تحقیق بررسی واکنش های شیمیایی در 47 صفحه ورد قابل ویرایش
مؤلف : مهندس مطیع فرد فصل اول : بینش 1
نام فرآیندهایی که در جهان هستی در حال انجام شدن می‌باشند با آهنگ یا سرعت خاصی رخ می دهند. گستره ای از علم شیمی که مربوط به سرعت واکنش های شیمیائی می باشد، سینتیک شیمیائی نام دارد. سینتیک شیمیائی با سرعت انجام یک فرآیند شیمیائی و عوامل مؤثر بر سرعت سر و کار دارد.
اگر در محیط اطراف زندگی خود نگاه کنیم در اثر گذشت زمان، واکنش های شیمیائی در حال رخ دادن می باشند. برخی کند مانند زنگ زدن ، آهن و برخی تند مانند سوختن و یاخنثی شدن اسید و باز می باشند.
نکته: دقت شود در مورد سرعت خودبخودی بخودن معنا ندارد، به عبارتی خودبخودی بودن مفهوم سریع بودن را نمی رساند. بسیاری از واکنش های خودبخودی آنچنان کند می باشند که شاید هفته ها و سالها در دمای معمولی رخ ندهند. مانند:
نکته: خودبخودی بودن واکنش بحثی است ترمودینامیکی و ترمودینامیک با تعیین سطح انرژی واکنش دهنده ها و فرآورده ها و تغییر آنتروپی است. وقوع واکنش را بررسی می کند، در حالی که سینتیک دوباره چگونگی تبدیل آنها به یک دیگر و شرایط بهینه برای انجام شدن واکنش را بررسی می کند.
نکته: سینتیک تابع مسیر است.
سرعت یا شتاب یک فرآیند عبارت است از تغییر یک کمیت معین در یک زمان معین. حال این کمیت معین می‌تواند غلظت – بو – زنگ و … باشد.
همچنان که در علم فیزیک سرعت یک متحرک را با تغییرات جابه‌جائی متحرک در تغییرات واحد زمان. بیان می کنیم در علم شیمی نیز به دنبال یک کمیت مستقیم تا در واحد زمان تغییر کند. از آنجائی که در حین یک واکنش شیمیائی تعداد مولها دستخوش تغییر می شوند بنابراین سرعت یک واکنش شیمیائی عبارت است از تغییر غلظت یک واکنش گر و یا یک فرآورده در واحد زمان.
مثلاً در واکنش اگر بخواهیم سرعت را برحسب جزء A حساب کنیم. (در علم شیمی سرعت را با R نمایش می‌دهیم و از آنجائی که سرعت یک واکنش ثابت نیست و با گذشت زمان تغییر می کند. همچون علم فیزیک به بیان سرعت متوسط واکنش می پردازیم یعنی ) حرف R از کلمه Rate به معنای سرعت گرفته شده است.
|
| غلظت A در t1 – غلظت A در t2 |
|
| T2-t1 |
توجه: [A] یعنی غلظت A بر پایه مول بر لیتر
حرف یونانی (دلتا)به معنای تغییر یک کمیت اندازه گیری شده است.
نکته : سرعت در لحظه های مختلف واکنش با یکدیگر تفاوت دارد. به عبارتی سرعت یک واکنش در ابتدا زیاد و با گذشت زمان از آنجائی که غلظت واکنشگرها رو به کاهش می‌گذارد کم می گردد.
سرعت یک واکنش کمیتی است تجربی و با اندازه گیری سرعت مصرف واکنش دهنده (ها) یا سرعت تولید فرآورده (ها) معین می گردد.
توجه گردد که عبارت یک عبارت منفی است. زیرا غلظت دوم A به دلیل مصرف شدن از غلظت اول A کوچکتر است و از آنجائی که در علم شیمی سرعت منفی معنا ندارد بنابراین سرعت متوسط مصرف A را با عبارت:
به عبارتی سرعت را با بیان یک علامت منفی برای واکنش دهنده (ها) بیان می کنیم.
بنابراین می توان سرعت را برحسب جزء (B) نیز تعریف نمود:
پرسش: تغییرهای سرعت واکنش با پیشرفت زمان به چه ترتیب است؟
1) سرعت واکنش در ابتدا کم است و در نزدیک پایان زیاد می شود.
2) در تمام مدت سرعت واکنش ثابت است.
3) سرعت واکنش در ابتدا زیاد و در نزدیک پایان کم می گردد.
4) با پیشرفت زمان سرعت واکنش به طور منظم افزایش می یابد.
