكون من الدرجة الثانية.

يشير المعدل اللحظي للتفاعل الكيميائي إلى معدل تغير المتفاعلات أو المنتجات في لحظة محددة من الزمن أثناء سير التفاعل. يمكن قياس المعدل اللحظي في أي وقت أثناء تقدم التفاعل. يسمح لنا المعدل اللحظي بفهم سلوك التفاعل في نقاط زمنية مختلفة.

يشير المعدل الأولي للتفاعل الكيميائي إلى المعدل الذي تتشكل به المنتجات أو تستهلك به المتفاعلات في بداية التفاعل. يتم قياس المعدل الأولي للتفاعل الكيميائي عن طريق تحديد التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة خلال فترة زمنية قصيرة جدًا. يتم عادة إجراء هذا القياس في بداية التفاعل عندما يكون الوقت قريبًا من الصفر.

يشير المعدل المتوسط للتفاعل الكيميائي إلى المعدل الإجمالي للتفاعل خلال فترة زمنية محددة. لحساب المعدل المتوسط، نقوم بقياس تركيز التفاعلات في وقتين مختلفين. بعد ذلك نقوم بقياس التغير في التركيز والفترة الزمنية. ثم نقسم التغير في التركيز على الفترة الزمنية. يعطي المعدل المتوسط رؤية أوسع لكيفية تقدم التفاعل بمرور الوقت.

عمر النصف للتفاعل الكيميائي هو الوقت الذي يستغرقه نصف المواد المتفاعلة لتحويلها إلى منتجات. على سبيل المثال، إذا كان عمر النصف للتفاعل هو عشر ثوان، فهذا يعني أن تركيز المادة المتفاعلة سيستغرق عشر ثوان حتى ينخفض إلى نصف قيمته الأولية. يتم تمثيل نصف عمر التفاعل بواسطة t(1/2).