الكيمياء، البكالوريا، الفرع العلمي

سرعة التّفاعل والسّرعة الوسطيّة

تفاعلاتٌ سريعة وبطيئة، وتغيّر تراكيز الموادّ مع الزّمن، والسّرعة الوسطيّة لاستهلاك مادّةٍ متفاعلة ولتشكّل مادّةٍ ناتجة.

تنتفخ الوسادة الهوائيّة في السّيّارة لحظة الحادث، لأنّ مادّةً كيميائيّةً تُدعى أزيد الصّوديوم $N a N_{3}$ تتفكّك خلال زمنٍ لا يتعدّى $0.04 s$ . وصدأ الحديد تفاعلٌ أيضاً، لكنّه بطيء. في هذا الدّرس نصنّف التّفاعلات حسب سرعتها، ونحسب السّرعة الوسطيّة لتفاعلٍ من تغيّر تراكيز موادّه مع الزّمن.

تصنيف التّفاعلات حسب سرعتها

تختلف التّفاعلات الكيميائيّة كثيراً في سرعتها. في نشاط (1)، الكتاب، الصّفحة 39، نصنّف ثلاثة تفاعلاتٍ من حيث السّرعة إلى سريعة وبطيئة وبطيئة جدّاً: احتراق غاز البوتان تفاعلٌ سريع يتمّ في لحظات، وصدأ الحديد تفاعلٌ بطيء، وتشكّل النّفط والغاز تفاعلٌ بطيءٌ جدّاً يستغرق زمناً طويلاً جدّاً.

تذكّر: سرعة التّفاعل تصف مقدار تغيّر تراكيز الموادّ، أي كمّيّاتها في وحدة الحجم، خلال الزّمن: كلّما حدث التّغيّر نفسه في زمنٍ أقصر كان التّفاعل أسرع.

جرّب بنفسك

أيّ هذه التّفاعلات بطيءٌ جدّاً؟

تغيّر كمّيّات الموادّ مع الزّمن

نشاط (2)، الكتاب، الصّفحة 39: يحدث التّفاعل $A_{(g)} \overset{}{\to} B_{(g)}$ في وعاءٍ حجمه $1 L$ ، وتُسجَّل كمّيّتا المادّتين في لحظاتٍ متتالية. في الصّور كلّ كرةٍ $0.02 m o l$ ، الكرات الممتلئة للمادّة $A$ والحلقات للمادّة $B$ :

$t = 0 s$ : $1.00 m o l$ من $A$ و $0 m o l$ من $B$ .

$t = 20 s$ : $0.54 m o l$ من $A$ و $0.46 m o l$ من $B$ .

$t = 40 s$ : $0.30 m o l$ من $A$ و $0.70 m o l$ من $B$ .

$t = 80 s$ : $0 m o l$ من $A$ و $1.00 m o l$ من $B$ : تحوّلت $A$ كلّها.

تتحوّل

A

إلى

B

مع مرور الزّمن. الكتاب، الصّفحة 39. الرّسم من عندنا.

تحت الصّورة الثّانية في الكتاب الكمّيّة $1.54 m o l$ للمادّة $A$ ، والصّحيح $0.54 m o l$ كما في الجدول بجانبها.

التّركيز كمّيّة المادّة في وحدة الحجم:

C = \frac{n}{V}

والحجم هنا $1 L$ ، فتركيز كلّ مادّةٍ يساوي عدد مولاتها، كما في الحلّ، الكتاب، الصّفحة 39:

$t (s)$	$[A] (m o l . L^{- 1})$	$[B] (m o l . L^{- 1})$
$0$	$1.00$	$0$
$20$	$0.54$	$0.46$
$40$	$0.30$	$0.70$
$80$	$0.00$	$1.00$

التّراكيز في اللّحظات الأربع. الكتاب، الصّفحة 39.

جرّب بنفسك

ما تركيز المادّة $B$ في اللّحظة $t = 40 s$ ؟

الرّسم البيانيّ للتّراكيز

نمثّل تراكيز المادّتين بدلالة الزّمن كما يطلب السّؤال 3 من النّشاط، والرّسم في الكتاب، الصّفحة 40:

تراكيز

A

B

بدلالة الزّمن. الكتاب، الصّفحة 40. الرّسم من عندنا، يمرّ المنحنيان بقيم الجدول.

تذكّر: تراكيز الموادّ المتفاعلة في تناقصٍ مستمرّ، وتراكيز الموادّ النّاتجة في تزايدٍ مستمرّ، الكتاب، الصّفحة 40.

جرّب بنفسك

نقص تركيز $A$ بمقدار $0.46 m o l . L^{- 1}$ من $0$ إلى $20 s$ ، وبمقدار $0.24 m o l . L^{- 1}$ من $20$ إلى $40 s$ . ماذا نستنتج؟

السّرعة الوسطيّة

نقسم تغيّر التّركيز على تغيّر الزّمن، كما في الحلّ، الكتاب، الصّفحتان 39 و40:

الحلّ خطوة بخطوة

1 من 3

الكتاب، الصّفحتان 39 و40: احسب تغيّر تركيز كلٍّ من $A$ و $B$ بالنّسبة للزّمن من $0$ إلى $20 s$ ومن $20$ إلى $40 s$ .

المطلوب

\frac{Δ [A]}{Δ t}, \frac{Δ [B]}{Δ t} = ?

