مراقبة تطور جملة كيميائية. الاجابة عن أهم الأسئلة

مراقبة تطور جملة كيميائية، تعني دراسة كيفية تغير المواد المتفاعلة، والنواتج خلال الزمن أثناء حدوث التفاعل الكيميائي. تهدف هذه العملية إلى فهم سرعة التفاعل، العوامل المؤثرة عليه، وكيفية الوصول إلى حالة التوازن الكيميائي. يتم ذلك باستخدام طرق تجريبية مثل قياس التركيز، الضغط، أو درجة الحرارة مع الزمن.
ملاحظة: توجد وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF في نهاية المقال.

I ـ تذكير:

1 ـ كسر التفاعل:

نشاط:

ليكن التفاعل التالي: aA + bB = cC + dD

حيث: A ، B: متفاعلات

        C ، D: نواتج

  a ، b ، c ، d: معاملات ستوكيومترية.

1 ـ أكتب العلاقة التي تعبر عن كسر التفاعل Q_r ؟

2 ـ ماهي وحدة كسر التفاعل؟

3 ـ ما هو مجال تغير Q_r ؟

4 ـ ماهي أهمية الـ Q_r ؟

الاجابة:

1 ـ نعبر عن كسر التفاعل  Qr بالعلاقة:

$$Q_r=\frac{[C{]}^c\cdot [D{]}^d}{[A{]}^a\cdot [B{]}^b}$$

2 ـ Qr عددا دون وحدة اصطلاحا
3 ـ يتغير Q_r بين  Q_ri و Q_rf أي  Q_ri < Q_r < Q_rf 
حيث:
Q_ri: كسر التفاعل الابتدائي
Q_rf: كسر التفاعل النهائي
4 ـ ان كسر التفاعل Q_r مقدار يميز الجملة الكيميائية وهي في حالة ما.

2 ـ ثابت التوازن الكيميائي:

عند حالة التوازن لجملة كيميائية، كسر التفاعل النهائي لا يتعلق بالتركيب الابتدائي للجملة، كل معادلة تفاعل ترفق بثابت K يسمى ثابت التوازن، قيمته تساوي إلى  Q_rf ، ولا يتعلق الا بدرجة الحرارة. من أجل تفاعل في وسط مائي:

 aA + bB = cC + dD

$$K = Q_{rf} = \frac{[C]_f^c \cdot [D]_f^d}{[A]_f^a \cdot [B]_f^b}$$

حيث الحالة النهائية تمثل حالة التوازن، وثابت التوازن K يوافق معادلة التفاعل في اتجاه معين، فهو يميز التفاعل الحادث، حيث المعاملات الستوكيومترية أصغريه. وهو عدد دون وحدة، كما أن ثابت التوازن K لا يتعلق بكيفية الحصول على التوازن، ولا بكميات المادة للمتفاعلات. 

3 ـ نسبة تقدم التفاعل:

ـ التقدم النهائي x_f  لتفاعل كيميائي: هو التقدم الملاحظ عند توقف تطور حالة الجملة الكيميائية.

ـ يمثل التقدم الأعظمي x_max لتفاعل كيميائي. التقدم الموافق لاستهلاك المتفاعل المحد كليا.

ـ تعرف نسبة التقدم في اللحظة (t) بــ 

$$\tau =\frac{x}{x_{\text{max}}}$$

حيث τ عددا دون وحدة، يعبر عنه بنسبة مئوية 0 < τ < 1، وتتغير هذه النسبة خلال تطور الجملة، وتسمى النسبة النهائية للتقدم عند بلوغ الجملة حالتها النهائية، ونكتب:

$${\tau }_f=\frac{x_f}{x_{\text{max}}}$$

ـ يكون التحول تاما إذا كان τ_f = 1 أي τ_f = 100% 

ـ يكون التحول غير تاما )محدودا( إذا كان τ_f < 1 أي τ_f < 100%

II ـ تحديد جهة تطور جملة كيميائية:

دراسة مثال حول تفاعل حمض ـ أساس:

نحضر محلولين عند 25ºC

ـ الأول (S₁) لحمض الايثانويك حجمه V₁ = 10 mL، وتركيزه المولي C₁ = 1.10^-2 mol.L^-1

ـ الثاني (S₂) لايثانوات الصوديوم حجمه V₂ = 5 mL، وتركيزه المولي C₂ = 1.10^-2 mol.L^-1

نمزج المحلولين في بيشر.

1 ـ هل يحدث تحول كيميائي في البيشر؟ برر اجابتك باقتراح طريقة تمكن التأكد من ذلك.

2 ـ نعتبر التفاعل ذي المعادلة:

CH₃COOH_(l) + H₂O_(l) = H₃O⁺_(aq) + CH₃COO^-_(aq)

أ ـ علما أن pH محلول حمض الايثانويك 2,8 ، بالاستعانة بجدول التقدم عين ثابت التوازن K الموافق لهذا التفاعل.