نکته :
انتخاب واحد زمان در سطح دبیرستان اصولاً ثانیه (s) و دقیقه است (min) ولی برای واکنش کند مانند زنگ زدن آهن و یا خرد شدن صفحات کاغذی یک کتاب از واحدهای نظیر روز – هفته – ماه وسال استفاده می شود. در این بحث بیشتر از واحد ثانیه استفاده می گردد.
فصل دوم: پیش دانشگاهی 1
تعادل های شیمیائی
در محاسبه استوکیومتری فرض کردیم که واکنش ها به طور کامل پیش می روند، یعنی تا هنگامی که یکی از واکنش دهنده ها تمام شود. رویهمرفته، بسیاری از واکنش ها تا پایان پیش می روند. اگر یادتان باشد در شیمی 3 با واکنش های خودبخودی آشنا شدید . به عبارتی عوامل افزایش بی نظمی و کاهش انرژی هم دو در یک طرف واکنش بودند.
حال اگر عامل حداقل انرژی و حداکثر بی نظمی در دو سمت مخالف یک واکنش باشند در این صورت واکنش پیشرفت خوبی فقط به یک سمت ندارد و به عبارتی واکنش به هر دو طرف کشیده می گردد. در این حالت می گوئیم واکنش برگشت پذیر است. آشنائی با واکنش های برگشت پذیر مبنای درک واکنش های تعادلی می باشد.
واکنش های که در آن هم واکنش رفت و هم واکنش برگشت به طور همزمان دو طرف واکنش قابل انجام باشد واکنش های برگشت پذیر می گویند. که اصولاً آنها را با علامت نشان می دهند.
نکته 1: هر واکنش برگشت پذیری تعادلی نیست. ولی تمام واکنش های تعادلی برگشت پذیرند.
یک نمونه از واکنش های برگشت پذیر جوش خوردن دو جزء No2 به یکدیگر و تولید تترا اکسید دی نیتروژن
یک نمونه دیگر از واکنش های برگشت پذیر گرم نمودن نمک آبپوشیده کبالت (II) کلرید که به رنگ ارغوانی بوده و بر اثر گرم شدن و از دست دادن آب، آبی رنگ می شود.
نکته 2: اغلب آب زدایی نمک های آبپوشیده با تغییر رنگ همراه است مانند که دارای شش مولکول آب تبلور است.
نکته 3: اغلب شکل بلور نمک آبپوشیده با نمک کاملاً بی آب متفاوت است مثلا سدیم اورات (عامل بیماری نقرس) دارای بلورهای سوزنی شکل بوده و بر اثر حرارت به صورت بلور کروی تقریباً سیاه رنگ بدست می آید.
نکته 4: اصولا خصلت آبپوشی مربوط به ترکیب های یونی می باشد چند نمونه نمک معروف آبپوشی شده:
زاج سبز
کات کبود
سنگ گچ (زیپس)
مفهوم حالت تعادل: اگر در یک واکنش برگشت پذیر سرعت واکنش رفت با سرعت واکنش برگشت برابر باشد، حالت تعادل بوجود می آید. در این حالت غلظت واکنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد. از آنجائی که هیچ گونه تغییری در غلظت واکنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد. از آنجائی که هیچ گونه تغییری در غلظت واکنشگرها و فرآورده ها رخ نمی دهد، شاید به نظر برسد که همه چیز متوقف شده است. اما این باور درست نیست. در سطح مولکولی حالتی پویا و دینامیک دارد. مانند یک کتری کاملاص در بسته که در حال جوش است. سرعت واکنش تبخیر (واکنش رفت) در ابتدا زیاد است. واکنش برگشت (میعان) در ابتدا دارای سرعت صفر است. بعد از گذشت مدتی که غلظت بخار به حد معینی رسید سرعت واکنش رفت یعنی تبخیر کم گشته و سرعت واکنش معیان زیاد می گردد سپس و در زمان مشخصی سرعت واکنش رفت برابر سرعت واکنش برگشت می شود. در این حالت تعادل برقرار شده است. از این لحظه به بعد غلظت مایع و بخار ثابت گشته ولی مرتب مایع به بخار و بخار به مایع تبدیل می شود.
به عبارتی اگر در حالت تعادل فرض شود 8 مولکول به حالت بخار (از حالت مایع) در می آیند دقیقاً n مولکول نیز از حالت بخار به حالت مایع در می آیند. و بنابراین سرعت واکنش رفت و برگشت برابر می شود. (البته آنچه که ذکر نمودیم مثالی از یک تعادل فیزیکی بود که جلوتر انواع تعادلها را بررسی خواهیم نمود)