الحركية الكيميائية
تدرس الحركية الكيميائية مدى سرعة سير التفاعلات وسبب ذلك، وتربط المعدلات المقاسة بتسلسل الخطوات الجزيئية وحواجز الطاقة التي تتحكم فيها.
Definition
الحركية الكيميائية هي فرع الكيمياء الفيزيائية الذي يهتم بمعدلات التفاعلات الكيميائية، والعوامل التي تؤثر فيها، والآليات الجزيئية التي تتحول بها المتفاعلات إلى نواتج.
Scope
يغطي هذا المجال قياس وتفسير معدلات التفاعل: قوانين السرعة التجريبية ورتب التفاعل؛ معادلات السرعة المتكاملة وأنصاف العمر؛ توضيح آليات التفاعل من الخطوات الأولية باستخدام تقريبات الحالة المستقرة والتوازن المسبق؛ اعتماد المعدلات على درجة الحرارة من خلال معادلة أرهينيوس؛ والأطر النظرية لنظرية التصادم ونظرية الحالة الانتقالية. يشمل ذلك التحفيز وتأثيره على المعدلات، بينما تُعالج الديناميكا الكمومية التفصيلية للتصادمات الفردية وموضع الاتزان الديناميكي الحراري في مجالات مجاورة.
Sub-topics
Core questions
- كيف يتم تحديد قوانين السرعة ورتب التفاعل تجريبياً؟
- كيف يمكن إعادة بناء تسلسل الخطوات الأولية من قانون سرعة مُلاحظ؟
- لماذا تعتمد سرعة التفاعل بقوة على درجة الحرارة؟
- كيف تفسر نظرية التصادم ونظرية الحالة الانتقالية ثوابت المعدل المطلقة؟
Key concepts
- قوانين السرعة ورتبة التفاعل
- معادلات السرعة المتكاملة ونصف العمر
- آلية التفاعل والخطوة المحددة للسرعة
- معادلة أرهينيوس وطاقة التنشيط
- التحفيز
Key theories
- نظرية الحالة الانتقالية
- يُحسب معدل التفاعل من تجمع معقد منشط في حالة شبه اتزان مع المتفاعلات عند قمة حاجز الطاقة، مضروبًا في المعدل الذي يتفكك به هذا المعقد نحو النواتج.
- اعتماد أرهينيوس على درجة الحرارة
- تزداد ثوابت المعدل مع درجة الحرارة وفقًا لاعتماد أسي على طاقة التنشيط، مما يعكس نسبة التصادمات ذات الطاقة الكافية لتجاوز حاجز التفاعل.
Clinical relevance
تدعم الحركية الكيميائية تصميم المفاعلات الصناعية والتحكم فيها، وصياغة المحفزات، واستقرار الأدوية والأغذية ومدة صلاحيتها، ونمذجة كيمياء الغلاف الجوي والاحتراق، والتحليل الكمي لعمل الإنزيمات في الكيمياء الحيوية.
History
نشأت الحركية من دراسات المعدلات في القرن التاسع عشر التي أجراها ويلهلمي، وجولدبرج، وواجه؛ اقترح أرهينيوس معادلته لطاقة التنشيط في عام 1889، وجلبت ثلاثينيات القرن الماضي نظرية المعدل المطلق لإيرينج وإيفانز وبولاني، مما أعاد صياغة الحركية من حيث الميكانيكا الإحصائية وأسطح الطاقة الكامنة.
Key figures
- Svante Arrhenius
- Henry Eyring
- Cyril Norman Hinshelwood
Related topics
Seminal works
- eyring1935
- atkins2018
- laidler1987
Frequently asked questions
- لماذا لا تخبرك المعادلة الكيميائية الموزونة بقانون السرعة؟
- تصف الكيمياء القياسية التحول الكلي ولكن ليس المسار الجزيئي؛ يعكس قانون السرعة أبطأ خطوة أولية والأنواع المشاركة فيها حتى تلك النقطة، لذلك يجب تحديده تجريبياً بدلاً من قراءته من المعادلة الكلية.
- إذا كان التفاعل مواتياً ديناميكياً حرارياً، فلماذا قد لا يحدث؟
- تحدد الديناميكا الحرارية فقط ما إذا كان التفاعل يمكن أن يحدث، وليس مدى سرعته؛ يمكن لحاجز تنشيط كبير أن يجعل التفاعل المواتي بطيئاً بشكل لا يُقاس، وهذا هو السبب في استمرار الماس على الرغم من أن الجرافيت هو الشكل الأكثر استقراراً للكربون.