سرعة التفاعل والاتزان الكيمائي

 نظريات سرعة التفاعل

نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي ثالث ثانوي

شرح درس نظرية التصادم

نظرية التصادم بوربوينت

نظرية التصادم

صف العلاقة بين طاقة التنشيط وسرعة التفاعل الكيميائي

نظرية التصادم في الكيمياء الحركية

نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي بحث

ما العلاقة بين نظرية التصادم وسرعة التفاعل

سرعة التفاعل والاتزان الكيميائي

بحث عن الاتزان الكيميائي

بحث عن الاتزان الكيميائي

تعريف الاتزان الكيميائي

قانون الاتزان الكيميائي

ثابت الاتزان الكيميائي

الإتزان الكيميائي

الاتزان الكيميائي

شرح الاتزان الكيميائي

سرعة التفاعل والاتزان الكيمائي

الفصل الاول: سرعة التفاعل الكيميائي

1-      مفهوم سرعة التفاعل الكيميائي :-

سرعة التفاعل  " معدل التفاعل " :- هو مقدار الزيادة في التركيز المولاري للمواد الناتجة او نقص التركيز المولاري للمواد المتفاعلة في وحدة الزمن وتقاس بوحدة (مول/لتر.ث).

سرعة التفاعل   =     التغير في تركيز احد المواد المتفاعلة او الناتجة 

 (مول/لتر.ث)                        التغير في زمن التفاعل

سرعة التفاعل   =  ∆ ] احد المواد الناتجة [    = -  ∆ ] احد المواد المتفاعلة [   ( لاحظ الاشارة السالبة للموادالمتفاعلة)

                              ∆  ز                                       ∆ ز

∆] التركيز[     =  التركيز النهائي   _   التركيز الابتدائي

•        مع مرور الزمن يقل تركيز المواد المتفاعلة ويزداد تركيز المواد الناتجة .

مثال:  في التفاعل الاتي :-

CO (g)  + NO2(g)  → CO2 (g)  + NO(g)

اذا كان تركيز  CO في بداية التفاعل 1× 10-1 مول /لتر وبعد مرور 10 ثواني اصبح تركيزه 6.7 × 10-2 مول /لتر احسب سرعة التفاعل.

سرعة التفاعل  =   -∆ ] CO [                           (∆  ز = ز2 – ز1)

                             ∆  ز

                   =     ( 6.7 × 10-2  -  1× 10-1 )     =  0.0033 مول /لتر .ث

                               (  10 -  0 )

السرعة اللحظية للتفاعل :- وهي سرعة التفاعل الكيميائي في اي لحظة اثناء حدوثه              

كيفية ايجاد السرعة اللحظية :-

       *يتم حساب السرعة اللحظية بايجاد القيمة السالبة لميل مماس المنحنى عند تلك النقطة المقابلة لزمن تلك اللحظة .

السرعة اللحظية(لمادة متفاعلة)   = - ميل المماس  =  - ∆ ص   =   - ∆ ]التركيز[

                                                              ∆ س              ∆ ز

السرعة اللحظية لمادة ناتجه = ميل المماس = ∆ ص   =    ∆ ] التركيز [

                                                              ∆ س          ∆ ز

*سؤال 1/ ص 116

                                                                  =  5 x 10-3  مول/ لتر .ث

*سؤال2/ ص116

سؤال ؟؟؟

ا- احسب السرعة اللحظية للتفاعل بعد مرور 35 ث ؟        2- احسب سرعة التفاعل في الفترة بين( 20-  100)ث

          علل :- مع مرور الزمن تتناقص سرعة التفاعل الكيميائي ؟!

  لان تراكيز المواد المتفاعلة تتناقص باستهلاكها مع الزمن مما يؤدي الى تناقص سرعة  التفاعل اي ان          " العلاقة بين سرعة التفاعل وتركيز المواد المتفاعلة طردية "

* السرعة الابتدائية : هي سرعة التفاعل عند بداية التفاعل .

 العلاقة بين معدل سرعة استهلاك المواد المتفاعلة وتكوين المواد الناتجة في التفاعل:

1-      اذا كانت النسبة بين عدد مولات المواد المتفاعلة والناتجة متساوية ( 1 : 1) فان:

معدل سرعة تناقص او استهلاك المواد المتفاعلة  = معدل سرعة زيادة او تكوين المواد الناتجة .  

   مثال:- في التفاعل الاتي : CO  +  NO2   →   CO2   + NO                 

        سرعة التفاعل  =  - ∆ ] CO [  = - ∆ ] NO2 [   = ∆ ] CO2 [  = ∆ ] NO [ 

                                  ∆ ز               ∆  ز                 ∆  ز           ∆  ز

         او  سرعة تناقص ] CO [  ، ] [NO2   =  سرعة زيادة   ] CO2 [  ، ] NO [

2-      اذا كانت النسبة بين عدد مولات المواد في التفاعل غير متساوية فان العلاقة بين سرعة تناقص المواد المتفاعلة وزيادة المواد الناتجة تكتب بقسمة سرعة التفاعل لكل مادة على عدد مولاتها في معادلة التفاعل الموزونة.

مثال:- في التفاعل الاتي:  N2  +  3H2  → 2NH3

 سرعة التفاعل =   - ∆ [N2]  =   ˉ ⅓  ∆ [H2]  =  ½   ∆ [NH3]   

                         ∆  ز                ∆  ز               ∆  ز

س1/  ص117        

 في التفاعل الاتي  CO2  + 2H2O        3O2 + C2H4  →  2

اذا علمت ان سرعة تناقص [O2] = 0.45     مول / لتر.ث احسب:

1.      سرعة تناقص [C2H4] :

سرعة تناقص [C2H4] = ⅓ سرعة تناقص [O2]

سرعة تناقص [C2H4] = ⅓  × 0.45  = 0.15 مول /لتر.ث

2.      سرعة زيادة [CO2]:

    ½ سرعة زيادة [CO2]  = ⅓ سرعة تناقص [O2]

       سرعة زيادة [CO2]   = ⅔  × 0.45  = 0.3 مول/لتر.ث

3.      سرعة زيادة [H2O] :

    ½ سرعة زيادة [H2O]   =  ⅓ سرعة تناقص [O2

 سرعة زيادة [H2O]   =  ⅔  × 0.45  = 0.3 مول/لتر.

