با یک سوال مستقیم کنکور 94 شیمی در خدمتتون هستم. هر موقع سر کلاس از بچه ها میپرسم که بچه ها، کی میتونه به من بگه چه عواملی میتونند روی سرعت یک واکنش اثر بذارن یا عوامل موثر روی سرعت واکنش ها چی میتونه باشه؟ بعد یه نفر با مزه از اون انتهای کلاس میگه که اقا خیلی عوامل هستند یکی دو تا نیست که از عوامل ژنتیکی و زیست محیطی گرفته تا سیاست های کنترل جمعیت و بهداشت و …گرمای فزاینده و رو به رشد دمای هوا و ذوب شدن یخ های قطبی .بعد که میگم خب، که این طور حالا یکیش رو توضیح بده . در این موقع دیگه سکوتی پر معنا بر کلاس حکمفرما میشه تا بحث رو شروع کنیم.
در ادامه می‌خوانید
ماهیت واکنش دهنده ها
بچه ها تا حالا از خودتان پرسیدین که چرا پتاسیم را وقتی میندازیم تو آب، خیلی سریع واکنش میده حتی با گرما و انفجار هم ممکنه همراه باشه اما وقتی آهن رو میندازیم تو آب. انگار نه انگار که میخواد واکنش انجام بشه ( آب در اینجا خطاب به آهن میگه بجنب دیگه پسر، ببین با کی اومدیم سینزده به در) یا مثلا وقتی به مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن جرقه ای میزنیم باید بلافاصله با 115 تماس بگیریم و ادرس ازمایشگاه رو بدیم تا با اکیپ ویژه و با دستای پرتوانشون (عموگجت یادت بخیر) خود را به محل حادثه برسونند چون یک واکنش سریع و انفجاری در این صورت رخ میده. اما وقتی به مخلوطی از هیدروژن و نیتروژن یک جرقه میزنیم انگار نه انگار . اینجاست که هیدروژن خطاب به نیتروژن میگه پر رو… بابا پررویی هم حدی داره تو هیچ احساسی نداری. تو اصلا احساس محساس حالیت نمیشه. میخواستیم باهمدیگه یه صفایی کنیم و دود شیم بریم هوا. اکسیژنو نگاه کن یاد بگیر تو همش بلدی پز بدی من تنها گازی هستم که پیوند سه گانه دارم و پایدارم و دیگه پیر شدم.از ما دیگه گذشته و باید عرصه را به جوونهایی مثل اکسیژن بدیم که باهمدیگه واکنش بدین. نیتروژن میگه خطاب به هیدروژن ببین موی سپیدم را فلکم رایگان نداد این رشته را به نقد جوانی خریده ام …
بچه های عزیز. ماهیت، نوع و یا جنس واکنش دهنده ها اگر چه به عنوان یک متغیر برای بهبود سرعت یک واکنش مطرح نیست ولی از چهار عامل دیگر مهم تر است. علت تفاوت سرعت در دو واکنش بالا را با هم می توان به دلیل ماهیت یا شدت فعالیت شیمیایی این دو فلز نسبت به یکدیگر دانست، به طوری که فعالیت شیمیایی پتاسیم خیلی بیشتر از آهن است.
شدت واکنش پذیری یا شدت فعالیت شیمیایی فلزات با آب به صورت زیر می باشد:
1- هر چه تعداد الکترون ظرفیتی کمتر باشه، شدت واکنش پذیری فلز با آب بیشتر میشه. مثلا پتاسیم همش یه الکترون ظرفیتی داره که میخواد هر چه سریعتر طی یک واکنش از شر این یه الکترونش خلاصه بشه و به پایداری و ارامش ابدی برسه. اما اهن اصلا حرفش هم نزنیم چون خیلی الکترون ظرفیتی داره چیزی نزدیک به هشت تا.
(اثر غلظت-اثر غلظت)
2- هر چه تراکم شبکه بلوری کمتر باشه ، واکنش پذیری بیشتر میشه. به قول گفتنی هر چه ماده ای پوست کلفت تر باشه حرف حساب هم نمیره تو جلدش بی خیالی به معنای واحد کلمه .
3- کافیه هیدروکسید این مواد ها رو نگاه کنین . هر کدوم هیدروکسیدش در اب انحلال پذیر بود واکنش پذیریش با آب شدیدتر خواهد بود. مثلا هیدرو کسید اهن چیزی نزدیک به رسوبه و کم محلول و عمدتا نا محلول( چون حلالیت تابع PH و دما و… هم هستش) و لی هیدروکسید پتاسیم یا پتاس خودمون (در ساخت صابون مایع استفاده میشه) محلول در آب هستش.
حالت فیزیکی
برای انجام واکنش بایستی واکنش دهنده ها را مخلوط کنیم تا مجاور هم قرار بگیرن. بنابراین واکنش میان مواد گوناگون در فازهایی که چنین امکانی را برای آنها فراهم میکنه سریعتر خواهد بود. از این رو اگه واکنش دهنده ها در یک فاز قرار گرفته باشند، مثلا همگی گاز یا محلول در اب باشند واکنش با سرعت بیشتری رخ خواهد داد.
حواسمون باشه که، واکنش در مجاورت دو فاز مختلف برای مثال مجاورت یک گاز با یک ماده جامد یا دو مایع مخلوط نشدنی در کنار هم، چنین شرایطی را برای وقوع واکنش سریع فراهم نمیکنه. علت؟ چون مجاورت واکنش دهنده های نامبرده، تنها و فقط به مرز میان دو فاز وابسته است. از اینرو تنها با خرد کردن ماده جامد می توان این سطح تماس را افزایش داد. به این ترتیب انتظار می رود که سرعت واکنش، افزایش چشمگیری پیدا کند. در شکل بالا سرعت سوختن چوب در حالت (پ) بیشتر از حالت (ب) و در حالت (ب) بیشتر از (آ) می باشد. حتما میدونین چرا؟ چون سطح تماس در حالت (پ) بیشتر از حالت (ب) و در حالت (ب) بیشتر از (آ) می باشد.
بچه ها در کنکور امسال شیمی 93، یه سوالی از همین قسمت اومده بود البته با فرمت مولتی گزینه (یادت زنده، مولتی ویتامین و دوران کودکی ) یعنی یکی از چهار گزینه این بود که مواد جامد و بلوری می توانند رطوبت هوا را جذب کنند که این میتونه واکنش پذیری دو جامد در تماس با همدیگه رو افزایش بده .
نکته اش ازین قراره که وقتی مقادیر معینی از پتاسیم یدید به صورت جامد ) KI ( و سرب (II) نیترات جامد ) Pb(NO3)2 ( را در یک هاون چینی بریزیم و برای مدتی این دو جامد سفید رنگ را ضمن ساییدن مخلوط کنیم، جامد زرد رنگی به آرامی تشکیل می شود. این ماده ی زرد رنگ PbI2 است که سرب ) II ) یدید نام دارد. بچه ها بخاطر اینکه در اثر ساییدن سطح تماس واکنش دهنده هامون بیشتر شده و رطوبت هوا رو بهتر جذب می کنند، لذا انجام واکنش رو امکان پذیر خواهند کرد.
2 KI(s) + Pb(NO3)2 (s) → 2 KNO3 (s) + PbI2 (s)
در این واکنش به جز سرب یدید، مابقی اجزا سفید رنگ می باشند.
اثر غلظت
در هر واکنش افزایش غلظت یکی از واکنش دهنده ها سبب افزایش سرعت واکنش می شود، مگر در حالت هایی که سرعت واکنش مستقل از غلظت آن ماده باشد. (مثل واکنش های مرتبه صفر).
یک پاراگراف از کتاب پیش 1، فصل سنتیک که جون میده برای جای خالی در تست های کنکور:
- هر گاه الیاف آهن را در مجاورت هوا روی شعله قرار دهیم، مشاهده می شود که الیاف آهن داغ و سرخ می شود ولی نمی سوزد.
– هر گاه همان مقدار آهن داغ و سرخ شده را در یک ارلن پر از اکسیژن خالص وارد کنیم، مشاهده می شود که به شدت در اکسیژن خالص می سوزد.
در واکنش های یک مرحله ای (بنیادی) توان غلظت هر ماده در معادلهی سرعت، برابر ضریب استوکیومتری آن ماده در واکنش موازنه شده است.
اثر فشار
اثر فشار بر واکنش های شیمیایی یک طرفه مانند اثر غلظت بر سرعت واکنش عمل می کند به شرط آن که حداقل یکی از واکنش دهنده ها در فاز گازی باشد، زیرا با افزایش فشار، غلظت مادهی گازی در واحد حجم زیاد شده و تعداد برخوردهای مولکولی بیشتر شده، سرعت واکنش نیز افزایش می یابد.
خوب بچه ها برای اینکه بحث رو جمعش کنیم باید بگیم که تغییرات فشار در یکی از دو حالت زیر موثر و قابل بررسی هستش:
الف) اگه تو یه واکنشی حداقل یکی از واکنش دهنده ها، گاز باشد، افزایش فشار سرعت واکنش ها رو زیاد خواهد کرد.
C O 2(g) + H 2 O(l) → H 2 C O 3(aq) افزایش فشار باعث افزایش سرعت واکنش خواهد شد.
2 H 2 O 2 (aq) → 2 H 2 O (l) + O2 (g) افزایش یا کاهش فشار هیچ تاثیری روی سرعت واکنش ندارد. چون واکنش دهنده ها در فاز محلول می باشند.
ب) در هر دو طرف واکنش مواد در فاز گازی وجود داشته باشند اما تعداد مول دو سمت واکنش با هم برابر نباشند در آن صورت افزایش فشار باعث افزایش سرعت واکنش یک طرفه در جهتی می شود که تعداد مول های کمتری حاصل شود.
2 S O 2 (g) + O 2(g) → 2 S O 3(g) افزایش فشار باعث افزایش سرعت تشکیل SO3
می شود.
2 N H 3(g) → N 2 (g) + 3 H 2 (g) افزایش فشار باعث کاهش سرعت تجزیهی N H 3 می شود.
اثر دما
معمولا افزایش دما سرعت واکنش های شیمیایی را افزایش می دهد، زیرا با افزایش دما، جنبش مولکول ها بیشتر شده ومیزان برخورد ها با انرژی کافی افزایش می یابد. در نتیجه توانایی مولکول ها برای تشکیل ذرهی ناپایدار بین مواد واکنش دهنده و فرآورده افزایش می یابد و از آنجا نیز سرعت واکنش زیاد می شود.
دما یکی از مهم ترین عوامل موثر بر سرعت واکنش های شیمیایی است.
اگه یه لحظه شکل صفحه 11 کتاب شیمی پیش را بنگرید به وضوح می فهمید که واکنش منیزیم با آب سرد بسیار کند ولی واکنش آن با آب جوش سریعتر روی می دهد.
اگه مواد غذایی را در یخچال نگهداری کنیم متوجه میشیم که سرعت فرآیندهای شیمیایی منجر به فساد، کند میشه در حالی که گرمای شعله اجاق گاز سرعت فرآیندهای شیمیایی منجر به پختن غذا را افزایش میدهد.