ساز و کار واکنش های شیمیایی

یکی از اهداف سینتیک شیمیایی آشنایی با چگونگی انجام واکنش در سطح ذره ای است، به همین دلیل بخشی به نام ساز و کار واکنش مطرح می شود. در این مطلب قصد داریم به بررسی انواع واکنش ها با توجه به ساز و کار آنها بپردازیم و نکاتی را که لازم است در این زمینه در سطح کتاب پیش دانشگاهی و کنکور بدانید ذکر می کنیم.

تعریف ساز و کار واکنش: بررسی جزء به جزء مراحل انجام یک واکنش یا بررسی فرایند انجام شده در مقیاس میکروسکوپی را ساز و کار واکنش می نامند.

در مطالعه در مورد ساز و کار واکنش های شیمیایی، واکنش ها به دو دسته تقسیم می شوند:

واکنش های یک مرحله ای یا بنیادی: منظور واکنشی است که در یک مرحله از برخورد مستقیم واکنش دهنده ها، فراورده ها بدست آیند.

   واکنش های چند مرحله ای: واکنشی است که در چند مرحله انجام می گیرد و خود حاصل جمع چند واکنش بنیادی است. اغلب واکنش های شیمیایی، چند مرحله ای هستند.

نکته: اگر در یک واکنش مجموع ضرایب استوکیومتری واکنش دهنده ها برابر 3 یا کوچکتر از 3 باشد، یک یا چند مرحله ای بودن واکنش قابل پیش گویی نیست و فقط به صورت تجربی مشخص می شود. اما اگر مجموع ضرایب استوکیومتری واکنش دهنده ها برابر 4 یا بزرگتر از 4 باشد آن واکنش نمی تواند یک مرحله ای باشد و قطعا چند مرحله ای است.

می پرسید چرا؟

در تعریف واکنش های یک مرحله ای گفتیم از برخورد مستقیم واکنش دهنده ها، فراورده ها بدست می آیند. بنابراین اگر ادعا کنیم واکنش فرضی A_(g)+ 3B_(g)→  2C_(g)+ D_(g)  یک واکنش یک مرحله ای است و از برخورد مستقیم واکنش دهنده ها ناشی شده باید 3 مولکول فرضی B ، دقیقا در یک لحظه و با جهت گیری خاص، به یک مولکول فرضی A برخورد کنند که احتمال وقوع چنین برخوردی به طور تصادفی بسیار کم است در نتیجه چنین برخوردی نمی تواند ساز و کار قابل قبول برای این واکنش باشد.

نکته: در یک واکنش چند مرحله ای، آهسته ترین مرحله تعیین کننده سرعت واکنش است. به عبارت دیگر در یک واکنش چند مرحله ای، سرعت واکنش از روی سرعت مرحله ای تعیین می شود که بیش ترین انرژی فعال سازی را دارد.

تذکر: به تعداد مراحل واکنش، پیچیده فعال تشکیل می شود و در نمودار به همان تعداد قله وجود دارد. در نمودارهای دوقله ای در دره، فراورده های مرحله اول و واکنش دهنده های مرحله دوم حضور دارند که ترکیب واسطه نیز یکی از آنهاست.

تعریف ذره حد واسط یا ترکیب واسطه: ماده ای است که طی یک واکنش چند مرحله ای، ابتدا تولید و سپس مصرف می شود.

انرژی فعال سازی واکنش کلی در نمودارهای چند قله ای:

در این نمودارها، انرژی فعال سازی (E_a)  واکنش کلی برابر اختلاف سطح انرژی واکنش دهنده با بالاترین نقطه منحنی است. همچنین انرژی فعال سازی واکنش کلی در جهت برگشت (E'_a)  برابر اختلاف سطح انرژی فراورده ها با بالاترین نقطه منحنی است.

تمرین: با توجه به نمودار به سوالات زیر پاسخ دهید.

1. واکنش مربوط به این نمودار چند مرحله دارد؟ چرا؟ دو مرحله. زیرا دو قله و در نتیجه دو پیچیده فعال دارد.
2. کدام مرحله کندتر است؟ چرا؟ مرحله اول. چون انرژی فعال سازی بیشتری دارد.
3. کدام مرحله نقش مهم تری در تعیین سرعت واکنش کلی دارد؟ چرا؟ مرحله اول. زیرا انرژی فعال سازی بیشتر و در نتیجه سرعت کمتری دارد.
4. انرژی فعال سازی این واکنش چند کیلوژول است؟ 160KJ. انرژی فعال سازی واکنش کلی برابر اختلاف سطح انرژی واکنش دهنده ها با بالاترین نقطه نمودار است .

مرکز یادگیری سایت تبیان- تهیه : مهسا شاه حسینی