****سؤال : الاجابة الصحيحة في الاتية هي : 

    الاجابة الصحيحة : (ب  )  سرعة استهلاك C  ثلاثة اضعاف سرعة استهلاك B

            

سؤال

-  في التفاعل    A    2Bاذا كا نت معدل سرعة  استهلاك A  =  0.02مول/ لتر .ث  احسب كتلة B الناتجة بعد  مرور 20 ثانية على التفاعل مع العلم ان الكتلة المولية للمادة B = 30غم/مول وحجم وعاء التفاعل 2 لتر .

الجواب ( 48 غم ) كتلة B

العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل

 العوامل التي تعتمد عليها سرعة التفاعل :-

1-      طبيعة المواد المتفاعلة والناتجة ": بعض المواد تتفاعل بسرعة مثل الاحماض والقواعد وبعضها بطيء مثل الصدأ " .

2-      تركيز المواد المتفاعلة . :     تناسب طردي

3-      درجة الحرارة.        :         تناسب طردي

4-      العوامل المساعدة "الحفازات"  :     تناسب طردي

علل : شرب الماء كثيرا يعيق عملية الهظم الكيميائية ؟

لان شرب الماء كثيرا يؤدي الى تخفيف تركيز المواد الهاضمة (الانزيمات )  وكلما قل تركيز العوامل المساعدة في عملية الهضم تقل سرعة التفاعل الكيميائي ( عملية الهضم )حيث ان سرعةالتفاعل تتناسب طرديا مع تركيز المواد المتفاعلة.

     *** تركيز المواد المتفاعلة وقانون سرعة التفاعل :-

* تتناسب سرعة التفاعل الكيمائي تناسباً طرديا مع تركيز المواد المتفاعلة ، حيث تزداد سرعة التفاعل بزيادة تراكيز المواد المتفاعلة ، ومع مرور الزمن تتناقص سرعة التفاعل بسبب النقص في تركيز المواد المتفاعلة .

       قانون سرعة التفاعل:- هو علاقة رياضية بين سرعة التفاعل وتراكيز المواد المتفاعلة والحفاز  ان وجد مرفوعاً لقوة تسمى الرتبة بالنسبة لكل مادة متفاعلة .

مثال:  لديك التفاعل الافتراضي الاتي: 

  2A + 3B → D + 3C

ص [B] س [A] سرعة التفاعل  α  

 سرعة التفاعل =  [A] Kس [B] ص

حيث K = ثابت سرعة التفاعل (حيث تعتمد قيمة K على طبيعة التفاعل ودرجة الحرارة ).

     س = رتبة التفاعل للمادة A  ،       ص = رتبة التفاعل للمادة B

    الرتبة الكلية = س  +   ص   

 * ملاحظات :-

1.      قيمة  س، ص هي أعداد حقيقية يمكن ان تكون أعداد صحيحة او كسر او صفر تحدد بالتجربة ولا تؤخذ من المعادلة الكيميائية باستثناء التفاعلات التي تحدث في خطوة واحدة .

2.      في التفاعلات الاولية التي تحدث في خطوة واحدة يكتب قانون السرعة مباشرة من معادلة التفاعل الموزونة بحيث تكون  رتبة كل مادة متفاعلة مساوية لعدد مولاتها في المعادلة الموزونة  

3.      التفاعل الاولي:هو التفاعل الذي يحدث في خطوة واحدة ويكتب قانون السرعة لة مباشرة من معادلة التفاعل الموزونة  .

 

**وحدة ثابت السرعة K   تتغير بتغير رتب المواد المتفاعلة .

 *  بشكل عام      وحدة K = (لتر/مول) ن-1 / ث               ن = رتبة التفاعل الكلية        .

مثال1: اذا كانت رتبة التفاعل الكلية = 3                 وحدة K = لتر2/مول2.ث

مثال 2 : اذا كانت رتبة التفاعل الكلية = 1              وحدة K = 1/ ث = ث-1

مثال 3:  اذا كانت رتبة التفاعل الكلية = صفر           وحدة K = مول / لتر .ث

ملاحظات***

إذا لم تتغير سرعة التفاعل عند مضاعفة تركيز إحدى المواد المتفاعلة فإنّ رتبةّ التفاعل تكون من       ←        الرتبة الصفرية-1

-2    إذا تضاعف معدل سرعة التفاعل عند مضاعفة تركيز إحدى المواد المتفاعلة فإنّ رتبةّ التفاعل من     ←        الرتبة الأولى

- 3   إذا زاد معدل سرعة التفاعل أربعة أضعاف عند مضاعفة تركيز إحدى المواد المتفاعلة فإنّ رتبةّ التفاعل من ←   الرتبةالثانية

*مثال 1 : في التفاعل الاتي : NO2 + 2HCl → NO + H2O + Cl2    تم الحصول على البيانات التجريبة التالية : 

رقم التجربة     [NO2] مول/لتر       [HCl] مول/لتر         سرعة التفاعل مول/لتر.ث

1       0.3    0.3    1.4×10-3

2       0.6    0.3    2.8×10-3

3       0.3    0.9    4.2×10-3

1-      اكتب الصيغة العامة لقانون سرعة التفاعل.

2-      احسب رتبة التفاعل لمادة NO2  ، HCl ثم اكتب قانون سرعة التفاعل .

3-      ما هي رتبة التفاعل الكلية .

4-      احسب قيمة K للتفاعل وبين وحدته .

* الحل :1-   س = K [NO2] س [HCl] ص



لايجاد الرتبة بالنسبة لمادة NO2 نأخذ تجربتين يكون فيها تركيز HCl ثابت وهي التجربة 1 ،2  حيث نقسم نتائج تجربة 2/1

س2  =   K [NO2] س [HCL] ص

س1        K [NO2]س [HCL] ص

2.8 × 10-3    =  (0.6) س

1.4 × 10-3       (0.3) س

2       =  (2) س   ←  س= 1



لايجاد الرتبة بالنسبة لمادة HCl نأخذ التجارب التي يثبت فيها [NO2] وهي التجربة 1، 3 حيث نقسم نتائج تجربة 3/1

س3  =      K [NO2] س [HCL] ص

س1         K [NO2] س [HCL] ص

4.2  × 10-3   =  (0.9) ص                   

 1.4 × 10-3      (0.3) ص                   

  3    =  (3) ص   ← ص  = 1

  *    قانون سرعة التفاعل   :         سرعة التفاعل = 1[HCl] 1[NO2]K

1-      رتبة التفاعل الكلية (ن)  = س + ص  =  1 +1 = 2 لايجاد قيمة ثابت السرعة K نأخذ قيم التركيز من اي تجربة من التجارب ونعوضها في قانون سرعة التفاعل . مثلا نأخذ القيم من التجربة الاولى

س  =  1[HCl]1[NO2] K

K =          س            =      1.4 × 10-3   =    1.55 × 10-2 لتر/مول.ث

    [HCl]1[NO2]1            (0.3) (0.3 )

وحدة K = (لتر/مول)ن-1 /ث           ←         = (لتر/مول)2-1 /ث  ← لتر/مول.ث

*مثال3 : في التفاعل الافتراضي : A +2B   →     3C + 2D  

اذاعلمت ان سرعة التفاعل تتضاعف مرتين عند مضاعفة تركيز A  مرتين وتتضاعف السرعة تسع مرات عند مضاعفة تركيز B  ثلاث مرات :

1-      ما هي رتبة كل ماده من المواد المتفاعلة .     3- هل التفاعل اولي ام لا ؟

2-      اكتب قانون سرعة التفاعل .

الحل :  قانون السرعة العام هو    س= K  A ]] س   B]] ص

لمعرفة رتب المواد المتفاعلة نرتب المعلومات الواردة في جدول على النحو التالي :

نفرض A ]] =أ   , B]] = ب     سرعة التفاعل = س

رقم التجربة     A ]] مول/لتر B]] مول/لتر   سرعة التفاعل مول/لتر .ث

1       أ         ب       س

2       2 أ     ب       2 س

3       أ         3 ب   9 س

   لايجاد رتبة A  ناخذ التجارب التي يثبت فيها تراكيز B وهي التجربه (2,1)

2 س = ( 2 أ ) س   ←  2 =( 2 ) س    ←  س = 1 ( رتبة A )

      س     ( أ  ) س

*  لايجاد رتبة B   ناخذ التجارب التي يثبت فيها تراكيز A  وهي التجربة ( 3,1 )

9  س  = ( 3 ب ) ص     ←  9 = ( 3 ) ص    ←  ص= 2 ( رتبة B  )

س           ( ب) ص

2- قانون السرعة :  س = K  A ]] B]]2

3- نعم  يعتبر التفاعل اولي ويحدث في خطوه واحده لان رتب المواد المتفاعلة في قانون سرعة التفاعل  تساوي اعداد مولاتها في معادلة التفاعل الموزونة .

س1 / ص121 :-

  أ - س = K [(CH3)3 CBr]  س [OH-] ص

لايجاد الرتبة للمادة (CH3)3CBr نأخذ التجربة 1 ، 2 التي يثبت  فيها [OH-]  وتقسم نتائج 2/1

0.004     =  K [0.2] س [0.1] ص

0.002         [0.1] K س[0.1] ص

              2  = (2) س ←  س = 1

       ملاحظة : اذا بقيت سرعة التفاعل ثابتة عند تغير تركيز احد المواد المتفاعلة تكون الرتبة بالنسبة لتلك المادة = صفر .

لايجاد الرتبة للمادة (OH- ) نأخذ التجربة 1 ،3 التي يثبت  فيها [(CH3)3 CBr]  وتقسم نتائج التجربة 3/1

0.002     =  K [0.2] س [0.1] ص

0.002         [0.1] K س[0.1] ص

              1  =  (2)ص ←  ص = 0

الرتبة الكلية = س + ص  = 1+ 0=1 

0[OH-] 1[(CH3)3 CBr] K  ب- قانون السرعة : سرعة التفاعل  =  

من التجربة 1    K  ج- قيمة

K =        س 1                  

 0[OH-] 1[(CH3)3 CBr]

= 0.002        = 0.02 ث-1

 (0.1)0(0.1)1

* سؤال اضافي 1

  

الجواب :

من التجربة  2،1 رتبة B  = 1                        وبما ان الرتبة الكلية=2   اذن  رتبة A =1

2- قانون السرعة  س = K [ A] [B ]

3-        س = K [ A] [B ]               = K          س1     =        2X  10-2     =   20 لتر/مول. ث

                                            [ A] [B ]            0.01  X0.01

1- سرعة التفاعل في التجربة 3 ( ص )                  س = K [ A] [B ]

                                                        س  = 20 [0.02] [0.02]   = 0.008  مول/لتر .ث

**** سؤال اضافي2:  في التفاعل الاتي :  

                                                          4) احسب سرعة التفاعل في التجربة(2) عند مضاعفة حجم وعاء التفاعل

الحل : 1- الصيغة العامة لقانون سرعة  التفاعل  س = K [ A] س [B ]  ص

لايجاد السرعة للماده B ناخذ التجارب التي يثبت فيها [ A] وهي (3، 2) ونقسم 3/2

 27X 10-5    = ( 0.09     ) ص                  2.25   =( 1.5 ) ص             ص =2    

    12X 10-5       0.06

** لايجاد الرتبة للمادة A ناخذ تجارب جديدة وهي(2،1) ونعوض قيمة رتبه B التي تم حسابها  في القانون

  12X 10-5   = ( 0.06  ) س ×  ( 0.06 ) 2            4  =   ( 2 )س ×  4          

  3 X 10-5        0.03            0.03                  1 =  ( 2 )س            س= صفر 

2-      قانون السرعة  س = K [B ]  2 

3-      من التجربة( 1) نحسب قيمة K             K =  س1    =  3 X 10-5    =   0.033 لتر/مول.ث 

