الكمياء2

‫كـ ـي ـمـ ـيـ ـ ــاء (‪)2‬‬ ‫التعليم الثانوي (الربنامج امل�شرتك)‬

‫اال�ســـــــــــــــــم ‪...................................................................................... :‬‬

‫رقـ ـ ــم الإي ـ ـ ـ ــداع ‪14٢7/3781 :‬‬ ‫ردمك ‪9960 - 48 - 231 - 6 :‬‬

‫الطبعة الثانية ‪1431‬هـ ‪1432 -‬هـ ‪2010 /‬م ‪2011 -‬م‬

‫الـمــدر�ســـــــة ‪...................................................................................... :‬‬

‫الطبعة الثانية‬ ‫‪1431‬هـ ـ ‪1432‬هـ‬ ‫‪2010‬م ـ ‪2011‬م‬

‫كيمياء ‪2‬‬ ‫( م�سار العلوم الطبيعية )‬ ‫لجنة التطوير والتعديل‬ ‫نــورة محمــد عي ـ ــد الحربــي‬ ‫�أمي ـ ـ ـ ــة بنـت عمـ ـ ـ ــر ج ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــان‬ ‫وجدان نايف زامل ال�شريف‬ ‫ابت�سام عبد الكريم جوهري‬ ‫لجنة المراجعة‬ ‫عبدالرحمن عبدالملك كمال‬ ‫خليل فراج الـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــوافي‬ ‫عمر عبداهلل مغربي‬ ‫راجعه و�أ�شرف على الت�صميم الفني والتعليمي‬ ‫خالد بن �صالح القري�شي‬

‫الطبعة الثانية‬ ‫‪1431‬هـ ـ ـ ‪1432‬هـ‬ ‫‪2010‬م ـ ـ ‪2011‬م‬

‫وزارة التربية والتعليم ‪ 1427 ،‬هـ‬ ‫فهر�سة مكتبة الملك فهد الوطنية �أثناء الن�شر‬ ‫وزارة التربية والتعليم‬ ‫كيمياء ‪( 2‬التعليم الثانوي ) ‪ -‬الريا�ض ‪ 1427 ،‬هـ‬ ‫‪� 320‬ص ؛ ‪� 27 x 21‬سم‬ ‫ردمك ‪ 6 :‬ـ ‪ 231‬ـ ‪ 48‬ـ ‪9960‬‬ ‫‪1‬ـ الكيمياء ـ كتب درا�سية ‪2‬ـ التعليم الثانوي ـ ال�سعودية ـ كتب درا�سية‬ ‫�أ‪ .‬العنوان‬ ‫‪1427 /3781‬‬ ‫ديوي ‪540،712‬‬ ‫رقم الإيداع ‪1427 / 3781 :‬‬ ‫ردمك ‪ 6 :‬ـ ـ ‪ 231‬ـ ـ ‪ 48‬ـ ـ ‪9960‬‬ ‫له ��ذا الكتاب قيم ��ة مهمة وفائدة كبي ��رة فحافظ عليه واجع ��ل نظافته ت�شهد على‬ ‫ح�سن �سلوكك معه ‪.‬‬ ‫�إذا ل ��م تحتفظ بهذا الكتاب في مكتبتك الخا�صة في �آخر العام لال�ستفادة فاجعل‬ ‫مكتبة مدر�ستك تحتفظ به ‪.‬‬ ‫حقوق الطبع والن�شر محفوظة لوزارة التربية والتعليم ـ المملكة العربية ال�سعودية‬

‫موقع‬

‫وزارة التربية والتعليم‬ ‫‪www.moe.gov.sa‬‬

‫موقع‬

‫البوابة التعليمية للتخطيط والتطوير‬ ‫‪http://www.ed.edu.sa‬‬

‫موقع‬

‫�إدارة التعليم الثانوي‬ ‫‪www.hs.gov.sa‬‬

‫البريد الإلكتروني لإدارة التعليم الثانوي‬

‫‪Secondary-Education@curriculum.gov.sa‬‬

‫رب العالمي ��ن وال�صالة وال�س�ل�ام على �أ�شرف الأنبياء والمر�سلي ��ن نبينا محمد �صلى اهلل‬ ‫الحم ��د هلل ِّ‬ ‫علي ��ه و�سل ��م وعلى �آله و�صحبه �أجمعين‪� .‬إن من �أهم �أهداف تدري�س الكيمياء تعميق العقيدة الإ�سالمية ‪،‬‬ ‫وتر�سي ��خ الإيمان باهلل وعبادته على الوجه الذي يليق به ‪�-‬سبحانه وتعالى‪ -‬و�إك�ساب التالميذ العديد من‬ ‫المهارات واالتجاهات المنا�سبة ‪.‬‬ ‫�إن عل ��م الكيمي ��اء عل ��م تجريبي مبني عل ��ى التجربة والم�شاه ��دة ودقة المالحظة ؛ ليت ��م اال�ستنتاج‬ ‫والتف�سي ��ر ال ��ذي يمكن تطبيق نتائج ��ه في مج ��االت عدي ��دة كال�صناعة‪،‬والزراعة‪،‬والهند�س ��ة‪ ،‬والطب‪،‬‬ ‫وال�صيدل ��ة وغيرها‪.‬وق ��د �أُ ِخذَ بعين االعتبار ف ��ي اختيار كتب الكيمياء للنظام الثان ��وي الجديد بالمملكة‬ ‫العربي ��ة ال�سعودية االتجاهات التربوية الحديثة في مج ��ال تطوير مناهج الكيمياء‪ ،‬والرجوع �إلى م�صادر‬ ‫المعلومات المتنوعة من كتب ور�سائل علمية ودوريات ون�شرات مختلفة ‪.‬‬ ‫ي�شمل كتاب الكيمياء(‪� )2‬ست وحدات؛ تحتوي الوحدة الأولى(خ�صائ�ص المادة في حاالتها الثالثة)‬ ‫على ف�صل واحد هو ‪ :‬الف�صل الأول (الغازات وخ�صائ�صها )‪ .‬والوحدة الثانية ( المحاليل ) تحتوي على‬ ‫ف�ص ��ل واحد ه ��و ‪ :‬الف�صل الثاني (�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وط ��رق التعبير عن تركيزها) ‪ ,‬والوحدة‬ ‫الثالثة (الكيمياء الحرارية ) وتحتوي على الف�صل الثالث (حرارة التفاعل الكيميائي ) ‪ .‬والوحدة الرابعة‬ ‫(حركي ��ة التفاع ��ل ) وتحتوي على ف�صلين هم ��ا‪ :‬الف�صل الرابع ( �سرعة التفاع ��ل الكيميائي ) والف�صل‬ ‫الخام�س (االتزان الكيميائي) ‪ .‬والوحدة الخام�سة ( الأحما�ض والقواعد والأمالح وح�سابات االتزان في‬ ‫محاليله ��ا ) وتحتوي على ثالثة ف�صول هي‪ :‬الف�ص ��ل ال�ساد�س ( الأحما�ض والقواعد ) ‪ ,‬والف�صل ال�سابع‬ ‫( ح�ساب ��ات متعلقة بالمحالي ��ل المائية للأحما�ض والقواعد ) ‪ .‬والف�صل الثامن ( الأمالح وح�ساباتها )‪،‬‬ ‫والوحدة ال�ساد�سة ( الكيمياء الكهربائية) وتحتوي على الف�صل التا�سع ( الأك�سدة واالختزال ) ‪ .‬وينتهي‬ ‫كل ف�ص ��ل بالأ�سئل ��ة المتنوعة التي تقي� ��س العديد من م�ستوي ��ات المعرفة‪ .‬ولتو�ضي ��ح الن�صو�ص وتقريب‬ ‫الفكرة �إلى ذهن الطالب ُا ْ�ست ِ‬ ‫ُخد َم ْت الر�سوم التو�ضيحية وال�صور والجداول والتجارب العملية ‪ ،‬وجميعها‬ ‫مرق ��م بت�سل�س ��ل ح�سب رقم الف�صل التابع له ‪ .‬فمث�ل ً�ا �شكل ( ‪ ) 2-1‬يعني الف�صل الأول ‪ -‬ال�شكل الثاني ‪,‬‬ ‫وانت�شرت في ال�صفحات بع�ض التعليقات برموز مختلفة وهى كما يلي‬

‫هـ‬

‫بع�ض الفقرات فى هذا الكتاب‬ ‫ومدلوالتها ورموزها‬ ‫الرمز‬

‫الفقرة‬

‫مدلوالتها‬

‫مثال‬

‫ه ��ي �أنواع م ��ن الأ�سئل ��ة المحلولة عل ��ى الفك ��رة �أو المفهوم‬ ‫المعرو� ��ض يهدف �إلى تر�سيخها ويقي� ��س عليها المتعلم عند‬ ‫تنفيذ التدريبات �أوحل تمارين �آخر الف�صل‪.‬‬

‫تدريب‬

‫ه ��ي �أنواع م ��ن �ألأ�سئلة تعر�ض في ثناي ��ا المو�ضوع المدرو�س‬ ‫تطبيق� � ًا لفك ��رة �أو مفهوم علمي م ��ر به للتو ‪ ,‬بغي ��ة التدريب‬ ‫عليها داخل ال�صف وبالإ�شراف والتقويم من قبل المعلم‬

‫معلومات‬ ‫�إثرائية‬

‫ويق�ص ��د بها تلك المعلوم ��ات الإ�ضافية ح ��ول المو�ضوع قيد‬ ‫الدرا�س ��ة �أو فقرات منه يقف المتعل ��م ال�شغوف على المزيد‬ ‫حولها دون �أن يدخل ما ت�ضمنته في عمليات تقويم المتعلمين‬

‫�س�ؤال‬ ‫ن�شاط عملي‬

‫بحث‬

‫�أ�سئل ��ة ذات عالق ��ة بمو�ضوع الدر�س ويت ��رك فر�صة للطالب‬ ‫للإجابة عليها داخل الف�صل‪.‬‬ ‫وه ��و عبارة عن الن�شاط ��ات التجريبية العملي ��ة التي يجريها‬ ‫المتعلم ��ون داخل غرفة المختب ��ر �أو يجريها المعلم فى حالة‬ ‫عدم توفر الأدوات والمواد الكافية �أو لخطورتها عليهم‪.‬‬ ‫هو محاولة يتم من خاللها ممار�سة المتعلم لمهارات البحث‬ ‫العلم ��ي و�أ�ساليب ��ه ب�ص ��ورة مب�سط ��ة م�ستخدم� � ًا الم�ص ��ادر‬ ‫المعرفية المختلف ��ة المتوفرة بين يدي ��ه ( المكتبة العلمية)‬ ‫البرام ��ج الحا�سوبي ��ة ال�شبك ��ة المعلوماتي ��ة ‪ ,‬وغيرها ‪ ,‬دون‬ ‫مطالبته بها في عمليات التقويم النهائية ‪.‬‬ ‫و‬

‫الرمز‬

‫الفقرة‬

‫مدلوالتها‬

‫مناق�شة‬

‫وهي تلك الت�سا�ؤالت الت ��ي ت�سهم في تنمية مهارات التفكير لدى‬ ‫المتعلمي ��ن وترتبط ارتباطا وثيقا بمو�ض ��وع الدر�س ويطالب بها‬ ‫في عمليات التقويم المختلفة ‪.‬‬

‫تذكر �أن‬

‫ي ��راد به ��ا تذكير المتعل ��م ببع� ��ض المفاهي ��م �أو العالقات ذات‬ ‫العالقة بالمو�ضوع دون �أن ت�ستهدف بذاتها في عمليات التقويم‪.‬‬

‫الكيمياء في‬ ‫حياتنا‬

‫ويق�ص ��د بها التطبيقات الحياتية للمو�ض ��وع �أو فقرات منة تزيد‬ ‫من دافعية التعلم لدى المتعلمين وت�شعرهم ب�أهمية الكيمياء في‬ ‫الحياة بكافة منا�شطها وم�ستلزماتها ‪.‬‬

‫علماء‬

‫لعر�ض منجزات علماء العرب والم�سلمين في الما�ضي والحا�ضر‬ ‫بهدف تنمية روح االعتزاز ب�أمتنا وبيان �أثر العلوم الإ�سالمية في‬ ‫تنوير العال ��م خا�صة في مجال العلوم التجريبية ‪ ,‬ورفع م�ستوى‬ ‫الثقة بالذات و�أن بالإمكان المناف�سة في عالم يعج بالمبتكرات ‪.‬‬

‫زيارة ميدانية‬

‫ه ��و ن ��وع م ��ن الن�شاط ��ات الحيوي ��ة خ ��ارج ال�ص ��ف ُيو�ص ��ى‬ ‫بتنفيذهاجماعي� � ًا �أو فردي� � ًا ‪ ,‬يت ��م خالله ��ا ت�سجي ��ل التقاري ��ر‬ ‫الو�صفي ��ة والت�س ��ا�ؤالت ث ��م تت ��م مناق�شته ��ا م ��ع المعل ��م وباقي‬ ‫الط�ل�اب ‪ ,‬دون مطالبته ��م بها ف ��ي عمليات التقوي ��م النهائية ‪.‬‬

‫ت�صميم عر�ض‬

‫لتوظي ��ف التقنية الحديث ��ة وم�صادر المعلوم ��ات و�أدوات تطوير‬ ‫المهارات لدى المتعلمين ‪ ,‬في مزيد من التعلم الفردي والجماعي‪.‬‬

‫وقفة ت�أمل‬

‫للفت االنتباه �إلى ما ي�ستدعي الت�أمل والتفكر مما يعزز االتجاهات‬ ‫الوجدانية وينمي االتجاهات الإيمانية ‪.‬‬

‫عر�ض فيديو‬

‫ن ��وع م ��ن معين ��ات التعل ��م ال�سمعي ��ة الب�صري ��ة المتحركة ذات‬ ‫العالق ��ة بالمو�ضوع ‪ ،‬ي�ؤدي توظيفها �إلى مزيد من تحقيق التعلم‬ ‫وتعزيزه‪.‬‬ ‫ز‬

‫الوحدة الأولى‪ :‬خ�صائ�ص المادة في حاالتها الثالثة‬ ‫الف�صل الأول ‪ ( :‬الغازات وخ�صائ�صها )‬ ‫مقارنة بين حاالت المادة الثالث ‪5 ......................................................‬‬ ‫التغيرات في حالة المادة ‪6 ...........................................................‬‬ ‫قانون بويل ‪9 .........................................................................‬‬ ‫قانون �شارل ‪12 ........................................................................‬‬ ‫القانون العام للغازات ‪14 ...............................................................‬‬ ‫معادلة الحالة الغازية ‪15 ................................................................‬‬ ‫قانون جاي لو�ساك ‪17 ..................................................................‬‬ ‫مبد�أ �أفوجادرو ‪18 ......................................................................‬‬ ‫قانون دالتون ‪24 ........................................................................‬‬ ‫�أ�سئلة الف�صل ‪27 .......................................................................‬‬

‫الوحدة الثانية‪ :‬المحاليل‬ ‫الف�صل الثاني ‪� ( :‬أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها )‬ ‫�أنواع المحاليل ‪.....................................................................‬‬ ‫محاليل الغازات في ال�سوائل ‪.......................................................‬‬ ‫محاليل المواد ال�صلبة في ال�سوائل ‪.................................................‬‬ ‫التو�صيل الكهربائي للمحاليل ‪.......................................................‬‬ ‫الن�سبة المئوية الكتلية ‪..............................................................‬‬ ‫الن�سبة المئوية الحجمية ‪............................................................‬‬ ‫الموالرية ‪............................................................................‬‬ ‫حـ‬

‫‪33‬‬ ‫‪34‬‬ ‫‪41‬‬ ‫‪49‬‬ ‫‪52‬‬ ‫‪53‬‬ ‫‪55‬‬

‫المواللية ‪.........................................................................‬‬ ‫االرتفاع في درجة الغليان ‪..........................................................‬‬ ‫االنخفا�ض في درجة التجمد ‪.......................................................‬‬ ‫�أ�سئلة الف�صل ‪.....................................................................‬‬

‫‪60‬‬ ‫‪64‬‬ ‫‪69‬‬ ‫‪73‬‬

‫الوحدة الثالثة‪ :‬الكيمياء الحرارية‬ ‫الف�صل الثالث ‪ ( :‬حرارة التفاعل الكيميائي )‬ ‫التفاعالت الطاردة للحرارة ‪79 .......................................................‬‬ ‫التفاعالت الما�صة ‪82 ................................................................‬‬ ‫المحتوى الحراري ‪85 .................................................................‬‬ ‫المعادلة الحرارية ‪87 .................................................................‬‬ ‫ح�ساب حرارة التفاعل ‪90 .............................................................‬‬ ‫قانون ه�س ‪97 .........................................................................‬‬ ‫طاقة الرابطة الكيميائية ‪99 ...........................................................‬‬ ‫�أ�سئلة الف�صل ‪103 ......................................................................‬‬

‫الوحدة الرابعة‪ :‬حركية التفاعل الكيميائي‬ ‫الف�صل الرابع ‪�( :‬سرعة التفاعل الكيميائي )‬ ‫مفهوم �سرعة التفاعل الكيميائي ‪108 ...................................................‬‬ ‫العوامل الم�ؤثرة على �سرعة التفاعل ‪111 ................................................‬‬ ‫قانون �سرعة التفاعل ‪122 ...............................................................‬‬ ‫خطوات �سير التفاعل ‪124 ...............................................................‬‬ ‫نظرية الت�صادم ‪134 ....................................................................‬‬ ‫نظرية الحالة االنتقالية ‪138 ..............................................................‬‬ ‫�أ�سئلة الف�صل ‪141 .......................................................................‬‬ ‫ط‬

‫الف�صل الخام�س ‪( :‬االتزان الكيميائي )‬ ‫طبيعة حالة االتزان ‪146 ................................................................‬‬ ‫االتزان الكيميائي ‪150 ..................................................................‬‬ ‫خوا�ص االتزان ‪151 .....................................................................‬‬ ‫ثابت االتزان ‪151 .......................................................................‬‬ ‫العوامل الم�ؤثرة على حالة االتزان ‪158 ..................................................‬‬ ‫ح�سابات متعلقة باالتزان ‪165 ...........................................................‬‬ ‫رائز التفاعل ‪169 .......................................................................‬‬ ‫�أ�سئلة الف�صل ‪171 ......................................................................‬‬

‫الوحدة الخام�سة‪:‬‬

‫الأحما�ض والقواعد والأمالح وح�سابات االتزان في محاليلها‬ ‫الف�صل ال�ساد�س ‪ ( :‬الأحما�ض والقواعد )‬ ‫الخوا�ص العامة للأحما�ض والقواعد ‪176 ................................................‬‬ ‫المواد المترددة ‪182 ....................................................................‬‬ ‫تعريف �أرهينيو�س للأحما�ض والقواعد ‪185 .............................................‬‬ ‫تعريف برون�شتد ولوري للأحما�ض والقواعد ‪189 ........................................‬‬ ‫�أحما�ض وقواعد لوي�س ‪195 .............................................................‬‬ ‫التعادل ‪198 .............................................................................‬‬ ‫المعايرة ‪200 ...........................................................................‬‬ ‫الأدلة ‪200 ..............................................................................‬‬ ‫�أ�سئلة الف�صل ‪203 .......................................................................‬‬

‫ي‬

‫الف�صل ال�سابع ‪( :‬الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد)‬ ‫الت�أين الذاتي للماء ‪................................................................‬‬ ‫الرقم ( الأ�س) الهيدروجيني ‪......................................................‬‬ ‫ح�ساب تركيز �أيون الهيدرونيوم في محاليل الأحما�ض القوية ‪.......................‬‬ ‫ح�ساب تركيز �أيون الهيدرونيوم في محاليل الأحما�ض ال�ضعيفة ‪....................‬‬ ‫ح�ساب تركيز �أيون الهيدروك�سيد في محاليل القواعد القوية ‪.......................‬‬ ‫ح�ساب تركيز �أيون الهيدروك�سيد في محاليل القواعد ال�ضعيفة ‪.....................‬‬ ‫�أ�سئلة الف�صل ‪.....................................................................‬‬

‫‪205‬‬ ‫‪210‬‬ ‫‪215‬‬ ‫‪217‬‬ ‫‪222‬‬ ‫‪224‬‬ ‫‪227‬‬

‫الف�صل الثامن ‪ ( :‬الأمالح وح�ساباتها )‬ ‫تعريف الأمالح ‪....................................................................‬‬ ‫خوا�ص الأمالح ‪...................................................................‬‬ ‫ت�صنيف الأمالح ‪..................................................................‬‬ ‫تمي�ؤ الأمالح ‪......................................................................‬‬ ‫ت�أثير الأيون الم�شترك ‪.............................................................‬‬ ‫المحاليلالمنظمة ‪................................................................‬‬ ‫�أ�سئلة الف�صل ‪.....................................................................‬‬

‫س‬

‫‪232‬‬ ‫‪234‬‬ ‫‪234‬‬ ‫‪238‬‬ ‫‪245‬‬ ‫‪246‬‬ ‫‪250‬‬

‫الوحدة ال�ساد�سة‪ :‬الكيمياء الكهربائية‬ ‫الف�صل التا�سع ‪ ( :‬الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية )‬ ‫الأك�سدة واالختزال ‪...............................................................‬‬ ‫الأك�سدة واالختزال قديم ًا ‪.........................................................‬‬ ‫الأك�سدة واالختزال حديث ًا ‪.........................................................‬‬ ‫�أعداد الأك�سدة ‪...................................................................‬‬ ‫ن�صفا التفاعل في معادالت الأك�سدة واالختزال ‪....................................‬‬ ‫وزن معادالت الأك�سدة واالختزال ‪..................................................‬‬ ‫الخالياالكهروكيميائية ‪...........................................................‬‬ ‫الخاليا الجلفانية ( الفولتية ) ‪....................................................‬‬ ‫الجهد القيا�سي للخلية ‪............................................................‬‬ ‫جهد القطب القيا�سي ‪.............................................................‬‬ ‫قطب الهيدروجين ‪................................................................‬‬ ‫ال�سل�سلةالكهروكيميائية‪.............................................................‬‬ ‫العوامل الم�ؤثرة على جهد الخلية الجلفانية ‪........................................‬‬ ‫خاليا التحليل الكهربائي ‪..........................................................‬‬ ‫�أ�سئلة الف�صل ‪.....................................................................‬‬

‫ل‬

‫‪254‬‬ ‫‪254‬‬ ‫‪256‬‬ ‫‪258‬‬ ‫‪266‬‬ ‫‪269‬‬ ‫‪277‬‬ ‫‪278‬‬ ‫‪284‬‬ ‫‪285‬‬ ‫‪286‬‬ ‫‪289‬‬ ‫‪297‬‬ ‫‪300‬‬ ‫‪305‬‬

‫خ�صائ�ص المادة في حاالتها الثالث‬

‫الغازات و خ�صائ�صها‬

‫ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تقارن بين الخوا�ص الفيزيائية للحالة ال�صلبة ‪ ،‬وال�سائلة ‪ ،‬والغازية ‪.‬‬ ‫‪ -2‬تحدد الكميات الأربع التي تعتمد عليها الخوا�ص الفيزيائية للغاز ‪.‬‬ ‫‪ -3‬ت�ستنتج العالقة بين حجم الغاز و �ضغطه عند ثبوت درجة الحرارة ‪.‬‬ ‫‪ -4‬ت�ستنتج العالقة بين حجم الغاز و درجة الحرارة عند ثبوت ال�ضغط ‪.‬‬ ‫‪ -5‬ت�ستنتج العالقة بين درجة حرارة الغاز و �ضغطه عند ثبوت حجمه ‪.‬‬ ‫‪ -6‬ت�ستنت ��ج العالق ��ة العام ��ة الت ��ي ترب ��ط بين درجة ح ��رارة الغ ��از و حجم ��ه و �ضغطه و ع ��دد موالته ‪.‬‬ ‫‪ -7‬ت�ستنتج مبد�أ �أفوجادرو‪.‬‬ ‫‪ -8‬تحل م�سائل ح�سابية م�ستخدم ًا قوانين الغازات ‪.‬‬ ‫‪ -9‬تح�سب �ضغط مزيج من الغازات التي ال تتفاعل مع بع�ضها و الموجودة في �إناء مغلق ‪.‬‬ ‫‪ -10‬تت�أمل �إبداع اهلل �سبحانه وتعالى في خلق الغازات وما ميزها به من خوا�ص عن الحاالت الأخرى ‪.‬‬

‫‪2‬‬

‫المقدمة‬ ‫تعلم ��ت فيم ��ا �سبق �أن المادة هي كل �ش ��يء يحيط بنا وي�شغل حيز ًا و �أنها في حال ��ة تغير دائم فالظواهر‬ ‫الطبيعية تحدث على المادة و ت�ؤثر فيها و تت�أثر بها ‪.‬‬ ‫فعند درا�سة �أي مادة يجب �أن نالحظ �أو ًال حالتها فالمواد توجد على �سطح الأر�ض في الظروف العادية‬ ‫( �ضغ ��ط ج ��وي واحد و درجة حرارة ‪°25‬م )�إما في الحالة ال�صلب ��ة مثل الحديد‪ ,‬الخ�شب �أو الحالة ال�سائلة‬ ‫مث ��ل الم ��اء ‪ ,‬الزئبق �أو الحالة الغازية مث ��ل الأك�سجين ‪ ,‬الهيدروجين‪ ،‬و يمكن تحوي ��ل المادة من حالة �إلى‬ ‫�أخرى عند تغير ظروف ال�ضغط و درجة الحرارة ‪ .‬وت�صنيف المواد يعتبر هام ًا نظر ًا لأن كثير ًا من الخوا�ص‬ ‫التي تظهرها المواد تكون خا�صة لكل مادة ‪.‬‬ ‫ولق ��د ح ��اول العلماء درا�سة وتف�سي ��ر �سلوك المادة وحاالته ��ا وتغيراتها وبنا ًء على م ��ا تراكم لديهم من‬ ‫المعلوم ��ات و �ضع ��وا نظرية مقبولة حت ��ى الآن هي نظرية الحرك ��ة الجزيئية التي تف�س ��ر ال�سلوك الفيزيائي‬ ‫للم ��واد ف ��ي حاالتها الثالث‪ ,‬وتتلخ�ص ه ��ذه النظرية في �أن �أي مادة تتكون من ع ��دد �ضخم من الج�سيمات‬ ‫ال�صغي ��رة �إم ��ا ذرات مثل غ ��از الهيليوم �أو جزيئات مثل الم ��اء �أو �أيونات مثل ملح الطع ��ام‪ ،‬وال يمكن ر�ؤيتها‬ ‫بالعين المجردة ‪ ,‬وتكون دقائق هذه المادة ( ذراتها �أو جزيئاتها ) في حالة حركة م�ستمرة وال تتوقف �أبد ًا‬ ‫و ي ��زداد معدل الطاقة الحركي ��ة بازدياد درجة الحرارة وتتنا�سب �سرعة حركة الدقائق (ذرات �أو جزيئات)‬ ‫عك�سي� � ًا م ��ع ثقلها ‪ .‬و�أن كثير ًا مم ��ا نفهمه بخ�صو�ص الجزيئات يكون تام ًا فقط ف ��ي حالة الغازات ‪ .‬و�سوف‬ ‫ندر� ��س في هذا الف�صل مقدمة عن حاالت الم ��ادة وخ�صائ�صها ونركز البحث في �إحدى هذه الحاالت وهي‬ ‫الحالة الغازية ‪،‬وندر�س ب�شيء من التف�صيل الغازات والقوانين التي تحكم �سلوكها ‪.‬‬

‫‪3‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫حاالت المـادة‬ ‫تتكون جميع حاالت المادة بموجب النظرية الحركية الجزيئية من ج�سيمات �صغيرة �سريعة الحركة ‪� ,‬إن‬ ‫بخار الماء في الهواء ( الذي ن�شعر به كرطوبة ) ‪ ,‬والماء في بحيرة ماء والماء المتجمد في نهر جليدي كلها‬ ‫�أ�شكال لنف�س المادة الكيميائية ‪ ,‬فك ٌّل منها يتكون من جزيئات ماء لها نف�س الخوا�ص الكيميائية وما يجعلها‬ ‫تبدو مختلفة �إلى هذا الحد هو خوا�صها الفيزيائية كما يظهر من ال�شكل (‪.)1-1‬‬

‫جزيء مــاء‬

‫‪H2O‬‬

‫جزيء مــاء‬

‫‪H2O‬‬

‫جزيء مــاء‬

‫‪H2O‬‬

‫جامد‬

‫�سائل‬

‫غاز‬ ‫�شكل ( ‪ ) 1-1‬اختالف الم�سافات بين الجزيئات في حاالت المادة الثالثة‬

‫و�سندر�س من خ�ل�ال الجدول التالي الخوا�ص الفيزيائية للمادة ومدى االختالف بين الغازات وال�سوائل‬ ‫والمواد ال�صلبة ‪.‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪4‬‬

‫حاالت المادة‬

‫وجه المقارنة‬ ‫الم�سافة بين‬ ‫الجزيئات‬ ‫ال�شكل‬ ‫الحجم‬ ‫ال�شفافية‬ ‫الحركة‬ ‫قوى التجاذب‬ ‫بين الجزيئات‬ ‫قابلية امتزاج‬ ‫المادة الواحدة‬ ‫بالأخرى‬

‫الحالة ال�صلبة‬

‫الحالة ال�سائلة‬

‫الحالة الغازية‬

‫�صغيرة �إلى حد كبير �صغيرة ولكن �أكبر قلي ًال مما كبيرة جد ًا �أكبر بكثير من‬ ‫هي عليه في الحالة ال�صلبة حجم الجزيئات نف�سها‬ ‫ال �شكل لها فهي تتوزع‬ ‫متغير ح�سب �شكل الوعاء‬ ‫ً‬ ‫ع�شوائيا في الأوعية التي‬ ‫ثابت‬ ‫الذي تو�ضع فيه‬ ‫تحتويها‬ ‫متغير فيمكن نقل الغاز من‬ ‫ثابت‬ ‫ثابت‬ ‫وعاء كبير �إلى وعاء �صغير‬ ‫ب�سهولة‬ ‫كلها �شفافة بالرغم من �أن‬ ‫قد تكون �شفافة �أو ن�صف‬ ‫كالمواد ال�صلبة‬ ‫الكثير منها له لون‬ ‫�شفافة �أو معتمة‬ ‫تتحرك الجزيئات حول‬ ‫تتحرك حركة ع�شوائية‬ ‫تتحرك الجزيئات حركة‬ ‫نقطة ثباتها حركة‬ ‫انزالقية على بع�ضها البع�ض وفي جميع االتجاهات‬ ‫محدودة جد ًا‬ ‫كبيرة و هذا يف�سر ثبات قوى التجاذب �صغيرة جـــد ًا‬ ‫كبيرة جد ًا و هذا يف�سر‬ ‫حجمها �أما تغير �شكلها و نعتبرها في حالة الغاز المثالي‬ ‫ثبات �شكلها وحجمها‬ ‫ف�سببه انزالق الجزيئات معدومة و هذا يف�سر عدم وجود‬ ‫على بع�ضها دون انفالت �شكل و حجم ثابت لها‬ ‫تمتزج الغازات كلها‬ ‫ي�صعب امتزاجها �إذا بع�ض �أنواعها يمتزج بجميع‬ ‫كانت على �شكل حبيبات الن�سب و بع�ضها الآخر ببع�ضها بجميع الن�سب فهي‬ ‫كبيرة و تحتاج �إلى قوة‬ ‫لمزجها عندما تكون بن�سبة محدودة و بع�ضها ال ال تعرف حدود ًا كالمواد‬ ‫ال�صلبة و ال�سائلة‬ ‫يمتزج ‪.‬‬ ‫حبيباتها �صغيرة ‪.‬‬

‫جدول ( ‪ ) 1-1‬مقارنة بين حاالت المادة الثالث (الم�صدر مو�سوعة الكيمياء �سالي �أبو �شاور ‪2004 /‬م )‬

‫‪5‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الأول‬

‫مقارنة بين حاالت المادة الثالث‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫التغيرات في حالة المادة ‪:‬‬ ‫�صم ��م عر�ض ًا عن �صور تو�ضح التنوع في‬ ‫حاالت المادة في الكون ‪.‬‬

‫كم ��ا عرفن ��ا �سابق� � ًا �أن للمادة ث�ل�اث حاالت‬ ‫( �صلب ��ة ‪� ,‬سائل ��ة ‪ ,‬غازي ��ة ) عند درج ��ة الحرارة‬ ‫العادي ��ة ويمكن في ح ��االت �أن تتحول ال�سوائل �إلى‬ ‫غازات �أو �أج�سام �صلبة ‪ ,‬و�أن ت�سيل الأج�سام ال�صلبة �أو تتحول �إلى غازات وت�سمى مثل هذه التغيرات تحوالت‬ ‫الم ��ادة ‪ .‬ولمثل هذه التغيرات �أهمية عملية ف ��ي كثير من التفاعالت الكيميائية ‪ .‬ولكن كيف يحدث التحول‬ ‫في المادة ؟‬

‫ناق�ش مع زمالئك نوع التحوالت التي تظهر في الأمثلة التالية ‪,‬ثم ف�سر كيفية حدوثها ‪.‬‬ ‫ ماذا يحدث لكمية �صغيرة من الجازولين الم�سكوب (المراق) ؟‬‫ ماذا يحدث لمزيل �صبغة الأظافر عند ترك القارورة دون غطاء ؟‬‫ ماذا يحدث لبرك المطر ال�صغيرة التي تتكون بعد هطول الأمطار ؟‬‫ ما م�صير بلورات النفثالين التي تنثرها في الدرج ؟‬‫ لماذا تتكون قطرات الماء على زجاج نافذة باردة ؟‬‫ ماذا يحدث عند تعر�ض الحديد لدرجة حرارة عالية ؟‬‫ ماذا يحدث لكوب من ع�صير الليمون عند تعر�ضه لدرجة حرارة منخف�ضة ؟‬‫بع ��د �أن تعرفن ��ا على حاالت الم ��ادة الثالث ( ال�صلب ��ة ‪ ,‬ال�سائلة ‪ ,‬الغازية ) وكيف يمك ��ن تحويل المادة‬ ‫م ��ن حالة لأخ ��رى �إما بتغير درجة الح ��رارة �أو ال�ضغط وفي كل ه ��ذه الحاالت تك ��ون ذرات المادة محتفظة‬ ‫ب�إلكتروناته ��ا مرتبط ��ة بها بقوى تجاذب كهربية ‪ .‬ولكن هناك حالة رابع ��ة للمادة وهي تكون على �صورة غاز‬ ‫ولك ��ن هذا الغ ��از يحتوي على خليط من �أع ��داد مت�ساوية من الأيون ��ات موجبة ال�شحن ��ة و�إلكتروناتها �سالبة‬ ‫ال�شحنة ‪ ,‬وهذا الغاز ي�سمى بالغاز المت�أين �أو البالزما ‪ Plasma‬فما هي البالزما ؟‬ ‫البالزم���ا ‪ :‬غ ��از مت�أي ��ن �أو خلي ��ط منه يحت ��وي عل ��ى ج�سيم ��ات م�شحونة بالإ�ضاف ��ة �إل ��ى �إلكترونات‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪6‬‬

‫حاالت المادة‬

‫وتعتبر البالزما وهي الحالة ال�شائعة للمادة في الكون وت�شكل ‪%99‬‬ ‫من الم ��ادة �إال �أنها نادرة جد ًا على الأر� ��ض �إال في الحاالت التي يقوم‬ ‫الإن�سان ب�صنعها مثل م�صابيح الفلور�سنت والنيون ‪.‬‬ ‫�شكل ( ‪) 2-1‬‬ ‫الحالة الرابعة للمادة‬

‫اكت ��ب مو�ضوع� � ًا م ��زود ًا بال�صور عن �أهمي ��ة البالزما مبين ًا الف ��رق بين البالزم ��ا والحالة الغازية‬ ‫مو�ضح ًا ا�ستخدام البالزما في نواحي الحياة ‪.‬‬

‫قوانين الغازات ‪:‬‬ ‫لقد ذكرنا �سابق ًا �أن الجزيئات في الحالة الغازية تكون متباعدة و�أن قوى التجاذب بينهما �شبه معدومة‬ ‫و�أنه ��ا تتحرك حركة ع�شوائية في جميع االتجاهات في الحيز الذي توجد فيه ‪ .‬كانت�شار رائحة العطر والغاز‬ ‫المت�سرب من �أنبوبة الغاز المنزلي ‪ .‬ونظر ًا لح�سا�سية حجوم الغازات للتغيرات التي تحدث في درجة الحرارة‬ ‫�أو في ال�ضغط ف�إن لهذه التغيرات قوانين خا�صة تحكمها تعرف با�سم قوانين الغازات و هي عالقات ريا�ضية‬ ‫ت�ص ��ف �سلوك الغ ��ازات و تنطبق هذه القوانين تمام ًا على ما يعرف بالغ ��از المثالي و لكنها تنطبق في حدود‬ ‫معينة على الغازات الحقيقية ‪ .‬فما الفرق بينهما ؟‬ ‫غاز مثالي‬

‫‪1‬ـ الغازات المثالية ‪Ideal Gases :‬‬

‫الغاز المثالي‪ :‬هو غاز افترا�ضي يتبع مجموعة قوانين الغازات‬ ‫في ظروف قيا�سية وا�سعة المدى و ال يمكن ت�سييله مهما‬ ‫ارتفع ال�ضغط الواقع عليه �أو انخف�ضت درجة حرارته ‪.‬‬

‫‪7‬‬

‫غاز حقيقي‬ ‫نموذجي‬

‫�شكل ( ‪ ) 3-1‬يقترب �سلوك الغاز الحقيقي من‬ ‫�سلوك الغاز المثالي عند �ضغط منخف�ض ( قانون بويل )‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الأول‬

‫وج�سيم ��ات متعادلة جميعه ��ا حرة الحركة بحيث ت�سلك �سلوك ًا مميز ًا له ��ا يختلف عن حاالت المادة الثالث‬ ‫الأخرى ‪ .‬وتوجد هذه المادة عادة عند درجات الحرارة العالية جد ًاحيث يمكن �أن تت�أين ذرات الغاز مكونة‬ ‫�أيون ��ات موجبة (كاتيونات)عن طريق فقدان �إلكترون �أو �أكثر لكل ذرة‬ ‫بحيث يتكون خليط من الأيونات الموجبة والإلكترونات حرة الحركة ‪.‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫‪2‬ـ الغازات الحقيقية ‪:‬‬

‫‪Real Gases‬‬

‫و هي الغازات التي تتبع قوانين الغازات في ظروف محددة من ال�ضغط و درجة الحرارة و غالب ًا ما‬ ‫يكون ذلك عند ال�ضغوط المنخف�ضة و عند درجات الحرارة العالية ‪.‬‬

‫طبقاً لمعلوماتك عن الغازات الحقيقية والمثالية ما ا�ستنتاجك عن الترابط بين جزئياتهما ؟‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫وبم ��ا �أن الغازات جميعها تت�شابه في �سلوكها الفيزيائي مهما اختلفت مكوناتها وتركيبها الكيميائي ولأن‬ ‫جمي ��ع الغ ��ازات يكون الترابط بين جزئياتها �ضعيف ًا جد ًا لذلك ف� ��إن جميعها ت�سلك نف�س ال�سلوك الفيزيائي‬ ‫وتخ�ضع لنف�س القوانين الفيزيائية ‪ .‬و لدرا�سة المتغيرات الفـــيزيائية الثالثـــة ال�ضـغط و درجة الـــحرارة‬ ‫و الحجم ف�إنه يلزم �إبقاء واحد ًا منها ثابت ًا حتى يمكن ا�ستنتاج ت�أثير المتغير الثاني على المتغير الثالث ‪.‬‬

‫الكميات الأربع التي تعتمد عليها الخوا�ص الفيزيائية للغاز‬ ‫الحجم‬

‫‪Volume‬‬

‫يعرف الحجم ب�أنه الحيز من الفراغ الذي ت�شغله المادة‪ .‬و يرمز له بالرمز (‪)V‬‬ ‫و الوحدة الم�ستخدمة هي اللتر (اللتر= ‪ 1‬د�سم‪� 1000 =3‬سم‪ 1000 = 3‬مل)‬

‫ال�ضغط‬

‫‪Pressure‬‬

‫و يع ��رف ال�ضغ ��ط ب�أن ��ه الق ��وة الم�ؤث ��رة على وح ��دة الم�ساحة م ��ن �سطح م ��ا و يرمز له بالرم ��ز ( ‪) P‬‬ ‫و الوح ��دة الم�ستخدم ��ة ت�سم ��ى (ج ��و‪ )atmosphere :‬وق ��د ا�صطل ��ح عل ��ى �أن ال�ضغ ��ط الج ��وي‬ ‫ي�سمى بال�ضغط القيا�سي ‪.‬‬ ‫ال�ضغط القيا�سي = ‪ 1‬جو = ‪�76‬سم زئبق = ‪ 760‬مليمتر زئبق‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪8‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫درجة الحرارة‬

‫‪Temperature‬‬

‫‪= t + 273‬‬

‫‪ 373‬ك‬

‫‪ 100‬م‬

‫‪ 273‬ك‬

‫‪0‬م‬

‫الف�صل الأول‬

‫و تعرف ب�أنها مقيا�س �شدة الحرارة لأي مادة ‪ .‬و الوحدة الدولية لدرجة‬ ‫الحرارة ت�سمى ( كلفن ) �أو درجة الحرارة المطلقة ( ‪ ) T‬و في هذا‬ ‫النظام تعتبر درجة تجمد الماء = ‪ 273‬كلفن ‪.‬‬ ‫و بما �أن درجة تجمد الماء في النظام المئوي هي �صفر ‪5‬م ف�إن ‪:‬‬

‫كلفن‬

‫درجة‬ ‫مئوية‬ ‫‪0‬‬

‫بخار‬ ‫‪0‬‬

‫ثلج‬

‫‪T‬‬

‫حيث �أن ‪ t‬هي درجة الحرارة في النظام المئوي‬

‫كمية المادة‪:‬‬

‫ال�صفر‬ ‫المطلق‬

‫تقدر كمية مادة ما في النظام الدولي بوحدة المول ‪.‬‬ ‫و يعرف المول ب�أنه كمية المادة التي تحتوي على عدد �أفوجادرو‬ ‫( ‪ )2310×6.02‬من الوحدات ‪.‬‬ ‫و �سوف ن�ستعر�ض فيما يلي و�صف القوانين التي تبين �سلوك المادة تجاه المتغيرات ال�سابقة ‪.‬‬

‫‪ 273‬م‬‫‪0‬ك‬ ‫�شكل (‪ ) 4-1‬العالقة بين درجة‬ ‫الحرارة في النظام المئوي والمطلق‬

‫قانون بويل‬

‫‪Boyles Law :‬‬

‫ما العالقة بين الحجم و ال�ضغط عند ثبوت درجة الحرارة ؟‬ ‫�أمعن النظر في الجدول(‪ ،)2-1‬المقابل ثم �أجب ‪:‬‬ ‫ من خالل قراءتك لقيم ال�ضغط والحجم في الجدول‬‫ماذا تالحظ ؟‬

‫‪0‬‬

‫‪P‬‬ ‫‪0.01‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫‪V‬‬ ‫‪P.V‬‬ ‫‪2620‬‬ ‫‪262‬‬ ‫‪26.2‬‬ ‫‪65.5‬‬ ‫‪0.4‬‬ ‫‪1.0‬‬ ‫‪26.2‬‬ ‫جدول (‪) 2-1‬‬ ‫قيم ال�ضغط والحجم لغاز عند ثبوت درجة حرارته‬

‫ ما الذي ت�ستنتجه عند �ضرب قيم حجم الغاز في �ضغطه ؟‬‫لقد در�س العالم الأيرلندي روبرت بويل عام ‪1662‬م العالقة بين التغير في حجم كمية معينة من الغاز مع‬ ‫ال�ضغ ��ط الواق ��ع عليه عند ثبوت درجة الحرارة وقد وجد بوي ��ل �أن حجم الغاز يقل كلما زاد ال�ضغط الواقع‬ ‫عليه و�صاغ هذا القانون الذي ين�ص على �أنه ‪:‬‬ ‫(عند ثبوت درجة الحرارة يتنا�سب حجم مقدار معين من الغاز مع ال�ضغط الواقع عليه تنا�سباً عك�سياً)‬ ‫و يمكن التعبير عنه ريا�ضي ًا كما يلي ‪:‬‬ ‫‪V ∞ 1‬‬ ‫‪P‬‬

‫‪9‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫عند ثبات درجة الحرارة ف�إن‬ ‫�أي �أن حا�صل �ضرب قيمة حجم الغاز في �ضغطه‬ ‫ي�س ��اوي مقدار ًا ثابت� � ًا ب�شرط ثبات درج ��ة الحرارة‬ ‫و يمك ��ن تمثي ��ل قانون بوي ��ل بياني ًا كما ف ��ي ال�شكل‬ ‫(‪1‬ـ ‪ ) 6‬ف� ��إذا كان لدين ��ا عينة م ��ن غاز ما حجمها‬ ‫‪ V1‬لتر و �ضغطها‪� P1‬ضغط جوي على درجة حرارة‬ ‫معين ��ة ثم �أثرن ��ا عليها بق ��وة زادت �ضغطه �إلى ‪P2‬‬ ‫ف� ��إن الحجم الجدي ��د للعينة �سي�صب ��ح ‪ ، V2‬وعليه‬ ‫يكون ‪:‬‬ ‫‪PV = K‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 5-1‬قانون بويل‬

‫الحجم‬

‫‪P1 × V1 = K‬‬

‫‪P2 × V2 = K‬‬

‫لذا ف�إن ‪:‬‬

‫‪P1 × V1 = P2 × V2‬‬

‫و ي�صح هذا القانون لأغلب الغازات عندما‬ ‫يكون ال�ضغط منخف�ض ًا و درجة الحرارة‬ ‫عالية ن�سبي ًا‬

‫ال�ضغط‬

‫�شكل ( ‪ )6-1‬تمثيل قانون بويل بياني ًا‬

‫�إذا كان حجم عينة من غاز النيتروجين ‪0.5‬لتر و�ضغطها ‪� 2‬ضغط جوي؛ كم‬ ‫يكون �ضغطها �إذا تمددت و �أ�صبح حجمها ‪ 1.5‬لتر عند نف�س درجة الحرارة؟‬

‫الحل ‪:‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪P1 × V1 = P2 × V2‬‬ ‫‪0.5 ×2 = P2 × 1.5‬‬ ‫‪0.5 ×2‬‬ ‫‪=P2‬‬ ‫‪1.5‬‬ ‫= ‪� 0.67‬ضغط جوي ‪.‬‬

‫‪10‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫• يمثل الجدول التالي مجموعة من نتائج االختبارات على غاز ‪� .‬أكمل الجدول من خالل‬ ‫درا�ستك لقانون بويل ‪:‬‬ ‫الحجم ( لتر )‬ ‫ال�ضغط ( جوي )‬

‫‪1‬‬ ‫؟‬

‫‪0.5‬‬ ‫‪60‬‬

‫؟‬ ‫‪15.28‬‬

‫‪0.33‬‬ ‫‪1.5‬‬

‫• عينة من غاز �ضغطها ‪� 2‬ضغط جوي في �إناء حجمه ‪ 400‬مل عند درجة حرارة �صفر ْم‬ ‫فكم يبلغ حجمها عند نف�س درجة الحرارة �إذا تغير ال�ضغط �إلى ‪� 4‬ضغط جوي ‪.‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫• �إذا ت���م �ض���غط عين���ة م���ن الغ���از من حج���م ‪ 450‬مل �إلى ‪ 320‬مل ف�إذا كان ال�ض���غط الأول‬ ‫‪475‬ملم زئبق فما هو ال�ضغط النهائي ‪.‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬

‫�إن �أي �شخ�ص ي�ستعمل منفاخ الدراجات الهوائية‬ ‫�سيدرك العالقة العك�سية بين �ضغط وحجم الغاز‬ ‫فعندما يدفع المكب� ��س بقوة �إلى �أ�سفل ‪ ,‬ين�ضغط‬ ‫الغ ��از �إلى حجم �أ�صغر بينما يرتفع �ضغطه و�إذا‬ ‫�سمح للغاز الم�ضغ ��وط باالنطالق ارتفع المكب�س‬ ‫�إلى �أعلى وت�ستعمل هذه الطريقة في نفخ الإطار‪.‬‬

‫‪11‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 7-1‬م�ضخة هواء لنفخ عجلة دراجة‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫مكب�س‬

‫الف�صل الأول‬

‫قانون �شارل ‪Charles's Law‬‬ ‫م ��ا العالق ��ة بين الحج ��م و درجة الح ��رارة عند‬ ‫ثبوت ال�ضغط ؟‬ ‫من خالل م�شاهدتك لل�شكل (‪)8-1‬؛ماذا تالحظ ؟‬

‫غاز‬

‫�أ‬

‫ب‬

‫نجد �أنه عند حب�س كتلة ثابتة من غاز في ا�سطوانة‬ ‫مزودة بمكب�س منزلق كما هو مبين بال�شكل (‪ )8-1‬وحيث �أن الكتلة فوق قمة المكب�س ثابتة ف�إن العينة من‬ ‫الغ ��از تبقى عن ��د �ضغط ثابت ويالحظ �أنه كلما �سخن الغاز ف�إن المكب� ��س يتحرك للخارج ويزداد الحجم ‪.‬‬ ‫نعلم �أن جميع المواد تتمدد عند ت�سخينها و يتفاوت هذا التمدد من مادة �إلى �أخرى و لكن هذا التمدد يكون‬ ‫ملحوظ ًا ب�صفة خا�صة في حالة الغازات ‪.‬‬ ‫�شكل ( ‪ )8 - 1‬قانون �شارل‬

‫الحجم‬

‫وق ��د در�س العال ��م الفرن�سي �شارل ع ��ام ‪1778‬م‬ ‫العالق ��ة بين حجم كمية من الغاز والتغير في درجة‬ ‫الح ��رارة عن ��د ثب ��وت ال�ضغط فوج ��د �أن حجم هذه‬ ‫الكمي ��ة م ��ن الغاز ت ��زداد بانتظ ��ام مع زي ��ادة درجة‬ ‫الحرارة ب�شرط بقاء �ضغط الغاز ثابت ‪.‬‬ ‫درجة الحرارة‬ ‫وعن ��د ر�س ��م العالق ��ة بياني� � ًا نح�ص ��ل عل ��ى خط‬ ‫�شكل (‪ )9-1‬تمثيل قانون �شارل بياني ًا‬ ‫م�ستقيم كالمبين بال�شكل (‪.)9-1‬‬ ‫و ين�ص قانون �شارل على �أنه‪:‬‬ ‫( عن���د ثبوت ال�ض���غط يتنا�س���ب حجم كتل���ة معينة من الغاز تنا�س���باً طردياً مع درجة الح���رارة المطلقة )‬ ‫و يعبر عن هذا القانون ريا�ضي ًا كما يلي ‪V T :‬‬ ‫‪K‬‬

‫‪V = KT‬‬

‫=‬

‫‪V‬‬ ‫‪T‬‬

‫�أي �أن حا�ص ��ل ق�سم ��ة الحجم عل ��ى درجة الحرارة المطلقة لكمية معينة من غ ��از ما ي�ساوي دائم ًا قيمة‬ ‫ثابتة عند ثبوت ال�ضغط و يمكن �أن ي�أخذ قانون �شارل ال�صورة التالية ‪:‬‬ ‫‪=K‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪V2‬‬

‫‪T2‬‬

‫=‬

‫‪V1‬‬

‫‪T1‬‬

‫‪12‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫يبلغ حجم كمية معينة من غاز ‪ 2.24‬لتر عند �ضغط ي�ساوي ‪� 1‬ضغط جوي ودرجة‬ ‫حرارة �صفر‪5‬م ما حجم نف�س الكمية عند نف�س ال�ضغط عند درجة حرارة ‪5 25‬م؟‬

‫الحل ‪:‬‬

‫درجة الحرارة المطلقة ‪� + 273 =T 1‬صفر = ‪ 273‬كالفن ‪.‬‬ ‫درجة الحرارة المطلقة ‪ 298 = 25 + 273 = T2‬كالفن ‪.‬‬

‫بتطبيق قانون �شارل ‪K :‬‬

‫=‬

‫‪V2‬‬ ‫‪T2‬‬

‫=‬

‫‪V1‬‬ ‫‪T1‬‬

‫‪2.24‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫‪= 298‬‬ ‫‪273‬‬ ‫(‪) 2.24 ×298‬‬ ‫‪= V2‬‬ ‫‪273‬‬ ‫= ‪2.44‬لتر‬

‫طبقاً لمعلوماتك عن الغازات الحقيقية والمثالية ما ا�ستنتاجك عن الترابط بين جزيئاتهما ؟‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬

‫‪13‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫القانون العام للغازات ‪:‬‬

‫‪General Gas's Law‬‬

‫يمك ��ن و�ض ��ع قانون بويل و�شارل في عالقة ريا�ضية واحدة تعرف بالقانون العام للغازات ( وهو جمع بين‬ ‫المتغيرات الثالث في قانون واحد) ‪ .‬ف�إذا اعتبرنا عينة من غاز حجمها ‪ V1‬و �ضغطها ‪ P1‬و درجة حرارتها‬ ‫المطلق ��ة ‪ T1‬و �أجرين ��ا تغيير ًا عليها ي�شم ��ل ال�ضغط �أو درجة الحرارة �أو الحج ��م بحيث ي�صبح �ضغطها ‪P2‬‬ ‫وحجمها ‪ V2‬و درجة حرارتها ‪� T2‬إن العالقة بين حالة العينة الأولى و حالتها الثانية هي ‪:‬‬

‫‪=K‬‬

‫‪P2 × V2‬‬

‫=‬

‫‪T2‬‬

‫‪P1×V1‬‬ ‫‪T1‬‬

‫و ه ��ذا القان ��ون لكمي ��ة محددة من الغ ��از حيث ‪ K‬ثابت ف� ��إذا غيرنا من كمي ��ة العينة ( كتلته ��ا �أو عدد‬ ‫جزيئاتها) فلي�س بالإمكان اال�ستفادة من هذه العالقة‬ ‫�إذا كان حجم عينة من غاز الأك�س���جين ‪ 5‬لتر‪ ،‬و �ض���غطها ‪� 1‬ض���غط جوي ودرجة‬ ‫حرارتها ‪°27‬م ‪،‬كم ي�صبح حجمها �إذا زاد ال�ضغط �إلى ‪� 100‬سم زئبق و �أ�صبحت‬ ‫درجة الحرارة �صفر‪ °‬م‬

‫الحل ‪:‬‬

‫‪ 300 = 27 + 273 = T1‬مطلق ��ة ‪� 76=P1 ،‬س ��م زئب ��ق ‪ 5= V1 ,‬لت ��ر‬ ‫‪�= + 273 = 273 = T2‬صفرمطلق ��ة ‪� 100 =P2 ،‬س ��م زئب ��ق ‪ = V2 ,‬؟‬

‫وبتطبيق القانون العام للغازات ‪:‬‬

‫‪P2 × V2‬‬ ‫‪T2‬‬

‫‪100× V2‬‬

‫=‬

‫‪P1 × V1‬‬ ‫‪T1‬‬

‫‪76 × 5‬‬

‫=‬ ‫‪300‬‬ ‫‪273‬‬ ‫‪273 × 76 ×5‬‬ ‫= ‪ 3.46‬لتر‬ ‫‪= V2‬‬ ‫( ‪) 100 × 300‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪14‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫‪� -1‬إذا كان لدين���ا ‪� 462‬س���م‪ 3‬م���ن غ���از عن���د درج���ة ح���رارة ‪°35‬م و�ض���غط ق���دره ‪1.15‬ج���و‬ ‫اح�سب حجم هذا الغاز عند درجة حرارة �صفر‪°‬م و �ضغط جوي واحد ‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪� -2‬إذا كان �ضغـط كمية معينة من �أحد الغـازات ي�سـاوي ‪� 30‬ضغـط جوي و ذلك في �إناء �سـعته‬ ‫‪ 150‬مللتراً عند درجة حرارة ‪ 200‬مطلقة؛ كم يبلغ �ضغطه عند درجة حرارة ‪ 300‬مطلقة‬ ‫�إذا نقل �إلى �إناء �سعته ‪250‬مللتر ‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫معادلة الحالة الغازية ‪State Equation Gases‬‬ ‫در�ست �سابق ًا �أن المتغيرات التي ت�ؤثر على ال�سلوك الفيزيائي للغاز هي الحجم ودرجة الحرارة وال�ضغط‬ ‫حيث يمكن كتابة القانون العام للغازات على هذه ال�صورة‬ ‫‪PV = KT‬‬ ‫و تعتمد قيمة هذا الثابت ‪( K‬ثابت الغاز ‪)The Gas Constant‬على عاملين هما ‪:‬‬

‫‪ -1‬كمية الغاز الم�ستخدمة ‪.‬‬ ‫‪ -2‬المتغي ��رات الثالث ��ة و هي ال�ضغط و الحجم و درجة الحرارة‪ ،‬فعند ثبات درجة الحرارة ‪ T‬وال�ضغط ‪P‬‬ ‫ف� ��إن �أي زي ��ادة ف ��ي كمي ��ة الغ ��از الم�ستخ ��دم تتبعه ��ا زي ��ادة ف ��ي حج ��م ه ��ذا الغ ��از مم ��ا‬ ‫يعن ��ي زي ��ادة ف ��ي قيم ��ة الثاب ��ت ‪ K‬و ينت ��ج م ��ن ذل ��ك �أن قيم ��ة الثاب ��ت ‪ K‬تتنا�س ��ب طردي� � ًا‬ ‫مع عدد موالت الغاز الم�ستخدمة عند ثبات ٍّ‬ ‫كل من ال�ضغط و درجة الحرارة ‪:‬‬ ‫‪ = n‬عدد موالت الغاز الم�ستخدم‬ ‫‪K‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪ = R‬الثابت العام للغازات‬ ‫‪K = nR‬‬ ‫وال تعتمد قيمة ‪ K‬على نوع الغاز ‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫ن�ستنت ��ج مم ��ا �سب ��ق �أن حال ��ة �أي غ ��از يمك ��ن تحديدها بدالل ��ة ك ًال من كميت ��ه ( ‪ ) n‬و حجم ��ه (‪) V‬‬ ‫و �ضغط ��ه ( ‪ ) P‬و درج ��ة حرارت ��ه ( ‪ ) T‬و ت�سم ��ى المعادلة التي ت�صف حالة غاز م ��ا بداللة هذه الخوا�ص‬ ‫بمعادلة الحالة الغازية و التي يمكن تمثيلها ريا�ضيا كما يلي ‪:‬‬ ‫‪P×V=n×R×T‬‬ ‫و تعرف هذه المعادلة بمعادلة الغاز المثالي‬ ‫ماحجم‪32‬جراماًمنغازالأك�سجين(‪� )O2‬إذاكانال�ضغط‪�1‬ضغطجويودرجة‬ ‫الحرارة �صفر‪°‬م و ثابت الغاز = ‪ 0.082‬لتر �ضغط جوي درجة مطلقة مول ؟‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫‪� + 273 =T‬صفر =‬ ‫‪=R‬‬

‫‪� 1 =P‬ضغط جوي‬

‫‪ 273‬مطلقة‬

‫‪=n‬‬

‫‪0.082‬‬

‫‪32‬‬ ‫‪32‬‬

‫بتطبيق معادلة الحالة الغازية ‪p × v = n × R × T‬‬

‫‪=V‬‬

‫‪n×R×T‬‬ ‫‪P‬‬

‫‪= 273 × 0.082 ×1 =V‬‬ ‫‪1‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪16‬‬

‫‪ 22.4‬لتر‬

‫= ‪ 1‬مول‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫‪ - 1‬اح�س���ب �ض���غط ‪ 0.25‬مول من غاز الهيدروجين ( ‪ ) H2‬الذي ي�ش���غل حجماً مقداره ‪10‬لتر‬ ‫عند ‪°10‬م ؟‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬اح�س���ب عدد موالت غاز �أول �أك�س���يد الكربون ‪ CO‬الذي ي�ش���غل حجماً مقداره ‪� 500‬س���م‪ 3‬عند‬ ‫درجة حرارة ‪°50‬م و �ضغط ي�ساوي ‪ 1.5‬جو ؟‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪ -3‬اح�س���ب الحج���م ال���ذي ي�ش���غله ‪ 10‬كيلو جرام م���ن غاز ثاني �أك�س���يد الكرب���ون ‪ CO2‬عند ‪°27‬م‬ ‫و�ضغط ‪ 2‬جو ‪.‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫قانون جاي لو�ساك ‪Gay Lusac' Law :‬‬

‫‪H‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪O‬‬

‫‪H‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪H‬‬

‫حجمان من بخار الماء‬

‫‪O‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬

‫حجم من غاز الأك�سجين حجمان من غازالهيدروجين‬

‫‪O2‬‬

‫‪2H2O‬‬

‫‪2H2‬‬

‫�شكل ( ‪ )10 – 1‬قانون جاى ‪ -‬لو�ساك‬

‫‪17‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫من خالل ال�شكل ال�سابق (‪ )10-1‬ماذا تالحظ على حجوم الغازات ؟‬ ‫ما العالقة بين حجم الغاز وكميته ؟‬ ‫لق ��د وج ��د العال ��م جاي ـ لو�س ��اك �أنه عن ��د تفاعل حجم معي ��ن من غاز الكل ��ور مع نف�س الحج ��م من غاز‬ ‫الهيدروجي ��ن ينتج �ضع ��ف ذلك الحجم من غاز كلوريد الهيدروجين مع مالحظ ��ة قيا�س تلك الحجوم تحت‬ ‫نف�س الظروف من ال�ضغط ودرجة الحرارة؛ �أي �أن ‪:‬‬ ‫‪ 1‬حجم من غاز الكلور ‪1 +‬حجم من غاز الهيدروجين‬

‫‪ 2‬حجم من غاز كلوريد الهيدروجين‬

‫وذل ��ك تك ��ون الن�سب بين حجوم الغازات عددي� � ًا هي ‪ 2 : 1 : 1‬وهي ن�سبة عددي ��ة �صحيحة وب�سيطة ‪ .‬وعند‬ ‫تفاع ��ل حج ��م من غاز الأك�سجين مع حجمين من غاز الهيدروجين ينت ��ج حجمان من بخار الماء تحت نف�س‬ ‫الظروف من ال�ضغط ودرجة الحرارة؛ �أي �أن ‪:‬‬ ‫‪ 2‬حجم من بخار الماء‬ ‫ا حجم من غاز الأك�سجين ‪ 2 +‬حجم من غاز الهيدروجين‬ ‫ون�سبة الحجوم ‪ 2 : 2 : 1‬هي �أي�ض ًا ن�سبة عددية �صحيحة وب�سيطة‪.‬‬ ‫و ق���د تو�ص���ل �إل���ى قان���ون يعرف بقان���ون الحجوم المتحدة ال���ذي ين�ص على ( عند �ض���غط و درجة حرارة‬ ‫ثابتتين ف�إن حجوم الغازات التي تتفاعل مع بع�ضها البع�ض تكون بن�سبة عددية ب�سيطة )‬

‫اكتب معادلة تكوين غاز الن�شادر ومان�سب حجوم الغازات بع�ضها �إلى بع�ض ؟‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫مبد�أ �أفوجادرو‬

‫‪Avogadro's principle‬‬

‫قام العالم �أفوجادرو بتف�سير مالحظات جاي ـ لو�ساك فاقترح ما يعرف بنظرية �أفوجادرو ‪Avogadro's‬‬

‫‪ Theory‬و الت ��ي تن� ��ص على �أن‪ ( :‬الحجوم المت�س���اوية م���ن الغازات المختلفة عند ظ���روف متماثلة من‬ ‫ال�ض���غط ودرج���ة الح���رارة تحت���وي على نف�س العدد م���ن الجزيئ���ات ) ‪� .‬أي �أن جميع الغازات المثالية التي‬ ‫ت�شتم ��ل على نف� ��س العدد من الموالت عند ظروف واحدة من ال�ضغط ودرج ��ة الحرارة �سوف ت�شغل حجوم ًا‬ ‫مت�ساوية كما في �شكل (‪. )11 -1‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪18‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫جزيء ثاني �أك�سيد الكربون ‪CO2‬‬

‫جزيء الأك�سجين ‪O2‬‬

‫جزيء الهيدروجين ‪H2‬‬

‫�شكل (‪ ) 11-1‬نظرية �أفوجادرو‬

‫و قد و�ضح �أفوجادرو هذه العالقة من خالل تفاعالت مواد غازية فمث ًال وجد �أن لتر ًا من غاز الهيدروجين‬ ‫يتفاع ��ل م ��ع لتر م ��ن غاز الكل ��ور لينتج لترين م ��ن غاز كلوري ��د الهيدروجي ��ن و نحن نعل ��م �أن الجزيء من‬ ‫الهيدروجين يتفاعل مع جزيء من الكلور لينتج جزيئين من غاز كلوريد الهيدروجين وفق المعادلة‪:‬‬ ‫)‪H2(g) + Cl2(g‬‬ ‫)‪2HCl(g‬‬ ‫ف� ��إذا وجد في لت ��ر الهيدروجين مث ًال ( �س ) جزيئ ًا ف�إنها تحتاج لنف�س العدد ( �س ) من جزيئات الكلور‬ ‫لينت ��ج ‪�� � 2‬س جزيء م ��ن كلوري ��د الهيدروجين و نتيجة لم ��ا تو�صل �إليه �أفوج ��ادرو ن�ستطيع اعتب ��ار المعادلة‬ ‫الكيميائية الموزونة و التي تمثل تفاعل مواد غازية على �أنها تبين ن�سب الحجوم المتفاعلة فالمعادلة ال�سابقة‬ ‫ت ��دل عل ��ى �أن حجم� � ًا من الهيدروجين يتفاع ��ل مع نف�س الحجم م ��ن الكلور ليعطي �ضع ��ف ذلك الحجم من‬ ‫كلوريد لهيدروجين ‪.‬‬ ‫بنف�س الطريقة يمكننا تمثيل تفاعل غاز الهيدروجين مع غاز الأك�سجين ليعطي بخار الماء‬ ‫)‪O2(g) + 2H2(g‬‬

‫)‪2H2O(g‬‬

‫‪ 2‬لتر ‪ 1 +‬لتر‬

‫‪2‬لتر‬

‫‪19‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫‪ -1‬ما حجم غاز �أول �أك�س���يد الكربون الناتج من تفاعل لترين من غاز الأك�س���جين مع‬ ‫فائ�ض من الكربون ؟‬

‫‪� -2‬إذا مزجن���ا ‪5‬لت���رات م���ن �أول �أك�س���يد الكرب���ون و لترين من غاز الأك�س���جين و جرى بين‬ ‫المادتين التفاعل التالي‬

‫)‪2CO(g) + O2(g‬‬

‫)‪2CO2 (g‬‬

‫فما حجم الخليط الناتج �إذا بقي الحجم و درجة الحرارة ثابتتين ؟‬

‫الحل ‪:‬‬

‫‪ -1‬معادلة التفاعل‬

‫)‪2C(s) + O2(g‬‬

‫)‪2CO(g‬‬

‫ن�ستدل من المعادلة على �أن ‪ 1‬لترمن الأك�سجين ينتج ‪ 2‬لتر من �أول �أك�سيد الكربون‬ ‫‪ 2‬لتر من الأك�سجين ينتج �س لتر من �أول �أك�سيد الكربون‬ ‫( �س ) لتر من غاز�أول �أك�سيد الكربون الناتج =‬

‫‪2×2‬‬ ‫‪1‬‬

‫= ‪ 4‬لتر من غاز �أول �أك�سيد الكربون‬

‫‪ -2‬م ��ن المعادل ��ة ‪ :‬نجد �أن اللت ��ر من غاز الأك�سجين يتفاعل مع لتري ��ن من غاز �أول �أك�سيد‬ ‫الكربون ولذلك ف�إن لترين من غازالأك�سجين يتفاعالن مع ‪ 4‬لتر من غاز�أول �أك�سيد الكربون‬ ‫لينت ��ج عن ذلك ‪ 4‬لترات من غازثاني �أك�سيد الكرب ��ون ‪� .‬إذ ًا بقي من �أول �أك�سيد الكربون‬ ‫‪ 1 = 4 – 5‬لتر‬ ‫مجموع الحجوم بعد التفاعل = ‪ 4‬لترات من ‪ 1 + CO2‬لتر من ‪ 5 = CO‬لترات‬ ‫( حجم الخليط بعد التفاعل)‬

‫الظروف المعيارية ‪:‬‬

‫اتفق الكيميائيون على اعتبار الظروف الآتية ظروفاً معيارية للغازات‬ ‫ال�ضغط = ‪� 1‬ضغط جوي ‪ ,‬درجة الحرارة = ‪°0‬م = ‪ 273‬كلفن‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪20‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫يتفاعل غاز الهيدروجين مع غاز النيتروجين لينتج غاز الن�شادر ح�سب المعادلة ‪:‬‬ ‫)‪3H2(g) + N2(g‬‬ ‫)‪2NH3(g‬‬ ‫ف�إذا و�ضع ‪ 0.5‬مول من الهيدروجين مع ‪ 0.5‬مول من النيتروجين فكم يكون حجم النيتروجين‬ ‫الفائ�ض في ال�شروط المعيارية ؟ و كم يكون حجم الن�شادر ؟‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬

‫�إن ال ُم ِ‬ ‫عامالت التي تو�ض���ع �أمام �ص���يغ الغازات في المعادلة الرمزية هي نف�س���ها الن�س���ب بين‬ ‫حج���وم ه���ذه الغ���ازات حي���ث �أن ه���ذه ال ُم ِ‬ ‫ً‬ ‫فمث�ل�ا تفاعل غاز‬ ‫عام�ل�ات ت���دل عل���ى عدد الم���والت‬ ‫الهيدروجين مع غاز الكلور ليتكون غاز كلوريد الهيدروجين‪:‬‬ ‫)‪2HCl (g‬‬

‫‪H2 + Cl2‬‬

‫)‪(g‬‬

‫)‪(g‬‬

‫الن�س ��ب عل ��ى الترتيب ( ‪ ) 1 :1 :2‬وهذا الن�سب هي نف�سها بي ��ن حجوم الغازات‪ .‬وحجم الغاز‬ ‫يتنا�س ��ب مع عدد موالته ب�شرط ثبوت كل من ال�ضغط ودرجة الحرارة‪ .‬وي�ستخدم مبد�أ �أفوجادرو‬ ‫ف ��ي تعيي ��ن الكتل الجزيئية للغ ��ازات ثم الكتل الذري ��ة للعنا�صر الداخلة في تكوي ��ن هذه الغازات‬ ‫واعتم ��د ف ��ي ذلك على �أن الكتلة الذرية للهيدروجين =‪� 1‬أن جزيئه يتكون من ذرتين �أي �أن الكتلة‬ ‫الجزئي ��ة ل ��ه = ‪ ، 2‬ثم يتم تعيين كثافة الغاز المراد تعيين كتلت ��ه الجزيئية ومقارنتها بكثافة غاز‬ ‫الهيدروجين تحت نف�س الظروف وتعرف الن�سبة يبن كثافة الغاز �إلى كثافة الهيدروجين بالكثافة‬ ‫الن�سبية للغاز وب�ضرب هذه الكثافة الن�سبية فى ( ‪ ) 2‬تنتج الكتلة الجزيئية للغاز‪.‬‬

‫‪21‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫وجد من خالل التجارب العملية و من خالل قانون �أفوجادرو ‪� :‬أن حجم �أي كمية من الغاز �سيكون ثابت ًا‬ ‫عند ثبوت درجة الحرارة و ال�ضغط وفيما �إذا كانت تكون هذه الكمية عبارة عن مول واحد فقط ف�إن حجمها‬ ‫ي�سم ��ى بالحج ��م المولي و يرمز له بالرمز ( ‪ ) Vm‬و لقد وجد �أن حج ��م المول الواحد من �أي مادة غازية‬ ‫عند الظروف القيا�سية ( درجة �صفر‪°‬م ـ و �ضغط جوي واحد ) هو ‪ 22.4‬لتر �أي �أن كل ‪ 2310×6.02‬جزيئ ًا‬ ‫من �أية مادة غازية تحتل ‪ 22.4‬لتر ًا على درجة �صفر‪°‬م و �ضغط جوي واحد‬ ‫‪ -1‬ما حجم ‪ 28‬جرام من غاز النيتروجين عند الظروف القيا�سية ؟‬ ‫‪ -2‬ما حجم الأك�سجين في ال�شروط المعيارية الالزمة لإنتاج ‪ 9‬جم من بخار‬ ‫الماء ؟‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫الكتلة بالجرام‬ ‫‪-1‬‬ ‫عدد الموالت = كتلة المول الواحد‬ ‫كتلة المول الواحد من ‪28 = 14 × 2 =N2‬جم‬ ‫‪28‬‬ ‫= ‪1‬مول‬ ‫عدد الموالت =‬ ‫‪28‬‬ ‫من معادلة الحالة الغازية ‪:‬‬ ‫‪P × V = n× R ×T‬‬ ‫‪=V‬‬ ‫‪=V‬‬ ‫‪-2‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪n . R .T‬‬ ‫‪P‬‬

‫(‪) 273 × 0.082 × 1‬‬ ‫= ‪ 22.4‬لتر‬ ‫‪1‬‬ ‫الكتلة بالجرام‬ ‫عدد موالت بخار الماء =‬ ‫كتلة المول الواحد‬ ‫كتلة المول من الماء = ‪18 = ) 1 ×2 ( + 16‬‬

‫‪22‬‬

‫حاالت المادة‬

‫من معادلة التفاعل ‪:‬‬

‫)‪2H2O(g‬‬

‫الف�صل الأول‬

‫عدد موالت الماء= ‪9‬‬ ‫‪18‬‬

‫= ‪ 0.5‬مول‬

‫)‪O2(g‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪2H2(g‬‬

‫يتـبـي ��ن �أن ‪ 0.5‬م ��ول م ��ن بخار الماء ينتج م ��ن ‪ 0.25‬مول من الأك�سجي ��ن حجم المول من‬ ‫الأك�سجين في ال�شروط المعيارية = ‪ 22.4‬لتر‬ ‫‪0‬‬ ‫‪ 00‬حجم الأك�سجين الالزم = ‪0.25*22.4‬‬ ‫= ‪ 5.6‬لتر ًا ‪.‬‬

‫‪ - 1‬ما عدد الجزيئات في لتر من الهيدروجين عند �صفر ‪°‬م و �ضغط جوي واحد؟‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬ك���م جرام���اً م���ن ثان���ي �أك�س���يد الكرب���ون ف���ي ‪ 5‬لت���ر عن���د درج���ة ح���رارة ‪°27‬م و�ض���غط‬ ‫جوي واحد ؟‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪ -3‬ما حجم ‪ 3‬مول من غاز ‪ CO2‬في الظروف المعيارية ؟‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬

‫‪23‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫قانون دالتون لل�ضغوط الجزئية‪Daltons' Law at Partial Pressures :‬‬

‫ف ��ي ع ��ام ‪1801‬م وجد دالت ��ون من خالل تجارب ��ه على مزيج من غ ��ازات ال يوجد بي ��ن مكوناتها تفاعل‬ ‫كيميائ ��ي ب� ��أن " ال�ضغط الكلي لخليط من عدة غ ��ازات ي�ساوي مجموع �ضغوطها الجزئي ��ة" و بعبارة �أخرى‬ ‫ي�سل ��ك كل غ ��از من غازات المزيج �ضغطه الخا�ص به بغ�ض النظر عن الغ ��ازات الموجودة معه و كما لو كان‬ ‫وحده ي�شغل حجم الإناء و يمكن التعبير عنه ريا�ضي ًا كما يلي ‪:‬‬

‫‪= P1 + P2 + P3...............+ Pn‬‬

‫‪PT‬‬

‫ف� ��إذا كان لدين ��ا في وعاء حجمه ‪ V‬خليط م ��ن ثالثة غازات ( �أك�سجين و نيتروجي ��ن و ثاني �أك�سيد كربون )‬ ‫ف� ��إن ال�ضغط الكلي للخلي ��ط ( ‪� = )PT‬ضغط الأك�سجين ‪� +‬ضغط النيتروجين ‪� +‬ضغط ثاني �أك�سيد الكربون‪.‬‬ ‫�إن �ضغ ��ط كل م ��ن الغ ��ازات يعتمد على ع ��دد جزيئاته الموجودة ف ��ي الوعاء ولي�س على نوع ه ��ذه الجزيئات‬ ‫فل ��و ا�ستبدلنا جزيئات الأك�سجين بجزيئات الهيدروجي ��ن فلن ي�ؤثر ذلك على ال�ضغط الكلي للخليط و يمكن‬ ‫الت�أكد من هذه الحقيقة با�ستخدام معادلة الحالة الغازية‬ ‫‪= PO2‬‬

‫‪= PN2‬‬ ‫‪= PCO2‬‬ ‫( �ضغط الخليط ) ‪= PT‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫عدد موالت الأك�سجين × ‪T × R‬‬ ‫‪V‬‬

‫عدد موالت النيتروجين × ‪T × R‬‬

‫‪V‬‬ ‫عدد موالت ثاني �أك�سيد الكربون × ‪T × R‬‬ ‫‪V‬‬ ‫( ‪ ) n‬مجموع عدد الموالت في الوعاء × ‪T × R‬‬ ‫‪V‬‬

‫‪24‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫�إذا جمع ‪ 223‬مللتر من الهيدروجين فوق الماء و كانت درجة الحرارة ‪°25‬م‬ ‫وال�ضغط ‪� 74.2‬سم زئبق فكم جراماً من الهيدروجين تم جمعه ؟‬ ‫علماً ب�أن �ضغط بخار الماء عند ‪°25‬م = ‪� 2.4‬سم زئبق‬

‫الحل ‪:‬‬

‫‪� 74.2‬سم زئبق هي عبارة عن �ضغط الهيدروجين ‪� +‬ضغط بخار الماء‬ ‫�ضغط الهيدروجين = ‪�71.8 = 2.4 – 74.2‬سم زئبق ‪� 71.8 ,‬ضغط جوي‬ ‫‪76‬‬

‫‪=nR T‬‬ ‫‪=n‬‬ ‫‪=n‬‬

‫‪PV‬‬

‫‪=n‬‬

‫‪PV‬‬

‫‪RT‬‬

‫‪71.8‬‬ ‫‪223‬‬ ‫×‬ ‫‪76‬‬ ‫‪1000‬‬ ‫‪) 25 + 273 ( × 0.82‬‬ ‫‪ 0.00863‬مول من الهيدروجين‬

‫كتل ��ة الهيدروجي ��ن بالج ��رام = عدد م ��والت الهيدروجي ��ن × كتلة الم ��ول من غاز‬ ‫الهيدروجين = ‪ 0.01726 = 2 × 0.00863‬جرام ًا‬

‫‪25‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حاالت المادة‬ ‫الف�صل الأول‬

‫‪ -1‬ما �ضغط خليط مكون من ‪ 4‬جم من الأك�سجين ‪ 7 ,‬جم نيتروجين ‪ 23 10×6 ,‬جزيء هيدروجين‬ ‫و ‪ 0.2‬مول من ثاني �أك�سيد الكربون في وعاء حجمه ‪10‬لتر عند درجة حرارة ‪°27‬م ؟‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫‪� -2‬إحدى طرق تح�ضير غاز الهيدروجين ت�شمل تفاعل عن�صر من المغني�سيوم �أو الخار�صين‬ ‫مع حم�ض الكلور �أو حم�ض الكبريت و يجمع الهيدروجين في وعاء فوق الماء ‪.‬‬ ‫�أ ‪ -‬اكتب معادلة التفاعل ‪.‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫ب ‪ -‬اح�سب حجم الهيدروجين الذي يمكن تح�ضيره من تفاعل ‪1‬جم من المغني�سيوم مع كمية‬ ‫منا�سبة من محلول حم�ض الكبريت في درجة ‪°25‬م و �ضغط جوي واحد؛ علماً ب�أن �ضغط‬ ‫بخار الماء هو ‪� 2.4‬سم زئبق ‪.‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪26‬‬

‫�أ�سئلة الف�صل الأول‬ ‫�س‪ : 1‬اختر الإجابة ال�صحيحة ‪:‬‬ ‫�أ ‪ -‬ال�شكل الذي يمثل �سلوك الغاز المثالي هو‪:‬‬

‫�أ )‬

‫ب)‬

‫د)‬

‫ج)‬

‫ب ‪� -‬إذا كانت درجة حرارة غاز ت�ساوي ‪°30‬م ف�إن درجة حرارته المطلقة ت�ساوي ‪:‬‬ ‫ج ) ‪243‬‬ ‫ب ) ‪273‬‬ ‫�أ ) ‪30‬‬ ‫جـ ‪ -‬تتنا�سب �سرعة حركة جزيئات الغاز عك�سياً مع ‪:‬‬ ‫ج ) نوعها‬ ‫ب ) ثقلها‬ ‫�أ ) عددها‬ ‫د ‪ -‬تعتمد الخوا�ص الفيزيائية للغازات على ‪:‬‬ ‫ب ) ال�ضغط‬ ‫�أ ) الحجم‬

‫ج ) درجة الحرارة‬

‫د ) ‪303‬‬ ‫د)ب‪+‬ج‬

‫د ) جميع ما تقدم‬

‫هـ ‪ -‬يو�ضح الجدول التالي العالقة بين درجة الحرارة المطلقة و حجم الغاز عند ثبات ال�ضغط‬ ‫درجة الحرارة المطلقة‬ ‫حجم الغاز باللتر‬ ‫ف�إن قيمة �س ت�ساوي ‪:‬‬ ‫ب)‪6‬‬ ‫�أ ) ‪3‬‬

‫‪500‬‬

‫‪400‬‬

‫‪5‬‬

‫‪ 4‬‬

‫ج)‪7‬‬

‫ ‬

‫د)‪5‬‬

‫و ‪ -‬برفع درجة حرارة غاز مثالي �إلى ال�ضعف و عند ثبات ال�ضغط ف�إن الحجم ‪:‬‬ ‫�أ ) يزيد �إلى ال�ضعف ب ) يقل �إلى الن�صف ج ) ال يتغير د ) يتال�شى‬

‫‪27‬‬

‫‪300‬‬ ‫�س‬

‫�س‪ 2‬ـ ف�سر الظواهر التالية من خالل قوانين الغازات ‪:‬‬ ‫�أ ‪ -‬تزايد حجم الفقاقيع المنطلقة من الغوا�ص كلما اقترب من �سطح الماء ‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬يقل حجم البالون المملوء بالهواء عند و�ضعه في وعاء من النيتروجين ال�سائل درجة‬ ‫حرارته ‪°196 -‬م )‪.‬‬

‫جـ ‪ -‬يزداد حجم الرئتين في عملية ال�شهيق و يقل في عملية الزفير‪.‬‬

‫�س‪ 3‬ـ نفِّذ الح�سابات التالية‪:‬‬ ‫�أ ‪ -‬ما عدد الجزيئات في ‪�1‬سم‪ 3‬من غازالنيتروجين في ال�شروط المعيارية ؟‬ ‫ب ‪ -‬و �ض ��ع خلي ��ط م ��ن ‪ 10‬جم من الهيدروجي ��ن‪ 64 ,‬جم م ��ن الأك�سجين في وعاء حجم ��ه ‪ 10‬لتر في‬ ‫درجة حرارة ‪°25‬م ‪:‬‬

‫‪ -1‬اح�سب �ضغط المزيج‪.‬‬ ‫‪� -2‬إذا ج ��رى تفاع ��ل بي ��ن الهيدروجي ��ن و الأك�سجي ��ن لإنت ��اج بخ ��ار الم ��اء على درج ��ة ‪°400‬م كم‬ ‫يكون ال�ضغط بعد انتهاء التفاعل؟‬ ‫‪� -3‬إذا برد وعاء التفاعل �إلى ‪°25‬م كم يكون ال�ضغط بعد التفاعل ؟‬ ‫جـ ‪ -‬ت�شغل عينة من غاز الميثان الجاف حجم ًا قدره ‪�368‬سم‪3‬عند درجة حرارة ‪°21‬م و �ضغط‬ ‫‪ 752‬مليمت ��ر زئب ��ق‪ .‬ف� ��إذا م ��ررت ه ��ذه العين ��ة في الم ��اء و �أعي ��د جمع الغ ��از عند نف� ��س درجة‬ ‫الح ��رارة و ال�ضغ ��ط كم يكون حجم غ ��از الميثان علم ًا ب� ��أن �ضغط بخار الماء عن ��د ‪°21‬م ي�ساوي‬ ‫‪ 18.7‬مليمتر زئبق ‪.‬‬

‫�س‪ 4‬ـ ما مقيا�س درجة الحرارة الواجب ا�ستخدامه في‪:‬‬ ‫�أ ‪ -‬م�سائل قانون �شارل‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬م�سائل قانون الحالة الغازية‪.‬‬ ‫جـ ‪ -‬م�سائل القانون العام للغازات‪.‬‬ ‫د ‪ -‬م�سائل قانون بويل‪.‬‬ ‫‪28‬‬

‫المحاليـل‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق‬ ‫التعبير عن تركيزها‬

‫الأهداف‬ ‫ُيتوقع منك بنهاية هذا الف�صل �أن ‪:‬‬

‫‪ -1‬تميز بين الأنواع المختلفة للمحاليل‪.‬‬ ‫‪ - 2‬تتعرف العوامل الم�ؤثرة على عمليات ذوبان الغازات والمواد ال�صلبة وال�سوائل‪.‬‬ ‫‪ -3‬تقارن بين المحاليل من حيث قابليتها للتو�صيل الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ -4‬ت�شرح الطرق المتبعة للتعبيرعن تركيز المحاليل ‪.‬‬ ‫‪ -5‬تحل تطبيقات ح�سابية للتعبير كمي ًا عن تركيز المحاليل ‪.‬‬ ‫‪ -6‬تطبق عمليات تخفيف المحاليل با�ستخدام الح�سابات الالزمة‪.‬‬ ‫‪ -7‬تتعرف الخوا�ص التجميعية للمحاليل‬ ‫‪ -8‬تح�سب الكتلة الجزيئية للمواد با�ستخدام خا�صيتي االرتفاع في درجة الغليان واالنخفا�ض في‬ ‫درجة التجمد ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪ -9‬تذكر �أهمية المحاليل في حياتنا اليومية ‪.‬‬

‫‪30‬‬

‫المقدمة‬ ‫تعتب ��ر درا�س ��ة المحالي ��ل ذات �أهمية في تق ��دم الكيمياء ‪,‬‬ ‫فبالنظ ��ر �إلى ماحولنا نجد �أنه من النادر جد ًا �أن نجد مادة نقية‬ ‫فمعظ ��م المواد الطبيعي ��ة المحيطة بنا مثل مي ��اه البحر والهواء‬ ‫والأحج ��ار الكريم ��ة والمع ��ادن الطبيعي ��ة هي محالي ��ل ‪ .‬وتتكون‬ ‫المحالي ��ل عادة من مادة واح ��دة �أو �أكثر مذابة في مادة �أخرى ‪.‬‬ ‫و�أكث ��ر المحاليل �شيوع ًا هي المحالي ��ل ال�سائلة المذابة فيها‬ ‫الجوام ��د وال�سوائل ‪ .‬وفي هذا الف�صل �سوف نتعرف على بع�ض �أنواع المحاليل المختلفة و�أهميتها والعوامل‬ ‫الت ��ي ت�ؤثر عل ��ى ذوبان بع�ض المواد ف ��ي مذيبات معينة وخوا� ��ص المحاليل ( الخوا� ��ص التجميعية) وطرق‬ ‫التعبير عن تركيزها كمي ًا ‪.‬‬ ‫�شكل ( ‪ )1-2‬ماء البحر‬

‫المحلول و مكوناته‬ ‫ عن ��د �إ�ضافة كمية معين ��ة من ملح الطعام �إلى كمية‬‫معينة من الماء على ماذا نح�صل ؟‬ ‫ هل هناك اختالف في توزيع الملح في جميع �أجزاء‬‫المحلول ؟‬ ‫‪ -‬ادر�س �إمكانية ر�ؤية دقائق الملح في الماء ‪.‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 2-2‬ذوبان ملح الطعام في الماء‬

‫ هل هناك ميل لف�صل المكونات عن بع�ضها البع�ض‬‫ب�سهولة ؟‬ ‫ �أيهما يوجد بن�سبة كبيرة في محلول الملح �أم الماء؟‬‫‪ -‬ماذا ن�سمي الملح ؟ و ماذا ن�سمي الماء ؟‬

‫‪31‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫يعرف المحلول ب�أنه خليط يتكون من مادتين �أو �أكثر منت�شرة بع�ضها في بع�ض ويمتاز ب�أنه ‪:‬‬ ‫• متجان�س التركيب و الخوا�ص في جميع �أجزائه ‪.‬‬ ‫• من ال�صعب تمييز دقائق مكوناته ب�أية و�سيلة كانت ( العين المجردة ‪ /‬المجهر الإلكتروني ) ‪.‬‬ ‫• ال يمك ��ن ف�ص ��ل مكونات ��ه حي ��ث �أن حجم دقائقه يكون �صغي ��ر ًا جد ًا وتتوزع بانتظام ف ��ي جميع �أنحاء‬ ‫المحلول ‪.‬‬ ‫�أم ��ا المخالي ��ط الت ��ي يمكن تميي ��ز مكوناتها بالعين المج ��ردة �أو بالمجهر و يمكن ف�صله ��ا ب�سهولة ت�سمى‬ ‫مخالي ��ط غي ��ر متجان�س ��ة ‪ .‬ويتك ��ون المحل ��ول من مكوني ��ن هم ��ا الم���ذاب ‪ solute‬و المذي���ب ‪solvent‬‬ ‫وعل ��ى الرغ ��م م ��ن �أن ��ه التوجد قواعد محددة نف ��رق على �أ�سا�سها بي ��ن المذيب و الم ��ذاب �إال �أن النظام‬ ‫المتفق عليه هو �أن ي�شار �إلى المادة الموجودة بكمية �أكثر بالمذيب و المادة الموجودة بكمية �أقل بالمذاب ‪.‬‬

‫المذاب‬

‫خطوة (‪)2‬‬ ‫‪H2‬‬

‫خطوة (‪)1‬‬ ‫‪H1‬‬ ‫‪H3‬‬

‫خطوة (‪)3‬‬

‫المحلول‬

‫�شكل ( ‪ ) 3-2‬تكون المحلول من المذيب والمذاب‬

‫ما الفرق بين محلول ملح الطعام في الماء وم�سحوق الطبا�شير في الماء ؟‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪32‬‬

‫المذيب‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫�أنواع المحاليل‬

‫حاول �أن ت�صنف المحاليل التالية ‪� :‬سكر في الماء ‪ ,‬هيدروجين في البالتين ‪ ,‬ثاني �أك�سيد الكربون‬ ‫في الماء ‪ ,‬ال�سبائك ‪ ,‬دقائق الغبار في الهواء ‪.‬‬ ‫ت�صنف المحاليل ح�سب حالة المذيب‪ ،‬وحيث �أن المذيب‪ ،‬يمكن �أن يوجد على ثالث حاالت وهي الغازية‪,‬‬ ‫وال�سائل ��ة وال�صلبة ف�إنه بالإمكان وجود ثالثة �أطوار من المحاليل ويوجد لكل طور من المحاليل ثالثة �أطوار‬ ‫ح�سب حالة المذاب ‪.‬‬

‫حدد حالة المذاب ‪ ,‬حالة المذيب ‪ ,‬نوع المحلول من خالل الجدول التالي ‪:‬‬

‫�أمثلة المحاليل‬

‫ثاني �أك�سيد الكربون في الماء‬ ‫الأ�سيتون في الماء‬ ‫ملح الطعام في الماء‬ ‫الهيدروجين في البالتين‬ ‫ال�سبائك كالبرونز‬ ‫الزئبق في الف�ضة‬ ‫الهواء الجوي‬ ‫دقائق الغبار في الهواء‬ ‫جزيئات بخار الماء في الهواء‬

‫حالة المذيب‬

‫‪33‬‬

‫حالة المذاب‬

‫نوع المحلول‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫نح ��ن نع ��رف �أن محلول ملح الطعام يتكون من الماء والملح بينما اله ��واء يتكون من الأك�سجين والنيتروجين‬ ‫وغازات �أخرى ‪ .‬ي�سمى المحلول ثنائي ًا �إذا كان مكون ًا من مادتين وثالثي ًا �إذا تكون من ثالث مواد وهكذا ‪....‬‬ ‫والمحليل الثنائية هي الأكثر �شيوع ًا و�سوف نقت�صر في درا�ستنا لهذا الف�صل على ت�صنيف المحاليل الثنائية ‪.‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫بالرج ��وع �إل ��ى م�صادر المعلوم ��ات المتوفرة لديك ه ��ات �أمثلة لمحاليل مختلفة غي ��ر التي وردت في‬ ‫الجدول ال�سابق ‪.‬‬

‫للمحاليل �أهمية كبرى في حياة الإن�سان والحيوان والنبات ‪ ,‬فعمليات تمثيل الغذاء‬ ‫تعتمد على تحويل المواد الغذائية �إلى محلول كما �أن جميع ال�سوائل الف�سيولوجية الهامة في الج�سم‬ ‫كالدم واللمف هي من المحاليل ‪.‬‬ ‫وعموم ًا فالمحاليل ال�سائــلة ( �ســـواء �أكان المـذاب غاز ًا �أم �سائ ًال �أم �صلب ًا ) تعتبر �أكثر �شــيوع ًا و�أهمية‬ ‫م ��ن بقية �أن ��واع المحاليل في التغي ��رات والح�ساب ��ات الكيميائية والظواه ��ر الم�صاحبة له ��ا‪ ،‬ولهذا �سنقوم‬ ‫بدرا�ستها ب�شيء من التف�صيل وخا�صة المحاليل المائية التي يكون فيها الماء ال�سائل مذيب ًا ‪.‬‬

‫محاليل الغازات في ال�سوائل‬ ‫تختل ��ط الغ ��ازات ف ��ي بع�ضه ��ا كاله ��واء كذل ��ك ف� ��إن‬ ‫الغ ��ازات يمك ��ن �أن ت ��ذوب ف ��ي ال�سوائ ��ل مكونة محل ��ول الغاز‬ ‫ف ��ي ال�سائ ��ل ويلع ��ب ذوبان الغ ��از ف ��ي ال�سائ ��ل دور ًا ذا �أهمية‬ ‫حيوي ��ة كبيرة‪ ,‬فالمق ��دار الب�سيط الذي يذوب ��ه الأك�سجين في‬ ‫مي ��اه الأنه ��ار والبحار يكف ��ي لدوام حي ��اة المخلوق ��ات الحية‬ ‫فيه ��ا‪ ,‬وقابلية الذوب ��ان في الدم ي�س ��رت عملي ��ة التنف�س التي‬ ‫يقوم به ��ا الأحياء‪ ،‬ول ��وال ذوبان ثان ��ي �أك�سي ��د الكربون ‪CO2‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪34‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 4-2‬مخلوقات بحرية‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫ف ��ي الم ��اء لما تك ��ون الرخام " المرم ��ر " و ال�صخور الكل�سي ��ة ‪ .‬و تع���رف ذائبية الغاز ف���ي ال�س���ائل ب�أنها ‪:‬‬ ‫كتلة الغاز التي تذوب في كتلة محددة من ال�سائل (‪ 100‬جرام ) تحت �ضغط معين و درجة حرارة معينة ‪.‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫العوامل الم�ؤثرة على ذائبية الغازات في ال�سوائل‬ ‫تعتمد ذائبية الغازات في ال�سوائل ( كالماء مث ً‬ ‫ال ) على عدة عوامل منها ‪:‬‬ ‫‪ -1‬طبيعة الغاز ( المذاب ) ‪:‬‬ ‫وجد �أن هناك اختالف ًا كبير ًا في ذائبية الغازات في الماء كما يت�ضح من الجدول الآتي ‪:‬‬

‫الغاز‬

‫‪NH3‬‬

‫الذائبية في الماء ‪1300‬‬

‫‪HCl‬‬

‫‪SO2‬‬

‫‪H2S‬‬

‫‪CO2‬‬

‫‪O2‬‬

‫‪N2‬‬

‫‪He‬‬

‫‪500‬‬

‫‪80‬‬

‫‪4.6‬‬

‫‪1.7‬‬

‫‪0.05‬‬

‫‪0.024‬‬

‫‪0.009‬‬

‫جدول ( ‪ )1-2‬ذائبية بع�ض الغازات المختلفة في (‪ ) 100‬جرام من الماء عند �صفر‪°‬م و�ضغط جوي واحد‬

‫من خالل النظر �إلى الجدول ال�سابق ‪:‬‬ ‫ ما �سبب اختالف ذائبية الغازات ال�سابقة في الماء ؟‬‫ ما المق�صود بطبيعة الغاز ( المذاب ) ؟‬‫ �أي الغازات ال�سابقة قطبي و �أيها غير قطبي ؟‬‫ هل الماء مذيب قطبي و لماذا ؟‬‫ متى تكون الغازات �شحيحة الذوبان في الماء و متى تكون عالية الذوبان في الماء ؟‬‫تق�سم الغازات من حيث ذوبانها في الماء �إلى ‪:‬‬ ‫�أ‪� -‬ش���حيحة الذوب���ان في الماء ‪ :‬و ه ��ي التي ال تتفاعل كيميائي ًا مع الماء مثل الأك�سجين والهيدروجين‬ ‫و النيتروجي ��ن و يع ��ود ال�سب ��ب في ذل ��ك �إلى �أن قوى التجاذب بين دقائ ��ق الغاز وجزيئات المذيب‬ ‫( الماء ) هي قوى �ضعيفة ( قوى لندن )‪.‬‬

‫‪35‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫ب‪-‬عالي���ة الذوب���ان ‪ :‬وه ��ي التي تتفاعل كيميائي ًا مع الماء مثل الن�ش ��ادر و كلوريد الهيدروجين و ثاني �أك�سيد‬ ‫الكبريت و يعود ال�سبب في ذلك �إلى �أن قوى التجاذب بين دقائق الغاز ( المذاب ) وجزيئات ( المذيب)‬ ‫عالية ب�سبب قطبية المذاب والمذيب ‪.‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫‪+‬‬ ‫‬‫)‪H3O (aq) + Cl (aq‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫)‪NH4 (aq) + OH (aq‬‬

‫)‪HCl(g) + H2O(l‬‬ ‫)‪NH3(g) + H2O(l‬‬

‫‪ -2‬طبيعة ال�سائل ( المذيب )‬ ‫تختل ��ف الغ ��ازات ف ��ي ذائبيته ��ا ف ��ي المذيب ��ات المختلفة كم ��ا يت�ضح م ��ن الج ��دول التالي ال ��ذي يبين‬ ‫ذائبية الأك�سجين في بع�ض المذيبات الم�شهورة عند ‪520‬م ‪.‬‬

‫المذيب‬

‫الماء‬

‫�إيثانول‬

‫�أ�سيتون‬

‫ثنائي �إيثيل �إيثر‬

‫ذائبية الأك�سجين فيه‬

‫‪0.028‬‬

‫‪0.14‬‬

‫‪0.208‬‬

‫‪0.416‬‬

‫جدول( ‪ ) 2-2‬ذائبية الأك�سجين في مذيبات مختلفة عند ‪°20‬م‪0‬‬

‫من خالل النظر �إلى الجدول ال�سابق ‪:‬‬ ‫ ما �سبب اختالف ذائبية الأك�سجين في المذيبات ال�سابقة ؟‬‫ قارن بين المذيبات ال�سابقة من حيث القطبية ؟‬‫ ف�سر اختالف ذائبية الأك�سجين في المذيبات ال�سابقة ؟‬‫عموم� � ًا فق ��د وج ��د �أن �أف�ضل مذي ��ب لغاز ما هو المذي ��ب الذي تكون في ��ه القوى الجزيئي ��ة مت�شابهة مع‬ ‫مثيالته ��ا ف ��ي الغ ��از ‪ ,‬فهناك تعمي ��م مفيد ي�ست�شه ��د به كثير ًا ف ��ي الكيمياء و ه ��و �أن ال�شبيه يذي ��ب ال�شبيه‬ ‫(‪. )likes dissolve likes‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪36‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫‪ -3‬درجة الحرارة‬

‫دق���ق ف���ي ال�ش���كل ال�س���ابق ث���م �أجب عم���ا يلي ‪:‬‬

‫‪CO‬‬

‫ قارن بين ذائبية الغازات ال�سابقة عند درجة‬‫‪°20‬م و ‪°40‬م ؟‬ ‫ م ��اذا يحدث لذائبية الغ ��ازات بارتفاع درجة‬‫الحرارة ؟‬

‫‪0‬‬

‫‪10‬‬

‫‪20‬‬

‫‪30‬‬

‫‪40‬‬

‫‪1.0‬‬

‫الذائبية ( ملي مول ‪ /‬لتر ) من الغاز‬

‫‪O2‬‬

‫‪2.0 CH‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪50‬‬

‫�شكل ( ‪ )5-2‬منحنى الذائبية لبع�ض الغازات‬

‫عن ��د �إذابة غاز في �سائل تتحرر كمية م ��ن الطاقة الحرارية ت�ؤدي �إلى خف�ض طاقة حركة جزيئات الغاز‬ ‫مم ��ا ي�ساع ��د ال�سائل على االحتفاظ بالغاز ‪ ,‬و عن ��د رفع درجة الحرارة تكت�سب جزيئات الغاز طاقة حركية‬ ‫كافية لخروجها من ال�سائل ‪ ,‬لذا ف�إن ذائبية الغازات في ال�سوائل تقل بارتفاع درجة الحرارة ‪.‬‬

