2.7 : قانون معدل التفاعل ورتبة التفاعل

تتأثر سرعة التفاعل بتركيزات المواد المتفاعلة. قوانين المعدلات (قوانين المعدلات التفاضلية) أو معادلات معدل التفاعل هي تعبيرات رياضية تصف العلاقة بين سرعة التفاعل الكيميائي وتركيز المواد المتفاعلة.

على سبيل المثال، في تفاعل عام aA + bB ⟶ المنتجات، حيث a و b عبارة عن معاملات تكافؤية، يمكن كتابة قانون السرعة على النحو التالي:

معدل التفاعل = k[A]^m[B]ⁿ

يمثل [A] و[B] التركيزات المولية للمواد المتفاعلة، وk هو ثابت السرعة، وهو خاص بتفاعل معين عند درجة حرارة معينة.

الأسس m و n هما رتبة التفاعل وعادةً ما يكونان أعدادًا صحيحة موجبة، على الرغم من أنها يمكن أن تكون كسورًا أو قيمًا سالبة أو صفرًا.

يتم تحديد ثابت السرعة k ورتب التفاعل m وn تجريبيًا من خلال ملاحظة كيفية تغير سرعة التفاعل مع تغير تركيزات المواد المتفاعلة. ثابت السرعة k لا يعتمد على تركيزات المواد المتفاعلة ولكنه يختلف باختلاف درجة الحرارة.

تصف رتب التفاعل في قانون السرعة الاعتماد الرياضي للسرعة على تركيزات المواد المتفاعلة. بالرجوع إلى قانون السرعة العام (المعدل = k[A]^m[B]ⁿ)، يكون التفاعل من الرتبة m بالنسبة إلى A والرتبة n بالنسبة إلى B. على سبيل المثال، إذا كانت m = 1 وn = 2، فإن التفاعل يكون من الرتبة الأولى بالنسبة إلى A ومن الرتبة الثانية بالنسبة إلى B. إجمالي رتبة التفاعل هو ببساطة مجموع الرتب لكل مادة متفاعلة. بالنسبة لمثال قانون المعدل هنا، يكون التفاعل كليًا من الدرجة الثالثة (1 + 2 = 3).

النهج التجريبي الشائع لتحديد قوانين المعدلات هو طريقة المعدلات الأولية. تتضمن هذه الطريقة قياس معدلات التفاعل لتجارب تجريبية متعددة يتم إجراؤها باستخدام تركيزات متفاعلة أولية مختلفة. تسمح مقارنة المعدلات المقاسة لهذه التجارب بتحديد رتب التفاعل، وبالتالي ثابت السرعة، والتي تستخدم معًا لصياغة قانون السرعة.

قد تظهر قوانين السرعة رتبًا جزئية لبعض المواد المتفاعلة، ويتم ملاحظة رتب التفاعل السلبية في بعض الأحيان عندما تؤدي الزيادة في تركيز أحد المواد المتفاعلة إلى انخفاض في سرعة التفاعل. من المهم أن نلاحظ أن قوانين السرعة يتم تحديدها عن طريق التجربة فقط ولا يمكن التنبؤ بها بشكل موثوق من خلال تكافؤ التفاعل.

تحدد رتبة التفاعل العلاقة بين سرعة التفاعل وتركيز المواد المتفاعلة أو المنتجات.

• في التفاعل من الرتبة الصفرية، ليس لتركيز المواد المتفاعلة أي تأثير على سرعة التفاعل، الذي يظل ثابتًا طوال الوقت.
• في التفاعل من الرتبة الأولى، تتناسب سرعة التفاعل بشكل مباشر وطرديًا مع التغير في تركيز المادة المتفاعلة. كلما انخفض تركيز المادة المتفاعلة، انخفض معدل التفاعل أيضًا بشكل تناسبي.
• في التفاعلات من الرتبة الثانية أو التفاعلات ذات الرتب الأعلى، تتناسب سرعة التفاعل مع القيمة الأسية للمواد المتفاعلة. لذلك، مع تقدم التفاعل وانخفاض تركيز المواد المتفاعلة، تنخفض سرعة التفاعل بشكل كبير.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 12.3: Rate Laws.