                                                     [B ]  2      ( 0.03 )2

4) عند مضاعفة حجم وعاء التفاعل يقل تركيز المواد المتفاعلة الى النصف ويصبح[B ]  = 0.03 مول/لتر في التجربة (2)

وتقل سرعة التفاعل الى الربع  وتصبح س = K [B ]  2              س= 0.033 x [0.03 ]  2  =   3 X 10-5  مول/لتر.ث 

تأثير درجة الحرارة على سرعة التفاعل

يظهر تأثير درجة الحرارة على قيمة ثابت السرعة K حيث تزداد قيمة K بزيادة درجة الحرارة وكلما زادت قيمة K تزداد سرعة التفاعل. "تقريباً تتضاعف سرعة التفاعل عند ارتفاع درجة الحرارة للتفاعل عشر درجات "

*سؤال : كم مرة تزداد سرعة تفاعل ما عند رفع درجة حرارتة من 20س0 الى  60س0؟

       الجواب  : 16مرة  ( توضيح نفرض ان السرعة عند 20 س0 =  س  )

                                      من 20                     30    السرعة         2  س

                                      من 30                     40   تكون السرعة      4س

                                     من 40                    50   تكون السرعة      8 س

                                    من  50                    60     تكون السرعة    16 س

او عدد مرات تضاعف السرعه = 2ن     ( ن= عدد العشرات في درجه الحراره )

مثال عدد العشرات من 20- 60 = 4                 عدد مرات تضاعف السرعه = 2ن   = 42  = 16 مره

ملاحظة: لا تتاثر رتب المواد المتفاعلة بتغير درجة الحرارة .

       علل: تتحلل المواد الغذائية وتتعفن عندما تكون خارج الثلاجة ؟!

لان خارج الثلاجة تكون درجة الحرارة اكبر مما يزيد من سرعة تحلل وتعفن المواد الغذائية , اما عملية التبريد عمليا تبطىء تحلل المواد الغذائية  .

علل : تتم عملية طهي الطعام في اواني الضغط بسرعة اكبر من الاواني العادية ؟

لان اواني الظغط يزداد بداخلها الضغط الواقع على سطح السائل فتزداد  درجة غليان السائل ودرجة حراة التفاعل مما يؤدي الى زيادة سرعة التفاعل بداخلها ونضج الطعام بسرعة اكبر من الاواني العادية .

ملاحظة:- قيمة ثابت السرعة K للتفاعل الواحد تكون ثابتة عند ثبات درجة الحرارة لكنها تتغير وتزداد مع تغير وزيادة درجة الحرارة مما يزيد من سرعة التفاعل.

نظرية التصادم:

وهي نظرية تفسر حدوث التفاعل الكيميائي حيث تتناسب سرعة التفاعل طرديا مع عدد التصادمات الفعالة.

شروط حدوث التفاعل الكيميائي بين الجزيئات المتفاعلة :-

1-      ان يحدث تصادم بين الجزيئات المتفاعلة.

2-      ان يمتلك التصادم الناتج حد ادنى من الطاقة تسمى طاقة التنشيط (Ea).

3-      ان تكون اتجاهات الجزيئات المتصادمة مناسباً لاعطاء النواتج.

       متى يكون  التصادم فعّال؟!( شروط التصادم الفعال )

1-      ان تمتلك الجزيئات المتصادمة طاقة تنشيط   

      2- ان يكون توجه الجزيئات المتصادمة مناسباً  لاعطاء النواتج

** طاقة التنشيط : هي الحد الادنى من الطاقة اللتي يجب تمتلكها المواد المتفاعلة لكي تتفاعل .

* التوجه المناسب : وهو التصادم بين الذرات او الجزيئات بطريقه مناسبة تؤدي الى ظهور وتكون المادة الناتجة المطلوبة.

                               امثلة على التوجه المناسب:-

أ) وضح بالرسم توجه مناسب يساعد في حدوث تصادم فعال وتوجه غير مناسب لا يؤدي الى حدوث تصادم فعال في التفاعل الاتي

2HI     →      H2    +   I2 

ب-

يتفاعل NO  مع Cl2 لانتاج  O=N-Cl اي الاحتمالين الاتين يؤدي الى تكوين نواتج على فرض ان التصادم الناتج يمتلك طاقة تنشيط

   Cl  + O=N-Cl               Cl2 + NO

علل:عدم حدوث تفاعل بالرغم من وجود توجه مناسب بين المواد المتفاعلة؟! 

لان المواد المتفاعلة لا تمتلك لحظة تصادمها طاقة التنشيط الكافية لحدوث التفاعل.

       علل:عدم حدوث تصادم فعّال بالرغم من امتلاك المواد المتفاعلة طاقة تنشيط؟!

بسبب عدم توفر التوجه المناسب بين المواد المتفاعلة لحظة التصادم

ما هو تأثير التصادمات الفعّالة في سرعة التفاعل؟؟

يؤثر معدل حدوث التصادمات الفعّالة في ثابت سرعة التفاعل (K) وبالتالي يؤثر في سرعة التفاعل حيث تزداد سرعة التفاعل بزيادة عدد التصادمات الفعالة .

ما هو تأثير درجة الحرارة على سرعة التفاعل ؟؟ وضح بالرسم

تؤدي زيادة درجة الحرارة الى زيادة معدل الطاقة الحركية للجزيئات وبالتالي زيادة نسبة الجزيئات التي تمتلك طاقة التنشيط وهذا يزيد من عدد التصادمات الفعّالة وزيادة سرعة التفاعل، كما ان زيادة درجة الحرارة عند ثبات تركيز المواد المتفاعلة يؤدي الى زيادة قيمة ثابت السرعة K وزيادة سرعة التفاعل .

كما في الشكل التالي:                   

د2 > د1

تأثير درجة الحرارة على نسبة الجزيئات التي تمتلك طاقة تنشيط .

