الدرس الثالث ... تأثير درجــة الحـــرارة سرعة التفاعل

تأثير درجــة الحـــرارة سرعة التفاعل
تفسيـر تأثيـر درجـات الحـرارة علـى سرعـة التفاعـل الكيميائي
-في ضوء نظرية التصادم أنة لكي يحدث تفاعل كيميائي لابد أن تصطدم الجزيئات مع بعضها
-نجد أن الجزيئات المتصادمة هي الجزيئات التي تكون سرعتها عالية جدا هي التي تتفاعل وذلك لأن طاقة حركتها العالية تمكنها من كسر الروابط بينها وبين الجزيئات فيحدث التفاعل الكيميائي
-بذلك لكي يتفاعل الجزيء لابد من أن يملك طاقة حركة تمكنة من التفاعل عند الاصطدام يسمى بالحد الأدنى من الطاقة والتي تعرف بطاقة التنشيط ويعرف الجزيء في هذه الحالة بالجزيء المنشط
-زيادة درجة الحرارة يؤدى إلى زيادة عدد الجزيئات المنشطة وبالتالي يزداد معدل التفاعل الكيميائي
 طاقة التنشيط
هي الحد الأدنى من الطاقة التي يجب أن يمتلكه الجزيء لكي يتفاعل عندما يتصادم
 الجزيء المنشط
الجزيئات التي تكون طاقة حركتها تعادل طاقة حركة الجزيئات النشطة أو تفوقها
علل الجزيئات المتصادمة و التي تكون سرعتها عالية جدا هي التي تتفاعل
لأن طاقة حركتها العالية تمكنها من كسر الروابط بينها وبين الجزيئات فيحدث التفاعل الكيميائي
علل استخدام آواني الضغط البر يستو
 علل تطهو أواني الضغط البر يستو الأطعمة في وقت قصير
للحصول إلى درجة حرارة عالية نتيجة زيادة الضغط البخاري فيها داخلها فتزداد سرعة طهي الطعام
علل سرعة فساد الأطعمة في الصيف
لان ارتفاع درجة الحرارة تزود مكن سرعة تفاعلات تحلل الأطعمة
علل يزداد سرعة التفاعل الكيميائي بزيادة درجة الحرارة
لأن ارتفاع درجة الحرارة يؤدى إلى زيادة طاقة حركة الجزيئات وزيادة عدد الجزيئات المنشطة ويزداد معدل التصادم بين الجزيئات فتزداد سرعة التفاعل
علل ينصح بعدم تسخين اسطوانات البوتاجاز للحصول على الغاز
لان التسخين يحول البوتاجاز المسال داخل الأنبوبة إلى غاز فيزداد معدل التصادمات ويزداد الضغط داخل الأنبوبة مما يؤدى إلى انفجارها
 تجربـــة :-
1- أملأ دورق زجاجي بغاز ثاني أكسيد النيتروجين ذو اللون البني المحمر
2- سد الدورق بسدادة محكمة و أتركة في درجة حرارة الغرفة
الملاحظة
يكون لون الغاز بنى محمر لأنة خليط مكون من ثاني أكسيد النيتروجين ورابع أكسيد النيتروجين
3-ضع الدورق في حوض به ثلج
-يختفي اللون البني المحمر تدريجيا لتحول جزيئات من NO2 إلى N2O4
2NO2 تبريد N2O4 + heat
-هذا التحول يكون مصحوب بانطلاق حرارة
3- اخرج الدورق من الثلج و اتركه و انقله في حوض به ماء ساخن
الملاحظة : يظهر اللون البني تدريجيا عند خروجه من الثلج
-عند وضعة في الماء الساخن يظهر اللون البني بسبب تحول N2O4 إلى NO2 من خلال تفاعل ماص للحرارة N2O4 + heat → 2NO2
الاستنتاج
تغير درجة الحرارة في تفاعل كيميائي متزن يؤدى إلى أن يسير التفاعل في الإتجاة المضاد الذي يلغى تأثير هذا التغير
التفسيــر
 في حالة التفاعلات الطاردة للحرارة
I- خفض درجة الحرارة
* يسر التفاعل في الإتجاة الذي يقلل تأثير خفض درجة الحرارة (الذي يقلل من تأثير هذا المؤثر) أي يسير التفاعل في الإتجاة الذي يسبب زيادة درجة الحرارة و هو الإتجاة الطردى