تغيّر تركيز $A$ في الفترة الأولى
من $t_{1} = 0$ إلى $t_{2} = 20 s$ :
$\begin{aligned} \frac{Δ [A]}{Δ t} & = \frac{[A]_{2} - [A]_{1}}{t_{2} - t_{1}} = \frac{0.54 - 1}{20 - 0} \\ = - 0.023 m o l . L^{- 1} . s^{- 1} \end{aligned}$

أستنتج

$v_{avg} (A) = - \frac{Δ [A]}{Δ t}$: السّرعة الوسطيّة لاستهلاك المادّة المتفاعلة $A$ .
$v_{avg} (B) = + \frac{Δ [B]}{Δ t}$: السّرعة الوسطيّة لتشكّل المادّة النّاتجة $B$ .
$v_{avg} = - \frac{Δ [A]}{Δ t} = \frac{Δ [B]}{Δ t}$: سرعة التّفاعل الوسطيّة. السّرعتان متساويتان هنا لتساوي عدد المولات في المعادلة.

الكتاب المدرسي، صفحة 40

انتبه: 🚨 لا تنسَ إشارة النّاقص أمام المادّة المتفاعلة، فمن دونها تخرج سرعة الاستهلاك سالبة. في سلّم تصحيح الدّورة الثّانية 2024 يخسر الطّالب درجةً واحدةً إذا أغفل إشارة $(-)$ .

إثراء، الكتاب، الصّفحة 40: تُقاس سرعة بعض التّفاعلات بجهاز المطيافيّة اللّونيّة، الذي يتتبّع تغيّر الشّدّة اللّونيّة لمحلولٍ في أثناء التّفاعل تبعاً لتغيّر تركيزه، كما في تفاعل حمض النّمل مع ماء البروم.

جرّب بنفسك

في التّفاعل $A \overset{}{\to} B$ نقص تركيز $A$ من $0.80$ إلى $0.50 m o l . L^{- 1}$ خلال $60 s$ . السّرعة الوسطيّة لاستهلاك $A$ :

التّعميم: عدد المولات في المعادلة

تعميم، الكتاب، الصّفحة 40: في وسطٍ متجانس لدينا التّفاعل العامّ

m A + n B \overset{}{\to} p C + q D

حيث $m, n, p, q$ عدد المولات في المعادلة الموزونة. علاقة السّرعة الوسطيّة لتفاعلٍ كيميائيّ:

\begin{aligned} v_{avg} & = - \frac{1}{m} \frac{Δ [A]}{Δ t} = - \frac{1}{n} \frac{Δ [B]}{Δ t} \\ = \frac{1}{p} \frac{Δ [C]}{Δ t} = \frac{1}{q} \frac{Δ [D]}{Δ t} \end{aligned}

\begin{aligned} v_{avg} & = \frac{1}{m} v_{avg} (A) = \frac{1}{n} v_{avg} (B) \\ = \frac{1}{p} v_{avg} (C) = \frac{1}{q} v_{avg} (D) \end{aligned}

ووحدة قياس سرعة التّفاعل الكيميائيّ $m o l . L^{- 1} . s^{- 1}$ .

الحلّ خطوة بخطوة

1 من 3

مثالٌ من عندنا: يتفكّك $N_{2} O_{5}$ وفق المعادلة $2 N_{2} O_{5}_{(g)} \overset{}{\to} 4 N O_{2}_{(g)} + O_{2}_{(g)}$ ، فينقص تركيزه من $0.50$ إلى $0.30 m o l . L^{- 1}$ خلال $100 s$ . احسب السّرعة الوسطيّة للتّفاعل وسرعة تشكّل كلٍّ من $N O_{2}$ و $O_{2}$ .

المطلوب

v_{avg}, v_{avg} (N O_{2}), v_{avg} (O_{2}) = ?

سرعة استهلاك $N_{2} O_{5}$
المادّة متفاعلة، فنضع إشارة النّاقص:
$\begin{aligned} v_{avg} (N_{2} O_{5}) = - \frac{0.30 - 0.50}{100} \\ = 2.0 \times 10^{- 3} m o l . L^{- 1} . s^{- 1} \end{aligned}$

انتبه: 🚨 سرعة التّفاعل غير سرعة كلّ مادّة: تُقسم سرعة استهلاك المادّة أو سرعة تشكّلها على عدد مولاتها في المعادلة الموزونة. في المثال تتشكّل $N O_{2}$ بسرعةٍ أكبر من سرعة التّفاعل أربع مرّات.

جرّب بنفسك

في التّفاعل $2 H_{2}_{(g)} + O_{2}_{(g)} \overset{}{\to} 2 H_{2} O_{(g)}$ السّرعة الوسطيّة لاستهلاك $H_{2}$ تساوي $0.06 m o l . L^{- 1} . s^{- 1}$ . السّرعة الوسطيّة لاستهلاك $O_{2}$ :

الدرس كاملاً في ملفٍّ جاهزٍ للطباعة، بالشرح والأمثلة المحلولة.تحميل PDF عرض

1تصنيف التّفاعلات حسب سرعتها

جرّب بنفسك

2تغيّر كمّيّات الموادّ مع الزّمن

جرّب بنفسك

3الرّسم البيانيّ للتّراكيز

جرّب بنفسك

4السّرعة الوسطيّة

الحلّ خطوة بخطوة

1.تغيّر تركيز AA في الفترة الأولى

أستنتج

جرّب بنفسك

5التّعميم: عدد المولات في المعادلة

الحلّ خطوة بخطوة

1.سرعة استهلاك NX2OX5NX2​OX5​

جرّب بنفسك

تصنيف التّفاعلات حسب سرعتها

تغيّر كمّيّات الموادّ مع الزّمن

الرّسم البيانيّ للتّراكيز

السّرعة الوسطيّة

تغيّر تركيز $A$ في الفترة الأولى

التّعميم: عدد المولات في المعادلة

سرعة استهلاك $N_{2} O_{5}$