الشكل 4-2 - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 نظرية التصادم وطاقة التنشيط

المفاهيم الأساسية

المعقد المنشط (Activated Complex): حالة غير مستقرة من تجمع الذرات، يحدث خلالها تكسير الروابط وتكوين روابط جديدة. عمره قصير وقد يؤدي إلى تكوين النواتج أو العودة إلى المواد المتفاعلة.

طاقة التنشيط (Ea): الحد الأدنى من الطاقة لدى الجزيئات المتفاعلة واللازم لتكوين المعقد المنشط وإحداث التفاعل.

خريطة المفاهيم

```markmap

سرعة التفاعلات الكيميائية

الفكرة العامة

• لكل تفاعل سرعة محددة
• يمكن تغيير السرعة بتغيير ظروف التفاعل

1-2 نظرية التصادم

• المفتاح لفهم الاختلاف في سرعة التفاعلات
• التعريف: وجوب تصادم الذرات والأيونات والجزيئات ببعضها لكي يتم التفاعل.
• شرح: يجب أن تتصادم جزيئات المواد المتفاعلة معًا لتكوين النواتج.
• مثال: تفاعل A₂ + B₂ → 2AB.
• ملاحظة: عدد قليل فقط من الاصطدامات ينتج نواتج.

2-2 العوامل المؤثرة

• طبيعة المواد المتفاعلة
• التركيز
• درجة الحرارة
• مساحة السطح
• المحفزات

3-2 قوانين السرعة

• علاقة رياضية تحدد بالتجربة
• تربط بين سرعة التفاعل وتركيز المادة المتفاعلة

4-2 التعبير عن سرعة التفاعل

• لا نستخدم مصطلحات غير دقيقة (سريع/بطيء)
• نستخدم علاقة رياضية للتعبير عن متوسط السرعة
• متوسط\ السرعة = \frac{Δ quantity}{Δ t}
• يقاس بوحدات مثل: mol/L·s
• تعريف سرعة التفاعل: التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن
• وحدة القياس: mol/L·s
• الرمز [X]: يمثل التركيز المولاري للمادة X
• حساب متوسط السرعة: Rate = \frac{Δ[NO]}{Δt} = \frac{[NO]_{t2} - [NO]_{t1}}{t2 - t1}
• مثال: Rate = \frac{0.010 M - 0.000 M}{2.00 s - 0.00 s} = 0.0050 mol/L·s

5-2 معادلة متوسط سرعة التفاعل (للمواد المتفاعلة)

• الصيغة العامة: Rate = - \frac{Δ[reactants]}{Δt}
• Δ[reactants]: التغير في تركيز المواد المتفاعلة.
• Δt: التغير في الزمن (t₂ - t₁).
• سبب الإشارة السالبة: لأن تركيز المواد المتفاعلة يقل مع الزمن، والإشارة السالبة تجعل قيمة السرعة موجبة.
• مثال تطبيقي (1-2):

- تفاعل: C₄H₉Cl مع الماء.

- المعطيات:

- [C₄H₉Cl] عند t₁=0.00s = 0.220 M

- [C₄H₉Cl] عند t₂=4.00s = 0.100 M

- الحل:

Rate = - \frac{0.100 - 0.220}{4.00 - 0.00}

Rate = - \frac{-0.120}{4.00} = 0.0300 \ mol/L.s

مسائل تدريبية (ص 53)

• الهدف: حساب متوسط سرعة التفاعل باستخدام بيانات جدول.
• التفاعل: 2HCl → H₂ + Cl₂
• بيانات الجدول:

| الزمن (s) | [H₂] | [Cl₂] | [HCl] |

|---|---|---|---|

| 0.00 | 0.030 | 0.050 | 0.000 |

| 4.00 | 0.020 | 0.040 | ? |

• الأسئلة:

1. احسب متوسط سرعة التفاعل معبرًا عنه بعدد مولات H₂ المستهلكة لكل لتر في كل ثانية.

2. احسب متوسط سرعة التفاعل معبرًا عنه بعدد مولات Cl₂ المستهلكة لكل لتر في كل ثانية.

3. إذا علمت أن متوسط سرعة التفاعل لحمض الهيدروكلوريك HCl الناتج هو 0.050 mol/L.s، فما تركيز HCl الذي يتكون بعد مرور 4.00 s؟

أنشطة تمهيدية

تجربة استهلالية

• الهدف: تسريع تفاعل بطيء
• المواد: فوق أكسيد الهيدروجين (H₂O₂)، خميرة الخبز
• خطوات العمل

- املأ بطاقة السلامة

- سجل المشاهدات في جدول

- أضف فوق أكسيد الهيدروجين (10 مل) وسجل الملاحظات

- أضف خميرة الخبز (0.1 جم) وحرك بلطف وسجل الملاحظات

• التحليل

- حدد نواتج تحلل فوق أكسيد الهيدروجين

- فسر ظهور الفقاعات بعد إضافة الخميرة

• استقصاء

- تأثير تغيير كمية الخميرة

- تأثير عدم مزج المخلوط

منظم أفكار (مطوية)

• الغرض: تنظيم المعلومات حول العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل
• العناوين: المحفزات، درجة الحرارة، مساحة السطح، التركيز، طبيعة المواد المتفاعلة

المفردات الجديدة

• سرعة التفاعل الكيميائي
• نظرية التصادم
• المعقد المنشط
• طاقة التنشيط
• التركيز (Concentration)

حقائق كيميائية

• نظام الاحتراق الداخلي اخترعه ألفونس بيير دي روشاز (1862م)
• احتراق البنزين مع الأكسجين ينتج:

- ثاني أكسيد الكربون

- بخار الماء

- طاقة لتحريك السيارة

6-2 شروط التصادم الفعال

• الاتجاه المناسب: يجب أن يكون اتجاه الجزيئات مناسبًا أثناء التصادم.

- مثال: في تفاعل CO مع NO₂، يجب أن تلامس ذرة الكربون (من CO) ذرة الأكسجين (من NO₂) في لحظة الاصطدام.

- نتيجة الاتجاه غير المناسب: تردد الجزيئات دون تكوين روابط، ولا يحدث تفاعل.

• طاقة كافية: يجب أن تتصادم الجزيئات بقوة كافية (طاقة حركية كافية).

- سبب عدم التفاعل: عدم توافر طاقة كافية لحدوث التفاعل.

- تعريف طاقة التنشيط (Ea): الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتكوين المعقد المنشط وإحداث التفاعل.

• المعقد المنشط (Activated Complex):

- التعريف: جسيمات عمرها قصير، وهي حالة غير مستقرة من تجمع الذرات.

- ما يحدث فيه: تكسير الروابط القديمة وتكوين روابط جديدة.

- مصيره: قد يؤدي إلى تكوين المواد الناتجة، أو يتكسر ليعود إلى المواد المتفاعلة.

