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

قانون معدل سرعة التفاعل

أما أذا كانت تركيزات المتفاعلات غير متساوية فأن معدل سرعة التفاعل تمثل بالعلاقة الآتية: 

تفاعلات الرتبة الصفرية :  zero-order reactions

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

حيث لا تعتمد سرعة التحلل على ضغط الغاز ( تركيزه) ولكن تعتمد على عوامل أخري من كمية الضوء والطول الموجي له وعلى درجة الحرارة.

(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