أهداف التعلم

• أن تفسّر حدوث التفاعل بتصادم الجسيمات.
• أن تذكر أثر التركيز ودرجة الحرارة والحفاز ومساحة السطح والضوء في سرعة التفاعل، وتفسره.
• أن تميز الحفاز المتجانس من غير المتجانس والإنزيم.
• أن تعرّف الحالة الانتقالية وطاقة التنشيط، وتقرأ مخطط الطاقة بوجود حفاز وبدونه.
• أن تربط العوامل السابقة بتطبيقات حياتية وصناعية.

شرح الدرس

التفاعل وتصادم الجسيمات

يحدث التفاعل الكيميائي عندما تتصادم جسيمات المتفاعلات (ذرات أو جزيئات أو أيونات). وليس كل تصادم مثمرًا؛ فالتصادم الفعال يحتاج إلى طاقة كافية (تساوي طاقة التنشيط أو تزيد عليها). لذلك تزداد السرعة بزيادة عدد التصادمات الفعالة.

العوامل المؤثرة

• مثال على مساحة السطح: إضافة الكمية نفسها من حمض الهيدروكلوريك إلى شريط مغنيسيوم وإلى مسحوقه: يتصاعد الهيدروجين أسرع من المسحوق.
• مثال على التركيز: قطعة خارصين في حمض الهيدروكلوريك $1\ \text{mol/L}$ تتفاعل أسرع منها في حمض الخليك بالتركيز نفسه؛ لأن حمض الهيدروكلوريك قوي فتركيز $\text{H}^{+}$ فيه أكبر.

العامل الحفاز

العامل الحفاز مادة تزيد سرعة التفاعل دون أن تتغير كيميائيًّا في نهايته.

• حفاز متجانس: في الحالة الفيزيائية نفسها للمتفاعلات (مثل محلول كلوريد الحديد (III) مع محلول فوق أكسيد الهيدروجين).
• حفاز غير متجانس: حالته مختلفة عن المتفاعلات (مثل ثاني أكسيد المنجنيز الصلب مع فوق أكسيد الهيدروجين، أو البلاتين الصلب مع غازات العادم).
• الإنزيم: حفاز بروتيني يعمل داخل الكائن الحي؛ ولهذا يفور الماء الأكسجيني على الجرح بفعل إنزيمات الأنسجة.

الحالة الانتقالية وطاقة التنشيط

• الحالة الانتقالية: حالة مؤقتة عالية الطاقة يُعاد عندها ترتيب الذرات، وتمر بها الجسيمات المتصادمة أثناء التفاعل.
• طاقة التنشيط $E_a$: الحد الأدنى من الطاقة اللازم لوصول المتفاعلات إلى الحالة الانتقالية، وتساوي الفرق بين طاقة الحالة الانتقالية وطاقة المتفاعلات.

الحفاز يخفض طاقة التنشيط للتفاعلين الأمامي والعكسي، لكنه لا يغير طاقة المتفاعلات ولا النواتج، إذن لا يغير $\Delta H$.

أسئلة للتدريب

1. لماذا يحترق الخشب المقطع قطعًا صغيرة أسرع من جذع كامل؟
2. لماذا يحترق عود البخور أسرع في الأكسجين النقي منه في الهواء؟
3. فسّر: إضافة قليل من محلول كلوريد الحديد (III) إلى فوق أكسيد الهيدروجين تجعل الأكسجين يتصاعد بسرعة. ما نوع هذا الحفاز؟
4. تفاعل أصبح أسرع أربع مرات عند رفع درجة الحرارة. ما التفسير الأدق؟
5. ارسم مخطط طاقة لتفاعل ماص للحرارة بوجود حفاز وبدونه، وحدد عليه $E_a$ و$\Delta H$.