```

نقاط مهمة

• لا يحدث تفاعل بين جزيئات CO و NO₂ إلا إذا تحقق شرطان: الاتجاه المناسب و طاقة كافية.
• الاتجاه غير المناسب (كما في الشكلين a و b) يعني عدم تلامس الذرات الصحيحة (كربون-أكسجين) فلا تتكون روابط.
• حتى مع الاتجاه الصحيح، إذا لم تكن الطاقة كافية (طاقة التنشيط) فلن يحدث تفاعل.
• المعقد المنشط هو حالة وسيطة قصيرة العمر تحدث أثناء التفاعل، حيث تبدأ الروابط القديمة في التكسر وتتشكل روابط جديدة.

يبين الشكل أربعة احتمالات مختلفة لاتجاهات التصادم بين جزيئات CO و NO2. لا تؤدي الاصطدامات في الحالة a و b إلى حدوث تفاعل؛ لأن الاصطدامات لا تستطيع تحطيم الروابط، وهذه هي الطريقة الوحيدة لتكون جزيئات مختلفة. أما الاصطدامات الموضحة في الشكلين 4b و 2-4a، فلا تؤدي إلى حدوث تفاعل؛ لأن الجزيئات تتصادم بشكل غير مناسب، حيث لا تلامس ذرة الكربون ذرة الأكسجين في لحظة التصادم، فتتردد الجزيئات دون تكوين روابط. وعندما يكون اتجاه الجزيئات مناسبًا في أثناء التصادم، كما في الشكل 4-2c، تحدث التفاعل، وتنتقل ذرة الأكسجين من جزيء CO2 إلى جزيء CO. وعندما يحدث ذلك تكون جسيمات عمرها قصير تسمي المعقد المنشط Activated Complex، حيث يحدث خلالها تكسير الروابط وتكوين روابط جديدة. ونتيجة لذلك قد يؤدي المعقد المنشط إلى تكوين المواد الناتجة، أو يتكسر لتكوين المواد المتفاعلة مرة أخرى.

ما العوامل الأخرى التي يجب أخذها في الحسبان؟

يوضح الشكلان 4a، 2-4b، 2-4 الإجابة المحتملة عن هذا السؤال؛ فلكي يؤدي اصطدام إلى حدوث تفاعل يجب أن ترتبط ذرة الكربون بجزيء CO مع ذرة الأكسجين من جزيء NO2 في لحظة الاصطدام، وهذه هي الطريقة الوحيدة لتكون مؤقتة. أما الاصطدامات الموضحة في الشكلين 4b و 2-4a فلا تؤدي إلى حدوث تفاعل؛ لأن الجزيئات تتصادم بشكل غير مناسب، حيث لا تلامس ذرة الكربون ذرة الأكسجين في لحظة التصادم، فتتردد الجزيئات دون تكوين روابط. وعندما يكون اتجاه الجزيئات مناسبًا في أثناء التصادم، كما في الشكل 4-2c، تحدث التفاعل، وتنتقل ذرة الأكسجين من جزيء CO2 إلى جزيء CO. وعندما يحدث ذلك تكون جسيمات عمرها قصير تسمي المعقد المنشط Activated Complex، وهي حالة غير مستقرة من تجمع الذرات، يحدث خلالها تكسير الروابط وتكوين روابط جديدة. ونتيجة لذلك قد يؤدي المعقد المنشط إلى تكوين المواد الناتجة، أو يتكسر لتكوين المواد المتفاعلة مرة أخرى.

