العلوم

العوامل المساعدة والمحفزات في التفاعلات الكيميائية

المحفزات (Catalysis) في علم الكيمياء، هي عبارة عن مواد تتم إضافتها لتعديل معدل التفاعل الكيميائي، حيث أنها تقوم بزيادة سرعة التفاعل عن طريق تقليل طاقة التنشيط، وذلك يتم عن طريق إضافة مادة لا يتم استهلاكها أثناء التفاعل، والتي تعرف بالمحفز أو العامل المساعد.

 

مقدمة في العوامل المساعدة:

 

  • معدلات التفاعلات الكيميائية، أي ما يعرف بالسرعات التي تحدث بها التفاعلات الكيميائية، تعتمد على عدد من العوامل، بما في ذلك الطبيعة الكيميائية للأنواع المتفاعلة والظروف الخارجية التي تتعرض لها.

 

  • هناك ظاهرة معينة ترتبط بمعدلات التفاعلات الكيميائية، وهي ذات أهمية نظرية وعملية كبيرة وهي التحفيز باستخدام المحفزات الكيميائية، وهي عبارة عن عملية تسريع للتفاعلات الكيميائية بواسطة المواد التي لا يتم استهلاكها في التفاعلات نفسها والمعروفة باسم المواد المساعدة.

 

  • أما بالنسبة لدراسة التحفيز فإنها تعد موضع اهتمام من الناحية النظرية؛ وذلك بسبب ما يقوم بكشفه عن الطبيعة الأساسية لما يعرف بالتفاعلات الكيميائية، وأما من الناحية العملية فإن دراسة عملية التحفيز تعد عملية مهمة؛ وذلك لأن العديد من العمليات الصناعية تعتمد على المحفزات لنجاحها وحدوثها بشكل سريع، حيث أنه وبشكل أساسي، فإن ظاهرة الحياة الغريبة لن تكون ممكنة بدون المحفزات البيولوجية المسماة بالإنزيمات.

 

  • في تفاعلات التحفيز، يدخل المحفز عمومًا في ما يعرف بتوليفة كيميائية مع المواد المتفاعلة، ولكن لا يستهلك أثناء التفاعل، وبالتالي تظل كمية المحفز دون تغيير؛ نظرًا لعدم استهلاكه.

 

  • والآن من المهم معرفة أنه قد يؤدي كل جزيء من جزيئات المحفز إلى القيام بتحويل العديد من جزيئات المواد المتفاعلة (reactants)، حيث أنه بالنسبة للمحفزات النشطة، فإنه قد يصل عدد الجزيئات المحولة في الدقيقة بواسطة جزيء واحد من المحفز إلى عدة ملايين.

 

  • عندما يكون هناك مادة معينة أو مجموعة معينة من المواد خاضعة لتفاعلين متزامنين أو أكثر من ذلك ينتج عنه عدة نواتج (products) مختلفة، فقد يتأثر توزيع المنتجات باستخدام محفز ما، يقوم بالعمل بشكل انتقائي على تسريع تفاعل واحد بالنسبة للآخر، وذلك يتم عن طريق اختيار المحفز المناسب، حيث أنه يمكن إجراء تفاعل معين ليظهر إلى حد استبعاد آخر عمليًا، تعتمد العديد من التطبيقات المهمة للتحفيز الكيميائي على انتقائية من هذا النوع.

 

  • والآن ونظرا لأن التفاعل الكيميائي العكسي (reverse chemical reaction) قد يقوم بالاستمرار عن طريق القيام بعكس الخطوات التي تقوم بتشكل آلية التفاعل الأمامي، حيث أن العامل المحفز لتفاعل ما يقوم بعملية تسريع للتفاعل الكيميائي في كلا الاتجاهين بالتساوي؛ ولهذا السبب فإنه لا يقوم بالتأثير على موضع توازن تفاعل كيميائي، وإنما يؤثر فقط على سرعة تحقيق أو الوصول للتوازن الكيميائي ( equilibrium of a chemical reaction).

 

  • كما أن الاستثناءات والتي تظهر للتعميم الذي تم ذكره بالسابق هي عبارة عن التفاعلات الكيمائية التي يكون فيها أحد النواتج عبارة عن محفز كيميائي للتفاعل، حيث نطلق على هذا النوع من  التفاعلات بالتحفيز الذاتي.

 

ما هي المثبطات (inhibitor)؟

 

  • هناك بعض الحالات التي تؤدي فيها عملية إضافة مادة غريبة تسمى المانع أو المثبط (inhibitor)، إلى تقليل سرعة أو معدل التفاعل الكيميائي.

 

  • هذه الظاهرة أو الحالة، التي يطلق عليها مفهوم المثبطات، تسمى أحيانًا بالمحفزات السلبية (negative catalysis)، حيث أنه قد تكون تراكيز المثبطات في بعض الحالات أقل بكثير من تلك الخاصة بالمتفاعلات.

 

  • قد ينتج عن استخدام المثبطات ما يلي: أولا انخفاض في تركيز أحد المواد المتفاعلة؛ وذلك بسبب التكوين أو التركيب المعقد بين المادة المتفاعلة والمثبط، ثانيا فإنه يحدث انخفاض في تركيز المحفز النشط (poisoning) بسبب تكوين معقد بين المحفز والمثبط أيضا، أو فإنه يتم إنهاء تفاعل متسلسل بسبب تدمير حاملات السلسلة بواسطة المثبطات.

 

تصنيف المحفزات أو العوامل المساعدة:

 

يمكن أن يتم تصنيف المحفزات بشكل عام تبعا إما لحالتها الفيزيائية أو لطبيعتها الكيميائية أو حتى طبيعة التفاعلات التي تقوم بتحفيزها، حيث أنه قد تكون المحفزات عبارة عن غازات أو سوائل أو مواد صلبة.

 

حيث أنه في التحفيز المتجانس (homogeneous catalysis) يتم تشتيت المحفز جزيئيًا في نفس الحالة الفيزيائية حيث أنها عادة ما تكون غازية أو سائلة مثل المواد المتفاعلة، إما في حالة التحفيز غير المتجانس (heterogeneous catalysis)، تكون المواد المتفاعلة والمحفز في حالات فيزيائية مختلفة عن بعضها البعض، حيث تكون مفصولة بطور (phase boundary)، المحفزات غير المتجانسة غالبا هي عبارة عن مواد صلبة، أما المواد المتفاعلة تكون عبارة إما عن غازات أو سوائل.

المصدر

. INORGANIC CHEMISTRYCATHERINE E. HOUSECROFT AND ALAN G. SHARPE, FOURTH EDITIONInorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity Subsequent Edition by James E. Huheey (Author), Ellen A. Keiter (Author), Richard L. Keiter (Author). ‘Inorganic Chemistry’ by Catherine .E. Housecroft and Alan.G. Sharpe Pearson, 5th ed. 2018‘Basic Inorganic Chemistry’ ‘Inorganic Chemistry’, by Miessler, Fischer, and Tarr, 5th Edition, Pearson, 2014.

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى