المتابعة الزمنية لتحول كيميائي

المكتسبات القبلية ــ جدول تقدم التفاعل

مكتسبات قبلية: جدول تقدم التفاعل

1. تقدم التفاعل $x$

• أ. تقدم التفاعل $x$: هو عدد مرات حدوث التفاعل الكيميائي ويعبر عنه بالمول $\text{mol}$.
• ب. التقدم الأعظمي $x_{max}$: هو التقدم الموافق لاستهلاك المتفاعل المحد أو استهلاك كل المتفاعلات (قيمة نظرية).
• ج. التقدم النهائي $x_f$: هو التقدم الموافق لتوقف الجملة عن التطور (قيمة عملية).

---

2. جدول تقدم التفاعل

حيث: A, B, C, D: الأنواع الكيميائية ؛ a, b, c, d: المعاملات الستوكيومترية.

مثال:

نمزج في اللحظة $t = 0$ حجماً من محلول بيكرومات البوتاسيوم $(2\text{K}^+(aq) + \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(aq))$ مع حجم من محلول حمض الأوكساليك $\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4(aq)$.

الثنائيتان المشاركتان في التفاعل هما: $(\text{CO}_2(aq) / \text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4(aq))$ و $(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(aq) / \text{Cr}^{3+}(aq))$

---

3. إيجاد المتفاعل المحد

• المتفاعل المحد: المتفاعل الذي تستهلك كمية مادته قبل بقية المتفاعلات و يتسبب في توقف التفاعل.
• إيجاد المتفاعل المحد: نأخذ أصغر قيمة لـ $x_{\text{max}}$ و المتفاعل المحد هو المتفاعل المقابل لهذه القيمة.
• إيجاد التقدم الأعظمي $x_{\text{max}}$:
• نفرض أن كمية مادة المتفاعلات في الحالة النهائية تساوي الصفر.
• نأخذ أصغر قيمة لـ $x_{\text{max}}$.

$ n_1 - a \cdot x_{\text{max}} = 0 \Rightarrow x_{\text{max}} = \frac{n_1}{a} \qquad \text{أو} \qquad n_2 - b \cdot x_{\text{max}} = 0 \Rightarrow x_{\text{max}} = \frac{n_2}{b} $

---

4. هل المزيج ستوكيومتري؟

حتى يكون المزيج ستوكيومتري يجب أن يكون: $ \frac{n_1(A)}{a} = \frac{n_2(B)}{b} $

حيث:

• n₁(A) : كمية المادة الابتدائية للمتفاعل الأول .
• n₂(B) : كمية المادة الابتدائية للمتفاعل الثاني .
• a : المعامل الستوكيومتري للمتفاعل الأول .
• b : المعامل الستوكيومتري للمتفاعل الثاني .

---

5. جدول تقدم تفاعل المعايرة

حيث: A, B, C, D: الأنواع الكيميائية ؛ a, b, c, d: المعاملات الستوكيومترية.

مثال:

نعاير ثنائي اليود $\text{I}_2(aq)$ بواسطة محلول مائي لثيوكبريتات الصوديوم $(2\text{Na}^+(aq) + \text{S}_2\text{O}_3^{2-}(aq))$.

في تفاعل المعايرة تتدخل الثنائيتان: $(\text{I}_2(aq) / \text{I}^-(aq))$ و $(\text{S}_4\text{O}_6^{2-}(aq) / \text{S}_2\text{O}_3^{2-}(aq))$.

المكتسبات القبلية ــ أهم القوانين والعلاقات

مكتسبات قبلية: أهم القوانين والعلاقات

1. كمية المادة "عدد المولات": n

• كمية المادة بدلالة الكتلة:

> $n = \frac{m}{M}$ > * n: كمية المادة (mol) > * m: الكتلة (g) > * M: الكتلة المولية (g/mol)

• كمية المادة بدلالة حجم غاز:

> $n = \frac{V_g}{V_m}$ > * $n$: كمية المادة ($\text{mol}$) > * $V_g$: حجم الغاز ($\text{L}$) > * $V_m$: الحجم المولي ($\text{L/mol}$) > * في الشروط النظامية: $V_m = 22.4 \text{ L/mol}$

• كمية المادة بدلالة التركيز:

> $n = C \times V$ > * n: كمية المادة (mol) > * C: التركيز المولي (mol/L) > * V: حجم المحلول (L)

• كمية المادة بدلالة ضغط غاز:

