تطور جملة كيميائية نحو حالة التوازن › تطور حالة جملة كيميائية خلال تحول كيميائي نحو حالة التوازن
التطور نحو التوازن: التقدم النهائي و الأعظمي، كسر التفاعل و ثابت التوازن
- أن تميّز بين التقدّم الأعظمي والتقدّم النهائي لتفاعل، وأن تحسب كلّا منهما
- أن تحسب النسبة النهائية لتقدّم تفاعل وتستنتج منها هل التحوّل تامّ أم محدود
- أن تبيّن أثر تمديد المحلول على النسبة النهائية للتقدّم
- أن تكتب عبارة كسر التفاعل لجملة كيميائية معطاة
- أن تعرّف ثابت التوازن وتتنبّأ باتّجاه تطوّر جملة بمقارنة كسر التفاعل به
- إنشاء جدول تقدّم تفاعل وتحديد المتفاعل المحدّ والتقدّم الأعظمي
- العلاقة بين pH وتركيز شوارد الهيدرونيوم في محلول مائي مخفّف
- حساب التركيز المولي انطلاقا من كمّية المادة والحجم
❓إشكالية: نأخذ محلولا لحمض ضعيف ونتركه ساعات ثمّ أيّاما، ولا يتغيّر فيه شيء: لا لونه ولا ناقليته ولا pH فيه. الجملة توقّفت، ومع ذلك بقي فيها متفاعل. سنقيس هذا التوقّف بمقدار واحد، ثمّ نبحث عمّا يحدّده.
التقدّم النهائي و التقدّم الأعظمي
ندرس محلولا لحمض كلور الإيتانويك حجمه 20 mL وتركيزه المولي 10⁻² مول لكلّ لتر، قيس فيه pH فوجد 2,4. ونبدأ كما نبدأ دائما: بمعادلة التفاعل وبجدول تقدّمه.
| حالة الجملة | حمض كلور الإيتانويك | الماء | شاردة الإيتانوات المكلورة | شاردة الهيدرونيوم |
|---|---|---|---|---|
| الحالة الابتدائية | C × V | بوفرة | 0 | 0 |
| الحالة الانتقالية | C × V - x | بوفرة | x | x |
| الحالة النهائية | C × V - xf | بوفرة | xf | xf |
| قيمة النسبة النهائية للتقدّم | طبيعة التحوّل | السهم في المعادلة |
|---|---|---|
| τf = 1 | تحوّل تامّ: المتفاعل المحدّ يختفي كلّيا | سهم واحد |
| τf < 1 | تحوّل محدود: يبقى من المتفاعل المحدّ | سهمان متعاكسان |
نعود إلى المحلول السابق: حجمه 20 mL، تركيزه المولي 10⁻² مول لكلّ لتر، و pH المقيس فيه 2,4.
🎯المطلوب: عيّن التقدّم الأعظمي ثمّ التقدّم النهائي، واحسب النسبة النهائية للتقدّم
لأنّ الماء بوفرة فالمتفاعل المحدّ هو الحمض: التقدّم الأعظمي يوافق اختفاءه كلّيا، أي انعدام الخانة الأولى من السطر الأخير في جدول التقدّم
نكتب النتيجة بوحدة المول: التركيز بالمول لكلّ لتر والحجم باللتر، فالجداء بالمول
لأنّ جدول التقدّم يعطي كمّية شوارد الهيدرونيوم النهائية مساوية للتقدّم النهائي نفسه — معاملها في المعادلة يساوي واحدا — وكمّيتها تُحسب من التركيز المقروء من pH
نحسب أوّلا 10 مرفوعا إلى ناقص 2,4 ثمّ نضرب في الحجم باللتر
لأنّ النسبة النهائية للتقدّم هي حاصل قسمة التقدّم النهائي على الأعظمي: قيمتها أصغر من واحد، أي أنّ 40 % فقط من الحمض تشرّد، وأنّ التحوّل محدود
نشاط 1: أثر التركيز الابتدائي على النسبة النهائية للتقدّم
🧰الأدوات:
- ثلاثة محاليل لحمض الإيتانويك تراكيزها 10⁻⁴ و 10⁻³ و 10⁻² مول لكلّ لتر
- جهاز قياس الناقلية النوعية ومسباره
- ماء مقطّر وثلاثة بياشر متماثلة
📌التجربة:
- نحضّر المحاليل الثلاثة بالتمديد انطلاقا من محلول واحد، حتّى يكون الحمض هو نفسه.
- نضبط جهاز الناقلية ونغسل المسبار بالماء المقطّر بين كلّ قياسين.
- نقيس الناقلية النوعية لكلّ محلول وندوّنها.
- نحسب تركيز شوارد الهيدرونيوم في كلّ محلول انطلاقا من الناقلية المقيسة.
- نحسب لكلّ محلول النسبة النهائية للتقدّم ثمّ كسر التفاعل عند التوازن.
🔍الملاحظة: الناقلية تتزايد مع التركيز، وهذا متوقّع. لكنّ النسبة النهائية للتقدّم تتصرّف عكس ذلك: تنتقل من 36 % في المحلول الأشدّ تمديدا إلى 4,1 % في المحلول الأشدّ تركيزا. أمّا العمود الأخير فيكاد لا يتحرّك: ثلاث قيم متقاربة جدّا رغم أنّ التركيز تضاعف مئة مرّة.
| التركيز المولي (mol/L) | 10⁻⁴ | 10⁻³ | 10⁻² |
|---|---|---|---|
| الناقلية النوعية (mS/m) | 1,4 | 4,9 | 16,2 |
| تركيز شوارد الهيدرونيوم (mol/L) | 3,58 × 10⁻⁵ | 1,25 × 10⁻⁴ | 4,14 × 10⁻⁴ |
| النسبة النهائية للتقدّم | 0,36 | 0,13 | 0,041 |
| كسر التفاعل عند التوازن | 2,00 × 10⁻⁵ | 1,80 × 10⁻⁵ | 1,79 × 10⁻⁵ |
العلاقة التي حوّلنا بها الناقلية إلى تركيز هي التي رأيتها في الوحدة الأولى: الناقلية النوعية لمحلول هي مجموع مساهمات شوارده. وهنا الشاردتان الوحيدتان المعتبرتان هما شاردة الهيدرونيوم وشاردة الإيتانوات، ولهما التركيز نفسه لأنّهما تتشكّلان معا وبالنسبة نفسها.
في المحلول المتوسّط من النشاط 1، تركيزه 10⁻³ مول لكلّ لتر، قيست الناقلية النوعية فوجدت 4,9 مللي سيمنس لكلّ متر. وتعطى الناقليتان النوعيتان الموليتان: 35 × 10⁻³ لشاردة الهيدرونيوم و 4,09 × 10⁻³ لشاردة الإيتانوات، بوحدة السيمنس متر مربّع لكلّ مول.
🎯المطلوب: احسب تركيز شوارد الهيدرونيوم في هذا المحلول ثمّ استنتج النسبة النهائية للتقدّم
لأنّ الشاردتين تتشكّلان معا وبالنسبة نفسها فتركيزهما واحد: يمكن جمع الناقليتين الموليتين في معامل واحد قبل القسمة
نقلب العلاقة السابقة، ونحوّل الناقلية إلى وحدة السيمنس لكلّ متر قبل التعويض
لأنّ الناقليات المولية معطاة بوحدات المتر: الناتج بالمول لكلّ متر مكعّب، ولتحويله إلى المول لكلّ لتر نقسم على ألف
لأنّ التقدّمين يُقسمان على الحجم نفسه: نسبة التقدّمين تساوي نسبة التركيزين، فلا حاجة إلى معرفة حجم المحلول
كسر التفاعل و ثابت التوازن
كسر التفاعل مقدار يميّز الجملة الكيميائية وهي في حالة ما: يُحسب من التراكيز في تلك اللحظة، ويبيّن إلى أين وصل التحوّل. نرمز لقيمته الابتدائية وقيمته النهائية برمزين مختلفين، لأنّ الأولى نختارها والثانية تفرضها الجملة.
نستعمل عمودي الجدول الأكثر تباعدا من النشاط 1: المحلول عند 10⁻⁴ مول لكلّ لتر، الذي تركيز شوارد الهيدرونيوم فيه 3,58 × 10⁻⁵، والمحلول عند 10⁻² مول لكلّ لتر، الذي تركيز شوارد الهيدرونيوم فيه 4,14 × 10⁻⁴.
🎯المطلوب: احسب كسر التفاعل عند التوازن في الحالتين ثمّ قارن بين القيمتين
لأنّ جدول التقدّم يعطي تركيز شاردة الإيتانوات مساويا لتركيز شاردة الهيدرونيوم، وتركيز الحمض المتبقّي مساويا للفرق بين التركيز الابتدائي وهذا التركيز
نعوّض قيم المحلول الأشدّ تمديدا، حيث تشرّد 36 % من الحمض
نعوّض قيم المحلول الأشدّ تركيزا، حيث لم يتشرّد سوى 4,1 % من الحمض
لأنّ القيمتين متقاربتان جدّا رغم أنّ التركيز الابتدائي تضاعف مئة مرّة، بينما تغيّرت النسبة النهائية للتقدّم من 36 % إلى 4,1 %: المقدار الثابت هو الكسر، لا النسبة
اتّجاه تطوّر جملة كيميائية
إذا حضّرنا جملة لا تكون في حالة توازن — بأن نضع فيها المتفاعلات والنواتج معا بتراكيز نختارها — فإنّها تتطوّر تلقائيّا حتّى يصير كسر تفاعلها مساويا لثابت التوازن. ومقارنة الكسر الابتدائي بالثابت تكفي لمعرفة الاتّجاه.
نحضّر محلولا يحتوي في اللحظة الابتدائية على حمض الإيتانويك بتركيز 10⁻² مول لكلّ لتر، وعلى شاردة الإيتانوات بتركيز 10⁻³، وعلى شاردة الهيدرونيوم بتركيز 10⁻⁴. أمّا ثابت التوازن فهو الذي عيّناه في المثال السابق: 1,8 × 10⁻⁵.
🎯المطلوب: حدّد في أيّ اتّجاه تتطوّر هذه الجملة
لأنّ الماء مذيب فلا يظهر في الكسر: يبقى ناتجان في البسط ومتفاعل واحد في المقام
نعوّض التراكيز الابتدائية الثلاثة كما هي، لأنّها معطاة بالوحدة نفسها
لأنّ الكسر الابتدائي أصغر من الثابت: الجملة بعيدة عن التوازن من جهة المتفاعلات، فتتطوّر بتشكيل مزيد من النواتج حتّى يرتفع الكسر إلى قيمة الثابت
نشاط 2: التفكّك الذاتي للماء
🧰الأدوات:
- لتر واحد من الماء المقطّر النقي عند 25 °C
- مقياس pH مضبوط بمحاليل الضبط ومسباره
📌التجربة:
- نملأ بيشرا نظيفا بالماء المقطّر ونتركه حتّى تستقرّ درجة حرارته عند 25 °C.
- نضبط مقياس pH ثمّ نغسل المسبار بالماء المقطّر نفسه.
- نغمس المسبار في البيشر وننتظر استقرار القراءة، ثمّ ندوّنها.
- نستنتج تركيز شوارد الهيدرونيوم في الماء النقي.
🔍الملاحظة: الجهاز يعرض 7,00 بالضبط. والماء المقطّر لم يُضف إليه أيّ حمض ولا أيّ أساس، ومع ذلك يحتوي على شوارد الهيدرونيوم بتركيز قدره 10⁻⁷ مول لكلّ لتر. فهذه الشوارد لم تأت من خارج الماء: الماء نفسه هو الذي أنتجها.
نعتبر لترا واحدا من الماء النقي عند 25 °C. كتلته الحجمية 1000 غرام لكلّ لتر وكتلته المولية 18 غراما لكلّ مول، و pH فيه يساوي 7.
🎯المطلوب: احسب النسبة النهائية لتقدّم التفكّك الذاتي للماء ثمّ استنتج طبيعة هذا التحوّل
لأنّ جدول التقدّم يعطي كمّية شوارد الهيدرونيوم النهائية مساوية للتقدّم النهائي: وهي تُحسب من التركيز المقروء من pH مضروبا في الحجم
لأنّ الماء هنا متفاعل ومذيب في آن واحد: كمّيته تُحسب من كتلته ومن كتلته المولية، لا من تركيز مولي
لأنّ معامل الماء في المعادلة يساوي 2: كلّ جزيئين يعطيان تقدّما قدره واحد، فالتقدّم الأعظمي هو نصف كمّية الماء
لأنّ النسبة بين عدد صغير جدّا وعدد كبير جدّا: النتيجة من رتبة جزء من المليار، أي أنّ جزيئا واحدا تقريبا من كلّ مئات الملايين هو الذي يتفكّك
Page 1/11
© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net