الشكل 8-2 - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل (التركيز ومساحة السطح)

المفاهيم الأساسية

التركيز: كمية المادة المتفاعلة في حجم معين. زيادة التركيز تزيد من سرعة التفاعل.

مساحة السطح: المساحة المعرضة للتفاعل. زيادة مساحة السطح تزيد من سرعة 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

طبيعة المواد المتفاعلة

• تتفاعل بعض المواد أسرع من غيرها.
• مثال: تفاعل الخارصين مع نترات الفضة أسرع من تفاعل النحاس مع نفس المحلول.
• السبب: الخارصين أنشط كيميائياً من النحاس.

التركيز

• التعريف: كمية المادة المتفاعلة في حجم معين.
• التأثير: كلما زاد تركيز المواد المتفاعلة، زادت سرعة التفاعل.
• السبب (حسب نظرية التصادم): زيادة عدد الجسيمات يؤدي إلى زيادة عدد الاصطدامات بينها في وحدة الزمن.
• مثال توضيحي (الشكل 8-2): شمعة تحترق بسرعة أكبر ولهب أكثر إضاءة في وعاء يحتوي على أكسجين تركيزه 100% مقارنة بالهواء الجوي.

مساحة السطح

• التعريف: المساحة المعرضة للتفاعل.
• التأثير: كلما زادت مساحة سطح المادة المتفاعلة، زادت سرعة التفاعل.
• السبب (حسب نظرية التصادم): زيادة مساحة السطح تزيد من نقاط التلامس بين الجسيمات المتفاعلة، مما يزيد من فرص الاصطدامات.
• مثال توضيحي (الشكل 9-2): سلك تنظيف الأواني المعدنية (له مساحة سطح كبيرة) يشتعَل بشدة في وجود الأكسجين مقارنة بكتلة معدنية صلبة.

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

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).

8-2 التفاعلات الانعكاسية

• التعريف: عمليات يمكن فيها التحول بين المواد المتفاعلة والناتجة.
• مثال: التفاعل العكسي للغازين CO و NO₂ لإعادة إنتاج CO و NO.
• طاقة التفاعل الانعكاسي:

- مستوى طاقة التفاعلات أدنى من مستوى طاقة النواتج.

- يجب التغلب على طاقة التنشيط لإعادة إنتاج المواد الأصلية.

- إذا احتاج التفاعل العكسي إلى طاقة تنشيط أعلى من التفاعل الأمامي، فسيكون مستوى طاقته أعلى.

9-2 حساب سرعة التفاعل من البيانات التجريبية

• التفاعل المدروس: 2N2O5(g) → 4NO2(g) + O2(g)
• البيانات التجريبية: جدول يبين تركيز N₂O₅ مقابل الزمن عند 45°C.
• طريقة الحساب:

- احسب متوسط سرعة التفاعل خلال فترات زمنية مختلفة (مثل 0-20 دقيقة).

- عبر عن السرعة بقيمة موجبة وبوحدة mol/L.s.

- استخدم المعادلة الكيميائية لربط سرعة اختفاء N₂O₅ بسرعة ظهور NO₂.

التقويم 1-2

الفكرة الرئيسية

• جد العلاقة بين نظرية التصادم وسرعة التفاعل.

أسئلة التقويم

• 5: فسر علام تدل سرعة التفاعل الكيميائي محددة؟
• 6: قارن بين تركيز المواد المتفاعلة والمواد الناتجة خلال فترة التفاعل.
• 7: فسر لماذا يعتمد متوسط سرعة التفاعل على طول الفترة الزمنية؟
• 8: صف العلاقة بين طاقة التنشيط وسرعة التفاعل الكيميائي.
• 9: لخص ماذا يحدث خلال فترة تكون المعقد المنشط القصيرة؟
• 10: طبق نظرية التصادم لتفسر لماذا لا تؤدي الاصطدامات بين جسيمات التفاعل دائماً إلى تفاعل؟
• 11: احسب متوسط سرعة التفاعل بين جزيئات A و B إذا تغير تركيز A من 1.00 M إلى 0.5 M خلال 2.00 s

```

نقاط مهمة

• تفسير زيادة التركيز: زيادة تركيز المواد المتفاعلة (مثل الأكسجين) تزيد من عدد جسيماتها، مما يزيد من عدد الاصطدامات الفعالة بين الجسيمات في وحدة الزمن، فتزداد سرعة التفاعل.
• تفسير زيادة مساحة السطح: زيادة مساحة سطح المادة المتفاعلة (مثل تحويل المعدن إلى سلك رفيع) تزيد من نقاط التلامس المتاحة للاصطدام مع الجسيمات الأخرى، مما يزيد من فرص حدوث التفاعل وبالتالي سرعته.
• الربط مع نظرية التصادم: كل من التركيز ومساحة السطح يؤثران على سرعة التفاعل من خلال زيادة عدد الاصطدامات بين الجسيمات المتفاعلة، وهو الشرط الأساسي لحدوث التفاعل حسب النظرية.

تأثير تركيز الأكسجين على سرعة احتراق الشمعة.

تُشير شدة إضاءة اللهب المشتعل في الزجاجة التي تحتوي تركيزًا أكبر من الأكسجين إلى زيادة سرعة التفاعل. لذا، يُفسر الازدياد في سرعة التفاعل إلى الزيادة في تركيز الأكسجين.

تحترق الشمعة بسرعة أكبر؛ لأن الوعاء يحتوي على أكسجين تركيزه 100% تقريبًا.

أدخل معلومات من هذا القسم في مطويتك.

تستطيع التفاعلات الكيميائية بها تغيير سرعة التفاعل المواد المتفاعلة. وكما تذكر فإن نظرية التصادم تنص على أنه يجب أن تتصادم الجسيمات حتى يحدث التفاعل، وكلما ازداد عدد الجسيمات ازداد عدد الاصطدامات. وهذا شبيه بلعبة السيارات الكهربائية في مدينة الألعاب الترفيهية. فعندما يكون عدد السيارات كبيرًا في الحلبة يزداد عدد الاصطدامات. والتي نفسه صحيح في التفاعلات الكيميائية؛ فعندما تتصادم المادة A مع المادة B بتركيز معين تصطدم جزيئات كل من A و B بسرعة محددة. ولكن ماذا يحدث إذا ازداد تركيز جزيئات B؟ تزداد تصادمات جزيئات A مع جزيئات B؛ وذلك لازدياد عدد جزيئات B؛ لذا يؤدي ازدياد عدد الاصطدامات إلى زيادة سرعة التفاعل الكيميائي.

توقع ما الذي يحدث لسرعة التفاعل إذا زاد تركيز المادة A؟

تأمل التفاعلات الموضحة في الشكل 8-2، حيث تحترق الشمعتان، ولكن كيف يمكن مقارنة سرعة الشمعة في الصورة اليمنى التي وضعت داخل زجاجة تحتوي على 100% أكسجين تقريبًا، وهذا يشكل خمسة أضعاف تركيز الأكسجين في الهواء الجوي؟ بالإضافة على نظرية التصادم، كلما زاد تركيز الأكسجين زاد عدد الاصطدامات بين جزيئات الشمع وجزيئات الأكسجين، ونتيجة لذلك تزداد سرعة التفاعل، وينتج لهب شديد الإضاءة.

توفّر مساحة سطح سلك تنظيف الأواني المعدنية بشدة عند زيادة مساحة سطح التفاعل على الأسطدامات بين الجسيمات المتفاعلة.

إذا تأملت التفاعل في الشكل 9-2 ستلاحظ أن المسار الساخن يتوهج عند وجود الأكسجين، كما في الشكل 9-2a، بينما تشتعل كتلة سلك تنظيف الأواني المعدنية بشدة في وجود الأكسجين، حيث تعمل مساحة سطح التفاعل على زيادة سرعة التفاعل؛ بسبب زيادة عدد الاصطدامات بين الجسيمات المتفاعلة.

--- SECTION: الشكل 8-2 --- تأثير تركيز الأكسجين على سرعة احتراق الشمعة. تُشير شدة إضاءة اللهب المشتعل في الزجاجة التي تحتوي تركيزًا أكبر من الأكسجين إلى زيادة سرعة التفاعل. لذا، يُفسر الازدياد في سرعة التفاعل إلى الزيادة في تركيز الأكسجين. تحترق الشمعة بسرعة أكبر؛ لأن الوعاء يحتوي على أكسجين تركيزه 100% تقريبًا. --- SECTION: المحتويات --- أدخل معلومات من هذا القسم في مطويتك. تستطيع التفاعلات الكيميائية بها تغيير سرعة التفاعل المواد المتفاعلة. وكما تذكر فإن نظرية التصادم تنص على أنه يجب أن تتصادم الجسيمات حتى يحدث التفاعل، وكلما ازداد عدد الجسيمات ازداد عدد الاصطدامات. وهذا شبيه بلعبة السيارات الكهربائية في مدينة الألعاب الترفيهية. فعندما يكون عدد السيارات كبيرًا في الحلبة يزداد عدد الاصطدامات. والتي نفسه صحيح في التفاعلات الكيميائية؛ فعندما تتصادم المادة A مع المادة B بتركيز معين تصطدم جزيئات كل من A و B بسرعة محددة. ولكن ماذا يحدث إذا ازداد تركيز جزيئات B؟ تزداد تصادمات جزيئات A مع جزيئات B؛ وذلك لازدياد عدد جزيئات B؛ لذا يؤدي ازدياد عدد الاصطدامات إلى زيادة سرعة التفاعل الكيميائي. --- SECTION: ماذا قرأت؟ --- توقع ما الذي يحدث لسرعة التفاعل إذا زاد تركيز المادة A؟ تأمل التفاعلات الموضحة في الشكل 8-2، حيث تحترق الشمعتان، ولكن كيف يمكن مقارنة سرعة الشمعة في الصورة اليمنى التي وضعت داخل زجاجة تحتوي على 100% أكسجين تقريبًا، وهذا يشكل خمسة أضعاف تركيز الأكسجين في الهواء الجوي؟ بالإضافة على نظرية التصادم، كلما زاد تركيز الأكسجين زاد عدد الاصطدامات بين جزيئات الشمع وجزيئات الأكسجين، ونتيجة لذلك تزداد سرعة التفاعل، وينتج لهب شديد الإضاءة. --- SECTION: الشكل 9-2 --- توفّر مساحة سطح سلك تنظيف الأواني المعدنية بشدة عند زيادة مساحة سطح التفاعل على الأسطدامات بين الجسيمات المتفاعلة. إذا تأملت التفاعل في الشكل 9-2 ستلاحظ أن المسار الساخن يتوهج عند وجود الأكسجين، كما في الشكل 9-2a، بينما تشتعل كتلة سلك تنظيف الأواني المعدنية بشدة في وجود الأكسجين، حيث تعمل مساحة سطح التفاعل على زيادة سرعة التفاعل؛ بسبب زيادة عدد الاصطدامات بين الجسيمات المتفاعلة. --- SECTION: مساحة السطح Surface Area --- --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: الشكل 8-2 Description: Two images showing a candle burning inside a glass jar. The left image shows a candle burning in a jar with some condensation, while the right image shows a candle burning more intensely with a brighter flame. Context: Illustrates the effect of oxygen concentration on the rate of combustion. **FIGURE**: الشكل 9-2 Description: Two images showing steel wool. The top image (labeled 'a') shows steel wool in a jar, appearing to be reacting with sparks. The bottom image (labeled 'b') shows steel wool that has ignited and is burning intensely with bright sparks. Context: Demonstrates how increased surface area (steel wool) leads to a faster reaction rate due to increased contact with oxygen.