> $n = \frac{P \times V_g}{R \times T}$ > * $n$: كمية المادة ($\text{mol}$) > * $T$: درجة الحرارة ($\text{K}$) > * $V_g$: حجم الغاز ($\text{m}^3$) حيث $1 \text{ L} = 10^{-3} \text{ m}^3$ > * $P$: الضغط ($\text{Pa}$) حيث $1 \text{ bar} = 10^5 \text{ Pa}$ > * $R$: ثابت الغازات المثالية ($R = 8.314 \text{ SI}$) > * التحويل لدرجة الحرارة: $T(\text{K}) = T(^{\circ}\text{C}) + 273$

---

2. التركيز المولي $C$ والتركيز الكتلي $C_m$

• التركيز المولي:

> $C = \frac{n}{V}$ > * C: التركيز المولي (mol/L) > * n: كمية مادة المذاب (mol) > * V: حجم المحلول (L)

• التركيز الكتلي:

> $C_m = \frac{m}{V}$

> * $C_m$: التركيز الكتلي ($\text{g/L}$) > * $m$: كتلة المذاب ($\text{g}$) > * $V$: حجم المحلول ($\text{L}$)

• التركيز المولي لمحلول تجاري:

> $C = \frac{10 \times p \times d}{M}$

> * $C$: التركيز المولي ($\text{mol/L}$) > * $p$: درجة النقاوة ($\%$) > * $d$: الكثافة > * $M$: الكتلة المولية ($\text{g/mol}$)

• درجة النقاوة:

> $P\% = \frac{m}{m_0} \cdot 100$

> * $P\%$: درجة النقاوة ($\%$) > * $m$: كتلة المذاب النقي ($\text{g}$) > * $m_0$: كتلة المذاب الخام ($\text{g}$)

---

3. الكثافة d والكتلة الحجمية ρ

• الكتلة الحجمية:

> $\rho = \frac{m}{V}$ > * ρ: الكتلة الحجمية (g/L) > * V: حجم الجسم (L) > * m: كتلة الجسم (g)

• كثافة سائل بالنسبة للماء:

> $d = \frac{\rho}{1000}$ > * $d$: الكثافة > * $\rho$: الكتلة الحجمية ($\text{g/L}$) > * $\rho_{\text{ماء}} = 1000 \text{ g/L}$

• الكثافة (بشكل عام):

> $d = \frac{\rho_1}{\rho_2}$

> * $d$: الكثافة > * $\rho_1$: الكتلة الحجمية للجسم 1 ($\text{g/L}$) > * $\rho_2$: الكتلة الحجمية للجسم 2 ($\text{g/L}$)

• كثافة غاز بالنسبة للهواء:

> $d = \frac{M}{29}$

> * $d$: الكثافة > * $M$: الكتلة المولية ($\text{g/mol}$) > * $M_{\text{الهواء}} = 29 \text{ (g/mol)}$

---

4. التمديد "التخفيف"

• قانون التمديد:

> $C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

> * $V_1$: الحجم قبل التمديد ($\text{L}$) > * $V_2$: الحجم بعد التمديد ($\text{L}$) > * $C_1$: التركيز قبل التمديد ($\text{mol/L}$) > * $C_2$: التركيز بعد التمديد ($\text{mol/L}$)

• حجم الماء المضاف:

> $V_2 = V_1 + V_{\text{H}_2\text{O}}$

> * $V_{\text{H}_2\text{O}}$: حجم الماء المضاف ($\text{L}$) > * $V_1$: الحجم قبل التمديد ($\text{L}$) > * $V_2$: الحجم بعد التمديد ($\text{L}$)

• معامل التمديد (بدلالة التراكيز):

> $F = \frac{C_1}{C_2}$ > * $F$: معامل التمديد > * $C_1$: التركيز قبل التمديد ($\text{mol/L}$) > * $C_2$: التركيز بعد التمديد ($\text{mol/L}$)

• معامل التمديد (بدلالة الحجوم):

> $F = \frac{V_2}{V_1}$ > * $F$: معامل التمديد > * $V_1$: الحجم قبل التمديد ($\text{L}$) > * $V_2$: الحجم بعد التمديد ($\text{L}$)

---

5. الناقلية G والناقلية النوعية σ

• الناقلية (بدلالة ثابت الخلية والناقلية النوعية):

> $G = K \times \sigma$ > * $G$: الناقلية ($\text{S}$) > * $\sigma$: الناقلية النوعية ($\text{S/m}$) > * $K$: ثابت الخلية ($\text{m}$)

• الناقلية (بدلالة شدة التيار وفرق الكمون):

> $G = \frac{1}{R} = \frac{I}{U}$ > * $G$: الناقلية ($\text{S}$) > * $I$: شدة التيار ($\text{A}$) > * $R$: المقاومة ($\Omega$) > * $U$: فرق الكمون (التوتر) ($\text{V}$)

• ثابت الخلية:

> $K = \frac{S}{L}$

> * $K$: ثابت الخلية ($\text{m}$) > * $L$: المسافة بين لبوسي الخلية ($\text{m}$) > * $S$: مساحة لبوسي الخلية ($\text{m}^2$)

• الناقلية النوعية:

> $\sigma = \lambda \cdot C$

> $\sigma = \lambda_{X^+} \cdot [X^+] + \lambda_{X^-} \cdot [X^-]$

> * $\lambda$: الناقلية النوعية الشاردية ($\text{S}\cdot\text{m}^2/\text{mol}$) > * $\sigma$: الناقلية النوعية ($\text{S/m}$) > * $C$: التركيز المولي ($\text{mol/L}$) ---

6. نقطة التكافؤ

• معادلة التفاعل:

> $\alpha \cdot A + \beta \cdot B = \gamma \cdot C + \delta \cdot D$

> * $\alpha ; \beta ; \gamma ; \delta$: معاملات ستوكيومترية

• عند نقطة التكافؤ:

> $\frac{C_A \times V_A}{\alpha} = \frac{C_B \times V_B}{\beta}$

> * $C_A$: تركيز المتفاعل A ($\text{mol/L}$) > * $V_A$: حجم المتفاعل A ($\text{L}$) > * $C_B$: تركيز المتفاعل B ($\text{mol/L}$) > * $V_B$: حجم المتفاعل B ($\text{L}$)

المدة المستغرقة وزمن نصف التفاعل

1. المدة المستغرقة في تحول كيميائي

• التحولات السريعة: تحولات كيميائية تبلغ نهايتها مباشرة بعد تلامس المتفاعلات ومدتها أقل من $0.1\text{ s}$.
• التحولات البطيئة: تحولات كيميائية تبلغ نهايتها تدريجياً بعد تلامس المتفاعلات وتستغرق عدة ثواني أو دقائق أو ساعات.
• التحولات البطيئة جداً: تحولات كيميائية تستغرق عدة أيام أو أشهر... ومنه تعتبر عاطلة حركياً.

---

2. تعريف زمن نصف التفاعل $t_{1/2}$

• زمن نصف التفاعل $t_{1/2}$: هو الزمن اللازم لبلوغ التفاعل نصف تقدمه الأعظمي وحدته الثانية $\text{s}$.

لما $x\left(t_{1/2}\right) = \frac{x_{\text{max}}}{2}$ فإن $t = t_{1/2}$

---

3. أهمية زمن نصف التفاعل $t_{1/2}$

• يمكننا من المقارنة بين تفاعلين من حيث السرعة، فكلما كان زمن نصف التفاعل أقل كان التفاعل أسرع.
• يعطينا فكرة حول المدة الكلية المستغرقة في التفاعل، تجريبيا تكون المدة الكلية المستغرقة في التفاعل محصورة بين $4 t_{1/2}$ و $7 t_{1/2}$.
• يمكننا من اختيار الطريقة المناسبة للمتابعة الزمنية للتحول الكيميائي، حيث يجب أن تكون المدة الزمنية بين قياسين أقل بكثير من $t_{1/2}$.

---

4. كيفية تعيين زمن نصف التفاعل $t_{1/2}$ بيانيا

• نحدد قيمة التقدم الأعظمي $x_{\text{max}}$.
• نحدد نصف قيمة التقدم الأعظمي $\frac{x_{\text{max}}}{2}$.
• نقوم بإسقاط نصف قيمة التقدم الأعظمي $\frac{x_{\text{max}}}{2}$ على المنحنى.
• نقوم بالإسقاط على محور الأزمنة فنجد قيمة زمن نصف التفاعل $t_{1/2}$.

---

5. مختلف حالات تعيين زمن نصف التفاعل بيانيا

أ. تشكل ناتج:

• الحالة 1: نحدد $y_f$ مباشرة من البيان.