لعدم توافر طاقة كافية لحدوث التفاعل، لذلك لا يحدث تفاعل بين جزيئات CO و NO2 ما لم تتصادم بقوة كافية، ويسمى الحد الأدنى من الطاقة لدى الجزيئات المتفاعلة واللازم لتكوين المعقد المنشط وإحداث التفاعل طاقة التنشيط (Ea) Activation energy.

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

54

--- SECTION: الشكل 4-2 --- يبين الشكل أربعة احتمالات مختلفة لاتجاهات التصادم بين جزيئات CO و NO2. لا تؤدي الاصطدامات في الحالة a و b إلى حدوث تفاعل؛ لأن الاصطدامات لا تستطيع تحطيم الروابط، وهذه هي الطريقة الوحيدة لتكون جزيئات مختلفة. أما الاصطدامات الموضحة في الشكلين 4b و 2-4a، فلا تؤدي إلى حدوث تفاعل؛ لأن الجزيئات تتصادم بشكل غير مناسب، حيث لا تلامس ذرة الكربون ذرة الأكسجين في لحظة التصادم، فتتردد الجزيئات دون تكوين روابط. وعندما يكون اتجاه الجزيئات مناسبًا في أثناء التصادم، كما في الشكل 4-2c، تحدث التفاعل، وتنتقل ذرة الأكسجين من جزيء CO2 إلى جزيء CO. وعندما يحدث ذلك تكون جسيمات عمرها قصير تسمي المعقد المنشط Activated Complex، حيث يحدث خلالها تكسير الروابط وتكوين روابط جديدة. ونتيجة لذلك قد يؤدي المعقد المنشط إلى تكوين المواد الناتجة، أو يتكسر لتكوين المواد المتفاعلة مرة أخرى. --- SECTION: اتجاه التصادم وتكوين المعقد المنشط --- ما العوامل الأخرى التي يجب أخذها في الحسبان؟ يوضح الشكلان 4a، 2-4b، 2-4 الإجابة المحتملة عن هذا السؤال؛ فلكي يؤدي اصطدام إلى حدوث تفاعل يجب أن ترتبط ذرة الكربون بجزيء CO مع ذرة الأكسجين من جزيء NO2 في لحظة الاصطدام، وهذه هي الطريقة الوحيدة لتكون مؤقتة. أما الاصطدامات الموضحة في الشكلين 4b و 2-4a فلا تؤدي إلى حدوث تفاعل؛ لأن الجزيئات تتصادم بشكل غير مناسب، حيث لا تلامس ذرة الكربون ذرة الأكسجين في لحظة التصادم، فتتردد الجزيئات دون تكوين روابط. وعندما يكون اتجاه الجزيئات مناسبًا في أثناء التصادم، كما في الشكل 4-2c، تحدث التفاعل، وتنتقل ذرة الأكسجين من جزيء CO2 إلى جزيء CO. وعندما يحدث ذلك تكون جسيمات عمرها قصير تسمي المعقد المنشط Activated Complex، وهي حالة غير مستقرة من تجمع الذرات، يحدث خلالها تكسير الروابط وتكوين روابط جديدة. ونتيجة لذلك قد يؤدي المعقد المنشط إلى تكوين المواد الناتجة، أو يتكسر لتكوين المواد المتفاعلة مرة أخرى. --- SECTION: طاقة التنشيط وسرعة التفاعل --- لعدم توافر طاقة كافية لحدوث التفاعل، لذلك لا يحدث تفاعل بين جزيئات CO و NO2 ما لم تتصادم بقوة كافية، ويسمى الحد الأدنى من الطاقة لدى الجزيئات المتفاعلة واللازم لتكوين المعقد المنشط وإحداث التفاعل طاقة التنشيط (Ea) Activation energy. وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 54 --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 4-2 يبين الشكل أربعة احتمالات مختلفة لاتجاهات التصادم بين جزيئات CO و NO2. Description: The diagram shows four scenarios (a, b, c, d) of molecular collisions. Scenario (a) depicts a head-on collision with rebound, labeled 'تصادم' and 'ارتداد', with 'اتجاه غير صحيح'. Scenario (b) shows a similar collision with rebound, labeled 'تصادم' and 'ارتداد', also 'اتجاه غير صحيح'. Scenario (c) shows a collision where molecules form an intermediate complex, labeled 'تصادم', 'المعقد المنشط', and 'نواتج', with 'اتجاه صحيح'. Scenario (d) shows a collision with rebound, labeled 'تصادم' and 'ارتداد', with 'اتجاه صحيح ولكن طاقة غير كافية'. A legend indicates dark gray spheres as 'كربون', light blue spheres as 'نيتروجين', and red spheres as 'أكسجين'. Context: Illustrates the conditions necessary for effective collisions in chemical reactions, including proper orientation and sufficient energy to form an activated complex.