‫‪� -1‬سائل يحتوي على عدة غازات مذابة اقترح طريقة للتخل�ص من الغازات المذابة فيه ‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬اذكر تف�سيراً منا�سباً لكل مما يلي‪:‬‬ ‫�أ‪ -‬ظهور فقاقيع �صغيرة عند ت�سخين الماء‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫‪37‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ال�ش ��كل التال ��ي يو�ضح منحن ��ى ذائبي ��ة الغازات‬ ‫ف ��ي الم ��اء عن ��د �ضغ ��ط ج ��وي واح ��د و درجات‬ ‫حرارة مختلفة ‪.‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫ب‪ -‬الطعم عديم النكهة ( الطعم المميز للماء) للماء المغلي‪.‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫بالرج ��وع �إلى م�ص ��ادر المعلوم ��ات المتوفرة لديك ابحث ع ��ن �سبب ارتفاع ذائبي ��ة بع�ض الغازات‬ ‫بارتفاع درجة الحرارة ‪.‬‬

‫‪ -4‬ال�ضغط ‪:‬‬ ‫من الجدير بالذكر �أن ت�أثير ال�ضغط ال يظهر �إال عند �إذابة الغازات في ال�سوائل و يمثل الجدول التالي‬ ‫تغير ذائبية ‪ CO2‬في الماء بتغير �ضغط الماء عند‪°25‬م‬ ‫�ضغط غاز ‪( CO2‬جوي)‬ ‫ذائبية غاز ‪ ( CO2‬مول ‪ /‬لتر )‬

‫‪0.36‬‬ ‫‪0.012‬‬

‫‪0.65‬‬ ‫‪0.022‬‬

‫‪1.2‬‬ ‫‪0.041‬‬

‫‪1.6‬‬ ‫‪0.054‬‬

‫‪1.1.78‬‬ ‫‪0.06‬‬

‫جدول ( ‪ ) 3 -2‬ذائبية ‪ CO2‬في الماء عند �ضغوط مختلفة عند ‪°25‬م‬

‫من خالل الجدول ال�سابق ‪:‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪38‬‬

‫الذائبية‬

‫• م ��اذا يح ��دث لذائبي ��ة ‪ CO2‬بازدي ��اد ال�ضغ ��ط ؟‬ ‫• مث ��ل بياني� � ًا العالق ��ة بي ��ن ذائبي ��ة ‪ CO2‬و�ضغط ��ه‪.‬‬ ‫مم ��ا �سب ��ق نالح ��ظ �أن ��ه عن ��د ثب ��وت درج ��ة الح ��رارة‬ ‫تزداد ذائبية ‪ CO2‬بزيادة �ضغطه فوق �سطح الماء لأن‬ ‫زيادة ال�ضغط ت�ؤدي �إلى زيادة في تركيز جزيئات ‪CO2‬‬

‫ال�ضغط‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫ذائبية الغاز �ضغط الغاز‬ ‫‪ ...‬ذائبية الغاز = ثابت × �ضغط الغاز‬ ‫وهذا المقدار الثابت ي�سمي ثابت هنري وقيمته تعتمد على نوع الغاز ‪:‬‬ ‫‪O2‬‬

‫الغاز‬

‫‪N2‬‬

‫ثابت هنري ( مول ‪ /‬لتر‪ .‬جوي )‬

‫‪10×7‬‬

‫‪4-‬‬

‫‪CO2‬‬ ‫‪3-‬‬

‫‪10×1.3‬‬

‫‪10 × 3.3‬‬

‫‪2-‬‬

‫جدول (‪ )4-2‬ثابت هنري لبع�ض الغازات‬

‫• تح ��وي عل ��ب ال ��رذاذ محالي ��ل م�ضغوط ��ة من م ��واد خا�صة‬ ‫كمزي�ل�ات الروائ ��ح والمبي ��دات الح�شري ��ة والدهان ��ات فعند‬ ‫تحري ��ر ال�ضغط بكب�س ال ��زر يتفور المذيب ف ��ي العلبة ويدفع‬ ‫المحلول عب ��ر المنفث ‪ .‬وهكذا ينبعث ر�شا� ��ش (رذاذ) دقيق‬ ‫من محتويات العلبة كلما كب�س الزر ‪.‬‬ ‫• ي ��ذوب اله ��واء ال ��ذي ي�ستن�شق ��ه الغطا�سون في ال ��دم مكون ًا‬ ‫محل ��و ًال ‪ .‬ف� ��إذا �صعد الغطا� ��س فج�أة �إلى �سط ��ح الماء ينطلق‬ ‫اله ��واء من المحل ��ول مكون ًا فقاقيع هوائي ��ة وهذه حالة خطرة‬ ‫تع ��رف بالتحني‪ ،‬ولتفادي ح ��دوث ذلك ي�ستخ ��دم الغطا�سون‬ ‫مزيج� � ًا م ��ن الأك�سجين والهيلي ��وم بدال م ��ن النيتروجين لأن‬ ‫الهيليوم �أقل ذائبية من النيتروجين في الدم‪.‬‬

‫‪39‬‬

‫ال�ضغط‬ ‫مواد مذابة‬

‫�شكل (‪ ) 6-2‬علبة الرذاذ‬

‫�شكل ( ‪ ) 7-2‬غطا�س ي�ستخدم‬ ‫مزيج الهيليوم والأك�سجين‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ف ��وق �سط ��ح الماء وهذا ي�ؤدي �إل ��ى زيادة ذوبان ‪ CO2‬في الم ��اء‪ .‬وقد لخ�ص العالم هن ��ري(‪� ) Henry‬أثر‬ ‫ال�ضغ ��ط على ذوبان �أي غاز في �سائل في قان ��ون ي�سمى بقانون هنري ( ‪ ) Henry,s Law‬الذي ين�ص على‬ ‫�أنه عند ثبوت درجة الحرارة تتنا�س���ب كتلة الغاز الذي يذوب في كتلة معينة من �س���ائل تنا�س���باً طردياً مع‬ ‫�ضغط الغاز الواقع فوق �سطح ال�سائل ‪� .‬أي �أن ‪- :‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫‪ -1‬عن���د فت���ح زجاج���ة الم�ش���روبات الغازي���ة ي�س���مع‬ ‫�ص���وت ي�ش���به الفرقعة وتنطلق فقاع���ات غازية ‪.‬‬ ‫كيف يمكن تف�سير ذلك ؟‬ ‫‪........................................................‬‬ ‫‪........................................................‬‬ ‫‪........................................................‬‬ ‫‪........................................................‬‬

‫�شكل (‪ ) 8-2‬م�شروبات غازية‬

‫‪ - 2‬اح�سب ذائبية غاز ‪ O2‬في ماء البحار الذي يتالءم واحتياجات المخلوقات البحرية �إذا علم �أن‬ ‫مقدار ما ي�سهم به ‪ O2‬في ال�ضغط الجوي ي�ساوي‪�0.21‬ضغط جوي ( بالرجوع �إلى ثوابت هنري)‪.‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫وكبقي ��ة قوانين الغازات ف�إن قانون هنري ينطبق بدق ��ة فقط على الغازات المثالية والمحاليل المخففة‪.‬‬ ‫�أما الغازات التي تكون مركبات مع المذيب �أو تكون لها خا�صية التجمع �أو التفكك عند دخولها الطور ال�سائل‬ ‫ف�إنه ��ا تحي ��د عن القانون فمث ًال ال يمكن تطبي ��ق القانون على الن�شادر ب�سبب ح ��دوث تفاعل بينه وبين الماء‬ ‫ح�سب المعادلة التالية ‪:‬‬ ‫)‪NH3(g) + H2O(l‬‬

‫)‪NH4+(aq) + OH-(aq‬‬

‫وال على كلوريد الهيدروجين ب�سبب تفككه في المحاليل المائية ح�سب التفاعل ‪:‬‬ ‫)‪H3O+(aq) + Cl-(aq‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫)‪HCl(g) + H2O(l‬‬

‫‪40‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫محاليل المواد ال�صلبة في ال�سوائل‬

‫العوامل الم�ؤثرة على ذائبية المواد ال�صلبة في ال�سوائل‬ ‫تعتمد ذائبية المواد ال�صلبة في ال�سوائل على عدة عوامل منها ‪:‬‬ ‫‪ -1‬طبيعة المذاب والمذيب ‪:‬‬

‫( ‪� ) 1 -2‬أثر المذاب على المذيب‬ ‫الأدوات والم���واد المطلوبة ‪:‬‬ ‫خطوات العمل‬ ‫‪� 1‬ض ��ع ف ��ي خم� ��س �أنابيب اختب ��ار كمي ��ات منا�سبة م ��ن الماء‬‫المقطر‪.‬‬ ‫‪� 2‬أ�ضف كميات منا�سبة من كلوريد ال�صوديوم‪ ,‬وال�سكر ‪ ,‬الزيت‪,‬‬‫نترات ال�صوديوم واليود �إلى الأنابيب الخم�س على التوالي‪.‬‬

‫�أنابي ��ب اختبار ‪ -‬ماء مقطر‪-‬‬ ‫غول ‪ -‬بنزين ‪� -‬ســـكر ‪-‬‬ ‫كلوريدال�صوديوم‪-‬ز ي ��ت‪-‬‬ ‫نترات ال�صوديوم ‪ -‬يود‬

‫‪ - 3‬رج الأنابيب والحظ ذوبان المواد الم�ضافة في الماء ‪.‬‬ ‫‪4‬كرر الخط ��وات ال�سابقة مع ا�ستبدال الم ��اء بالبنزين ‪ ,‬ال َغ ْول‪.‬‬‫د ِّون مالحظاتك في الجدول التالي ‪:‬‬

‫‪41‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫تركيز محلول المادة ال�صلبة في ال�سائل عند درجة حرارة معينة يعد من الخ�صائ�ص المهمة للمحلول ‪,‬‬ ‫وتعرف ذائبية المادة ال�صلبة في �سائل معين ( الماء ) عند درجة حرارة معينة ب�أنها �أكبر كتلة من المادة‬ ‫ال�صلبة التي يمكن �أن تذوب في ( ‪ 100‬جرام ) من ال�سائل ( الماء ) عند تلك الدرجة ‪�.‬أو هي عدد جرامات‬ ‫المذاب التي تذوب في ‪ 100‬جرام من ال�سائل ( الماء ) عند درجة حرارة معينة لنح�صل على محلول م�شبع ‪.‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫المذيب‬

‫كلوريد‬ ‫ال�صوديوم‬

‫ال�سكر الزيت‬

‫نترات‬ ‫ال�صوديوم‬

‫اليود‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ماء‬ ‫كحول‬ ‫بنزين‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬

‫حدد المذيبات القطبية وغير القطبية في الجدول ‪.‬‬ ‫�أي المواد تذوب في المذيبات القطبية ؟‬ ‫هل تذوب هذه المواد بنف�س الن�سبة ؟‬ ‫ما �سبب اختالف ذائبيتها في المذيبات القطبية ؟‬ ‫�أي المواد تذوب في المذيبات غير القطبية ؟ ‪.‬‬ ‫ماذا تالحظ على ن�سبة ذوبانها ؟‬ ‫ما �سبب اختالف ذائبيتها في المذيبات غير القطبية ؟‬

‫ن�ستنت ��ج م ��ن ه ��ذا الن�ش ��اط �أن ذائبي ��ة الم ��واد ال�صلبة ف ��ي ال�سوائ ��ل تعتمد عل ��ى �أن ��واع الروابط في‬ ‫جزيئ ��ات كل م ��ن المذيب والمذاب والتجاذب الذي ين�ش�أ بينهما ‪ .‬فالجزيئ ��ات الأيونية والمركبات الع�ضوية‬ ‫القطبي ��ة ت ��ذوب ف ��ي ال�سوائ ��ل القطبي ��ة وال تذوب ف ��ي ال�سوائ ��ل غير القطبي ��ة ‪� ,‬أم ��ا الجزيئ ��ات الع�ضوية‬ ‫غي ��ر القطبي ��ة ت ��ذوب ف ��ي ال�سوائل غي ��ر القطبي ��ة وال تذوب ف ��ي ال�سوائ ��ل القطبي ��ة ‪ ,‬ومن ه ��ذا ن�ستنتج ‪:‬‬ ‫�أن ال�شبيه يذيب ال�شبيه (‪likes‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪.) likes dissolve‬‬

‫‪42‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫• ذوبان المركب الأيوني ( ملح الطعام ) في الماء وعدم ذوبانه في البنزين ‪.‬‬ ‫• ذوبان المركب الت�ساهمي القطبي ( ال�سكر ) في الماء ‪.‬‬ ‫• ذوب ��ان المرك ��ب الت�ساهم ��ي غير القطبي ( الزيت ) في البنزين وعدم ذوبانه في الماء‪.‬‬

‫يذوب كل من فيتامين ‪ B‬وفيتامين ‪ C‬في الماء ‪ ,‬ولذلك ف�إنهما غير قابلين‬ ‫للتخزي ��ن ف ��ي الج�سم مدة منا�سبة لهذا من ال�ضروري �أن تك ��ون الوجبات اليومية محتوية عليهما ‪,‬‬ ‫بالمقابل ف�إن فيتامينات ‪ K , E , D , A‬تذوب في مذيبات غير قطبية كالأن�سجة الدهنية في الج�سم‬ ‫ويخ ��زن بع�ضه ��ا في الج�سم مدة طويل ��ة ‪ ,‬فتحفظ بم�شيئة اهلل من الإ�صاب ��ة بالأمرا�ض التي ي�سببها‬ ‫نق�ص هذه الفيتامينات �إال �أن زيادة تخزين بع�ضها في الج�سم �ضارة ف�سبحان القائل في كتابه العزيز‬ ‫(�سورة الفرقان �آية ‪)2 :‬‬

‫‪ -2‬درجة الحرارة‪:‬‬ ‫عند �إذابة مادة �صلبة في �سائل ما ( كالماء) ف�إنه يح�صل تغير في الطاقة ‪ ,‬لذا �سوف ندر�س التغيرات‬ ‫الت ��ي تح ��دث في الطاقة نتيجة لإذابة مادة �صلبة في ال�سائل �أو ًال قبل درا�سة �أثر درجة الحرارة على المادة‬ ‫ال�صلبة في ال�سائل ‪.‬‬

‫‪43‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫بالتعاون مع زمالئك ‪ ,‬وبالرجوع �إلى م�صادر المعلومات ‪ ,‬حاول �أن ت�ضع تف�سير ًا علمي ًا دقيق ًا ٍّ‬ ‫لكل مما يلي ‪:‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫( ‪ ) 2-2‬ت�أثير �إذابة مادة �صلبة في �سائل‪.‬‬ ‫الف�صل الثاني‬

‫خطوات العمل‬ ‫‪� -1‬ض ��ع ف ��ي ثالثة �أنابي ��ب اختب ��ار كمية منا�سبة م ��ن الماء‬ ‫المقطر ‪.‬‬ ‫‪� -2‬أ�ض ��ف كمي ��ات منا�سبة من الم ��واد التالي ��ة‪ :‬هيدروك�سيد‬ ‫ال�صودي ��وم‪ ,‬نت ��رات البوتا�سيوم ‪ ,‬كلوري ��د ال�صوديوم �إلى‬ ‫الأنابيب الثالثة على التوالي ‪.‬‬

‫الأدوات والمواد المطلوبة ‪:‬‬ ‫ثالث ��ة �أنابي ��ب اختب ��ار ‪ -‬م ��اء‬ ‫مقط ��ر‪ -‬ثالث ��ة ترمومت ��رات‬ ‫ هيدروك�سي ��د ال�صودي ��وم ‪-‬‬‫نت ��رات البوتا�سي ��وم ‪ -‬كلوري ��د‬ ‫ال�صوديوم ‪.‬‬

‫‪ -3‬رج الأنابيب الثالثة ‪ ،‬وق�س درجة حرارتها ‪.‬‬ ‫‪ - 4‬د ِّون مالحظاتك في الجدول التالي ‪:‬‬

‫المواد‬

‫هيدروك�سيد ال�صوديوم نترات البوتا�سيوم كلوريد ال�صوديوم‬

‫المالحظة‬

‫من الن�شاط ال�سابق ن�ستنتج �أن هناك بع�ض المواد ينتج عند ذوبانها في مذيب معين ارتفاع درجة الحرارة‬ ‫ف ��ي المحل ��ول �أي �أن عملية الذوبان ي�صاحبها �إ�شع ��اع للحرارة و ت�سمى عملية ذوبان ط ��اردة للحرارة ‪ ,‬بينما‬ ‫ي�صاح ��ب ذوب ��ان بع�ض المواد امت�صا�ص للحرارة و ت�سمى عملي ��ة ذوبان ما�صة للحرارة فكما �أن هناك نوع ًا‬ ‫ثالثا من المواد ال ي�صاحب ذوبانها في مذيب معين �إ�شعاع �أو امت�صا�ص للحرارة ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪44‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ف ��ي المركب ��ات الأيونية تترت ��ب الأيونات الموجب ��ة و ال�سالبة مع بع�ضها في �شبك ��ة بلورية نتيجة‬ ‫للتج ��اذب الإلكترو�ستاتيك ��ي الق ��وي بي ��ن الأيونات و يحت ��اج ف�صل الأيون ��ات الموجب ��ة وال�سالبة �إلى‬ ‫طاق ��ة ت�سم ��ى طاقة الترتي ��ب البلوري ( طب ) فالم ��واد ال�صلبة الأيونية لها ( طب )كبي ��رة جد ًا �أما‬ ‫المواد ال�صلبة الجزيئية فلها ( طب ) �صغيرة ب�سبب قوى التجاذب ال�ضعيفة ن�سبي ًا بين الجزيئات ‪.‬‬ ‫لك ��ي نفه ��م �سب ��ب امت�صا�ص الح ��رارة �أو انطالقه ��ا علينا �أن ن ��درك �أن عملي ��ة �إذابة مرك ��ب �أيوني مثل‬ ‫(‪)NaCl‬تنط ��وي عل ��ى ن ��زع �أيون ��ات‪ Na+ , Cl-‬م ��ن الحال ��ة ال�صلبة و و�ضعهم ��ا في محيط حيث تطوقهما‬ ‫جزيئ ��ات الم ��اء و لنفتر�ض الآن �أن بمقدورنا ف�صل هاتين الخطوتين ففي الخطوة الأولى يتم ف�صل الأيونات ‪,‬‬ ‫‪ Na+ , Cl‬من الحالة ال�صلبة من خالل ك�سر ال�شبكة البلورية‪ ،‬لإبعاد الأيونات عن بع�ضها و �سحبها ب�شكل ال‬‫متناه بوا�سطة جزيئات المذيب؛ و تتطلب هذه العملية �إ�ضافة مقدار من الطاقة ‪� ,‬أي �أنها ما�صة للحرارة ‪.‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫)‪Na (aq) + Cl (aq‬‬

‫طاقة‬

‫�أيونات معزولة‬

‫‪NaCl (s) +‬‬

‫( طب ) مركب �أيوني �صلب‬

‫و في الخطوة الثانية يتم �إحاطة �أيونات ال�صوديوم والكلوريد المعزولة بجزيئات المذيب ( الماء ) بحيث‬ ‫ت�صب ��ح مطوقة بجزيئ ��ات المذيب �شكل (‪� ) 9-2‬أي تكون مميهة ‪.‬حيث تتوج ��ه ذرات الهيدروجين التي تحمل‬ ‫�شحنة موجبة جزئية في جزئيات الماء نحو الأيون‬ ‫ال�سالب (الكلوريد ) وذرات الأك�سجين التي تحمل‬ ‫�شحن ��ة �سالبة جزئية في جزئيات الماء نحو الأيون‬ ‫الموجب(ال�صوديوم) ب�سبب هذا التجاذب تنطلق‬ ‫كمية من الطاق ��ة تعرف با�سم طاقة التميه (طه)‬ ‫‪ Hydration Energy‬عن ��د و�ض ��ع �أي ��ون �ضمن‬ ‫الماء‪ ,‬و يمك ��ن الإ�شارة �إلى التغير الذي يحدث في‬ ‫�شكل (‪ ) 9-2‬ذوبان كلوريد ال�صوديوم في الماء‬ ‫خطوة التميه هذه كما يلي ‪:‬‬

‫‪45‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫‪Na + Cl + H2O‬‬

‫‪+‬‬ ‫‬‫)‪Na (aq) + Cl (aq‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫حيث نالحظ �أن عدد ًا من جزيئات الماء �أ�صبح مقيد ًا‬ ‫ب�أيونات ‪ Na+ , Cl-‬عند التميه في المحاليل المائية‬ ‫و تقاب ��ل ح ��رارة ( طاق ��ة ) الذوب ��ان تغيي ��ر الطاق ��ة‬ ‫النهائي الذي يحدث ‪ ,‬و ت�ساوي الفرق بين كمية الطاقة‬ ‫الممت�صة ف ��ي الخطوة الأولى ( طب ) و كمية الطاقة‬ ‫المنطلقة خالل الخطوة الثانية ( طه ) ‪.‬‬ ‫و يمكن تو�ضيح العالقة بين (طه ) و ( طب ) و حرارة‬ ‫الذوبان من خالل ال�شكل التالي (‪: )11-2‬‬

‫�شكل (‪ )10-2‬تغيرات الطاقة التي تحدث‬ ‫عندما يذوب ‪ NaCl‬في الماء‬

‫عمليات الذوبان‬ ‫طارد للحرارة‬ ‫عملية الذوبان �سهلة‬

‫طب‬ ‫)‪A+(aq) +B-(aq‬‬

‫ما�ص للحرارة‬ ‫عملية الذوبان �صعبة‬

‫الطارد وال ما�ص للحرارة‬

‫طه‬

‫طب‬

‫طه‬

‫‪A+ + B- + H2O‬‬

‫)‪A+ (aq)+B-(aq‬‬

‫‪A+ + B- + H2O‬‬

‫طب‬

‫طه‬

‫طاقة ‪A+ + B- + H2O +‬‬

‫)‪A+ (aq)+B-(aq‬‬

‫�شكل (‪)11-2‬‬ ‫‪N‬‬

‫‪7‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪Cr‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪K‬‬

‫‪3‬‬

‫‪O‬‬

‫‪)3‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪KN‬‬

‫‪KCl‬‬

‫‪Cl 2‬‬

‫‪Ca‬‬

‫‪Pb‬‬ ‫‪(N‬‬ ‫‪O‬‬

‫ف ��ي الحقيق ��ة يتغي ��ر ذوب ��ان الأج�س ��ام ال�صلب ��ة في‬ ‫ال�سوائل م ��ع درجة الحرارة ‪ ,‬وم ��ن المنا�سب تمثيل هذا‬ ‫التغي ��ر بالط ��رق البيانية ع ��ن طريق ر�سم كمي ��ة المادة‬ ‫المذابة كتابع لدرجة الحرارة ‪ ,‬و المنحنى الناتج ي�سمى‬ ‫بمنحنى الذوبان (�أو خطوط الذائبية) ‪.‬‬

‫‪O3‬‬

‫‪aN‬‬

‫‪NaCl‬‬

‫‪lO 3‬‬

‫‪KC‬‬

‫‪Ce2(SeO4)3‬‬

‫‪0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100‬‬ ‫�شكل( ‪)12-2‬‬ ‫منحنيات الذائبية لعدد من الأمالح في الماء‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪46‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫تمعن في ال�شكل ال�سابق و �أجب منه على ما يلي ‪:‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫‪ -1‬حدد الملح الذي له �أكبر ذائبية عند درجة (‪� 10‬س‪°‬م) ‪.‬‬ ‫‪.............................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬حدد الملح الذي له �أقل ذائبية عند درجة (‪� 10‬س‪°‬م ) ‪.‬‬ ‫‪.............................................................................................‬‬ ‫‪ - 3‬ما هي الأمالح التي تزداد ذائبيتها بزيادة درجة الحرارة ؟ و ما نوع الذوبان في هذه الحالة ؟‬ ‫‪.............................................................................................‬‬ ‫‪ -4‬م ��ا هي الأمالح الت ��ي تقل ذائبيتها بزيادة درجة الحرارة ؟ وما ن ��وع الذوبان في هذه الحالة؟‬ ‫‪.............................................................................................‬‬ ‫‪ -5‬ما ذائبية ٍّ‬ ‫كل من ‪ KCl ,CaCl2‬عند درجة ‪°20‬م ؟‬ ‫‪.............................................................................................‬‬ ‫ح�ضر محلول م�شبع من ‪ KNO3‬و ‪ NaNO3‬عند درجة ‪°70‬م ثم برد المحلول �إلى ‪°50‬م‪� ,‬أي‬ ‫‪ِّ -6‬‬ ‫المحلولين �سوف يتر�سب �أو ًال ؟‬ ‫‪.............................................................................................‬‬ ‫م ��ن منحني ��ات الذائبية نالحظ �أن معظم الأمالح تزداد ذائبيتها بزيادة درجة الحرارة ‪ ,‬وهذا يعني �أن‬ ‫عملي ��ة ذوبانها تك ��ون ما�صة للحرارة ( المنحنى الت�ص���اعدي ) ‪ .‬و هناك �أمالح قليل ��ة تقل ذائبيتها بزيادة‬ ‫درج ��ة الح ��رارة و هذا يعني �أن عملي ��ة ذوبانها تكون طاردة للحرارة ( المنحن���ى التنازلي ) ‪ .‬كما �أن هناك‬ ‫�أمالح ال تتغير ذائبيتها بتغير درجة الحرارة و هذا يعني �أن عملية ذوبانها لي�ست ما�صة �أو طاردة للحرارة‪.‬‬

‫عدد كافة الفوائد الم�ستخل�صة من درا�سته ‪.‬‬ ‫من خالل درا�ستك لمنحنيات الذوبان؛ ِّ‬

‫‪47‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫�أكيا� ��س التبري ��د الجاه ��زة تحت ��وي عل ��ى كب�س ��والت من‬ ‫نت ��رات الأمونيوم ‪ NH4NO3‬و ماء‪ ,‬عندما تك�سر وتمزج‬ ‫محتوياته ��ا تذوب النترات في الماء و ي� ��ؤدي ذوبانها �إلى‬ ‫ت�أثير بارد مثير للده�شة ‪.‬‬ ‫�شكل (‪) 13-2‬‬

‫ماذا يحدث لذائبية الغاز و المادة ال�صلبة في ال�سائل �إذا وجدت في ال�سائل �أمالح مت�أينة ( �شوائب)‬ ‫خا�صة �إذا كانت تحتوي على �أيون من الأيونات المكونة للمادة المذابة ؟‬

‫قارن بين الحاالت المختلفة لذوبان المواد ال�ص���لبة في ال�س���وائل ح�س���ب ما هو مطلوب في‬ ‫الجدول التالي ‪:‬‬

‫حرارة الذوبان‬

‫وجه المقارنة‬

‫ذوبان ما�ص للحرارة ذوبان طارد للحرارة ذوبان ال ما�ص وال‬ ‫طارد للحرارة‬

‫مثال‬ ‫العالقة بين طه‬ ‫و طب‬ ‫�أثر انخفا�ض درجة‬ ‫الحرارة على الذائبية‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪48‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫التو�صيل الكهربائي للمحاليل المائية‬ ‫الف�صل الثاني‬

‫(‪ ) 3-2‬درا�سة التو�صيل الكهربائي لبع�ض المحاليل‬ ‫ن�شاط‬ ‫‪� -1‬ضع في ك�أ�س زجاجي محلول ملح الطعام ‪.‬‬

‫الأدوات والمواد المطلوبة ‪:‬‬

‫بطاري ��ة ‪ -‬م�صب ��اح كهربائي ‪-‬‬ ‫‪ -2‬ك ِّون دائرة كهربائية ‪.‬‬ ‫ك�أ�سين زجاجيين ‪ -‬محلول ملح‬ ‫‪� - 3‬أغل ��ق الدائ ��رة الكهربائية ع ��ن طريق القاط ��ع و الحظ ما‬ ‫الطعام ‪ -‬محلول �سكر ال�سكروز‬ ‫يحدث ‪.‬‬ ‫ �أ�س�ل�اك تو�صي ��ل ‪ -‬محلول‬‫‪ - 4‬كرر الخطوات ال�سابقة با�ستخدام محلول ( �سكر ال�سكروز – ثم حم� ��ض الخ ��ل ‪,‬محل ��ول حم�ض‬ ‫محلول حم�ض الخل – حم�ض الكلور) ‪.‬‬ ‫الكلور ‪.‬‬ ‫‪ - 5‬د ِّون مالحظاتك في الجدول التالي ‪:‬‬

‫المحاليل‬

‫المالحظة‬

‫اال�ستنتاج‬

‫محلول ملح الطعام‬ ‫محلول �سكر ال�سكروز‬ ‫محلول حم�ض الخل‬ ‫محلول حم�ض الكلور‬

‫‪49‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬ ‫محلول حم�ض الكلور‬

‫محلول كلوريد ال�صوديوم‬

‫محلول حم�ض الخل‬

‫محلول ال�سكر‬

‫ ما المحاليل التي ي�ضيء فيها الم�صباح ؟ وماذا ت�سمى ؟‬‫‪..........................................................................................‬‬ ‫ ما المحاليل التي لم ي�ضيء فيها الم�صباح ؟ وماذا ت�سمى ؟‬‫‪..........................................................................................‬‬ ‫ م ��ا المحل ��ول ال ��ذي يعطي �إ�ض ��اءة قوي ��ة و المحلول ال ��ذي يعطي �إ�ض ��اءة �ضعيف ��ة ؟ وماذا‬‫ي�سمى ٍّ‬ ‫كل منهما ؟‬ ‫‪..........................................................................................‬‬

‫من الن�شاط ال�سابق نجد �أنه يمكننا تق�سيم المحاليل من حيث قابليتها للتو�صيل الكهربائي �إلى ‪:‬‬ ‫‪ -1‬محاليل �إلكتروليتية ‪: Electrolyte Solutions‬‬ ‫و ه ��ي المحاليل التي لها الق ��درة على التو�صيل الكهربائي مثل محالي ��ل الأحما�ض و محاليل القلويات‬ ‫والأمالح في الماء و قدرتها على التو�صيل الكهربائي ناتجة من تفكك المذاب مثل كلوريد ال�صوديوم في‬ ‫الم ��اء �إلى ج�سيمات م�شحونة ت�سمى الأيونات (‪ )Ions‬و ت�سم ��ى الج�سيمات الم�شحونة ب�شحنات موجبة‬ ‫بالكتيون ��ات (‪� )Cations‬أم ��ا ال�سالبة فت�سم ��ى بالأنيونات (‪ )Anions‬و ت�ؤدي حرك ��ة هذه الج�سيمات‬ ‫المكهرب ��ة �إلى جعل المحلول ذا قدرة على التو�صيل الكهربائي حيث تنتقل الأيونات الموجبة نحو القطب‬ ‫ال�سالب و الأيونات ال�سالبة نحو القطب الموجب للبطارية ‪,‬وتق�سم المحاليل الإلكتروليتية �إلى ‪:‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪50‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫�أ ‪ -‬محاليل �إلكتروليتية قوية ‪Strong Electrolyte Solutions‬‬

‫و ه ��ي محالي ��ل جي ��دة التو�صيل للتي ��ار الكهربائي ‪ ,‬حيث تتف ��كك جزيئات المذاب فيها تف ��كك ًا كلي ًا‬ ‫ف ��ي الم ��اء �إلى �أيون ��ات موجبة و�سالب ��ة ومن �أمثلته ��ا الأحما�ض والقواع ��د القوية والأم�ل�اح المتعادلة ‪.‬‬ ‫وهي محاليل رديئة �أو �ضعيفة التو�صيل الكهربائي ‪ ,‬حيث تتفكك جزيئات المذاب فيها تفكك ًا جزئي ًا‬ ‫في الماء �إلى �أيونات ويبقى الجزء الأكبر من المذاب على �شكل جزيئات ذائبة في الماء ومن‬ ‫�أمثلتها ‪ :‬الأحما�ض والقواعد ال�ضعيفة ( الع�ضوية ) والأمالح الحم�ضية والقاعدية والماء النقي ‪.‬‬ ‫‪ -2‬محاليل ال �إلكتروليتية ‪Non electrolyte Solution‬‬

‫وهي المحاليل التي ال تو�صل التيار الكهربائي حيث �أن المحلول ال يحوي �أيونات موجبة �أو �سالبة نظر ًا‬ ‫لعدم ت�أين �أو تفكك جزيئات المذاب �إلى �أيونات ‪،‬و من �أمثلتها المحلول المائي لكل من ال�سكر و الغول الإيثيلي‪.‬‬

‫�صنف المواد التالية ح�سب ما هو مطلوب في الجدول من خالل �إجراء التجارب ‪:‬‬

‫المادة‬

‫جيد التو�صيل‬

‫رديء التو�صيل‬

‫اليو�صل‬

‫محلول حم�ض الكلور‬ ‫محلول كلوريد الليثيوم‬ ‫محلول كربونات ال�صوديوم‬ ‫الماء النقي‬ ‫محلول هيدروك�سيد البوتا�سيوم‬

‫الإيثانول‬

‫‪51‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ب‪ -‬محاليل �إلكتروليتية �ضعيفة‬

‫‪Weak Electrolyte Solutions‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫طرق التعبير عن التراكيز‬ ‫الف�صل الثاني‬

‫نظر ًا لأن المحاليل لي�س لها تركيبات محددة ف�إنه ال يمكن �أن يرمز لها بوا�سطة �صيغ كيميائية‪.‬لذلك ن�صف‬ ‫خوا�ص المحاليل با�ستخدام كميات المادة �أو المواد المذابة �إلى كمية المذيب ال على الكميات المطلقة لهذه‬ ‫المواد ‪ .‬وت�سمى هذه الن�سبة عادة بتركيز المحلول( ‪ ) Concentration‬ومن الأف�ضل �أن نحدد الن�سبة التي‬ ‫نتحدث عنها ف�إن كنا نتحدث عن كتلة المذاب �إلى كتلة المذيب �أوحجمة ف�إننا نعني تركيز المذاب في المحلول‪.‬‬ ‫�أما �إذا كنا نتحدث عن ن�سبة المذيب �إلى المذاب ف�إن ذلك يق�صد به تركيز المذيب في المحلول‪ ,‬وال�شائع هو‬ ‫�أن ي�شار �إلى تركيز المذاب في المحلول ‪ .‬وي�سمى المحلول مركز ًا (‪�) concentrated‬إذا كانت ن�سـبـة كميـــة‬ ‫المــذاب في المـحلول بالن�ســبـة �إلى المذيب كبيـرة نــ�سبي ًا ( ‪ 10‬مول ‪ /‬لتر ) وي�ســمــى مخففــ ًا ( ‪)dilute‬‬ ‫�إ ذا كانت كمية المذاب �إلى المذيب قليلة ن�سبي ًا ( ‪3‬مول‪ /‬لتر ) وتق�سيم المحاليل �إلى مخففة ومركزة غير‬ ‫دقي ��ق وفيه كثير من االنطباعي ��ة ‪ ,‬ولهذا يجب �أن نبحث عن و�سيلة �أدق للتعبير عن درجة تركيز المحاليل ‪.‬‬

‫�أو َال ‪ :‬الداللة على التركيز بالطرق الفيزيائية‬ ‫‪ -1‬الن�سبة المئوية الكتلية ‪:‬‬

‫م ��اذا تعن ��ي الن�سب ��ة المئوي ��ة المكتوب ��ة عل ��ى زجاج ��ات‬ ‫المواد الكيميائية في ال�شكل (‪ )14-2‬؟‬ ‫ت�شي ��ر الن�سب ��ة المئوية الكتلية ‪ %8‬مث ًال �إل ��ى تركيز محلول‬ ‫‪%12‬‬ ‫‪%8‬‬ ‫‪ , Na2CO3‬حيث يحتوي كل ‪ 100‬جرام من المحلول على‬ ‫‪H2SO4 Na2CO3‬‬ ‫‪ 8‬جرام من ‪ Na2CO3‬والباقي ‪ 92‬جرام ماء ‪� .‬إذن يمكننا‬ ‫�شكل (‪)14-2‬‬ ‫الن�سبةالمئويةالكتلية لبع�ض المواد‬ ‫�أن نعرف الن�سبة المئوية الكتلية للمذاب ب�أنها عدد وحدات‬ ‫الكتلة من المادة المذابة الموجودة في ‪ 100‬وحدة كتلية من المحلول‪ .‬وت�ستخدم هذه الطريقة في‬ ‫عمل ال�سبائك وبع�ض المحاليل الكيميائية في المختبرات وال�صيدليات‪.‬‬ ‫ولح�ساب الن�سبة المئوية الكتلية ن�ستخدم العالقة الريا�ضية ‪:‬‬ ‫كتلة المذاب‬ ‫) × ‪100‬‬ ‫الن�سبة المئوية الكتلية للمذاب = (‬ ‫كتلة المحلول‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪52‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫اح�س���ب الن�س���بة المئوي���ة الكتلي���ة للنحا����س ف���ي �س���بيكة البرون���ز( نحا����س –‬ ‫ق�ص���دير) عن���د خلط ‪ 63.5‬جرام م���ن النحا�س مع كمية من الق�ص���دير بحيث‬ ‫�أ�صبحت كتلة وزن ال�سبيكة ‪ 108‬جرام ‪.‬‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫بتطبيق القانون الن�سبة المئوية للمذاب ( النحا�س)‪:‬‬

‫=‬

‫كتلة المذاب ( النحا�س)‬ ‫‪63.5‬‬ ‫‪100‬‬ ‫×‬ ‫) ×‪%58.8 = 100‬‬ ‫=(‬ ‫كتلة المحلول( ال�سبيكة)‬ ‫‪108‬‬

‫كمجراماًمنحم�ضالنيتروجينالنقي(‪)HNO3‬يحتويهالترمنمحلولللحم�ضالمائيالذي‬ ‫فيه الن�سبة المئوية الكتلية للمذاب=‪� % 69.4‬إذا علمنا �أن كثافة هذا المحلول هي ‪1.65‬جم‪ /‬مللتر ؟‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬

‫‪ -2‬الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب ‪:‬‬

‫انظر �إل ��ى ال�شكل (‪ )15-2‬وحدد حال ��ة المذاب والمذيب‬ ‫ماالمق�صود بالن�سبة‪ %20‬حجم ًا للمحلول المكون من غول‬ ‫وماء؟‬ ‫ت�شي ��ر الن�سب ��ة المئوي ��ة الحجمي ��ة ‪� %20‬إل ��ى تركي ��ز‬ ‫المحل ��ول المائي للغول‪ ,‬حيث يوجد ‪ 20‬مللتر من الغول‬ ‫في ‪100‬مللتر من الماء ‪.‬‬ ‫�إذن تع َّرف الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب ب�أنها عدد‬ ‫وحدات الحجم من المادة المذابة الموجودة في ‪100‬‬ ‫وحدة حجوم من المذيب‪.‬‬

‫‪53‬‬

‫غول وماء‬ ‫‪ %20‬حجم ًا‬

‫�إيثر وبنزين‬ ‫‪ %5‬حجم ًا‬

‫�شكل(‪) 15-2‬‬ ‫الن�سبةالمئوية الحجمية لبع�ض المواد‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫و ت�ستخدم هذه الطريقة عند التعبير عن محاليل ال�سوائل في ال�سوائل‪ .‬والعالقة الريا�ضية الم�ستخدمة‬ ‫لح�ساب الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب هي ‪:‬‬ ‫حجم المذاب‬ ‫) × ‪100‬‬ ‫الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب = (‬ ‫حجم المذيب‬ ‫�إذا كان لديك محلول مكون من ‪ 20‬لترا من الإيثر مذاب في كمية من البنزين‬ ‫بحيث ي�صبح حجم المحلول ‪ 100‬لتر ‪ .‬ما الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب ؟‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫بتطبيق قانون الن�سبة المئوية للمذاب ( الإيثر)‬ ‫حجم المذاب ( الإيثر)‬ ‫× ‪100‬‬ ‫الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب =‬ ‫حجم المذيب ( البنزين )‬ ‫حجم المذيب= حجم المحلول – حجم المذاب = ‪ 80 = 20 – 100‬لتر‬ ‫‪20‬‬ ‫) ×‪%25 = 100‬‬ ‫الن�سبة المئوية الحجمية للإيثر = (‬ ‫‪80‬‬

‫م���ا حج���م الميثان���ول (‪ ) CH4O‬ال�ل�ازم �إ�ض���افته لعم���ل ‪ 90‬مللتراً م���ن الماء لتكوي���ن محلول‬ ‫الن�سبة المئوية له ‪ %13‬حجماً ؟‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪54‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫ثانياً ‪ :‬الداللة على التركيز بالوحدات الكيميائية‬ ‫الموالرية ( الجزيئية الحجمية ‪. )) M) Molarity‬‬

‫=‬

‫ومن ال�سهل ا�ستعمال هذا التعبير في الكيمياء العملية خا�صة عند ا�ستعمال محاليل المواد ال�صلبة في ال�سوائل‬ ‫�إذ يكفي �أن تزن كمية من المذاب ون�ضيفها �إلى حجم معين من المذيب لنح�صل على محلول معلوم التركيز ‪.‬‬

‫لديك قنينة زجاجية مكتوب عليها " محلول تركيزه واحد موالر " ماذا تعني هذه العبارة علمي ًا ؟‬

‫بالتعاون مع زمالئك ناق�ش العوامل الم�ؤثرة على التركيز الموالري ‪.‬‬

‫‪55‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ه ��ذا التعبير هو �أكثر وحدات تركي ��ز المحاليل �شيوع ًا ويعرف ب�أنه‪ :‬عدد موالت المذاب في لتر واحد‬ ‫( ‪ 1000‬مل ) من المحلول ‪� .‬أي �أن الموالرية تربط بين حدين من مكونات المحلول ( المحلول و المذاب)‪.‬‬ ‫ويمكن ربط عدد موالت المذاب وحجم المحلول بالعالقة الريا�ضية‬ ‫عدد موالت المذاب‬ ‫الجزيئية الحجمية( الموالرية)‬ ‫حجم المحلول باللتر‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫‪-1‬ما موالرية محلول يحتوي على ‪ 3‬موالت من �س���كر الجلوكوز ( ‪ ) C6H12O6‬مذابة في‬ ‫كمية من الماء بحيث ي�صبح حجم المحلول ‪ 750‬مللتر ؟‬

‫الف�صل الثاني‬

‫‪ – 2‬ح�ض���ر محل���ول ب�إذاب���ة ‪ 2.93‬ج���م م���ن كلوريد ال�ص���وديوم ( ‪ ) NaCl‬ف���ي ‪ 499.07‬جم من‬ ‫الماء فكانت كثافة المحلول ‪1.004‬جم‪ /‬مللتر ‪ .‬اح�سب الجزيئية الحجمية للمحلول ‪.‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫عدد موالت المذاب ( �سكر الجلوكوز)‬ ‫‪-1‬‬ ‫الموالرية =‬ ‫حجم المحلول باللتر‬ ‫‪750‬‬ ‫= ‪ 0.75‬لتر‬ ‫حجم المحلول باللتر =‬ ‫‪1000‬‬ ‫‪3‬‬ ‫= ‪ 4‬موالر ( مول‪ /‬لتر)‬ ‫الموالرية =‬ ‫‪0.75‬‬ ‫‪-2‬‬

‫كتلة المول من ‪ 58.5 = 23 + 35.5 =NaCl‬جم ‪ /‬مول‬ ‫كتلة الملح بالجرام‬ ‫‪2.93‬‬ ‫=‬ ‫عدد موالت للملح =‬ ‫كتلة المول من الملح ‪58.5‬‬

‫= ‪ 0.05‬مول‬

‫كتلة المحلول = كتلة المذاب ‪ +‬كتلة المذيب= ‪ 502 = 499.07 + 2.93‬جم‬ ‫كتلة المحلول‬ ‫‪502‬‬ ‫=‬ ‫حجم المحلول =‬ ‫المحلول‬ ‫كثافة‬ ‫‪1.004‬‬ ‫عدد موالت المذاب‬ ‫‪0.05‬‬ ‫= ‪ 0.1‬موالر‬ ‫=‬ ‫الجزيئية الحجمية ( الموالرية ) =‬ ‫حجم المحلول باللتر‬ ‫‪0.5‬‬ ‫= ‪ 500‬مللتر = ‪ 0.5‬لتر‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪56‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫‪ -1‬محل���ول مائ���ي حجم���ه ‪ 300‬مللت���ر يحت���وي عل���ى ‪ 0.25‬م���ول م���ن هيدروك�س���يد‬ ‫ال�ص���وديوم ( ‪ ) NaOH‬اح�س���ب الجزيئي���ة الحجمي���ة ( الموالري���ة ) له���ذا المحل���ول ‪.‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬كم تكون كتلة برمنجنات البوتا�س���يوم (‪ ) KMnO4‬الالزمة لتح�ض���ير ‪ 0.3‬لتر من محلول‬ ‫برمنجنات البوتا�سيوم الذي موالريته ‪ 0.2‬موالر ؟‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫( ‪ ) 4-2‬تح�ضير محلول موالري ذي تركيز معين‬ ‫المطل ��وب تح�ضير محل ��ول من كبريت ��ات النحا�س‬ ‫الثنائي تركيزه ‪ 0.1‬موالر‬

‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪ -1‬زن بدق ��ة ‪15.95‬ج ��رام م ��ن كبريت ��ات النحا�س‬

‫الأدوات والمواد المطلوبة ‪:‬‬ ‫مي ��زان ح�سا�س ‪ -‬ك�أ� ��س زجاجية �سعتها‬ ‫‪ 100‬مل ‪� -‬ساق زجاجية ‪ -‬قمع �صغير ‪-‬‬ ‫دورق قيا�سي �سعته ‪1000‬مللتر ‪ -‬كبريتات‬ ‫النحا�س الثنائي (‪ - )CuSO4‬ماء مقطر‬

‫الثنائي في ك�أ�س زجاجي‬ ‫‪�-2‬أذب كبريتات النحا�س الثنائي في قليل من الماء‬ ‫المقطر ثم حرك المحلول با�ستخدام �ساق زجاجية‬ ‫حتى تذوب المادة تمام ًا‬ ‫كبريتات النحا�س الثنائي �صلب‬ ‫(‪ ) 15.95‬جم‬

‫‪57‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫‪ -3‬انق ��ل المحلول بحر�ص �شديد با�ستخ ��دام القمع �إلى دورق‬ ‫الحجم القيا�سي ‪.‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫‪ -4‬اغ�س ��ل الك�أ� ��س عدة م ��رات بالم ��اء المقط ��ر و انقل ماء‬ ‫الغ�سيل �إلى الدورق‬ ‫‪� -5‬أكمل الدورق بالماء المقطر �إلى �سطح العالمة الموجودة‬ ‫على الدورق ‪.‬‬ ‫‪ -6‬رج الدورق حتى يتجان�س المحلول ‪.‬‬ ‫‪ -7‬اكتب‬

‫على الدورق محلول )‪CuSO4 ( 0.1 molar ) ( 0.1M‬‬

‫�شكل (‪) 16-2‬‬ ‫تح�ضير محلول ‪ 0.1‬موالر من‬ ‫كبريتات النحا�س الثنائي‬

‫تخفيف المحاليل‬ ‫لتح�ضي ��ر المحالي ��ل المخفف ��ة للأحما� ��ض‬ ‫المرك ��زة و بخا�ص ��ة حم� ��ض الكبريتي ��ك ف�إن‬ ‫الحم� ��ض ي�ض ��اف للم ��اء ببطء م ��ع التحريك‬ ‫الم�ستمر ولي�س العك�س ‪� ,‬إذ �إن الحرارة الناتجة‬ ‫تكفي لغلي ��ان الماء على �سط ��ح الحم�ض مما‬ ‫ي�ؤدي �إلى فوران الحم�ض و تناثره خارج الإناء‬ ‫الم�ستخدم للتخفيف ‪.‬‬

‫طلب الأ�ستاذ من �سعيد �إجراء تجربة كيميائية‬ ‫في المعمل فاحتاج �إلى محلول لحم�ض الكبريتيك‬ ‫تركيزه‪0.04‬موالر‪.‬بحث�سعيدفيالمختبرولميجد‬ ‫�إال محلو ًال تركيزه ‪6‬موالر فوقف حائر ًا ماذا يفعل ؟‬ ‫ ه ��ل ت�ستطيع م�ساعدته على تنفيذ ما ُطلب منه ؟‬‫‪�-‬سجلكافةالمحاوالت التييمكن�أنيقوم بها�سعيد‪.‬‬

‫ال�ش ��ك �أن �إح ��دى المحاوالت التي يق ��وم بها �سعيد هي �إ�ضافة كمية من محل ��ول حم�ض الكبريتيك �إلى‬ ‫كمي ��ة م ��ن الماء‪,‬العملية التي ق ��ام بها �سعيد ت�سمى تخفي ��ف ‪ ,‬ولكي نفهم ما يحدث عن ��د تخفيف المحاليل‬ ‫المركزة قم بالن�شاط التالي ‪:‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪58‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫( ‪ ) 5-2‬تخفيف المحاليل المركزة‬ ‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪� -1‬ضع كمية من برمنجنات البوتا�سيوم في‬ ‫‪ 20‬مللتر من الماء لتح�صل على محلول‬ ‫مركز ‪ ،‬ماذا تالحظ؟‪.‬‬ ‫‪� -2‬أ�ضف حجم ًا مماث ًال من الماء المقطر �إلى‬ ‫ك�أ�س البرمنجنات ‪.‬‬ ‫ ماذا تالحظ على درجة اللون في الحالتين ؟‬‫ هل تغيرت كتلة برمنجنات البوتا�سيوم في‬‫المحلولين ؟‬ ‫ لماذا ؟‬‫‪ -‬هل تغير عدد موالتها ؟‬

‫ك�أ�س زجاجية ‪ -‬ماء مقطر ‪ -‬برمنجنات‬ ‫البوتا�سيوم ‪� -‬ساق زجاجية‬

‫�شكل (‪)17-2‬‬ ‫محلول البرمنجنات بعد التخفيف‬

‫ُيالح ��ظ عن ��د التخفيف بقاء كتلة المادة المذابة ثابتة ‪ ,‬و بالتالي عدد موالتها لكن المادة المذابة تنت�شر في‬ ‫حج ��م �أكبر ب�إزدياد حجم المذي ��ب ‪ ,‬مما ي�ؤدي �إلى نق�ص في تركيز المحلول المخفف عن المحلول الأ�صلي‬ ‫ومن ذلك يمكن ا�ستنتاج العالقة التالية ‪:‬‬ ‫عدد الموالت قبل التخفيف = عدد الموالت بعد التخفيف‬ ‫و لكن تعلمت �سابق ًا �أن عدد الموالت = الحجم × التركيز ‪.‬‬ ‫�إذا رمزنا لحجم المحلول و تركيزه قبل التخفيف بـ ح‪ ، 1‬ت‪ 1‬على التوالي ولحجمه و تركيزه بعد التخفيف‬ ‫بـ ح‪ ، 2‬ت‪ 2‬على التوالي ف�إن ‪:‬‬ ‫تركيز المحلول قبل التخفيف × حجمه قبل التخفيف = تركيز المحلول بعد التخفيف × حجمه بعد التخفيف‬

‫ح‪ × 1‬ت‪ = 1‬ح ‪ × 2‬ت‬

‫‪2‬‬

‫‪59‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫الأدوات والمواد المطلوبة ‪:‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫عند تخفيف ‪ 250‬مللتراً من حم�ض الكلور المركز الذي جزيئيتة الحجمية‬ ‫( الموالري���ة ) ‪11‬م���والر �إل���ى حج���م ق���دره ‪ 500‬مللت���ر فك���م تك���ون جزيئيت���ه‬ ‫الحجمية بعد التخفيف ؟‬

‫الحل ‪:‬‬

‫ح‪ × 1‬ت‪ = 1‬ح‪ × 2‬ت‬ ‫‪ × 500 = 11 × 250‬ت‬ ‫‪2‬‬ ‫(‪) 11 × 250‬‬ ‫موالرية المحلول الجديد ( ت‪= ) 2‬‬ ‫‪500‬‬ ‫‪2‬‬

‫= ‪ 5.5‬موالر‬

‫�إذا كان لدينا ‪ 250‬مللتراً من محلول تركيزه ‪ 1.25‬موالر؛ فكم حجم الماء الذي يلزم �إ�ضافته‬ ‫لتكوين محلول تركيزه ‪ 0.5‬موالر ؟‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫‪ - 2‬الجزيئية الكتلية �أوالمواللية ‪:‬‬ ‫يع���رف التركي���ز الموالل���ي ب�أن���ه ع���دد م���والت الم���ذاب ف���ي ‪ 1‬كج���م ( ‪ 1000‬ج���رام) م���ن المذي���ب‬ ‫�أي �أن المواللي ��ه ترب ��ط بي ��ن حدين من مكونات المحل ��ول ( مذيب ‪ ,‬مذاب ) ‪ .‬ويمك ��ن ربط عدد موالت‬ ‫المذاب وكتلة المذيب بالعالقة الريا�ضية التالية ‪:‬‬

‫الجزئية الكتلية ( المواللية ) =‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪60‬‬

‫عدد موالت المذاب‬ ‫كتلة المذيب بالكيلوجرام‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ماذا تعني عبارة " محلول تركيزه ‪ 1‬موالل " ؟‬ ‫ناق�ش مع زمالئك هل للتركيز المواللي عالقة بدرجة الحرارة؟‬ ‫عند �إذابة ‪ 20‬جرام من كلوريد ال�صوديوم ( ‪ ) NaCl‬في كمية من الماء بحيث‬ ‫ت�صبح كتلة المحلول ‪ 90‬جرام ؛اح�سب مواللية المحلول ‪.‬‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫كتلة مول واحد من كلوريد ال�صوديوم = ‪ 58.5 = 35.5 + 23‬جرام ‪ /‬مول‬ ‫‪20‬‬ ‫الكتلة بالجرام‬ ‫= ‪ 0.34‬مول‬ ‫=‬ ‫عدد موالت كلوريد ال�صوديوم =‬ ‫‪58.5‬‬ ‫كتلة المول الواحد‬ ‫كتلةالمذيب(الماء)=كتلةالمحلول–كتلةالمذاب(كلوريدال�صوديوم)=‪70=20–90‬جرام‬ ‫‪70‬‬ ‫كتلة المذيب بالكيلوجرام =‬ ‫‪1000‬‬ ‫عدد موالت المذاب‬ ‫=‬ ‫التركيز بالمواللية =‬ ‫كتلة المذيب بالكيلو جرام‬

‫= ‪ 0.07‬كيلو جرام‬ ‫‪0.34‬‬ ‫‪0.07‬‬

‫= ‪ 4.86‬موالل‬

‫اح�س���ب الجزيئية الكتلية ( المواللية ) لل َغ ْول الإيثيلي ( ‪ ) C2H6O‬الناتج عن �إذابة ‪ 3‬موالت‬ ‫من الغول في ‪ 45‬مول من الماء ‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫‪61‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫للمحاليل �أهمية كبرى في حياة الإن�سان و الحيوان و النبات فماذا كان حال‬ ‫الحي ��اة على الأر�ض لو �أن محل ��ول الهواء " المكون من الأك�سجين و النيتروجين و غازات �أخرى"‬ ‫اختلف ��ت في ��ه ن�سبة الأك�سجي ��ن و النيتروجين عما هي عليه الآن ؟ بل هل لن ��ا �أن نتوقع حياة على‬ ‫الياب�س ��ة لو نق�صت ن�سبة الأك�سجين عن ‪� %20‬إلى مدى بعيد ؟ �أولم يذب هذا الأك�سجين في مياه‬ ‫البحار ؟ ف�سبحان الذي خلق كل ؛�شيء القائل في كتابه‬ ‫(الرعد‪)8:‬‬

‫خوا�ص المحاليل( الخوا�ص التجميعية )‬ ‫عن ��د �إذاب ��ة مادة �صلب ��ة ( غير متطايرة ) ف ��ي مذيب ما ينتج عنه تغي ��ر كبير في الخوا� ��ص الفيزيائية‬ ‫له ��ذا المذي ��ب ‪ ,‬و ت�شت ��رك المحالي ��ل بوج ��ه ع ��ام ف ��ي خوا� ��ص تع ��رف بالخوا� ��ص التجميعي ��ة للمحل ��ول‬ ‫‪ Colligativ Properties‬و منها ‪ :‬التغير في ٍّ‬ ‫كل من ال�ضغط البخاري و درجة الغليان ‪ ,‬ودرجة التجمد‪,‬ال�ضغط‬ ‫الأ�سم ��وزي للمحلول عن ال�سائ ��ل ( المذيب ) النقي و تعتمد هذه الخوا�ص على عدد الدقائق ( الأيونات �أو‬ ‫الجزيئات ) المذابة في المحلول و لي�س على نوع هذه الدقائق ‪ ,‬و للعديد من هذه الخوا�ص تطبيقات مفيدة‬ ‫ج ��د ًا مث ��ل تحديد الكتل الجزيئية للم ��واد ‪ ،‬كما لها العديد من التطبيقات العملي ��ة مثل تكرير النفط الخام‬ ‫و�إزالة ملوحة ماء البحر‬

‫و �سنتناول فيما يلي درا�سة بع�ض الخوا�ص التجميعية للمحاليل‪:‬‬ ‫‪ -1‬االنخفا�ض في ال�ضغط البخاري ‪:‬‬ ‫يعرف ال�ضغط البخاري ب�أنه �ضغط البخار الذي يكون في حالة توازن مع ال�سائل المنتج له ‪� .‬أي‬ ‫عندما يقف التبخر الظاهري لل�سائل ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪62‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫و لكل �سائل نقي �ضغط بخاري مميز عند درجة حرارة معينة ‪� ،‬أما ال�ضغط البخاري للمادة ال�صلبة‬ ‫غير المتطايرة في المحلول في�ساوي �صفر ًا عند نف�س الدرجة ‪.‬‬

‫ هل هناك اختالف في عدد جزيئات البخار عند ال�سطح‬‫في كال الدورقين ؟‬

‫بخار‬

‫بخار‬

‫ ما ال�سبب في ذلك االختالف؟‬‫عند �إذابة مادة غير متطايرة في مذيب �سائل ف�إن ال�ضغط‬ ‫البخ ��اري للمحلول يك ��ون دائم ًا �أقل م ��ن ال�ضغط البخاري‬ ‫لل�سائل النقي عند الدرجة نف�سها ‪.‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫دقق في ال�ش���كل الموجود �أمامك ثم �أجب عن الأ�س���ئلة ‪:‬‬

‫مذيب نقي‬

‫محلول يحتوي على‬ ‫مذاب غير متطاير‬

‫ال�شكل (‪)18-2‬‬

‫ناق�ش مع زمالئك ‪:‬‬ ‫ال�سب ��ب ف ��ي انخفا� ��ض ال�ضغ ��ط البخ ��اري لل�سائل النق ��ي عند �إذابة م ��ادة غير متطاي ��رة فيه ‪.‬‬ ‫ما �أثر ارتفاع درجة الحرارة على ال�ضغط البخاري ؟‬ ‫و قد �أوجد را�ؤلت عالقة بين االنخفا�ض الن�سبي في ال�ضغط البخاري و عدد ج�سيمات المذاب الموجودة‬ ‫في المحلول ‪ .‬و ين�ص قانون را�ؤلت على �أن ‪ ":‬االنخفا�ض الن�سبي في ال�ضغط البخاري يتنا�سب طردياً‬

‫مع عدد الج�س���يمات للمذاب الموجودة في المحلول ( التركيز ) و ال يعتمد على طبيعة هذه المادة‬ ‫المذاب���ة " �أي �أنه كلم ��ا زاد عدد ج�سيمات المادة المذابة غير المتطايرة(تركيزها) يزيد االنخفا�ض في‬ ‫ال�ضغط البخاري للمحلول ‪ .‬وهذا ي�ؤدي �إلى �أن ال�ضغط البخاري لل�سائل النقي عند درجة حرارة معينة يكون‬ ‫�أكبر من ال�ضغط البخاري للمحلول المخفف وهذا بدوره يكون �أكبر من ال�ضغط البخاري للمحلول المركز ‪.‬‬

‫‪63‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫‪ -2‬االرتفاع في درجة الغليان ‪:‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫تع ��رف درجة الغليان ب�أنها درجة الح ��رارة لل�سائل التي يكون عندها �ضغطه البخاري م�ساوي ًا لل�ضغط‬ ‫الجوي ( ‪) 1atom‬‬ ‫ كم تبلغ درجة غليان الماء عند ‪� 1‬ضغط جوي ؟‬‫ عرف ��ت �أن ال�ضغ ��ط البخاري لل�سائ ��ل ينخف�ض عند �إذابة مادة �صلبة( غير متطاي ��رة ) فيه ‪ ,‬فهل ي�ؤثر‬‫ذلك على درجة غليانه ؟‬ ‫‪ -‬ماذا يحدث لدرجة غليان ال�سائل عند �إذابة مادة �صلبة غير متطايرة ( مثل كلوريد البوتا�سيوم ) فيه ‪.‬‬

‫(‪� )6 -2‬أثر �إذابة مادة �صلبة غير متطايرة على‬ ‫درجة غليان ال�سائل‪.‬‬ ‫الأدوات والمواد المطلوبة ‪:‬‬

‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪� -1‬ض ��ع ف ��ي ك�أ�سين ف ��ي كل ك�أ� ��س ‪ 500‬جرام من‬ ‫الماء المقطر ‪.‬‬ ‫‪� - 2‬أذب ف ��ي �أح ��د الك�أ�سي ��ن ‪ 1‬م ��ول م ��ن كلوري ��د‬ ‫البوتا�سيوم ‪.‬‬

‫ك�أ�س ��ان متماث�ل�ان ‪ 1000 -‬جرام من‬ ‫الماءالمقط ��ر ‪ 1 -‬مول (‪75.5‬جرام)‬ ‫من كلوريد البوتا�سيوم ‪ -‬ترمومتران ‪.‬‬

‫‪� -3‬ضع في كال الك�أ�سين ترمومتر ًا ‪.‬‬ ‫‪� -4‬سخن و الحظ درجة الغليان في الك�أ�سين‬ ‫و �سجل مالحظاتك في الجدول الآتي ‪:‬‬

‫محلول كلوريد البوتا�سيوم‬

‫ماء نقي‬

‫�شكل (‪)19-2‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪64‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫درجة الغليان‬

‫المادة‬

‫الف�صل الثاني‬

‫الماء النقي‬ ‫محلول كلوريد البوتا�سيوم‬ ‫ ماذا حدث لدرجة غليان الماء النقي عندما �أذيبت فيه مادة �صلبة ( كلوريد البوتا�سيوم ) ؟‬‫ ما مقدار الزيادة التي ح�صلت ؟‬‫وج ��د بالتجرب ��ة �أن درجة غليان المحلول الناتج عن �إذابة م ��ادة �صلبة غير متطايرة �أعلى من درجة‬ ‫غليان ال�سائل النقي ‪.‬‬

‫بالتع ��اون مع زمالئ ��ك ‪ ,‬و �ضح �سبب ارتفاع درجة غليان ال�سائل النق ��ي عند �إذابة مادة �صلبة غير‬ ‫متطايرة فيه‪.‬‬

‫والآن لنا �أن نت�ساءل ‪ :‬على ماذا يعتمد االرتفاع في درجة الغليان ؟‬ ‫لديك الجدول الآتي ‪:‬‬

‫المحلول المائي‬

‫التركيز المواللي‬ ‫‪ 1‬مول في ‪ 1‬جم ماء‬

‫درجة الغليان ‪ /‬م‬

‫محلول ال�سكر‬

‫‪ 1‬موالل‬

‫‪100.52‬‬

‫محلول اليوريا‬

‫‪ 1‬موالل‬

‫‪100.52‬‬

‫‪O‬‬

‫جدول ( ‪ ) 5 2-‬درجة غليان محلول ال�سكر واليوريا ‪.‬‬

‫‪65‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ـ ماذا تالحظ على درجة غليان محلول ال�سكر ومحلول اليوريا ؟‬ ‫ـ على ماذا يدل عدم اختالفها بالرغم من �أن ال�سكر و اليوريا مادتان مختلفتان ؟‬ ‫ـ ما �سبب ت�ساوي درجة غليان المحلولين ؟‬ ‫م ��ن الوا�ض ��ح �أن االرتفاع ف ��ي درجة غليان المذي ��ب ال يعتمد على طبيع ��ة المذاب و لكن يعتم ��د على تركيز‬ ‫الم ��ذاب ( ع ��دد الدقائق في المحل ��ول ) و قد وجد �أن هذا االرتف ��اع يتنا�سب طردي ًا م ��ع تركيز المذاب في‬ ‫المحلول معبر ًا عنه بالمواللية ‪:‬‬ ‫التركيز المواللي للمحلول‬ ‫�أي �أن ‪ :‬االرتفاع في درجة الغليان‬ ‫االرتفاع في درجة الغليان = ثابت االرتفاع في درجة الغليان × التركيز المواللي للمحلول‬ ‫و يعتمد ثابت االرتفاع في درجة الغليان على طبيعة ال�سائل المذيب فقط ‪ ,‬و لهذا ف�إن كل �سائل يتميز بثابت‬ ‫ارتفاع خا�ص لدرجة غليانه ‪ ,‬و يبين الجدول التالي ثابت االرتفاع لدرجة الغليان لبع�ض ال�سوائل المعروفة ‪:‬‬

‫المذيب‬

‫ثابت االرتفاع في درجة الغليان‬ ‫( درجة ‪ .‬كجم ‪ /‬مول )‬

‫درجة الغليان ( م )‬

‫الماء‬

‫‪0.513‬‬

‫‪100‬‬

‫البنزين‬

‫‪2.53‬‬

‫‪80.2‬‬

‫حم�ض الخل‬

‫‪2.93‬‬

‫‪118.1‬‬

‫الكلوروفورم‬

‫‪3.63‬‬

‫‪61.2‬‬

‫رابع كلوريد الكربون‬

‫‪5.02‬‬

‫‪76.8‬‬

‫الغول الإيثيلي‬

‫‪1.22‬‬

‫‪78.4‬‬

‫جدول ( ‪ )6-2‬ثوابت ارتفاع درجة غليان بع�ض المذيبات المعروفة‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪66‬‬

‫‪O‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫ كم تبلغ درجة غليان ٍّ‬‫كل من محلول ال�سكر‬ ‫و محلول ملح الطعام ؟‬ ‫ ما الفرق بين ذوبان ال�سكر في الماء وذوبان‬‫الملح في الماء ؟‬ ‫ ما �سبب اختالف درجة غليان المحلولين‬‫بالرغم من تماثل التركيز ‪.‬‬

‫‪C12H22O11 + H2O‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ف ��ي حياتنا اليومية نقوم ب�إ�ضافة الملح ( كلوريد ال�صوديوم ) �إلى الطعام لعمل وجبة ما‪ ,‬و ال�سكر‬ ‫�إل ��ى الماء لعمل ال�شاي �أو غي ��ره ‪ .‬ف�إذا كونا محلو ًال ب�إذابة مول من ملح الطعام في كيلو جرام من‬ ‫الم ��اء و محل ��و ًال �آخر ب�إذابة مول من ال�سكر في كيلو جرام م ��ن الماء و قمنا بقيا�س درجة حرارة‬ ‫ك ًال من المحلولين كما هو مو�ضح بال�شكل (‪.)20-2‬‬

‫‪NaCl + H2O‬‬

‫�شكل (‪) 20-2‬‬

‫مم ��ا �سبق ن�ستنتج �أن االرتفاع في درجة الغلي ��ان ال يعتمد على تركيز المذاب فح�سب بل يعتمد �أي�ضا على ما‬ ‫�إذا كان ��ت جزيئ ��ات المذاب ت�سبح عند ذوبانها على �شكل جزيئات كامل ��ة دون تفكك ( كما في ال�سكر ) ‪� ,‬أو‬ ‫�أنه ��ا تتفكك لينتج عن كل جزيء �أكثر م ��ن ج�سيم ( �أيون مث ًال ) كما هو الحال في محلول ملح الطعام حيث‬ ‫ي�صبح التركيز الفعلي للمذاب �أكثر من قيمته‬ ‫)‪Na+ (aq) + Cl-(aq‬‬

‫)‪NaCl(s) + H2O(l‬‬

‫و ف ��ي هذه الحالة يجب �أن تع ��دل العالقة بين تركيز المذاب في المحلول و االرتفاع في درجة الغليان لي�ؤخذ‬ ‫تفكك المذاب في االعتبار ‪� .‬أي �أن ‪:‬‬ ‫التركيز الفعلي للمحلول = التركيز المواللي للمحلول × عدد الج�سيمات المتفككة من الجزيء الواحد ‪.‬‬

‫‪67‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫عدد موالت المذاب‬ ‫التركيز بالمواللية =‬ ‫كتلة المذيب بالكيلو جرام‬ ‫كتلة المادة بالجرام‬ ‫الكتلة الجزيئية الجراميه( كتلة المول ) =‬ ‫عدد الموالت‬

‫�أذي���ب ‪ 12‬ج���رام م���ن مادة ع�ض���وية في ‪ 100‬جرام م���ن الماء فوج���د �أن المحلول‬ ‫يغل���ي عند ‪°100.34‬م ‪ .‬اح�س���ب الكتلة الجزيئية له���ذه المادة ‪� .‬إذا علمت �أن ثابت‬ ‫ارتفاع درجة الغليان للماء هو ‪ 0.51‬درجة ‪/‬موالل ‪.‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫االرتفاع في درجة غليان المحلول = درجة غليان المحلول – درجة غليان الماء‬ ‫= ‪°0.34 = 100 – 100.34‬م‬

‫التركيز المواللي للمحلول =‬

‫االرتفاع في درجة غليان المحلول‬ ‫ثابت ارتفاع درجة غليان الماء‬

‫=‬

‫‪0.34‬‬ ‫‪0.51‬‬

‫= ‪ 0.67‬موالل‬

‫عدد الموالت = التركيز بالمواللية × كتلة المذيب ( بالكجم )‬ ‫‪100‬‬ ‫= ‪( × 0.67‬‬ ‫‪1000‬‬

‫) = ‪ 0.067‬مول‬

‫الكتلة الجزيئية للمادة الع�ضوية =‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫كتلة المادة بالجرام‬ ‫‪12‬‬ ‫= ‪ 179.1‬جرام‪/‬مول‬ ‫عدد الموالت =‬ ‫‪0.067‬‬

‫‪68‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬ ‫‪ -3‬االنخفا�ض في درجة التجمد ‪:‬‬

‫ كم تبلغ درجة تجمد الماء عند ‪� 1‬ضغط جوي ؟‬‫ ما �أثر انخفا�ض ال�ضغط البخاري لل�سائل عند �إذابة مادة �صلبة غير متطايرة فيه على درجة التجمد ؟‬‫من خالل التجارب العملية وجد �أنه تنخف�ض درجة تجمد ال�سائل �إذا �أُذيب فيه مادة �صلبة عديمة التطاير‪,‬‬ ‫فمث ًال عند �إذابة مول واحد من ال�سكر في كيلو جرام واحد من الماء ف�إن المحلول المتكون يتجمد عند (‪-‬‬ ‫‪°1،86‬م) ‪ ,‬فيما تبلغ درجة تجمد الماء النقي �صفر‪°‬م ‪.‬‬

‫بالرجوع �إلى م�صادر المعلومات ‪ ,‬ف�سر ال�سبب في انخفا�ض درجة تجمد‬ ‫ال�سائل عند �إذابة مادة �صلبة غير متطايرة فيه ‪.‬‬ ‫و كما هو الحال في االرتفاع في درجة الغليان ف�إن االنخفا�ض في درجة تجمد ال�سائل المذيب يعتمد على‬ ‫التركي ��ز الموالل ��ي للمذاب في المحلول دون �أن يعتمد على طبيعة الم ��ذاب ‪ ,‬كما �أن هذا االنخفا�ض يتنا�سب‬ ‫طردي ًا مع التركيز المواللي للمذاب في المحلول �أي �أن ‪:‬‬ ‫التركيز المواللي للمحلول‬

‫االنخفا�ض في درجة التجمد‬

‫االنخفا����ض ف���ي درج���ة التجم���د = ثاب���ت االنخفا�ض ف���ي درجة التجم���د × التركي���ز الموالل���ي للمحلول‬ ‫ويعتمد ثابت االنخفا�ض في درجة التجمد على طبيعة ال�سائل المذيب فقط ‪ ,‬و لهذا ف�إن كل �سائل يتميز بثابت‬ ‫انخفا�ض خا�ص لدرجة تجمده ‪ .‬و يبين الجدول (‪ )7-2‬ثابت انخفا�ض درجة التجمد لبع�ض ال�سوائل المعروفة ‪.‬‬

‫‪69‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫تعرف درجة التجمد ب�أنها درجة الحرارة التي يكون ال�س���ائل و المادة ال�ص���لبة عندها في حالة اتزان‬ ‫�أي يكون لهما نف�س ال�ضغوط البخارية ‪.‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الماء‬

‫�صفر‬

‫‪1.86‬‬

‫البنزين‬

‫‪5.4‬‬

‫‪5.12‬‬

‫حم�ض الخل‬

‫‪17‬‬

‫‪3.90‬‬

‫الكلوروفورم‬

‫‪63.5-‬‬

‫‪4.68‬‬

‫رابع كلوريد الكربون‬

‫‪22.8 -‬‬

‫‪29.8‬‬

‫الغول الإيثيلي‬

‫‪114.6-‬‬

‫‪1.99‬‬

‫النفثالين‬

‫‪80.2‬‬

‫‪6.8‬‬

‫الكافور‬

‫‪179‬‬

‫‪39.7‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫ال�سائل المذيب‬

‫درجة التجمد( ْم )‬

‫ثابت انخفا�ض درجة التجمد‬ ‫( درجة ‪ /‬مول )‬

‫جدول ( ‪ )7-2‬درجة تجمد وثابت التجمد لبع�ض المواد‬

‫و يعتمد مقدار االنخفا�ض في درجة التجمد كما هو الحال في ارتفاع درجة الغليان بالإ�ضافة �إلى تركيز‬ ‫الم ��ذاب ‪ ,‬عل ��ى درجة تفكك جزيئ ��ات المذاب عند ذوبانه؛ لذل ��ك يجب �أن ت�ؤخذ درج ��ة التفكك هذه بعين‬ ‫االعتب ��ار عن ��د ح�ساب المواللية الكلي ��ة �أو الفعالة للأيونات في المحلول ‪ .‬وت�ستعم ��ل خا�صية االنخفا�ض في‬ ‫درجة التجمد �أي�ض ًا في تحديد الكتلة الجزيئية للمواد �إال �أن هذه الخا�صية �أكثر تطبيق ًا من خا�صية االرتفاع‬ ‫في درجة الغليان لأن قيا�س درجة التجمد �أ�سهل من قيا�س درجة الغليان ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪70‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫)‪A+ (aq) + 2X-(aq‬‬

‫الف�صل الثاني‬

‫�إذا علمت �أن االنخفا�ض في درجة تجمد محلول يحتوي ‪ 18‬جرام من مادة غير‬ ‫متطاي���رة (‪) AX2‬مذاب���ة ف���ي‪ 200‬ج���رام م���ن الماء ه���ي ‪°0,93‬م اح�س���ب الكتلة‬ ‫الجزيئية للمادة المذابه علماً ب�أن ثابت التجمد للماء ي�ساوي ‪°1,86‬م ‪ /‬موالل ‪،‬‬ ‫و�أن المادة �إلكتروليت قوي يتفكك في الماء كما يلي ‪:‬‬ ‫‪AX2 + H2O‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫االنخفا�ض في درجة التجمد‬ ‫‪0.93‬‬ ‫= ‪ 0.5‬موالل‬ ‫=‬ ‫التركيز بالمواللية للمحلول =‬ ‫ثابت االنخفا�ض في درجة التجمد ‪1.86‬‬

‫و بما �أن المادة �إلكتروليت قوي يتفكك في الماء كلي ًا فالبد من ح�ساب التركيز الفعلي للمحلول‪،‬‬ ‫و من المعادلة يت�ضح �أنه عند تفكك المادة المذابة في الماء ف�إن عدد الج�سيمات المتفككه = ‪3‬‬ ‫�إذا ‪ :‬التركي ��ز الفعلي للمحل ��ول = التركيز بالمواللية للمحلول × عدد الج�سيمات المتفككة‬ ‫= ‪ 1.5 = 3 × 0.5‬موالل‬ ‫عدد الموالت للمذاب = التركيز الفعلي (بالمواللية) * كتلة المذيب(بالكلجم)‬ ‫= ‪200 × 1.5‬‬ ‫‪1000‬‬ ‫= ‪ 0.3‬موالً‬ ‫كتلة المادة بالجرام‬ ‫‪18‬‬ ‫=‬ ‫الكتلة الجزيئية الجرامية للمادة =‬ ‫الموالت‬ ‫عدد‬ ‫‪0.3‬‬

‫‪71‬‬

‫= ‪ 60‬جرام ‪/‬مول‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�أنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق التعبير عن تركيزها‬

‫الف�صل الثاني‬

‫اح�س���ب االنخفا����ض ف���ي درجة تجمد النفثالين نتيجة �إذابة ‪ 1‬ج���رام من الكبريت (‪ )S8‬في ‪20‬‬ ‫ج���رام م���ن النفثالي���ن �إذا علمت �أن ثاب���ت انخفا�ض درجة تجمد النفثالي���ن ‪ 6.8‬درجة ‪ /‬موالل ‪,‬‬ ‫و �أن الكتلة الذرية للكبريت = ‪ 32‬جرام‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫من التطبيقات الحياتية لخا�صيتي االرتفاع في درجة الغليان و االنخفا�ض‬ ‫في درجة التجمد ما نلحظه في البالد الباردة حيث يعمد �سائقو ال�سيارات �إلى �إ�ضافة مادة �إيثيلين‬ ‫جاليكول �إلى جهاز تبريد ال�سيارة ( الرديتر ) حيث تنخف�ض درجة التجمد في ماء الرديتر و تمنع‬ ‫تجم ��ده عن ��د انخفا�ض درجة الحرارة ‪ ,‬و ترف ��ع �أي�ضا درجة الغليان بحيث �أن ��ه ال يغلي ب�سهولة في‬ ‫الطق� ��س الحار جد ًا؛ و من التطبيقات �أي�ضا نثر الأمالح مث ��ل ‪ CaCl2‬في بع�ض البلدان المتجمدة‬ ‫عل ��ى الطرق ��ات لمنع حدوث التجم ��د و تجنب االنزالقات عليه ��ا ‪ ,‬و �أي�ضا �إ�ضافة المل ��ح �إلى الثلج‬ ‫لخف�ض درجات الحرارة في عمليات التبريد ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪72‬‬

‫�أ�سئلة الف�صل الثاني‬ ‫�س‪ : 1‬اختر الإجابة ال�صحيحة فيما يلي ‪:‬‬ ‫�أ – تحدث نقطة الغليان عندما يكون ال�ضغط البخاري لل�سائل بالن�سبة لل�ضغط الجوي‬ ‫‪ – 4‬م�ساوي ًا له‬ ‫‪� -2‬أقل منه ‪� – 3‬أكبر منه‬ ‫‪� -1‬ضعفه‬ ‫ب – تقل ذائبية الغاز في ال�سائل �إذا‪:‬‬ ‫‪� -1‬أذيبت فيه مادة �صلبة غير متطايرة‪.‬‬ ‫‪ – 3‬انخف�ضت درجة حرارة ال�سائل ‪.‬‬ ‫‪ -2‬ارتفعت درجة حرارة ال�سائل‪.‬‬ ‫‪ – 4‬حدث ك ٌل ( ‪ ) 2 + 1‬مع ًا ‪.‬‬ ‫ج� �ـ‪ -‬عن ��د �إذاب ��ة ‪ 20‬جرام م ��ن ‪ NaOH‬ف ��ي الم ��اء لتكوين لتر م ��ن المحل ��ول يكون تركي ��ز المحلول‬ ‫د‪ 4 -‬موالر‬ ‫جـ‪ 2 -‬موالر‬ ‫ب – ‪ 1‬موالر‬ ‫�أ – ‪ 0.5‬موالر‬

‫�س‪ : 2‬علل لما يلي ‪:‬‬ ‫�أ – �إ�ضافة جاليكول الإيثليين �إلى الماء الموجود فى نظام تبريد ال�سيارات ‪.‬‬ ‫ب –االرتف ��اع في درجة الغليان لمحالي ��ل المواد المت�أينة في الماء �أعلى من ��ه لمحاليل المواد الجزيئية‬ ‫التى لها التركيز نف�سه ‪.‬‬ ‫جـ – يذوب كلوريد ال�صوديوم في الماء وال يذوب في الجازولين‬

‫�س‪ : 3‬تذوب الكتل التالية من الأمالح في ‪ 100‬جرام من الماء عند درجات حرارة‬ ‫مختلفة ‪:‬‬ ‫درجة الحرارة‬ ‫‪°10‬م‬ ‫‪°30‬م‬ ‫‪°50‬م‬

‫‪A‬‬

‫‪B‬‬

‫‪ 25‬جرام‬ ‫‪ 15‬جرام‬ ‫‪ 5‬جرام‬

‫‪73‬‬

‫‪ 10‬جرام‬ ‫‪ 20‬جرام‬ ‫‪ 30‬جرام‬

‫ •‬ ‫• ‬ ‫• ‬ ‫• ‬

‫ار�سم منحني الذائبية للمركب ‪. A, B‬‬ ‫�أي المحاليل ما�ص و�أيها طارد للحرارة ؟‬ ‫ما ذائبية كل من ‪ A , B‬في الماء عند ‪°25‬م ؟‬ ‫�إذا بردن ��ا محل ��و ًال م�شبع ��ا م ��ن المرك ��ب (‪ ) B‬ف ��ي ‪ 100‬ج ��رام م ��ن درج ��ة ح ��رارة ‪°40‬م �إل ��ى‬ ‫‪°20‬م فما كتلة الملح المتر�سب ؟‬

‫����س‪ : 4‬اح�س���ب التركي���ز بالموالري���ة والمواللية لمحل���ول مائي مكونٌ م���ن ‪ 20‬جرام من‬ ‫كربونات الليثيوم ‪ Li2CO3‬و‪ 100‬جرام من الماء �إذا علمت �أن كثافة المحلول‬ ‫‪1.12‬جرام ‪ /‬لتر‪.‬‬ ‫����س‪ : 5‬م���ا درج���ة غلي���ان المحل���ول النات���ج م���ن �إذاب���ة ج���رام م���ن �س���كر الق�ص���ب‬ ‫‪ C12H22O11‬في كمية من الماء قدرها ‪ 25‬جرام ؟‬ ‫�س‪ : 6‬كم مللتراً من الماء يجب �أن ي�ضاف �إليها ‪ 250‬مللتراً من محلول حم�ض الكبريت‬ ‫ال���ذي تركي���زه ‪ %19.6‬وزن���اً وكثافت���ه ‪ 1.96‬جرام ‪ /‬مللتر لكي نح�ص���ل على محلول‬ ‫تركيزه ( ‪ 2‬موالر ) ؟‬ ‫�س‪� :7‬إذا كانت كمية الماء في مبرد ال�سيارة ‪ 4.5‬كجم فاح�سب كتلة جاليكول الإيثليين‬ ‫‪ C2H6O2‬الالزم �إ�ضافتها لت�ضمن عدم تجمد الماء في المبرد حتى درجة ‪°5-‬م ‪.‬‬

‫‪74‬‬

‫الكيمياء الحرارية‬

‫حرارة التفاعل الكيميائي‬

‫الأهداف‬ ‫ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تميز بين التفاعالت الما�صة والتفاعالت الطاردة للحرارة‬ ‫‪ -2‬تتعرف المحتوى الحراري ‪ H‬وحرارة التفاعل الكيميائي ‪.∆H‬‬ ‫‪ -3‬تعبر بياني ًا عن التفاعالت الما�صة والطاردة للحرارة اعتمادا على المحتوى الحراري للمواد‪.‬‬ ‫‪ -4‬تعدد قواعد كتابة المعادلة الكيميائية الحرارية ‪.‬‬ ‫‪ -5‬تحدد العالقة بين المحتوى الحراري وتلقائية التفاعل ‪.‬‬ ‫‪ -6‬تتعرف حرارة التكوين القيا�سية ‪ Hºf‬وكيفية ح�سابها بمعرفة حرارة التفاعل ‪.‬‬ ‫‪ -7‬ت�شرح العالقة بين حرارة التكوين والثبات الحراري للمركبات ‪.‬‬ ‫‪ -8‬تطبق قانون ه�س لح�ساب حرارة التفاعل ‪.‬‬ ‫‪ -9‬تجري ح�سابات كيميائية لح�ساب حرارة التفاعل باعتماد طاقة الروابط ‪.‬‬ ‫‪ -10‬تبين �أهمية الطاقة في الحياة اليومية وكيفية المحافظة عليها ‪.‬‬

‫‪76‬‬

‫المقدمة‬ ‫�إن درا�س ��ة الكيمي ��اء ال تعني التركيز عل ��ى درا�سة ما يطر�أ عل ��ى التفاعل الكيميائي م ��ن تغيرات للمواد‬ ‫فح�س ��ب‪ ،‬بل م ��ا ي�صاحب تلك التفاعالت م ��ن تغيرات في الطاق ��ة ب�صورها المختلف ��ة كالطاقة الحرارية‬ ‫وال�ضوئي ��ة والميكانيكية (طاقة حركية وطاقة الو�ضع ) والكهربائي ��ة ‪ ،‬وال�ضوئية والكيميائية والمغناطي�سية‬ ‫‪ ......‬وغيرها ‪ ،‬ومن المعلوم �أن كل �صورة من �صور الطاقة يمكن تحويلها �إلى �صورة �أخرى وفق قانون حفظ‬ ‫الطاقة الذي �سنتطرق �إليه �أثناء درا�ستنا لهذا الف�صل �إن �شاء اهلل‪.‬‬ ‫�إن معظم التغيرات في الطاقة التي ن�شاهدها �ضرورية ال�ستمرار الحياة على هذه الأر�ض فنب�ضات قلوبنا‬ ‫والح ��ركات التي تقوم بها ع�ضالت �أج�سامنا ناتجة عن تحول الطاقة الكيميائية �إلى طاقة حركية ‪ ،‬و�شعورنا‬ ‫بالدفء عندما نقف في �ضوء ال�شم�س ناتج عن تحول الطاقة ال�ضوئية �إلى طاقة حرارية ‪ ،‬والمحركات الكهربائية‬ ‫ف ��ي الأدوات المنزلية مثل الخالط والغ�سالة والمروحة تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية �إلى طاقة ميكانيكية‬ ‫( حركي ��ة ) بينم ��ا ف ��ي الم�صب ��اح الكهربائ ��ي يت ��م تحوي ��ل الطاق ��ة الكهربائي ��ة �إل ��ى طاق ��ة �ضوئي ��ة‬ ‫وهك ��ذا ‪ . .........‬؛ وتعتب ��ر التفاع�ل�ات الكيميائي ��ة م ��ن �أه ��م م�ص ��ادر الطاق ��ة الت ��ي ي�ستف ��اد منه ��ا في‬ ‫مج ��االت كثي ��رة في الحياة ‪ ،‬فمث�ل ً�ا احتراق الفحم والنف ��ط والغاز الطبيعي ي�صاحب ��ه انطالق كمية كبيرة‬ ‫م ��ن الطاق ��ة الحراري ��ة ( لذل ��ك ت�ستخدم ه ��ذه الم ��واد كوق ��ود ) ‪ ،‬وهناك تفاع�ل�ات كيميائي ��ة تولد طاقة‬ ‫كهربائي ��ة كم ��ا يح ��دث للم ��واد الم�ستخدم ��ة في العم ��ود الب�سي ��ط والعم ��ود الج ��اف والمرك ��م الر�صا�صي‬ ‫( بطارية ال�سيارة ) لذلك ت�ستخدم كم�صادر للكهرباء في مجاالت عديدة ‪ .‬وبما �أننا في هذا الف�صل ندر�س‬ ‫الكيمي ��اء الحرارية ف�إننا لن نتعر�ض �إلى جميع �أن ��واع التغيرات في الطاقة بل �سنح�صر اهتمامنا في درا�سة‬ ‫التغي ��رات في الطاقة الحرارية الم�صاحبة للتفاعالت الكيميائية ( �سواء كانت منبعثة �أم ممت�صة ) وكيفية‬ ‫ح�ساب كميات هذه الطاقة دون الحاجة �إلى �إجراء تجارب عملية ‪.‬‬

‫‪77‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫اكتب تقرير ًا مدعم ًا بال�صور عن الطاقة والطعام ‪.‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫تغيرات الطاقة الحرارية في التفاعالت الكيميائية‬

‫�شكل ( ‪) 2 – 3‬‬ ‫مم ت�ستمد النباتات الطاقة الالزمة لها‬ ‫في عملية البناء ال�ضوئي ؟‬

‫�شكل ( ‪) 1 – 3‬‬ ‫ما العمليات الالزمة النطالق ال�صاروخ ؟‬

‫معظم الطاقة الحرارية التي نحتاجها في �شتى مجاالت حياتنا ناتجة عن تفاعل كيميائي ‪.‬‬ ‫وهن ��اك الكثي ��ر م ��ن التفاع�ل�ات الكيميائي ��ة الت ��ي غالب� � ًا م ��ا ي�صاحبه ��ا امت�صا� ��ص �أو انبع ��اث ح ��رارة‬ ‫وت�س���مى التفاع�ل�ات الكيميائي���ة الت���ي ي�ص���احبها انبع���اث ح���رارة بالتفاع�ل�ات الط���اردة للح���رارة‬ ‫‪ Exothermic Reactions‬والتفاعالت التي ي�ص���احبها امت�ص���ا�ص طاقة بالتفاعالت الما�صة للحرارة‬ ‫‪ .Endothermic Reactions‬والآن ه���ل يمكن���ك ت�ص���نيف التفاعلي���ن ف���ي ال�ش���كلين (‪)2 -3( , ) 1-3‬‬ ‫�إلى ما�ص �أو طارد للحرارة ؟‬ ‫ولنا �أن نت�ساءل ما الذي نريد معرفته عن الطاقة الحرارية الم�صاحبة للتفاعل الكيميائي ؟‬ ‫بالطبع �أننا نريد �أن نعرف كمية الطاقة الحرارية الناتجة والم�ستهلكة �أثناء التفاعل ‪ ،‬فالتجارب العملية‬ ‫ت�ؤك ��د لن ��ا �أن كمية الطاقة الحراري ��ة الناتجة �أو الم�ستهلكة ف ��ي �أي تفاعل كيميائي تعتم ��د على كمية المواد‬ ‫المتفاعل ��ة ‪ ،‬ولك ��ن كي ��ف نربط بين كمية الم ��واد المتفاعلة وكمية الطاق ��ة الحرارية الناتج ��ة �أو الم�ستهلكة‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪78‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫�أثن ��اء التفاع ��ل ‪ .‬ال �شك �أن الو�سيلة الرئي�سية لذلك هي المعادلة الكيميائية الموزونة التي تمثل التفاعل فهي‬ ‫تبي ��ن العالق ��ات الكمية بين المواد المتفاعل ��ة والمواد الناتجة كما تبين كمية الطاق ��ة الحرارية الم�صاحبة‬ ‫للتفاع ��ل الكيميائي ‪ ،‬فالطاقة جزء من المعادلة ‪ ،‬وتعام ��ل كما تعامل المواد المتفاعلة والمواد الناتجة ف�إذا‬ ‫�أُنتج ��ت طاقة عن التفاع ��ل تكتب الطاقة مع المواد الناتجة و�إذا ا�ستهلكت الطاقة خالل التفاعل ف�إنها تكتب‬ ‫م ��ع المتفاعالت ‪ ،‬وعلين ��ا �أن نراعي في المعادلة الكيميائية قانون حفظ الطاق ��ة بالإ�ضافة �إلى قانون حفظ‬ ‫الم ��ادة ‪ .‬ولندر� ��س الآن التفاعالت الما�ص ��ة للحرارة والتفاع�ل�ات الطاردة للحرارة ب�شيء م ��ن التف�صيل ‪.‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫التفاعالت الطاردة للحرارة‬ ‫هي التفاعالت الكيميائية الم�صحوبة بانطالق طاقة حرارية( ‪ )E‬كناتج‬ ‫من نواتج التفاعل ومن الأمثلة عليها ‪:‬‬ ‫احتراق الكربون في الهواء وتكوين غاز ثاني �أك�سيد الكربون ‪:‬‬ ‫)‪C(s) + O2(g‬‬ ‫‪CO2(g) + E‬‬ ‫تكوين الماء من تفاعل غاز الهيدروجين والأك�سجين‬ ‫‪H2O(l) + E‬‬

‫)‪H2(g) + ½ O2(g‬‬

‫وللتعرف على هذا النوع من التفاعالت �أكثر قم بالن�شاط التالي‪- :‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 3-3‬تفاعل‬ ‫ال�صوديوم مع الماء طارد للحرارة‬

‫( ‪ : ) 1 – 3‬تفاعل طارد للحرارة‬ ‫خطوات التجربة ‪:‬‬

‫المواد والأدوات المطلوبة‪:‬‬

‫‪�-1‬أ�ضف حوالي ‪ 0.5‬ملل م ��ن الإيثر في الإناء‬ ‫الزجاجي واغمر الج ��زء المنتفخ من الإناء‬ ‫الزجاجي في حوالي ‪ 50‬ملل من الماء داخل‬ ‫الك�أ�س الزجاجي ‪.‬‬

‫‪79‬‬

‫ك�أ�س زجاجي – �أنبوب زجاجي بطول‬ ‫‪�30‬س ��م وف ��ي م�ؤخرته انتف ��اخ (دورق‬ ‫م�ستدير بعمق حوالي ‪�30‬سم) – �إيثر‬ ‫– حم�ض الكبريت المركز ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫الف�صل الثالث‬

‫‪ -2‬انقل حوالي ‪ 5‬ملل من حم�ض الكبريت و�أ�ضفه �إلى ك�أ�س الماء بحيث ينزلق الحم�ض ببطء على‬ ‫جدار الك�أ�س (كن حذر ًا فحم�ض الكبريت المركز قد يت�سبب في تطاير الماء)‪.‬‬ ‫‪ -3‬عندما يبد�أ االيثر داخل االنتفاخ الزجاجي بالغليان ‪� ،‬أ�شعل عود الثقاب وقربه من فوهة الأنبوبة‬ ‫الزجاجية‪� .‬سجل كافة مالحظاتك ؟‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪ -4‬هل تفاعل الماء مع حم�ض الكبريت طارد �أم ما�ص للحرارة ؟‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫ف ��ي ه ��ذا التفاعالت نجد �أن هناك حرارة قد انبعثت وتنتقل الطاقة الحرارية من التفاعل �إلى المحيط‬ ‫الخارجي وترتفع درجة حرارته ‪ ,‬وبالتالي تكون طاقة الو�ضع للنواتج �أقل منها للمواد المتفاعلة وعلى النقي�ض‬ ‫ف�إن طاقة الحركة للنواتج تكون �أعلى من المواد المتفاعلة ‪.‬‬ ‫يتفاعل الكربون مع الأك�سجين لينتج �أول �أك�سيد الكربون وكمية من الحرارة‬ ‫كما هو مبين في المعادلة التالية ‪:‬‬

‫‪+ 393.5 Kj‬‬

‫)‪2C (s) + O2 (g‬‬

‫)‪2CO(g‬‬

‫ما مقدار الحرارة الناتجة من تفاعل ‪ 4‬جم من الكربون ؟‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫كتلة المول من الكربون = ‪ 12‬جم ‪ /‬مول‬ ‫كتلة بالجرام‬ ‫عدد موالت الكربون =‬ ‫كتلة المول الواحد من ( ‪) C‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪80‬‬

‫=‬

‫‪4‬‬ ‫‪12‬‬

‫= ‪ 0.33‬مول‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫ينتج‬

‫‪ 2‬مول من الكربون‬ ‫‪ 0.33‬مول‬

‫‪ 393.5‬كيلو جول‬ ‫�س كيلو جول‬

‫( ‪) 0.33 × 393.5‬‬ ‫كمية الحرارة الناتجة =‬ ‫‪2‬‬

‫= ‪ 64.92‬كيلو جول‬

‫الف�صل الثالث‬

‫�إذا كان مركب الهيدرازين يحترق ح�س���ب المعادلة الكيميائية الحرارية التالية ‪:‬‬ ‫‪2H2O + 622.4 KJ‬‬

‫‪+‬‬

‫‪N2‬‬

‫‪N2H4 + O2‬‬

‫فاح�سب كمية الطاقة المنطلقة نتيجة احتراق جرام واحد من الهيدرازين ‪.‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫لقد خلق اهلل �سبحانه وتعالى الكربون والأك�سجين بخوا�ص‬ ‫مالئمة كثيرة لحياة الإن�سان فحياتنا مليئة بمركبات الكربون‬ ‫المالئم ��ة لالحتراق ‪ ،‬فمن المعل ��وم �أن الحرارة الناتجة من‬ ‫النار هي �أحد �أ�سباب التقدم العلمي والتقني الذي يعتمد عـلى‬ ‫ت�صني ��ع المواد (ومنها المعدنية )؛ فبدون الحرارة المنبعثة‬ ‫من الـنار لن تكون هناك �إمكانية لتنقية المعادن �أو ت�صنيعها‬ ‫كم ��ا �أنه ��ا �سبب �شعورن ��ا بالدفء وه ��ذا ما يو�ض ��ح �أن النار‬ ‫والم ��واد الالزمة لها خلقت خ�صي�ص ًا لتالئ ��م حياة الإن�سان‬

‫‪81‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 4 -3‬احتراق الخ�شب‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫وهناك �إ�شارة في القر�آن الكريم �إلى هذه الظاهرة في قول اهلل تعالى ‪:‬‬ ‫(‪� 80‬سورة ي�س)‬

‫التفاعالت الما�صة للحرارة‬ ‫الف�صل الثالث‬

‫هي التفاعالت الكيميائية التي يتطلب حدوثها امت�صا�ص طاقة حرارية؛ ومن الأمثلة عليها‪:‬‬ ‫‪ -1‬تفاعل الكربون مع الهيدروجين لتكوين غاز الإيثين ‪:‬‬ ‫)‪C2H4(g‬‬

‫‪2C (S) + 2H2(g) + E‬‬

‫‪ -2‬تحلل بخار الماء �إلى هيدروجين و�أك�سجين ‪:‬‬ ‫)‪½ O2(g) + H2(g‬‬

‫‪H2O(g) + E‬‬

‫ولكي تتعرف على هذا النوع من التفاعالت قم بالن�شاط التالي ‪:‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 5-3‬ت�سخين �أك�سيد الزئبق تفاعل‬ ‫ما�ص للحرارة‬

‫( ‪ ) 2 – 3‬تفاعل ما�ص للحرارة‬ ‫الأدوات والمواد الم�ستخدمة ‪:‬‬ ‫خطوات التجربة ‪:‬‬ ‫‪�-1‬أ�ضف حوالي ‪ 2‬مل من الماء المقطر �إلى �سطح دورق �سعته ‪� 250‬سم وله �سداد ‪ -‬هيدروك�سيد‬ ‫الباريوم ‪ Ba(OH)2‬ال�صلب ‪ -‬ثيو�سيانات‬ ‫قطعة الخ�شب ‪.‬‬ ‫الأموني ��وم ‪ NH4SCN‬ال�صلب ‪ -‬قطعة من‬ ‫الخ�شب (‪ - )1.5 × 15 × 15‬قارورة غ�سيل‬ ‫بها ماء مقطر‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪82‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫‪�-2‬أ�ض ��ف حوالي ‪ 32‬جم م ��ن هيدروك�سيد الباريوم وحوالي‬ ‫‪16‬جم من ثيو�سيانات الأمونيوم �إلى الدورق الزجاجي ‪.‬‬ ‫‪�-3‬أغلق الدورق ب�إحكام ورجه بقوة حتى تبد�أ المواد ال�صلبة‬ ‫داخله بالتميع ( ت�صبح على �شكل مائع ) ‪.‬‬ ‫‪� -4‬ض ��ع الدورق ف ��وق قطرات الم ��اء التي ت ��م و�ضعها على‬ ‫�سطح قطعة الخ�شب؛ �سجل كافة مالحظاتك ‪.‬‬ ‫ماذا ح�صل للحرارة �أثناء التفاعل ؟‬

‫الف�صل الثالث‬

‫�شكل ( ‪� ) 6-3‬أ‬

‫‪................................................................‬‬ ‫‪................................................................‬‬ ‫‪-5‬اكتب معادلة كيميائية حرارية تمثل التفاعل ال�سابق ‪.‬‬ ‫‪................................................................‬‬ ‫‪................................................................‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 6 -3‬ب‬

‫ف ��ي هذه التفاعالت يت ��م امت�صا�ص الطاقة الحراري ��ة من المحيط الخارجي فتنخف� ��ض درجة حرارته‬ ‫وهذا يدل على �أن طاقة الو�ضع للمواد الناتجة من التفاعل �أكبر من طاقة الو�ضع للمواد المتفاعلة ‪.‬‬

‫ي�ستخدم الريا�ضيون كمادات مبردة لتخفيف �ألم الإ�صابات‬ ‫فال�ضغط على الكمادة المب ��ردة ي�شق الكي�س بداخلها فيذوب‬ ‫محت ��واه من نت ��رات الأمونيوم في م ��اء الكي�س منتج� � ًا محلو ًال‬ ‫ب ��ارد ًا جد ًا ‪ .‬فتكون الحرارة الممت�صة الالزمة لتفكيك روابط‬ ‫المتفاع�ل�ات في هذا التفاع ��ل �أكبر من تل ��ك المنطلقة �أثناء‬ ‫تكوين روابط النواتج‪.‬‬ ‫�شكل (‪ ) 7-3‬كمادات نترات الأمونيوم‬

‫‪83‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫اجم ��ع �أكبر قدر من ال�ص ��ور والمعلومات ع ��ن التفاعالت الما�صة والط ��اردة للحرارة ثم �صمم‬ ‫عر�ضا لذلك ‪.‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫�إذا م ��رر بخار ماء �ساخن على فحم في درجة حرارة عالية ( حوالي ‪ 600‬م )‬ ‫ف�إن تفاعال يحدث وينتج عن ذلك مزيج من �أول �أك�سيد الكربون والهيدروجين‬ ‫ح�سب المعادلة التالية ‪:‬‬ ‫‪C(S) + H2O(g) + 131.4 KJ‬‬ ‫)‪CO(g) + H2(g‬‬ ‫‪O‬‬