ب ـ عند مزج المحلولين (S₁) و(S₂):

ـ في أي اتجاه تتطور الجملة ؟

ـ عند حدوث التوازن الجديد عين pH المزيج ؟

الإجابة:

1 ـ يمكن أن يحدث تحول كيميائي في البيشر، بين جزيئات CH₃COOH وشوارد CH₃COO^-، وذلك لأن شوارد Na⁺ ليست فعالة.

ـ يمكن التأكد من حدوث تفاعل من عدمه، بالقيام بعملية مقارنة بين التراكيز الابتدائية لـ : CH₃COOH وCH₃COO^- والتراكيز النهائية لها، حيث في حالة وجود تغير في التراكيز، نقول أنه حدث تفاعل كيميائي، وفي حالة عدم وجود تغير في التراكيز، نقول أنه لم يحدث تفاعل كيميائي.

2 ـ أ ـ تعيين  ثابت التوازن K الموافق لهذا التفاعل:

جدول التقدم للتفاعل:

CH3COOH(l) + H2O(l) = H3O+(aq) + CH3COO-(aq)				معادلة التفاعل
كميات المادة n(mol)				التقدم	حالة الجملة
0	0	بزيادة	n1	0	الحالة الابتدائية
x	x	بزيادة	n1-x	x	الحالة الانتقالية
xf	xf	بزيادة	n1 -xf = 0	xf	الحالة النهائية

لدينا:

$$K=\frac{[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{]}_f\cdot [{\text{CH}}_3{\text{COO}}^{-}{]}_f}{[{\text{CH}}_3\text{COOH}{]}_f}$$

ولدينا: [H₃O⁺]_f = 10^-pH mol.L^-1 ، ومنه: [H₃O⁺]_f = 10^-2,8 mol.L^-1

ومنه: [H₃O⁺]_f  = 1,58.10^-3 mol.L^-1

ولدينا من معادلة التفاعل: [H₃O⁺]_f = [CH₃COO^-]_f

ومنه:

 [CH₃COO^-]_f  = 1,58.10^-3 mol.L^-1

ولدينا: [CH₃COOH]_f  = C₁ - [H₃O⁺]_f

ومنه:

 [CH₃COOH]_f  = 1.10^-2 - 1,58.10^-3

ومنه: [CH₃COOH]_f  = 8,42 .10^-3 mol.L^-1

ومنه:

$$K = \frac{(1{,}58 \cdot 10^{-3})^2}{8{,}42 \cdot 10^{-3}}$$ومنه: 

 K = 2,96.10^-4

ب ـ عند مزج المحلولين (S₁) و(S₂):

ـ تعيين اتجاه تتطور الجملة:

مزج المحلولين (S₁) و(S₂) يعني زيادة شوارد CH₃COO^- للمحلول الأول، ومنه زيادة [CH₃COO^-]

ومنه نجد: Q_ri > K ، ومنه الجملة الكيميائية تتطور في الاتجاه المعاكس، أي في جهة تشكل CH₃COOH

ـ تعيين pH المزيج عند حدوث التوازن الجديد:

نحسب كمية المادة المضافة من CH₃COO^- عند لحظة توازن المحلول الأول، والتي نعتبرها ابتدائية بالنسبة لمرحلة جديدة.

لدينا: n(CH₃COO^-) = C₂.V₂

ومنه:

 n₂(CH₃COO^-) = 1.10^-2. 5.10^-3 = 5.10^-5 mol 

ثم نحسب كمية المادة من CH₃COO^- الموجودة في المحلول الأول عند لحظة توازن

n₁(CH₃COO^-) = 1,58.10^-3.10.10^-3 = 1,58.10^-5 mol

ونجد: n₁(H₃O⁺) = 1,58.10^-5 mol

ونجد: n₁(CH₃COOH) = C₁.V₁ - n₁(CH₃COO^-)

ومنه:

 n₁(CH₃COOH) = 1.10^-2. 10.10^-3 - 1,58.10^-5

ومنه:

 n₁(CH₃COOH) = 8,42.10^-5 mol

عند بداية المرحلة الثانية يكون التركيب المولي للمزيج كما يلي:

n(CH3COOH)	n(H3O+)	n(CH3COO-)
8,42.10-5 mol	1,58.10-5 mol	(1,58.10-5 + 5.10-5) mol

بما أن الجملة تتطور في جهة تشكل CH₃COOH، ينتج لناx(mol)  جديدة من CH₃COOH، وينقص x(mol) من H₃O⁺، وينقص كذلك x(mol) من CH₃COO^-

