دليل الكيمياء 3 ثانوي

‫السوريَّة‬ ‫الجُ ْمهوريَّة العَربيَّة ُّ‬ ‫وزارة التربيَة‬

‫الكيمياء‬ ‫كتاب المد ّرس‬ ‫ُ‬ ‫ُ‬ ‫مرحلة ال َّ‬ ‫عليم الثانوي‬ ‫ت‬ ‫ِ‬ ‫الثالث الثانوي العلمي‬ ‫‪ 2013 - 2012‬م‬ ‫‪ 1433‬هـ‬

‫املؤ ّسسة العا ّمة ّ‬ ‫للطباعة‬

‫أشــرفت على تــأليف هــذا الكتاب اللجنة التوجيهية العليا المشكلة بالقرار‬ ‫الوزاري رقم ‪ 943/2053‬تاريخ ‪2010/4/1‬‬

‫ال�ص ّف‪ :‬ملك ال�شوا ‪ -‬ب�شار مهنا‬ ‫من�سقا ّ‬ ‫ّ‬

‫التدقيق العلمي‬

‫امل�ؤلفون‬

‫د‪ .‬ف���اروق قنديل‬

‫د‪ .‬حسن جريكوس‬

‫عبد الستار النداف‬

‫محمد نوفل أبو علي‬

‫المقدمة‬

‫م����ل����ك ال����ش����وا‬

‫ب�����ش�����ار م��ه��ن��ا‬

‫د‪ .‬فرح سليمان المطلق‬ ‫د‪ .‬عدنان كودأل‬ ‫د‪ .‬يمن أتاسي‬

‫عماد إبراهيم‬

‫مراجعة‬

‫التدقيق اللغوي‬

‫رسوم الكتاب‬

‫التنضيد‬

‫تصميم الغالف‬

‫عبد هللا بويحيى‬ ‫عمر أبو دان‬

‫جميلة عبلة‬

‫ملك الشوا‬ ‫فراس حوش‬

‫فراس حوش‬

‫م‪ .‬عزت تلجة‬

‫اإلخراج ّ‬ ‫الفني‬

‫فراس حوش‬

‫اإلشراف ّ‬ ‫الفني‬

‫م‪ .‬عزت تلجة‬ ‫م‪ .‬عماد الدين برما‬

‫‪3‬‬

‫ُمدخل‬

‫إن التطور الكبير الحاصل في مجال العلوم وتقانة المعلومات واالتصاالت وإمكانية الحصول على‬ ‫المعارف من مصادر مختلفة؛ يضعنا أمام تحديات كبيرة‪ ،‬فلم يعد الكتاب المدرسي الوسيلة التعليمية الوحيدة‬ ‫للمعرفة العلمية‪ ،‬وإنما أصبح واحداً من مصادر المعرفة في عصر مليء بمصادر تعلّمية أخرى‪.‬‬ ‫لهذا يأتي هذا الدليل في إطار خطة وزارة التربية بالتركيز على الطالب ونشاطاته التفاعلية‪ ،‬وقد تم‬ ‫إعداد هذا الدليل ليكون أداة مساعدة يستنير به المدرس في تحسين أدائه وجعل تدريسه عملية وظيفية‬ ‫تعتمد على أسس تربوية سليمة في ضوء نظريات التعلم الحديثة التي تستند إلى استراتيجيات التعلم‬ ‫النشط‪.‬‬ ‫وبذلك نرتقي بالمدرس لتفعيل دوره ميسراً للمناقشة ومرشداً لعملية التعلم‪ ،‬فهو موجه للنشاط ومرافق‬

‫المقدمة‬

‫للبحث والتقصي واالكتشاف‪ ،‬حيث يعمل على تنمية الوعي ويثير االهتمام لدى الطلبة‪.‬‬ ‫وهذا ما ّ‬ ‫يمكن من تحفيز دافعية التعلّم والعمل ضمن الفريق اعتماداً على مصادر تعلم مختلفة‬ ‫واستراتيجيات تنمّي مهارات التفكير العلمي وبخاصة العليا منها‪.‬‬ ‫وهكذا يبدو أنه من غير الممكن أال يعتمد المدرّ س على هذا الدليل‪ ،‬ولكنه في الوقت نفسه يمكنه‬ ‫استعمال بعض طرائقه واإلضافة عليها؛ مما ّ‬ ‫يمكنه من المبادرات واستخدام الطرائق الفعالة‪.‬‬

‫يتضمن دليل المد ّرس لمادة الكيمياء‪:‬‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬فلسفة بناء المنهاج وخصائصه‪:‬‬ ‫◄ ◄خصائص منهاج الكيمياء وبنيته‪:‬‬ ‫‪ -1‬الحداثة العلمية‪.‬‬ ‫‪ -2‬التطبيق والتجارب العملية‪:‬‬ ‫ • أهمية ا­لتجارب بالنسبة لعلم الكيمياء‪.‬‬ ‫ • دور المدرّ س قبل وأثناء وبعد إجراء التجربة‪.‬‬ ‫ •قواعد السالمة واألمان‪.‬‬ ‫ • نموذج تقرير الطالب حول تنفيذ التجربة‪.‬‬ ‫ • نموذج بطاقة تقويم‪.‬‬ ‫◄ ◄ استراتيجيات تدريس الكيمياء والتركيز على‪:‬‬ ‫ • التفاعل بين الطالب والمدرّ س‪.‬‬ ‫ • التفاعل بين الطلبة أنفسهم‪.‬‬ ‫‪4‬‬

‫ • التركيز على التعلّم من خالل نشاط المتعلمين‪.‬‬ ‫ • التعلّم التعاوني ضمن فريق‪.‬‬ ‫ • مصادر التعلّم‪.‬‬

‫ثانياًَ‪ :‬تنفيذ الوحدات‪:‬‬ ‫◄ ◄درس نموذجي ّ‬ ‫منفذ من كل وحدة على األقل يتضمن‪:‬‬ ‫‪ -1‬أهداف الدرس‪.‬‬ ‫‪ -2‬مراكز االهتمام‪.‬‬ ‫‪ -3‬األدوات واألجهزة الالزمة‪.‬‬ ‫‪ -4‬االستثارة الموجهة‪.‬‬ ‫‪ -5‬أنشطة الدرس‪.‬‬

‫المقدمة‬

‫‪ -6‬مراحل تنفيذ الدرس ونتائجه‪.‬‬ ‫‪ -7‬تقويم مرحلي دون حل‪.‬‬ ‫‪ -8‬تقويم نهائي مع الحل‪.‬‬ ‫◄ ◄بقية الدروس غير النموذجية‪ ،‬وتشتمل على‪:‬‬ ‫‪ -1‬أهداف الدرس‪.‬‬ ‫‪ -2‬مراكز االهتمام‪.‬‬ ‫‪ -3‬أنشطة الدرس وأدواتها الالزمة‪.‬‬ ‫‪ -4‬تقويم نهائي‪.‬‬ ‫‪ -5‬أسئلة في نهاية كل وحدة‪.‬‬ ‫‪ -6‬أنشطة ال صفيّة‪.‬‬ ‫◄ ◄فهرس للدليل‪.‬‬ ‫نتمنى أن يكون هذا الدليل في مستوى هذا المشروع التربوي النوعي‪ ،‬ويلبّي طموحات زمالئنا‬ ‫المدرسين‪ ،‬وأن يجدوا فيه ما يمكنهم من أداء رسالتهم التربوية بثقة لدى طلبتنا الذين يمثلون الثروة‬ ‫البشرية لوطننا‪..‬‬ ‫ولي التوفيق‬ ‫وهللا ّ‬

‫المؤلّفون‬

‫‪5‬‬

‫خ�صائ�ص منهاج الكيمياء‬

‫المقدمة‬

‫ ‬

‫•فلسفة المنهاج‪.‬‬

‫ ‬

‫•أهمية تدريس الكيمياء‪.‬‬

‫ ‬

‫•األهداف العامة لمنهاج الكيمياء‪.‬‬

‫ ‬

‫•استراتيجيات تدريس منهاج الكيمياء‪.‬‬

‫ ‬

‫•المعايير الخاصة ومؤشرات األداء‪.‬‬

‫ ‬

‫•خصائص المدرّ س‪.‬‬

‫ ‬

‫•الوحدات الرئيسية ‪/‬عناوينها‪./‬‬

‫ ‬

‫•إرشادات السالمة في المختبر‪.‬‬

‫بين يدي المدرس‪:‬‬ ‫َّ‬ ‫ِّ‬ ‫الخطة التي أع ّدتها وزارة‬ ‫للصف الثالث الثانوي ‪ ،‬وذلك ضمن‬ ‫نضع بين أيديكم دليل المدرس للكيمياء‬ ‫التربية في الجمهورية العربية السورية‪.‬‬ ‫َّ‬ ‫ركز الدليل على أسلوب الحوار والمناقشة بينَ المدرس والمتعلم‪ ،‬ليجعل من الطالب متعلِّماً نشطاً‪،‬‬ ‫ميسراً‪.‬‬ ‫ومحوراً للعملية التعليميّة ‪ /‬التعلُّميَّة‪ ،‬وليجعل من المدرس مرشداً ِّ‬ ‫كما ويعتمد هذا الدليل عدداً من األساليب اإلثرائية في طرائق التدريس والتواصل بين المدرس‬ ‫والطالب من خالل تجهيزات مخبرية متميزة في كل مادة علمية‪.‬‬ ‫باإلضافة إلى تغيير الطرائق التقليدية التي كانت سائدة في التعليم‪ ،‬بحيث تتاح أمام الطالب (قاعدة‬ ‫واسعة من مصادر المعلومات المرتبطة بالمنهاج الدراسي)‪.‬‬ ‫وال شك أنه مطلوب من جميع القائمين على العملية التربوية بذل كل جهد ممكن لتربية الطالب‪،‬‬ ‫ليكون‪ :‬اإلنسان العصري‪ ،‬القادر على التفكير السليم البنّاء‪ ،‬المز ّود بالمعرفة والمهارات التي ّ‬ ‫تمكنه من‬ ‫تحقيق التالؤم مع طبيعة عصره وخصائصه‪ ،‬والبيئة من حوله وما يطرأ عليها من تغيرات وتطورات‬ ‫سريعة ومتالحقة‪.‬‬ ‫ونحن إذ نضع هذا الدليل بين أيدي زمالئنا المدرسين فإننا نأمل أن نكون قد وفقنا في تقديم بعض العون‬ ‫لهم‪ ،‬وأن يغنوه بخبراتهم وتجاربهم في طرائق التدريس الفعالة‪ ،‬وأن يوافونا بمالحظاتهم ومقترحاتهم‬ ‫بغية تطويره في المستقبل‪.‬‬ ‫‪6‬‬

‫فلسفة المنهاج‪:‬‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬تعريف علم الكيمياء‪:‬‬ ‫عل ٌم يقوم بدراسة المادة وبنيتها وخاصياتها والتحوالت التي تطرأ عليها والطاقة التي ترافق هذه‬ ‫التحوالت‪ ،‬معتمداً على المالحظة والتجربة‪ ،‬ومستخدماً األدوات واألجهزة والمواد الكيميائية؛ حيث‬ ‫يستطيع الكيميائي عند معرفة خاصيات المواد الكيميائية إيجاد استعماالت مناسبة لها‪ ،‬واصطناع مواد‬ ‫جديدة لخدمة اإلنسان وسعادته بوساطة البحث العلمي األساسي والتطبيقي والتطور التقني‪.‬‬ ‫لعلم الكيمياء طبيعة خاصة وبنية تركيبية مميزة تغاير بقية فروع العلوم‪ ،‬وله عدة فروع أهمها‪:‬‬ ‫الكيمياء النووية‪ ،‬الكيمياء البنيوية‪ ،‬الكيمياء الالعضوية‪ ،‬الكيمياء العضوية‪ ،‬الكيمياء التحليلية‪،‬‬ ‫الكيمياء الضوئية‪ ،‬الكيمياء الفيزيائية‪ ،‬الكيمياء الحيوية‪ ،‬الكيمياء البيئية ‪ ...‬كما أن له مسلَّمات وأهدافاً‬

‫ثانياً‪ :‬أهمية تدريس الكيمياء‪:‬‬ ‫تتضح أهمية تدريس الكيمياء في ضوء المالحظات واالعتبارات اآلتية‪:‬‬ ‫■ ■التعرّ ف على المواد وبنيتها وتركيبها وخاصياتها والتحوالت التي تطرأ عليها‪ ،‬وتفسير كل ما يتعلق‬ ‫بذلك‪.‬‬ ‫■ ■بناء شخصية الطالب ليكون مواطناً صالحاً وقادراً على اختيار مستقبله المهني‪.‬‬ ‫■ ■التعريف باآلثار السلبية الناتجة عن التلوث البيئي الناجم عن التفاعالت الكيميائية ومخلَّفات المصانع‬ ‫الكيميائية‪.‬‬ ‫■ ■تدريب الطالب على التطبيقات العلمية للمعارف والمفاهيم الكيميائية التي يدرسونها‪ ،‬بما يعينهم‬ ‫على حسن التعامل مع البيئة‪.‬‬ ‫■ ■إكساب الطالب المرونة في التفكير العلمي الناقد‪ ،‬وتقبُّل آراء اآلخرين والمناقشة بروح واعية‪.‬‬ ‫■ ■اكتساب مهارات العمل الجماعي وروح التعاون فيما بينهم‪.‬‬ ‫■ ■تنمية مهارات التعلّم الذاتي تحقيقاً لعمليات التعلم المستمر‪.‬‬ ‫■ ■تنمية االتجاهات اإليجابية نحو استخدام األسلوب العلمي في الحياة اليومية من خالل البحث‬ ‫واالستقصاء واألمانة العلمية‪.‬‬ ‫■ ■تنمية القدرة على االكتشاف واإلبداع‪.‬‬ ‫‪7‬‬

‫المقدمة‬

‫خاصة‪.‬‬

‫ثالثاً‪ :‬األهداف العامة لمنهاج مادة الكيمياء‪:‬‬ ‫تتضمن هذه األهداف ‪:‬‬ ‫‪ -1‬امتالك الطالب لمجموعـة من المعـارف والخبرات والمهـارات من خالل‪:‬‬ ‫■ ■معرفة المفاهيم واألسس التي يقوم عليها علم الكيمياء‪.‬‬ ‫■ ■فهم بنية المادة وخواصها‪.‬‬ ‫■ ■تفسير التبادالت بين المادة والطاقة‪.‬‬ ‫■ ■كتابة معادالت التفاعالت الكيميائية وموازنتها‪.‬‬ ‫■ ■حل التمارين والمسائل‪.‬‬ ‫■ ■التعرّ ف على األدوات واألجهزة والمواد الكيميائية‪ ،‬وكيفية التعامل معها‪.‬‬ ‫■ ■اكتساب المهارات التجريبية التي تسمح بتنفيذ تجارب مخبرية بشكل دقيق وسليم‪.‬‬

‫المقدمة‬

‫‪ -2‬إدراك الطالب دور الكيمياء في سالمة البيئة من خالل دراسة تل ّوث التربة والماء والهواء‬ ‫والغذاء‪.‬‬ ‫‪ -3‬تعرّ ف خاصيات المادة الحية ومكوناتها من خالل دراستها بأساليب مختلفة‪.‬‬

‫رابعاً‪ :‬استراتيجيات تدريس منهاج الكيمياء‪:‬‬

‫يعتمد تدريس كل وحدة من وحدات الكيمياء على‪ :‬التعلم النشط‪ ،‬الحوار والمناقشة‪ ،‬التفاعل بين الطلبة‬ ‫والمدرس وبين الطلبة أنفسهم‪ ،‬حل المشكالت‪ ،‬التعلم الذاتي‪ ،‬التركيز على التعلم من خالل نشاط الطالب‪،‬‬ ‫االكتشاف‪ ،‬التعلم التعاوني‪ ،‬التركيز على مصادر التعلم‪.‬‬ ‫يتخلل المنهاج النظري لمادة الكيمياء مجموعة من األنشطة والتي بمجملها تشمل تعميق االتجاه التطبيقي‪،‬‬ ‫الحداثة العلمية‪ ،‬المشروعات‪ ،‬وتدخل في المنهاج المقرر للمادة‪.‬‬

‫خامساً‪ :‬المعايير الخاصة ومؤشرات األداء‪:‬‬

‫‪ -1‬يفهم الطالب التفاعالت النووية وتأثيراتها‪.‬‬ ‫‪ -2‬يفهم الطالب تبادالت الطاقة خالل التغيرات الفيزيائية والكيميائية للمادة‪.‬‬ ‫‪ -3‬يفهم الطالب الحركية الكيميائية والعوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي‪.‬‬ ‫‪ -4‬يفهم الطالب التوازن الكيميائي والعوامل المؤثرة في حالة التوازن‪.‬‬ ‫‪ -5‬يفهم الطالب الحموض واألسس‪.‬‬ ‫‪ -6‬يفهم الطالب األمالح في محاليلها المائية‪.‬‬ ‫‪ -7‬يفهم الطالب المعايرة‪.‬‬ ‫‪ -8‬يفهم الطالب المركبات األساسية في الكيمياء العضوية‪.‬‬ ‫‪8‬‬

‫سادساً‪ :‬دور المد ِّرس‪:‬‬ ‫يبرز دور المدرِّ س في تدريب الطالب على‪:‬‬ ‫التعبير عن نفسه‪ ،‬كيفية حل المشكالت‪ ،‬التفكير الناقد‪ ،‬اتخاذ القرار‪ ،‬التفكير المبدع‪ ،‬التحليل‪ ،‬التفكير‬ ‫المنتج‪ ،‬التخطيط‪.‬‬ ‫وأن يجعل من الطالب متعلماً ومثقفاً في آن واحد‪ ،‬وذلك من خالل اتصاله بالعالم الخارجي عن طريق‬ ‫وسائل االتصال المتعددة ومنها اإلنترنت و‪ ،.....‬كي يصبح لدى هذا الطالب رصيد كبير من المعرفة‪.‬‬ ‫كما ويبرز دور المدرِّ س في التعرف على مستويات الذكاء عند الطلبة‪.‬‬

‫سابعاً‪ :‬إرشادات السالمة العامة في المختبر‪:‬‬

‫إن طبيعة العمل المختبري الكيميائي تحتاج إلى تقيّد تام ببعض القواعد‪ ،‬وذلك حرصاً على سالمتك‬ ‫وسالمة األشخاص المجاورين لك‪ ،‬وتأكيداً لنجاح تجاربك‪.‬‬ ‫‪1 .1‬اتباع قواعد السالمة األساسية في المختبر‪.‬‬ ‫‪2 .2‬تطبيق أساسيات التعامل األولي مع اإلصابات (الجروح‪ ،‬الحروق‪ ،‬التسمم بالمواد‪ ،‬التعامل مع‬ ‫المواد وخاصة الخطرة والتخلص منها بطريقة صحيحة)‪.‬‬ ‫‪3 .3‬المحافظة على المواد واألدوات واألجهزة المستخدمة في الكيمياء‪.‬‬ ‫‪4 .4‬استخدام المواد واألدوات واألجهزة المستخدمة في الكيمياء بصورة صحيحة‪.‬‬

‫إن السالمة بمفهومها الحديث والشامل تعني المحافظة على‪:‬‬ ‫‪ )A‬اإلنسان (طالب‪ ،‬مدرس‪ ،‬إداري‪ ،‬مستخدم) داخل المدرسة وخارجها‪.‬‬ ‫‪ )B‬أثاث المدرسة وموجوداتها‪.‬‬ ‫‪ )C‬األجهزة واألدوات والمواد المخبرية‪.‬‬ ‫‪ )D‬البيئة المحيطة من ماء وهواء وتربة‪.‬‬

‫للمحافظة على السالمة يجب مراعاة قواعد السالمة اآلتية‪:‬‬ ‫القواعد األولى للوقاية في مختبر الكيمياء‪:‬‬ ‫‪1 .1‬وضع نظارات حماية للعينين‪.‬‬ ‫‪2 .2‬عدم لمس المواد الكيميائية واستخدام السباتوال (ملعقة خاصة) لذلك‪.‬‬ ‫‪3 .3‬ارتداء قفازات مناسبة (لمنع التماس المباشر)‪.‬‬ ‫‪9‬‬

‫المقدمة‬

‫الهدف‪:‬‬

‫‪4 .4‬ارتداء مئزر قطني (مريول) يحمي الجسم له أزرار من األمام ليتسنى خلعه بسهولة عند وقوع‬ ‫حادث‪.‬‬ ‫‪5 .5‬ارتداء أحذية تغطي القدم كاملة‪.‬‬ ‫ً‬ ‫طويال‪.‬‬ ‫‪6 .6‬رفع الشعر وربطه إذا كان‬ ‫‪7 .7‬العمل تحت ساحبة الغازات عند وجود مواد متطايرة أو تسبب أذية باالستنشاق‪.‬‬ ‫‪8 .8‬احترام إشارات التنبيه والتحذير التي تلصق عادة على عبوات المواد والمركبات الكيميائية‪.‬‬ ‫‪9 .9‬في حال عدم معرفة كيفية التعامل مع مادة كيميائية أو الجهل بخطورتها‪ ،‬علينا االستعانة بالمدرّ س‬ ‫المشرف (أو أمين المختبر) مع العودة إلى اإلنترنت‪.‬‬ ‫‪ 1010‬على جميع العاملين في المختبرات أن يتقيدوا بتعليمات السالمة من حيث التصرف أو ارتداء‬ ‫مستلزمات السالمة‪ ،‬مع العلم أن تعاون العاملين كافة في المختبر يُ َع ُّد أمراً مهماً وضرورياً‬

‫المقدمة‬

‫للمحافظة على أوضاع عمل سليمة داخل المختبر‪.‬‬ ‫‪ 1111‬التعرف على األماكن التي تُ َ‬ ‫وضع فيها أجهزة األمان مثل مطافئ الحريق ومستلزماتها‪ ،‬واألدوية‬ ‫التي تستعمل في حالة حدوث إصابة‪ ،‬ومصادر الماء الذي يمكن استخدامه في مثل هذه الظروف‬ ‫الطارئة‪.‬‬ ‫‪ 1212‬االمتناع عن القيام بتجارب غير مخ َّول بها‪ ،‬أو القيام بأي عمل يعتبر ممنوعاً دون استشارة‬ ‫المسؤول في المختبر‪.‬‬ ‫‪ 1313‬الحذر من العمل الذي يقوم به أحد زمالئك بجوارك‪.‬‬ ‫‪ 1414‬عند مشاهدة أي خطأ من زميلك أثناء أدائه لعمل معين فتنبيهه وتحذيره من مخاطر ذلك العمل‬ ‫مسؤولية تقع على عاتقك‪.‬‬ ‫‪ 1515‬المحافظة على الخزائن واألبواب مغلقة والممرات نظيفة وخالية من العوائق‪.‬‬ ‫‪ 1616‬في حالة حدوث انسكاب لبعض المواد يجب القيام بتنظيف األرضيات لمنع االنزالق‪.‬‬ ‫‪ 1717‬اتباع اإلجراءات الموصى بها للتخلص من النفايات التي يراد التخلص منها‪.‬‬ ‫‪ 1818‬يع ّد تخزين أو تحضير أي طعام أو شراب بالقرب من مكان العمل أمراً ممنوعاً‪.‬‬ ‫‪ 1919‬ال يجوز العمل بشكل منفرد داخل المختبر (أي بعدم وجود شخص آخر)‪.‬‬ ‫‪ 2020‬عدم إلقاء أعواد الثقاب وهي مشتعلة في سلة المهمالت خوفاً من نشوب حريق‪.‬‬ ‫‪ 2121‬االنتباه لما هو مكتوب على كل زجاجة‪ ،‬والتأكد من المادة الكيميائية التي فيها‪ ،‬فأسماء‬ ‫المواد‪ ‬الكيميائية كثيراً ما تتشابه‪.‬‬ ‫‪10‬‬

‫‪ 2222‬عدم ش ّم أو تذ ّوق أو لمس أية زجاجة محتوية على مواد كيميائية‪ ،‬ما لم يُطلب منك‪ ‬ذلك‪ ،‬فمعظم‬ ‫المواد الكيميائية خطر وسام‪.‬‬ ‫‪ 2323‬عند تسخين مادة كيميائية قابلة لالشتعال مثل (ال َغ ْول)‪ ،‬استخدم التسخين غير المباشر‪ ،‬واحرص‬ ‫على أال يوجد لهب بالقرب من مكان العمل‪.‬‬ ‫‪ 2424‬عند تسخين أنابيب االختبار َحرّ ك األنبوب على اللهب لتوزيع الحرارة بانتظام‪ ،‬واحرص على‬ ‫أن تكون فوهة األنبوب بعيدة عنك أو عن زمالئك‪.‬‬ ‫‪ 2525‬إذا انسكبت مادة كيميائية على جسمك‪ ،‬اغسلها ً‬ ‫حاال بكميات كبيرة من الماء وأخبر مشرف‪ ‬المختبر‬ ‫ً‬ ‫حاال‪.‬‬ ‫‪ 2626‬عند القيام بتمديد أحد الحموض‪ ،‬قم دائماً بإضافة الحمض ببطء شديد وقطرة قطرة في كأس‬ ‫تحتوي على كمية مناسبة من الماء‪ ،‬مع التحريك المستمر بقضيب زجاجي حتى تتشتت الحرارة‬

‫تحذير‬ ‫ال تضف املاء أبدا ً إلى احلمض َّ‬ ‫املركز فقد يؤدي ذلك إلى تطاير احلمض املركز على وجهك ومالبسك‬ ‫نتيجة التبخر الفجائي للماء املضاف إلى احلمض بتأثير كمية احلرارة الناجتة عن التمديد‪.‬‬

‫‪ّ 2727‬‬ ‫يحظر استخدام الفم بدل اإلجاصة لشفط أي مركب كيميائي‪.‬‬ ‫‪ 2828‬يجب إغالق عبوة كل مركب كيميائي مباشرة عقب االنتهاء من استخدامه‪.‬‬ ‫‪ 2929‬أثناء تسخين أي سائل في أنبوب اختبار يجب وضع أعلى السائل داخل اللهب وتحريك األنبوب‬ ‫بصورة جانبية ومنتظمة‪.‬‬ ‫‪ 3030‬ينبغي عدم توجيه فوهة أنبوب االختبار أثناء التسخين نحو الوجه أو نحو اآلخرين بل ينبغي‬ ‫توجيه الفوهة باتجاه الحائط‪.‬‬ ‫‪ 3131‬يجب االستعانة بملقط خشبي عند إضافة مركبات سائلة عالية التركيز إلى أنبوب اختبار أو عند‬ ‫تسخين هذا األنبوب‪.‬‬ ‫‪ 3232‬يجب عدم اللجوء إلى التبريد السريع لوعاء زجاجي ساخن‪.‬‬

‫‪11‬‬

‫المقدمة‬

‫الناتجة عن التخفيف‪.‬‬

‫األخطار في المختبر‪:‬‬ ‫المخاطر المحتمل حدوثها في المختبر وكيفية التعامل معها‪:‬‬ ‫‪ -1‬الحروق الحرارية‪:‬‬ ‫َتح ُدث الحروق الحرارية نتيجة مالمسة جهاز ساخن‪ ،‬ولمعالجة تلك الحروق ينصح بوضع المنطقة‬ ‫المصابة تحت الماء البارد مباشرة للتخفيف من الشعور باأللم وإبالغ أمين المختبر‪.‬‬ ‫‪ -2‬الحروق الكيميائية‪:‬‬ ‫تحدث الحروق الكيميائية نتيجة مالمسة الجلد أو األغشية المخاطية لمادة كيميائية‪ .‬وللوقاية من تلك‬ ‫اإلصابات ي َّ‬ ‫ُفضل‪:‬‬ ‫‪ ) A‬استعمال النظارة الواقية والمعطف المخبري‪.‬‬ ‫‪َ ) B‬ت َو ّخي الحذر عند تمديد الحموض‪.‬‬

‫المقدمة‬

‫‪ -3‬الجروح بسبب األواني الزجاجية‪:‬‬ ‫تحدث عند االستعمال الخاطئ لألجهزة‬ ‫أوان زجاجية مكسورة‪.‬‬ ‫الزجاجية‪ ،‬أو استعمال ٍ‬ ‫وعند حدوث اإلصابة بالجرح يجب تركه يدمى‬ ‫لفترة صغيرة ثم يغسل تحت الماء الجاري‪ ،‬وتُجرى‬ ‫بعض ال ُغ َرز الطبيَّة عند الحاجة‪.‬‬ ‫‪ -4‬الحرائق المشتعلة‪:‬‬ ‫َتح ُدث نتيجة خلط بعض المواد الكيميائية في‬ ‫تفاعل ما بطريقة خاطئة‪ ،‬أو َتعرُّ ض المواد القابلة‬ ‫ً‬ ‫مثال للهب موقد بنزن‪ .‬وعند حدوث‬ ‫لالشتعال‬ ‫اإلصابة بالحريق يجب االنبطاح أرضاً والتقلب ببطء مع لف الجسم ببطانية مضادة للحريق أو تعريض‬ ‫الجسم لماء بارد (دوش)‪.‬‬ ‫‪ -5‬التس ُّمم‪:‬‬ ‫يُنصح بعدم لمس المواد الكيميائية‪ ،‬واستخدام ملعقة خاصة‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫الرموز التي تحملها بعض المواد الكيميائية‬ ‫تحمل أواني المواد الكيميائية الخطرة ملصقات تتضمن رموزاً تشير إلى مخاطر هذه المواد‪.‬‬ ‫الرمز‬

‫داللته‬

‫مخاطر المادة‬

‫االحتياطات الضرورية‬

‫مواد سامة‬ ‫وقاتلة‬

‫م��واد خط��رة‪ ،‬ق��د تف��ادي تماس ه��ذه المواد م��ع الجلد‬ ‫والمالبس‬ ‫تؤدي إلى الموت‬

‫مواد آكلة‬

‫تس��بب الج��روح تف��ادي تماس ه��ذه المواد م��ع الجلد‬ ‫والعيون والمالبس‬ ‫والحروق‬

‫مواد قابلة‬ ‫لالشتعال‬

‫يج��ب وضع ه��ذه المواد بعي��داً عن‬ ‫قابل��ة لالش��تعال كل له��ب‪ ،‬وإحكام إغ�لاق القوارير‬ ‫الت��ي تحتوي عل��ى هذه الم��واد بعد‬ ‫بسهولة‬ ‫استعمالها‬

‫عل��ى‬ ‫تس��اعد‬ ‫وضع هذه المواد بعيداً عن كل لهب‬ ‫مادة مؤكسدة‬ ‫ّ‬ ‫وتنشطه‬ ‫االحتراق‬

‫مواد قابلة‬ ‫لالنفجار‬

‫تس��بب االنفج��ار‬ ‫تفادي الصدمات واالحتكاكات التي‬ ‫نتيج��ة الصدم��ات‬ ‫قد تتعرض لها هذه المواد‬ ‫والتسخين‬

‫مواد ضارة‬ ‫بالبيئة‬

‫تجمي��ع الم��واد الملوثة ف��ي األماكن‬ ‫المخصصة لها‬

‫تسبب تلوث البيئة‬

‫‪13‬‬

‫المقدمة‬

‫مادة ضارة‬ ‫ومهيجة‬

‫تس��بب تهيج��ات‬ ‫تجن��ب تماس ه��ذه المواد م��ع الجلد‬ ‫في الجل��د والعيون‬ ‫والعيون وكذلك تجنب استنشاقها‬ ‫والجهاز التنفسي‬

‫بع�ض الأدوات والأجهزة يف خمترب الكيمياء‬ ‫األدوات‪:‬‬ ‫فرشاة تنظيف أنابيب االختبار‪:‬‬ ‫فرشاة لها يد من سلك معدني تُستخدم لتنظيف األواني الزجاجية الضيقة كأنابيب االختبار‪.‬‬

‫المقدمة‬ ‫أدوات ضخ أو سحب السوائل‪:‬‬ ‫أ‪ -‬قارورة غسيل من البالستيك‪:‬‬ ‫تُصنع من البالستيك المرن حيث يُضغط على جدارها‪ ،‬فيندفع الماء خارجها‪.‬‬ ‫‪14‬‬

‫ب‪ّ -‬‬ ‫قطارة‪:‬‬ ‫أنبوبة طرفها مسحوب ومز ّودة بانتفاخ من المطاط لسحب ونقل كميات صغيرة من السوائل‪.‬‬

‫أوراق ‪:pH‬‬ ‫تستخدم للكشف عن حموضة أو أساسية المحاليل‪.‬‬

‫المقدمة‬

‫مجففات‪:‬‬ ‫وعاء لحماية المواد من الرطوبة‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫ماسك البوتقة‪:‬‬ ‫يُصنع من الحديد أو النيكل أو الخشب‪ ،‬ويستخدم لحمل البوتقة أو غطائها وغيرهما من األدوات‬ ‫الزجاجية والخزفية‪.‬‬

‫ماسك ثالثي الشوكة‬

‫المقدمة‬

‫قوارير‪ :‬لحفظ المواد الكيميائية‪.‬‬

‫قارورة بالستيكية‬ ‫حامل أنابيب االختبار‪:‬‬ ‫مصنوع من الخشب أو البالستيك لحمل أنابيب االختبار في وضع رأسي (إذا كانت فارغة لتجف أو‬ ‫موجود فيها سوائل أو محاليل)‪.‬‬

‫‪16‬‬

‫حامل معدني بثالث أرجل‪:‬‬ ‫يُصنع من الحديد‪ ،‬ويستخدم لحمل األوعية (الكؤوس)‬ ‫المحتوية على المحاليل أو السوائل الكيميائية أو المواد الصلبة‪.‬‬ ‫وفوق الحامل المعدني توضع عاد ًة الشبكة المعدنية أو المثلث‬ ‫الخزفي قبل وضع األوعية المراد تسخينها‪.‬‬

‫ماسك أنابيب اختبار‪:‬‬ ‫يصنع من معدن مرن ويستخدم لمسك أنابيب االختبار‪.‬‬

‫المقدمة‬

‫القمع‪:‬‬ ‫أداة تتكون من قسم علوي مخروطي الشكل (فم القمع) ينتهي بقسم أسطواني ضيق‪.‬‬ ‫يُسهّل استخدام القمع عملية صب السوائل أو ملء حبيبات المواد المختلفة في األواني واألوعية‪.‬‬ ‫تصنع األقماع من الفوالذ غير القابل للصدأ أو من الزجاج أو من اللدائن المختلفة‪.‬‬

‫‪17‬‬

‫قمع فصل‪:‬‬ ‫هو أحد أدوات المختبرات الكيميائية الزجاجية‪ ،‬يستخدم إلضافة كميات‬ ‫محدودة من المواد الكيميائية السائلة وبشكل بطيء إلى مزيج التفاعل على شكل‬ ‫قطرات‪ .‬يتم التحكم بكمية المواد المضافة من خالل صنبور زجاجي مدمج مع‬ ‫جسم القمع‪.‬‬ ‫أنبوبة من المطاط‪:‬‬ ‫تستخدم لتوصيل السوائل أو الغازات إلى األجهزة المختلفة‪.‬‬

‫المقدمة‬

‫أنبوب اختبار‪:‬‬ ‫هو أداة مخبرية زجاجية ذات فتحة من األعلى يتم استخدامها‬ ‫لصب أو نقل أو خلط المحاليل والمواد الكيميائية والسوائل‪ .‬في‬ ‫بعض الحاالت يكون أنبوب االختبار مصنوعاً من البالستيك‪.‬‬ ‫تتوافر أنابيب االختبار بأحجام وقياسات مختلفة‪.‬‬ ‫السحّ احة‪:‬‬ ‫أنبوب أسطواني زجاجي مدرّ ج في نهايته صنبور‪.‬‬ ‫تُصنع من الزجاج بحجوم مختلفة‪ ،‬وتستخدم لتعيين حجوم‬ ‫المحاليل أثناء عمليات المعايرة‪.‬‬

‫‪18‬‬

‫دورق مخروطي (أرلنماير)‪:‬‬ ‫يُصنع من الزجاج بحجوم مختلفة‪ ،‬ويمكن تسخينه‬ ‫إذا كان مصنوعاً من الزجاج البيركس*‪.‬‬

‫المقدمة‬

‫علبة نماذج الجزيئات‪:‬‬

‫إجاصة ماصة‪:‬‬ ‫مصنوعة من المطاط تستخدم في ملء الماصة بالمحلول‪.‬‬

‫* نوع من الزجاج مصنوع بطريقة خاصة ليتحمل درجات عالية من الحرارة كما يتحمل الصدمات الحرارية‪.‬‬

‫‪19‬‬

‫فرن تجفيف‪:‬‬ ‫مجفف لألدوات الزجاجية‪.‬‬

‫المقدمة‬

‫موقد غولي‪:‬‬ ‫(غ ْو ً‬ ‫يُمأل َ‬ ‫ال) ويُغمس فيه فتيل‪ ،‬ويستخدم في أغراض التسخين‪.‬‬

‫ورق الترشيح‪:‬‬ ‫ورق نصف نفوذ يُستخدم لفصل المواد الصلبة الدقيقة‬ ‫الموجودة في الطور السائل من خالل عملية الترشيح‪.‬‬ ‫توضع ورقة الترشيح غالباً في القمع‪ ،‬ومن ثم يتم صب‬ ‫السائل المراد ترشيحه عليها‪.‬‬ ‫يُستخدم ورق الترشيح في المختبرات الكيميائية‪ ،‬كما في‬ ‫العديد من التطبيقات اليومية مثل مغلفات الشاي وغيرها‪،‬‬ ‫أما ورق الترشيح الخالي من الرماد فإنه يستعمل في عمليات‬ ‫التحليل الوزني في الكيمياء التحليلية‪.‬‬ ‫‪20‬‬

‫شبكة التسخين‪:‬‬ ‫تُصنع من أسالك معدنية وتغطى باألميانت‪ ،‬وتستخدم لتوزيع لهب موقد بنزن بانتظام على الوعاء‬ ‫المراد تسخينه‪.‬‬

‫قفازات للحماية‪:‬‬

‫المقدمة‬

‫تستعمل القفازات تجنباً لمالمسة المواد الكيميائية أثناء التجارب العملية‪.‬‬

‫ميزان حرارة زئبقي (الترمومتر)‪:‬‬ ‫يُصنع من الزجاج وله انتفاخ ممتلئ بالزئبق‪.‬‬

‫‪21‬‬

‫الكأس الزجاجية أو (البيشر)‪:‬‬

‫المقدمة‬

‫(من األلمانية ‪ Becher‬بمعنى كأس)‪ ،‬وعاء يصنع غالباً من الزجاج ويستخدم لتحريك وخلط ومزج‬ ‫السوائل في المختبرات الكيميائية‪ .‬الكؤوس الزجاجية المستخدمة في المختبرات لها شكل أسطواني ذو‬ ‫قعر مسطح‪ ،‬ولها قياسات مختلفة من بعض الميلليلترات إلى العديد من الليترات‪.‬‬ ‫يتم صنع الكأس الزجاجية المختبرية من زجاج البوروسيليكات الذي يمتاز بأنه متين ومقاوم للحرارة‬ ‫َّ‬ ‫وشفاف‪.‬‬ ‫األسطوانة المد َّرجة (أو المقياس المد َّرج)‪:‬‬ ‫إحدى تجهيزات المختبرات الكيميائية الزجاجية‪.‬‬ ‫تستخدم لقياس حجوم السوائل بدقة جيدة نسبياً من أجل التطبيقات الكيميائية المختلفة‪ ،‬حيث إنها تُ َع ُّد‬ ‫أكثر دقة من الدوارق المختلفة‪.‬‬ ‫كما يوحي االسم فإن األسطوانة المدرجة عبارة عن إناء زجاجي على الغالب له شكل أسطوانة عليها‬ ‫تدريجات من الخارج‪ ،‬وله قاعدة واسعة‪.‬‬ ‫عند قراءة الرقم الدال على حجم السائل الموجود في األسطوانة المدرجة يجب االنتباه إلى القراءة‬ ‫السليمة‪ ،‬وهي النظر إلى أسفل تقعر السائل الموجود في األسطوانة‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫إناء على شكل الفنجان يستعمل في المختبرات الكيميائية وذلك لكي يحوي العيِّنات المخبرية عند‬ ‫تسخينها لدرجات حرارة مرتفعة‪ ،‬على سبيل المثال‪ :‬عند وضع العيِّنات في المرمّدة*‪.‬‬ ‫تستخدم البوتقة أيضاً من أجل سكب مصهور الفلزات‪ .‬وتصنع غالباً من السيراميك وفي بعض‬ ‫األحيان من المعادن‪.‬‬ ‫يُستخدم غالباً غطاء مع البوتقة لمنع تطاير العيّنات منها‪ ،‬كما يستعمل حامل معدني (ملقط) لتجنب‬ ‫مالمسة البوتقة الساخنة أثناء إخراجها من الفرن‪.‬‬

‫* المرمدة‪ :‬أداة للتسخين المتجانس البطيء (بواسطة الرماد الحار سابقاً‪ ،‬ويُستخدم اآلن التسخين الكهربائي)‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫المقدمة‬

‫البوتقة‪:‬‬

‫األجهزة‪:‬‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ -‬موقد بنزن‪:‬‬ ‫من المعدات الضرورية في أي مختبر كيميائي‪ ،‬وهو موقد يعمل على الغاز (غالباً البوتان) ويصدر‬ ‫لهباً نارياً منفرداً‪ .‬ويستخدم للتسخين أو للتعقيم‪.‬‬ ‫سمي بهذا االسم نسبة إلى الكيميائي األلماني روبرت بنزن )‪ (Robert Bunsen‬الذي ابتكره في عام‬ ‫‪.1854‬‬

‫المقدمة‬

‫ثانياً‪ -‬جهاز مقياس الحموضة (‪:)pH meter‬‬ ‫هو جهاز لقياس درجة حموضة المحاليل الكيميائية‪.‬‬ ‫درجة الحموضة‪:‬‬ ‫تقيس تركيز أيونات ‪ H3O+‬في محلول مائي‪،‬‬ ‫وهو الرقم المشار إليه في قائمة األلوان الخاصة‬ ‫بنتائج الكاشف الورقي العالمي‪.‬‬ ‫وهذا الجهاز هو أحد األجهزة المتطورة لقياس‬ ‫الحموضة ‪ ،pH‬ودرجة الحرارة‪ ،‬حيث تصل نسبة‬ ‫الدقة فيه إلى )‪.)±1%‬‬ ‫ً‬ ‫أوال التأكد من دقة‬ ‫والستخدام الجهاز عليك‬ ‫قياسه وذلك بإجراء عملية معايرة وذلك باستخدام‬ ‫محاليل ذات ‪ pH‬ثابت تُعرف باسم المحاليل الموقية‬ ‫لكل من‪ :‬درجة الحموضة ودرجة الحرارة‪.‬‬ ‫‪24‬‬

‫ثالثاً‪ -‬الموازين‪:‬‬

‫المقدمة‬

‫ميزان ذو كفتين‬

‫ميزان إلكتروني‬

‫رابعاً‪ -‬جهاز هوفمان لتحليل الماء‪:‬‬

‫‪25‬‬

‫خامساً‪ -‬أنبوب االنفراغ الكهربائي ‪:Vacumtube‬‬ ‫يوضح الشكل تأثير كل من الحقل الكهربائي والحقل المغناطيسي على الحزمة اإللكترونية‪.‬‬

‫المقدمة‬ ‫‪26‬‬

‫‪ -1‬استعمال موقد بنزن‪:‬‬

‫�إر�شادات عملية‬

‫من أجل استعمال صحيح لموقد بنزن والحصول‬ ‫على لهب أزرق‪ ،‬نتبع الخطوات اآلتية‪:‬‬ ‫ً‬ ‫مشتعال من أعلى ال َم ْن َفذ‪.‬‬ ‫ •نقرب عود ثقاب‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫•نفتح صنبور الغاز‪.‬‬ ‫•نُدير شيئاً فشيئاً ضابط الهواء‪ ،‬ونتوقف عندما‬ ‫صفير‪.‬‬ ‫يُصبح اللهب أزرق بال‬ ‫ٍ‬

‫ ‬

‫•بعد االستعمال نقفل الموقد وأسطوانة الغاز‪.‬‬

‫ ‬

‫•نضع المادة التي نريد تسخينها داخل األنبوب‪ ،‬على أال يتعدى حجمها ثلثه‪.‬‬ ‫•نُمسك األنبوب قريباً من فوهته بوساطة ملقط‪.‬‬

‫ ‬

‫•نُميل أنبوب االختبار مع تحريكه بشكل دائري‬

‫ ‬

‫المقدمة‬

‫‪ -2‬تسخين أنبوب اختبار‪:‬‬

‫خالل التسخين موجهين فوهته نحو الحائط‪،‬‬ ‫لتفادي خطر انقذاف المواد الساخنة نحو‬ ‫الوجه‪.‬‬ ‫•يوضع قعر اإلناء عند ثلث اللهب األسفل (أعلى‬

‫ ‬

‫درجة حرارة)‪.‬‬ ‫•نضع عند نهاية التسخين أنبوب االختبار برفق‬

‫ ‬

‫في حامل أنابيب‪.‬‬

‫‪ -3‬االحتياطات‪:‬‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫تكسره‪.‬‬ ‫•استعمال أنبوب من نوع معين صالح للتسخين لتفادي ُّ‬ ‫•االنتباه والتركيز معاً عند تسخين المواد حتى ال تُقذف خارج األنبوب‪ ،‬فتح ِدث حروقاً أو غير‬ ‫ذلك‪.‬‬

‫ ‬

‫•عدم تسخين أي مادة غير معروفة‪ ،‬إال بعد الحصول على معلومات كافية عنها‪.‬‬

‫ ‬

‫•عدم شم وتذ ُّوق المادة الموجودة في األنبوب‪.‬‬

‫ ‬

‫•عدم مسك المواد باليد‪ ،‬واستعمال ملعقة (‪.)Spatule‬‬ ‫‪27‬‬

‫كيف ت�ستخدم هذا الدليل‬ ‫وامل�صطلحات العلمية‬

‫كيف تستخدم هذا الدليل؟‬ ‫تتضمن صفحة المدرس العناصر اآلتية لكل وحدة ولكل درس‪:‬‬ ‫‪ -1‬مقدمة الوحدة‪:‬‬ ‫وتشمل الموضوعات والدروس التي تتضمنها الوحدة‪ ،‬وأهداف دراسة هذه الموضوعات‪ ،‬وأهميتها‬ ‫للطالب‪.‬‬

‫المقدمة‬

‫‪ -2‬يبدأ كل درس بخلفية‪:‬‬ ‫تُ ّ‬ ‫ذكر المدرس بخبرات الطالب السابقة‪ ،‬وموقع الدرس وما فيه من مفاهيم ومهارات‪.‬‬ ‫هذه الخلفية للمدرس‪ ،‬وليست بداية للدرس‪.‬‬ ‫‪ -3‬مربع البيانات المهمة‪:‬‬ ‫‪ . A‬الزمن الالزم لتدريس هذا الدرس‪:‬‬ ‫سيالحظ المدرس أن بعض الدروس تتطلب حصة واحدة وبعضها يتطلب حصتين‪ ،‬وبعضها أكثر حسب‬ ‫طبيعة األنشطة الواردة في الدرس‪.‬‬ ‫‪ . B‬مكان التدريس‪:‬‬ ‫بمعنى هل يفضل المدرِّ س تدريس هذا الدرس داخل الصف أم في المختبر‪ ......‬إلخ‪ ،‬وهذه النقطة‬ ‫تمكنه من االستعداد األمثل لدروسه‪ ،‬وعليه أن يوزع الزمن على أنشطة الدرس بما يتيح تنفيذ كل‬ ‫نشاط كما ينبغي ليحقق أهدافه‪.‬‬ ‫‪ . C‬المواد التعليمية الالزمة‪:‬‬ ‫وهنا نشير إلى الوسائل التعليمية التي سيحتاجها المدرس في هذا الدرس‪ ،‬سواء قام بإعدادها بنفسه أم‬ ‫ُكلّف الطالب بإحضار بعض منها‪ ،‬وهذه أيضاً من النقاط المهمة التي ستساعده في اإلعداد للدرس‪.‬‬ ‫‪ . D‬محاور االهتمام في الدرس‪.‬‬ ‫‪ -4‬أهداف الدرس‪:‬‬ ‫تحتوي على األهداف الدرسية المراد تحقيقها‪ ،‬ويعمل على تحقيقها من خالل تدريسه‪.‬‬ ‫‪ -5‬خطوات سير الدرس‪:‬‬

‫يقدم الدليل خطوات تدريس الدرس في تتابع على النحو اآلتي‪:‬‬ ‫‪28‬‬

‫‪ .A‬تهيئة الطالب (االستثارة الموجهة)‪:‬‬ ‫اهتم الدليل بتقديم بعض األفكار التي تمكن المدرس من تهيئة التالميذ وإثارة حب االستطالع لديهم‬ ‫وشوقهم للدخول إلى الدرس‪.‬‬ ‫مع مراعاة أال يطغى زمن االستثارة الموجهة على الزمن المخصص لباقي أنشطة الدرس‪ .‬وعادة ال‬ ‫يزيد زمن التهيئة على عشر دقائق‪.‬‬ ‫‪ .B‬عرض أنشطة الدرس‪:‬‬ ‫بعد التهيئة للدرس ‪/‬وفي ترابط وسالسة‪ /‬يدخل المدرس إلى خطوات عرض الدرس‪ .‬فيبدأ بتنفيذ‬ ‫األنشطة الواردة في هذا الجزء من الدليل‪.‬‬

‫مالحظات‬ ‫وتوصل الطالب بنفسه إلى المعلومات التي يتضمنها الدرس‪.‬‬ ‫■ ■ضرورة إشراك الطالب بإيجابية في أنشطة الدرس وتشجيع التفاعل بين المعلم وبينهم وبين‬ ‫بعضهم بعضاً‪.‬‬ ‫■ ■ضرورة إعطاء كل نشاط حقه من الوقت‪ ،‬حتى تتاح الفرصة للطالب لتعلُّم مضمون كل‬ ‫درس‪.‬‬ ‫‪ . C‬التقييم‪:‬‬ ‫يقدم لك الدليل هنا‪:‬‬ ‫ ‬

‫•أنشطة تساعد على التأكد من تحقق أهداف الدرس‪.‬‬

‫ ‬

‫•أنشطة إضافية‪.‬‬

‫‪29‬‬

‫المقدمة‬

‫■ ■إن األنشطة المقترحة في الدليل تعتمد اعتماداً كبيراً على استراتيجية األسئلة في التدريس‬

‫استخدام عناصر الدليل‪:‬‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬في مرحلة تخطيط الدرس‪:‬‬ ‫أسئلة تطرحها‬

‫ • ماذا سيتعلم المتعلِّم في هذا الدرس؟‬

‫المقدمة‬

‫ • ما عالقة درس اليوم بالدروس والوحدات‬ ‫السابقة؟‬

‫أين تجد اإلجابة؟‬ ‫مقدمة الوحدة‪ ،‬خلفية الدرس‪ ،‬أهداف الدرس‪،‬‬ ‫المصطلحاتالجديدة‪.‬‬

‫مقدمة الوحدة‪ ،‬خلفية الدرس‪.‬‬

‫ • كم من الوقت أحتاج لتدريس هذا الدرس؟‬ ‫ •ما األدوات والوسائل التعليمية المفروض أن‬

‫مربع البيانات‬

‫أع ّدها لهذا الدرس؟‬

‫ • كيف أُدرّ س هذا الدرس؟‬ ‫ •كيف أُ ّ‬ ‫نظم أماكن الطالب؟‬

‫ •كيف أُتابع األنشطة في الحصة ؟‬ ‫وبعد التأكد من طبيعة الدرس لك أن تبدع وتبتكر‪.‬‬ ‫‪30‬‬

‫في استراحة الدرس‬

‫ثانياً‪ :‬في أثناء التدريس‪:‬‬ ‫أسئلة توجهها إلى نفسك‬

‫خطوات عليك أن تتذكرها‬

‫ • كيف يمكن االستفادة من خبرات الطالب السابقة؟‬ ‫‪ -1‬تذكر ما ورد في خلفية الدرس‪.‬‬

‫ • هل تبدو على الطالب الرغبة في تعلم موضوع‬ ‫الدرس؟‬ ‫ • هل هم منصتون ومشاركون ومستعدون لبدء‬

‫‪ -2‬ابدأ بتهيئة الطالب للتعلم‪.‬‬

‫الدرس؟‬

‫ • هل تعلَّم الطالب المفاهيم؟‬ ‫ • هل يشاركون وهم متحمسون؟‬

‫الحيوية والنظام‪.‬‬

‫ • هل هم مستمتعون بالتعلُّم؟‬ ‫ • هل يستطيع الطالب تطبيق ما تعلموه في الدرس؟‬ ‫ • هل أحتاج إلعادة تدريس بعض األجزاء في الدرس‬ ‫القادم؟‬

‫‪ -4‬قيّم تعلُّم الطالب‪.‬‬

‫ • هل يحتاج بعض الطالب مزيداً من التدريبات‬ ‫والمراجعة؟‬

‫ • هل يحتاج بعض الطالب فرصاً إلظهار قدراتهم‬ ‫اإلبداعية وتف ُّوقهم؟‬

‫ثالثاً‪ :‬بعد الدرس‪:‬‬ ‫ ستراجع ما جاء في الدرس وتسأل نفسك‪:‬‬‫ ‬

‫•هل سار الدرس كما أحب؟ كيف أتأكد من ذلك؟‬ ‫•هل كان الوقت كافياً؟ أم كان أطول من الالزم؟‬

‫ ‬

‫•هل تعلَّم الطالب المفاهيم والمصطلحات الجديدة؟‬

‫ ‬

‫•هل استمتع الطالب بالدرس؟‬

‫ ‬

‫•كيف أساعد الطالب على تحقيق األهداف التي لم يحققوها؟‬

‫ ‬

‫‪31‬‬

‫المقدمة‬

‫‪ -3‬اعرض أنشطة الدرس‪ ،‬وحافظ على‬

‫ • هل يتعلم الطالب من بعضهم بعضاً؟‬

‫بع�ض الرموز وامل�صطلحات‬ ‫‪A‬‬ ‫إستيلين‬

‫‪Acetylene‬‬

‫حمض‬

‫‪Acid‬‬

‫حموضة‬ ‫فعال‬

‫‪Acidity‬‬ ‫‪Active‬‬

‫المقدمة‬

‫كحول‬

‫‪Alcohol‬‬

‫ألدهيد‬

‫‪Aldehyde‬‬

‫حلقي غير عطري‬

‫‪Alicyclic‬‬

‫أليفاتي‪ ،‬مفتوح‬

‫‪Aliphatic‬‬

‫ألكان‬

‫‪Alkane‬‬

‫أل ِكن‬

‫‪Alkene‬‬

‫ألكوكسيد‬

‫‪Alkoxide‬‬

‫ألكيل‬

‫‪Alkyl‬‬

‫ألكلة‬

‫‪Alkylation‬‬

‫هاليدات األلكيل‬

‫‪Alkyl halide‬‬

‫ألكين‬

‫‪Alkyne‬‬

‫أميد‬

‫‪Amide‬‬

‫أمين‬

‫‪Amine‬‬

‫حمض أميني‬ ‫أنيون‪ ،‬شرسبة‬ ‫عطري‬ ‫‪32‬‬

‫‪Amino acid‬‬ ‫‪Anion‬‬ ‫‪Aromatic‬‬

Atom

‫ذرة‬

Atomic number

‫عدد ذري‬ B

Base

‫أساس‬

Benzene

‫بنزن‬

Boiling point

‫نقطة الغليان‬

Bond

‫رابطة‬

‫المقدمة‬

C Carbohydrates

‫مائيات فحمية ـ كربوهدرات‬

Carbonyl group

‫زمرة كربونيلية‬

Carboxyl group

‫زمرة كربوكسيلية‬

Catalyst

‫وسيط‬

Cation

‫ شارجبة‬،‫كاتيون‬

Charge

‫شحنة‬

Cis -

‫مقرون‬

Combination

‫اتحاد‬

Complex

‫معقد‬

Compound Condensation

‫مركب‬ ‫تفاعالت تكاثف‬

Conjugated base

‫أساس مرافق‬

Conjugated acid

‫حمض مرافق‬

Covalent bond

33

‫رابطة مشتركة‬

Cracking

‫تحطيم‬

Crystal lattice

‫شبكة بلورية‬

Cyanide

‫سيانيد‬

Cycle

‫حلقة‬

Cyclic

‫حلقي‬

Cycloalkane

‫ألكان حلقي‬

Energy

‫طاقة‬

Ester

‫إستر‬

Esterifiction

‫أسترة‬

Ether

‫إيتر‬ F

Fehling solution

‫محلول فهلنغ‬

Fermentation

‫تخمر‬

Functional group

‫زمرة وظيفية‬ G

Group

‫زمرة‬ H

Halogen

‫هالوجين‬

Halogenation

‫هلجنة‬

Hydration

‫إماهة‬

Hydrocarbon

‫فحم هدروجيني ـ هدروكربون‬ 34

‫المقدمة‬

E

Hydrogenation

‫هدرجة‬

Hydrolysis

‫حلمهة‬

Hydroxy acid

‫حمض هدروكسي‬

Hydroxyl group

‫زمرة هدروكسيلية‬ I

Ion

‫ شاردة‬،‫أيون‬

Isoelectric point

‫نقطة التعادل الكهربائية‬

‫المقدمة‬

Isomer

‫مماكب‬ K

Ketone

‫كيتون‬ N

Neutron

‫نيوترون‬

Negative charge

‫شحنة سالبة‬

Nitration

‫نترجة‬

Nitrile

‫نتريل‬

Nomenclature

‫تسمية‬

Normal

‫نظامي‬

Nucleophilic reagent

‫كاشف نوكليوفيلي‬

Nucleus (Nuclei)

)‫نواة (نوى‬ O

Olefin Oxidation Oxonium ion 35

)‫أوليفين (أل ِكن‬ ‫أكسدة‬ ‫أيون أوكسونيوم‬

P Paraffin

‫بارافين‬

Phenol

‫فينول‬

Phenomenon

‫ظاهرة‬

Phenyl

‫فنيل‬

Polymer Polymerization

‫بلمرة‬

Positive charge

‫شحنة موجبة‬

Proton

‫بروتون‬ R

Reagent

‫كاشف‬

Reduction

‫اختزال‬

Resonance

‫طنين‬

Ring

‫حلقة‬ S

Salt

‫ملح‬

Saponification

‫تصبن‬

Saturated

‫مشبع‬

Secondary

‫ثانوي‬

Substitution

‫استبدال‬ T

Tollen's test

‫اختبار تولن‬

Triple bond

‫رابطة ثالثية‬

36

‫المقدمة‬

)‫بوليمير (متعدد الجزئية‬

‫مدلوالت بع�ض فقرات الكتاب‬ ‫مدلوالتها‬

‫الفقرة‬

‫ويقصد بها تلك المعلومات اإلضافية حول الموضوع قيد الدراسة أو‬ ‫معلومات إثرائية*‬

‫فقرات منه يقف المتعلّم الشغوف على المزيد حولها‪ ،‬دون أن يدخل‬ ‫ما تضمنته في عمليات تقويم المتعلمين‪.‬‬

‫تذكر‬

‫بهدف ترسيخها‪ ،‬ويقيس عليها المتعلّم عند تنفيذ التدريبات أو حل‬ ‫تمارين آخر الفصل‪.‬‬

‫إضاءة علمية*‬

‫توضيح لفكرة جزئية محددة‪.‬‬

‫أضف إلى معلوماتك* معلومات إضافية بسيطة لها عالقة بالموضوع المطروح‪.‬‬

‫مالحظة‬

‫هل تعلم؟*‬

‫تنبيه إلى جزئية مهمة قد تغيب عن الطالب‪.‬‬

‫معلومة بسيطة جذابة لها عالقة بالموضوع المطروح‪.‬‬

‫المعلومات التي أشير إليها بنجمة ‪:‬‬ ‫معلومات إثرائية‪ ،‬إضاءة علمية‪ ،‬أضف إلى معلوماتك‪ ،‬هل تعلم؟‬ ‫هي للمطالعة‪.‬‬ ‫‪37‬‬

‫المقدمة‬

‫هي أنواع من األسئلة المحلولة على الفكرة أو المفهوم المعروض‬

‫وحدات الكيمياء‬ ‫الوحدة الأوىل‪ :‬الكيمياء النووية‬

‫الوحدة الثانية‪ :‬الكيمياء احلرارية‬

‫المقدمة‬

‫الوحدة الثالثة‪ :‬احلركية الكيميائية‬ ‫(�سرعة التفاعل الكيميائي)‬

‫الوحدة الرابعة‪ :‬التوازن الكيميائي‬

‫الوحدة اخلام�سة‪ :‬الكيمياء التحليلية‬

‫الوحدة ال�ساد�سة‪ :‬الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪38‬‬

‫الوحدة الأوىل‬

‫الكيمياء النوو ّية‬

‫‪Nuclear Chemistry‬‬

‫‪39‬‬

‫‪1‬‬

‫الوحدة الأوىل‪ :‬الكيمياء النوو ّية‬ ‫مخطط الوحدة‪:‬‬

‫الوحدة‬ ‫الكيمياء النووية‬

‫دروس الوحدة‬ ‫الكيمياء النووية‬

‫األهداف العا ّمة للوحدة‪:‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫ ‬

‫•يتعرّ ف رمز النواة والجسيمات األولية‪.‬‬

‫ ‬

‫•يتعرّ ف نماذج النواة‪.‬‬

‫ ‬

‫•يتعرّ ف االستقرار النووي ‪.‬‬

‫ ‬

‫•يتعرّ ف النشاط اإلشعاعي الطبيعي‬

‫ ‬

‫•يتعرّ ف عمر النصف للعناصر المشعة‪.‬‬

‫ ‬

‫•يصوغ التفاعالت النووية بمعادالت رمزية‪.‬‬

‫ ‬

‫•يصنف التفاعالت النووية ‪.‬‬

‫ ‬

‫•يذكر االحتياطات الالزمة للحماية من المواد المشعة‪.‬‬

‫ ‬

‫•يُثمّن دور الطاقة النووية في المجاالت السلمية‪.‬‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ ‬

‫•نماذج النواة‪.‬‬

‫ ‬

‫•االستقرار النووي‪.‬‬

‫ ‬

‫•طاقة االرتباط في النواة‪.‬‬

‫ ‬

‫•جسيمات ‪ ، α‬جسيمات ‪ ، β‬أشعة ‪.γ‬‬

‫ ‬

‫•سلسلة النشاط اإلشعاعي‪.‬‬

‫ ‬

‫•التحول من نمط ‪.α‬‬

‫ ‬

‫•التحول من نمط ‪.β‬‬

‫ ‬

‫•عمر النصف للعناصر المشعة‪.‬‬

‫ ‬

‫•تفاعالت االلتقاط‪.‬‬

‫ ‬

‫•تفاعالت التطافر‪.‬‬

‫ ‬

‫•تفاعالت االنشطار‪.‬‬

‫ ‬

‫•تفاعالت االندماج‪.‬‬ ‫‪40‬‬

‫عدد الحصص‬ ‫‪4‬‬

‫‪1‬‬

‫تنفيذ درس الكيمياء النووية‬ ‫االستراتيجيات التدريسية المستخدمة‪:‬‬ ‫العصف الذهني‪ ،‬الحوار والمناقشة‪ ،‬االستكشاف واالستقصاء‪ ،‬العمل التعاوني‪.‬‬

‫مراحل تنفيذ ال ّدرس‪:‬‬ ‫ُمدخل ‪:‬‬

‫‪ .1‬جذب انتباه الطالب ‪ -‬النشاط االستهاللي‪( :‬اختبار المعلومات السابقة للطالب)‬ ‫اطرح أسئلة افتتاحية الدرس‪:‬‬ ‫م ّم تتك ّون الذرة؟ م ّم تتك ّون النواة؟‬ ‫ي ّ‬ ‫ُذكر المدرس بالمفاهيم التي مرت مع الطالب في الصفوف السابقة‪.‬‬ ‫العدد الذري(‪ = )Z‬عدد البروتونات داخل النواة‪.‬‬ ‫العدد الكتلي )‪= (A‬عدد البروتونات ‪ +‬عدد النيوترونات‪.‬‬ ‫ما نظائر عنصر؟ وما أوجه التشابه واالختالف بينها؟‬ ‫نظائر عنصر ما‪ :‬ذرات من العنصر لها العدد الذري (‪ )Z‬نفسه‪ ،‬وتختلف بعدد النيوترونات (‪ )N‬أي‬ ‫تختلف بعدد الكتلة (‪ ،)A‬يكون لجميع نظائر العنصر خاصيات كيميائية مشتركة وخاصيات فيزيائية‬ ‫مختلفة‪ ،‬واعتماداً على اختالفها في الكتلة يتم فصل بعضها عن بعض في جهاز مطياف الكتلة‪.‬‬ ‫للهدروجين ثالثة نظائر‪:‬‬ ‫الهدروجين (‪ ، )11 H‬الديتيريوم (‪ ، )21 H‬التريتيوم (‪. )31 H‬‬ ‫تتشابه نظائر العنصر في العدد الذري (أي في عدد البروتونات)‪ ،‬وفي الخاصيات الكيميائية‪.‬‬ ‫تختلف نظائر العنصر في عدد الكتــــــلة (أي في عدد النيوترونات)‪ ،‬وفي الخاصيات الفيزيائية‪.‬‬

‫بنية النواة‪ :‬يعرض المدرّ س لوحة تُوضح دالالت الرموز‪ ،‬ويعرّ ف الجسيمات األولية‪.‬‬ ‫‪ -2‬عرض الدرس ‪:‬‬ ‫ •استخدام صورة افتتاحية الدرس (وسيلة مرئية)‪.‬‬ ‫ •يعطي المدرِّ س الطالب فترة لتأمُّل الصورة‪.‬‬ ‫ •يسجل المدرس على السبورة نموذجي النواة ‪.‬‬ ‫‪41‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫كم مرة يكبر نصف قطر ذرة عنصر الهدروجين عن نصف قطر نواته؟‬

‫‪1‬‬

‫النواة‪:‬‬ ‫مبسط للنواة ‪ ،‬تتك ّون النواة من بروتونات ونيوترونات ‪ ،‬وتسمّى مجتمعة بالنويّات ‪،‬‬ ‫يبدأ المدرس بشرح َّ‬ ‫تُ َمثَّل النواة بالرمز ‪( A X‬مثل نواة الراديوم ‪ )228 Ra‬حيث يمثل الرقم العلوي العدد الكتلي‪ ،‬ويمثل الرقم‬ ‫‪88‬‬

‫‪Z‬‬

‫السفلي العدد الذري‪.‬‬

‫االستقرار النووي‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫يوضح المدرس الرسم البياني ال ّدال على‬ ‫نسب الـنيوترونات على البروتونات‬ ‫للنوى المستقرة؛ التي تتجمّع في منطقة‬ ‫تُعرف بنطاق االستقرار مع ازدياد عدد‬

‫الكيمياء النووية‬

‫الـنيوترونات‪.‬‬ ‫يناقش المدرس مع الطالب دالالت الرسم‬ ‫البياني ويسجل على السبّورة ‪:‬‬ ‫الفكرة األولى ‪ :‬عندما تكون النوى فوق هذا‬ ‫الحزام‪ ،‬وهذا يعني أن تضم نسبة‬

‫أكبر‬

‫من تلك التي للنوى الواقعة ضمن الحزام‬ ‫والتي لها العدد الذري ذاته‪ .‬ولتخفيض هذه‬ ‫النسبة وللعودة إلى داخل الحزام فإن هذه‬ ‫النوى تخضع للعملية اآلتية التي تسمح‬ ‫بإطالق جسيم‬

‫وفق المعادلة اآلتية‪:‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪p +‬‬ ‫‪1‬‬ ‫ً‬ ‫مثاال على إطالق جسيم بيتا مؤكداً على أن إطالق جسيم‬ ‫ث َّم يد ّون المدرس على السبّورة‬ ‫‪1‬‬ ‫‪0‬‬

‫يؤدي إلى‬

‫زيادة عدد البروتونات في النواة بمقدار (‪ )1‬وانخفاض في عدد النيوترونات بمقدار (‪ )1‬أيضاً‪.‬‬ ‫‪N +‬‬

‫‪14‬‬ ‫‪7‬‬

‫‪C‬‬

‫‪14‬‬ ‫‪6‬‬

‫الفكرة الثانية‪ :‬عندما تكون النوى تحت هذا الحزام ‪ ،‬فإن النوى تتمتع بنسبة‬

‫أقل من تلك الموافقة‬

‫للنوى الواقعة داخل الحزام والتي لها العدد الذري ذاته‪ ،‬ولزيادة هذه النسبة ومن ث ّم العودة إلى حزام‬ ‫االستقرار تسعى النوى إلى إصدار بوزيترونات ‪ ، 0+1‬ويكتب المدرس المعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪+1‬‬

‫‪42‬‬

‫‪n +‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪0‬‬

‫‪P‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬

‫الفكرة الثالثة‪ :‬إن أكثر النوى استقراراً هي تلك التي تحوي أحد األعداد السحرية‪:‬‬ ‫‪ 2 ,8 ,20 ,28 ,50 ,82 ,126‬نيوتروناً أو بروتوناً‪ّ ،‬‬ ‫إن هذا االستقرار الزائد عند بعض األعداد يساند‬

‫‪1‬‬

‫النظريّة القائلة بأن النيوكلونات في النواة كاإللكترونات في الذرة تقع عند مستويات طاقة معيّنة (نموذج‬ ‫الطبقات ‪ -‬ماير)‪.‬‬

‫كيف ّ‬ ‫توضح نقص الكتلة واالستقرار النووي؟‬ ‫بما أن الذرة تتألف من البروتونات والنيوترونات واإللكترونات فال ب ّد أن تكون كتلة الذرة حاصل جمع‬ ‫كتل ما تحتوي عليه من هذه المكونات منفصلة‪ ،‬لكن هذا ليس واقعياً‪.‬‬ ‫ً‬ ‫مثاال على السبورة‪:‬‬ ‫اشرح‬ ‫لنتأمل ذرة الهليوم ‪ 42He‬حيث حُ سبت كتل مكونات هذه الذرة مجتمعة كما يلي‪:‬‬

‫‪2.017330 amu‬‬

‫=‬

‫)‪ :(2 × 1.008665 amu‬نترونان‬

‫‪0.001097 amu‬‬

‫= )‪ :(2 × 0.0005486 amu‬بروتونان‬

‫‪4.0329799 amu‬‬

‫إال أن الكتلة الذرية المقيسة للهيليوم هي‪ . 4.0026029 amu :‬وهذا يعني أن هذه الكتلة أقل بمقدار‬ ‫‪ 0.030377 amu‬من الكتلة المحسوبة أعاله‪ .‬يُطلق على هذا الفرق بين الكتلة المقيسة للذرة ومجموع‬ ‫كتل بروتوناتها ونيوتروناتها وإلكتروناتها نقص الكتلة‪.‬‬

‫طاقة االرتباط النووي‪:‬‬ ‫كيف تفسر وجود البروتونات داخل النواة صغيرة األبعاد جداً من رتبة ‪ )10-15( m‬رغم قوى التنافر‬ ‫الكهربائية بينها؟ ما الذي يسبب هذا الفقدان في الكتلة ؟‬ ‫وفقاً لمعادلة أينشتاين ‪ E=∆m.C 2‬يمكن تحويل الكتلة ‪ m‬إلى طاقة ‪ E‬وبالعكس ‪.‬لذلك ينتج نقص الكتلة‬ ‫عن تحول الكتلة إلى طاقة لدى تكوين النواة ‪.‬‬ ‫يبيّن المدرس أن‪:‬‬ ‫ القوى النووية (‪ )Nuclear Forces‬هائلة‪ ،‬وهي أكبر بكثير من القوى الكهربائية‪.‬‬‫هذه هي قيمة طاقة الربط النووي ‪ Nuclear binding energy‬التي تعرف بأنها الطاقة الالزمة لتك ُّون‬ ‫النواة من النكليونات‪ .‬ويمكن تعريف هذه الطاقة أيضاً بأنها الطاقة الالزمة لشطر النواة‪ .‬بذلك تكون طاقة‬ ‫الربط النووي أيضاً مقياساً الستقرار النواة‪.‬‬ ‫‪43‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫مجموع الكتل‪:‬‬

‫‪2.014552 amu‬‬

‫=‬

‫)‪ :(2 × 1.007276 amu‬بروتونان‬

‫‪1‬‬

‫طاقة الربط لكل نكليون‪:‬‬ ‫تس��ــتخدم طاقــ��ة الربط لكل نكليون (نويّــة) لمقارنــة اس��تقرار النكليونات المختلف��ة‪ ،‬كما هو مبين في‬ ‫الش��كل ‪ .1-1‬إن طاق��ة الربط لكل نكليون هي طاقة الربط في النواة مقس��ومة عل��ى عدد النكليونات التي‬ ‫تحتوي عليها تلك النواة‪ .‬وكلما زادت طاقة الربط لكل نكليون يزداد تماس��ك النكليونات‪ ،‬يكون للعناصر‬ ‫ذات الكت��ل الذري��ة المتوس��طة طاقات ربط ف��ي نكليوناتها هي األكب��ر بين العناص��ر‪ .‬ولذلك تكون هذه‬ ‫العناصر هي األكثر استقراراً‪.‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫الشكل (‪)1 - 1‬‬

‫النكليونات واالستقرار النووي‪:‬‬ ‫للنكليونات المستقرة ميزات محددة‪ ،‬فعند رسم عدد البروتونات في ال ُّنوى المستقرة مقابل عدد البروتونات‬ ‫فيها‪ ،‬كما هو مبين في الشكل (‪ ،)1-2‬تحصل على رسم بياني شبيه بالنطاق ويسمى تجمع األنوية المستقرة‬ ‫على امتداد نس��ب النيوترونات على البروتونات ( )‬ ‫نطاق االس��تقرار‪ .‬وتكون النوى األكثر اس��تقراراً بين‬ ‫ال��ذرات ذات األع��داد الذرية الصغي��رة هي تلك التي‬ ‫تقارب نس��بة النيوترونات على البروتونات فيها ‪.1:1‬‬ ‫ً‬ ‫فمثال يكون ‪ 4 He‬نظيراً مس��تقراً للهليوم‪ ،‬حين يحتوي‬ ‫‪2‬‬

‫على نيوترونين وبروتونين وتكون نس��بة‬

‫تس��اوي‬ ‫حتى تصل‬

‫‪ .1:1‬وبزيادة العدد الذري تزداد النسبة‬ ‫ً‬ ‫مث�لا‪ 206 Pb ،‬ال��ذي يحت��وي على ‪124‬‬ ‫إل��ى ‪.1:1.5‬‬ ‫‪82‬‬

‫نيوتروناً و‪ 82‬بروتوناً تبلغ نسبة‬ ‫‪44‬‬

‫فيه‪.1:1.5 ،‬‬

‫الشكل (‪)1-2‬‬

‫وباإلم��كان تفس��ير ه��ذا المي��ل من خ�لال العالقة بين الق��وة النووي��ة والق��وى الكهربائية الس��اكنة بين‬

‫‪1‬‬

‫البروتون��ات‪ .‬تتنافر البروتونات في النواة بس��بب قوى التنافر الكهربائية الس��اكنة‪ .‬إال أن المدى القصير‬ ‫للق��وة النووية يس��مح لها فقط بج��ذب البروتونات القريبة‬ ‫ج��داً منها‪ ،‬كما يظهر في الش��كل (‪ .)1-3‬كلما ازداد عدد‬ ‫البروتون��ات ف��ي النواة ت��زداد ق��وى التناف��ر الكهربائية‬ ‫الس��اكنة بين البروتونات بشكل أس��رع من القوة النووية‪،‬‬ ‫مما يستدعي توفر عدد أكبر من النيوترونات لزيادة القوة‬ ‫النووي��ة‪ ،‬والس��تقرار الن��واة‪ .‬وف��وق العدد ال��ذري ‪،83‬‬ ‫الشكل (‪)1-3‬‬

‫البزم��وت ‪ ،Bi‬تصب��ح قوى تنافر البروتون��ات في النواة‬

‫تميل النوى المس��تقرة إلى أن يكون عندها أعداد زوجية من النكليونات‪ ،‬ويحتوي أكثر من نصف النوى‬ ‫المس��تقرة المعروف��ة على أع��داد زوجية لكل من البروتون��ات والنيوترونات‪ ،‬بينم��ا تحتوي خمس نوى‬ ‫مستقرة فقط على أعداد فردية من البروتونات والنيوترونات‪ .‬هذا يدل على أن استقرار النواة يكون األكبر‬ ‫عندما تكون النكليونات (كاإللكترونات) زوجية‪.‬‬ ‫إن أكثر النكليونات استقراراً هي تلك التي تحتوي على أحد األعداد التالية‪ 82 ،50 ،28 ،20 ،8 ،2 :‬أو ‪126‬‬ ‫نكليوناً‪ .‬إن هذا االستقرار الزائد عند بعض األعداد يساند النظرية القائلة بأن النكليونات (كاإللكترونات)‬ ‫تقع عند مستويات طاقة معينة‪ .‬ووفقاً لنموذج الطبقة النووية ‪ Nuclear shell model‬تقع النكليونات عند‬ ‫مستويات طاقة أو طبقات مختلفة داخل النواة‪ .‬ويطلق على أعداد النكليونات التي تمثل مستويات طاقة نووية‬ ‫مكتملة ‪ 126 ،82 ،50 ،28 ،20 ،8 ،2‬تسمية األعداد السحرية ‪.Magic Number‬‬

‫التفاعالت النووية‪:‬‬ ‫تخضع النوى غير المستقرة لتغيرات تلقائية تتغير فيها أعداد البروتونات والنيوترونات‪ .‬في هذه العملية‬ ‫تطلق هذه األنوية كميات كبيرة من الطاقة‪ ،‬فيزداد استقرارها‪ .‬وتعد هذه التغيرات نوعاً من التفاعل‬ ‫النووي‪ .‬فالتفاعل النووي ‪ Nuclear Reaction‬تفاعل يؤثر في نواة الذرة‪ .‬وفي المعادالت الممثلة‬ ‫للتفاعالت النووية يجب أن يكون مجموع األعداد الذرية ومجموع األعداد الكتلية متساويين في طرفي‬ ‫المعادلة‪ .‬كما هو مبين في المثال اآلتي‪:‬‬ ‫‪C + 10 n‬‬

‫‪12‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪Be + 42 He‬‬

‫‪9‬‬ ‫‪4‬‬

‫الحظ أنه عندما يتغير العدد الذري تتغير هوية العنصر‪ .‬يعرَّ ف التحول النووي ‪ Transmutation‬على‬ ‫أنه تغير في هوية النواة‪ ،‬ينتج عن تغير في عدد بروتوناتها‪.‬‬ ‫‪45‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫كبيرة إلى درجة ال تتوفر معها نكليونات مستقرة‪.‬‬

‫‪1‬‬

‫النشاط (التفكك) اإلشعاعي‪:‬‬ ‫في سنة ‪ 1896‬درس هنري بيكريل العالقة المحتملة بين االنبعاث الضوئي لبعض مركبات اليورانيوم‪،‬‬ ‫بعد تعريضها لضوء الشمس‪ ،‬وبين انبعاث أشعة ‪ X‬منها‪ .‬قام بيكريل ِّ‬ ‫بلف لوح فوتوغرافي بغطاء ال‬ ‫ينفذ منه الضوء‪ ،‬ووضع مركباً لليورانيوم فوقه‪ ،‬ثم عرَّ ضه لضوء الشمس؛ الحظ أن اللوح الفوتوغرافي‬ ‫يتعرض لألشعة‪ ،‬وإن كان محمياً من ضوء الشمس؛ فجعله ذلك يعتقد أن سبب هذا التعرض هو أشعة‬ ‫‪ X‬المنبعثة من مركب اليورانيوم‪ .‬وعندما حاول إعادة التجربة منعه الطقس الملبد بالغيوم من تعريض‬ ‫اليورانيوم لضوء الشمس‪ ،‬لكنه دهش عندما وجد أن اللوح الفوتوغرافي كان قد تعرض لألشعة‪ ،‬بالرغم‬ ‫من ذلك‪ ،‬مما يعني أن ضوء الشمس ليس مهماً في هذه العملية‪ ،‬وأن األشعة التي أثرت في اللوح نتجت‬

‫الكيمياء النووية‬

‫عن التفكك اإلشعاعي‪ .‬إن التفكك اإلشعاعي ‪ Radioactive Decay‬عملية انحالل تلقائي للنواة‪ ،‬تتحول‬ ‫بموجبها هذه النواة إلى نواة أخف نسبياً‪ ،‬مع إطالق جسيمات‪ ،‬أو أشعة كهرطيسية‪ ،‬أو كلتيهما‪ .‬إن األشعة‬ ‫التي أصابت اللوح الفوتوغرافي هي إشعاع نووي ‪ ،Nuclear Radiation‬وهو جسيمات‪ ،‬أو إشعاع‬ ‫كهرطيسي انبعث من النواة خالل عملية التفكك اإلشعاعي‪.‬‬ ‫اليورانيوم هو عنصر مشع ‪ ،Radioactive nuclide‬ذو نواة غير مستقرة‪ ،‬تخضع للتفكك اإلشعاعي‪.‬‬ ‫وقد أظهرت دراسات أجرتها مدام كوري وزوجها بيير كوري أن من بين العناصر المعروفة عام ‪1986‬‬ ‫لم يكن إال اليورانيوم والثوريوم عنصرين مشعين‪ .‬وفي سنة ‪ ،1898‬اكتشف العالمان كوري عنصرين‬ ‫مشعين آخرين هما البولونيوم والراديوم‪ .‬ومنذ ذلك التاريخ حددت هوية الكثير من النوى المشعة‪ .‬وفي‬ ‫الحقيقة تكون جميع النوى ذات العدد الذري األكبر من ‪ ،83‬غير مستقرة‪ ،‬وبذلك تكون مشعة‪.‬‬

‫أنواع التفكك اإلشعاعي‪:‬‬ ‫يعتمد نوع النواة المشعة وسرعة تفككها على مكوناتها ومستوى طاقة النواة‪ .‬في الجدول التالي أدناه‬ ‫ملخص لبعض األنواع الشائعة من اإلشعاعات النووية‪.‬‬ ‫النوع‬

‫‪46‬‬

‫الشحنة‬

‫الكتلة (‪)amu‬‬

‫الرمز‬

‫جسيم ألفا‬

‫‪2+‬‬

‫‪4.0015062‬‬

‫جسيم بيتا‬

‫‪1-‬‬

‫‪0.0005486‬‬

‫البوزيترون‬

‫‪1+‬‬

‫‪0.0005486‬‬

‫أشعة غاما‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫انبعاث ألفا‪:‬‬ ‫يتكون جس��يم ألفا (‪ Alpha Particle )α‬من بروتونين ونيوترونين متماس��كين‪ ،‬وهو ينبعث من النواة‬ ‫خالل بعض أنواع التفكك اإلشعاعي‪ .‬إن جسيمات ألفا هي نوى هيليوم‪ ،‬شحنتها ‪ ، 2+‬وتمثل غالباً بالرمز‬ ‫‪ .42 He‬ينحصر انبعاث ألفا بتفكك النوى الثقيلة؛‬ ‫في هذه النوى يج��ب أن يتضاءل كل من عدد‬ ‫النيوترونات وعدد البروتونات لزيادة استقرار‬ ‫النواة‪ .‬من األمثلة عل��ى انبعاث ألفا‪ :‬تفكك‬

‫‪210‬‬ ‫‪84‬‬

‫‪ ، 206‬كم��ا هو مبين في الش��كل‬ ‫‪ Po‬إل��ى ‪Pb‬‬ ‫‪82‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫(‪ .)1-4‬وفي ه��ذا التحول ينقص العدد الذري‬

‫الشكل (‪)1-4‬‬

‫بمقدار ‪ ،2‬وينقص العدد الكتلي بمقدار ‪.4‬‬ ‫‪Pb + 42 He + Energy‬‬

‫‪206‬‬ ‫‪82‬‬

‫‪Po‬‬

‫‪210‬‬ ‫‪84‬‬

‫انبعاث بيتا‪:‬‬ ‫تكون نوى العناصر الموجودة فوق نطــاق االســتقرار غير‬ ‫مســتقرة‪ ،‬ألن نســبة النيوترونات إلى البروتونات ( ) فيها‬ ‫تكون كبيرة‪ .‬ولتقليل عدد النيوترونات يمكن تحويل النيوترون‬ ‫إلى بروتون وإلكترون‪ ،‬حيث ينبعث اإللكترون من النواة‬ ‫كجسيم بيتا‪ .‬فجسيم بيتا (‪ Beta article )β‬إلكترون منبعث‬ ‫من النواة‪ ،‬خالل بعض أنواع التفكك اإلشعاعي‪.‬‬ ‫‪p + -10 β‬‬

‫‪n‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪0‬‬

‫ً‬ ‫مثــاال على انبعــاث بيتا من خالل تح ّول‬ ‫ويبين الشـكل (‪)1-5‬‬ ‫‪ 146 C‬إلى ‪ . 147 N‬الحظ أن العدد الذري يزداد بمقدار ‪ 1‬ويبقى‬ ‫العدد الكتلي دون تغيير‪.‬‬ ‫‪N + -10 β + Energy‬‬

‫‪14‬‬ ‫‪7‬‬

‫‪C‬‬

‫‪14‬‬ ‫‪6‬‬

‫الشكل (‪)1-5‬‬

‫‪47‬‬

‫‪1‬‬

‫انبعاث البوزيترون‪:‬‬ ‫تكون نوى العناصر الموجودة تحت نطاق االستقرار غير مستقرة‪ ،‬ألن نسبة ( ) نسبة صغيرة‪ .‬لتقليل‬ ‫عدد البروتونات‪ ،‬يتحول بروتون إلى نيوترون عبر انبعاث بوزيترون‪ .‬فالبوزيترون ‪ Positron‬جسيم‬ ‫له كتلة اإللكترون نفسها‪ ،‬لكن شحنته موجبة‪ .‬والبوزيترون ينبعث من النواة أثناء بعض أنواع التفكك‬ ‫اإلشعاعي‪.‬‬ ‫‪n + +10 β‬‬

‫‪p‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪0‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪ . 38‬الحظ أن العدد الذري يقل بمقدار ‪ ،1‬بينما‬ ‫‪ 38‬إلى ‪Ar‬‬ ‫ومن األمثلة على انبعاث البوزيترون تح ّول ‪K‬‬ ‫‪18‬‬ ‫‪19‬‬ ‫يبقى العدد الكتلي كما هو‪:‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫‪Ar + +10 β‬‬

‫‪K‬‬

‫‪38‬‬ ‫‪18‬‬

‫‪38‬‬ ‫‪19‬‬

‫أسر اإللكترون (األسر اإللكتروني)‪:‬‬ ‫هو نوع آخر من أنواع النشاط اإلشعاعي للنوى التي لها نسبة ( ) صغيرة‪ .‬وفي األسر اإللكتروني‬ ‫‪ ، Electric Capture‬تلتقط نواة الذرة إلكتروناً من فلك داخلي لهذه الذرة‪ ،‬ويتحد مع بروتون لتكوين‬ ‫نيوترون‪.‬‬ ‫‪n‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪0‬‬

‫‪e + 11 p‬‬

‫ومن األمثلة على األسر اإللكتروني التفكك اإلشعاعي لـ ‪Ag‬‬

‫‪0‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪106‬‬ ‫‪47‬‬

‫إلى ‪Pd‬‬

‫‪106‬‬ ‫‪46‬‬

‫‪ .‬وكما في حالة انبعاث‬

‫البوزيترون ‪ ،‬ينقص العدد الذري بمقدار ‪ ،1‬ويبقى العدد الكتلي كما هو‪.‬‬ ‫‪Pd‬‬

‫‪106‬‬ ‫‪46‬‬

‫‪e‬‬

‫‪0‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪Ag +‬‬

‫‪106‬‬ ‫‪47‬‬

‫انبعاث غاما‪:‬‬ ‫أشعة غاما ( ) ‪ Gamma Rays‬موجات كهرطيسية ذات طاقة عالية تنبعث من النواة لدى تحولها من‬ ‫الحالة المثارة إلى الحالة األساسية‪ .‬يظهر موقع أشعة غاما في طيف األشعة الكهرطيسية في الشكل‪ .‬إن‬ ‫انبعاث أشعة غاما دليل آخر يدعم نموذج الطبقات النووية (ماير)‪ .‬ووفقاً لهذا النموذج ‪ ،‬فإن أشعة غاما‬ ‫تتكون لدى انتقال الجسيمات النووية ضمن مستويات الطاقة النووية‪ .‬وهي شبيهة بانبعاث الفوتونات‬ ‫(ضوء أو أشعة ‪ )X‬لدى انتقال اإللكترون من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل‪ .‬انبعاث غاما‬ ‫يعقب عادة أنواعاً أخرى من التفكك النووي الذي يترك النواة في حالة مثارة‪.‬‬ ‫‪48‬‬

‫‪1‬‬

‫يشارك الطالب بدراسة التحول من نمط ألفا والتحول من نمط بيتا مبيناً آلية موازنة المعادالت النووية‪:‬‬ ‫إن مجموع األعداد الكتلية في الطرف األول لكل تحول يساوي مجموع األعداد الكتلية في الطرف الثاني‪.‬‬ ‫إن مجموع األعداد الذرية في الطرف األول لكل تحول يساوي مجموع األعداد الذرية في الطرف الثاني‪.‬‬ ‫ •يعرض المدرس الصور في كتاب الطالب‪ ،‬للتعرف على خاصيات جسيمات (‪ )α,β‬وأشعة ( )‬ ‫ويقارن بينها‪ .‬من حيث شحنتها‪ ،‬نفوذيتها‪ ،‬تأينها ‪...‬‬ ‫ّ‬ ‫ويذكر الطالب برموز الدقائق الالزمة في المعادالت‪ .‬النترون‪،‬‬ ‫ينتقل المدرس إلى أهم التفاعالت النووية‬ ‫البروتون‪ ،‬جسيمات ألفا ‪...‬‬ ‫ثم يعرض سلسلة النشاط اإلشعاعي الطبيعي‪.‬‬

‫سالسل النشاط (التفكك) اإلشعاعي‪:‬‬ ‫ال يكفي دائماً حدوث تفاعل نووي واحد إلنتاج نواة مستقرة‪ ،‬سلسلة التفكك ‪ Decay Series‬هي سلسلة‬ ‫م��ن عناصر مش��عة تنتج من تفككات إش��عاعية متعاقبة حتى الوصول إلى عنصر مس��تقر‪ .‬تس��مى نواة‬ ‫العنصر األثقل في ِّ‬ ‫كل سلسلة انحالل‪ :‬النواة األم ‪ Parent Nuclide‬فيما تسمى النوى الناتجة من انحالل‬ ‫النواة األم‪ :‬النوى الوليدة ‪ Daughter Nuclides‬جميع النوى الطبيعية ذات العدد الذري األكبر من ‪83‬‬ ‫هي نوى مشعة‪ ،‬وتنتمي إلى واحدة من سالسل التفكك الطبيعية الثالث‪ .‬النوى األم الثالث‪ ،‬هي اليورانيوم‬ ‫ ‪ ،238‬واليورانيوم ‪ ،235 -‬والثوريوم ‪ .232 -‬كما في الش��كل (‪ )1-7‬حيث تُعرض التحوالت النووية‬‫لسلسلة تفكك اليورانيوم ‪.238 -‬‬ ‫‪49‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫الشكل (‪)1-6‬‬

‫‪1‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫الشكل (‪)1-7‬‬ ‫ح ّدد على المخطط النواة األم لليورانيوم ‪ . 238 -‬لدى انحالل نواة اليورانيوم ‪ 238 -‬ينبعث منها جسيم‬ ‫ألفا‪ ،‬فينخفض نتيجة لذلك العدد الكتلي للنواة بمقدار ‪ ، 4‬وكذلك الموقع العمودي لها في المخطط‪،‬‬ ‫وينخفض العدد الذري‪ ،‬وبالتالي الموقع األفقي لها بمقدار ‪ّ ،2‬‬ ‫إن النواة الوليدة هي نظير للثوريوم‪.‬‬ ‫‪Th + 42 He‬‬ ‫يبلغ عمر النصف لـ ‪Th‬‬

‫‪234‬‬ ‫‪90‬‬

‫‪234‬‬ ‫‪90‬‬

‫‪U‬‬

‫‪238‬‬ ‫‪92‬‬

‫حوالي ‪ 24‬يوماً‪ ،‬كما هو موضح على المخطط‪ ،‬وتتفكك نواة الثوريوم‬

‫بإطالق جسيمات بيتا‪ ،‬يؤدي انبعاث بيتا إلى زيادة العدد الذري‪ .‬وبطبيعة الحال يتغير الموقع األفقي في‬ ‫المخطط بمقدار ‪ ،1‬ويبقى العدد الكتلي والموقع العمودي في المخطط ثابتين‪.‬‬ ‫‪Pa + -10 β‬‬

‫‪234‬‬ ‫‪91‬‬

‫‪Th‬‬

‫‪234‬‬ ‫‪90‬‬

‫وما يظهر على مخطط التفكك أيضاً من تغيرات األعداد الذرية واألعداد الكتلية المتبقية يفسر على أساس‬ ‫‪ ، 206‬وهو نظير‬ ‫‪ 210‬جسيم ألفا‪ ،‬ليك ِّون ‪Pb‬‬ ‫الجسيمات المنبعثة من النوى‪ ،‬ففي الخطوة األخيرة يفقد ‪Po‬‬ ‫‪82‬‬ ‫‪84‬‬ ‫الرصاص المستقر وغير المشع‪ .‬الحظ أن ‪ 206 Pb‬يحتوي على ‪ 82‬بروتوناً‪ ،‬وهو عدد سحري‪ ،‬ويحتوي‬ ‫‪82‬‬

‫أيضاً على ترتيب نووي مستقر جداً مكون من طبقة نووية مكتملة‪.‬‬ ‫‪50‬‬

‫يثبت تعريف سلسلة النشاط اإلشعاعي ‪ :‬مجموعة من العناصر المشعة التي يتفكك أحدها ليعطي عنصراً‬

‫‪1‬‬

‫آخر‪ ،‬وتنتهي بعنصر مستقر‪.‬‬

‫عمر النصف للمادة المشعة‪:‬‬ ‫ال يتفكك نظيران مشعان بسرعة واحدة ‪ .‬فعمر النصف )‪ ، t1/2 ، (Half - Life‬هو الزمن الالزم لتفكك‬ ‫نصف كمية ذرات عنصر مشع‪ .‬إن عمر النصف للراديوم ‪ 226-‬يبلغ ‪ 1599‬سنة‪ ،‬وهذا يعني أن نصف‬ ‫الكمية المعطاة من الراديوم ‪ 226 -‬سوف يتفكك بعد ‪ 1599‬سنة ‪ ،‬وبعد ‪ 1599‬سنة أخرى ينحل نصف‬ ‫كمية الراديوم ‪ 226 -‬المتبقية‪ .‬وتستمر هذه العملية حتى ال يبقى إال كمية ضئيلة جداً من الراديوم ‪226 -‬‬ ‫‪ .‬لكل عنصر مشع عمر نصف خاص به‪ .‬ونوى العناصر األكثر استقراراً تتفكك ببطء ولها عمر نصف‬ ‫أطول‪ ،‬بينما نوى العناصر األقل استقراراً تتفكك بسرعة‪ ،‬ويكون لها عمر نصف قصير جداً‪ ،‬وال يتعدى‬ ‫النصف لكل منها‪.‬‬ ‫العنصر المشع‬

‫عمر النصف‬

‫العنصر المشع‬

‫عمر النصف‬

‫‪H‬‬

‫‪3‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪ 12.32‬سنة‬

‫‪Po‬‬

‫‪214‬‬ ‫‪84‬‬

‫‪167.7 μs‬‬

‫‪K‬‬

‫‪14‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪ 5715‬سنة‬

‫‪Po‬‬

‫‪218‬‬ ‫‪84‬‬

‫‪ 3.0‬دقائق‬

‫‪P‬‬

‫‪32‬‬ ‫‪15‬‬

‫‪ 14.28‬يوماً‬

‫‪At‬‬

‫‪218‬‬ ‫‪85‬‬

‫‪ 1.6‬ثانية‬

‫‪K‬‬

‫‪40‬‬ ‫‪19‬‬

‫‪ 1.3 × 109‬سنة‬

‫‪U‬‬

‫‪238‬‬ ‫‪92‬‬

‫‪ 4.46 × 109‬سنة‬

‫‪ 5.27‬سنوات‬

‫‪Pu‬‬

‫‪239‬‬ ‫‪94‬‬

‫‪ 2.41 × 109‬سنة‬

‫‪Co‬‬

‫‪60‬‬ ‫‪27‬‬

‫تعريف عمر النصف ‪ :t1/2‬هو الزمن الالزم لتحول (تفكك) نصف عدد نوى العنصر المشع في عينة منه‬ ‫إلى نوى عنصر آخر بدءاً من أي لحظة زمنية ‪.‬‬ ‫‪51‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫بضعة أجزاء من الثانية أحياناً ‪ .‬في الجدول اآلتي قائمة ببعض العناصر المشعة المعروفة يقابلها عمر‬

‫‪1‬‬

‫مسألة نموذجية‪:‬‬ ‫للفوسفور ‪ 32 -‬عمر نصف مقداره ‪ 14.3‬يوماً‪ ،‬ما كتلة الفوسفور ‪ 32 -‬بـ (‪ )mg‬المتبقية بعد ‪ 57.2‬يوماً‪،‬‬ ‫إذا ابتدأت بـ ‪ 4.0 mg‬من هذا النظير؟‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪1‬‬

‫حلّل‬

‫‪2‬‬

‫ّ‬ ‫خطط‬

‫‪3‬‬

‫احسب‬ ‫ْ‬

‫‪4‬‬

‫ق ِّي ْم‬

‫المعطى‪ :‬الكتلة األصلية للفوسفور ‪4.0 mg = 32 -‬‬ ‫عمر النصف للفوسفور ‪ 14.3 = 32 -‬يوماً‬ ‫الزمن المنقضي = ‪ 57.2‬يوماً‬

‫الكيمياء النووية‬

‫المجهول‪ :‬كتلة الفوسفور ‪ 32 -‬المتبقية بعد ‪ 57.2‬يوماً‬

‫لتحديد كتلة الفوسفور ‪ 32 -‬المتبقية بـ (‪ )mg‬يجب أن تعرف ً‬ ‫نصف مرَّ خالل‬ ‫أوال كم عمرُ‬ ‫ٍ‬ ‫الزمن المنقضي‪ ،‬ثم تُ َح ِّدد كمية الفوسفور ‪ 32 -‬من خالل اختصار الكمية األصلية إلى‬ ‫النصف ‪ ،‬لكل فترة عمر نصف مرَّ ت‪.‬‬

‫‪ 1‬عمر نصف‬ ‫عدد أعمار النصف = الزمن المنقضي (أيام) ×‬ ‫‪ 14.3‬يوماً‬

‫نصف‬ ‫عمر‬ ‫كمية الفوسفور ‪ 32 -‬المتبقية = كمية الفوسفور ‪ 32 -‬األصلية × ‪ 1‬لكل‬ ‫ٍ‬ ‫ِ‬

‫‪2‬‬

‫عدد أعمار النصف = ‪ 57.2‬يوماً × ‪ 1‬عمر‬ ‫نصف = ‪ 4‬أعمار نصف‬ ‫ً‬

‫‪ 14.3‬يوما‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫= ‪0.25 mg‬‬ ‫×‬ ‫×‬ ‫كمية الفوسفور ‪ 32 -‬المتبقية = ‪× 1 × 4.0‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫إن فترة ‪ 57.2‬يوماً هي ‪ 4‬أضعاف عمر النصف للفوسفور ‪ . 32 -‬في نهاية عمر النصف‬ ‫األول يبقى ‪ 2.0 mg‬من الفوسفور ‪ ،32-‬ويبقى ‪ 1.0 mg‬في نهاية عمر النصف الثاني‪،‬‬ ‫ويبقى ‪ 0.50 mg‬في نهاية عمر النصف الثالث‪ ،‬ويبقى ‪ 0.25 mg‬في نهاية عمر النصف‬ ‫الرابع‪.‬‬

‫‪52‬‬

‫‪1‬‬

‫يبين المدرس العوامل التي تتعلق بعمر النصف‪:‬‬

‫مالحظات‬ ‫ •يتعلق عمر النصف بنوع العنصر المشع فقط‪.‬‬ ‫ •ال يتعلق عمر النصف بالحالة الفيزيائية للعنصر المشع (صلبة‪ ،‬سائلة‪ ،‬غازية)‪.‬‬ ‫ •ال يتعلق عمر النصف بالروابط الكيميائية للعنصر‪.‬‬ ‫ •ال يتأثر بتغيّر الضغط ودرجة الحرارة‪.‬‬

‫‪1‬‬

‫الزمن الكلي لعملية التفكك اإلشعاعي = عمر النصف ×عدد مرات تكرار عمر النصف‬ ‫‪ = 240‬عمر النصف × ‪3‬‬ ‫عمر النصف = ‪ 80‬سنة‬ ‫يسأل المدرس الطالب‪ :‬ما النشاط اإلشعاعي الصنعي؟ ما أهم التفاعالت النووية؟‬ ‫يحاور الطالب ثم يعدد أنواع أهم التفاعالت النووية ثم يبدأ بشرح كل تفاعل على حدة‪ ،‬ويبين آلية موازنة‬ ‫المعادالت‪.‬‬ ‫‪ -d‬تفاعالت االلتحام‪.‬‬

‫‪ -c‬تفاعالت االنشطار‬ ‫‪ -b‬تفاعالت التطافر‬ ‫‪ - a‬تفاعالت االلتقاط‬ ‫يكتب المعادالت ويطلب من أحد الطالب موازنتها‪ ،‬مستعيناً باألشكال المرافقة لكل تفاعل‪.‬‬ ‫مثال (‪:)1‬‬ ‫تفاعالت االلتقاط‪:‬‬

‫في هذه التفاعالت تلتقط النواة القذيفة التي ُقذفت بها دون أن تنقسم ويرافق ذلك انطالق طاقة‪:‬‬

‫‪Au + γ‬‬

‫‪198‬‬ ‫‪79‬‬

‫‪Au + 10 n‬‬

‫‪197‬‬ ‫‪79‬‬

‫في هذا التفاعل يتحول الذهب النظير غير المشع إلى الذهب النظير المشع‪.‬‬ ‫مثال (‪:)2‬‬ ‫تفاعالت التطافر‪:‬‬ ‫َ‬ ‫القذيفة التي ُقذفت بها وال تستقر إال بعد أن تُطلق جسيماً آخر متحولة إلى‬ ‫في هذه التفاعالت تلتقط النوا ُة‬ ‫نواة عنصر جديد ويرافق ذلك انتشار طاقة حرارية‪ ،‬مثال‪:‬‬ ‫‪53‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫يحل المدرس التمرين ‪ 3‬من ثالثاً كتطبيق على عمر النصف‪.‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪8‬‬ ‫عدد مرات تكرار عمر النصف = ‪3‬‬

‫‪1‬‬

‫‪H +Heat Energy‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪O+‬‬

‫‪N‬‬

‫‪17‬‬ ‫‪8‬‬

‫‪14‬‬ ‫‪7‬‬

‫‪He +‬‬

‫‪4‬‬ ‫‪2‬‬

‫في هذا التفاعل يتحول النتروجين عند قذفه بجسيم ألفا إلى األكسجين النظير المشع وبروتون مع انتشار‬

‫الكيمياء النووية‬

‫طاقة حرارية‪.‬‬ ‫أما عند قذف نواة النتروجين بنيوترون فينتج نظير الكربون وبروتون‪ ،‬ويرافق ذلك انتشار طاقة‬ ‫حرارية‪:‬‬

‫‪H + Heat Energy‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪C+‬‬

‫‪n + 147 N‬‬

‫‪14‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪0‬‬

‫الحظ أن ناتج هذا النوع من التفاعالت النووية (تفاعالت التطافر) يتوقف على نوع القذيفة‪.‬‬ ‫مثال (‪:)3‬‬ ‫تفاعالت االنشطار‪:‬‬ ‫تتحول نواة اليورانيوم (‪ )235‬عند قذفها بنيوترون بطيء (سرعته تقارن بسرعة جزيئات الهواء عند‬ ‫درجة حرارة الغرفة) إلى نواة نظير جديد غير مستقر ‪ -‬اليورانيوم (‪ - )236‬التي تنشطر آنياً إلى نواتين‬ ‫متوسطتي الكتلة مع إطالق ثالثة نيوترونات سريعة جداً وطاقة هائلة (يستفاد منها في مجاالت حياتية‬ ‫إذا تم التحكم بها)‪.‬‬

‫‪Kr + 141‬‬ ‫‪Ba +3 10 n + Energy‬‬ ‫‪56‬‬ ‫‪54‬‬

‫‪92‬‬ ‫‪36‬‬

‫‪U‬‬

‫‪236‬‬ ‫‪92‬‬

‫‪n‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪0‬‬

‫‪U +‬‬

‫‪235‬‬ ‫‪92‬‬

‫وإذا أمكن إبطاء تلك النيوترونات فإن كل واحد منها يستطيع أن يشطر نواة جديدة من اليورانيوم (‪)235‬‬

‫‪1‬‬

‫بعد التقاطه فينتج تفاعل نووي متسلسل (انظر الشكل)‪.‬‬

‫تفاعالت االندماج (االلتحام) النووي‪:‬‬ ‫في هذه التفاعالت يحدث دمج (التحام) نواتين خفيفتين معاً أو أكثر لتكوين نواة أثقل ويرافق ذلك انطالق‬ ‫طاقة (هائلة) نتيجة نقصان في الكتلة ‪ ،‬أي‪:‬‬ ‫(كتلة النواة الناتجة عن االندماج أصغر من مجموع كتل النوى المندمجة)‬

‫ ‪ .‬أعندما تنفجر القنبلة الهدروجينية يحدث تفاعل االندماج اآلتي بسرعة كبيرة جداً حيث يندمج فيه زوج‬ ‫من الديتريوم (نواتا هدروجين ثقيل) لتوليد التريتيوم (نظير الهدروجين األثقل) وبروتون‪:‬‬

‫‪Energy‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H‬‬

‫‪3‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪H‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪H +‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬

‫(بروتون) (التريتيوم)‬ ‫‪55‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫مثال (‪:)4‬‬

‫‪1‬‬

‫ ‪.‬بفي النجوم (الشمس ً‬ ‫مثال) تحدث تفاعالت االندماج اآلتية‪:‬‬

‫‪Energy‬‬

‫‪2 +10 e‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪He‬‬

‫‪4 11 H‬‬

‫‪4‬‬ ‫‪2‬‬

‫(بوزيترون) (نظير الهليوم ‪)4-‬‬ ‫ •يُجري المدرس تقويماً لما سبق ‪،‬إما من األسئلة التي وردت في الدرس وإما من أسئلة األنشطة‪.‬‬ ‫يطلب من الطالب المقارنة بين التفاعالت الكيميائية والتفاعالت النووية‪:‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫التفاعالت الكيميائية‬

‫التفاعالت النووية‬

‫‪ -1‬يعاد ترتيب ال��ذرات في الجزيئات المتفاعلة‬ ‫من خالل فصم روابط وتشكيل أخرى‪.‬‬

‫‪ -1‬تخض��ع العناص��ر أو النظائر إلى تح ّول فيما‬ ‫بينها‪.‬‬

‫‪ -2‬ال تس��اهم إلكترون��ات الم��دارات الذرية أو‬ ‫الجزيئية (عدا الس��طحية) في فصم الروابط‬ ‫أو تشكلها‪.‬‬

‫‪ -2‬يمكن أن تس��اهم البروتونات أو النيوترونات‬ ‫أو اإللكترون��ات وغيره��ا م��ن الجس��يمات‬ ‫األولية في التفاعالت النووية‪.‬‬

‫‪ -3‬تترافق التفاعالت بإطالق أو امتصاص‬ ‫كميات صغيرة نسبياً من الطاقة‪.‬‬

‫‪ -3‬تتراف��ق التفاع�لات بامتص��اص أو بإطالق‬ ‫كميات كبيرة نسبياً من الطاقة‪.‬‬

‫‪ -4‬تتعل��ق س��رعة التفاع��ل بدرج��ة الح��رارة‬ ‫والضغط والتركيز ووجود المواد المساعدة‬ ‫(الوسيط)‪.‬‬

‫‪ -4‬ال تتعلق س��رعة التفاع��ل بدرجة الحرارة أو‬ ‫الضغط أو التركيز أو وجود المواد المساعدة‬ ‫(الوسيط)‪.‬‬

‫‪ -5‬تخضع لقانون مصونية الطاقة‪.‬‬

‫‪ -5‬تخض��ع لقان��ون مصوني��ة الطاق��ة (قان��ون‬ ‫أنيشتاين)‪.‬‬

‫كما يطلب إليهم االطالع على خطورة النشاط اإلشعاعي على الكائنات الحية‪ ،‬في مراجع مختلفة‪،‬‬ ‫ً‬ ‫بداية ببعض هذه المخاطر‪.‬‬ ‫ويحاورهم‬

‫‪56‬‬

‫‪1‬‬

‫حل م�سائل الوحدة الأوىل‬ ‫أوال‪ :‬اختر اإلجابة الصحيحة ٍّ‬ ‫ً‬ ‫لكل م ّما يأتي‪:‬‬ ‫‪1 )1‬نظائر عنصر ما هي ذرات لها العدد نفسه من‪:‬‬ ‫ب) البروتونات‬

‫أ) النيوترونات‬

‫د) البوزيترونات‬

‫ج) النكليونات‬

‫الجواب‪ :‬ب) البروتونات‬ ‫‪2 )2‬كي يتحول العنصر ‪ AZ X‬إلى العنصر ‪Y‬‬

‫‪A‬‬ ‫‪Z+1‬‬

‫ب) يخسر نيوتروناً‬

‫د) يطلق جسيم بيتا‬

‫ج) يطلق جسيم ألفا‬

‫الجواب‪ :‬د) يطلق جسيم بيتا‬ ‫‪3 )3‬كي يتحول العنصر ‪ AZ X‬إلى العنصر ‪Y‬‬ ‫ب) يخسر نيوتروناً‬

‫أ) يكسب بروتوناً‬

‫‪A-4‬‬ ‫‪Z-2‬‬

‫تلقائياً‪:‬‬ ‫د) يطلق جسيم بيتا‬

‫ج) يطلق جسيم ألفا‬

‫الجواب‪ :‬ج) يطلق جسيم ألفا‬ ‫‪4 )4‬يتحول النحاس ‪ 63Cu‬وهو نظير غير مشع عند قذفه بنيوترون إلى نظير مشع ‪ 64Cu‬في تفاعل‬ ‫نووي‪ ،‬من نوع‪:‬‬ ‫ب) تطافر‬

‫أ) التقاط‬

‫د) اندماج‬

‫ج) انشطار‬

‫الجواب‪ :‬أ) التقاط‬ ‫‪5 )5‬يطرأ تحول من نموذج ألفا على عنصر اليورانيوم ‪U‬‬ ‫‪ 238‬فيتك ّون عنصر‪:‬‬ ‫‪92‬‬ ‫أ) الراديوم ‪Ra‬‬

‫ب) البروتيكتينيوم ‪Pa‬‬

‫‪222‬‬ ‫‪88‬‬

‫ج) األكتينيوم ‪AC‬‬

‫د) الثوريوم ‪Th‬‬

‫‪228‬‬ ‫‪89‬‬

‫الجواب‪ :‬د) الثوريوم ‪Th‬‬

‫‪234‬‬ ‫‪91‬‬

‫‪234‬‬ ‫‪90‬‬

‫‪234‬‬ ‫‪90‬‬

‫‪6 )6‬يطرأ تحول من نموذج بيتا على عنصر الثوريوم ‪Th‬‬ ‫‪ 234‬فيتكون عنصر‪:‬‬ ‫‪90‬‬ ‫أ) الراديوم ‪Ra‬‬

‫ب) البرو َتكتينيوم ‪Pa‬‬

‫‪222‬‬ ‫‪88‬‬

‫ج) األكتينيوم ‪Ac‬‬

‫د) اليورانيوم ‪U‬‬

‫‪228‬‬ ‫‪89‬‬

‫الجواب‪ :‬ب) البرو َتكتينيوم ‪Pa‬‬

‫‪234‬‬ ‫‪91‬‬

‫‪238‬‬ ‫‪92‬‬

‫‪234‬‬ ‫‪91‬‬

‫‪57‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫أ) يكسب بروتوناً‬

‫تلقائياً‪:‬‬

‫‪1‬‬

‫‪7 )7‬إذا كان عمـر النصف لعنصر مشع ‪ 3‬دقائق‪ ،‬فــإن نسبة ما يتبقى منه (ممّا كان عليه) في عيّنة منه‬ ‫بعد ‪ 15‬دقيقة‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫أ) ‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫الجواب‪ :‬د) ‪32‬‬

‫‪1‬‬ ‫ب) ‪8‬‬

‫‪1‬‬ ‫د) ‪32‬‬

‫‪1‬‬ ‫ج) ‪16‬‬

‫ثانياً‪ :‬أعط تفسيراً علمياً ٍّ‬ ‫لكل م ّما يأتي‪:‬‬

‫‪ .1‬تبقى بروتونات النواة مترابطة رغم وجود قوى التنافر الكهربائية بينها‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬القوى النووية )‪ )Nuclear Forces‬هائلة‪ ،‬وهي أكبر بكثير من القوى لكهربائية‪.‬‬ ‫‪ .2‬مجموع كتل مكونات النواة وهي حرة‪ ،‬أكبر من كتلة النواة‪.‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫الجواب‪ :‬هذا النقصان في الكتلة يتحول إلى طاقة تربط مك ّونات النواة بعضها ببعض‪.‬‬ ‫‪ .3‬إصدار النواة لإللكترونات المؤلفة ألشعة بيتا‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬يتفكك أحد نيوتروناتها ليعطي بروتوناً يستقر في النواة ويصبح عددها الذري (‪ )Z+1‬وينطلق‬ ‫إلكترون خارج النواة مك ّوناً جسيم بيتا مع إطالق النترينو (‪ .)ν‬وفق المعادلة‪:‬‬ ‫‪e + 11 H + v‬‬

‫‪n‬‬

‫‪0‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪0‬‬

‫‪ .4‬ال تتأثر أشعة غاما بالحقل الكهربائي‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬ألنها ال تحمل شحنة كهربائية‪.‬‬ ‫‪ .5‬النيوترون أفضل قذيفة نووية‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬ألنه ال يحمل أي شحنة كهربائية‪.‬‬ ‫‪ .6‬تُحفظ المواد المشعة في أوعية من الرصاص‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬عنصر الرصاص يمتص اإلشعاع‪.‬‬ ‫‪ .7‬يلزم لتفجير القنبلة الهدروجينية حدوث انشطار نووي‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬ليوفر الضغط الشديد والحرارة الكافية لحدوث اندماج النوى الخفيفة‪.‬‬ ‫ثالثاً‪ :‬أجب عن األسئلة اآلتية‪:‬‬ ‫‪ -1‬أكمل التفاعالت النووية اآلتية وس ِّم نوع كل تفاعل‪:‬‬ ‫………… ‪Cu +‬‬

‫‪29‬‬

‫………… ‪O + 1 H +‬‬ ‫………… ‪n +‬‬ ‫الجواب‪ :‬في كتاب الطالب‪.‬‬ ‫‪58‬‬

‫‪Kr + 3‬‬

‫‪n‬‬

‫‪92‬‬

‫‪He + 14 N‬‬

‫‪8‬‬

‫‪Ba +‬‬

‫‪Cu +‬‬

‫‪64‬‬

‫‪56‬‬

‫‪U‬‬

‫‪2‬‬

‫‪236‬‬

‫‪ -2‬احسب مقدار النقص في كتلة الشمس خالل ساعة واحدة إذا كانت تشع طاقة مقدارها ‪38×1027 J.s-1‬‬

‫‪1‬‬

‫(سرعة انتشار الضوء في الخالء ‪.)C = 3×108 m.s-1‬‬ ‫الجواب‪:‬‬ ‫‪E = 38 × 1027 × 1 × 3600 J‬‬ ‫‪E=∆m.C2‬‬ ‫‪E = 38 × 1027 × 1 × 3600 = ∆m (3×108)2‬‬ ‫‪∆m = 152 × 1013 Kg‬‬ ‫وبما أن كتلة الشمس تنقص نضع إشارة ناقص‪:‬‬ ‫‪∆m = – 152 × 1013 Kg‬‬

‫الزمن الكلي‬ ‫عمر النصف = عدد مرات تكرار عمر النصف‬

‫‪ -4‬يطلق النظير المشع لعنصر ‪X‬‬

‫‪232‬‬ ‫‪90‬‬

‫جسيم ألفا ً‬ ‫أوال ثم جسيم بيتا‪ ،‬فما العدد الذري وما العدد الكتلي‬

‫للنواة الناتجة؟‬ ‫ ‬ ‫الجواب‪ :‬العدد الذري = ‪89‬‬

‫العدد الكتلي = ‪228‬‬

‫‪ -5‬قارن بين جسيمات ألفا وجسيمات بيتا من حيث ‪:‬‬ ‫أ – النفوذية‪ .‬‬

‫ ‬ ‫ب‪ -‬التأيين‪.‬‬

‫جـ ‪ -‬الشحنة الكهربائية‪.‬‬ ‫‪59‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫‪ -3‬احسب عمر النصف لعنصر مشع في عينة منه إذا علمت ّ‬ ‫أن الزمن الالزم ليصبح عدد النوى المشعة‬ ‫‪1‬‬ ‫في تلك العينة ‪ 8‬مما كان عليه يساوي ‪ 240‬سنة‪.‬‬ ‫‪N‬‬ ‫الجواب‪ :‬بفرض عدد النوى المشعة ‪ N‬فإن عدد النوى المتبقية بعد تكرار عمر النصف ‪ n‬مرة هو‪. 2n :‬‬

‫‪1‬‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫جسيمات (‪)α‬‬

‫جسيمات (‪)β‬‬

‫أشعة (‪)γ‬‬

‫الطبيعة‬

‫نوى الهليوم ‪. 42 H‬‬

‫إلكترونات سريعة‪.‬‬

‫أمواج كهرطيسية‬ ‫عال‪.‬‬ ‫تواترها ٍ‬

‫الكتلة‬

‫‪ 4‬وحدة كتلة ذرية‪.‬‬

‫تساوي كتلة اإللكترون‪.‬‬

‫ليس لها كتلة‪.‬‬

‫الشحنة‬

‫موجبة تساوي‬ ‫ضعف شحنة اإللكترون‪.‬‬

‫سالبة‬ ‫تساوي شحنة اإللكترون‪.‬‬

‫غير مشحونة‪.‬‬

‫الكيمياء النووية‬

‫تأثير الحقل‬ ‫الكهربائي‬

‫تتأثر بانحراف ضئيل‬ ‫تتأثر بانحراف كبير نحو‬ ‫نحو اللبوس السالب‬ ‫اللبوس الموجب لمكثفة مشحونة‬ ‫لمكثفة مشحونة مما يدل‬ ‫مما يدل على أنها سالبة‪.‬‬ ‫على أنها موجبة‪.‬‬

‫تأثير الحقل‬ ‫المغناطيسي‬

‫تتأثر‬ ‫(تنحرف بتأثير قوة‬ ‫مغناطيسية باتجا ٍه ما)‪.‬‬

‫تتأثر‬ ‫(تنحرف بتأثير قوة مغناطيسية‬ ‫باتجاه معاكس لجسيمات ‪.)α‬‬

‫السرعة‬

‫(‪.)0.05 C‬‬

‫( ‪.)0.3 C‬‬

‫تساوي سرعة الضوء‬ ‫‪C = 3 × 108 ms-1‬‬

‫التأثير‬ ‫الكيميائي‬

‫تؤثر في األلواح‬ ‫الحساسة‪.‬‬

‫تؤثر في األلواح الحساسة‪.‬‬

‫تؤثر في األلواح‬ ‫الحساسة‪.‬‬

‫النفوذية‬

‫نفوذيتها ضعيفة‪ ،‬يمكن‬ ‫إيقافها باستخدام ورق‬ ‫مقوى‪.‬‬

‫نفوذيتها أكبر (‪ )100‬مرة من‬ ‫نفوذية جسيمات آلفا‪.‬‬ ‫تحتاج إليقافها صفيحة معدنية‪.‬‬

‫نفوذيتها كبيرة جداً‬ ‫أكبر (‪ )100-10‬مرة‬ ‫من نفوذية جسيمات‬ ‫بيتا‪ ،‬لذلك تحتاج‬ ‫إليقافها صفيحة سميكة‬ ‫من الرصاص‪.‬‬

‫القدرة على‬ ‫التأيين‬

‫تسبب تأيين الغازات‬ ‫التي تمر بها (وهنا‬ ‫تكمن خطورتها)‪.‬‬

‫أقل قدرة على تأيين الغازات‬ ‫من جسيمات ألفا‪.‬‬

‫أثر انطالقها‬ ‫من النواة‬

‫ينقص العدد الذري‬ ‫بمقدار (‪ )2‬وينقص‬ ‫العدد الكتلي بمقدار (‪)4‬‬ ‫مع انطالق طاقة‪.‬‬

‫‪60‬‬

‫يزداد العدد الذري بمقدار (‪)1‬‬ ‫وال يتغيّر العدد الكتلي ‪ ،‬مع‬ ‫انطالق طاقة‪.‬‬

‫ال تتأثر مما يدل على‬ ‫أنها غير مشحونة‪.‬‬

‫ال تتأثر‪.‬‬

‫قدرتها على تأيين‬ ‫الغازات أصغر من‬ ‫جسيمات بيتا‪.‬‬ ‫ال يحدث تغيير في‬ ‫العدد الذري وال في‬ ‫العدد الكتلي إال أن‬ ‫النواة تصبح أكثر‬ ‫استقراراً‪.‬‬

‫الوحدة الثانية‬

‫الكيمياء احلرارية‬ ‫‪Thermo chemistry‬‬

‫‪61‬‬

‫‪2‬‬

‫الوحدة الثانية‪ :‬الكيمياء احلرارية‬ ‫مخطط الوحدة‪:‬‬ ‫الوحدة‬ ‫الكيمياء الحرارية‬

‫دروس الوحدة‬ ‫الكيمياء الحرارية‬

‫عدد الحصص‬ ‫‪4‬‬

‫األهداف العامة للوحدة‪:‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫ ‬

‫•يتعرف الكيمياء الحرارية‪.‬‬

‫ ‬

‫• يتعرف التغيرات الحرارية المصاحبة للعمليات الكيميائية‪.‬‬

‫ ‬

‫•يتعرف قوانين الكيمياء الحرارية‪.‬‬

‫ ‬

‫•يستقصي بعض التطبيقات العملية في الكيمياء الحرارية في الحياة والصناعة‪.‬‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ ‬

‫•الكيمياء الحرارية ‬

‫ ‬

‫•حرارة الذوبان ‬

‫ ‬

‫•حرارة التعديل ‬

‫ ‬

‫•حرارة التكوين ‬

‫ ‬

‫•حرارة التفكك‬

‫ ‬

‫•حرارة االحتراق‬

‫ ‬

‫•الحالة القياسية‬

‫ ‬

‫•قانون هس‬

‫ ‬

‫•طاقة الرابطة‬

‫االستراتيجيات المتبعة في الدرس‪:‬‬ ‫الحوار والمناقشة ‪ ،‬العصف الذهني ‪ ،‬العمل المخبري ‪ ،‬االستكشاف واالستقصاء‪ ،‬العمل التعاوني‪.‬‬ ‫يع ّرف المدرس بعض المفاهيم في الكيمياء الحرارية ثم يشرح أنواع التغيرات الحرارية‪.‬‬ ‫‪ -1‬الكيمياء الحرارية‪ :‬تدرس التغيرات الحرارية التي ترافق التفاعالت الكيميائية‪.‬‬ ‫‪ -2‬األنتالبية ‪( H‬المحتوى الحراري)‪:‬‬ ‫ •األنتالبية ‪ H‬هي تابع حالة‪ ،‬ال يمكن تحديده بل يُحسب تغيره‬ ‫ •تغير األنتالبية‬ ‫‪62‬‬

‫الذي ال يتوقف على الطريق المسلوك‪.‬‬

‫هو تغير الحرارة الذي يحدث تحت ضغط ثابت (مثل التفاعالت في الهواء الطلق)‪.‬‬

‫على حدوث التفاعل تحت ضغط ‪ 1‬جو = ‪ 101.325‬كيلو‬

‫ •يدل تغيُّر األنتالبية المعياري‬

‫‪2‬‬

‫باسكال‪ ،‬وعادة في الدرجة ‪.25 °C‬‬ ‫ •في التفاعالت الناشرة للحرارة تكون‬

‫سالبة‪.‬‬

‫ •في التفاعالت الماصة للحرارة تكون‬

‫موجبة‪.‬‬

‫يتم تعيين تغير األنتالبية للتفاعل بقياس حرارة التفاعل في مسعر خاص وتحت ضغط ثابت‪:‬‬ ‫‪= QP‬‬ ‫كمية الحرارة تحت ضغط ثابت = تغير األنتالبية‬ ‫تنعكس أيضاً‪.‬‬ ‫إذا عُ كس التفاعل فإن إشارة‬

‫‪-1‬‬

‫‪C (s) + O2 (g) : ∆H = + 393.5 kJ.mo‬‬

‫)‪CO2 (g‬‬

‫)‪H2 (g) + 1 O2 (g‬‬ ‫‪H2O (l) :‬‬ ‫‪= - 286 kJ.mo -1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫)‪H2O (l‬‬ ‫‪H2 (g) + 1 O2 (g) :‬‬ ‫‪= + 286 kJ.mo -1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪ -3‬الحالة القياسية للمادة‪ :‬هي الحــالة التي توجد فيها المادة بشــكلها الثــابت المســتقر عند الضغط القياســي‬ ‫‪( 1 atm‬عادة تؤخذ الدرجة ‪ 25 °C‬أي ‪.)298.15 ° K‬‬ ‫في الحالة القياسية‪ :‬الزئبق والماء سائالن‪ ،‬الهدروجين واألكسجين غازان‪ ،‬والملح والحديد صلبان‪.‬‬ ‫‪ -4‬بعض أنواع التغيرات الحرارية‪:‬‬ ‫أ‪ -‬أنتالبية التكوّ ن القياسية‪:‬‬

‫قياسية‬ ‫تغيّر‬ ‫تك ّون‬

‫أنتالبية‬

‫هي تغير األنتالبية عند تك ُّون مول واحد من المركب انطالقاً من عناصره األولية وهي في حالتها‬ ‫القياسية‪.‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪CO2 (g) : ∆H = - 393.5 kJ.mo‬‬

‫ •اتفق العلماء أن ‪= 0‬‬

‫)‪C (s) + O2 (g‬‬

‫لجميع العناصر في حالتها القياسية‪.‬‬

‫ •أنتالبية التفكك القياسية لمركب ما تساوي بالقيمة المطلقة أنتالبية تكونه وتخالفها باإلشارة‪.‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪= + 393.5 kJ.mo‬‬

‫‪C (s) + O2 (g) :‬‬

‫)‪CO2 (g‬‬ ‫‪63‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫‪-1‬‬

‫‪CO2 (g) : ∆H = - 393.5 kJ.mo‬‬

‫)‪C (s) + O2 (g‬‬

‫‪2‬‬

‫ •تغير األنتالبية للتفاعل = مجموع أنتالبيات المواد الناتجة – مجموع أنتالبيات المواد المتفاعلة‬ ‫المجموع‬

‫داخلة (متفاعلة)‬

‫ناتجة‬

‫عدد الموالت‬ ‫(األمثال المتفاعلة)‬

‫قياسية تغيّر‬

‫تفاعل‬

‫أنتالبية‬

‫ب‪ -‬حرارة االحتراق القياسية للمادة‪:‬‬ ‫هي كمية الحرارة المنطلقة عند احتراق مول من المادة احتراقاً تاماً بوجود كمية وافرة من األكسجين في‬ ‫الشروط القياسية ( ‪.)1 atm ،25 °C‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫ •في المسعر‪ :‬حرارة االحتراق =‬

‫= ثابت المسعر × التغير في درجة الحرارة‬

‫ج‪ -‬حرارة التعديل‪:‬‬ ‫هي كمية الحرارة المنطلقة نتيجة تك ّون مول واحد من الماء عند تفاعل حمض مع أساس في المحاليل‬ ‫المم ّددة‪.‬‬ ‫ •حرارة تعديل حمض قوي وأساس قوي مقدار ثابت‪:‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪H2O : ∆H° = - 57.7 kJ.mo‬‬

‫– ‪H + + OH‬‬

‫ •الحموض القوية‪. HNO3 ، H2SO4 ، HC :‬‬ ‫ •األسس القوية‪. NaOH ، KOH :‬‬ ‫ •حرارة التعديل المقاسة‪ :‬حرارة التعديل للحموض واألسس القوية ‪ +‬حرارة التأين للحموض أو األسس‬ ‫الضعيفة‪.‬‬ ‫يحل المد ّرس المسألة الخامسة من مسائل الدرس كتقويم‪.‬‬ ‫‪ -5‬طاقة الرابطة (‪ )A - B‬المشتركة‪:‬‬ ‫هي الطاقة الالزمة لتفكيك مول واحد من المادة (‪ )AB‬في حالتها الغازية إلى ذرات ‪ A‬و‪ B‬في الحالة‬ ‫الغازية أيضاً‪.‬‬ ‫تغير أنتالبية التفاعل = مجموع قيم طاقات الروابط المتك ّونة ‪ +‬قيم طاقات الروابط المتفككة‬ ‫يحـــل الم���د ّرس التطبيق (‪ )6‬المحلـــول في كتـــاب الطــالب ثم يوضح حـل هذا التطبيق باس���ــتخدام‬ ‫قانون هس‪:‬‬

‫تطبيق (‪:)6‬‬ ‫احسب تغير أنتالبية التفاعل اآلتي مستخدماً جدول قيم طاقات الروابط‪.‬‬ ‫)‪2 (g‬‬

‫‪64‬‬

‫‪C2H4C‬‬

‫)‪2 (g‬‬

‫‪C2H4 (g) + C‬‬

‫‪2‬‬

‫الحــل‪:‬‬ ‫الطريقة األولى‪:‬‬

‫طاقة الروابط المتفككة‬

‫طاقة الروابط المتكونة‬

‫‪615‬‬

‫‪C=C‬‬

‫‪- 344‬‬

‫‪C-C‬‬

‫‪243‬‬

‫‪C -C‬‬

‫‪656‬‬ ‫) ‪2(C -C‬‬ ‫‪- 2660‬‬

‫‪+ 2518‬‬

‫‪ = ∆H°‬مجموع قيم طاقات الروابط المتكونة ‪ +‬قيم طاقات الروابط المتفككة‬ ‫‪∆H° = - 2660 + 2518 = -142 kJ‬‬ ‫مالحظة‪ :‬يمكن طرح (‪ )4 C - H‬من الطرفين‪.‬‬ ‫ثم يوضح المد ّرس نتيجة قانون هس‪:‬‬ ‫لحساب حرارة التفاعل أو التغير في أنتالبية التفاعل يمكن أن نكتب‪:‬‬ ‫تغير األنتالبية المرافق للتفاعل = مجموع طاقات الروابط للطرف األول ـ مجموع طاقات الروابط للطرف الثاني‬

‫ •نطبّق هذه النتيجة على التطبيق السابق (‪.)6‬‬ ‫الطريقة الثانية لحل التطبيق (‪:)6‬‬ ‫]) ‪∆H° = [4∆Hb (C-H) + ∆Hb (C=C) + ∆Hb (C -C )] - [4∆Hb (C-H) + ∆Hb (C-C) + 2∆Hb (C-C‬‬ ‫‪∆H° = - 142 kJ‬‬

‫مالحظة‬ ‫يبيّن المدرّ س ّ‬ ‫أن‪:‬‬ ‫ •الحسابات السابقة لتغيُّر األنتالبية تقريبية لعدم إدخال عامل البنية الهندسية واإللكترونية للجزيئات‪.‬‬ ‫ •كسر الروابط يعني استهالك طاقة‪.‬‬ ‫ •تك ّون الروابط يعني إطالق طاقة وتحريرها‪.‬‬ ‫ •تدعى التفاعالت التي تطلق طاقة‪ :‬تفاعالت ناشرة للحرارة (‪ )Q = ∆H < 0‬تحت ضغط ثابت‪.‬‬ ‫ •تدعى التفاعالت التي تستهلك طاقة‪ :‬تفاعالت ماصة للحرارة (‪.)Q = ∆H > 0‬‬ ‫ص على خالف ذلك‪.‬‬ ‫ •كل قيم‬ ‫تشير إلى درجة الحرارة ‪ 25 °C‬إال إذا نُ َّ‬ ‫‪65‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫‪1660‬‬

‫‪4C-H‬‬

‫‪- 1660‬‬

‫‪4C-H‬‬

‫‪2‬‬

‫احتراق األوكتان* (إثراء)‪:‬‬ ‫يعد األوكتان (‪ )C8H18‬أحد الهدروكربونات الرئيسة في البترول‪.‬‬ ‫يمزج البترول في المحرِّ ك البترولي مع الهواء ث َّم تمرَّ ر شرارة من شمعة احتراق (بوجي) تؤدي إلى‬ ‫اشتعال المزيج‪ ،‬تتحرَّ ر الطاقة فتحرّ ك المكبس الذي يؤدي إلى دوران العجالت‪.‬‬ ‫تدعى الطاقة المتحررة من احتراق ‪ 1‬مول من األوكتان‪ :‬حرارة احتراق األوكتان‬

‫‪.‬‬

‫وإذا كان التغير يحدث في شروط معيارية كان لدينا‪:‬‬ ‫حرارة االحتراق المعيارية هي تغير األنتالبية عندما يحترق بالكامل‬ ‫مول واحد من المادة في األكسجين‪.‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫وتكون معادلة احتراق األوكتان‪:‬‬ ‫‪12 CO2 (g) + 18 H2O‬‬ ‫ّ‬ ‫يُالحظ ّ‬ ‫المتشكل قد أُشير إليه أنه سائل ألن قيمة‬ ‫أن الماء‬

‫)‪2 C8H18 (l) + 25 O2 (g‬‬ ‫تعود إلى الدرجة ‪( 298 ° K‬قريبة من‬

‫درجة حرارة الغرفة)‪ .‬تعود هذه القيمة إلى شروط تختلف عن تلك التي تسود في المحرك‪ ،‬ولكن ال بد‬ ‫أنك تدرك أهمية األوكتان وفائدته بوصفه وقوداً‪ ،‬نظراً لكمية الطاقة الضخمة التي تتحرّ ر من احتراقه‪.‬‬ ‫مخطط مبسط لمحرك االحتراق الداخلي‪ ،‬تدفع حركة‬ ‫المكبس لألسفل بجذع الكرانك (وبالتالي العجالت)‬ ‫في حركة دائرية‪ .‬يفتح ويغلق كل من صمامي المدخل‬ ‫والعادم بشكل متواقت مع حركة المكبس‪ .‬فيسمح صمام‬ ‫المدخل بدخول مزيج البترول والهواء إلى األسطوانة‪.‬‬ ‫وعندما يندفع المكبس لألعلى في األسطوانة يضغط‬ ‫المزيج الغازي الذي تشعله شرارة تنطلق من شمعة‬ ‫االحتراق‪ .‬وعندما تحترق الغازات يفتح صمام العادم‬ ‫لتفريغ الغازات المستهلكة إلى الخارج‪ .‬ثم تعاد الدورة من‬ ‫جديد‪ .‬أما في محرك الديزل فال حاجة لشمعة االحتراق‪،‬‬ ‫إذ يشتعل مزيج وقود الديزل مع الهواء عندما يضغط‬ ‫بوساطة المكبس دون استخدام شرارة‪.‬‬

‫*الكيمياء المتقدمة (‪ )1‬ص ‪ ،402 - 401‬تأليف‪ ، Philip Matthews :‬ترجمة‪ :‬د‪ .‬توفيق ياسين ‪ ،‬مراجعة‪ :‬أ‪.‬د‪ .‬حسن كلاّ وي‪.‬‬

‫‪66‬‬

‫‪2‬‬

‫حل م�سائل الوحدة الثانية‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬اكتب االسم أو المصطلح العلمي الذي تدل عليه كل من العبارات اآلتية‪:‬‬ ‫‪1 .1‬فرع الكيمياء الذي يهتم بدراسة العالقة بين الطاقة الكيميائية والطاقة الحرارية‪( .‬الكيمياء الحرارية)‬ ‫‪2 .2‬مقدار الطاقة الكيميائية التي اختُ ِزنت في المادة في أثناء تكوينها‪( .‬المحتوى الحراري للمادة)‬ ‫‪3 .3‬كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تك ّون مول واحد من المركب ابتدا ًء من عناصره األولية في‬ ‫حالتها القياسية‪( .‬أنتالبية التك ّون)‬ ‫األكسجين في الشروط القياسية‪( .‬حرارة االحتراق القياسية)‬ ‫‪5 .5‬كمية الحرارة المنطلقة عند تك ّون مول واحد من الماء النقي عند تعادل حمض مع أساس في المحاليل‬ ‫الممددة‪( .‬حرارة التعديل)‬ ‫‪6 .6‬قيمة تغيُّر األنتالبية ألي تفاعل كيميائي تحت ضغط ثابت تساوي قيمة ثابتة سواء ت ّم التفاعل في‬ ‫خطوة واحدة أو في خطوات عدة‪( .‬قانون هس)‬ ‫ثانياً‪ :‬اكتب المعادالت الكيميائية الحرارية للتفاعالت اآلتية‪:‬‬ ‫‪1 .1‬احتراق ثنائي كبريت الكربون )‪ (CS2‬معطياً ثنائي أكسيد الكربون وثنائي أكسيد الكبريت مع انطالق‬ ‫كمية من الحرارة مقدارها )‪.(-1075.2 kJ‬‬ ‫الجواب‪:‬‬ ‫‪∆H= -1075.2 kJ‬‬

‫)‪CO2 (g)+2SO2 (g‬‬

‫)‪CS2 (l) +3O2 (g‬‬

‫‪2 .2‬احتراق ‪ (1) mo‬من الميتانول يعطي كمية من الحرارة مقدارها )‪. (727 kJ‬‬ ‫الجواب‪:‬‬ ‫‪∆H= -727 kJ‬‬

‫)‪CO2 (g)+ 2 H2O (l‬‬

‫)‪+ 3/2 O2 (g‬‬

‫)‪(l‬‬

‫‪CH3 - OH‬‬

‫‪3 .3‬تفاعل النتروجين مع األكسجين لتك ّون ‪ (1) mo‬من أحادي أكسيد النتروجين )‪ (NO‬يحتاج إلى‬ ‫)‪.(90.37 kJ‬‬ ‫الجواب‪:‬‬ ‫‪∆H= +90.37 kJ‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪NO‬‬

‫)‪N2 (g) + 1/2 O2 (g‬‬ ‫‪67‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫‪4 .4‬كمية الحرارة المنطلقة عند حرق مول واحد من المادة النقية احتراقاً تاماً بوجود كمية كافية من‬

‫‪2‬‬

‫‪4 .4‬تفكك ‪ (1) mo‬من غاز ثنائي أكسيد الكربون إلى مكوناته األساسية يحتاج إلى )‪.(393.5 kJ‬‬ ‫الجواب‪:‬‬ ‫‪∆H= +393.5 kJ‬‬

‫)‪+ O2 (g‬‬

‫)‪(s‬‬

‫‪C‬‬

‫)‪CO2 (g‬‬

‫ثالثاً‪ :‬اختر اإلجابة الصحيحة لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬إذا كانت‪:‬‬ ‫‪∆H°f (C2H4) (g) = + 52.3 kJ.mo‬‬

‫‪-1‬‬

‫و‬

‫‪-1‬‬

‫‪∆H°f (C2H6) (g) = - 84.7 kJ.mo‬‬

‫يكون التغير في أنتالبية التفاعل القياسية‪:‬‬ ‫)‪C2H4 (g) + H2 (g‬‬

‫)‪C2H6 (g‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫أ) ‪∆H° = - 137 kJ‬‬

‫ب) ‪∆H° = + 137 kJ‬‬

‫جـ) ‪∆H° = - 32.4 kJ‬‬

‫د) ‪∆H° = + 32.4 kJ‬‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫أ) ‪∆H° = - 137 kJ‬‬ ‫‪ -2‬إذا كانت‪:‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪∆H° (HC ) (g) = - 92 kJ.mo‬‬

‫و‬

‫‪-1‬‬

‫‪∆H° (HF) (g) = - 270 kJ.mo‬‬

‫فإن مقدار التغير في أنتالبية التفاعل القياسية‪:‬‬ ‫)‪2 (g‬‬

‫)‪+ F2 (g‬‬

‫‪2HF (g) + C‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪2HC‬‬

‫أ) ‪∆H°rxn = - 356 kJ‬‬

‫ب) ‪∆H°rxn = + 356 kJ‬‬

‫جـ) ‪∆H°rxn = - 362 kJ‬‬

‫د) ‪∆H°rxn = - 178 kJ‬‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫أ) ‪∆H°rxn = - 356 kJ‬‬ ‫‪ -3‬إذا كانت حرارة تك ّون هاليدات الهدروجين‪:‬‬ ‫‪-1‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪∆H°f (HF) = - 269 kJ.mo‬‬

‫‪،‬‬

‫‪∆H°f (HC ) = - 92.3 kJ.mo‬‬

‫‪،‬‬

‫فإن أقل هذه المركبات ثباتاً حرارياً هو‪:‬‬ ‫‪68‬‬

‫‪-1‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪∆H°f (HBr) = - 35.2 kJ.mo‬‬ ‫‪∆H°f (HI) = + 25.9 kJ.mo‬‬

‫أ) ‪HF‬‬

‫ب) ‪HI‬‬

‫جـ) ‪HBr‬‬

‫د) ‪HC‬‬

‫‪2‬‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫ب) ‪HI‬‬ ‫‪ -4‬إذا كانت حرارة تك ّون كل من الحموض‪:‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪∆H°f (H2SO4) = - 814 kJ.mo‬‬

‫‪،‬‬

‫‪-1‬‬

‫‪∆H°f (HNO3) = - 173 kJ.mo‬‬

‫‪،‬‬

‫‪∆H°f (HC ) = - 92.5 kJ.mo‬‬

‫‪-1‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪∆H°f (CH3COOH) = - 487 kJ.mo‬‬

‫أ) ‪CH3 - COOH‬‬

‫ب) ‪HC‬‬

‫جـ) ‪H2SO4‬‬

‫د) ‪HNO3‬‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫جـ) ‪H2SO4‬‬ ‫‪ -5‬عند تفاعل حمض قوي مع أساس قوي في المحاليل الممددة‪.‬‬ ‫أ) ال يصاحبه تغير حراري‪.‬‬

‫ب) تنقص كمية من الحرارة‪.‬‬

‫جـ) قد يمتص كمية من الحرارة وتنطلق كمية من الحرارة‪.‬‬

‫د) تنطلق كمية من الحرارة‪.‬‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫د) تنطلق كمية من الحرارة‪.‬‬ ‫‪ -6‬إذا كانت حرارة تعادل حمض ضعيف وأساس قوي تساوي (‪ ،)- 10.5 kJ.mo -1‬فإن حرارة تأين‬ ‫الحمض الضعيف تكون‪:‬‬ ‫أ)‬

‫‪-1‬‬

‫جـ)‬

‫‪10.5 kJ.mo‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪47.2 kJ.mo‬‬

‫ب)‬ ‫د)‬

‫‪-1‬‬

‫‪-1‬‬

‫‪57.7 kJ.mo‬‬ ‫‪68.2 kJ.mo‬‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫جـ)‬

‫‪-1‬‬

‫‪47.2 kJ.mo‬‬ ‫‪69‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫فإن أكثر هذه المركبات ثباتاً حرارياً هو‪:‬‬

‫‪2‬‬

‫رابعاً‪ :‬حل المسائل اآلتية‪:‬‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬ ‫احسب تغير أنتالبية التفاعالت اآلتية في الدرجة )‪.(25 °C‬‬ ‫)‪C2H2 (g) + 2H2 (g‬‬

‫)‪C2H6 (g‬‬ ‫الحل‪:‬‬

‫] )‪∆H = [ ΔH° C2H6 (g) ] - [ ΔH° C2H2 (g) + 2 ΔH° H2 (g‬‬ ‫‪∆H = (- 84.67)-(226.7 + 2 × (0)) = - 311.37 KJ‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫)‪C3H8 (g) + 5O2 (g‬‬

‫)‪3CO2 (g) + 4H2O (l‬‬ ‫الحل‪:‬‬

‫])‪∆H = [4 ΔH° H2O (l) + 3 ΔH° CO2 (g)] - [ΔH° C3H8 (g) + 5 ΔH° CO2 (g‬‬ ‫‪∆H= [4 × (- 286.0) + 3 × (-393.5)] - [-103.8 + 5 × (0)] = - 2220.7 KJ‬‬ ‫)‪CO2 (g) + H2 (g‬‬

‫)‪CO (g) + H2O (g‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫])‪] - [ΔH° CO2 (g‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪+ ΔH° CO‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪∆H = [ΔH° H2O‬‬

‫‪∆H = [(- 241.8)+ (-110.5)] - [-393.5] = + 41.2 KJ‬‬ ‫وذلك اعتماداً على جداول أنتالبيات التك ّون القياسية‪.‬‬ ‫المسألة الثانية‪:‬‬ ‫احسب األنتالبية القياسية للتفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫)‪CH3-OH (l‬‬

‫)‪CO (g) + 2H2 (g‬‬

‫مع العلم أن حرارة احتراق كل من ‪ CO‬و ‪ H2‬و ‪ CH3-OH‬هي على الترتيب‪:‬‬ ‫(‪.)- 727 kJ.mo -1( ،)- 286 kJ.mo -1( ،)- 284 kJ.mo -1‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫نكتب معادالت االحتراق لكل من‪:‬‬ ‫‪70‬‬

‫‪2‬‬

‫أحادي أكسيد الكربون وحرارة االحتراق له‪.‬‬ ‫الهدروجين وحرارة االحتراق له‪.‬‬ ‫الميتانول وحرارة االحتراق له‪.‬‬ ‫‪∆H = -284 KJ.mol -1‬‬

‫)‪CO2 (g‬‬

‫‪∆H = -286 KJ.mol -1‬‬ ‫‪∆H = -727 KJ.mol -1‬‬

‫)‪CO (g) + 1/2 O2 (g‬‬ ‫)‪H2 (g) + 1/2 O2 (g‬‬

‫)‪H2O (l‬‬

‫)‪+3/2 O2 (g‬‬

‫)‪CO2 (g) + 2 H2O (l‬‬

‫)‪(l‬‬

‫‪CH3-OH‬‬

‫ندع المعادلة (‪ )1‬على حالها‪.‬‬ ‫نضرب المعادلة (‪ )2‬في الرقم (‪)2‬‬

‫نجمع المعادالت الناتجة‪ ،‬مع مراعاة اختصار الحدود المتماثلة في كل طرف‪ ،‬ونجمع حرارات االحتراق‬ ‫فنحصل على‪:‬‬ ‫‪∆H = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3‬‬ ‫‪∆H = (-284) + (-572) + (+727) = -129 KJ.mol -1‬‬ ‫‪∆H = -129 KJ.mol -1‬‬

‫)‪CO (g) + 2 H2 (g‬‬

‫)‪CH3 - OH (l‬‬

‫المسألة الثالثة‪:‬‬ ‫احسب األنتالبية القياسية لتكوين النشادر ‪ NH3‬في التفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪NO2 (g) + 3 H2O (g) ∆H°rxn (NH3) = - 283 kJ.mo‬‬ ‫‪2‬‬

‫إذا علمت أن‪:‬‬ ‫‪∆H°f (NO2) (g) = + 34 kJ.mo -1‬‬

‫و‬

‫‪-1‬‬

‫)‪NH3 (g) + 7 O2 (g‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪∆H°f (H2O) (g) = - 241.8 kJ.mo‬‬

‫الحل‪ :‬بتطبيق قانون هس‪:‬‬ ‫])‪+ 3 ΔH° H2O (g)] - [ΔH° NH3 (g‬‬ ‫‪2‬‬ ‫])‪-283 = [+ 34 + 3 (- 241.8)] - [ΔH° NH3 (g‬‬ ‫‪2‬‬ ‫)‪(g‬‬

‫‪-1‬‬

‫‪∆H = [ΔH° NO2‬‬

‫‪∆H°f (NH3) = - 45.7 kJ.mo‬‬ ‫‪71‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫نعكس المعادلة (‪ )3‬مع االنتباه إلى إشارة ‪ ∆H‬ووضع إشارة سالب‪.‬‬

‫‪2‬‬

‫المسألة الرابعة‪:‬‬ ‫يحترق األستيلين ‪ C2H2‬وفق التفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫)‪2C2H2 (g) + 5O2 (g‬‬

‫)‪4CO2 (g) + 2H2O (g‬‬ ‫المطلوب‪:‬‬

‫‪ )1‬احسب األنتالبية القياسية للتفاعل اعتماداً على جداول أنتالبيات التكوّ ن القياسية‪.‬‬ ‫الحل‪ :‬نتبع خطوات الحل كما وردت في المسألة رقم (‪: (1‬‬ ‫‪∆H°rxn = -2511 KJ‬‬ ‫‪ )2‬احسب حرارة احتراق غاز األستيلين القياسية‪.‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫الحل‪ :‬الحظ أن التفاعل هو احتراق مولين من األستيلين‬ ‫)‪∆H°rxn = 2 ∆H°f (C2H2‬‬ ‫‪∆H°rxn‬‬ ‫‪2511‬‬ ‫=‬‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪∆H°f (C2H2) = -‬‬

‫‪∆H°f = - 1255.5 kJ.mo‬‬

‫‪ )3‬علّل سبب استعمال األستيلين في أعمال لحام وصهر الحديد‪.‬‬ ‫الحل‪ :‬بسبب الحرارة الشديدة الناجمة عن احتراقه‪.‬‬ ‫المسألة الخامسة‪:‬‬

‫احسب حرارة تعديل حمض الخل مع هدروكسيد البوتاسيوم‪ ،‬إذا علمت أن حرارة تأين حمض الخل في‬ ‫المحاليل المائية الممددة (‪.)1.64 kJ.mo -1‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫حرارة التعديل المقاسة = حرارة التعديل للحموض واألسس القوية ‪ +‬حرارة التأين لحمض الخل ‪.‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪ = (-57.7)+(1.64) = -56.06 kJ.mo‬حرارة التعديل المقاسة‬

‫المسألة السادسة‪:‬‬ ‫احسب األنتالبيات القياسية للتفاعالت اآلتية‪:‬‬ ‫‪HC + C2H4‬‬

‫‪CH3 - CH2 - C‬‬ ‫‪H2O + C2H4‬‬

‫‪CH3 - CH2 - OH‬‬

‫وذلك اعتماداً على جدول معدل طاقات الروابط الكيميائية‪.‬‬ ‫‪72‬‬

‫‪2‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫لحساب أنتالبيات التفاعالت (‪ )∆H‬باالعتماد على جدول معدل طاقات الروابط الكيميائية‪ ،‬نرغب منك‬ ‫زميلي المدرس اتباع ما يأتي‪:‬‬ ‫ •االنتباه إلى أن جميع المركبات الداخلة في التفاعل والناتجة عنه (غازات)‪.‬‬ ‫ •كتابة الصيغ المفصلة (المنشورة) لجميع المركبات الداخلة في التفاعل والناتجة عنه‪.‬‬ ‫ •تحديد الروابط بدقة في طرفي المعادلة‪.‬‬ ‫ •حذف الروابط المتماثلة من طرفي المعادلة‪.‬‬ ‫ •تطبيق قانون هس على أن طاقة الرابطة تساوي أنتالبية التفكك أي‪:‬‬ ‫‪CH3 - CH2 – Cl‬‬ ‫طاقة الروابط المتفككة (الطرف األول)‬ ‫‪ H – Cl‬رابطة واحدة‬

‫‪432‬‬

‫‪HCl + C2H4‬‬ ‫طاقة الروابط المتكوّ نة (الطرف الثاني)‬ ‫‪ C – Cl‬رابطة واحدة ‪328‬‬

‫‪ C – H‬أربع روابط ‪415 × 4‬‬

‫‪ C – H‬خمس روابط ‪415 × 5‬‬

‫‪ C = C‬رابطة واحدة ‪615‬‬

‫‪ C – C‬رابطة واحدة ‪344‬‬

‫‪ΔH = (615+432) - (328+415+344) = - 40 kJ‬‬ ‫‪H2O + C2H4‬‬ ‫طاقة الروابط المتفككة (الطرف األول)‬ ‫‪ O – H‬رابطة واحدة ‪463‬‬

‫‪CH3 - CH2 – OH‬‬ ‫طاقة الروابط المتكوّ نة (الطرف الثاني)‬ ‫‪O–H‬‬

‫رابطتان ‪463 × 2‬‬

‫‪ C – H‬خمس روابط ‪415 × 5‬‬

‫‪ C – H‬أربع روابط ‪415 × 4‬‬

‫‪ C – C‬رابطة واحدة ‪344‬‬

‫‪ C = C‬رابطة واحدة ‪615‬‬

‫‪C–O‬‬

‫رابطة واحدة ‪351‬‬ ‫‪ΔH = (415+344+351) - (615+463) = + 32 kJ‬‬

‫من الضروري اإلشارة إلى كتابة الصيغ المفصلة للمركبات كي تتوضح الروابط ‪ ،‬كي يكون تطبيق‬ ‫القوانين صحيحاً‪.‬‬ ‫‪73‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫‪( = ∆H‬مجموع طاقات الروابط في الطرف األول) ‪ ( -‬مجموع طاقات الروابط في الطرف الثاني)‬

‫الوحدة الثالثة‬

‫احلركية الكيميائية‬ ‫‪Chemical Kinetics‬‬

‫‪74‬‬

‫‪3‬‬

‫الوحدة الثالثة‪ :‬احلركية الكيميائية‬ ‫مخطط الوحدة‪:‬‬ ‫الوحدة‬

‫دروس الوحدة‬

‫عدد الحصص‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫‪6‬‬

‫األهداف العا ّمة للوحدة‪:‬‬ ‫ ‬

‫الكيميائي‪.‬‬ ‫•يتعرّ ف مفهوم سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬

‫ ‬

‫•يرسم المنحنيات الحركيّة والمخططات الطاقيّة لتفاعالت كيميائيّة بسيطة‪.‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫ ‬

‫•يتعرّ ف مفهوم الحركيّة الكيميائيّة‪.‬‬

‫سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫األهداف التعلّمية للدرس‪:‬‬ ‫ ‬

‫•يتعرّ ف مفهوم سرعة التفاعل الكيميائي‪.‬‬

‫ ‬

‫• يميّز بين التفاعل المتجانس والتفاعل غير المتجانس‪ ،‬وسرعة ّ‬ ‫كل منهما‪.‬‬

‫ ‬

‫الكيميائي المتجانس‪.‬‬ ‫• يستنتج العالقة الرياضيّة التي تعبّر عن سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬

‫ ‬

‫البياني‪.‬‬ ‫يفسر مفهوم سرعة التفاعل المتجانس من خالل التمثيل‬ ‫• ّ‬ ‫ّ‬ ‫الكيميائي المتجانس‪.‬‬ ‫• يع ّدد العوامل المؤثّرة على سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬

‫ ‬ ‫ ‬

‫• يشرح المفاهيم المرتبطة بسرعة التفاعل الكيميائي (نظرية التصادمات‪ ،‬طاقة التنشيط)‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫المعقد‪.‬‬ ‫• يميّز بين التفاعل البسيط والتفاعل‬

‫ ‬

‫• يرسم الخطوط البيانية الالزمة‪.‬‬ ‫• ّ‬ ‫الكيميائي‪.‬‬ ‫يحل التمارين والتطبيقات الرياضيّة ذات الصلة بسرعة التفاعل‬ ‫ّ‬

‫ ‬

‫الكيميائي في حياتنا العمليّة‪.‬‬ ‫• يثمّن تطبيقات سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬

‫ ‬

‫الكيميائي‪.‬‬ ‫• مفهوم سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬

‫ ‬ ‫ ‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ ‬

‫ّ‬ ‫المعقد)‪.‬‬ ‫الكيميائي (المتجانس أو غير المتجانس‪ ،‬البسيط أو‬ ‫• سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬

‫ ‬

‫• آلية التفاعل الكيميائي‪.‬‬ ‫الكيميائي‪.‬‬ ‫• العوامل المؤثّرة على سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬

‫ ‬

‫‪75‬‬

‫‪3‬‬

‫ ‬

‫• قانون فعل الكتلة‪.‬‬

‫ ‬

‫(ماص أو ناشر للحرارة)‪.‬‬ ‫كيميائي‬ ‫الطاقي لتفاعل‬ ‫• طاقة التنشيط‪ ،‬والمخطط‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬

‫ ‬

‫• الوساطة الكيميائيّة‪.‬‬

‫المصطلحات العلم ّية‪:‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫ ‬

‫• الحركيّة الكيميائيّة (‪.)Chemical Kinetics‬‬

‫ ‬

‫• سرعة التفاعل (‪.)Reaction Rate‬‬

‫ ‬

‫• آليّة التفاعل (‪.)Reaction Mechanism‬‬

‫ ‬

‫• التفاعل المتجانس (‪.) Homogeneous Reaction‬‬

‫ ‬

‫• التفاعل غير المتجانس (‪.)Heterogeneous Reaction‬‬

‫ ‬

‫• التفاعل البسيط (‪.)Simple Reaction‬‬ ‫ّ‬ ‫المعقد (‪.)Complex Reaction‬‬ ‫• التفاعل‬

‫ ‬

‫• نظريّة التصادم (‪.)Collision Theory‬‬

‫ ‬

‫• طاقة التنشيط (‪.)Activation Energy‬‬ ‫ّ‬ ‫المعقد النشط (‪.)Activated Complex‬‬ ‫•‬

‫ ‬

‫• تفاعل ناشر للحرارة (‪.)Exothermic Reaction‬‬

‫ ‬

‫ماص للحرارة (‪.)Endothermic Reaction‬‬ ‫• تفاعل‬ ‫ّ‬

‫ ‬

‫• قانون فعل الكتلة (‪.)Law of Mass Action‬‬

‫ ‬

‫• جزيئيّة التفاعل (‪.)Molecularity of Reaction‬‬

‫ ‬

‫• مرتبة التفاعل (‪.)Order of Reaction‬‬

‫ ‬

‫• المعادلة الحركيّة (‪.)Kinetic Equation‬‬

‫ ‬

‫الحركي (‪.)Kinetic Curve‬‬ ‫• المنحنى‬ ‫ّ‬

‫ ‬

‫• معادلة أرينيوس (‪.)Arrhenius Equation‬‬

‫ ‬

‫• الوساطة أو التحفيز (‪.)Catalysis‬‬

‫ ‬

‫ ‬

‫مراحل تنفيذ ال ّدرس‪:‬‬ ‫يمكن أن يبدأ المدرس بالمقدمة اآلتية‪ :‬التفاعالت في الطبيعة على أنواع من حيث سرعتها‪ ،‬فمنها السريع‬ ‫ُّ‬ ‫التحكم بالتفاعل كي يجري بالسرعة‬ ‫ومنها البطيء‪ ،‬وبدراسة العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل يمكن‬ ‫المرغوبة‪ ،‬وهذا مهم في كثير من التطبيقات الحياتية‪.‬‬ ‫‪76‬‬

‫‪3‬‬

‫االستثارة الموجَّ هة‪:‬‬ ‫يقوم المدرّ س بكتابة معادلة كيميائية موزونة معبّرة عن تفاعل ما‪ .‬ثم يسأل‪:‬‬ ‫ • ما المواد الداخلة في التفاعل؟ و ما المواد الناتجة عنه؟‬ ‫ • هل التفاعل بطيء أم سريع؟‬ ‫ • هل يحدث التفاعل في مرحلة واحدة أم في عدة مراحل؟‬ ‫يتوصل المدرّ س إلى النتيجة اآلتية‪:‬‬ ‫بعد استعراض أجوبة الطالب ومناقشتهم فيها‬ ‫ّ‬

‫يطرح المد ّرس على الطالب السؤال اآلتي‪:‬‬ ‫عال‪ ،‬واآلخر سريع ومردوده‬ ‫◄ ◄لديك تفاعالن يُنتجان المواد نفسها أحدهما بطيء ومردوده‬ ‫ٍ‬ ‫منخفض‪ ..‬أيُّهما تختار من الناحية االقتصادية؟‬ ‫● ● قد تُ ِّ‬ ‫فضل التفاعل السريع ذا المردود المنخفض!‬ ‫● ● قد ال تختار التفاعل السريع الذي يمكن أن ينتج عنه انفجارات وأخطار!‬ ‫ُّ‬ ‫والتعفن لبعض المواد الغذائية‪ ،‬لذلك‬ ‫هناك تفاعالت كيميائية غير مرغوب فيها كتفاعالت الصدأ والتآكل‬ ‫نعمل على تبطئة هذه التفاعالت بإضافة بعض المواد المضادة للتآكل‪ ،‬أو بحفظ بعض المواد الغذائية‬ ‫(كالحليب) في الثالجة‪.‬‬ ‫ُّ‬ ‫التحكم في‬ ‫من المهم جداً أن يجري التفاعل الكيميائي وفق السرعة المرغوبة‪ ،‬لذا ال بد من‬ ‫سرعة التفاعل بمعرفة العوامل التي تؤثر فيها لكي نحصل على أفضل النتائج‪.‬‬

‫مدخل إلى الدرس‪:‬‬ ‫يقوم المدرّ س بتنفيذ األنشطة اآلتية‪ ،‬كتجارب عرض عملية ‪ ،‬كي يتعرّ ف الطالب التفاعالت المتباينة من‬ ‫حيث سرعتها‪.‬‬ ‫نشاط (‪:)1‬‬ ‫ّ‬ ‫وجاف‪،‬‬ ‫‪1 .1‬يضع المدرّ س قطعة صغيرة من معدن الزنك كتلتها حوالي ‪ (2) g‬في أنبوب اختبار نظيف‬ ‫ث ّم يمسك األنبوب بوســاطة ملقط ويُضيف إليــه حـــوالــي ‪ )3( ml‬من محلول حمض كلور الماء‬ ‫تركيزه ‪.(2) mol.l-1‬‬ ‫‪77‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫معادلة التفاعل الموزونة ّ‬ ‫توضح المواد الداخلة والمواد الناتجة عن التفاعل‪ ،‬لكنّها ال تبيِّن إذا‬ ‫كان التفاعل سريعاً أو بطيئاً‪ ،‬وهل حدث في مرحلة واحدة أو عدة مراحل‪.‬‬

‫‪3‬‬

‫‪2 .2‬يناقش المدرّس الطالب حول مشاهداتهم ومالحظاتهم من خالل طرح األسئلة اآلتية‪:‬‬ ‫ •هل يتفاعل معدن الزنك مع حمض كلور الماء المم ّدد تلقائيّاً؟‬ ‫الجواب‪ :‬نعم‪.‬‬ ‫ •ما المالحظات التي يمكن رصدها بالعين المجرّ دة في أثناء حدوث التفاعل؟‬ ‫تشكل فقاعات غازيّة (من الهدروجين) على سطح معدن الزنك‪ ،‬وذوبان المعدن تدريجيّاً‬ ‫الجواب‪ّ :‬‬ ‫في الحمض (لتشكيل كلوريد الزنك)‪.‬‬ ‫ •هل التفاعل سريع أم بطيء؟‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫الجواب‪ :‬التفاعل سريع‪.‬‬ ‫نشاط (‪:)2‬‬ ‫وجــافتين‪ ،‬ســعة ّ‬ ‫ّ‬ ‫كل‬ ‫‪1 .1‬يأخذ المدرّ س كأســين زجــاجيتين نظيفتين‬ ‫منهما (‪ ،)200 ml‬يضع في الكأس األولى حوالي (‪)100 ml‬‬ ‫من ماء الصنبور‪ ،‬و يضع في الكأس الثانية حوالي (‪)100 ml‬‬ ‫من محلول كبريتات النحاس تركيزه ‪.)0.1) mol.l-1‬‬ ‫‪2 .2‬يغمــس المدرّ س فــي الكأس األولــى صفيحــة مــن معدن‬ ‫الحديــد (طولها ‪ 8-10 cm‬وعرضها ‪ )1.5-2 cm‬بشكل‬ ‫ِ‬ ‫شاقولي بحيث يبقى الثلث العلوي من الصفيحة في الهواء‪ ،‬و‬ ‫يغمس في الكأس الثانية صفيحة من معدن الزنك مصقولة حديثاً‬ ‫لها أبعاد صفيحة الحديد ‪ ،‬وبالطريقة ذاتها التي وضعت بها‬ ‫صفيحة الحديد في الكأس األولى‪ .‬كما في الشكل المبيّن أدناه ـ وينتظر حوالي (‪.)15-20 min‬‬

‫قبل التفاعل‬

‫بعد التفاعل‬

‫يمثل الشكل تآكل معدن الزنك في محلول كبريتات النحاس‬ ‫‪78‬‬

‫‪3‬‬

‫مالحظة‬ ‫خالل فترة االنتظار ينتقل المدرّ س إلى الفقرة التاليّة التي تكون بمثابة مدخل إلى الدرس‪.‬‬ ‫‪3 .3‬بعد مرور حوالي (‪ ،)15-20 min‬يطلب المدرّس من الطالب إمعان النظر في محتويات الكأس‬ ‫الثانية‪ ،‬ويسأل‪ :‬ماذا تالحظ؟ اكتب معادلة التفاعل الحاصل‪.‬‬

‫)‪Cu + (Zn2+ + SO42-‬‬

‫)‪Zn + (Cu2+ + SO42-‬‬

‫مالحظة‬ ‫يحصل تفاعل تلقائي بين معدن الزنك ومحلول كبريتات النحاس‪ ،‬ولكنّه ّ‬ ‫ً‬ ‫سرعة من تفاعل معدن‬ ‫أقل‬ ‫الزنك مع محلول حمض كلور الماء‪(.‬كما في النشاط‪ )1‬يتعرّ ض الجزء المغمور من صفيحة الزنك‬ ‫للتآكل‪ّ .‬‬ ‫يتش ّكل راسب أحمر (إسفنجي القوام) هو معدن النحاس‪ ،‬يتجمّع على صفيحة الزنك قبل أن‬ ‫يستقرّ في قعر الكأس‪ .‬يزول اللون األزرق لمحلول كبريتات النحاس تدريجيّاً مع مرور الزمن‪.‬‬ ‫ث ّم يطلب المد ّرس من الطالب إمعان النظر في محتويات الكأس األولى‪ ،‬ويسأل‪:‬‬ ‫ هل حدث تفاعل بين صفيحة الحديد والماء؟ ماذا ّ‬‫تتوقع؟‬ ‫الجواب‪ :‬ال يمكن الجزم ّ‬ ‫بأن هناك تفاعل قد حصل بين صفيحة الحديد والماء خالل هذه الفترة القصيرة‬ ‫من الزمن؛ حيث ال تشاهد تغيرات ملحوظة على محتويات الكأس‪.‬‬ ‫ هل ّ‬‫تتوقع حدوث تفاعل في الكأس األولى إذا ما بقيت صفيحة الحديد في الماء لفترة زمنيّة طويلة‬ ‫(أيام متع ّددة)؟‬ ‫الجواب‪ :‬نعم‪ّ ،‬‬ ‫أتوقع حدوث تفاعل بطيء يؤدي إلى تص ّدؤ صفيحة الحديد وتآكلها مع مرور الوقت‪.‬‬ ‫تماس مباشر مع الماء أو الهواء الرطب‬ ‫بقاء قطعة من الحديد لفترة زمنيّة طويلة (أيام متع ّددة) على‬ ‫ّ‬ ‫سيؤدي إلى تص ّدئها وتآكلها‪.‬‬ ‫‪79‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫معادلة التفاعل‪:‬‬

‫‪3‬‬

‫مالحظة‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫للتحقق من تص ّدؤ‬ ‫يفضل ترك محتويات الكأس األولى كما هي عليه لمدة يومين أو أكثر‪،‬‬ ‫صفيحة الحديد وتآكلها يوماً بعد يوم‪.‬‬

‫إضاءة‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫ّ‬ ‫تتشكل‬ ‫تتميّز طبقة صدأ الحديد ‪ Fe2O3.3H2O‬التي‬ ‫على سطح المعدن بأنّها طبقة مساميّة ّ‬ ‫هشة بنيّة‬ ‫اللون ال تحمي المعدن من استمرار تآكل المعدن‪.‬‬

‫ما تق ّدمه المعادلة الكيميائية الموزونة‪:‬‬ ‫الكيميائي‪:‬‬ ‫يقوم المدرّ س بكتابة المعادلة العامّة للتفاعل‬ ‫ّ‬ ‫‪qD‬‬

‫‪+‬‬

‫‪pC‬‬

‫‪nB‬‬

‫‪+‬‬

‫‪mA‬‬

‫ويسأل عن دالالت الرموز المستخدمة في هذه المعادلة الموزونة‪ ،‬كما يأتي‪:‬‬ ‫ ما الذي ّ‬‫تمثله األحرف الكبيرة ‪D ،C ،B ،A‬؟‬ ‫إنها تمثّل رموز (صيغ) المواد الداخلة في التفاعل والمواد الناتجة عنه‪.‬‬ ‫ ما المواد الداخلة في التفاعل؟ وما المواد الناتجة عنه؟‬‫المادتان ‪ A‬و‪ B‬تمثّالن المواد الداخلة في التفاعل‪ ،‬و‪ C‬و‪ D‬تمثالن نواتج التفاعل‪.‬‬ ‫ ما الذي ّ‬‫تمثله األحرف الصغيرة ‪q ،p ،n ،m‬؟‬ ‫إنها تمثّل أرقاماً تشير إلى عدد موالت المواد الداخلة في التفاعل والمواد الناتجة عنه‪ ،‬فالرمز ‪ m‬يشير‬ ‫إلى عدد موالت المادة ‪ ،A‬والرمز ‪ n‬يشير إلى عدد موالت المادة ‪ ... B‬وهكذا‪.‬‬ ‫وتسمى (‪ :)m ،n ،p ،q‬األمثال التفاعلية (الستوكيومترية)‪.‬‬

‫التفاعالت المتجانسة والتفاعالت غير المتجانسة‪:‬‬ ‫يكتب المدرّ س المعادالت اآلتية على السبورة‪:‬‬ ‫)‪NaCl (aq) + HNO3 (aq‬‬ ‫‪80‬‬

‫)‪1. NaNO3 (aq) + HCl (aq‬‬

‫)‪ZnSO4 (aq) + Cu (s‬‬ ‫‪2Fe2O3.3H2O‬‬

‫)‪2. Zn (s) + CuSO4 (aq‬‬

‫‪3‬‬

‫)‪3. 2Fe (s) + 3 O2 (g) + 3 H2O (l‬‬ ‫‪2‬‬ ‫)‪4. N2 (g) + 3H2 (g‬‬ ‫)‪2NH3 (g‬‬

‫ويطرح على الطالب األسئلة اآلتية‪:‬‬ ‫ ما عدد موالت المواد المتفاعلة في المعادلة (‪)1‬؟ وما عدد موالت المواد الناتجة في المعادلة (‪)4‬؟‬‫في المعادلة (‪ )1‬يتفاعل مول واحد من نترات الصوديوم مع مول واحد من حمض كلور الماء‪ ،‬وفي‬ ‫ أيّ من التفاعالت السابقة يجري في طور واحد؟‬‫التفاعل األ ّول (بين محلولي نترات الصوديوم وحمض كلور الماء) يجري في طور واحد هو الطور‬ ‫السائل‪ ،‬والتفاعل الرابع (بين َ‬ ‫غازي النتروجين والهدروجين) يجري في طور واحد هو الطور الغازيّ ‪،‬‬ ‫لذا يقال عن ّ‬ ‫كل من هذين التفاعلين بأنّه متجانس‪.‬‬ ‫الكيميائي المتجانس بأنّه التّفاعل الذي يحصل في طور واحد‪.‬‬ ‫يُعرّ ف التّفاعل‬ ‫ّ‬ ‫أيّ من التفاعالت السابقة يجري على السطوح الفاصلة بين طورين أو أكثر؟‬ ‫التماس بين‬ ‫التفاعل الثاني (بين قطعة من معدن الزنك ومحلول كبريتات النحاس) يجري فقط في نقاط‬ ‫ّ‬ ‫الخارجي لقطعة الزنك‪ ،‬والتفاعل‬ ‫معدن الزنك الصلب ومحلول كبريتات النحاس؛ أي فقط على السطح‬ ‫ّ‬ ‫الثالث يجري فقط في نقاط التماس بين معدن الحديد الصلب‪ ،‬من جهة‪ ،‬والماء وأكسجين الهواء‪ ،‬من جهة‬ ‫أخرى‪ ،‬لذا يقال عن كل من هذين التفاعلين بأنّه غير متجانس‪.‬‬ ‫الكيميائي غير المتجانس هو التّفاعل الذي يحصل في طورين أو أكثر‪.‬‬ ‫التّفاعل‬ ‫ّ‬ ‫ً‬ ‫إجابة ّ‬ ‫مؤكدة عن أيّ منهما‪،‬‬ ‫واآلن ستكون الفرصة سانحة لطرح سؤالين مهمّين‪ ،‬ال يمتلك الطالب‬ ‫وهذان السؤاالن هما‪:‬‬ ‫‪1 .1‬أيّ من التفاعالت الثالثة األولى هو األسرع؟ وأيّ منها هو األبطأ؟‬ ‫‪2 .2‬أيّ من التفاعالت الثالثة األولى يحدث في مرحلة واحدة (على دفعة واحدة)؟ وأيّ منها متع ّدد‬ ‫المراحل؟‬ ‫‪81‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫المعادلة (‪ )4‬ينتج موالن من غاز النشادر‪.‬‬

‫‪3‬‬

‫مالحظة‬ ‫ّ‬ ‫إن معادلة التفاعل الموزونة ال تبيّن ما إذا كان التفاعل بطيئاً أو سريعاً‪ ،‬كما أنها ال تُظهر ما إذا كان‬ ‫قد حدث في مرحلة واحدة أو خالل مراحل متع ّددة‪ .‬والستكشاف اإلجابة الدقيقة عن أيّ من السؤالين‬ ‫السابقين ينبغي تنفيذ بعض األنشطة التعلّميّة أو التجارب العمليّة‪ ،‬التي تتضمّن إجراء التفاعالت‬ ‫من (‪ )1‬إلى (‪ ،)3‬وتسجيل المالحظات المتعلّقة بسرعة حدوث التفاعل (أي سرعة استهالك المواد‬ ‫الداخلة في التفاعل أو سرعة ّ‬ ‫تشكل المواد الناتجة عنه)‪.‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫تصنيف التفاعالت الكيميائيّة من حيث سرعتها‪:‬‬ ‫نشاط (‪:)3‬‬ ‫ّ‬ ‫وجاف ‪ )2-1( m.l‬من محلول نترات الرصاص‪ )0.5( mol.l-1‬ث ّم أضف‬ ‫ضع في أنبوب اختبار نظيف‬ ‫إليه ‪ )2-1( ml‬من محلول حمض كلور الماء ‪ ،)0.1( mol.l-1‬رجّ محتويات األنبوب بهدوء‪ ..‬ماذا‬ ‫تالحظ؟ اكتب معادلة التفاعل الحاصل‪.‬‬

‫أستنتج من األنشطة السابقة‪:‬‬ ‫كل من الزنك ونترات‬ ‫ال تت ّم التفاعالت الكيميائيّة بسرعة واحدة؛ فتفاعل حمض كلور الماء مع ٍ‬ ‫الصوديوم سريع جداً‪ ،‬وتفاعل الزنك مع محلول كبريتات النحاس( ّ‬ ‫أقل سرعة منه)‪ ،‬أ ّما تفاعل‬ ‫تص ّدؤ الحديد فهو تفاعل بطيء‪.‬‬

‫◄أضف إلى معلوماتك‪:‬‬ ‫◄‬ ‫● ●تفاعل محلول نترات الصوديوم مع حمض كلور الماء وتفاعل الزنك مع محلول كبريتات‬ ‫النحاس هو تفاعل بسيط؛ كونه يت ّم بمرحلة واحدة‪.‬‬ ‫● ●تفاعل تص ّدؤ الحديد في الهواء الرطب يمرّ بمراحل متع ّددة؛ لذا فهو تفاعل ّ‬ ‫معقد‪.‬‬ ‫● ● ّ‬ ‫ً‬ ‫ّ‬ ‫تفاعال بسيطاً‪.‬‬ ‫المعقد تمثّل‬ ‫كل مرحلة يمرّ بها التفاعل‬ ‫● ●المراحل المتع ّددة التي يمرّ بها تفاعل تص ّدؤ الحديد ّ‬ ‫تشكل ما يُعرف بآلية التفاعل*‪.‬‬ ‫الصدأ هي آليّة كهركيميائيّة‪ ،‬تحدث عبر خليّة غلفانيّة موضعيّة ‪ -‬راجع بحث األكسدة‬ ‫* يُرجّ ح أن تكون آليّة تكوين ّ‬ ‫واإلرجاع في كتاب الكيمياء للصف الثاني الثانوي‪.‬‬

‫‪82‬‬

‫‪3‬‬

‫خالصة‪:‬‬ ‫تُعنى الحركيّة الكيميائية (‪ )Chemical Kinetics‬بالتغيّرات التي تطرأ على التفاعالت الكيميائية‬ ‫مع مرور ّ‬ ‫الزمن‪ .‬وهي تهت ّم بتحديد سرعة التّفاعل (‪ )Reaction Rate‬غير العكوس وآلية حدوثه‬ ‫(‪.)Reaction Mechanism‬‬

‫الكيميائي‪:‬‬ ‫ •مفهوم سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫يطرح المدرّ س على الطالب األسئلة اآلتية (التي في كتاب الطالب)‪:‬‬ ‫تقاس سرعة سيارة بقياس المسافة التي تقطعها خالل وحدة الزمن‪.‬‬ ‫‪ -2‬كيف تقاس غزارة نهر؟‬ ‫تقاس غزارة نهر بقياس كمية الماء المتدفق خالل وحدة الزمن‪.‬‬ ‫الشمالي؟‬ ‫‪ -3‬كيف تقاس سرعة ذوبان الجبال الجليديّة في المحيط المتجمّد‬ ‫ّ‬ ‫تقاس بمعرفة كمية المياه الناتجة عن الذوبان خالل العام‪ ،‬حيث يُسجّ ل ارتفاع في منسوب المياه في‬ ‫الشمالي والمناطق المائيّة المتّصلة به‪.‬‬ ‫المحيط المتجمّد‬ ‫ّ‬ ‫بيولوجي‪... ،‬إلخ) بمقدار التغيّر الذي يطرأ عليه‬ ‫كيميائي‪،‬‬ ‫(فيزيائي‪،‬‬ ‫وعليه‪ ،‬تُقاس سرعة أيّ حدث‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫خالل فترة زمنيّة مح ّددة (وحدة الزمن)‪.‬‬

‫نتيجة‬ ‫ّ‬ ‫الكيميائي يتطلّب معرفة مقدار التغيّر الذي يطرأ على كمية‬ ‫إن تحديد سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫المواد المتفاعلة أو الناتجة مع مرور الزمن‪.‬‬ ‫واآلن يطرح المدرّ س السؤال اآلتي‪:‬‬ ‫الكيميائي غير المتجانس؟‬ ‫الكيميائي المتجانس وسرعة التفاعل‬ ‫كيف تميّز بين سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫تعرّ ف سرعة التّفاعل الكيميائي المتجانس بأنّها مقدار التغيّر الذي يطرأ على كميّة الما ّدة الداخلة في‬ ‫التّفاعل أو الناتجة عنه خالل وحدة ّ‬ ‫الزمن في وحدة الحجم‪ .‬ويُعبّر عن هذا التعريف بالعالقة الرياضية‬ ‫اآلتية‪:‬‬ ‫‪83‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫‪ -1‬كيف تُقاس سرعة السيارة؟‬

‫‪3‬‬

‫‪∆n‬‬ ‫‪V.∆ t‬‬

‫حيث‪:‬‬

‫= ‪Vhomo‬‬

‫‪ :Vhomo‬سرعة التّفاعل المتجانس عند درجة حرارة ثابتة‪.‬‬

‫‪ : ∆n‬التغيّر في عدد الجزيئات الغراميّة (الموالت) إلحدى الموا ّد ال ّداخلة في التّفاعل أو الناتجة عنه‪.‬‬

‫‪ : V‬حجم الجملة التي يحصل فيها التّفاعل‪.‬‬ ‫‪ : ∆ t‬التغيّر في زمن التّفاعل‪.‬‬ ‫أمّا سرعة التّفاعل غير المتجانس فتعرّ ف بأنّها مقدار التغيّر الذي يطرأ على كميّة الما ّدة الداخلة في‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫التّفاعل أو الناتجة عنه خالل وحدة ّ‬ ‫الزمن في وحدة السطح‪ .‬ويُعبّر عن ذلك رياضياً بالعالقة اآلتية‪:‬‬ ‫‪∆n‬‬ ‫‪S.∆ t‬‬

‫حيث‪:‬‬

‫= ‪Vhete‬‬

‫‪ : Vhete‬سرعة التّفاعل الكيميائي غير المتجانس عند درجة حرارة ثابتة‪.‬‬ ‫‪ : S‬السطح الذي يجري عليه التّفاعل‪.‬‬

‫مالحظة‬ ‫دراسة سرعة التفاعالت الكيميائيّة غير المتجانسة تقع خارج دائرة اهتمامنا‪ ،‬وعليه ّ‬ ‫فإن الدراسة‬ ‫ستقتصر على التفاعالت الكيميائية المتجانسة‪ ،‬وسنعمد إلى استخدام الرمز المختصر (‪ )V‬للداللة‬ ‫الكيميائي المتجانس‪.‬‬ ‫على سرعة التّفاعل‬ ‫ّ‬

‫الكيميائي المتجانس‪:‬‬ ‫سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫تعرّ ف سرعة التّفاعل الكيميائي المتجانس عند درجة حرارة ثابتة بأنّها تغيّر تركيز أحد مك ّونات‬ ‫التّفاعل (الموا ّد الداخلة في التّفاعل والموا ّد الناتجة عنه) خالل وحدة ّ‬ ‫الزمن‪.‬‬ ‫حوار ومناقشة‪:‬‬ ‫لو رمزنا بـ ‪ C1‬لتركيز أحد مك ّونات التّفاعل في اللحـظة ‪ t1‬وبـ ‪ C2‬لتركيزه في اللحظة ‪ّ t2‬‬ ‫فإن سرعة‬ ‫التّفاعل المتجانس تعرّ ف عندئ ٍذ كما يأتي‪:‬‬

‫‪84‬‬

‫‪C2 – C1‬‬ ‫‪t2 – t1‬‬

‫‪3‬‬

‫= ‪V‬‬

‫ولمّا كان ‪ّ t2 > t1‬‬ ‫فإن قيمة المقام (‪ ) t = t2 – t1‬موجبة دوماً‪ .‬وأمّا قيمة البسط (‪) C = C2 – C1‬‬ ‫فتتعلّق بقيمة ّ‬ ‫كل من التركيز االبتدائي ‪ C‬والتركيز النهائي ‪ .C‬وهنا يمكن التمييز بين حالتين‪:‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫الحالة األولى‪ :‬وفيها يكون ‪ C2 < C1‬أي إن ‪C < 0‬‬

‫(البسط سالب)‪ .‬وهذه الحالة توافق الموا ّد الداخلة‬

‫في التّفاعل‪ ،‬حيث تتناقص تراكيزها مع مرور ّ‬ ‫الزمن‪ ،‬وتعطى سرعة التّفاعل عندئ ٍذ بالعالقة‪:‬‬ ‫‪∆C‬‬ ‫الحالة الثانية‪ :‬وفيها يكون ‪ C2 > C1‬أي ّ‬ ‫إن ‪C > 0‬‬

‫(البسط موجب)‪ ،‬وهذه الحالة توافق الموا ّد الناتجة‬

‫عن التّفاعل‪ ،‬حيث تتزايد تراكيزها مع مرور ّ‬ ‫الزمن‪ ،‬ويُعبّر عن سرعة التّفاعل عندئ ٍذ بالعالقة‪:‬‬ ‫‪∆C‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪V=+‬‬

‫فإن ّ‬ ‫وهكذا ّ‬ ‫الشكل العا ّم لعالقة سرعة التّفاعل الكيميائي المتجانس هو‪:‬‬ ‫‪∆C‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫=‪V‬‬

‫حيث تُشير إشارة الموجب إلى ّ‬ ‫السالب إلى استهالك‬ ‫تشكل الموا ّد الناتجة عن التّفاعل‪ ،‬بينما تُشير إشارة ّ‬ ‫الموا ّد ال ّداخلة في التّفاعل‪ ،‬علماً ّ‬ ‫بأن السرعة هي مقدار موجب دوماً (كقيمة عدديّة)‪.‬‬ ‫ً‬ ‫فمثال‪ ،‬لو كان لدينا تفاعل كيميائي من ّ‬ ‫الشكل العا ّم‪:‬‬ ‫‪C+D‬‬

‫‪A+B‬‬

‫فإنّه يمكننا‪ ،‬ببساطة‪ ،‬تمثيل الحالتين (‪ )1‬و (‪ )2‬بالرّ سـم البياني لتغيّرات تركيز مك ّونــات التّفاعـل ‪A + B‬‬ ‫موضـح في ّ‬ ‫و ‪ C + D‬بداللة ّ‬ ‫ّ‬ ‫الشكل اآلتي‪:‬‬ ‫الزمن‪ ،‬كما هو‬

‫البياني للحالتين (‪ )1‬و(‪)2‬‬ ‫التمثيل‬ ‫ّ‬ ‫‪85‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫‪∆t‬‬

‫–=‪V‬‬

‫‪3‬‬

‫والجدير ذكره ّ‬ ‫أن العالقة‪:‬‬ ‫‪∆C‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫=‪V‬‬

‫الكيميائي*‪.‬‬ ‫تعبّر عمّا يُعرف بالسرعة الوسطيّة للتفاعل‬ ‫ّ‬ ‫مثال (‪:)1‬‬ ‫ •يتفاعل غاز أحادي أكسيد الكربون مع غاز ثنائي أكسيد النتروجين‬ ‫غازي ثنائي أكسيد الكربون وأحادي أكسيد النتروجين‪ ،‬وفقاً‬ ‫لتشكيل َ‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫للمعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫)‪CO2 (g) + NO (g‬‬

‫‪200 ˚C‬‬

‫)‪CO (g) + NO2 (g‬‬

‫التدريجي‬ ‫يذكر المدرّ س أنّه في أثناء حدوث هذا التفاعل يُالحظ االختفاء‬ ‫ّ‬ ‫النارنجي المميّز لغاز ثنائي أكسيد النتروجين‪ ،‬انظر الشكل‪.‬‬ ‫للّون‬ ‫ّ‬ ‫يسأل المدرّ س الطالب األسئلة اآلتية‪:‬‬ ‫ً‬ ‫موال من غاز ‪( CO‬أو ‪ )NO‬قد استُهلك (تح ّول)؟‬ ‫كم‬ ‫‪2‬‬

‫اختفاء اللون النارنجي المميز‬ ‫لغاز ثنائي أكسيد النتروجين‬

‫موال من غاز ‪( CO‬أو ‪ )NO‬قد ّ‬ ‫ً‬ ‫تشكل (نتج)؟‬ ‫كم‬ ‫‪2‬‬ ‫اكتب العالقة الرياضية للسرعة الوسطيّة للتفاعل السابق‪.‬‬ ‫تطبيق‪:‬‬

‫وأن تركيز ّ‬ ‫االبتدائي ّ‬ ‫لكل من َ‬ ‫غازي ‪ CO‬و ‪ NO2‬يساوي (‪ّ ،)0.1 mol.l-1‬‬ ‫إذا علمت ّ‬ ‫كل من‬ ‫أن التركيز‬ ‫ّ‬ ‫َ‬ ‫الغازين قد بلغ ما قيمته (‪ )0.02 mol.l-1‬بعد مرور عشرين ثانية على بداية التفاعل‪ ،‬المطلوب‪:‬‬ ‫هذين‬ ‫احسب السرعة الوسطيّة الستهالك ّ‬ ‫كل من َ‬ ‫غازي ‪ CO‬و ‪.NO‬‬ ‫‪2‬‬

‫لتشكل ّ‬ ‫ّ‬ ‫كل من َ‬ ‫غازي ‪ CO2‬و ‪ .NO‬ماذا تستنتج؟‬ ‫احسب السرعة الوسطيّة‬ ‫ّ‬ ‫الحـل‪:‬‬ ‫)‪NO (g‬‬

‫‪CO2 (g) +‬‬

‫‪NO2 (g) 200 ˚C‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪CO (g‬‬ ‫التراكيز االبتدائية (‪)mol.l-1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.1‬‬

‫‪0.1‬‬

‫‪0.08‬‬

‫‪0.08‬‬

‫‪0.02‬‬

‫‪ 0.02‬التراكيز بعد ‪ 20‬ثانية (‪)mol.l-1‬‬

‫يمكن حساب السرعة الوسطيّة الستهالك ّ‬ ‫كل من َ‬ ‫غازي ‪ CO‬و ‪ NO2‬باستخدام العالقة‪:‬‬ ‫* إذا كانت الفترة الزمنيّة قصيرة ج ّداً )‪ (dt‬فعندئ ٍذ تعبّر العالقة‪:‬‬

‫‪86‬‬

‫عن السرعة اللحظيّة للتفاعل الكيميائي‪.‬‬

‫‪∆C‬‬ ‫‪∆t‬‬ ‫وعليه‪ّ ،‬‬ ‫فإن‪:‬‬

‫]‪∆ [NO2‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪= 4 × 10-3 mol.l-1.s-1‬‬

‫–=‪V‬‬

‫]‪∆ [CO‬‬

‫–=‬

‫‪∆t‬‬

‫‪– 0.08‬‬

‫–=‬

‫‪20‬‬

‫‪3‬‬

‫–=‬

‫‪∆C‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪0.02 - 0.1‬‬ ‫‪20‬‬

‫–=‪V‬‬ ‫–=‬

‫‪∆C‬‬ ‫‪∆t‬‬ ‫وعليه‪ّ ،‬‬ ‫فإن‪:‬‬

‫]‪∆ [NO‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪=+‬‬

‫‪V=+‬‬

‫]‪∆ [CO2‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪=+‬‬

‫‪∆C‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪0.08‬‬

‫‪V=+‬‬

‫‪= 4 × 10-3 mol.l-1.s-1‬‬ ‫‪20‬‬ ‫أن السرعة الوسطيّة الستهالك ّ‬ ‫كل من َ‬ ‫وتأسيساً على ما تق ّدم‪ ،‬يتبيّن ّ‬ ‫غازي ‪ CO‬و ‪ NO2‬تساوي السرعة‬ ‫لتشكل ّ‬ ‫ّ‬ ‫كل من َ‬ ‫غازي ‪ CO‬و ‪.NO‬‬ ‫الوسطيّة‬ ‫‪=+‬‬

‫‪2‬‬

‫مالحظة‬ ‫في معظم التفاعالت الكيميائيّة ال تتساوى السرعة الوسطيّة الستهالك المواد المتفاعلة مع السرعة‬ ‫ّ‬ ‫لتشكل نواتج التفاعل‪.‬‬ ‫الوسطيّة‬ ‫فمثال في تفاعل ّ‬ ‫ً‬ ‫تشكل غاز النشادر (غاز األمونيا) من مك ّونيه األساسيين (النتروجين والهدروجين)‪،‬‬ ‫الممثّل بالمعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫)‪2NH3 (g‬‬

‫)‪N2 (g) + 3H2 (g‬‬ ‫‪87‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫لتشكل ّ‬ ‫يمكن حساب السرعة الوسطيّة ّ‬ ‫كل من َ‬ ‫غازي ‪ CO2‬و ‪ NO‬باستخدام العالقة‪:‬‬

‫‪3‬‬

‫أن ّ‬ ‫يالحظ ّ‬ ‫تشكل (‪ )2‬مول من غاز النشادر يقابله استهالك (‪ )1‬مول من غاز النتروجين و(‪ )3‬مول من‬ ‫غاز الهدروجين‪ .‬أي ّ‬ ‫إن‪:‬‬ ‫السرعة الوسطية لتشكل ‪ × 2 = NH3‬السرعة الوسطية الختفاء ‪N2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫السرعة الوسطية لتشكل ‪= NH3‬‬ ‫× السرعة الوسطية الختفاء ‪H2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫تعميم‪:‬‬ ‫الكيميائي العا ّم‪ ،‬الممثّل بالمعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫من أجل التفاعل‬ ‫ّ‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫‪cC + dD‬‬ ‫‪aA + bB‬‬ ‫اُ ُّت ِف َق أن تُكتب عبارة السرعة الوسطيّة للتفاعل بالنسبة ّ‬ ‫التفاعلي على النحو اآلتي‪:‬‬ ‫لكل مادة من المزيج‬ ‫ّ‬ ‫]‪1 ∆ [B‬‬

‫‪b ∆t‬‬ ‫]‪1 ∆ [D‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪d‬‬

‫– = ‪VB‬‬ ‫‪VD = +‬‬

‫]‪1 ∆ [A‬‬

‫&‬

‫‪a ∆t‬‬ ‫]‪1 ∆ [C‬‬

‫&‬

‫‪∆t‬‬

‫‪c‬‬

‫– = ‪VA‬‬ ‫‪VC = +‬‬

‫حيث‪ V :‬و ‪ V‬تمثّالن سرعتي استهالك المادتين ‪ A‬و ‪ ،B‬أمّا ‪ V‬و ‪ V‬فتمثّالن سرعتي ّ‬ ‫تشكل‬ ‫‪D‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪A‬‬ ‫المادتين ‪ C‬و ‪.D‬‬ ‫بما ّ‬ ‫أن أمثال التفاعل قد ال تكون متساوية (‪d‬‬

‫‪c‬‬

‫‪b‬‬

‫‪ّ )a‬‬ ‫فإن قيمة سرعة التفاعل تختلف باختالف‬

‫المادة المدروسة‪ ،‬لهذا السبب اتُفق على ّ‬ ‫أن السرعة الوسطيّة للتفاعل تساوي تغيّر تركيز أيّة مادة من مواد‬ ‫ً‬ ‫مقسومة على األمثال التفاعلية لهذه المادة في معادلة التفاعل الموزونة‪.‬‬ ‫التفاعل خالل وحدة الزمن‬ ‫وعليه‪ ،‬يمكن التعبير عن السرعة الوسطيّة للتفاعل كما يأتي‪:‬‬ ‫]‪1 ∆ [A‬‬ ‫]‪1 ∆ [B‬‬ ‫]‪1 ∆ [C‬‬ ‫]‪1 ∆ [D‬‬ ‫–=‬ ‫‪=+‬‬ ‫‪=+‬‬ ‫–=‪V‬‬ ‫‪a ∆t‬‬ ‫‪b ∆t‬‬ ‫‪c ∆t‬‬ ‫‪d ∆t‬‬ ‫تطبيق‪:‬‬ ‫يحترق غاز الميتان بأكسجين الهواء وفقاً للمعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫‪CO2 + 2H2O‬‬

‫∆‬

‫‪CH4 + 2O2‬‬

‫المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬اكتب عبارات السرعة الوسطيّة الستهالك المواد المتفاعلة وتك ّون المواد الناتجة عن التفاعل‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫ككل (ربطاً مع السرعات الوسطيّة الستهالك أو ّ‬ ‫تشكل‬ ‫‪2 .2‬اكتب عبارة السرعة الوسطيّة للتفاعل‬ ‫مك ّونات التفاعل)‪.‬‬ ‫‪88‬‬

‫‪3 .3‬إذا كانت السرعة الوسطيّة الحتراق الميتان هي ‪ ،(0.16) mo .l–1.s–1‬احسب السرعة الوسطيّة‬ ‫لتك ّون ّ‬ ‫كل من بخار الماء وغاز ثنائي أكسيد الكربون‪.‬‬

‫‪3‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪ .1‬عبارات السرعة الوسطية‪:‬‬ ‫]‪∆ [CH4‬‬

‫ ‬ ‫سرعة استهالك غاز الميتان‪:‬‬

‫‪∆t‬‬ ‫]‪∆ [O2‬‬

‫ ‬ ‫سرعة استهالك غاز األكسجين‪:‬‬ ‫سرعة تك ُّون غاز ثنائي أكسيد الكربون‪ :‬‬

‫‪∆t‬‬ ‫]‪∆ [H2O‬‬

‫ ‬ ‫سرعة تك ُّون بخار الماء‪:‬‬

‫‪∆t‬‬

‫‪4‬‬

‫– = ) ‪V(O‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪V(CO ) = +‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪V(H O) = +‬‬ ‫‪2‬‬

‫مالحظة‪ :‬هذه السرعات الوسطية الستهالك أو تك ّون إحدى المواد تختلف عن السرعة الوسطية‬ ‫للتفاعل بداللة إحدى المواد‪ ،‬كاآلتي‪:‬‬ ‫]‪1 ∆ [O2‬‬ ‫]‪1 ∆ [H2O‬‬ ‫]‪∆ [CH4‬‬ ‫]‪∆ [CO2‬‬ ‫–=‪ V‬و‬ ‫‪ V=+‬و‬ ‫‪V=+‬و‬ ‫–=‪V‬‬ ‫‪2 ∆t‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪∆t‬‬ ‫‪∆t‬‬ ‫‪∆t‬‬ ‫‪ .2‬سرعة التفاعل الوسطية‪:‬‬ ‫]‪1 ∆ [H2O‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪2‬‬

‫‪=+‬‬

‫]‪∆ [CO2‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪=+‬‬

‫]‪1 ∆ [O2‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫‪2‬‬

‫–=‬

‫]‪∆ [CH4‬‬ ‫‪∆t‬‬

‫–=‪V‬‬

‫‪ .3‬حساب السرعة الوسطيّة لتك ّون ّ‬ ‫كل من بخار الماء وغاز ثنائي أكسيد الكربون‪:‬‬ ‫السرعة الوسطيّة لتك ّون بخار الماء = ‪ × 2‬السرعة الوسطيّة الحتراق الميتان = ‪0.16 × 2‬‬ ‫إذاً السرعة الوسطيّة لتك ّون بخار الماء = ‪0.32 mo .l–1.s–1‬‬ ‫السرعة الوسطيّة لتك ّون غاز ثنائي أكسيد الكربون = السرعة الوسطيّة الحتراق الميتان‪.‬‬ ‫السرعة الوسطيّة لتك ّون غاز ثنائي أكسيد الكربون = ‪0.16 mo .l–1.s–1‬‬ ‫نظريّة التصادم ‪:Collision Theory‬‬ ‫يطرح المدرّ س على الطالب السؤالين اآلتيين‪:‬‬ ‫الكيميائي؟‬ ‫‪1 .1‬كيف يحدث التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫‪2 .2‬لماذا هناك تفاعالت سريعة‪ ،‬وأخرى بطيئة؟‬ ‫‪89‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫‪∆t‬‬ ‫]‪∆ [CO2‬‬

‫– = ) ‪V(CH‬‬

‫‪3‬‬

‫ّ‬ ‫إن اإلجابة عن السؤالين السابقين تكمن في «نظريّة التصادم» المستخدمة على نطاق واسع لشرح وتفسير‬ ‫الكيميائي‪.‬‬ ‫كيفيّة حدوث التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫فنظريّة التصادم تقوم على فرضين رئيسين هما‪:‬‬ ‫الكيميائي بين مادتين الب ّد من تصادم جسيماتهما (جزيئات أو أيونات أو ذرّ ات)‪.‬‬ ‫ •لكي يحدث التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫ •يجب أن يكون التصادم بين المادتين تصادماً فع ً‬ ‫ّاال (مثمراً)‪.‬‬ ‫ّاال ينبغي ّ‬ ‫ولكي يكون التصادم فع ً‬ ‫توفر الشرطين اآلتيين‪:‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫فراغي مناسب‪.‬‬ ‫ •أن تكون الجسيمات المتصادمة في وضع‬ ‫ّ‬ ‫ •أن تمتلك الجسيمات ح ّداً أدنى من الطاقة‪ ،‬يكفي لتحطيم الروابط الكيميائية بين الذرّ ات المك ّونة‬ ‫لجزيئات الموا ّد المتفاعلة‪ ،‬وإعادة بناء روابط كيميائية جديدة بين الذرّ ات لتشكيل نواتج التّفاعل‪.‬‬ ‫وبعبارة أخرى‪ ،‬فإنّه وفقاً لنظريّة التصادم‪ ،‬يحصل التّفاعل الكيميائي فقط عندما تتصادم جزيئات المواد‬ ‫المتفاعلة مع بعضها تصادمات فعّالة‪ .‬وإذا لم يكن تصادم جزيئات الموا ّد الداخلة في التّفاعل فع ً‬ ‫ّاال وجب‬ ‫لحصول التّفاعل الكيميائي تقديم كميّة محددة من ّ‬ ‫الطاقة‪ ،‬كي تصل طاقته إلى الحد األدنى المطلوب‬ ‫لحدوث التفاعل‪ ،‬تُعرف باسم «طاقة ال ّتنشيط»‪.‬‬

‫التصادمات الفعّالة و التصادمات غير الفعّالة‬ ‫طاقة ال ّتنشيط ‪:Energy Activation‬‬ ‫تعرّ ف طاقة التّنشيط بأنها الح ّد األدنــى من ّ‬ ‫الكيميائي‪ ،‬ويُرمز لها‬ ‫الطاقــة الالزمــة لحدوث التّفاعــل‬ ‫ّ‬ ‫األساسي الذي‬ ‫بالرمــز ‪ ،Ea‬ويُعبّر عنها بالوحدة (‪ .)kcal.mol-1‬وأمّا مقدار طاقة التّنشيط فيُع ّد العامل‬ ‫ّ‬ ‫‪90‬‬

‫يُظهر أثر طبيعة الموا ّد المتفاعلة على سرعة التّفاعل‪ .‬فإذا كان مقدار طاقة التّنشيط صغيراً جداً فهذا يعني‬ ‫أن معظم التصادمات بين جزيئات الموا ّد المتفاعلة يكون فع ً‬ ‫ّاال‪ّ ،‬‬ ‫ّ‬ ‫وأن سرعة التّفاعل كبيرة ج ّداً‪ ،‬وهذا ما‬

‫‪3‬‬

‫ينطبق على التّفاعالت ّ‬ ‫الشاردية (األيونية)‪.‬‬ ‫وإذا كان مقدار طاقة التّنشيط كبيراً ج ّداً فهذا يعني ّ‬ ‫أن عدد التصادمات الفعّالة بين جزيئات الموا ّد المتفاعلة‬ ‫قليل ج ّداً؛ أي ّ‬ ‫إن سرعة التّفاعل صغيرة جداً‪ .‬وهذه الحالة تنطبق على تفاعل اصطناع غاز النشادر من‬ ‫مك ّونيه األساسيّين‪ ،‬النتروجين والهدروجين‪.‬‬

‫◄أضف إلى معلوماتك‪:‬‬ ‫◄‬ ‫قصير جداً يتراوح بين ميكرو ثانية (‪ )10-6 s‬ونانو ثانية (‪.)10-9 s‬‬ ‫● ●رغم تصادم جزيئات األكسجين والهدروجين‪ ،‬في درجة الحرارة العادية‪ ،‬أكثر من عشرة‬ ‫مليارات مرّ ة في الثانية‪ّ ،‬‬ ‫فإن حصول التّفاعل في هذا المزيج الغازي يتطلّب ماليين السنين‪.‬‬ ‫والتّفاعالت التي تحتاج إلى طاقة تنشيط تمرّ بالمراحل الثالث اآلتية‪:‬‬ ‫‪1 .1‬إضعاف الروابط بين جزيئات الموا ّد المتفاعلة‪.‬‬ ‫‪2 .2‬انتقال الجزيئات إلى حالة وسطيّة غير ثابتة‪ ،‬تُعرف بالحالة الوسطيّة (‪،)Transition state‬‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫والمعقد النشط هو عبارة عن مادة‬ ‫بالمعقد النشط (‪.)Activated complex‬‬ ‫ويتشكل فيها ما يُعرف‬ ‫التفاعلي‪.‬‬ ‫مرحليّة (‪ )Intermediate‬ال يمكن فصلها من المزيج‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫‪ّ 3 .3‬‬ ‫ّ‬ ‫وتشكل نواتج التّفاعل النهائيّة‪.‬‬ ‫المعقد النشط‪،‬‬ ‫تفكك‬ ‫وكمثال على التّفاعالت التي تتطلّـب تقديم طاقة تنشـيط نذكر تفاعل اصطناع يوديد الهدروجين (‪)HI‬‬ ‫ٍ‬ ‫من مك ّونيه األساسيّين‪ ،‬اليود والهدروجين‪ .‬حيث يبدأ هذا التّفاعل بإضعاف الروابط األحاديّة المشتركة‬ ‫في جزيئات اليود والهدروجين‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫المخطط اآلتي‪:‬‬ ‫موضح في‬ ‫وكما هو‬ ‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H ...... H‬‬ ‫‪I ...... I‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪I ___ I‬‬

‫ّ‬ ‫معقد نشط‬

‫مواد متفاعلة‬

‫‪+‬‬ ‫‪I‬‬

‫‪I‬‬

‫نواتج ال ّتفاعل‬

‫‪H ___ H‬‬

‫‪91‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫● ●تفاعالت الجذور الحرّ ة (‪ )Free Radicals‬هي تفاعالت آنيّة‪ ،‬تت ّم بسرع ٍة فائقة خالل زمن‬

‫‪3‬‬

‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫المعقد النشط‪،‬‬ ‫يتشكل فيها‬ ‫ •تنتقل جزيئات المــوا ّد األوليّة (‪ )I2 + H2‬إلى حالــة وســطيّة غير ثابتة‪،‬‬ ‫المعقد عملية إعادة بناء الذرّ ات بروابط جديدة‪ ،‬فال يلبث أن ّ‬ ‫ً‬ ‫ّ‬ ‫مشكال نواتج‬ ‫يتفكك‬ ‫ثم تحصل داخل هذا‬ ‫التّفاعل (‪.)2HI‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫آلية تش ّكل المعقد النشط‬ ‫المعقد النشط‪ ،‬بصور ٍة عامة‪ ،‬أعلى نسبيّاً من طاقة ّ‬ ‫ّ‬ ‫تجدر اإلشارة إلى ّ‬ ‫كل من الموا ّد المتفاعلة أو‬ ‫أن طاقة‬ ‫الناتجة عن التّفاعل‪ .‬فمن أجل‪:‬‬ ‫‪ E1‬طاقة الموا ّد المتفاعلة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫المعقد النشط‪.‬‬ ‫‪ E‬طاقة‬ ‫‪2‬‬

‫‪ E3‬طاقة الموا ّد الناتجة‪.‬‬

‫(‪ )Ea = E2 - E1‬طاقة التّنشيط‪.‬‬ ‫(‪ ) H = E3 - E1‬المحتوى الحراريّ (‪.)Enthalpy‬‬ ‫المخطط ّ‬ ‫ّ‬ ‫يمكن توضيح عملية ّ‬ ‫ّ‬ ‫الطاقي‬ ‫المعقد النشط والمرور بالحالة االنتقاليّة عن طريق رسم‬ ‫تشكل‬ ‫للتفاعل الكيميائي الحاصل‪ ،‬كما هو مبين في ّ‬ ‫الشكل اآلتي‪:‬‬ ‫‪92‬‬

‫‪3‬‬

‫ماص للحرارة (آ) وآخر ناشر للحرارة (ب)‬ ‫الطاقي لتفاعل‬ ‫المخطط‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬

‫العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي‪:‬‬ ‫الكيميائي على عوامل متع ّددة‪ ،‬أهمها‪:‬‬ ‫تعتمد سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫‪1 .1‬طبيعة المواد المتفاعلة‪.‬‬ ‫‪ 2 .2‬درجة الحرارة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫(الحفاز)‪.‬‬ ‫‪ 3 .3‬المواد المساعدة‬ ‫‪4 .4‬تركيز المواد المتفاعلة‪.‬‬ ‫‪ .1‬تأثير طبيعة المواد المتفاعلة على سرعة التفاعل الكيميائي‪ّ:‬‬ ‫(ي َُن َّفذ من قبل المد ّرس)‬ ‫ •خذ ثالثة أنابيب اختبار نظيفة وجافة‪ّ ،‬‬ ‫ورقمها من (‪ )1-2-3‬ث ّم ضعها على حامل أنابيب اختبار‪.‬‬ ‫ •جهّز ثالث قطع صغيرة من معادن‪ :‬القصدير والزنك والصوديوم‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫•لف قطعة الصوديوم ذات الحجم الصغير بقطعة صغيرة من منديل ورقي‪.‬‬ ‫ ‬ ‫ •ضع القطع المعدنيّة الثالث‪ ،‬القصدير والزنك والصوديوم‪ ،‬في أنابيب االختبار (‪ ،)1-2-3‬على‬ ‫الترتيب‪.‬‬ ‫ماصة زجاجيّة حوالي (‪ )10 ml‬من محلول حمض كلور الماء (‪.)0.2 M‬‬ ‫ •خذ بوساطة ّ‬ ‫الماصة الزجاجيّة حوالي (‪ )3 ml‬من محلول حمض كلور الماء على الجدار الداخلي‬ ‫ •أفرغ من‬ ‫ّ‬ ‫ألنبوب االختبار ذي الرقم (‪ ،)1‬الحاوي على معدن القصدير‪ ،‬وكرّ ر هذه الخطوة من أجل أنبوب‬ ‫االختبار ذي الرقم (‪ ،)2‬الحاوي على معدن الزنك‪.‬‬ ‫ •كرّ ر الخطوة السابقة‪ ،‬ولكن هذه الم ّرة بحذر شديد‪ ،‬من أجل األنبوب الحاوي على معدن‬ ‫الصوديوم‪.‬‬ ‫‪93‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫(‬

‫للتفاعالت الماصة للحرارة‪،‬‬

‫للتفاعالت الناشرة للحرارة)‬

‫‪3‬‬

‫هل ثمّة اختالف بين سرعات التفاعالت الحاصلة؟‬ ‫أيّ التفاعالت هو األسرع؟ وأيّها هو األبطأ؟‬ ‫تفسر االختالف في سرعة ّ‬ ‫تشكله بين تفاعل وآخر؟‬ ‫ما الغاز الناتج في التفاعالت السابقة؟ وكيف ّ‬ ‫ ‪-‬يسأل المدرس طالبه األسئلة اآلتية ‪:‬‬ ‫ •كيف يُح َفظ الصوديوم؟‬ ‫ُستخرج من عبوة الحفظ؟‬ ‫ •كيف ي‬ ‫َ‬ ‫ •كيف تُ َ‬ ‫قطع منه قطعة صغيرة جداً بسكين؟‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫ •كيف يتم تنظيف األدوات التي المست الصوديوم؟‬ ‫الكيميائي‪:‬‬ ‫‪ .2‬تأثير التركيز على سرعة ال ّتفاعل‬ ‫ّ‬

‫معلو ٌم أنّه كلّما ازداد تركيز المواد المتفاعلة ازداد احتمال التصادمات الفعّالة‪ ،‬وازدادت معه سرعة‬ ‫الكيميائي‪.‬‬ ‫التّفاعل‬ ‫ّ‬ ‫يُعبَّر عن العالقة بين سرعة التّفاعل الكيميائي وتراكيز الموا ّد المتفاعلة بقانون يُعرف باسم قانون‬ ‫السرعة (‪.)Rate Law‬‬ ‫من أجل التّفاعل العا ّم (في التفاعالت األولية ‪ ،‬التي تت ّم بمرحلة واحدة)‪:‬‬ ‫نواتج‬

‫‪mA + nB‬‬

‫يمكن كتابة قانون السرعة على النحو اآلتي‪:‬‬ ‫‪V = k [A]m[B]n‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫‪ A‬و ‪ B‬المواد المتفاعلة الموجودة في الطور الغازيّ أو السائل أو على هيئة أيونات مميّهة (منحلّة في‬ ‫الماء)‪.‬‬ ‫‪ :k‬ثابت سرعة التفاعل‪ ،‬تتعلق قيمته بطبيعة المواد المتفاعلة ودرجة حرارة التفاعل‪.‬‬ ‫‪ :m‬مرتبة التفاعل بالنسبة إلى المادة ‪.A‬‬ ‫‪ :n‬مرتبة التفاعل بالنسبة إلى المادة ‪.B‬‬

‫مالحظة‬ ‫ال تدخل المادة الصلبة في عالقة سرعة التفاعل حيث إن سرعة التفاعل تتناسب فقط مع تركيز‬ ‫المواد الغازية والمحاليل‪.‬‬ ‫‪94‬‬

‫‪3‬‬

‫مثال‪:‬‬ ‫)‪2Fe (s) + 3Cl2 (g‬‬

‫‪2FeCl3‬‬

‫‪V = k [Cl2]3‬‬

‫◄أضف إلى معلوماتك‪:‬‬ ‫◄‬

‫كل تفاعل بسيط أحاديّ الجزيء هو تفاعل من المرتبة األولى‪ّ ،‬‬ ‫● ● ّ‬ ‫وكل تفاعل بسيط ثنائي الجزيء‬

‫ّ‬ ‫المعقد قد تساوي عدداً صحيحاً موجباً (مثل‪ 1 :‬أو ‪ ،)2‬أو عدداً كسريّاً (مثل‪1/2 :‬‬ ‫● ●مرتبة التفاعل‬ ‫أو ‪ ،)3/2‬وقد تساوي الصفر‪.‬‬ ‫● ●التفاعالت من المرتبة صفر ال تعتمد سرعتها على تراكيز المواد المتفاعلة‪.‬‬ ‫الحركي الذي يمثّل تغيّرات السرعة بداللة التركيز لتفاعل من المرتبة األولى هو‬ ‫● ●المنحني‬ ‫ّ‬ ‫عبارة عن ّ‬ ‫خط مستقيم يمرّ من مبدأ اإلحداثيات‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫المعقد تساوي سرعة أبطأ مرحلة يمرّ فيها‪.‬‬ ‫● ●سرعة التفاعل‬ ‫● ●(‪ :)m + n‬مرتبة التفاعل الكليّة (‪.)Order of reaction‬‬ ‫مثال (‪:)1‬‬ ‫يعبّر عن قانون سرعة التفاعل الممثّل بالمعادلة الكيميائيّة اآلتية‪:‬‬ ‫)‪2NO2 (g‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪+ O2‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪2NO‬‬

‫بالعالقة‪ ،V = k .[NO]2.[O2] :‬عند الدرجة ‪ ،25 °C‬والمطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬ما مرتبة التفاعل بالنسبة إلى ّ‬ ‫كل مادة متفاعلة؟‬ ‫‪2 .2‬ما مرتبة التفاعل الكليّة؟‬ ‫‪3 .3‬هل هذا التفاعل أولي أم ّ‬ ‫معقد؟ ولماذا؟‬ ‫ّ‬ ‫الحـل‪:‬‬ ‫‪1 .1‬مرتبة التفاعل بالنسبة إلى غاز األكسجين هي المرتبة األولى‪ ،‬وبالنسبة إلى غاز أحادي أكسيد‬ ‫النتروجين هي المرتبة الثانية‪.‬‬ ‫‪2 .2‬مرتبة التفاعل الكليّة هي المرتبة الثالثة‪.‬‬ ‫ٌ‬ ‫‪3 .3‬التفاعل بسيط؛ ّ‬ ‫ألسس تساوي أمثال هذه‬ ‫مرفوعة‬ ‫ألن تراكيز الموا ّد المتفاعلة في قانون السرعة‬ ‫ٍ‬ ‫الموا ّد في معادلة التّفاعل الموزونة‪.‬‬ ‫‪95‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫ّ‬ ‫ولكن العكس غير صحيح‪.‬‬ ‫هو تفاعل من المرتبة الثانية‪،‬‬ ‫ّ‬ ‫المعقدة ال يمكن ربط مرتبة التفاعل الكليّة بأمثال المواد المتفاعلة‪ ،‬وإنما يت ّم‬ ‫● ●من أجل التفاعالت‬ ‫تحديد مرتبة التفاعل تجريبياً‪.‬‬

‫‪3‬‬

‫مثال (‪:)2‬‬ ‫يتفاعل غاز أحادي أكسيد النتروجين مع غاز األكسجين وفقاً للمعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫‪N2 (g) + 2H2O‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪+ 2H2‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪2NO‬‬

‫وهذا التفاعل يمرّ عبر مرحلتين‪ ،‬هما‪:‬‬ ‫‪N2 (g) + H2O2‬‬ ‫‪2H2O‬‬

‫)‪(g‬‬ ‫)‪(g‬‬

‫‪+ H2‬‬

‫)‪(g‬‬

‫المرحلة األولى‬

‫‪2NO‬‬

‫المرحلة الثانية‬

‫‪H2O2 + H2‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫فإذا علمت ّ‬ ‫أن المرحلة األولى هي األبطأ‪ ،‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬ح ّدد مرتبة التفاعل بالنسبة إلى ّ‬ ‫كل من ‪ NO‬و‬ ‫)‪(g‬‬

‫)‪.H2 (g‬‬

‫‪2 .2‬ح ّدد مرتبة التفاعل الكليّة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫الحـل‪:‬‬ ‫‪1 .1‬سرعة التفاعل اإلجمالي تساوي سرعة المرحلة األولى منه‪ ،‬كونها المرحلة األبطأ؛ وهذا يعني ّ‬ ‫أن‬ ‫قانون السرعة لهذا التفاعل هو‪V = k [NO]2.[H2] :‬‬ ‫أي ّ‬ ‫أن مرتبة التفاعل بالنسبة إلى )‪ NO (g‬هي المرتبة الثانية‪ ،‬وبالنسبة إلى )‪ H2 (g‬هي المرتبة األولى‪.‬‬ ‫‪2 .2‬مرتبة التفاعل الكليّة هي المرتبة الثالثة‪.‬‬ ‫تقويم ‪:‬‬ ‫إذا علمت ّ‬ ‫أن الدراسة الحركيّة لتفاعل غاز أحادي أكسيد النتروجين مع غاز الهدروجين‬ ‫‪N2 (g) + 2H2O‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪+ 2H2‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪2NO‬‬

‫تشير إلى المعطيات التجريبيّة المد ّونة في الجدول أدناه‪:‬‬ ‫‪ (V) mol.l-1.s-1‬السرعة‬

‫‪[H2] mol.l-1‬‬

‫‪[NO] mol.l-1‬‬

‫رقم التجربة‬

‫‪3.2 × 10-3‬‬

‫‪0.02‬‬

‫‪0.02‬‬

‫‪1‬‬

‫‪12.8 × 10-3‬‬

‫‪0.02‬‬

‫‪0.04‬‬

‫‪2‬‬

‫‪6.4 × 10-3‬‬

‫‪0.04‬‬

‫‪0.02‬‬

‫‪3‬‬

‫المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬ما الذي يطرأ على سرعة التفاعل عند مضاعفة [)‪ ]NO (g‬مع ثبات [)‪ ]H2 (g‬؟‬ ‫‪96‬‬

‫‪3‬‬

‫‪2 .2‬ما الذي يطرأ على سرعة التفاعل عند مضاعفة [)‪ ]H2 (g‬مع ثبات [)‪ ]NO (g‬؟‬ ‫‪3 .3‬أوجد مرتبة التفاعل بالنسبة إلى ّ‬ ‫كل من ‪ NO‬و ‪.H‬‬ ‫)‪2 (g‬‬

‫)‪(g‬‬

‫يمكن حل هذا الطلب بطريقة الحساب أو االستقراء‪.‬‬ ‫‪4 .4‬هل هذا التفاعل أولي أم ّ‬ ‫معقد؟ ولماذا؟‬ ‫ّ‬ ‫الحـل‪:‬‬ ‫‪1 .1‬عند مضاعفة تركيز )‪ NO (g‬تزداد سرعة التفاعل بمقدار أربعة أمثالها‪.‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫‪2 .2‬عند مضاعفة تركيز )‪ H2 (g‬تتضاعف سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫‪3 .3‬بما ّ‬ ‫أن التفاعل المدروس يخضع دوماً لقانون السرعة اآلتي‪:‬‬ ‫‪V = k [NO]x. [H2]y‬‬ ‫ّ‬ ‫فإن ثابت سرعة التفاعل يُعرّ ف بالعالقة‪:‬‬ ‫‪V‬‬

‫=‪k‬‬

‫‪[NO]x. [H2]y‬‬

‫وباالستفادة من معطيات التجربتين األولى والثانية نجد ّ‬ ‫أن‪:‬‬ ‫‪12.8 × 10-3‬‬ ‫‪(0.04)x. (0.02)y‬‬

‫=‬

‫‪3.2 × 10-3‬‬ ‫‪(0.02)x. (0.02)y‬‬

‫=‬

‫‪V‬‬ ‫‪[NO]x. [H2]y‬‬

‫=‪k‬‬

‫أي ّ‬ ‫إن‪:‬‬ ‫‪2x = 4‬‬

‫‪=4‬‬

‫‪(0.04)x‬‬ ‫‪x‬‬

‫‪4‬‬

‫)‪(0.02‬‬

‫‪x‬‬

‫=‬

‫)‪(0.04‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪x‬‬

‫)‪(0.02‬‬

‫‪x=2‬‬ ‫وعليه‪ّ ،‬‬ ‫فإن مرتبة التفاعل بالنسبة إلى )‪ NO (g‬هي المرتبة الثانية‪.‬‬ ‫وباالستفادة من معطيات التجربتين األولى والثالثة نجد ّ‬ ‫أن‪:‬‬ ‫‪6.4 × 10-3‬‬ ‫‪y‬‬

‫‪x‬‬

‫)‪(0.02) . (0.04‬‬

‫=‬

‫‪3.2 × 10-3‬‬ ‫‪y‬‬

‫‪x‬‬

‫)‪(0.02) . (0.02‬‬

‫=‬

‫‪V‬‬ ‫‪[NO]x. [H2]y‬‬

‫=‪k‬‬

‫أي ّ‬ ‫إن‪:‬‬ ‫‪y‬‬ ‫‪y‬‬

‫‪2 =2‬‬

‫‪=2‬‬

‫‪y‬‬

‫)‪(0.04‬‬

‫)‪(0.02‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪y‬‬

‫)‪(0.04‬‬

‫=‬

‫‪1‬‬ ‫‪y‬‬

‫)‪(0.02‬‬

‫‪y=1‬‬ ‫‪97‬‬

‫‪3‬‬

‫وعليه‪ّ ،‬‬ ‫فإن مرتبة التفاعل بالنسبة إلى )‪ H2 (g‬هي المرتبة األولى‪.‬‬ ‫‪4 .4‬التفاعل ّ‬ ‫معقد؛ ّ‬ ‫ٌ‬ ‫أس قيمته ال تتطابق وأمثال‬ ‫ألن تركيز غاز الهدروجين في قانون السرعة‬ ‫مرفوع إلى ّ‬ ‫(األس = ‪ & 1‬األمثال = ‪.)2‬‬ ‫غاز الهدروجين في معادلة التّفاعل الموزونة‬ ‫ّ‬ ‫سرعة التّفاعل الكيميائي البسيط (األولي)‪ ،‬عند درجة حرارة معيّنة‪ ،‬تتناسب طرداً مع جداء‬ ‫ً‬ ‫ألسس مساوية ألمثال هذه الموا ّد‬ ‫مرفوعة‬ ‫تراكيز الموا ّد المتفاعلة في الطورين الغازيّ والسائل‪،‬‬ ‫ٍ‬ ‫في معادلة التّفاعل الموزونة‪.‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫الكيميائي‪:‬‬ ‫‪ .3‬تأثير درجة الحرارة على سرعة ال ّتفاعل‬ ‫ّ‬ ‫نشاط‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫وجاف قطعة صغيرة من معدن الزنك‪ ،‬ث ّم أمسكه بوساطة ملقط معدني‬ ‫‪A.A‬ضع في أنبوب اختبار نظيف‬ ‫وأَ ْ‬ ‫ضف إليه حوالي (‪ )3 ml‬من محلول حمض كلور الماء (‪ .)0.2 M‬ماذا تالحظ؟‬ ‫ّ‬ ‫وسخنه بهدوء وحذر شديدين (احرص أال يغلي‬ ‫‪B .B‬قرّ ب أنبوب االختبار من مصباح بنزن مشتعل‬ ‫المحلول أو يفور)‪ .‬ماذا تالحظ؟‬ ‫ماذا تستنتج من الخطوتين السابقتين (‪ )A‬و(‪)B‬؟‬ ‫راقب عملية طهي الطعام وإنضاجه‪ ،‬إنها تتطلّب درجات حرارة مرتفعة تفوق أحياناً درجة غليان الماء‪.‬‬ ‫تفسر هذه الظاهرة؟‬ ‫كيف لك أن ّ‬ ‫اسأل الطبيب أو مدرّ س مادة األحياء‪ :‬لماذا تكون العمليات الحيويّة بطيئة جداً عند درجة الحرارة التي‬ ‫ّ‬ ‫تقل عن درجة حرارة الجسم االعتياديّة (‪)37 °C‬؟‬ ‫تزداد سرعة التفاعل الكيميائي بازدياد درجة الحرارة‪.‬‬ ‫تفسير تأثير درجة الحرارة على سرعة التفاعل‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫إن ارتفاع درجة الحرارة يُسهم في م ّد الجزيئات المتفاعلة بطاق ٍة حركيّة إضافي ٍة‪ ،‬تفوق أحياناً طاقة‬ ‫التّنشيط الالزمة لحصول التّفاعل‪ ،‬فيزداد عدد التصادمات الفعّالة بين الجزيئات النشطة في وحدة ّ‬ ‫الزمن‪،‬‬ ‫وتزداد بذلك سرعة التّفاعل‪.‬‬ ‫استطاع العالم “ فانت هوف ‪ ”Van’t Hoff‬أن يُثبت تجريبيّاً ّ‬ ‫أن سرعة التّفاعل الكيميائي تزداد إلى‬ ‫ثالثة أمثالها كلّما ارتفعت درجة الحرارة عشر درجات مئوية‪ ،‬فوق درجة الحرارة التي يجري عندها‬ ‫التّفاعل‪.‬‬ ‫‪98‬‬

‫ •هناك تفاعالت كيميائيّة غير مرغوب فيها تجري في درجة الحرارة العاديّة‪ ،‬كتفاعالت تأكسد المواد‬

‫‪3‬‬

‫الغذائيّة أو المواد الدوائيّة‪ ،‬لذا يتم العمل على كبح هذه التفاعالت سواء باستخدام مواد مضادة للتأكسد‬ ‫(مثبّطات) أو بحفظ المواد الغذائية والدوائيّة في الثالجة (عند درجات حرارة منخفضة)‪.‬‬ ‫الكيميائي‪:‬‬ ‫‪ .4‬تأثير الوسيط على سرعة ال ّتفاعل‬ ‫ّ‬ ‫نشاط‪:‬‬ ‫األكسجيني (‪.)H2O2‬‬ ‫‪1 .1‬ضع في دورق زجاجي سعة (‪ )200 ml‬حوالي (‪ )10-15 ml‬من الماء‬ ‫ّ‬ ‫‪2 .2‬انتظر مدة دقيقتين ث ّم أدخل عوداً متوهجاً عبر فوهة الدورق‪ .‬ماذا تالحظ؟‬ ‫‪4 .4‬كرّ ر الخطوة الثانيّة‪ ،‬وسجل مالحظاتك‪ .‬ماذا تستنتج؟‬

‫ ‪‬أضف إلى معلوماتك‪:‬‬ ‫إن إضافة كمية قليلة من أحد أمالح حمض الفوسفور إلى الماء األكسجيني ّ‬ ‫تبطئ من سرعة ّ‬ ‫ّ‬ ‫تفكك الماء‬ ‫األكسجيني‪ ،‬وهذا ما يُعرف بالوساطة السالبة‪.‬‬ ‫‪99‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫‪3 .3‬كرّ ر الخطوة األولى‪ ،‬ث ّم أضف كمية قليلة من ثنائي أكسيد المنغنيز ‪ MnO2‬إلى الماء األكسجيني‪.‬‬

‫‪3‬‬

‫الكيميائي‪،‬‬ ‫الكيميائي هو مادة تُضاف إلى المواد المتفاعلة فتغيّر من سرعة التفاعل‬ ‫ •الوسيط‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫وتخرج عند انتهاء التفاعل دون أن تتغيّر‪.‬‬ ‫الكيميائي‪ ،‬وعندئ ٍذ يُسمّى ّ‬ ‫حفازاً‪ ،‬وقد‬ ‫الكيميائي قد يلعب دوراً إيجابياً فيسرّ ع التفاعل‬ ‫ •الوسيط‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫يلعب دوراً سلبيّاً ّ‬ ‫فيبطئ التفاعل‪ ،‬وعندئ ٍذ يسمّى مثبّطاً‪.‬‬ ‫ •ليس بإمكان ّ‬ ‫كيميائي ما‪ ،‬إذا كان هذا التفاعل ال يت ّم تلقائيّاً‪.‬‬ ‫الحفاز أن يؤدي إلى حدوث تفاعل‬ ‫ّ‬

‫إضاءة‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫ّ‬ ‫المحفزة على الصناعة والتجارب المخبريّة فقط بل تتعداها‬ ‫ •ال تقتصر أهميّة المواد‬ ‫لتشمل األحياء على سطح األرض‪.‬‬ ‫حفازة‪ّ ،‬‬ ‫ •األنزيمات في جسم اإلنسان هي مواد ّ‬ ‫خاصة‪ ،‬فأنزيم األميالز‬ ‫لكل منها وظيفة حيويّة‬ ‫ّ‬ ‫في اللعاب وأنزيم الببسين في العصارة المعديّة وظيفتهما زيادة سرعة التفاعالت الحيويّة التي‬ ‫يتم من خاللها تحطيم جزيئات النشاء والبروتينات الكبيرة على الترتيب وتحويلها إلى جزيئات‬ ‫بسيطة أصغر منها‪ ،‬يمكن لخاليا الجسم امتصاصها بسهولة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫المحفزة بيولوجيّاً‪ ،‬كما في صناعة الخبز والجبن‬ ‫ •منذ أقدم العصور استخدم اإلنسان المواد‬ ‫ودباغة الجلود‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫الحفاز‪:‬‬ ‫تفسير آلية عمل‬ ‫يمكن تفسير آلية عمل ّ‬ ‫الكيميائي باالعتماد على نظريّة‬ ‫الحفاز (‪ )Catalyst‬وتأثيره على سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬

‫مركباً‬ ‫الحفاز بتفاعله مع إحدى المواد المتفاعلة ّ‬ ‫الحالة الوسطيّة (‪)Intermediate State‬؛ حيث ّ‬ ‫يشكل ّ‬ ‫ّ‬ ‫(معقداً نشطاً)‪ ،‬وهذا المركب يتفاعل بدوره مع المادة المتفاعلة األخرى‪ ،‬ليت ّم الحصول‬ ‫وسطيّاً غير ثابت‬ ‫في نهاية التفاعل على المواد الناتجة وعلى ّ‬ ‫الحفاز من جديد‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫المحفز الممثّل بالمعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫فمن أجل التفاعل‬ ‫‪AB‬‬

‫‪K‬‬

‫‪A + B‬‬

‫يمكن تفسير آلية عمل ّ‬ ‫الحفاز من خالل الخطوتين اآلتيتين‪:‬‬ ‫‪AK‬‬ ‫‪AB + K‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫(‪ )K‬هو رمز ّ‬ ‫الوسطي‪.‬‬ ‫الحفاز‪ ،‬و (‪ )AK‬رمز المركب‬ ‫ّ‬ ‫‪100‬‬

‫‪A + K‬‬ ‫‪AK + B‬‬

‫الحفاز في التّفاعل يساعد على ّ‬ ‫إن وجود ّ‬ ‫ّ‬ ‫تشكل مركبات وسطيّة جديدة‪ ،‬مثل (‪ )A ... K‬و(‪)AK ... B‬‬ ‫أقل من ّ‬ ‫بطاق ٍة ّ‬ ‫الوسطي (‪ )A ... B‬بغياب الوسيط (‪ .)K‬وهذا يعني ّ‬ ‫أن‬ ‫الطاقة الالزمة لتشـكيل المركب‬ ‫ّ‬

‫‪3‬‬

‫ّ‬ ‫الحفاز يجعل التفاعل يسلك طريقاً جديدة‪ ،‬طاقة تنشيطها أخفض من طاقة التنشيط التي يتطلّبها التفاعل‬ ‫بغياب ّ‬ ‫الحفاز؛ ومعظم التصادمات بين الجزيئات الداخلة في التّفاعل ستكون تصادمات فعّالة عبر الطريق‬ ‫الجديدة‪ ،‬األمر الذي يؤدي في النهاية إلى تسريع التّفاعل‪.‬‬

‫ •بعض التّفاعالت الكيميائية تسير ببط ٍء شديد في المرحلة األولى‪ ،‬ث ّم تزداد سرعتها بشكل ملحوظ‬ ‫عند بدء ّ‬ ‫الذاتي (‪)Autocatalysis‬؛ حيث تعمل‬ ‫ُفسر بالتحفيز‬ ‫تشكل نواتج التّفاعل النهائيّة‪ ،‬وهذا ما ي ّ‬ ‫ّ‬ ‫الحمّاض (‪ )H2C2O4‬ببرمنغنات البوتاسيوم (‪ )KMnO4‬في وسط حمضي‪ ،‬ويُعبّر عنه بالمعادلة‬ ‫األيونية اآلتية‪:‬‬ ‫‪2 Mn 2+ + 10 CO2 + 8 H2O‬‬

‫‪2 MnO4 + 5 C2O 2-4 + 16 H +‬‬

‫ّ‬ ‫المحفز للتفاعل‪.‬‬ ‫وهنا تلعب أيونات المنغنيز الثنائي (‪ )Mn 2+‬دور‬

‫الوسيط‪ :‬مادة تغيّر من سرعة التفاعل الكيميائي ولكنها ال تتغير عند انتهاء هذا التفاعل‪.‬‬ ‫ •الوسيط الذي يدخل في التفاعل قد يتغير تركيبه أو تركيزه في أثناء التفاعل‪ ،‬ولكنه يتع ّدل تلقائياً‬ ‫بحيث يبقى كما هو عند نهاية التفاعل‪.‬‬ ‫ •ليس بإمكان الوسيط أن يؤدي إلى حدوث تفاعل إذا كان هذا التفاعل غير ممكن بغياب‬ ‫الوسيط‪.‬‬ ‫ •يقتصر دور الوسيط على زيادة سرعة التفاعل القابل للحدوث وبالتالي ّ‬ ‫يخفض من طاقة‬ ‫التنشيط‪.‬‬ ‫ •إضافة إلى المواد المساعدة التي تزيد من سرعة التفاعل والتي تسمى َّ‬ ‫الحفازات‪ ،‬هناك مواد‬ ‫وسيطة أخرى تنقص من سرعة التفاعل تدعى مثبِّطات‪.‬‬ ‫‪ -4‬السرعة في التفاعالت غير المتجانسة‪:‬‬ ‫يسأل المدرس طالبه‪:‬‬ ‫ ‪-‬لماذا تصدأ برادة الحديد في الهواء الرطب بسرعة أكبر من سرعة تص ُّدؤ قطعة الحديد المماثلة لها‬ ‫في الكتلة؟‬ ‫‪101‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫ّ‬ ‫كمحفز؛ فتسرع هذا التّفاعل‪ .‬ومثال ذلك تفاعل أكسدة حمض‬ ‫إحدى الموا ّد الناتجة خالل سير التّفاعل‬

‫‪3‬‬

‫ ‪-‬لماذا يحترق مسحوق الفحم في الهواء بسرعة أكبر من سرعة احتراق قطعة الفحم المماثلة له في‬ ‫الكتلة؟‬ ‫نميّز بين نوعين من التفاعالت‪:‬‬ ‫‪ )1‬التفاعالت المتجانسة‪ :‬تفاعالت تكون فيها المواد المتفاعلة والمواد الناتجة عن التفاعل في حالة طور‬ ‫واحد من حاالت المادة‪.‬‬ ‫)‪(g‬‬

‫‪2HC‬‬

‫)‪2 (g‬‬

‫‪H2 (g) + C‬‬

‫(في هذه التفاعالت‪ :‬سرعة التفاعل تعتمد على تراكيز المواد المتفاعلة‪ ،‬ونفسر زيادة السرعة مع‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫زيادة التركيز بزيادة عدد التصادمات الفعّالة)‪.‬‬ ‫‪ )2‬التفاعالت غير المتجانسة‪ :‬تفاعالت يكون فيها وسط التفاعل غير متجانس‪ ،‬أي يشمل أكثر من حالة‪.‬‬ ‫)‪+ H2 (g‬‬

‫)‪2 (aq‬‬

‫‪ZnC‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪Zn (s) + 2HC‬‬

‫(في هذه التفاعالت تعتمد سرعة التفاعل على مساحة سطح التماس بين المواد المتفاعلة حيث تزداد‬ ‫سرعة التفاعل بازدياد مساحة السطح المعرّ ض للتفاعل)‪.‬‬ ‫لذلك تصدأ برادة الحديد في الهواء الرطب بسرعة أكبر ممّا لو كانت قطعة حديد مماثلة لها بالكتلة‪،‬‬ ‫ويحترق مسحوق الفحم في الهواء بسرعة أكبر من احتراق قطعة الفحم المماثلة له بالكتلة‪.‬‬

‫‪102‬‬

‫‪3‬‬

‫حل م�سائل الوحدة الثالثة‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬ضع إشارة صح ( ) أو غلط )×( أمام العبارات اآلتية‪ ،‬وصحّ ح المغلوطة منها‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫المعقد النشط وطاقة المواد الناتجة عن التفاعل‪.‬‬ ‫(×) طاقة التّنشيط ‪ Ea‬تمثّل الفرق بين طاقة‬ ‫ّ‬ ‫المركب النشط وطاقة المواد الداخلة في‬ ‫التصحيح‪ :‬طاقة التّنشيط ‪ Ea‬تمثّل الفرق بين طاقة‬ ‫التفاعل‪.‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫الكيميائي ذي طاقة التنشيط المرتفعة بازدياد درجة الحرارة‪.‬‬ ‫( ) تزداد سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫( ) ّ‬ ‫الكيميائي‪ ،‬ويخرج في نهاية التفاعل كما دخل‪.‬‬ ‫الحفاز يسرّ ع التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫ثانياً‪ :‬اختر اإلجابة الصحيحة ٍ‬ ‫‪ -1‬من أجل التفاعل األولي‪:‬‬ ‫)‪ (g‬نواتج‬

‫)‪2A (g) + B (g‬‬

‫إذا ازداد تركيز المادة ‪ A‬مرتين وانخفض تركيز المادة ‪ B‬مرتين ّ‬ ‫فإن سرعة هذا التفاعل‪:‬‬ ‫أ) تزداد مرتين‬

‫ب) تزداد أربع مرات‬

‫ج) تقل مرتين‬

‫د) ال تتأثر‬

‫الجواب‪ :‬أ) تزداد مرتين‬ ‫‪ -2‬إذا تضاعف حجم الوعاء الذي يحدث فيه التفاعل األولي‪:‬‬ ‫)‪ (g‬نواتج‬

‫)‪2A (g‬‬

‫ّ‬ ‫فإن سرعة هذا التفاعل‪:‬‬ ‫أ) تزداد مرتين‬

‫ب) تقل مرتين‬

‫ج) تقل أربع مرات‬

‫د) تزداد أربع مرات‬

‫الجواب‪ :‬ج) تقل أربع مرات‬ ‫َ‬ ‫الغازيْن المثاليين ‪ A‬و‪ B‬في وعاء مغلق‪:‬‬ ‫‪ -3‬يحدث التفاعل األولي بين جزيئات‬ ‫نواتج‬

‫‪220 °C‬‬

‫)‪A (g) + 2B (g‬‬ ‫‪103‬‬

‫‪3‬‬

‫فإذا تضاعف الضغط على الوعاء ّ‬ ‫فإن سرعة هذا التفاعل‪:‬‬ ‫أ) تزداد أربع مرات‬

‫ب) تقل ثماني مرات‬

‫ج) تقل أربع مرات‬

‫د) تزداد ثماني مرات‬

‫الجواب‪ :‬د) تزداد ثماني مرات‬ ‫ثالثاً‪ :‬أعط تفسيراً علميّاً لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫كيميائي وليس جميعها‪.‬‬ ‫‪ -1‬بعض التصادمات ينتج عنها تفاعل‬ ‫ّ‬ ‫الجواب‪ :‬ألن بعض التصادمات فعالة وبعضها غير فعال‪ ،‬وال يحدث التفاعل الكيميائي إال إذا تصادمت‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫جزيئات ‪ -‬أو أيونات أو ذرات ‪ -‬المواد المتفاعلة تصادماً‬ ‫ً‬ ‫فعاال‪.‬‬ ‫الكيميائي بازدياد درجة الحرارة‪.‬‬ ‫‪ -2‬تزداد سرعة التفاعل‬ ‫ّ‬ ‫الجواب‪ :‬ألنه عند رفع درجة الحرارة يزداد عدد التصادمات بين جزيئات المواد المتفاعلة نتيجة زيادة سرعة‬ ‫حركتها‪ ،‬كما يزداد عدد الجزيئات التي لها طاقة حركية أكبر أو تساوي طاقة التنشيط‪ ،‬وبالتالي يزداد عدد‬ ‫التصادمات الفعّالة‪ ،‬وهذا يؤدي إلى زيادة سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫‪ -3‬مسحوق الفحم يحترق بالهواء بسرعة أكبر من احتراق قطعة من الفحم لها الكتلة ذاتها‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬ألن سطح التماس بين مسحوق الفحم وأكسجين الهواء أكبر بكثير من سطح التماس بين قطعة الفحم‬ ‫وأكسجين الهواء‪.‬‬ ‫رابعاً‪ :‬حل المسائل اآلتية‪:‬‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬ ‫في درجة حرارة معيّنة بلغت سرعة تف ّكك (‪ 1.4 × 10-3 mo .l-1.s-1 )NO2‬وفقاً للمعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫)‪2NO (g) + O2 (g‬‬

‫)‪2NO2 (g‬‬

‫عند تركيز ‪ ،[NO2] = 0.5 mo .l-1‬فإذا علمت ّ‬ ‫أن هذا التفاعل أولي‪ ،‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪ )1‬اكتب قانون سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪V = k [NO]2‬‬ ‫‪ )2‬احسب القيمة العددية لقيمة ثابت سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪= 5.6 × 10-3 mo .l-1.s-1‬‬ ‫‪104‬‬

‫‪1.4 × 10-3‬‬ ‫‪2‬‬

‫)‪(0.5‬‬

‫=‬

‫‪V‬‬ ‫‪2‬‬

‫]‪[NO2‬‬

‫=‪k‬‬

‫‪ )3‬احســــب قيمة ســــرعة التفــ ّكك عندمـــا يصبح ‪ [NO2] = 0.25 mo .l-1‬وكـــذلك عندمــا يصـبح‬

‫‪3‬‬

‫‪( [NO2] = 0.125 mo .l-1‬افترض ّ‬ ‫أن درجة الحرارة بقيت ثابتة خالل التف ّكك)‪ .‬ماذا تستنتج؟‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬من أجل ‪[NO2] = 0.25 mo .l-1‬‬ ‫‪V ' = k [NO]2 = (5.6 × 10-3) (0.25)2 = 3.5 × 10-4 mo .l-1.s-1‬‬ ‫ثانياً‪ :‬من أجل ‪[NO ] = 0.125 mo .l-1‬‬ ‫‪2‬‬

‫مرّ ات‪.‬‬ ‫المسألة الثانية‪:‬‬ ‫نمزج ‪ (500) ml‬من محلول مادة ‪ A‬تركيزه ‪ (0.2) mo .l-1‬مع ‪ (500) ml‬من محلول مادة ‪ B‬تركيزه‬ ‫‪ (0.2) mo .l-1‬فيحدث التفاعل اآلتي وفق مرحلة واحدة في درجة حرارة مناسبة‪:‬‬ ‫‪A + 2B‬‬

‫‪C + 2D‬‬

‫‪ - 1‬احسب قيمة السرعة عند بدء التفاعل إذا علمت أن ثابت سرعة التفاعل ‪. 5 × 10-2‬‬ ‫الحل‪ :‬عندما يصبح حجم المحلول مثلي ما كان عليه يصبح التركيز نصف ما كان عليه‬ ‫‪[A] = [B] = 0.1 mol.l-1‬‬ ‫سرعة التفاعل االبتدائية‪:‬‬ ‫‪V0 = k [A].[B]2‬‬ ‫‪V0 = 5 × 10-2 (0.1).(0.1)2‬‬ ‫‪V0 = 5 × 10-5 mol.l-1.s-1‬‬ ‫‪ - 2‬احسب تركيز المادة ‪ C‬وسرعة التفاعل بعد زمن يصبح فيه ‪.[D] = 0.04 mo .l-1‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪2B‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.1‬‬

‫‪2x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪0.1 – 2 x‬‬

‫‪2D‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪A‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫التراكيز االبتدائية (‪)mol.l-1‬‬

‫‪ 0.1 – x‬التراكيز بعد زمن معين (‪)mol.l-1‬‬

‫‪[D] = 2x = 0.04 mol.l-1‬‬ ‫‪[C] = x = 0.02 mol.l-1‬‬ ‫‪105‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫‪V '' = k [NO]2 = (5.6 × 10-3) (0.125)2 = 8.75 × 10-5 mo .l-1.s-1‬‬ ‫االستنتاج‪ :‬كلّما انخفض تركيز غاز ثنائي أكسيد النتروجين إلى النصف قلّت سرعة التفاعل أربع‬

‫‪3‬‬

‫تصبح التراكيز الجديدة‪:‬‬ ‫‪[A] = 0.08 mol.l-1‬‬ ‫‪[B] = 0.06 mol.l-1‬‬ ‫سرعة التفاعل الجديدة‪:‬‬ ‫‪V' = k[A]'.[B]' 2‬‬ ‫‪V' = 5×10-2×0.08×(0.06)2 = 1.44 × 10-5 mol.l-1.s-1‬‬ ‫المسألة الثالثة‪:‬‬

‫الحركية الكيميائية‬

‫يحدث التفاعل األولي بين ‪ A‬و‪ B‬وفق المعادلة‪:‬‬ ‫)‪A (g) + 2B (g‬‬

‫)‪2C (g‬‬

‫فإذا كانت التراكيز االبتدائية‪[B] = 0.5 mo .l-1 ، [A] = 0.3 mo .l-1 :‬‬ ‫وثابت سرعة هذا التفاعل (‪ ،)0.4‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪ -1‬احسب سرعة التفاعل االبتدائية‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫سرعة التفاعل االبتدائية‪:‬‬ ‫‪V0 = k [A].[B]2‬‬ ‫‪V0 = 0.4 (0.3).(0.5)2‬‬ ‫‪V0 = 3 × 10-2 mol.l-1.s -1‬‬ ‫‪ -2‬احسب سرعة التفاعل بعد زمن ينقص فيه تركيز ‪ A‬بمقدار ‪. (0.1) mo .l-1‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪2C‬‬

‫‪2B‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.5‬‬

‫‪2x‬‬

‫‪0.5 – 2 x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪A‬‬ ‫‪0.3‬‬

‫التراكيز االبتدائية (‪)mol.l-1‬‬

‫‪ 0.3 – x‬التراكيز بعد زمن معين (‪)mol.l-1‬‬

‫بعد زمن ينقص فيه ]‪ [A‬بمقدار ‪ ،0.1 mol.l-1‬ينقص فيه ]‪ [B‬بمقدار ‪ ،0.2 mol.l-1‬تصبح التراكيز‬ ‫الجديدة‪:‬‬ ‫‪[A]' = 0.3 - 0.1= 0.2 mol.l-1‬‬ ‫‪[B]' = 0.5 - 0.2 = 0.3 mol.l-1‬‬ ‫‪106‬‬

‫‪3‬‬

‫سرعة التفاعل بعد زمن ‪:‬‬ ‫‪V' = k [A]'.[B]'2‬‬ ‫‪V' = 0.4 × 0.2 × (0.3)2 = 7.2 × 10-3 mol.l-1.s -1‬‬

‫الحركية الكيميائية‬ ‫‪107‬‬

‫الوحدة الرابعة‬

‫التوازن الكيميائي‬ ‫‪Chemical Equilibrium‬‬

‫‪108‬‬

‫‪4‬‬

‫الوحدة الرابعة‪ :‬التوازن الكيميائي‬ ‫مخطط الوحدة‪:‬‬ ‫الوحدة‬

‫دروس الوحدة‬

‫عدد الحصص‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫‪6‬‬

‫األهداف العا ّمة للوحدة‪:‬‬ ‫ •يتعرّ ف مفهوم التوازن الكيميائي‪.‬‬

‫ •يثمّن أهميّة التوازنات الكيميائيّة في حياتنا العمليّة‪.‬‬

‫األهداف التعلّمية للدرس‪:‬‬ ‫يميز بين التفاعالت العكوسة والتفاعالت غير العكوسة‪.‬‬ ‫ •يفهم طبيعة التوازن الكيميائي‪.‬‬ ‫ •يستنتج عبارة ثابت التوازن ‪.KC‬‬ ‫ •يعبّر عن ثابت التوازن في التفاعالت الغازية بداللة الضغوط الجزئية ‪.KP‬‬ ‫ •يبيّن أهمية معرفة قيمة ثابت التوازن‪.‬‬ ‫ •يبيّن تأثير كل من (الضغط ـ درجة الحرارة ـ التركيز) على حالة التوازن (قاعدة لوشاتولييه)‪.‬‬ ‫ • ّ‬ ‫يوضح أهمية التوازن في الطبيعة وتأثيره في حياتنا على سطح األرض‪.‬‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ •حالة التوازن‪.‬‬ ‫ •التفاعالت العكوسة‪.‬‬ ‫ •التوازن الكيميائي‪.‬‬ ‫ •قانون فعل الكتلة‪.‬‬ ‫ •ثابت التوازن‪.‬‬ ‫ •مبدأ لوشاتولييه‪.‬‬ ‫‪109‬‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫ •يتعرّ ف ثابت التوازن الكيميائي‪.‬‬

‫‪4‬‬

‫توازن الجملة (‪:)2H ، 2I ،IH‬‬ ‫تأم��ل التفاعل الذي يحدث بين غاز الـ ‪ H2‬وبخار ‪ I2‬في وعاء‬ ‫محكم اإلغالق عند درجة حرارة مرتفعة‪ .‬يمكن متابعة سرعة‬ ‫التفاعل بمراقبة السرعة التي تخف عندها حدة اللون البنفسجي‬ ‫لبخ��ار اليود ‪ ،‬كما ه��و مبين في الش��كل‪ .‬إذا وجد غاز الـ ‪H2‬‬ ‫العديم اللون بكمية فائضة‪ ،‬فيمكننا أن نتوقع اس��تمرار التفاعل‬ ‫حت��ى اس��تهالك كل اليود ‪ ،I2‬وانخفاض ح ّدة اللون البنفس��جي‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫ف��ي األنبوب حت��ى يتفاعــل اليود بش��ــكل ت��ام‪ .‬عندئ ٍذ تصبح‬ ‫محتوي��ات األنبوب عديمة اللون‪ ،‬ألن ً‬ ‫كال من ‪ HI‬وفائض ‪H‬‬ ‫‪2‬‬

‫عديم اللون‪.‬‬ ‫في الواقع تخف حدة اللون‪ ،‬ولكنه ال يختفي تماماً‪ ،‬ألن‬ ‫التفاعل انعكاسي‪ .‬ذلك أن يوديد الهدروجين يتفكك ليعيد‬ ‫تكوين الهدروجين واليود‪ .‬فتزداد سرعة هذا التفاعل العكسي‬ ‫مع ازدياد تركيز يوديد الهدروجين‪ .‬تطابقاً مع هذه الزيادة‪،‬‬ ‫تنخفض سرعة التفاعل األمامي‪ .‬عندما تصبح سرعتا التفاعلين المتعاكسين متساويتين يتحقق االتزان‪.‬‬ ‫ويشير اللون الثابت إلى وجود اتزان بين الهدروجين واليود ويوديد الهدروجين‪ .‬المعادلة الكيميائية لنظام‬ ‫التفاعل عند االتزان هي اآلتية‪:‬‬ ‫)‪H2 (g) + I2 (g‬‬

‫)‪2HI (g‬‬

‫انطالقاً من هذه المعادلة الكيميائية‪ ،‬يمكن كتابة تعبير ثابت االتزان‪ ،‬كما يلي‪:‬‬ ‫‪[HI]2‬‬ ‫]‪[H2] [I2‬‬

‫=‪K‬‬

‫حيث يعلو األس ‪ 2‬تركيز ‪ ، HI‬ألن معامل الـ ‪ HI‬في المعادلة الكيميائية الموزونة هو ‪.2‬‬ ‫قاس الكيميائيون بدقة تراكيز ‪ HI ،I2 ،H2‬في خليط االتزان‪ ،‬عند درجات حرارة متعددة‪ .‬في بعض‬ ‫التجارب‪ ،‬مثلت األوعية الزجاجية بيوديد الهدروجين تحت ضغط معلوم‪ ،‬وحفظت عند درجة حرارة‬ ‫ثابتة‪ ،‬حتى الوصول إلى االتزان‪ .‬في تجارب أخرى‪ ،‬كان الهدروجين واليود هما المادتان المتفاعلتان‬ ‫األصليتان‪ .‬يظهر الجدول ‪ 1-7‬البيانات العملية مجتمعة مع القيم المحسوبة للثابت ‪ .K‬تبدأ التجربتان ‪3‬‬ ‫و‪ 4‬مع الهدروجين واليود‪ .‬الحظ التقارب بين القيم الرقمية لثابت االتزان في كل الحاالت‪.‬‬ ‫‪110‬‬

‫عند درجة ‪ ،425 °C‬يبلغ متوسط قيمة ثابت االتزان لنظام تفاعل االتزان هذا‪ .54.34 ،‬هذه القيمة لـ‬

‫‪4‬‬

‫‪ K‬ثابتة ألي نظام من ‪ ، HI ،I2 ،H2‬في حالة االتزان عند درجة الحرارة المذكورة‪ .‬إذا اخلتلفت نتيجة‬ ‫حساب ‪ ،K‬فيجب أن يكون هناك سبب لذلك‪ .‬فإما أن نظام ‪ HI ،I2 ،H2‬لم يصل إلى االتزان‪ ،‬وإما درجة‬ ‫حرارة النظام ليست ‪. 425 °C‬‬ ‫المعادلة الكيميائية الموزونة لنظام اتزان ضرورية لكتابة تعبير ثابت االتزان‪ .‬تبين البيانات في الجدول‬ ‫‪ 1-7‬أن صحة هذا التعبير تتأكد عندما يتم تحديد القيم الفعلية لتراكيز االتزان للمتفاعالت وللنواتج عملياً‪.‬‬ ‫تحسب قيم ‪ K‬من هذه التراكيز‪ ،‬وال يتطلب ذلك أي معلومات تتعلق بحركية النظام المتفاعل‪.‬‬ ‫حالما تصبح قيمة ثابت االتزان معروفة‪ ،‬يمكن استخدام تعبير ثابت االتزان لحساب تراكيز المتفاعالت‬ ‫لكل من ‪ H2‬و ‪ . I2‬إليجاد تركيز ‪ HI‬في هذا النظام‪ ،‬أعد تنظيم تعبير ثابت االتزان‪ ،‬كما هو مبين في‬ ‫المعادالت اآلتية‪:‬‬ ‫‪[HI]2‬‬ ‫=‪K‬‬ ‫]‪[H2] [I2‬‬ ‫‪[HI] = 0.015 × 0.015 × 54.34‬‬ ‫باستخدام قيمة ‪ K‬المعروفة وتركيزي ‪ H2‬و ‪ I2‬المعطيين‪ ،‬حُ َّل معادلة ]‪: [HI‬‬ ‫‪[HI] = 0.015 × 0.015 × 54.34‬‬ ‫‪[HI] = 0.11 mol.l-1‬‬ ‫التجربة‬

‫]‪[H2‬‬

‫]‪[I2‬‬

‫]‪[HI‬‬

‫‪[HI]2‬‬ ‫=‪K‬‬ ‫]‪[H2] [I2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0.4953 × 10-3‬‬

‫‪0.4953 × 10-3‬‬

‫‪3.655 × 10-3‬‬

‫‪54.46‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1.141 × 10-3‬‬

‫‪1.141 × 10-3‬‬

‫‪8.410 × 10-3‬‬

‫‪54.33‬‬

‫‪3‬‬

‫‪3.560 × 10-3‬‬

‫‪1.250 × 10-3‬‬

‫‪15.59 × 10-3‬‬

‫‪54.62‬‬

‫‪4‬‬

‫‪2.252 × 10-3‬‬

‫‪2.336 × 10-3‬‬

‫‪16.85 × 10-3‬‬

‫‪53.97‬‬ ‫‪111‬‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫أو النواتج عند االتزان‪ .‬لنفرض أن نظام اتزان عند درجة حرارة ‪ 425 °C‬يحتوي على ‪0.015 mol.l-1‬‬

‫‪4‬‬

‫مسألة نموذجية‪:‬‬ ‫خليط غازي متوازن مك ّون من (‪ )NO ، O2 ، N2‬عند درجة حرارة ‪ ،1500 K‬يحتوي على‪:‬‬ ‫‪1.1 × 10-3 mol.l-1 = NO ، 1.7 × 10-3 mol.l-1 = O2 ، 6.4 × 10-3 mol.l-1 = N2‬‬ ‫ما قيمة ثابت التوازن للتفاعل‪:‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪2NO‬‬

‫)‪+ O2 (g‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪N2‬‬

‫عند درجة الحرارة‬

‫المذكورة؟‬ ‫الحل‪:‬‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫‪1‬‬

‫حلّل‬

‫‪2‬‬

‫ّ‬ ‫خطط‬

‫‪3‬‬

‫احسب‬ ‫ْ‬

‫‪4‬‬

‫ق ِّي ْم‬

‫المعطى‪6.4 × 10-3 mol.l-1 = N2 :‬‬ ‫‪1.7 × 10-3 mol.l-1 = O2‬‬ ‫‪1.1 × 10-3 mol.l-1 = NO‬‬ ‫المجهول‪K :‬‬

‫المعادلة الكيميائية الموزونة هي‪2NO (g) :‬‬

‫)‪N2 (g) + O2 (g‬‬

‫عالقة ثابت التوازن هي‪:‬‬ ‫‪[NO]2‬‬ ‫=‪K‬‬ ‫]‪[N2] [O2‬‬ ‫استبدل بالتراكيز قيمها المعطاة في عالقة ثابت التوازن‪:‬‬ ‫‪(1.1 × 10-5)2‬‬ ‫‪= 1.1 × 10-5‬‬ ‫=‪K‬‬ ‫)‪(4.6 × 10-3) (1.7 × 10-3‬‬ ‫ُ‬ ‫قيمة ‪ K‬المحسوبة صغيرة‪ .‬وهذا ينسجم مع كميات ‪ N2‬و ‪ O2‬أكبر من كميات‬ ‫‪ NO‬المتوفرة عند التوازن‪.‬‬

‫‪112‬‬

‫‪4‬‬

‫حل م�سائل الوحدة الرابعة‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬اكتب قانون ثابت التوازن (‪ )KC‬و(‪ )KP‬لكل من التفاعالت اآلتية‪:‬‬ ‫‪CO2 (g) + 2H2O (g) )1‬‬

‫)‪CH4 (g) + 2O2 (g‬‬

‫الجواب‪:‬‬

‫‪4CO (g) + 8H2 (g) )2‬‬

‫‪4CH3- OH‬‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫)‪P 4(CO) × P 8(H2‬‬ ‫)‪Kp = P 4(CH - OH‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪)3‬‬

‫)‪2N2O5 (g‬‬

‫‪[CO]4[H2]8‬‬ ‫ ‪Kc = [CH - OH]4‬‬ ‫‪3‬‬

‫)‪4NO2 (g) + O2 (g‬‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫)‪P 2(N2O5‬‬ ‫) ‪Kp = P 4(NO ) × P(O‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪[N2O5]2‬‬ ‫ ] ‪Kc = [NO ]4[O‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬

‫ثانياً‪ :‬عندما يُمزج بخار الماء مع أول أكسيد الكربون في الدرجة (‪ )120 ˚ C‬يحصل التوازن‪:‬‬ ‫‪<0‬‬

‫)‪CO2 (g) + H2 (g‬‬

‫)‪CO (g) + H2O (g‬‬

‫أجب بكلمة (صح) أو (غلط) لكل من العبارات اآلتية‪:‬‬ ‫ ‬ ‫أ‪ .‬عند زيادة درجة الحرارة فإن التفاعل ينزاح في االتجاه العكسي‪.‬‬

‫(صح)‬

‫ ‬ ‫ب‪ .‬عند زيادة كمية (‪ )CO‬فإن التفاعل ينزاح في االتجاه المباشر‪.‬‬

‫(صح)‬

‫ ‬ ‫ج‪ .‬إذا ازداد الضغط فإن التفاعل ينزاح في االتجاه المباشر‪.‬‬

‫(غلط)‬

‫د‪ .‬إذا أُضيف الهدروجين ّ‬ ‫ ‬ ‫فإن التفاعل ينزاح في االتجاه العكسي‪.‬‬

‫(صح)‬

‫هـ‪ .‬إذا امتُص (‪ )CO2‬بوساطة محلول قلوي ّ‬ ‫فإن التفاعل ينزاح في االتجاه العكسي‪ .‬‬

‫(غلط)‬

‫و‪ .‬إذا أُضيف ّ‬ ‫ ‬ ‫(حفاز) إلى الجملة فإن التفاعل ينزاح في االتجاه العكسي‪.‬‬

‫(غلط)‬ ‫‪113‬‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫)‪P(CO2) × P 2(H2O‬‬ ‫) ‪Kp = P(CH ) × P 2(O‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪[CO2][H2O]2‬‬ ‫ ‪Kc = [CH ][O ]2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪4‬‬

‫ثالثاً‪ :‬في التفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫‪>0‬‬

‫)‪2 (g‬‬

‫‪+C‬‬

‫)‪3 (g‬‬

‫‪PC‬‬

‫)‪5 (g‬‬

‫‪PC‬‬

‫بيّن أثر‪:‬‬ ‫ ‬ ‫أ‪ .‬زيادة درجة الحرارة فقط‪.‬‬

‫د‪ .‬سحب (‪ )PC 3‬باستمرار‪.‬‬

‫ ‬ ‫ب‪ .‬إضافة كمية من (‪ )C 2‬فقط‪.‬‬

‫هـ‪ .‬إضافة مادة مساعدة ّ‬ ‫(حفاز)‪.‬‬

‫ج‪ .‬زيادة الضغط فقط‪.‬‬ ‫على‪ :‬حالة التوازن ‪ -‬قيمة ثابت التوازن‪.‬‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫الجواب‪:‬‬ ‫حالة التوازن‬

‫قيمة ثابت التوازن‬

‫العوامل المؤثرة‬ ‫زيادة درجة الحرارة فقط‪.‬‬

‫ينزاح التوازن في االتجاه المباشر (‪)1‬‬ ‫الماص للحرارة‪.‬‬

‫تزداد قيمته‬

‫إضافة كمية من ) ‪ (C 2‬فقط‪.‬‬

‫ينزاح في االتجاه العكسي (‪.)2‬‬

‫ال تتأثر‬

‫زيادة الضغط فقط‪.‬‬

‫ينزاح في االتجاه العكسي باتجاه عدد‬ ‫الموالت األقل‪.‬‬

‫ال تتأثر‬

‫سحب )‪ (PC 3‬باستمرار‪.‬‬

‫ينزاح في االتجاه المباشر‪.‬‬

‫ال تتأثر‬

‫إضافة مادة مساعدة ّ‬ ‫)حفاز(‪.‬‬

‫ال تتأثر (لكن يقل زمن الوصول إليها)‪.‬‬

‫ال تتأثر‬

‫رابعاً‪ :‬حل المسائل اآلتية‪:‬‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬ ‫وضع‬

‫وس ِّخن إلى درجة حرارة معينة‪ ،‬وعند التوازن‬ ‫(‪ )4‬من (‪ )PC 5‬في وعاء سعته ‪ُ )2( l‬‬

‫بقي في الوعاء‬

‫(‪ )3.6‬من (‪ ،)PC 5‬المطلوب‪:‬‬

‫احسب ثابت التوازن ‪ KC‬للتفاعل المتوازن اآلتي‪:‬‬ ‫‪>0‬‬

‫)‪2 (g‬‬

‫‪+C‬‬

‫)‪3 (g‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫التركيز االبتدائي‪:‬‬ ‫‪[PC 5] = 2 mol.l-1‬‬ ‫‪114‬‬

‫‪PC‬‬

‫)‪5 (g‬‬

‫‪PC‬‬

‫‪4‬‬

‫التراكيزعند التوازن‪:‬‬ ‫‪2 - x = 1.8‬‬

‫‪x = 0.2 mol.l-1‬‬

‫‪[PC 5] = 1.8 mol.l-1‬‬ ‫‪[C 2] = [PC 3] = 0.2 mol.l-1‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪C‬‬

‫‪+‬‬

‫‪3‬‬

‫‪PC‬‬

‫‪5‬‬

‫‪PC‬‬ ‫التراكيز االبتدائية (‪)mol.l-1‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪-x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪2-x‬‬

‫التراكيز عند التوازن‬

‫‪0.2‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪1.8‬‬

‫التراكيز عند التوازن‬

‫‪1‬‬ ‫)‪[PC 3] [C 2] (0.2) (0.2‬‬ ‫=‬ ‫‪= 45 = 0.022‬‬ ‫= ‪Kc‬‬ ‫‪1.8‬‬ ‫]‪[PC 5‬‬ ‫المسألة الثانية‪:‬‬ ‫يحدث التفاعل اآلتي في درجة حرارة معينة‪:‬‬ ‫)‪A (g) + B (g‬‬

‫)‪C (g) + D (g‬‬

‫وعند التوازن كان‪[B[0 :‬‬

‫إذا علمت أن نسبة التركيزين االبتدائيين‬ ‫أ) احسب ثابت التوازن ‪. KC‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪6‬‬

‫= )‪.]C](g‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫)‪D (g‬‬

‫)‪C (g‬‬

‫)‪B (g‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪B0‬‬

‫‪A0‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪B0 - x‬‬

‫‪A0 - x‬‬

‫‪B0‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪B0‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪B0‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪+‬‬

‫‪B0 2‬‬ ‫)‬ ‫‪6‬‬

‫(‬

‫‪B0‬‬ ‫‪B0‬‬ ‫‪B0 = 0.2‬‬ ‫‬‫ ‪) (B0‬‬‫)‬ ‫(‬ ‫‪3‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪+‬‬

‫‪B0 -‬‬

‫)‪A (g‬‬

‫‪B0‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪- 0‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪6‬‬

‫]‪[C] [D‬‬ ‫= ]‪Kc = [A] [B‬‬

‫‪115‬‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪4‬‬

‫ب) احسب النسبة المئوية المتفاعلة من المادة (‪.)A‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪= 50 %‬‬

‫‪B0‬‬ ‫‪6‬‬

‫× ‪100‬‬ ‫‪B0‬‬ ‫‪3‬‬

‫المسألة الثالثة‪:‬‬ ‫عند بلوغ التوازن في التفاعل اآلتي‪:‬‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫)‪N2 (g) + 3H2 (g‬‬

‫)‪2NH3 (g‬‬ ‫كانت التراكيز‪:‬‬

‫‪،‬‬

‫‪،‬‬

‫‪ )1‬احسب التراكيز االبتدائية لكل من النتروجين والهدروجين‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬

‫‪x=2‬‬

‫‪N2‬‬

‫‪2NH3‬‬

‫‪3H2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪C2‬‬

‫‪C1‬‬

‫‪2x‬‬

‫‪- 3x‬‬

‫‪-x‬‬

‫‪2x‬‬

‫‪C2 - 3x‬‬

‫‪C1 - x‬‬

‫التراكيز عند التوازن‬

‫‪4‬‬

‫‪9‬‬

‫‪3‬‬

‫التراكيز عند التوازن‬

‫‪2x = 4‬‬

‫‪،‬‬

‫‪C2 - 3x = 9‬‬

‫‪+‬‬

‫‪،‬‬

‫التراكيز االبتدائية‬

‫‪C1 - x = 3‬‬

‫‪C1 = [N2] = 5 mol.l-1‬‬ ‫‪C2 = [H2] = 15 mol.l-1‬‬ ‫‪ )2‬احسب ثابت توازن هذا التفاعل ‪. KC‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪(4)2‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪-3‬‬ ‫=‬ ‫‪3‬‬ ‫)‪(3) (9‬‬ ‫‪2187 = 7.3 × 10‬‬ ‫‪116‬‬

‫‪[NH3] 2‬‬ ‫= ‪Kc = [N ] [H ] 3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪4‬‬

‫‪ )3‬اقترح أربع طرائق تؤدي إلى زيادة كمية النشادر الناتجة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫ •زيادة ]‪.[N2‬‬ ‫ •زيادة ]‪.[H2‬‬ ‫ •سحب ‪ NH3‬من وعاء التفاعل‪.‬‬ ‫ •زيادة الضغط‪.‬‬ ‫المسألة الرابعة‪:‬‬ ‫)‪2C (g) + D (g‬‬

‫باعتبار التراكيز االبتدائية للمواد‪:‬‬ ‫ ‬

‫ ‬ ‫وقد بلغ تركيز ]‪ [C‬عند التوازن‬

‫(‪ .)0.6‬احسب ثابت التوازن ‪. KC‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪2C‬‬

‫‪B‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1.5‬‬

‫‪x‬‬

‫‪2x‬‬

‫‪-x‬‬

‫‪- 2x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪2x‬‬

‫‪2-x‬‬

‫‪1.5 - 2x‬‬

‫‪0.3‬‬

‫‪0.6‬‬

‫‪1.7‬‬

‫‪0.9‬‬

‫‪D‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2A‬‬ ‫التراكيز االبتدائية‬

‫التراكيز عند التوازن‬

‫)‪[C]2 [D] (0.6)2 (0.3‬‬ ‫‪Kc = [A]2 [B] = (0.9)2 (1.7) = 0.078‬‬ ‫المسألة الخامسة‪:‬‬ ‫مـزج‬

‫(‪ )2‬مـن (‪ )SO2‬مع‬

‫(‪ )2‬من (‪ )NO2‬في وعاء حجمه ‪ )4) l‬وســخن إلى درجة‬

‫الحرارة (‪ .)250 ˚C‬احسب تراكيز الغازات عند التوازن في التفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫)‪SO3 (g) + NO (g‬‬

‫)‪SO2 (g) + NO2 (g‬‬

‫علماً أن‪KC = 0.25 :‬‬ ‫‪117‬‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫لدينا التفاعل اآلتي‪:‬‬

‫)‪2A (g) + B (g‬‬

‫‪4‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫التراكيز االبتدائية‪:‬‬

‫‪NO‬‬

‫‪2‬‬ ‫= ]‪[SO2] = [NO2‬‬ ‫‪= 0.5 mol.l-1‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪SO3‬‬

‫‪NO2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.5‬‬

‫‪0.5‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪-x‬‬

‫‪-x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪0.5 - x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪SO2‬‬ ‫التراكيز االبتدائية ( ‪) mo .l–1‬‬

‫‪ 0.5 - x‬التراكيز عند التوازن‬

‫التوازن الكيميائي‬

‫]‪[SO3] [NO‬‬ ‫] ‪Kc = [SO ] [NO‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪(x)2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪= (0.5 - x)2‬‬ ‫‪4‬‬

‫بجذر الطرفين‪:‬‬

‫)‪(x‬‬ ‫)‪(0.5 - x‬‬

‫التراكيز عند التوازن‪:‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪mo .l–1‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪2‬‬ ‫=‪x‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪mo .l–1‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‬‫=‬ ‫=‬ ‫‪mo .l–1‬‬ ‫= ]‪[SO2] = [NO2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪3‬‬ ‫= ]‪[SO3] = [NO‬‬

‫‪118‬‬

‫الوحدة اخلام�سة‬

‫الكيمياء التحليل ّية‬ ‫‪Analytical Chemistry‬‬

‫‪119‬‬

‫‪5‬‬

‫الوحدة اخلام�سة‪ :‬الكيمياء التحليلية‬ ‫مخطط الوحدة‪:‬‬ ‫الوحدة‬ ‫الكيمياءالتحليلية‬

‫دروس الوحدة‬ ‫‪1 .1‬الحموض واألسس‬ ‫‪2 .2‬المحاليل المائية لألمالح‬ ‫‪3 .3‬المعايرة‬

‫األهداف العا ّمة للوحدة‪:‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫ •يتعرّ ف تفاعل حمض ‪ -‬أساس‪.‬‬ ‫ •يتعرّ ف ‪ pH‬المحاليل‪.‬‬ ‫ •يتعرّ ف خاصيات المحاليل المائية لألمالح‪.‬‬ ‫ •يتعرّ ف المعايرة‪.‬‬

‫‪120‬‬

‫عدد الحصص‬ ‫‪12‬‬

‫‪5‬‬

‫الدر�س الأول‬

‫احلمو�ض والأ�س�س‬ ‫األهداف التعلّمية للدرس‪:‬‬ ‫ •يعرِّ ف الحمض واألساس بحسب النظريات الحديثة‪.‬‬ ‫ •يعرِّ ف التفاعل )حمض – أساس)‪.‬‬

‫ •يميّز بين تأين الحمض القوي والحمض الضعيف‪.‬‬ ‫ •يحسب ثابت تأين الحمض الضعيف‪ Ka‬وثابت تأين األساس الضعيف‪.Kb‬‬ ‫ •يحسب ‪ pH‬محلول‪.‬‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ •تفاعل )حمض ‪ -‬أساس(‪.‬‬ ‫ •المحاليل المنظمة‪.‬‬ ‫ •حمض مرافق ‪ -‬أساس مرافق‪.‬‬ ‫ •قوة الحمض واألساس‪.‬‬ ‫ •ثابت تأين الحموض الضعيفة واألسس الضعيفة‪.‬‬ ‫ •‪. pH‬‬

‫االستراتيجيات المتبعة في الدرس‪:‬‬ ‫العصف الذهني ‪ ،‬الحوار والمناقشة‪ ،‬العمل المخبري‪ ،‬االستكشاف واالستقصاء‪ ،‬العمل التعاوني‪.‬‬

‫‪121‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫ •يتعرَّ ف األزواج المترافقة حمض – أساس‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫حل الأن�شطة والتدريبات‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬ضع إشارة صح ( ) أو غلط (×) أمام العبارات اآلتية‪ ،‬وصحّ ح المغلوطة منها‪:‬‬ ‫(×) ُتقاس ق ّوة األساس حسب نظرية برونشتد ـ لوري بسهولة منح بروتون أو أكثر‪.‬‬ ‫التصحيح‪ :‬تُقاس ق ّوة األساس حسب نظرية برونشتد ـ لوري بسهولة استقبال بروتون أو أكثر‪.‬‬ ‫(×) األساس المرافق لحمض قوي هو أساس قويّ ‪.‬‬ ‫التصحيح‪ :‬األساس المرافق لحمض قوي هو أساس ضعيف‪.‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫( ) حمـــض النـمــــل ‪ )Ka=1.8×10 –4( HCOOH‬أقـــوى نســبيّاً مــن حمــض ســـيانيد‬ ‫الهـــدروجــيــن ‪.)Ka=6.2×10 –10( HCN‬‬ ‫ثانياً‪ :‬اختر اإلجابة الصحيحة لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫المركب المذبذب الذي يمكن أن يؤدي دور الحمض واألساس في آن واحد هو‪:‬‬ ‫‪-1‬‬ ‫أ) ‪NH3‬‬

‫ب) ‪H2O‬‬

‫جـ) ‪HCN‬‬

‫د) ‪BC 3‬‬

‫الجواب‪ :‬ب) ‪H2O‬‬ ‫المائي الذي له أكبر قيمة ‪ pH‬من بين المحاليل اآلتية المتساوية التركيز هو محلول‪:‬‬ ‫‪ -2‬المحلول‬ ‫ّ‬ ‫أ) ‪NaOH‬‬

‫ب) ‪NH4OH‬‬

‫جـ) ‪HC‬‬

‫د) ‪CH3COOH‬‬

‫الجواب‪ :‬أ) ‪NaOH‬‬ ‫‪ّ -3‬‬ ‫األساسي (القلويّ ) ما عدا‪:‬‬ ‫كل ما يأتي ينطبق على المحلول‬ ‫ّ‬ ‫أ) ]– ‪[H3O +] < [OH‬‬

‫ب) ‪pH > 7‬‬

‫جـ) ‪[OH –] < 10 –7 mo .l –1‬‬

‫د) ‪[H3O +] < 10 –7 mo .l –1‬‬

‫الجواب‪ :‬جـ) ‪[OH –] < 10 –7 mo .l –1‬‬ ‫‪ -4‬عند تمديد محلول حمض اآلزوت ذي التركيز ‪ (0.1) mo .l –1‬مئة مرّ ة تصبح قيمة ‪pH‬‬ ‫المحلول‪:‬‬ ‫أ) ‪1‬‬ ‫الجواب‪ :‬جـ) ‪3‬‬ ‫‪122‬‬

‫ب) ‪2‬‬

‫جـ) ‪3‬‬

‫د) ‪4‬‬

‫‪5‬‬

‫ثالثاً‪ :‬أجب عن السؤالين اآلتيين‪:‬‬ ‫أ) ح ّدد األزواج المترافقة في التفاعلين اآلتيين حسب نظرية برونشتد‪ -‬لوري‪:‬‬ ‫‪HSO4 – + H2O‬‬

‫– ‪H3O + + SO42‬‬

‫الجواب‪( SO42 – :‬أساس مرافق)‪( HSO4 – /‬حمض) & ‪ ( H2O‬أساس)‪( H3O + /‬حمض مرافق)‪.‬‬ ‫‪NH3 + H2O‬‬

‫– ‪NH4 + + OH‬‬

‫الجواب‪( NH3 :‬أساس)‪( NH4 + /‬حمض مرافق) & – ‪( OH‬أساس مرافق) ‪ ( H2O /‬حمض)‪.‬‬ ‫ب) ح ّدد كلاّ ً من حمض لويس وأساس لويس في التفاعلين اآلتيين‪:‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪H3N - BC‬‬

‫‪3‬‬

‫‪:NH3 + BC‬‬

‫الجواب‪ Fe 2+ :‬هو حمض لويس و‪ H2O‬هو أساس لويس‪.‬‬ ‫رابعاً‪ّ :‬‬ ‫حل المسائل اآلتية‪:‬‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫االبتدائي ‪ّ Ca = 0.1 mo .l –1‬‬ ‫الخل ‪ Ka‬إذا علمت ّ‬ ‫وأن‬ ‫أن تركيزه‬ ‫احسب قيمة ثابت تأيّن حمض‬ ‫ّ‬ ‫درجة تأيّنه تساوي ‪.1.34%‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫طريقة (‪:)1‬‬ ‫ّ‬ ‫الخل ‪ Ka‬انطالقاً من العالقة‪:‬‬ ‫يُحسب ثابت تأيّن حمض‬ ‫)*(‬

‫‪Ka = [H3O+]2 / Ca‬‬

‫وباالستفادة من تعريف درجة التأيّن‪ a = [H3O+] / Ca :‬نجد ّ‬ ‫أن‪:‬‬ ‫‪[H3O+] = a . Ca‬‬ ‫وبتعويض العالقة األخيرة في العالقة (*) يكون‪:‬‬ ‫‪Ka = a2 . Ca2 / Ca = a2 . Ca = (1.34 × 10-2)2 × 0.1 = 1.8 × 10-5‬‬ ‫طريقة (‪:)2‬‬ ‫لمّا كانت درجة التأيّن ‪ a = 1.34 %‬فهذا يعني ّ‬ ‫أن‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫كل ‪ 100 mol‬من الحمض يتأيّن منها ‪1.34 mol‬‬ ‫إذاً‪ّ :‬‬ ‫كل ‪ 0.1 mol‬من الحمض يتأيّن منها ‪x mol‬‬ ‫‪123‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫الجواب‪ BC 3 :‬هو حمض لويس و ‪ NH3‬هو أساس لويس‪.‬‬ ‫‪[Fe(H2O)6 ]2+‬‬ ‫‪Fe 2+ + 6H2O‬‬

‫‪5‬‬

‫وعليه ّ‬ ‫فإن كمية الحمض المتأيّنة‪:‬‬ ‫‪0.1 × 1.34‬‬ ‫‪= 0.00134 mol‬‬ ‫‪100‬‬ ‫ّ‬ ‫الخل‪:‬‬ ‫وباالستفادة من معادلة تأيّن حمض‬ ‫‪CH3COO -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪H 3O +‬‬

‫=‪x‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪0.1 mol.l-1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.00134‬‬

‫‪0.00134‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫ومن تعريف ثابت التأيّن يكون‪:‬‬

‫عند البدء‬

‫‪ (0.1 - 0.00134) mol.l-1‬عند التوازن‬

‫‪0.00134 × 0.00134‬‬ ‫] ‪[H3O ].[CH3COO‬‬ ‫=‬ ‫]‪[CH3COOH‬‬ ‫‪0.1 - 0.00134‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫‪1.8 × 10-5‬‬

‫= ‪Ka‬‬

‫‪1.7956 × 10-6‬‬ ‫= ‪Ka‬‬ ‫‪0.09866‬‬

‫المسألة الثانية‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫المقطر ث ّم أُكمل حجم‬ ‫النقي بقليل من الماء‬ ‫أُذيب )‪ (4.0 g‬من هدروكسيد الصوديوم الصلب‬ ‫ّ‬ ‫المحلول إلى ليتر واحد تماماً‪ .‬وبفرض ّ‬ ‫أن هدروكسيد الصوديوم يتأيّن بنسبة )‪ ،(100 %‬المطلوب‪:‬‬ ‫حساب ‪pH‬المحلول‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫لحساب ‪ pH‬المحلول الب ّد أ ّو ً‬ ‫ال من حساب التركيز الموالريّ ‪.‬‬ ‫(عدد موالت المادة المذابة في ليتر من المحلول) لمحلول هدروكسيد الصوديوم‪.‬‬ ‫ً‬ ‫وبما ّ‬ ‫مقسومة على الكتلة الموليّة (‪ )M‬لهذه المادة‬ ‫أن عدد الموالت (‪ )n‬يساوي كتلة المادة المذابة (‪)m‬‬ ‫يكون‪:‬‬

‫‪m‬‬ ‫‪4g‬‬ ‫=‬ ‫‪= 0.1 mol‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪40 g/mol‬‬ ‫أن حجم المحلول هو واحد ليتر‪ -‬حسب معطيات المسألة‪ -‬فهذا يعني ّ‬ ‫وبما ّ‬ ‫أن تركيز محلول هدروكسيد‬ ‫=‪n‬‬

‫الصوديوم يساوي ‪: 0.1 mol.l-1‬‬ ‫وبكتابة معادلة التأيّن التا ّم لهدروكسيد الصوديوم‪:‬‬ ‫)‪Na + (aq) + OH - (aq‬‬

‫)‪NaOH (s‬‬

‫نجد ّ‬ ‫أن‪:‬‬ ‫‪[OH -] = [NaOH] = 0.1 mol.l-1‬‬ ‫‪124‬‬

‫‪5‬‬

‫وبما ّ‬ ‫أن‪:‬‬ ‫‪[H3O +] = [OH -] = 10-14 mol.l-1‬‬ ‫يكون‪:‬‬ ‫‪= 10-13 mol.l-1‬‬ ‫وعليه ّ‬ ‫فإن‪:‬‬

‫‪10‬‬ ‫‪10‬‬ ‫=‬ ‫‪0.1‬‬ ‫]‪[OH -‬‬

‫‪-14‬‬

‫‪-14‬‬

‫= ]‪[H3O +‬‬

‫‪pH = - log [H3O +] = - 10-13 = 13‬‬

‫أ) كتابة معادلة التأيّن‪.‬‬ ‫الحل‪ :‬يتأيّن حمض النمل الضعيف وفق المعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫)‪H3O + (aq) + HCOO – (aq‬‬

‫)‪HCOOH (aq) + H2O (l‬‬

‫ب) حساب ‪ pH‬المحلول‪.‬‬ ‫الحل‪ :‬لمعرفة ‪ pH‬المحلول الب ّد ابتدا ًء من حساب ]‪ ،[H3O +‬حيث ّ‬ ‫إن‪:‬‬ ‫‪[H3O +] = Ka . Ca = 2×10 –4×0.5 = 10 –2 mo .l –1‬‬ ‫وعليه ّ‬ ‫فإن‪:‬‬ ‫‪pH = - log [H3O +] = - log 10-2 = 2‬‬

‫ج) حساب قيمة درجة التأيّن ) )‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬

‫‪= [H3O +] / Ca = 10-2 / 0.5 = 0.02 = 2 %‬‬ ‫د) ما التغيّر الذي يجب أن يطرأ على تركيز أيونات ]‪ [H3O+‬في المحلول كي تزداد قيمة الـ ‪pH‬‬ ‫بمقدار (‪ّ )1‬‬ ‫وضح ذلك بالحساب؟‬ ‫الحل‪ :‬عندما يكون‪ pH = 3 :‬فهذا يعني ّ‬ ‫أن‪:‬‬ ‫‪[H3O +] = 10-3 mo .l –1‬‬

‫‪- log [H3O +] = 3‬‬

‫وهكذا‪ّ ،‬‬ ‫فإن قيمة ‪ pH‬المحلول تزداد بمقدار (‪ )1‬عندما يتناقص تركيز أيونات ]‪ [H3O+‬في هذا المحلول‬ ‫عشر مرّ ات عن تركيزها السابق‪.‬‬ ‫‪125‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫المسألة الثالثة‪:‬‬ ‫أن ثابت تأيّن حمض النمل ‪ HCOOH‬يساوي (‪ّ ،) Ka = 2.0 × 10 –4‬‬ ‫بفرض ّ‬ ‫وأن التركيز‬ ‫االبتدائي لهذا الحمض يساوي ‪ ، Ca = 0.5 mo .l –1‬المطلوب‪:‬‬ ‫ّ‬

‫‪5‬‬

‫الدر�س الثاين‬

‫املحاليل املائية للأمالح‬ ‫األهداف التعلّمية للدرس‪:‬‬ ‫ •يصنف األمالح بحسب قابليتها للذوبان ‪. Ksp‬‬ ‫ •يستخلص عالقة جداء الذوبان‪.‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫ •يشرح تطبيقات جداء الذوبان )ذوبان ملح أوترسيبه( تجريبياً‪.‬‬ ‫ •يتعرف الحلمهة و ‪ pH‬محاليلها‪.‬‬ ‫ •يستخلص عالقة ثابت الحلمهة ‪. Kh‬‬ ‫ِّ‬ ‫المنظمة‪.‬‬ ‫ •يتعرّ ف المحاليل‬ ‫ِّ‬ ‫المنظمة‪.‬‬ ‫ •يثمِّن دور المحاليل‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ •إماهة األمالح‪.‬‬ ‫ •الحلمهة‪.‬‬ ‫ •جداء الذوبان‪.‬‬ ‫ •المحاليل المنظمة‪.‬‬

‫االستراتيجيات المتبعة في الدرس‪:‬‬ ‫العصف الذهني‪ ،‬الحوار والمناقشة‪ ،‬العمل المخبري‪ ،‬االستكشاف واالستقصاء‪ ،‬العمل التعاوني‪.‬‬

‫‪126‬‬

‫‪5‬‬

‫حل الأن�شطة والتدريبات‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬ضع إشارة صح ( ) أو غلط (×) أمام العبارات اآلتية‪ ،‬وصحّ ح المغلوطة منها‪:‬‬ ‫حمضي‪.‬‬ ‫المائي لملح خالت الصوديوم هو محلول‬ ‫(×) المحلول‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫أساسي (قلويّ )‪.‬‬ ‫المائي لملح خالت الصوديوم هو محلول‬ ‫التصحيح‪ :‬المحلول‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫( ) جميع أمالح النترات ذ ّوابة في الماء عند درجة الحرارة العادية‪.‬‬ ‫( ) تزداد ذوبانيّة معظم األمالح بازدياد درجة الحرارة‪.‬‬ ‫‪ -1‬الملح الذ ّواب الذي يتحلمه في الماء من بين األمالح اآلتية هو‪:‬‬ ‫أ) ‪KC‬‬

‫ب) ‪NaNO3‬‬

‫ج) ‪NH4NO3‬‬

‫د) ‪Ca3(PO4)2‬‬

‫الجواب‪ :‬ج) ‪NH4NO3‬‬ ‫المائي الذي له أكبر قيمة ‪ pH‬من بين المحاليل اآلتية هو محلول‪:‬‬ ‫‪ -2‬المحلول‬ ‫ّ‬ ‫أ) ‪NaC‬‬

‫ب) ‪HCN‬‬

‫ج) ‪NH4NO3‬‬

‫د) ‪CH3COONa‬‬

‫الجواب‪ :‬د) ‪CH3COONa‬‬ ‫فإن تركيز أيونات ّ‬ ‫أن ‪ Ksp(AgC )=6.25×10 –10‬عند درجة حرارة معيّنة‪ّ ،‬‬ ‫‪ -3‬إذا علمت ّ‬ ‫الفضة في‬ ‫المحلول المشبع لـ ‪ AgC‬يساوي عندئ ٍذ‪:‬‬ ‫أ) ‪1.25 × 10 –10 mo .l –1‬‬

‫ب) ‪2.5 × 10 –10 mo .l –1‬‬

‫ج) ‪2.5 × 10 –5 mo .l –1‬‬

‫د) ‪6.25 × 10 –5 mo .l –1‬‬

‫الجواب‪ :‬ج) ‪2.5 × 10 –5 mo .l –1‬‬ ‫ثالثاً‪ :‬أعط تفسيراً علمياً لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬بعض األمالح‪ ،‬مثل‪ :‬كلوريد الفضة وغيره‪ ،‬يكون ذوبانها شحيحاً في الماء‪.‬‬ ‫الجواب‪ّ :‬‬ ‫ألن قوى التجاذب بين األيونات في بلورات هذه األمالح أكبر من قوى التجاذب التي تنشأ‬ ‫بين هذه األيونات وجزيئات الماء في أثناء عملية الذوبان‪.‬‬ ‫‪127‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫ثانياً‪ :‬اختر اإلجابة الصحيحة لكل مما يأتي‪:‬‬

‫‪5‬‬

‫‪ -2‬جميع األمالح تتمتّع بالخاصيّة القطبيّة‪.‬‬ ‫أساسي موجب و ّ‬ ‫ألن الملح هو مركب أيوني يتألف من شقيّن‪ّ :‬‬ ‫الجواب‪ّ :‬‬ ‫حمضي سالب‪.‬‬ ‫شق‬ ‫شق‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫‪ -3‬ذوبان الملح الناتج من حمض قوي وأساس قويّ في الماء ال يُع ّد حلمهة‪.‬‬ ‫الجواب‪ّ :‬‬ ‫ألن أيونات الملح المذابة تتميّه دون أن تتفاعل مع أيونات الماء (‪ H +‬و ‪.)OH -‬‬ ‫رابعاً‪ :‬أجب عن السؤالين اآلتيين‪:‬‬ ‫‪ -1‬اشرح آلية إذابة ملح فوسفات ثالثيّة الكالسيوم ‪ Ca3(PO4)2‬في محلوله المشبع بإضافة مادة ما إلى‬ ‫هذا المحلول‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬راجع تطبيقات حاصل الذوبان (إذابة ملح شحيح الذوبان)‪.‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫‪ -2‬اشرح كيفيّة عمل محلول حمض الكربون مع ملح بيكربونات الصوديوم (‪)H2CO3+NaHCO3‬‬ ‫كمحلول ّ‬ ‫منظم في الدم‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫المنظمة»‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬راجع ما جاء تحت عنوان « أهميّة المحاليل‬ ‫خامساً‪ :‬اكتب عبارة ‪ّ K‬‬ ‫لكل من األمالح الشحيحة الذوبان اآلتية‪:‬‬ ‫‪sp‬‬

‫‪.Ag3PO4 ،CaCO3 ،PbCrO4 ،AgC‬‬ ‫الجواب‪:‬‬ ‫]‪Ksp (AgC ) = [Ag +].[C -‬‬ ‫] ‪Ksp (PbCrO4) = [Pb 2+].[CrO 2-4‬‬ ‫] ‪Ksp (CaCO3) = [Ca 2+].[CO 2-3‬‬ ‫] ‪Ksp (Ag3PO4) = [Ag +]3.[PO 3-4‬‬

‫سادساً‪ّ :‬‬ ‫حل المسائل اآلتية‪:‬‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬

‫ّ‬ ‫مائي لخالت الصوديوم تركيزه ‪ ،0.2 mo .l –1‬فإذا علمت ّ‬ ‫الخل‬ ‫أن ثابت تأيّن حمض‬ ‫لديك محلول‬ ‫ّ‬ ‫هو‪ ، Ka = 1.8 × 10 –5‬المطلوب حساب‪:‬‬ ‫‪ )1‬ثابت الحلمهة ‪.Kh‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪≈ 5.6×10 –10‬‬ ‫‪128‬‬

‫‪10 –14‬‬ ‫‪1.8×10‬‬

‫‪ –5‬‬

‫=‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪Ka‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫‪ )2‬تراكيز ]– ‪ [OH‬و ]‪. [H3O+‬‬

‫ّ‬ ‫الحمضي ) مع الماء‬ ‫الشق الضعيف من الملح (الشق‬ ‫الحل‪ :‬يتحلمه ملح خالت الصوديوم بتفاعل‬ ‫ّ‬

‫‪5‬‬

‫وفق المعادلة‪:‬‬ ‫‪OH -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪CH3COO -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫)‪(0.2 – x‬‬ ‫‪x.x‬‬

‫)‪(0.2 – x‬‬

‫=‬

‫]‪[CH3COOH] [OH -‬‬ ‫]‪[CH3COO -‬‬

‫عند البدء‬ ‫عند التوازن‬

‫= ‪Kh‬‬

‫‪x2‬‬

‫‪x2 = 0.2 × 5.6 × 10 –10 = 1.12 × 10 –10‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪x = [OH -] = 1.06 × 10 –5 10 –5 mo .l –1‬‬

‫= ‪Kh‬‬ ‫ ‬

‫وبما ّ‬ ‫أن‪[H3O +].[OH –] = 10 –14 :‬‬ ‫يكون‪:‬‬

‫‪10‬‬

‫‪ –14‬‬

‫‪= 10 –9 mo .l –1‬‬

‫‪10‬‬

‫‪ –5‬‬

‫‪ –14‬‬

‫=‬

‫‪10‬‬

‫] ‪[OH‬‬ ‫– ‬

‫= ] ‪[H3O‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪ pH )3‬المحلول‪ .‬ماذا تستنتج؟‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪pH = - log [H3O +] = - log 10 –9 = 9‬‬ ‫أن ‪ )pH > 7( pH = 9‬فهذا يعني ّ‬ ‫وبما ّ‬ ‫أساسي (قلويّ )‪.‬‬ ‫أن الوسط‬ ‫ّ‬ ‫‪ )4‬النسبة المئويّة المتحلمهة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫ ‬ ‫عدد الموالت المتحلمهة من الملح‪:‬‬ ‫ ‬ ‫النسبة المئويّة المتحلمهة‪:‬‬ ‫المسألة الثانية‪:‬‬

‫‪x = 0.00001 mo‬‬ ‫‪× 100 % = 5 × 10-3 %‬‬

‫‪0.00001‬‬ ‫‪0.2‬‬

‫مائي لخالت البوتاسيوم تركيزه ‪ ،(0.2) mo .l –1‬فإذا علمت ّ‬ ‫أن ‪ pH = 9‬المطلوب‪:‬‬ ‫لديك محلول‬ ‫ّ‬ ‫‪ )1‬اكتب معادلة حلمهة هذا الملح‪.‬‬ ‫‪129‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫ّ‬ ‫(ألن ثابت حلمهة الملح صغير ج ّداً)‪ ،‬فيكون‪:‬‬ ‫تُهمل ‪ x‬في المقام أمام ‪0.2‬‬

‫‪5‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪pH = 9‬‬ ‫‪[H3O+] = 10-9 mol.l-1‬‬ ‫‪x = [OH –] = 10-5 mol.l-1‬‬ ‫‪OH -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3COO -‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫)‪(0.2 – x‬‬

‫‪ )2‬احسب ثابت حلمهة هذا الملح‪.‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪x.x‬‬ ‫)‪(0.2 – x‬‬

‫] ‪[CH3COOH] [OH‬‬ ‫‪-‬‬

‫=‬

‫]‪[CH3COO -‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫ّ‬ ‫(ألن ثابت حلمهة الملح صغير ج ّداً)‪ ،‬فيكون‪:‬‬ ‫تُهمل ‪ x‬في المقام أمام ‪0.2‬‬ ‫‪Kh = 5 × 10 –10‬‬ ‫‪ )3‬احسب ثابت تأين حمض الخل‪.‬‬ ‫الحل‪ :‬العالقة بين ثابت الحلمهة و ثابت تأين الحمض‪ Kh . Ka = Kw = 10 –14 :‬وبالتالي‪:‬‬ ‫‪Ka = 2 × 10 –5‬‬ ‫المسألة الثالثة‪:‬‬ ‫لديك محلول‬ ‫مائي مشبع لكبريتات الفضة تركيزه ‪ ،(0.015) mo .l –1‬والمطلوب‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫‪ )1‬حساب جداء الذوبان ‪ ksp‬لهذا الملح‪.‬‬ ‫الحل‪ :‬عند تحضير محلول مشبع من كبريتات ّ‬ ‫الفضة يحدث التوازن اآلتي‪:‬‬ ‫)‪SO 2-4 (aq‬‬

‫)‪2 Ag + (aq‬‬

‫)‪Ag2SO4 (s‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪x‬‬

‫عند البدء‬

‫‪x‬‬

‫‪2x‬‬

‫‪x‬‬

‫عند التوازن‬

‫‪+‬‬

‫وعند بلوغ المحلول حالة اإلشباع (التوازن) يكون‪:‬‬ ‫‪[SO 2-4 ] = [Ag2SO4] = x , x = 1.5 × 10 –2 mo .l –1‬‬ ‫‪[Ag +] = 2 x = 2 × 1.5 × 10 –2 = 3 × 10 –2 mo .l –1‬‬ ‫‪130‬‬

‫‪5‬‬

‫أن حاصل الذوبان يساوي جداء االنحالل من أجل المحلول المشبع ّ‬ ‫وبما ّ‬ ‫فإن‪:‬‬ ‫]– ‪Ksp(Ag2SO4) = [Ag +]2.[SO42‬‬ ‫وعليه‪ ،‬يكون‪:‬‬ ‫‪Ksp(Ag2SO4) = (3 × 10 –2)2 . (1.5 × 10 –2) = 1.35 × 10 –5‬‬

‫‪ )2‬إذا أُضيف إلى المحلــول الســابق ملح كبريتــات الصوديــوم‪ ،‬بحيث يصبح تركيزه في المحلول‬ ‫ّ‬ ‫يترسب أم ال؟‬ ‫الفضة‬ ‫‪ ، (0.01) mo .l –1‬بيّن حسابيّاً إن كان ملح كبريتات‬ ‫ّ‬ ‫الحل‪ :‬يتأيّن ملح كبريتات الصوديوم تأيّناً تامّاً كما في المعادلة‪:‬‬ ‫ووفقاً لهذه المعادلة يتساوى تركيز أيونات الكبريتات المضافة مع تركيز ملح كبريتات الصوديوم في‬ ‫المحلول (‪ [SO42 –] = 0.01 mol.l-1‬تركيز األيونات المضافة)‪.‬‬ ‫وعليه ّ‬ ‫الكلي أليونات الكبريتات في المحلول يصبح على النحو اآلتي‪:‬‬ ‫فإن التركيز‬ ‫ّ‬ ‫‪[SO42 –] = (1.5 × 10 –2) + (1.0 × 10 –2) = 2.5 × 10 –2 mol.l-1‬‬ ‫األيوني‪:‬‬ ‫وفي هذه الحالة يكون الجداء‬ ‫ّ‬ ‫‪[Ag +]2.[SO42 –] = (3 × 10 –2)2 . (2.5 × 10 –2) = 2.25 × 10 –5‬‬ ‫أي ّ‬ ‫ترسب كمية‬ ‫يفسر ّ‬ ‫إن‪ ،Ksp(Ag2SO4) < [Ag +]2.[SO42 –] :‬والمحلول يصبح فوق مشبع‪ .‬وهذا ما ّ‬ ‫من كبريتات الفضة في المحلول‪.‬‬

‫‪131‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫)‪2Na + (aq) + SO42 – (aq‬‬

‫)‪Na2SO4 (s‬‬

‫‪5‬‬

‫الدر�س الثالث‬

‫التحليل الكيميائي ‪ -‬املعايرة‬ ‫األهداف التعلّمية للدرس‪:‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫ ‬

‫•يتعرف المعايرة وشروطها‪.‬‬

‫ ‬

‫•يصنف المعايرة إلى معايرة حجمية ومعايرة وزنية‪.‬‬

‫ ‬

‫•يتعرف مبدأ المعايرة الحجمية‪.‬‬

‫ ‬

‫•يقوم بتجارب على معايرة )حمض قوي ‪ -‬أساس قوي( ‪.‬‬

‫ ‬

‫•يقوم بتجارب على معايرة )حمض ضعيف ‪ -‬أساس قوي( ‪.‬‬

‫ ‬

‫• َي ْ‬ ‫ستخلِص قانون المعايرة‪.‬‬

‫ ‬

‫•يحدد نقطة نهاية المعايرة على الرسم البياني لمعايرة )حمض – أساس) تجريبياً‪.‬‬

‫ ‬

‫•يوظف مهارة انتقاء المشعر المناسب للمعايرة‪.‬‬

‫ ‬

‫•يثمِّن دور المعايرة في الطب والصناعة‪.‬‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ ‬

‫•مبدأ المعايرة الحجمية‪.‬‬

‫ ‬

‫•شروط المعايرة‪.‬‬

‫ ‬

‫•حسابات المعايرة‪.‬‬

‫ ‬

‫•قانون المعايرة‪.‬‬

‫ ‬

‫•منحنيات المعايرة (حمض ‪ -‬أساس)‪.‬‬

‫ ‬

‫•مشعرات (حمض ‪ -‬أساس)‪.‬‬

‫االستراتيجيات المتبعة في الدرس‪:‬‬ ‫العصف الذهني‪ ،‬الحوار والمناقشة‪ ،‬العمل المخبري‪ ،‬االستكشاف واالستقصاء‪ ،‬العمل التعاوني‪.‬‬

‫الوسائل التعليم ّية (المواد الكيميائية واألدوات الالزمة)‪:‬‬ ‫ ‬

‫•مواد كيميائية (حموض‪ ،‬أسس‪ ،‬أمالح‪ ،‬مشعرات ‪.) ...‬‬

‫ ‬

‫•حوامل‪ ،‬لواقط‪ ،‬شبك معدني‪ ،‬أقماع للترشيح‪ ،‬ورق للترشيح‪.‬‬

‫‪132‬‬

‫ ‬

‫•مالقط خشبية‪ ،‬سخانات كهربائية‪ ،‬مقياس الـ ‪. pH‬‬

‫ ‬

‫• كؤوس زجاجية‪ ،‬سحاحة‪ ،‬ممص‪ ،‬أنابيب اختبار‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫تنفيذ درس المعايرة (درس عملي ُينفذ في المختبر)‬ ‫ •مراحل تنفيذ ال ّدرس‪:‬‬ ‫‪ .1‬جذب انتباه الطالب ‪ -‬النشاط االستهاللي‪( :‬اختبار المعلومات السابقة للطالب)‬ ‫اطرح أسئلة افتتاحية الدرس‪( :‬كما في كتاب الطالب وبأسئلة من إبداعك)‬ ‫لعلّك سمعت بالمثل القائل ‪(:‬درهم وقاية خير من قنطار عالج)‪.‬‬ ‫هل تذهب من تلقاء نفسك بين حين وآخر إلجراء التحاليل الطبيّة واالطمئنان عن حالتك الصحيّة؟‬ ‫أحاور الطالب وبعد المناقشة ‪،‬أشرح التحليل الكيميائي‬ ‫الكيميائي إلى التعرّ ف على هويّة العيّنة )المادة(المراد تحليلها وتركيبها ‪.‬وهذه‬ ‫تهدف عملية التحليل‬ ‫ّ‬ ‫العمليّة تت ّم على مرحلتين‪:‬‬ ‫الكيميائي من الكشف والتعرّ ف على مك ّونات‬ ‫ •األولى تتضمّن االختبارات الالزمة لتمكين المحلّل‬ ‫ّ‬ ‫العيّنة‪ ،‬وهذا ما يدعى‪ :‬التحليل الكيفي‪.‬‬ ‫ •الثانية تشمل الوسائل والطرائق الواجب اتباعها لمعرفة كمية أو تركيز ّ‬ ‫كل مك ّون من مك ّونات العينة‪،‬‬ ‫الكمي‪.‬‬ ‫وهذا ما يدعى‪ :‬التحليل‬ ‫ّ‬ ‫يعتمد التحليل الكمي على عملية تعرف باسم‪ :‬المعايرة‪ ،‬وتقسم إلى قسمين‪:‬‬ ‫ ‪-‬‬

‫أالمعايرة الوزنيّة‪:‬‬ ‫تعتمد على فصل المادة المراد تقدير كميتها وذلك عن طريق ترسيبها في المحلول‪ .‬وبعد فصل‬ ‫الراسب بالترشيح‪ ،‬وتجفيفه‪ ،‬تُح َّدد كتلته بدقة‪ ،‬ليتم إجراء الحسابات الكيميائيّة الالزمة اعتماداً‬ ‫على المعادلة الكيميائية‪.‬‬

‫ ‪-‬‬

‫بالمعايرة الحجميّة‪:‬‬ ‫تعتمد على تعيين التركيز المولي لمادة ‪ ، A‬وذلك بإجراء تفاعل بين حجم معلوم من محلول‬ ‫مجهول التركيز من هذه المادة مع حجم معلوم من محلول آخر معلوم التركيز من مادة ‪ B‬حتى‬ ‫نصل إلى نقطة نهاية المعايرة )الكميات متكافئة)‪( .‬نرغب من الزميل المدرس تذكير طالبه‬ ‫‪133‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫والسؤال ‪:‬هل تعمل بهذا المثل ّ‬ ‫حقاً؟‬

‫‪5‬‬

‫بتعريف التركيز وحسابه في المحاليل‪ ،‬مع وحدة قياسه)‪.‬‬ ‫وسندرس معايرة )حمض – أساس( فقط‪.‬‬ ‫‪ -2‬عرض الدرس‪:‬‬ ‫ ‬

‫•مبدأ المعايرة الحجميّة‪:‬‬

‫القياسي (هدروكسيد الصوديوم ً‬ ‫مثال) في سحَّ احة (أمام الطالب) والذي يُشترط فيه أن‬ ‫يوضع المحلول‬ ‫ّ‬ ‫يكون تركيزه دقيقاً وثابتاً‪ .‬ليُضاف في أثناء المعايرة إلى المحلول اآلخر المراد معايرته الموجود في‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫الكأس الزجاجية ‪-‬البيشر‪( -‬حمض كلور الماء ً‬ ‫مثال) حتى تمام التفاعل‪.‬‬ ‫وتُعرف النقطة الموافقة إلتمام التفاعل بنقطة نهاية المعايرة‪ .‬يتطلّب إجراء المعايرة الحجميّة ‪ -‬من الناحية‬ ‫العمليّة ‪ -‬إضافة مادة ثالثة إلى المحلول المعا َير‪ ،‬هي المُشعر‪ ،‬وهي مادة يتغيّر لونها تبعاً لـ ‪ pH‬الوسط‬ ‫الذي توضع فيه‪ ،‬ويجب انتقاء المشعر المناسب للمعايرة ‪.‬‬ ‫نقطة نهاية المعايرة‪ :‬توافق آخر قطرة من المحلول القياسي تسقط من السحاحة وتؤدي إلى تغيّر لون‬ ‫المشعر تغيّراً نهائياً ‪.‬‬ ‫ثم يشرح شروط المعايرة الحجميّة‬ ‫ ‬

‫•شروط المعايرة‪:‬‬ ‫ثمّة شروط الب ّد من توافرها في المعايرة الحجميّة‪ ،‬أهمها‪:‬‬ ‫نحو تا ّم مع المادة القياسيّة‪.‬‬ ‫♦ أن تتفاعل المادة المراد معايرتها على ٍ‬

‫♦ أن يكون تفاعل المعايرة مستمراً وسريعاً‪.‬‬ ‫♦ أن يُمثّل تفاعل المعايرة بمعادلة كيميائيّة موزونة‪.‬‬

‫ً‬ ‫تفاعال بسيطاً ال يترافق بأيّة تفاعالت ثانوية‪.‬‬ ‫♦ أن يكون تفاعل المعايرة‬ ‫♦ أن يتوافر مشعر مناسب يمكن من خالله تحديد نقطة نهاية المعايرة‪.‬‬ ‫ ‬

‫•حسابات المعايرة‪:‬‬

‫البد قبل الشروع بالمعايرة من حسابات أهمها‪:‬‬ ‫‪ .1‬حساب تركيز محلول مم ّدد‪:‬‬ ‫يجري الزميل عملية التمديد أمام طالبه‪ ،‬كما في التطبيق(‪ )1‬المحلول في كتاب الطالب‪ ،‬ويمكن أن‬ ‫يحسب ‪ pH‬المحلول قبل وبعد التمديد‪ .‬ويؤكد ّ‬ ‫أن‪:‬‬ ‫عدد موالت المادة المذابة قبل التمديد )‪ (n1‬يساوي عدد موالتها بعد التمديد )‪ (n2‬؛ ويكتب‪:‬‬ ‫‪134‬‬

‫‪5‬‬

‫(بعد التمديد) ‪) n1 = n2‬قبل التمديد(‬ ‫‪C1 . V1 = C2 . V2‬‬ ‫‪ .2‬حساب التركيز المولي لمحلول‪:‬‬ ‫نحتاج إلى محلول معلوم التركيز بشكل دقيق لعملية المعايرة‪ ،‬ويتم ذلك بإذابة كتلة معينة من المادة النقية‬ ‫في حجم معين من مذيب مناسب‪ ،‬كما في التطبيق (‪.)2‬‬ ‫ثم يعرض معايرات التعديل وقانون المعايرة الحجمية‪:‬‬ ‫(‪)C1 . V1 = C2 . V2‬‬ ‫وهي العالقة األساسيّة التي تبنى عليها الحسابات الكميّة في المعايرة الحجميّة‪.‬‬ ‫* الحمض ثنائي الوظيفة فإن‪.[H3O+] = 2Ca :‬‬ ‫* األساس ثنائي الوظيفة فإن‪.[OH-] = 2 Cb :‬‬ ‫حيث ‪ : Ca :‬تركيز الحمض‪ : Cb ،‬تركيز األساس‬ ‫* وإذا ت ّم استعمال عدد من محاليل األسس المعلومة التركيز لمعايرة محلول الحمض المجهول التركيز‪،‬‬ ‫تصبح العالقة األساسيّة للمعايرة‪:‬‬ ‫‪C1 . V1 + C2 . V2 + ... = C . V‬‬ ‫يسأل الزميل‪ :‬ما المشعر المناسب لمعايرة (حمض‪-‬أساس)‬ ‫الجواب في الدرس القادم ‪......‬‬ ‫في الحصة الثانية يشرح‪:‬‬ ‫ ‬

‫•مشعرات ) حمض ‪-‬أساس(‪:‬‬

‫يت ّم اختيار المشعر المناسب لمعايرة) حمض ‪-‬أساس (بحيث تكون قيمة ‪ pH‬الموافقة لنقطة نهاية المعايرة‬ ‫واقعة ضمن مجال الـ ‪ pH‬للمشعر‪ ،‬وهذا االختيار ّ‬ ‫يتوقف على ق ّوة الحمض واألساس المستخدمين في‬ ‫المعايرة‪.‬‬ ‫ ‬ ‫*‬

‫•منحنيات المعايرة‪:‬‬ ‫تدريجي في تركيز أيونات الهدرونيوم الموجودة في‬ ‫عند معايرة حمض بأساس يحدث تناقص‬ ‫ّ‬ ‫الحمضي نتيجة التحادها مع أيونات الهدروكسيد الناتجة عن تأيّن األساس المضاف من‬ ‫المحلول‬ ‫ّ‬

‫تدريجي‪.‬‬ ‫السحاحة‪ ،‬وبذلك تزداد قيمة ‪ pH‬المحلول بشكل‬ ‫ّ‬ ‫* ونالحظ تجريبيّاً أنّه عندما نكاد نصل إلى نقطة نهاية المعايرة ّ‬ ‫فإن التغيّر في قيمة الـ ‪ pH‬يكون‬ ‫‪135‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫مع عرض المالحظة والتطبيق (‪ :)3‬عندما يكون‪:‬‬

‫‪5‬‬

‫مفاجئاً وحاداً بمجرد إضافة قطرة واحدة حوالي ‪ )0.2) ml‬من محلول األساس‪ ،‬وهي القطرة‬ ‫األخيرة التي يتغيّر معها لون المشعر المستخدم في المعايرة‪ ،‬مما ّ‬ ‫يدل على بلوغ نقطة نهاية‬ ‫المعايرة‪.‬‬ ‫* ّ‬ ‫إن التغيّر المفاجئ في قيمة الـ ‪ pH‬يظهر جليّاً كنقطة انعطاف أو كقفزة في منحني المعايرة‪ ،‬الذي‬ ‫البياني لتغيرات قيمة ‪ pH‬المحلول بداللة حجم محلول األساس‬ ‫يت ّم الحصول عليه من خالل الرسم‬ ‫ّ‬ ‫ً‬ ‫وصوال إلى ما بعد نقطة نهاية المعايرة‪.‬‬ ‫المضاف مق ّدراً بالـ ) ‪ (ml‬في أثناء المعايرة‪،‬‬ ‫قوي‪:‬‬ ‫قوي بأساس ّ‬ ‫أوّ ًال‪ :‬معايرة حمض ّ‬ ‫عند معايرة حمض قويّ بأساس قويّ يحدث تفاعل التعديل الممثّل بالمعادلة‪:‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫‪-1‬‬

‫‪= -13.7 k cal.mo‬‬

‫;‬

‫)‪2H2O (aq‬‬

‫)‪H3O+ (aq) + OH – (aq‬‬

‫وهو (تفاعل ناشر للحرارة)‪.‬‬ ‫يجري الزميل التجربة كما في كتاب الطالب ويرسم منحني المعايرة‪ ،‬ويمكن أن يعرض فالش‬ ‫المعايرة على الحاسوب (تجربة افتراضية)‪ ،‬مع التطبيق (‪.)4‬‬ ‫ً‬ ‫قوي‪:‬‬ ‫ثانيا‪ :‬معايرة حمض ضعيف بأساس ّ‬ ‫ّ‬ ‫الخل بهدروكسيد البوتاسيوم يحدث التفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫عند معايرة حمض‬ ‫‪CH3COOK + H2O‬‬

‫‪KOH + CH3COOH‬‬

‫وباتّباع شروط الدراسة التجريبيّة السابقة )من حيث تراكيز المحاليل وحجومها( وخطواتها العمليّة‪،‬‬ ‫يت ّم الحصول على منحني المعايرة الجديد‪.‬‬ ‫يجري الزميل التجربة كما في كتاب الطالب ويرسم منحني المعايرة ‪،‬ويمكن أن يعرض فالش‬ ‫المعايرة على الحاسوب (تجربة افتراضية)‪ ،‬مع التطبيق (‪.)5‬‬ ‫وبعد التطبيق (‪ )6‬يغلق الدرس بما يجب ّ‬ ‫تذكره‪.‬‬ ‫ويعطي األنشطة والتدريبات واجباً منزلياً وكذا مسائل الوحدة‪.‬‬

‫‪136‬‬

‫‪5‬‬

‫حل الأن�شطة والتدريبات‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ :‬ضع إشارة صح ( ) أو غلط (×) أمام العبارات اآلتية‪ ،‬وصحّ ح المغلوطة منها‪:‬‬ ‫القياسي المستخدم في المعايرة الحجميّة بتركيزه الدقيق والثابت‪.‬‬ ‫( ) يتميّز المحلول‬ ‫ّ‬ ‫(×) عند معايرة حمض الكبريت بهدروكسيد الصوديوم يكون المشعر المناسب لتحديد نقطة نهاية المعايرة‬ ‫هو الفينول فتالئين‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬أزرق بــروم التيمول ألن (‪ )pH‬المحلــول النــاتج عن المعــايرة هو ‪ 7‬يقع ضمن مدى‬ ‫(×) عند معايرة حمض الخل بهدروكسيد الصوديوم يكون المشعر المناسب لتحديد نقطة نهاية المعايرة‬ ‫هو أزرق بروم التيمول‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬الفينول فتالئين ألن (‪ )pH‬المحلــول النــاتج عن المعــايرة هو ‪ 8.72‬يقع ضمن مدى المشعر‬ ‫(‪.)8.2 - 10‬‬ ‫ثانياً‪ :‬اختر اإلجابة الصحيحة لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫‪-1‬عند تمديد محلول ‪ NaNO3‬حجمه ‪ )100( ml‬وتركيزه ‪ )1.2( mo .l-1‬بإضافة كمية من الماء إليه‬ ‫تساوي ثالثة أضعاف حجمه يصبح التركيز الجديد للمحلول‪:‬‬ ‫أ) ‪0.6 mo .l-1‬‬

‫ب) ‪0.4 mo .l-1‬‬

‫ج) ‪0.3 mo .l-1‬‬

‫د) ‪0.2 mo .l-1‬‬

‫الجواب‪ :‬ج) ‪0.3 mo .l-1‬‬ ‫‪ pH -2‬الموافقة لنقطة نهاية المعايرة تكون قيمتها قريبة من (‪ )9‬عند معايرة‪:‬‬ ‫أ) ‪ HNO3‬بـ ‪KOH‬‬

‫ب) ‪ H2SO4‬بـ ‪NH4OH‬‬

‫ج) ‪ HCN‬بـ ‪NH4OH‬‬

‫د) ‪ CH3COOH‬بـ ‪NaOH‬‬

‫الجواب‪ :‬د) ‪ CH3COOH‬بـ ‪NaOH‬‬ ‫‪ pH -3‬المحلول الناتج عن معايرة حمض قوي بأساس قوي يساوي‪:‬‬ ‫أ) ‪5‬‬

‫ب) ‪7‬‬

‫ج) ‪9‬‬

‫د) ‪11‬‬

‫الجواب‪ :‬ب) ‪7‬‬ ‫‪137‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫المشعر (‪.)6 - 7.6‬‬

‫‪5‬‬

‫ثالثاً‪ :‬أعط تفسيراً علمياً لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫الخل بهدروكسيد البوتاسيوم يكون المحلول الناتج قلوياً‪.‬‬ ‫‪ -1‬عند معايرة حمض‬ ‫الجواب‪ :‬يكون الوسط قلوياً عند نقطة نهاية المعايرة بسبب وجود أيون الخالت الذي يسلك سلوك‬ ‫أساس ضعيف‪.‬‬ ‫‪ -2‬استخدام أحد مشعرات (حمض– أساس) في معايرة التعديل‪.‬‬ ‫الجواب‪ّ :‬‬ ‫ليدل على بلوغ نقطة نهاية المعايرة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫الخل بهدروكسيد البوتاسيوم يكون المشعر المناسب الفينول فتالئين‪.‬‬ ‫‪ -3‬عند معايرة حمض‬ ‫الجواب‪ّ :‬‬ ‫ألن مداه )‪ (10 - 8.2‬يحتوي على قيمة ‪ pH‬نقطة نهاية المعايرة‪.‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫رابعاً‪ّ :‬‬ ‫حل المسألتين اآلتيتين‪:‬‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫ينحل ‪ (50) ml‬من غــاز كلــور الهدروجين في كمية من المــاء المقطر ث ّم يُكمل حجم المحلول‬ ‫ليصبح ‪ ،(200) ml‬والمطلوب‪:‬‬ ‫الحمضي مقدراً بـ ‪ ،mo .l-1‬وقيمة ‪ pH‬المحلول‪.‬‬ ‫أ‪ -‬احسب تركيز المحلول‬ ‫ّ‬ ‫بفرض ّ‬ ‫المولي لغاز كلور الهدروجين‬ ‫أن الحجم‬ ‫ّ‬