‫ما مقدار الحرارة الالزمة لتفاعل ‪ 27‬جم من بخار الماء ؟‬

‫الحل ‪:‬‬

‫كتلة مول واحد من بخار الماء = ( ‪ 18 = 16 + ) 1 x 2‬جم ‪ /‬مول ‪.‬‬ ‫عدد موالت الماء = كتلة المول الواحد = ‪1.5 = 27‬جم ‪ /‬مول‬ ‫‪18‬‬ ‫من المعادلة نالحظ �أن ‪:‬‬ ‫‪ 131.4‬كيلو جول‬ ‫‪ 1‬مول من الماء يلزمه للتفاعل‬ ‫�س كيلو جول‬ ‫‪ 1.5‬مول من الماء يلزمه للتفاعل‬ ‫كمية الطاقة الحرارية = ‪197.1 = 131.4 × 1.5‬كيلو جول‬ ‫‪1‬‬

‫تقوم ال�ش���جرة الخ�ض���راء بتحويل ‪ 65‬جراماً يوميا من ثاني �أك�س���يد الكربون �إلى �س���كر جلوكوز‬ ‫خالل عملية البناء ال�ضوئي ح�سب المعادلة ‪:‬‬

‫‪+ 6H O + 2880 KJ‬‬

‫‪+‬‬

‫‪C6H12O6 6O2‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪84‬‬

‫‪6CO2‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫اح�سب مقدار الطاقة التي ت�ستهلكها ال�شجرة يوميا للقيام بعملية البناء ال�ضوئي ‪.‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫يمثل المحتوى الحراري ( ‪ )Enthalpy‬للمادة مقدار ًا من الطاقة الحرارية المختزنة في مول واحد من‬ ‫هذه المادة وبما �أن جزيئات المواد المختلفة تختلف في نوع الذرات وعددها ونوع الرابطة لذلك نجد �أن لكل‬ ‫م ��ادة محتوى حراري يميزها عن غيرها وبرمز له بالرم ��ز ( ‪ ) H‬وال يمكن عملي ًا قيا�س المحتوى الحراري‬ ‫لم ��ادة معينة ولكن يمكن قيا�س حرارة التفاعل ( التغير في المحتوى الحراري ) �أثناء التغيرات التي تحدث‬ ‫للمادة وتعرف حرارة التفاعل ب�أنها كمية التغير في الطاقة الحرارية الم�صاحبة للتفاعل ( �أي كمية الحرارة‬ ‫الممت�ص ��ة �أو المنبعثة �أثناء التفاع ��ل الكيميائي ) ويرمز لها بالرمز ‪ . ∆H‬وتمثل حرارة التفاعل الفرق بين‬ ‫المحتوى الحراري للمواد الناتجة من التفاعل والمحتوى الحراري للمواد المتفاعلة ‪.‬‬ ‫�أي �أن ‪:‬‬ ‫حرارة التفاعل = المحتوى الحراري للنواتج – المحتوى الحراري للمتفاعالت‬

‫�أو يمكن تمثيله بال�صورة الآتية ‪:‬‬

‫حرارة التفاعل ‪= ∆H‬‬

‫‪ ( H‬للنواتج ) – ‪ ( H‬للمتفاعالت )‬

‫قيم ��ة ‪ ∆H‬يمكن �أن تكون موجبة �أو �سالبة وهذا يعتمد على العملية نف�سها فمث ًال في التفاعالت الما�صة‬ ‫للح ��رارة يك ��ون المجموع الجبري للمحتوى الحراري للنواتج �أكبر م ��ن المتفاعالت وتكون قيمة ‪ ∆H‬موجبة‬ ‫( �أكب ��ر من ال�صفر ) ‪ ،‬بينما ف ��ي التفاعالت الطاردة للحرارة فيكون المجم ��وع الجبري للمحتوى الحراري‬ ‫للمتفاعالت �أكبر من النواتج وتكون قيمة ‪� ∆H‬سالبة ( �أقل من ال�صفر ) ‪.‬‬

‫‪85‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫المحتوى الحراري ( ‪ ) H‬و حرارة التفاعل )‪( ∆H‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫والآن هل يمكنك التعرف على التفاعالت الما�صة والطاردة للحرارة من خالل الر�سم ؟‬

‫�ضع عنواناً يتنا�سب مع كل منحنى ‪.‬‬ ‫متفاعالت‬

‫الف�صل الثالث‬

‫نواتج‬

‫متفاعالت‬

‫المحتوى‬ ‫الحراري‬

‫نواتج‬

‫�سيرالتفاعل‬

‫المحتوى‬ ‫الحراري‬

‫�سيرالتفاعل‬ ‫‪......................................‬‬

‫‪......................................‬‬

‫بعد �أن تعرفنا على التفاعالت الما�صة والطاردة لنا �أن نت�ساءل ‪:‬‬ ‫من �أين ت�أتي الحرارة الناتجة و�إلى �أين تذهب الحرارة الم�ستهلكة ؟‬ ‫�إن قانون حفظ الطاقة ي�ؤكد �أن الطاقة ( كالحرارة ) تتحول من �شكل لآخر فالحرارة التي تنطلق من تفاعل‬ ‫م ��ا يج ��ب �أن تكون مخزونة ب�شكل ما في الم ��واد المتفاعلة والحرارة التي تمت�صها الم ��واد المتفاعلة لتعطي‬ ‫نواتج ت�صبح طاقة مخزونة في المواد الناتجة ‪.‬‬ ‫�إن تطبي ��ق قانون حف ��ظ الطاقة على المعادالت الكيميائية يعني �أن الطاق ��ة ( �سواء كانت طاقة مخزونة في‬ ‫المواد �أو داخل ًة في التفاعل ) في الطرف الأي�سر من المعادلة ت�ساوي الطاقة في الطرف الأيمن من المعادلة‪.‬‬ ‫وب�شكل عام يمكن تمثيل ذلك كالتالي ‪- :‬‬ ‫في التفاعل الما�ص للحرارة ‪ :‬طاقة المواد المتفاعلة ‪ +‬طاقة ت�ضاف �إلى التفاعل = طاقة المواد الناتجة ‪.‬‬

‫في التفاعل الطارد للحرارة ‪ :‬طاقة المواد المتفاعلة = طاقة المواد الناتجة –طاقة ناتجة من التفاعل ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪86‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫المعادلة الحرارية‬ ‫ال �ش ��ك �أن ��ك الحظت �أنن ��ا ا�ستخدمنا المعادلة الكيميائي ��ة كي نربط بين كمية الم ��ادة المتفاعلة وكمية‬ ‫الطاقة الحرارية الناتجة �أو الممت�صة �أثناء التفاعل ‪ ،‬وهي ما ت�سمى بالمعادلة الحرارية ‪ ،‬فما الذي تو�ضحه‬ ‫لنا المعادلة الحرارية ؟‬ ‫‪ -1‬تكتب الحالة الفيزيائية للمواد الموجودة في التفاعل وذلك بو�ضع الحروف )‪(aq) , (g) , (l) , (s‬‬

‫‪ – 2‬تنطل ��ق كمي ��ة م ��ن الح ��رارة ف ��ي حال ��ة التفاعالت الط ��اردة للح ��رارة و�إ�ش ��ارة ‪ ∆H‬تك ��ون �سالبة �أما‬ ‫ف ��ي التفاع�ل�ات الما�ص ��ة للح ��رارة ف�إن التفاعل يمت� ��ص كمية من الحرارة و�إ�ش ��ارة ‪ ∆H‬تكون موجبة ‪.‬‬ ‫‪∆H = - 393.5 KJ‬‬ ‫‪∆H = + 90.8 KJ‬‬

‫)‪CO2(g‬‬

‫)‪Hg(l) + ½O2(g‬‬

‫)‪+ O2(g‬‬

‫)‪C(S‬‬

‫)‪HgO(s‬‬

‫‪ 3‬تعط ��ي قي ��م ‪ ∆H‬التفاعل معين عند ال�شروط القيا�سية �أي (‪25°‬م ) و�ضغط واحد جوي ما لم ين�ص على‬‫خالف ذلك ‪.‬‬ ‫‪ 4‬معام�ل�ات المواد ف ��ي المعادلة الكيميائي ��ة تبين عدد الموالت ل ��كل مادة م�شتركة ف ��ي التفاعل (ويمكن‬‫ا�ستخدام الك�سور) وقيم ‪ ∆H‬تتبع كميات تلك المواد فمث ًال ‪:‬‬ ‫‪∆H = + 285.8 KJ‬‬

‫)‪H2(g) + ½O2(g‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫تعن ��ي �أن ح ��رارة التفاعل هي ‪ 285.8‬كيلو جول لكل م ��ول واحد من ‪ H2O‬وهي ‪ 285.8‬كيلو جول لكل‬ ‫ن�صف مول من ‪ O2‬هي ‪ 285.8‬كيلو جول لكل مول من ‪H2‬‬ ‫‪�– 5‬إذا �ضرب ��ت �أو ق�سم ��ت معام�ل�ات المواد برقم ف� ��إن قيمة (‪ ) ∆H‬يجب �أن ت�ض ��رب �أو تق�سم على نف�س‬ ‫الرقم‪ ,‬مثال‪:‬‬ ‫‪∆H = + 285.8 KJ‬‬

‫)‪H2(g) + ½O2(g‬‬

‫‪87‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫بعد رمز المادة ‪ .‬كما تعلمنا �سابقا‪.‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫عند �ضرب المعادلة في ( ‪ )2‬ف�إن قيمة ‪ ∆H‬ت�ضرب في ( ‪ ) 2‬كما يلي ‪:‬‬ ‫‪∆H = + 572 KJ‬‬

‫)‪2H2(g) + O2(g‬‬

‫)‪2H2O (l‬‬

‫‪ -6‬يج ��ب �أن تتغي ��ر �إ�شارة (‪� )∆H‬إذا عك�س ��ت المعادلة الكيميائية لأن قيم ��ة (‪ )∆H‬لتفاعل معين ت�ساوي‬ ‫(‪ ) ∆H‬لنف�س التفاعل في االتجاه المعاك�س ولكن تختلف في الإ�شارة‬

‫الف�صل الثالث‬

‫‪∆H = + 285.8 KJ‬‬ ‫‪∆H =- 285.8 KJ‬‬

‫)‪H2(g) + ½O2(g‬‬

‫)‪H2O (l‬‬ ‫)‪H2(g)+ ½O2(g‬‬

‫)‪H2O (l‬‬

‫�إذا اذي���ب كمي���ة م���ن كلورات الباريوم �ص���يغتها ‪ Ba ( ClO3)2‬في مقدار م���ن الماء عند ‪°25‬م‬ ‫ف�إن درجة حرارة المحلول ت�صبح �أقل من ‪°25‬م ‪.‬‬ ‫ فهل عملية الذوبان ما�صة �أم طاردة للحرارة ؟‬‫‪..................................................................................................‬‬ ‫ اكتب المعادلة الحرارية للتفاعل ‪.‬‬‫‪..................................................................................................‬‬ ‫ ما �إ�شارة ‪ ∆H‬؟‬‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬تفاعل تكوين الن�شادر يمثل بالمعادلة الحرارية الآتية‪:‬‬

‫‪= - 92.2‬‬

‫‪∆H‬‬

‫)‪2NH3(g‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪N2(g) 3H2(g‬‬

‫ اكتب المعادلة الكيميائية الحرارية لتكوين ‪ 4‬مول من الن�شادر‬‫‪..................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪88‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫ ماذا حدث لقيمة ‪ ∆H‬؟‬‫‪..................................................................................................‬‬

‫تلقائية التفاعالت وعالقتها بحرارة التفاعل‬ ‫• تنتقل الحرارة من ج�سم حار �إلى ج�سم بارد ولكن عك�س ذلك ال يمكن �أن يحدث تلقائيا ‪.‬‬ ‫• تتدح ��رج الأج�س ��ام من المواق ��ع المرتفعة �إلى المنخف�ضة ولكنها ال يمك ��ن �أن ت�صعد �إلى المواقع‬ ‫المرتفعة تلقائي ًا‪.‬‬ ‫• تتفاع ��ل قطعة ال�صودي ��وم ب�شدة مع الماء والأك�سجين ويتكون هيدروك�سيد ال�صوديوم وهيدروجين‬ ‫ولكن الهيدروجين ال يتفاعل مع هيدروك�سيد ال�صوديوم ليكون الماء وال�صوديوم ‪.‬‬ ‫• ي�ص ��د�أ الحدي ��د تلقائي� � ًا عندما يتعر� ��ض للماء والأك�سجين ولكن �صد�أ الحدي ��د ال يمكن �أن يتحول‬ ‫تلقائي ًا �إلى حديد ‪.‬‬ ‫�إن ه ��ذه الأمثل ��ة و�أمثلة كثيرة غيرها تحدث تلقائي ًا وفي اتجاه واحد ولكنها ال يمكن �أن تحدث تلقائيا في‬ ‫االتج ��اه المعاك� ��س ‪ .‬وهذه المالحظة تقودنا �إلى �س�ؤال مهم جد ًا وهو ‪ :‬ما ال�سبب الذي يجعل بع�ض العمليات‬ ‫�أو هذه التفاعالت تحدث تلقائي ًا ؟‬ ‫هن ��اك عوامل كثيرة ت�ؤثر ف ��ي عملية �إتمام التفاعالت التلقائية ‪ ،‬ومن �أه ��م هذه العوامل في التفاعالت‬ ‫الحراري ��ة �أن التفاع ��ل ي�سير في اتج ��اه تقليل المحتوى الح ��راري للنظام ‪� ،‬أي في اتج ��اه تكوين المواد ذات‬ ‫المحتوى الحراري الأقل حيث يكون التفاعل طارد ًا للحرارة وبمعنى �آخر ‪:‬‬ ‫‪�-1‬إذا كانت قيمة حرارة التفاعل ( التغير في المحتوى الحراري ‪ )∆H‬للتفاعل ب�إ�شارة �سالبة ف�إن التفاعل‬ ‫يتم تلقائي ًا (طارد للحرارة) ‪.‬‬ ‫‪�-2‬إذا كانت قيمة حرارة التفاعل ( التغير في المحتوى ‪ )∆H‬للتفاعل ب�إ�شارة موجبة ف�إن التفاعل ال يتم‬ ‫تلقائي ًا ( ما�ص للحرارة ) ‪.‬‬

‫‪89‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫ت�أمل الأمثلة التالية ‪:‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫ح�ساب حرارة التفاعل الكيميائي‬

‫الف�صل الثالث‬

‫تعتمد قيمة حرارة التفاعل ‪ ∆H‬على ظروف درجة الحرارة وال�ضغط والحالة الفيزيائية للمواد (غازية‪،‬‬ ‫�سائل ��ة ‪� ،‬صلبة ‪ ،‬بلورية ) لذل ��ك عند مقارنة تغيرات حرارة التفاعل للتفاع�ل�ات الكيميائية المختلفة ب�شكل‬ ‫عمل ��ي ‪ ،‬ف�إنه من المهم تثبيت الظروف الت ��ي يحدث فيها التفاعل ويجب الت�أكد من �أن هذه الظروف واحدة‬ ‫قبل وبعد التفاعل ‪ ،‬ولقد اتفق على �أن الظروف القيا�سية هي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬درجة الحرارة ‪°25 :‬م ( وبالكالفن ‪ 298 = 273 + 25‬كالفن )‬ ‫‪ -2‬ال�ضغط ‪ :‬ي�ساوي ‪�1‬ضغط جوي ‪.‬‬ ‫‪ -3‬الحالة القيا�س���ية للمواد هي الحالة الفيزيائية التي توجد عندها المادة ب�شكل تكون فيه �أكثر ا�ستقرارا‬ ‫عند (‪°25‬م و‪� 1‬ضغط جوي ) فمثال عند هذه الظروف نجد �أن الأك�سجين والنيتروجين عبارة عن غازات‬ ‫فيم ��ا البوتا�سي ��وم والر�صا� ��ص مواد �صلبة والزئب ��ق �سائل وبالن�سب ��ة للمركبات فالم ��اء �سائل وكربونات‬ ‫ال�صودي ��وم م ��ادة �صلبة وثاني �أك�سيد الكربون مادة غازية ‪� ،‬أما العنا�ص ��ر التي يمكن �أن تكون لها �أ�شكال‬ ‫بلورية مختلفة مثل الكربون له �صورة مبتكرة ( �ألما�س ‪ ،‬جرافيت ) ف�إنه يجب اختيار ال�صورة الأكثر ثبات ًا‬ ‫في الظروف القيا�سية وهي الجرافيت ‪.‬‬ ‫وحرارة التفاعل المقا�سة تحت هذه الظروف ت�سمى حرارة التفاعل القيا�سية ويرمز لها بالرمز ‪ ∆H‬ولقد‬ ‫تم االتفاق دولي ًا على التعبير عن وحدات حرارة التفاعل بالجول �أو الكيلو جول بدال من ال�سعر �أو الكيلو �سعر‬ ‫ويمكننا ب�سهولة التحويل بين وحدات الجول و ال�سعر ب�سرعة وبدون م�شقة حيث �أن ‪:‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪� 1‬سعر = ‪ 4.184‬جول‬ ‫ومن الممكن ح�ساب حرارة التفاعل القيا�سية ‪ ∆H‬للعديد من التفاعالت الكيميائية من خالل ‪:‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪ -1‬معرفة حرارة التكوين القيا�سية للمواد المتفاعلة والناتجة ‪.‬‬ ‫‪ -2‬تطبيق قانون ه�س لعدد من التفاعالت الكيميائية‬ ‫‪ -3‬معرفة طاقات الروابط للمواد المتفاعلة والناتجة ‪.‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪90‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫كل تغي���ر كيميائ���ي يعب���ر عن���ه بمعادلة ‪ ،‬يكون له حرارة تفاعل ‪ ،‬وت�ص���نف ح���رارة التفاعل‬ ‫ح�سب نوع التغير الكيميائي الذي يحدث في الأ�شكال الآتية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬حرارة التكوين كما في التفاعل الآتي ‪:‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫‪∆H = -571.6 KJ‬‬

‫)‪2H2O(l‬‬

‫)‪2H2(g) + O2(g‬‬

‫‪ -2‬حرارة االحتراق كما في التفاعل الآتي ‪:‬‬ ‫‪∆H = -3339.6 KJ‬‬

‫)‪2Al2O3(s‬‬

‫)‪4Al(s) + 3O2(g‬‬

‫‪ -3‬حرارة التعادل كما في التفاعل الآتي ‪:‬‬ ‫)‪2NaCl(aq) + H2O(l‬‬

‫)‪HCl(aq) + NaOH(aq‬‬

‫‪∆H = -177.7kJ‬‬

‫‪ -4‬حرارة التر�سيب كما في التفاعل الآتي ‪:‬‬ ‫)‪NaNO3(aq) + AgCl(s‬‬

‫)‪AgNO3(aq) + NaCl(aq‬‬

‫‪∆H = -148.5kJ‬‬

‫وغير ذلك من الأ�شكال ‪ ،‬ولكننا في هذا الف�صل �سوف ندر�س حرارة التكوين فقط كمثال لتو�ضيح‬ ‫كيفية ح�ساب حرارة التفاعل بمعلومية حرارة التكوين القيا�سية للمواد المتفاعلة والناتجة‬

‫‪91‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫الف�صل الثالث‬

‫�شكل ( ‪� ) 8- 3‬أ‬ ‫حرارة احتراق‬

‫�شكل ( ‪ ) 8- 3‬ب‬ ‫حرارة تعادل‬

‫�أوال ‪ :‬حرارة التكوين القيا�سية‬ ‫تعرف حرارة التكوين القيا�سية للمادة ‪ :‬ب�أنها كمية الحرارة المنطلقة �أوالممت�صة عند تكوين مول واحد‬ ‫م ��ن المادة من عنا�صره ��ا الأولية ( والأ�سا�سية ) في حاالتها القيا�سي ��ة ‪ ،‬وبرمز لها بالرمز ‪ º∆Hf‬فمثال‬ ‫في التفاعل التالي ‪:‬‬ ‫‪∆H= -393.5 KJ‬‬

‫‪CO2‬‬

‫‪º C + 2O‬‬ ‫‪2‬‬

‫م ��ن المعادل ��ة يت�ضح �أن تكون مول واحد من غاز ‪ CO2‬من عنا�ص ��ره الأولية في الظروف القيا�سية ينتج‬ ‫عن ��ه كمي ��ة من الطاقة قدرها ‪ 393.5‬كيلو جول ‪� .‬أي �أن حرارة التكوي ��ن القيا�سية = ‪ 393.5 -‬ولقد اتفق‬ ‫العلم ��اء عل ��ى �أن ح ��رارة التكوين القيا�سي ��ة ‪ º∆Hf‬لجميع العنا�صر ف ��ي حالتها الفيزيائي ��ة الثابتة الأكثر‬ ‫ا�ستقرارا تحت الظروف القيا�سية ت�ساوي �صفر ًا ‪.‬‬ ‫ون�ستطيع ح�ساب حرارة التفاعل من حرارة التكوين القيا�سية للمواد المتفاعلة والناتجة كما يلي ‪:‬‬ ‫حرارة التفاعل ( حرارة التكوين ) =مجموع حرارة تكوين للنواتج – مجموع حرارة التكوين للمتفاعالت‬ ‫∆‪ = ºH‬مجموع ‪ ( ºHf‬للنواتج ) – مجموع ‪ ( ºHf‬للمتفاعالت )‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪92‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫وفيما يلي جدول يب ِّين حرارة التكوين لبع�ض المركبات‬

‫‪CaCO3‬‬

‫‪-1207‬‬

‫‪O2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪CaO‬‬

‫‪-635.5‬‬

‫‪H2O2‬‬

‫‪-187.6‬‬

‫‪Ca(OH)2‬‬

‫‪-986.6‬‬

‫‪HBr‬‬

‫‪-36.2‬‬

‫‪CO2‬‬

‫‪-393.5‬‬

‫‪HF‬‬

‫‪-268.8‬‬

‫‪CH4‬‬

‫‪74.8 -‬‬

‫‪HI‬‬

‫‪+25.9‬‬

‫‪C2H2‬‬

‫‪+226.7‬‬

‫‪C‬‬

‫‪0‬‬

‫‪C2H4‬‬

‫‪+52.7‬‬

‫‪C3H8‬‬

‫‪103.8‬‬

‫‪C2H6‬‬

‫‪-84.7‬‬

‫‪C2H5OH‬‬

‫‪-277.6‬‬

‫‪NH3‬‬

‫‪-46.1‬‬

‫‪Fe2O3‬‬

‫‪-822.2‬‬

‫‪N2H4‬‬

‫‪+50.6‬‬

‫‪CuSO4‬‬

‫‪769.9 -‬‬

‫‪NO‬‬

‫‪+90.4‬‬

‫‪SO2‬‬

‫‪-296.1‬‬

‫‪NO2‬‬

‫‪+33.9‬‬

‫‪SO3‬‬

‫‪-395.2‬‬

‫)‪H2O (g‬‬

‫‪-241.8‬‬

‫‪H2SO4‬‬

‫‪-811.3‬‬

‫)‪H2O (l‬‬

‫‪-285.8‬‬

‫‪HNO3‬‬

‫‪-173.2‬‬

‫‪HCl‬‬

‫‪-92.3‬‬

‫‪Al2O3‬‬

‫‪-1669.8‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫المواد‬

‫حرارة التكوين‬

‫المواد‬

‫حرارة التكوين‬

‫جدول ( ‪ ) 1-3‬حرارة التكوين لبع�ض المركبات‬

‫‪93‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫اح�سب حرارة التفاعل ( التكوين ) القيا�سية للتفاعل التالي ‪:‬‬ ‫)‪CH4(g) + 2O2(g‬‬

‫)‪CO2(g) + 2H2O(g‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫حرارة التفاعل (التكوين) = مجموع حرارة التكوين للنواتج –مجموع حرارة التكوين للمتفاعالت‬ ‫من خالل النظر في الجدول نجد �أن ‪:‬‬ ‫حرارة تكوين بخار الماء = ( ‪ 483.6 - = ) 2 × 241.8 -‬كيلو جول‬ ‫حرارة تكوين ثاني �أك�سيد الكربون = ‪ 393.5- = 1 × 393.5 -‬كيلوجول‬ ‫حرارة تكوين الأك�سجين = �صفر ‪.‬‬ ‫حرارة تكوين الميثان = ‪ 74.8 -= 1 × 74.8 -‬كيلو جول‬ ‫�إذن حرارة التفاعل ( التكوين ) = [ ‪) 74.8 - ( + ) 0 ( [ - ) 393.5 - ( + 483.6 -‬‬ ‫= [(‪ 802.3 - = ) 74.8 - ( – ) 877.1 -‬كيلوجول‬ ‫هذا التفاعل طارد للحرارة لأن �إ�شارة ‪� ∆H‬سالبة‬

‫العالقة بين حرارة التكوين والثبات الحراري للمركبات‬ ‫• هل لحرارة التكوين عالقة بالثبات الحراري للمركبات ؟‬

‫عند احتراق ‪ 5.2‬جم �إيثيلين في كمية من الأك�سجين عند درجة حرارة ‪°25‬م و�ضغط جوي‬ ‫واحد ينتج ‪ 242‬كيلو جول ‪ ،‬اح�سب حرارة التفاعل لمول واحد من الإيثيلين ح�سب المعادلة ‪:‬‬ ‫‪2CO2 + 2H2O‬‬ ‫)‪(g‬‬

‫)‪(g‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪C2H4 + 3O2‬‬ ‫)‪(g‬‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪94‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫وكلما زادت الطاقة الحرارية الممت�صة الم�صاحبة لتكوين المركب كلما ق ّل ثبات المركب ‪� .‬أي �أن المركبات‬ ‫المتكون ��ة بوا�سطة تفاعالت طاردة للحرارة تكون �أكثر ثباتا من تلك المتكونة من تفاعالت ما�صة للحرارة ‪.‬‬ ‫فحين النظر �إلى المعادلة الآتية نجد �أن ‪:‬‬ ‫‪∆H = - 92.3 KJ‬‬

‫)‪2HCl (g‬‬

‫)‪Cl2(g‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪H2(g‬‬

‫تك ��ون ح ��رارة تكوين ‪ HCl‬القيا�سية = ‪ 92.3 -‬كيلو جول ‪ /‬مول وهي حرارة منطلقة ويمكن كتابة‬ ‫هذا التفاعل معكو�س ًا ‪.‬‬ ‫‪∆H = + 92.3 KJ‬‬

‫)‪½H2(g) + ½ Cl2(g‬‬

‫)‪HCl(g‬‬

‫ومن ذلك يت�ضح �أنه لتفكيك مول واحد من غاز ‪� HCl‬إلى عنا�صره الأولية ف�إنه يلزم ( تمت�ص ) طاقة قدرها‬ ‫‪ 92.3‬كيلو جول �أي �أن غاز ‪ HCl‬ثابت حراري ًا عند درجة حرارة الغرفة ( م�ستقر ) وال ينحل �إلى عنا�صره‬ ‫عن ��د درج ��ة حرارة الغرفة‪ ,‬ويزداد المركب ثبات ًا تجاه التحلل الحراري كلما زادت قيمة الحرارة المنطلقة ‪.‬‬ ‫‪� 1‬إذا كان���ت ح���رارة التكوي���ن القيا�س���ية ‪ ∆ Hºf‬لتفاع���ل تكوي���ن ًٍّ‬‫كل م���ن‬ ‫‪ N2O4 , NO2 , NO , Na2O‬م���ن عنا�ص���رها الأ�سا�س���ية ت�س���اوي(‪, )9.2‬‬ ‫(‪ )81.5( ،)33.9( ،)90.4‬كيلوجول ‪ /‬مول على الترتيب ‪.‬‬ ‫رتّب هذه الأكا�سيد ت�صاعدياً ح�سب ثباتها الحراري ‪.‬‬

‫‪95‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫يتبي ��ن لن ��ا �أن حرارة التكوين القيا�سية للمركبات من �أهم العوامل الت ��ي تحدد مدى ثباتها تجاه التحلل‬ ‫الح ��راري �إلى عنا�صرها الأولية عند درجة حرارة الغرفة ‪ .‬وب�صفة عامة �إذا كانت حرارة التكوين القيا�سية‬ ‫لمرك ��ب م ��ا قيمة �سالبة كبي ��رة ( حرارة تكوين قيا�سية منطلق ��ة كبيرة ) ف�إن المركب يك ��ون �أكثر ثبات ًا لأنه‬ ‫كلم ��ا زادت قيمة الطاق ��ة المنطلقة كلما دل ذلك على قوى الروابط الكيميائية ف ��ي المواد الناتجة ‪� .‬أما �إذا‬ ‫كانت حرارة التكوين القيا�سية لمركب ما قيمة موجبة كبيرة ( حرارة تكوين قيا�سية ممت�صة ) ف�إن المركب‬ ‫يك ��ون �أقل ثبات ًا تج ��اه التحلل الحراري ‪ ،‬وذلك ب�سبب �ضعف الروابط الكيميائي ��ة بين الذرات في الجزيء ‪.‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫الحل ‪:‬‬

‫بما �أن ثبات المركبات حراري ًا يقل كلما زادت الطاقة الحرارية الممت�صة �أثناء تكوينها‬ ‫لذلك ف�إن �أكثر هذه الأكا�سيد انحال ًال عند درجة حرارة الغرفة هو ‪ NO‬و�أقلها انحال ًال �أو‬ ‫�أكثرها ثبات ًا هو ‪ N2O4‬ويكون على الترتيب ت�صاعدي ًا ح�سب الثبات الحراري كما يلي ‪:‬‬ ‫‪N2O4 – NO2 – Na2O - NO‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫‪� -2‬إذا كان���ت ح���رارة التكوي���ن القيا�س���ية لتفاع���ل تكوي���ن الأحما����ض الآتي���ة ‪ :‬الفورمي���ك‬ ‫والكبريتيك والهيدروكلوريك والخليك من عنا�ص���رها الأ�سا�س���ية ت�س���اوي ‪, )487 -(,‬‬ ‫(‪ )410 -(, )907.5 -(, )168 -‬كيلوجول ‪ /‬مول على الترتيب ‪.‬‬ ‫رتب هذه الأحما�ض ت�صاعدياً ح�سب ثباتها الحراري‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫نالحظ �أن قيمة ‪� ∆Hºf‬سالبة ‪� ،‬إذن الحرارة تنطلق �أثناء التفاعل ‪.‬‬ ‫بم���ا �أن ثب���ات المركب تج���اه التحلل الحراري يزداد بزي���ادة الحرارة المنطلقة �أثن���اء تكوينه ف�إن‬ ‫حم����ض الكبريتي���ك يك���ون �أكثره���ا ثبات���اً حرارياً وحم����ض الهيدروكلوري���ك �أقلها ثبات���اً حرارياً ‪.‬‬ ‫ويكون الترتيب الت�صاعدي ح�سب الثبات الحراري كما يلي ‪:‬‬ ‫حم����ض الهيدركلوري���ك ث���م حم����ض الفورمي���ك ث���م حم����ض الخلي���ك ث���م حم����ض الكبريتي���ك ‪.‬‬

‫�إذا كان���ت ح���رارة التكوي���ن القيا�س���ية لتفاعل تكوين المركبات التالي���ة ‪HF - HBr - HCl - HI :‬‬

‫من عنا�صرها الأولية هي ‪ 268.2- , 36.2- , 92.3- , 25.9+ :‬على التوالي رتب هذه المركبات‬ ‫تنازلياً ح�سب ثباتها الحراري‪.‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪96‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫ثانيا‪ :‬قانون ه�س (‪) Hess,s Law‬‬

‫الطريق ‪1‬‬

‫‪∆H3‬‬

‫‪A + B‬‬ ‫الطريق ‪2‬‬ ‫‪E + F = ∆H1‬‬

‫‪C+ D‬‬ ‫‪E + F‬‬

‫مركب و�سيط‬

‫‪∆H1‬‬

‫‪A +B‬‬

‫مركب و�سيط متفاعالت‬

‫‪C + D = ∆H2‬‬

‫نواتج‬

‫‪∆H2‬‬ ‫‪E +F‬‬

‫مركب و�سيط‬

‫‪C + D = ∆H3‬‬

‫نواتج‬

‫‪A +B‬‬

‫متفاعالت‬

‫وتت�ض ��ح �أهمية هذا القانون في ح�ساب حرارة التفاعل للتفاع�ل�ات التي ال يمكن قيا�سها بطرق تجريبية‬ ‫مخبري ��ة ب�سب ��ب حدوثها ببطء �شدي ��د بحيث تتعذر درا�سته ��ا �أو �أن تحدث تفاعالت جانبي ��ة تنتج مواد غير‬ ‫مرغوب فيها بجانب المواد المطلوبة ‪ ،‬ولكي نطبق قانون ه�س على التفاعالت الكيميائية الحرارية علينا �أن‬ ‫ن�ستخدم القواعد التي تعرفنا عليها �أثناء درا�سة المعادلة الكيميائية الحرارية والمثال الآتي يو�ضح ذلك ‪:‬‬ ‫�إذا علمت حرارة التفاعل للتفاعالت التالية ‪:‬‬

‫=‬ ‫‪∆H = -3123 KJ‬‬

‫‪4 CO2(g) + 2H2O(l) ∆H1 -2602 KJ‬‬

‫)‪1) 2C2H2(g) + 5O2(g‬‬

‫)‪4CO2(g) + 6H2O(l‬‬

‫)‪2) 2C2H6(g) + 7O2(g‬‬

‫‪2‬‬

‫‪97‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫تعتم ��د العدي ��د من ح�سابات الكيمياء على قانون و�ضعه العالم الرو�سي ه�س و ين�ص هذا القانون على �أن‬ ‫قيمة حرارة التفاعل (التغير في المحتوى الحراري ‪ )∆H‬لأي تفاعل كيميائي تحت �ضغط ثابت ي�ساوي كمية‬ ‫ثابت ��ة �سواء تم التفاع ��ل في خطوة واحدة �أو عدة خطوات ‪ ،‬وهذا يعني �أن حرارة التفاعل تعتمد على خوا�ص‬ ‫المواد المتفاعلة والمواد الناتجة من التفاعل �أي على الحالتين االبتدائية والنهائية وال تت�أثر بالطريق الذي‬ ‫ي�سلكه التفاعل ‪.‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫=‬

‫)‪3) H2(g) + ½ O2(g‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫‪∆H3 -286 KJ‬‬

‫فاح�سب حرارة التفاعل للمعادلة الآتية ‪:‬‬ ‫? =‪∆H4‬‬

‫)‪4) C2H2(g) + 2H2(g‬‬

‫)‪C2H6(g‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫نالحظ �أنه يمكن الح�صول على المعادلة (‪ )4‬عند جمع المعادالت ( ‪1‬و‪ 2‬و ‪ ) 3‬ولكن بعد‬ ‫�أن نقوم بالعمليات التالية ‪:‬‬ ‫نق�س ��م المعادلة الأولى على ‪ 2‬ونعك�س المعادلة الثانية ثم نق�سمها على ‪ 2‬ون�ضرب المعادلة‬ ‫الثالثة في ‪ 2‬لت�صبح المعادالت كما يلي ‪:‬‬ ‫)‪2CO2 (g) + H2O(l‬‬

‫‪= -1301 KJ‬‬

‫)‪C2H2 (g)+ 5/ 2 O2 (g‬‬

‫‪∆ H1‬‬ ‫)‪H2O (l‬‬

‫‪= -572 KJ‬‬

‫)‪2H2 (g) + O2(g‬‬

‫‪∆ H2‬‬

‫‪= +1561.5 KJ‬‬

‫)‪2CO2(g) + 3H2O(l‬‬

‫)‪C2H6 (g) + 7 /2 O2 (g‬‬

‫‪∆H3‬‬

‫عند جمع المعادالت الثالثة ال�سابقة نح�صل على التفاعل ‪:‬‬ ‫)‪C2H6(g‬‬

‫)‪C2H2(g) + 2H2(g‬‬

‫‪∆H4= ∆H1 + ∆H2 + ∆H3‬‬

‫‪∆H4= -1301 KJ + (-572 KJ) + (1561KJ) = -312 KJ‬‬

‫�أي �أن التفاعل طارد للحرارة لأن �إ�شارة ‪� ∆H4‬سالبة‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪98‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫ثالثا ‪ :‬طاقة الرابطة الكيميائية‬

‫الآن لن���ا �أن نت�س���اءل ‪ :‬م���ا لذي ن�س���تفيده من معرفتنا لطاقة الروابط ؟ �إنه ��ا تفيدنا في معرفة متى يكون‬ ‫التفاع ��ل الكيميائ ��ي ط ��ارد ًا للحرارة ومتى يكون ما�ص ًا له ��ا ‪ ،‬ف�إذا تتبعنا تفاع ��ل الهيدروجين مع الأك�سجين‬ ‫لإنت ��اج الم ��اء ‪ ،‬نجد �أن في جزيء الهيدروجين رابطة بين ذرتيه و يقت ��رن بهذه الرابطة مقدار من الطاقة‬ ‫ولك�سره ��ا نحت ��اج �إلى �إمداد الجزيء بمقدار من الطاقة ‪ ،‬وكذلك الأم ��ر بالن�سبة لجزيئات الأك�سجين ف�إننا‬ ‫نحت ��اج �إل ��ى طاقة لك�سر الرابط ��ة بين ذرتي الأك�سجين في ج ��زيء الأك�سجين ‪ ،‬وعندم ��ا يحدث تفاعل بين‬ ‫الأك�سجين والهيدروجين ف�إن ذرات الأك�سجين ت�صبح مرتبطة بذرات الهيدروجين وتكوين مثل هذه الروابط‬ ‫ينت ��ج طاق ��ة والفرق بي ��ن ما يلزم من طاق ��ة لك�سر الروابط وما ينت ��ج من طاقة عند تكوي ��ن الروابط هو ما‬ ‫نالحظ ��ه م ��ن حرارة ناتجة �أو م�ستهلكة وهو ما ي�سمى بحرارة التفاع ��ل الكيميائي(‪ )∆H‬وبناء عليه يمكننا‬ ‫ح�ساب حرارة التفاعل باالعتماد على طاقة الروابط كما يلي ‪:‬‬ ‫حرارة التفاعل (‪ = )∆H‬الطاقة الناتجة عند تكوين الروابط للنواتج –الطاقة الالزمة لك�سر الروابط المتفاعالت‬

‫ف�إذا كان مجموع الطاقة الالزمة لك�سر الروابط �أكبر من مجموع الطاقة الناتجة عند تكوين الروابط فالتفاعل‬ ‫يكون ما�ص ًا للحرارة ‪� ،‬أما �إذا كان مجموع الطاقة الالزمة لك�سر الروابط �أقل من مجموع الطاقة الناتجة عن‬ ‫تكوين الروابط لتفاعل يكون طارد ًا للحرارة ‪.‬‬ ‫والجدول التالي يو�ضح قيم طاقات الروابط لبع�ض المواد ‪:‬‬

‫‪99‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫عرفن ��ا �سابق� � ًا �أن المواد مكونة م ��ن جزيئات و�أن الذرات ف ��ي الجزيء مرتبطة مع بع� ��ض بروابط قوية‬ ‫ل ��ذا ف�إن ف�ص ��ل ذرتين مرتبطتين ع ��ن بع�ضهما البع�ض يحتاج �إل ��ى كمية من الطاقة ت�سم ��ى طاقة الرابطة‬ ‫‪ Bond Energy‬كما �أن تكون رابطة بين ذرتين يطلق كمية من الطاقة ‪ ،‬ويمكن تعريف طاقة الرابطة على‬ ‫�أنه ��ا الطاقة الالزمة لك�سر م ��ول من الروابط بين ذرتين وهي الطاقة نف�سه ��ا التي تنتج عن تكوين مول من‬ ‫الروابط بين ذرتين ‪.‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫الف�صل الثالث‬

‫نوع الرابطة‬

‫طاقة الرابطة‬ ‫( كيلوجول ‪ /‬مول )‬

‫نوع الرابطة‬

‫طاقة الرابطة‬ ‫( كيلوجول ‪ /‬مول )‬

‫‪H—H‬‬

‫‪436‬‬

‫‪C –O‬‬

‫‪347‬‬

‫‪H—C‬‬

‫‪413‬‬

‫‪C =O‬‬

‫‪799‬‬

‫‪H—N‬‬

‫‪389‬‬

‫‪C–N‬‬

‫‪268‬‬

‫‪H—O‬‬

‫‪464‬‬

‫‪O =O‬‬

‫‪498‬‬

‫‪H—F‬‬

‫‪565‬‬

‫‪C –F‬‬

‫‪427‬‬

‫‪H—Cl‬‬

‫‪432‬‬

‫‪C – Cl‬‬

‫‪330‬‬

‫‪H—Br‬‬

‫‪368‬‬

‫‪C – Br‬‬

‫‪276‬‬

‫‪H—I‬‬

‫‪297‬‬

‫‪C –I‬‬

‫‪218‬‬

‫‪C-C‬‬

‫‪347‬‬

‫‪F –F‬‬

‫‪158‬‬

‫‪C=C‬‬

‫‪611‬‬

‫‪Cl – Cl‬‬

‫‪243‬‬

‫‪C=C‬‬

‫‪837‬‬

‫‪Br–Br‬‬

‫‪192‬‬

‫جدول ( ‪ ) 2-3‬طاقة الرابطة لبع�ض المواد‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪100‬‬

‫حرارة التفاعل‬ ‫يحت ��رق الميث ��ان في كمي ��ة كافية من غ ��از الأك�سجي ��ن منتج َا غاز ثان ��ي �أك�سيد‬ ‫الكربون وبخار الماء ‪:‬‬

‫)‪+ 2H2O(g‬‬

‫‪+ H2O2(g) + 131.4 KJ‬‬

‫)‪CO2(g‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪CH4‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫اح�سب مقدار التغير في المحتوى الحراري للتفاعل ؟ هل التفاعل ما�ص �أم طارد للطاقة ؟‬ ‫و �أيهما �أكبر طاقة‪ :‬النواتج �أم المتفاعالت؟‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫‪ = ∆H‬طاقة تكوين الروابط في النواتج – طاقة ك�سر الروابط في المتفاعالت‬ ‫طاقة تكوين الروابط =( ‪ 3454= ) 464 × 4 ( + ) 799 × 2‬كيلو جول‬ ‫طاقة ك�سر الروابط = ( ‪ 2648 = ) 413 × 4 ( + ) 498 × 2‬كيلو جول‬ ‫‪ 806 = 2648 - 3454 = ∆H‬كيلو جول ‪.‬‬ ‫تظهر على �شكل طاقة منبعثة يكون التفاعل في هذه الحالة طارد ًا للحرارة ‪.‬‬

‫يتفاعل البروم مع الهيدروجين ليكون بروميد الهيدروجين ح�سب المعادلة ‪:‬‬ ‫‪2HBr‬‬

‫اح�سب حرارة التفاعل ؟ هل التفاعل ما�ص �أم طارد ؟‬

‫‪H2 + Br2‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫‪101‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫حرارة التفاعل‬

‫�إن معظم الطاقة التي ي�ستخدمها الإن�سان ت�أتي من م�صادر غير طبيعية مثل الوقود ( الفحم‬ ‫الحجري ‪ ،‬النفط ) وهناك الدول ال�صناعية الكبرى التي ت�ستخدم الطاقة النووية كم�صدر لتوليد‬ ‫الكهربية التي ت�ستخدمها في �إدارة م�صانعها ‪.‬‬

‫الف�صل الثالث‬

‫وتعتب ��ر م�ص ��ادر الطاقة ال�سابق ��ة الذكر من م�صادر الطاق ��ة غير النظيف ��ة ‪ ،‬والتي ينتج عن‬ ‫ا�ستخدامه ��ا كثي ��ر من المواد ال�ض ��ارة بالبيئة وب�صحة الإن�سان ‪ ،‬لذا فهن ��اك اتجاه عالمي خا�صة‬ ‫ل ��دى الدول ال�صناعية الكبرى نح ��و ا�ستخدام الم�صادر الطبيعية للح�صول على الطاقة والحفاظ‬ ‫على البيئة في نف�س الوقت وعلى �سبيل المثال ا�ستخدام طاقة الرياح في توليد الكهرباء ‪ ،‬وكذلك‬ ‫اال�ستف ��ادة الق�صوى م ��ن الطاقة ال�شم�سية وتحويلها �إلى العديد من �ص ��ور الطاقة الالزمة للحياة‬ ‫العملية لبنى الإن�سان ‪.‬‬ ‫كم ��ا �أن هن ��اك اتجاها �آخر للعمل عل ��ى تر�شيد ا�ستهالك الطاقة في كثي ��ر من مناحي الحياة‬ ‫م ��ع �إعادة توجيه �سل ��وك ونمط الإن�سان في ا�ستخدامه للطاقة المتع ��ددة من ال�سلوكيات التي البد‬ ‫و�أن يتبعه ��ا الإن�س ��ان لكي يحافظ عل ��ى بيئة نظيفة وه ��ي التر�شيد في ا�ستخ ��دام �أجهزة التكييف‬ ‫وع ��دم ا�ستخدام ال�سي ��ارات ال�شخ�صية با�ستمرار كو�سيلة للموا�ص�ل�ات �إذ يمكن ا�ستخدام و�سائل‬ ‫الموا�ص�ل�ات الجماعية والدراج ��ات كو�سيلة للموا�صالت ‪ ،‬من �أجل الحف ��اظ على الطاقة والعمل‬ ‫على وجود بيئة نظيفة خالية من التلوث والأمرا�ض‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪102‬‬

‫�أ�سئلة الف�صل الثالث‬ ‫�س‪� :1‬أي من التفاعالت الآتية منتج للحرارة و�أيها م�ستهلك للحرارة ‪:‬‬ ‫�أ) تحلل كلورات البوتا�سيوم ‪.‬‬ ‫ب) ‪∆H=52,3KJ‬‬

‫)‪(g‬‬

‫)‪ 2C(graphits)+ 2H2 (g‬‬

‫‪C2H4‬‬

‫ج) احتراق مادة بال�ستيكية ‪.‬‬ ‫)‪2HCl(g‬‬

‫د) ‪∆ H= -185KJ‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪ H2 +Cl2‬‬ ‫)‪(g‬‬

‫����س ‪ :2‬تحل���ل الن�ش���ادر �إل���ى هيدروجي���ن ونيتروجين يحت���اج �إلى ‪ 14.5‬كيلو �س���عر لكل‬ ‫مول يتكون من الهيدروجين‪.‬‬ ‫• اكتب معادلة كيميائية حرارية للتفاعل ال�سابق ‪.‬‬ ‫• اكتب معادلة كيميائية حرارية للتفاعل العك�سي ‪.‬‬ ‫• ما مقدار الحرارة الناتجة من تكون ‪ 34‬جرام من الن�شادر ؟‬

‫�س‪ : 3‬اح�سب حرارة التكوين للميثان من التفاعالت الآتية ‪:‬‬ ‫)‪C(s) + O2 (g‬‬

‫(‪CO2(g‬‬ ‫‪H2 + ½O2‬‬

‫)‪(g‬‬

‫)‪(g‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫)‪(g‬‬

‫‪CO2 + 2H2O‬‬

‫‪CH4 + 2O2‬‬ ‫)‪(g‬‬

‫علما ب�أن ‪ ∆H‬للتفاعالت على التوالي هي ‪:‬‬ ‫( ‪ ) 892 + ، 286+ ، 394 -‬كيلوجول لكل مول ‪ .‬‬

‫����س‪ :4‬ا�ش���رح معنى التلقائية وكيف يمكنك تحدي���د تلقائية �أو ال تلقائية التفاعالت ؟‬

‫‪103‬‬

‫�س‪ : 5‬اذكر ن�ص قانون ه�س ثم و�ضح �أهميته في الكيمياء الحرارية مدعماً�إجابتك بمثال ؟‬ ‫�س‪: 6‬ا�ستخدم قيم طاقة الروابط في جدول (‪ ) 2-3‬لح�ساب التغير في حرارة التفاعل‬ ‫(‪ )∆H‬للتفاعل الآتي ‪:‬‬ ‫‪CH4 + Cl2‬‬

‫‪CH3Cl + HCl‬‬

‫�س‪ : 7‬الحظ التفاعل التالي و�أجب عن المطلوب ‪:‬‬ ‫‪4H2O + 2CO2 ∆ Hº= -1453KJ‬‬ ‫ ‬

‫‪2CH3OH + 3O2‬‬

‫ما قيمة ‪� ∆Hº‬إذا ‪:‬‬

‫• �ضربت المعادلة × ‪. 2‬‬ ‫• ُعك�س اتجاه التفاعل بحيث �أ�صبحت المواد الناتجة مواد متفاعلة والعك�س ‪.‬‬ ‫• تكون بخار الماء ‪ H2O‬بدال من الماء ال�سائل كمنتج ‪.‬‬

‫‪104‬‬

‫حركـية التفاعـل الكيميائي‬ ‫( �سرعة التفاعالت الكيميائية واتزانها )‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫الأهداف‬ ‫ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تتعرف مفهوم �سرعة التفاعل الكيميائي ‪.‬‬ ‫‪ -2‬تعدد العوامل الم�ؤثرة على �سرعة التفاعل الكيميائي ‪.‬‬ ‫‪ -3‬ت�ستنتج عملي ًا �أثر العوامل المختلفة على �سرعة التفاعل الكيميائي ‪.‬‬ ‫‪ -4‬تتعرف نظرية الت�صادم و نظرية الحالة االنتقالية ‪.‬‬ ‫‪ -5‬تف�س ��ر �أث ��ر العوام ��ل المختلف ��ة عل ��ى �سرع ��ة التفاع ��ل الكيميائ ��ي ف ��ي �ض ��وء نظريت ��ي الت�ص ��ادم‬ ‫و الحالة االنتقالية ‪.‬‬ ‫‪ -6‬تر�سم منحنى يو�ضح �أثر المواد الحافزة على الطاقة المن�شطة و المركب الن�شط في التفاعل الكيميائي ‪.‬‬ ‫‪ -7‬ت�شتق قانون التفاعل من الخطوة المحددة لل�سرعة لعدد من التفاعالت الكيميائية ‪.‬‬ ‫‪ -8‬تت�أمل قدرة اهلل �سبحانه و تعالى في وجود مواد حافزة في �أج�سام المخلوقات الحية ‪.‬‬

‫‪106‬‬

‫المقدمة‬ ‫الكيمي ��اء الحركي ��ة هي درا�سة مع ��دل و ميكانيكية التفاع�ل�ات الكيميائية‪ .‬فمعادل ��ة التفاعل الكيميائي‬ ‫تو�ض ��ح المواد الداخلة والناتجة من التفاعل و العالقة بينهم ��ا‪ ,‬و لـــكن ال تو�ضح عدد خطــوات التـــفاعل‬ ‫و تتاب ��ع التفاع�ل�ات الب�سيطة الت ��ي قد تحدث عند تح ��ول المواد المتفاعل ��ة �إلى المواد الناتج ��ة ‪ .‬و ترتبط‬ ‫الكيمي ��اء الحركية بمعدل هذه الخط ��وات و العوامل الم�ؤثرة على �سير التفاعل مثل التركيز و درجة الحرارة‬ ‫و العوامل الحافزة ( الم�ساعدة ) ‪.‬‬ ‫وتب ��دو بع� ��ض التفاع�ل�ات �أنه ��ا ت�س ��ري ب�سرع ��ة كبي ��رة بينم ��ا تت ��م �أخ ��رى بب ��طء ‪ ,‬و تدلن ��ا الكيمي ��اء‬ ‫الحركي ��ة ع ��ل كيفي ��ة تغي ��ر ظ ��روف التفاع ��ل و توجيهه ��ا نح ��و �إمكاني ��ة الح�ص ��ول عل ��ى مرك ��ب معي ��ن ‪,‬‬ ‫و كي ��ف يمكن الإ�سراع ببع�ض التفاع�ل�ات �أو �إبطا�ؤها �أو منع بع�ضها ‪ .‬فالمهم ��ة الأ�سا�سية للكيمياء الحركية‬ ‫ه ��ي توجي ��ه التفاعالت الكيميائية بحيث ت�سري ب�سرعة كبيرة و ينتج عنها �أف�ضل ن�سبة من النواتج النهائية‪,‬‬ ‫لذل ��ك تعتب ��ر �سرعة التفاعل الكيميائي م ��ن المعايير الأ�سا�سية في علم الكيمي ��اء ‪ .‬و في هذا الف�صل �سوف‬ ‫نتعرف على مفهوم �سرعة التفاعل و كيفية قيا�سها و العوامل الم�ؤثرة عليها و تف�سير هذه العوامل با�ستخدام‬ ‫نظريتي الت�صادم و الحالة االنتقالية لن�ستطيع بعد ذلك ا�شتقاق قانون �سرعة التفاعل من الخطوة المحددة‬ ‫لل�سرعة لعدد من التفاعالت الكيميائية ‪.‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫عند حدوث بع�ض التفاعالت الكيميائية نجدها تختلف عن بع�ضها تمام ًا في زمن التفاعل �أي �أنها ال تتم‬ ‫ب�سرع ��ة واحدة فبع�ضها يتم لحظي� � ًا و بع�ضها بطيء ن�سبي ًا ‪ ,‬و هناك تفاعالت بطيئة جد ًا قد ت�ستمر ماليين‬ ‫ال�سنين ‪.‬‬

‫‪107‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫�صنف التفاعالت التالية من حيث �سرعتها في الجدول التالي‪:‬‬

‫التفاعالت الكيميائية‬

‫بطيئة‬

‫�سريعة‬

‫احتراق الف�سفور الأبي�ض‬ ‫�صد�أ م�سمار من الحديد‬

‫الف�صل الرابع‬

‫تكوين النفط‬ ‫�أك�سدة الغذاء‬ ‫ه ��ذه الأمثل ��ة دليل على تف ��اوت التفاعالت الكيميائية في �سرعة حدوثها‪ ،‬فما ه ��ي �سرعة التفاعل؟ و كيف‬ ‫تقا�س؟ و ما �أهمية درا�ستها؟ وما العوامل الم�ؤثرة عليها؟ هذا ما �سنتناوله في هذا الف�صل ب�إذن اهلل تعالى‪.‬‬

‫مفهوم �سرعة التفاعل الكيميائي و كيفية قيا�سها‬ ‫ كم تبلغ �سرعة �سيارة تقطع م�سافة ( ‪ 90‬كيلو متر ) في �ساعة واحدة ‪.‬‬‫ كيف يمكن تحديد �سرعة التفاعل الكيميائي ؟‬‫تقا� ��س �سرع ��ة حدث م ��ا بمقدار التغير ال ��ذي يحدث خالل فترة زمني ��ة محددة ‪ ,‬و بالمثل ف�إن �س���رعة‬ ‫التفاع���ل الكيميائ���ي هي معدل التغير في كميات ( تركيز ) المواد المتفاعلة �أو الناتجة في وحدة الزمن‬ ‫( ثانية �أو �س���اعة �أو يوم ) ‪ .‬و يعبر عن �سرعة التفاعل بالتغير في وحدات التركيز لكل وحدة زمنية في حالة‬ ‫المحالي ��ل ال�سائل ��ة �أو التغير في ال�ضغط الجزئي لكل وحدة زمنية في الحالة الغازية فلو عبرنا عن تفاعل ما‬ ‫بالمعادلة الآتية‪:‬‬ ‫‪A +B‬‬ ‫‪C+D‬‬ ‫( ‪ )Products‬مواد ناتجة‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪108‬‬

‫( ‪) Reactants‬مواد متفاعلة‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫ م ��ا تركي ��ز الم ��واد الناتج ��ة ف ��ي بداي ��ة التفاع ��ل‬‫( عند الزمن �صفر ) ؟‬ ‫ماذا يح ��دث لتركيز الم ��واد الناتجة م ��ع الزمن ؟‬ ‫ م ��ا تركي ��ز الم ��واد متفاعل ��ة ف ��ي بداي ��ة التفاع ��ل‬‫( عند الزمن �صفر ) ؟‬

‫‪ C + D‬تركيز المواد الناتجة‬ ‫‪ A+B‬تركيز المواد المتفاعلة‬

‫الزمن‪.‬ف ��ي بداية التفاعل( عن ��د الزمن �صفر ) ال‬

‫�شكل (‪ )1- 4‬تغير‬ ‫تركيزالمواد المتفاعلة مع الزمن‬

‫توجد �أي كمية من المواد الناتجة و لكن بمرور الوقت يزداد تركيز المواد الناتجة مع انخفا�ض في تركيز‬ ‫الم ��واد المتفاعلة و بمقارنة التركيز في زمنين مختلفين �أثن ��اء التفاعل يمكن معرفة التغير فيها بالن�سبة‬ ‫للزمن و من ثم تحديد �سرعة التفاعل ‪.‬‬ ‫و عملي� � ًا يمك ��ن قيا�س �سرعة التفاعل بقيا�س معدل اختفاء م ��ادة متفاعلة �أو تكوين مادة ناتجة ‪ ,‬و عادة يتم‬ ‫تتبع ذلك بتتبع التغير في �إحدى الخوا�ص الجزيئية للمادة كاللون مث ًال ‪.‬‬ ‫فلو �أخذنا تفاعل �أول �أك�سيد الكربون ‪ CO‬مع ثاني �أك�سيد النيتروجين ‪ NO2‬ليكونا ثاني �أك�سيد‬ ‫الكربون ‪ CO2‬و �أول �أك�سيد النيتروجين ‪ NO‬وفق ًا لما يلي ‪:‬‬ ‫)‪CO2(g) + NO(g‬‬

‫)‪CO(g) + NO2(g‬‬

‫ف�إن ��ه يمك ��ن تتبع �سي ��ر عملية التفاع ��ل بمراقبة مع ��دل اختفاء الل ��ون البني المحمر لثان ��ي �أك�سيد‬ ‫النيتروجين عند تفاعله مع �أول �أك�سيد الكربون كما في ال�شكل التالي ‪:‬‬

‫‪109‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫ ماذا يحدث لتركيز المواد المتفاعلة مع مرور الزمن ؟‬‫يمكن نظري ًا ح�ساب �سرعة التفاعل بقيا�س مدى �سرعة‬ ‫تغي ��ر تركيز �إحدى المواد المتفاعل ��ة �أو الناتجة مع‬

‫الزمن‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫و مم ��ا كان وا�ضح� � ًا من التفاعل ف ��ي المعادلة‬ ‫ال�سابق ��ة �أن اختف ��اء كل ج ��زيء من ثان ��ي �أك�سيد‬ ‫النيتروجين يكون م�صحوب� � ًا باختفاء جزيء واحد‬ ‫م ��ن �أول �أك�سي ��د الكربون و ظهور ج ��زيء من ثاني‬ ‫�أك�سيد الكربون و جزيء من �أول �أك�سيد النيتروجين ‪.‬‬

‫غاز ثاني‬ ‫غاز �أول‬ ‫�أك�سيد‬ ‫�أك�سيد‬ ‫النيتروجين النيتروجين‬

‫الف�صل الرابع‬

‫�شكل ( ‪ )2-4‬تفاعل ثاني �أك�سيد النيتروجين‬ ‫و�أول �أك�سيد الكربون‬

‫ف�إنه يمكن القول ب�أن ‪:‬‬

‫�س���رعة التفاعل = معدل اختفاء ثاني �أك�س���يد النيتروجين = معدل اختفاء �أول �أك�س���يد الكربون‬

‫= معدل تكون �أول �أك�سيد النيتروجين = معدل تكون ثاني �أك�سيد الكربون‬

‫و يمك ��ن ا�ستعم ��ال �أي من هذه القيم لقيا�س �سرعة التفاعل و يتم اختيار �إحدى هذه القيم بنا ًء‬ ‫عل ��ى �سهول ��ة قيا�س معدل تغير �إحدى خوا�ص مادة متكون ��ة �أو مختفية و التي تتنا�سب مع كمية هذه‬ ‫المادة ( كلون ثاني �أك�سيد النيتروجين ) ‪.‬‬

‫كيف يمكن قيا�س �سرعة التفاعالت التالية ‪:‬‬ ‫‪H2 + 12 O2‬‬

‫‪H2O‬‬

‫)‪(a‬‬

‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪2NOCl‬‬

‫‪2NO + Cl 2‬‬

‫)‪(b‬‬

‫‪...............................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪110‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫‪NO + O3‬‬

‫‪NO2 + O2‬‬

‫)‪(c‬‬

‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪4NH3 + 5O2‬‬

‫‪4NO + 6H2O‬‬

‫)‪(d‬‬

‫‪...............................................................................................‬‬

‫العوامل الم�ؤثرة على �سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫و الآن دقق النظر في الم�شاهد الآتية ‪:‬‬ ‫ يذوب ال�سكر في محلول ال�شاي ال�ساخن �أ�سرع من محلول ال�شاي البارد ‪.‬‬‫ يتحل ��ل الن�ش ��ا في و�سط مائ ��ي في ج�سم الإن�س ��ان �أ�سرع من تحلله ف ��ي المختبر عند نف� ��س الدرجة ‪.‬‬‫ تتفاع ��ل قطع ��ة الخار�صي ��ن م ��ع حم� ��ض الهيدروكلوري ��ك المخف ��ف �أبط� ��أ م ��ن تفاعله ��ا م ��ع حم�ض‬‫الهيدروكلوريك المركز ‪.‬‬ ‫من الم�شاهدات ال�سابقة نالحظ �أن �سرعة التفاعل تعتمد على عدد من العوامل هي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬طبيعة المواد الداخلة في التفاعل‬ ‫‪ -2‬تركيز المواد الداخلة في التفاعل‬ ‫‪ -3‬درجة الحرارة‬ ‫‪ -4‬المواد الحافزة‬

‫‪111‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫للتفاع�ل�ات الكيميائي ��ة تطبيقات �صناعية مهمة مثل �صناعة مادة الن�ش ��ادر المهمة في �صناعة الأ�سمدة‬ ‫و �صناع ��ة المنظفات و الأ�صب ��اغ و الألياف ‪ ,‬و هناك تفاعالت �ضارة تُحدث �أثر ًا �سلبي ًا غير مرغوب فيه مثل‬ ‫تحل ��ل طبق ��ة الأوزون و التفاع�ل�ات التي تت�سبب في نم ��و الفطريات و البكتيريا التي ت� ��ؤدي �إلى ف�ساد و تعفن‬ ‫الأطعم ��ة ‪ ,‬لذا قام الكيميائي ��ون بدرا�سة العوامل الم�ؤثرة على �سرعة التفاعل الكيميائي لمعرفة ما يمكن �أن‬ ‫يزي ��د �سرع ��ة �إنتاج ما نحتاج �إلي ��ه و نرغب فيه من تلك التفاعالت و ما يمك ��ن �أن يثبط �أو يوقف �إنتاج ما ال‬ ‫نحتاج �إليه �أو نرغب في التخل�ص منه من تلك التفاعالت ‪.‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫و لكي تتم درا�سة ت�أثير �أحد هذه العوامل عملي ًا ف�إننا نتتبع �سير التفاعل مع الزمن مع تثبيت بقية العوامل‬ ‫الأخرى بقدر الم�ستطاع ‪.‬‬

‫�أو ًال ‪:‬طبيعة المواد الداخلة في التفاعل‬ ‫تت�أثر �سرعة التفاعل الكيميائي باختالف طبيعة المواد المتفاعلة و يق�صد بطبيعة المواد المتفاعلة‬ ‫عدة �أمور منها ‪:‬‬

‫�أ ‪ /‬عدد الروابط في المواد الداخلة في التفاعل ‪:‬‬ ‫الف�صل الرابع‬

‫(‪ )1 - 4‬تفاعل محلول برمنجنات البوتا�سيوم مع �أيونات‬ ‫الحديد (‪ )II‬و�أيونات الأك�ساالت‪.‬‬

‫الأدوات والمواد ‪:‬‬

‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪� -1‬ضع ‪ 2‬مل من محلول كلوريد الحديد الثنائي(‪)II‬‬ ‫حدي ��ث التح�ضي ��ر ف ��ي �أنبوب ��ة اختب ��ار ( �أ ) ‪,‬‬ ‫و ‪ 2‬م ��ل من محلول �أك�ساالت ال�صوديوم �أو حم�ض‬ ‫الأُك�ساليك في �أنبوبة اختبار ( ب ) ‪.‬‬ ‫‪� -2‬أ�ض ��ف قطرتي ��ن م ��ن حم� ��ض الكبري ��ت ل ��كل‬ ‫م ��ن الأنبوبي ��ن ( �أ ) و ( ب ) ‪ ,‬وح ��رك المزي ��ج ‪.‬‬

‫محلول حم� ��ض الكبريت ( ‪ 6‬موالر)‬ ‫ محل ��ول �أك�س ��االت ال�صودي ��وم‬‫( ‪ 0.1‬م ��والر ) ‪� -‬أو محل ��ول حم�ض‬ ‫الأُك�ساليك ( ‪ 0.1‬موالر ) ‪ -‬محلول‬ ‫كلوريد الحديد الثنائي (‪ 0.1‬موالر)‬ ‫ محل ��ول برمنجن ��ات البوتا�سي ��وم‬‫( ‪ 0.1‬م ��والر ) ‪� -‬أنابي ��ب اختب ��ار‬

‫‪� -3‬أ�ضف ‪ 1‬مل من برمنجنات البوتا�سيوم �إلى المزيج في كل من الأنبوبين ( �أ ) و ( ب ) ‪.‬‬ ‫‪ -4‬الحظ �سرعة اختفاء لون البرمنجنات في كل من الأنبوبين ‪.‬‬ ‫• قارن بين �سرعة اختفاء لون البرمنجنات في كل من الأنبوبين ‪.‬‬ ‫‪...........................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪112‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫ماذا تتوقع �أن يكون �سبب اختالف اللون ‪.‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫ما ال�صيغة الكيميائية لكل من الأك�ساالت و الحديد الثنائي ( ‪. ) II‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫• ق ��ارن بي ��ن عدد الروابط الت ��ي يتم ك�سرها في تفاعل الأك�ساالت م ��ع البرمنجنات و في‬ ‫تفاعل الأك�ساالت مع الحديد الثنائي ( ‪) II‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪-2‬‬

‫الحظ ��ت عملي� � ًا �أن �سرع ��ة تفاع ��ل البرمنجنات م ��ع �أيونات‬ ‫الحدي ��د الثنائ ��ي ‪� II‬أ�سرع منها م ��ع �أيون ��ات الأك�ساالت في‬ ‫المحاليل المائية ح�سب المعادالت التالية ‪:‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪C‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪O‬‬

‫�شكل ( ‪�) 3-4‬أيون الأك�ساالت‬ ‫‪5C2O4-- + 2MnO4- + 16H +‬‬

‫‪10CO2 + 2Mn++ + 8H2O‬‬

‫‪5Fe++ + MnO4- + 8H +‬‬

‫‪5Fe++ + Mn++ + 4H2O‬‬

‫ناق� ��ش مع زمالئ ��ك �سبب اختفاء الل ��ون الأرجواني لبرمنجن ��ات البوتا�سيوم عند تفاعله ��ا مع �أيونات‬ ‫الأك�ساالت و�أيونات الحديد الثنائي( ‪)II‬‬

‫‪113‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫و من المعلوم �أن التفاعالت الكيميائية ي�صاحبها تفكك بع�ض الروابط الكيميائية و تكون روابط جديدة‪,‬‬ ‫و لم ��ا كانت الرواب ��ط الكيميائية ت�شكل و�ضع ًا ثابت� � ًا ( م�ستقر ًا ) ف�إن تفكك ه ��ذه الروابط �أمر غير مرغوب‬ ‫في ��ه و له ��ذا ف�إنه من المعقول �أن نتوق ��ع �أن تكون �سرعة التفاعالت الكيميائية الت ��ي ي�صاحبها تفكك روابط‬ ‫كيميائي ��ة كثي ��رة �أقل من �سرع ��ة التفاعالت التي ي�صاحبها تف ��كك عدد �أقل من تلك الرواب ��ط الكيميائية ‪.‬‬

‫�أي التفاعلين التاليين تتوقع �أن يكون �أ�سرع و لماذا ؟‬

‫‪+ 2H2O‬‬

‫‪CO2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪8CO2 + 10H2O‬‬

‫‪CH4 + O2‬‬ ‫‪2C4H10 + 13O2‬‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬

‫ب ‪ /‬نوع الروابط في المواد الداخلة في التفاعل ‪:‬‬ ‫(‪ )2 - 4‬ت�أثير نوع الروابط على �سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫خطوات العمل ‪:‬‬

‫الأدوات والمواد الم�ستخدمة ‪:‬‬

‫‪� -1‬ضع ‪ 1‬مل م ��ن محلول كلوريد ال�صوديوم في �أنبوبة‬

‫محل ��ول نت ��رات الف�ض ��ة ‪ -‬محل ��ول‬ ‫كلوريد ال�صودي ��وم ‪ -‬غول �إيثيلي ‪-‬‬ ‫حم�ض الخل ‪� -‬أنابيب اختبار‬

‫اختبار ( �أ ) ‪ ,‬ثم �أ�ضف �إلى الأنبوبة ‪ 1‬مل من محلول‬ ‫نترات الف�ضة ‪ .‬ماذا تالحظ ؟ �سجل مالحظاتك ‪.‬‬

‫‪...................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪114‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫‪� 2‬ض ��ع ‪ 2‬م ��ل م ��ن الغ ��ول الإيثيل ��ي ف ��ي �أنبوب ��ة اختب ��ار ( ب ) ‪ ,‬ث ��م �أ�ضف �إل ��ى الأنبوب ��ة ‪ 2‬مل‬‫من حم�ض الخل و قطرات من حم�ض الكبريتيك المركز‪ ،‬ماذا تالحظ ‪� .‬سجل مالحظاتك ‪.‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫• قارن بين الفترة الزمنية التي تم فيها التفاعل في الأنبوبتين ( �أ ) و ( ب ) ‪.‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫• ما نوع الرابطة في المواد المتفاعلة في الأنبوبتين ؟‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫• ماذا ت�ستنتج من الن�شاط ؟‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫نج ��د �أن الم ��واد المتفاعل ��ة عندم ��ا تك ��ون �أيوني ��ة الرابط ��ة ف� ��إن التفاع ��ل يكون لحظي� � ًا و �سري ��ع جد ًا‬ ‫ل�سهول ��ة و �سرع ��ة تب ��ادل الأيون ��ات بمجرد خلطها مع� � ًا مثل‪ :‬تفاع ��ل نترات الف�ض ��ة مع كلوري ��د ال�صوديوم‬

‫‪+ NaNO3‬‬

‫‪AgNO3 + NaCl‬‬

‫‪AgCl‬‬

‫�أم ��ا �إذا كان ��ت الم ��واد المتفاعل ��ة مرتبط ��ة برواب ��ط ت�ساهمي ��ة ف� ��إن التفاع�ل�ات تك ��ون بطيئ ��ة‬ ‫ع ��ادة لأنه ��ا ال تتف ��كك �أيوني� � ًا و التفاع�ل�ات تت ��م بي ��ن الجزيئ ��ات مث ��ل‪ :‬تفاع�ل�ات المركب ��ات الع�ضوي ��ة‬

‫‪+ H2O‬‬

‫‪CH3COOC2H5‬‬

‫‪H+‬‬

‫‪CH3COOH + C2H5OH‬‬

‫ومن ��ه ف� ��إن تفاعل الأيون ��ات �أ�سرع من تفاعل ال ��ذرات و الجزيئ ��ات ‪ ,‬و تفاعل الذرات �أ�س ��رع من تفاعل‬ ‫الجزيئات ‪ ,‬و تفاعل الأيونات الب�سيطة �أ�سرع من تفاعل الأيونات الحاوية على روابط ت�ساهمية يلزم تفكيكها ‪.‬‬

‫‪115‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫من خالل معلوماتك ال�س���ابقة ‪ ,‬مثل لتفاعالت تتم بين �أيونات ‪ ,‬و تفاعالت تتم بين مركبات‬ ‫ت�ساهمية ‪.‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬

‫ج ‪ /‬الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة ‪:‬‬ ‫الف�صل الرابع‬

‫( ‪� ) 3-4‬أثر الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة‬ ‫على �سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫الأدوات والمواد ‪:‬‬ ‫كمي ��ة �صلب ��ة و جاف ��ة م ��ن كل م ��ن كبريت ��ات‬ ‫البوتا�سيوم و نترات الباريوم ‪ ,‬محلول كبريتات‬ ‫البوتا�سيوم ( ‪ 1‬موالر ) ‪ ,‬محلول نترات الباريوم‬ ‫( ‪ 1‬موالر ) ـ �أنابيب اختبار ‪.‬‬

‫المالحظة‬

‫التفاعالت الكيميائية‬ ‫‪� -1‬ض ��ع في �أنبوبة اختب ��ار ‪ 0.5‬جرام من‬ ‫كبريت ��ات البوتا�سي ��وم ال�صل ��ب ثم �ضع‬ ‫عليه كمية من نترات الباريوم ال�صلب ‪.‬‬ ‫‪ 2‬ـ �ضع في �أنبوب اختبار ‪ 1‬مل من محلول‬ ‫كبريت���ات البوتا�سيوم ثم �ضع عليه‬ ‫‪ 1‬مل من محلول نترات الباريوم‪.‬‬ ‫اكتب معادلة التفاعل ‪:‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪116‬‬

‫اال�ستنتاج‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫تعتم ��د �سرع ��ة التفاع ��ل على الحال ��ة الفيزيائية للم ��واد المتفاعلة حيث نج ��د �أن بع�ض الم ��واد ال يمكن‬ ‫�أن تتفاع ��ل م ��ع بع�ضه ��ا في الحال ��ة ال�صلب ��ة بينما محاليله ��ا تتفاع ��ل ب�سهولة ‪ ,‬كم ��ا في الن�ش ��اط ال�سابق‬

‫د‪ /‬ال�صفات الكيميائية للمواد المتفاعلة ‪:‬‬ ‫(‪� )4 - 4‬أثر ال�صفات الكيميائية للمواد المتفاعلة‬ ‫على �سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫الأدوات والمواد ‪:‬‬ ‫‪� -1‬ض ��ع في كل �أنبوب ��ة اختبار من الأنابيب الثالث ‪ 2‬مل‬ ‫من حم�ض الكلور المخفف ‪.‬‬ ‫‪� -2‬ض ��ع في الأنبوب ��ة الأولى قطع ��ة خار�صين و �سجل‬ ‫الزمن الالزم لحدوث التفاعل ‪.‬‬

‫‪� -3‬ضع في الأنبوبة الثانية قطعة من الر�صا�ص و �سجل الزمن الالزم لحدوث التفاعل ‪.‬‬ ‫‪� -4‬ضع في الأنبوبة الثالثة قطعة من الق�صدير و �سجل الزمن الالزم لحدوث التفاعل ‪.‬‬ ‫‪� -5‬سجل نتائجك في الجدول التالي ثم قارن �سرعة التفاعل في الأنابيب الثالث و رتب‬ ‫الفلزات ح�سب �سرعة تفاعلها مع ‪: HCl‬‬

‫رقم الأنبوبة‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬

‫الفلز‬

‫الزمن الالزم لحدوث التفاعل‬

‫اال�ستنتاج‬

‫الخار�صين‬ ‫الر�صا�ص‬ ‫الق�صدير‬

‫‪117‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫خطوات العمل ‪:‬‬

‫ث�ل�اث �أنابي ��ب اختب ��ار مرقم ��ة ‪-‬‬ ‫حم�ض الكل ��ور المخفف (‪- )HCl‬‬ ‫�ساعة �إيقاف ‪ -‬قطعة من ك ًّل من ‪:‬‬ ‫فلز الخار�صين و فلز الر�صا�ص‬ ‫و فلز الق�صدير لها نف�س الكتلة ‪.‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫م ��ن خ�ل�ال الن�شاط ن�ستنتج �أن �سرعة التفاعل تعتمد على ال�صفات الكيميائية للمواد فكلما كانت المادة‬ ‫المتفاعلة �أكثر ن�شاط ًا و فاعلية كان التفاعل �أ�سرع و العك�س �صحيح ‪.‬‬

‫ثانياً ‪ :‬تركيز المواد الداخلة في التفاعل‬ ‫قب ��ل الحدي ��ث عن �أثر تركيز المواد المتفاعل ��ة على �سرعة التفاعل يجب �أن نمي ��ز بين �أنواع التفاعالت‬ ‫الكيميائية ح�سب الحالة التي توجد عليها المواد �أثناء التفاعل حيث تنق�سم �إلى ‪:‬‬

‫‪ -1‬التفاعالت المتجان�سة‬

‫‪Homogeneaus Reactions‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫هي التفاعالت التي تتم في و�سط متجان�س حيث تكون فيها المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل‬ ‫ف ��ي حال ��ة واحدة من حاالت المادة ‪ .‬و من �أمثلتها تفاعل غاز الهيدروجين مع �أول �أك�سيد النيتروجين‬ ‫و الذي يتم في الحالة الغازية‬ ‫)‪2H2O(g) + N2(g‬‬

‫‪800°C‬‬

‫)‪2H2(g) + 2NO(g‬‬

‫كذلك تفاعل محلول هيدروك�سيد ال�صوديوم مع حم�ض الكلور لإنتاج محلول كلوريد ال�صوديوم والماء‬ ‫حيث يتم التفاعل بين محاليل �سائلة ‪.‬‬

‫)‪+ HCl(aq‬‬

‫)‪NaCl(aq) + H2O(l‬‬

‫)‪NaOH(aq‬‬

‫و تعتمد �سرعة التفاعل في هذا النوع من التفاعالت على درجة تركيز المواد المتفاعلة و يعبر عن هذا‬ ‫التركيز بالموالرية في حالة المحاليل ال�سائلة و بال�ضغط الجزئي في حالة المحاليل الغازية ‪.‬‬

‫اذك���ر �أمثل���ة عل���ى تفاع�ل�ات �أخ���رى متجان�س���ة مبين���اً العالق���ة بي���ن �س���رعة التفاع���ل‬ ‫و تركيز المواد الداخلة في التفاعل ‪.‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪118‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫‪ -2‬التفاعالت غير المتجان�سة ‪Heterogenaus Reactions‬‬ ‫و هي التفاعالت التي تتم في و�سط غير متجان�س من حاالت المادة (�صلب ـ �سائل‪�,‬صلب ـ غاز‪) .... ,‬و من‬ ‫الأمثلة على ذلك ‪ :‬تفاعل غاز الأك�سجين مع الحديد ليكون �صد�أ الحديد‪ ,‬تفاعل الفلزات ال�صلبة مع الأحما�ض‬ ‫لتكون �أمالح الأحما�ض و غاز الهيدروجين ‪.‬‬

‫(‪� )5 - 4‬أثر التركيز على �سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪ -1‬خذ �أربع �أنابيب اختبار نظيفة و �ضع في الأولى ‪ 5‬مل من‬ ‫حم�ض الكلور تركيزه ( ‪ 0.1‬موالر ) و في الأنبوبة الثانية‬ ‫‪ 5‬مل من حم�ض الكلور تركيزه ( ‪ 1‬موالر ) ‪ ,‬و في الأنبوبة‬ ‫الثالثة ‪ 5‬مل من حم�ض الكلور تركيزه ( ‪ 3‬موالر ) و في‬ ‫الرابع ��ة ‪ 5‬مل من حم�ض الكل ��ور تركيزه ( ‪ 6‬موالر ) ‪.‬‬

‫�أرب ��ع �أنابي ��ب اختب ��ار ‪� -‬شري ��ط‬ ‫مغني�سي ��وم ‪ -‬حم�ض الكلور‪HCl‬‬

‫بتراكي ��ز مختلف ��ة( ‪ 0.1‬م ��والر‪,‬‬ ‫‪ 1‬م ��والر ‪ 3 ,‬م ��والر ‪6 ,‬م ��والر) ‪-‬‬ ‫�ساعة �إيقاف‬

‫‪ -2‬زن بدق ��ة �أرب ��ع قط ��ع م ��ن �شري ��ط المغني�سي ��وم ط ��ول كل منه ��ا ‪�2‬س ��م ( مت�ساوي ��ة الكتل ��ة ) ‪.‬‬ ‫‪� -3‬ض ��ع �إح ��دى قطع المغني�سيوم في الأنبوب ��ة الأولى و ابد�أ في ح�ساب الزمن �إل ��ى �أن تختفي قطعة‬ ‫المغني�سيوم تمام ًا و �سجل الزمن الذي ا�ستغرقه التفاعل بالثانية ‪.‬‬ ‫‪ -4‬كرر ما قمت به في الخطوة ال�سابقة في الأنابيب الثالث الأخرى ‪.‬‬ ‫‪ -5‬دون نتائج التجربة في الجدول التالي ‪:‬‬

‫‪119‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫الأدوات والمواد ‪:‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫تركيز ‪ (HCl‬موالر ) كتلة المغني�سيوم (جرام)‬

‫الزمن الذي ا�ستغرقه التفاعل (ثانية)‬

‫‪ -‬كيف تف�سر اختالف الزمن الالزم لإنهاء التفاعل بين الحاالت الأربع ؟‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪.....................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 4-4‬تفاعل‬ ‫المغني�سيوم مع حم�ض الكلور‬

‫(‪� )6 - 4‬أثر م�ساحة منطقة تالم�س المواد‬ ‫المتفاعلة في �سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫الأدوات والمواد ‪:‬‬

‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪� -1‬ض ��ع ف ��ي �أنبوب ��ة اختب ��ار قطع ��ة الخار�صي ��ن‬ ‫ث ��م �أ�ض ��ف �إليه ��ا ‪ 1‬م ��ل م ��ن حم� ��ض الكل ��ور ‪.‬‬ ‫‪� -2‬ض ��ع في �أنبوبة اختبار �أخ ��رى م�سحوق الخار�صين‬ ‫ث ��م �أ�ض ��ف عليه ��ا ‪ 1‬م ��ل م ��ن حم� ��ض الكل ��ور ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪120‬‬

‫حم� ��ض الكلور‪ ,‬كتلتي ��ن مت�ساويتين‬ ‫من الخار�صين �أحدهما على �صورة‬ ‫م�سحوق و الأخرى على �صورة قطعة‬ ‫�صلبة متما�سكة ‪� -‬أنبوبتي اختبار ‪.‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫ الحظ �سرعة التفاعل في الأنبوبتين ‪.‬‬‫• �أي الأنبوبتين يتم فيها التفاعل ب�صورة كبيرة ؟‬ ‫‪..........................................................‬‬ ‫‪..........................................................‬‬ ‫• كيف تف�سر اختالف �سرعة التفاعل في الأنبوبتين ؟‬

‫م ��ن خ�ل�ال الن�شاطين ال�سابقين ن�ستنتج �أن �سرع ��ة التفاعل في التفاعالت غي ��ر المتجان�سة تعتمد على‬ ‫م�ساحة منطقة التالم�س بين المواد المتفاعلة بالإ�ضافة �إلى تركيز المواد المتفاعلة حيث �أن ‪:‬‬ ‫‪1‬ـ �سرعة التفاعل تزداد بازدياد تركيز المواد المتفاعلة ‪.‬‬ ‫‪2‬ـ �سرع ��ة التفاع ��ل تزداد كلما ازدادت م�ساحة ال�سطح المعر� ��ض للتفاعل و ذلك نتيجة لتفاعل جزيئات‬ ‫�أكثر في زمن معين �أما في حالة الكتلة ال�صلبة المتما�سكة فالتفاعل يحدث على ال�سطح الخارجي فقط ‪.‬‬

‫م�ساح ��ة ال�سطح لج�س ��م جامد هي مجم ��ل م�ساحة �سطوحه‬ ‫الخارجي ��ة و هذه ت�ؤثر في �سرعة التفاعل ف�شرائح البطاط�س‬ ‫مث�ل ً�ا �أ�سرع ن�ضج ًا عند القلي م ��ن القطع الكبيرة لأن �سطوح‬ ‫الج�سيم ��ات المعر�ضة فيه ��ا للتفاعل مع الزي ��ت الحار �أكثر‬ ‫م�ساحة بكثير ‪.‬‬

‫‪121‬‬

‫�شكل ( ‪� )6-4‬شرائح البطاط�س‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪..........................................................‬‬ ‫‪..........................................................‬‬ ‫‪..........................................................‬‬

‫�شكل ( ‪ )5-4‬تفاعل حم�ض‬ ‫الكلور مع قطع الخار�صين‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫قارن بين ٍّ‬ ‫كل مما يلي مع ذكر ال�سبب ‪:‬‬ ‫‪ -1‬احت���راق قطع���ة م���ن الخ�ش���ب في جو م���ن غاز الأك�س���جين النق���ي‪ ،‬واحتراقها ف���ي الهواء‬ ‫الجوي الذي ي�شكل الأك�سجين ‪ %20‬منه ‪.‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬تفاعل ٍّ‬ ‫كل من قطعة الفحم و دقائق الفحم مع الهواء ‪.‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫بع ��د �أن عرفن ��ا �أنواع التفاعالت الكيميائية ‪ ,‬يمكننا الحديث عن �أثر تركيز المواد المتفاعلة على �سرعة‬ ‫التفاعل الكيميائي فقد وجد عملي ًا �أن �سرعة التفاعل تزداد غالب ًا بازدياد تركيز بع�ض �أو كل المواد الداخلة‬ ‫في التفاعل و لكنها في بع�ض التفاعالت ال تت�أثر بتركيز تلك المواد المتفاعلة كما �سنرى ذلك الحق ًَا بم�شيئة‬ ‫اهلل تعالى عند درا�سة نظرية الت�صادم ‪.‬‬ ‫ولتحدي ��د العالق ��ة بين التركيز و �سرعة التفاع ��ل ب�صورة دقيقة البد من �إيج ��اد العالقة الريا�ضية التي‬ ‫تربط بينهما و هي ما ت�سمى ( بقانون �سرعة التفاعل ) ‪.‬‬

‫قانون �سرعة التفاعل‬

‫‪Rate Law‬‬

‫و�ض ��ع ه ��ذا القانون العالمان جولد برج و فاج ن�ص ��ه ‪ :‬عند ثبوت درجة الحرارة تتنا�سب �سرعة التفاعل‬ ‫الكيميائ ��ي تنا�سب� � ًا طردي ًا مع حا�صل �ضرب تراكيز المواد المتفاعلة مرف ��و ٌع تركيز ٍّ‬ ‫كل منها �إلى ُ�أ�س معين ‪.‬‬ ‫لنفر�ض �أن تفاع ًال تم بين المادتين ‪ A ،B‬ليكونا المادة ‪ C‬ح�سب التفاعل التالي ‪:‬‬ ‫‪xA + yB‬‬

‫‪zC‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪122‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫و لنفر� ��ض �أي�ض ًا �أننا وجدن ��ا �أن �سرعة التفاعل تتنا�سب طردي ًا مع تركيز الم ��واد المتفاعلة لذلك يمكن‬ ‫التعبير عن �سرعة التفاعل كما يلي ‪:‬‬ ‫�ســــرعة التفاعــــل‬ ‫مقدار ثابت ‪:‬‬

‫‪y‬‬

‫‪B ] × A]x‬‬

‫و لتحويل هذه العالقة �إلى م�ساواة البد من ا�ستخدام‬

‫‪y‬‬ ‫‪� ...‬سرعة التفاعل = ثابت * ‪B ] × A ] x‬‬

‫درا�سة �أثر التركيز على �سرعة التفاعل درا�سة عملية‬ ‫لدرا�سة �أثر تركيز المواد المتفاعلة على �سرعة التفاعل درا�سة عملية نتبع الخطوات الآتية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬نثبت العوامل الأخرى ( طبيعة المواد المتفاعلة و درجة الحرارة ) ‪.‬‬ ‫‪ -2‬نثبت تركيز المواد المتفاعلة ما عدا واحدة منها ‪.‬‬ ‫‪ -3‬يتم تغيير درجة تركيزها و قيا�س �سرعة التفاعل المقابلة لكل تركيز لن�شاهد كيفية تنا�سب �سرعة‬ ‫التفاعل مع تركيز هذه المادة ‪.‬‬ ‫‪ -4‬نكرر التجربة نف�سها مع مادة �أخرى من المواد المتفاعلة ( �إن وجدت ) و نقي�س �سرعة التفاعل عند‬ ‫كل تركيز لنرى كيف تتنا�سب �سرعة التفاعل مع تركيز المادة الثانية و هكذا ‪..‬‬ ‫الج ��دول التالي يو�ضح العالقة بين تركيز المواد المتفاعلة و �سرعة التفاعل في‬ ‫عدة تجارب للتفاعل الآتي ‪:‬‬

‫)‪+ N2(g‬‬

‫)‪2H2O(g‬‬

‫‪123‬‬

‫)‪2H2(g) + 2NO(g‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫حيث ت�شير الأقوا�س [ �إلى التركيز بالموالرية للمواد المتفاعلة و ي�سمى الثابت بثابت �سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫و ل ��كل تفاع ��ل كيميائي قانون يحك ��م �سرعته و يجب الت�أكيد عل ��ى �أنه ال يمكن التنب�ؤ بقان ��ون �سرعة التفاعل‬ ‫بمج ��رد النظر �إلى المعادلة الكيميائية لأنها ق ��د تكون مح�صلة لتفاعالت مرحلية مختلفة و لكن يتم تحديد‬ ‫قان ��ون �سرع ��ة التفاع ��ل من خالل درا�سة �أث ��ر التركيز على �سرع ��ة التفاعل درا�سة علمية بن ��اء على تجارب‬ ‫مخبرية �أو من خالل معرفة خطوات التفاعل ( ميكانيكية التفاعل ) التي تتفق مع ما تم التو�صل �إليه عملي ًا‪.‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫الف�صل الرابع‬

‫رقم التجربة‬

‫[‪NO‬‬

‫[‪ H2‬االبتدائي‬

‫�سرعة التفاعل‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪0.006‬‬ ‫‪0.006‬‬ ‫‪0.006‬‬ ‫‪0.001‬‬

‫‪0.001‬‬ ‫‪0.002‬‬ ‫‪0.003‬‬ ‫‪0.009‬‬

‫‪0.025‬‬ ‫‪0.050‬‬ ‫‪0.075‬‬ ‫‪0.0063‬‬

‫‪5‬‬ ‫‪6‬‬

‫‪0.002‬‬ ‫‪0.003‬‬

‫‪0.009‬‬ ‫‪0.009‬‬

‫‪0.0250‬‬ ‫‪0.0560‬‬

‫تو�ض ��ح البيان ��ات بالن�سبة للتجارب (‪ )1‬و(‪� )3‬أن ��ه عندما يكون [ ‪ NO‬ثابت ًا ف�إن م�ضاعفة [ ‪H2‬‬ ‫ت�ضاع ��ف المع ��دل ‪ ,‬و تو�ضح التج ��ارب (‪ )1‬و (‪� )3‬أن زيادة [ ‪� H2‬إلى ثالثة �أ�ضعاف يزيد ال�سرعة �إلى‬ ‫ثالثة �أ�ضعاف و بذلك فقد تبين �أن �سرعة التفاعل تتنا�سب طردي ًا مع [ ‪ . H2‬و تو�ضح البيانات بالن�سبة‬

‫للتجارب (‪ )4‬و (‪� )6‬أنه عندما يكون[ ‪ H2‬ثابت ًا ف�إن م�ضاعفة [ ‪ NO‬يزيد المعدل �إلى �أربعة �أمثال‪,‬‬ ‫كم ��ا �أن التج ��ارب (‪ )4‬و (‪ )6‬تو�ض ��ح �أن زيادة [ ‪� NO‬إلى ثالثة �أمثال يزيد ال�سرعة �إلى ت�سع �أمثال ‪.‬‬ ‫و بذلك فقد تبين �أن �سرعة التفاعل تتنا�سب مع مربع [ ‪� NO‬إذن يمكننا كتابة قانون �سرعة التفاعل‬ ‫للتفاعل ال�سابق كما يلي ‪:‬‬ ‫�سرعة التفاعل = ثابت × ‪H2 ] × NO]²‬‬ ‫خطوات �سير التفاعل ‪Reation Mechanism‬‬ ‫تعبر معادالت التفاعل الكيميائية كم ًا و كيف ًا عن طبيعة التفاعالت و النواتج ‪ ,‬و لكنها ال تمثل بال�ضرورة‬ ‫م�سار التفاعل �إال �إذا نوه بذلك ‪ ,‬و كما نعلم ف�إن التفاعالت الكيميائية ال تتم كلها في خطوة واحدة ‪� .‬أما عند‬ ‫معرفة الخطوات المكونة للتفاعل الكلي ب�صورة تتفق مع قانون �سرعة التفاعل المح�سوب تجريبي ًا ‪ ,‬ف�إن هذه‬ ‫الخطوات ت�شكل ما ي�سمى " خطوات التفاعل �أو ميكانيكية التفاعل " و تختلف �سرعة هذه الخطوات بع�ضها‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪124‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫عن بع�ض فمنها ما هو بطيء و منها ما هو �سريع ‪.‬‬ ‫�أي خط ��وة م ��ن خطوات �سير تفاعل ما تعتبر محددة ل�سرعة التفاعل؛ الخطوة ال�سريعة �أم البطيئة ؟ لمعرفة‬ ‫الخطوة المحددة ل�سرعة التفاعل الكيميائي دعنا ننظر �إلى المثال التالي ‪:‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫لنفر� ��ض �أن هناك مجموعة م ��ن ال�سيارات ت�سير‬ ‫عل ��ى �ضفت ��ي نه ��ر و ي�ستوع ��ب الم�س ��ار الواح ��د �أربع‬ ‫�سي ��ارات في وقت واح ��د و في جزء من ه ��ذا الج�سر‬ ‫يوجد �أعمال �صيانة بحيث ي�ضيق الج�سر و ال ي�سمح �إال‬ ‫بم ��رور �سيارة واحدة فقط ففي ه ��ذه الحالة الخطوة‬ ‫التي تحدد �سرعة انتقال ال�سيارات �إلى ال�ضفة الأخرى‬ ‫م ��ن النهر هي المنطقة التي ي�ضيق فيها الطريق لأنها‬ ‫هي �أبط�أ خطوة يتم فيها تدفق ال�سيارات ‪.‬‬

‫�شكل (‪)7-4‬‬

‫ناق�ش مع زمالئك �أبط�أ خطوة تحدد �سرعة و�صولك للمدر�سة ‪.‬‬ ‫و من الأمثلة على التفاعالت التي تتم في عدة خطوات التفاعل الآتي ‪:‬‬ ‫‪2H2 + 2NO‬‬

‫‪N2 + 2H2O‬‬

‫حيث وجد بالتجربة �أن قانون �سرعة هذا التفاعل هو ‪:‬‬ ‫�سرعة التفاعل = ثابت × ‪H2 ] × NO]²‬‬

‫ونالح ��ظ �أن ه ��ذا القانون ال يتفق مع المعادلة الرئي�سية للتفاع ��ل ‪ ,‬مما يعني �أن التفاعل ال يحدث في خطوة‬ ‫واحدة و لقد وجد �أنه يحدث في خطوتين هما ‪:‬‬

‫‪125‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫‪N2O + H2O‬‬

‫‪H2 + 2NO‬‬

‫‪N2 + H2O‬‬

‫‪H2 + N2O‬‬

‫و منه نجد �أن قانون �سرعة التفاعل يتفق مع الخطوة البطيئة و هي الخطوة المحددة ل�سرعة التفاعل ‪.‬‬

‫اقترح ميكانيكية للتفاعل التالي ‪:‬‬

‫‪NO2 + O2‬‬

‫‪O3‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NO‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫الذي يخ�ضع لقانون �سرعة التفاعل التالي ‪� :‬سرعة التفاعل = ثابت × [ ‪[ O3‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫ثالثاً ‪ :‬درجة الحرارة‬ ‫ م ��اذا يحدث عند �إ�ضافة قر�ص من فيتامين (‪)C‬‬‫الفوار �إلى ن�صف ك�أ�س ماء بارد؟‬ ‫ م ��اذا يحدث عند �إ�ضافة قر�ص من فيتامين (‪)C‬‬‫الفوار �إلى ن�صف ك�أ�س ماء �ساخن ؟‬ ‫ �أيهما �أ�سرع فوران ًا ؟‬‫ ما العامل المتغير الذي نتوقع �أن يكون م�ؤثر ًا في‬‫اختالف ال�سرعتين ؟‬ ‫دعنا نقوم بالن�شاط التالي ال�ستك�شاف‬

‫�شكل (‪)8-4‬‬ ‫فوران فيتامين ‪ C‬في ماء بارد وماء �سخن‬

‫�أثر درجة الحرارة على �سرعة التفاعل ‪:‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪126‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫(‪� )7 - 4‬أثر درجة الحرارة على �سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫الأدوات والمواد ‪:‬‬ ‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪� -1‬ضع ‪ 2‬مل من حم�ض الأ ك�ساليك في �أنبوبة اختبار‬ ‫(‪.)1‬‬ ‫‪� -2‬ضع ‪ 1‬مل من برمنجنات البوتا�سيوم و �أ�ضف �إليها‬

‫( ‪.) 2‬‬ ‫‪� -3‬أ�ض ��ف حم� ��ض الأك�سالي ��ك ف ��ي الأنبوب ��ة (‪� )1‬إل ��ى محل ��ول برمنجن ��ات البوتا�سي ��وم‬ ‫و حم� ��ض الكبري ��ت ف ��ي الأنبوب ��ة ( ‪ ) 2‬ث ��م اب ��د�أ ف ��ي ح�س ��اب الزم ��ن م ��ن لحظ ��ة الإ�ضافة ‪.‬‬ ‫‪ -4‬ح ��رك المحل ��ول جي ��د ًا و �سج ��ل درجة الح ��رارة و اتركه جانب ًا حت ��ى اختفاء ل ��ون البرمنجنات‬ ‫الأرجواني ثم �سجل الزمن الالزم الختفاء اللون ‪.‬‬ ‫‪ -5‬كرر الخطوات ال�سابقة و لكن بو�ضع الأنابيب قبل مزجها لمدة خم�س دقائق مرة في حمام مائي‬ ‫درجة حرارته ‪°50‬م و مرة �أخرى في حمام مائي درجة حرارته‪°100‬م‬ ‫‪� -6‬سجل نتائج التجربة في الجدول الآتي ‪:‬‬

‫الزمن الالزم الختفاء لون‬ ‫رقم التجربة‬ ‫البرمنجنات بالثانية‬

‫درجة حرارة المحلول‬ ‫( درجة مئوية )‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪127‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫ب�ضع قطرات من حم�ض الكبريت في �أنبوبة اختبار‬

‫�أنابي ��ب اختب ��ار ‪ ,‬مقيا� ��س ح ��رارة‪,‬‬ ‫�ساع ��ة �إيق ��اف ‪ ,‬حم ��ام مائ ��ي داف ��يء‬ ‫(درج ��ة حرارة‪°50‬م)‪ ,‬حم ��ام ماء يغلي‬ ‫(درج ��ة حرارت ��ه ‪°100‬م ) ‪ ,‬حم� ��ض‬ ‫الأك�سالي ��ك ( ‪ 0.2‬م ��والر)‪ ,‬محل ��ول‬ ‫برمنجن ��ات البوتا�سي ��وم (‪،)0.01‬‬ ‫ـ حم� ��ض الكبري ��ت ( ‪ ) 0.3‬م ��والر‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫• من خالل التجربة و �ضح كيف تت�أثر �سرعة التفاعل‬ ‫بتغير درجة الحرارة ‪.‬‬

‫درجة الحرارة‬

‫• ار�سم العالقة بياني ًا بين درجات الحرارة و الزمن‬ ‫بالثانية على ورقة ر�سم بياني بحيث يمثل الزمن على‬ ‫المحور ال�سيني ‪.‬‬ ‫الزمن‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫الحظ الكيميائيون �أن �سرعة التفاعالت الكيميائية تزداد ب�شكل عام مع ارتفاع درجة حرارة التفاعل ‪� ,‬إال �أن‬ ‫العالق ��ة الكمي ��ة بين �سرعة التفاعل و درجة الحرارة تختلف من تفاعل لآخر و �سنفهم �أ�سباب ازدياد �سرعة‬ ‫التفاعل بارتفاع درجة الحرارة حين ندر�س نظرية الت�صادم ‪.‬‬

‫تق ��ر�أ على مل�صقة الدواء ن�صائ ��ح ال�شركة ال�صانعة‬ ‫له ��ذا ال ��دواء ‪ ,‬منه ��ا ‪ " :‬يحف ��ظ ال ��دواء ف ��ي درجة‬ ‫ح ��رارة �أق ��ل من ‪ " .....‬ما �أهمي ��ة حفظ الدواء في‬ ‫درجة الحرارة التي تن�صح بها ال�شركة ال�صانعة ؟‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪128‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 9 –4‬غالف دواء يبين‬ ‫درجة الحرارة التي يحفظ عندها الدواء‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫�ش ��كل ( ‪)10-4‬جث ��ة عمره ��ا‬ ‫‪�5000‬سن ��ة درج ��ة الح ��رارة‬ ‫المنخف�ض ��ة بط� ��أت م ��ن تحللها‬

‫�شكل (‪�) 11-4‬أطعمة مبردة‬

‫الف�صل الرابع‬

‫هناك الكثير من ال�شواهد في حياتنا اليومية تو�ضح �أثر درجة الحرارة في‬ ‫�سرع ��ة التفاعل ‪ ,‬فعلى �سبيل المثال �سخر اهلل �سبحان ��ه و تعالى الحرارة للإن�سان لي�ستفيد منه‬ ‫ف ��ي تح�ضير طعامه و�شرابه حيث تعمل الحرارة على طهو الطعام و كلما ارتفعت درجة الحرارة‬ ‫�أدى ذل ��ك �إل ��ى ت�سريع عملية ن�ضج الطعام لأن زيادة درجة الح ��رارة تزيد من �سرعة التفاعالت‬ ‫الكيميائي ��ة و بالتال ��ي من �سرعة ن�ضج الطعام و بف�ضل اهلل عز وجل ابتكر الإن�سان �أواني خا�صة‬ ‫ت�س ��رع من عملي ��ة طهو الطعام و ت�سمى �أواني ال�ضغط كذلك م ��ن المالحظات اليومية على ذلك‬ ‫حف ��ظ الأطعم ��ة داخل الثالجة ‪ ,‬حيث تك ��ون درجة الحرارة بداخل الثالج ��ة منخف�ضة جد ًا مما‬ ‫ي�ؤدي �إلى التقليل من معدل �سرعة تفاعالت التحلل التي تحدث للأطعمة و ت�سبب ف�سادها لذلك‬ ‫تبقى الأطعمة مدة طويلة داخل الثالجة دون �أن تف�سد‪.‬‬

‫�شكل ( ‪ )12-4‬قدر �ضغط‬

‫بالتعاون مع زمالئك ‪ ,‬اذكر تف�سيراً علمياً ٍّ‬ ‫لكل مما يلي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬ا�ستخدام �أواني ال�ضغط لإ�سراع عملية طهو الطعام ‪.‬‬ ‫‪ -2‬يف�سد الطعام في ال�صيف �أ�سرع من ال�شتاء ‪.‬‬

‫‪129‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫رابعاً ‪ :‬المواد الحافزة‬

‫‪Catalysts‬‬

‫هن ��اك تفاع�ل�ات كيميائية كثيرة تتم ببطء عند مزج المواد المتفاعلة ‪ ,‬لكن �سرعتها تزداد بدرجة ملحوظة‬ ‫�إذا �أ�ضيف �إلى المواد المتفاعلة مواد �أخرى تعرف بالمواد الحافزة ‪.‬‬ ‫• فما هي المواد الحافزة ‪ ,‬و ما �أثرها على �سرعة التفاعل و هل هناك مواد تعيق عمل هذه المواد ؟‬ ‫الن�شاط التالي ي�ساعدنا على فهم �أثر المواد الحافزة على �سرعة التفاعل الكيميائي ‪:‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫(‪� )8 - 4‬أثر المواد الحافزة على �سرعة التفاعل الكيميائي‪.‬‬ ‫الأدوات والمواد الم�ستخدمة ‪:‬‬ ‫يتف���كك �أو ينح���ل ف���وق �أك�س���يد الهيدروجين ‪H2O2‬‬

‫�إلى غاز الأك�سجين و ماء‬ ‫‪2H2O + O2‬‬

‫‪2H2O2‬‬

‫فهل ي�ؤثر وجود المادة الحافزة على �سرعة تحلله ؟‬

‫ك�أ�س ��ان زجاجيان ب�سع ��ة ‪ 250‬مل ‪,‬‬ ‫ف ��وق �أك�سي ��د الهيدروجين ‪H2O2‬‬ ‫بتركي ��ز ‪ , %3‬م�سح ��وق ثاني �أك�سيد‬ ‫المنجنيز ‪MnO2‬‬

‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪� -1‬ضع حوالي ‪ 15‬مل من فوق �أك�سيد الهيدروجين في كل من‬ ‫الك�أ�سين ‪.‬‬ ‫‪� -2‬أ�ضف حوالي ‪ 2‬ج ��رام من م�سحوق ثاني �أك�سيد المنجنيز‬ ‫�إلى �أحد الك�أ�سين ‪ .‬ماذا تالحظ ؟‬ ‫‪.............................................................‬‬ ‫‪.............................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪130‬‬

‫�شكل (‪ )13-4‬أ�‬ ‫تفكك ‪ H2O2‬بدون عامل م�ساعد‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫‪3‬ـ قرب من كال الك�أ�سين �شظية م�شتعلة‪.‬‬ ‫�أ ‪ -‬ف ��ي �أي م ��ن الك�أ�سي ��ن ي ��زداد توه ��ج ال�شظي ��ة عن ��د‬ ‫تقريبها �إليه؟‬ ‫‪.........................................................‬‬ ‫ب ‪ -‬م ��ا �سب ��ب ازدياد توه ��ج ال�شظية عن ��د تقريبها �إلى‬ ‫�أحد الك�أ�سين ؟‬

‫ج‪ -‬و �ضح ت�أثير وجود ثاني �أك�سيد المنجنيز على تحلل فوق �أك�سيد الهيدروجين‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫الحظ ��ت م ��ن خالل الن�شاط ال�سابق �أنه عن ��د �إ�ضافة مادة حافزة لو�سط التفاع ��ل �أدى �إلى زيادة �سرعة‬ ‫التفاع ��ل فالم ��ادة الحافزة �إذن هي ‪ :‬مادة تزيد من �سرعة التفاعل الكيميائي دون �أن تُ�ستهلك ‪ ,‬فبعد انتهاء‬ ‫التفاع ��ل يمك ��ن ا�ستعادتها من المزيج المتفاع ��ل دون �أن تتعر�ض لتغير كيميائي ‪ ,‬و بم ��ا �أن المادة الحافزة‬ ‫تم ��زج م ��ن التفاعل بدون حدوث �أي تغير كيميائي لها فهي ال تظهر ك�إح ��دى المواد المتفاعلة �أو الناتجة في‬ ‫المعادل ��ة الكيميائية المتوازن ��ة الإجمالية و �إنما يتم الداللة على و جودها عن طريق كتابة ا�سمها �أو �صيغتها‬ ‫ف ��وق ال�سهم فمث ًال تحلل ف ��وق �أك�سيد الهيدروجين ( في الن�شاط ال�سابق ) يتم ب�سرعة في وجود ثاني �أك�سيد‬ ‫المنجنيز ‪ ,‬فيمكن كتابة معادلة التفاعل المحفزة كما يلي ‪:‬‬ ‫‪2H2O + O2‬‬

‫‪MnO2‬‬

‫‪131‬‬

‫‪2H2O2‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪.........................................................‬‬

‫�شكل (‪)13 –4‬ب‬ ‫تفكك ‪ H2O2‬في وجود عامل م�ساعد‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫الف�صل الرابع‬

‫تت�ض ��ح �أهمي ��ة وج ��ود العوامل الحف ��ازة في حق ��ل ال�صناع ��ات الكيميائية ‪,‬‬ ‫فعند تك َّون الن�شادر بالتفاعل المبا�شر بين النيتروجين و الهيدروجين ف�إن �سرعة التفاعل تزداد‬ ‫ب�ش ��كل كبير ج ��د ًا عند �إ�ضافة الحدي ��د �أو �أحد مركبات ��ه ( �أك�سيد الحديد الثالث ��ي ) �إلى حيز‬ ‫التفاع ��ل لتفاع ��ل حفاز كم ��ا تعتمد معظم التفاع�ل�ات الع�ضوية و ال�صناع ��ات البتر وكيميائية‬ ‫عل ��ى العوامل الحفازة ‪ .‬و ال تقت�صر �أهمية العوامل الحفازة على ال�صناعة والتجارب المخبرية‬ ‫فق ��ط ب ��ل ت�شمل جمي ��ع الأحياء عل ��ى �سطح الأر� ��ض فمث ًال ج�س ��م الإن�سان يحوي ه ��ذه المواد‬ ‫الحف ��ازة و تع ��رف بالأنزيم ��ات و التي ي� ��ؤدي كل منها وظيف ��ة حيوية خا�صة و م ��ن التطبيقات‬ ‫الأخ ��رى للم ��واد الحافزة تزوي ��د ال�سيارات بمح ��والت محف ��زة للتحكم في الغ ��ازات ال�صادرة‬ ‫م ��ن عادم ال�سيارة حيث تق ��وم هذه المحفزات ب�أك�س ��دة غاز �أول �أك�سيد الكرب ��ون المنبعث من‬ ‫الع ��ادم و تحويل ��ه �إل ��ى غاز ثان ��ي �أك�سيد الكرب ��ون و كذلك �أك�س ��دة الهيدروكربون ��ات �إلى ثاني‬ ‫�أك�سي ��د الكرب ��ون و بخار الماء و ذلك رغبة في الحد م ��ن تلوث الهواء الجوي بالغازات ال�ضارة ‪.‬‬

‫اكت ��ب بحث ًا تو�ضح في ��ه دور الأنزيمات كمادة حاف ��زة ت�ساعد على �إتمام العملي ��ات الحيوية في‬ ‫ج�سم الإن�سان ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪132‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫ق ��م بزي ��ارة �إلى �أحد الم�صانع في منطقت ��ك ( �إن كان متوفر فيها ) مث ��ل م�صنع �صناعة الأ�سمدة‬ ‫الكيميائي ��ة و اكت ��ب تقرير ًا عن تلك الزيارة و العوامل الم�ساع ��دة الم�ستخدمة في التفاعالت التي‬ ‫تتم في تح�ضير المواد التي ينتجها الم�صنع و ناق�ش معلمك عند الحاجة لذلك ‪.‬‬

‫تحوي م�ساحيق الغ�سيل البيولوجية حفازات �أنزيمية ت�ساعد في تفكيك البقع و �إزالتها ‪.‬‬ ‫و هذه الم�ساحيق غير فعالة في الماء الحار لأن درجات الحرارة العالية تقتل الأنزيمات ‪.‬‬

‫ع ��ادة ت�ستعم ��ل الحفازات لزي ��ادة �سرعة التفاع ��ل و ي�سمى محفز موجب ‪ ,‬لكن يمك ��ن ا�ستخدامها‬ ‫�أي�ض ًا لتثبيط التفاعل عن طريق تقليل �سرعة التفاعل و ي�سمى محفز �سالب فمث ًال ت�ضاف كيماويات‬ ‫م�ضادة للت�أك�سد كمواد حافظة �إلى الأطعمة لحفظها من التعفن ال�سريع ‪.‬‬

‫‪133‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫تجدر الإ�شارة �إلى وجود مواد تعوق عمل المواد الحافزة �إذا وجدت في و�سط التفاعل وتعرف هذه المواد‬ ‫بال�سم ��وم فالكبريت مث�ل ً�ا من �ش�أنه �أن يعيق عم ��ل �أكا�سيد الحديد كمادة حافزة ت�ساع ��د على زيادة �سرعة‬ ‫تفاع ��ل النيتروجين مع الهيدروجي ��ن في �صناعة الن�شادر ‪ ,‬كذلك وجود الر�صا� ��ص في وقود ال�سيارات يعيق‬ ‫عمل المادة الحافزة التي تزود بها بع�ض ال�سيارات للتحكم بغازات العوادم‪.‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫تف�سير �أثر العوامل المختلفة على �سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫در�ست �سابق ًا �أنه لتف�سير المالحظات و نتائج التجارب تو�ضع نظرية قوامها عدة فرو�ض يعمل بموجبها‬ ‫عل ��ى تف�سير هذه المالحظات و النتائج ‪ ,‬و نحاول بموجبها �أي�ض ًا �أن نتوقع نتائج بع�ض التجارب الأخرى قبل‬ ‫�إجرائه ��ا ‪ .‬و يقا�س م ��دى �صحة النظرية المتبعة بمقدار تطابق نتائج التج ��ارب المتوقعة مع النتائج الفعلية‬ ‫الت ��ي يت ��م الح�صول عليها في المختب ��ر ‪ ,‬و لتف�سير �أثر العوامل المختلفة على �سرع ��ة التفاعالت الكيميائية‬ ‫و�ضعت نظريتان ‪ :‬نظرية الت�صادم و نظرية الحالة االنتقالية ‪.‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫�أو ًال ‪ :‬نظرية الت�صادم ‪: Collision Theory‬‬ ‫تت�ألف نظرية الت�صادم من فر�ضين �أ�سا�سيين ‪:‬‬ ‫الفر����ض الأول‪ :‬لك���ي يتفاع���ل ج���زيء م���ن مادة معين���ة مع جزيء من م���ادة �أخرى ف����إن عليهما �أن‬ ‫يت�صادما �أي �أن ت�صادمهما �شرط �أ�سا�سي لحدوث التفاعل ‪.‬‬ ‫لديك التفاعل الآتي ‪:‬‬ ‫‪A+B‬‬

‫مواد ناتجة‬

‫ح�س ��ب الفر� ��ض الأول م ��ن نظرية الت�صادم لكي تتفاعل الم ��ادة ( ‪ ) A‬مع المادة ( ‪ ) B‬ف�إنه من‬ ‫ال�ضروري بالن�سبة لجزيئات المادة ‪� A‬أن تت�صادم مع جزيئات المادة ‪ , B‬وبذلك نجد �أن معدل �سرعة‬ ‫التفاع ��ل تتنا�س ��ب طردي ًا مع عدد الت�صادمات بين جزيئات المواد المتفاعل ��ة ( �أو ذراتها �أو �أيوناتها )‬

‫�سرعة التفاعل‬

‫عدد الت�صادمات ‪ /‬الثانية‬

‫و بو�سعك �أن ت�ستنتج �أن زيادة تركيز المواد المتفاعلة ( �أو م�ساحة ال�سطح المعر�ض للتفاعل ) يزيد‬ ‫من عدد جزيئات المواد المتفاعلة و بالتالي يزداد احتمال الت�صادم بين جزيئات المواد المتفاعلة مما‬ ‫يزيد من �سرعة التفاعل الكيميائي ‪ .‬و ال�شكل التالي يو�ضح ذلك ‪:‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪134‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫(ب)‬

‫(�أ)‬

‫‪A‬‬ ‫‪A‬‬ ‫ت�صادم واحد‬

‫‪B‬‬

‫‪A‬‬

‫‪B‬‬ ‫ت�صادمان‬

‫(ج)‬

‫‪A‬‬

‫‪B‬‬

‫‪A‬‬

‫‪B‬‬

‫�أربعة ت�صادمات‬

‫�شكل (‪ ) 14-4‬يزداد عدد الت�صادمات بزيادة التركيز‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪.........................................................................................................‬‬ ‫‪.........................................................................................................‬‬ ‫‪.........................................................................................................‬‬ ‫الفر����ض الثان���ي ‪ :‬لي����س من ال�ض���روري �أن ي�ؤدي كل ت�ص���ادم بين جزيئي���ن �إلى حدوث تفاع���ل كيميائي‬ ‫بينهما فهناك ت�صادمات غير مثمرة ال ينتج عنها �أي تفاعل ‪.‬‬ ‫�إذن لنا �أن نت�ساءل الآن ‪ :‬متى يكون الت�صادم مثمر ًا ؟‬ ‫لكي يكون الت�صادم بين الجزيئات مثمر ًا ي�ؤدي �إلى تكوين نواتج البد �أن تتوفر بع�ض ال�شروط‪:‬‬

‫‪135‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪ ) 2A + B‬ار�سم كافة االحتماالت المختلفة لت�صادم‬ ‫لديك التفاعل التالي ‪ (:‬نواتج‬ ‫الجزيئان ‪ A , B‬عند زيادة تركيز المادة ‪� B‬أربعة �أ�ضعاف التركيز الأ�صلي‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫ال�ش���رط الأول ‪� :‬أن تتخ ��ذ الوح ��دات المت�صادم ��ة ( ذرات ـ جزيئات ـ �أيون ��ات ) �أو�ضاع ًا منا�سبة من حيث‬ ‫الم�سافة و االتجاه لحظة الت�صادم ‪ ,‬فمث ًال لو كان لدينا التفاعل الآتي ‪:‬‬ ‫‪A2 + B2‬‬

‫‪2AB‬‬

‫فلكي يتم �إنتاج النواتج ‪ A2 , B2‬يجب �أن تقترب ذرتان من ‪ A‬من بع�ضهما و ذرتان من ‪ B‬من بع�ضهما ‪,‬‬ ‫�إلى حد كبير بحيث يكون من الممكن تكوين روابط ‪ A-A‬و ‪ ( B-B‬حيث الم�سافة بين الذرتين عبارة عن‬ ‫ن�صفي قطري الذرتين ) كما في �شكل ( ‪� 14 – 4‬أ ‪ 14 – 4 ,‬ب ) ‪.‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫(�أ)‬

‫ت�صادم غير‬ ‫مثمر‬

‫(ب)‬

‫ت�صادم مثمر‬ ‫�شكل ( ‪ ) 15-4‬احتماالت الت�صادم بين جزئيات ‪ A , B‬ونواتج الت�صادم‬

‫‪A‬‬ ‫‪+ A‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪B‬‬

‫‪B A‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪A‬‬

‫‪A‬‬ ‫‪B‬‬

‫‪+‬‬

‫‪B‬‬ ‫‪A‬‬

‫نوع الت�صادم ‪............................ :‬‬ ‫ال�سبب ‪.................................. :‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪136‬‬

‫‪A A‬‬

‫‪A A‬‬

‫‪A‬‬

‫‪B B‬‬

‫‪B B‬‬

‫‪B‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪A‬‬ ‫‪B‬‬

‫نوع الت�صادم ‪............................ :‬‬ ‫ال�سبب ‪.................................. :‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫د‪2‬‬

‫طم‬ ‫‪10‬‬

‫‪9‬‬

‫‪8‬‬

‫د‪1‬‬

‫‪7‬‬

‫‪6‬‬

‫‪5‬‬

‫عدد الجزيئات‬

‫ال�ش���رط الثاني ‪ :‬البد �أن تتوفر للوحدات المت�صادمة‬ ‫كمية م ��ن الطاقة كح ��د �أدنى تكفي لح ��دوث التفاعل‬ ‫اتف ��ق عل ��ى ت�سميته ��ا بالطاق ��ة المن�شط ��ة و يرمز لها‬ ‫بالرم ��ز (ط م ) �إذ لي�س جميع الجزيئات تمتلك قدر ًا‬ ‫متماث�ل ً�ا من الطاق ��ة ‪� .‬إذن كل ت�ص ��ادم بين جزيئين‬ ‫ال تتوف ��ر لهم ��ا كمية م ��ن الطاق ��ة المن�شط ��ة المتوقع‬ ‫ح ��دوث ت�صادم غي ��ر مثم ��ر ال ينتج عن ��ه �أي تفاعل ‪.‬‬

‫‪0.5‬‬ ‫‪0.4‬‬ ‫‪0.3‬‬ ‫‪0.2‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫‪4‬‬

‫الطاقة‬

‫‪3‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫�شكل (‪ )16-4‬توزيع الطاقة الحركية في جزئيات‬ ‫مادة ما عند درجتي الحرارة د‪ , 1‬د‪2‬‬

‫في مزيج من الميثان و الهواء ي�صطدم كل جزيء من الميثان ب�ألف مليون جزيء من الأك�سجين‬ ‫‪ 109‬ت�صادمات في الثانية بالرغم من ذلك ال يتم التفاعل ب�سرعة ملحوظة عند درجة الحرارة‬ ‫العادية ( د‪ ) 1‬و لكن عند رفع درجة الحرارة �إلى ( د‪ ) 2‬تزداد �سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫ف�سر ذلك في �ضوء نظرية الت�صادم ‪.‬‬

‫‪137‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫فمث ًال لو �أخذنا كمية من الغازات عند درجة الحرارة (د‪ )1‬نجد �أن هناك عدد محدد من الجزيئات عند‬ ‫هذه الدرجة لديه طاقة كافية للتفاعل( المنطقة المظللة في ال�شكل(‪ ) 16-4‬و لكن عند رفع درجة الحرارة‬ ‫�إلى (د ‪)2‬تزداد الطاقة الحركية للجزيئات مما يزيد من عدد الجزيئات التي تمتلك ذلك الحد الأدنى من‬ ‫الطاقة ( ط م ) و بالتالي تزداد احتماالت الت�صادمات المثمرة فتزداد �سرعة التفاعل كما في ال�شكل ال�سابق ‪:‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫من حكمة اهلل �سبحانه وتعالى �أنه لم تكن كل الت�صادمات التي تحدث في حيز التفاعل‬ ‫ت�صادم ��ات مثم ��رة فل ��و كان ��ت جمي ��ع الت�صادم ��ات الحا�صل ��ة �ضم ��ن حي ��ز التفاع ��ل مثم ��رة‬ ‫ف ��ي �إح ��داث تغي ��ر كيميائ ��ي ف� ��إن جمي ��ع التفاع�ل�ات الكيميائي ��ة تنته ��ي بم ��ا فيه ��ا التفاع�ل�ات‬ ‫الكيميائي ��ة الحياتي ��ة ب�ش ��كل لحظ ��ي و بم ��ا �أن للمخلوق ��ات الحي ��ة فت ��رة زمني ��ة مح ��ددة تعي�ش‬ ‫خالله ��ا فم ��ن الوا�ض ��ح �أن عام�ل ً�ا م ��ا ( �أو ربم ��ا مجموع ��ة عوام ��ل ) بق ��درة اهلل �سبحان ��ه‬ ‫وتعال ��ى تتدخ ��ل لتخفي� ��ض �سرع ��ات التفاع ��ل �إلى م�ست ��وى معق ��ول ف�سبح ��ان اهلل رب العالمين ‪.‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫ثانياً ‪ :‬نظرية الحالة االنتقالية‬

‫‪Transition State Theory‬‬

‫عن ��د مناق�شتنا لنظرية الت�صادم ركزنا اهتمامنا ب�شكل رئي�س ��ي على العالقة بين �سرعة التفاعل و عدد‬ ‫الت�صادم ��ات بي ��ن جزيئات المواد المتفاعلة في الثاني ��ة ‪� .‬أما نظرية الحالة االنتقالي ��ة فتهتم ب�شكل رئي�سي‬ ‫بم ��ا يح�صل فعلي ًا خالل ح ��دوث الت�صادمات عن طريق تتبع طاقة و اتجاه جزيئ ��ات المادة المتفاعلة عند‬ ‫ت�صادمه ��ا‪ ,‬فكما عرف ��ت �سابق ًا �أنه لكي ت�صطدم الجزيئات ا�صطدام ًا مثم ��ر ًا وجب عليها �أن تتخذ �أو�ضاع ًا‬ ‫منا�سب ��ة بالن�سب ��ة لبع�ضها البع� ��ض من حيث الم�ساف ��ة و االتجاه ‪ ,‬ه ��ذه الأو�ضاع ذات طاقة عالي ��ة ن�سبي ًا و‬ ‫ي�ش ��كل اتخاذه ��ا حاجز ًا من الطاق ��ة على جزيئات الم ��واد المتفاعلة �أن تتخطاها كي ت�ش ��كل نواتج التفاعل‬ ‫و عن ��د قمة ه ��ذا الحاجز ترتب ��ط الوحدات المت�صادم ��ة لفترة وجيزة ج ��د ًا ارتباط ًا �أقل ا�ستق ��رار ًا من كل‬ ‫الم ��واد المتفاعل ��ة و الناتجة و ت�سمى هذه الحال ��ة بالحالة االنتقالية �أو الن�شط ��ة و التي يتكون عندها مركب‬ ‫ن�ش ��ط( و�سط ��ي ) غير ثابت يك ��ون تركيبه و�سط بي ��ن المواد المتفاعل ��ة و المواد الناتج ��ة و ال يمكن ف�صله‬ ‫م ��ن التفاع ��ل و طاقة ه ��ذا المركب �أكبر من طاق ��ة المواد المتفاعل ��ة �أو الناتجة و يع ��رف بالمركب الن�شط‬ ‫‪ ,Activated Complex‬كم ��ا �أن تك ��ون هذا المركب ال يعن ��ي بال�ضرورة �سير عملي ��ة التفاعل �إلى النهاية‬ ‫لتكوي ��ن النوات ��ج لأن هن ��اك احتمال �أن يتف ��كك ليعطي المواد المتفاعل ��ة �أ�ص ًال عو�ض ًا ع ��ن نواتج التفاعل ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪138‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬ ‫فالمرك ��ب الن�ش ��ط ‪ Activated Complex‬هو مركب يتكون لحظي ًا عندم ��ا تكت�سب المواد المتفاعلة كمية‬ ‫من الطاقة المن�شطة و قد ي�ؤدي �إلى نواتج تفاعل �أو يتفكك �إلى متفاعالت ‪.‬‬ ‫�أما الطاقة المن�شطة ‪ Activation Energy‬فهي الطاقة ال�ضرورية لتحويل المواد المتفاعلة �إلى المركب‬ ‫الن�شط ‪ .‬و لتو�ضيح ذلك نفتر�ض �أن لدينا تفاعل تفكك لجزيئات المركب ‪ AB‬لإنتاج ‪ A2 , B2‬فمن الممكن‬ ‫تمثيله كما يلي ‪:‬‬ ‫‪A–A‬‬

‫‪A‬‬

‫ ‪B‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪B–B‬‬

‫ ‪B‬‬

‫مواد ناتجة‬

‫‪A‬‬

‫مواد متفاعلة‬

‫المركب الن�شط (ال َو َ�سطي)‬

‫حي ��ث ترمز الخطوط المت�صلة للروابط الت�ساهمي ��ة االعتبارية ‪ ,‬و �أما الخطوط المنقطة ترمز للروابط‬ ‫المكونة جزئي ًا �أو المك�سرة جزئي ًا الموجودة في الحالة االنتقالية المح�صورة بين الأقوا�س ‪.‬‬ ‫يمكن تمثيل هذا الو�ضع بيانياً لتفاعل ما�ص و �آخر طارد للحرارة كما يلي ‪:‬‬ ‫المركب المن�شط‬ ‫المركب المن�شط‬

‫الطاقة المن�شطة‬

‫(‪)1‬‬

‫(‪)2‬‬ ‫المواد الناتجة‬

‫ا‬

‫الطاقة المن�شطة‬

‫الطاقة‬

‫(‪)2‬‬

‫لمواد ال‬

‫متفاعلة‬

‫(‪)1‬‬

‫الطاقة‬

‫المواد المتفاعلة‬

‫المواد الناتجة‬

‫�شكل (‪� )17-4‬أ تفاعل ما�ص للحرارة‬

‫�شكل (‪ )17- 4‬ب تفاعل طارد للحرارة‬

‫‪139‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الرابع‬

‫‪A-B‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪A–B‬‬

‫�سرعة التفاعل الكيميائي‬

‫�شكل ( ‪ ) 18- 4‬يوفر العامل الحافز‬ ‫طريق ًا يحتاج �إلى طاقة من�شطة �أقل‬

‫الف�صل الرابع‬

‫ط م = الطاقة المن�شطة قبل‬ ‫تحفيز التفاعل ‪.‬‬ ‫ط م = الطاقة المن�شطة بعد‬ ‫تحفيز التفاعل ‪.‬‬

‫ط‬

‫م‬

‫ط‬

‫م‬

‫المتفاعالت‬

‫الحظ �أن ‪ :‬طم < ط م‬

‫‪∆H‬‬

‫النواتج‬ ‫م�سار التفاعل‬

‫�شكل ( ‪� )19-4‬أثر المادة الحافز على �سرعة التفاعل‬ ‫ (‪ ) 19-4‬‬ ‫ ‬

‫ما �أثر المادة الحافزة على حرارة التفاعل ‪ ∆H‬؟‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪140‬‬

‫طاقة الو�ضع‬

‫و الآن لنا �أن نت�ساءل ‪ :‬هل هناك عالقة بين‬ ‫�سرعة التفاعــل و كمية الطاقة المن�شطة الالزمة‬ ‫لإتمام التفاعل؟ تجدر الإ�شارة �إلى �أنه �إذا كانت‬ ‫طاق ��ة الو�ضع للحال ��ة االنتقالية عالية ف� ��إن قدر ًا‬ ‫كبير ًا من الطاقة يجب �أن يتوافر في الت�صادم بين‬ ‫الجزيئات لتكوين المركب الن�شط و ينتج عن ذلك‬ ‫طاقة من�شطة عالية و بالتالي تفاعل بطيء ‪� ,‬أما لو‬ ‫كان من الممكن ب�شكل ما �إنتاج مركب ن�شط بطاقة‬ ‫تقارب تلك للمواد المتفاعلة ف�إن الطاقة المن�شطة‬ ‫تك ��ون منخف�ض ��ة و بالتال ��ي التفاعل �سري ��ع ‪� .‬إذ ًا‬ ‫ت ��زداد �سرعة التفاعل كلما قلت الطاقة المن�شطة‬ ‫الالزم ��ة لإتمام التفاع ��ل ‪ ,‬وهذا هو بال�ضبط دور‬ ‫العام ��ل الحافز ف ��ي التفاع�ل�ات الكيميائية حيث‬ ‫�أن ��ه يوف ��ر طريق ًا يحت ��اج �إلى طاق ��ة من�شطة �أقل‬ ‫م ��ن الطاق ��ة المن�شط ��ة الالزم ��ة بغي ��اب العامل‬ ‫الحافز وبالتالي تزداد �ســـرعة التــفاعل ‪ .‬وال�شـكل‬ ‫(‪ )18 - 4‬يو�ضح ذلك ‪.‬‬

‫�أ�سئلة الف�صل الرابع‬ ‫�س‪� :1‬ضع دائرة حول حرف الإجابة ال�صحيحة فيما يلي ‪:‬‬ ‫‪�-1‬أك�سدة �أك�سيد النيتريك �أ�سرع من �أك�سدة الميثان ( في نف�س الظروف ) لأن ‪:‬‬ ‫�أ ) عدد الروابط في �أك�سيد النيتريك �أقل‬ ‫ب ) عدد الروابط في �أك�سيد النيتريك �أكثر‪.‬‬ ‫ج ) الرابطة في �أك�سيد النيتريك �أيونية‬ ‫د ) الرابطة في الميثان ت�ساهمية ‪.‬‬

‫‪ -2‬التفاعالت المتجان�سة ‪:‬‬ ‫�أ ) تكون فيها المواد المتفاعلة و الناتجة في حالة واحدة من حاالت المادة ‪.‬‬ ‫ب ) تعتمد �سرعة التفاعل فيها على م�ساحة منطقة التما�س ‪.‬‬ ‫ج ) تعتمد �سرعة التفاعل فيها على تركيز المواد المتفاعلة ‪.‬‬ ‫د ) �أ ‪ ,‬ج كالهما �صحيح ‪.‬‬

‫‪ -3‬تقا�س �سرعة التفاعل الآتي ‪+ O‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪2H2‬‬

‫‪2H2O‬‬

‫ب�إحدى الطرق الآتية ‪:‬‬

‫�أ ) �ضعف معدل اختفاء ‪H2O‬‬ ‫ب ) ن�صف معدل تكون ‪H2O‬‬

‫ج ) ن�صف معدل اختفاء‪H2O‬‬ ‫د ) �ضعف معدل تكون ‪H2O‬‬

‫�س‪� :2‬أ ) ار�سم منحنى يمثل طاقة الو�ضع للمواد �أثناء التفاعل التالي ‪:‬‬ ‫حرارة ‪C + D +‬‬

‫‪ A + B‬مو�ضح ًا على الر�سم ما يلي ‪:‬‬

‫• م�ستوى طاقة المواد المتفاعلة و الناتجة ‪.‬‬

‫‪141‬‬

‫• م�ستوى طاقة المركب الن�شط ‪.‬‬ ‫• مقدار حرارة التفاعل و الطاقة المن�شطة ‪.‬‬

‫ب ) و �ضح على الر�سم التغيرات التي تطر�أ عند �إ�ضافة مادة حافزة �إلى و�سط التفاعل ‪.‬‬

‫�س‪ : 3‬اذكر تف�سيراً علمياً دقيقاً لما يلي ‪:‬‬ ‫�أ ‪ -‬تحترق قطعة خ�شب كتلتها ‪ 100‬جرام بمعدل �أقل من احتراق ن�شارة خ�شب لها نف�س الكتلة ‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬حرق ال�سكر في ج�سم الإن�سان يتم عند ‪° 37‬م بينما يحتاج احتراقه في المختبر �إلى درجة حرارة �أعلى‪.‬‬ ‫ج‪ -‬ال ت�ؤدي جميع اال�صطدامات بين دقائق المواد المتفاعلة �إلى حدوث تفاعل ‪.‬‬

‫�س‪ : 4‬في �أي التجارب الآتية يكون التفاعل بين حم�ض الكلور والخار�صين �أ�سرع ما‬ ‫يمكن ؟ ف�سر �إجابتك ‪.‬‬ ‫درجة الحرارة م حالة فلز الخار�صين‬

‫التجربة‬

‫‪O‬‬

‫حبيبات‬ ‫م�سحوق‬ ‫م�سحوق‬ ‫م�سحوق‬ ‫حبيبات‬

‫‪30‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪90‬‬ ‫‪90‬‬ ‫‪90‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪5‬‬

‫تركيز حم�ض الهيدروكلوريك‬

‫مخفف‬ ‫مخفف‬ ‫مركز‬ ‫مخفف‬ ‫مركز‬

‫�س‪ : 5‬يتم تفاعل ‪ NO‬مع ‪ Cl2‬بموجب المعادلة ‪:‬‬ ‫‪ 2NO + Cl2‬و ق���د ت���م جم���ع المعلوم���ات التالي���ة حول���ه ‪:‬‬ ‫‪2NOCl‬‬ ‫رقم التجربة‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬

‫[ ‪Cl2‬‬

‫[ ‪NO‬‬

‫‪0.1‬‬ ‫‪0.2‬‬ ‫‪0.1‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫‪0.1‬‬ ‫‪0.1‬‬ ‫‪0.2‬‬ ‫‪0.3‬‬

‫‪142‬‬

‫معدل ال�سرعة‬

‫‪10 ×2.35‬‬ ‫‪6‬‬‫‪10 ×5.06‬‬ ‫‪6‬‬‫‪10 ×10.1‬‬ ‫‪6‬‬‫‪10 ×22.8‬‬ ‫‪6-‬‬

‫من خالل المعلومات ال�سابقة ‪ ,‬اكتب قانون ال�سرعة لهذا التفاعل ‪.‬‬

‫����س‪ : 6‬ت�ص���بح الح�ش���رات ‪ -‬و ه���ي من المخلوقات الحي���ة ذات الدم الب���ارد و التي تتغير‬ ‫درجة �أج�سامها بتغير درجة حرارة محيطها ـ بطيئة الحركة في الطق�س البارد ‪.‬‬ ‫ف�سر هذه الظاهرة بنا ًء على درا�ستك للعوامل الم�ؤثرة في �سرعة التفاعل ‪.‬‬ ‫�س‪ : 7‬لنفتر�ض اقتراح الت�سل�سل التالي من التفاعالت لتفاعل ما ‪:‬‬ ‫‪A2‬‬ ‫‪C + 2D‬‬

‫‪(1) 2A‬‬ ‫‪(2) A2 + B‬‬

‫�أ‪ -‬ما التفاعل الكيميائي الإجمالي ال�صافي ؟‬ ‫ب‪ -‬ما قانون �سرعة التفاعل المتوقع �إذا كانت الخطوة ( ‪ ) 1‬بطيئة والخطوة ( ‪� ) 2‬سريعة ؟‬ ‫ج‌‪ -‬ما قانون �سرعة التفاعل المتوقع �إذا كانت الخطوة ( ‪ ) 2‬بطيئة والخطوة ( ‪� ) 1‬سريعة ؟‬

‫�س‪� : 8‬إذا مزجت كمية معينة من غاز اليود مع كمية �أخرى من غاز الهيدروجين في‬ ‫وعاء �سعته لتر واحد ‪ .‬و�إذا علم �أن الغازين يتفاعالن ليكونا غاز يوديد الهيدروجين‬ ‫(‪ , )HI‬ف�إن �س���رعة التفاعل تتنا�س���ب طردياً مع ( ‪ ) H2‬وتتنا�سب طردياً مع (‪)I2‬‬ ‫فاكتب قانون �سرعة التفاعل ‪ ,‬ثم بين �أثر ما يلي على �سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫�أ‪ -‬ارتفاع درجة الحرارة ‪.‬‬ ‫ب ‪�-‬إ�ضافة مادة حافزة �إلى و�سط التفاعل ‪.‬‬ ‫ج‪� -‬إ�ضافة كمية من غاز الهيدروجين ‪.‬‬ ‫د‪� -‬سحب كمية من غاز اليود �أثناء عملية التفاعل ‪.‬‬ ‫هـ ‪ -‬زيادة حجم وعاء التفاعل ‪.‬‬

‫�س‪ " : 9‬لكل تفاعل كيميائي قانون يحكم �سرعته وال يمكن كتابته بمجرد النظر‬ ‫لمعادلة التفاعل " ف�سر العبارة ال�سابقة في �ضوء درا�ستك ‪.‬‬ ‫‪143‬‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫الأهداف‬ ‫ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تت�أمل قدرة اهلل �سبحانه وتعالى في �إيجاد التوازن في الكون ‪.‬‬ ‫‪ -2‬ت�شرح طبيعة حالة االتزان ‪.‬‬ ‫‪ -3‬تحدد التفاعالت الكيميائية التي يحدث فيها اتزان كيميائي ‪.‬‬ ‫‪ -4‬تتعرف االتزان الكيميائي ‪.‬‬ ‫‪ -5‬تكتب قانون ثابت االتزان لتفاعل ما من معادلته الموزونة ب�صورة �صحيحة ‪.‬‬ ‫‪ -6‬تذكر العوامل الم�ؤثرة في حالة االتزان وثابت االتزان ‪.‬‬ ‫‪ -7‬تف�سر �أثر العوامل الم�ؤثرة على حالة االتزان وقيمة ثابته بنا ًء على مبد�أ لو�شاتليه ‪.‬‬ ‫‪ -8‬تجري بع�ض الح�سابات المتعلقة باالتزان الكيميائي ‪.‬‬ ‫‪ -9‬تتعرف بع�ض التطبيقات العملية لالتزان في حياتنا ‪.‬‬

‫‪144‬‬

‫المقدمة‬ ‫يلع ��ب االت ��زان دور ًا هام� � ًا ف ��ي حياتنا على �سط ��ح الأر�ض ‪ .‬فق ��د جع ��ل اهلل �سبحانه كثير ًا م ��ن العمليات‬ ‫االنعكا�سية ( االتزانية ) تتم في الطبيعة للمحافظة على حياة المخلوقات الحية ‪ ،‬ف�إذا اختل هذا التوازن‬ ‫ف�إن ا�ضطرابا عظيم ًا يمكن �أن يحدث في الحياة‪ .‬ويمكن اعتبار �أي نظام في حالة توازن عندما ال تالحظ‬ ‫علي ��ه �أي تغيرات مع م ��رور الزمن و التوازن نوعان الأول يعرف بالتوازن ال�س���اكن الذي يمتاز بعدم حدوث‬ ‫تغي ��رات �سواء على الم�ستوى العيني �أو الجزيئي من النظام والثاني ما يعرف بالتوازن الديناميكي والذي‬ ‫يمت ��از بعدم حدوث تغيرات عل ��ى الم�ستوى العيني للنظام المتوازن ديناميكي ��ا ولكن تحدث تغيرات ن�شطة‬ ‫عل ��ى الم�ست ��وى الجزيئي والجدي ��ر بالذكر �أن التوازن ��ات الكيميائية هي توازن ��ات ديناميكية ويتم التعامل‬ ‫معه ��ا عل ��ى هذا الأ�سا�س و�سوف ن�ستعر�ض في هذا الف�صل �أنواع التفاعالت من حيث االتزان واالتزان في‬ ‫التفاعالت االنعكا�سية والعوامل الم�ؤثرة عليها وكذلك �سندر�س ح�سابات متعلقة باالتزان ‪.‬‬

‫االتزان في الكون ‪:‬‬ ‫خل ��ق اهلل ع ��ز وج ��ل الكون بقوانين غاي ��ة في الدقة والإح ��كام تحكم جمي ��ع الظواهر الكونية‬ ‫وتجعله ��ا في حالة اتزان وهناك كثير من الظواهر الطبيعية لكوكب الأر�ض الذي نعي�ش فيه تو�ضح‬ ‫مفه ��وم االت ��زان ومن �أهم هذه الظواهر دورات العنا�صر في الطبيع ��ة " الأك�سجين ‪ ,‬النيتروجين‪,‬‬ ‫دورت الم ��اء في الطبيع ��ة " كذلك فالعملي ��ات الكيميائية الحيوية التي تحدث ف ��ي ج�سم الإن�سان‬ ‫تخ�ض ��ع ه ��ي الأخرى التزان دقيق فمث ًال نجد �أن ن�سبة ال�سكر ف ��ي دم ال�شخ�ص ال�سليم تظل ثابتة‬ ‫عند حد معين ويعزى ذلك �إلى حدوث عمليتين متقاربتين الأولى هي ‪:‬‬

‫‪145‬‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫اختزان ال�سكر الزائد عن حاجة الج�سم على هيئة ن�شا حيواني (جاليكوجين ) في الكبد والأخرى‬ ‫هي عملية تحول جزء من الن�شا الحيواني المختزن �إلى �سكر ين�ساب في الدم ‪� .‬إن كل ذلك يجعلنا‬ ‫نت�ض ��اءل �إج�ل� ً‬ ‫اال وتقدير ًا لواه ��ب الحياة و�سير الأحي ��اء و الجمادات ونتذكر عندئ ��ذ قوله تعالى‪:‬‬ ‫(الفرقان ‪.)2:‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫�صمم عر�ض ًا عن االتزان الفيزيائي [ الدورات الطبيعية واالتزان البيولوجي في ج�سم الإن�سان‬ ‫مزودا بال�صور ‪.‬‬ ‫م ��ن خالل معرفتك باالتزان في الكون الف�سيح من حولنا تجد �أن ك ًال منها يتعر�ض لقوى م�ضادة تحاول‬ ‫الت�أثي ��ر علي ��ه ف ��ي اتجاه معين واالت ��زان كمفهوم عام هو حالة تك ��ون القوى والعوامل الم�ؤث ��رة على �شيء ما‬ ‫معادله للقوى والعوامل الم�ضادة التي ت�ؤثر على نف�س ال�شيء ‪.‬‬

‫ناق� ��ش مع زمالئك ماذا يحدث لو اختلت ن�سبة الكال�سيوم في البالزما وال�سائل بين الخلوي في‬ ‫ج�سم الإن�سان‪.‬‬

‫طبيعة حالة االتزان‬ ‫يت�ضح مما �سبق �أن جميع الأنظمة �سواء الفيزيائية �أو البيولوجية دائم ًا في حالة تغير لت�صل �إلى االتزان‬ ‫ولفهم طبيعة حالة االتزان ‪ .‬قم ب�إجراء الن�شاط التالي ‪:‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪146‬‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫(‪ )1 - 5‬طبيعة حالة االتزان‪.‬‬ ‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪� -1‬أ�ضف قلي ًال من ملح برمنجنات البوتا�سيوم ال�صلب‬ ‫�إلى قليل من الماء في طبق بتري ‪ .‬ثم قم بتحريكه ‪.‬‬ ‫ماذا تالحظ ؟‬

‫الأدوات والمواد ‪:‬‬ ‫ملح برمنجنات البوتا�سيوم‬ ‫ال�صلب‪ -‬كبريتات النحا�س‬ ‫ال�صلب ‪�-‬أطباق بتري‪ -‬ماء مقطر‬

‫الماء‬

‫ ما هي النتائج التي تو�صلت �إليها ؟‬‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫ف ��ي حالة اتزان الم ��ادة ال�صلبة مع محلولها المائي نالحظ �أن هن ��اك عمليتان مت�ضادتان وهما عمليتي‬ ‫الذوبان والتر�سب تتم ب�سرعة واحدة عند حالة االتزان ‪ .‬فيبدو للناظر وك�أن �شيئ ًا لم يتغير �أي �أن‪:‬‬

‫�سرعة الذوبان = �سرعة التر�سيب‬ ‫‪147‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫‪........................................................‬‬ ‫‪� -2‬أ�ض ��ف مزي ��د ًا م ��ن مل ��ح برمنجن ��ات البوتا�سي ��وم �إل ��ى الطبق‬ ‫ماذا تالحظ ؟‬ ‫‪........................................................‬‬ ‫ ماذا يحدث لدرجة لون المحلول ؟‬‫‪........................................................‬‬ ‫ هل هناك تر�سب لجزيئات الملح ؟ " ف�سر ذلك "‬‫‪........................................................‬‬ ‫�شكل ( ‪) 1-5‬‬ ‫‪ -3‬كرر خطوات التجربة با�ستخدام ملح كبريتات النحا�س ال�صلب‪ .‬ذوبان برمنجنات البوتا�سيوم في‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫(‪ )2 - 5‬اتزان �سائل مع بخاره‪.‬‬ ‫الأدوات والمواد ‪:‬‬

‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪� -1‬ض ��ع قلي ًال م ��ن الماء في ال ��دورق و�س ��ده بال�سدادة‬ ‫المطاطية ‪.‬‬ ‫‪� -2‬ضع �إ�شار ًة بالقلم الأزرق عند م�ستوى الماء ‪.‬‬

‫دورق ‪� -‬س ��دادة مطاطي ��ة ‪ -‬م ��اء‬ ‫مقط ��ر ‪ -‬قل ��م �أزرق ‪ -‬قلم �أحمر ‪-‬‬ ‫موقد (لهب)‪.‬‬

‫‪ -3‬قم بالت�سخين �إلى درجة الغليان ‪ .‬ماذا تالحظ ؟‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪� -4‬ض ��ع �إ�ش ��ارة �أخ ��رى بالقلم الأحم ��ر عند الم�ست ��وى الذي و�ص ��ل �إليه الماء ‪ .‬م ��اذا تالحظ ؟‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪ -5‬اترك الدورق ليبرد فترة من الزمن ماذا تالحظ ؟‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫• ما العمليتان المت�ضادتان اللتين حدثتا داخل الدورق ؟‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫• ماذا يحدث للعمليتين عند حالة االتزان ؟‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................................‬‬ ‫عن ��د اتزان �سائل م ��ع بخاره هناك عمليتان مت�ضادتان تحدث وهي التبخر والتكثف وتتم ب�سرعة واحدة‬ ‫عند االتزان ويبدو للناظر ك�أن �شيئ ًا لم يتغير �أي �أن ‪:‬‬

‫�سرعة التبخر = �سرعة التكثف‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪148‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫ن�ستنتج من الن�شاطين ال�سابقين �أن الو�صول �إلى حالة‬ ‫االت ��زان ال تعني توقف التغير في العمليتين المت�ضادتين‬ ‫ولك ��ن حدوثهم ��ا م�ستمر بنف� ��س ال�سرعة له ��ذا يو�صف‬ ‫االتزان ب�أنه اتزان ديناميكي ن�شط فهو نظام متزن �ساكن‬ ‫على الم�ستوى المرئي وديناميكي وم�ستمر في االتجاهين‬ ‫المت�ضادين ‪ ،‬وبنف�س ال�سرعة على الم�ستوى غير المرئي ‪.‬‬ ‫�شكل ( ‪ )2 -5‬ك�أ�س ماء في حالة اتزان‬ ‫مع بخاره‬

‫اذكر �أمثلة �أخرى على االتزان الديناميكي في حياتك ‪.‬‬

‫‪ -1‬تفاعالت غير انعكا�سيه (تامة) ‪:‬‬ ‫وه ��ي تفاع�ل�ات ت�سي ��ر في اتجاه واح ��د لأن المواد الناتجة م ��ن التفاعل ال ت�ستطي ��ع �أن تتحد مع بع�ضها‬ ‫لتكوي ��ن المواد المتفاعلة تحت ظروف التجربة ب�سبب خروج �إحدى النواتج من حيز التفاعل و(ت�صاعد غاز‬ ‫�أو تكون را�سب ) ‪.‬‬ ‫مثال ‪:‬‬ ‫)‪NaCl(aq) + AgNO (aq‬‬ ‫)‪AgCl(S) + Na NO (aq‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪3‬‬

‫)‪H2(g‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪MgCl2(aq‬‬

‫)‪Mg(S) + 2HCl(aq‬‬

‫‪ 2-‬التفاعالت االنعكا�سية ( غير تامة )‪:‬‬

‫ه ��ي تفاعالت غير مكتملة تحدث في االتجاهين (الطردي والعك�سي )و تكون المواد المتفاعلة والناتجة‬ ‫موج ��ودة با�ستم ��رار في حيز التفاع ��ل ( ال يحدث ت�صاعد غاز �أو تكون را�سب ) ويعب ��ر عن التفاعل العك�سي‬ ‫�أو بعالمة م�ساواة =‬ ‫ب�سهمين متعاك�سين‬ ‫)‪CH3COOH(aq) + C2H5OH(aq‬‬

‫(‪CH2COOC2H5(aq) + H2O(l‬‬

‫‪149‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫وبع ��د معرفتنا لمفهوم االتزان في الأنظم ��ة الفيزيائية لنرى كيف تحدث عمليات االتزان في التفاعالت‬ ‫الكيميائية حيث يمكن تق�سيم التفاعالت الكيميائية من حيث االتزان �إلى ‪:‬‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫بعد �أن تعرفت على �أنواع التفاعالت من حيث االتزان تتوقع في �أي منها يحدث االتزان الكيميائي ؟‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫�إذا تفاعلت المادتان ‪ A‬و ‪ B‬وكانت النواتج ‪ C , D‬كما يلي ‪:‬‬

‫‪+D‬‬

‫‪C‬‬

‫‪B‬‬

‫‪+‬‬

‫‪A‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫‪A + B‬‬ ‫‪C + D‬‬ ‫حالة االتزان‬ ‫‪C + D‬‬ ‫‪A + B‬‬ ‫التفاعل العك�سي‬

‫�سرعة التفاعل‬

‫• ماذا يحدث لتركيز المتفاعالت مع مرور الزمن ؟‬ ‫• ماذا يحدث لتركيز النواتج مع مرور الزمن ؟‬ ‫• كيف تتغير �سرعة التفاعل بتغير التراكيز ؟‬ ‫ف ��ي بداية التفاعل تكون �سرع ��ة التفاعل الطردي‬ ‫كبيرة بينما �سرعة التفاعل العك�سي �صفر ًا لعدم وجود‬ ‫النوات ��ج ‪ D , C‬وبا�ستم ��رار التفاعل يزداد تركيز ٍّ‬ ‫كل‬ ‫م ��ن المواد ‪ D ,C‬وبا�ستم ��رار التفاعل تزداد �سرعة‬ ‫التفاعل العك�سي وتقل �سرعة التفاعل الطردي ‪.‬‬