من الشكل تلاحظ ان عدد الجزيئات التي تمتلك طاقة تنشيط عند رفع درجة الحرارة (د2) اكبر من (د1) مما يزيد من عدد التصادمات الفعالة وزيادة سرعة التفاعل.

س1/ ص124:-لان عدد الجزيئات التي تمتلك طاقة التنشيط تتضاعف تقريباً عند زيادة درجة الحرارة عشرة درجات مما يزيد من عدد التصادمات الفعّالة ومضاعفة ثابت السرعة  وزيادة سرعة التفاعل.

       ملاحظة هامة : 

1-      كلما انخفضت طاقة التنشيط للتفاعل كلما زادت سرعة التفاعل لان انخفاض طاقة التنشيط يزيد من عدد الجزيئات التي تمتلك تلك الطاقة وزيادة عدد التصادمات الفعالة وزيادة سرعة التفاعل.

2-      طاقة التنشيط للتفاعل الواحد لا تتغير بتغير  درجة الحرارة وانما تبقى ثابتة .

سؤال :  اذا كانت طاقة التنشيط لتفاعل ما  150 كيلو جول / مول عند 300 كلفن ، كم تصبح عند 600كلفن ؟

 الجواب  : تبقى 130 كيلو جول/مول لان طاقة التنشيط لا تتغير بتغير درجة الحرارة 

تأثير الحفازات (العوامل المساعدة) على سرعة التفاعل.

العامل المساعد (الحفاز) :- هو مادة نقية تضاف الى التفاعل فتزيد من سرعته دون الحاجة لتغير درجة الحرارة، ولا يستهلك في التفاعل.

صفات (خصائص) الحفازات :-

1-      لا تستهلك الحفازات في التفاعل الكيمائي بل تعود الى اصلها بعد انتهاء التفاعل .

2-      يقدم الحفاز مساراً اضافياً للتفاعل بطاقة تنشيط جديدة اصغر من طاقة التنشيط المطلوبة في غياب الحفاز مما يزيد من سرعة التفاعل وثابت سرعة التفاعل K .

3-      لا يؤثر الحفاز على قيمة حرارة التفاعل ∆H ؟ علل

.( لان طاقة المواد المتفاعلة والناتجة لا تتغيروانما تبقى ثابتة بوجود او بغياب الحفاز وبالتالي سيبقى الفرق في الطاقة ثابت وقيمة∆H ثابتة  )

4-      لا يؤثر الحفاز على قيمة ثابت الاتزان KC ولكنه يقلل من الزمن اللازم للوصول الى حالة الاتزان.

* حرارة التفاعل (∆H) : هي الحرارة المنطلقة او الممتصة بواسطة التفاعل وتساوي الفرق بين طاقة المواد الناتجة وطاقاقة المواد المتفاعلة .

∆H = طاقة المواد الناتجة   –    طاقة المواد المتفاعلة

•        اذاكانت قيمة  ∆H (+) يكون التفاعل ماص للطاقة، وعندما تكون ∆H (-) يكون التفاعل طارد للطاقة .

* طاقة التنشيط للتفاعل الامامي  =  طاقة المعقد المنشط  –  طاقة المواد المتفاعلة

* طاقة التنشيط  للتفاعل العكسي =  طاقة المعقد المنشط   –  طاقة المواد الناتجة

∆H *  =   طاقة التنشيط للتفاعل الامامي   –   طاقة التنشيط للتفاعل العكسي

المعقد المنشط : هو بناء غير مستقر بين المواد المتفاعلة والناتجة ويمتلك طاقة وضع عالية يقوم بخفضها بالتحول الى مواد متفاعلة او ناتجة .

الحفاز يعمل على خفض طاقة التنشيط وزيادة سرعة التفاعل وزيادة قيمة K عند   ثبات الحرارة والتركيز 

       علل: اضافة الحفاز الى التفاعل يعمل على زيادة سرعة التفاعل؟!

  لان الحفاز يعمل على خفض طاقة التنشيط للتفاعل مما يزيد من عدد الجزيئات التي تمتلك طاقة التنشيط وهذا يزيد من عدد التصادمات الفعّالة وزيادة سرعة التفاعل كما في الشكل ، كما انه يؤدي الى زيادة قيمة ثابت  سرعة التفاعل K .

   

  سؤال:  ماذا تمثل الارقام من (1-9) في الشكل االتالي لتفاعل طارد للحرارة :

                                       بدون حفاز

                       ----------------------  8 -----------

                                   بوجود حفاز      

                                                      9                                                            طاقة الوضع         

                                                              3     4  

                           5      6                      

                                                                          7       

                                 ----------        ----------

                                                                                 1        

                              2                                         

                                                                   

سير التفاعل

         " تفاعل طارد الحرارة "  ∆H (-) لان طاقة المواد الناتجة اقل من المتفاعلة

ماذا تمثل الارقام من (1-9) في الشكل السابق:

1-      طاقة الوضع للمواد المتفاعلة                              2- طاقة الوضع للمواد الناتجة

3-      طاقة التنشيط للتفاعل الامامي بدون حفاز             4- طاقة التنشيط للتفاعل الامامي بوجود حفاز

5-      طاقة التنشيط للتفاعل العكسي بدون حفاز                6- طاقة التنشيط للتفاعل العكسي بوجود حفاز

7-حرارة التفاعل (∆H)                8- طاقة المعقد المنشط بدون حفاز       9- طاقة المعقد المنشط بوجود حفاز

   **  ما هو اثر اضافة الحفاز على كل من : أ-  طاقة وضع المواد المتفاعلة:                لا يؤثر

            ب - طاقة وضع المواد الناتجة  :                   لا يؤثر

                 ج- طاقة وضع المعقد المنشط :                    تقل

                    د-     طاقة التنشيط للتفاعل الامامي:                   تقل

                                   ﻫ -حرارة التفاعل (∆H ):                          لا يؤثر

                         و-    ثابت السرعة K :                          يؤثر (يزداد )

*** بالاستعانة بالشكل السابق ما هو مبدأ عمل الحفاز ؟!    خفض طاقة التنشيط وزيادة سرعة التفاعل

**انواع الحفازات حسب حالتها في التفاعل  **

1-      الحفازات المتجانسة:- وهي الحفازات التي توجد في حالة فيزيائية مشابهة للحالة الفيزيائية لوسط التفاعل

مثال(1) : استخدام غاز    NO(g)  كحفاز متجانس لزيادة سرعة انتاج    SO3(g)

SO2(g) + O2(g)                      NO(g              2SO3(g)                                                               

مثال (2) تفاعل الكحول لانتاج الكين بوجودالحفاز    

CH3CH2OH(aq)      H+ (aq)              CH2 == CH2(aq)

                                                                     حرارة                                                                                

2- الحفازات غير المتجانسة :- وهي الحفازات التي توجد في حالة فيزيائية مختلفة عن الحالة الفيزيائية لحالة المواد المتفاعلة. 

