شروط التصادم الفعال أو المثمر - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 شروط التصادم الفعال أو المثمر

المفاهيم الأساسية

التصادم الفعال: تصادم بين جزيئات المواد المتفاعلة بشرط أن يكون له اتجاه مناسب وطاقة كافية لتكوين المعقد المنشط وإحداث التفاعل.

طاقة التنشيط (Ea): الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتكوين المعقد المنشط وإحداث التفاعل. تعمل كحاجز أمام حدوث التفاعل.

التفاعل الطارد للحرارة: تفاعل تكون فيه طاقة النواتج أقل من طاقة المواد المتفاعلة، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة.

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.

7-2 شروط التصادم الفعال أو المثمر

• الشرط الأول: يجب أن تتصادم (ذرات أو أيونات أو جزيئات) المواد المتفاعلة.
• الشرط الثاني: ليس من الضروري أن يؤدي كل تصادم إلى حدوث تفاعل.
• علاقة طاقة التنشيط بالسرعة:

- Ea عالية: عدد قليل من الاصطدامات له طاقة كافية، وبالتالي تكون سرعة التفاعل بطيئة.

- Ea منخفضة: عدد كبير من الاصطدامات له طاقة كافية، وبالتالي يكون التفاعل أسرع.

• مخطط الطاقة للتفاعل الطارد للحرارة:

- الخاصية: طاقة النواتج أقل من طاقة المواد المتفاعلة.

- المسار: المواد المتفاعلة → (تتغلب على حاجز طاقة التنشيط) → المعقد المنشط → النواتج.