• الحالة 2: نحدد $y_f$ مباشرة من البيان.

• الحالة 3: نحدد $y_f$ باستعمال جدول التقدم.

$y(t)$ عبارة عن : $x(mol)$ أو $n(mol)$ أو $m(g)$ أو $[X](mol/l)$ أو $V_E(L)$ أو $\sigma(S/m)$ أو $G(S)$ أو ...

ب. اختفاء متفاعل:

• الحالة 1: نحدد $y_0$ مباشرة من البيان.

• الحالة 2: نحدد $y_0$ و $y_f$ مباشرة من البيان.

• الحالة 3: نحدد $y_{t_{1/2}}$ باستعمال جدول التقدم.

$y(t)$ عبارة عن : $n(mol)$ أو $m(g)$ أو $[X](mol/l)$ أو $V_E(L)$ أو $\sigma(S/m)$ أو $G(S)$ أو ...

سرعة التفاعل

• معادلة التفاعل: $\alpha A + \beta B = \gamma C + \delta D$
• حيث: $\alpha, \beta, \gamma, \delta$ معاملات ستوكيومترية.

---

1. السرعة المتوسطة $v_m$

• تعريف السرعة المتوسطة للتفاعل $v_m$: تطور تقدم التفاعل بين لحظتين زمنيتين $t_1$ و $t_2$.

أ. السرعة المتوسطة للتفاعل

$v_m = \frac{\Delta x}{\Delta t} = \frac{x_2 - x_1}{t_2 - t_1}$

ب. السرعة المتوسطة لتشكل ناتج $D$

$v_m = \frac{\Delta n}{\Delta t} = \frac{n_2 - n_1}{t_2 - t_1}$

ج. السرعة المتوسطة لاختفاء متفاعل $A$

$v_m = -\frac{\Delta n}{\Delta t} = -\frac{n_2 - n_1}{t_2 - t_1}$

---

2. السرعة اللحظية $v$

• تعريف السرعة اللحظية للتفاعل $v$: تطور تقدم التفاعل بدلالة الزمن.

أ. السرعة اللحظية للتفاعل

• باستعمال طريقة المماس:

$v = \frac{dx}{dt}$

$v = \frac{\Delta x}{\Delta t} = \frac{x_2 - x_1}{t_2 - t_1}$

ب. السرعة اللحظية لتشكل ناتج $D$

• باستعمال طريقة المماس:

$v = \frac{dn}{dt}$

$v = \frac{\Delta n}{\Delta t} = \frac{n_2 - n_1}{t_2 - t_1}$

ج. السرعة اللحظية لاختفاء متفاعل $A$

• باستعمال طريقة المماس:

$v = -\frac{dn}{dt}$

$v = -\frac{\Delta n}{\Delta t} = -\frac{n_2 - n_1}{t_2 - t_1}$

---

3. السرعة الحجمية $v_{vol}$

• تعريف السرعة الحجمية للتفاعل $v_{vol}$: تطور تقدم التفاعل بدلالة الزمن بالنسبة لوحدة الحجم.

أ. السرعة الحجمية للتفاعل

• باستعمال طريقة المماس:

$v_{vol} = \frac{1}{V} \frac{dx}{dt}$

$v_{vol} = \frac{1}{V} \frac{\Delta x}{\Delta t} = \frac{1}{V} \frac{x_2 - x_1}{t_2 - t_1}$

ب. السرعة الحجمية لتشكل ناتج $D$

• باستعمال طريقة المماس:

$v_{vol} = \frac{1}{V} \frac{dn}{dt}$

$v_{vol} = \frac{1}{V} \frac{\Delta n}{\Delta t} = \frac{1}{V} \frac{n_2 - n_1}{t_2 - t_1}$

ج. السرعة الحجمية لاختفاء متفاعل $A$

• باستعمال طريقة المماس:

$v_{vol} = -\frac{1}{V} \frac{dn}{dt}$

$v_{vol} = -\frac{1}{V} \frac{\Delta n}{\Delta t} = -\frac{1}{V} \frac{n_2 - n_1}{t_2 - t_1}$

---

4. العلاقة بين مختلف السرعات

أ. العلاقة بين مختلف السرعات اللحظية

$v = \frac{v_A}{\alpha} = \frac{v_B}{\beta} = \frac{v_C}{\gamma} = \frac{v_D}{\delta}$

ب. العلاقة بين مختلف السرعات الحجمية

$v_{vol} = \frac{v_{vol A}}{\alpha} = \frac{v_{vol B}}{\beta} = \frac{v_{vol C}}{\gamma} = \frac{v_{vol D}}{\delta}$

ج. العلاقة بين السرعة اللحظية والحجمية

$v_{vol} = \frac{v}{V}$

طرق المتابعة الزمنية والعوامل الحركية

طرق المتابعة الزمنية

• المتابعة الزمنية: هي متابعة تطور كمية مادة متفاعل أو ناتج بدلالة الزمن.

