تجربة كيف يمكن زيادة سرعة التفاعل، معدل رد الفعل هو أداة تشخيصية قوية. من خلال معرفة مدى سرعة تصنيع المنتجات وأسباب تباطؤ ردود الفعل ، يمكننا تطوير طرق لتحسين الإنتاج. هذه المعلومات ضرورية لتصنيع العديد من المواد الكيميائية على نطاق واسع بما في ذلك الأسمدة والأدوية ومواد التنظيف المنزلية.

كيف نرصد معدلات التفاعل؟

أولاً ، من المهم فهم معدل التفاعل. عندما يحدث تفاعل ، تتصادم الجزيئات مع ما يكفي من الطاقة لتحطيم المواد المتفاعلة أو تحويلها إلى نوع جديد يُعرف باسم المنتج (غالبًا ما يكون هناك أكثر من منتج واحد). لذا فإن معدل التفاعل هو بشكل فعال السرعة التي يتشكل بها المنتج وكذلك السرعة التي يتم بها استخدام المادة المتفاعلة. نظرًا لأن التفاعلات تتطلب أن تتغلب الجزيئات على حاجز طاقة معين لتتصادم بنجاح ، فإن معدل التفاعل غالبًا ما يشير إلى ما إذا كانت الظروف مناسبة لحدوث ذلك. على سبيل المثال ، قد يشير معدل التفاعل البطيء إلى عدم حدوث الكثير من التصادمات بالقدر المناسب من القوة لكسر الروابط الكيميائية المتفاعلة ، وبالتالي لا يتم تصنيع المنتج بالسرعة نفسها.إذا كان هذا معروفًا ، فيمكن للمصنعين البحث عن أفضل طريقة لزيادة عدد تصادمات الجزيئات الناجحة لزيادة العائد.
لذلك من المهم أن تكون قادرًا على قياس معدلات التفاعل ولكن كيف نفعل ذلك؟ سيكون من الصعب جدًا مراقبة مادة كيميائية معينة يتم إنتاجها أو استخدامها كتفاعلات غالبًا ما تكون خليطًا محيرًا ، ولكن في كثير من الأحيان يمكننا ملاحظة الآثار الجانبية الواضحة التي يسهل قياسها. على سبيل المثال ، قد ينتج عن تفاعل طارد للحرارة حرارة ويمكننا مراقبة تغير درجة الحرارة بمرور الوقت. التفاعلات الأخرى مثل إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى عينة من المغنيسيوم تنتج غاز الهيدروجين. ينتج عن هذا فوران (الكلمة الفاخرة للفقاعات!). يمكن عد الفقاعات بسهولة ومقارنة عدد الفقاعات الناتجة خلال فترة زمنية محددة عندما تقوم بتغيير جانب آخر من التفاعل مثل درجة الحرارة أو تركيز الحمض ، مما يسمح لنا بمعرفة كيفية اختلاف معدل التفاعل.
بدء reation على مدار الساعةتجربة A Level شائعة أخرى قد تواجهها هي ساعة اليود. هذه المرة تتم مراقبة رد الفعل من خلال تسجيل المدة التي يستغرقها تغيير لون المحلول ويتم شرحه في الفيديو أدناه. من المهم التأكد من أن كل شيء يتعلق بالتجارب هو نفسه بصرف النظر عن المتغير الذي تقوم بتغييره ، في هذه الحالة تركيز الثيوسلفات ، لمنع النتائج الخاطئة. يمكن أن يساعد العمل في أزواج ، حيث يضغط شخص على المؤقت ويبدأ آخر التفاعل حتى تتمكن من بدء الساعة في نفس النقطة لكل تجربة.

فيديو لماذا نحتاج إلى معرفة معدلات التفاعل؟

هذا هو الشيء الذي يجعل الجميع متوترين. المعادلات! يمكن أن تبدو معقدة وأحيانًا مثل لغة مختلفة تمامًا ولكنها في الواقع مفيدة جدًا. إنها تسمح لنا بتحديد المواد المتفاعلة المسؤولة عن معدل التفاعل من القياسات التجريبية البسيطة جدًا مثل تلك المذكورة أعلاه.
أثناء الاختبار أو في الفصل الدراسي ، قد تحصل على جدول بيانات يوضح لك كيف يتغير معدل التفاعل عندما تقوم بتغيير تركيز كل من المواد المتفاعلة. من هذه المعلومات يمكننا إنشاء معادلة معدل.

معدلات raction

k هو ثابت المعدل. هذه هي القيمة التي تخبرنا بمدى سرعة أو بطء التفاعل. نظرًا لأن معدل التفاعل يمكن أن يتأثر بمجموعة من المتغيرات مثل درجة الحرارة أو تركيز المادة المتفاعلة ، فإن ثابت المعدل سيختلف أيضًا. أي شيء بين قوسين مربعين ([]) يعني أننا نشير فقط إلى تركيز المادة المتفاعلة بين الأقواس ، وفي هذه الحالة تركيز A و B. يتم إعطاء الحرفين الأخيرين ، m و n ، كقوى للتركيز . تشير الأرقام التي تحل محل m و n إلى كيفية اعتماد المعدل على المادة المتفاعلة الفردية. يُعرف هذا بترتيب رد الفعل لهذا النوع.
إذا لم يتغير معدل التفاعل عند تغيير تركيز A ، فإننا نعلم أن المعدل لا يعتمد على A. في هذه الحالة يمكننا كتابة m على شكل صفر ونقول إن الترتيب بالنسبة إلى A هو صفر. أي شيء مرفوع للقوة صفر يساوي واحدًا ، ومن ثم يمكننا إزالته لأننا ببساطة نضرب باقي معادلة المعدل في واحد. هذا هو سهل!
ووش
لردود الفعل من الدرجة الأولى ، m يساوي واحد. نظرًا لأن A أس 1 ، يمكننا فقط كتابة [A]. في الممارسة العملية ، تعني هذه أنه كلما زادت تركيز A ، سيزداد معدل التفاعل بنفس النسبة ، على سبيل المثال إذا قمت بمضاعفة كمية A ، فإن المعدل سيتضاعف أيضًا. ينطبق نفس المبدأ على رد الفعل من الدرجة الثانية ولكن هذه المرة m تساوي 2 ، لذلك إذا ضاعفت A ، فسيكون لديك ضعف المقدار الأصلي من A أس 2 و 22 يساوي 4. لذا إذا ضاعفت A ، فإن المعدل رد الفعل سيزداد بمقدار أربع مرات.
رائع ، لقد انتهى الأمر ، ماذا عن B؟ حسنًا ، إنه نفس الشيء تمامًا مما يجعل حياة الجميع أسهل! لن يُطلب منك أبدًا طلب أكثر من 2 ، وإذا كان هناك أكثر من متفاعلين ، فلا تقلق ، فما عليك سوى إضافتهما كما فعلت مع A و B.
تدوين صوتياعترافات المختبر
في بودكاست اعترافات المختبر يتحدث الباحثون عن تجاربهم المعملية في سياق التقييمات العملية من المستوى A. في هذه الحلقة ننظر إلى الأجهزة المناسبة لتسجيل القياسات وقياس معدلات التفاعل عن طريق المراقبة المستمرة وطرق المعدل الأولي.

تعجب معدلات التفاعل في الصناعة

تعد القدرة على تفسير البيانات الخاصة بمعدلات التفاعل أمرًا ضروريًا في العديد من مجالات التصنيع والبحث. أحد أهم تطبيقات الصناعة هو عملية هابر التي ربما تكون قد درستها في GCSE أو المستوى A. يتضمن ذلك تحويل غاز النيتروجين والهيدروجين إلى أمونيا ، وللأمونيا مجموعة كبيرة من التطبيقات من عوامل التنظيف إلى الأسلحة. من خلال مراقبة المعدلات ، اكتشف هابر أن سرعة التفاعل تعتمد إلى حد كبير على حقيقة أن الرابطة الثلاثية في النيتروجين يصعب حقًا كسرها. كان هو ومساعده قادرين على تطوير المحفزات التي سمحت لهذه العملية بالحدوث بمعدل أسرع بكثير. هذه العملية عمرها 100 عام ولكنها لا تزال مستخدمة حتى اليوم.
في إجراء الكيميائية السابق لكل ط الإدلاء بالبيانات ، المجربون غالبا ما تواجه مسألة كيفية زيادة سرعة رد الفعل، أو كيفية بدء رد فعل، سواء كان ذلك في عملية عكسها أو لا. هنا الطرق التالية مطلوبة:

رفع درجة الحرارة
إضافة محفز
زيادة تركيز الكواشف .
تغيير الحالة الإجمالية للكواشف ، وتقليل حجمها (زيادة مساحة ملامسة المواد).
سرعة التفاعل هي خاصية مميزة للتفاعل الكيميائي الذي يظهر تغيرًا في تركيز أحد الكواشف في وحدة زمنية.
إن زيادة درجة حرارة التفاعل هي الطريقة الأكثر شمولية وبساطة لتسريع تفاعل الكواشف.
في تفاعل المواد مع بعضها البعض ، تتصادم جسيماتها ، ونتيجة لذلك قد تنتقل الإلكترونات من المدارات الخارجية من ذرة إلى أخرى. لا تؤدي جميع التفاعلات إلى تغيير في حالة الوسائط ، فقط الجسيمات ذات.
يتم حل مسألة كيفية زيادة الطاقة الحركية عن طريق تسخين المادة ؛ تزيد الجسيمات من حركتها في الوسط ويزداد عدد الاصطدامات. رد الفعل يتسارع.
لتحديد اعتماد سرعة العملية على درجة الحرارة ، يجب استخدام قاعدة Van 't Hoff ، لكنها لا تعمل مع جميع أنواع التفاعلات الكيميائية. يمكن استخدامه فقط لإعطاء تقدير تقريبي لتأثير درجة الحرارة في نطاق من 0 إلى 100 درجة مئوية.