قوانين سرعة التفاعل
يعبر قانون السرعة عن كيفية اعتماد سرعة التفاعل على تراكيز المواد المتفاعلة، ويُتوقع شكله المتكامل كيف تتطور هذه التراكيز بمرور الوقت.
Definition
قانون سرعة التفاعل هو معادلة تجريبية تربط السرعة اللحظية للتفاعل بتراكيز المواد المتفاعلة، كل منها مرفوع إلى أس يحدد رتبته، مع ثابت سرعة يعتمد على درجة الحرارة.
Scope
يغطي هذا الموضوع التحديد التجريبي لقوانين السرعة: تعريف سرعة التفاعل، ومفهومي الرتبة والجزيئية، وثابت السرعة، وطرق مثل السرعات الأولية والعزل لإيجاد الرتب. ويطور معادلات السرعة المتكاملة لتفاعلات الرتبة الصفرية والأولى والثانية، وأنصاف العمر المقابلة لها، وتحليل التفاعلات العكوسة والمتوازية والمتتالية. وتُعالَج إعادة بناء الآليات من قوانين السرعة والأصل النظري لثوابت السرعة في مواضيع منفصلة.
Core questions
- كيف تُحدد رتبة التفاعل تجريبياً من بيانات التركيز-الزمن؟
- ما هي معادلات السرعة المتكاملة وأنصاف العمر لرتب التفاعل الشائعة؟
- كيف تختلف الجزيئية والرتبة، ولماذا قد لا تتطابقان؟
- كيف تُحلل التفاعلات المتوازية والمتتالية حركياً؟
Key concepts
- سرعة التفاعل وثابت السرعة
- الرتبة والجزيئية
- معادلات السرعة المتكاملة
- نصف العمر والزمن المميز
- طريقة السرعات الأولية والعزل
Key theories
- قوانين السرعة المتكاملة
- يؤدي دمج قانون السرعة التفاضلي لرتبة معينة إلى علاقات صريحة بين التركيز والزمن، ورسوم بيانية خطية تحدد الرتبة، وأنصاف عمر مميزة تكون ثابتة لتفاعلات الرتبة الأولى ولكنها تعتمد على التركيز بخلاف ذلك.
- تحديد الرتبة بالعزل والسرعات الأولية
- من خلال الإبقاء على جميع المواد المتفاعلة باستثناء واحدة بتركيز زائد كبير، أو عن طريق قياس السرعات في البداية قبل تراكم النواتج، يمكن عزل الاعتماد على كل مادة متفاعلة وتجميع قانون السرعة الكلي.
Clinical relevance
تحدد قوانين السرعة معادلات التصميم للمفاعلات الكيميائية، وتتنبأ بتحلل الأدوية والكواشف ومدة صلاحيتها، وتحكم توقيت الجرعات والتصفية في الحرائك الدوائية، وتحدد كمية استمرارية الملوثات في الأنظمة البيئية.
History
قدمت دراسة فيلهلمي عام 1850 لانقلاب السكروز أول قانون كمي للسرعة؛ وربط قانون فعل الكتلة لجولدبرغ وواجه في ستينيات القرن التاسع عشر السرعات بالتراكيز، وقام فانت هوف بتنظيم الرتبة والجزيئية في دراساته عام 1884 حول الديناميكا الكيميائية.
Key figures
- Ludwig Wilhelmy
- Cato Maximilian Guldberg
- Peter Waage
Related topics
Seminal works
- atkins2018
- laidler1987
Frequently asked questions
- هل يمكن أن يكون للتفاعل رتبة كسرية أو حتى صفرية؟
- نعم. غالبًا ما تنشأ الرتب الكسرية من آليات معقدة متعددة الخطوات، وتحدث الرتبة الصفرية عندما تكون السرعة محدودة بشيء آخر غير تركيز المادة المتفاعلة، مثل سطح محفز مشبع، لذلك تظل السرعة ثابتة حتى يتم استنفاد المادة المتفاعلة تقريبًا.
- لماذا يكون نصف عمر تفاعل الرتبة الأولى مستقلاً عن التركيز؟
- بالنسبة لحركية الرتبة الأولى، تتناسب السرعة طرديًا مع التركيز، لذا فإن الانخفاض الكسري لكل وحدة زمنية ثابت؛ وبالتالي فإن الوقت اللازم للانخفاض إلى النصف هو نفسه بغض النظر عن الكمية الأولية، وهذا هو السبب في أن الاضمحلال الإشعاعي له نصف عمر ثابت.