مثال: 1- تحضير الامونيا NH3  : 3H2(g)    +  N2(g)              Fe(s)                  2NH3(g)                 

الحالة الفيزيائية للعامل المساعد Fe صلب المواد المتفاعلة في الحالة الغازية .

2-      هدرجة الالكينات :-

    +      H2(g)                     Pt(s)               CH3 CH3                                     CH2=CH2(g)

                            (g)                        Ni(s)           

3-      استخدام مركبات البلاتين Pt ، او البلاديوم pd كحفازات غير متجانسة في عادم السيارة للتخلص من الغازات الضارة الناتجة عن احتراق الوقود مثل CO ، NO .( المحول الحفاز )

2CO(g)   +   2NO(g)        Pt(s)  , Pd(s            2CO2(g)  + N2

•        الانزيمات : هي عبارة عن حفازات تتواجد بتراكيز صغيرة جدا في الكائنات الحية وهي ضرورية لتسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية فيها .

مثل تأكسد السكر في جسم الانسان بسرعة مناسبة على درجة حرارة الجسم 37 سْ بتحضير انزيم خاص به.

•        ملاحظة: يعتبر تسريع بعض التفاعلات الكيميائية ضروري مثل تفاعل الهدرجة في الصناعه ، وابطاء تفاعلات اخرى مطلوب مثل ابطاء حدوث تكسر الاوزون في الجو.

     س1: 1- رتبة التفاعل الكلية : هي مجموع رتب للمواد المتفاعلة .

         2- قانون سرعة التفاعل: هو علاقة رياضية بين سرعة التفاعل وتراكيز المواد المتفاعلة والحفاز ان  وجد مرفوعاً لقوه تساوي رتب المواد المتفاعلة.

     3- الحفاز: هو مادة نقية تضاف الى التفاعل دون ان تستهلك فتزيد من سرعته دون الحاجة لتغير درجة الحرارة .        

       س 2      أ   -خطأ / لان المتفاعلات قد تكون رتبتها صفر وبالتالي لا تؤثر على سرعة   التفاعل

                   ب-  خطا/   تقوم الحفازات بتسريع التفاعلات من خلال خفض طاقة التنشيط .

    ج--  خطأ/  حسب نظرية التصادم يجب ان يتوفر توجه مناسب وطاقة تنشيط معاً  حتى يتفاعلان.

                  د - صح

س3 :-  س =   [A]Kس  [B]ص

                 رتبة التفاعل  = س + ص   

س4:  سرعة التفاعل =   [B2]K س [A] ص

          عند مضاعفة [B2] تتضاعف سرعة التفاعل مرتين                        *  2  = (2)س  ← س =1   

      عند مضاعفة [A] تتضاعف سرعة التفاعل 4 مرات                        * 4  = (2)ص ← ص = 2

* قانون  سرعة التفاعل = 2[A] 1[B2]K                                    الرتبة الكلية =  1 +  2  = 3

س5 :- ان رفع درجة الحرارة يؤدي الى زيادة معدل الطاقة الحركية للجزيئات المتفاعلة وبالتالي يزداد عدد الجزيئات التي تمتلك طاقة التنشيط اللازمة لحدوث التفاعل مما يزيد من عدد التصادمات الفعالة وزيادة سرعة التفاعل ، كما ان رفع درجة الحرارة يؤدي الى زيادة قيمة ثابت سرعة التفاعل K وزيادة سرعة التفاعل عند ثبات التركيز.

س6:- سرعة التفاعل = سرعة تناقص [O2]  = ½ سرعة تناقص [H2] = ½ سرعة زيادة [H2O]

س7 :        أ- سرعة التفاعل = [O2]∆     =     0.0035   -  0        = 2.9  × 10-6  مول/لتر.ث

                                         ∆ ز            1200 – 0

ب- السرعة اللحظية = ميل المماس عند ز=2400 = 0.007– 0.004  =   1.39×10-6 مول/لتر.ث                                                             3360 -1200

   ج- نعم تتغير السرعة اللحظية مع مرور الزمن لان العلاقة بين التركيز والزمن ليست علاقة خطية .

د‌-       تزداد سرعة التفاعل عند زيادة درجة الحرارة

س1 : ضع دائرة حول رمز الاجابة الصحيحة :

3-احد العبارات الاتية صحيحة فيما يتعلق بسرعة التفاعل :

 أ- تبقى ثابتة    ب- تزداد مع الزمن            ج- تتناقص مع الزمن           د- لا تتاثر بدرجة الحرارة

4- في التفاعل الاتي   اذا كانت سرعة تناقص [ H2  ]   = 0.3 مول/لتر.ث فان سرعة زيادة [H3 N ]  تساوي :

أ- 0.2 مول/لتر.ث                       ب- 0.45 مول/ لتر.ث           ج-  1.1 مول/لتر.ث       د- 0.2 مول/لتر .د

5- وحدة ثابت سرعة التفاعل الاولي  A       B +2C  هي :

أ- لتر /مول.ث       ب- لتر2 /مول2.ث .                             ج- مول/ لتر.ث.                      د- ث-1

6-  احد المتغيرات الاتية يغير من قيمة ثابت السرعة K  :

 أ- زيادة تركيز النواتج          ب- نقص تركيز المتفاعلات           ج- تغير درجه الحرارة فقط        د- جميع ماذكر

7- احد العبارات الاتية  المتعلقة بطاقة التنشيط صحيحة  :

          أ– تساوي طاقة المعقد المنشط                ب-   طاقة التنشيط للتفاعلين الامامي والعكسي متساويتان                        ج- تزداد بزيادة درجة الحرارة                 د-   تقل سرعة التفاعل بزيادتها .

          

10- عند زيادة درجة حرارة التفاعل من 10- 100 س0 فان معدل سرعة التفاعل تزداد:

 أ- 112 ضعف                ب- 512 ضعف                   ج- 312 ضعف                 د- 210 ضعف

11- اضافة الحفاز الى التفاعل الكيميائي يعمل على زيادة :

أ- قيمة  ∆H للتفاعل             ب- طاقة الوضع للموادالمتفاعلة        ج-طاقة التنشيط       د-سرعة التفاعل

8              12- اذا كان قانون سرعة اللتفاعل 2NO +2H2     N2 +2H2O ) ) هو س= NO ] K [2 H2] ] وانخفاض حجم وعاء                                                ا التفاعل الى النصف فان سرعة التفاعل تزداد بمقدار :

أ- مرتين                          ب- 4 مرات                      ج- 8   مرات                           د-   16 مرة

             13- في التفاعل الافتراضي التالي ( 2A +2B        C ) وجد انه عند مضاعفة تركيز A ثلاث مرات تتضاعف سرعة التفاعل ثلاث مرات , وعند مضاعفة كل من تركيز  A و B مرتين فان سرعة التفاعل تتضاعف 4 مرات وبذلك يكون قانون سرعة التفاعل

أ- س= A] K [ B ][     ب-- س= A] K [ B ]2[2          ج-  س= A] K [ B ][ 2        د-- س= A] K [ B  ]2[ 

14– اذا كان التفاعل الاتي اولي A + 2B    C  فان مضاعفة تركيز المواد المتفاعلة ثلاث مرات يزيد السرعة

        أ- 3 مرات                      ب-   9 مرات               ج-   27  مرة                      د- 18 مرة   

 15- اذا كان قانون سرعة التفاعل لمواد غازية هو س= A] K [ B ]2[2  وتمت زيادة حجم الوعاء الى الضعف فان النسبة بين سرعة التفاعل في الحالة الثانية الى الحالةالاولى هي :

        أ- 1/8                      ب- 1/4                             ج- 1/6                                   د-1/16

16-  ذا زادت سرعة التفاعل (8 مرات ) عند مضاعفة تركيز المادة المتفاعلة X) ) مرتين فان رتبة المادة المتفاعلة X تساوي :

    

السؤال الثاني :يتفاعل غاز الامونيا والاكسجين حسب المعادلة الاتية :

NH3 + 3O2  2N2 +6H2O            4

اذا كانت سرعة انتاج غاز N2 عند زمن معين تساوي 1.2 مول/لتر.ث احسب :

1-      سرعة انتاج بخار الماء H2O   

 2- سرعة استهلاك غاز الاكسجين O2 ..

 3- سرعة استهلاك غاز الامونيا NH3.

السؤال الرابع :ارسم منحنى طاقة الوضع للتفاعل الاتي بدون وبوجود حفازعند درجة حرارة 300 ك0 ثم اجب عن الاسئلة                                  NO(g )                                                                                                                   

                                            2SO2(g ) + O2(g )         2SO3(g) 

اذا علمت ان طاقة التنشيط للتفاعل العكسي بدون عامل مساعد تساوي 150 كيلوجول/مول وطاقة التنشيط الامامي = 40 كيلوجول/مول وطاقة وضع المواد المتفاعلة=200 كيلوجول/مول   :

أ- احسب قيمة (  للتفاعل .   (-110 )            ب- احسب طاقة المواد الناتجة  .    ( 90 )

ج- مانوع التحفيز في التفاعل .( متجاتس )و- ما قيمة طاقة التنشيط للتفاعل الامامي عند 600 ك0(  40 كيلو /جول مول)

د- ما تاثير اضافة العامل المساعد على  : 

1  -                ( لا يؤثر )            2 - طاقة المعقد المنشط     ( تقل)                                                                                                                                                                           3 - سرعة التفاعل     ( تزداد)      4- - طاقة المواد الناتجة   ( لا يؤثر )     5- طاقة المواد المتفاعلة . ( لا يؤثر )                                                             

السؤال الخامس :

               في التفاعل الافتراضي A + B   3 C2   اذاعلمت انه عند مضاعفة كل من تركيز A و B  مرتين فان سرعة تكون المادة C  تتضاعف 8 مرات , وعند مضاعفة تركيز A  مرتين وتركيز B ثلاث مرات فان سرعة تكون C  تتضاعف 12 مرة , اعتمادا عل ذلك اجب عما  يلي :

1-اكتب قانون سرعة التفاعل  .             ( س= A] K [ B  ]  2[   )

2-  ما وحدة ثابت السرعة K  .                  لتر2 /مول2.ث

3- ما قيمة ثابت السرعة اذا وجد ان سرعة التفاعل = 1X10 -6 مول/لتر .ث و A]  =  [ B ] =[1 مول/لتر؟  ج( 1X10 -6 )

4- احسب سرعة استهلاك المادة المادة A عندما يكون تركيز A  = 0.2 مول/لتر وتركيز B  = 0.6 مول/لتر.                 ( 2.4X10 -8  ) مول/لتر.ث

السؤال السادس:النتائج التجريبية المبينه في الجدول الاتي تم الحصول عليها للتفاعل الافتراضي :

2A +3B +C        D

رقم  التجربة    A] ]  مول/لتر B] ] مول/لتر C] ] مول/لتر سرعة التفاعل(مول/لتر.ث)

1       0.1    0.1    0.1       أ

2       0.2    0.1    0.1    4 أ

3       0.2    0.2    0.1    32  أ

4       0.1    0.2    0.2    16 أ

5       0.2    0.1    0.2    8  أ

1-اكتب قانون سرعة التفاعل ؟       س= A] K 3[ B  ]2[  [C]  3- هل التفاعل الافتراضي اولي ام لا ولماذا .( نعم)

