Transcript التحوالت الكيميائية التي تحدث في المنحيين Transformations chimiques s’effectuant dans les deux sens .I نظرية برونشتد لألحماض والقواعد (تذكير) .1 األحماض والقواعد حسب برونشتد

‫التحوالت الكيميائية التي تحدث في المنحيين‬
‫‪Transformations chimiques s’effectuant dans les‬‬
‫‪deux sens‬‬
‫‪ .I‬نظرية برونشتد لألحماض والقواعد (تذكير)‬
‫‪ .1‬األحماض والقواعد حسب برونشتد‬
‫‪ ‬الحمض حسب برونشتد‪ ,‬نوع كيميائي جزيئي أو أيوني قادر على فقدان بروتون ‪ H+‬خالل تحول كيميائي‪.‬‬
‫‪ ‬القاعدة حسب برونشتد‪ ,‬نوع كيميائي جزيئي أو أيوني قادر على اكتساب بروتون ‪ H+‬خالل تحول كيميائي‪.‬‬
‫‪ .2‬المزدوجة قاعدة \ حمض‬
‫‪ HA‬أو ‪B + H+‬‬
‫عند فقدان الحمض للبروتون ‪ H+‬يتحول الحمض إلى القاعدة المرافقة‪A- + H+ :‬‬
‫‪B + H+‬‬
‫‪ A- + H+‬أو ‪BH+‬‬
‫عند اكتساب القاعدة للبروتون ‪ H+‬تتحول إلى الحمض المرافق‪AH :‬‬
‫نقول إن الحمض والقاعدة المترافقين يشكالن مزدوجة ‪ HA/A-‬أو ‪.BH+/B‬‬
‫‪ .3‬التحوالت الحمضية‪-‬القاعدية في محلول مائي‬
‫‪BH+‬‬
‫نعرف تفاعل حمض‪-‬قاعدة كل تحول كيميائي يحدث خالله انتقال بروتونات بين النوع الحمضي والنوع‬
‫‪HA1‬‬
‫‪A-1 + H+‬‬
‫القاعدي‪.‬‬
‫‪A-2 + H+‬‬
‫‪HA2‬‬
‫‪HA1 + A-2‬‬
‫‪HA2 + A-1‬‬
‫ملحوظات‪:‬‬
‫‪ ‬المحلول المائي خليط متجانس ناتج عن ذوبان نوع كيميائي أو أكثر‪ ,‬يسمى المذاب‪ ,‬في الماء الذي‬
‫يسمى المذيب‪.‬‬
‫‪ ‬ال يتم أبدا فقدان البروتون من قبل الحمض إال بوجود قاعدة الكتسابه‪.‬‬
‫‪ ‬األمفوليت نوع كيميائي يمكن أن يلعب دور الحمض أو القاعدة حسب الظروف التجريبية‪.‬‬
‫التحوالت الكيميائية التي تحدث في المنحيين‬
‫‪ ‬نشاط ‪ :1‬قياس ‪ pH‬محلول مائي‬
‫‪Cl-(aq) + H3O+(aq) .1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪HCl(g) + H2O‬‬
‫‪S6‬‬
‫‪S5‬‬
‫‪S4‬‬
‫‪S3‬‬
‫‪S2‬‬
‫‪S1‬‬
‫المحلول‬
‫‪1.0 10-4 5.0 10-4 1.0 10-3 5.0 10-3 1.0 10-2 5.0 10-2‬‬
‫)‪Ci (mol/L‬‬
‫‪pH‬‬
‫‪4.0‬‬
‫‪1.4‬‬
‫‪3.3‬‬
‫‪3.0‬‬
‫‪2.2‬‬
‫‪2.0‬‬
‫)‪1.0 10-4 5.0 10-4 1.0 10-3 5.0 10-3 1.0 10-2 5.0 10-2 [H3O+] (mol/L‬‬
‫]‪-Log[H3O+‬‬
‫‪4.0‬‬
‫‪1.3‬‬
‫‪3.3‬‬
‫‪3.0‬‬
‫‪2.3‬‬
‫‪2.0‬‬
‫نستنتج أن‪pH = -Log[H3O+] :‬‬
‫‪ pH .II‬محلول مائي‬
