العلوم الفيزيائية🎓 هدف البكالوريا

مراقبة تطور جملة كيميائية

مراقبة السرعة و المردود، و أهمية الإسترات

🔊 المعلّمة تقرأ لك
مصنع يريد أن ينتج أسترا: التحوّل الذي درسناه بطيء جدّا في الشروط العادية، ولا يحوّل من الحمض إلّا ثلثيه، والثلث الباقي يبقى في المفاعل دون فائدة. ما الذي نغيّره لنكسب الوقت، وما الذي نغيّره لنكسب المردود ؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • أن تسمّي وسائل مراقبة سرعة تحوّل الأسترة وتعلّل أثر كلّ واحدة منها
  • أن تميّز ما يغيّر السرعة وحدها عمّا يغيّر المردود فعلا
  • أن تحسب مردود أسترة في مزيج ابتدائي غير متساوي كمّية المادة
  • أن تكتب معادلة تفاعل التصبّن وتذكر أهمّ استعمالات الإسترات
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • معادلة تفاعل الأسترة ونسبة التقدّم النهائي
  • ثابت التوازن المرفق بمعادلة الأسترة وجدول التقدّم
  • حلّ معادلة من الدرجة الثانية ومناقشة جذريها

❓إشكالية: الوقت والمردود مقداران مختلفان، ولا يُراقَبان بالوسائل نفسها. سنفصل بينهما: أوّلا ما يسرّع دون أن يزيد، ثمّ ما يزيد فعلا.

مراقبة سرعة التفاعل

تزداد سرعة تفاعل الأسترة، أو سرعة إماهة الأستر، دون أن يتغيّر المردود، بإحدى الوسائل التالية:

✅النتيجة
  • رفع درجة حرارة المزيج التفاعلي.
  • إضافة وسيط، كقطرات من حمض الكبريت المركّز، فتزداد شوارد الهيدروجين في الوسط.
  • تغيير التركيز الابتدائي للمتفاعلين مع الحفاظ على النسبة بينهما.
المستوى واحد والزمن مختلف: هذا بالضبط معنى « تزداد السرعة دون أن يتغيّر المردود ».
مبدأ: العوامل الحركية والوسيط يغيّران المدّة التي تبلغ فيها الجملة توازنها، ولا يغيّران حالة التوازن نفسها. والمستوى الذي يستقرّ عنده المنحنى هو هو.
لا تنتظر من الوسيط أن يزيد المردود: هو يختصر الطريق إلى التوازن ولا يزيح التوازن نفسه. من أراد مردودا أكبر فعليه أن يغيّر الجملة، لا أن يسرّعها.

مراقبة مردود التفاعل

لزيادة المردود لا بدّ من تغيير الجملة نفسها. وثلاث وسائل تحقّق ذلك:

✅النّتيجة: ثلاث وسائل لزيادة المردود
الوسيلةما يحدث في الوسطالأثر على المردود
مزيج ابتدائي غير متساوي كمّية المادةيُؤخذ أحد المتفاعلين بزيادة كبيرةيرتفع، ويبقى التحوّل غير تامّ
استعمال كلور الأسيل بدل الحمض الكربوكسيلييتغيّر التفاعل نفسه ولا يعود محدودايصير التحوّل تامّا
حذف الأستر أو الماء المتشكّل أثناء التحوّليُسحب أحد الناتجين من الوسط باستمراريصير التحوّل تامّا
الوسيلة الأولى ترفع المردود، والوسيلتان الأخريان تلغيان حدّ التوازن.
مثال 1: مردود الأسترة في مزيج غير متساوي كمّية المادة

نأخذ مولا واحدا من حمض كربوكسيلي وأربعة مولات من كحول أوّلي، وثابت توازن هذه الأسترة معلوم من الدرس السابق.