2-ما الرتبه الكليه للتفاعل . ؟      ن =  2+ 3 +  1 = 6             4- ما قيمة ثابت سرعة التفاعل وما وحدته

السؤال السابع:

          الجدول الاتي يحتوي على البيانات التجريبية التي تخص التفاعل الاتي :

2NO + Br2              2NOBr

رقم التجربة     NO]]      مول/لتر     Br2]] مول/لتر         سرعة استهلاك Br2   مول /لتر .د

1       0.03  0.2    7.2 X10-3

2       0.01  0.1    1.2 X10-3

         0.04  0.1    4.8 X10-3

           اجب عن الاسئلة التالية :

1-      اكتب قانون سرعة التفاعل ؟                 (س = k  [NO] [ Br2 ])

2-      احسب قيمة ثابت السرعة , وما وحدتها ؟        (  1.2 لتر/مول.د)

3-      احسب معدل سرعة انتاج NOBr من التجربة 2 ؟

4-      ماذا يحدث لسرعة التفاعل عند انكماش الحجم الى النصف ؟   ( تتضاعف4 مرات )                          5-احسب سرعة استهلاك NO عندما يكون يكون Br2]] = 0.4و NO]]  = 0.2 مول/ لتر في وعاء حجمة ضعف حجم الوعاء الاصلي ؟     حل فرع (5 )

   ملاحظه : عند مضاعفة الحجم يقل التركيز الى النصف فيصبح Br2]] =0.2و NO]]  = 0.1

     1/2 سرعة استهلاك NO = سرعة استهلاك Br2 

        سرعة استهلاك NO = 2X سرعة استهلاك Br2 

                                 = 2X k  [NO] [ Br2 ] 

                                 = 2X 1.2 X 0.2 X 0.1  = 4.8 X10-2 مول /لتر .د

السؤال الثامن :البيانات التالية تخص التفاعل الافتراضي التالي :2A  +3B               3C +2D

رقم التجربة     كتلة A  ( غم ) كتلة  B (غم)   سرعةالتفاعل(مول/لتر.ث)

2       4       6       1.2 X 10-2

2       8       6       1.2 X 10-2

3       4       3       0.6 X 10-2

اذا علمت ان حجم المحلول في كل تجربة لتر واحد والكتلة المولية للمادة A = 40 غم/مول ,وللمادة B  =60 غم/مول جد ما يلي

1-      قانون سرعة التفاعل ؟ ( س= K  B]]1 )

2-      قيمة ووحدة ثابت سرعة التفاعل ؟ ( 0.12 ث-1 )

3-      سرعة التفاعل عندما تكون كتلة A  = 20 غم وكتلة B  =30 غم وحجم المحلول =2 لتر ؟(0.03 مول/لتر .ث)

4-      هل التفاعل السابق يحدث في خطوة واحدة ام اكثر ؟ فسر اجابتك ( لا )

السؤال التاسع:***

الاجابه:

السؤال العاشر: اذا كان ثابت السرعة للتفاعل الاولي  الاتي2 A 2 +B 2          A2B +B    يساوي  0.2 لتر2/مول2 .ث 

احسب القيم المجهولة في الجدول في كل تجربة:

التجربة          ] A2]  مول/لتر         B2] ]  مول/لتر         سرعة التفاعل (مول/لتر.ث)

1       1.25  ؟؟       0.3906

2       ؟؟                1.25  0.5625

3       1.5    1.5    ؟؟

 السؤال الحادي عشر :

    تم جمع البيانات التالية الخاصة بالتفاعل التالي : 2X   Y+Z  فاذا علمت ان قانون سرعة التفاعل هو س= K X]]1

الزمن (ث )     X]] مول/لتر   سرعة التفاعل مول/لتر.ث

2       0.5    15 X 10-2

4.2    0.25  7.5 X 10-2

ن       0.8    ؟؟؟؟؟

اجب عن الاسئلة التالية :

1-      احسب قيمة ثابت السرعة K  مبينأ وحدته ؟  ( 0.3 ث-1 )

2-      هل تتوقع ان تكون قيمة ن اقل من 2 ث ام اكبر من 4.2 ث ؟ فسر اجابتك ( اقل من 2 ث )

3-      احسب سرعة التفاعل عندما يكون التركيز = 0.8 مول/لتر ؟ ( 0.24 مول/لتر .ث)

4-      احسب معدل سرعة التفاعل في الفترة الزمنية من 2- 4.2 ث ؟  (  0.114 مول/لتر .ث)

السؤال الثاني عشر :اعتمادا على البيانات الواردة في الجدول المجاور للتفاعل الآتي :

A   +    B    →   C 

رقم التجربة     [A] مول/لتر   [B] مول/لتر   السرعة مول/لتر.ث

1       0,2    0,2    3,5 × 10-4

2       0,4    0,4    2,8 × 10-3

3       0,8    0,4    1,12 × 10-2

ما رتبة التفاعل بالنسبة إلى المادة A  ؟ما رتبة التفاعل بالنسبة إلى المادة B ؟ سرعة التفاعل = k [A]2[B]1

1.      احسب قيمة k مع  ذكر وحدته؟ 

2.      - احسب سرعة التفاعل في التجربة 3عند انكماش  حجم وعاء التفاعل الى النصف

السؤال الثاني عشر 

2       هل التفاعل السابق ماص ام طارد للحرارة  ؟  فسر

التفاعل ماص للحرارة لان طاقة المواد  الناتجة اكبر من طاقة المواد المتفاعلة  وقيمة   موجبة

            

  الجواب :  1- طاقة المعقد المنشط  بوجود  حفاز .

               2-  طاقة التنشيط للتفاعل الامامي بدون حفاز  .

               3- طاقة التنشيط للتفاعل الامامي بوجود حفاز .

                4- طاقة المعقد المنشط بدون حفاز.

                 5- طاقة التنشيط للتفاعل العكسي بوجود حفاز.

                 6-  التغير في المحتوى الحراري  .

                 7- طاقة المواد الناتجه .