السرعة الحجمية للتفاعل هي معدل تغير تقدم التفاعل مقسومًا على حجم الوسط: r = (1/V)dξ/dt. وحدتها مثلًا مول/لتر/ثانية؛ فهي تتبع التحول الكيميائي لكل وحدة حجم، ولا تقيس حجم سائل يمر في أنبوب. [2]
الخلاصة السريعة
السرعة الحجمية للتفاعل هي معدل تغير تقدم التفاعل مقسومًا على حجم الوسط: r = (1/V)dξ/dt. وحدتها مثلًا مول/لتر/ثانية؛ فهي تتبع التحول الكيميائي لكل وحدة حجم، ولا تقيس حجم سائل يمر في أنبوب. [2]
- لتفاعل محدد دون تراكم معتبر للوسائط أو تكون نواتج جانبية، توحّد معاملات المعادلة سرعات المواد في قيمة واحدة. [1]
- عند ثبات الحجم وللمعادلة 2A → B، تكون r = −½d[A]/dt = d[B]/dt. [4]
- التغير خلال فترة يعطي سرعة متوسطة؛ أما السرعة اللحظية فتُستخرج من ميل المماس عند اللحظة المطلوبة. [3]
- في مثال حجم 2 لتر وتقدم 0.20 مول خلال 20 ثانية، تكون السرعة المتوسطة 0.005 مول/لتر/ثانية. [4]
- إذا تغير الحجم، فقد يتغير التركيز بفعل التمدد أو التخفيف؛ فلا ننسب كل تغيره إلى التفاعل. [1]
لماذا نقسم على حجم الوسط؟
يمثل ξ تقدم التفاعل، ووحدته المول. معدل التحويل dξ/dt وحدته مول/ثانية، ثم تقسيمه على V يصف التحويل لكل وحدة حجم. اختيار اللتر يعطي مول/لتر/ثانية، واختيار المتر المكعب يعطي مول/م³/ثانية؛ يجب توحيد وحدات الحساب. [4]
التدفق الحجمي، بوحدة لتر/ثانية مثلًا، يصف انتقال حجم عبر الزمن. لا يصبح هو سرعة تفاعل لمجرد وجود كلمة حجمي؛ ففي سرعة التفاعل يظهر مقدار المادة أيضًا. [2]
كيف ترتبط السرعة بتركيز كل مادة؟
نفترض تحولًا منفردًا 2A → B في حجم ثابت 2 لتر. إذا انخفض [A] من 0.80 إلى 0.60 مول/لتر خلال 20 ثانية، يكون معدل اختفائه المتوسط 0.010 مول/لتر/ثانية. يقابله ارتفاع [B] من 0.10 إلى 0.20، بمعدل 0.005. [4]
نقسم معدل A على معامله 2؛ فتتفق النتيجة مع معدل B، ومع السرعة الحجمية 0.005. وبالمقادير، ينقص A بمقدار 0.40 مول، فيكون التقدم 0.20 مول؛ ثم 0.20/(2 × 20) = 0.005. المثال مفترض لتفسير الحساب. [4]
المساواة تعتمد على المعادلة المحددة والحجم الثابت وشروط ربط تغير المواد بتقدم واحد. عند تراكم وسائط أو وجود مسارات جانبية، قد يلزم ذكر سرعة ظهور أو اختفاء مادة بعينها بدل فرض قيمة موحدة. [1]
كيف نميز المتوسط من اللحظي؟
على منحنى ξ مقابل الزمن، ميل الخط الواصل بين قياسين يعطي تغير التقدم خلال الفترة. أما المماس فيعطي الميل عند نقطة واحدة؛ وفي الحالتين نقسم على حجم الوسط المناسب. ارتفاع المنحنى ليس هو السرعة. [2]
قد يرتفع تقدم التفاعل بينما يتناقص ميل منحناه؛ فالتحول يستمر ولكن بوتيرة أبطأ في تلك المنطقة. قراءة المحور الرأسي وحده تجيب عن مقدار التقدم، ولا تجيب عن سرعة حدوثه. [2]
ربط مشتقة التركيز بسرعة التفاعل يفترض ثبات الحجم؛ فتغير حجم الوسط قد يغير التركيز دون استهلاك كيميائي. [1]
للقراءة المتصلة بهذا الموضوع: استخدامات الكيمياء الفيزيائية: من سرعة التفاعل إلى البطاريات.
المصادر ومتابعة القراءة
- IUPAC: تعريف سرعة التفاعل ومعدل التحويل وشروط المساواة (يفتح في نافذة جديدة)goldbook.iupac.org
- El Fakir و Bouaddi: التتبع الزمني والسرعة الحجمية، الصفحة 3 (يفتح في نافذة جديدة)alloschool.com
- OpenStax: ربط سرعات المواد بمعاملات المعادلة (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- Howard DeVoe: تقدم التفاعل وتغير مقادير المواد (يفتح في نافذة جديدة)chem.libretexts.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.