II- عند رفع درجة الحرارة
يسر التفاعل فى الإتجاة الذي يقلل تأثير رفع درجة الحرارة (الذي يقلل من تأثير هذا المؤثر ) أي يسير التفاعل في الإتجاة الذي يسبب خفض درجة الحرارة و هو الإتجاة العكسي
 في حالة التفاعلات الماصة
أ-خفض درجة الحرارة
يسر التفاعل في الإتجاة الذي يقلل تأثير خفض درجة الحرارة (الذي يقلل من تأثير هذا المؤثر) آي يسير التفاعل في الإتجاة الذي يسبب زيادة درجة الحرارة و هو الإتجاة العكسي

ب-عند رفع درجة الحرارة
يسر التفاعل في الإتجاة الذي يقلل تأثير رفع درجة الحرارة (الذى يقلل من تأثير هذا المؤثر ) آي يسير التفاعل في الإتجاة الذي يسبب خفض درجة الحرارة و هو الإتجاة الطردى
مقارنة بين اثر تغير درجة الحرارة على التفاعل الكيميائى المتزن0
المؤثر التفاعل الطارد للحرارة التفاعل الماص للحرارة
مثال C+O2 CO2 +heat
N2+O2+heat 2NO
رفع درجة الحرارة العكســــي الطــــــردى
خفض درجة الحرارة الطــــردى العكســــــي
علل يزول لون ثاني أكسيد النيتروجين بالتبريد
لتحويل جزيئات ثاني أكسيد النتروجين العديم اللون إلى رابع أكسيد النتروجين البني المحمر وذلك لآن هذا التفاعل طارد للحرارة فعند خفض درجة الحرارة يسر التفاعل في الإتجاة الذي يقلل تأثير خفض درجة الحرارة أي يسير التفاعل في الإتجاة الذي يسبب زيادة درجة الحرارة و هو الإتجاة الطردى وهو اتجاة تكوين رابع أكسيد النتروجين
2NO2تبريد N2O4 + heat
علل عند وضع رابع أكسيد النتروجين في الماء الساخن يظهر اللون البني
بسبب تحول N2O4 إلى NO2 من خلال تفاعل ماص للحرارة وذلك لأنة عند التسخين يسير التفاعل فى الاتجاة الذى يقلل من زيادة درجة الحرارة وهو اتجاة تكوين ثاني أكسيد النتروجين فيظهر اللون البني المحمر
N2O4 + heat → 2NO2
علل بالرغم من تفاعل غاز النيتروجين مع غاز الهيدروجين طارد للحرارة إلا ان التفاعل لا يبدأ إلا بعد التسخين
حتى تكتسب الجزيئات طاقة التنشيط اللازمة لبدا التفاعل

*العلاقة بين ثابت الاتزان و إتجاة التفاعل
1-عندما يقل ثابت الاتزان برفع درجات الحرارة يكون التفاعل طارد للحرارة أي يزداد معدل التفاعل العكسي
H2 + Cl2 →2HCl [ 3000 oC – Kc= 4x 1031]
[ 500 oC – Kc= 4x 1018]
[ 1000 oC – Kc= 4x 106]
2-عندما يزداد ثابت الاتزان برفع درجات الحرارة يكون التفاعل ماص للحرارة أي يزداد معدل التفاعل الطردى
I2 → 2I [ 800 oC – Kc= 3.1 x10-5]
[1000 oC – Kc=3.1 x10-3]
[ 1200 oC–Kc= 3.1 x10-2]
تــأثيــــر الضغــط
تحضير النشادر في الصناعة
يحضر النشادر في الصناعة من عنصرية طبقا للمعادلة
N2 + 3H2 2NH3 ∆H = -92 KJ
*من التفاعل السابق نجد أن :-
- يتفاعل 4 جزيئات هم ( 3 هيدروجين ،1 نيتروجين ) لتكوين 2 جزيء نشادر
- أي أن تكوين النشادر يكون مصحوب بنقص في عدد الجزيئات و بالتالي نقص في الحجم
الإستنتــاج
 زيادة الضغط
يؤدى إلى أن التفاعل يسير في الإتجاة الطردى وهو إتجاة تكوين النواتج لتقليل أثر الضغط
N2 + 3H2 زيادة الضغط 2NH3
2 جزئ 4 جزيئات
نقص الضغط
يؤدى إلى أن التفاعل يسير في الإتجاة العكسي وهو إتجاة تكوين المتفاعلات لزيادة أثر الضغط
