ملخص الدرس / الثالثة ثانوي/فيزياء/الفصل الأول/المتابعة الزمنية لتحول كيميائي

الملخص

المدة المستغرقة في تحول كيميائي

1- التحولات السريعة :

* التجربة : نسكب تدريجيا محلولا من برمنغنات البوتاسيوم $(K^++Mno^-_{4(aq)})$ على محلول كبريتات الحديد $(Fe^{2+}+So_{4(aq)}^{2-})$ المحمض.

* نلاحظ زوال اللون البنفسجي لمحلول البرمنغنات لحظة مزج المحلولين مباشرة . و هذا بحدوث تفاعل بين الشوارد $(Mno_4^-)$ ( البنفسجية ) ,و الشوارد $(Fe^{2+})$ حسب المعادلات التالية :

$Mno^-_{4(aq)}+8H^+_{(aq)}+5e^-=Mn^{2+}_{(aq)}+4H_2O_{(l)}~~~~~:~~~~~Mno^-_{4{(aq)}}/Mn^{2+}_(aq) \\\\ ~~~~ Fe^{2+}_{(aq)}=Fe^{3+}_{(aq)}+e^-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~:~~~~Fe^{3+}_{(aq)}/Fe^{2+}_{(aq)}$

$Mno^-_{4(aq)}+5Fe^{2+}_{(aq)}+8H^+_{(aq)}=Mn^{2+}_{(aq)}+5Fe^{3+}_{(aq)}+4H_2O_{(l)}$

** يعتبر التحول الكيميائي سريعا إذا بلغ نهايته مباشرة بعد تلامس المتفاعلات .

2- التحولات البطيئة :

* التجربة : نمزج $100 ml$ من محلول يود البوتاسيوم $(K^+_{(aq)}+I^-_{(aq)})$ تركيزه $C_1=0,40mol/L^{-1}$ مع $100ml$ من محلول بيروكسوديكبريتات البوتاسيوم $(2K_{(aq)}^++S_2O^2_{8(aq)})$ تركيزه $C_2=0,036mol/L^{-1}$

** بعد الرج نااتحظ تدريجيا تزايد شدة اللون الأسمر الراجع لجزيئات $(I_{2(aq)})$ و هذا راجع لحدوث تفاعل المنمذج بالنعادلات التالية :

$2I^-_{(aq)}=I_{2(aq)}+2e^{-}~~~~~~~~~~~~~~:~~~~~~~~~I_{2(aq)}/I^{-}_{(aq)}\\\\ ~~~~~~~S_2O^{2-}_{8(aq)}+2e^{-}=2SO^{2-}_{4(aq)}~~~~:~~S_2O^{2-}_{8(aq)}/SO_{4(aq)}^{2-}$

$2I^{-}_{(aq)}+S_2O^{2-}_{8(aq)}=I_{2(aq)}+2SO^{2-}_{4(aq)}$

** يكون التحول الكيميائي بطيئا إذا استغرق عدة ثواني , دقائق أو ساعات .

3- التحولات البطيئة جدا :

** التجربة : نذيب بضع بلورات من برمنغنات البوتاسيوم في الماء المقطر ثم نضع المحلول في قارورة .

** بعد عدة أيام نلاحظ أن اللون البنفسجي للمحلول يبقى مستقرا .

** بعد عدة أشهر نلاحظ تشكل راسب على جدران القارورة :

** يكون التحول الكيميائي بطيئا جدا إذا كانت نتائجه لا تلاحظ إلا بعد عدة أيام أو أشهر .

المتابعة الزمنية لتحول كيميائي

1- عن طريق قياس الناقلية :

**التجربة : نمزج $150 ml$ من الماء مع $50 ml$ من الإيناثول و نضيف إليه $1ml$ من $2$ كلور $2$ ميثيل بروبان $C_4H_9Cl_{(l)}$ و نسجل قيمة الناقلية النوعية بالنسبة للزمن $\sigma=f(t)$ بحيث $\rho _{RCL}=0,85g / ml$ فنحصل على النتائج التالية :

$2000$	$1800$	$1600$	$1400$	$1200$	$1000$	$800$	$600$	$400$	$200$	$0$	$t(s)$
$1,955$	$1,955$	$1,905$	$1,856$	$1,759$	$1,661$	$1,466$	$1,270$	$0,977$	$0,489$	$0$	$\sigma (S.m^{-1)})$

المحلول يحتوي فقط على شاردتي $Cl^-$ و $H_3O^+$ حسب المعادلة :

$C_4H_9Cl_{(l)}+2H_2O_{(l)}\rightarrow C_4H_9OH_{(l)}+H_3O^+_{(aq)}$

و منه يكون $\sigma (t)=\lambda _{H_3O^+}[H_3O^+]+\lambda_{Cl^-}[Cl^-]........(1)$

** جدول تقدم التفاعل :

المعادلة الكيميائية	$C_4H_9Cl_{(l)}~~~~+2H_2O_{(l)}~~~~\rightarrow ~~~~C_4H_9OH_{(l)}~~~~+H_3O^+~~~~~~+Cl^-_{(aq)$
الحالة الإبتدائية	$n_0$ بزيادة $0$ $0$ $0$
الحالة الإنتقالية	$n_0-x(t)$ بزيادة $x(t)$ $x(t)$ $x(t)$
الحالة النهائية	$n_0-x_{max}$ بزيادة $x_{max}$ $x_{max}$ $x_{max}$

نجد من الجدول :

$[H_3O^+]=[Cl^-]_t=\frac{x(t)}{V}....................(2)$

نعوض $(2)$ في $(1)$ فنجد : $\sigma(t)=(\lambda _{H_3O^+}+\lambda _{cl^-}).\frac{x(t)}{V}...........(3)$

و عند نهاية التفاعل $\sigma(t_f)=\sigma_{max}=(\lambda _{H_3O^+}+\lambda _{Cl^-}). \frac{x_{max}}{V}..........(4)$

بقسمة $(3)$ على $(4)$ نجد : $x(t)=x_{max}. \frac{\sigma(t)}{\sigma _{max}}$

و لدينا : $x_{max}=n_0=9,2\times 10^{-3}mol\leftarrow n_0=\frac{m_{RCl}}{M}=\frac {\rho_{RCl}V}{M}=\frac{0,85\times 1}{92,5}$

بالإعتماد على الجدول السابق و بأخذ : $\sigma_{max}=1,955S.m^-1$

$2000$	$1800$	$1600$	$1400$	$1200$	$1000$	$800$	$600$	$400$	$200$	$0$	$t(s)$
$9,08$	$9,08$	$8,85$	$8,62$	$8,17$	$7,71$	$6,81$	$5,90$	$4,53$	$2,27$	$0$	$x(mmol)$

فنحصل على النتائج التي تسمح لنا يرسم البيان $x=f(t )$

** و منه قياس النوعية $\sigma (t)$ في أي لحظة لوسط تفاعلي يسمح بالمتابعة المستمرة لتدم التفاعل خلال تطور جملة كيميائية (لاحظ -الوثسقة 1- من الشكل )

2- عن طريق المعايرة:

لاحظ الشكل -الوثيقة 2-

** التجربة : نمزج محلول يود البوتاسيوم ${C_1=5,0\times 10^{-1}mol/L^{-1},V_1=40,0ml }:(K^+_{(aq)}+I^-_{(aq)})$

مع محلول بيروكسوكبريتات البوتاسيوم في لحظة ${C_2=1,0\times 10^{-1}mol.l^-1,V_2=10,0ml}:(2K^+_{(aq)}+S_2O_{8(aq)}^{2-})$

في لحظة t نأخذ حجم $V=2,0ml$ من المزيج :

** نلاحظ التحول البطيء للمزيج الى اللون الأسمر بفعل تشكل ثنائي اليود $(I_2)$

الذي هو تفاعل أكسدة و إرجاع : $2I^-_{(aq)}+S_2O_{8(aq)}^{2-}\rightarrow I_{2(aq)}+2SO_{4(aq)}^{2-}$

** بعد توقيف التفاعل بإضافة الماء البارد نعاير ثنائي اليود المتشكل في كل لحظة قياس بواسطة محلول ثيو كبريتات الصوديوم

${C_3=5,0\times 10^{-3}mol.L^{-1}.V_{eq}}: (2Na^+_{(aq)}+S_2+O^{-2}_{3(aq)})$

فتكون معادلة تفاعل المعايرة كمايلي : $I_{2(aq)}+2S_2O^{-2}_{3(aq)}\rightarrow 2I^{-}_{(aq)}+S_4O^{-2}_{6(aq)}$

**جدول تقدم تفاعل المعايرة

المعادلة الكيميائية	$I_{2(aq)}~~~~~~~~~~+2S_2O^{-2}_{3(aq)}~~~~~~\rightarrow ~~~~~~~~2I^-_{(aq)}~~~~~~+S_4O^{2-}_{6(aq)}$
الحالة الإبتدائية	$n_0(I_2)$ $n_0(S_2O_3^{2-})$ $0$ $0$
الحالة النهائية	$n_0(I_2)-x_E$ $n_0(S_2O^{2-}_3)-2x_E$ $2x_E$ $x_E$

عند التكافؤ $n_0(I_2)=\frac{n_0(S_2O_3^{2-})}{2}=\frac{C_3V_{eq}}{2}\Leftarrow x_E\frac{n_0(S_2O_3^{2-})}{2} =n_0(I_2)\Leftarrow \left\{\begin{matrix} n_0(I_2)-x_E=0\\ \\ n_0(S_2O_3^{2-})-2x_E \end{matrix}\right.$

لدينا $V=2ml\leftarrow n_0(I_2)$ و منه كمية ثنائي اليود الكلية $V'=50ml\leftarrow n(I_2)$

$n(I_2)=\frac{50.n_0(I_2)}{2}=25.\frac{C_3V_{(aq)}}{2}=6,25\times \Rightarrow n(I_2)=6,25\times 10^{2-}V_eq .......(1)$

** جدول التقدم لتفاعل الأكسدة و الإرجاع :

المعادلة الكيميائية	$2^-_{(aq)}~~~~~~~~+S_2O^{2-}_{(8(aq)}~~~~\rightarrow I_{2(aq)}~~~~~+2SO_{4(aq)}^{2-}$
الحالة الابتدائية	$C_1V_1$ $C_2V_2$ $0$ $0$
الحالة النهائية	$C_1V_1-2x_f$ $C_2V_2-x_f$ $x_f$ $x_f$

نلاحظ من جدول التقدم أن : $x=n(I_2)..........(2)$

من $(1)$ و $(2)$ نجد النتائج التالية :

$t(min)$	$5$	$10$	$15$	$20$	$25$	$30$	$35$	$40$
$V_{eq}(ml)$	$8,0$	$12,0$	$14,0$	$15,2$	$15,6$	$16,0$	$16,0$	$16,0$
$x(mmol)$	$0,5$	$0,75$	$0,88$	$0,95$	$0;98$	$1$	$1$	$1$
$n(I_2)$	$0,5$	$0,75$	$0,88$	$0,95$	$0,98$	$1$	$1$	$1$

** رسم المنحنى :

نلاحظ أن سرعة التفاعل تتناقص مع مرور الزمن . (لاحظ - الوثيقة 2- من الشكل )

3- سرعة التفاعل :

بفرض التفاعل النتمذج بالمعادلة التالية :

$\alpha A+\betaB\rightarrow \delta C +\lambda D$ (لاحظ الشكل من الوثيقة -3- المرفقة )

4- زمن نصف التفاعل :

يمثل الزمن اللازم لبلوغ نصف تقدمه النهائي أي :

$x(t_{1/2})=\frac{x_f}{2}$

وفيما يلي تفاصيل اكثر في هذه الفيديوهات:

الفيديو الاول:

الفيديو الثاني:

الفيديو الثالث:

العوامل الحركية

1- درجة الحرارة :

نضع في بيشرين $A$ و $B$ $10ml$ من محلول حمض الأكساليك تركيزه المولي $C=0,5mol.L^{-1}$ , نترك البيشر $A$ عند درجة حرارة عادية , و نضع البيشر $B$ في حمام مائي درجة حرارته $60^\circ$ , نضيف الى كل من $A$ و $B$ $30ml$ من محلول برمنغنات البوتاسيوم المحمض بحمض الكبريت تركيزه $C'=0,10 mol.L^{-1}$ فنلاحظ زوال اللون البنفسجي في البيشر $B$ يكون أسرع منه في البيشر $A$

** يكون تطور جملة كيميائية أسرع كلما ارتفعت درجة الحرارة .

2- التركيز الإبتدائي للمتفاعل :

نخحضر ثلاثة خلائط $C,B,A$ بنفس الحجم $V=20ml$ , و يحتوي كل منهما على حجم $V_1$ من برمنغنات البوتاسيوم المحمض بحمض الكبريت المركز , تركيزه $C_1=2\times 10^{-3}mol.L^{-1}$ و حجم $V_2$ من الماء و حجم $V_3$ من حمض الأكساليك $H_2C_2O_4$ تركيزه $C_2=0,5mol.L^{-1}$

أي : $V=V_1+V_2+V_3$

** نسجل اللحظة الموافقة لزوال اللون الوردي البنفسجي , فكانت النتائج كمايلي :

المزيج	$V_1(ml)$	$V_2(ml)$	$V_3(ml)$	$[Mno_4^-](mol.L^-1)$	$[H_2C_2O_4 ](mol.L^{-1})$	$t_f(s)$
$A$	$5$	$9$	$6$	$5\times 10^{-4}$	$0,150$	$300$
$B$	$5$	$6$	$9$	$5\times 10^{-4}$	$0,225$	$260$
$C$	$5$	$3$	$12$	$5\times 10^{-4}$	$0,300$	$220$

** كلما زاد التركيز الإبتدائي للمتفاعل , كلما كان التفاعل أسرع .

3- الوساطة :

نسخن سلك من النحاس حتى الإحمرار في بخار الكحول الإيثيلي الممزوج مع الهواء , فنلاحظ مباشرة ازدياد توهج سلك النحاس و يتشكل نتيجة لذلك مركب له رائحة التفاح عبارة عن الإيثانال

معادلة التفاعل المنمذج للتحول الكيميائي هي :

$C_2H_5OH+\frac{1}{2}O_2~~~~\overset{Cu}{\rightarrow}~~~~CHC_3CHO+H_2O$

في نهاية التفاعل , سلك النحاس يبقى كما هو .نقول عن النحاس أنه وسيط .

** الوسيط هو نوع كيميائي يسرع التفاعل الكيميائي دون أن يظهر فب التفاعل و لا يغير في الحالة النهائية للجملة الكيميائية .

** أنواع الوساطة :

-الوساطة المتجانسة : إذا كان الوسيط من نفس الحالة الفيزيائية للمتفلاعلات .

-الوساطة الغير متحانسة : إذا كانت الحالة الفيزيائية للوسيط تختلف عن الحالة الفيزيائية للمتفاعلات .

- الوساطة الإنزيمية : إذا كان الوسيط إنزيما , مثلا في المادة الحية تحدث تفاعلان بيوكيميائية تتدخل فيها الإنزيمات كوسيط .

4- التفسير المجهري : نميز مجهريا مايلي :

** الحركة البرونية : و هي الحركة العشوائية السريعة للأفراد الكيميائية .

** الحركة الحرارية : إن التغير في درحة الحرارة مائع يؤدي الى تغير الطاقة الحركية للأفراد الكيميائية الموجودة في المائع . تسمى هذه الحركة بالحركة الحرارية.

** الإصطدام الفعال :

-كلما كانت درجة الحرارة عالية كان تواتر الإصطدامات الفعالة أكبر و كان التحول أسرع .

-كلما كان عدد الأفراد في وحدة الحجم أكبر كان تواتر الإصطدامات الفعالة أكبر و كان التحول أسرع

أهمية العوامل الحركية

1- تأثير التركيز المولي للمتفاعلات : يمكن توقيف تفاعل عنيف بتمديد الوسط التفاعلي بإضافة كميات كبيرة من الماء أو العكس

2- تأثير درجة الحرارة : مثلا يكون الإنسان في حالته الطبيعية إذا كان درجة حرارته $37^\circ C$ و يفقد وعيه عند $33^\circ C$ بسبب تناقص سرعة التفاعلات البيولوجية بداخله .

3- أهمية السيط :

أ- في البيوكيمياء : نصفها في عائلة البروتينات مثلا عند الإنسان توحد الإنزيمات في اللعاب , النسغ الهضمية ...... و في الصناعة الغذائية التي تستعمل في تحضير الخبز و بعض المشروبات .....و في مجال الب تساعد على تشخيص الأمراض و التداوي .

ب- في الصناعة : تستعمل الوساطة في الصناعة البترولية و البتروكيميائية .

تطبيقات

فيما يلي نمارين شاملة حول االمتابعة الزمنية لتحول كيميائي:

الفيديو الاول:

الفيديو الثاني:

الفيديو الثالث:

الفيديو الرابع:

الفيديو الخامس:

تطبيقات

فيما يلي نمارين شاملة حول االمتابعة الزمنية لتحول كيميائي:

الفيديو الاول:

الفيديو الثاني:

التمرين الثالث:

التمرين الرابع: