فيديو الدرس: تأثير درجة الحرارة والتركيز على معدلات التفاعل العلوم

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف ونفسر تأثير درجة الحرارة والتركيز على معدلات التفاعلات الكيميائية.

١٣:٣٦

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف ونفسر تأثير درجة الحرارة والتركيز على معدلات التفاعلات الكيميائية.

في أي تفاعل كيميائي، تتحول المتفاعلات إلى نواتج. وعند حدوث التفاعل، يقل تركيز المتفاعلات ويزداد تركيز النواتج. يقيس معدل التفاعل مدى التغير في تركيز أو كتلة أو حجم المتفاعل أو الناتج لكل وحدة زمنية. وهذا يمثل السرعة التي يحدث بها التفاعل الكيميائي.

في التمثيل البياني للتركيز مقابل الزمن، تمثل الخطوط الموضحة على التمثيل البياني معدل التفاعل. فكلما كان الخط أكثر انحدارًا، كان معدل التفاعل أسرع. بشكل جزئي، يعتمد معدل التفاعل على عدد التصادمات بين الجسيمات. ولكي يحدث التفاعل بين جسيمين، يجب أن يتصادما ببعضهما بمقدار معين من الطاقة. وكلما كان عدد التصادمات أكبر، زادت احتمالية حدوث التفاعل وازداد معدل التفاعل. في هذا الفيديو، سنركز على عاملين يمكنهما زيادة عدد التصادمات بين الجسيمات، ومن ثم زيادة معدل التفاعل.

دعونا نتناول درجة الحرارة. عندما نزيد درجة حرارة أي مادة، تكتسب الجسيمات طاقة وتتحرك بسرعة أكبر. فكلما كانت حركة الجسيمات أسرع، زاد احتمال حدوث تصادمات بينها. وهذا يعني أن زيادة درجة الحرارة ستؤدي إلى زيادة عدد التصادمات بين الجسيمات. ومع زيادة عدد التصادمات، سيزداد معدل التفاعل. إذن، زيادة درجة الحرارة ستؤدي إلى زيادة معدل التفاعل. دعونا نتعرف كيف يمكننا إثبات صحة ذلك من خلال إجراء تجربة.

في هذه التجربة، سنضع قرصًا فوارًا في الماء. وعندما يتفاعل القرص مع الماء، سينتج غاز ثاني أكسيد الكربون. يمكننا قياس حجم ثاني أكسيد الكربون الناتج باستخدام محقنة غاز. وسنجري التجربة باستخدام ماء بدرجة حرارة الغرفة وماء مغلي. سنلاحظ أن التجربة باستخدام الماء المغلي سينتج عنها ظهور فقاعات بسرعة أكبر، وستمتلئ محقنة الغاز بشكل أسرع، ويذوب القرص بوتيرة أسرع مقارنة مع إجراء التجربة باستخدام الماء بدرجة حرارة الغرفة. كل هذه الملاحظات تبين أن معدل التفاعل عند درجة حرارة أعلى كان أسرع. وفي النهاية، يذوب القرصان تمامًا، وتنتهي التفاعلات، وينتج الحجم نفسه من الغاز.

دعونا نحلل نتائج هاتين التجربتين. يمكننا أن نلاحظ من التمثيلين أن الخط الموضح على التمثيل البياني لتجربة الماء المغلي يكون في البداية أكثر انحدارًا من الخط الذي يمثل تجربة الماء بدرجة حرارة الغرفة. ومن ثم، فإن التفاعل باستخدام الماء المغلي يحدث بسرعة أكبر. كما يمكننا أن نلاحظ أيضًا أنه على الرغم من أن التفاعل باستخدام الماء المغلي يحدث بسرعة أكبر مقارنة مع التفاعل باستخدام الماء بدرجة حرارة الغرفة، فقد نتج عن كلا التفاعلين حجم الغاز نفسه.

في حياتنا اليومية، نستفيد من تأثير درجة الحرارة على معدل التفاعل. فنخزن الطعام في الثلاجة. إذ تبطئ درجة الحرارة المنخفضة من حدوث التفاعلات الكيميائية التي تفسد الطعام، ما يؤدي إلى بقائه صالحًا لفترة أطول. وعند طهي بيضة، يمكننا زيادة درجة الحرارة لزيادة معدل التفاعلات التي تؤدي إلى طهي البيضة. وهذا سيسمح لنا بطهي البيضة بسرعة أكبر.

والآن، بعد أن عرفنا كيف تؤثر درجة الحرارة على معدل التفاعل، دعونا نتناول التركيز. التركيز هو قياس لكمية المادة الموجودة في حجم معين. وتعني زيادة التركيز أن هناك مقدارًا أكبر من المادة في الحجم نفسه. وقد نشير إلى هذا بقولنا مادة «مركزة». أما تقليل التركيز فيعني أن هناك مقدارًا أقل من المادة في الحجم نفسه. ويمكننا الإشارة إلى هذا بقولنا مادة «مخففة».

إذن، كيف يؤثر التركيز على معدل التفاعل؟ لنتناول تفاعلًا بين الجسيمات البرتقالية والجسيمات الوردية. نحن نعلم أن الجسيمات يجب أن تتصادم بكمية مناسبة من الطاقة لكي يحدث تفاعل. لذا، تتصادم أحيانًا الجسيمات ولا يحدث تفاعل بينها. إذا زدنا تركيز الجسيمات الوردية، فسيكون هناك عدد أكبر من الجسيمات الوردية التي تتصادم مع الجسيمات البرتقالية. وسيزيد عدد التصادمات، ومن ثم ستزيد أيضًا احتمالية حدوث تصادم فعال لتكوين الناتج. وهذا يعني أن زيادة التركيز ستؤدي إلى زيادة معدل التفاعل. دعونا نتعرف كيف يمكننا إثبات صحة ذلك من خلال تجربة.

في هذه التجربة، سوف نحرق الليف السلكي، الذي يسمى أيضًا الصوف الفولاذي. عند حرق الليف السلكي، يتفاعل الحديد مع الأكسجين. إذا حرقنا الليف السلكي باستخدام موقد بنسن، فإن الأكسجين الذي يشارك في التفاعل يأتي من الهواء. والهواء مكون من 21 بالمائة من الأكسجين تقريبًا. سيحترق الليف السلكي لكن ببطء نسبيًّا. ولكن ماذا سيحدث إذا زدنا تركيز الأكسجين بوضع قطعة مشتعلة من الليف السلكي في دورق يحتوي على الأكسجين بنسبة 100 بالمائة؟ سيكون التفاعل مع الأكسجين الذي نسبته 100 بالمائة أكثر كثافة وسرعة. وسنلاحظ أن الضوء الناتج أكثر سطوعًا، وأن الليف السلكي سيتوقف عن الاحتراق بسرعة أكبر مقارنة مع الليف السلكي المحترق على موقد بنسن. تدل هذه الملاحظات على أن زيادة التركيز قد أدت إلى زيادة معدل التفاعل.

دعونا نحلل نتائج تجربة مختلفة. في هذه التجربة، يوضع فلز المغنيسيوم في دورق يحتوي على حمض الهيدروكلوريك. عندما تتفاعل هاتان المادتان، يكون أحد النواتج هو غاز الهيدروجين. ويمكننا قياس حجم غاز الهيدروجين الناتج بتوصيل محقنة غاز بالدورق. يمكننا إجراء هذه التجربة باستخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف والمركز. وسنجد أن التجربة باستخدام حمض الهيدروكلوريك المركز سينتج عنها ظهور فقاعات بسرعة أكبر، وستمتلئ المحقنة بشكل أسرع، وسينفد المغنيسيوم بسرعة أكبر مقارنة مع نفاده في التجربة باستخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف. تدل كل هذه الملاحظات على أن معدل التفاعل كان أسرع عند استخدام تركيز أكبر من حمض الهيدروكلوريك. في النهاية، سينفد المغنيسيوم في كلتا التجربتين، وستنتهي التفاعلات، وسينتج الحجم نفسه من غاز الهيدروجين.

