مجموعة من القوانين الكيميائية

3٬202 3 دقائق

1996 معالجة مياه الفضلات الصناعية

أ.د أحمد فيصل أصفري

KFAS

–ثابت التأين: تعاني محاليل بعض المواد تأيناً جزئياً، بحيث تحوي هذه المحاليل على أيونات وجزيئات غير متأينة في حالة توازن بعضها مع بعض.

مثلاً في حالة حمض الخل:

في مثل هذه الحالة، يدعى ثابت التوازن بثابت التأين ويستنتج بتطبيق قانون فعل الكتلة (أ – 71):

مثلاً في محلول (0.1) جزيء غرامي من حمض الخل لا يتعدى مدى التأين (1.34%)، ويكون تركيز الأيونات والجزيئات في المحلول كما يلي:

وبالتالي يكون ثابت التأين مساوياً

– حركية التفاعل الكيميائي: تدرس حركية التفاعل الكيميائي ضمن المفاهيم التالية:

أ – سرعة أو معدل التفاعل:

عرضنا فيما سبق تعريف سرعة أو معدل التفاعل، أي التغيرات في التركيز بواحدة الزمن، بواحدة (مول/ لتر/ زمن).

يعبر عن المعدل في حالة المحاليل بواحدة (مولارتي/ ثا، M/s)، ويمكن تمثيل العلاقة الكمية بين المعدل والتركيز بالشكل:

حيث يدعى K ثابت المعدل، والقوى (a, b, …) تدعى درجات التفاعل.

درس العالمان غولدبرغ – واغ أثر تراكيز المواد المتفاعلة على سرعة التفاعل، ولاحظا بأنه في التفاعلات المتجانسة، أي التي يكون لجميع المواد المتفاعلة فيها نفس الطور أو الحالة الفيزيائية.

تكون سرعة (أو معدل) تفاعلاتها متناسبة طرداً مع حاصل ضرب تراكيز المواد المتفاعلة كل منها مرفوعاً لقوة ما يتحدد مقدارها من نتائج التجريب العملية.

فمثلاً: في تفاعل من الشكل:

حيث (a, b, c, d) أرقام تحقق توازن معادلة التفاعل، وتمثل عدد الجزيئات، أو المولات للمواد المتفاعلة والناتجة المرتبطة بها، تكون السرعة المتوسطة r للتفاعل أو معدل التفاعل كما ذك سابقاً:

يدل الرمز [ ] على التركيز بوحدات (مول/ ليتر) وتمثل (m, n) أعداداً صحيحة، أو كسرية لا علاقة لها بـ (a. b. c. d)، ولا يمكن التنبؤ بها إلا من خلال التجريب فقط.

ويطلق على كل منها اسم درجة المادة المتفاعلة. قيمة K تساوي سرعة التفاعل عندما تكون تراكيز كل من المواد المتفاعلة تساوي مولاً واحداً في الليتر.

ب– درجة التفاعل:

تعني درجة التفاعل، المجموع الجبري لدرجات المواد المتفاعلة المؤثرة على سرعة ذلك التفاعل، أي مجموع القوى الأسّية الظاهرة على تراكيز المواد المتفاعلة في معادلة السرعة، والتي يتم تحديدها كما ذكرنا بالتجربة.

إن أهمية معرفة درجة تفاعل ما، أنها تمكننا من افتراض تصور معقول ومنطقي للكيفية التي يسير بها التفاعل. إذاً في التفاعل السابق، حيث (m, n) هما درجتا تفاعل المتفاعلين (A, B) تكون درجة التفاعل الكلية مساوية (m + n) أي:

درجة تفاعل ما = مجموع درجات تفاعل المتفاعلات

ونناقش الحالات التالية:

1- في تفاعل من الدرجة صفر لمتفاعلين (A, B) يكون:

أي أن سرعة (أو معدل) التفاعل لا تتأثر بتراكيز المواد المتفاعلة فيه.

2- في تفاعل من الدرجة (1) أي تفاعل من الدرجة الأولى

أي أن سرعة التفاعل تتناسب طرداً مع تركيز أحد المواد المتفاعلة فيه.

وبالتالي إذا زاد مثلاً تركيز المادة المؤثرة ضعفاً واحداً، تزداد سرعة التفاعل بالمقابل ضعفاً واحداً، وإذا زاد التركيز ضعفين، تزداد سرعة التفاعل ضعفين… وهكذا.

3- في تفاعل من الدرجة (2) أي تفاعل من الدرجة الثانية:

أي أن سرعة التفاعل تزداد أربعة أضعاف من أجل زيادة تركيز المادة المؤثرة فيه ضعفين، وتزداد تسعة أضعاف إذا زاد تركيز المادة المؤثرة فيه ثلاثة أضعاف، وهكذا.

يطبق نفس الإجراء من أجل تفاعلات من درجات أعلى.

ج- ثابت السرعة المتوسطة أو ثابت المعدل K:

في تفاعل من الشكل:

حيث السرعة المتوسطة للتفاعل:

يمكن أن نعبر عن r على أنها المعدل الزمني للتغير في التراكيز أي:

نناقش الحالتين التاليتين:

1- لنفرض تفاعلاً من الدرجة الأولى: لتكن درجة التفاعل بالنسبة للمتفاعل A تساوي (1) فتكون درجة التفاعل بالنسبة للمتفاعل B مساوية للصفر، إذاً:

أي أن العلاقة بين لوغاريتم التركيز وزمن التفاعل من الدرجة الأولى، هي علاقة خطية، كما في الشكل (أ – 3). وميل المستقيم الممثل للتفاعل يساوي (ak / 3 و 2).

وبالتالي فإن ثابت السرعة المتوسطة للتفاعل، أو ثابت المعدل لتفاعل من الدرجة الأولى يساوي: