SM + PC + SVT : السنة الثانية من سلك البكالوريا

األستاذ عزيز العطور: إعداد

التحوالت السريعة و التحوالت البطيئة

التحوالت البطيئة تعريف و استغالل التكافؤ خالل المعايرةتعريف المؤكسد،المختزل التعرف على

وتفاعل األكسدة ـ اختزال و التحوالت السريعة

في محلول ،تهدف إلى تحديد تركيزه المولي في معايرة نوع كيميائي

.ميائية هي دراسة التطور الزمني هذا المحلول المؤكسد يكتسب إلكترونا أو أكثر الحركية الكي

لذلك نمزج حجما معروفا من المحلول المعايَر مع كمية مادة معروفة من . للتفاعالت الكيميائية

. نحصل على التكافؤ عندما نحقق خليطا تناسبيا . المحلول المعايٍر : نقول بأن تحول مجموعة كيميائية يكون المختزل يفقد إلكترونا أو أكثر

ـ سريعا عندما اليمكن تتبع تطورها بالمالحظة العينية

.تتكون مزدوجة مؤكسد ـ مختزل أو باستعمال جهاز قياس

من مؤكسد و مختزل مرافق ـ بطيئا عندما يمكن تتبع تطورها بالمالحظة العينية

تفاعل أكسدة ـ اختزال تفاعل يتم أو باستعمال جهاز قياس ،وذلك خالل بعض ثوان ،بعض

...................خالله انتقال إلكترونات من مختزل دقائق

1Red لمزدوجة

1 1Ox Red إلى

مؤكسد 2

Ox لمزدوجة أخرى2 2

Ox Red معرفة تأثير العوامل الحركية

المقادير التي تؤثر على سرعة تطور مجموعة كيميائية

:تسمى العوامل الحركية

عة تطور مجموعة كيميائية تزداد كلما تزايد تكيزـ سر

.أحد المتفاعالت

ـ سرعة تطور مجموعة كيميائية تزداد كلما ارتفعت

.درجة الحرارة : مثال

عملية الغطس تمكن من توقيف تفاعل كيميائي

Ox ne Red

2

(s) (aq)Cu Cu 2e

2 1 1 1

1 2 2 2

2 1 1 2 2 1 1 2

n x (Red Ox n e )

n x (Ox n e Red )

n Red n Ox n Ox n Red )

(aq) 2(aq)

3 2

(aq) (aq)

3 2

(aq) (aq) 2(aq) (aq)

2I I 2e

2 x (Fe e Fe )

2I 2Fe I 2Fe

الكيميائي ، سرعة التفاعلالتتبع الزمني للتحول

التفسير الميكروسكوبي و العوامل الحركية طرق التتبع سرعة التفاعل

تتعلق سرعة التفاعل باحتمال حدوث تصادم tعند لحظة ( أو سرعة التفاعل) v(t)يتم التتبع الزمني لتحول كيميائي بقياس يعبر عن السرعة الحجمية *

: بالعالقة . تركيز متفاعل أو ناتج خالل الزمن كمية مادة أو 1 dx(t)

v(t) .V dt

حيثV حجم الخليط التفاعلي فعال بين الجزيئات المتفاعلة خالل مدة زمنية

و يمكن تحديد كمية المادة أو التركيز تجريبيا ،*dx(t)

dt كلما كان هذا االحتمال كبيرا كلما كانت سرعة tمشتقة تقدم التفاعل عند اللحظة

.التفاعل مرتفعة : يمكن أن نحصل على عالقات أخرى لسرعة التفاعل ، مثال . ـ بطريقة كيميائية كمعايرة أحد النواتج أو أحد المتفاعالت

:سرعة التفاعل تأثير درجة الحرارة على *لنعتبر التفاعل المنمدج بالمعادلة ( أحد النواتج غاز)ـ بطريقة فيزيائية كقياس الضغط أو الحجم

هو عند ارتفاع درجة الحرارة ،يرتفع عدد التصادمات tعند لحظة Aكمية مادة النوع ( محلول تتدخل فيه أيونات)قياس الموصلية