🎯المطلوب: احسب نسبة التقدّم النهائي والمردود في هذا المزيج، وقارنهما بالمزيج المتساوي

📌المعطى
K = 4,12 ; nacide = 1 mol ; nalcool = 4 mol
🔹الخطوة 1: ثابت التوازن بدلالة التقدّم

نكتب ثابت التوازن بدلالة التقدّم النهائي انطلاقا من جدول التقدّم: الناتجان يساوي كلّ منهما التقدّم، والمتفاعلان ينقص من كلّ منهما التقدّم نفسه

K=xf²(1 − xf) × (4 − xf)
🔹الخطوة 2: المعادلة من الدرجة الثانية

نضرب في المقام وننقل كلّ الحدود إلى جهة واحدة، فنحصل على معادلة من الدرجة الثانية في التقدّم النهائي

3,12 xf² − 20,6 xf + 16,5 = 0
🔹الخطوة 3: المميّز

نحسب المميّز قبل أيّ شيء، لأنّه هو الذي يقرّر وجود الجذور وعددها

Δ=20,6² − 4 × 3,12 × 16,5=218,4
🔹الخطوة 4: الجذر المقبول

نأخذ الجذر الذي يعطي تقدّما أصغر من كمّية المادة الابتدائية للحمض، لأنّ التقدّم لا يمكن أن يتجاوز المتفاعل المحدّ

xf=20,6 − 14,82 × 3,12=0,93
✅النّتيجة

لأنّ الحمض هو المتفاعل المحدّ، فالتقدّم الأعظمي يساوي كمّية مادته الابتدائية؛ والمردود قفز من سبعة وستّين بالمائة في المزيج المتساوي إلى ثلاثة وتسعين بالمائة هنا، دون أن يتغيّر ثابت التوازن

τf=xfxmax=0,931=0,93
الجذر الثاني للمعادلة أكبر من خمسة، وهو مرفوض: التقدّم لا يمكن أن يتجاوز كمّية مادة المتفاعل المحدّ. اختبر دائما الجذرين على المعطيات قبل أن تختار.
الناتجان يساوي كلّ منهما التقدّم، والمتفاعلان ينقص من كلّ منهما التقدّم نفسه: من السطر الأخير يُكتب ثابت التوازن.
مثال 2: أسترة تامّة بكلور الأسيل

نستبدل الحمض الكربوكسيلي بكلور الأسيل الموافق له، ونتركه يتفاعل مع الإيثانول.

🎯المطلوب: اكتب معادلة تفاعل كلور الإيثانويل مع الإيثانول، وبيّن قيمة نسبة التقدّم النهائي

📌المعطى
CH3-CO-Cl ; CH3-CH2-OH
🔹الخطوة 1: الأستر الناتج

نبني الأستر كما في الأسترة العادية: الجزء الآتي من كلور الأسيل يرتبط بسلسلة الكحول عبر جسر من أكسجين

CH3-COO-CH2-CH₃
🔹الخطوة 2: الناتج الثاني

والناتج الثاني ليس الماء هذه المرّة بل كلور الهيدروجين: ما غادر كلور الأسيل هو ذرّة الكلور، لا مجموعة الهيدروكسيل كما في الحمض الكربوكسيلي

HCl
🔹الخطوة 3: معادلة التفاعل

نكتب المعادلة بسهم بسيط لا بسهم مزدوج، لأنّ التفاعل بكلور الأسيل غير محدود: يتقدّم حتّى نفاد المتفاعل المحدّ

CH3-CO-Cl + CH3-CH2-OH → CH3-COO-CH2-CH₃ + HCl
✅النّتيجة

لأنّ التحوّل تامّ: التقدّم النهائي يبلغ التقدّم الأعظمي، فتساوي نسبة التقدّم الواحد بدل سبعة وستّين بالمائة في الأسترة العادية

τf = 1
السهم يحمل معلومة: سهم مزدوج معناه تحوّل محدود ومردود أصغر من مائة بالمائة، وسهم بسيط معناه تحوّل تامّ. لا ترسمه على عجل.
هنا المستويان مختلفان، وهذا هو الفرق بين تغيير السرعة وتغيير المردود.

تفاعل التصبّن

إذا أضفنا إلى الأستر محلولا لأساس قويّ، حدث تفاعل يسمّى تفاعل التصبّن، وهو تفاعل تامّ يحدث بين الأستر ومحلول الصودا أو البوتاس: يُفني الأستر فيحوّله إلى كحول وشاردة كربوكسيلات، فلا يرفع مردود الأسترة. أمّا حذف الأستر الذي يرفع المردود فهو سحبه سليما كلّما تشكّل، بتقطيره.