‫‪ .1‬تعريف ‪ pH‬محلول مائي‬
‫]‪pH = -Log[H3O+‬‬
‫‪ pH‬محلول مائي مخفف هو مقدار معبر عنه بالعالقة‪:‬‬
‫حيث‪ [H3O+] :‬العدد المساوي لتركيز أيونات األكسونيوم ‪ H3O+‬بالوحدة ‪.mol.L-1‬‬
‫‪ ‬بعض خاصيات ‪Log‬‬
‫‪Log(a.b) = log(a) + Log(b) ; Log(x2) = 2Log(x) ; Log(10) = 1 ; Log(1) = 0‬‬
‫; )‪Log(an) = n.Log(a‬‬
‫;‬
‫التحوالت الكيميائية التي تحدث في المنحيين‬
‫ملحوظات‪:‬‬
‫‪ pH ‬محلول مائي عدد حقيقي بدون وحدة‪.‬‬
‫‪ ‬بالمقابل يمكن معرفة تركيز أيونات األكسونيوم من خالل ‪ ,pH‬وذلك باستعمال العالقة‪:‬‬
‫‪[H3O+] = 10-Ph mol.L-1+‬‬
‫تمرين تطبيقي‪:‬‬
‫نتوفر على أربعة محاليل مائية )‪ (A‬و )‪ (B‬و )‪ (C‬و )‪.(D‬‬
‫‪ ‬تركيز أيونات األكسونيوم في المحلولين )‪ (A‬و )‪ (B‬تباعا هو‪[H3O+]A = 2 10-3 mol/L :‬‬
‫‪.[H3O+]B = 5 10-5 mol/L‬‬
‫‪ pH ‬المحلولين )‪ (C‬و )‪ (D‬تباعا هو‪ pHC = 2.8 :‬و ‪. pHD = 8.9‬‬
‫‪ .1‬أحسب ‪ pH‬المحلولين )‪ (A‬و )‪.(B‬‬
‫‪ .2‬أحسب قيمة تراكيز األيونات ‪ H3O+‬في المحلولين )‪ (C‬و )‪.(D‬‬
‫‪ .3‬كيف يتغير تركيز أيونات ‪ H3O+‬عند تزايد ‪pH‬؟‬
‫]‪ pH = -Log[H3O+‬إذن‪:‬‬
‫لدينا‪:‬‬
‫‪ pHA = 2.7 .1‬و ‪pHB = 4.3‬‬
‫‪ [H3O+]C = 1.6 10-3 mol/L .2‬و ‪.[H3O+]D = 1.2 10-9 mol/L‬‬
‫‪ .3‬يتناقص تركيز أيونات ‪ H3O+‬مع تزايد ‪.pH‬‬
‫التحوالت الكيميائية التي تحدث في المنحيين‬
‫‪ .2‬قياس ‪ pH‬محلول مائي‬
‫‪ .a‬استعمال الكواشف الملونة‬
‫الكاشف الملون مزدوجة حمض‪-‬قاعدة يتعلق لونها بقيمة ‪ pH‬المحلول المستعمل‪.‬‬
‫باستعمال عدة كواشف ملونة يمكن حصر مجال قيمة‪ pH‬المحلول المدروس ‪.‬‬
‫‪ .b‬استعمال ورق ‪pH‬‬
‫ورق ‪ pH‬ورق مشرب بعدة كواشف ملونة تجعله يأخذ ألوانا مختلفة حسب قيمة ‪ pH‬المحلول المائي‬
‫المستعمل‪ .‬وتضم علبة ورق ‪ pH‬سلما لأللوان تقابل كل لون قيمة ‪ pH‬معينة‪.‬‬
‫‪ .c‬استعمال جهاز ‪-pH‬متر‬
‫‪ ‬مبدأ القياس‬
‫ال‪-pH‬متر هو جهاز قياس ال‪ ,pH‬مكون من مجس يكون في غالب األحيان عبارة عن إلكترود من‬
‫الزجاج (إلكترود القياس)‪ ,‬إلكترود مرجعية ذات جهد ثابت‪ .‬عند غمر اإللكترودين في المحلول المائي‬
‫يظهر توتر ‪ U‬بين إلكترودي المجس ويتغير التوتر بكيفية تآلفية مع ‪ pH‬المحلول‪U = a – b.pH .‬‬