، ومنه يصبح التركيب المولي للمزيج  يتغير بعد التوازن الأول كما يلي:

n(CH3COOH)	n(H3O+)	n(CH3COO-)
(8,42.10-5 + x)mol	(1,58.10-5 – x)mol	(6,58.10-5 – x)mol

لدينا:

$$K = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]_f \cdot [\text{CH}_3\text{COO}^-]_f}{[\text{CH}_3\text{COOH}]_f}$$

ومنه:

$$K = \frac{\left( \frac{n(\text{H}_3\text{O}^+)}{V'} \right) \cdot \left( \frac{n(\text{CH}_3\text{COO}^-)}{V'} \right)}{\left( \frac{n(\text{CH}_3\text{COOH})}{V'} \right)}$$

ولدينا:

$$V' = V_1 + V_2 = 15\, \text{mL}$$

ومنه:

$$K = \frac{\left( \dfrac{1{,}58 \times 10^{-5} - x}{15 \times 10^{-3}} \right)\cdot\left( \dfrac{6{,}58 \times 10^{-5} - x}{15 \times 10^{-3}} \right)}{\left( \dfrac{8{,}42 \times 10^{-5} - x}{15 \times 10^{-3}} \right)}$$

وكذلك:

$$K = 2{,}96 \times 10^{-4}$$

ومنه نجد:

$$x^2 - 8{,}604 \cdot 10^{-5} x + 6{,}66 \cdot 10^{-10} = 0$$

نحسب المميز $\Delta$:

$$\Delta = (8{,}604 \cdot 10^{-5})^2 - 4 \cdot (6{,}66 \cdot 10^{-10})$$

ومنه:

$$\Delta = 4{,}7385 \cdot 10^{-9}$$

ومنه نجد:

$$x_1 = 0{,}86 \cdot 10^{-5} \, \text{mol}$$$$x_2 = 7{,}244 \cdot 10^{-5} \, \text{mol}$$

ومنه: الحل الأول (مقبول)، والحل الثاني (مرفوض).

ومنه يصبح التركيب المولي للمزيج  عند التوازن الجديد كما يلي:

n(CH3COOH)	n(H3O+)	n(CH3COO-)
9,28.10-5 mol	0,72.10-5 mol	5,72.10-5  mol

ومنه:

$$[\text{H}_3\text{O}^+]_f = \frac{0{,}72 \times 10^{-5}}{15 \times 10^{-3}}$$

نقوم أولاً بتبسيط الأعداد:

$$[\text{H}_3\text{O}^+]_f = \frac{0{,}72}{15} \times 10^{-5 + 3} = \frac{0{,}72}{15} \times 10^{-2}$$$$= 0{,}048 \times 10^{-2} = 4{,}8 \times 10^{-4} \, \text{mol/L}$$

إذًا:

$$[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{]}_f=\mathrm{4,8}\times {10}^{-4}\text{mol/L}$$

ولدينا:[H₃O⁺]_f = 10^-pH  ومنه: pH = 3,32 وهو المطلوب.

III ـ الأعمدة:

دراسة العمود (حديد ـ نحاس) أو العمود (زنك ـ نحاس)

البروتوكول التجريبي:

* الأدوات والأجهزة

ـ بشيران، مساري من الحديد والنحاس.

ـ جسر ملحي: ورق ترشيح + محلول.

ـ جهاز أمبير متر وجهاز فولط متر.

ـ أسلاك توصيل.

* المواد الكيميائية 

ـ محلول كبريتات الحديد II: 0,1 mol .L^-1

ـ محلول كبريتات النحاس II: 0,1 mol .L^-1

ـ محلول كبريتات الزنك: 0,1 mol .L^-1

ـ محلول كلور البوتاسيوم: 0,1 mol .L^-1

طريقة العمل:

التجربة:

تحقيق العمود Fe/Fe²⁺//Cu²⁺/Cu أو Zn/Zn²⁺//Cu²⁺/Cu ، وذلك بوضع 100 mL من كل محلول في بيشر، نصل المسرى النحاسي الى القطب (A)، والمسرى الاخر الى القطب '' com '' لجهاز الأمبيرمتر، ونلاحظ اتجاه مرور التيار الكهربائي.

1 ـ حدد قطبي العمود، وهل يحدث تحول كيميائي في العمود، كيف نتأكد عمليا من ذلك

2 ـ أكتب المعادلتين النصفيتين للأكسدة والارجاع، ثم استنتج معادلة التفاعل المنمذج للتحول الحادث.

3 ـ كيف نعين القوة المحركة للعمود.

4 ـ توقع اتجاه تطور الجملة، علما أن ثابت التوازن الموافق للتفاعل كبير جدا.

5 ـ هل هذا التوقع يتوافق مع الملاحظات التجريبية.

6 ـ ما هو المتفاعل المحد ؟ في أي شروط يتوقف العمود عن الاشتغال.