---

طرق المتابعة وأهم العلاقات

1. الطرق الكيميائية

المعايرة اللونية

• تستعمل هذه الطريقة إذا كان النوع الكيميائي المراد تتبعه له لون مميز.
• العلاقة المستعملة (عند نقطة التكافؤ):

$\frac{C_A \times V_A}{\alpha} = \frac{C_B \times V_B}{\beta}$

2. الطرق الفيزيائية

وتشمل عدة طرق حسب طبيعة الوسط التفاعلي أو النواتج:

أ. قياس الناقلية ($G$ أو $\sigma$):

• متى تستعمل؟ الوسط التفاعلي يحتوي على شوارد.
• العلاقات المستعملة:

$G = K \cdot \sigma$

$\sigma = \lambda \cdot C$

ب. قياس حجم غاز ($V_g$):

• متى تستعمل؟ النوع الكيميائي الذي نتتبعه هو غاز منطلق.
• العلاقة المستعملة:

$n = \frac{V_g}{V_M}$

ج. قياس ضغط غاز ($P_g$):

• متى تستعمل؟ النوع الكيميائي الذي نتتبعه هو غاز في وعاء مغلق.
• العلاقة المستعملة (قانون الغازات المثالية):

$n = \frac{P_g \cdot V_g}{R \cdot T}$

د. قياس pH (الـ pH متر):

• متى تستعمل؟ الوسط التفاعلي يحتوي على شوارد الهيدرونيوم $(\text{H}_3\text{O}^+) $.
• العلاقة المستعملة:

$[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}}$

العوامل الحركية

• العوامل الحركية: هي عوامل تؤثر على سرعة التفاعل.

تتمثل العوامل الحركية في الأربعة التالية:

1. درجة الحرارة:

• التأثير: كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت سرعة التفاعل ونقص زمن الوصول إلى حد التفاعل.
• ملاحظة: ($\theta_1 < \theta_2$)

2. تركيز أحد المتفاعلات:

• التأثير: كلما زاد تركيز أحد المتفاعلات، زادت سرعة التفاعل ونقص زمن الوصول إلى حد التفاعل.
• ملاحظة: ($C_1 < C_2 < C_3$)

3. الوسيط:

• التأثير: نوع كيميائي يسرع التفاعل ولا يغير في الحالة النهائية للتفاعل.

4. مساحة سطح التلامس:

• التأثير: كلما زاد سطح التلامس بين المتفاعلات، زادت سرعة التفاعل ونقص زمن الوصول إلى حد التفاعل.
• ملاحظة: ($S_1 < S_2$)

---

3. التفسير المجهري

• الحركة البراونية: هي الحركة العشوائية للأفراد الكيميائية.
• الاصطدام الفعال: التصادم الذي ينتج عنه تفاعل كيميائي.
• التفسير المجهري: تتناقص سرعة التفاعل بسبب تناقص التصادمات الفعالة، وهذا راجع لتناقص تراكيز المتفاعلات، أو تناقص درجة الحرارة، أو تناقص سطح التفاعل، أو غياب الوسيط، أو تناقص كميته، والعكس صحيح.

البروتوكولات التجريبية للمتابعة الزمنية لتحول كيميائي

المعايرة

• نضيف الماء والجليد: لإيقاف التفاعل.
• السقي الفيزيائي: تبريد الكأس الذي يحتوي على المزيج التفاعلي بوضعه في الجليد المهشم.
• السقي الكيميائي: إضافة الماء البارد إلى المزيج التفاعلي.
• نستعمل الخلاط المغناطيسي: للحصول على خليط متجانس.
• الهدف من المعايرة: المتابعة الزمنية لتطور جملة كيميائية وتعيين التركيز المولي للمحلول المعاير.
• مميزات تفاعل المعايرة: سريع وتام.
• نقطة التكافؤ: نقطة التغير اللوني حيث يحقق المزيج التفاعلي الشروط الستوكيومترية.

