مراقبة تطور جملة كيميائية
جهة التطور التلقائي لجملة كيميائية: كسر التفاعل كمعيار
- أن تكتب عبارة كسر التفاعل انطلاقا من معادلة تفاعل معطاة
- أن تحسب كسر التفاعل في الحالة الابتدائية انطلاقا من التراكيز أو الحجوم
- أن تقارن كسر التفاعل الابتدائي بثابت التوازن وتستنتج جهة التطوّر التلقائي
- أن تتعرّف على جملة كيميائية توجد أصلا في حالة توازن فلا تتطوّر
- ثابت الحموضة لثنائية حمض-أساس والعلاقة بينه وبين الـ pH
- ثابت التوازن المرفق بمعادلة تفاعل وعبارته بدلالة التراكيز عند التوازن
- حساب تركيز فرد كيميائي بعد المزج انطلاقا من الحجوم
❓إشكالية: الكؤوس الثلاثة تحمل الأفراد الكيميائية الأربعة نفسها، والفرق الوحيد بينها هو الحجوم. ومع ذلك يستقرّ كلّ كأس على قيمة pH تخصّه وحده.
- هل تطوّرت الجملة في الكؤوس الثلاثة في الجهة نفسها ؟
- ما الذي نقيسه لنعرف أنّ الجملة قد تطوّرت فعلا، ولا نكتفي بالتخمين ؟
- وهل يمكن التنبّؤ بالجهة قبل المزج، دون انتظار أيّ قياس ؟
الجواب يحمله مقدار واحد، يُحسب من التراكيز الابتدائية ويُقارن بثابت التوازن: إنّه كسر التفاعل.
نشاط 1: ثلاثة مزائج من الأفراد الكيميائية نفسها
📌التجربة:
- نحضّر أربعة محاليل لها التركيز نفسه: حمض الإيثانويك، إيثانوات الصوديوم، حمض الميثانويك، وميثانوات الصوديوم.
- نأخذ ثلاثة كؤوس بيشر ونسمّيها A و B و C.
- نصبّ في كلّ كأس حجما من كلّ محلول من المحاليل الأربعة، حسب الجدول أسفله، فلا تختلف الكؤوس الثلاثة إلّا في الحجوم.
- نرجّ كلّ كأس حتّى يتجانس المزيج، وننتظر حتّى تستقرّ حالته.
- نغمس مسبار جهاز قياس الـ pH في كلّ كأس على حدة، ونسجّل القيمة المقروءة.
🔍الملاحظة: الكؤوس الثلاثة تحمل الأفراد الأربعة نفسها، ومع ذلك يستقرّ كلّ واحد منها على قيمة pH خاصّة به.
| الكأس | حجم حمض الإيثانويك (mL) | حجم إيثانوات الصوديوم (mL) | حجم حمض الميثانويك (mL) | حجم ميثانوات الصوديوم (mL) | الـ pH المقاس |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 10 | 10 | 10 | 10 | 4,2 |
| B | 10 | 1 | 5 | 10 | 4,0 |
| C | 10 | 1 | 1 | 1 | 3,8 |
التفاعل الحادث في الكؤوس الثلاثة واحد: ينتقل بروتون بين ثنائيتي حمض-أساس، هما ثنائية حمض الميثانويك وثنائية حمض الإيثانويك.
ما الذي تغيّر فعلا في كلّ كأس ؟
قياس الـ pH وحده لا يقول جهة التطوّر. لكنّه يسمح بحساب نسبة بين فردي ثنائية واحدة، ومقارنة هذه النسبة بقيمتها قبل التفاعل تكشف من تشكّل ومن اختفى.
في الحالة الابتدائية لم يتفاعل شيء بعد: تركيز كلّ فرد هو نتيجة تخفيف محلوله في الحجم الكلّي للمزيج.
ولمّا كان التركيز المشترك والحجم الكلّي يظهران في البسط وفي المقام معا، فإنّهما يزولان، ولا تبقى من النسبة الابتدائية إلّا حاصل قسمة الحجمين.
أمّا في الحالة النهائية فنستعمل ثابت حموضة ثنائية حمض الميثانويك: هو يربط النسبة نفسها بتركيز شوارد الهيدرونيوم، وهذا التركيز يُستخرج مباشرة من الـ pH المقاس.
في الكأس A أُخذ من كلّ محلول من المحاليل الأربعة الحجم نفسه، وهو عشرة ميلي لترات، والـ pH المقاس بعد الاستقرار هو 4,2.
