تمام فرآیندهایی که در جهان هستی در حال انجام شدن می‌باشند با آهنگ یا سرعت خاصی رخ می دهند. گستره ای از علم شیمی که مربوط به سرعت واکنش های شیمیائی می باشد، سینتیک شیمیائی نام دارد. سینتیک شیمیائی با سرعت انجام یک فرآیند شیمیائی و عوامل مؤثر بر سرعت سر و کار دارد.
اگر در محیط اطراف زندگی خود نگاه کنیم در اثر گذشت زمان، واکنش های شیمیائی در حال رخ دادن می باشند. برخی کند مانند زنگ زدن ، آهن و برخی تند مانند سوختن و یاخنثی شدن اسید و باز می باشند.
نکته: دقت شود در مورد سرعت خودبخودی بخودن معنا ندارد، به عبارتی خودبخودی بودن مفهوم سریع بودن را نمی رساند. بسیاری از واکنش های خودبخودی آنچنان کند می باشند که شاید هفته ها و سالها در دمای معمولی رخ ندهند. مانند:
نکته1: خودبخودی بودن واکنش بحثی است ترمودینامیکی و ترمودینامیک با تعیین سطح انرژی واکنش دهنده ها و فرآورده ها و تغییر آنتروپی امکان وقوع واکنش را بررسی میکند، در حالی که سینتیک درباره چگونگی تبدیل آنها به یک دیگر و شرایط بهینه برای انجام شدن، واکنش را بررسی می کند.
نکته2: سینتیک تابع مسیر است.
سرعت یا شتاب یک فرآیند عبارت است از تغییر یک کمیت معین در یک زمان معین. حال این کمیت معین می‌تواند غلظت – بو – زنگ و … باشد.
همچنان که در علم فیزیک، سرعت یک متحرک را با تغییرات جابه‌جائی متحرک در تغییرات واحد زمان، بیان می کنیم در علم شیمی نیز به دنبال یک کمیت هستیم تا در واحد زمان تغییر کند. از آنجائی که در حین یک واکنش شیمیائی تعداد مولها دستخوش تغییر می شوند بنابراین سرعت یک واکنش شیمیائی عبارت است از تغییر غلظت یک واکنش دهنده و یا یک فرآورده در واحد زمان.
مثلاً در واکنش اگر بخواهیم سرعت را برحسب جزء A حساب کنیم. (در علم شیمی سرعت را با R نمایش می‌دهیم و از آنجائی که سرعت یک واکنش ثابت نیست و با گذشت زمان تغییر می کند. همچون علم فیزیک به بیان سرعت متوسط واکنش می پردازیم یعنی ) حرف R از کلمه Rate به معنای سرعت گرفته شده است.
غلظت A در t1 – غلظت A در t2
t2-t1
توجه: [A] یعنی غلظت A بر پایه مول بر لیتر
حرف یونانی (دلتا)به معنای تغییر یک کمیت اندازه گیری شده است.
نکته3 : سرعت در لحظه های مختلف واکنش با یکدیگر تفاوت دارد. به عبارتی سرعت یک واکنش در ابتدا زیاد و با گذشت زمان از آنجائی که غلظت واکنشگرها رو به کاهش می‌گذارد، کم می گردد.
سرعت یک واکنش کمیتی است تجربی و با اندازه گیری سرعت مصرف واکنش دهنده (ها) یا سرعت تولید فرآورده (ها) معین می گردد.
توجه گردد که عبارت همواره یک عبارت منفی است. زیرا غلظت دوم A به دلیل مصرف شدن همواره از غلظت اول A کوچکتر است و از آنجائی که در علم شیمی سرعت بصورت مثبت بیان می‌شود، بنابراین سرعت متوسط مصرف A را با عبارت:
به عبارتی همواره سرعت را با بیان یک علامت منفی برای واکنش دهنده (ها) بیان می کنیم.
بنابراین می توان سرعت را برحسب جزء (B) نیز تعریف نمود:
پرسش: تغییرهای سرعت واکنش با پیشرفت زمان به چه ترتیب است؟
1) سرعت واکنش در ابتدا کم است و در نزدیک پایان زیاد می شود.
2) در تمام مدت سرعت واکنش ثابت است.
3) سرعت واکنش در ابتدا زیاد و در نزدیک پایان کم می گردد.
4) با پیشرفت زمان سرعت واکنش به طور منظم افزایش می یابد.
نکته4 :
انتخاب واحد زمان در سطح دبیرستان اصولاً ثانیه (s) و دقیقه است (min) ولی برای واکنش کند مانند زنگ زدن آهن و یا خرد شدن صفحات کاغذی یک کتاب از واحدهای نظیر روز – هفته – ماه وسال استفاده می شود. در این بحث بیشتر از واحد ثانیه استفاده می گردد.
بنابراین سرعت واحدهای مختلفی دارد.
