المقاربة الكمية لتفاعل كيميائي
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) .
يحتوى وعاء
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 .
نسمي مرور جملة كيميائية من حالة ابتدائية إلى حالة نهائية تحولا كيميائيا .
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
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.
لوصف حالة الجملة الكيميائية أثناء التحول الكيميائي ، تقترح وسيلة تدعى التقدم ( مقدرا بـ المول ) .
نأخذ كمية من برادة الحديد
- 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 :
نضع في أنبوب اختبار قطع من الحديد بمقدار
- 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 :
نغمس عينة من الزنك
بعد فترة ، تغطى صفيحة الزنك براسب ناعم اسود ، ويختفي بعد زمن طويل لون المحلول الأزرق ، و الشوارد
حدث تحول كيميائي .
شوارد الزنك + معدن النحاس
معادلة التفاعل المنمذج للتحول هي :
نأخذ قارورة بلاستيكية ثم نضع بداخلها
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 .
يريد ميكانيكي أن يجهز عجلات الدراجات بمحابس التثبيت , فوجد 12 محبس لتجهيز 13 عجلة ، فتجهز كل عجلة بمحبسين , وتكرر العملية
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
|
|
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
ونعين التقدم الاعظمي ونكمل الجدول السابق :
|
|
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 .
- 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 منويتشكل 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
إذا اختفى
الملاحظ : في الحالتين
|
|
|
0 |
0 |
|
- ونسمي في هذه الحالة تقدم التفاعل بالتقدم الاعظمي ونرمز له بالرمز
- رسم المنحنيين : ;
في حالة استعمال المعاملات الستوكيومترية , يكون التقدم أعظمي .
- 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
إذا اختفى
في هذه الحالة يختفي
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.