في حالة تدخل أيونات ) pHقياس 3

H O أوHO

) الفعالة في وحدة الزمن وفي وحدة الحجم وبالتالي: حيث

.اعل ،ثم ندرس تزداد سرعة التف x(t)نربط المقدار المقاس بتقدم التفاعل *

التطور الزمني لهذا األخير،و نستنتج تركيب المجموعة عند ألن A0

n تأثير تركيز المتفاعالت * ثابتة:

عند تزايد التركيز يزداد كذلك عدد التصادمات الفعالة: و بذلك فإن . كل لحظة

في وحدة الزمن و في وحدة الحجم مما يؤدي إلى تعريف و تحديد زمن نصف التفاعل لمجموعة

زمن نصف التفاعل 1 2

t تزايد سرعة التفاعل :اذن نكتب هو المدة الزمنية الالزمة.

.لبلوغ قيمة التقدم نصف قيمته النهائية

بالنسبة للتحول الكلي نيساوي زمن نصف التفاعل

.مدة اختفاء نصف كمية مادة المتفاعل المحد

: البدئي بطريقة مماثلة نجد يتناقص زمن نصف التفاعل عند تزايد التركيز

.للمتفاعالت

بحساب المعامل الموجه tعند اللحظة v(t)نحدد السرعة الحجمية *

.،و قسمته على حجم الخليط t،عند اللحظة x(t)لمماس منحنى

1:يعبر عن السرعة الحجمية بوحدة mo . .s

1أو 1mo . .min

.تتناقص السرعة الحجمية للتفاعل خالل التحول *

التحوالت الكيميائية التي تحدث في منحيين

محلول مائي تعريف وتحديد نسبة التقدم النهائي لتفاعل pHكتابة معادلة تفاعل حمض ـ قاعدة تعريف وقياس

3:،نوع كيميائي يمنح بالنسبة لمحلول مائي الحمض حسب برونشتدpH og H O

*التحول الكيميائي ليس كليا دائما ، في هذه الحالة يتوقف التحول

Hعلى االقل بروتونا :(aq) (aq) (aq)

AH H A في هذه الصيغة

3H O

يمثل العدد الذي الكيميائي عن التطور،حيث يأخد تقدم التفاعل قيمة

fx تسمى

أليونات القاعدة حسب برونشتد،نوع كيميائي يفقد يقيس التركيز المولي 3

H O 1بوحدة

mo . التفدم النهائي للتفاعل ، وهي ليست بالضرورة مساوية للتقدم

Hعلى األقل بروتونا :(aq) (aq) (aq)

B H BH هذه العالقة تكافئ كذلك :pH 1

3H O 10 mo .

األقصى للتفاعلmax

x

Aو قاعدته المرافقة AHيكون الحمض اليختفي أي من المتفاعالت ،هناك تواجد لجميع النواتج

AHحمض رمزها /مزدوجة قاعدة / A و المتفاعالت.

Hخالل تفاعل حمض ـ قاعدة ،ينتقل بروتون *يرمز لنسبة التقدم بالرمز و يعبر عنه بالعالقة:f

max

x

x

من حمض المزدوجة 1 1

A H / A إلى قاعدة 0)بدون وحدة 1) .0 اليحدث التفاعل

المزدوجة 2 2

A H / A 1: حسب المعادلة التفاعل كلي.

1 2 1 2

A H A A A H 1 نحصل في هذه الحالة على حالة التوازن ،حيث توجد جميع

على المستوى الميكروسكوبي.المتفاعالت و النواتج بنسب ثابتة : مثال *

يحدث التفاعل في المنحيين و بنفس السرعة ،نقول بأن التوازن

. الكيميائي ديناميكي

:تكتب المعادلة الكيميائية في حالة التوازن باستعمال سهمين

3 (aq) 3 (aq) (aq)

3(aq) (aq) 4(aq)

3 (aq) 3(aq) 3 (aq) 4(aq)

CH COOH CH COO H

NH H NH

CH COOH NH CH COO NH

حالة توازن مجموعة كيميائية

كتابة التعبير الحرفي لخارج التفاعلr

Q تعريف ثابتةالتوازنK استعمال العالقة التي تربط بين الموصلية

و التراكيز المولية الفعلية لأليونات

حيث محلول أيوني مخفف ،يحتوي على أيونات . قيمة خارج التفاعل تتطور خالل التحول الكيميائي : بالنسبة لتحول محدود حيث i

X

ـ اليختفي المتفاعل المحد كليا تمر من قيمة بدئية r,i

Q إلى قيمة نهائيةr,éq

Q عندما تركيزها الموليiX وموصليتها المولية األيونية

i

: له الموصلية ـ التقدم النهائي أصغر من التقدم األقصى يتوقف تطور المجموعة ،حيث نحصل على حالة توازن

Kنرمز لها بنسمي خارج التفاعل عند التوازن بثابتة التوازن و: وباعتبار المعادلة المنمدجة التالية

(aq) (aq) (aq) (aq)

a.A b.B c.C d.D r,éq

K Q

بعض االمثلة لخارج التفاعل في الحالة البدئيةالمقرون بهذه المعادلة يعبر عن خارج التفاعل

:في حالة معينة بالعالقة

c d

r a b

C . DQ

A . B

Dحيث , C , B , A التراكيز المولية الفعلية

لألنواع الكيميائية بالنسبة لهذه الحالة ،يعبر عنها

1بوحدة mo .

البرامترات المؤثرة على نسبة التقدم النهائي معرفة . خارج التفاعل مقدار بدون وحدة

Kلتفاعل محدود بثابتة التوازن اليدخل المذيب و األجسام الصلبة في التعبير تتعلق نسبة التقدم النهائي

الحرفي لخارج التفاعل r

Q . و بالحالة البدئية للمجموعة الكيميائية.

.التخفيف يؤدي إلى تزايد نسبة التقدم النهائي

في محلول مائيالتحوالت المقرونة بالتفاعالت حمض ـ قاعدة

معرفة تفاعل التحلل البروتوني الذاتي تعريف و استعمال ثابتة الحمضية A

K حمض/لمزدوجة تحديد النوع المهيمن لمزدوجة قاعدة

حمض / األيوني قاعدة للماء و جداءه

/Aحمض ،رمزها /بالنسبة لكل مزدوجة قاعدة* المزدوجتان المتدخلتان في تفاعل التحلل * B : * يستنتج مخطط الهيمنة للمزدوجةA B من العالقة:

:البروتوني للماء هما 2

H O HO و

3 2H O H O

(aq) 2 ( ) (aq) 3 (aq)A H O B H O

A

BpH pK og

A

2:معادلة التفاعل هي* ( ) 2 ( ) (aq) 3 (aq)H O H O HO H O

3

A

B . H OK

A

حمض رمزها/الكاشف الملون مزدوجة قاعدة*

: نسمي ثابتة التوازن المقرونة بمعادلة تفاعل التحلل الذاتي حيث *A

BpH pK og

A

(aq) (aq)

HInd / Ind تتميز باختالف لوني الشكل الحمضي

للماء بالجداء األيوني للماء ، نرمز لهاب e

K * و القاعدي في محلول : ثابتة التوازن المقرونة بمعادلة التفاعل.

25في الماء الخالص ،وعند * C 1حمض + 2قاعدة ⇄ 1قاعدة + 2حمض : ،لدينا

7 1

3 éq éqH O HO 1,0.10 mo .

وpH 7,0 تكتب: 1 2

1 2

B . AK

A . B

في كل محلول مائي،نعبر عن الجداء األيوني للماء*e

K ويمكن التعبير عنها كذلك ب:A2 A1(pK pK )A1

A2

KK 10

K

:بالعالقة e 3 éq éq

K H O . HO ومنه

e epK ogK

epKأي

eK 10

تتعلق *e

K وe

pK 25فقط بدرجة الحرارة ،وعند C

14:لدينا

eK 1,0.10

وe

pK 14,0

*pH وتركيز أيوناتHO 1معبر عنه ب

mo .

e:مرتبطين بالعالقات التالية pH pK og HO

e(pH pK ) 1HO 10 mo .