‫حيث ‪ a‬و ‪ b‬عامالن موجبان يتعلقان بدرجة الحرارة وطبيعة اإللكترودين‪.‬‬
‫‪ ‬كيفية استعمال ‪-pH‬متر‬
‫‪ ‬غسل المجس بالماء المقطر ومسحها بورق نشاف‪.‬‬
‫‪ ‬تعيير جهاز ‪-pH‬متر بواسطة محلولين عيارين لهما ‪ pH‬معروف‪.‬‬
‫• أوال‪ :‬استعمال محلول عيار ذي ‪.pH = 7‬‬
‫• ثانيا‪ :‬استعمال محلول عيار ذي ‪ pH = 4‬إذا كان المحلول المدروس حمضيا أو ‪ pH = 9‬إذا‬
‫كان المحلول المدروس قاعديا‪.‬‬
‫التحوالت الكيميائية التي تحدث في المنحيين‬
‫‪ ‬نخرج المجس من المحلول العيار وننظفه بالماء المقطر ثم ندخله في المحلول المدروس ونقرأ قيمة‬
‫‪ pH‬بعد استقرارها على شاشة الجهاز‪.‬‬
‫‪ ‬بعد االنتهاء من القياس يجب غسل المجس بالماء المقطر‪.‬‬
‫‪ ‬دقة قياس ‪( pH‬تمرين)‬
‫نعتبر محلوال مائيا حيث يعطي ‪ pH‬بواسطة جهاز ‪-pH‬متر القيمة ‪ .3.20‬نفترض أن المناولة تمت‬
‫بعناية كبيرة‪ ,‬إذن ‪.∆pH=0.05‬‬
‫‪ .1‬ما هو تأطير تركيز أيونات األكسونيوم؟‬
‫‪ .2‬ما هي دقة تحديد تركيز أيونات األكسونيوم؟‬
‫‪ .1‬بما أن‪ .∆pH = 0.05 :‬فإن‪3.15<pH<3.25 :‬‬
‫أي ‪ -3.25<-pH<-3.15‬ومنه‪10-3.25<10-Ph<10-3.15 :‬‬
‫وبالتالي‪5.62 10-4 mol.L-1<[H3O+]<7.08 10-4mol.L-1 :‬‬
‫‪[H3O+] = 6.31 10-4mol.L-1‬‬
‫‪ .2‬لدينا ‪ pH = 3.20‬إذن‪:‬‬
‫االرتياب المطلق على ]‪ [H3O+‬هو‪∆[H3O+] = 7.3 10-5mol.L-1 :‬‬
‫وبالتالي دقة تحديد ]‪ [H3O+‬هي‪:‬‬
‫‪ ‬نشاط ‪ :2‬التحول الكلي والتحول المحدود‬
‫‪CH3COO- + H3O+ .1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪CH3COOH + H2O‬‬
‫التحوالت الكيميائية التي تحدث في المنحيين‬
‫‪pH = 3.10 .3‬‬
‫لدينا‪[H3O+] = 10-3.10 = 7.94 10-4mol.L-1 :‬‬
‫بما أن‪ni(CH3COOH) = 1.75 10-2mol.L-1 :‬‬
‫إذن‪:‬‬
‫فإن‪:‬‬
‫‪xf = 7.94 10-4mol.L-1‬‬
‫‪xmax = 1.75 10-2mol.L-1‬‬
‫نالحظ أن‪ xf < xmax :‬ومنه نستنتج أن التفاعل ليس كليا وإنما محدود‪.‬‬
‫‪ ‬نشاط ‪ :3‬مفهوم التفاعل الذي يحدث في المحيين‬
‫‪pH3 = 5.10 ; pH2 = 2.6 ; pH1 = 3.4‬‬
‫‪ .1‬نالحظ أن‪ :‬ال‪ pH‬قد تناقص‪ ,‬وهذا يعني أن تركيز أيونات األكسونيوم قد ارتفع وبالتالي نقول أن المجموعة‬
‫تطورت في منحى إنتاج أيونات األكسونيوم‪.‬‬
‫‪ .2‬نالحظ أن‪ :‬ال‪ pH‬قد تزايد‪ ,‬وهذا يعني أن تركيز أيونات األكسونيوم قد انخفض وبالتالي نقول أن المجموعة‬