نکته5 : انواع واحدهای سرعت
1- واحد mol/s یا mol/min
2- واحد mol/lit/s یا mol/lit/min یا M/S
3- واحد lit/s که بیشتر برای گازها استفاده می شود.
پرسش: در یک آزمایش 08/0 مول N2 را در ظرف یک لیتری قرار داده تا با هیدروژن واکنش دهد. و مطابق واکنش زیر آمونیاک تشکیل گردد.
اگر در دقیقه های چهارم و هشتم پس از شروع واکنش مقدار N2 باقیمانده در ظرف بترتیب 04/0 و 02/0 مول باشد سرعت متوسط مصرف N2 در فاصله زمانی دقیقه های چهارم و هشتم برابر است با :
1) 3-10*5 2) 2-10*1 3) 2-10*2 4) 3-10*5/2
نکته5: زمانی که سرعت واکنش بر حسب mol/s باشد آن را به صورت نمایش می دهند و زمانی که سرعت واکنش برحسب مول بر لیتر بر ثانیه باشد آن را به صورت نمایش می دهند.
نکته 6:
پرسش: 23/0 گرم سدیم در مدت 100 ثانیه در آب حل می شود، سرعت متوسط مصرف مولهای سدیم برحسب ثانیه کدام است؟ 23=Na
1) 2-10*1 2) 4-10*1 3) 3-10*5/2 4) 3-10*3/2
پرسش: اگر غلظت یکی از مواد در واکنش در مدت 25 ثانیه از 05/0 مول در لیتر به 025/0 مول بر لیتر کاهش یابد، سرعت متوسط آن واکنش در مدت زمان گفته شده برحسب، مول بر ثانیه کدام است؟
1) 4-10*1 2) 3-10*5/2 3) 2-10*5 4) 3-10*1
نکته 7:
پرسش: واکنش روبرو در یک ظرف 2 لیتری در حال انجام شدن است.
اگر در مدت 10 ثانیه مقدار NO2 به 4/0 مول افزایش یابد، سرعت متوسط تشکیل NO2 برحسب 1-mol.S و 1-M.S متر بترتیب کدامند؟
1) 04/0-02/0 2) 02/0-02/0 3) 04/0-04/0 4) 02/0-04/0
بررسی نمودار غلظت زمان در واکنش ::
با توجه به این که غلظت مواد اولیه رو به کاهش و غلظت مواد حاصل رو به افزایش است با گذشت زمان می توان رسم نمود:
نکته 8: در رسم نمودار دقت کنید مصرف یا تولید نسبی هر ماده در یک بازه زمانی متناسب با ضریب استوکیدمتری آن ماده در معادله موازنه شده است.
پرسش: مطلوب است سرعت واکنش مصرف در فاصله زمانی 10 تا 20 ثانیه ؟
1) 01/0
2) 02/0
3) 1/0
4) 2/0
نکته 9 : بسیار مهم:
نکته 10:
پرسش :
در واکنش کدام گزینه صحیح است؟
1) 2RB=3RD 2) 3RB=2RD
3) RB=RD 4) 2RB=RD
پرسش: در واکنش اگر سرعت مصرف برابر 1-mol.s6 باشد. سرعت تولید آمونیاک بر حسب 1-mol.s کدام است؟
1) 6 2) 3 3) 4 4) 1
نکته 11:
پرسش:
در واکنش سرعت تشکیل یا از بین رفتن کدام ماده از بقیه مواد کمتر است؟
1) H2 2) 3) Fe 4)
نکته 12:
هر چه ضرایب استوکیومتری یک جزء شرکت کننده در واکنش بیشتر باشد به آن معناست که شیب نمودار غلظت زمان (سرعت) آن واکنش بیشتر است.
مثلا نمودار واکنش (شیب خط منفی نشان مصرف است و شیب خط مثبت نشانه تولید است.)
نکته : بلورها توانایی زیادی برای جذب سطحی مواد گازی شکل دارند مانند جذب بخار آب موجود در هوا. بعنوان مثال واکنش زیر را در نظر بگیرید.
دقت نمائید با کوبیدن این دو جامد در هاون سطح تماس مناسب و بسیار بیشتر برقرار شده همراه با جذب سطحی بخار آب موجود در هوا.
پرسش : در یک ارلن 100 میلی لیتر محلول 2 مولار دی نیتروژن پنتا اکسید درتترا کلرید کربن قرار داده شده است تا مطابق واکنش زیر تجزیه گردد.
پراز 5 دقیقه دیده شد که غلظت به 98/1 مولار کاهش یافته است، سرعت متوسط تجزیه و سرعت تشکیل NO2 برحسب کدام می باشند؟
1) 004/0 ، 008/0 2) 008/0 ، 004/0 3) 008/0، 02/0 4) 02/0-04/0
عوامل مؤثر بر سرعت واکنش: