الاعتماد على التركيز

المصدر: سماء قريم من جامعة جونز هوبكنز ، دكتوراه في الطب ، الولايات المتحدة الأمريكية

1. تبعية التركيزتوسيع

   في هذه التجربة ، سوف تجمع بين تركيزات متفاوتة من حمض الهيدروكلوريك المائي وثيوكبريتات الصوديوم لصنع الكبريت الصلب ، والذي يتجمع بسرعة في جزيئات صفراء غير شفافة بتركيز معين من الكبريت. نظرا لأن محلول التفاعل يبدأ واضحا وعديم اللون ، يمكنك بسهولة معرفة متى يصل إلى هذا التركيز.

   ستستخدم نفس أنبوب الاختبار والحجم الإجمالي في كل مرة ، لذلك سيستغرق الأمر نفس الكمية من الكبريت لجعل كل محلول معتما تماما. وبالتالي ، ستقيس تقدم التفاعل عن طريق توقيت المدة التي يستغرقها ذلك. ستستخدم هذه البيانات بعد ذلك لتقدير ترتيب تفاعل المتفاعلات الفردية والتفاعل الكلي.

   قبل بدء المختبر ، قم بعمل جدول يسرد تركيزات المواد المتفاعلة ، ووقت عتامة المحلول ، ودرجة حرارة المحلول للتجارب.

   الجدول 1: تقدم التفاعل

   محاكمة	[Na2S2O3] (م)	[حمض الهيدروكلوريد] (م)	الوقت (الأزمنة)	درجة الحرارة (°C)
   1	0.1 م	3.0 م
   2	0.1 م	3.0 م
   3	0.2 م	3.0 م
   4	0.15 م	3.0 م
   5	0.05 م	3.0 م
   6	0.1 م	6.0 م
   7	0.1 م	4.5 م
   8	0.1 م	1.5 م

   انقر هنا لتنزيل الجدول 1

   نريد التأكد من أن جميع التفاعلات تحدث في درجة حرارة الغرفة. ستجري تجربتين معياريتين ، وثلاث تجارب بتركيزات مختلفة من ثيوسلفات الصوديوم ، وثلاث تجارب بتركيزات مختلفة من حمض الهيدروكلوريك ستقوم بتغيير التركيزات عن طريق تخفيف محاليل مخزون ثيوسلفات الصوديوم وحمض الهيدروكلوريك ، كما هو موضح في الجداول التالية.

   الجدول 2: تخفيفات ثيوسلفات الصوديوم

   التركيز المستهدف	حجم 0.2 M ثيوسلفات الصوديوم	حجم مياه DI
   0.05 م	5 مل	15 مل
   0.10 م	10 مل	10 مل
   0.15 م	15 مل	5 ملل
   0.20 م	20 مل	0 ملل

   انقر هنا لتنزيل الجدول 2

   الجدول 3: تخفيفات حمض الهيدروكلوريك

   التركيز المستهدف	حجم 6.0 M HCl	حجم مياه DI
   1.5 م	2.5 مل	7.5 مل
   3.0 م	5.0 مل	5.0 مل
   4.5 م	7.5 مل	2.5 مل
   6.0 م	10 ملل	0 مل

   انقر هنا لتنزيل الجدول 3

   تذكر توخي الحذر عند التعامل مع حمض الهيدروكلوريك ، وهو سام وشديد التآكل. ثاني أكسيد الكبريت ، وهو منتج غازي لهذا التفاعل ، سام أيضا. ستترك نفايات التفاعل في غطاء الدخان طوال الليل للسماح لثاني أكسيد الكبريت بالهروب دون ضرر.

   • أولا ، ارتد معطفا مختبريا ونظارات أمان مقاومة للرذاذ وقفازات النتريل.
   • املأ زجاجة غسيل بلاستيكية بالماء منزوع الأيونات واحصل على أنبوب اختبار مميز بعلامة X.
   • قم بتثبيت أنبوب الاختبار فوق منتصف لوح التحريك الصغير. يجب أن يكون الملصق على الجانب الآخر منك. تأكد من أنه يمكنك رؤية X بوضوح. ضع قضيب تحريك مغناطيسي صغير في أنبوب الاختبار.
   • استخدم مشبك مقياس حرارة لتأمين مقياس حرارة زجاجي في الثلث السفلي من الأنبوب ، مع إبقائه بعيدا عن X وشريط التقليب.
   • قم بقص ورقة من حوالي 20 مربعا من فيلم البارافين البلاستيكي من لفافة وأعد الورقة إلى غطاء المحرك.
   • ضع مناشف ورقية في غطاء الدخان كسطح نظيف لإعادة استخدام أدوات المختبر.
   • قم بتسمية دورق سعة 600 مل على أنه "نفايات" للتفاعل ، ودورق سعة 100 مل على أنه "0.2 مليون ثيوسلفات الصوديوم" ، ودورق سعة 50 مل على أنه "6 M HCl".
   • املأ الدورق سعة 100 مل ب 0.2 M ثيوكبريتات الصوديوم من زجاجة المرق في غطاء التوزيع.
   • بعد ذلك ، أحضر الدورق سعة 50 مل وزجاج الساعة إلى غطاء المحرك للحصول على 50 مل من 6 M HCl. قم بتغطية الدورق المملوء بزجاج الساعة وأعد الجزء الخاص بك من حمض الهيدروكلوريك إلى غطاء المحرك.
   • تحضير 20 مل من 0.1 M ثيوسلفات الصوديوم للتجربة المعيارية الأولى. استخدم ماصة حجمية سعة 10 مل لقياس 10 مل من ثيوسلفات الصوديوم 0.2 M وتوزيعها في قارورة حجمية سعة 20 مل. املأ القارورة الحجمية سعة 20 مل بالماء منزوع الأيونات حتى العلامة.
   • بعد ذلك ، قم بقص مربع من فيلم البارافين البلاستيكي ، وأغلق القارورة ، واقلبها عدة مرات لخلط المحلول جيدا.
   • قم بإزالة الفيلم وصب المحلول في أنبوب الاختبار.
   • تحضير 10 مل من 3 M HCl. ماصة 5 مل من 6 M HCl في أسطوانة متدرجة سعة 10 مل. أضف الماء منزوع الأيونات لملء الأسطوانة المتدرجة إلى خط 10 مل.
   • أغلق الجزء العلوي من الأسطوانة المتدرجة بغشاء بارافين بلاستيكي واخلط محلول حمض الهيدروكلوريك جيدا عن طريق قلبه عدة مرات.
   • الآن ، ابدأ تشغيل محرك التحريك واحصل على ساعة توقيت إعادة ضبط. تأكد من أنه يمكنك رؤية X من خلال المحلول في أنبوب الاختبار.
   • ابدأ تشغيل ساعة الإيقاف في نفس الوقت واسكب 3 M HCl في أنبوب الاختبار.
   • راقب X من خلال المحلول ، والذي سيبدأ في التحول إلى غائم عندما يتم إنتاج ما يكفي من الكبريت لتشبعه. أوقف ساعة الإيقاف بالضبط عندما يصبح المحلول معتما لدرجة أن X يختفي.
   • سجل الوقت في دفتر ملاحظات المختبر الخاص بك للتجربة المعيارية 1 ثم أعد ضبط ساعة الإيقاف. أيضا ، سجل درجة حرارة المحلول.
   • الآن ، قم بإيقاف تشغيل محرك التحريك ، وإزالة مقياس الحرارة ، واشطفه بالماء منزوع الأيونات في دورق النفايات.
   • بعد ذلك ، أفرغ أنبوب الاختبار في دورق النفايات ، واسترجع قضيب التحريك بملقط طويل ، واشطف أنبوب الاختبار وحرك القضيب بالماء منزوع الأيونات.
   • نظف أنبوب الاختبار جيدا بفرشاة أنبوب الاختبار. اشطف القارورة الحجمية والأسطوانة المتدرجة لفترة وجيزة بالماء منزوع الأيونات أيضا. جفف كل شيء بالمناشف الورقية.
   • كرر التجربة بنفس الطريقة بالضبط للوقت المعياري الثاني. إذا لم يكن الوقت في حدود 3 - 5 ثوان من الإصدار التجريبي الأول ، فكرر الإصدار التجريبي المعياري حتى تحصل على تجربتين متسقتين.
   • اتبع نفس الإجراء العام لكل تجربة لاحقة ، وقم بتغيير التخفيفات كما هو موضح في الجدول الخاص بك وتنظيف الأواني الزجاجية بين كل تجربة. استخدم ماصة حجمية سعة 5 مل حسب الحاجة عند قياس محلول مخزون ثيوسلفات الصوديوم في التجارب الرابعة والخامسة.
   • بمجرد إجراء جميع التجارب الثماني ، اشطف الأواني الزجاجية والأدوات مرة أخيرة وقم بتحييد نفايات التفاعل بصودا الخبز. توخي الحذر لأن ثاني أكسيد الكبريت هو أحد منتجات التفاعل.
   • نقل نفايات التفاعل المحايدة إلى حاوية النفايات المخصصة. بعد ذلك ، اسكب أي محلول متبقي من ثيوسلفات الصوديوم في حاوية النفايات المسمى واشطف الدورق بالماء منزوع الأيونات.
   • قم بتحييد أي حمض الهيدروكلوريك المتبقي بصودا الخبز قبل غسله في البالوعة بماء الصنبور.
   • أخيرا ، قم بتنظيف أدوات المختبر الخاصة بك ووضعها بعيدا وفقا لممارساتك القياسية وتخلص من أي قمامة متبقية في غطاء المحرك. سيتخلص معلمك من نفايات التفاعل لاحقا.
2. النتائجتوسيع
   • الآن ، قم بتقدير ترتيب تفاعل ثيوسلفات الصوديوم و HCl. احسب تركيز البداية لثيوسلفات الصوديوم في خليط التفاعل للتجارب من 1 إلى 5. بالنظر إلى تركيز ثيوسلفات الصوديوم وأوقات التفاعل، نلاحظ أنه مع تضاعف التركيز، ينخفض وقت التعتيم إلى النصف.

     الجدول 4: تقدير ترتيب تفاعل ثيوسلفات الصوديوم

     محاكمة	[Na2S2O3] مضاف	Na2S2O3 volume (mL)	إجمالي الحجم (مل)	[Na2S2O3] في خليط	الوقت (الأوقية)	الوقت العكسي (s-1)
     1, 2	0.1
     3	0.2
     4	0.15
     5	0.05

     انقر هنا لتنزيل الجدول 4
   • تذكر أن كل تجربة استخدمت نفس الحجم ، لذلك استغرق الأمر نفس الكمية من الكبريت لجعل كل محلول معتما. وبالتالي ، يكون التفاعل أسرع بمرتين عندما يتضاعف تركيز ثيوسلفات الصوديوم.
   • عندما يزداد التركيز بمعامل 4 ، يزداد معدل التفاعل أيضا بمعامل 4. تشير هذه العلاقة الفردية إلى أن التفاعل كان من الدرجة الأولى لثيوسلفات الصوديوم. إذا كان الأمر كذلك ، فإننا نتوقع أن تكون مخططات المعدل مقابل تركيز ثيوسلفات الصوديوم خطية.
   • لم نقيس كمية الكبريت اللازمة لتحويل المحلول إلى معتمة ، لكننا نفترض أنه كان هو نفسه لكل تجربة. يتيح لنا ذلك استخدام معكوس الوقت للتعتيم كبديل للمعدل. لن يكون الميل مساويا ل k ، لكن هذا جيد لهذا المختبر.
   • ارسم وقت التفاعل العكسي كدالة لتركيز ثيوسلفات الصوديوم. هذا يؤكد العلاقة الخطية بين إنتاج الكبريت وتركيز ثيوسلفات. وبالتالي ، يبدو أن رد الفعل هو الدرجة الأولى فيما يتعلق بالثيوسلفات.
   • استخدم نفس الطريقة لتقدير ترتيب تفاعل حمض الهيدروكلوريك أولا ، احسب تركيز بدء حمض الهيدروكلوريك في التجارب المعيارية وفي التجارب من 6 إلى 8.

     الجدول 5: تقدير ترتيب التفاعل حمض الهيدروكلوريك

     محاكمة	[HCl] مضاف	حجم حمض الهيدروكلوريك (مل)	إجمالي الحجم (مل)	[حمض الهيدروكلوريك] في خليط	الوقت (الأوقية)
     1, 2	0.1
     3	0.2
     4	0.15
     5	0.05

     انقر هنا لتنزيل الجدول 5
   • ثم انظر إلى تركيز حمض الهيدروكلوريك وأوقات التفاعل لهذه التجارب. أوقات التفاعل متطابقة تقريبا ، وبالتالي فإن تركيز حمض الهيدروكلوريك ليس له أي تأثير على معدل التفاعل. هذا يعني أن حمض الهيدروكلوريك يبدو أنه من الدرجة الصفرية لهذا التفاعل.
   • أخيرا ، اجمع ترتيب تفاعل المواد المتفاعلة للحصول على ترتيب التفاعل الكلي.