كيف تقاس سرعة التفاعل

مراقبة معدل التفاعل

معدل التفاعل الكيميائي ، هو مقياس لمدى سرعة استخدام المواد المتفاعلة ومدى سرعة تصنيع المنتجات ، ويمكن تحديد المعدل عن طريق قياس :

التغيرات في تركيز المواد المتفاعلة ، أو المنتجات .

التغيرات في كتلة المواد المتفاعلة ،أو المنتجات .

التغيرات في حجم المواد المتفاعلة أو المنتجات .

على سبيل المثال ، عندما يتفاعل حمض الهيدروكلوريك المخفف مع معدن الزنك ، يتم إنتاج كلوريد الزنك ، وغاز الهيدروجين، هناك طريقتان بسيطتان لقياس معدل هذا التفاعل في المختبر :

إذا تم إعداد التفاعل على ميزان كما هو موضح ، يمكن مراقبة كتلة الجهاز خلال التفاعل ، مع هروب فقاعات الهيدروجين ، سيفقد الجهاز الكتلة .

طريقة بديلة لمراقبة التفاعل هي جمع ، وقياس حجم الغاز أثناء إنتاجه ، يمكن جمع الغاز في محقنة غاز ، أو فوق الماء ، طالما أنه غير قابل للذوبان في الماء)[1].

لماذا نريد أن نعرف سرعات (معدل) التفاعلات الكيميائية

تحدث التفاعلات الكيميائية بمعدلات مختلفة إلى حد كبير على مدى فترات من جزء من الثانية إلى أيام أو سنوات ، على الرغم من أن تفاعل المواد الكيميائية المتفاعلة يعد عاملاً مهمًا في سرعة تقدم التفاعلات الكيميائية ، إلا أن هناك العديد من المتغيرات الأخرى التي يمكن التحكم فيها من أجل تسريعها أو إبطائها ، يعد فهم تغيرات الطاقة التي تصاحب التفاعلات الكيميائية عاملاً مهمًا آخر في هذه العملية .

في الصناعة يحدد الكيميائيون ، والمهندسون الكيميائيون تأثير المتغيرات المختلفة على معدل التفاعل لزيادة إنتاجية المنتج .

في بعض الأحيان ، يجب تقديم تنازلات من أجل تحسين العمليات الكيميائية في الصناعة الكيميائية ، لضمان إنتاج منتج كاف في غضون فترة زمنية كافية ، وبطريقة موفرة للطاقة أيضًا ، لذلك يجب معرفةكيف يمكن زيادة سرعة التفاعل الكيميائي.[2]

تعتمد كيفية قياس معدل التفاعل على ماهية التفاعل ، وما هي أشكال المنتج ، تصف الأمثلة التالية طرقًا مختلفة لقياس معدل التفاعل، التفاعلات التي تنتج غازات مثل الأكسجين ، أو ثاني أكسيد الكربون، يتحلل بيروكسيد الهيدروجين لإنتاج الأكسجين .

طريقة حقنة الغاز

يمكن قياس حجم الأكسجين الناتج باستخدام طريقة حقنة الغاز ، يتجمع الغاز في المحقنة ، ويدفع للخارج ضد المكبس، يمكن قراءة حجم الغاز الناتج من العلامات الموجودة على المحقنة ، يمكن تحويل هذا التغيير في الحجم إلى تغيير في التركيز ، وتقسيم ذلك على وقت التفاعل سينتج عنه معدل رد فعل متوسط .

طريقة القياس بدلالة التغييرات في الكتلة

يمكن أيضًا قياس معدل التفاعل الذي ينتج غازًا عن طريق حساب فقد الكتلة عندما يتشكل الغاز ، ويهرب من دورق التفاعل ، يمكن استخدام هذه الطريقة للتفاعلات التي تنتج ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين ، ولكنها ليست دقيقة جدًا للتفاعلات التي ينتج عنها الهيدروجين ، لأن الكتلة منخفضة جدًا بحيث لا يمكن قياسها بدقة ، قد يكون قياس التغيرات في الكتلة مناسبًا أيضًا لأنواع أخرى من التفاعلات .

طريقة ردود الفعل هطول الأمطار

في تفاعل يتكون فيه راسب ، يمكن استخدام كمية المادة المترسبة المتكونة في فترة زمنية كمقياس لمعدل التفاعل على سبيل المثال ، عندما يتفاعل ثيوكبريتات الصوديوم مع حمض يتشكل راسب أصفر من الكبريت .

تتمثل إحدى طرق تقدير معدل هذا التفاعل في إجراء التحقيق في دورق مخروطي ، ووضع قطعة من الورق عليها صليب أسود أسفل قاع الدورق في بداية التفاعل ، سيكون الصليب مرئيًا بوضوح عندما تنظر إلى القارورة ، ومع ذلك ، مع تقدم التفاعل وتشكيل المزيد من الترسبات ، سيصبح التقاطع تدريجياً أقل وضوحًا وسيختفي تمامًا في النهاية باستخدام ساعة توقيت لتحديد الوقت الذي يستغرقه اختفاء التقاطع ، ثم تجميع كمية الرواسب المتكونة خلال هذا الوقت ، يمكن حساب متوسط ​​معدل التفاعل، لاحظ أنه من غير الممكن تجميع غاز ثاني أكسيد الكبريت الذي يتم إنتاجه في التفاعل ، لأنه شديد الذوبان في الماء.[3]

كما يمكنك أيضا قراءة نظرية التصادم وسرعة التفاعل الكيميائي لتعزيز معلوماتك في هذا الصدد .

قياس معدل التفاعل الكيميائي

القياس الكيميائي هو فرع من فروع الكيمياء يتعامل مع الكميات النسبية من المواد المتفاعلة ، والمنتجات التي يتم استهلاكها ، أو إنتاجها في تفاعل كيميائي معين ومع ذلك ، من أجل اتخاذ أي تحديدات متكافئة ، يجب أن ننظر أولاً إلى معادلة كيميائية متوازنة ، في معادلة كيميائية متوازنة ، يمكننا بسهولة تحديد النسبة المتكافئة بين عدد مولات المواد المتفاعلة ، وعدد مولات المنتجات لأن هذه النسبة ستكون دائمًا نسبة صحيحة موجبة ، ضع في اعتبارك تفاعل غاز النيتروجين وغاز الهيدروجين لتكوين الأمونيا ، ويتم حساب ذلك باستخدام قوانين سرعة التفاعل الكيميائي . [3 [

أساس القياس الكيميائي

علم القياس المتكافئ ممكن لأنه يستند إلى قانون الحفاظ على الكتلة ، نظرًا لأنه لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها ، ولا يمكن لتفاعل كيميائي تحويل عنصر إلى عنصر آخر ، يمكننا التأكد من أن كتلة كل عنصر فردي موجود في المادة (المواد) ، المتفاعلة لتفاعل معين يجب بالضرورة أن يتم حسابها في منتجات ، هذا القانون الفيزيائي هو ما يجعل جميع الحسابات المتكافئة ممكنة ومع ذلك ، لا يمكننا إجراء هذه الحسابات بشكل صحيح ، إلا إذا كان لدينا معادلة كيميائية متوازنة للعمل بها.

معادلات التكافؤ والموازنة : لصنع كلوريد الهيدروجين أو أي مادة كيميائية أخرى ، توجد نسبة واحدة فقط من المواد المتفاعلة التي تعمل بحيث يتم استخدام كل الهيدروجين ، والكلور لصنع كلوريد الهيدروجين ، جرب عدة نسب مختلفة لمعرفة أي منها يشكل رد فعل كامل ، مع عدم ترك أي شيء، ما هي أبسط نسبة من الهيدروجين إلى الكلور لتكوين كلوريد الهيدروجين ؟ .[3]

ماهي التفاعلات البطيئة

ردود الفعل التي تستغرق بعض الوقت هي ردود فعل بطيئة ، وتلك التي تحدث في غضون ثوان قليلة هي ردود فعل سريعة ، صدأ الحديد، تخمير السكر إلى كحول ، التجوية الكيميائية للصخور (تكسر الصخور) ، عملية التمثيل الضوئي في النباتات، تكوين الفحم هي تفاعلات بطيئة ، بينما تفاعل تحييد قاعدة قوية مثل هيدروكسيد الصوديوم ، وحمض قوي ، مثل الهيدروليك هو رد فعل سريع ، وترجع سرعة وبطء التفاعل إلى العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل .[4]