7 ـ عين كمية الكهرباء الأعظمية التي يمكن أن ينتجها العمود.

* التحليل والمناقشة:

1 - المصعد (+): صفيحة النحاس.

  - المهبط (-): صفيحة الزنك.

حيث يحدث تحول كيميائي في العمود لمرور تيار كهربائي.

2 - المعادلات الكيميائية:

   Cu²⁺_(aq) + 2é → Cu_(s)

 Zn_(s) → Zn²⁺_(aq) +2é 

Cu²⁺_(aq) + Zn_(s) = Cu _(s) + Zn²⁺_(aq)

3- عندما لا يجري أي تيار كهربائي في العمود، فإن فرق الكمون بين مسرييه يمثل القوة المحركة الكهربائية (E):

بالنسبة للعمود: (-)Fe/Fe²⁺//Cu²⁺/Cu(+) نجد: E = 0.78 V

وبالنسبة للعمود: (-)Zn/Zn²⁺//Cu²⁺/Cu(+) نجد: E = 1.1 V

4 ـ جهة التطور:

بما أن ثابت التوازن كبير جدا نستنتج أن الجملة تتطور في الاتجاه المباشر.

5 ـ نعم هذا التوقع يتوافق مع الملاحظات التجريبية، لأننا نلاحظ ترسب النحاس، وتآكل صفيحة الزنك.

6 ـ المتفاعل المحد:

لدينا:

$$K=\frac{[{\text{Zn}}^{2+}{]}_f}{[{\text{Cu}}^{2+}{]}_f}$$

بما أن K كبير جدا نستنتج أن [Cu²⁺]_f يتناهى الى الصفر، ومنه المتفاعل المحد هو (Cu²⁺) شوارد النحاس، حيث عند نهاية المتفاعل المحد يتوقف العمود عن الاشتغال.

7 ـ كمية الكهرباء:

Q_max =  Z.X_max .F = 2.C₁.V₁.96500    

ومنه: Q_max  = 2.0,1.0,1.96500 = 1930 C

IV ـ مراقبة تحول كيميائي ـ تحول الأسترة:

1 ـ التذكير بالكحولات والاحماض العضوية:

ـ ما هو الكحول ؟

الكحــول مركب عضوي أكسجيني، الصيغة العامة له من الشكل C_nH_2n+1 - OH، أو OH  ـR ، حيث R يرمز للجذر الألكيلي، وOH ـ تسمى مجموعة الهيدروكسيل، وهي المميزة  للكحولات.

ـ كيف تسمى الكحولات ؟

يسمى الكحول باسم الالكان المشتق منه، مع إضافة اللاحقة «ol »( ول ).

ـ أذكر أصناف الكحولات أحادية الوظيفة مع أمثلة مناسبة ؟

تنقسم الكحولات أحادية الوظيفة إلى ثلاثة أصناف:

أ ـ الكحولات الأولية:

وفيها تكون ذرة الكربون الحاملة لـOH  ـ متصلة بجذر ألكيلي واحد

R - CH₂ - OH

 مثـــال:  

H - CH₂ - OH : ميثانول.

CH₃ - CH₂ - OH: ايثانول.

CH₃ - CH₂ - CH₂ - OH: بروبان ـ 1 ـ ول.

ب ـ الكحولات الثانوية:

 وفيها تكون ذرة الكربون الحاملة لـ OH  ـ متصلة بجذرين الكيليين. R-CH(R’)-OH

مثال:

CH₃-CH(CH₃)-OH بروبان ـ 2 ـ ول. 

جـ ـ الكحولات الثالثية:

 وفيها تكون ذرة الكربون الحاملة لـ OH ـ متصلة بثلاثة جذور ألكيلية.

مثـــال:

3 ـ ميثيل هكسان ـ 3 ـ ول.

ـ ماهي الاحماض الكربوكسيلية ؟

الأحماض الكربوكسيلية مركبات عضوية أكسجينية، تحتوي سلاسلها على المجموعة الوظيفية الكربوكسيلية. 

 -COOH وهي المجموعة المميزة لهذه العائلة، الصيغة العامة لها من الشكل C_nH_2nO₂، كما يمكن كتابتها على الشكل R-COOH

ـ كيف تسمى الأحماض الكربوكسيلية ؟

تسمى الأحماض الكربوكسيلية بإضافة اللاحقة «oique» (ويك) لاسم الالكان الموافق، مع سبق الاسم بكلمة (acide)(حمض).

 أمثلة:

H-COOH   acide méthanoïque (حمض الميثانويك)

 (حمض الايثانويك)acide éthanoïque CH₃-COOH 

2 ـ الأستر:

ـ ماهي الأسترات ؟

الأسترات مركبات عضوية أكسجينية توجد في الفواكه، الخضر، الأزهار، الزيوت ....، كما يمكن اصطناعها بعدة طرق، منها تأثير الكحولات على الاحماض الكربوكسيلية.

