خانه / آموزش / آموزش شیمی4 / عوامل موثر بر سرعت واكنش هاي شيميايي

عوامل موثر بر سرعت واكنش هاي شيميايي

عوامل موثر بر سرعت واكنش هاي شيميايي

عوامل موثر بر سرعت واكنش هاي شيميايي
عوامل موثر بر واکنش هاي شيميايي (Main Parameters in Chemical Reactions)

عوامل متعددي وجود دارند که بر سرعت واکنش هاي شيميايي موثرند که مهمترين آنها به ترتيب اولويت عبارتند از :دما ، غلظت مواد واکنش دهنده و محصولات ، فشار ، ماهيت ونوع مواد واکنش دهنده ، اندازه ي ذرات مواد واکنش دهنده و ميزان سطح تماس ، کاتاليزور ، بازدارنده ها (متوف کننده ها ) ، وجود حلال در محيط ، وجود عوامل خارجي نظير نور و ضربه .در ادامه به بررسي دقيق تر چند مورد از عوامل موثر بر سرعت واکنشهاي شيميايي خواهيم پرداخت.

عوامل موثر بر سرعت واکنش های شیمیایی:
ماهیت واکنش دهنده ها
حالت فیزیکی
غلظت
دما
کاتالیزگر

۱- دما (Temperature )
تجربه نشان داده است که سرعت کليه ي واکنشهاي شيميايي اعم از گرمازا و گرماگير با افزايش دما بالا مي رود ؛ به نحوي که معمولاً با افزايش دمايي در حدود ده درجه ي سانتيگراد سرعت واکنش دو برابر مي شود. اغلب واکنشهايي که در دماهاي کم داراي سرعت پاييني هستند، در دماهاي زياد سرعتي قابل توجه خواهند داشت .  سرعت برخي از واکنشها در دماهاي زياد به حدي بالا مي رود که امکان کنترل آنها از دست مي رود و حتي ممکن است باروندي انفجاري همراه باشد. در دماهاي زياد ، مولکول هاي مواد واکنش دهنده به دليل برخورداري از انرژي جنبشي بيشتر ،‌ داراي برخوردهاي زيادتري خواهند بود .در نتيجه آسانتر مي توانند انرژي فعالسازي را فراهم کنند و به کمپلکس فعال تبديل شوند .
تقليل زمان پخت غذا درديگ زودپز و فاسد شدن سريع مواد غذايي دردماي اطاق و محيط خارج از يخچال ، نشانه ي تأثير دما بر سرعت واکنشهاي شيميايي است .

افزایش دما باعث افزایش برخورد موثر بین واکنش دهنده ها و در نتیجه افزایش سرعت در کلیه واکنش های گرماگیر و گرماده می شود. واکنش فلز منیزیم صیقل داده شده با آب سرد بسیار کند و با آب جوش نسبتا سریع تر است. این اختلاف در سرعت ناشی از اختلاف دما است. دقت داشته باشید در واکنش منیزیم با آب، سرعت واکنش به مرز میان دو فاز وابسته است؛ زیرا منیزیم و آب در دو فاز جداگانه قرار دارند.

۲-    نقش غلظت و فشار در سرعت واکنش هاي شيميايي (Concentration and Pressure)
به منظور جلوگيري از تداخل اثرات دما و غلظت بر واکنشهاي شيميايي ، مطالعه ي اثر غلظت بر سرعت واکنشهاي شيميايي در دماي ثابتي انجام مي شود . بر اساس شواهد تجربي ،سرعت اکثر واکنشها به غلظت مواد واکنش دهنده و نيز فشاري که تحت آن، اين مواد با يکديگرواکنش مي دهند ، بستگي دارد . اين وابستگي نيز به صورت مستقيم است ؛ بدين معنا که اگر غلظت مواد اوليه بيشتر شود ، بر سرعت واکنش نيز افزوده خواهد شد .
معمولاً در شروع هر واکنش شيميايي که غلظت مواد اوليه در آن قابل توجه است ، با توجه به برخوردهاي بيشتر مولکولها ، سرعت واکنش نيز بيشتر است؛ ولي با گذشت زمان و با کاهش غلظت مواد اوليه ، بتدريج از سرعت واکنش کاسته مي شود .

