شیمی پیش (1)

سینتیك شیمیائی با سرعت انجام یك فرآیند شیمیائی و عوامل مؤثر بر سرعت سر و كار دارد.

اگر در محیط اطراف زندگی خود نگاه كنیم در اثر گذشت زمان، واكنش های شیمیائی در حال رخ دادن می باشند. برخی كند مانند زنگ زدن ، آهن و برخی تند مانند سوختن و یاخنثی شدن اسید و باز می باشند.

نكته: دقت شود در مورد سرعت خودبخودی بخودن معنا ندارد، به عبارتی خودبخودی بودن مفهوم سریع بودن را نمی رساند. بسیاری از واكنش های خودبخودی آنچنان كند می باشند كه شاید هفته ها و سالها در دمای معمولی رخ ندهند. مانند:

نكته1: خودبخودی بودن واكنش بحثی است ترمودینامیكی و ترمودینامیك با تعیین سطح انرژی واكنش دهنده ها و فرآورده ها و تغییر آنتروپی امكان وقوع واكنش را بررسی می‌كند، در حالی كه سینتیك درباره چگونگی تبدیل آن‌ها به یك دیگر و شرایط بهینه برای انجام شدن، واكنش را بررسی می كند.

نكته2: سینتیك تابع مسیر است.

سرعت یا شتاب یك فرآیند عبارت است از تغییر یك كمیت معین در یك زمان معین. حال این كمیت معین می‌تواند غلظت –بو – زنگ و … باشد.

همچنان كه در علم فیزیك، سرعت یك متحرك را با تغییرات جابه‌جائی متحرك در تغییرات واحد زمان، بیان می كنیم در علم شیمی نیز به دنبال یك كمیت هستیم تا در واحد زمان تغییر كند. از آنجائی كه در حین یك واكنش شیمیائی تعداد مولها دستخوش تغییر می شوند بنابراین سرعت یك واكنش شیمیائی عبارت است از تغییر غلظت یك واكنش دهنده و یا یك فرآورده در واحد زمان.

مثلاً در واكنش اگر بخواهیم سرعت را برحسب جزء A حساب كنیم. (در علم شیمی سرعت را با R نمایش می‌دهیم و از آنجائی كه سرعت یك واكنش ثابت نیست و با گذشت زمان تغییر می كند. همچون علم فیزیك به بیان سرعت متوسط واكنش می پردازیم یعنی ) حرف R از كلمه Rate به معنای سرعت گرفته شده است.

توجه: [A] یعنی غلظت A بر پایه مول بر لیتر

حرف یونانی (دلتا)‌به معنای تغییر یك كمیت اندازه گیری شده است.

نكته3 : سرعت در لحظه های مختلف واكنش با یكدیگر تفاوت دارد. به عبارتی سرعت یك واكنش در ابتدا زیاد و با گذشت زمان از آنجائی كه غلظت واكنشگرها رو به كاهش می‌گذارد، كم می گردد.

سرعت یك واكنش كمیتی است تجربی و با اندازه گیری سرعت مصرف واكنش دهنده (ها) یا سرعت تولید فرآورده (ها) معین می گردد.

توجه گردد كه عبارت همواره یك عبارت منفی است. زیرا غلظت دوم A به دلیل مصرف شدن همواره از غلظت اول Aكوچكتر است و از آنجائی كه در علم شیمی سرعت بصورت مثبت بیان می‌شود، بنابراین سرعت متوسط مصرف A را با عبارت:

به عبارتی  همواره سرعت را با بیان یك علامت منفی برای واكنش دهنده (ها) بیان می كنیم.

بنابراین می توان سرعت را برحسب جزء (B) نیز تعریف نمود:

پرسش: تغییرهای سرعت واكنش با پیشرفت زمان به چه ترتیب است؟

1) سرعت واكنش در ابتدا كم است و در نزدیك پایان زیاد می شود.

2) در تمام مدت سرعت واكنش ثابت است.

3) سرعت واكنش در ابتدا زیاد و در نزدیك پایان كم می گردد.

4) با پیشرفت زمان سرعت واكنش به طور منظم افزایش می یابد.

نكته4 :

انتخاب واحد زمان در سطح دبیرستان اصولاً ثانیه (s) و دقیقه است (min) ولی برای واكنش كند مانند زنگ زدن آهن و یا خرد شدن صفحات كاغذی یك كتاب 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.

نكته5 : 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 كه بیشتر برای گازها استفاده می شود.

پرسش: در یك آزمایش 08/0 مول N₂ را در ظرف یك لیتری قرار داده تا با هیدروژن واكنش دهد. و مطابق واكنش زیر آمونیاك تشكیل گردد.

اگر در دقیقه های چهارم و هشتم پس از شروع واكنش 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

نكته5: زمانی كه سرعت واكنش بر حسب mol/s باشد آن را به صورت نمایش می دهند و زمانی كه سرعت واكنش برحسب مول بر لیتر بر ثانیه باشد آن را به صورت نمایش می دهند.