العوامل المؤثرة في التفاعل الكيمائي وسرعته

هي العوامل المؤثرة في التفاعل الكيميائي؟
يتأثّر التفاعل الكيميائيّ الذي يحدث بين مادتين أو أكثر بعدد من العوامل، فالعامل الذي يزيد أو يقلل من معدل تصادم جزيئات المواد المتفاعلة يؤثّر في معدّل التفاعل الكيميائيّ،[١] وفيما يأتي توضيح لأهمّ هذه العوامل: تركيز المتفاعلات يتناسب معدّل التفاعل الكيميائيّ بصورة طرديّةٍ مع زيادة تراكيز المواد المتفاعلة الداخلة في عمليّة التفاعل، فحتى يحدث التفاعل الكيميائيّ يجب أن يكون مجموع الطاقة التي تمتلكها جزيئات التفاعل تساوي أو تزيد عن مقدار طاقة التنشيط،[٢] ويقصد بطاقة التنشيط الحدّ الأدنى من الطاقة اللازمة لتنشيط الجزيئات أو الذرات الموجودة في التفاعل.

عندما يزداد تركيز المواد المتفاعلة سيزداد معدّل التصادمات وفقًا لنظرية التصادم،[٤] وبالتالي مقدار الطاقة الناتجة عنها، ولذلك فإنّ معدّل التفاعل سيزداد وسيصبح أسرع،[٢] ويحدث العكس بالنسبة للنواتج، فكلّما ازداد مقدار المواد الناتجة عن التفاعل الكيميائي فإنّ معدل التفاعل سيقل لقلة تركيز المتفاعلات.[٤] درجة الحرارة يتناسب معدّل التفاعل الكيميائيّ بصورة طرديّةٍ مع زيادة درجة حرارة التفاعل،[١] فعندما تزداد حرارة الوسط التفاعليّ فإنّ جزيئات المواد المتفاعلة ستمتص هذه الحرارة وبالتالي ستزداد مستويات الطاقة التي تمتلكها، وبذلك تصبح الجزيئات التي تمتلك طاقة التنشيط أكثر.[٢] تؤثر الطاقة المكتسبة من الحرارة طرديّاً في مقدار التصادمات التي تحدث بين الجزيئات المتفاعلة، وبالتالي فإنّ معدل التفاعل الكيميائيّ سيزداد.[١] وقد بيّنت التجارب العمليّة بأنّ رفع درجة حرارة التفاعل بمقدار 10 درجات مئويّة سيُضاعف سرعة التفاعل الكيميائي بمقدار يصل إلى 3 أضعاف سرعته قبلَ زيادة درجة الحرارة، وستنخفض بنفس المقدار عند خفض درجة حرارة التفاعل.[٢] سطح التلامس وحالة المتفاعلات يختلف الوسط الذي يحدث فيه التفاعل الكيميائي باختلاف حالة المواد المتفاعلة المشاركة فيه، فقد يكون وسطاً سائلاً، أو صلباً، أو غازيّاً، فباختلاف الحالة المادية للمتفاعلات ستختلف مساحة السطح المتاحة للتفاعل.[٤] يتناسب مقدار مساحة سطح التلامس في حالة المتفاعلات الصلبة والسائلة بصورةٍ طرديّةٍ مع معدّل سرعة التفاعل الكيميائيّ، فكلّما ازدادت مساحة سطح المواد المتفاعلة كلّما ازداد مقدار التصادم بين جزيئاتها، وبالتالي زيادة الطاقة الناتجة عنها، إذ إنّ الجزيئات المحصورة داخل المادة الصلبة مثلًا لن تستطيع المشاركة في التفاعل.