در اين سه ظرف آب اکسيژنه بر روي پتاسيم پرمنگنات ريخته مي شود . هرچه مقدار پرمنگنات بيشتر باشد ، گاز اکسيژن متصاعد شده نيز بيشتر است . ( از راست به چپ برشدت واکنش افزوده مي شود.)

در اغلب واکنش هاي شيميايي ، افزايش غلظت يا فشار محصولات موجب کاهش سرعت انجام واکنش مي گردد ؛ اما  در برخي از واکنش هاي شيميايي ، خود محصولات مي توانند به عنوان  کاتاليزور عمل نمايند . در اين صورت ، افزايش غلظت محصولات سبب افزايش سرعت واکنش مي شود. اين گونه واکنشها به «واکنشهاي خود کاتاليز » معروفند .
با توجه به تأثير غلظت و فشار برسرعت واکنش ، براي جلوگيري از کاهش سرعت واکنش ، بايد از کاهش غلظت يا فشارمواد واکنش دهنده جلوگيري نمود .بنابراين لازم است که به طورمداوم ، مواد واکنش دهنده را به محيط آزمايش اضافه کرد . علت اصلي زياد بودن سرعت درواکنشهاي رسوبي و يا واکنشهايي که در آنها گاز توليد مي شود ، خروج محصولات از محيط واکنش است .

در اغلب واکنش ها، افزایش غلظت واکنش دهنده ها روی سرعت واکنش اثر فزاینده دارد. برای مثال الیاف آهن در هوای معمولی روی شعله، داغ و سرخ می شوند ولی نمی سوزند. ( حدود ۲۱ درصد هوای معمولی را اکسیژن تشکیل می دهد.) اما الیاف آهن که قبلا داغ و سرخ شده اند ( برای تامین انرژی فعال سازی که توضیحات آن در مطالب بعدی ارائه خواهد شد. ) در اکسیژن خالص به شدت می سوزند. تفاوت چشم گیر مشاهده شده در سرعت این واکنش را می توان با افزایش غلظت اکسیژن در واکنش توجیه کرد.

۳-    نقش ماهيت و نوع مواد برسرعت واکنشهاي شيميايي
قطعات بسيار کوچک عناصري مانند مس ، نقره و آهن حتي در حضور شعله هم به کندي با اکسيژن واکنش مي دهند . اين در حالي است که قطعات بزرگ منيزيم به سرعت در هوا مي سوزند و گرد سفيد منيزيم اکسيد (MgO) را بر جاي مي گذارند .

فلز منيزيم باايجاد نوربسيار خيره کننده اي در هوا مي سوزد.

يون هاي نقره و کلريد به سرعت با يکديگرترکيب شده و رسوب سفيد رنگ نقره کلريد Ag Cl)) را به وجود مي آورند. اين در حالي که واکنش بين يون هاي منيزيم و اُگزالات بسيار کند است .
فسفر سفيد نيز خودبخود در هوا آتش مي گيرد ؛ اما فسفر قرمز در مجاورت هوا تقريباً پايدار است .

فسفرسفيد آنقدرواکنش پذيراست که آنرا درزير آب نگهداري مي کنند.

با آنکه فسفر قرمز از اتمهاي فسفرتشکيل مي شود ، اما به دليل تفاوت در آرايش وتعداد اتمها با فسفرسفيد متفاوت است ودر مجاورت هوا نسبتاً پايدار است .

۴-    نقش اندازه ذرات مواد واکنش دهنده و ميزان سطح تماس در واکنشهاي ناهمگن
واکنشهاي ناهمگن فقط در سطوح مرزي بين فازهاي واکنش دهنده رخ مي دهند. سرعت اين واکنشها با ميزان سطح تماس ذرات رابطه اي مستقيم دارد ؛ يعني هر قدر که مساحت سطح تماس ذرات بيشتر شود ، بر سرعت واکنش نيز افزوده مي گردد . به عنوان مثال ، در هواي مرطوب ، يکسيم ظرفشويي خيلي سريع تر از يک ميخ آهني زنگ مي زند . همچنين ذرات پودر شده ي زغال خيلي بهتر از قطعات درشت آن مي سوزند .

۵-    نقش کاتاليزور (Catalyzer)
کاتاليزورها در اکثرواکنشهاي شيميايي حضور دارند و کارايي آنها بر کسي پوشيده نيست . کاتاليزورها با ايجادسطح تماس بيشتر بين مولکولهاي مواد واکنش دهنده ، ميل ترکيبي و خفته ي برخي از مواد را بيدار مي کنند . البته نبايستي چنين تصور کرد که کاتاليزورها قادرند تمامي واکنشهاي شيميايي ناممکن را عملي سازند .
هر کاتاليزور فقط مناسب يک يا چند واکنش است . انتخاب درست کاتاليزور مي تواند به نتايجي از قبيل کاهش قابل توجه انرژي فعال سازي ، کوتاهتر شدن مسير انجام واکنش ، کمتر شدن مدت زمان انجام آزمايش وبالاخره افزايش سرعت واکنش منجر شود.

بعضي اوقات ممکن است يکي از محصولات واکنش ، نقش کاتاليزوري را نيز ايفا کند و در پيشبرد واکنش سهم بسزايي داشته باشد . براي مثال در واکنش پتاسيم پرمنگنات KMnO4 و اُگزاليک اسيد H2C2O4 در محيط اسيدي

۲KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4    »»»»»»    ۲KMnO4+ K2SO4 + 10CO2 + 8H2O

انتظار مي رود که با تشکيل Mn2+ و نقش کاتاليزوري آن سرعت واکنش زياد شود .
از ديگر کاتاليزورها مي توان به آنزيم ها اشاره داشت که از کاتاليزورهاي زيستي هستند .

ساختارکلي يک آنزيم به عنوان کاتاليزور زيستي – به جايگاه پذيرنده Active Site آن توجه کنيد.

ل مختلف عملکرد آنزيم سوکراز در بدن –  اين آنزيم قند سوکراز را به قندهاي ساده تر گلوکز و فروکتوز تبديل مي کند .
۶-    نقش بازدارنده ها ( Inhibitors)
بازدارنده ها بر خلاف کاتاليزورها سرعت واکنشهاي شيميايي را کاهش مي دهند . بازدارنده ها از طريق جذب عوامل فعال واکنش ( اتمها ، يونها و راديکالها)‌و يا از طريق کاهش سطح تماس مي توانند سرعت واکنشها را به حداقل برسانند .

در مواقع اضطراري که امکان متوقف کردن واکنشها از طريق تعديل غلظت يا فشار مواد واکنش دهنده و يا خارج نمودن کاتاليزور وجود ندارد ، از يک بازدارنده ي مناسب استفاده مي شود . بازدارنده مي تواند يکي از محصولات واکنش باشد؛ مثلاً در واکنش تجزيه ي آمونياک در حضور پلاتين داغ

۲NH3 »»»» Pt »»»»»» N2 + 3H2

با جلوگيري از خروج گاز هيدروژن و اشباع سطح پلاتين به وسيله ي مولکولهاي هيدروژن، واکنش متوقف مي شود . در صنايع شيميايي ، اين عمل اصطلاحاً « مسموم شدن کاتاليزور » مي گويند .
براي جلوگيري از زنگ زدن آهن ، آن را رنگ مي زنند .همچنين براي جلوگيري از فاسد شدن مواد غذايي نظير مرباها و کنسروها از بنزوات سديم بافرمول شيميايي C6H5COONa  استفاده مي شود .

۷-    وجود حلال در محيط
شکي نيست که قسمت اعظم واکنشهاي شيميايي در محلولها انجام مي شوند ؛ مثلاً اگر سديم کلريد NaCl خشک را به نقره نيترات AgNO3 خشک اضافه کنيم و سپس مخلوط حاصل رابه هم بزنيم ، هيچ واکنشي مشاهده نمي شود . اما به محض اظافه کردن آب به اين مخلوط شاهد واکنش فوري اين دو ماده با يکديگر و تشکيل رسوب سفيد رنگ نقره کلريد AgCl خواهيم بود .
NaCl + AgNO3  »»»»»»»» NaNO3 + AgCl

امتیاز دهید:

1 ستاره2 ستاره3 ستاره4 ستاره5 ستاره (9 رای, میانگین امتیاز: 4٫22 از 5)
Loading...
برای عضویت درکانال تلگرام جم شیمی روی تصویر کلیک کنید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

محدودیت زمانی،روی فلش کلیک کنید تا کد جدید تولید شود