الأسبوع 12 · الباب الثالث (٣): تأثير درجة الحرارة ونظرية التصادم وطاقة التنشيط والضغط وثابت الاتزان Kp وقاعدة لوشاتيليه والعوامل الحفازة والضوء · 3 دروس
3
العوامل الحفازة والضوء
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 3: pp. 61–65
الهدفاشرح كيف يغيّر العامل الحفاز المعدل في الاتجاهين بالقدر نفسه دون أن يغيّر الموضع أو Kc، وبيّن كيف يمكن للضوء أن يدفع تفاعلًا.
كلمات جديدة
العامل الحفاز · مادة تغيّر معدل التفاعل بكمية صغيرة ودون أن تُستهلك، ولا تغيّر موضع الاتزانالإنزيم · جزيء بروتيني تصنعه الخلايا الحية ويعمل عاملًا حفازًاالبناء الضوئي · التفاعل الذي تستخدم فيه النباتات الضوء لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى كربوهيدرات
الشرح
يوفر العامل الحفاز للتفاعل طريقًا أسهل بطاقة تنشيط أقل. فهو يخفض طاقة التنشيط للتفاعلين الأمامي والعكسي بالمقدار نفسه، فيزداد المعدلان بالقدر نفسه. ويبلغ النظام الاتزان أبكر، لكن الموضع والمردود وKc تبقى كما هي تمامًا دون العامل الحفاز. وتكفي كمية صغيرة منه ولا يُستهلك. وتسخين التفاعلات البطيئة مكلف بالوقود، لذلك تستخدم الصناعة العوامل الحفازة في معظم عملياتها. وتعمل العوامل الحفازة أيضًا في محولات عادم السيارات التي تحوّل الغازات الضارة إلى غازات أكثر أمانًا، وفي الخلايا الحية على هيئة إنزيمات. والضوء مصدر طاقة لبعض التفاعلات. ففي البناء الضوئي تمتص الكلوروفيل الضوء، ويكوّن ثاني أكسيد الكربون والماء كربوهيدرات وأكسجين. وفي الفيلم الفوتوغرافي يحوّل الضوء أيونات الفضة إلى فضة، Ag⁺ + e⁻ → Ag، ويعطي الضوء الأكثر فضة أكثر (على الورق فقط؛ ولا صور هنا).
أمثلة محلولة
دون عامل حفاز
مع عامل حفاز
طاقة التنشيط الأمامية
50
25
طاقة التنشيط العكسية
80
55
حرارة التفاعل
−30
−30
قراءة رسم الطاقة. دون عامل حفاز تكون القمة عند 90 والمتفاعلات عند 40، فطاقة التنشيط الأمامية 90 − 40 = 50. ومع العامل الحفاز تكون القمة 65، فهي 65 − 40 = 25. أما العكسية فهي 90 − 10 = 80 دونه و65 − 10 = 55 معه. وكلتاهما انخفضت بمقدار 25. وتبقى النواتج عند 10 والمتفاعلات عند 40، فحرارة التفاعل 10 − 40 = −30 في الحالتين. فالعامل الحفاز يغيّر الطريق لا مستويي البداية والنهاية.
المستوى النهائي نفسه وزمن مختلف. يُقاس تفاعل عكسي واحد (بيانات مخترعة) مرتين، بعامل حفاز ودونه. يبلغ الناتج 0.40 mol/L في النهاية في الحالتين. ومع العامل الحفاز يبلغه بعد 4 دقائق ودونه بعد 8 دقائق. العامل الحفاز وفّر الوقت، أما المردود وKc فلم يتغيرا.
الضوء والذرات. البناء الضوئي: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ مع امتصاص الكلوروفيل للضوء. على اليسار: C 6 وO 12 + 6 = 18 وH 12. وعلى اليمين: C 6 وH 12 وO 6 + 12 = 18. المعادلة موزونة. وفي الفيلم الفوتوغرافي Ag⁺ + e⁻ → Ag: الشحنة +1 − 1 = 0 على اليسار و0 على اليمين، فيصير أيون الفضة ذرة متعادلة. لا ضوء فلا فضة.
نشاط الفصل
الاتزان نفسه وبسرعة أكبر، بقطع ورقية ونرد. ضع 15 قطعة في الصينية A ولا شيء في B. القاعدة البطيئة: في كل جولة ارمِ نردًا لكل قطعة في A وانقلها إلى B عند ظهور 1؛ وارمِ لكل قطعة في B وانقلها إلى A عند ظهور 1 أو 2. القاعدة السريعة: تنتقل القطعة من A عند ظهور 1 أو 2، وتنتقل القطعة من B عند ظهور 1 أو 2 أو 3 أو 4. العب 8 جولات من كل قاعدة واكتب الأعداد. يجب أن تستقر القاعدتان قرب 10 في A و5 في B، لكن السريعة تصل في جولات أقل. ستختلف نتائج نردك. القاعدة السريعة هي العامل الحفاز.
تدرّب
1
يخفض عامل حفاز طاقة التنشيط الأمامية لتفاعل طارد للحرارة من 80 kJ/mol إلى 50 kJ/mol. حرارة التفاعل ΔH = −25 kJ/mol. أوجد طاقة التنشيط العكسية دون العامل الحفاز ومعه.
