تفاعلات الرتبة الصفرية – zero-order reactions

في هذا الموضوع سيتم مناقشة تفاعلات الرتبة الصفرية (zero-order reactions) حيث تم مناقشة تعريف رتبة التفاعل Order of reaction في الموضوع السابق.

دعونا أولاً نتعرف على بعض المفاهيم الهامة قبل الدخول لشرح موضوع اليوم:

zero-order reactions

معدل سرعة التفاعل الكيميائي Rate of Reaction

تتفاوت التفاعلات في سرعتها فبعضها:

• تفاعلات سريعة : مثل الانفجارات
• تفاعلات متوسطة : مثل احتراق الوقود
• تفاعـلات بطيئة : مثل صدأ الحديد

تعريف معدل سرعة التفاعل

هو معدل التغير في تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن

ν = dC/dt

حيث يمكن قياس معدل سرعة التفاعل الكيميائي من خلال:

• تحديد مقدار الزيادة في تركيز أحد المواد الناتجة في وحدة الزمن. 
• تحديد مقدار الانخفاض في تركيز أحد المواد المتفاعلة في وحدة الزمن.

ملاحظات 

• التغير في كميات المواد المتفاعلة يكون دائماً سالب لأنها تتناقص بمرور الزمن. 
• التغير في كميات المواد الناتجة يكون دائماً سالب لأنها تزداد بمرور الزمن.

قانون معدل سرعة التفاعل

المعادلة الحركية العامة 

نفترض أن تركيز المادة A = تركيز المادة B

zero-order reactions

ومن الصورة السابقة وبما أن معدل سرعة التفاعل يتناسب طردياً مع حاصل ضرب تركيز المتفاعلات فأن:

V = k ( a – x ) ( a – x )

وإذا كان هناك أكثر من مادة متفاعلة فأن القانون يمثل بالعلاقة كما يلي:

 V = k ( a – x )ⁿ           

حيث n تسمى برتبة التفاعل order of reaction 

وبما أن سرعة التفاعل هي معدل تغير تركيز المتفاعلات في وحدة الزمن

v = dx/dt 

ومن هذه المعادلة و المعادلة السابقة يمكننا استنتاج المعادلة الحركية العامة كما يلي:

 dx/dt = k ( a – x )ⁿ   

ويمكن حل تلك المعادلة بإجراء عملية التكامل بعد وضع قيمة (n) 

تفاعلات الرتبة الصفرية zero-order reactions

وهى التفاعلات التي لا تعتمد سرعتها على تركيز المواد المتفاعلة حيث n = 0 وبالتعويض في المعادلة السابقة نحصل على هذه المعادلة كما يلي: 

dx/dt = K 

zero-order reactions

وبإجراء التكامل للمعادلة السابقة نحصل على معادلة الرتبة الصفرية كما يلي:

X = k t

ومن التمثيل البياني للعلاقة بين التركيز والزمن في تفاعلات الرتبة الصفرية نجد ان الميل = k ثابت سرعة التفاعل كما بالصورة:

zero-order reactions

من معادلة الرتبة الصفرية يمكننا استنتاج وحدة قياس ثابت معدل التفاعل K  وتكون: mole/L . t^-1   ( وحدة تركيز / وحدة الزمن )

وكما هو واضح فأن زمن نصف عمر التفاعل يزداد بزيادة التركيز الابتدائي للمادة المتفاعلة ( a )

أمثلة على تفاعلات الرتبة الصفرية

(1) التحلل الضوئي لغاز الكلور Photolysis of Chlorine gas

(2) تفكك غاز أكسيد النيتروز Decomposition of NO₂

zero-order reactions

حيث لا تعتمد سرعة التفكك على ضغط الغاز ( تركيزه) ولكن تعتمد على عوامل أخري مثل وجود العامل الحفاز ( البلاتين ) وعلى درجة الحرارة.

7- مسائل محلولة على رتبة التفاعل Solved Problems On Order reaction