ساز و کار واکنش های شیمیایی

ساز و کار واکنش های شیمیایی :   

اغلب واکنش ها طی یک سری مراحل موسوم به مکانیسم ( ساز و کار ) واکنش انجام می شوند . کندترین مرحله در ساز و کار واکنش سرعت کل واکنش را تعیین می کند .

بررسی جز به جز مراحل انجام یک واکنش شیمیایی را ساز و کار واکنش (مکانیسم واکنش ) گویند .  یا بررسی مراحل انجام یک واکنش را در سطح مولکولی مکانیسم  آن واکنش گویند .

در کادر زیر مثال هایی از واکنش های بنیادی ( تک مرحله ای ) را ملاحظه می نمایید . برای چنین واکنش هایی براحتی می توان رابطه قانون سرعت را نوشت . و همجنانکه ملاحظه می شود مرتبه واکنش نسبت به هریک از اجزا با ضریب استوکیومتری آن برابر است .  

Molecularity	Elementary step	Rate law
1	A -> products	rate = k [A]
2	A + A -> products A + B -> products	rate = k [A]2 rate = k [A] [B]
3	A + A + A -> products A + 2 B -> products A + B + C -> products	rate = k [A]3 rate = k [A] [B]2 rate = k [A] [B] [C]

برای کسب اطلاعات بیشتر اینجا را کلیک کنید .   

مثال حل شده :  

 برای واکنش تجزیه هیدروژن پراکسید در حضور یون یدید اطلاعات زیر از طریق پنج آزمایش بدست آمده است

2 H2O2(aq)

-->

2 H2O(aq) + O2(g)

		Initial (H2O2) (M)		Initial (I-) (M)		Initial Instantaneous Rate of Reaction (M/s)
آزمایش 1		1.0 x 10-2		2.0 x 10-3		2.3 x 107
آزمایش 2		2.0 x 10-2		2.0 x 10-3		4.6 x 107
آزمایش 3		3.0 x 10-2		2.0 x 10-3		6.9 x 107
آزمایش 4		1.0 x 10-2		4.0 x 10-3		4.6 x 107
آزمایش 5		1.0 x 10-2		6.0 x 10-3		6.9 x 107

رابطه ی قانون سرعت را برای این واکنش نوشته و مرتبه واکنش را نسبت به هریک از اجزا مشخص نمایید ؟   

حل :  

از مقایسه آزمایش های ۱و۲ داریم :  

 

با دو برابر شدن غلظت هیدروژن پراکسید ( آب اکسیژنه ) سرعت واکنش نیز دوبرابر شده پس مرتبه ی واکنش نسبت به آن برابر 1 است .  

از مقایسه آزمایش های ۱و ۳ داریم :  

 

به طور مشابهی با سه برابر شدن غلظت هیدروژن پراکسید ( آب اکسیژنه ) سرعت واکنش نیز سه برابر شده پس مرتبه ی واکنش نسبت به آن برابر 1 است . 

 از طرف دیگر با مقایسه آزمایش های ۱و ۴ داریم : 

 

با دو برابر شدن غلظت یون یدید سرعت واکنش نیز دوبرابر شده پس مرتبه ی واکنش نسبت به آن برابر 1 است .  

و در نتیجه رابطه ی قانون سزعت به صورت زیر خلاصه می شود .

Rate = k[H₂O₂][I^- ]

برای کنترل پاسخ به این لینک مراجعه نمایید .  

مثال :  

اگر در واکنش :  

2 NO₂ + F₂ = 2 NO₂F 

ساز و کار واکنش به صورت زیر باشد :

i. NO₂ + F₂ = NO₂F + F (slow)
ii. NO₂ + F = NO₂F (fast)

رابطه قانون سرعت برای این واکنش جیست ؟  

 توجه : در یک واکنش چند مرحله ای مرحله آهسته یا آهسته ترین مرحله تعیین کننده سرعت کل واکنش است .

کاتالیز گرها و تاثیر آن  بر سرعت واکنش  

کاتالیزگر ماده ای است که سرعت واکنش را زیاد می کند و خود دچار تغییر دائم نمی شود .  

باید توجه داشت که یک کاتالیزگر طوری مکانیسم واکنش را تغییر می دهد که به انرژی فعالسازی کمتری نیاز دارد .   

 

نمودار پیشرفت واکنش با کاتالیزگر و بدون کاتالیزگر

نکته قابل توجه آنست که کاتالیز گر محتوای انرژی واکنش دهنده ها و فراورده ها را تغییر نمی دهد در نتیجه بر مقدار آنتاپی واکنش بی اثر است .  

معمولا یک واکنش با کاتالیزگر و بدون کاتالیزگر فراورده یا فراورده های واحدی را بوچود می آورد .  

همچنانکه ملاحظه می شود ممکن است یک واکنش یک مرحله ای در حضور کاتالیزگر به یک واکنش چند مرحله ای تبدیل گردد .  

انواع واکنش های کاتالیز شده:

واکنش های کاتالیز شده دو نوعند :

1)همگن : که در آن کاتالیزگر و واکنش دهنده ا در یک فاز هستند . مانند واکنش تجزیه هیدروژن پراکسید در حضور یون های آهن (اا)

مثال دیگر از این نوع واکنش ها تخریب اوزون در استراتوسفر در حضور اتم های کلر است .

ناهمگن : که در آن کاتالیزگر و واکنش دهنده ها در یک فاز نیستند . مانند واکنش تجزیه هیدروژن پراکسید در حضور منگنز دی اکسید

مثال دیگر برای واکنش های کاتالیز شده ی ناهمگن تجزیه ی دی نیتروِژن اکسید در سطح طلا است .  

2N₂O_(g)   -^Au-->2 N_2(g) + O_2(g)

واکنش هیدروژن دار شدن اتن در سطح نیکل نیز نمونه ای دیکر از واکنش های کاتالیز شده ی ناهمگن می باشد :  

 

همچنانکه ملاحظه می شود این فرایند شامل ۴ مرحله است .  

آنزیم ها نیز نمونه هایی از کاتالیز گرهای طبیعی هستند که موچب افزایش سرعت واکنش های شیمیایی در سامانه های بیولوژیکی می شوند .  

به عنوان مثال :  

ایمیشن زیر نمونه ای از عملکرد یک آنزیم را نمایش می دهد :ببینیم