Week 10 · Chapter 3 Chemical Equilibrium (A): chapter opener, physical equilibrium (evaporation and condensation), complete and reversible reactions, chemical equilibrium as a dynamic state, the rate of reaction and what it depends on, the nature of the reactants · 3 lessons
3
معدل التفاعل وما يتوقف عليه
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 3: pp. 53–58
الهدفاحسب معدلًا متوسطًا من التركيز والزمن، وسمِّ العوامل الستة التي تغيّر معدل التفاعل.
كلمات جديدة
معدل التفاعل · التغير في تركيز متفاعل أو ناتج في وحدة الزمن، بوحدة mol/(L·s)المعدل المتوسط · التغير في التركيز مقسومًا على الزمن اللازم لهذا التغيرالعامل الحفاز · مادة تغيّر معدل التفاعل دون أن تُستهلك
الشرح
تختلف التفاعلات اختلافًا هائلًا في السرعة. فراسب كلوريد الفضة يتكوّن في الحال، وصنع الصابون من الزيت والقلوي بطيء، وصدأ الحديد يستغرق شهورًا. معدل التفاعل هو التغير في التركيز في وحدة الزمن: المعدل المتوسط = التغير في التركيز ÷ الزمن، بوحدة mol/(L·s) أو mol/(L·min). وفي المتفاعل ينقص التركيز، فنستخدم مقدار التغير ويكون المعدل موجبًا. وهناك ستة عوامل تغيّر المعدل: طبيعة المتفاعلات وتركيزها ودرجة الحرارة والضغط (للغازات) والعامل الحفاز والضوء. وكقاعدة تقريبية، التفاعلات بين الأيونات سريعة جدًا، والتفاعلات بين المواد التساهمية، مثل العضوية، بطيئة. وفي منحنى التركيز والزمن يكون منحنى المتفاعل أشد انحدارًا في البداية لأن التركيز أعلى ما يكون، ثم يستوي مع تباطؤ التفاعل. وفي التفاعل العكسي يصير مستويًا عند بلوغ الاتزان. أما مساحة السطح التي تجعل المسحوق يذوب أسرع من القطعة فهي فكرة إضافية خارج قائمة الكتاب الستة.
العامل
مثال على الفكرة
طبيعة المتفاعلات
الأيونات تتفاعل أسرع كثيرًا من الجزيئات التساهمية
التركيز
جسيمات أكثر في كل لتر وتصادمات أكثر
درجة الحرارة
الثلاجة تبطئ فساد الطعام
الضغط
يؤثر في الغازات
العامل الحفاز
يغيّر المعدل ولا يُستهلك
الضوء
كلوريد الفضة يسودّ في ضوء الشمس
أمثلة محلولة
ƒالمعدل المتوسط
rate = (0.80 − 0.50) ÷ 30 = 0.010 mol/(L·s)
معدل متوسط. ينقص تركيز متفاعل من 0.80 mol/L إلى 0.50 mol/L في 30 s. التغير 0.80 − 0.50 = 0.30 mol/L، فالمعدل 0.30 ÷ 30 = 0.010 mol/(L·s).
تغيير الوحدات. ينقص تركيز متفاعل من 0.60 mol/L إلى 0.30 mol/L في 2 min. المعدل 0.30 ÷ 2 = 0.15 mol/(L·min). وللتحويل إلى الثواني نقسم على 60: 0.15 ÷ 60 = 0.0025 mol/(L·s)، أي 2.5 × 10⁻³ mol/(L·s).
اقرأ منحنى. تركيز المتفاعل A (بيانات مخترعة) هو 1.00 و0.64 و0.46 و0.38 و0.34 و0.34 و0.34 mol/L عند 0 و10 و20 و30 و40 و50 و60 s. المعدل في أول 10 s هو 0.36 ÷ 10 = 0.036 mol/(L·s)؛ وفي الـ 10 s التالية 0.018؛ ثم 0.008 ثم 0.004. ومن 40 s يصير المنحنى مستويًا والمعدل صفرًا: وصل تفاعل عكسي إلى الاتزان وA لم ينفد.
نشاط الفصل
سباق الذوبان، مع شخص بالغ. ضع مكعبي سكر في كوبين شفافين فيهما كمية الماء البارد نفسها. اسحق أحد المكعبين بملعقة أولًا. حرّك الكوبين العدد نفسه من المرات وانظر أي كوب يصفو أولًا. وفي مرة أخرى جرّب السكر المحبب نفسه في ماء صنبور بارد وآخر دافئ (ليس ساخنًا، نحو 40 °C كحد أقصى). شاهد ماذا يحدث واكتب العامل الذي غيّرته في كل مرة؛ فمساحة السطح فكرة إضافية، ودرجة الحرارة من عوامل الكتاب الستة. لا تتذوق، واغسل الكوبين.
تدرّب
1
ينقص تركيز متفاعل من 1.20 mol/L إلى 0.90 mol/L في 20 s. أوجد المعدل المتوسط.
باستخدام بيانات المنحنى المخترعة في هذا الدرس، بين أي زمنين يكون المعدل أسرع ما يمكن ولماذا؟
بين 0 s و10 s (0.036 mol/(L·s))، لأن تركيز A أعلى ما يكون في البداية.
4
سمِّ العامل من الستة الذي يفسّر كلًّا من: (أ) الثلاجة تحفظ الحليب طازجًا مدة أطول؛ (ب) كلوريد الفضة يسودّ في ضوء الشمس؛ (ج) التفاعلات الأيونية في الماء سريعة جدًا.
(أ) درجة الحرارة؛ (ب) الضوء؛ (ج) طبيعة المتفاعلات.