2NH3 نقص الضغط N2 + 3H2
التفسير
عند تغير الضغط على تفاعل كيميائي متزن فإن التفاعل يسير في الإتجاة الذي يقلل من أثر هذا التغير من خلال الآتي :-
1-عندما تكون عدد جزيئات المواد الداخلة أكبر من عدد جزيئات المواد الناتجة
I- زيادة الضغط يؤدى إلى
سير التفاعل في الإتجاة الذي يقلل من هذا المؤثر وهو الإتجاة الطردى أي اتجاه تكوين النواتج (اتجاه يقلل الضغط )
ب- نقص الضغط يؤدى إلى
سير التفاعل في الإتجاة الذي يقلل من هذا المؤثر وهو الإتجاة العكسي أي اتجاه تكوين المتفاعلات (اتجاه زيادة الضغط)
N2 + 3H2 → 2NH3 Δ H = -92 KJ
2-عندما يكون عدد جزيئات المواد الداخلة أقل من عدد جزيئات المواد الناتجة
I- زيادة الضغط يؤدى إلى : سير التفاعل في الإتجاة العكسي الذي يقلل من أثر الضغط ( اتجاه تكوين المتفاعلات )
II- نقص الضغط يؤدى إلى :يسير التفاعل في الإتجاة الطردى الذي يقلل من أثر الضغط في اتجاه تكوين المتفاعلات
2SO3 → 2SO2 + O2
جـ- عندما يكون عدد جزيئات المواد الداخلة فى التفاعل مساوي لعدد جزيئات المواد الناتجة من التفاعل
تغير الضغط لا يؤثر على سير التفاعل N2 + O2→2NO2 – heat
*ثابت الاتزان
يعبر عن ثابت الإتزان فى هذه الحالة بالرمز Kp للدلالة على تركيز المواد معبراً عنه بالضغط الجزئى :
Kp = P 2 (N H3)
P(N2) P3(H2)
كما يمكن التعبير عن ثابت الاتزان أيضا بدلالة التركيز المولارى .
س : قارن بين اثر الضغط على تفاعل كيميائي متزن
المؤثـــر نقص حجـوم النواتج زيادة حجوم النــواتج تساوى حجوم النواتج والمتفاعلات
مثال 3H2+N2 2NH3
2SO3 2SO2 + O2
N2 +O2 2NO2
زيادة الضغط الإتجاة الطردى الإتجاة العكسي لا يؤثـــر
نقص الضغط الإتجاة العكسي الإتجاة الطردى لايؤثـــر
س- تحت ظروف معينة يتأكسد كلوريد الهيدروجين بواسطة غاز الأكسجين ليتكون بخار ماء وغاز كلور طبقا للمعادلة الآنية :إذا علمت أن هذا التفاعل طارد للحرارة وضح كلا مما يأتي :-
أ-إلى أي إتجاة يتجه الاتزان عند رفع درجة الحرارة 04HCl + O2 → 2H2O + 2Cl2 + heat
ب-هل يضطرب الاتزان عند رفع الضغط مع بقاء درجة الحرارة ثابتة
1- تأثير درجة الحرارة نظرا لآن التفاعل طارد للحرارة عند رفع درجة الحرارة يسير التفاعل في إتجاة تكوين المتفاعلات أي في الإتجاة العكسي
2- تأثير الضغط نظرا لآن التفاعل يكون مصحوب بنقص في الحجم فإن رفع الضغط يجعل التفاعل يسير في الإتجاة الذي يقلله وهو إتجاة تكوين النواتج أي الإتجاة الطردى
س- في التفاعل المتزن التالي ماذا يحدث عند إضافة المزيد من الأكسجين
2SO2 +O2 →2SO3
يسير التفاعل في إتجاة تكوين ثالث أكسيد الكبريت وزيادة تركيزة
س- وضح بالتفصيل تأثير الضغط على التفاعلات الآتية
-2HI → H2 + I2
-PCl5 → PCl3 + Cl2
التفاعل الأول :-
- نجد أن عدد جزيئات المواد الداخلة في التفاعل = عدد جزيئات المواد الناتجة من التفاعل
-تغير الضغط لا يؤثر على حالة الاتزان ويسير التفاعل في الاتجاهين الطردى والعكسي بنفس المعدل
التفاعل الثاني :-
نجد أن عدد جزيئات المواد الناتجة أكبر من عدد جزيئات المواد الداخلة في التفاعل فإن
- زيادة الضغط يسير التفاعل في الإتجاة العكسي الذي يقلل من زيادة الضغط
- نقص الضغط يسير التفاعل في الإتجاة الطردى الذي يعمل على زيادة الضغط
س- ماهى أنسب الظروف التي تجعل التفاعل الآتي المنعكس تام Fe3O4 + 4H2 →3Fe+ H2
وضع مادة نازعة للماء تمتص الماء أول بأول
س :إذا علمت أن هذا التفاعل طارد للحرارة وضح ما هي أنسب الظروف التي تؤدى إلى :-
أ- تكوين يود يد الهيدروجين ب- تفكك يود يد الهيدروجين H2 + I2  2HI
الضغط :نظرا لأن عدد الجزيئات الداخلة في التفاعل = عدد الجزيئات الناتجة من التفاعل فإن تغير الضغط لا يؤثر
2- الحرارة -نظرا لأن التفاعل طارد للحرارة فإن أنسب الظروف لـ :-
1- تكوين يود يد الهيدروجين هو خفض درجات الحرارة
2- تفكك يود يد الهيدروجين هو رفع درجة الحرارة
 قاعـدة لوشاتيليــة
عند حدوث تغير في أحد العوامل المؤثرة في حالة أتزان مثل التركيز أو الضغط أو درجة الحرارة فإن النظام يسر في إتجاة يقلل أو يلغى التأثير

مسائل محلولة
1- احسب ثابت الاتزان Kp للتفاعل : N2(g) +2O2(g)  2NO2(g)
إذا كانت الضغوط هى 2 ضغط جو ، 1 ضغط جو ، 0.2 ضغط جو للغارات NO2 ، O2 ، N2، على الترتيب
Kp = P2(NO2) = (2)2 = 20
P(N2) P2 (O2) 0.212
=========================================================
2-خليط غازى فى حالة اتزان يتكون من خامس كلوريد الفوسفور وثالث كلوريد الفوسفور و الكلور ضغوطهما الجزيئية 0.15 ، 18.75 ، 0.2 ضغط جوى على الترتيب احسب ثابت الاتزان Kp عند درجة الحرارة 500
PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g)
Kp = P(PCl3) x P(Cl2) = 18.75 x0.2 =25
P(PCl5) 0.15
========================================================
3-احسب ثابت الاتزان Kp للتفاعل NH4HS(s)  NH3(g) + H2S(g) اذا كان الضغط الجزيئى لغاز النشادر 0.54 ضغط جوى و غاز كبريتيد الهيدروجين 0.17 ضغط جوى فى نفس درجات الحرارة
KP=P(NH3) xP(H2S) =0.54 x0.17= 0.0918
======================================================
4-فى التفاعل المتزن SbCl5 (g)  SbCl3(g) + Cl2(g) Kp =3.5 x10-4 at 500 k
احسب الضغط الجزيئى لغاز الكلور عند الاتزان علما بان الضغط الجزيئى لكل من SbCl5 =0.15 ضغط جوى و SbCl3 = 0.2 ضغط جوى
Kp= P(SbCl3) Xp( Cl2) =
SbCl5
3.5 x10-4 = 0.2 x Xp( Cl2)
0.15
p( Cl2) = 3.5 x10-4 x 0.15 /0.2 = 2.6 x10-4
================================================================================
5-فى التفاعل PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g) Kp=25 at 298k احسب الضغط الجزيئى لغاز ثالث كلوريد الفوسفور علما بان الضغط الجزيئى لكل من خامس كلوريد الفوسفور والكلور على الترتيب 0.0021 و 0.48 ضغط جوى
Kp= P(PCl3) Xp( Cl2) =
PCl5
25 = P(PCl3)x X0.48
0.0021
p( Cl2) = 25x0.0021 /0.48 = 0.1094

» الدرس الرابع ... تأثير العوامل الحفازه
» الدرس الخامس ... التفاعل الانشطارى
» الدرس الثانى... معدل التفاعل الكيميائى
» الدرس الثالث ... القانون الثالث لنيوتن
» الدرس الثالث ... الفيروسات