ـ ماهي المجموعة المميزة للأسترات ؟

المجموعة المميزة للأسترات هي:

ـ ماهي الصيغة الجزيئية نصف المفصلة للأسترات ؟

الصيغة الجزيئية نصف المفصلة للأسترات هي:

حيث: R' ≠ H

ـ ماهي الصيغة الجزيئية المجملة للأسترات ؟

الصيغة الجزيئية المجملة للأسترات هي:

 C_nH_2nO₂ حيث: n≥2

ـ كيف تسمى الأسترات ؟

 يشتق أسمها من الحمض العضوي، والكحول الموافقين، لذلك يحتوي على جزأين:

- الجزء الأول: R – C: الكانويك تعوض بـ الكانوات.

- الجزء الثاني: R' – O: الكانول تعوض بـ  ألكيل (جذر).

 ويكون أسمه على الشكل: الكانوات الألكيل.

* مثال:

3 ـ دراسة تحول الأستر:

3 ـ 1 ـ معادلة تفاعل الأسترة:

ماء  +  أستر  =  كحول  +  حمض

RCOOH + R'OH = H₂O + RCOOR'

3 ـ 2 ـ خصائص تفاعل الأسترة:

الجانب الحراري:

نشاط:

ليكن تفاعل حمض الايثانويك مع الإيثانول

1 ـ أكتب عبارة طاقة المتفاعلات؟

2 ـ أكتب عبارة طاقة النواتج ؟

3 ـ استنتج طاقة التفاعل؟

الاجابة:

1 ـ طاقة المتفاعلات

   + 2E_C-C = 8E_C-H + E_C=O +2E_C-O + 2E_O-H  E_1chim                                    

2 ـ طاقة النواتج  

+ 2E_C-O + E_C=0  = 2E_O-H + 8E_C-H +2E_C-C   E_2chim   

3 ـ طاقة التفاعل

 E_réac = E_1chim – E_2chim  = 0

نتيجة:

تحولات الأسترة لا حرارية أي لا تنشر ولا تمتص حرارة.

سرعة تفاعل الأسترة:

ـ سرعة تشكل الأستر كبيرة في البداية ثم تتناقص لتنعدم بعد مدة طويلة، إذن تحول الأسترة بطيء.

ـ تحول الأسترة غير تام (محدود)، تحوله المعاكس يدعى تحول إماهة الأستر، ومنه تحول الأسترة عكوس.

نتيجة:

يتميز تفاعل الأسترة بأنه: بطيء، لا حراري، عكوس، محدود.

3 ـ 3 ـ مردود تفاعل الأسترة:

نشاط:

1 ـ هل يتعلق مردود تفاعل الأسترة بصنف الكحول المستخدم ؟ اذا كان الجواب نعم، وضح ذلك حسب كل صنف من أصناف الكحولات أحادية الوظيفة باستخدام.

أ ـ تمثيل تخطيطي كيفي؟

ب ـ جدول التقدم ؟

ج ـ نسبة التقدم النهائي؟

ثم استنتج المردود في كل حالة ؟

2 ـ وضح العوامل المؤثرة على مردود تفاعل الأسترة، بوضع رسومات بيانية كيفية مناسبة، ونتائج مناسبة ؟

الاجابة:

1 ـ تتعلق نتائج تفاعل الأسترة بصنف الكحول المستخدم.

عند استخدام كحول أولي:

* جدول التقدم:

ماء  +  أستر =  كحول أولي+ حمض كربوكسيلي				معالة التفاعل
0	0	1 = no	1 = no	الحالة الابتدائية
f × 0,67	f× 0,67	f×  no- 0,33	f× no- 0,33	الحالة النهائية

x_max = n₀ = 1 mol

x_f = 0,67 mol

$${\tau }_f=\frac{x_f}{x_{\text{max}}}=\frac{0.67}{1}=0.67$$

لدينا:

r = Ʈ_f.100

ومنه:

  r = 67%

عند استخدام كحول ثانوي:

* جدول التقدم:

ماء  +  أستر =  كحول ثانوي+ حمض كربوكسيلي				معالة التفاعل
0	0	1 = no	1 = no	الحالة الابتدائية
f× 0,60	f× 0,60	f × no- 0,40	f×  no- 0,40	الحالة النهائية

x_max = n₀ = 1 mol

x_f = 0,60 mol

$${\tau }_f=\frac{x_f}{x_{\text{max}}}=\frac{0.60}{1}=0.60$$

لدينا: 

r = Ʈ_f.100

ومنه:

   r = 60%

عند استخدام كحول ثالثي:

* جدول التقدم:

ماء    +     أستر       =      كحول ثالثي   +      حمض كربوكسيلي				معالة التفاعل
0	0	1 = no	1 = no	الحالة الابتدائية
f×	f×	f × no-	f×  no-	الحالة النهائية

x_max = n₀ = 1 mol

x_f  ≤ 0,1 mol

Ʈ_f  = x_f /x_max مقدار صغير

لدينا: r = τ_f.100 ومنه: 

3 % < r < 10%

مما سبق نستنتج ان تحول الأسترة غير تام.

