عوامل موثر بر سرعت واکنش

عوامل موثر بر سرعت :

نوع مواد شرکت کننده در واکنش یا ماهیت مواد شرکت کننده در واکنش :  

توجه داریم که سرعت واکنش سدیم با آب به مراتب از واکنش آهن با آب بیشتر است . چنین تفاوتی در سرعت واکنش ها را به تفاوت در ماهیت یا خواص این مواد نسبت می دهیم .

حالت فیزیکی :  

می دانیم که حالت فیزیکی یک ماده به دما بستگی دارد و برای یک ماده معین با افزایش دما تغییر حالت از جامد به مایع و سرانجام به گاز صورت می گیرد  لذا بدیهی است که سرعت واکنش در حالت گازی نسبت به حالت های متراکم ماده بیشتر باشد .  

اما در دمای ثابت می توان با انحلال مواد در حلال مناسب امکان برخورد مناسب تر ذرات با یکدیگر را فراهم نمود و سرعت واکنش را افزایش داد .

غلظت :  

معمولا افزایش غلظت موجب افزایش سرعت واکنش های شیمیایی می شود زیرا افزایش غلظت باعث افزایش تعداد برخورد ها می گردد . در بسیاری از واکنش ها دو برابر شدن غلظت هر یک از واکنش دهنده ها با دوبرابر شدن سرعت واکنش همراه است ولی این موضوع کلی نمی باشد . زیرا افزایش تعداد برخورد همواره موجب افزایش سرعت نمی شود . دلیل این امر آنست که لازمه انجام واکنش داشتن یک حداقل انرژی (همان انرژی  فعالسازی ) ذرات واکنش دهنده است . که با افزایش تعداد ذرات متفاوت است .  

برای درک بهتر چگونگی وابستگی سرعت واکنش با غلظت واکنش دهنده ها ضروری است به رابطه ی قانون سرعت برای واکنش مورد نظر واقف باشیم . این رابطه نیز به نوبه ی خود از طریق تجربه و آزمایش قابل حصول است .   

واکنش فرضی :

 aA + bB → cC را در نظر می گیریم رابطه قانون سرعت برای این واکنش به صورت زیر نوشته می شود :   
R= k[A]n[B]m

 در این رابطه:  

 k ثابت سرعت بوده  وکمیتی تجربی است،  n و m رابه ترتیب مرتبه سرعت نسبت به هر یک  از گونه های A و B  گویند . لازم به ذکر است که  n و m ارتباطی به ضرایب استوکیومتری نداشته و از طریق تجربه و آزمایش تعیین می شوند .  

افزایش فشار یک گاز یا افزایش مساحت سطح یک واکنش دهنده ناهمگن موجب افزایش سرعت واکنش می گردد .   

چرا افزایش فشار اثر مشابه افزایش غلظت بر سرعت یک واکنش گازی دارد ؟  

رابطه ی قانون سرعت ٬ چگونگی وابستگی سرعت واکنش به غلظت واکنش دهنده ها  و مرتبه ی واکنش;

مثال :

رابطه ی قانون سرعت را برای واکنش داده شده نوشته و سپس :

HgCl2(aq)+C2O42--> 2Cl-(aq)+2CO2(g)+Hg2Cl2(s)

1) مرتبه واکنش را نسبت به هر جز تعیین نمایید ؟

2) مرتبه کلی واکنش را تعیین نمایید ؟

3) اگر غلظت همه ی واکنش دهنده ها بطور همزمان دو برابر شود سرعت واکنش چند برابر خواهد شد ؟

آزمایش
    

 [C2O42-]
    

  [HgCl2]
    

سرعت اولیه واکنش (مول بر لیتر بر دقیقه)

1
    

.125M
    

  .204M
    

2.4x10-5

2
    

.25M
    

.204M
    

9.6x10-5

3
    

  .25M
    

     .102   
    

 4.7x10-5
 

چگونگی اثر دما و کاتالیزگر بر سرعت واکنش های شیمیایی : (رابطه آرنیوس)  

 افزایش دما معمولا به افزایش سرعت واکنش می انجامد زیرا تعداد برخوردها زیاد می شود و بیشتر برخورد ها از انرژی کافی برای تشکیل پیچیده ی فعال (کمپلکس فعال ) برخوردارند .

برای بررسی اثر دما و کاتالیزگر بهتر است با رابطه ی آرنیوس که چگونگی وابستگی ثابت سرعت با دما و انرژی فعالسازی را نشان می دهد آشنا شویم :  

     Ea/RT -

k = A e              

 
دما و کاتالیزگر با تغییر ثابت سرعت ؛ سرعت واکنش را تغییر میدهد :

1) همچنانکه در منحنی مشاهده می شود افزایش دما باعث افزایش مقدار عددی ثابت سرعت می شود .

2) استفاده از کاتالیزگر باعث می شود انرژی فعالسازی واکنش کاهش یافته و ثابت سرعت افزایش یابد .  

اگر چه ممکن است تغییر انرژی در بسیاری از واکنش های شیمیایی منفی باشد ، ولی اغلب این واکنش ها به مقداری انرژی ورودی اولیه نیاز دارند تا بتوانند پیچیده ی فعال تشکیل دهند این انرژی مورد نیاز را انرژی فعالسازی گویند .  به بیان دیگر :

انرژی فعالسازی حداقل انرژی لازم برای شروع واکنش است .


کاتالیزگر : کاتالیزور ماده ای است که سرعت واکنش را زیاد می کند و خود دچار تغییر دائم نمی شود .