تفاعل كيميائي
- التفاعل الكيميائي هو كسر الروابط الكيميائية في المواد المتفاعلة لتشكيل روابط جديدة في المواد الناتجة ، مما يؤدي إلى تكوين مواد جديدة ذات خواص كيميائية وفيزيائية مختلفة.
- تتضمن التفاعلات الكيميائية أيضًا تغيير ترتيب الذرات في الجزيئات الكيميائية ، لأنه في التفاعلات الكيميائية يمكننا ملاحظة اتحاد بعض الجزيئات بطريقة مختلفة لتشكيل شكل من أشكال المركب الأكبر والأكثر تعقيدًا.
- أو تكسير المركبات لتشكيل جزيئات أصغر ، أو إعادة ترتيب الذرات في المركب ، وبشكل أكثر تحديدًا ، عادةً ما تتضمن التفاعلات الكيميائية تكسير أو تكوين روابط كيميائية.
- تلعب التفاعلات الكيميائية أيضًا دورًا مهمًا وفعالًا في عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية وفي عملية التمثيل الضوئي للنباتات ، والتي تزودنا بكل من الطعام والأكسجين.
أنواع التفاعلات الكيميائية
هناك العديد من التفاعلات الكيميائية ، ولكن التفاعلات الكيميائية الرئيسية هي
تفاعلات الأكسدة
تسمى تفاعلات الأكسدة باللغة الإنجليزية (تفاعل الأكسدة والاختزال) وفي هذا التفاعل تتغير أعداد أكسدة الذرات. يمكن أن تتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال انتقال الإلكترونات بين الأنواع الكيميائية المختلفة.
عندما يحدث هذا التفاعل بين مركبين ، فإنه يؤدي إلى زيادة شحنة العنصر المرجعي بسبب فقدان الإلكترون السالب ، بينما يكتسب العنصر المؤكسد شحنة سالبة عندما يلتقط هذا الإلكترون ، مما ينتج عنه تكوين عنصرين ، أحدهما سلبي والآخر إيجابي ، يجذبان بعضهما البعض ويشكلان اتصالاً.
2 تفاعلات نقابية
تسمى التفاعلات المركبة باللغة الإنجليزية “Direct Combination Reaction”. في هذا التفاعل ، يتحد نوعان أو أكثر من المواد الكيميائية لتكوين منتج أكثر تعقيدًا.
مثال على التفاعل المركب هو خليط من الحديد والكبريت لتكوين كبريتيد الحديد.
3 تفاعلات تحلل
تسمى تفاعلات التحلل بالتحلل الكيميائي أو تفاعل التحليل وفي هذا التفاعل يتم تقسيم المركب إلى أنواع كيميائية أصغر.
أمثلة على تفاعلات التحلل هي التحليل الكهربائي للماء إلى أكسجين وغاز الهيدروجين.
4 تفاعلات استبدال مفردة أو تفاعلات إزاحة مفردة
يشار إلى تفاعلات التحلل في اللغة الإنجليزية بالاسم (إزاحة مفردة أو تفاعل إحلال) وتختلف تفاعلات الاستبدال أو تفاعلات الإزاحة الفردية في أنه تمت إزالة عنصر واحد من مركب بعنصر آخر.
مثال على تفاعل التبادل الفردي أو تفاعل الإزاحة الفردي هو مزيج الزنك مع حمض الهيدروكلوريك.
5 تفاعلات استبدال مزدوجة
التفاعل الكيميائي مزدوج التبادل أو تفاعل الإزاحة المزدوجة في هذا التفاعل ، يتبادل مركبان الروابط أو الأيونات لتكوين مركبات مختلفة.
مثال على تفاعل التبادل المزدوج يحدث بين كلوريد الصوديوم ونترات الفضة ، مما ينتج نترات الصوديوم وكلوريد الفضة.
6 التفاعلات الحمضية القاعدية
في اللغة الإنجليزية ، تسمى التفاعلات الحمضية القاعدية تفاعلات الحمض القاعدي ، وهذا التفاعل هو نوع من تفاعل الاستبدال الثنائي الذي يحدث بين الحمض والقاعدة.
7 تفاعلات احتراق
تسمى تفاعلات الاحتراق في اللغة الإنجليزية “تفاعلات الاحتراق”. هذا التفاعل هو نوع من تفاعل الأكسدة والاختزال حيث تتحد مادة قابلة للاحتراق مع عامل مؤكسد لتكوين منتجات مؤكسدة وتوليد الطاقة.
8 تفاعلات مشابهات
تسمى تفاعلات الأيزومرات (isomerization) في اللغة الإنجليزية. في هذه التفاعلات ، يتغير الترتيب الهيكلي للمركب ، لكن تكوينه الذري الصافي يظل كما هو.
معدل التفاعلات الكيميائية
سرعة التفاعلات الكيميائية أو سرعة التفاعلات الكيميائية تسمى في اللغة الإنجليزية (معدل التفاعل) السرعة التي يحدث بها التفاعل الكيميائي.
يتم التعبير عن معدل التفاعلات الكيميائية من حيث تركيز المنتجات المنتجة لكل وحدة زمنية أو تركيز المواد المتفاعلة المستهلكة لكل وحدة زمنية.
يصنف التفاعلات الكيميائية حسب معدلها
يمكن تصنيف التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها كما يلي
1 تحدث ردود الفعل في وقت قصير جدًا
تأتي هذه التفاعلات بأشكال عديدة ، مثل التفاعل الانفجاري ، وانفجار البارود ، وانفجار خليط من الهيدروجين والأكسجين.
2 سرعة رد فعل بطيئة نسبيًا
يتم عرض هذه التفاعلات في تفاعل الزيوت مع الصودا الكاوية.
3 ردود أفعال بطيئة جدًا تستمر لعدة أشهر
يتم تمثيل هذه التفاعلات بتفاعل الهواء مع الحديد مع تكوين صدأ الحديد.
4 تفاعلات بطيئة للغاية تدوم آلاف أو ملايين السنين
هذه التفاعلات هي تكوين زيت في الأرض.
ما هو قانون معدل رد الفعل؟
يمكن التعبير عن قانون معدل التفاعل الكيميائي على النحو التالي للمعادلة التالية (A + B → C)
- معدل التفاعل = التغيير في التركيز / التغيير في الوقت المناسب.
- معدل تفاعل المادة أ = التغير في تركيز المادة أ / التغير بمرور الوقت.
- معدل تفاعل المادة ب = التغير في تركيز المادة ب / التغير بمرور الوقت.
- معدل تفاعل المادة C = التغير في تركيز المادة C / التغير بمرور الوقت.
- سرعة التفاعل = التغير في تركيز المادة أ / التغير في الوقت = التغير في تركيز المادة ب / التغير في الوقت = التغير في تركيز المادة ج / التغير بمرور الوقت.
العوامل المؤثرة في معدل التفاعل الكيميائي
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي. هذه العوامل هي كما يلي
تركيز المواد المتفاعلة
هناك علاقة وثيقة بين معدل التفاعل الكيميائي وتركيز المواد المتفاعلة. كلما زاد تركيز المواد المتفاعلة ، زادت سرعة التفاعل الكيميائي بسبب عدد الجسيمات المتصادمة لكل وحدة زمنية.
2 درجة حرارة
هناك علاقة بين درجة الحرارة ومعدل التفاعل الكيميائي حيث يزداد معدل التفاعل الكيميائي مع زيادة درجة الحرارة حيث تلعب درجة الحرارة دورًا مهمًا في زيادة الطاقة الحركية للجسيمات المتصادمة لكل وحدة زمنية.
3 وسط التفاعل وطبيعة المواد المتفاعلة
نظرًا لأن معدل التفاعل الكيميائي يعتمد على الوسط الذي يحدث فيه ، سواء كان ذلك الوسط مائيًا أو عضويًا ، سواء كان قطبيًا أو غير قطبي ، وسواء كان في الحالة الصلبة أو السائلة أو غير المستقرة ، فهذا يعتمد على الحالة الغازية ولاية.
4 وجود العوامل المساهمة
نظرًا لأن المحفزات أو المحفزات تعمل كإنزيمات ، فإنها تقلل من طاقة التنشيط للتفاعل الكيميائي ثم تزيد من سرعة التفاعل الكيميائي. هذا بسبب الزيادة في عدد الجزيئات المتصادمة بين المواد المتفاعلة.
تحفز المحفزات أيضًا مسار التفاعل من أجل الوصول إلى التوازن المطلوب بسرعة كبيرة.
5 ضغط
يعد الضغط أيضًا أحد العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي ، حيث يزداد معدل التفاعل الكيميائي مع زيادة الضغط.
6 خلط المواد المتفاعلة
حيث أن خلط المواد المتفاعلة مع بعضها البعض يساعد على زيادة قدرتها على التفاعل الكيميائي ومن ثم زيادة سرعة التفاعل الكيميائي.
7 ـ الإشعاع الكهرومغناطيسي والضوء الشديد
نظرًا لأن الإشعاع الكهرومغناطيسي هو أحد أنواع الطاقة ، فيمكنه تسريع سرعة التفاعل وأيضًا التسبب في قطع الروابط بين الذرات في الجزيئات أو إثارة الجزيئات ، مما يؤدي إلى تكوين مركبات وسيطة تساعدنا في تحقيق النتيجة المرجوة.
8 النظائر
نظرًا لأن معدل التفاعل يختلف اعتمادًا على النظير ، فإن الهيدروجين على وجه الخصوص له كتلة أقل من الديوتيريوم.
9 السطح
حيث أن معدل التفاعل يزداد مع زيادة مساحة السطح بسبب زيادة جزيئات المادة الصلبة المعرضة للمواد المتفاعلة الأخرى.
10 تحريك
من المعروف علميًا أن التقليب أو الاهتزاز يزيد من سرعة التفاعل ، خاصة في التفاعلات الصلبة والسائلة.
التوازن الكيميائي
التوازن الكيميائي هو الحالة الديناميكية التي يكون فيها معدل التفاعل الأمامي مساويًا لمعدل التفاعل العكسي.
أي أنه لا يوجد تغيير صاف في مستوى تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات.
شروط النظام الكيميائي في حالة توازن
نوضح أدناه شروط وخصائص النظام الكيميائي في حالة التوازن
- يجب أن يكون النظام مغلقًا ، أي لا يجوز أن تتسرب أي مواد من النظام ولا يجوز دخول أي مواد أخرى إلى النظام.
- التوازن هو عملية ديناميكية تتضمن تفاعلات أمامية وخلفية.
- معدل التفاعل الأمامي يساوي معدل رد الفعل العكسي.
- لا يلزم أن تكون كمية المواد المتفاعلة والنواتج متساوية ، ولكن يجب أن تظل الكميات ثابتة بعد الوصول إلى التوازن.