واکنش های شیمیایی می تواند سریع یا آهسته باشد – فقط به تفاوت بین دینامیت در حال انفجار و دروازه آهنی زنگ زده فکر کنید. تفاوت اصلی چیست؟ سرعت تغییرات شیمیایی یکی در کسری از ثانیه اتفاق می افتد در حالی که دیگری ممکن است چندین دهه طول بکشد تا به طور کامل تکمیل شود.

تفاوت اصلی دیگر میزان واکنش شیمیایی است، به این معنی که چه مقدار از واکنش دهنده برای تشکیل محصول نهایی مصرف می شود. برای خلاصه‌ای از شیمی GCSE در مورد سرعت واکنش، مکانیسم‌های پشت آن‌ها و نحوه عملکرد واکنش‌های برگشت‌پذیر به خواندن ادامه دهید.

نرخ های واکنش

در شیمی، سرعت واکنش به زمان لازم برای تکمیل یک واکنش شیمیایی با توجه به نسبتی از واکنش دهنده ها در شرایط خاص اشاره دارد. با تغییر در غلظت یک ماده در طول تغییر زمان تعریف می شود، همانطور که با فرمول زیر بیان می شود:

وسعت یک واکنش به تکمیل واکنش اشاره دارد، یعنی زمانی که یک تعادل شیمیایی یا تعادل حاصل شده است. معمولاً هنگامی که این اتفاق می افتد، یکی از واکنش دهنده ها به طور کامل مصرف می شود تا محصول نهایی واکنش تشکیل شود. به عنوان مثال، اگر شما کبریت روشن کنشعله به سوختن ادامه می دهد تا زمانی که کبریت را کاملاً مصرف کند و آن را به کربن و بخار آب تبدیل کند.

عوامل متعددی بر سرعت و وسعت واکنش های شیمیایی تأثیر می گذارد. سینتیک شیمیایی مطالعه سرعت و میزان واکنش های شیمیایی در شرایط مختلف است. همچنین به مکانیسم‌هایی که در پس واکنش‌های شیمیایی رخ می‌دهند، می‌پردازد، مانند:

• غلظت یا نسبت واکنش دهنده: واکنش دهنده هایی که غلیظ هستند یا نسبت بیشتری دارند معمولاً سریعتر از واکنش دهنده هایی با غلظت کمتر واکنش نشان می دهند. دلیل اصلی این امر، احتمال بیشتر برخورد مولکول ها به یکدیگر است، مانند یک مغازه شلوغ که همه افراد در آن جا به جا می شوند.

• درجه حرارت بالا: دما با سرعت یک واکنش شیمیایی نسبت مستقیم دارد. با افزایش دما، مولکول ها سریعتر حرکت می کنند، به این معنی که احتمال برخورد مولکول های واکنش دهنده ها به یکدیگر بیشتر است. در عین حال، برخی از مولکول ها به راحتی پیوندهای خود را در دماهای بالاتر می شکنند.

• وضعیت فیزیکی واکنش دهنده ها: مساحت سطح واکنش دهنده های جامد برای سرعت واکنش بسیار مهم است. به عنوان مثال، خاک اره به طور بالقوه قابل اشتعال تر از الوار است، زیرا الوار سطح بیشتری دارد.

• وجود کاتالیزور یا بازدارنده: در حالی که یک کاتالیزور در یک واکنش شیمیایی شرکت نمی کند، باعث می شود واکنش سریعتر رخ دهد. به عنوان مثال، یدید پتاسیم و اکسید منگنز (IV) معمولاً به عنوان کاتالیزور در تجزیه پراکسید هیدروژن استفاده می‌شوند. آزمایش خمیر دندان فیل. به طور طبیعی، پراکسید هیدروژن بسیار کند تجزیه می شود، اما در حضور این کاتالیزورها، تجزیه آن به سرعت افزایش می یابد. در همین حال، مهار کننده ها کاهش سرعت واکنش های شیمیایی یا جلوگیری از وقوع آنها. به عنوان مثال، آنزیم ها را می توان از اتصال آنزیم ها به سوبستراها در حضور مهارکننده ها جلوگیری کرد.

• وجود نور: رایج‌ترین نمونه واکنش شیمیایی که با حضور نور ایجاد می‌شود، حک کردن یک تصویر بر روی یک فیلم عکاسی است که حاوی هالید نقره است. شدت و طول موج نور نیز در واکنش تأثیر دارد. طول موج های پرانرژی، مانند اشعه ماوراء بنفش، اثرات قوی تری دارند، از جمله در مورد سنتز ویتامین D در پوست از کلسترول.

واکنش های برگشت پذیر

یک واکنش برگشت پذیر دقیقاً همان چیزی است که به نظر می رسد: واکنشی که می تواند به واکنش دهنده های اصلی خود برگردانده شود. اما تا سال 1803 بود که دانشمندان حتی متوجه شدند که واکنش های شیمیایی می توانند معکوس شوند. ما کلود لوئی برتوله، شیمیدان فرانسوی را داریم که باید از مفهوم آن تشکر کنیم واکنش های شیمیایی برگشت پذیر.

برتوله می دانست که واکنش بین کربنات سدیم و کلرید کلسیم باعث تولید کربنات کلسیم و کلرید سدیم می شود. با این حال، او همچنین در لبه یک دریاچه نمک مشاهده کرد که نمک های موجود در آب در حال تبخیر با کربنات کلسیم واکنش داده و کربنات سدیم تشکیل می دهند. این نشانه ای از امکان واکنش های شیمیایی معکوس بود.

معادلات شیمیایی متعادل زیر آنچه را که برتوله در دریاچه نمک مشاهده کرد، نشان می دهد:

(1) 2NaCl + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaCl₂

(2) Na₂CO₃ + CaCl₂→ 2NaCl + CaCO₃

در یک سیستم بسته، تعادل شیمیایی زمانی حاصل می شود که مقادیر مساوی از واکنش دهنده ها و محصولات وجود داشته باشد. در غیر این صورت، این یک حلقه بی نهایت خواهد بود، که غیرممکن است زیرا به ناچار مقداری انرژی از بین می رود. تنها در این صورت است که تعادل شیمیایی واقعی حاصل می شود. این در یک واکنش شیمیایی غیرقابل برگشت امکان پذیر نیست: از آنجایی که واکنش فقط در یک جهت رخ می دهد، محصولات و واکنش دهنده ها نمی توانند از نظر مقدار کاملاً برابر باشند.

از نظر فنی، همه واکنش های شیمیایی را می توان معکوس کرد، اما به مقدار غیرعملی انرژی نیاز دارد. به عنوان مثال، سدیم و کلر به راحتی با یکدیگر واکنش می دهند، اما محصول حاصل، کلرید سدیم، معروف به نمک خوراکی، بسیار پایدار است. این بدان معنی است که کلرید سدیم را نمی توان به راحتی به عناصر تشکیل دهنده آن، سدیم و کلر، بدون استفاده از انرژی، مانند گرما یا الکتریسیته، تقسیم کرد. حتی اگر واکنش معکوس حاصل شود، عناصر یک بار دیگر واکنش نشان می‌دهند تا تبدیل به نمک شوند زیرا در حالت پایدار نیستند.

بسیاری قابل برگشت هستند واکنش های شیمیایی واکنش‌های تجزیه-ترکیب، مانند تجزیه کلرید آمونیوم جامد به آمونیاک و کلرید هیدروژن هنگام گرم شدن هستند. هنگامی که دو محصول گازی سرد می شوند، ترکیب می شوند و کلرید آمونیوم جامد را تشکیل می دهند. بنابراین، در یک سیستم بسته، تعادل شیمیایی را می توان به صورت زیر نوشت:

NH₄Cl(س) ⇌ NH₃(g) + HCl(g)

در پنج نوع واکنش شیمیایی، چند نمونه از واکنش های برگشت پذیر وجود دارد. با این حال، بسیاری از آنها برگشت ناپذیر هستند. به عنوان مثال، در مورد واکنش‌های تک جایگزینی فلزات، همیشه فلزات واکنش‌پذیرتر جایگزین فلزات کمتر واکنش‌پذیر می‌شوند، مانند این که در این واکنش شیمیایی نشان داده شده است:

Mg (س) + مس (NO₃)₂ (ق) → Mg(NO₃)₂ (ق) + مس (س)

همانطور که در مثال بالا می بینید، مس در محلول آبی نیترات مس (II) با منیزیم جایگزین می شود تا نیترات منیزیم و مس جامد تولید شود. معکوس بدون استفاده از فرآیندهای پیچیده شامل انرژی بالا امکان پذیر نیست. اگر به جدول تناوبی عناصر مراجعه کنید، می توانید پیش بینی کنید که کدام فلزات را می توان به راحتی با فلزات دیگر در یک واکنش شیمیایی بر اساس پیکربندی الکترونی آنها جایگزین کرد.

هنگامی که در حال تجدید نظر در شیمی GCSE در موضوع سرعت و میزان واکنش های شیمیایی هستید، مراجعه به جدول تناوبی. وقتی به این موضوع نگاه می‌کنید، واکنش‌های شیمیایی معمولاً قابل پیش‌بینی هستند و به شما این امکان را می‌دهند که حدس بزنید که آیا یک واکنش به راحتی قابل برگشت است یا خیر.

بازنگری بیشتر:

GCSE: میزان و وسعت واکنش های شیمیایی

GCSE: واکنش های شیمیایی برگشت پذیر

برای کمک و پشتیبانی بیشتر در مورد بازنگری در شیمی GCSE، سری بازبینی ما را بخوانید: