آهنگ واکنش های شیمیایی
شاید در همین ابتدا بخواهید بدانید که " مفهوم خود آهنگ چیست"؟
منظور از آهنگ، اندازه گیری مقدار تندی یا کندی چیزی است. در شیمی وقتی از آهنگ واکنش صحبت می کنیم، یعنی می خواهیم بدانیم این واکنش چقدر سرعت دارد یا چقدر کند است.
چرا شیمی دانان به اندازه گیری آهنگ واکنش علاقه دارند؟
 |
در هر واکنشی قبل از این که بخواهیم محصولی تولید کنیم، مهم است بدانیم که چه مدت زمان طول می کشد تا این واکنش کامل شده و به پایان برسد.
آهنگ واکنش، اندازه گیری تغییراتی است که در یک محدوده زمانی معینی انجام می شود. واحد اندازه گیری معمولا ثانیه، دقیقه یا ساعت است.
واکنش بین روی و اسید هیدروکلریک رقیق:
شکل زیر را اجرا کنید و ببینید که چگونه با انداختن ذرات ریز روی به درون اسید هیدروکلریک رقیق شده، ذرات هیدروژن آزاد می شوند.
خواهید دید که با پیشرفت واکنش، ذرات روی کوچک تر شده و گاز هیدروژن کم تری آزاد می شود. با کلیک دیگر روی عبارت next خواهید دید که واکنش تا جایی که هیچ مقدار از ذرات روی مشاهده نشود، طول خواهد کشید و گاز هیدروژن آزاد شده ای نیز وجود نخواهد داشت.
چیزی که ما در طول زمان مشاهده کردیم، آن است که به تدریج ، روی ناپدید شده و گاز هیدروژن پدیدار می شود. در حقیقت، بعد از چند دقیقه کل اسید مصرف شده و مقداری روی باقی مانده که واکنش را به صورت زیر نشان خواهد داد:
به طور خلاصه، در این واکنش، زمانی که روی و اسید هیدروکلریک با هم واکنش می دهند، کلرید روی و گاز هیدروژن در مدت زمان مشابهی تشکیل می شوند.
چگونه آهنگ واکنش را اندازه بزنیم؟
با استفاده از واکنش بین روی و اسید هیدروکلریک می توان اندازه گیری آهنگ واکنش را با یک مثال توضیح داد:
1) مقدار روی مصرف شده در دقیقه
2) اندازه گیری مقدار اسید هیدروکلریک مصرف شده در دقیقه
3) اندازه گیری مقدار کلرید روی تشکیل شده در دقیقه
4) اندازه گیری مقدار گاز هیدروژن تشکیل شده در دقیقه
بهتر است از بین این 4 گزینه ، در هنگام اندازه گیری روشی را انتخاب کنید که به طور مستقیم و سر راست به جواب برسید.
در واکنش بین روی و اسید هیدروکلریک ، ساده ترین راه ، جمع کردن حباب های هیدروژن و اندازه گیری حجم آن است.
روش های اندازه گیری آهنگ واکنش:
اندازه گیری حجم گاز آزاد شده:
فلش زیر را اجرا کنید و نتیجه گیری خودتان را از آن بیان کنید .
برای اندازه گیری گاز هیدروژن آزاد شده در واکنش بالا از وسایلی که در فلش می بینید ، باید استفاده کنیم. زمانی که حباب های گاز خارج می شوند، سیلندر به سمت بیرون حرکت کرده و محفظه پر از گاز هیدروژن می شود. سپس هر 20 ثانیه، حجم گاز موجود در محفظه را باید اندازه گرفت. زمانی که حرکتی در وضعیت سیلندر مشاهده نشد، یعنی واکنش تمام شده است.
برای یافتن آهنگ واقعی واکنش، نمودار حجم هیدروژن (بر حسب cm3) در واحد زمان (بر حسب ثانیه) در زیر رسم شده است:
توجه:
1) در کل زمان واکنش، آهنگ یک مقدار ثابت نیست؛ بلکه تغییر می کند.
2) واکنش در ابتدا سریع ترین آهنگ را دارد و سپس با گذشت زمان کندتر می شود.
3) در روی نمودار، سریعترین قسمت واکنش با شیب دارترین منحنی نمایش داده می شود.
4) زمانی که واکنش کامل می شود، منحنی به صورت مسطح در می آید. این به دلیل آن است که هر چه زمان می گذرد، حجم گاز هیچ تغییری نمی کند.
اندازه گیری آهنگ اتلاف محصول گازی:
در واکنش بین کربنات کلسیم (تکه های مرمری) و اسید هیدروکلریک می توان از لوازم نشان داده شده در فلش زیر استفاده کرد تا آهنگ واکنش را به دست آورد.
از یک تکه پارچه کتان برای درپوش فلاسک در این آزمایش استفاده شده است تا به گاز دی اکسید کربنی که قرار است در این واکنش تولید شود، اجازه فرار داده شود. تکه های مرمر و اسید در یک فلاسک قرار داده شده اند اما یک تکه ورق بین آن ها قرار داده شده تا با هم واکنش ندهند. این مجموعه روی ترازویی قرار داده شده است تا وزن فلاسک و محتویات داخل آن را بتوان اندازه گرفت.
وقتی گاز از فلاسک فرار می کند، جرم لوازم روی ترازو کاهش پیدا می کند. این کار را در یک بازه زمانی مثلا 30 ثانیه می توان انجام داد.
اتلاف جرم (بر حسب گرم) در این آزمایش در واحد زمان (بر حسب ثانیه) آهنگ واقعی واکنش را به ما خواهد داد:
همانند آزمایش قبلی، شیب دارترین قسمت منحنی در ابتدای آن است؛ از این رو سریع ترین قسمت واکنش در شروع آن است.
رفته رفته شیب منحنی کم تر می شود و در انتهای واکنش، شیب آن مسطح می شود.