2 ـ توضح العوامل المؤثرة على مردود تفاعل الأسترة:

أ ـ مزيج ابتدائي غير متساوي المولات:

ـ البيان (1) يوضح حالة مزيج متكافئ المولات.

(تفاعل 1 mol ايثانويك مع 1 mol ايثانول).

ـ البيان (2) يوضح حالة مزيج غير متكافئ المولات.

(تفاعل 1 mol ايثانويك مع 2 mol ايثانول).

نتيجة:

يزداد المردود باستعمال مزيج غير متكافئ المولات، (زيادة كمية أحد المتفاعلات).

ب ـ درجة الحرارة:

من أجل درجات حرارة مختلفة θ₁، θ₂، θ₃ حيث: θ₁ > θ₂ > θ₃ نجد:

نتيجة:

زيادة درجة الحرارة تسرع التفاعل دون تغيير المردود.

ج ـ الوسيط:

نتيجة:

زيادة درجة الحرارة، أو إستعمال قطرات من حمض الكبريت المركز (شوارد H⁺) يسرع التفاعل دون تغيير المردود.

د ـ نزع أحد النواتج:

يؤدي نزع أحد النواتج الى تطور تحول الأسترة في اتجاه واحد، ومنه يتغير المردود.

هـ ـ استعمال كلور الألكانويل (كلور الأسيل) بدل حمض الايثانويك:

عند استعمال كلور الاسيل بدل الحمض الكربوكسيلي يكون تحول الأسترة تاما، سريعا وناشرا للحرارة.

3 ـ 4 ـ ثابت التوازن لتفاعل الأسترة:

نشاط:

ليكن تفاعل الأسترة:

RCOOH + R’OH = RCOOR’ + H₂O

1 ـ أكتب عبارة ثابت التوازن K للتفاعل؟

2 ـ أكتب عبارة كسر التفاعل Q_r ؟

3 ـ ناقش جهة تطور الجملة الكيميائية بالاعتماد على Q_r و K ؟

4 ـ استنتج العلاقة بين ثابت التوازن لتفاعل الأسترة، وثابت التوازن لتفاعل اماهة الاستر؟

5 ـ استنتج العلاقة بين مردود تفاعل الأسترة، ومردود تفاعل اماهة الاستر؟

الاجابة:

1 ـ كتابة عبارة ثابت التوازن K للتفاعل:

بما أن الماء ناتج وليس مذيب نجد:

$$K=\frac{[\text{RCOOR’}{]}_f\cdot [{\text{H}}_2\text{O}{]}_f}{[\text{RCOOH}{]}_f\cdot [\text{R’OH}{]}_f}$$

وبما أن حجم الوسط التفاعلي V يعتبر ثابت نجد:

$$K=\frac{n(\text{RCOOR’}{)}_f\cdot n({\text{H}}_2\text{O}{)}_f}{n(\text{RCOOH}{)}_f\cdot n(\text{R’OH}{)}_f}$$

2 ـ كتابة عبارة كسر التفاعل Q_r:

$$Q_r=\frac{[\text{RCOOR’}]\cdot [{\text{H}}_2\text{O}]}{[\text{RCOOH}]\cdot [\text{R’OH}]}$$

3 ـ مناقشة جهة تطور الجملة الكيميائية بالاعتماد على Q_r وK:

يمثل كسر التفاعل Q_r معيار لتحديد، وتوقع جهة تطور جملة كيميائية:

 :Q_ri = k حالة توازن (الجملة لا تتطور).

Q_ri < k: الجملة تتطور في الاتجاه المباشر.

Q_ri > k: الجملة تتطور في الاتجاه العكسي.

4 ـ استنتاج العلاقة بين ثابت التوازن لتفاعل الأسترة، وثابت التوازن لتفاعل اماهة الاستر:

5 ـ استنتاج العلاقة بين مردود تفاعل الأسترة، ومردود تفاعل اماهة الاستر:

4 ـ دراسة تحول اماهة الأستر:

نشاط :

1 ـ عرف تفاعل الاماهة ؟

2 ـ ضع مثال مناسب ؟

3 ـ أذكر خصائص تفاعل الاماهة ؟

4 ـ وضح كيفية تغير كميتي مادتي الأستر والحمض في حالة مزيج متساوي المولات حسب نوع الكحول الناتج؟

5 ـ استنتج قيمة التقدم النهائي لتفاعل الاماهة بدلالة كمية المادة الابتدائية للأسترn₀ في حالة مزيج متساوي المولات ؟