---

1. المتابعة الزمنية عن طريق المعايرة اللونية

البروتوكول التجريبي:

• الأدوات المستعملة:
• الزجاجيات: سحاحة مدرجة، بيشر، ماصة عيارية، أنابيب اختبار.
• المحاليل: المحلول المعاير، المحلول المعاير به، الماء، كاشف لوني.
• الأجهزة: الحامل، الخلاط المغناطيسي، ميقاتية.
• الهدف من التجربة: تعيين تركيز المحلول المجهول $C$.
• خطوات العمل:
• نملأ السحاحة بالمحلول المعاير به تركيزه معلوم $C'$ ونضبطه على خط الصفر.
• نأخذ حجم $V$ بالماصة العيارية من المزيج التفاعلي، ثم نضعه في البيشر، ونضيف له الماء البارد وقطع الجليد، ونضيف له قطرات من الكاشف اللوني، ثم نضعه فوق الخلاط المغناطيسي.
• نبدأ المعايرة قطرة بقطرة ونوقف التفاعل عند نقطة التكافؤ ونسجل حجم التكافؤ $V_E$.
• نكرر التجربة عند لحظات مختلفة $t_1, t_2, \dots, t_n$ وندون النتائج في جدول.

---

2. المتابعة الزمنية عن طريق قياس الناقلية

البروتوكول التجريبي:

• الأدوات المستعملة:
• الزجاجيات: بيشر، ماصة عيارية.
• المحاليل: مزيج تفاعلي شاردي حجمه $V$، الماء.
• الأجهزة: الحامل، الخلاط المغناطيسي، جهاز قياس الناقلية أو الناقلية النوعية، ميقاتية.
• الهدف من التجربة: مراقبة تطور كمية مادة الشوارد.
• خطوات العمل:
• نضع بيشر يحتوي على مزيج تفاعلي شاردي حجمه $V$ فوق خلاط مغناطيسي.
• نغمر خلية قياس جهاز قياس الناقلية في البيشر.
• نقيس قيم الناقلية في لحظات مختلفة $t_1, t_2, \dots, t_n$ وندون النتائج في جدول.

---

3. المتابعة الزمنية عن طريق قياس حجم غاز

البروتوكول التجريبي:

• الأدوات المستعملة:
• الزجاجيات: أنبوب مدرج، أنبوب على شكل حرف S، حوجلة (بالون) مسدودة بسدادة، حوض مائي، ماصة عيارية.
• المحاليل: مزيج تفاعلي حجمه $V$، الماء.
• الأجهزة: ميقاتية.
• الهدف من التجربة: مراقبة تطور كمية مادة الغاز المنطلق.
• خطوات العمل:
• نضع المزيج التفاعلي في حوجلة مسدودة بسدادة موصولة بأنبوب على شكل حرف S، الطرف الثاني للأنبوب مغمور في حوض مملوء بالماء ننكس فوقه أنبوب مدرج مملوء بالماء.
• نقيس حجم الغاز المنطلق المحجوز في الأنبوب المدرج في لحظات زمنية مختلفة $t_1, t_2, \dots, t_n$ وندون النتائج في جدول.

---

4. المتابعة الزمنية عن طريق قياس ضغط غاز

البروتوكول التجريبي:

• الأدوات المستعملة:
• الزجاجيات: حوجلة (بالون) مسدودة بسدادة، أنبوب جهاز قياس الضغط، ماصة عيارية.
• المحاليل: مزيج تفاعلي حجمه $V$، الماء.
• الأجهزة: جهاز قياس الضغط، ميقاتية.
• الهدف من التجربة: مراقبة تطور كمية مادة الغاز المنطلق.
• خطوات العمل:
• نضع المزيج التفاعلي في حوجلة مسدودة بسدادة موصولة بأنبوب، الطرف الثاني للأنبوب موصول بجهاز قياس الضغط.
• نقيس ضغط الغاز المنطلق في لحظات زمنية مختلفة $t_1, t_2, \dots, t_n$ وندون النتائج في جدول.

البروتوكولات التجريبية لتحضير المحاليل

1. عملية التمديد (التخفيف)

• الهدف من التجربة: تحضير محلول مخفف حجمه $V$ وتركيزه $C$ انطلاقاً من محلول مركز حجمه $V_0$ وتركيزه $C_0$.
• مثال:

تحضير محلول حجمه $V = 100\text{ ml}$ وتركيزه $C = 0.02\text{ mol}\cdot\text{l}^{-1}$ انطلاقاً من محلول برمنغنات البوتاسيوم $\text{KMnO}_4$ تركيزه $C_0 = 0.5\text{ mol}\cdot\text{l}^{-1}$.

