سینتیک شیمیایی و دنیای واکنش ها🧪نویسنده:جمال عبدالله زاده🧪

نویسنده: جمال عبدالله زاده دانشجوی شیمی محض🧪عاشق محاسبات شیمی،تاریخ شیمی و  دنیای شیمی فیزیک به خصوص شیمی کوانتوم🧪

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چرا بعضی از واکنش های شیمیایی خیلی سریع رخ می دهند و بعضی هم بسیار کند هستند؟ به نظر شما واکنش های شیمیایی چرا و چگونه رخ می دهند و دلیل این تفاوت ها و رنگارنگی ها چیست؟ در علم شیمی برای مطالعه و بررسی واکنش های شیمیایی از مفهوم سرعت واکنش های شیمیایی کمک می گیرند و این سوالات و کنجکاوی ها همگی مربوط به گرایش سینتیک شیمیایی می باشند.سینتیک شیمیایی شاخه ای از علم شیمی باشد که به صورت تخصصی به سرعت انجام واکنش های شیمیایی و مراحل و جزئیات آنها می پردازد.خلاصه کلام سینتیک شیمیایی چرایی و چگونگی واکنش های شیمیایی را در قالب و چارچوب ریاضی و با استفاده از داده های تجربی بررسی کرده و برای هر واکنش شیمیایی الگوی کلی تغییر غلظت و شیوه تغییر سرعت واکنش را پیدا می کند.در واکنش های شیمیایی همواره واکنش دهنده ها با نرخ و سرعت مشخصی مصرف می شوند و فراورده ها نیز با نرخ مشخصی تولید می شوند.نرخ مصرف واکنش دهنده ها و نرخ تولید فراورده ها باهم مرتبط می باشد و معادلات مربوط به آنها از طریق ضرایب استوکیومتری به هم وصل می باشد.علت این موضوع این است که در واکنش های شیمیایی تولید فراورده بدون مصرف واکنش دهنده رخ نمی دهد و این دو مورد هم زمان و در کنارهم رخ می دهند منتها تغییر مول ها یا تغییر غلظت هر کدام از مواد با توجه به ضرایب استوکیومتری آنها رخ می دهد.به عنوان مثال ماده ای که ضریب استوکیومتری آن ۴ می باشد نسبت به ماده ای که ضریب استوکیومتری آن۲ می باشد دو برابر بیشتر تغییر می کند و سرعت یا نرخ تغییر آن ماده دو برابر می باشد چون ضریب استوکیومتری آن دوبرابر می باشد.نکته مهم دیگر در سینتیک شیمیایی مفهوم مرتبه واکنش های شیمیایی می باشد.مرتبه واکنش به زبان ساده به این معنا می باشد که اگر غلظت یک ماده را چند برابر کنیم سرعت واکنش شیمیایی چند برابر می شود.به عبارت دیگر مرتبه واکنش شیمیایی ارتباط بین تغییر غلظت ماده و تغییر سرعت واکنش شیمیایی را به صورت یک عدد مطرح می کند.اگر مرتبه واکنش زیاد باشد به این معنا می باشد که به ازای تغییر غلظت بسیار ناچیز سرعت واکنش به شدت تغییر می کند و واکنش از لحاظ تابعیت غلظتی بسیار حساس و شکننده می باشد ولی اگر مرتبه واکنش کم باشد به این معناست که تغییر غلظت ماده کمتر بر سرعت واکنش تاثیر می گذارد. شیمیدان ها بر اساس این مفهوم واکنش های شیمیایی را تحت عنوان مرتبه اول،مرتبه دوم،مرتبه سوم و مرتبه nام و...طبقه بندی می کنند.برای به دست آوردن مرتبه واکنش های شیمیایی تغییر غلظت مواد و تغییر سرعت واکنش را به دقت در دو حالت مختلف مقایسه و تحلیل کنیم و از روی تفاوت بین دو حالت اولیه و ثانویه مرتبه واکنش را محاسبه کنیم.علاوه بر این در سینتیک شیمیایی به هر واکنش یک ثابت تجربی تحت عنوان "ثابت سرعت واکنش" با نمادk نسبت می دهند و کند یا سریع بودن واکنش های شیمیایی را با محاسبه k مشخص می کنند.واکنشی که ثابت سرعت آن خیلی زیاد باشد بسیار سریع رخ می دهد و برعکس واکنشی که ثابت سرعت آن بسیار کم باشد بسیار به کندی رخ می دهد و سرعت آن به شدت پایین است.شیمیدان ها برای مطالعه چگونگی انجام واکنش شیمیایی آن را به ریزمرحله های سازنده خود تفکیک می کنند و به هر ریزمرحله یک ثابت سرعت نسبت میدهند و بر اساس مقدار k مراحل مختلف و جزئیات مکانیسم واکنش های شیمیایی از هم متمایز می شوند و آنها را تشخیص می دهند.گاهی وقت ها تعداد مراحل خیلی زیاد می شود و بنابراین محاسبات طولانی تر می شود.در این مواقع شیمیدان ها از نرم افزارهای پیشرفته محاسبات شیمی مثلChemRate استفاده می کنند و با استفاده از جبر ماتریسی تمام kها را به صورت درایه های ماتریس بازنویسی و مرتب می کنند.البته نکته جالب و مهم این است که واکنش های شیمیایی با تمام پیچیدگی ها و رنگارنگی ها و تفاوت هایی که دارند در یک چیز مشترک هستند.از لحاظ تئوری و به صورت کلی ثابت سرعت واکنش های شیمیایی همواره با انرژی فعال سازی واکنش و دما ارتباط دارد و تابع معادله آرنیوس می باشد.پس در حالت کلی در مورد ثابت سرعت واکنش های شیمیایی معادله آرنیوس به صورت زیر می باشد: k=A exp(E/RT) معنای این معادله این است که در واکنش های شیمیایی طبق نمودار پیشرفت_واکنش همواره باید حداقل انرژی برای واکنش دهنده تامین شود تا به قله نمودار برسد و واکنش شروع شود.این حداقل انرژی موردنیاز همان انرژی فعال سازی واکنش می باشد.

✍️دوستان عزیز می توانید ما را در کانال تلگرام اندیشه ورزی و فلسفه شیمی جمال به نشانی t.me/JimiChem دنبال کنید؛ ایستگاه اندیشه ورزی و فلسفه شیمی جمال رسانه ای جالب و جذاب برای علاقه مندان و عاشقان علم شیمی است به ویژه آنان که همواره به معنا و ماهیت و فلسفه شیمی می اندیشند و از آن لذت می برند ✍️