[٢] العوامل المحفزة يُقصد بالعوامل المحفزة المواد التي تُضاف إلى وسط التفاعل، والتي تُخفّض طاقة التنشيط للتفاعل الكيميائيّ وتزيد معدّل التفاعل دونَ أن يتمّ استهلاكها في العمليّة،[٤] أي دون أن يكون لها مشاركة فعليّة في التفاعل،[٣] ويتناسب وجود العوامل المحفزة بصورة طرديّة مع معدّل سرعة التفاعل الكيميائيّ.[٤] تزيد المواد المحفزة سرعة التفاعل في الاتجاهين الأمامي والعكسي،[٣] إذ يكمن مبدأ عملها بزيادة مرّات التصادم التي تحدث بين المواد المتفاعلة، وتغيير اتجاه تصادم المواد المتفاعلة بحيث تصبح المزيد من التصادمات فعّالة، كما تعمل على تقليل مقدار الترابط بين جزيئات المواد المتفاعلة،[٤] وتوفير سطح لحدوث التفاعل الكيميائيّ.[١] حجم جزيئات المواد المتفاعلة يتناسب مقدار حجم المواد المتفاعلة بصورةٍ عكسيّةٍ مع معدّل سرعة التفاعل الكيميائيّ، لأنّ زيادة الحجم يعني تقليل مقدار سطح التلامس، فإذا انقسمَ جزيء كبير إلى جزيئات أصغر منه فإنّ سطح التفاعل سيكون أكبر، وبالتالي سيكون التفاعل الكيميائيّ أسرع.[١] الضغط تؤدي زيادة مقدار الضغط الواقع على الجزيئات الغازيّة المشاركة في التفاعل إلى زيادة سرعة التفاعل الكيميائيّ، ويفسّر ذلك بأنّ الضغط الذي تتعرّض له الجزيئات سيؤدي إلى تقليل حجمها دون إحداث أي تغيير في عدد الجزيئات، فالعلاقة التي تربط بينَ الضغط وحجم جزيئات مادة غازية هي علاقة عكسيّة، وتقليل الحجم يعني زيادة تركيز الغاز.[٢] وبالتالي فإنّ مقدار التصادمات التي ستحدث بين جزيئات الغاز ستكون أكبر، ممّا سيزيد من معدّل سرعة التفاعل الكيميائيّ.[٢] خلط المواد المتفاعلة يتناسب مقدار خلط المواد المتفاعلة بصورةٍ طرديّة مع معدّل سرعة التفاعل الكيميائيّ، فعندما تخلط المواد المتفاعلة بشكلٍ أكبر ستزاداد قدرتها على التفاعل،[٤] فعلى سبيل المثال، إن تحريك السكر داخل كوب من الماء سيزيد من سرعة ذوبانه.[٥] الروابط الكيميائية بين المواد المتفاعلة يتناسب مقدار قوّة الروابط الكيميائيّة بينَ المواد المتفاعلة بصورةٍ عكسيّة مع معدّل سرعة التفاعل، فكسر الروابط الكيميائيّة بين المواد يحتاج لطاقة، وإذا كانت هذه الروابط قويّة فذلك يعني المزيد من الطاقة اللازمة لكسرها، وهذه العمليّة تبطئ من سرعة التفاعل الكيميائيّ.[٢] على سبيل المثال إذا كانتَ نوع الروابط بين جزيئات المواد المتفاعلة روابط تساهميّة، فإنّ هذا النوع من الروابط قويّ يحتاج لطاقة كبيرة لكسره، فسيكون التفاعل الكيميائيّ بطيء نسبيًا.[٢] تحدث التفاعلات الكيميائية بين جزيئات المواد المختلفة، ويختلف مقدار سرعة التفاعل الكيميائيّ بينها اعتمادًا على عوامل التفاعل المختلفة، حيث يمكن التحكّم بمقدار سرعة التفاعل إذا تمّ التحكم بهذه العوامل، وهي: تركيز المتفاعلات، درجة الحرارة، سطح التلامس، العوامل المحفزة، حجم الجزيئات، الضغط، خلط المواد المتفاعلة والروابط فيما بينها.