لكلّ تفاعلٍ كيميائيّ وتيرةُ انتقالٍ تتحوَّلُ فيه الموادّ المتفاعلَةُ إلى نواتج. تتأثّر الوتيرةُ من عوامِلَ كالحرارة، والضّغط، والحجم. سنتعلَّمُ في التّطبيقِ الّذي أمامنا عن وتيرة التّفاعلات، والاتّزان، وطاقة التّفعيل وغيرها. لمشاهدة التّطبيق، اضغطوا اسفل الصُّورة، وافتحوا الملفّ المرتبط (تطبيق جافا).
أُنتجَ هذا التّطبيق الصّغير في إطار مشروع PhET في جامعة كولورادو
لتنزيل هذا التّطبيق وتشغيله في الحاسوب اضغطوا هنا
إن لم تنجحوا في تحميل التّطبيق، اقتنُوا برنامج Javaweb. اضغطوا هنا واعملوا بحسب التّعليمات.
تعالَوْا نتداوَلِ الآنَ، بعضَ المصطلحاتِ الأساسيّة:
التّفاعل الكيميائيّ: التقاءُ جزيئَين يؤدّي إلى إنتاجٍ جزيءٍ ثالثٍ مِن خلالِ بناء أو كسر أربطة كيميائيّة في الجزيئات.
الاتّزانُ الكيميائيّ: حالة تكونُ فيها وتيرة التّفاعل ثابتةً في الاتّجاهَيْنِ، بحيثُ لا يتغيّر تركيزُ الموادّ المتفاعلة والنّواتج خلالَ فترة زمنيّة معيّنة، ما دامتِ الظّروف غير مُتغيّرة. يُعبَّرُعن هذا الاتّزان بواسطةِ قانون لاشاتلييه.
طاقةُ التّفعيل: وتُسمّى طاقةَ التَّنشيط أيضًا، وهي الطّاقة الدُّنيا المطلوبة من أجل إنتاجِ نواتِجَ مِنَ الموادّ المتفاعلة.
حدّ الطّاقة: هي حالةٌ لا يحدثُ فيها التّفاعل الكيميائيّ بشكل تلقائيّ (عَفويّ)، في ظروفٍ ابتدائيّةٍ مُعيّنة، بسببِ عَدَمِ توفُّرِ طاقة كافيةٍ في المنظومة.
تعالَوْا نَبدَإِ اللَّعِبَ الآن. التّطبيقُ مُقسَّمٌ إلى ثلاثة أقسامٍ، يتناوَلُ الأوّل منها اصطدامًا واحِدًا، أَيِ اصطدام جزيئَيْنِ ببعضهما البعضِ في الفراغ، واللّذَيْنِ يحدُثُ بينهما تفاعلٌ كيميائيّ. وفيه تمَّ تطويرُ الطّاقة وعرضُ الفَصْل. يظهَرُ في النّافذة الّتي على اليسار جزيءٌ، وتحته شيءٌ ما يشبِهُ الحُقنة. عند شدّ الحقنة وتحريرها، يخرجُ منها جزيءٌ يصيبُ الجزيءَ الأوّل. حاوِلُوا تحريرَ الجزيء بِقُوى شدٍّ مختلفة (شدّ طويل أو قصير للمكبس) لاعادة اطلاق الجزيئ اضغط اعد تعبئة الرامي. ماذا يحدُثُ للجزيئات؟ انتبهوا لما يحدُثُ في عرض الطّاقة (اضغط إظهار الفصل و إظهارالطاقة) عند شدّ المكبس.
حاوِلُوا الآنَ إيجادَ النُّقطة الّتي يجبُ شدّ المكبس إليها حتّى يحدُثَ التّفاعل. انتبهوا إلى أنّ الخطَّ الأخضر يُمثِّل الطّاقة في المنظومة، بينما تُمثّلُ "التّلّة" حدَّ الطّاقة.
حاوِلُوا الآنَ شدَّ المكبس بشكلٍ خفيف، وعندها ارفعُوا درجةَ الحرارة. ماذا سيحدُثُ ؟ ولماذا بحسبِ رأيكُم؟ ماذا يحدُثُ عندَ استبدالِ الجزيءِ المندفِعِ (مِنَ الجهة اليُسرى)؟ لماذا حسب رأيكُم؟
غيِّروا التّفاعل (مِنَ الجهة اليُمنى) وانتبهوا إلى أنّ عروض الطّاقة مُختلفة. حاولوا أن تَرَوْا إذا ما كانتِ الاستنتاجاتُ الّتي توصلتم إليها في الجزء السّابق تَتَحَقَّقُ في تفاعلات أخرى أيضًا. حَاوِلُوا إطلاق الجزيء في زوايا وبِقُوَى شدٍّ مختلفة أيضًا، وشاهدوا ما سيحدُث.
رأينا حتّى الآنَ، العلاقة بين الطّاقة في المنظومة، وحدّ الطّاقة، وحدوث التّفاعل الكيميائيّ، ونَظرْنا إلى منظومةٍ مع جزيئات سندخُلُ في القسم الثّاني إلى المنظومة مع جزيئاتٍ كثيرةٍ (إضغط تصادمات كثيرة)، وسنرى كيف تؤثّر هذه الحالة على التّفاعل.
بدايةً، اختاروا مِنَ الإمكانيّات رسم – أعمدة" (في الجهة اليُمنى) وبعَرض الطّاقة (إن لم تكُن قد فُتِحَت مِن قَبلُ). اِبدأوا الآن بإدخالِ جزيئاتٍ إلى كِلا المادّتَيْنِ المتفاعلَتَيْنِ. إذا كانَتِ الطّاقة العامّة غيرَ كافيةٍ (وَفقَ الخطّ الأخضر في الرّسم البيانيّ)، ارفَعُوا درجةَ الحرارة في الخليّة بواسطة تغييرِ درجة الحرارة الابتدائيّة، أو درجة الحرارة في الخليّة. انتبهوا إلى أنّ الحركَةَ هنا، وخِلافًا للقِسم السَّابق، لَيسَت مُستقيمةً، إنّما زاوِيّة، لهذا لا يتسبَّبُ كلُّ اصطدام بِحدوث تفاعلٍ كيميائيّ (لماذا؟)
الآنَ، عندما تحدُثُ التّفاعلات الكيميائيّة، كونُوا منتبهينَ إلى رسم الأعمدة البيانيّ في الجهة اليُمنى. اُنظروا إلى أنّ النّواتج تتكوَّنُ وتختفي أيضًا. لماذا يحدثُ ذلك حسب رأيكُم؟ أعيدُوا المنظومة إلى حالةِ الابتداءِ، وأدخلوا نواتجَ إلى الخليّة، وارفعوا درجة الحرارة. ماذا يحدُثُ الآن؟ لماذا حسب رأيكُم؟ كيف يُعبَّرُ عن حدِّ الطّاقة هنا؟ وهنا أيضًا، حاولوا التّلاعبَ بتفاعلاتٍ أخرى، وانظروا كيف يؤثّر كلّ تغيير على حدِّ الطّاقة.
القسم الثالث (إضغط تجارب السرعة) مُشابِهٌ للقسمِ الثّاني بشكلٍ كبيرٍ، باستثناءِ أنّه يُمكنكُم هذه المرّة التّحكّم في كمّيّة الجزيئات الموجودة في الخليّة أيضًا، الأمرُ الّذي يُمكِّنكُم من رؤية كيفيّة تَكَوُّن الاتّزان في التّفاعل.
أشيروا في الإمكانيّات إلى "رسم " وعرض طاقة (إن لم تكُن قد فُتِحَت من قبلُ). حاوِلُوا التّلاعُبَ بالكمّيّات وبالتّفاعلات، وانظُرُوا ما هي المدّة الزّمنيّة المطلوبة حتّى يَصِلَ التّفاعل إلى الاتّزان (لا يوجد تغيير في كمّيّة النّواتج والموادّ المتفاعلة تقريبًا خلال فترةٍ زمنيّة محدَّدة). انتبهوا إلى أنّه في العرض الخطّيّ، عندما تتواجد مادّتان متفاعِلَتَانِ بكمّيّة الجزيئات نفسِها، فإنّ خَطَّيهُما يندمجانِ، ويَبدُوَانِ وكأنهما خطٌّ واحدٌ فقط. يُمكِنُ حلُّ المشكلةِ من خلال إدخال كمّيّات غير متماثلة مِنَ الجزيئات، بطريقةٍ يكونُ فيها هنالكَ فائضٌ مِنَ الموادّ المتفاعلة والنّاتجة.
بعد أن وصلتم إلى الاتّزان، هل يؤثّر تغيير درجة الحرارة على الاتّزان؟ كيفَ ذلك؟ هل تؤثّر إضافة موادّ متفاعلة أو نواتج على الاتّزان؟ كيف ذلك؟ ولماذا حسب رأيكم؟
لَعِبنا في هذا التّطبيق قليلًا مع تفاعلاتٍ كيميائيّة أساسيّة، وتعلمنا بمُساعدتها عن تكوُّن الاتّزان وعن طاقة التّفعيل ووتيرة التّفاعل. أنتُم مَدعُوُّونَ إلى طَرح أسئلة وكتابة تعليقاتٍ عن نتائجَ جديرةٍ بالاهتمام، كُنتُم قد حصلتُم عليها، وكيف تُفسِّرونها.
سؤالٌ للمُداولة العلميّة: عندما نُسرِّع تفاعُلاً خلالَ فترة زمنيّة، نرى أنّه على الرّغمِ مِن أنّ المنظومةَ موجودةٌ، على ما يبدو، في حالة اتزان، لا زالت هناكَ تغيُّراتٌ طفيفةٌ تحدُثُ على النّواتج والموادّ المتفاعلة. لماذا؟