• خطوات العمل:
• نقوم بحساب الحجم $V_0$ الواجب أخذه:

$C_0 \cdot V_0 = C \cdot V \implies V_0 = \frac{C \cdot V}{C_0} = \frac{0.02 \cdot 100}{0.5} \implies V_0 = 4\text{ ml}$

• بواسطة ماصة عيارية نأخذ حجماً $V_0$ من المحلول الأم $S_0$ تركيزه $C_0$.
• نسكب الحجم $V_0$ في حوجلة عيارية حجمها $V$.
• نملأ ثلاثة أرباع الحوجلة العيارية بالماء المقطر ثم نغلق الحوجلة العيارية بسدادة ثم نرجها.
• نضيف الماء المقطر إلى الحوجلة العيارية إلى غاية خط العيار.

---

2. تحضير محلول انطلاقاً من مادة صلبة نقية

• الهدف من التجربة: تحضير محلول حجمه $V$ وتركيزه $C$ انطلاقاً من مادة صلبة نقية كتلتها $m$ وكتلتها المولية $M$.
• مثال:

تحضير محلول حجمه $V = 100\text{ ml}$ وتركيزه $C = 0.01\text{ mol}\cdot\text{l}^{-1}$ انطلاقاً من كبريتات النحاس الثنائي ($\text{CuSO}_4, 5\text{H}_2\text{O}$) كتلته المولية $M = 249.7\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

• خطوات العمل:
• نقوم بحساب الكتلة $m$ الواجب أخذها:

$\begin{cases} n = \frac{m}{M} \\ n = C \cdot V \end{cases} \implies \frac{m}{M} = C \cdot V \implies m = C \cdot V \cdot M$ $\implies m = 0.01 \cdot 0.1 \cdot 249.7 \implies m = 0.25\text{ g}$

• بواسطة ميزان إلكتروني نقوم بوزن الكتلة $m$ باستعمال جفنة.
• نفرغ محتوى الجفنة في حوجلة عيارية حجمها $V$.
• نملأ ثلاثة أرباع الحوجلة العيارية بالماء المقطر.
• نغلق الحوجلة العيارية بسدادة ثم نرجها.
• نضيف الماء المقطر إلى الحوجلة العيارية إلى غاية خط العيار.

3. تحضير محلول انطلاقاً من محلول تجاري

• الهدف من التجربة: تحضير محلول حجمه $V$ وتركيزه $C$ انطلاقاً من محلول تجاري درجة نقاوته $P\%$ وكثافته $d$ وكتلته المولية $M$.
• مثال:

تحضير محلول حجمه $V = 100\text{ ml}$ وتركيزه $C = 0.2\text{ mol}\cdot\text{l}^{-1}$ انطلاقاً من محلول تجاري لحمض كلور الهيدروجين ($\text{HCl}$) درجة نقاوته $P\% = 34\%$ وكثافته $d = 1.16$ كتلته المولية $M = 36.5\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

• خطوات العمل:
• نقوم بحساب تركيز المحلول التجاري $C_0$:

$C_0 = \frac{10 \cdot P \cdot d}{M} = \frac{10 \cdot 34 \cdot 1.16}{36.5} \implies C_0 = 10.81\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}$

• نقوم بحساب الحجم $V_0$ الواجب أخذه:

$C_0 \cdot V_0 = C \cdot V \implies V_0 = \frac{C \cdot V}{C_0} = \frac{0.2 \cdot 100}{10.81} \implies V_0 = 1.85\text{ ml}$

• نملأ ثلاثة أرباع حوجلة عيارية حجمها $V$ بالماء المقطر.
• بواسطة ماصة عيارية نأخذ حجماً $V_0$ من المحلول التجاري تركيزه $C_0$ ثم نسكبه في الحوجلة العيارية.
• نغلق الحوجلة العيارية بسدادة ثم نرجها.
• نضيف الماء المقطر إلى الحوجلة العيارية إلى غاية خط العيار.

• ملاحظة:

نستعمل القفازات والنظارات للحماية لأن المحلول التجاري لحمض كلور الهيدروجين مركز و أكال.