تفاعلات الرتبة الصفرية – zero-order reactions



في هذا الموضوع سيتم مناقشة تفاعلات الرتبة الصفرية (zero-order reactions) حيث تم مناقشة تعريف رتبة التفاعل Order of reaction في الموضوع السابق.

دعونا أولاً نتعرف على بعض المفاهيم الهامة قبل الدخول لشرح موضوع اليوم:

تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions
 zero-order reactions

معدل سرعة التفاعل الكيميائي Rate of Reaction

تتفاوت التفاعلات في سرعتها فبعضها:

  • تفاعلات سريعة : مثل الانفجارات
  • تفاعلات متوسطة : مثل احتراق الوقود
  • تفاعـلات بطيئة : مثل صدأ الحديد

تعريف معدل سرعة التفاعل

هو معدل التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن

ν = dC/dt



حيث يمكن قياس معدل سرعة التفاعل الكيميائي من خلال:

  • تحديد مقدار الزيادة في تركيز أحد المواد الناتجة في وحدة الزمن. 
  • تحديد مقدار الانخفاض في تركيز أحد المواد المتفاعلة في وحدة الزمن.

ملاحظات 

  • التغير في كميات المواد المتفاعلة يكون دائماً سالب لأنها تتناقص بمرور الزمن. 
  • التغير في كميات المواد الناتجة يكون دائماً سالب لأنها تزداد بمرور الزمن.

قانون معدل سرعة التفاعل

تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions
قانون معدل سرعة التفاعل 

أما أذا كانت تركيزات المتفاعلات غير متساوية فأن معدل سرعة التفاعل تمثل بالعلاقة الآتية: 

تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions
  تفاعلات الرتبة الصفرية :  zero-order reactions

المعادلة الحركية العامة 

نفترض أن تركيز المادة A = تركيز المادة B

تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions
 zero-order reactions

ومن الصورة السابقة وبما أن معدل سرعة التفاعل يتناسب طردياً مع حاصل ضرب تركيز المتفاعلات فأن:

V = k ( a – x ) ( a – x )



وإذا كان هناك أكثر من مادة متفاعلة فأن القانون يمثل بالعلاقة كما يلي:

 V = k ( a – x )n           

حيث n تسمى برتبة التفاعل order of reaction 

وبما أن سرعة التفاعل هي معدل تغير تركيز المتفاعلات في وحدة الزمن

v = dx/dt 

ومن هذه المعادلة و المعادلة السابقة يمكننا استنتاج المعادلة الحركية العامة كما يلي:

 dx/dt = k ( a – x )  

ويمكن حل تلك المعادلة بإجراء عملية التكامل بعد وضع قيمة (n) 

تفاعلات الرتبة الصفرية zero-order reactions

وهى التفاعلات التي لا تعتمد سرعتها على تركيز المواد المتفاعلة حيث n = 0 وبالتعويض في المعادلة السابقة نحصل على هذه المعادلة كما يلي: 

dx/dt = K 

تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions
 zero-order reactions

وبإجراء التكامل للمعادلة السابقة نحصل على معادلة الرتبة الصفرية كما يلي:

X = k t

ومن التمثيل البياني للعلاقة بين التركيز والزمن في تفاعلات الرتبة الصفرية نجد ان الميل = k ثابت سرعة التفاعل كما بالصورة:

تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions
 zero-order reactions

من معادلة الرتبة الصفرية يمكننا استنتاج وحدة قياس ثابت معدل التفاعل K  وتكون: mole/L . t-1   ( وحدة تركيز / وحدة الزمن )

حساب زمن نصف عمر التفاعل Half-life time t1/2 لتفاعلات الرتبة الصفرية

هو الزمن اللازم لاستهلاك نصف الكتلة الفعالة للمادة المتفاعلة وتحويلها إلى نواتج ويمكن حسابها كما يلي:
 
وذلك بتعويض فى المعادلة:         X = k t
 عن                             t = t1/2 ، X = a/2
a/2 = k t1/2
t1/2 = a/2k

وكما هو واضح فأن زمن نصف عمر التفاعل يزداد بزيادة التركيز الابتدائي للمادة المتفاعلة ( a )

أمثلة على تفاعلات الرتبة الصفرية

(1) التحلل الضوئي لغاز الكلور Photolysis of Chlorine gas

تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions

حيث لا تعتمد سرعة التحلل على ضغط الغاز ( تركيزه) ولكن تعتمد على عوامل أخري من كمية الضوء والطول الموجي له وعلى درجة الحرارة.

(2) تفكك غاز أكسيد النيتروز Decomposition of NO2

تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions
تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions
تفاعلات الرتبة الصفرية - zero-order reactions
 zero-order reactions

حيث لا تعتمد سرعة التفكك على ضغط الغاز ( تركيزه) ولكن تعتمد على عوامل أخري مثل وجود العامل الحفاز ( البلاتين ) وعلى درجة الحرارة.

7- مسائل محلولة على رتبة التفاعل Solved Problems On Order reaction 

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *