iMadrassa

المقاربة الكمية لتفاعل كيميائي

I وسائل وصف جملة كيميائية و تطورها خلال تحول كيميائي
مفهوم الجملة الكيميائية

هي خليط لعدة أنواع كيميائية يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض في شروط معينة من الضغط (P) ودرجة الحرارة (T),بكميات معينة (n),و بحالة فيزيائية ما قد تكون صلبة (s)سائلة (l)غازية (g) .

1 تطور جملة كيميائية

يحتوى  وعاء

من الهواء(
من
,  
من
),وعلى
من
عند الدرجة
و الضغط
, بإثارة الشرارة الكهربائية ثم التبريد, تظهر قطرات يمكن التعرف عليها بأنها الماء بالحالة السائلة ، ونتابع تطور هذه الجملة :

الجملة في الحالة الابتدائية

 ونقصد الجملة في الحالة الابتدائية ,قبل التحول,تعرف حالة الجملة الكيميائية في هذه التجربة بأنواعها الكيميائية و تمثل بالشكل التالي:

هذه الجملة تتحول إلى الحالة النهائية حسب ظروف التجربة  .

التحول الكيميائي

نسمي مرور جملة كيميائية  من حالة ابتدائية إلى حالة نهائية تحولا كيميائيا .

نموذج التفاعل الكيميائي

هذا التحول يكون مصحوبا ببعض التغيرات الفيزيائية مثل اللون,الضغط ... و يمكن الكشف عن النواتج ببعض الاختبارات التحليلية .في المثال المدروس ,ما هي الأنواع الكيميائية المتشكلة ؟

ينمذج التحول الكيميائي الذي حدث بتفاعل كيميائي, فيكون غازي ثنائي الهيدروجين و ثنائي الأكسجين هما المتفاعلات وينتج بخار الماء الذي يتكاثف بالتبريد.

ماء 

ثنائي الهيدروجين +  ثنائي الأكسجين

التفاعل الكيميائي يأخذ بعين الاعتبار التناسب بين المتفاعلات التي تختفي وتعطي النواتج أثناء تطور  الجملة ، كتابته النموذجية تسمى المعادلة الكيميائية .

 

هذه المعادلة تحقق قانون انحفاظ العنصر و الشحنة ، و تستوجب تصحيح معاملات الرموز الكيميائية ،( الموازنة الكيميائية ) وتسمى المعاملات الستوكيومترية.

حالة الجملة الكيميائية أثناء التحول

لوصف حالة الجملة الكيميائية أثناء التحول الكيميائي ، تقترح وسيلة تدعى التقدم ( مقدرا بـ المول ) .

2 أمثلة عن جمل كيميائية مختلفة
خليط من الكبريت و الحديد

نأخذ كمية من برادة الحديد

قدرها
ونخلطها مع  
من الكبريت
، ثم نضع المزيج فوق آجورة ، في الشروط العادية  من الضغط و درجة الحرارة .

  •  عدد مولات الحديد  : 
  •  عدد مولات الكبريت :   
  • لا نلاحظ حدوث أي شيء .
  • الآن نستعمل مصباح بنزن للحصول على شرارة لتسخين جزء من المزيج  ، وعند ظهور الشرارة ، نتوقف عن التسخين فيتوهج المزيج في جميع أجزائه ، تاركا وراءه جسم صلب رمادي مسود هو كبريت الحديد الثنائي
  • هل حدث تحول كيميائي ؟

عندما رفعنا من درجة حرارة المزيج ، حدث تحول كيميائي ، وزاد التوهج في جميح أنحاء المزيج  ، فكانت شرارة  المصباح مساعدة لبداية التحول .
معادلة التفاعل المنمذج للتحول هي :


عند نهاية التحول ، فإن  النوع الكيميائي الناتج FeS يحقق قانون انحفاظ العناصر، والشحنة . وتكون كتلة كبريت الحديد الناتج  في نهاية التحول هي :
أي
.

حمض كلور الهيدروجين و الحديد

نضع في أنبوب اختبار قطع من الحديد بمقدار

  ، ونضيف
من حمض كلور الهيدروجين ، في الدرجة العادية من الحرارة و الضغط .

  • انطلاق فقاعات غازية  تشكلت على مستوى قطع الحديد .
  • كما يلاحظ ازدياد درجة حرارة المحلول مع تزايد تصاعد الفقاعات.
  • الغاز الناتج لا لون له ولا رائحة،  يشتعل بفرقعة بسيطة عندما نقرب اليه عود ثقاب دليل على إنطلاق غاز ثنائي الهيدروجين
    ,بالإضافة إلى تشكل ملح كلورالحديد الثنائي
      .

حدث تحول كيميائي .

فتكون معادلة التفاعل المنمذج للتحول هي : 

محلول كبريتات النحاس والتوتياء

نغمس عينة من الزنك

  ، في محلول كبريتات النحاس الثنائي
الزرقاء  ،  الذي تركيزه المولي بشوارد النحاس
  هو 
.

بعد فترة ، تغطى  صفيحة الزنك  براسب ناعم اسود ، ويختفي بعد زمن طويل لون المحلول الأزرق ، و الشوارد

  التي كانت موجودة في المحلول قد حل محلها شوارد الزنك
عديمة اللون ، بينما ترسب النحاس على الزنك .

حدث تحول كيميائي .
شوارد الزنك + معدن النحاس  

معدن الزنك + شوارد النحاس
معادلة التفاعل المنمذج للتحول هي : 

حمض الخل و هيدروجينوكاربونات الصوديوم

نأخذ قارورة بلاستيكية ثم نضع بداخلها

  من الخل
، نضع في بالونة مطاطية 
  من هيدروجينوكاربونات الصوديوم الصلب ، ونجعلها تسد فوهة القارورة .

انتفاخ البالون بغاز هو ثاني أكسيد الكربون ، يمكن الكشف عنه بتعكيره لرائق الكلس ، كما  ينتج محلول خلات الصوديوم

  .

إذن حدث تحول كيميائي .

معادلة التفاعل المنمذج للتحول الكيميائي الحادث : 

  •  نسمي الأنواع الكيميائية الابتدائية الداخلة في التحول : المتفاعلات .
  • نسمي الأنواع الكيميائية التي تظهر في نهاية التحول : النواتج .
  • ينمذج التحول الكيميائي (في الحالة العيانية) بعلاقة تظهر تحول المتفاعلات الى نواتج . وهي معادلة التفاعل الكيميائي (الشكل).
  • هذه  المعادلة الكيميائية تحقق مبدأ انحفاظ العناصر الكيميائية ، و مبدأ انحفاظ الشحنة الكهربائية , بواسطة معاملات توضع أمام المتفاعلات و النواتج تسمى   المعاملات الستكيومترية  .
  •  يتأثر التفاعل الكيميائي بعدة عوامل منها :

* كمية المادة : التفاعلات لا تتم الا بكميات محددة .
* درجة الحرارة : مثال تجربة تفاعل الحديد مع الكبريت .
* الضغط : بعض التفاعلات تتم في الضغط العادي و البعض الآخر يحتاج إلى شروط معينة من الضغط .
*الوسيط : وهو نوع كيميائي وجوده ضروري لحدوث التفاعل رغم عدم تدخله في التحول .
* الضوء : هناك بعض التفاعلات الكيميائية لا تتم إلا في وجود الضوء . مثال :عملية التركيب الضوئي عند النباتات الخضراء .

II تقدم التفاعل المنمذج لتحول كيميائي
1 مقاربة اولية لمفهوم التقدم لتحول كيميائي

يريد ميكانيكي أن يجهز عجلات الدراجات بمحابس التثبيت , فوجد 12 محبس لتجهيز 13 عجلة ، فتجهز كل عجلة بمحبسين , وتكرر العملية

  مرة  .عدد العجلات 
  , عدد المحابس

سجلنا الملاحظات في الجدول التالي :  

 

الحالة الابتدائية

0

13

12

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

الحالة النهائية

6

 نستطيع تحديد الحالة النهائية بـ 6 عجلات مجهزة  بالمحابس ، و7 عجلات غير مجهزة ،  العملية توقفت بسبب نقص في عدد المحابس وتم تكرار العملية

مرة  

نسميه  التقدم ونسجل الملاحظات في الجدول التالي :

 

عجلة 

محبس

عملية

الحالة الابتدائية

0

13

12

0

الحالة أثناء التحول

- لنبحث عن الحالة النهائية
كمية مادة التفاعلات تتناقص حتى تنعدم إحداها :
 إذا انعدم عدد العجلات  ......   


 إذا انعدم عدد المحابس ......

- ما هي القيمة التي تحقق المعادلتين ؟
القيمة العظمى ل
حصلنا عليها , عندما انعدم عدد المحابس ,فنعطيه اسم المتفاعل المحدد  .
 ونعين التقدم الاعظمي  ونكمل الجدول السابق :

 

 

التقدم

عجلة

محبس

عملية

الحالة الابتدائية

0

13

12

0

اثناء التحول

الحالة النهائية

7

0

6

  • لو نعيد التجربة بمعطيات جديدة ( عدد العجلات  وعدد المحابس ) نتحصل على الجدول التالي :

 

الحالة الابتدائية

0

6

12

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

الحالة النهائية

6

تقدم النتائج بشكل أخر :

التقدم  

 

0

12

6

0

الحالة الابتدائية

الحالة الانتقالية

6

0

0

الحالة النهائية

 جميع العجلات جهزت بمحابس ولم يبقى شيء من المتفاعلات ، فنقول أن العملية تحققت في الشروط الستوكيومترية.

من اجل متابعة تحول كيميائي لجملة على المستوى العياني من الحالة الابتدائية إلى الحالة النهائية ،  يقترح الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة و التطبيقية  وسيلة تدعى تقدم التفاعل .
يعبر عن تطور الجملة أثناء التحول الكيميائي بالتقدم  ويتوقف هذا التحول عندما يختفي احد المتفاعلات ويسمى في هذه الحالة المتفاعل المختفي بالمتفاعل المحد

  • وحدة التقدم : يعبر عن التقدم  بالمول وهي وحدة كمية المادة
  • جدول التقدم : عبارة عن جدول وصفي للجملة يوضح حصيلة المادة خلال تحول كيميائي من الحالة الابتدائية إلى الحالة النهائية .
اصطناع الماء
  1.  انطلاقا من غاز ثنائي الهيدروجين 
      (6مول) وغاز ثنائي الأوكسجين 
    (3 مول ) ،

معادلة التفاعل المنمذمج لهذا التحول هي :  

  •  لنفترض أن التفاعل حدث مرة واحدة : يختفي جزيء واحد من  
    وجزيئين من 
  • على المستوى المجهري ، ليتشكل جزيئين من الماء
  • على المستوى العياني :  لنفترض ان التفاعل حدث
    مرة ، حيث :  
    عدد افوغادرو إذن يختفي واحد مول من
    ،  مع 2 مول من 
    ويتشكل 2 مول من  
  •  نسمي تقدم التفاعل في أي مرحلة من مراحل التحول بالتقدم
     مقدرا بالمول .

 يمكن تقديم حصيلة المادة خلال هذا التحول بالجدول التالي :

           =      
         +         
 

معادلة التفاعل

0

6

3

كمية المادة في الحالة الابتدائية 

كمية المادة اثناء التحول

 نعين تقدم التفاعل 

:
 إذا اختفى
أولا يكون :       

 إذا اختفى
أولا يكون :     


الملاحظ : في الحالتين
 ، إذن غازي 
  ,
  يختفيان معا و منه تكون  الحالة النهائية للتحول هي :

0

0

- ونسمي في هذه الحالة تقدم التفاعل بالتقدم الاعظمي  ونرمز له بالرمز

و يمثل في هذه الحالة التقدم النهائي و نرمز له بالرمز  

  • رسم المنحنيين : 
      ; 

في حالة استعمال المعاملات الستوكيومترية  , يكون التقدم   أعظمي .

  1. لنحقق نفس التجربة لكن ليس بمعاملات ستوكيومترية حسب الجدول التالي :  

           =      
         +         
 

معادلة التفاعل

0

7

5

كمية المادة في الحالة الابتدائية 

كمية المادة اثناء التحول

نعين تقدم التفاعل 

:
 إذا اختفى
أولا يكون :       

 إذا اختفى
أولا يكون :   

في هذه الحالة يختفي  

  أولا لان 
  وهو المتفاعل الذي يحد من تطور التحول ويسمى المتفاعل المحد.

و يمثل التقدم الاعظمي الذي يساوي التقدم النهائي : 


 وتكون الحالة النهائية :

4,5

0

5

 

عندما لا يكون المزيج الإبتدائي بنسب ستوكيومترية يظهر متفاعل محد.


قم بالدخول للإطلاع على المزيد من المحتوى

لتتمكن من الوصول إلى جميع الدروس والتمارين والمسابقات والفيديوهات وتصفح الموقع براحة قم بالدخول أو بتسجيل حساب مجانا.



قم بالدخول للإطلاع على المزيد من المحتوى

لتتمكن من الوصول إلى جميع الدروس والتمارين والمسابقات والفيديوهات وتصفح الموقع براحة قم بالدخول أو بتسجيل حساب مجانا.