‫‪-1‬‬

‫‪ V(HCl) = 25 l. mo‬في شروط التجربة‪.‬‬ ‫‪g‬‬

‫الحل‪:‬‬

‫عدد موالت غاز كلور الهدروجين = حجم الغاز‬ ‫‪25 = 0.002 mol‬‬

‫الحجم المولي‬

‫‪N = 0.05‬‬

‫التركيز = عدد الموالت‬ ‫‪0.2 = 0.01 mol.l-1‬‬

‫الحجم‬

‫‪C = 0.002‬‬

‫‪pH = - log C = - log 0.01 = 2‬‬ ‫ب‪ -‬يعاير ‪ (20) ml‬من المحلول السابق بمحلول هدروكسيد الصوديوم تركيزه ‪:)0.05) mo .l-1‬‬ ‫‪ -1‬اكتب المعادلة األيونيّة لتفاعل المعايرة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪2H2O‬‬

‫‪OH – + H3O+‬‬

‫‪ -2‬احسب حجم محلول ‪ NaOH‬الالزم لتمام التعديل‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬

‫)‪n (OH –) = n (H3O+‬‬ ‫‪138‬‬

‫‪5‬‬

‫‪C1 . V1 = C2 . V2‬‬ ‫‪20 × 0.01 = 0.05 × V2‬‬ ‫‪V2 = 4 ml‬‬ ‫‪ -3‬ما قيمة الـ ‪ pH‬عند نقطة نهاية المعايرة؟ وما المشعر المناسب لهذه المعايرة؟‬ ‫الحل‪ :‬قيمة الـ ‪ pH‬عند نقطة التكافؤ = ‪7‬‬ ‫المشعر المناسب هو أزرق بروم التيمول ألن مداه (‪ )7.6 - 6‬يحتوي على قيمة ‪ pH‬نقطة‬ ‫نهاية المعايرة‪.‬‬ ‫المسألة الثانية‪:‬‬ ‫‪ )0.5) mo .l-1‬و‪ (20) ml‬من محلول البوتاس الكاوي ‪ ،)0.25) mo .l-1‬والمطلوب‪:‬‬ ‫‪ -1‬اكتب معادلتي تفاعلي التعادل الحاصلين‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪2H2O‬‬

‫‪OH – + H3O+‬‬

‫‪ -2‬احسب تركيز حمض الكبريت المستعمل مق ّدراً بـ ‪ mo .l-1‬والـ ‪.g.l-1‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪C1 . V1 + C2 . V2 = C . V‬‬ ‫‪30 × 0.5 + 20 × 0.25 = C × 50‬‬ ‫‪C = 0.2 mo .l-1 = 0.2 × 98 = 19.6 g.l-1‬‬ ‫‪ -3‬احسب حجم الماء المقطر الالزم إضافته إلى ‪ (30) ml‬من محلول حمض الكبريت السابق‬ ‫ليصبح تركيزه ‪. )0.01) mo .l-1‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫(بعد التمديد) ‪( n1 = n2‬قبل التمديد)‬ ‫‪C1 . V1 = C2 . V2‬‬ ‫‪30 × 0.2 = 0.01 × V2‬‬ ‫‪V2 = 600 ml‬‬ ‫‪ = V2 - V1= 600 - 30 = 570 ml‬حجم الماء المقطر الالزم‬

‫‪139‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫ً‬ ‫تعديال تا ّماً ‪ (30) ml‬من محلول الصود الكاوي‬ ‫لزم لتعديل ‪ (50) ml‬من محلول حمض الكبريت‬

‫‪5‬‬

‫حل م�سائل الوحدة اخلام�سة‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬ ‫االبتدائي ‪ ،Ca=0.2 mo .l-1‬بفرض‬ ‫مائي لحمض سيانيد الهدروجين ‪ HCN‬تركيزه‬ ‫لديك محلول‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫أن ثابت تأيّن هذا الحمض يساوي ‪ ،5×10-10‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬اكتب معادلة التأيّن لحمض سيانيد الهدروجين‪.‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪HCN + H2O‬‬

‫‪CN - + H3O +‬‬

‫‪2 .2‬احسب النسبة المئوية لتأيّن هذا الحمض ثم احسب ‪ pH‬المحلول‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪H3O +‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H 2O‬‬

‫‪CN -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪HCN‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪0.2 – x‬‬

‫]‪[CN -] [H3O +‬‬ ‫]‪[HCN‬‬ ‫‪x = 10-5 mol.l-1‬‬

‫= ‪Ka‬‬

‫‪x2‬‬ ‫‪0.2 – x‬‬

‫=‬

‫‪-10‬‬

‫‪5 × 10‬‬

‫‪[H3O +] = 10-5 mol.l-1‬‬ ‫النسبة المئوية لتأيّن هذا الحمض‪:‬‬ ‫‪= 5 × 10-3 %‬‬

‫‪10-5 × 100‬‬ ‫‪0.2‬‬

‫=‪a‬‬

‫‪pH = - log [H3O +] = - log 10-5 = 5‬‬ ‫‪3 .3‬يعــاير حجم ‪ V1‬من حمض سيانيد الهدروجين السابق بمحلول هدروكســيد الصوديـوم تركيـزه‬ ‫‪ (0.1) mo .l-1‬فلزم ‪ (20) ml‬لتمام التعديل احسب ‪. V1‬‬ ‫‪140‬‬

‫‪5‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪C1 . V1 = C2 . V2‬‬ ‫‪0.2 × V1 = 0.1 × 20‬‬ ‫‪V1 = 10 ml‬‬ ‫‪4 .4‬في تجربة ثانية لمعايرة حمض سيانيد الهدروجين السابق بمحلول آخر لهدروكسيد الصوديوم‬ ‫كان تركيز الملح الناتج ‪ ،(0.05) mo .l-1‬احسب ‪ pH‬المحلول في هذه التجربة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.05‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪0.05 – x‬‬

‫‪x2‬‬ ‫‪0.05 – x‬‬ ‫‪x2‬‬ ‫‪5 × 10-2‬‬

‫=‬

‫]‪[HCN] [OH -‬‬

‫=‬

‫]‪[CN -‬‬

‫‪10-14‬‬

‫‪x2‬‬

‫‪5 × 10-10‬‬

‫‪0.05 – x‬‬

‫= ‪Kh‬‬ ‫=‬

‫‪10-14‬‬ ‫‪Ka‬‬

‫‪x = 10-3‬‬ ‫‪[OH -] = 10-3 mol.l-1‬‬ ‫‪= 10-11 mol.l-1‬‬

‫‪10-14‬‬ ‫‪10‬‬

‫‪-3‬‬

‫= ] ‪[H3O‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪pH = - log [H3O +] = - log 10-11 = 11‬‬ ‫المسألة الثانية ‪:‬‬ ‫محلول لملح كلوريد األمونيوم تركيزه ‪ (0.2) mo .l-1‬وقيمة الـ )‪ (pH = 5‬له‪ .‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬اكتب معادلة حلمهة هذا الملح ‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪NH4OH + H3O +‬‬

‫‪NH4+ + 2H2O‬‬ ‫‪141‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫‪OH -‬‬

‫‪HCN‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪CN -‬‬

‫‪5‬‬

‫‪2 .2‬احسب ثابت حلمهة هذا الملح ‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪pH = 5‬‬ ‫‪[H3O +] = 10-pH = 10-5 mol.l-1 = x‬‬ ‫‪H3O +‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2H2O‬‬

‫‪NH4OH‬‬

‫‪NH4‬‬

‫‪+‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪0.2 – x‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫‪x2‬‬

‫]‪[NH4OH] [H3O +‬‬

‫=‬

‫‪0.2 – x‬‬

‫]‪[NH4‬‬ ‫‪x2‬‬

‫‪10-14‬‬

‫=‬

‫‪0.2‬‬

‫‪= 5 × 10-10‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫‪Kb‬‬ ‫‪10-10‬‬ ‫‪0.2‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫‪3 .3‬احسب ثابت تأين هدروكسيد األمونيوم ‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪= 2 × 10-5‬‬

‫‪10-14‬‬ ‫‪5 × 10‬‬

‫‪-10‬‬

‫=‪Kb‬‬

‫‪10-14‬‬

‫=‪Kb‬‬

‫‪Kh‬‬

‫المسألة الثالثة ‪:‬‬ ‫محلول من ملح خالت الصوديوم (‪ )CH3COONa‬تركيزه ‪ . (0.2) mo .l-1‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬اكتب معادلة حلمهة هذا الملح واحسب ‪ pH‬المحلول‪ ،‬حيث ثابت تأين حمض الخل )‪.(2 × 10-5‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪OH -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪0.2 – x‬‬

‫]‪[CH3COOH] [OH -‬‬ ‫]‪[CH3COO -‬‬ ‫‪142‬‬

‫‪H 2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3COO -‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫‪x2‬‬ ‫‪0.2 – x‬‬

‫‪10-14‬‬

‫=‬

‫‪x2‬‬

‫‪5‬‬

‫‪Ka‬‬ ‫‪10-14‬‬

‫=‬ ‫‪2 × 10-5‬‬ ‫‪0.2‬‬ ‫‪x = 10-5‬‬ ‫‪[H3O +] = 10-5 mo‬‬ ‫‪10-14‬‬

‫‪= 10-9 mol.l-1‬‬

‫=‬

‫‪pH = 5‬‬ ‫‪10-14‬‬

‫= ] ‪[OH‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪2 .2‬نضيف إلى المحلول السابق قطرات من محلول هدروكسيد الصوديوم تركيزه ‪(0.01) mo .l-1‬‬ ‫احسب النسبة المئوية المتحلمهة من ملح خالت الصوديوم في هذه الحالة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪OH -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3COO -‬‬

‫‪0.01‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪0.01 + x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪0.2 – x‬‬

‫)‪x (0.01 + x‬‬ ‫‪0.2 – x‬‬

‫=‬

‫‪10-14‬‬ ‫‪2 × 10-5‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫‪x = 10-8 mo .l-1‬‬ ‫‪= 5 × 10-6 %‬‬

‫‪10-8 × 100‬‬

‫المسألة الرابعة‪:‬‬

‫‪2‬‬

‫=‬

‫يضاف ‪ (500) ml‬من محلول يحوي ‪ (1 × 10-4) mo‬من كلوريد الباريوم إلى ‪ (500) ml‬من‬ ‫محلول يحوي ‪ (1 × 10-4) mo‬من كبريتات البوتاسيوم للحصول على محلول مشبع من كبريتات الباريوم‪،‬‬ ‫المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬احسب جداء ذوبان ملح كبريتات الباريوم ‪.‬‬ ‫‪143‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫‪10‬‬ ‫] ‪[H3O‬‬ ‫‪pH = - log [H3O +] = - log 10-9 = 9‬‬ ‫‪--5‬‬

‫‪+‬‬

‫‪5‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪V1 + V2 = 1 L‬‬ ‫‪[Ba 2+] = [SO 2-4 ] = 10-4 mo .l-1‬‬ ‫‪Ba 2+ + SO 2-4‬‬

‫‪BaSO4‬‬

‫‪Ksp = [Ba 2+] [SO 2-4 ] = 10-8‬‬ ‫‪2 .2‬احسب مقدار ما ينحل من ملح كبريتات الباريوم السابق في ‪ (1) L‬يحوي ‪ (0.1) mo‬من‬ ‫حمض الكبريت‪.‬‬

‫الكيمياء التحليلية‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪SO 2-4‬‬

‫‪+‬‬

‫‪0.1 + x‬‬

‫‪Ba 2+‬‬

‫‪BaSO4‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫] ‪Ksp = [Ba 2+] [SO 2-4‬‬ ‫‪x = 10-7 mo .l-1‬‬

‫‪144‬‬

‫)‪10-8 = (x) (0.1 + x‬‬

‫الوحدة ال�ساد�سة‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬ ‫‪Organic Chemistry‬‬

‫‪145‬‬

‫‪6‬‬

‫الوحدة ال�ساد�سة‪ :‬الكيمياء الع�ضوية‬ ‫مخطط الوحدة‪:‬‬ ‫دروس الوحدة‬

‫عدد الحصص‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪ -1‬األلدهيدات والكيتونات‬

‫‪5‬‬

‫‪ -2‬الحموض الكربوكسيلية‬

‫‪4‬‬

‫‪ -3‬مشتقات الحموض الكربوكسيلية‬ ‫(اإلسترات واألميدات)‬

‫‪4‬‬

‫‪ -4‬األمينات‬

‫‪2‬‬

‫الوسائل التعليمية‬

‫ •مواد كيميائية‪.‬‬ ‫ •ح���وام���ل‪ ،‬ل���واق���ط‪ ،‬شبك‬ ‫م��ع��دن��ي‪ ،‬أن��اب��ي��ب اختبار‪،‬‬ ‫أق���م���اع ل��ل��ت��رش��ي��ح‪ ،‬ورق‬ ‫للترشيح‪ ،‬كؤوس زجاجية‪،‬‬ ‫م�لاق��ط خشبية‪ ،‬سخانات‬ ‫ك��ه��رب��ائ��ي��ة‪ ،‬ورق عباد‬ ‫الشمس‪.‬‬

‫األهداف العا ّمة للوحدة‪:‬‬ ‫ •يتعرّ ف بعض المركبات العضوية الهامة‪.‬‬ ‫ •يتعرّ ف صيغتها ومصادرها في الطبيعة‪.‬‬ ‫ •يسمّيها وفق نمط االتحاد ال ّدولي‪.‬‬ ‫ •يتعرّ ف استخدامها في الصناعة‪.‬‬ ‫ •يثمّن أهميتها في الحياة‪.‬‬ ‫‪146‬‬

‫ •الجدول التالي يتضمن أهم الزمر الوظيفية وتسمياتها عندما تكون زمرة رئيسة (الحقة) وعندما تكون‬

‫‪6‬‬

‫زمرة ثانوية (سابقة)‪ ،‬وقد رُ ِتبت الزمر الوظيفية في الجدول حسب أفضليتها في تسمية المركب‬ ‫العضوي‪ ،‬وتتناقص األفضلية عند التسمية من أعلى الجدول إلى أسفله‪:‬‬

‫أهم أصناف المركبات العضوية والزمر الوظيفية المميزة لها‬

‫اإلستر‬

‫‪RCOOR‬‬

‫‪- COOR‬‬

‫ـ‬

‫وات‬

‫األميد‬

‫‪R - CONH2‬‬

‫‪- CONH2‬‬

‫‪-‬‬

‫أميد‬

‫األلدهيد‬

‫‪RCHO‬‬

‫‪- CHO‬‬

‫أوكسو‬

‫آل‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬

‫أوكسو‬

‫ون‬

‫ول‬

‫'‪R - C - R‬‬

‫‪- C -‬‬

‫الغول‬

‫‪R-OH‬‬

‫‪- OH‬‬

‫هدروكسي‬

‫األمين‬

‫‪R-NH2‬‬

‫‪- NH2‬‬

‫أمينو‬

‫أمين‬

‫اإليتر‬

‫'‪R - O - R‬‬

‫'‪- OR‬‬

‫ألكوكسي‬

‫إيتر‬

‫=‬

‫الكيتون‬

‫=‬

‫الحمض الكربوكسيلي‬

‫‪RCOOH‬‬

‫‪- COOH‬‬

‫ـ‬

‫وئيك‬

‫‪147‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫الصنف‬

‫الصيغة العامة‬

‫صيغة الزمرة‬ ‫الوظيفية‬

‫اسم السابقة‬

‫اسم الالحقة‬

‫‪6‬‬

‫الدر�س الأول‬

‫الألدهيدات والكيتونات‬ ‫األهداف التعلّمية للدرس‪:‬‬ ‫ •يتعرّ ف الزمرة الكربونيلية‪.‬‬ ‫ •يميّز المركبات التي تحوي الزمرة الكربونيلية‪.‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫ •يتعرّ ف فعالية الزمرة الكربونيلية‪.‬‬ ‫ •يسمي األلدهيدات والكيتونات وفق نمط التسمية ‪ IUPAC‬والتسميات الشائعة لبعضها‪.‬‬ ‫ •يتعرّ ف أهم الخواص الكيميائية لأللدهيدات والكيتونات‪.‬‬ ‫ •يتعرّ ف التفاعالت التي يمكن بواسطتها التمييز بين األلدهيدات والكيتونات‪.‬‬ ‫ •يثمّن أهمية األلدهيدات والكيتونات في االصطناع العضوي والصناعات الكيميائية‪.‬‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ •الزمرة الوظيفية والصيغة العامة‪.‬‬ ‫ •تسمية األلدهيدات والكيتونات‪.‬‬ ‫ •طرائق الحصول على األلدهيدات والكيتونات‪.‬‬ ‫ •الخاصيات الفيزيائية والكيميائية لأللدهيدات والكيتونات‪.‬‬

‫‪CH3CHO‬‬ ‫‪148‬‬

‫‪HCHO‬‬

‫‪6‬‬

‫مقدمة‪:‬‬ ‫تدخل الزمرة الكربونيلية في بنية العديد من المركبات العضوية كاأللدهيدات والكيتونات والحموض‬ ‫الكربوكسيلية (اإلسترات‪ ،‬بال ماء الحموض‪ ،‬الكلوريدات‪ ،‬األميدات)‪.‬‬ ‫ •هل شاهدت أحداً يزيل طالء األظافر؟ ما اسم هذا المزيل المستخدم؟‬ ‫األسيتون‪ ،‬وهو محل عضوي صيغته‪:‬‬

‫=‬

‫‪O‬‬

‫‪CH3 – C – CH3‬‬ ‫ً‬ ‫سائال؟ ما اسم هذا السائل؟ وما‬ ‫ •هل رأيت أفعى أو ضفدعاً محفوظاً ضمن وعاء زجاجي مغلق يحوي‬

‫=‬

‫الفورمالين‪ :‬سائل عضوي يستخدم في حفظ األنسجة الحية‪ ،‬وهو ينتج عن حل المركب العضوي الغازي‬ ‫‪O‬‬ ‫الذي صيغته ‪ H – C – H‬في الماء بنسبة (‪.)40%‬‬ ‫ •البنية اإللكترونية للزمرة الكربونيلية‪:‬‬ ‫مرّ معك في الصف األول الثانوي مفهوم التهجين‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫وضح البنية اإللكترونية للرابطة الثنائية في زمرة الكربونيل‪.‬‬ ‫ •تتألف الرابطة الثنائية بين ‪ O‬و‪ C‬في زمرة الكربونيل من رابطة‬

‫تتكون نتيجة التداخل بين أحد‬

‫المدارات الثالثة الهجينة ‪ SP2‬التابعة لذرة الكربون وبين مدار واحد ‪ 2P‬تابع لذرة األكسجين‪.‬‬ ‫ •أما الرابطة‬

‫في الزمرة الكربونيلية فتتكون نتيجة التداخل بين المدار المتبقي التابع لذرة الكربون‬

‫(الذي يبقى دون تهجين) وبين المدار المتبقي ‪ 2Px‬التابع لذرة األكسجين‪.‬‬ ‫يبقى عند ذرة الكربون مداران ‪ SP2‬يستخدمان في تكوين الروابط األخرى‪.‬‬ ‫ويبقى عند ذرة األكسجين مداران أحدهما ‪ S‬والثاني ‪ P‬يحتوي كل منهما على زوج إلكتروني غير‬ ‫رابط‪.‬‬ ‫ما تفسير الفعّالية العالية لزمرة الكربونيل‪.‬‬ ‫الفعالية العالية لزمرة الكربونيل تجعلها تدخل في كثير من التفاعالت‪ ،‬حيث تستقطب الرابطة الثنائية‬ ‫في هذه الزمرة بسبب الكهرسلبية العالية لذرة األكسجين مما يؤدي إلى تشكل شحنة سالبة جزئية على‬ ‫ذرة األكسجين (‪ ) -‬وشحنة موجبة جزئية على ذرة الكربون (‪.) +‬‬ ‫وهذا ّ‬ ‫يوضح الكثير من تفاعالت المركبات الحاوية زمرة الكربونيل‪.‬‬ ‫يمكنك تعريف االستقطاب‪:‬‬ ‫‪149‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫دوره؟‬

‫‪6‬‬

‫تشـكل شحنة ســالبة جزئية على الذرة األكثر كهرســلبية (‪ ) -‬وشحنة موجبة جزئية على الذرة‬ ‫األخرى (‪.) +‬‬ ‫لتسمية األلدهيدات والكيتونات‪ ،‬اكتب صيغة نصف منشورة لمركب (ألدهيدي وآخر كيتوني) وطبق‬ ‫عليها نمط التسمية الدولية‪.‬‬ ‫ثم اكتب اسم مركب (ألدهيدي وآخر كيتوني) وفق نمط التسمية الدولية‪ ،‬واطلب من الطالب كتابة صيغته‬ ‫نصف المنشورة‪.‬‬ ‫أمثلة‪:‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫األلدهيدات‪:‬‬ ‫تسمى وفق نمط التسمية الدولية ‪ IUPAC‬بإضافة الالحقة (آل ‪ )aℓ‬إلى اسم الفحم الهدروجيني المختار‬ ‫كأساس للتسمية‪ .‬ويمكن تسميتها كذلك بأسماء شائعة مشتقة من الحموض الكربوكسيلية الموافقة (وقد‬ ‫وضعت ضمن قوسين)‪ .‬يبدأ ترقيم السلسلة من ذرة كربون الزمرة األلدهيدية ‪( CHO‬الرقم ‪.)1‬‬ ‫‪HCHO‬‬

‫‪CH3 - CHO‬‬

‫الميتانال أو (الفورم ألدهيد)‬

‫اإليتانال أو (األسيت ألدهيد)‬ ‫‪CH3 - CH - CHO‬‬ ‫‪C6H5‬‬

‫‪ -2‬فنيل بروبانال‬

‫◄أضف إلى معلوماتك‪:‬‬ ‫◄‬ ‫● ●عندما ترتبط الزمرة ‪ - CHO‬بحلقة هدروكربونية فإن المركب يسمى وفق ‪ IUPAC‬بإضافة‬ ‫الالحقة كربألدهيد إلى اسم حلقي األلكان‪ ،‬وذلك ألنه ال يمكن دمج كربون الزمرة األلدهيدية مع‬ ‫حلقي األلكان‪:‬‬

‫حلقي الهكسان كربألدهيد‬ ‫ال يدخل كربون الزمرة األلدهيدية المرتبطة بحلقي األلكان ‪-‬المشبع ‪ -‬في ترقيم ذرات الحلقة‪.‬‬ ‫‪150‬‬

‫‪6‬‬

‫ّ‬ ‫المركب اآلتي‪:‬‬ ‫تقويم مرحلي‪ :‬س ّم بطريقة ‪IUPAC‬‬

‫‪ - 3،2‬ثنائي متيل البوتانال‬ ‫الكيتونات‪:‬‬ ‫تسمى الكيتونات وفق ‪ IUPAC‬بإضافة الالحقة (ون ‪ )– one‬إلى اسم الفحم الهدروجيني الموافق مسبوقة‬ ‫برقم ارتباطها بالسلسلة‪ ،‬على أن ترقم السلسلة بدءاً من الطرف األقرب إلى الزمرة الكربونيلية‪.‬‬ ‫أما التسمية الشائعة فتكون بذكر الجذور األلكيلية المرتبطة بالزمرة الكربونيلية متبوعة بكلمة كيتون‬

‫‪O‬‬ ‫‪CH3 − C − CH2 − CH3‬‬

‫البنتان ‪ -2-‬ون (متيل إتيل كيتون)‬

‫البروبانون (ثنائي متيل كيتون أو األسيتون)‬

‫حلقي الهكسانون‬ ‫طرائق الحصول على األلدهيدات والكيتونات‪:‬‬ ‫من الصعب تحضير األلدهيدات‪ ،‬أما الكيتونات فتحضيرها أسهل مخبرياً ألنها تحتاج إلى تجهيزات‬ ‫خاصة‪.‬‬ ‫‪ -1‬أكسدة األغوال‪:‬‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫•تع ّد أكسدة األغوال األولية والثانوية طريقة تقليدية في تحضير األلدهيدات والكيتونات‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫المركز) كمادة مؤكسدة في‬ ‫•يُستعمل ثنائي كرومات البوتاسيوم (مع قطرات من حمض الكبريت‬ ‫المختبرات مع التأكيد على أن أكسدة األغوال األولية تعطي ألدهيداً في المرحلة األولى ثم حمضاً‬ ‫كربوكسيلياً في المرحلة الثانية‪ ،‬وأكسدة األغوال الثانوية تعطي كيتوناً‪.‬‬ ‫(يوضح المدرس ذلك من خالل كتابة المعادالت الموجودة في كتاب الطالب)‪.‬‬ ‫‪151‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫(وهي التسمية الموضوعة ضمن األقواس)‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪ -2‬نزع الهدروجين من األغوال‪:‬‬ ‫عند إمــرار أبخرة األغــوال األولية أو الثانويــة على مســحوق من النحاس الناعم المسخن حتى‬ ‫الدرجة (‪ )200 – 400 °C‬ينفصل عنها الهدروجين وتتك ّون األلدهيدات أو الكيتونات‪.‬‬ ‫تعود أهمية هذه الطريقة إلى أن األكسدة تتوقف عند مرحلة المركب الكربونيلي‪.‬‬ ‫ •موضحاً ذلك من خالل كتابة المعادالت الموجودة في كتاب الطالب‪.‬‬ ‫مالحظة ‪ :‬يبيّن للطالب صعوبة أكسدة األغوال األولية للحصول على األلدهيدات فقط؟‬ ‫يعود السبب لصعوبة إيقاف التفاعل عند مرحلة تشكل األلدهيد ولهذا يجب تقطير األلدهيد الناتج‬ ‫مباشرة‪.‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫الخاصيات الفيزيائية‪:‬‬ ‫ناقش مع الطالب أهم الخاصيات الفيزيائية لأللدهيدات والكيتونات‪.‬‬ ‫ً‬ ‫•أوال‪ -‬األلدهيدات‪:‬‬ ‫ ‬ ‫أبسط األلدهيدات هو الفورم ألدهيد ‪ ،HCHO‬وهو غاز في الدرجة العادية من الحرارة‪ ،‬يطلق على‬ ‫محلوله المائي )‪ (40%‬الفورمالين الذي يُستعمل ماد ًة حافظة لألنسجة الحية‪.‬‬ ‫يحضر الفورم ألدهيد تجارياً إما بأكسدة الميتانول بأكسجين الهواء (بوجود الفضة كمادة ّ‬ ‫حفازة)‪ ،‬أو‬ ‫بإماهة اإلستيلين بوجود حمض الكبريت وكبريتات الزئبق (‪.)HgSO4‬‬ ‫األلدهيد الثاني هو األسيت ألدهيد ‪ CH3CHO‬وهو سائل يغلي عند الدرجة (‪.)21°C‬‬ ‫األلدهيدات التالية سوائل‪ ،‬أما العليا منها فهي صلبة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫ويقل ذوبانها بازدياد كتلها الجزيئية‪ ،‬وجميعها تذوب‬ ‫األلدهيدات الدنيا تذوب في الماء بجميع النسب‪،‬‬ ‫جيداً في األغوال واإليترات‪.‬‬ ‫ •األلدهيدات الدنيا روائحها ّنفاذة‪ ،‬أما الحاوية تسع أو عشر ذرات كربون فروائحها تشبه روائح‬ ‫الزهور (البنفسج والياسمين وقشر الليمون والزيوت العطرية المستخلصة من النباتات واألزهار)‪.‬‬

‫‪152‬‬

‫‪6‬‬

‫ثانياً‪ :‬الكيتونات‪:‬‬ ‫أبسطها األسيتون وهو سائل يغلي عند الدرجة )‪.)56 °C‬‬ ‫الكيتونات التالية سائلة أما العليا فهي صلبة‪.‬‬ ‫الكيتونات الدنيا ذوابة في الماء‪.‬‬ ‫وجميعها جيدة الذوبان في األغوال واإليترات‪.‬‬ ‫الكيتونات الوسطى روائحها مقبولة وتشبه رائحة النعناع‪.‬‬ ‫يمكنك (مع ترك فرصة لإلجابة) طرح نماذج ألسئلة تربط الكيمياء بالحياة‪.‬‬ ‫ً‬ ‫مثال‪:‬‬

‫ال بد أن تكون قد سمعت عن الفورمول أو الفورمالين‪ .‬ما المجاالت التي يُستخدم فيها؟‬ ‫يعمل على تثبيط نمو البكتريا المسؤولة عن تحلُّل األنسجة الحية أو إبادتها‪.‬‬

‫الخاصيات الكيميائية‪:‬‬ ‫‪ -1‬تفاعالت اإلضافة (الضم)‪:‬‬ ‫لماذا تقوم المركبات الحاوية على زمرة الكربونيل بتفاعالت الضم ؟‬ ‫ناقش الطالب من خالل بنية زمرة الكربونيل‪.‬‬ ‫تعود إلى بنية زمرة الكربونيل غير المشبعة الحاوية على رابطتين ) ‪ ) ،‬فهي تستجيب لتفاعالت ضم‬ ‫إلى الرابطة األضعف ) (‪ ،‬ويتم ذلك بارتباط الجزء السالب من المادة المتفاعلة بذرة كربون زمرة‬ ‫الكربونيل‪ ،‬كما يرتبط الجزء الموجب من المادة المتفاعلة بذرة أكسجين زمرة الكربونيل‪.‬‬ ‫موضحاً ذلك من خالل كتابة المعادالت الموجودة في كتاب الطالب‪ .‬وهي‪ :‬ضم سيانيد الهدروجين‪ ،‬ضم‬ ‫كاشف غرينيارد‪ ،‬ضم هدريد الليتيوم‪.‬‬ ‫‪ -2‬أكسدة األلدهيدات والكيتونات‪ :‬‬ ‫لماذا تتأكسد األلدهيدات بسهولة بينما تقاوم الكيتونات األكسدة؟‬ ‫تحتوي األلدهيدات على ذرة هدروجين متصلة بذرة كربون الزمرة الكربونيلية‪ ،‬ولذلك فهي تتأكسد بسهولة‬ ‫تامة‪ ،‬بينما ال يحدث ذلك بالنسبة للكيتونات‪ .‬تستخدم هذه الخاصية للتمييز بين األلدهيدات والكيتونات‪.‬‬ ‫يمكن التمييز بين األلدهيدات والكيتونات باختبار تولين والتفاعل مع كاشف فهلنغ‪ ،‬بتنفيذ التجارب الواردة‬ ‫في كتاب األنشطة‪ .‬موضحاً حادثتي األكسدة واإلرجاع في كل تفاعل حاصل‪.‬‬ ‫‪153‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫عال َم تدل إزالة طالء األظافر باألسيتون؟‬ ‫األسيتون م ُِح ّل جيد للكثير من المركبات العضوية‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫اختبار تولين ‪ :Tollen’s test‬تتأكسد األلدهيدات بنترات الفضة النشادرية*‪.‬‬ ‫يرجع أيون الفضة الموجب إلى معدن الفضة الحر الذي يترسب على جدران أنبوب االختبار على هيئة‬ ‫مرآة فضية‪:‬‬ ‫‪CH3COO- + 2Ag + 2H2O‬‬

‫‪CH3 - CHO + 2 Ag+ + 3OH-‬‬

‫معدن الفضة‬ ‫تجربة (‪ :)1‬اختبار تولين (المرآة الفضية)‪:‬‬ ‫األدوات والمواد الالزمة‪:‬‬ ‫ •فورم ألدهيد‪ ،‬أسيت ألدهيد (إتنال)‪ ،‬أسيتون‪.‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫ •نترات الفضة (‪.)30 g‬‬ ‫ •هدروكسيد األمونيوم (‪.)300 ml‬‬ ‫ •هدروكسيد الصوديوم (‪.)30 g‬‬ ‫ •ماء مقطر‪.‬‬ ‫ •حمام مائي (بيشر فيه ماء ساخن)‪.‬‬ ‫ •بالون سعة (‪.)100 ml‬‬ ‫ •أنابيب اختبار نظيفة خالية من آثار المواد الدهنية‪.‬‬ ‫ •ميزان حرارة‪.‬‬ ‫طريقة العمل‪ :‬تحضير كاشف تولين‪:‬‬ ‫يحل في كأس زجاجية سعة ‪ )30 g( 100 ml‬من نترات الفضة في الماء المقطر ويضاف إليها ‪300 ml‬‬ ‫من هدروكسيد األمونيوم و(‪ )30 g‬من هدروكسيد الصوديوم‪ ،‬يُ َُخ ّ‬ ‫ض المزيج جيداً ويُكمل الحجم بالماء‬ ‫َّ‬ ‫المحضر في زجاحات ملونة إلى حين‬ ‫المقطر حتى يصل حجم المحلول إلى ‪ ،100 ml‬يحفظ المحلول‬ ‫االستعمال‪.‬‬ ‫(يجب أن ال يُحفظ الكاشف لمدة طويلة ويُفضل تحضيره عند االستعمال)‪.‬‬ ‫إجراء اختبار تولين‪:‬‬ ‫خال من آثار المواد الدهنية ‪ 2 ml‬من كاشف تولين و‪ 1 ml‬من المركب‬ ‫ضع في أنبوب اختبار نظيف ٍ‬ ‫الكربونيلي ث ّم ضع أنبوب االختبار في حمام مائي درجة حرارته من (‪ .)60 – 70 °C‬ماذا تالحظ؟‬ ‫تنبيه‪:‬‬ ‫حذار من تسخين كاشف تولين على لهب مباشرة‪.‬‬ ‫*ي ّ‬ ‫ُحضر محلول تولين من إضافة زيادة من محلول هدروكسيد األمونيوم إلى محلول نترات الفضة‪.‬‬

‫‪154‬‬

‫تترسب الفضة المعدنية إما على شكل راسب أسود أو بني اللون أو على شكل طبقة لمّاعة على‬ ‫الجدران الداخلية لألنبوب تشبه المرآة‪ ،‬ولذلك يسمى التفاعل أحياناً بتفاعل المرآة الفضية‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫تستجيب األلدهيدات لهذا التفاعل بينما تعطي الكيتونات نتيجة سلبية‪.‬‬ ‫معادلة التفاعل‪:‬‬ ‫‪CH3COO- + 2Ag + 2H2O‬‬

‫‪CH3 - CHO + 2 Ag+ + 3OH-‬‬

‫يستخدم هذا التفاعل في تفضيض الزجاج وصناعة المرايا‪.‬‬ ‫التفاعل مع كاشف فهلنغ ‪:Fehling Solution‬‬ ‫والبوتاسيوم‪.‬‬ ‫ينتج عن عملية المزج محلول أزرق داكن يحتوي على أيون النحاس ‪ II‬على شكل معقد‪ ،‬وهو يقوم‬ ‫بأكسدة األلدهيد في حين يُرجع أيون النحاس ‪ II‬إلى أكسيد النحاس ‪ Ι‬األحمر اآلجري‪:‬‬ ‫‪RCOO- + Cu2O + 3H2O‬‬

‫‪RCHO + 2 Cu 2+ + 5OH-‬‬

‫راسب أحمر آجري‬ ‫ّ‬ ‫الشق األول من المعادلة‪ ،‬ويطلب من الطالب إكمالها على دفاترهم‪ ،‬ويشاهد ذلك‬ ‫يمكن أن يكتب المدرس‬ ‫لعدة طالب‪.‬‬ ‫أما الكيتونات البسيطة فال تستجيب لهذين التفاعلين‪ ،‬إال أنها تتأكسد بفعل المؤكسدات القوية والتسخين‬ ‫الطويل‪.‬‬ ‫فاألسيتون ً‬ ‫مثال‪ :‬يتأثر بفوق منغنات البوتاسيوم أو حمض الكروم الساخن ببطء شديد‪ .‬حيث تؤدي األكسدة‬ ‫العنيفة ولفترة طويلة للكيتونات إلى تحطيمها وفصم الرابطة ‪ C – CO‬وإعطاء مزيج من الحموض‬ ‫الكربوكسيلية‪.‬‬ ‫تجربة (‪ :)2‬التفاعل مع كاشف فهلنغ‪:‬‬ ‫األدوات والمواد الالزمة‪:‬‬ ‫ •محاليل الفورم ألدهيد واألسيت ألدهيد والغلوكوز (سكر العنب وهو سكر ألدهيدي) واألسيتون‪.‬‬ ‫ •كبريتات النحاس ‪.20 g‬‬ ‫ •طرطرات الصوديوم والبوتاسيوم ‪( 100 g‬ملح سينيت)‪.‬‬ ‫‪155‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫يحضر المحلول بمزج محلول من كبريتات النحاس مع محلول قلوي يحتوي على طرطرات الصوديوم‬

‫‪6‬‬

‫ •هدروكسيد الصوديوم ‪.75 g‬‬ ‫ •ماء مقطر ‪ 500 ml‬تقريباً‪.‬‬ ‫ •كؤوس زجاجية وأنابيب اختبار‪.‬‬ ‫طريقة العمل‪:‬‬ ‫‪ّ -1‬‬ ‫ّ‬ ‫صب‬ ‫حضر في أنبوب اختبار كاشف فهلنغ بمزج كميتين متساويتين من محلوليه (*‪ )A‬و(**‪ ،)B‬ث ّم‬ ‫في أنبوب اختبار ‪ 2 ml‬من المحلول الناتج‪ ،‬ثم أضف ‪ 1 ml‬من محلول المركب الكربونيلي‪.‬‬ ‫‪ -2‬خض األنبوب جيداً وسخن الجزء العلوي من المزيج على لهب مصباح بنزن حتى بدء الغليان‪ ،‬بحيث‬

‫ترسب أكسيد النحاس ‪II‬‬ ‫يظهر راسب برتقالي م ْ‬ ‫ُص َفرّ يتحول لونه إلى األحمر اآلجري نتيجة ُّ‬ ‫‪ ،Cu2O‬وإذا استمر التسخين يترسب النحاس المعدني على شكل مرآة نحاسية‪.‬‬ ‫تُجرى التجربة باستخدام محاليل الفورم ألدهيد واألسيت ألدهيد والغلوكوز (مركب ألدهيدي) واألسيتون‪.‬‬ ‫ماذا تالحظ في كل مرة؟‬ ‫تستجيب األلدهيدات لهذا التفاعل‪ ،‬بينما تعطي الكيتونات نتائج سلبية‪.‬‬ ‫معادلة التفاعل‪:‬‬ ‫‪RCOO- + Cu2O + 3H2O‬‬

‫‪RCHO + 2 Cu 2+ + 5OH-‬‬

‫‪ -4‬هلجنة األلدهيدات والكيتونات ‪:‬‬ ‫بيّن من خالل تفاعل اليود مع األسيتون هلجنة الكيتونات في وسط قلوي‪:‬‬ ‫إغالق الدرس‪ :‬يتض ّمن ما يجب تذكره‪.‬‬ ‫نموذج محلول‪:‬‬ ‫مركب كيتوني متناظر نسبة األكسجين الكتلية فيه ‪ ، 18.6 %‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪ -1‬احسب الكتلة المولية ‪ M‬لهذا المركب‪.‬‬ ‫‪ -2‬اكتب الصيغة المجملة والصيغة نصف المنشورة لهذا المركب‪ ،‬وسمِّه وفق ‪.IUPAC‬‬ ‫‪O‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫=‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫يبقى الجزء السفلي من المزيج بارداً لمراقبة سير التفاعل‪ .‬ماذا تالحظ؟‬

‫‪ -1‬الصيغة العامة للكيتون المتناظر‪R – C – R :‬‬ ‫* المحلول ‪ :A‬يحضر بحل ‪ 20 g‬من كبريتات النحاس‪.‬‬ ‫** المحلول ‪ :B‬يحضر بحل ‪ 100 g‬من طرطرات الصوديوم والبوتاسيوم في الماء المقطر ويكمل الحجم حتى ‪.500 ml‬‬

‫‪156‬‬

‫‪6‬‬

‫أي كل مول (جزيء) من الكيتون يحوي ذرة أكسجين واحدة كتلتها الذرية ‪ ،16 g‬لذلك نكتب‪:‬‬ ‫كل ‪ 100 g‬من الكيتون تحوي ‪ 18.6 g‬أكسجين‬ ‫كل ‪ M g‬من الكيتون تحوي ‪ 16 g‬أكسجين‬ ‫‪= 86 g.mol-1‬‬

‫‪16 × 100‬‬

‫=‬

‫‪18.6‬‬ ‫‪O‬‬

‫=‪M‬‬

‫‪R – C – R = 86‬‬

‫‪n=2‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪2R = 86 - 28‬‬ ‫‪58‬‬ ‫‪=29‬‬ ‫= ‪2R = 58 R‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪ -2‬الصيغة العامة للجذر األلكيلي (‪ )R‬هي‪CnH2n+1:‬‬ ‫‪12n + 2n + 1 = 29‬‬

‫إذاً ‪ R‬هو جذر إيتيل ‪- C2H5‬‬ ‫الصيغة المجملة هي ‪C5H10O‬‬ ‫الصيغة نصف المنشورة‪:‬‬

‫=‬

‫‪O‬‬

‫‪CH3 – CH2 – C – CH2 – CH3‬‬ ‫التسمية وفق ‪ :IUPAC‬البنتان ‪ - 3 -‬ون‬

‫‪157‬‬

‫‪6‬‬

‫حل الأن�شطة والتدريبات‬ ‫ً‬ ‫لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫أوال‪ :‬اختر اإلجابة الصحيحة ٍ‬ ‫‪ )1‬ينتج عن أكسدة الميتانال في ظروف مناسبة‪:‬‬ ‫أ‪ -‬ميتانول ‬

‫ب‪ -‬إيتان ‬

‫جـ ‪ -‬إيتر ‬

‫د‪ -‬حمض الميتانوئيك‬

‫الجواب‪ :‬د‪ -‬حمض الميتانوئيك‬ ‫‪ )2‬ينتج عن تمام أكسدة األغوال األولية‪:‬‬ ‫الجواب‪ :‬ب‪ -‬حمض كربوكسيلي‬ ‫‪ )3‬المركب الذي يُرجع كاشف تولن هو‪:‬‬ ‫أ‪ -‬البروبانون ب‪ -‬اإليتانال ‬

‫جـ ‪ -‬اإليتانول د‪ -‬حمض اإليتانوئيك‬

‫الجواب‪ :‬ب‪ -‬اإليتانال‬ ‫‪ )4‬تنتج الكيتونات من أكسدة‪:‬‬ ‫ب‪ -‬األغوال الثانوية ‬

‫أ‪ -‬األغوال األولية ‬

‫جـ ‪ -‬األغوال الثالثية ‬

‫د‪ -‬األلدهيدات‬

‫الجواب‪ :‬ب‪ -‬األغوال الثانوية‬ ‫‪ )5‬تتميز األلدهيدات والكيتونات بوجود الزمرة‪:‬‬

‫‪O‬‬

‫=‬

‫أ‪ – COOH -‬‬

‫جـ ‪ – C – -‬‬

‫د‪– C –NH2 -‬‬

‫=‬

‫‪O‬‬

‫ب‪ – OH -‬‬

‫‪O‬‬

‫=‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫أ‪ -‬ألدهيد ‬

‫ ‬ ‫ب‪ -‬حمض كربوكسيلي‬

‫جـ ‪ -‬كيتون ‬

‫د‪ -‬إيتر‬

‫الجواب‪ :‬جـ ‪– C – -‬‬ ‫ثانياً‪ :‬اكتب أسماء المركبات اآلتية حسب االتحاد الدولي‪:‬‬

‫البوتان ‪ - 2 -‬ون‬

‫‪158‬‬

‫‪ - 2‬متيل البنتان ‪ - 3 -‬ون‬

‫‪6‬‬ ‫‪ - 2‬إتيل ‪ -3‬متيل بوتانال‬

‫‪ - 2‬متيل بوتانال‬

‫ثالثاً‪ :‬اكتب صيغة كل من المركبات اآلتية‪:‬‬

‫‪ -3،3‬ثنائي متيل بنتانال‬

‫‪ -3‬كلورو بوتانال‬

‫رابعاً‪ -‬أعط تفسيراً علمياً لكل من العبارات اآلتية‪:‬‬ ‫‪ -1‬تتشابه األلدهيدات والكيتونات في تفاعالت اإلضافة (الضم)‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬لوجود الرابطة في زمرة الكربونيل في جزيء كل منهما‪.‬‬ ‫‪ -2‬تتأكسد األلدهيدات بسهولة بينما تقاوم الكيتونات األكسدة بالظروف العادية‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬لوجود ذرة هدروجين مرتبطة بزمرة الكربونيل في األلدهيدات وعدم وجودها في الكيتونات‪.‬‬ ‫‪ -3‬تترسب طبقة من الفضة على الجدران الداخلية ألنبوب االختبار عند إضافة ألدهيد إلى كاشف تولِن‬ ‫مع التسخين‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬يُرجع األلدهيد أيون الفضة ‪ Ag+‬إلى معدن الفضة ‪ Ag‬الذي يترسب على جدران وعاء التفاعل‬ ‫مكوناً مرآة فضية برّ اقة‪.‬‬ ‫‪ -4‬درجة غليان األلدهيدات والكيتونات أقل من درجة غليان األغوال الموافقة‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬ألن قطبية الرابطة ‪ O–H‬أقوى من قطبية الرابطة ‪ ،C = O‬إضافة إلى أن جزيئات األلدهيدات‬ ‫والكيتونات ال تستطيع تشكيل روابط هدروجينية بينها‪ ،‬بينما تتشكل دوابط هدروجينية بين جزيئات‬ ‫األغوال‪.‬‬ ‫‪ -5‬يتناقص انحالل األلدهيدات والكيتونات في الماء تدريجياً مع ازدياد كتلها الجزيئية‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬ألنه يضعف تأثير الجزء القطبي عند ِك َبر الجزء غير القطبي ‪ R‬في الجزيء‪.‬‬ ‫‪159‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪ -4‬متيل هكسان ‪ -2-‬ون‬

‫‪ -3‬متيل بوتان ‪ -2-‬ون‬

‫‪6‬‬

‫‪ -6‬المركبات الكربونيلية (ألدهيدات‪ ،‬كيتونات) غير قادرة على تشكيل روابط هدروجينية بين‬ ‫جزيئاتها‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬لعدم وجود ذرة هدروجين مرتبطة بذرة شديدة الكهرسلبية‪.‬‬ ‫خامساً‪ -‬أكمل المعادالت اآلتية ووازنها‪:‬‬ ‫)‪1‬‬

‫)‪2‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫)‪3‬‬

‫)‪4‬‬ ‫سادساً‪ -‬حل المسائل اآلتية‪:‬‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬ ‫نـعامل ‪ )10) ml‬من محلول اإليتانــال بكمية كافيــة من محلــول فهلنغ فيتكوّ ن راسب أحمر آجري‬ ‫من أكسيد النحاس ‪ I‬كتلته ‪ .)0.72) g‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪ .1‬اكتب معادلة التفاعل واحسب كتلة اإليتانال في ‪ )1) l‬من محلوله‪.‬‬ ‫الحل‪ :‬معادلة التفاعل‪:‬‬ ‫‪3H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪Cu2O‬‬

‫‪CH3COO- +‬‬

‫‪144‬‬

‫‪44‬‬

‫‪0.72‬‬

‫‪x‬‬

‫كتلة اإليتانال‪:‬‬ ‫‪= 0.22 g‬‬ ‫‪160‬‬

‫)‪CH3CHO + (2Cu2+ + 5OH-‬‬

‫‪0.72 × 44‬‬ ‫‪144‬‬

‫=‪x‬‬

‫التركيز الغرامي لأللدهيد‪:‬‬

‫‪0.22‬‬

‫‪= 22 g.l-1‬‬

‫‪6‬‬ ‫= ‪Ca‬‬

‫‪10 × 10‬‬ ‫‪ .2‬احسب كتلة اإليتانول الالزمة للحصول على ‪ )10) l‬من محلول اإليتانال السابق‪.‬‬ ‫‪-3‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪H2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3CHO‬‬

‫‪CH3CH2OH‬‬

‫‪44 g‬‬ ‫‪220 g‬‬

‫‪46 g‬‬ ‫‪Y‬‬

‫كتلة اإليتانول‪:‬‬

‫‪44‬‬

‫المسألة الثانية‪:‬‬

‫نؤكسد مزيجاً من اإليتانول واإليتانال كتلته ‪ )9) g‬أكسدة تامة فنحصل على ‪ )12) g‬من حمض‬ ‫الخل‪ .‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪ .1‬اكتب المعادالت الكيميائية المعبرة عن تفاعالت األكسدة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪CH3COOH‬‬

‫‪2‬‬

‫‪CH3CHO‬‬

‫‪1‬‬

‫‪CH3CH2OH‬‬

‫‪ .2‬احسب كتلة كل من مكوّ نات المزيج‪.‬‬ ‫مالحظة‪ :‬ينبّه المدرس الطالب عند كتابة معادلة أكسدة اإليتانول إلى كتابتها على مرحلتين‪ ،‬وأنه يقبل‬ ‫االختصار عند الحل العددي‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪CH3COOH‬‬ ‫‪60 g‬‬ ‫‪Y1‬‬

‫‪CH3CH2OH‬‬ ‫‪46 g‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪60 x‬‬ ‫‪46‬‬

‫= ‪Y1‬‬ ‫‪CH3CHO‬‬ ‫‪44 g‬‬ ‫‪9-x‬‬

‫‪CH3COOH‬‬ ‫‪60 g‬‬ ‫‪Y2‬‬ ‫)‪60(9 - x‬‬ ‫‪44‬‬

‫= ‪Y2‬‬ ‫‪161‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪= 230 g‬‬

‫‪220 × 46‬‬

‫=‪Y‬‬

‫‪6‬‬

‫بحل جملة المعادلتين نحصل على‪:‬‬ ‫كتلة اإليتانول‪4.6 g :‬‬

‫‪،‬‬

‫كتلة اإليتانال‪4.4 g :‬‬

‫المسألة الثالثة‪:‬‬ ‫إذا كانت النسبة الكتلية المئوية لألكسجين في مركب كيتوني هي ‪ ،% 22.2‬فالمطلوب‪:‬‬ ‫‪ -1‬احسب الكتلة الجزيئية لهذا المركب‪.‬‬

‫=‬

‫‪O‬‬

‫الحل‪ :‬إن الصيغة العامة للكيتونات هي‪R – C – R' :‬‬ ‫أي كل مول (جزيء) كيتون يحوي ذرة أكسجين واحدة كتلتها ‪ ،16 g‬لذلك نكتب‪:‬‬ ‫كل ‪ 100 g‬من الكيتون تحوي ‪ 22.2 g‬أكسجين‬

‫‪= 72 g.mol-1‬‬

‫‪16 × 100‬‬

‫=‪M‬‬

‫‪22.2‬‬ ‫‪ -2‬اكتب صيغة هذا المر ّكب المجملة ونصف المنشورة وتسميته وفق ‪.IUPAC‬‬ ‫‪O‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫=‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫كل ‪ M g‬من الكيتون تحوي ‪ 16 g‬أكسجين‬

‫‪R – C – R' = 72‬‬ ‫‪R + R' = 72 - (12 + 16) = 44‬‬ ‫االحتمال األول‪:‬‬ ‫‪- CH3‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R = 15‬‬

‫‪- C2H5‬‬

‫'‪R‬‬

‫‪R' = 29‬‬

‫أو العكس‪ ،‬وفي الحالتين تكون الصيغة المجملة ‪C4H8O‬‬ ‫والصيغة نصف المنشورة‪:‬‬

‫والتسمية وفق ‪ :IUPAC‬بوتان ‪ -2-‬ون‬ ‫مالحظة‪ :‬في العدد ‪ 22.2‬يشير الخط الصغير فوق العدد ‪ 2‬بعد الفاصلة إلى ّ‬ ‫أن هذا العدد دوري‪ ،‬أي‪:‬‬ ‫‪. 22.222....‬‬

‫‪162‬‬

‫‪6‬‬

‫الدر�س الثاين‬

‫احلمو�ض الكربوك�سيلية‬ ‫األهداف التعلّمية للدرس‪:‬‬

‫=‬

‫‪O‬‬

‫ •يتعرّ ف البنية اإللكترونية للزمرة ‪– C – OH‬‬

‫ • يميّز المركبات التي تحوي الزمرة الكربوكسيلية‪.‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫ • يتعرّ ف فعالية الزمرة الكربوكسيلية‪.‬‬ ‫ • يسمي الحموض الكربوكسيلية وفق نمط التسمية ‪.IUPAC‬‬ ‫ • يتعرّ ف األسماء الشائعة لبعض الحموض الكربوكسيلية‪.‬‬ ‫ • يصوغ معادالت كيميائية تعبّر عن التفاعالت المميزة للحموض الكربوكسيلية‪.‬‬ ‫ • يتعرّ ف الخواص الفيزيائية والكيميائية للحموض الكربوكسيلية‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫يحضر أحد الحموض الكربوكسيلية (حمض الخل)‪.‬‬ ‫ •‬ ‫ • يثمّن أهمية الحموض الكربوكسيلية في الصناعة الكيميائية‪.‬‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ •الزمرة الوظيفية والصيغة العامة للحموض الكربوكسيلية‪.‬‬ ‫ •تسمية الحموض الكربوكسيلية‪.‬‬ ‫ •طرائق تحضير الحموض الكربوكسيلية‪.‬‬ ‫ •الخاصيات الفيزيائية والخاصيات الكيميائية للحموض الكربوكسيلية‪.‬‬