معادلة تفاعل التصبّن
R-COO-R' + Na⁺ + OH⁻ → R'-OH + R-COO⁻ + Na⁺
تعريف: التصبّن تفاعل تامّ بين أستر ومحلول أساس قويّ، يعطي كحولا وشاردة كربوكسيلات. والملح الناتج يسمّى ألكانوات الصوديوم، وإذا كان الأستر من نوع دهني كان هذا الملح صابونا.
مثال 3: تصبّن إيثانوات الإيثيل

نضيف محلول هيدروكسيد الصوديوم إلى إيثانوات الإيثيل.

🎯المطلوب: اكتب معادلة تصبّن إيثانوات الإيثيل بمحلول هيدروكسيد الصوديوم

📌المعطى
CH3-COO-CH2-CH₃
🔹الخطوة 1: الكحول الناتج

نقطع الجزيء عند جسر الأكسجين: السلسلة التي كانت على يمين الجسر تستعيد مجموعة هيدروكسيل وتصير كحولا

CH3-CH2-OH
🔹الخطوة 2: شاردة الكربوكسيلات الناتجة

والجزء الذي كان على يسار الجسر يصير شاردة كربوكسيلات سالبة، وهي التي تكوّن الملح مع شاردة الصوديوم

CH3-COO⁻
✅النّتيجة

نجمع كلّ ذلك في معادلة واحدة بسهم بسيط، لأنّ التصبّن تفاعل تامّ لا عكوس

CH3-COO-CH2-CH₃ + Na⁺ + OH⁻ → CH3-CH2-OH + CH3-COO⁻ + Na⁺
شاردة الصوديوم تظهر في الطرفين دون أن تتغيّر: هي شاردة متفرّجة. اكتبها إن طُلبت منك المعادلة كاملة، واحذفها إن طُلبت المعادلة الحصيلة وحدها.

أهمّية الإسترات في الحياة اليومية

الإسترات ليست أفرادا مخبرية فقط: هي موجودة حولنا، وتُصطنع كذلك عند الحاجة.

✅النتيجة
  • نجدها في الفواكه والخضر والأزهار والزيوت.
  • ويمكن اصطناعها في المخبر انطلاقا من الكحولات والأحماض الكربوكسيلية.
  • ومن أهمّ استعمالاتها صناعة الصابون، عن طريق تصبّن الإسترات الدهنية.
حساب المردود في مزيج غير متساوي ينتهي دائما إلى معادلة من الدرجة الثانية: الكيمياء تعطيك المعادلة، والرياضيات تعطيك الجذرين، والكيمياء وحدها تقرّر أيّ الجذرين مقبول.
في البكالوريا يأتي هذا الدرس في أسئلة من نوع: «اقترح طريقتين لرفع مردود الأسترة»، و«ما دور الوسيط وارتفاع درجة الحرارة؟»، و«احسب المردود لمزيج غير متساوي كمّية المادة»، و«اكتب معادلة التصبّن». جهّز ثلاثة عناصر: ① السرعة والمردود مستقلّان: رفع درجة الحرارة وإضافة الوسيط يربحان الوقت وحده، لأنّ حالة التوازن لا تتغيّر ؛ ② رفع المردود بتغيير الجملة: مزيج غير متساوي كمّية المادة، أو حذف أحد الناتجين، أو كلور الأسيل بدل الحمض فيصير التحوّل تامّا ؛ ③ التصبّن: ⁦R-COO-R′ + Na⁺ + OH⁻ → R′-OH + R-COO⁻ + Na⁺⁩، تفاعل تامّ يعطي ألكانوات الصوديوم، ومنه يُصنع الصابون. ⚠️ الخطأ الشائع: انتظار زيادة المردود من الوسيط ؛ هو يختصر الطريق إلى التوازن ولا يزيح التوازن نفسه. ⚠️ وخطأ ثانٍ: حساب المردود بالنسبة إلى المتفاعل الموجود بزيادة بدل المتفاعل المحدّ.
خلاصة: السرعة والمردود مقداران مستقلّان. ترفع درجة الحرارة أو تضيف وسيطا فتربح الوقت وحده، لأنّ حالة التوازن لا تتغيّر. أمّا لترفع المردود فعليك أن تغيّر الجملة: مزيج غير متساوي كمّية المادة يرفعه، وكلور الأسيل أو حذف أحد الناتجين يجعل التحوّل تامّا. وحذف الأستر يتمّ بالتصبّن، وهو تفاعل تامّ يعطي ألكانوات الصوديوم، ومنه يُصنع الصابون.

الصفحة 1/8

© مدرستي — هذا الدرس من تأليف مدرستي · madrassati.net