المعايرة الحمضية ـ القاعدية

التكافؤ استغالل نتائج المعايرةتتبع المعايرة التركيب التجريبي تحديد نقطة

pHالمنحنى الذي يمثل تغيرات *يمكن اعتماد طرق عدة لتتبع المعايرة f(V) *تفاعل المعايرة تفاعل كلي ،سريع ووحيد

بواسطة AHمعادلة تفاعل معايرة حمض * pHمنحنى يضم منطقة خاصة حيث يتغير : نذكر منها

( :الصودا)هيدروكسيد الصوديوم Eنقطة انعطاف ـ تتبع بقياس المواصلة ،حيث يمعلم بشكل مفاجئ وحيث توجد

(aq). التكافؤ بتغير المعامل الموجه لمنحنى تطابق نقطة التكافؤ (aq) (aq) 2 ( )AH HO A H O

بواسطة Bمعادلة تفاعل معايرة قاعدة*يمكن تحديد إحداثيتي نقطة التكافؤ ،بإحدى * . المعايرة بواسطة قياس المواصلة

:حمض الكلوريدريك : الطريقتين . و المعايرة الملوانية pHـ تتبع بقياس

(aq). ـ طريقة المماسات المتوازية 3 (aq) (aq) 2 ( )B H O BH H O

pHـ طريقة مشتقة الدالة f(V) حيث،E

V *عند التكافؤ تكون كميتا مادة المتفاعلين

: منعدمتين أي. يطابق مطراف هذه المشتقة A A B BE

C .V C .V

إن إضافة كاشف ملون مناسب إلى المحلول أو * B B A AE

C .V C .V

المعاير تجعل التكافؤ قابل للمالحظة ،و الذي يترجم

.لوينة المحلول بتغير

الكاشف الملون المالئم لمعايرة حمضية قاعدية *

الخليط pHهو الذي تضم منطقة انعطافه قيمة

.عند التكافؤ

pHننجز تركيبا يمكن من قياس مستمر لتغيرات

المعايرة المحلول المعاير الموجود في الكأس خالل

( .المعاير)وكذا حجم المحلول المضاف

في حالة معايرة محلول قاعدي ،نصب حجما من المحلول

القاعدي في الكأس ونمأل السحاحة بمحلول حمضي ذي

.تركيز معروف

كيميائيةمنحى تطور مجموعة

إثبات التعبير الحرفي لخارج التفاعل r

Q وحساب قيمته في تحديد منحى التطور التلقائي لمجموعة

حالة معينة للمجموعة

إذا كان خارج التفاعل في الحالة البدئية يساوي ثابتة التوازن ،أي *المذيب . نستنتج التعبير الحرفي لخارج التفاعل من كتابة معادلة التفاعل r,i

Q K

.التراكيز المولية التتطور المجموعة بحيث توجد في حالة توازن و المركبات الصلبة التظهر في تعبيرخارج التفاعل ؛فقط

1لألنواع المذابة،معبر عنها ب mo .

.r

Q إذا كان خارج التفاعل في الحالة البدئية مخالفا لثابتة التوازن ،أي *بدون وحدةr,i

Q K

aA(aq) :مثال بالنسبة للمعادلة bB(aq) cC(aq) dD(aq) المجموعة تتطور تلقائيا نحو حالة التوازن :

:معينة للمجموعة فيحالة

c d

r a b

C DQ

A B

ـ إذا كان

r,iQ K المجموعة تتطور في المنحى المباشر لمعادلة التفاعل،

يأخد خارج التفاعل في حالة توازن مجموعة قيمة r,éq

Q (تزايد كمية مادة النواتج)ال تتعلق

ـ إذا كان Kبالتركيز البدئي بل فقط بدرجة الحرارة ،تسمى ثابتة التوازن r,i

Q K المجموعة تتطور في المنحى المعاكس لمعادلة التفاعل،

(تزايد كمية مادة المتفاعالت)

:مثال

3 3

HCOOH(aq) CH COO (aq) HCOO (aq) CH COOH(aq)

3

r

3

HCOO CH COOHQ

HCOOH CH COO

3,8A

4,8

A 3 3

K HCOOH / HCOO 10K 10

10K CH COOH / CH COO

التحوالت التلقائية في األعمدة و تحصيل الطاقة

تحديد كمية الكهرباء التي ينتجها العمود مكونات و تمثيل عمود تفسير اشتغال عمود

هي Eالقوة الكهرمحركة التي يرمز لها بالحرف . * العمود عبارة عن مجموعة كيميائية في غير حالة التوازن* يمكن أن يتم االنتقال التلقائي لإللكترونات بين *

.ندما تكون الدارة مفتوحةمؤكسد مباشرة عندما يشتغل العمود ، يتطور تلقائيا إلى حالة التوازن ، التوتر بين قطبي العمود ع/األنواع الكيميائية لمزدوجتين مختزل

I). ل قيمة خارج التفاعل إلى ثابتة التوازن عندما تكون مختلطة،أو منفصلة ولكن مرتبطة عبر دارة وتؤو 0)

تزال التتعلق القوة الكهرمحركة لعمود البشكل وال بطبيعة إنه يحول الطاقة الكيميائية الناتجة عن تفاعل األكسدة ـ اخ. كهربائية خارجية

مؤكسد المنفصلين ، إلى طاقة القنطرة األيونية ،بل تتعلق فقط بالمزدوجتين/مغمورة في محلول يحتوي التلقائي بين المزدوجتين مختزل Mصفيحة من فلز*

nالكاتيونات على M

المؤكسد المرافق للفلز،M المتدخلتين في تركيب العمود و تركيز األنواع . ، كهربائية

.حملة الشحنة الكهربائية في الدارة الخارجية هي اإللكترونات الكيميائية . *ة تسمى إلكترود الصفيح. تكون نصف عمود

عندما يزود عمود دارة كهربائية بتيار مستمر شدته*. العمود مولد كهركيميائي ،يتكون من نصفي عمود التي تنتقل من اآلنود إلى الكاثود *

،تكون كمية الكهرباء التي t،خالل مدة زمنية Iمتصلين بواسطة قنطرة ملحية تسمح بمرور التيار حملة الشحنة داخل العمود هي األيونات في محلولي مقصورتي

: ينتجها هذا العمود هي . العمود و القنطرة األيونية التي تربطهما . الكهربائي ،نتيجة انتقال األيونات عبرها

:للحفاظ على التعادل الكهربائي : يمثل العمود المتكون من المزدوجتين

1n

1(aq) 1(s)M / M

2nو

2(aq) 2(s)M / M

حيث تحدث(اآلنود)ـ تنتقل األيونات الموجبة نحو القطب السالب

1: بالرمز 2n n

1(s) 1(aq) 2(aq) 2(s) M / M / / M / M

نستعمل كذلك وحدة عملية الفارادي . األكسدة(Faraday)

حيث يحدث وهي القيمة المطلقة لكمية الكهرباء المحمولة من ( الكاثود)سالبة نحو القطب الموجب ـ تنتقل األيونات ال Zn(s)/Zn2+(aq) || Cu2+(aq)/Cu(s) : مثال

1.طرف مول من اإللكترونات. اإلختزال . قطبية اإللكترودين : قطبية العمود *1F 96500 C.mo

بكمية مادة اإللكترونات المتبادلة Qترتبط كمية الكهرباء (-)تحدث األكسدة عند األنود

n(e )+( يحدث االختزال عند الكاثود ) اثناء اشتغال العمود بالعالقة:Q n(e ).F

Cu2+(aq)

2 e–

Cu Zn2+(aq)

2 e–

Zn

(C) Q I. t (s)

A

+ PC) (SM* أمثلة لتحوالت قسرية

فة مبدأ تحليل كهربائيمعرفة أن هناك إمكانية حدوث معرفة وتحديد اآلنود و الكاثود معر

لمجموعة كهركيميائيةتفاعل بشكل قسري

يحدث تفاعل األكسدة على مستوى اآلنود التحليل الكهربائي هو تحول قسري ألن حدوثه يستلزم طاقة كهربائية *د للتوتر المستمر،على عندما يفرض مول

ولد ترغم المجموعة الكيميائية على التطور في المنحى المعاكس لمنحىمجموعة كيميائية تحتوي على مزدوجتين يرتبط اآلنود بالقطب الموجب للم

.يحدث تفاعل اختزال على مستوى الكاثود تطورها التلقائي *مؤكسد ،تيارا منحاه عكس منحى التيار /مختزل