- مثال: تفاعل أول أكسيد الكربون (CO) مع ثاني أكسيد النيتروجين (NO₂).

```

نقاط مهمة

• التصادم شرط ضروري للتفاعل، لكنه ليس كافياً.
• طاقة التنشيط (Ea) هي حاجز طاقة يجب تجاوزه لحدوث التفاعل.
• في التفاعل الطارد للحرارة، تنخفض الطاقة الكلية للنظام، حيث تكون النواتج أكثر استقراراً (أقل طاقة) من المواد المتفاعلة.
• يمكن تحديد ما إذا كان التفاعل طارداً للحرارة من مخطط الطاقة إذا كانت طاقة النواتج أقل من طاقة المواد المتفاعلة.

شروط التصادم الفعال أو المثمر

الجدول 2-1 شروط 1. يجب أن تتصادم (ذرات أو أيونات أو جزيئات) المواد المتفاعلة. 2. ليس من الضروري أن يؤدي كل تصادم بين الذرات أو الأيونات أو الجزيئات إلى حدوث تفاعل.

يلخص الجدول 2-1 الظروف الواجب توافرها لحدوث التفاعل. فعندما تكون قيمة Ea عالية فهذا يعني أن عدداً قليلاً من الاصطدامات لها طاقة كافية لتكوين المعقد المنشط، ولذلك تكون سرعة التفاعل بطيئة. أما إذا كانت قيمة Ea منخفضة فهذا يعني أن هناك عدداً كبيراً من الاصطدامات التي لها طاقة كافية لحدوث التفاعل، لذا يكون التفاعل أسرع. فكر في هذه العلاقة من خلال شخص يقوم بدفع عربة ثقيلة إلى قمة تل. فإذا كان التل مرتفعاً فسوف يحتاج الشخص إلى طاقة كبيرة لدفعه العربية نحو القمة، كما أنه سيستغرق وقتاً طويلاً للوصول إلى قمة التل. أما إذا كان التل منخفضاً فسوف يحتاج إلى كمية أقل من الطاقة اللازمة لدفع العربة إلى قمة التل، إضافة إلى قدرته على إنجاز المهمة في وقت أسرع. بين الشكل 5-2 خطط الطاقة لتفاعل أول أكسيد الكربون مع ثاني أكسيد النيتروجين. هل يختلف مخطط الطاقة هذا عما تعلمته سابقاً في فصل الطاقة والتغيرات الكيميائية؟ ولماذا؟ يبين هذا المخطط طاقة التنشيط للتفاعل الذي تم حاجزاً أمام حدوث التفاعل. لذلك يجب أن تتغلب المواد المتفاعلة عليه لتكون مواد ناتجة. وفي هذه الحالة تتصادم جزيئات CO و NO2 مع وجود كمية كافية من الطاقة لتتغلب على هذا الحاجز، وتكون طاقة النواتج أقل من طاقة المواد المتفاعلة. وتسمى التفاعلات التي تفقد طاقة التفاعلات الطاردة للحرارة.

الشكل 5-2 عندما يحدث تفاعل طارد للحرارة تصطدم الجزيئات التي لها طاقة كافية فتكون المعقد المنشط وتطلق طاقة، وتكون نواتج ذات محتوى طاقة أقل من المواد المتفاعلة.

اختبار الرسم البياني فسر كيف يمكنك أن تعرف من خلال الرسم ما إذا كان التفاعل طارداً للحرارة.

الشكل 2-5

--- SECTION: شروط التصادم الفعال أو المثمر --- شروط التصادم الفعال أو المثمر --- SECTION: الجدول 2-1 --- الجدول 2-1 شروط 1. يجب أن تتصادم (ذرات أو أيونات أو جزيئات) المواد المتفاعلة. 2. ليس من الضروري أن يؤدي كل تصادم بين الذرات أو الأيونات أو الجزيئات إلى حدوث تفاعل. يلخص الجدول 2-1 الظروف الواجب توافرها لحدوث التفاعل. فعندما تكون قيمة Ea عالية فهذا يعني أن عدداً قليلاً من الاصطدامات لها طاقة كافية لتكوين المعقد المنشط، ولذلك تكون سرعة التفاعل بطيئة. أما إذا كانت قيمة Ea منخفضة فهذا يعني أن هناك عدداً كبيراً من الاصطدامات التي لها طاقة كافية لحدوث التفاعل، لذا يكون التفاعل أسرع. فكر في هذه العلاقة من خلال شخص يقوم بدفع عربة ثقيلة إلى قمة تل. فإذا كان التل مرتفعاً فسوف يحتاج الشخص إلى طاقة كبيرة لدفعه العربية نحو القمة، كما أنه سيستغرق وقتاً طويلاً للوصول إلى قمة التل. أما إذا كان التل منخفضاً فسوف يحتاج إلى كمية أقل من الطاقة اللازمة لدفع العربة إلى قمة التل، إضافة إلى قدرته على إنجاز المهمة في وقت أسرع. بين الشكل 5-2 خطط الطاقة لتفاعل أول أكسيد الكربون مع ثاني أكسيد النيتروجين. هل يختلف مخطط الطاقة هذا عما تعلمته سابقاً في فصل الطاقة والتغيرات الكيميائية؟ ولماذا؟ يبين هذا المخطط طاقة التنشيط للتفاعل الذي تم حاجزاً أمام حدوث التفاعل. لذلك يجب أن تتغلب المواد المتفاعلة عليه لتكون مواد ناتجة. وفي هذه الحالة تتصادم جزيئات CO و NO2 مع وجود كمية كافية من الطاقة لتتغلب على هذا الحاجز، وتكون طاقة النواتج أقل من طاقة المواد المتفاعلة. وتسمى التفاعلات التي تفقد طاقة التفاعلات الطاردة للحرارة. --- SECTION: الشكل 5-2 --- الشكل 5-2 عندما يحدث تفاعل طارد للحرارة تصطدم الجزيئات التي لها طاقة كافية فتكون المعقد المنشط وتطلق طاقة، وتكون نواتج ذات محتوى طاقة أقل من المواد المتفاعلة. --- SECTION: اختبار الرسم البياني --- اختبار الرسم البياني فسر كيف يمكنك أن تعرف من خلال الرسم ما إذا كان التفاعل طارداً للحرارة. الشكل 2-5 --- VISUAL CONTEXT --- **GRAPH**: Untitled Description: A diagram illustrating the energy changes during a chemical reaction. The y-axis represents energy (الطاقة) and the x-axis represents the reaction progress (سير التفاعل). It shows reactants, an activated complex, and products. X-axis: سير التفاعل Y-axis: الطاقة Context: Illustrates the concept of activation energy and the energy profile of an exothermic reaction (طارد للحرارة) where products have lower energy than reactants.