دعونا نحلل نتائج هاتين التجربتين. يمكننا أن نلاحظ من التمثيلين أن الخط الموضح على التمثيل البياني لتجربة استخدام حمض الهيدروكلوريك المركز يكون في البداية أكثر انحدارًا من الخط الذي يمثل تجربة استخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف. ومن ثم، فإن معدل التفاعل باستخدام حمض الهيدروكلوريك المركز يكون أسرع. نلاحظ أيضًا أنه على الرغم من أن التفاعل باستخدام حمض الهيدروكلوريك المركز حدث بسرعة أكبر، فقد نتج حجم الغاز نفسه عن كلا التفاعلين.

لقد تناولنا كيفية تأثير درجة الحرارة والتركيز على معدل التفاعل. فدعونا نطبق ما فهمناه على بعض الأسئلة.

يحتوي كل صندوق من الصناديق الموجودة بالأسفل على نفس العدد من الجزيئات المتفاعلة. سخنت الصناديق لدرجات حرارة مختلفة. أي صندوق سيكون به أكبر تردد للتصادمات بين الجزيئات؟

لكي يتفاعل جزيئان متفاعلان مع بعضهما، لا بد أن يتصادما معًا. هناك عدة عوامل يمكن أن تؤثر على عدد التصادمات بين الجزيئات المتفاعلة. يتمثل عاملان من هذه العوامل في التركيز ودرجة الحرارة. التركيز هو مقياس لمقدار المادة في حجم معين. نعلم من معطيات السؤال أن كل صندوق يحتوي على العدد نفسه من الجزيئات المتفاعلة الحمراء والزرقاء كما هو موضح. ومن ثم، فإن تركيز الجزيئات المتفاعلة هو نفسه في كل صندوق. لكن درجة الحرارة في كل صندوق ليست هي نفسها.

دعونا نتناول هذه الصورة التي تحتوي على جسيمات برتقالية ووردية. عند درجات الحرارة المبينة، يتحرك كل جسيم بسرعة محددة، وتحدث تصادمات بين الجسيمات. فعند زيادة درجة الحرارة، تكتسب الجسيمات طاقة وتتحرك بسرعة أكبر. وكلما زادت سرعة حركتها، زاد احتمال حدوث تصادم بينها. ومن ثم، سيزداد تردد تصادمات. وهذا يعني أن الصندوق الذي سيكون به أكبر تردد للتصادمات بين الجزيئات هو الصندوق الذي درجة حرارته أعلى. الصندوق (د)، عند درجة الحرارة 80، هو الصندوق الذي درجة حرارته أعلى، ولذا سيكون به أكبر تردد للتصادمات. إذن، الإجابة الصحيحة هي (د).

يجري أحد الكيميائيين سلسلة من التجارب لتحديد تأثير التركيز على معدل التفاعل. يصب الكيميائي كميات متساوية من حمض الهيدروكلوريك بتركيزات مختلفة في أربعة أنابيب اختبار. ثم يضع قطعة متطابقة من شريط المغنيسيوم في كل أنبوب اختبار. إعداد التجربة موضح فيما يأتي. ما الترتيب المحتمل، من الأبطأ إلى الأسرع، لمعدل التفاعل للتجارب الأربع؟ (أ) أ، ج، د، ب. أم (ب) ب، ج، أ، د. أم (ج) ج، د، ب، أ. أم (د) د، ج، أ، ب. أم (هـ) ج، أ، ب، د.

في كل أنبوب اختبار، تم غمر قطعة متطابقة من شريط المغنيسيوم في الحجم نفسه من حمض الهيدروكلوريك. تختلف أنابيب الاختبار من حيث تركيز حمض الهيدروكلوريك المستخدم المعطى هنا بالمول لكل لتر. التركيز هو مقياس لمقدار المادة في حجم معين. وعلينا تحديد كيفية تأثير التركيزات المختلفة لحمض الهيدروكلوريك في كل أنبوب اختبار على معدل التفاعل. دعونا نفرغ بعض المساحة أعلى الشاشة.

يقيس معدل التفاعل مدى التغير في تركيز أو كتلة أو حجم المتفاعل أو الناتج لكل وحدة زمنية. يمكننا اعتبار ذلك سرعة التفاعل الكيميائي. ولكي يحدث تفاعل كيميائي بين جسيمين، يجب أن يتصادما ببعضهما بمقدار معين من الطاقة. وهذا يعني أن بعض التصادمات لن ينتج عنها تفاعل. لكن إذا تمكنا من زيادة إجمالي عدد التصادمات، يمكننا زيادة احتمالية حدوث تصادم، ومن ثم، زيادة معدل التفاعل.

إذن، كيف يؤثر تغيير التركيز على معدل التفاعل؟ لننظر إلى عينة الجسيمات الوردية والبرتقالية. سيحدث عدد معين من التصادمات فيما بين هذه الجسيمات. وزيادة تركيز الجسيمات الوردية تعني أنه سيوجد عدد أكبر من الجسيمات الوردية يتصادم مع الجسيمات البرتقالية. وسيزداد عدد التصادمات، كما يزداد معدل التفاعل. لذا، فإن زيادة التركيز تزيد من معدل التفاعل.

نريد ترتيب التجارب من الأبطأ إلى الأسرع. إذا كانت زيادة التركيز تزيد من معدل التفاعل، فعلينا ترتيب التجارب من الأقل تركيزًا إلى الأعلى تركيزًا. بتركيز 0.1 مول لكل لتر، يتضح أن الأنبوب (ب) هو الأقل تركيزًا، يليه الأنبوب (ج)، ثم الأنبوب (أ)، ثم الأنبوب (د)، الذي يمثل أعلى تركيز وهو 5.0 مولات لكل لتر. إذن، الإجابة الصحيحة للترتيب المحتمل لمعدل التفاعل للتجارب الأربع من الأبطأ إلى الأسرع هي الخيار (ب) ب، ج، أ، د.

دعونا نختتم هذا الفيديو بمراجعة ما تعلمناه. يقيس معدل التفاعل مدى التغير في تركيز أو كتلة أو حجم المتفاعل أو الناتج لكل وحدة زمنية. يمكننا اعتبار ذلك سرعة التفاعل الكيميائي. يجب أن تتصادم الجسيمات المتفاعلة بعضها ببعض لكي يحدث تفاعل كيميائي. بوجه عام، كلما ازداد عدد التصادمات بين الجسيمات المتفاعلة، ازداد معدل التفاعل.

عندما تزداد درجة الحرارة، تكتسب الجسيمات المزيد من الطاقة ويزداد عدد التصادمات. وهو ما يتسبب في زيادة معدل التفاعل. ناقشنا كيفية تفاعل الأقراص الفوارة بمعدل أسرع في الماء المغلي مقارنة مع تفاعلها في الماء البارد.

بزيادة التركيز، يزداد عدد الجسيمات، ومن ثم يزداد عدد التصادمات. وهذا يزيد من معدل التفاعل. علمنا أن احتراق الليف السلكي في الأكسجين النقي يكون أسرع من احتراقه في الهواء؛ لأن تركيز الأكسجين في الهواء يكون أقل. كما علمنا أيضًا أن المغنيسيوم يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك المركز أسرع من تفاعله مع حمض الهيدروكلوريك المخفف.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.