أحدث الموضوعات

أثر " درجة الحرارة " على معدل سرعة التفاعل الكيميائي




  وجد من التجربة أن معدل سرعة تفاعل كيميائي ما، يتناسب طردياً مع درجة الحرارة التى يتم عندها التفاعل، وبالتالي فإن التفاعلات الكيميائية تسير بسرعات أكبر فى درجات الحرارة العالية عنها فى درجات الحرارة المنخفضة أي أن درجة الحرارة تؤثر تأثيراً إيجابياً على معدل سرعة التفاعل بغض النظر عن كون التفاعل ماصأ أو طارداً للحرارة. وهذا يعنى أنه كلما زادت درجة الحرارة التى يتم عندها التفاعل زاد معدل سرعة التفاعل، وذلك طبقاً لقانون "فانت هوف"

قانون " فانت هوف " وينص على :
"عند زيادة درجة الحرارة بمقدار عشر درجات مئوية فإن سرعة التفاعل الكيميائي تزداد بمقدار مرتين (الضعف) أو أربع مرات وفى المتوسط ثلاث مرات".

تفسير أثر درجة الحرارة

** يمكن تفسير أثر درجة الحرارة بالقول أن ازدياد درجة الحرارة من شأنه أن يحرك الجزئيات بسرعات اكبر وتكون نسبة التصادمات المؤثرة والمؤدية إلى التفاعل كبيرة مما يزيد في سرعة التفاعل .

** عند درجات الحرارة المرتفعة تنتج نسب مئوية اكبر من التصادمات من تفاعل كيميائي لأن نسب مئوية أكبر من الجزئيات لها سرعة أكبر، وعلية تتوفر طاقة كافية للتفاعل.

أمثلة توضيحية توضح تأثير درجة الحرارة على معدل سرعة التفاعل الكيميائي 

** زيادة درجة الحرارة تساعد على سرعة نضج الطعام.

** زيادة الضغط فى أواني الضغط يؤدى إلى زيادة درجة الحرارة بالداخل فينضج الطعام بسرعة كبيرة. 

** تحفظ الأطعمة فى الثلاجة لكي لا تفسد وذلك لأن درجة حرارة الثلاجة منخفضة وهذا يؤدي إلى نقص سرعة التفاعلات الجيوكيميائية التى تسبب فساد الطعام.

** علل: تتعفن المواد الغذائية فى جو الغرفة أسرع من تعفنها داخل الثلاجة.

التفاعلات المتزنة وأثر درجة الحرارة 

** إن تأثير الحرارة على التفاعلات المتزنة يعتمد على نوعية التفاعل هل هو طارد للحرارة أو ماص لها، فمثلاً تفاعل النتيروجين والهيدروجين لتكوين الأمونيا هو تفاعل طارد للحرارة :


** وحسب قاعدة لوشاتلييه فإن أي ارتفاع في درجة الحرارة هذا التفاعل بمصدر خارجي كلهب مثلاً سيقاومه النظام بامتصاص جزء من الحرارة عن طريق تحلل جزء من الأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين وهو تفاعل ماص للحرارة.

وإذا أجري تفاعل كيميائي عند درجات حرارة مختلفة، فإنه عند رسم العلاقة بين درجة الحرارة وثابت سرعة التفاعل K نحصل على الشكل التالي :


    ويعتبر هذا السلوك نموذجاً عاماً لمعظم التفاعلات الكيميائية وهو يدل على سرعة التفاعل تزداد بسرعة كتابع لدرجة الحرارة. ويلاحظ أن العلاقة غير خطية. 

تفسير أثر درجة الحرارة على معدل سرعة التفاعل عن طريق النظرية الحركية للغازات 

** ويمكن شرح تأثير درجة الحرارة على سرعة التفاعلات الكيميائية عن طريق النظرية الحركية للغازات، والتي تبرهن على أن " متوسط الطاقة الحركية لمجموعة من الجزئيات يتناس طردياً مع درجات الحرارة المنطلقة". 

** ولذلك فإن ارتفاع درجة الحرارة يزيد من عدد الجزئيات التي لديها طاقة حركية عالية جداً. وهذه الجزئيات العالية الطاقة يمكن أ تتفاعل عند تصادمها. فعند أي درجة حرارة (T1) يوجد عدد من الجزئيات يمتلك طاقة حركية متوسطة والبعض الآخر لدية طاقة أقل أو أكثر من المتوسط عند تلك الدرجة. لذلك فإن عدداً محدوداً من الجزئيات عند هذه الدرجة لدية الطاقة الكافية للتفاعل وهذه الطاقة تسمى "طاقة التنشيط" ويرمز لها بالرمز (Ea). وعند درجة حرارة أعلي (T2) فأن عدداً أكبر من الجزئيات سوف يكون لدية طاقة التنشيط اللازمة للتفاعل وبالتالي فإن التفاعل سوف يحدث بسرعة أكبر. ويمكن إيضاح هذا التأثير بواسطة الشكل التالي: 


ملاحظات على الشكل السابق :
** يوضح الشكل توزيع الطاقة الحركية بين الجزئيات عند درجتي الحرارة (T1) و (T2) حيث (T2) هي الأكبر. 
** تمثل المساحة المظللة تحت المنحنين عدد الجزئيات التى لديها طاقة حركية تساوي طاقة التنشيط او أكثر.
** ملاحظة أن المساحة المظللة تحت المنحنين تكون أكبر عند درجات الحرارة العالية منها عند المنخفضة. 
** طاقة التنشيط هي الطاقة اللازمة لتكسير الروابط الموجودة فى الجزئيات المتفاعلة أو لتحرير الإلكترونات الخارجية كي تنتقل من ذرة إلى أخري.


المراجع : الفصل الأول " التفاعل الكيميائي والعوامل المؤثرة عليه " من كتاب الكيمياء الحركية kinetic chemistry  للمؤلف / عمر بن عبدالله الهزازي أستاذ قسم الكيمياء - كلية العلوم التطبيقية - جامعة أم القرى.