‫‪163‬‬

‫‪6‬‬

‫حل الأن�شطة والتدريبات‬ ‫لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫السؤال األول‪ :‬اختر اإلجابة الصحيحة ٍ‬ ‫‪ )1‬الزمرة الوظيفية في الحموض الكربوكسيلية هي‪:‬‬ ‫أ) ‪-OH‬‬

‫ب) ‪-CHO‬‬

‫د) ‪-COOH‬‬

‫جـ) ‪-CO-‬‬

‫الجواب‪ :‬د) ‪-COOH‬‬ ‫‪ )2‬المادة المستعملة في البلمهة ما بين الجزيئية للحموض الكربوكسيلية هي‪:‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫أ) ‪P2O5‬‬

‫ب) ‪MnO2‬‬

‫جـ) ‪LiA H4‬‬

‫د) ‪A 2O3‬‬

‫الجواب‪ :‬أ) ‪P2O5‬‬ ‫‪ )3‬ترجع الحموض الكربوكسيلية إلى األغوال األولية مباشرة باستخدام‪:‬‬ ‫أ) ‪P2O5‬‬

‫ب) ‪MnO2‬‬

‫جـ) ‪LiA H4‬‬

‫د) ‪A 2O3‬‬

‫الجواب‪ :‬جـ) ‪LiA H4‬‬ ‫السؤال الثاني‪ :‬أعط تفسيراً علمياً للعبارات اآلتية‪:‬‬ ‫‪ )1‬تأين الحمض الكربوكسيلي في الماء ليعطي أيون ‪ H3O+‬المميز للمحاليل الحمضية‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬إن قطبية الرابطة ‪ C = O‬تزيد من قطبية الرابطة ‪ O - H‬في الزمرة الكربوكسيلية ‪، -COOH‬‬ ‫فينفصل األيون ‪ H+‬فيستند إلى مداره الفارغ زوجٌ إلكتروني حر من‬

‫ً‬ ‫مشكال أيون )‪. (H3O+‬‬

‫‪ )2‬ارتفاع درجة حرارة غليان الحموض الكربوكسيلية مقارنة بالمواد العضوية المناظرة لها‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬يعود إلى تف ُّوق الصفة القطبية للحموض الكربوكسيلية‪ ،‬حيث ّ‬ ‫إن الزمرة الوظيفية المميزة‬ ‫للحموض الكربوكسيلية تحتوي على زمرتين قطبيتين هما زمرة الهدروكسيل وزمرة الكربونيل‪،‬‬ ‫باإلضافة إلى الرابطتين الهدروجينيتين اللتين تتكونان بين كل جزيئين من الحمض الكربوكسيلي‪.‬‬ ‫‪ )3‬نقصان ذوبان الحموض الكربوكسيلية في الماء بازدياد كتلتها المولية‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬بسبب ضعف تأثير الجزء القطبي ‪ -COOH‬وزيادة فعّالية الجزء غير القطبي ‪ R‬في جزيء‬ ‫الحمض‪.‬‬ ‫‪ )4‬تآكل طاوالت المطابخ المصنوعة من الرخام‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬بسبب تفاعل الحموض الكربوكسيلية مع الرخام‪.‬‬ ‫‪164‬‬

‫‪6‬‬

‫‪ )5‬التهيجات الجلدية التي تحدث من لسعات النمل‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬بسبب إفرازات حمض النمل من غدد بعض أنواع النمل‪.‬‬ ‫السؤال الثالث‪:‬‬ ‫‪ )1‬اكتب صيغ المركبات اآلتية‪:‬‬ ‫حمض ‪ -2‬متيل البوتانوئيك‬

‫حمض ‪ -3‬كلورو البروبانوئيك‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫حمض ‪ - 3،2‬ثنائي متيل الهكسانوئيك‬

‫‪ )2‬س ّم المركبات اآلتية‪:‬‬

‫حمض ‪ - 2‬برومو البروبانوئيك‬

‫حمض ‪ - 3‬متيل البوتانوئيك‬

‫حمض البنتانوئيك‬ ‫السؤال الرابع‪ّ :‬‬ ‫وضح بالمعادالت ما يحدث في التفاعالت اآلتية‪ ،‬وس ّم المركبات الناتجة‪.‬‬ ‫‪ )1‬أكسدة البروبانول بالمؤكسدات القوية‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬في كتاب الطالب‪.‬‬ ‫‪ )2‬إرجاع حمض اإليتانوئيك بالهدروجين بوجود عامل مساعد (الباالديوم)‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬في كتاب الطالب‪.‬‬ ‫‪ )3‬تفاعل حمض الميتانوئيك مع اإليتانول باستخدام حمض الكبريت‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬في كتاب الطالب‪.‬‬ ‫‪165‬‬

‫‪6‬‬

‫السؤال الخامس‪ :‬حل المسألتين اآلتيتين‪:‬‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬ ‫حمض كربوكسيلي نظامي وحيد الوظيفة ‪ R-COOH‬يتفاعل مع هدروكسيد الصوديوم ويعطي‬ ‫ملحاً كتلته ( ‪ ) 5‬من كتلة الحمض‪ .‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪ )1‬اكتب المعادلة الكيميائية المعبرة عن التفاعل‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪R - COOH + NaOH‬‬

‫‪R - COONa + H2O‬‬ ‫‪ )2‬احسب الكتلة المولية للحمض‪.‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫الحل‪:‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NaOH‬‬

‫‪R - COONa‬‬

‫‪+‬‬

‫‪R - COOH‬‬ ‫‪M‬‬

‫‪M + 22‬‬ ‫كتلة الملح =‬

‫‪5‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪= M + 22‬‬

‫كتلة الحمض‬ ‫‪5‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪M‬‬

‫‪ M = 88 g‬الكتلة المولية للحمض‬ ‫‪ )3‬استنتج صيغة الحمض‪ ،‬وس ّمه‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫كتلة الجذر ‪R‬‬ ‫‪R = CnH2n+1‬‬ ‫‪M = R + COOH = 88‬‬ ‫‪R + 12 + 32 + 1 =88‬‬ ‫‪R = 43‬‬ ‫‪CnH2n+1 = 43‬‬ ‫‪R = - C3H7‬‬

‫‪n=3‬‬

‫صيغة الحمض‪ C3H7COOH :‬أو‪CH3 - CH2 - CH2 - COOH :‬‬ ‫اسم الحمض‪ :‬حمض البوتانوئيك‬ ‫‪166‬‬

‫‪6‬‬

‫المسألة الثانية‪:‬‬ ‫تؤخ���ذ ‪ (5) ml‬من حمض الخل التج���اري وتمدد بالماء ثم يضاف إليه���ا ‪ (2.25) g‬من كربونات‬ ‫الكالس���يوم النقية‪ ،‬وعند انطالق الغاز يرش���ح الناتج ويجفف‪ ،‬فكانت كتلة الراسب المتبقي دون تفاعل‬ ‫‪ ،(0.25) g‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪ )1‬احسب كتلة حمض الخل النقي في ليتر من المحلول التجاري‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪CaCO3 = 2.25 - 0.25 = 2 g‬‬ ‫‪2CH3COO – + Ca 2+ + H2O + CO2‬‬

‫‪CaCO3‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2CH3COOH‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪ x = 2.4 g‬كتلة الحمض‬ ‫‪2.4‬‬ ‫= ‪Ca‬‬ ‫‪= 480 g.l-1‬‬ ‫‪-3‬‬ ‫‪5 × 10‬‬ ‫‪ )2‬نأخذ ‪ (100) ml‬من محلول الحمض السابق ونعامله بالغول اإلتيلي‪ ،‬احسب كتلة الغول المتفاعل‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫إن كتلة الحمض في ‪48 g = 100 ml‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3CH2OH‬‬

‫‪CH3COOCH2CH3‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪46 g‬‬

‫‪60 g‬‬

‫‪x‬‬

‫‪48 g‬‬

‫‪x = 36.8 g‬‬

‫‪167‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪100 g‬‬

‫‪120 g‬‬

‫‪6‬‬

‫الدر�س الثالث‬

‫م�شتقات احلمو�ض الكربوك�سيلية‬ ‫األهداف التعلّم ّية للدرس‪:‬‬ ‫أن يكون الطالب في نهاية الدرس قادراً على أن‪:‬‬ ‫ • يتعرّ ف الزمرة الوظيفية في اإلسترات واألميدات‪.‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫ • يسمي هذه المركبات وفق ‪. IUPAC‬‬ ‫ • يتعرّ ف طرائق التحضير‪.‬‬ ‫ • يتعرّ ف الخاصيات الفيزيائية والكيميائية لإلسترات واألميدات‪.‬‬ ‫ • يق ّدر أهمية اإلسترات واألميدات في االصطناع العضوي‪.‬‬ ‫ • يبيّن أهمية اإلسترات واألميدات في الحياة‪.‬‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ •الزمرة الوظيفية والصيغة العامة لإلسترات واألميدات‪.‬‬ ‫ •تسمية اإلسترات واألميدات‪.‬‬ ‫ •تحضير اإلسترات واألميدات‪.‬‬ ‫ •الخاصيات الفيزيائية والخاصيات الكيميائية لإلسترات واألميدات‪.‬‬

‫‪168‬‬

‫‪6‬‬

‫حل الأن�شطة والتدريبات‬ ‫لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫السؤال األول‪ :‬اختر اإلجابة الصحيحة ٍ‬ ‫‪ )1‬المركب العضوي ‪ H-COO-CH3‬هو‪:‬‬ ‫أ‪ -‬حمض كربوكسيلي ب‪ -‬غول‬

‫ج‪ -‬إستر‬

‫د‪ -‬كيتون‬

‫الجواب‪ :‬ج‪ -‬إستر‬ ‫د‪O-H -‬‬

‫الجواب‪ :‬د‪O-H -‬‬ ‫‪ )3‬يسمى تفاعل اإلستر مع هدروكسيد الصوديوم‪:‬‬ ‫ب‪ -‬تصبّن‬ ‫أ‪ -‬أكسدة‬

‫ج‪ -‬تعديل‬

‫د‪ -‬أسترة‬

‫الجواب‪ :‬ب‪ -‬تصبّن‬ ‫‪ )4‬ناتج تفاعل إيتانوات اإلتيل مع النشادر هو‪:‬‬ ‫ب‪ -‬بروبانول‬ ‫أ‪ -‬أسيتون‬

‫ج‪ -‬أسيت ألدهيد‬

‫د‪ -‬أسيت أميد‬

‫الجواب‪ :‬د‪ -‬أسيت أميد‬ ‫السؤال الثاني‪:‬‬ ‫يتفاعل حمض اإليتانوئيك مع اإليتانول في حمام مائي بوجود حمض الكبريت المركز وفق المعادلة اآلتية‪:‬‬ ‫‪CH3 - COO - C2H5 + H2O‬‬

‫‪H2SO4‬‬

‫‪CH3 - COOH + C2H5 - OH‬‬

‫‪ -1‬س ّم المركب العضوي الناتج بحسب االتحاد الدولي‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬إيتانوات اإلتيل‪.‬‬ ‫‪ -2‬ما دور حمض الكبريت المركز في هذا التفاعل؟‬ ‫الجواب‪ّ :‬‬ ‫حفاز‪.‬‬ ‫‪ -3‬أعد كتابة المعادلة باستخدام الميتانول ً‬ ‫بدال من اإليتانول‪ .‬وس ّم المركب الناتج‪.‬‬ ‫الجواب‪CH3 - COO CH3 + H2O :‬‬

‫‪H2SO4‬‬

‫‪CH3 - COOH + CH3 - OH‬‬

‫المركب الناتج‪ :‬إيتانوات المتيل‪.‬‬ ‫‪169‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪ )2‬تفاعل األسترة يحدث في الغول األولي على الرابطة‪:‬‬ ‫ج‪C-C -‬‬ ‫ب‪C-H -‬‬ ‫أ‪C-O -‬‬

‫‪6‬‬

‫السؤال الثالث‪:‬‬ ‫‪ )1‬اكتب صيغ المركبات اآلتية‪:‬‬ ‫‪HCOO - CH2 - CH3‬‬

‫ميتانوات اإلتيل‪:‬‬

‫‪ - 3،2‬ثنائي متيل بوتانوات اإلتيل‪:‬‬

‫‪CH3 - CO - NH2‬‬

‫األسيت أميد‪:‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪ )2‬س ّم المركبات اآلتية‪:‬‬

‫بروبانوات اإلتيل‬

‫‪ 2 ، 2‬ثنائي متيل بوتانوات اإلتيل‬

‫بوتان أميد‬

‫فسر ما يأتي‪:‬‬ ‫السؤال الرابع‪ّ :‬‬ ‫‪ )1‬األميدات ذات درجات انصهار وغليان مرتفعة نسبياً‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬بسبب وجود الروابط الهدروجينية بين جزيئاتها‪.‬‬ ‫‪ )2‬درجات غليان اإلسترات أقل من درجات غليان الحموض الكربوكسيلية الموافقة‪.‬‬ ‫الجواب‪ :‬ألنها غير قادرة على تشكيل روابط هدروجينية بين جزيئاتها‪.‬‬ ‫السؤال الخامس‪:‬‬ ‫اكتب المعادالت الكيميائية المعبرة عن التفاعالت اآلتية‪ .‬وس ّم المركبات الناتجة‪:‬‬ ‫ تفاعل ميتانوات اإلتيل مع الماء بوجود حمض الكبريت‪.‬‬‫الجواب‪ :‬في كتاب الطالب‪.‬‬ ‫ تفاعل بروبانوات اإلتيل مع هدروكسيد البوتاسيوم‪.‬‬‫الجواب‪ :‬في كتاب الطالب‪.‬‬ ‫ تفاعل إيتانوات اإلتيل مع النشادر‪.‬‬‫الجواب‪ :‬في كتاب الطالب‪.‬‬ ‫‪170‬‬

‫‪6‬‬

‫السؤال السادس‪ :‬حل المسألة اآلتية‪:‬‬ ‫مركب عضوي (‪ )A‬له الصيغة المجملة (‪ )C5H10O2‬ينتج من تأثير حمض كربوكسيلي وحيد الوظيفة‬ ‫(‪ )R-COOH‬في غول أولي مشبع وحيد الوظيفة (‪.)R`-CH2-OH‬‬

‫وإذا أثــر هدروكسيد البوتــاسيوم في المركــب العضوي (‪ )A‬أعطى ملحــاً كتلته (‪ ) 49‬من كتلة المركب‬ ‫‪51‬‬

‫(‪ .)A‬والمطلوب‪:‬‬ ‫‪ -1‬اكتب المعادالت الكيميائية المعبرة عن جميع التفاعالت الحاصلة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪RCOOK + R'CH2OH‬‬

‫‪RCOOCH2R' + KOH‬‬

‫كل من الحمض والغول‪ ،‬وس ّم ً‬ ‫كال منهما‪.‬‬ ‫‪ -2‬استنتج صيغة ٍ‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪RCOOCH2R' + H2O‬‬

‫‪RCOOH + R'CH2OH‬‬

‫الحل‪:‬‬ ‫كتلة اإلستر '‪:RCOOCH2R‬‬ ‫‪R + R' + 58 = C2H10O2 = 102‬‬ ‫‪RCOOCH2R' + KOH‬‬

‫‪RCOOK + R'CH2OH‬‬

‫كتلة ملح كربوكسيالت البوتاسيوم (‪ 49 :)RCOOK‬من كتلة اإلستر (‪)102‬‬ ‫‪51‬‬ ‫‪83 + R = 49 × 102‬‬ ‫‪51‬‬

‫‪R = 15‬‬

‫‪CnH2n+1 = 15‬‬ ‫)وهو جذر المتيل( ‪R = - CH3‬‬ ‫والحمض هو حمض اإليتانوئيك (حمض الخل)‪:‬‬

‫‪n=1‬‬

‫‪CH3-COOH‬‬

‫لمعرفة '‪:R‬‬ ‫‪R' + 15 + 58 = 102‬‬ ‫‪n' = 2‬‬

‫‪R' = 29‬‬

‫)وهو جذر اإلتيل( ‪R' = - C2H5‬‬ ‫والغول هو البروبان ‪ - 1 -‬ول (الغول البروبيلي)‪:‬‬

‫‪CH3-CH2-CH2-OH‬‬

‫‪171‬‬

‫‪6‬‬

‫الدر�س الرابع‬

‫الأمينات‬ ‫األهداف التعلّم ّية للدرس‪:‬‬ ‫أن يكون الطالب في نهاية الدرس قادراً على أن‪:‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫ • يتعرّ ف الزمرة الوظيفية في األمينات‪.‬‬ ‫ • يسمي هذه المركبات وفق ‪.IUPAC‬‬ ‫ • يصنف األمينات‪.‬‬ ‫ • يتعرّ ف طرائق التحضير‪.‬‬ ‫ • يتعرّ ف الخاصيات الفيزيائية والكيميائية لألمينات‪.‬‬ ‫ • يتعرّ ف األمينات العطرية كمشتقات أمينو البنزن‪.‬‬ ‫ • يق ّدر أهمية األمينات في الحياة والصناعة (أدوية ‪ ،‬أصبغة‪ ،‬مبيدات حشرية)‪.‬‬

‫مراكز االهتمام‪:‬‬ ‫ • تصنيف األمينات‪.‬‬ ‫ •تسمية األمينات‪.‬‬ ‫ • طرائق تحضير األمينات‪.‬‬ ‫ • الخاصيات الفيزيائية لألمينات‪.‬‬ ‫ • الخاصيات الكيميائية لألمينات‪.‬‬ ‫‪172‬‬

‫‪6‬‬

‫حل الأن�شطة والتدريبات‬ ‫ً‬ ‫أوال‪ّ :‬‬ ‫صنف األمينات اآلتية إلى أولية ‪ -‬ثانوية ‪ -‬ثالثية‪.‬‬ ‫‪CH3 - CH2 - NH2‬‬

‫‪C2H5 - NH - CH3‬‬

‫أولية‬

‫ثانوية‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3 - N - CH3‬‬ ‫ثالثية‬

‫ثانياً‪:‬‬

‫‪CH3 - NH - CH3‬‬ ‫‪ - N‬متيل أمينو الميتان‬

‫‪CH3 - N - H‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3 - CH2 - N - CH3‬‬

‫‪C2H5‬‬ ‫‪ - N‬متيل أمينو اإليتان‬

‫‪ - N، N‬ثنائي متيل أمينو اإليتان‬

‫‪ )2‬اكتب صيغ المركبات اآلتية‪:‬‬ ‫أمينو بروبان‪:‬‬

‫‪CH3 - CH2 - CH2 - NH2‬‬

‫‪ - N‬إتيل أمينو بروبان‪:‬‬

‫‪ -N،N‬ثنائي متيل أمينو بروبان‪:‬‬ ‫ثالثاً‪ :‬أعط تفسيراً علمياً لكل من العبارات اآلتية‪:‬‬ ‫ درجات غليان األمينات األولية والثانوية أعلى من درجات غليان األلكانات واإليترات الموافقة‪.‬‬‫الجواب‪ :‬بسبب الروابط الهدروجينية بين جزيئاتها‪.‬‬ ‫ تمتاز األمينات بصفة أساسية ضعيفة‪.‬‬‫الجواب‪ :‬لوجود زوج إلكتروني حر على ذرة النتروجين‪.‬‬ ‫ الرائحة الكريهة المنبعثة من السمك الفاسد‪.‬‬‫الجواب‪ :‬تعود إلى ّ‬ ‫تشكل أمينات أريلية ذات رائحة كريهة‪ ،‬وهي خطرة على صحة اإلنسان عند تناوله‪.‬‬ ‫‪173‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪ )1‬س ّم المركبات اآلتية‪:‬‬

‫‪6‬‬

‫رابعاً‪ :‬حل المسألة اآلتية‪:‬‬ ‫محلول متيل أمين تركيزه ‪ (0.2) mo .l-1‬وثابت تأيّنه (‪ ،)5 × 10-6‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪ )1‬اكتب معادلة تأيّنه وح ّدد األزواج المترافقة حسب مفهوم برونشتد ‪ -‬لوري‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪OH -‬‬

‫‪+‬‬

‫أساس (‪)1‬‬

‫‪CH3 - NH3 +‬‬

‫‪H2O‬‬

‫حمض (‪)2‬‬

‫حمض (‪)1‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 - NH2‬‬ ‫أساس (‪)2‬‬

‫‪ )2‬احسب ‪ pH‬هذا المحلول‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪OH -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪CH3 - NH3 +‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 - NH2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪x‬‬

‫‪0.2 - x‬‬ ‫]‪[CH3 - NH3 +] [OH -‬‬ ‫= ‪KC‬‬ ‫]‪[CH3 - NH2‬‬ ‫‪x2‬‬ ‫‪-6‬‬ ‫= ‪5 × 10‬‬ ‫‪0.2 - x‬‬ ‫‪x = [OH -] = 10-3 mo .l-1‬‬

‫]‪pH = - log [H3O+‬‬

‫‪[H3O+] = 10-11 mo .l-1‬‬

‫‪pH = - log 10-11‬‬ ‫‪pH = 11‬‬

‫‪174‬‬

‫‪6‬‬

‫حل م�سائل الوحدة ال�ساد�سة‬ ‫المسألة األولى‪:‬‬ ‫يحتوي حمض كربوكسيلي وحيد الوظيفة على ‪ 53.33%‬من األكسجين‪ ،‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬احسب الكتلة الجزيئية (المولية) للحمض‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫كل ‪ 100 g‬حمض يحوي ‪ 53.33 g‬أكسجين‬ ‫الكتلة المولية للحمض‪:‬‬ ‫‪100 × 32‬‬ ‫=‪M‬‬ ‫‪= 60 g.mol-1‬‬ ‫‪53.33‬‬ ‫‪2 .2‬اكتب صيغته نصف المنشورة وس ّمه‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫الصيغة العامة للحمض الكربوكسيلي‪RCOOH :‬‬ ‫‪RCOOH = 60‬‬ ‫الكتلة المولية للذرات (‪45 = )COOH‬‬ ‫‪R = 60 - 45 = 15‬‬ ‫الصيغة العامة للجذر األلكيلي ‪CnH2n+1‬‬ ‫‪CnH2n+1 = 15‬‬ ‫‪n=1‬‬

‫‪14 n = 14‬‬

‫‪12 n + 2 n + 1 = 15‬‬

‫فالجذر األلكيلي هو ‪ - CH3‬جذر المتيل‪ ،‬فالحمض هو حمض الخل (اإليتانوئيك)‪.CH3COOH :‬‬ ‫‪3 .3‬اكتب بالصيغ نصف المنشورة المعادلة الكيميائية المعبرة عن تفاعل الحمض المذكور مع الميتانول‬ ‫وس ّم نوع التفاعل وعلى أي نوع من روابط الميتانول يحدث هذا التفاعل؟‬ ‫الحل‪:‬‬

‫يسمى التفاعل‪ :‬أسترة‪ ،‬ويحصل بتحطيم الرابطة ‪ O - H‬في الميتانول‪.‬‬ ‫‪175‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫كل ‪ Mg‬حمض يحوي‬

‫‪ 32 g‬أكسجين‬

‫‪6‬‬

‫المسألة الثانية‪:‬‬ ‫محلول لأللدهيد اإلتيلي (اإليتانال) حجمه ‪ (200) ml‬يقسم إلى قسمين متساويين أ و ب ‪:‬‬ ‫ •يضاف إلى القسم (أ) محلول نترات الفضة النشادري (كاشف تولن) فينتج راسب كتلته ‪.(2.16) g‬‬ ‫ •يؤكسد القسم (ب) أكسدة تامة ثم يعاير الناتج بمحلول الصود تركيزه ‪ ،(0.5) mo .l-1‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬اكتب المعادالت الكيميائية المعبرة عن جميع التفاعالت الحادثة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪2H2O‬‬

‫‪2Ag‬‬

‫‪+ CH3COO- +‬‬

‫)‪(2Ag+ + 3OH-‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪1 O‬‬ ‫‪2 2‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 CHO‬‬

‫‪CH3 CHO‬‬

‫‪2 .2‬احسب تركيز محلول اإليتانال المستعمل بـ (‪ )g.l-1‬ثم بـ (‪.)mo .l-1‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪2H2O‬‬

‫‪+ CH3COO- +‬‬

‫كتلة اإليتانال المتفاعل‪:‬‬

‫‪2Ag‬‬

‫)‪(2Ag+ + 3OH-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 CHO‬‬

‫‪216 g‬‬

‫‪44 g‬‬

‫‪2.16 g‬‬

‫‪xg‬‬

‫‪44 × 2.16‬‬ ‫‪= 0.44 g‬‬ ‫‪216‬‬

‫=‪x‬‬

‫تركيز اإليتانال بالغرام في الليتر‪:‬‬

‫‪0.44‬‬ ‫‪m‬‬ ‫=‬ ‫‪= 4.4 g.l-1‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪0.1‬‬ ‫تركيز اإليتانال بالمول في اللتر‪:‬‬

‫= ‪Cg.l -1‬‬

‫‪4.4‬‬ ‫‪Cg.l -1‬‬ ‫=‬ ‫‪= 0.1 mol.l-1‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪44‬‬

‫= ‪Cmol.l -1‬‬

‫‪3 .3‬احسب حجم محلول هدروكسيد الصوديوم المستعمل في المعايرة للوصول إلى نقطة التكافؤ‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪CH3COOH‬‬

‫‪176‬‬

‫‪1 O‬‬ ‫‪2 2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 CHO‬‬

‫‪60 g‬‬

‫‪44 g‬‬

‫‪yg‬‬

‫‪xg‬‬

‫‪6‬‬

‫كتلة حمض الخل الناتج عن أكسدة اإليتانال‪:‬‬ ‫‪60 × 0.44‬‬ ‫‪= 0.60 g‬‬ ‫‪44‬‬

‫=‪y‬‬

‫عدد موالت حمض الخل‪:‬‬ ‫‪0.60‬‬ ‫‪= 0.01 mol‬‬ ‫‪60‬‬ ‫العالقة األساسية في المعايرة‪:‬‬ ‫أساس '‪ = n‬حمض ‪n‬‬

‫يؤكسد ‪ (23) g‬من اإليتانول أكسدة تامة ويكمل الحجم بالماء المقطر إلى ‪ ( 1 ) l‬ثم يعاير المحلول‬ ‫‪4‬‬ ‫الناتج باستعمال محلول هدروكسيد الصوديوم تركيزه ‪ ،(1) mo .l-1‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬اكتب المعادالت الكيميائية المعبرة عن جميع التفاعالت الحاصلة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪CH3 - CHO + H2O‬‬

‫‪1 O‬‬ ‫‪2 2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 - CH2 - OH‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪1 O‬‬ ‫‪2 2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 - CHO‬‬

‫أو بشكل مختصر‪:‬‬ ‫‪CH3COOH‬‬

‫‪O2‬‬

‫‪CH3CHO‬‬

‫‪O2‬‬ ‫‪- H2O‬‬

‫‪C2H5 - OH‬‬

‫‪2 .2‬احسب حجم محلول هدروكسيد الصوديوم الالزم للمعايرة واحسب (‪ )pH‬هذا المحلول‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪CH3COOH‬‬

‫‪O2‬‬

‫‪CH3CHO‬‬

‫‪O2‬‬ ‫‪- H2O‬‬

‫‪C2H5 - OH‬‬

‫‪60 g‬‬

‫‪46 g‬‬

‫‪xg‬‬

‫‪23 g‬‬ ‫‪177‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫المسألة الثالثة‪:‬‬

‫)‪n(CH COOH) = Cmol.l -1 × V(NaOH‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪0.01‬‬ ‫= )‪V(NaOH‬‬ ‫‪= 0.02 L‬‬ ‫‪0.5‬‬

‫‪6‬‬

‫كتلة حمض الخل الناتج عن األكسدة‪:‬‬ ‫‪60 × 23‬‬ ‫‪= 30 g‬‬ ‫‪46‬‬

‫=‪y‬‬

‫عدد موالت حمض الخل‪:‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪m‬‬ ‫=‬ ‫‪= 0.5 mol‬‬ ‫‪60‬‬ ‫‪M‬‬

‫=‪n‬‬

‫العالقة األساسية في المعايرة‪:‬‬ ‫أساس '‪ = n‬حمض ‪n‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫)‪n(CH COOH) = Cmol.l -1 × V(NaOH‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪0.5‬‬ ‫= )‪V(NaOH‬‬ ‫‪= 0.5 L‬‬ ‫‪1‬‬ ‫هدروكسيد الصوديوم أساس قوي‪:‬‬ ‫‪[OH -] = [NaOH] = 1 mol.l-1‬‬ ‫من الجداء الشاردي للماء‪:‬‬ ‫‪= 10-14 mol.l-1‬‬

‫‪10-14‬‬ ‫‪1‬‬

‫=‬

‫‪10-14‬‬ ‫] ‪[OH‬‬ ‫‪-‬‬

‫= ]‪[H3O+‬‬

‫عالقة سورنسن‪:‬‬ ‫]‪pH = - log [H3O +‬‬ ‫بالتعويض‪:‬‬ ‫‪pH = - log 10-14 = 14‬‬ ‫‪ .3‬احسب تركيز الملح الناتج في المحلول بعد المعايرة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫تركيز المحلول الملحي =‬

‫كتلة الملح‬ ‫حجم المحلول الملحي‬

‫حجم المحلول الملحي = حجم محلول هدروكسيد الصوديوم ‪ +‬حجم محلول حمض الخل الناتج عن أكسدة اإليتانول‬

‫‪V = 0.5 + 0.25 = 0.75 L‬‬ ‫‪178‬‬

‫‪6‬‬

‫حساب كتلة الملح‪:‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NaOH‬‬

‫‪CH3COONa‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪82 g‬‬

‫‪60 g‬‬

‫‪yg‬‬

‫‪30 g‬‬

‫كتلة ملح خالت الصوديوم الناتج‪:‬‬

‫تركيز ملح خالت الصوديوم الناتج‪:‬‬ ‫‪41‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪m‬‬ ‫=‪C‬‬ ‫=‬ ‫=‬ ‫‪MV 82 × 0.75‬‬ ‫‪1.5‬‬ ‫‪mo .l-1‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬

‫=‪C‬‬

‫المسألة الرابعة‪:‬‬ ‫يؤكسد مزيج من (اإليتانول واإليتانال) أكسدة تامة بمادة مؤكسدة ويمدد الناتج بالماء المقطر حتى‬ ‫يصبح حجمه ‪ (100) ml‬يعاير بصورة كاملة بمحلول هدروكسيد الصوديوم تركيزه ‪(0.5) mo .l-1‬‬ ‫فلزم لذلك ‪ ،(200) ml‬ثم يؤخذ مزيج مماثل وتضاف إليه كمية من محلول فهلنغ فينتج راسب كتلته‬ ‫‪ ،(3.6) g‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬اكتب المعادالت الكيميائية المعبرة عن جميع التفاعالت الحاصلة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪3H2O‬‬

‫)‪(2Cu++ + 5OH-‬‬

‫‪CH3COO- + Cu2O +‬‬ ‫‪CH3COONa + H2O‬‬ ‫‪CH3COOH‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫)‪(O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 CHO‬‬

‫‪CH3COOH + NaOH‬‬ ‫‪1 O‬‬ ‫‪2 2‬‬

‫‪CH3 - CHO‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 CHO‬‬ ‫)‪(O‬‬

‫‪- H2O‬‬

‫‪CH3 - CH2 - OH‬‬ ‫‪179‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪30 × 82‬‬ ‫‪= 41 g‬‬ ‫‪60‬‬

‫=‪y‬‬

‫‪6‬‬

‫‪ .2‬احسب كتلة المزيج المستعمل في كل مرة‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫‪3H2O‬‬

‫‪CH3COO- + Cu2O +‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪(2Cu++ + 5OH-‬‬

‫‪CH3 CHO‬‬

‫‪144 g‬‬

‫‪44 g‬‬

‫‪3.6 g‬‬

‫‪xg‬‬ ‫‪44 × 3.6‬‬ ‫‪= 1.1 g‬‬ ‫‪144‬‬

‫=‪x‬‬

‫معادلة معايرة حمض الخل (الناتج عن أكسدة المزيج) بمحلول هدروكسيد الصوديوم‪:‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪CH3COOH + NaOH‬‬

‫‪CH3COONa + H2O‬‬

‫)‪n (CH COOH) = n' (NaOH‬‬ ‫العالقة األساسية في المعايرة‪:‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪m‬‬ ‫‪=CV‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪200‬‬ ‫‪m‬‬ ‫× ‪= 0.5‬‬ ‫‪m=6g‬‬ ‫‪60‬‬ ‫‪1000‬‬ ‫حساب كتلة حمض الخل الناتج عن أكسدة اإليتانال‪:‬‬ ‫‪1 O‬‬ ‫‪2 2‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 CHO‬‬

‫‪60 g‬‬

‫‪44 g‬‬

‫‪yg‬‬

‫‪1.1 g‬‬

‫‪6‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪1.1 × 60‬‬ ‫=‬ ‫=‬ ‫‪= 1.5 g‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪44‬‬

‫=‪y‬‬

‫كتلة حمض الخل الناتج عن أكسدة اإليتانال‪:‬‬ ‫‪6 - 1.5 = 4.5 g‬‬ ‫كتلة اإليتانول في المزيج‪:‬‬ ‫‪CH3COOH‬‬

‫‪180‬‬

‫)‪(O‬‬

‫‪CH3 - CHO‬‬

‫)‪(O‬‬ ‫‪- H2O‬‬

‫‪CH3 - CH2 - OH‬‬

‫‪60 g‬‬

‫‪46 g‬‬

‫‪4.5 g‬‬

‫‪Gg‬‬

‫‪46 × 4.5‬‬ ‫‪= 3.45 g‬‬ ‫‪60‬‬

‫‪6‬‬

‫=‪G‬‬

‫كتلة المزيج‪:‬‬ ‫‪3.45 + 1.1 = 4.55 g‬‬ ‫المسألة الخامسة‪:‬‬ ‫مزيج من اإليتانول واإليتانال كتلته ‪ (27.2) g‬يؤكسد هذا المزيج أكسدة تامة فينتج ‪ (36) g‬من حمض‬ ‫كربوكسيلي‪ ،‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪1 .1‬اكتب المعادالت الكيميائية المعبرة عن جميع التفاعالت الحادثة‪.‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪1 O‬‬ ‫‪2 2‬‬

‫‪CH3 - CHO‬‬ ‫‪1 O‬‬ ‫‪2 2‬‬

‫‪CH3COOH‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3COONa‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 - CH2 - OH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3 - CHO‬‬ ‫‪CH3COOH‬‬

‫‪+ NaOH‬‬

‫‪2 .2‬احسب كتلة كل من اإليتانول واإليتانال في المزيج‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬

‫‪O2‬‬

‫‪CH3 - CHO‬‬

‫‪- H2O‬‬

‫‪CH3 - CH2 - OH‬‬

‫‪44 g‬‬

‫‪46 g‬‬

‫‪yg‬‬

‫‪xg‬‬ ‫)‪... (1‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪22 x‬‬ ‫‪23‬‬

‫=‪y‬‬ ‫)‪(O‬‬

‫‪44 x‬‬ ‫‪46‬‬

‫=‪y‬‬ ‫‪CH3CHO‬‬

‫‪60 g‬‬

‫‪44 g‬‬

‫‪36 - y‬‬

‫)‪(27.2 - x‬‬ ‫)‪44 (36 - y) = 60 (27.2 - x) ... (2‬‬ ‫‪181‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫الحل‪:‬‬

‫‪6‬‬

‫بحل جملة المعادلتين (‪ )1‬و(‪ )2‬نحصل على‪:‬‬ ‫كتلة اإليتانول = ‪18.4 g‬‬ ‫كتلة اإليتانال = ‪8.8 g‬‬ ‫‪3 .3‬يمدد المحلول الحمضي الناتج بالماء المقطر حتى يصبح حجمه ‪ ،(400) ml‬ويعاير منه ‪(40) ml‬‬ ‫بمحلول هدروكسيد الصوديوم فيلزم لذلك ‪ .(30) ml‬احسب تركيز محلول هدروكسيد الصوديوم‬ ‫المستعمل مقدراً بـ ‪ mo .l-1‬ثم احسب كتلة هدروكسيد الصوديوم فيه‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫حساب تركيز حمض الخل الناتج‪:‬‬ ‫‪36‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪m‬‬ ‫=‬ ‫=‬ ‫‪MV‬‬ ‫‪60 × 0.4‬‬ ‫‪24‬‬

‫= )‪C (CH COOH‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪C = 1.5 mo .l-1‬‬ ‫حساب تركيز محلول هدروكسيد الصوديوم‪:‬‬ ‫)‪n (CH COOH) = n (NaOH‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪C1 V1 = C2 V2‬‬ ‫‪1.5 × 40 = C2 × 30‬‬ ‫‪1.5 × 40‬‬ ‫‪= 2 mo .l-1‬‬ ‫‪30‬‬

‫= ‪C2‬‬

‫‪m(NaOH) = C V M‬‬ ‫‪m(NaOH) = 2 × 0.03 × 40‬‬ ‫‪m(NaOH) = 2.4 g‬‬ ‫المسألة السادسة‪:‬‬ ‫ينتج إستر من تفاعل غول أولي مشبع وحيد الوظيفة ‪ R' - CH2OH‬مع حمض كربوكسيلي وحيد‬ ‫الوظيفة ‪ ، R - COOH‬فإذا علمت أن الصيغة المجملة لإلستر ‪ C6H12O2‬وأنه يتفاعل مع هدروكسيد‬ ‫الصوديوم معطياً ملحاً كتلته ( ‪ ) 24‬من كتلة اإلستر نفسه‪ ،‬المطلوب‪:‬‬ ‫‪29‬‬ ‫‪182‬‬

‫‪6‬‬

‫‪1 .1‬استنتج صيغة كل من الحمض والغول المستعملين وس ّم ً‬ ‫كال منهما‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬

‫ماء‬

‫الغول‬

‫اإلستر‬

‫مالحظــة‪ :‬الصيغة المجملة لإلســـتر (‬ ‫(‪.)116 g.mol-1‬‬

‫الحمض الكربوكسيلي‬

‫) هي ‪ C2H12O2‬وكتلتـــه الموليـــة هي‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫كتلة الملح = ‪ 24‬من كتلة اإلستر‬ ‫‪29‬‬ ‫(‪116 × 24 = )R + 67‬‬ ‫‪29‬‬ ‫‪96 = R + 67‬‬ ‫‪96 - 76 = R‬‬ ‫‪R = 29‬‬ ‫‪CnH2n+1 = 29‬‬ ‫‪12n +2n+1 = 29‬‬ ‫‪14n = 28‬‬ ‫‪n=2‬‬ ‫‪ R‬هو جذر اإلتيل ‪CH3 - CH2 -‬‬ ‫صيغة الحمض‪ CH3 - CH2 - COOH :‬وهو حمض البروبانوئيك‬ ‫نستبدل ‪ R‬في صيغة اإلستر فتصبح‪:‬‬

‫كتلة هذا اإلستر هي ‪ 116‬ومنه‪:‬‬ ‫‪= 116‬‬ ‫‪R' = 116 - 87‬‬ ‫‪R' = 29‬‬ ‫‪183‬‬

‫‪6‬‬

‫'‪ R‬أيضاً هو جذر اإلتيل ‪( CH3 - CH2 -‬بالطريقة نفسها في إيجاد ‪.)R‬‬ ‫صيغة الغول‪ CH3 - CH2 - CH2 - OH :‬وهو البروبان ‪ -1-‬ول‪.‬‬ ‫طريقة ثانية إليجاد '‪:R‬‬ ‫صيغة اإلستر المجملة‪ C6H16O6 :‬أي يحوي ست ذرات كربون‪.‬‬ ‫صيغة اإلستر نصف المنشورة‪:‬‬

‫بالمقارنة مع الصيغتين نستنتج ّ‬ ‫أن '‪ R‬تحوي ذرتين كربون فهي جذر اإلتيل (‪ )CH3 - CH2 -‬فتكون‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫صيغة الغول (‪.)CH3 - CH2 - CH2 - OH‬‬ ‫‪2 .2‬اكتب الصيغة نصف المنشورة لإلستر الناتج وس ّمه‪.‬‬ ‫الحل‪:‬‬ ‫صيغة اإلستر‪ :‬باستبدال '‪( R‬وهي ‪ )CH3 - CH2 -‬في الصيغة‬ ‫نجد‪:‬‬ ‫‪CH3-CH2-COO-CH2-CH2-CH3‬‬ ‫اسم اإلستر‪ :‬بروبانوات نظامي البروبيل‪.‬‬

‫‪184‬‬

‫‪6‬‬

‫طريقة �صنع خل التفاح يف املنزل‬ ‫المواد الالزمة‪:‬‬ ‫ •التفاح‪.‬‬ ‫ •زجاجة فارغة‪.‬‬ ‫ •شبك أو قطعة قماش للتصفية‪.‬‬ ‫ •زجاجة أخرى فارغة لوضع الخل‪.‬‬ ‫طريقة العمل‪:‬‬ ‫‪2 .2‬يُترك بقشوره فال تُزال عنه‪.‬‬ ‫‪3 .3‬يقطع التفاح ألجزاء حسب الرغبة‪.‬‬ ‫‪4 .4‬تُحضر زجاجة مثل زجاجة المربى وتغسل وتجفف جيداً‪.‬‬ ‫‪5 .5‬توضع قطع التفاح داخلها قطعة قطعة‪ ،‬ويضغط عليها جيداً بأطراف األصابع‪ ،‬حتى يقلل الفراغ بين‬ ‫قطع التفاح قدر المستطاع‪.‬‬ ‫‪6 .6‬بعد َم ْلء الزجاجة إلى آخرها تُغلق جيداً‪ ،‬وتوضع في مكان جاف ومظلم‪ ،‬مثل خزانة المطبخ‪.‬‬ ‫وبعد مرور مدة ‪ 3‬أشهر أو أكثر حسب نوع التفاح المستخدم ودرجة نضجه نُخرج الزجاجة من الخزانة‬ ‫بعدما يصبح التفاح عبارة عن ماء‪ ،‬أي صار ً‬ ‫خال‪ ،‬ي ّ‬ ‫ُصفى بوساطة مصفاة أو قطعة قماش نظيفة‪.‬‬ ‫وبهذا نكون قد حصلنا على خل تفاح منزلي ‪ 100%‬من دون َغ ْول إتيلي (كحول)‪ ،‬ويمكن استخدامه في‬ ‫ووص َفات التجميل‪.‬‬ ‫السلَطات‬ ‫ْ‬ ‫َّ‬

‫‪185‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫‪1 .1‬يُغسل التفاح جيداً ويُمسح‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫ال�صابون املنزيل‬ ‫تعريف الصابون‪:‬‬ ‫هو المادة الناتجة من اتحاد الزيوت أو الشحوم والدهون (نباتية أو حيوانية) مع الصودا الكاوية أو أي مادة‬ ‫قلوية أخرى‪ ،‬أي أن‪ :‬دهن ‪ +‬قلوي = صابون‪ .‬كما يمكن أن يضاف إلى خلطة الصابون بعض العطور‬ ‫مثل زيت الورد أو زيت الياسمين إلكساب الصابون رائحة جميلة‪.‬‬ ‫هذا باإلضافة إلى المواد المالئة التي تضاف إلى الصابون أثناء تحضيره لتكبير حجمه وتحسين رغوته‬ ‫ومن هذه المواد الدقيق وأحجار التلك والكاؤلين‪ ،‬على أن ال تزيد المواد المالئة عن ‪ 25%‬من تركيب‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫الصابون‪ ،‬وكلما قلت هذه المواد كان الصابون أجود‪ .‬ومن الممكن أن تشتمل خلطة الصابون على زيت‬ ‫بذرة القطن بجانب زيت الزيتون والصودا الكاوية والماء والمواد المالئة‪.‬‬ ‫طريقة التحضير‪:‬‬ ‫تضاف الزيوت والنشاء وتوضع على نار هادئة حتى تسيح ثم توضع الصودا الكاوية في الماء الساخن‬ ‫وتضاف إلى المخلوط ثم يقلب جيداً حتى يصير لونه أبيض ثم يوضع في قوالب خاصة ويترك في مكان‬ ‫ُم َه َّوى حتى إذا اقترب من الجفاف ي َُق َّطع بسكين حادة ويُترك للجفاف‪.‬‬ ‫مميزات الصابون‪:‬‬ ‫‪1 .1‬القدرة التنظيفية الكبيرة نسبياً في الماء العذب الذي ال توجد فيه أمالح الكالسيوم والمغنزيوم‪.‬‬ ‫‪2 .2‬عدم تأثيره على البشرة الحساسة‪ ،‬وعدم إزالته لكل المواد الدهنية من األيدي‪.‬‬ ‫‪3 .3‬وفرة الرغوة وثباتها في الماء العذب‪.‬‬ ‫‪4 .4‬مقدرته على التشتيت للمواد الصلبة ليمنع التصاقها مرة أخرى باألقمشة‪.‬‬ ‫عيوب الصابون‪:‬‬ ‫‪1 .1‬عدم ثباته في المحاليل الحمضية‪.‬‬ ‫‪2 .2‬ترسيبه ألمالح الكالسيوم والمغنزيوم في المياه العسرة‪.‬‬ ‫‪3 .3‬عدم ثباته في محاليل األمالح المركزة‪.‬‬

‫الطريقة املنزلية لعمل ال�صابون‬ ‫المقادير‪:‬‬ ‫‪ 4‬كيلو غرام زيت طعام عادي ‪ 2 +‬كيلو غرام دقيق ‪ 1 +‬كيلو غرام بوتاس كاوي (‪ 2 + )KOH‬لتر‬ ‫ماء ‪ 5 +‬غرام عطر مناسب للرائحة‪.‬‬ ‫‪186‬‬

‫‪6‬‬

‫طريقة العمل‪:‬‬ ‫‪1 .1‬يقلب الدقيق في الزيت حتى يسمك قوامه‪.‬‬ ‫‪2 .2‬يذاب البوتاس الكاوي في الماء‪.‬‬ ‫‪3 .3‬يضاف محلول البوتاس الكاوي إلى المخلوط السابق ويضاف العطر واللون الزيتي‪.‬‬ ‫‪4 .4‬تعبأ الكمية كلها وهي ساخنة في صندوق خشب أو كرتون أو صاج ويوضع في أسفل المخلوط طبقة‬ ‫من البالستيك‪.‬‬ ‫‪5 .5‬تترك الكمية حتى تجف بعد تقطيعها قبل تمام الجفاف بعد ‪ 2 – 1‬ساعة من العمل‪.‬‬ ‫‪6 .6‬تفرد قطع الصابون عن بعضها وتترك حتى تمام الجفاف‪.‬‬

‫المقادير‪:‬‬ ‫‪ 1‬كيلو غرام حمض السلفونيك ‪ 200 +‬غرام بوتاس كاوي ‪ 5 +‬غرام أسنس ليمون أو ورد ‪ 8 +‬لتر ماء‬ ‫عادي ‪ +‬مل ِّون أصفر أو أزرق أو أخضر‪.‬‬ ‫طريقة العمل‪:‬‬ ‫‪1 .1‬يذاب البوتاس الكاوي في قليل من الماء مع التأكد من تمام الذوبان وذلك في وعاء بالستيكي‪.‬‬ ‫‪2 .2‬يذاب حمض السلفونيك في ما بتقى من كمية ‪ 8‬لتر ماء في طبق بالستيكي كبير‪.‬‬ ‫‪3 .3‬يضاف إليه بعد ذلك البوتاس الكاوي السائل‪ ،‬وكذلك العطر واللون المرغوب المضاف‪.‬‬ ‫‪4 .4‬ثم يعبأ بالقمع البالستيكي في زجاجات حسب العبوة المطلوبة‪.‬‬

‫الطريقة الثانية لعمل ال�صابون ال�سائل‬ ‫المقادير‪:‬‬ ‫‪ 1‬كيلو غرام حمض السلفونيك ‪ 250 +‬غرام بوتاس كاوي ‪ 5 +‬غرام عطر ليمون أو ورد ‪ 8 +‬لتر ماء‬ ‫عادي ‪ +‬مل ِّون أصفر أو أزرق أو أخضر‪.‬‬ ‫طريقة العمل‪:‬‬ ‫‪1 .1‬يذاب البوتاس الكاوي في قليل من الماء مع التأكد من تمام الذوبان في وعاء بالستيكي‪.‬‬ ‫‪2 .2‬يضاف بعد ذلك حمض السلفونيك مع الماء حتى يصير لون الخليط أصفر عسلي في طبق بالستيكي‬ ‫كبير‪.‬‬ ‫‪3 .3‬يضاف للخليط العطر واللون ويتم تقليبه جيداً‪.‬‬ ‫‪187‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫الطريقة املنزلية لعمل ال�صابون ال�سائل‬

‫‪6‬‬

‫‪4 .4‬يعبأ في زجاجات حسب العبوة المطلوبة بوساطة قمع بالستيكي‪.‬‬ ‫‪5 .5‬عند الرغبة في عمل طبقة هالمية سميكة لقوام الصابون السائل يضاف ملء ملعقة من ملح الطعام‬ ‫إلى الخليط ويذاب ويقلب الخليط فيعطي القوام المطلوب للصابون السائل‪.‬‬

‫الطريقة الثالثة لعمل ال�صابون ال�سائل‬ ‫المقادير‪:‬‬ ‫‪ 1‬كيلو غرام حمض السلفونيك ‪ 250 +‬غرام بوتاس كاوي ‪ 5 +‬غرام أسنس ليمون ‪ 25 +‬مللتر كلورور‬ ‫‪ +‬مل ِّون أصفر ‪ 8 +‬لتر ماء عادي‪.‬‬

‫الكيمياء الع�ضوية‬

‫طريقة العمل‪:‬‬ ‫‪1 .1‬يذاب البوتاس الكاوي في ‪ 200‬مللتر ماء ويقلب بقطعة خشب‪.‬‬ ‫‪2 .2‬يذاب حمض السلفونيك في ما تبقى من كمية ‪ 8‬لتر ماء ويقلب بملعقة خشبية حتى تمام الذوبــان‪،‬‬ ‫وال يصفى‪.‬‬ ‫‪3 .3‬يوضع فوق الخليط كمية من الكلورور ثم العطر ويقلب جيداً حتى تمام التجانس‪.‬‬ ‫‪4 .4‬تعبأ في أوعية بالستيكية‪.‬‬

‫‪188‬‬

‫الفهرس‬ ‫الموضوع‬

‫الصفحة‬

‫مدخل‬

‫‪4‬‬

‫خصائص منهاج الكيمياء‬

‫‪6‬‬

‫الرموز التي تحملها بعض المواد الكيميائية‬

‫‪13‬‬

‫بعض األدوات واألجهزة في مختبر الكيمياء‬

‫‪14‬‬

‫كيف تستخدم هذا الدليل؟‬

‫‪28‬‬

‫بعض الرموز والمصطلحات‬

‫‪32‬‬

‫مدلوالت بعض فقرات الكتاب‬

‫‪37‬‬

‫وحدات الكيمياء‬

‫‪38‬‬

‫الوحدة األولى‪ :‬الكيمياء النووية‬

‫‪39‬‬

‫تنفيذ درس الكيمياء النووية‬

‫‪41‬‬

‫حل مسائل الوحدة األولى‬

‫‪57‬‬

‫الوحدة الثانية‪ :‬الكيمياء الحرارية‬

‫‪61‬‬

‫تنفيذ درس الكيمياء الحرارية‬

‫‪62‬‬

‫حل مسائل الوحدة الثانية‬

‫‪67‬‬

‫الوحدة الثالثة‪ :‬الحركية الكيميائية‬

‫‪74‬‬

‫سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫‪75‬‬

‫حل مسائل الوحدة الثالثة‬

‫‪103‬‬

‫الوحدة الرابعة‪ :‬التوازن الكيميائي‬

‫‪108‬‬

‫تنفيذ درس التوازن الكيميائي‬

‫‪109‬‬

‫حل مسائل الوحدة الرابعة‬

‫‪113‬‬ ‫‪189‬‬

‫الوحدة الخامسة‪ :‬الكيمياء التحليلية‬

‫‪119‬‬

‫الدرس األول‪ :‬الحموض واألسس‬

‫‪121‬‬

‫حل األنشطة والتدريبات‬

‫‪122‬‬

‫الدرس الثاني‪ :‬المحاليل المائية لألمالح‬

‫‪126‬‬

‫حل األنشطة والتدريبات‬

‫‪127‬‬

‫الدرس الثالث‪ :‬التحليل الكيميائي ‪ -‬المعايرة‬

‫‪132‬‬

‫حل األنشطة والتدريبات‬

‫‪137‬‬

‫حل مسائل الوحدة الخامسة‬

‫‪140‬‬

‫الوحدة السادسة‪ :‬الكيمياء العضوية‬

‫‪145‬‬

‫الدرس األول‪ :‬األلدهيدات والكيتونات‬

‫‪148‬‬

‫حل األنشطة والتدريبات‬

‫‪158‬‬

‫الدرس الثاني‪ :‬الحموض الكربوكسيلية‬

‫‪163‬‬

‫حل األنشطة والتدريبات‬

‫‪164‬‬

‫الدرس الثالث‪ :‬مشتقات الحموض الكربوكسيلية‬

‫‪168‬‬

‫حل األنشطة والتدريبات‬

‫‪169‬‬

‫الدرس الرابع‪ :‬األمينات‬

‫‪172‬‬

‫حل األنشطة والتدريبات‬

‫‪173‬‬

‫حل مسائل الوحدة الخامسة‬

‫‪175‬‬

‫طريقة صنع خل التفاح في المنزل‬

‫‪185‬‬

‫الصابون المنزلي‬

‫‪186‬‬

‫الفهرس‬

‫‪189‬‬

‫‪190‬‬

191

192