مراقبة تطور جملة كيميائية
مراقبة السرعة و المردود، و أهمية الإسترات
- أن تسمّي العاملين اللذين يزيدان سرعة الأسترة دون تغيير مردودها
- أن تميّز بين ما يغيّر السرعة وما يغيّر المردود فلا تخلط بينهما
- أن تعدّد الوسائل التي ترفع مردود الأسترة وتشرح كيف تعمل كلّ واحدة منها
- أن تكتب معادلة تفاعل التصبّن وتسمّي ملح الصابون الناتج
- أن تذكر أين توجد الإسترات في الحياة اليومية وفيم تُستعمل
- معادلة تفاعل الأسترة ومعادلة إماهة الأستر والنسبة النهائية للتقدّم
- المردود وثابت التوازن المرفق بمعادلة الأسترة
- العوامل الحركية: درجة الحرارة والتركيز الابتدائي والوسيط
❓إشكالية: عرفنا أنّ الأسترة تحوّل بطيء ومحدود. والبطء يكلّف وقتا، والحدّ يكلّف مادّة أوّلية تبقى في الحوجلة دون أن تتحوّل. وأمام هذين العيبين لا يملك الكيميائي وسيلة واحدة، بل وسيلتين مختلفتين تماما.
- ما الذي يُسرّع بلوغ حالة التوازن دون أن يمسّ التركيب الذي نبلغه ؟
- وما الذي يزيح حالة التوازن نفسها فيرفع المردود ؟
- وما الفائدة العملية من كلّ هذا: أين تُستعمل الإسترات في الحياة اليومية ؟
الفرق بين السؤالين الأوّلين هو الدرس كلّه: عامل السرعة يقصّر الطريق، وعامل المردود ينقل نقطة الوصول.
مراقبة سرعة تفاعل الأسترة
لنعزل سؤال السرعة عن سؤال المردود: نأخذ المزيج الابتدائي نفسه ثلاث مرّات، ونغيّر في كلّ مرّة شيئا واحدا خارج المزيج، ثمّ نقارن المنحنيات الثلاثة.
نشاط 1: ثلاث حوجلات، ومزيج ابتدائي واحد
📌التجربة:
- نحضّر ثلاث حوجلات متماثلة، ونضع في كلّ واحدة مولا من الحمض الكربوكسيلي ومولا من الكحول الأوّلي نفسه.
- نترك الحوجلة الأولى عند درجة حرارة المخبر: هي الشاهد.
- نضع الحوجلة الثانية في حمّام مائي نحفظ درجة حرارته ثابتة وأعلى من درجة حرارة المخبر.
- نضيف إلى الحوجلة الثالثة، وهي عند درجة حرارة المخبر، قطرات من حمض الكبريت المركّز.
- نتابع في الحوجلات الثلاث كمّية مادة الأستر بدلالة الزمن، ونرسم المنحنيات الثلاثة في معلم واحد.
🔍الملاحظة: المنحنيان الثاني والثالث يرتفعان أسرع من الأوّل ويبلغان مستواهما الأفقي قبله بكثير. لكنّ المستويات الأفقية الثلاثة تقع كلّها على الارتفاع نفسه: 0,67 مول في الحوجلات الثلاث.
مراقبة مردود التفاعل
المردود لا يُرفع بتسريع التفاعل، لأنّ التفاعل المسرَّع يبلغ التوازن نفسه. لرفعه يجب تغيير شيء في الجملة ذاتها، وللكيميائي في ذلك أربع وسائل، نأخذها واحدة واحدة.
الوسيلة الأولى: اختيار صنف الكحول
هذه الوسيلة تُختار قبل أن يبدأ التفاعل. ففي مزيج ابتدائي متساوي كمّية المادة يتعلّق مردود الأسترة بصنف الكحول المستعمل، ويتعلّق بصنف الكحول كذلك ثابت التوازن.
| صنف الكحول | مردود الأسترة | مردود إماهة الأستر | ثابت توازن الأسترة |
|---|---|---|---|
| أوّلي | 67 % | 33 % | 4,12 |
| ثانوي | 60 % | 40 % | 2,25 |
| ثالثي | 5 % | 95 % | 2,77 × 10⁻³ |
نُجري الأسترة بمزيج ابتدائي متساوي كمّية المادة، مول واحد من الحمض ومول واحد من كحول ثانوي. والنسبة النهائية للتقدّم المقيسة في هذه الحالة هي 0,60.
🎯المطلوب: احسب ثابت التوازن المرفق بمعادلة الأسترة و قارنه بقيمته عند كحول أوّلي
لأنّ المتفاعلين مأخوذان بكمّيتين متساويتين، فكمّية كلّ منهما عند التوازن هي الفرق بين الكمّية الابتدائية والتقدّم النهائي
لأنّ الناتجين يتشكّلان بكمّية تساوي التقدّم النهائي، وحجم المزيج واحد وثابت فتزول منه التراكيز ولا تبقى إلّا كمّيات المادة
لأنّ التعويض المباشر يعطي 0,36 في البسط و 0,16 في المقام
لأنّ الحاصل يساوي 2,25، وهو أصغر من 4,12 الموافق للكحول الأوّلي: فكلّما صغر ثابت التوازن، صغر التقدّم النهائي وصغر معه المردود
الوسيلة الثانية: مزيج ابتدائي غير متساوي كمّية المادة
هنا نكسر تساوي كمّيتي المتفاعلين. فإذا أخذنا فائضا من أحدهما ارتفع مردود التفاعل بالنسبة إلى الآخر، من غير أن يتغيّر ثابت التوازن. والحساب التالي يبيّن كم يربح المصنع بذلك بالضبط.
نرمز للحمض الكربوكسيلي بالحرف A وللكحول الأوّلي بالحرف B. نأخذ مولا واحدا من الحمض وأربعة مولات من الكحول. وثابت التوازن المرفق بمعادلة الأسترة يبقى على قيمته 4,12، لأنّه لا يتعلّق بالكمّيات الابتدائية.
🎯المطلوب: احسب النسبة النهائية للتقدّم في هذا المزيج و قارن مردوده بمردود المزيج المتساوي
لأنّ المتفاعلين ينقصان بالتقدّم نفسه بينما يتشكّل الناتجان بهذا التقدّم نفسه: فالبسط جداء التقدّم في نفسه، والمقام جداء ما تبقّى من الحمض في ما تبقّى من الكحول
لأنّ ضرب الطرفين في المقام ثمّ نقل كلّ الحدود إلى جهة واحدة يعطي معادلة من الدرجة الثانية في التقدّم، معاملاتها محسوبة من ثابت التوازن وحده
لأنّ حلّ معادلة من الدرجة الثانية يبدأ بحساب المميّز، وهو هنا موجب فللمعادلة حلّان
لأنّ الجذر التربيعي للمميّز هو العدد الذي يدخل في عبارتي الحلّين
لأنّ الحلّ الآخر يفوق خمسة مولات، والتقدّم لا يمكن أن يتجاوز كمّية المتفاعل المحدّ وهي مول واحد: فلا يُقبل إلّا الحلّ الواقع بين صفر وواحد
لأنّ المتفاعل المحدّ هو الحمض بمول واحد، فالتقدّم الأعظمي يساوي واحدا، والنسبة النهائية للتقدّم هي التقدّم النهائي نفسه عدديّا
لأنّ المردود ارتفع من سبعة وستّين بالمائة إلى ثلاثة وتسعين بالمائة بمجرّد إضافة فائض من الكحول، دون تسخين ودون وسيط ودون أن يتغيّر ثابت التوازن
الوسيلة الثالثة: استعمال كلور الأسيل بدل الحمض
نستبدل الحمض الكربوكسيلي بكلور الأسيل. فالتفاعل بين كلور الأسيل والكحول يجعل التحوّل تامّا، لا محدودا.
الوسيلة الرابعة: حذف أحد الناتجين، وتفاعل التصبّن
نسحب أحد الناتجين من الوسط التفاعلي كلّما تشكّل. فحذف الأستر، أو حذف الماء، خلال تحوّل الأسترة يجعل التحوّل تامّا. ولحذف الأستر المتشكّل نقطّره كلّما تشكّل، إذا كانت درجة غليانه أدنى من درجات غليان الأنواع الأخرى في الوسط (التقطير المجزّأ). أمّا إذا أضفنا إلى الأستر محلولا لأساس قويّ، فإنّه يتحوّل إلى كحول وملح: هذا تفاعل يسمّى تفاعل التصبّن.
نضيف إلى إيثانوات الإيثيل محلول هيدروكسيد الصوديوم، فيحدث تفاعل التصبّن.
🎯المطلوب: اكتب معادلة تفاعل التصبّن و عيّن اسم الملح الناتج
لأنّ شاردة الهيدروكسيد تكسر الجسر بين الكربون وذرّة الأكسجين الثانية، فينفصل الجزء الآتي من الكحول عن الجزء الآتي من الحمض
لأنّ الجذر الآتي من الكحول هنا هو الإيثيل، فيعطي الإيثانول، والجذر الآتي من الحمض هو الإيثانوات، فيعطي شاردة الإيثانوات
لأنّ الملح الناتج يجمع شاردة الإيثانوات وشاردة الصوديوم، ويُسمّى على قاعدة ألكانوات الصوديوم: فهو إيثانوات الصوديوم
أهمية الإسترات في الحياة اليومية
الإسترات ليست مادّة مخبرية اصطنعها الإنسان من عدم: نجدها في الطبيعة، ونعرف كيف نصنع مثلها.
- توجد طبيعيّا في الفواكه والخضر والأزهار والزيوت.
- يمكن اصطناعها في المخبر وفي الصناعة انطلاقا من الكحولات والأحماض الكربوكسيلية.
- من أهمّ استعمالاتها صناعة الصابون، عن طريق تفاعل التصبّن الذي درسناه قبل قليل.
Page 1/9
© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net