التتبع الزمني لتحول كيميائي

Présentation au sujet: "التتبع الزمني لتحول كيميائي"— Transcription de la présentation:

1 التتبع الزمني لتحول – سرعة التفاعل Suivi temporel d’une transformation – Vitesse de réaction
التتبع الزمني لتحول كيميائي لتتبع تحول كيميائي كميا, نحدد كمية مادة أحد النواتج أو أحد المتفاعلات خلال الزمن, بطريقة كيميائية كالمعايرة, أو باعتماد طرق فيزيائية مثل قياس الضغط, وقياس المواصلة, وقياس PH... ثم نربط المقدار المقاس بتقدم التفاعل x(t), ثم ندرس التطور الزمني لهذا الأخير ونستنتج تركيب المجموعة الكيميائية عند كل لحظة. نشاط 1: تتبع التطور الزمني لتحول بواسطة المعايرة 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 15.0 10.0 6.0 2.0 t (min) 2.7 2.6 2.5 2.3 2.1 1.7 1.3 0.6 n (I2) بإضافتنا للماء المثلج إلى العينة نكون قد خففنا من تركيز المتفاعلات وخفضنا من درجة حرارة الخليط, وبالتالي نكون قد أبطأنا سرعة التفاعل مما يمنحنا الوقت لإجراء المعايرة دون تغير كبير في تركيب العينة. 2I I2 + 2e- H2O2 + 2H+ + 2e H2O H2O2 + 2I- + 2H H2O + I2 خلال هذا التفاعل تتدخل المزدوجتان: I2/I- و H2O2/H2O. حالة المجموعة تقدم التفاعل H2O I H H2O + I2 الحالة البدئية وفير ni(I-) ni(H2O2) أثناء التفاعل x ni(I-) – 2x ni(H2O2) – x الحالة النهائية xm ni(I-) - 2xm ni(H2O2) – xm

2 التتبع الزمني لتحول – سرعة التفاعل
انطلاقا من الجدول الوصفي نكتب: x= n (I2) تتبع التطور الزمني لمجموعة كيميائية بواسطة المعايرة تفاعل أيونات اليودور مع الماء الأكسجيني خلال هذا التفاعل تتدخل المزدوجتان: I2/I- و H2O2/H2O. 2I I2 + 2e- H2O2 + 2H+ + 2e H2O H2O2 + 2I- + 2H H2O + I2 تحديد كمية مادة ثنائي اليود عند لحظة معينة نعاير ثنائي اليود بأيونات ثيوكبريتات لتحديد كمية اليود المتكونة عند لحظة معينة. خلال هذه المعايرة تتدخل المزدوجتان: I2/I- و S4O62-/S2O32- . I2 + 2e I- 2S2O S4O62­- + 2e- I2 + 2S2O I- + S4O62- ننشئ الجدول الوصفي لهذا التفاعل: حالة المجموعة تقدم التفاعل I S2O I S4O62- الحالة البدئية nE(S2O32-) ni(I2) أثناء التفاعل x 2x nE(S2O32-) – 2x ni(I2) – x الحالة النهائية xE 2xm nE(S2O32-) – 2xE ni(I2) - xE

3 التتبع الزمني لتحول – سرعة التفاعل
عند التكافؤ nE(S2O32-) – 2xE = 0 و ni(I2) – xE = 0. حيث C: تركيز محلول ثيوكبريتات الصوديوم. VE: الحجم المضاف عند التكافؤ. تحديد تقدم التفاعل وتركيب المجموعة الكيميائية حالة المجموعة تقدم التفاعل H2O I H H2O + I2 الحالة البدئية وفير ni(I-) ni(H2O2) أثناء التفاعل x ni(I-) – 2x ni(H2O2) – x الحالة النهائية xm ni(I-) - 2xm ni(H2O2) – xm نلاحظ حسب الجدول أن: ni(I2) = x(t). هذه العلاقة تمكن من تمثيل منحنى تغيرات تقدم التفاعل x بدلالة الزمن t. ومعرفة تقدم التفاعل كافية لتحديد تركيب المجموعة الكيميائية عند لحظة معينة. n(H2O2) = ni(H2O2) – x  ; n(I-) = ni(I-) - 2x  ; n (I2) = x نشاط 2: تتبع تحول كيميائي بقياس الضغط 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 t (s) 1093 1091 1087 1081 1079 1068 1060 1048 1036 1025 1013 p(hPa)

4 التتبع الزمني لتحول – سرعة التفاعل
Mg Mg2+ + 2e- 2H3O+ + 2e H2O + H2 Mg + 2H3O Mg2+ + 2H2O + H2 خلال هذا التفاعل تتدخل المزدوجتان: Mg2+/Mg و H3O+/H2. حالة المجموعة تقدم التفاعل Mg H3O Mg2+ + 2H2O + H2 الحالة البدئية وفير ni(H3O+) ni(Mg) أثناء التفاعل x ni(H3O+) – 2x ni(Mg) – x الحالة النهائية xm ni(H3O+) - 2xm ni(Mg) – xm نعتبر الغاز داخل الحوجلة كاملا. في الحالة البدئية (t = 0) لدينا: pt=0V = patmV = n0RT حيث n0: كمية مادة الهواء. عند اللحظة t ≠ 0 لدينا: ptV = (n0 + nt(H2))RT ptV = patmV + nt(H2)RT (pt – patm)V = nt(H2)RT بما أن: n(H2) = x فإن: (pt – patm)V = xRT أي: ∆pV = xRT في الحالة النهائية لدينا pt = pmax و x = xm إذن (pmax – patm)V = xmRT أي: ∆pmaxV = xmRT 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 t (s) x(10-4mol) 2.22 4.25 6.46 8.68 10.15 12.19 12.56 13.66 14.40 14.77 14.77

5 التتبع الزمني لتحول – سرعة التفاعل

6 التتبع الزمني لتحول – سرعة التفاعل
تتبع التطور الزمني لمجموعة كيميائية بانجاز قياس فيزيائي تتبع تحول كيميائي بقياس ضغط غاز نعتبر تفاعل حمض الايثانويك CH3CO2H(aq) مع أيون هيدروجينوكربونات HCO3-(aq) الذي يتم وفق المعادلة: CH3CO2H + HCO CH3CO2- + CO2 + H2O لننشئ الجدول الوصفي للتفاعل: حالة المجموعة تقدم التفاعل CH3CO2H HCO CH3CO CO H2O الحالة البدئية وفير ni(HCO3-) ni(CH3CO2H) أثناء التفاعل x ni(HCO3-) –x ni(CH3CO2H) – x الحالة النهائية xm ni(HCO3-) - xm ni(CH3CO2H) – xm انطلاقا من الجدول نلاحظ أن n(CO2) = x. إيجاد العلاقة بين الضغط p وتقدم التفاعل x. نعتبر الغاز داخل الحوجلة كاملا. في الحالة البدئية (t = 0) لدينا: pt=0V = patmV = n0RT حيث n0: كمية مادة الهواء. عند اللحظة t ≠ 0 لدينا: ptV = (n0 + nt(CO2))RT ptV = patmV + nt(CO2)RT (pt – patm)V = nt(CO2)RT بما أن: n(CO2) = x فإن: (pt – patm)V = xRT في الحالة النهائية لدينا: pt = pmax و x = xm إذن: (pmax – patm)V = xmRT ① من ① و ② نستنتج: ②

7 التتبع الزمني لتحول – سرعة التفاعل
تتبع تحول كيميائي بقياس الموصلية لتتبع تطور تفاعل 2-كلورو 2-متيل بروبان مع الماء الذي يحدث وفق المعادلة: RCl + H2O ROH + H+ + Cl- حالة المجموعة تقدم التفاعل RCl H2O + ROH H Cl- الحالة البدئية وفير ni(RCl) أثناء التفاعل x ni(RCl) – x الحالة النهائية xm ni(RCl) – xm لدينا: ① فإن: بما أن: من ① و ② نستنتج: ② في الحالة النهائية لدينا: السرعة الحجمية لتفاعل تعريف تعرف السرعة الحجمية لتفاعل كيميائي بالعلاقة: v(ti): السرعة الحجمية لتفاعل عند اللحظة ti ب: mol.m-3.s-1. dx: تغير تقدم التفاعل ب: mol. dt: مدة التغير ب: s. Vs: حجم المحلول ب: m3.

8 التتبع الزمني لتحول – سرعة التفاعل
ملحوظة: يعبر غالبا عن السرعة ب: mol.L-1s-1 أو mol.L-1.min-1 أو mol.L-1.h-1. تحديد سرعة التفاعل الطريقة المبيانية نخط منحنى تقدم التفاعل بدلالة الزمن t. نخط مماس هذا المنحنى عند اللحظة ti. نحدد المعامل الموجه لهذا المماس الذي يمثل نقسم هذا المعامل على حجم الخليط عند اللحظة ti. استعمال مجدول يمكن مباشرة حساب السرعة v(ti) انطلاقا من القيم Vs و ti و xi. (مثال:تجربة نشاط 2). تطور سرعة التفاعل خلال الزمن عند درجة حرارة ثابتة تتناقص سرعة التفاعل مع تناقص تراكيز المتفاعلات. زمن نصف التفاعل تعريف زمن نصف التفاعل t1/2 هو المدة الضرورية لكي يصل التقدم x إلى نصف قيمته النهائية: ملحوظة: في حالة تفاعل كلي, يساوي التقدم النهائي قيمة التقدم الأقصى. لا ينتهي التفاعل عند اللحظة: t = 2t1/2.

9 التتبع الزمني لتحول – سرعة التفاعل
تحديد زمن نصف التفاعل لتحديد زمن نصف التفاعل مبيانيا, نحدد قيمة التقدم النهائي للتفاعل بخط مقارب أفقي للمنحنى, ويمثل أفصول النقطة ذات الأرتوب زمن نصف التفاعل. فائدة زمن نصف التفاعل يمكِن زمن نصف التفاعل من اختيار الطريقة الملائمة لتطور المجموعة المدروسة, بحيث يجب أن تكون المدة الزمنية بين كل قياسين أصغر بكثير من زمن نصف التفاعل t1/2 لضمان سلامة الدراسة.