تحقیق بررسی واكنش های شیمیایی

تحقیق بررسی واكنش های شیمیایی در 47 صفحه ورد قابل ویرایش 

مؤلف : مهندس مطیع فرد                                                              فصل اول : بینش 1

نام فرآیندهایی كه در جهان هستی در حال انجام شدن می‌باشند با آهنگ یا سرعت خاصی رخ می دهند. گستره ای از علم شیمی كه مربوط به سرعت واكنش های شیمیائی می باشد، سینتیك شیمیائی نام دارد. سینتیك شیمیائی با سرعت انجام یك فرآیند شیمیائی و عوامل مؤثر بر سرعت سر و كار دارد.

اگر در محیط اطراف زندگی خود نگاه كنیم در اثر گذشت زمان، واكنش های شیمیائی در حال رخ دادن می باشند. برخی كند مانند زنگ زدن ، آهن و برخی تند مانند سوختن و یاخنثی شدن اسید و باز می باشند.

نكته: دقت شود در مورد سرعت خودبخودی بخودن معنا ندارد، به عبارتی خودبخودی بودن مفهوم سریع بودن را نمی رساند. بسیاری از واكنش های خودبخودی آنچنان كند می باشند كه شاید هفته ها و سالها در دمای معمولی رخ ندهند. مانند:

نكته: خودبخودی بودن واكنش بحثی است ترمودینامیكی و ترمودینامیك با تعیین سطح انرژی واكنش دهنده ها و فرآورده ها و تغییر آنتروپی است. وقوع واكنش را بررسی می كند، در حالی كه سینتیك دوباره چگونگی تبدیل آن‌ها به یك دیگر و شرایط بهینه برای انجام شدن واكنش را بررسی می كند.

نكته: سینتیك تابع مسیر است.

سرعت یا شتاب یك فرآیند عبارت است از تغییر یك كمیت معین در یك زمان معین. حال این كمیت معین می‌تواند غلظت – بو – زنگ و … باشد.

همچنان كه در علم فیزیك سرعت یك متحرك را با تغییرات جابه‌جائی متحرك در تغییرات واحد زمان. بیان می كنیم در علم شیمی نیز به دنبال یك كمیت مستقیم تا در واحد زمان تغییر كند. از آنجائی كه در حین یك واكنش شیمیائی تعداد مولها دستخوش تغییر می شوند بنابراین سرعت یك واكنش شیمیائی عبارت است از تغییر غلظت یك واكنش گر و یا یك فرآورده در واحد زمان.

مثلاً در واكنش  اگر بخواهیم سرعت را برحسب جزء A حساب كنیم. (در علم شیمی سرعت را با R نمایش می‌دهیم و از آنجائی كه سرعت یك واكنش ثابت نیست و با گذشت زمان تغییر می كند. همچون علم فیزیك به بیان سرعت متوسط واكنش می پردازیم یعنی  ) حرف R از كلمه Rate به معنای سرعت گرفته شده است.

توجه: [A] یعنی غلظت A بر پایه مول بر لیتر

حرف یونانی  (دلتا)‌به معنای تغییر یك كمیت اندازه گیری شده است.

نكته : سرعت در لحظه های مختلف واكنش با یكدیگر تفاوت دارد. به عبارتی سرعت یك واكنش در ابتدا زیاد و با گذشت زمان از آنجائی كه غلظت واكنشگرها رو به كاهش می‌گذارد كم می گردد.

سرعت یك واكنش كمیتی است تجربی و با اندازه گیری سرعت مصرف واكنش دهنده (ها) یا سرعت تولید فرآورده (ها) معین می گردد.

توجه گردد كه عبارت  ‌یك عبارت منفی است. زیرا غلظت دوم A به دلیل مصرف شدن ‌از غلظت اول A كوچكتر است و از آنجائی كه در علم شیمی سرعت منفی معنا ندارد بنابراین سرعت متوسط مصرف A را با عبارت:

به عبارتی ‌سرعت را با بیان یك علامت منفی برای واكنش دهنده (ها) بیان می كنیم.

بنابراین می توان سرعت را برحسب جزء (B) نیز تعریف نمود:

پرسش: تغییرهای سرعت واكنش با پیشرفت زمان به چه ترتیب است؟

1) سرعت واكنش در ابتدا كم است و در نزدیك پایان زیاد می شود.

2) در تمام مدت سرعت واكنش ثابت است.

3) سرعت واكنش در ابتدا زیاد و در نزدیك پایان كم می گردد.

4) با پیشرفت زمان سرعت واكنش به طور منظم افزایش می یابد.

نكته :

انتخاب واحد زمان در سطح دبیرستان اصولاً ثانیه (s) و دقیقه است (min) ولی برای واكنش كند مانند زنگ زدن آهن و یا خرد شدن صفحات كاغذی یك كتاب 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 استوكیومتری فرض كردیم كه واكنش ها به طور كامل پیش می روند، یعنی تا هنگامی كه یكی از واكنش دهنده ها تمام شود. رویهمرفته، بسیاری از واكنش ها تا پایان پیش می روند. اگر یادتان باشد در شیمی 3 با واكنش های خودبخودی آشنا شدید . به عبارتی عوامل افزایش بی نظمی و كاهش انرژی هم دو در یك طرف واكنش بودند.

حال اگر عامل حداقل انرژی و حداكثر بی نظمی در دو سمت مخالف یك واكنش باشند در این صورت واكنش پیشرفت خوبی فقط به یك سمت ندارد و به عبارتی واكنش به هر دو طرف كشیده می گردد. در این حالت می گوئیم واكنش برگشت پذیر است. آشنائی با واكنش های برگشت پذیر مبنای درك واكنش های تعادلی می باشد.

واكنش های كه در آن هم واكنش رفت و هم واكنش برگشت به طور همزمان دو طرف واكنش قابل انجام باشد واكنش های برگشت پذیر می گویند. كه اصولاً آنها را با علامت  نشان می دهند.

نكته 1: هر واكنش برگشت پذیری تعادلی نیست. ولی تمام واكنش های تعادلی برگشت پذیرند.

یك نمونه از واكنش های برگشت پذیر جوش خوردن دو جزء No₂ به یكدیگر و تولید تترا اكسید دی نیتروژن

یك نمونه دیگر از واكنش های برگشت پذیر گرم نمودن نمك آبپوشیده كبالت (II) كلرید   كه به رنگ ارغوانی بوده و بر اثر گرم شدن و از دست دادن آب، آبی رنگ می شود.

نكته 2: اغلب آب زدایی نمك های آبپوشیده با تغییر رنگ همراه است مانند  كه دارای شش مولكول آب تبلور است.

نكته 3: اغلب شكل بلور نمك آبپوشیده با نمك كاملاً بی آب متفاوت است مثلا سدیم اورات (عامل بیماری نقرس) دارای بلورهای سوزنی شكل بوده و بر اثر حرارت به صورت بلور كروی تقریباً سیاه رنگ بدست می آید.

نكته 4: اصولا خصلت آبپوشی مربوط به تركیب های یونی می باشد چند نمونه نمك معروف آبپوشی شده:

 زاج سبز

 كات كبود

 سنگ گچ (زیپس)

مفهوم حالت تعادل: اگر در یك واكنش برگشت پذیر سرعت واكنش رفت با سرعت واكنش برگشت برابر باشد، حالت تعادل بوجود می آید. در این حالت غلظت واكنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد. از آنجائی كه هیچ گونه تغییری در غلظت واكنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد. از آنجائی كه هیچ گونه تغییری در غلظت واكنشگرها و فرآورده ها رخ نمی دهد، شاید به نظر برسد كه همه چیز متوقف شده است. اما این باور درست نیست. در سطح مولكولی حالتی پویا و دینامیك دارد. مانند یك كتری كاملاص در بسته كه در حال جوش است. سرعت واكنش تبخیر (واكنش رفت) در ابتدا زیاد است. واكنش برگشت (میعان) در ابتدا دارای سرعت صفر است. بعد از گذشت مدتی كه غلظت بخار به حد معینی رسید سرعت واكنش رفت یعنی تبخیر كم گشته و سرعت واكنش معیان زیاد می گردد سپس و در زمان مشخصی سرعت واكنش رفت برابر سرعت واكنش 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 مولكول به حالت بخار (از حالت مایع) در می آیند دقیقاً n مولكول نیز از حالت بخار به حالت مایع در می آیند. و بنابراین سرعت واكنش رفت و برگشت برابر می شود. (البته آنچه كه ذكر نمودیم مثالی از یك تعادل فیزیكی بود كه جلوتر انواع تعادلها را بررسی خواهیم نمود)