🎯المطلوب: احسب النسبة الابتدائية والنسبة النهائية في الكأس A ثمّ استنتج جهة التطوّر
لأنّ المحاليل الأربعة لها التركيز نفسه وتُصبّ في الكأس نفسه، فحاصل قسمة التركيزين يعود إلى حاصل قسمة الحجمين، والقياس غير لازم لمعرفة النسبة الابتدائية
لأنّ الـ pH هو بالتعريف اللوغاريتم العشري لمقلوب تركيز شوارد الهيدرونيوم، فهذا التركيز يُستخرج منه مباشرة، وهو المدخل الوحيد الذي يعطينا القياس
لأنّ ثابت الحموضة يربط النسبة المدروسة بهذا التركيز، وقسمة الثابت عليه تعادل ضربه في عشرة مرفوعة إلى الـ pH، وهي العملية الأسهل
لأنّ النسبة انتقلت من واحد إلى 2,9: شاردة الميثانوات تشكّلت وحمض الميثانويك اختفى، وهذا بالضبط ما تقوله المعادلة إذا قُرئت من اليسار إلى اليمين، أي في الجهة المباشرة
| الكأس | النسبة الابتدائية | النسبة النهائية | ما الذي حدث في الكأس |
|---|---|---|---|
| A | 1 | 2,9 | تشكّلت شاردة الميثانوات واختفى حمض الميثانويك |
| B | 2 | 1,80 | تشكّل حمض الميثانويك واختفت شاردة الميثانوات |
| C | 1 | 1,14 | لم تتغيّر النسبة عمليّا |
🔍التحليل: في الكأس A تزايدت النسبة، وفي الكأس B تناقصت، وفي الكأس C بقيت على حالها. فالجملة تطوّرت في الجهة المباشرة في الأوّل، وفي الجهة المعاكسة في الثاني، ولم تتطوّر في الثالث. وهذا كلّه معلوم بعد التجربة؛ يبقى أن نعرفه قبلها.
كسر التفاعل، والمعيار الذي يعطيه
نحتاج إلى مقدار يُحسب في أيّ حالة من حالات الجملة، لا في التوازن وحده. هذا المقدار له عبارة ثابت التوازن نفسها، ويسمّى كسر التفاعل.
وميزة هذا المزيج أنّ المحاليل الأربعة متساوية التركيز وتُصبّ في كأس واحد: فالتركيز المشترك والحجم الكلّي يظهران في البسط وفي المقام معا ويزولان، ولا تبقى إلّا الحجوم.
| الكأس | كسر التفاعل الابتدائي | كسر التفاعل عند الاستقرار | المقارنة بثابت التوازن |
|---|---|---|---|
| A | 1 | 10 | أصغر من ثابت التوازن |
| B | 20 | 10 | أكبر من ثابت التوازن |
| C | 10 | 10 | يساوي ثابت التوازن |
في الكأس B أُخذ من محلول حمض الإيثانويك عشرة ميلي لترات، ومن محلول إيثانوات الصوديوم ميلي لتر واحد، ومن محلول حمض الميثانويك خمسة ميلي لترات، ومن محلول ميثانوات الصوديوم عشرة ميلي لترات.
🎯المطلوب: احسب كسر التفاعل الابتدائي في الكأس B و استنتج جهة التطوّر التلقائي
لأنّ المحاليل الأربعة لها التركيز نفسه وتُصبّ في حجم كلّي واحد، فالتراكيز تختصر ولا يبقى في عبارة كسر التفاعل إلّا الحجوم المأخوذة
لأنّ التعويض المباشر بالحجوم الأربعة يعطي عددا بلا وحدة، وهو العدد الوحيد الذي نقارنه بثابت التوازن
لأنّ عشرين أكبر من عشرة: الجملة ليست في توازن، وكسر التفاعل يجب أن يتناقص حتّى يبلغ ثابت التوازن. ولا يتناقص إلّا إذا استُهلكت النواتج وتشكّلت المتفاعلات
في الكأس C أُخذ من محلول حمض الإيثانويك عشرة ميلي لترات، ومن كلّ محلول من المحاليل الثلاثة الأخرى ميلي لتر واحد.
🎯المطلوب: بيّن أنّ الجملة في الكأس C توجد أصلا في حالة توازن
لأنّ العبارة بالحجوم هي نفسها في الكؤوس الثلاثة، ولا يتغيّر بينها إلّا ما نعوّض به
لأنّ كسر التفاعل الابتدائي يساوي تماما ثابت التوازن، فلا شيء يدفع الجملة إلى التحرّك: هي في حالة توازن منذ اللحظة الأولى، ولن يتغيّر تركيبها
نحضّر كأسا رابعا من المحاليل الأربعة نفسها، ونأخذ منها بالميلي لتر: خمسة من حمض الإيثانويك، وعشرة من إيثانوات الصوديوم، وعشرين من حمض الميثانويك، وعشرة من ميثانوات الصوديوم.
🎯المطلوب: حدّد جهة التطوّر التلقائي في هذا الكأس قبل إجراء أيّ قياس
لأنّ الحجوم وحدها تكفي ما دامت المحاليل الأربعة متساوية التركيز ومصبوبة في كأس واحد، فلا حاجة إلى حساب أيّ تركيز
لأنّ 0,25 أصغر بكثير من عشرة: كسر التفاعل يجب أن يتزايد ليبلغ ثابت التوازن، ولا يتزايد إلّا بتشكّل النواتج واستهلاك المتفاعلات
Page 1/8
© Madrassati — a lesson written by Madrassati · madrassati.net