فيديو السؤال: ربط الشكل الصلب بمعدل التفاعل الكيمياء

‏نسخة الفيديو النصية

عند التفاعل مع حمض الهيدروكلوريك، أي من أشكال كربونات الكالسيوم الآتية سيكون الأسرع في تفاعله، بافتراض استخدام نفس الكتلة الكلية من كربونات الكالسيوم؟ (أ) شكل كروي واحد. (ب) مجموعة من الإبر الدقيقة. (ج) شريحة رفيعة واحدة. (د) مسحوق ناعم.

في هذا السؤال، نضيف كربونات الكالسيوم الصلبة إلى حمض الهيدروكلوريك. ونريد معرفة أي شكل من أشكال كربونات الكالسيوم الصلبة سيجعل التفاعل الناتج يحدث على نحو أسرع. بصرف النظر عن شكل كربونات الكالسيوم الذي سنختاره، سيحدث التفاعل نفسه. وهو تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع كربونات الكالسيوم لتكوين كلوريد الكالسيوم والماء وثاني أكسيد الكربون. والسبب في حدوث هذا التفاعل هو تصادم جسيمات حمض الهيدروكلوريك مع جسيمات كربونات الكالسيوم. وما دامت هذه الجسيمات تتصادم بقدر كاف من الطاقة، فستكون قادرة على التفاعل.

نظرًا لأنه لا بد من تصادم حمض الهيدروكلوريك مع كربونات الكالسيوم فيزيائيًّا كي يحدث التفاعل، دعونا نلق نظرة عن كثب على الأشكال المختلفة لكربونات الكالسيوم. وذلك لكي نتمكن من تحديد أي الأشكال قد يكون الأسرع في تفاعله. إذا كان لدينا شكل كروي واحد من كربونات الكالسيوم، فستستطيع جسيمات حمض الهيدروكلوريك التصادم مع جسيمات كربونات الكالسيوم على سطح الشكل الكروي. ونظرًا لأن جسيمات حمض الهيدروكلوريك يمكن أن تتصادم مع جسيمات كربونات الكالسيوم على سطح الشكل الكروي، فهذا يعني أنها تستطيع التفاعل في ذلك المكان. لكن جسيمات حمض الهيدروكلوريك لا تستطيع الوصول إلى جسيمات كربونات الكالسيوم داخل الشكل الكروي إلا بعد زوال جسيمات كربونات الكالسيوم الموجودة على سطحه.

إذن، فحمض الهيدروكلوريك لا يستطيع الوصول إلى كربونات الكالسيوم داخل الشكل الكروي على الفور. وهذا يعني أننا إذا أضفنا كربونات الكالسيوم في شكل كروي واحد، فسيحدث التفاعل على نحو أبطأ. يمكننا أن نستنتج من الشكل الكروي أن شكل كربونات الكالسيوم الذي سيكون الأسرع تفاعلًا هو الشكل الذي سيحمل أكبر عدد من الجسيمات على سطحه. وذلك لأنه كلما زاد عدد جسيمات كربونات الكالسيوم على السطح، زاد عدد الجسيمات المتاحة للتفاعل الفوري مع حمض الهيدروكلوريك.

ثمة طريقة أخرى لقول إننا نبحث عن شكل كربونات الكالسيوم الذي يحمل أكبر عدد من الجسيمات على سطحه، وهي أننا نبحث عن شكل كربونات الكالسيوم الذي يتمتع بأكبر مساحة سطح؛ ومن ثم فالجواب الصحيح سيكون شكل كربونات الكالسيوم الأكبر من حيث مساحة السطح. ويمكننا التفكير في شكل كربونات الكالسيوم الأكبر من حيث مساحة السطح من خلال إدراك أنه بما أن كل الأشكال لها الكتلة الكلية نفسها، فيمكننا تكوين كل منها من الشكل الكروي. على سبيل المثال، يمكننا تسطيح الشكل الكروي لتكوين شريحة رفيعة واحدة؛ ما سيزيد من مساحة السطح. لذا فإن الشكل الكروي الواحد ليس له أكبر مساحة سطح؛ ومن ثم فهو ليس الجواب الصحيح.

يمكننا بعد ذلك قطع الشريحة الرفيعة الواحدة إلى مجموعة من الإبر الدقيقة؛ ما سيزيد أكثر من مساحة السطح. نعلم إذن أن الشريحة الرفيعة الواحدة ليست الجواب الصحيح لأن ليس لها أكبر مساحة سطح. وأخيرًا، يمكننا زيادة مساحة السطح أكثر من خلال طحن مجموعة الإبر الدقيقة حتى تصبح مسحوقًا ناعمًا؛ ومن ثم فإن مجموعة الإبر الدقيقة ليست كذلك الجواب الصحيح. وهكذا فإن شكل كربونات الكالسيوم الأكبر من حيث مساحة السطح؛ ومن ثم الأسرع تفاعلًا مع حمض الهيدروكلوريك، هو المسحوق الناعم.