تفاعل كيميائي
- يهدف التفاعل الكيميائي إلى كسر الروابط الكيميائية في المواد المتفاعلة من أجل إنتاج روابط جديدة في المواد الناتجة، مما يؤدي إلى تكوين مواد جديدة تختلف في الخواص الكيميائية والفيزيائية.
- تتضمن التفاعلات الكيميائية أيضًا تغيير ترتيب الذرات في الجزيئات الكيميائية، حيث يمكننا في التفاعلات الكيميائية رؤية بعض الجزيئات تتحد بطرق أخرى لتشكيل شكل من مركب أكبر وأكثر تعقيدًا.
- أو تفكك المركبات من أجل تكوين جزيئات أصغر، أو إعادة ترتيب الذرات في المركب، وبصورة أدق، عادةً ما تتضمن التفاعلات الكيميائية تكسير أو تكوين روابط كيميائية.
- بالإضافة إلى ذلك، تلعب التفاعلات الكيميائية دورًا حيويًا وفعالًا في عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية وفي عملية التمثيل الضوئي للنباتات، التي تزودنا بالغذاء والأكسجين.
أنواع التفاعلات الكيميائية
توجد تفاعلات كيميائية عديدة ولكن هناك تفاعلات كيميائية رئيسية كالآتي:
1- تفاعلات الأكسدة
تسمى تفاعلات الأكسدة في اللغة الإنجليزية (تفاعل الأكسدة والاختزال). في هذا التفاعل، يتم تغيير عدد أكسدة الذرات. قد تتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال نقل الإلكترونات بين الأنواع الكيميائية المختلفة.
وعندما يحدث هذا التفاعل بين مركبين يؤدي ذلك إلى زيادة شحنة العنصر المرجعي بسبب فقده للإلكترون السالب، بينما يكتسب العنصر المؤكسد شحنة سالبة عند التقاط ذلك الإلكترون مما ينتج عنه تكوين عنصرين، أحدهما سلبي والآخر إيجابي، يجذبان بعضهما البعض لتكوين مركب واحد.
2- تفاعلات الاتحاد
تسمى تفاعلات الاتحاد في اللغة الإنجليزية (Direct Combination Reaction) وفي هذا التفاعل يتم دمج مادتين كيميائيتين أو أكثر من أجل تكوين منتج أكثر تعقيدًا.
مثال على التفاعل المركب هو حدوث خليط بين كل من الحديد والكبريت لتكوين كبريتيد الحديد.
3- تفاعلات التحلل
تسمى تفاعلات التحلل التحلل الكيميائي أو تفاعل التحليل، وفي هذا التفاعل ينقسم المركب إلى أنواع كيميائية أصغر.
تتضمن أمثلة تفاعلات التحلل التحليل الكهربائي للماء في الأكسجين وغاز الهيدروجين.
4- تفاعلات الاستبدال المفرد أو تفاعلات الإزاحة المفردة
تسمى تفاعلات التحلل بإزاحة مفردة أو تفاعلات استبدال في اللغة الإنجليزية، وتتميز تفاعلات الاستبدال أو تفاعلات الإزاحة الفردية في أن عنصرًا واحدًا يتم إزاحته من مركب بواسطة عنصر آخر.
أمثلة على تفاعلات الاستبدال الفردية أو تفاعلات الإزاحة المفردة هي اقتران الزنك بحمض الهيدروكلوريك.
5- تفاعلات الاستبدال الثنائي
تسمى تفاعلات الاستبدال الثنائي التبادل الكيميائي أو تفاعل الإزاحة المزدوجة حيث يتم تبادل مركبين كروابط أو أيونات من أجل تكوين مركبات مختلفة.
مثال على تفاعل الاستبدال المزدوج هو ما يحدث بين كلوريد الصوديوم ونترات الفضة من أجل تكوين نترات الصوديوم وكلوريد الفضة.
6- التفاعلات الحمضية القاعدية
يسمى التفاعل الحمضي القاعدي في اللغة الإنجليزية تفاعل الحمضي القاعدي. هذا التفاعل هو نوع من تفاعل الاستبدال الثنائي الذي يحدث بين الحمض والقاعدة.
7- تفاعلات الاحتراق
يسمى تفاعل الاحتراق في اللغة الإنجليزية (تفاعل الاحتراق) وهذا التفاعل هو نوع من تفاعل الأكسدة والاختزال، حيث تتحد مادة قابلة للاشتعال مع مادة مؤكسدة لتكوين منتجات مؤكسدة وتوليد الطاقة.
8- تفاعلات المشابهات
تسمى تفاعلات الأزمرة في اللغة الإنجليزية (Isomerization) وفي هذه التفاعلات يتغير الترتيب الهيكلي للمركب، لكن تكوينه الذري الصافي يظل كما هو.
سرعة التفاعلات الكيميائية
سرعة التفاعلات الكيميائية، أو معدل سرعة التفاعلات الكيميائية، تسمى معدل التفاعل في اللغة الإنجليزية، وهي السرعة التي يتقدم بها التفاعل الكيميائي.
يتم التعبير عن سرعة التفاعلات الكيميائية بتركيز المواد الناتجة لكل وحدة زمنية أو تركيز المواد المتفاعلة المستهلكة لكل وحدة زمنية.
قسّم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها
يمكن تقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها على النحو التالي:
1- التفاعلات التي تحدث في وقت قصير جدا
وتتمثل هذه التفاعلات في العديد من الأنواع مثل التفاعل الانفجاري، وكذلك انفجار البارود، وانفجار خليط الهيدروجين والأكسجين.
2- ردود أفعال بطيئة نسبياً
وتتمثل تلك التفاعلات في تفاعل الزيوت مع الصودا الكاوية.
3- ردود أفعال بطيئة للغاية تتطلب عدة أشهر
وتتمثل هذه التفاعلات في تفاعل الهواء مع الحديد لتكوين صدأ الحديد.
4- ردود أفعال بطيئة للغاية تستغرق آلاف أو ملايين السنين
وتتمثل تلك التفاعلات في تكوين الزيت في الأرض.
ما هو قانون معدل سرعة التفاعل؟
يمكن التعبير عن قانون معدل التفاعل الكيميائي للمعادلة التالية (A + B → C) من خلال ما يلي:
- معدل التفاعل = التغير في التركيز / التغيير في الوقت المناسب.
- معدل تفاعل المادة أ = – تغير في تركيز المادة أ / تغير في الزمن.
- معدل تفاعل المادة B = – التغير في تركيز المادة B / التغير بمرور الوقت.
- معدل تفاعل المادة C = – التغير في تركيز المادة C / التغير بمرور الوقت.
- معدل 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 التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي، وهذه العوامل هي كما يلي:
1- مدى تركيز المواد المتفاعلة
هناك علاقة وثيقة بين معدل التفاعل الكيميائي وتركيز المواد المتفاعلة. كلما زادت نسبة تركيز المواد المتفاعلة، زاد معدل التفاعل الكيميائي بسبب عدد الجسيمات المتصادمة لكل وحدة زمنية.
2- درجة الحرارة
حيث أن هناك علاقة ارتباط بين درجة الحرارة ومعدل التفاعل الكيميائي، حيث يزداد معدل التفاعل الكيميائي مع زيادة درجة الحرارة، حيث تلعب درجة الحرارة دورًا كبيرًا في الطاقة الحركية للصقر للجسيمات المتصادمة لكل وحدة الوقت.
3- وسط التفاعل وطبيعة المتفاعلات
حيث أن معدل التفاعل الكيميائي يعتمد على الوسط الذي يحدث فيه، سواء كان هذا الوسط مائيًا أو عضويًا، سواء كان قطبيًا أو غير قطبي، وسواء كان في حالة صلبة أو في حالة سائلة أو في حالة غازية حالة.
4- وجود المحفزات
حيث تعمل المحفزات أو المحفزات على عمل الإنزيمات، حيث تعمل على تقليل طاقة التنشيط للتفاعل الكيميائي، ومن ثم الصقور بمعدل التفاعل الكيميائي، ويرجع ذلك إلى صقور عدد الجسيمات المتصادمة بين المتفاعلات.
تحفز المحفزات أيضًا مسار التفاعل من أجل الوصول إلى التوازن المطلوب بسرعة كبيرة.
5- الضغط
كما يعتبر الضغط من العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي، حيث يزداد معدل التفاعل الكيميائي مع ضغط تريندات.
6- خلط المواد المتفاعلة
حيث أن خلط المواد المتفاعلة مع بعضها البعض يساعد على تعزيز قدرتها على التفاعل الكيميائي ومن ثم زيادة معدل التفاعل الكيميائي.
7- الإشعاع الكهرومغناطيسي والضوء الشديد
حيث أن الإشعاع الكهرومغناطيسي هو أحد أنواع الطاقة، لذلك يمكنه تسريع معدل التفاعل، كما أنه يتسبب في فصل الروابط بين الذرات في الجزيئات أو إثارة الجسيمات مما يؤدي إلى تكوين مركبات وسيطة تساعدنا الحصول على النتيجة المرجوة.
8- النظائر المشعة
نظرًا لأن معدل التفاعل يختلف وفقًا للنظير، فإن النسبة المئوية للهيدروجين على وجه الخصوص أقل من كتلة الديوتيريوم.
9- مساحة السطح
حيث يزداد معدل التفاعل عن طريق تذبذب السطح نتيجة تعريض الجسيمات الصلبة للمواد المتفاعلة الأخرى.
10 التقليب
من المعروف علميًا أن عملية التقليب أو عملية الاهتزاز تزيد من معدل التفاعل، خاصة في تفاعلات المادة الصلبة مع السوائل.
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 والمنتج.
شروط النظام الكيميائي أثناء التوازن
في ما يلي سنشرح شروط وخصائص النظام الكيميائي أثناء التوازن، والتي تتمثل في:
- يجب إغلاق النظام، مما يعني عدم خروج أي مواد من النظام وعدم دخول أي مواد أخرى إليه.
- التوازن هو عملية ديناميكية يحدث فيها تفاعل أمامي وعكسي.
- معدل التفاعل الأمامي يساوي معدل رد الفعل العكسي.
- ليس مطلوبًا أن تكون كمية المواد المتفاعلة والمنتج متساوية، ولكن يجب أن تظل الكميات ثابتة بعد تحقيق حالة التوازن.
في ختام هذا المقال نكون قد تحدثنا عن كل تفاعل كيميائي، أنواع التفاعلات الكيميائية، سرعة التفاعلات الكيميائية، تقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها، ما هو قانون معدل التفاعل الكيميائي؟ معدل التفاعل؟ العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي، والتوازن الكيميائي، وظروف النظام الكيميائي أثناء التوازن.