‫تطورت في منحى استهالك أيونات األكسونيوم‪.‬‬
‫‪ .3‬بمقارنتنا للمنحيين نالحظ أنهما منحيين متعاكسين لنفس التفاعل‪.‬‬
‫‪ .III‬التحول الكيميائي الكلي والتحول الكيميائي المحدود‬
‫‪ .1‬تقدم التفاعل‬
‫‪ ‬التقدم األقصى ‪ xmax‬هو تقدم التفاعل عند االستهالك الكلي للمتفاعل المحد‪.‬‬
‫‪ ‬التقدم النهائي ‪ xf‬هو التقدم المقاس عند عدم مالحظة أي تطور للمجموعة الكيميائية‪.‬‬
‫التحوالت الكيميائية التي تحدث في المنحيين‬
‫‪ .2‬التحول الكيميائي الكلي‬
‫التحول الكلي تحول يتوقف تطوره باختفاء كلي ألحد المتفاعالت على األقل من المجموعة الكيميائية‪.‬‬
‫بالنسبة لتحول كلي‪ ,‬تكون قيمة التقدم النهائي ‪ xf‬مساوية لقيمة التقدم األقصى ‪.xf = xmax .xmax‬‬
‫أنظر النشاط ‪.1‬‬
‫مثال‪:‬‬
‫‪ .3‬التحول الكيميائي غير الكلي أو المحدود‬
‫التحول غير الكلي أو المحدود تحول يتوقف تطوره دون اختفاء كلي ألي متفاعل من المجموعة الكيميائية‪.‬‬
‫بالنسبة لتحول محدود‪ ,‬تكون قيمة التقدم النهائي ‪ xf‬أصغر من قيمة التقدم األقصى ‪.xf < xmax .xmax‬‬
‫مثال‪:‬‬
‫‪.4‬‬
‫أنظر النشاط ‪.2‬‬
‫نسبة التقدم النهائي لتفاعل كيميائي‬
‫نسبة التقدم النهائي ‪ τ‬لتفاعل كيميائي هو‪:‬‬
‫ملحوظة‪:‬‬
‫‪ ‬بالنسبة لتحول كلي ‪.τ = 100%‬‬
‫‪ ‬بالنسبة لتحول محدود ‪.τ < 100%‬‬
‫التحوالت الكيميائية التي تحدث في المنحيين‬
‫تمرين تطبيقي‪:‬‬
‫نذيب كمية من غاز كلورور الهيدروجين )‪ HCl(g‬في الماء للحصول على محلول حجمه ‪V = 100.0mL‬‬
‫وتركيزه ‪ C = 1.6 10-2 mol.L-1‬وله ‪.pH = 1.8‬‬
‫‪ .1‬أكتب معادلة التفاعل الحاصل‪.‬‬
‫‪ .2‬حدد قيمة التقدم األقصى ‪.xmax‬‬
‫‪ .3‬حدد قيمة التقدم النهائي ‪.xf‬‬
‫‪ .4‬أحسب نسبة التقدم النهائي ‪ .τ‬ماذا نستنتج؟‬
‫‪Cl-(aq) + H3O+(aq) .1‬‬
‫‪HCl(g) + H2O‬‬
‫‪ .2‬لدينا‪xmax = ni(HCl) = C.V = 1.6 10-3 mol :‬‬
‫‪ .3‬لدينا‪xf =[H3O+].V = 10-pH.V = 1.59 10-3 mol :‬‬
‫‪ τ ≈ 1 .4‬نستنتج أن هذا التفاعل تفاعل كلي‪.‬‬
‫‪ .5‬منحيا تطور تحول كيميائي‬
‫بصفة عامة‪ ,‬يقرن كل تحول كيميائي محدود بتفاعل يحدث في المنحيين‪ .‬نعبر عنه بالمعادلة الكيميائية‬
‫التالية‪:‬‬
‫‪aA + bB‬‬
‫‪cC + dD‬‬
‫الحالة النهائية لتفاعل محدود تسمى حلة توازن كيميائي‪.‬‬