التحليل الكهربائي لمحلول القصدير: الذي يمكن مالحظته عندما تتطور المجموعة يرتبط الكاثود بالقطب السالب للمولد مثال

حيث يفرض على المجموعة منحا للتطور . تلقائيا

كمية الكهرباء المنتقلة. يعاكس منحى التطور التلقائي

Qخالل التحليل الكهربائي تتعلق كمية الكهرباء

للتيار Iو كذا بالشدة tالمتبادلة بمدة التحليل

Q: المار في الدارة I. t

n(eبكمية مادة اإللكترونات المتبادلة Qتتعلق الشحنة )

t :Qبين اإللكترودين خالل نفس المدة n(e ).F

1ثابتة فارادي Fتمثل 1F 96500 C.mo

التطور التلقائيخالل التحول التلقائي ،تحترم المجموعة معيار

.حيث تتطور نحو حالة التوازن

خالل التحول القسري ،التحترم المجموعة معيار التطور،حيث تتطور

. بإكتساب طاقة مبتعدة عن حالة التوازن

األسترة و الحلمأة

التعرف على المجموعات المميزة

2 2OH , CO H , CO R , CO O CO

( امثلة)خمس ذرات كربون حد تسمية اإلسترات التي تحتوي على أقصى*

معرفة مميزات تفاعالت األسترة و الحلمأة*

:هذين التفاعلين عكوسين يؤديان إلى حالة توازن ننمدجه بالمعادلة . تفاعالت األسترة و الحلمأة تفاعالت بطيئة و محدودة

:الماء في هذه الحالة ناتج التفاعل وليس المذيب،تركيزه يظهر في تعبير ثابتة التوازن . Kنميز هذا التوازن بثابتة التوازن

ارتفاع درجة الحرارة تمكن من الحصول على التوازن بشكل أسرع،لكن اليتغير المردود عند التوازن

.ألن ثابتة التوازن األسترةـالحلمأة التتعلق بدرجة الحرارة

المردود*

(أو تجريبيا)مردود تفاعل هو نسبة كمية مادة الناتج المحصل عليه فعليا

e:على كمية المادة التي يفترض أن نحصل عليها إذا كان التحول كليا

max

nr

n . 1و 0يكون المردود محصور بين .

(حمض الكبريتيك مثال)يزيد من سرعة التفاعل،واليظهر في معادلة هذا التفاعل نوع كيميائي الحفاز*

معرفة كيفية إزاحة حالة التوازن *

:أسترة ـ حلمأة فى منحى تكون اإلستر وبذلك تحسين تصنيع اإلستر ، يمكن إلزاحة توازن

.ـ إضافة أحد المتفاعالت ،إما الكحول أو الحمض

ـ إزالة الماء خالل تكونه

ester eau

ester eau

acide alcool acide alcool

n n

n nV VKn n n n

V V

متفاعلالتحكم في تطور المجموعات الكيميائية بتغيير

معرفة أن تصنيع و حلمأة إستر يمكن أن تصبح كلية وسريعة

:تفاعل أندريد الحمض مع كحول يؤدي إلى تكون إستر ،حسب التفاعل الكلي والسريع ذي المعادلة *

: مثال

أندريد الحمض بإزالة الماء من حمض كربوكسيلي يمكن أن نحصل على*

HOالحلمأة القاعدية إلستر،أو التصبن،تفاعل بين إستر و أيون الهيدروكسيد * حيث نحصل على كحول و أيون كربوكسيالت حسب تفاعل كلي معادلته،:

معرفة بنية ونمط تأثير الصابون

(أحماض كربوكسيلية لها سلسلة كربونية طويلة غير متفرعة)يحضر الصابون انطالقا من حلمأة قاعدية لبعض المواد الدهنية الناتجة أساسا عن أسترة الغليسرول باالحماض الدهنية

:مثال

:المكونة للصابون تتميز بجزأين لهما خاصيتان مختلفتان أيونات الكربوكسيالت

COO( : رأس أيوني قطبي) ـ الجزء الهيدروفيلي (يقبل الماء)قابل للدوبان في الماء

يقبل الدهنيات(.اليقبل الماء)ـ الجزء الهيدروفوبي، السلسلة الكربونية الطويلة

.نقول أنه كذلك جزء ليبوفيلي