6 ـ استنتج نسبة التقدم النهائي لتفاعل الاماهة في حالة مزيج متساوي المولات ؟

7 ـ استنتج مردود تفاعل الاماهة في حالة مزيج متساوي المولات ؟

الاجابة:

1 ـ تعريف تفاعل الاماهة:

تفاعل اماهة الأستر: هو تفاعل عكس الأسترة، حيث يتفاعل الأستر والماء، وينتج حمض كربوكسيلي و كحول حسب معادلة التفاعل التالي:

RCOOR' + H₂O = RCOOH + R'OH

2 ـ مثال: اماهة ايثانوات الأيثيل

CH₃COOC₂H₅ + H₂O = CH₃COOH + C₂H₅OH

3 ـ يتميز تفاعل الاماهة بأنه: بطيء، لا حراري، عكوس، محدود.

4 ـ توضيح كيفية تغير كميتي مادتي الأستر و الحمض في حالة مزيج متساوي المولات حسب نوع الكحول الناتج:

أ ـ اذا كان الكحول الناتج أولي يكون بيان التغيرات كما يلي:

ب ـ اذا كان الكحول الناتج ثانوي يكون بيان التغيرات كما يلي:

5 ـ استنتاج قيمة التقدم النهائي لتفاعل الاماهة، بدلالة كمية المادة الابتدائية للأستر n₀ في حالة مزيج متساوي المولات:

ـ اذا كان الكحول الناتج أولي نجد: x_f = 0,33n₀

ـ اذا كان الكحول الناتج ثانوي نجد: x_f = 0,40n₀

6 ـ استنتاج نسبة التقدم النهائي لتفاعل الاماهة في حالة مزيج متساوي المولات:

ـ اذا كان الكحول الناتج أولي نجد: τ_f = 0,33

ـ اذا كان الكحول الناتج ثانوي نجد: τ_f = 0,40

7 ـ استنتاج مردود تفاعل الاماهة في حالة مزيج متساوي المولات:

ـ اذا كان الكحول الناتج أولي نجد: r = 33%

ـ اذا كان الكحول الناتج ثانوي نجد: r = 40%

5 ـ تفاعل التصبن:

نشاط:

1 ـ عرف تفاعل تصبن الأستر؟

2 ـ ضع مثال مناسب؟

3 ـ أذكر خصائص تفاعل تصبن الأستر؟

4 ـ كيف تتم عملية استحصال الصابون؟

5 ـ أكتب المعادلة العامة للتصبن ؟

الاجابة:

1 ـ تصبن الأستر هو تفاعل الأستر مع أساس قوى مثل الصود NaOH أو البوتاس KOH ، وينتج ملح (صابون)، وكحول كما توضحه المعادلة الكيميائية التالية:

RCOOR' + Na⁺ + OH^- = RCOO^-,Na⁺ + R'OH

2 ـ مثال:

تصبن ايثانوات الاثيل بهيدروكسيد الصوديوم. يتم وفق المعادلة الكيميائية التالية:

CH₃COOC₂H₅ + Na⁺ + OH^- = CH₃COO^-,Na⁺ + C₂H₅OH

حيث ينتج ايثانوات الصوديوم وهو ملح (صابون)، وينتج كذلك الايثانول (كحول).

3 ـ يتميز تفاعل تصبن الأستر بأنه تام وبطيء.

4 ـ عملية استحصال الصابون:

نضع في دورق 10g من NaOH مع 100ml من الايثانول درجته 95° ، وبعد الانحلال نضيف الى المزيج 50ml من زيت المائدة، أو زيت الزيتون، (مزيج من أجسام دهنية)، ثم نسخن حتى الغليان، مع تحريك المزيج بانتظام لمدة 20 دقيقة، بعدها نبرد المزيج، ثم نسكبه في بيشر يحتوي ماء مالح.

الملاحظة:

نلاحظ ترسب الصابون لأن الصابون قليل الانحلال في الماء المالح، وعند جمعه يمكن استعماله للتنظيف.

5 ـ كتابة المعادلة العامة للتصبن:

6 ـ أهمية الأسترات في الحياة اليومية:

ـ (الصناعات الغذائية والعطرية ... )

ابحث في الانترنت.

7 ـ انجاز تجربة أو محاكاة: دراسة التحول الحادث للجملة (حمض الايثانويك ـ الايثانول)

ـ ضع في بيشر مزيجا يتكون من 1mol حمض الايثانويك مع 1mol من الايثانول، وكمية من حمض الكبريت المركز.

ـ وزع المزيج في انابيب اختبار مرقمة، وبكميات متساوية، وقم بسدها بإحكام وضعها مباشرة في حمام مائي درجة حرارته تقريبا 83,1ºC عند اللحظة t = 0.

ـ عند لحظة t₁ أخرج الأنبوب الأول وضعه داخل بيشر يحتوي على (جليد + ماء)، ثم عاير الحمض المتبقي في الوسط التفاعلي بمحلول الصود (Na⁺ + OH^-)_(aq) معلوم التركيز، مع اضافة قطرات من الفينول فتالين.

  أعد نفس العملية في اللحظات: t₂ ، t₃ ، ..... مع الانابيب المتبقية، وسجل النتائج في الجدول التالي: 

50	40	30	20	10	5	0	t(min)
0,49	0,54	0,60	0,72	0,88	0,95	1,00	nacide(mol)
							Nester(mol)
	300	200	150	100	80	60	t(min)
	0,34	0,34	0,36	0,38	0,41	0,45	nacide(mol)
							Nester(mol)

1 ـ لماذا نضيف كمية من حمض الكبريت المركز للوسط التفاعلي؟

2 ـ لماذا توضع الانابيب في وعاء يحتوي على (جليد + ماء) قبل المعايرة ؟

3 ـ أكتب معادلة تفاعل الأسترة ؟

4 ـ أكمل الجدول السابق مستعينا يجدول التقدم ؟

5 ـ مثل البيانان n_ester = f(t) و n_acide = g(t) في نفس المعلم ؟

6 ـ أحسب سرعة التفاعل عن اللحظة t = 50 min ؟

7 ـ أوجد تركيب المزيج في نهاية التجربة ؟

8 ـ استنتج ثابت التوازن ؟

9 ـ أحسب مردود تفاعل الأسترة ؟

الاجابة:

1 ـ حمض الكبريت المركز عامل حركي في التفاعل يسمح لنا بإنجاز التفاعل في مدة قصيرة.

2 ـ توضع الأنابيب في وعاء يحتوي على (جليد + ماء) قبل المعايرة. لتوقيف التفاعل عن التطور.

3 ـ كتابة معادلة تفاعل الأسترة:

CH₃COOH + C₂H₅OH = CH₃COOC₂H₅ + H₂O

4 ـ جدول التقدم:

CH3COOH  + C2H5OH  =  CH3COOC2H5  +  H2O				معادلة التفاعل
كمـيات المادة n(mol)				التقدم	حالة الجملة
0	0	n0(alcool)	n0(acide)	0	الحالة الابتدائية
x	x	n0(alcool)-x	n0(acide)-x	x	الحالة الانتقالية
xf	xf	n0(alcool)-xf	n0(acide)-xf	xf	الحالة النهائية

عند لحظة زمنية t يكون:

n_(acide)t = n_0(acide) – x

لكن: n_(acide)t = n_0(acide) – n_(ester)

ومنه: n_(ester) = n_0(acide) – n_(acide)t

50	40	30	20	10	5	0	t(min)
0,49	0,54	0,60	0,72	0,88	0,95	1,00	nacide (mol)
0,51	0,46	0,40	0,28	0,12	0,05	0	néster (mol)
	300	200	150	100	80	60	t(min)
	0,34	0,34	0,36	0,38	0,41	0,45	nacide (mol)
	0,66	0,66	0,64	0,62	0,59	0,55	néster (mol)

5 ـ تمثيل البيانان n_ester = f(t) و n_acide = g(t) في نفس المعلم.

6 ـ حساب سرعة التفاعل عن اللحظة t = 50 min:

من جدول التقدم:

$$v_{\text{ester}} = \frac{dx}{dt} = \frac{dn}{dt}$$

اذا سرعة التفاعل تساوي سرعة تشكل الأستر.

$$V = \frac{0.55 - 0.46}{60 - 40} = \frac{0.09}{20} = 0.0045 \, \text{mol/min}$$

7ـ ايجاد تركيب المزيج في نهاية التجربة:

n_(ester) = n_(eau) = x_f = 0,67 mol

n_(acide) = n_(alcool) =1 – x_f = 1 - 0,67 = 0,33 mol

8 ـ استنتاج ثابت التوازن:

$$K = \frac{[C_4H_8O_2]_f \cdot [H_2O]_f}{[C_2H_4O_2]_f \cdot [C_2H_5OH]_f}$$$$=\frac{(0.66{)}^2}{(0.33{)}^2}=\frac{0.4356}{0.1089}=4$$

9 ـ حساب مردود تفاعل الأسترة:

يمثل مردود تحول الأسترة النسبة المئوية النهائية لتقدم التفاعل، ويعطى بالعلاقة:

$$r = \tau_f \times 100$$

وعليه:

$$\tau = \frac{x_f}{x_{\text{max}}} = \frac{0{,}67}{1} = 0{,}67$$

ومنه:

$$r={\tau }_f\times 100=\mathrm{0,67}\times 100=67\mathrm{\%}$$

وثيقة التلميذ