نسخة الفيديو النصية
أي مما يلي لا يعد من مزايا استخدام العوامل الحفازة في العمليات الصناعية؟ أ: تكون النواتج بشكل أسرع. ب: إمكانية إجراء التفاعلات عند درجات حرارة أكثر انخفاضًا. ج: العوامل الحفازة لا تحتاج إلى تغييرها عادة. د: إمكانية إجراء التفاعلات عند ضغوط أكثر انخفاضًا. هـ: العوامل الحفازة تكون فلزات انتقالية نادرة عادة.
العوامل الحفازة هي مواد تزيد من معدل التفاعل دون حدوث تغير كيميائي دائم لها. تزيد العوامل الحفازة من معدل التفاعل من خلال توفير مسار بديل للتفاعل له طاقة تنشيط أقل. لنفكر في التفاعل بين النيتروجين والهيدروجين لإنتاج الأمونيا.
هذا التفاعل له طاقة تنشيط مرتفعة؛ لذا يلزم توفير قدر كبير من الطاقة حتى يحدث التفاعل. يمكن التغلب على طاقة التنشيط عن طريق تسخين نظام التفاعل بدرجة كبيرة، أو عن طريق زيادة الضغط بدرجة كبيرة. وبما أنه يتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة، فإن هذا التفاعل سيستمر ببطء نوعًا ما.
تؤدي إضافة عامل حفاز، مثل الحديد، إلى خفض طاقة التنشيط. وهذا يعني أن التفاعل يمكن أن يحدث عند درجات حرارة وضغوط أكثر انخفاضًا. ومع انخفاض الطاقة اللازمة لاستمرار التفاعل، فسيتكون الناتج بشكل أسرع. يقلل الحديد باعتباره عاملًا حفازًا من طاقة التنشيط ويزيد من معدل التفاعل من خلال توفير مسار تفاعل بديل. لنفحص مسار التفاعل البديل هذا.
أولًا: تمتص جزيئات المتفاعلات على سطح الحديد باعتباره عاملًا حفازًا وتتفكك إلى ذرات نيتروجين وهيدروجين. بعد ذلك تتفاعل كل ثلاث ذرات هيدروجين مع ذرة نيتروجين وترتبط بها واحدة تلو الأخرى. وأخيرًا: تتحرر الأمونيا أو تمتز من سطح العامل الحفاز. يمكننا أن نلاحظ أنه على الرغم من أن الحديد متضمن في التفاعل باعتباره عاملًا حفازًا، فإنه في نهاية التفاعل لا يتغير كيميائيًّا. لذا يمكن استخدام كمية صغيرة جدًّا من العامل الحفاز مرارًا وتكرارًا لتحفيز كمية كبيرة من المتفاعلات.
من خلال مناقشتنا، لاحظنا أن استخدام عامل حفاز يسمح بالحصول على النواتج بسرعة أكبر، ويتيح إجراء التفاعلات عند درجات حرارة وضغوط أكثر انخفاضًا. كما لاحظنا أن العوامل الحفازة لا تحتاج إلى الاستبدال في كثير من الأحيان؛ لأنها لا تخضع لتغير كيميائي دائم أثناء التفاعل. تعد هذه كلها مزايا لاستخدام العوامل الحفازة في العمليات الصناعية.
لكننا نريد معرفة أي الخيارات لا يعد من مزايا استخدام العوامل الحفازة. إذن يمكننا استبعاد الخيارات من أ إلى د. وهذا يترك لنا الخيار هـ: العوامل الحفازة تكون فلزات انتقالية نادرة عادة. فعلى الرغم من أن التفاعل في مثالنا استخدم الحديد باعتباره عاملًا حفازًا، فإنه ليس غريبًا أن تتكون العوامل الحفازة من فلزات انتقالية نادرة، مثل الروديوم أو البلاديوم أو البلاتين. لكن بما أن هذه الفلزات الانتقالية نادرة، فهي غالية الثمن.
ومن ثم فإن الخيار الذي لا يمثل فائدة لاستخدام العوامل الحفازة في العمليات الصناعية هو الخيار هـ. العوامل الحفازة تكون فلزات انتقالية نادرة عادة.
