قانون السرعة

خطوات الاستخدام

أدخل جميع القيم المعروفة في الحقول المخصصة. تأكد من إدخال ثابت السرعة (k) إن كان معروفاً، وتركيز المواد المتفاعلة (مثل [A] و[B])، ورتب التفاعل الخاصة بكل مادة (مثل m و n). إذا كنت تعرف معدل التفاعل (rate)، فأدخله أيضاً. سيحدد النظام المتغير المجهول بناءً على الحقول الفارغة.

حدد المتغير الذي تريد حسابه: معدل التفاعل (rate)، ثابت السرعة (k)، تركيز مادة، أو رتبة تفاعل. يعتمد ذلك على البيانات المتوفرة. مثلاً، إذا كنت تعرف k، وتركيز المواد، ورتب التفاعل، يمكنك حساب معدل التفاعل. أو إذا كنت تعرف معدل التفاعل وباقي المعطيات، يمكنك حساب k.

طبق قانون السرعة العام: rate = k × [A]^m × [B]^n. يعبر هذا القانون عن العلاقة بين سرعة التفاعل وتركيز المواد المتفاعلة. عند حساب معدل التفاعل، اضرب k في حاصل ضرب كل تركيز مرفوع إلى رتبته. عند حساب k، قسّم معدل التفاعل على ( [A]^m × [B]^n ). عند حساب التركيز أو الرتبة، استخدم اللوغاريتمات أو الطرق الجبرية المناسبة.

الأسئلة الشائعة

رتبة التفاعل هي الأس الذي يرفع إليه تركيز مادة معينة في قانون السرعة، وتعكس كيفية تأثر سرعة التفاعل بتغير تركيز تلك المادة. تحدد الرتبة تجريبياً من خلال إجراء سلسلة من التجارب حيث يتغير تركيز مادة واحدة في كل مرة مع تثبيت بقية العوامل. مثلاً، إذا تضاعف التركيز وتضاعفت سرعة التفاعل، تكون الرتبة 1. إذا تضاعف التركيز وتضاعفت السرعة أربع مرات، تكون الرتبة 2. إذا لم تتغير السرعة بتغير التركيز (أي السرعة ثابتة)، تكون الرتبة 0. يمكن أيضاً استخدام طريقة المعدلات الأولية أو طريقة عمر النصف لتحديد الرتبة. معرفة رتبة التفاعل مهمة لفهم ميكانيكية التفاعل ولحساب كميات مثل عمر النصف وتركيز المواد عبر الزمن. الرتبة الكلية للتفاعل هي مجموع الرتب الفردية. لاحظ أن رتبة التفاعل لا تعتمد بالضرورة على المعاملات المتكافئة في المعادلة الكيميائية، بل تعتمد على خطوة تحديد السرعة في آلية التفاعل.

معدل التفاعل (rate) هو قيمة تعبر عن سرعة استهلاك المواد المتفاعلة أو تكوين النواتج في وحدة الزمن، وهو يعتمد على تركيز المواد المتفاعلة ودرجة الحرارة. أما ثابت السرعة (k) فهو ثابت التناسب في قانون السرعة الذي يربط بين معدل التفاعل وتركيزات المواد المتفاعلة مرفوعة إلى رتبها. ثابت السرعة لا يتغير بتغير التركيزات، لكنه يتأثر بشدة بدرجة الحرارة وفقاً لمعادلة أرينيوس. عملياً، لحساب معدل التفاعل نستخدم: rate = k [A]^m [B]^n. إذا تغير التركيز، يتغير المعدل لكن k يبقى ثابتاً عند درجة حرارة معينة. وحدة ثابت السرعة تعتمد على الرتبة الكلية للتفاعل. مثلاً، للتفاعل ذي الرتبة الأولى، k له وحدة (زمن⁻¹) مثل s⁻¹، وللتفاعل ذي الرتبة الثانية، k له وحدة (حجم/(مول·زمن)) مثل L/(mol·s). من المهم عدم الخلط بين المفهومين: k ثابت، بينما rate متغير يعتمد على النظام.

زيادة درجة الحرارة تزيد من طاقة حركة الجزيئات، مما يزيد من عدد التصادمات الفعالة التي تمتلك طاقة تنشيط كافية. نتيجة لذلك، يزداد ثابت السرعة (k) بشكل كبير مع درجة الحرارة، وهذا موصوف بمعادلة أرينيوس: k = A e^(-Ea/RT)، حيث A هو عامل التردد، Ea هي طاقة التنشيط، R ثابت الغازات، T درجة الحرارة المطلقة. عند مضاعفة درجة الحرارة (مثلاً من 300K إلى 600K)، قد تتضاعف قيمة k عدة مرات (اعتماداً على Ea). قانون السرعة نفسه (rate = k [A]^m [B]^n) يظل سارياً، لكن قيمة k تتغير. لا تؤثر درجة الحرارة على رتب التفاعل (الأسس m و n) بل فقط على ثابت السرعة. في التطبيقات العملية، لحساب k عند درجة حرارة جديدة، يمكن استخدام معادلة أرينيوس بشكل لوغاريتمي: ln(k2/k1) = -Ea/R (1/T2 - 1/T1). لذا، عند تصميم المفاعلات الكيميائية، يجب التحكم الدقيق في درجة الحرارة للحفاظ على سرعة تفاعل مستقرة.

عمر النصف (t½) هو الزمن اللازم ليصل تركيز المادة المتفاعلة إلى نصف قيمته الأولية. يعتمد عمر النصف على رتبة التفاعل وثابت السرعة. للتفاعل من الرتبة الأولى: t½ = ln2 / k، وهو ثابت لا يعتمد على التركيز الأولي. مثلاً، إذا كان k = 0.1 s⁻¹، فإن t½ = 0.693 / 0.1 = 6.93 ثانية. للتفاعل من الرتبة الثانية (مع مادة واحدة): t½ = 1 / (k [A]₀)، حيث [A]₀ هو التركيز الأولي. هنا عمر النصف يعتمد عكسياً على التركيز الأولي. للتفاعل من الرتبة الصفرية: t½ = [A]₀ / 2k. لحساب عمر النصف لتفاعل معلوم الرتبة، نستخدم القانون المناسب. إذا كانت الرتبة غير معلومة، يمكن تحديدها من خلال قياس عمر النصف عند تراكيز مختلفة. عمر النصف مفهوم مهم في مجالات مثل الصيدلة (زمن بقاء الدواء في الجسم) والفيزياء النووية (عمر النصف للنظائر المشعة). باستخدام قانون السرعة، يمكن أيضاً حساب الزمن اللازم لانخفاض التركيز إلى أي قيمة، وليس فقط النصف، عبر المعادلات المتكاملة للحركية الكيميائية.

قانون السرعة

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

أمثلة محلولة

الأسئلة الشائعة

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

1مثال 1: حساب معدل التفاعل لتفاعل من الرتبة الأولى. تفاعل تحلل N₂O₅: N₂O₅(g) → 2NO₂(g) + ½O₂(g). ثابت السرعة (k) = 0.05 s⁻¹، وتركيز N₂O₅ = 0.2 M. ما معدل التفاعل الأولي؟

الأسئلة الشائعة