‫التفاعل الطردي‬

‫الـزمـن‬ ‫�شكل ( ‪ ) 3-5‬التغير في �سرعة التفاعل‬ ‫مع مرور الزمن‬

‫وي�ستم ��ر ذلك حتى تت�س ��اوى �سرعة التفاعل العك�سي مع �سرعة التفاعل الط ��ردي وقد يبدو لنا في فترة‬ ‫م ��ن الوقت �أن التفاعل توق ��ف ولكن الحقيقة �أن المواد المتفاعلة تتحد با�ستم ��رار لتكوين النواتج وفي نف�س‬ ‫الوق ��ت وبنف� ��س ال�سرعة تتفاع ��ل المواد الناتجة لتكوين الم ��واد المتفاعلة في�صل النظ ��ام �إلى حالة ال يتغير‬ ‫فيها تركيز المواد المكونة له طالما كان النظام بعيد ًا على الم�ؤثرات الخارجية؛ �شكل (‪ ،)3-5‬وتعرف هذه‬ ‫الحال ��ة بحال ��ة االتزان الكيميائي الديناميك ��ي ( الن�شط ) وعليه يمكننا تعريفه ب�أن ��ه ‪ :‬حالة النظام عند ما‬ ‫تثب ��ت تركيزات المواد المتفاعلة والم ��واد الناتجة وبالتالي ت�صبح �سرعة التفاع ��ل الطردي م�ساوية ل�سرعة‬ ‫التفاعل العك�سي ‪.‬‬ ‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪150‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫خوا�ص االتزان‬ ‫‪� -1‬إن االتزان هو حالة تكون عندها خوا�ص المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن ‪.‬‬ ‫‪ -2‬االت ��زان الكيميائ ��ي ذو طبيعة ديناميكية ( ن�شط ) �إذ �أنه على الرغم م ��ن �أن تركيز المواد المتفاعلة‬ ‫والنوات ��ج ال يتغي ��ر مع مرور الزمن عند حال ��ة االتزان �إال �أن التفاعل ال يتوقف ب ��ل ي�سير في اتجاهين‬ ‫متعاك�سين ب�سرعة واحدة ‪.‬‬ ‫‪� -3‬إن التفاعالت الكيميائية تتجه تلقائي ًا نحو تحقيق االتزان ‪.‬‬ ‫‪� -4‬إن خوا�ص المجموعة عند االتزان ثابتة في ظروف معينة وال تعتمد على الم�سار الذي �سلكته المجموعة‬ ‫لت�صل �إلى حالة االتزان ‪.‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫ف�سر ثبات �شدة اللون البني عند و�صول التفاعل الآتي �إلى حالة االتزان ‪.‬‬ ‫‪N2O4(g) = 2NO2‬‬ ‫عديم اللون‬ ‫بني اللون‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬

‫ثابت االتزان‬ ‫عرفت مما �سبق �أن االتزان الكيميائي هو الحالة التي تت�ساوى عندها �سرعتا التفاعلين فهل توجد عالقة‬ ‫ريا�ضي ��ة بي ��ن تراكيز المواد عند االتزان لك ��ي يمكن و�صف االتزان الكيميائي وتحدي ��ده كمي ًا ؟ الآن ادر�س‬ ‫حالة االتزان لتفاعل تكوين الن�شادر الذي يتم وفق المعادلة التالية ‪:‬‬ ‫)‪2NH3(g‬‬

‫=‬

‫)‪3H2(g‬‬

‫‪151‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪N2(g‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫ت ��م قيا� ��س تراكيز الم ��واد المتفاعلة والناتجة عند االت ��زان في تجارب متعددة عن ��د درجة حرارة ثابتة‬ ‫و�ضغط ثابت وكانت النتائج كما يلي ‪:‬‬ ‫رقم التجربة‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬

‫[‪H2‬‬ ‫‪0.5‬‬ ‫‪1.35‬‬ ‫‪2.43‬‬

‫[‪N2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1.15‬‬ ‫‪1.85‬‬

‫[‪NH3‬‬ ‫‪10 × 8.66‬‬ ‫‪1‬‬‫‪10×4.12‬‬ ‫‪1.27‬‬

‫‪NH3[2‬‬ ‫[‪N2]3 H2‬‬

‫‪2-‬‬

‫‪ -‬اح�سب قيمة الك�سر في العمود الأخير ؟‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫ ماذا تالحظ على قيمة الك�سر ؟‬‫تالح ��ظ من الجدول �أن حا�صل ق�سمة تركيز المادة الناتجة على حا�صل �ضرب تراكيز المواد المتفاعلة‬ ‫يك ��ون ثابت� � ًا �إذا كان تركيز كل ماده مرفوع �إلى �أ�س ي�ساوي معامل تل ��ك المادة في المعادلة الموزونة ويعرف‬ ‫هذا الثابت بثابت االتزان ويرمز له بالرمز ‪. K‬‬ ‫ل ��كل تفاع ��ل كيميائي عك�سي ثابت ات ��زان معين خا�ص به نح�ص ��ل عليه بالعملي ��ات الح�سابية عند حالة‬ ‫االت ��زان‪ ،‬وقيمة هذا الثابت عبارة عن ك�سر ب�سطه حا�صل �ضرب تراكيز المواد الناتجة من التفاعل ومقامه‬ ‫حا�ص ��ل �ضرب تراكيز المواد المتفاعلة مرفوع تركيز كل مادة منه ��ا ( المواد المتفاعلة والناتجة ) �إلى �أ�س‬ ‫ي�ساوي معامل المادة في المعادلة الكيميائية الموزونة ‪.‬‬ ‫ف�إن كان لدينا التفاعل الآتي ‪.:‬‬

‫‪cC + dD‬‬ ‫فيمكن كتابة قانون ثابت االتزان له كما يلي ‪.:‬‬

‫=‬

‫‪aA + bB‬‬ ‫‪C]c D]d‬‬ ‫‪A]a B]b‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪152‬‬

‫=‪K‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫ا�شتقاق قانون ثابت االتزان من قانون �سرعة التفاعل‬ ‫عل ��ى الرغ ��م من �أن االتزان هو حقيقة �أثبتتها التجارب �إال ان ��ه بو�سعنا �أي�ضا ا�ستنتاجه من قانون �سرعة‬ ‫التفاعل ف�إذا �أخذنا التفاعل العك�سي الآتي ‪.‬‬ ‫‪cC + dD‬‬ ‫فنجد �أنه يتكون من التفاعلين الآتيين ‪.‬‬

‫=‬

‫‪cC + dD‬‬

‫التفاعل الطردي‬

‫‪aA + bB‬‬

‫‪aA + bB‬‬

‫التفاعل العك�سي‬

‫‪aA + bB‬‬

‫‪cC + Dd‬‬

‫و�إذا فر�ضن ��ا �أن ك ًال من هذين التفاعلين يتم في خط ��وة واحدة فيمكن كتابة قانون �سرعة التفاعل ٍّ‬ ‫لكل‬ ‫منهما كما يلي ‪.:‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫‪a‬‬ ‫�سرعة التفاعل الطردي = ثابت ‪B]b A] 1‬‬ ‫‪d‬‬ ‫‪c‬‬ ‫�سرعة التفاعل العك�سي = ثابت ‪D] C] 2‬‬

‫وعند حالة االتزان تت�ساوى �سرعة التفاعلين‬ ‫‪d‬‬ ‫‪c‬‬ ‫‪a‬‬ ‫ ‪ ...‬ثابت ‪ = B]b A] × 1‬ثابت ‪D] C] × 2‬‬ ‫ومن هنا نمكن التو�صل �إلى‬ ‫‪d‬‬

‫‪c‬‬

‫]‪C] D‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫]‪A] B‬‬

‫ثابت‬

‫=‬

‫‪1‬‬

‫ثابت‬ ‫‪2‬‬

‫ثابت‬ ‫ه ��ي ن�سب ��ة مقداري ��ن ثابتي ��ن فيمكن التعوي� ��ض عنها بكمية ثابتة هي ‪ K‬وهو ما‬ ‫وحي ��ث �أن‬ ‫ثابت‬ ‫‪2‬‬ ‫تطلق عليه ثابت االتزان ف�إنه يمكننا كتابة المعادلة ال�سابقة على ال�صورة ‪:‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪d‬‬

‫‪c‬‬

‫]‪C] D‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫]‪A] B‬‬

‫=‬

‫‪K‬‬

‫‪153‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫ويالح ��ظ �أن ثاب ��ت االتزان يعتمد عل ��ى ثابتي �سرعت ��ي التفاعلين اللذين يعتم ��دان بدورهما على طبيعة‬ ‫المواد المتفاعلة والناتجة على التوالي ودرجة الحرارة‬

‫اكتب تعبير ثابت االتزان ًٍّ‬ ‫لكل من ‪:‬‬

‫‪+ E+F‬‬

‫‪D‬‬ ‫‪2C‬‬

‫= ‪+B+C‬‬

‫‪1) A‬‬

‫= ‪+ 3B‬‬ ‫‪3) 2A = B‬‬ ‫‪2) A‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫طرق التعبير عن ثابت االتزان‬ ‫ت�أمل طريقة كتابة ثابت االتزان للتفاعالت التالية ‪:‬‬ ‫معادلة التفاعل‬

‫ثابت االتزان‬ ‫]‪Zn+2‬‬

‫= ‪KC‬‬

‫‪Ag+]2‬‬ ‫]‪H3O+] Cl‬‬ ‫]‪HCl‬‬

‫) ‪P(O ) . P2(H‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫)‪P (H O‬‬ ‫‪2‬‬

‫= ‪KC‬‬

‫)‪2Ag(s‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪1) Zn(s) + 2Ag (aq) = Zn‬‬

‫)‪2) HCl(g) + H2O(l) = H3O (aq) + Cl (aq‬‬ ‫‪-‬‬

‫= ‪KP‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪+ 2H2(g‬‬

‫‪2‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪+2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪154‬‬

‫)‪O2 (g‬‬

‫=‬

‫)‪3) 2H2O(g‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫ لماذا ال تظهر تراكيز المادة ال�صلبة في ثابت التزان ؟‬‫ لم ��اذا تم ��ت كتابة تركيز الم ��اء في ثابت االتزان في المعادلة (‪ ) 3‬ولم يكت ��ب في قانون ثابت االتزان‬‫في المعادلة ( ‪ ) 2‬؟‬ ‫ ما �سبب التعبير عن ثابت االتزان مر ًة بـ ‪ Kp‬ومر ًة بـ ‪ Kc‬؟‬‫من خالل ذلك يمكن تلخي�ص بع�ض القواعد لكتابة قانون ثابت االتزان ‪.‬‬ ‫‪ )1‬يعبر عن ثابت االتزان بالرمز ‪� Kp‬إذا كانت المواد بع�ضها �أو كلها المتفاعلة �أو الناتجة في‬ ‫الحالة الغازية للداللة على �أن التركيز معبرا عنه بال�ضغط الجزئي ‪.‬‬ ‫‪ )2‬يعبر عن ثابت االتزان بالرمز ‪� Kc‬إذا كانت المواد المتفاعلة �أو الناتجة بع�ضها �أو كلها في حالة‬ ‫المحاليل ال�سائلة للداللة على �أن التركيز معبر ًا عنه بالموالرية ويتم التعبير عنها بو�ضع المادة‬ ‫بين قو�سين معقوفين [ ‪.‬‬

‫بعد درا�ستك لقواعد كتابة ثابت االتزان اكتب قانون ثابت االتزان للتفاعالت الآتية ‪:‬‬ ‫)‪1) 3H2(g) + N2(g‬‬

‫)‪2NH3(g‬‬

‫)‪+ Cl-(aq‬‬ ‫)‪H2O(g‬‬

‫)‪Ag+(aq‬‬

‫)‪2) AgBr(s‬‬ ‫)‪3) ½O2(g) + H2(g‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫‪155‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫‪ )3‬عدم كتابة تراكيز المواد ال�صلبة (‪ )s‬والمذيبات ال�سائلة كالماء (‪� )l‬سواء في الب�سط �أو المقام‬ ‫في قانون االتزان الكيميائي لأن قيم التراكيز لهذا المواد ثابتة مهما اختلفت كميتها ‪.‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫العالقة بين ‪ Kp‬و ‪Kc‬‬ ‫ه ��ل يمكن التحوي ��ل من (‪ ( )Kc‬حين يعبر ع ��ن التركيز بالموالرية ) �إلى ‪ ( Kp‬حي ��ن يعبر عن التركيز‬ ‫بال�ضغط الجزئي )‬ ‫لو �أخذنا التفاعل الآتي ‪:‬‬

‫)‪I2(g) + H2(g) = 2HI(g‬‬

‫ف�إن ‪:‬‬

‫)‪P (HI‬‬ ‫‪2‬‬

‫(‪)1‬‬

‫) ‪P(I ). P(H‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪= n .R . T‬‬

‫ ‬ ‫من معادلة الحالة الغازية‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫‪RT‬‬ ‫بما �أن‬

‫‪n‬‬ ‫‪V‬‬

‫=‪C‬‬

‫=‪K‬‬

‫‪n‬‬

‫‪P.V‬‬ ‫=‪P‬‬

‫‪V‬‬

‫[ التركيز الموالري ورمزه‬ ‫‪R T C = P ...‬‬

‫بالتعوي�ض عن قيمة ال�ضغط(‪ ) P‬لكل مادة في قانون االتزان ( ‪ ) 1‬نجد �أن ‪:‬‬

‫‪( HI] RT )2‬‬ ‫)‪( I2] RT ) × ( H2] RT‬‬

‫= ‪Kp‬‬

‫يترتب المعادلة تح�صل على ‪:‬‬

‫‪(RT)2‬‬ ‫×‬ ‫‪(RT)2‬‬

‫‪HI]2‬‬ ‫]‪I2]× H2‬‬

‫‪...‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫= ‪Kp‬‬

‫‪Kc = Kp‬‬

‫‪156‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫وج ��د �أن قيم ��ة ‪ Kp‬تت�ساوى عددي ًا قيمة ‪� Kc‬إذا كان التفاعل ال ينتج عن ��ه تغير في عدد موالت الغازات‬ ‫عند تحول المواد المتفاعلة �إلى نواتج نظر ًا لعدم تغير ال�ضغط والعك�س �صحيح‪.‬‬

‫داللة ثابت االتزان‬ ‫هل هناك عالقة بين كمية النواتج المتكونة في تفاعل متزن وبين قيمة ثابت االتزان ؟‬ ‫ماال ��ذي ت ��دل علي ��ه القي ��م الكبيرة لثاب ��ت االتزان؟ م ��ا الذي تدل علي ��ه القي ��م ال�صغيرة لثاب ��ت االتزان ؟‬ ‫يعتب ��ر ثاب ��ت االت ��زان من المعايي ��ر الهامة في علم الكيمي ��اء حيث تو�ضح قيمت ��ة �إلى �أي ح ��د تتحول المواد‬ ‫المتفاعلة �إلى نواتج تفاعل عند حالة االتزان ‪.‬‬ ‫‪�-1‬إذا كان ��ت قيم ��ة ثابت االتزان كبيرة( ‪ ) 1> K‬دل ذلك على �أن معظم المواد الداخلة في التفاعل تتحول‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫�إلى نواتج عند حالة االتزان ‪.‬‬ ‫مثال ‪:‬‬ ‫‪+2‬‬ ‫)‪Cu (aq) + 2Ag(s‬‬

‫= )‪Cu(s) + 2Ag+(aq‬‬

‫وجد �أن ‪ Kc‬لهذا التفاعل عند ‪°25‬م هي ‪= 1510×2‬‬

‫]‪Cu+2‬‬ ‫‪Ag+]2‬‬

‫=‪K‬‬

‫مما يدل على �أن معظم المواد المتفاعلة تتحول �إلى نواتج ‪.‬‬ ‫‪� -2‬إذا كان ��ت قيم ��ة ثابت االتزان �صغيرة( ‪ ) 1 < K‬دل ذلك على �أن معظم المواد المتفاعلة لم تتحول �إلى‬ ‫نواتج عند حالة االتزان ‪.‬‬ ‫مثال ‪:‬‬

‫)‪Ag+(aq) + Cl-(aq‬‬

‫‪H2O‬‬

‫)‪AgCl(s‬‬

‫حيث وجد �أن ‪ Kc‬لهذا التفاعل عند ‪°25‬م هو ‪:‬‬ ‫‪10-‬‬

‫‪10×1.7‬‬

‫= ]‪K = Ag+] × Cl-‬‬

‫وهي قيمة �صغيرة جد ًا مما يدل على عدم قابلية كلوريد الف�ضة للذوبان في الماء ‪.‬‬

‫‪157‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫العوامل الم�ؤثرة على حالة االتزان‬ ‫لو نظرنا �إلى �أج�سامنا نجد �أن جميع العمليات الحيوية فيها تخ�ضع لحالة االتزان‬ ‫ ثب ��ات ن�سبة ال�سكر والأمالح وثب ��ات درجة حرارة الج�سم �أو انتظام �ضربات القلب وبقاء �ضغط الدم‬‫في معدله الطبيعي ‪ ،‬فما الذي يجري عند حدوث تغيرات فيها مثل ‪:‬‬ ‫ ارتفاع درجة حرارة الج�سم ‪.‬‬‫ ارتفاع �أو انخفا�ض �ضغط الدم عن معدله الطبيعي ‪.‬‬‫ نق�صان ن�سبة ( تركيز ) ال�سكر في الدم ‪.‬‬‫م ��ن الم�ؤك ��د �أن تغير ه ��ذه العوامل كال�ضغط ودرج ��ة الحرارة والتركي ��ز ي�ؤدي �إلى اخت�ل�ال في النظام‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫البيولوج ��ي للج�سم ‪.‬وقد ت�ؤثر ه ��ذه العوامل ( ال�ضغط ‪ ,‬درجة الحرارة ‪ ,‬التركيز) �أي�ضا على نظام في حالة‬ ‫اتزان �سواء كان ذلك في الأنظمة الفيزيائية ( الطبيعية ) �أو الكيميائية ‪.‬‬ ‫وقد در�س العالم الفرن�سي لو �شاتلييه عدة �أو�ضاع اتزان لتفاعالت كيميائية وتغيرات طفيفة وتو�صل �إلى‬ ‫مبد�أ يعرف با�سمه يمكن بوا�سطته التنب�ؤ و�صفي ًا ب�أثر العوامل المختلفة على مو�ضع االتزان وين�ص على �أنه‪:‬‬ ‫(�إذا تعر�ض���ت مجموع���ة م���ن المواد في حال���ة اتزان لتغير ما ؛ ف����إن المجموعة تعتريها عمليات م�ض���ادة‬ ‫للتغير الذي تعر�ضت له المجموعة بحيث تقلل من �أثره)‪.‬‬ ‫�أما بالن�سبة للتفاعالت الكيميائية يمكن التعبير عند هذا المبد�أ بما يلي ( �إذا �أثر م�ؤثر ما مثل درجة الحرارة‬ ‫�أو ال�ضغط �أو التركيز على تفاعل في حالة اتزان ف�إن التفاعل ي�سير في االتجاه الذي يقاوم فعل هذا الم�ؤثر ‪.‬‬ ‫و�سندر� ��س ف ��ي هذا الق�سم �أثر كل م ��ن التركيز وال�ضغط ودرجة الحرارة على حال ��ة االتزان وعلى قيمة‬ ‫ثابت االتزان ب�شيء من التف�صيل ‪.‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪158‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫‪� -1‬أثر التركيز على حالة االتزان وقيمة ثابته‪:‬‬ ‫(‪ )3 - 5‬ت�أثي���ر التركي���ز عل���ى تفاع���ل كيميائ���ي مت���زن ‪.‬‬ ‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪� -1‬أ�ضف محلول كلوريد الحديدالثالثي( لونه �أ�صفر باهت)‬ ‫بالتدريج �إلى محلول ثيو�سينات الأمونيوم ( عديم‬ ‫اللون )؛ ماذا تالحظ ؟ ‪.‬‬ ‫‪...................................................‬‬ ‫‪...................................................‬‬ ‫‪� -2‬أ�ضف مزيد ًا من كلوريد الحديد الثالثي ـ ماذا‬ ‫تالحظ ؟‬ ‫‪...................................................‬‬ ‫‪...................................................‬‬ ‫‪ -3‬اكتب معادلة التفاعل ؟‬ ‫�شكل ( ‪) 4-5‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‪...................................................‬‬ ‫تفاعل محلول ‪ Fe 3‬مع ‪SCN 3‬‬ ‫‪...................................................‬‬ ‫الأدوات والمواد ‪:‬‬ ‫ك�أ�س ‪ -‬محلول كلوريد الحديد‬ ‫الثالثي ‪ -‬محلول ثيو�سينات‬ ‫الأمونيوم ‪.‬‬

‫ ‬

‫‪3NH4Cl‬‬

‫‪+‬‬

‫‪Fe(SCN)3‬‬

‫ثيو�سينات الحديد الثالثي‬ ‫ ‬ ‫(الأحمر )‬

‫ ‬

‫‪+ NH4SCN‬‬ ‫ثيو�سينات االمونيوم‬ ‫(عديم اللون ) ‬

‫‪FeCl3‬‬

‫كلوريد الحديد الثالثي‬ ‫(الأ�صفر)‬

‫فكلم ��ا ذاد تركي ��ز ‪ FeCl3‬ي ��زداد اللون الأحم ��ر و�ضوح ًا بمعنى ان ��ه يتفاعل كلوري ��د الحديدالثالثي مع‬ ‫الثيو�سينات لتكوين مزيد من ثيو�سينات الحديد الثالثي وبالتالي تزداد �سرعة التفاعل الطردي وتكون �أكبر‬ ‫من �سرعة العك�سي ومع ا�ستمرار التفاعل تقل �سرعة التفاعل الطردي وتزداد �سرعة التفاعل العك�سي وت�ستمر‬ ‫هذه الحالة �إلى �أن تت�ساوى ال�سرعتان ويعود النظام �إلى حالة اتزان جديدة معنى ذلك �أن تغير تركيز المواد في‬ ‫النظام المتزن ال يغير من قيمة ثابت االتزان ( ولكن يزيد من تركيز النواتج ) �أي يزاح االتزان ناحية اليمين ‪.‬‬

‫‪159‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫بعد �إجرائك للن�شاط ال�سابق تالحظ �أنه عند زيادة تركيز �إحدى مواد النظام المتزن كما في المعادلة ‪.‬‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫ناق�ش مع زمالئك ماذا يحدث عند زيادة تركيز المواد الناتجة في �إناء التفاعل ؟‬

‫ما الذي يحدث للتفاعل المتزن التالي ‪:‬‬ ‫)‪2SO3(g‬‬

‫=‬

‫)‪O2 (g‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪2SO2(g‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫عند ‪:‬‬ ‫‪ -1‬زيادة تركيز ‪ SO2‬؟‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬زيادة تركيز ‪ SO3‬؟‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪-2‬ت�أثير ال�ضغط على حالة االتزان وقيمة ثابته ‪:‬‬

‫التفاعل المتزن‬ ‫ادر�س المعادلة الآتية ‪:‬‬

‫ ‬

‫)‪2NH3 (g‬‬

‫=‬

‫)‪N2 (g) + 3H2 (g‬‬

‫هل ي�صاحب هذا التفاعل تغير في عدد الجزيئات ؟‬ ‫هل تت�أثر حالة االتزان بتغير ال�ضغط الواقع عليه ؟‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪160‬‬

‫�شكل (‪ ) 5-5‬تتغيردرجة التركيز بتغير‬ ‫ال�ضغط في وعاء التفاعل‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫�إن زي ��ادة ال�ضغط الخارجي �ست�ؤدي �إلى نق�ص في الحجم مما ي�ؤدي �إلى زيادة تراكيز مكونات التفاعل‪.‬‬ ‫وفق ��ا لمب ��د�أ لو�شاتليه �سيتجه التفاعل �إلى الجه ��ة التي تقلل من ال�ضغط �إلى الجهة الت ��ي �سيقل فيها العدد‬ ‫الكل ��ي للجزيئات وذلك ب� ��أن تتفاعل بع�ض جزيئات الهيدروجين مع جزيئ ��ات النيتروجين لتكوين الن�شادر ‪.‬‬ ‫( ‪ 4‬جزيئ ��ات تعط ��ي جزيئي ��ن ) وبالمثل ي�ؤدي تقليل ال�ضغ ��ط الواقع على التفاعل المت ��زن �إلى �إزاحته نحو‬ ‫الجه ��ة الت ��ي يزداد فيها ع ��دد الجزيئات �إل ��ى الجهة التي تتفكك فيه ��ا جزيئات الن�ش ��ادر لتعطي ‪H2 . N2‬‬ ‫( جزيئي ��ن تعطي ‪ 4‬جزيئات ) ‪ .‬ويعود النظ ��ام �إلى حالة اتزان جديدة وبالتالي ال تت�أثر قيمة ثابت االتزان ‪.‬‬ ‫ولنا ان ن�س�أل هل يت�أثر مو�ضع االتزان بتغير ال�ضغط في جميع التفاعالت الغازية ؟‬ ‫)‪H2(g‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪I2(g‬‬

‫)‪2HI(g‬‬

‫( لونه بني) ( ‪2NO2(g‬‬

‫)‪( N2O4 (g‬عديم اللون)‬

‫ما �أثر ٍّ‬ ‫كل مما يلي على �شدة اللون البني ‪.:‬‬ ‫‪ -1‬زيادة ال�ضغط الكلي ‪:‬‬ ‫‪.............................................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬زيادة حجم الوعاء ‪:‬‬ ‫‪.............................................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................................‬‬

‫‪161‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫ادر�س المثال التالي ‪:‬‬ ‫ ماذا تالحظ على عدد جزيئات المتفاعالت والنواتج ؟‬‫ هل تت�أثر حالة االتزان بتغير ال�ضغط الواقع عليه ؟‬‫بم ��ا �أن ه ��ذا التفاعل غير م�صحوب بتغير في عدد الجزيئات ف�إن تغير ال�ضغط الواقع عليه لن ي�ؤثر على‬ ‫حالة االتزان وتنطبق هذه النتيجة على �أي تفاعل غازي ال ي�صاحبه تغير في عدد الجزيئات ‪.‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫‪ -3‬ت�أثير درجة الحرارة على حالة االتزان وقيمة ثابته ‪:‬‬ ‫ال �شك �أنك در�ست العديد من التفاعالت الكيميائية التي ي�صاحب حدوثها امت�صا�ص �أو انطالق حرارة ‪.‬‬ ‫وال�س�ؤال الذي يطرح نف�سه ‪ :‬ما �أثر تغيير درجة الحرارة على تفاعل ما في حالة اتزان ؟‬ ‫دقق النظر في الجدول التالي‪:‬‬ ‫تفاعل ما�ص للحرارة ) ‪2NO2‬‬

‫‪(H2+I2‬‬

‫حرارة ‪ (N2+ 2O2 +‬تفاعل طارد للحرارة ( حرارة ‪2HI +‬‬

‫درجة الحرارة ( ْم)‬

‫ثابت االتزان‬

‫‪1600‬‬ ‫‪1800‬‬ ‫‪2000‬‬

‫‪10 × 2.5‬‬ ‫‪4‬‬‫‪10 × 7.3‬‬ ‫‪4-‬‬

‫‪4-‬‬

‫‪10×9‬‬

‫درجة الحرارة ( ْم)‬

‫ثابت االتزان‬

‫‪340‬‬ ‫‪380‬‬ ‫‪420‬‬

‫‪70.8‬‬ ‫‪66.9‬‬ ‫‪53.7‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫�أ – كيف تتغير قيم ثابت االتزان بارتفاع درجة الحرارة في كال الحالتين ؟‬ ‫ب – ف�سر ذلك بمبد�أ لو�شاتلييه ؟‬ ‫بدرا�سة المعادلة التالية وقيم ثوابت االتزان لها �أثناء رفع درجة الحرارة‬ ‫‪2NO2‬‬

‫حرارة‪N2 + 2O2 +‬‬

‫نالح ��ظ انه �أثن ��اء رفع درجة الحرارة ف�إن مو�ضع االتزان يميل نحو الجهة التي تمت�ص الحرارة المعطاة‬ ‫�أي جه ��ة اتح ��اد بع� ��ض جزيئ ��ات ‪ N2‬و ‪ O2‬و تكوي ��ن المزيد من جزيئ ��ات ‪ NO2‬وت�ؤدي �إزاح ��ة االتزان في‬ ‫التفاعل ال�سابق �إلى اليمين �إلى تناق�ص تركيز ‪ N2‬و ‪ O2‬وتزايد تركيز ‪ NO2‬مقارنة بتركيزها عند درجة‬ ‫الح ��رارة المنخف�ضة فت ��زداد تبع ًا لذلك قيمة ثابت االتزان ‪ K‬وهذا يتفق م ��ع النتائج التجريبية المبينة في‬ ‫الجدول ال�سابق ‪.‬‬ ‫‪H2 + I2‬‬ ‫وبدرا�سة التفاعل الآتي ‪ :‬حرارة ‪2HI +‬‬ ‫نجد �أن رفع درجة الحرارة �سي�ؤدي �إلى �إزاحة االتزان نحو الجهة التي تمت�ص فيها الحرارة المعطاة �أي‬ ‫نح ��و تفكك جزيئات يوديد الهيدروجين ليحق ��ق حالة اتزان جديدة تقل فيها قيمة ‪ K‬وهذا يتفق مع النتائج‬ ‫التجريبية المبينة في الجدول ال�سابق ‪.‬‬ ‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪162‬‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫�أكمل الجدول التالي بما ينا�سب ‪:‬‬

‫نوع التفاعل‬

‫التغير في درجة الحرارة‬

‫مو�ضع االتزان‬

‫قيمة ‪K‬‬

‫طارد للحرارة‬

‫زيادة‬ ‫نق�صان‬

‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬

‫‪.............‬‬ ‫‪.............‬‬

‫ما�ص للحرارة‬

‫زيادة‬ ‫نق�صان‬

‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬

‫‪.............‬‬ ‫‪.............‬‬

‫حين ت�ضاف مادة حافزة �إلى نظام التفاعل ف�إن ذلك ي�ؤدي �إلى تغير في ال�سرعة التي ي�صل بها التفاعل‬ ‫�إلى حالة االتزان ‪ ،‬ولكنه ال ي�ؤثر على تراكيز المواد في التفاعل ‪� .‬أي �أن الحافز ي�ؤثر فقط على ال�سرعة‬ ‫التي ي�صل بها التفاعل �إلى حالة االتزان ‪.‬‬ ‫فمثال ‪ :‬يتفاعل الإيثانول مع حم�ض الخل لتكوين الإ�ستر كما يلي‪:‬‬ ‫‪CH3COOH + C2H5OH‬‬

‫‪CH3COOC2H5 + H2O‬‬

‫ق ��د يتطلب هنا التفاعل عدة �أي ��ام قبل �أن ي�صل �إلى حالة االتزان ولكن �إذا �أ�ضيف �إليه عامل حافز ف�إن‬ ‫ه ��ذا التفاع ��ل ي�صل �إلى حالة اتزان في زمن وجيز ‪ ،‬ولكن هل يتغير تركيز المواد المتفاعلة والناتجة و قيمة‬ ‫ثابت االتزان؟ ال يحدث �أي ت�أثير عليها نتيجة وجود المادة الحافزة ‪.‬‬

‫‪163‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫‪ -4‬ت�أثير العامل الحافز على حالة االتزان وقيمة ثابته‪:‬‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫يعد تلوث الهواء الجوي من الم�شكالت المعا�صرة وت�أتي ملوثات الهواء ب�شكل رئي�سي‬ ‫م ��ن ع ��وادم ال�سي ��ارات ودخ ��ان الم�صانع في �شكل غ ��ازات منه ��ا ‪NO , SO2 , CO2 ,CO :‬‬ ‫وه ��ي غازات �ض ��ارة ‪ ،‬فغاز ‪� CO‬سام وغاز ‪ SO2‬ي�سبب المط ��ر الحام�ضى ‪ ،‬و ينتج غاز ‪ NO‬في‬ ‫مح ��رك ال�سيارة عند درجات حرارة عالية وتحت ت�أثير ال�ضغط من تفاعل النيتروجين الجوي مع‬ ‫الأك�سجين‬ ‫حرارة ‪N2 + O2 +‬‬ ‫‪2NO‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫ث ��م يتح ��د ‪ NO‬مع �أك�سجين الهواء ليعط ��ي غاز ‪ NO2‬الذي يظهر في �ش ��كل �سحابة بنية اللون‬ ‫عن ��د تعر�ض ��ه ل�ضوء ال�شم�س‪ .‬ولغاز ‪� NO2‬آث ��ار بيئية �ضارة ‪ ،‬فهو ي�ؤثر ف ��ي طبقة الأوزون وتفكك‬ ‫بع� ��ض المنتجات المطاطية وي�ضر بالعيني ��ن والأغ�شية المخاطية والأن ��ف والرئتين وعند خف�ض‬ ‫درج ��ة الح ��رارة �سيدفع االتزان نح ��و الجهة التي تقلل انتاج ‪ NO2‬ولذل ��ك ال بد من خف�ض درجة‬ ‫الح ��رارة في محركات ال�سيارات وهذا يتطلب ت�صميم ًا خا�ص ًا للمحرك ‪ ،‬وهو مو�ضوع قيد البحث‬ ‫والدرا�سة‬

‫‪ -1‬حدد الظروف المنا�سبة لإنتاج الن�شادر �صناعياً بكمية كبيرة ب�أقل جهد وتكلفة ممكنة‬ ‫وب�أ�سرع وقت ممكن وفقاً للتفاعل التالي‪:‬‬ ‫‪2NH3 + 92KJ‬‬

‫‪N2 + 3H2‬‬

‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪164‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫‪� -2‬أكمل فراغات الجدول التالي بما ينا�سب ‪.‬‬

‫العوامل الم�ؤثرة‬

‫مو�ضع االتزان‬

‫ال تتغير قيمته‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫ال يت�أثر‬ ‫‪� -1‬إ�ضافة حفاز ‪.‬‬ ‫يزاح جهة النواتج(طردي )‬ ‫‪ -2‬زيادة تركيز المتفاعالت ‪.‬‬ ‫‪.............................‬‬ ‫‪ -3‬زيادة تركيز النواتج ‪.‬‬ ‫‪ -4‬نق�صان تركيز المتفاعالت ‪............................. .‬‬ ‫‪.............................‬‬ ‫‪ -5‬نق�صان تركيز النواتج ‪.‬‬ ‫‪ -6‬زيادة الحرارة للتفاعالت ‪:‬‬ ‫‪.............................‬‬ ‫�أ ‪ -‬الطاردة للحرارة ‪.‬‬ ‫‪.............................‬‬ ‫ب ‪ -‬الما�صة للحرارة‬ ‫‪ -7‬انخفا�ض درجة الحرارة ‪:‬‬ ‫‪.............................‬‬ ‫�أ ‪ -‬الطارد للحرارة ‪.‬‬ ‫‪.............................‬‬ ‫ب‪ -‬الما�صة للحرارة ‪.‬‬ ‫‪.............................‬‬ ‫‪ -8‬زيادة ال�ضغط ‪.‬‬ ‫‪.............................‬‬ ‫‪ -9‬انخفا�ض ال�ضغط ‪.‬‬

‫ثابت االتزان‬

‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬

‫ح�سابات متعلقة باالتزان‬ ‫يمكن ح�ساب ثابت االتزان لتفاعل ما بعدة طرق ‪:‬‬ ‫�أوال ‪ :‬بداللة ثابت االتزان لتفاعل �آخر له عالقة به ‪.‬‬ ‫�أ‪� -‬إذا �ض���رب تفاع���ل معي���ن بمعام���ل م���ا ف����إن ثاب���ت اتزان التفاع���ل يجب �أن يرفع �إلى �أ�س ي�س���اوي‬ ‫المعامل المذكور ‪.‬‬

‫‪165‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫ف�إذا �أخذنا التفاعل التالي ‪:‬‬

‫=‬

‫)‪H2O(g‬‬

‫)‪H2(g) + ½ O2(g‬‬

‫نجد �أن ثابت اتزانه هو‪:‬‬ ‫)‪P(H2O‬‬

‫= ‪K1‬‬

‫) ‪P(H ) . P½ ( O‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫ف�إذا �ضربنا التفاعل في (‪ )2‬لي�صبح ‪.‬‬ ‫)‪2H2O(g‬‬

‫= )‪+ O2 (g‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫ف�إن ثابت االتزان الجديد يكون‪:‬‬ ‫)‪(H2O‬‬

‫)‪2H2(g‬‬

‫‪2‬‬

‫‪P‬‬

‫) ‪P2(H ) . P( O‬‬ ‫‪2‬‬

‫= ‪K2‬‬

‫‪2‬‬

‫ويالحظ �أن ثابت االتزان الجديد ي�ساوي مربع ثابت االتزان الأول �أي �أن �أ�س ثابت‬ ‫التفاعل الجديد ي�ساوي‬ ‫‪K2 = ( K1)2‬‬ ‫ ‬ ‫ب ‪� -‬إذا عك�س اتجاه تفاعل معين ف�إن ثابت االتزان الجديد ي�ساوي عك�س ثابت االتزان الأول‪:‬‬ ‫التفاعل المتزن التالي‪:‬‬

‫)‪CO(g) + ½ O2(g) = CO2(g‬‬ ‫)‪P(CO2‬‬

‫يكون ثابت اتزانه ‪:‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫)‪P(H2) . P½( O2‬‬

‫‪166‬‬

‫= ‪K1‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫�إذا عك�سنا التفاعل لي�صبح ‪:‬‬ ‫ )‪CO2(g) = CO(g) + ½ O2(g‬‬ ‫ف�إن ثابت االتزان الجديد لهذا التفاعل هو‪:‬‬ ‫)‪P(CO) × P½(O2‬‬ ‫)‪P(CO2‬‬

‫�أي �أنه في هذه الحالة‪:‬‬

‫= ‪K2‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪� K2 =(K1 )-1‬أو‬ ‫= ‪K2‬‬ ‫‪K1‬‬

‫في التفاعالت التالية‪:‬‬

‫=‬

‫)‪CO(g‬‬

‫=‬

‫)‪2) CO(g) + ½ O2(g‬‬

‫)‪CO2(g‬‬

‫)‪3) C(s) + O2(g‬‬

‫)‪CO2(g‬‬

‫ف�إن ثابت االتزان للتفاعل الأول ‪:‬‬

‫)‪1) C(s) + ½ O2(g‬‬

‫=‬

‫)‪P(CO‬‬ ‫)‪P½( O2‬‬

‫وثابت االتزان للتفاعل على الثاني ‪:‬‬

‫) ‪P(CO‬‬ ‫‪2‬‬

‫= ‪K1‬‬ ‫= ‪K2‬‬

‫)‪P(CO) . P½( O2‬‬ ‫‪K3 = K1 × K2‬‬

‫‪167‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫ج���ـ ) �إذا كان التفاع���ل مركب���اً م���ن مجموع���ة تفاع�ل�ات ف�إن ثاب���ت االتزان التفاعل الكلي ي�س���اوي حا�ص���ل‬ ‫�ضرب ثوابت اتزان كل من التفاعالت المكونة له ‪.‬‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫وبما �أن التفاعل الثالث هو حا�صل جمع التفاعلين ‪1‬و‪ 2‬بعد اخت�صار ما يمكن اخت�صاره ف�إن ‪:‬‬ ‫بالتعوي�ض من قيمة ‪ K2 , K1‬ثم االخت�صار نح�صل على ‪:‬‬ ‫) ‪P(CO‬‬ ‫‪2‬‬

‫)‪P(CO) . P½( O2‬‬

‫)‪P(CO‬‬

‫×‬

‫= ‪K3‬‬

‫)‪P½( O2‬‬ ‫)‪P(CO2‬‬

‫= ‪K3‬‬

‫)‪P( O2‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫�إذا علم �أن ثابت االتزان للتفاعل‬

‫)‪+ Cl2(g‬‬

‫)‪CO(g‬‬

‫=‬

‫)‪COCl2 (g‬‬

‫هو ‪0, 329‬عند درجة حرارة ‪°1000‬م وللتفاعل‬ ‫)‪2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g‬‬ ‫ه���و ‪ 2210 ×2.24‬عن���د الدرج���ة نف�س���ها ‪ .‬فاح�س���ب ثابت االت���زان عند درجة ح���رارة ‪°1000‬م‬ ‫للتفاعل ‪.‬‬

‫)‪= 2CO2(g) + 2Cl2(g‬‬

‫)‪2COCl2(g) + O2(g‬‬

‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪168‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫ثانياً ‪ :‬رائز التفاعل ‪: Q‬‬ ‫وهو قيمة افترا�ضية لثابت االتزان تح�سب في لحظة ما خالل التفاعل للتنب�ؤ بو�صوله �إلى حالة االتزان �أي‬ ‫�أن ��ه ي�ستخ ��دم لمعرفة اتجاه التفاعل في لحظة ما �أثناء التفاع ��ل �أو بمعنى �آخر لمعرفة هل التفاعل في حالة‬ ‫اتزان �أم ال عند تلك اللحظة ‪ .‬وذلك من خالل ح�ساب قيمة ثابت االتزان في تلك اللحظة ( ويرمز له بالرمز‬ ‫‪ )Q‬ومقارنتها بقيمة ثابت االتزان ‪ K‬بثابت ‪ Q‬ف�إذا كان ‪:‬‬ ‫‪ K = Q -1‬ف�إن هذا يعني �أن التفاعل في حالة اتزان عند هذه اللحظة‬ ‫‪� -2‬إذا كان ‪ K ≠ Q‬فله حالتان ‪:‬‬

‫�أ ‪� -‬إذا كان ��ت ‪ K < Q‬ف� ��إن التفاعل لي�س بحالة اتزان لذا �سيتجه التفاعل �إلى االتجاه الذي يقلل من‬ ‫قيمة ‪� Q‬أي نحو المتفاعالت ‪.‬‬

‫لديك التفاعل التالي‪:‬‬ ‫)‪H2(g) + I2(g) = 2HI(g‬‬ ‫�إذا كان لديك مزيج يحتوي في البداية على ‪� 0.2‬ضغطاً جوياً من كل ‪:‬‬ ‫‪ H2, I2‬و ‪� 0.7‬ضغطاً جوياً من يوديد الهيدروجين عند درجة حرارة ‪°430‬م‬ ‫ف�إذا كانت قيمة ثابت االتزان لهذا التفاعل = ‪ 54.3‬عند تلك الدرجة‪.‬‬ ‫اح�سب ما يلي‪:‬‬ ‫‪ -1‬قيمة ثابت االتزان عند القيم المعطاة‪.‬‬ ‫‪ -2‬هل التفاعل في هذه اللحظة في حالة اتزان ؟‬

‫الحل ‪:‬‬

‫‪ -1‬قيمة ثابت االتزان عند القيم المعطاة‪.‬‬ ‫‪= 1225‬‬

‫‪0.49‬‬ ‫‪0.0004‬‬

‫=‬

‫(‪2) 0.7‬‬ ‫)‪P2(HI‬‬ ‫=‬ ‫‪0.02 × 0.02‬‬ ‫)‪P(H ) . P(I2‬‬

‫=‪Q‬‬

‫‪2‬‬

‫‪169‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫ب ‪� -‬إذا كانت ‪ K > Q‬ف�إن التفاعل لي�س بحالة اتزان لذا �سيتجه التفاعل �إلى االتجاة الذي يزيد‬ ‫من قيمة ‪� Q‬أي نحو النواتج‬

‫االتزان الكيميائي‬

‫‪ -2‬التفاعل لي�س في حالة اتزان لأن ‪. K < Q‬‬ ‫وله ��ذا ف� ��إن التفاع ��ل يتج ��ة تلقائي� � ًا �إل ��ى االت ��زان ويت ��م ذل ��ك بنق�ص ��ان قيم ��ة الب�س ��ط‬ ‫وزيادة قيمة المقام‬ ‫وهات ��ان العمليت ��ان متالزمت ��ان فالنق� ��ص الحا�ص ��ل ف ��ي تركي ��ز الم ��ادة الناتج ��ة الب ��د �أن‬ ‫ي�صاحب ��ه زي ��ادة ف ��ي تركي ��ز المتفاع�ل�ات وبن ��ا ًء علي ��ه ف� ��إن كمي ��ة يودي ��د الهيدروجي ��ن‬ ‫تق ��ل ل�صال ��ح الهيدروجي ��ن والي ��ود وي�سي ��ر التفاع ��ل باتج ��اه تف ��كك يودي ��د الهيدروجي ��ن ‪.‬‬

‫الف�صل الخام�س‬

‫‪= 2HBr‬‬

‫‪Br2 + H2‬‬

‫�إذا علمت �أن ثابت االتزان للتفاعل الغازي التالي ي�ساوي ‪50.5‬‬ ‫عند درجة حرارة ‪°448‬م فعين االتجاة الذى �س���وف ي�س���لكه التفاعل لي�ص���ل �إلى حالة االتزان ‪,‬‬ ‫�إذا كان مزي���ج التفاع���ل يتك���ون في البداية من ‪ 0.01‬موالر م���ن بروميد الهيدروجين ‪0.005 ,‬‬ ‫موالر من الهيدروجين ‪ 0.015 ,‬موالر من البروم ‪.‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................................‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪170‬‬

‫الف�صل‬ ‫أ�سئلة‬ ‫�‬ ‫الخام�س‬ ‫�س‪ :1‬تنب�أ بت�أثير زيادة درجة الحرارة وزيادة ال�ضغط على حالة االتزان لكل من التفاعالت‬ ‫التالية ‪:‬‬ ‫)‪1- CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g‬‬

‫‪+‬‬ ‫حرارة ‪= 2SO3(g) +‬‬ ‫)‪+ N2O4 = 2NO2(g‬‬

‫)‪2SO2(g) O2(g‬‬

‫‪2-‬‬

‫حرارة ‪3-‬‬

‫�س‪ : 2‬ما المق�صود بكل من ‪:‬‬ ‫�أ‪ -‬التفاعالت التامة ‪.‬‬ ‫ب‪ -‬التفاعالت االنعكا�سية‪.‬‬ ‫جـ‪ -‬قاعدة لو�شاتليه ‪.‬‬

‫����س‪ : 3‬م���ا �أثر كل من التغيرات التالية على كمي���ة كلوريد الهيدروجين المتكونة عند‬ ‫االتزان للتفاعل ‪:‬‬ ‫حرارة ‪H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) +‬‬

‫�أ – ارتفاع درجة الحرارة‬

‫ب – ا�ستخدام وعاء �أ�صغر حجما‬ ‫ج – �إ�ضافة المزيد من غاز الكلور‬ ‫د – �سحب الهيدروجين من و�سط التفاعل‬

‫�س‪� : 4‬إذا كان ثابت االتزان للتفاعل التالي ‪:‬‬ ‫)‪2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g‬‬ ‫ي�س ��اوي ‪ 0.14‬عند درجة ح ��رارة ‪°900‬م في حجم معين‪ ،‬ف� ��إذا كان ال�ضغط الجزئي ‪� 0.20‬ضغط‬ ‫جوي لكل مادة من مواد التفاعل‪ .‬فهل التفاعل في حالة اتزان ؟ علل‪ ،‬و�إذا كانت الإجابة بالنفي فعين‬ ‫االتجاه الذي �سوف ي�سلكه التفاعل لي�صل �إلى حالة اتزان ‪.‬‬

‫‪171‬‬

‫�س‪� : 5‬إذا كان ثابت اتزان التفاعل‬

‫)‪H2O(g) = H2(g) +½O2(g‬‬

‫عند درجة حرارة ‪°800‬م هو ‪ 6-10×6‬فما هو ثابت االتزان لكل من التفاعلين التاليين عند ‪°800‬م‬ ‫)‪2H2O(g) = 2H2(g) + O2(g‬‬

‫ ‬

‫)‪O2(g) + 2H2(g) = 2H2O(g‬‬

‫�س‪ : 6‬ما �أثر المواد ال�سامة للمادة الحافزة على خوا�ص حالة االتزان الكيميائي ؟‬

‫‪172‬‬

‫الأحما�ض والقواعد والأمالح‬ ‫وح�سابات االتزان في محاليلها‬

‫الأحما�ض والقواعد‬

‫الأهداف‬ ‫ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تتعرف �أهمية الأحما�ض والقواعد في حياتنا ‪.‬‬ ‫‪ -2‬تميز بين الأحما�ض والقواعد عن طريق خوا�صها ‪.‬‬ ‫‪ -3‬تعرف الحم�ض والقاعدة ح�سب نظرية �أرهينيو�س‪.‬‬ ‫‪ -4‬ت�ستنتج تعريف الحم�ض والقاعدة ح�سب نظرية لوري وبرون�شتد ‪.‬‬ ‫‪ -5‬تميز بين �أحما�ض وقواعد لوي�س ‪.‬‬ ‫‪ -6‬تو�ضح بالمعادالت الخا�صية المترددة لبع�ض المواد‪.‬‬ ‫‪ -7‬تقوم بعملية معايرة الحم�ض والقاعدة في المختبر ‪.‬‬ ‫‪ -8‬تبين �أهمية الدقة والإتقان في الكون من خالل قيامك بعملية المعايرة ‪.‬‬

‫‪174‬‬

‫المقدمة‬ ‫تعتبر الأحما�ض والقواعد من �أهم المركبات الكيميائية التي لها‬ ‫دو ٌر هام ٌ في حياتنا فحم�ض الهيدروكلوريك �ضروري له�ضم الطعام‬ ‫وحم�ض الخليك ( الخل )ي�ضاف �إلى �أنواع عديدة من الطعام وحم�ض‬ ‫اال�سكورييك ‪ ( ascorbic‬فيتامين ‪)C‬الذي نحتاج �إليه في غذائنا‬ ‫وحم� ��ض ال�ستريك الموجود في الحم�ضي ��ات( البرتقال والليمون )‬ ‫وكذلك حم�ض ا�ستيل �سالي�ساليك ( الأ�سبرين ) الم�ستخدم م�سكن ًا‬ ‫للآالم وحم�ضالكبريتيكالم�ستخدمفيالبطارياتال�سائلةلل�سيارات‪.‬‬ ‫كم ��ا �أن القواع ��د تدخل ف ��ي كثير من ال�صناع ��ات كالمنظفات‬ ‫الم�ستخدم ��ة ف ��ي المن ��زل وال�صاب ��ون‪ ,‬وال ��دواء الم�ض ��اد‬ ‫للحمو�ضة(هيدروك�سي ��د المغني�سي ��وم ‪ Mg (OH(2‬المع ��روف‬ ‫بحليب المغني�سيا والمنظفات ال�شائعة للم�صاريف التي تحتوي على‬ ‫هيدروك�سي ��د ال�صوديوم و�صناعة الزجاج وغير ذلك مما ن�ستخدمه‬ ‫في حياتنا‪.‬‬ ‫وكلم ��ة حم� ��ض ‪ Acid‬م�شتق ��ة من الكلم ��ة الالتيني ��ة ( ‪)Acidus‬‬ ‫ومعناه ��ا حم�ض ��ي الطع ��م لأن جمي ��ع الأحما� ��ض ت�شت ��رك في هذه‬ ‫الخا�صي ��ة ‪ .‬وكلم ��ة قل ��وي م�شتق ��ة م ��ن الكلم ��ة العربي ��ة ( القلي )‬ ‫وه ��ي الرمـــ ��اد المتبقــي م ��ن حــرق المـــ ��واد النباتية وق ��د �ســـميت‬ ‫بالقـواع ��د ( ‪ )Bases‬لأنه ��ا ت�ستخدم لإبطال مفع ��ول الحم�ض كما‬ ‫تعتبر الأحما� ��ض والقواعد من �أكثر المواد الكيميائية �شهرة لكونها‬ ‫م ��ن �أكثر الم ��واد التي �ساهمت ف ��ي التو�صل �إلى كثي ��ر من الحقائق‬ ‫والنظري ��ات والعالق ��ات الكيميائية الت ��ي في متن ��اول الإن�سان هذا‬

‫‪175‬‬

‫�شكل ( ‪� 1-6‬أ )‬

‫�شكل (‪1-6‬ب )‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫اليوم ‪ ،‬ولهذا ال�سبب فقد حظيت منذ فترة طويلة باالهتمام والدرا�سة‬ ‫حي ��ث �شهد تاريخ الكيمياء تطور ًا لمفهوم الحم�ض والقاعدة وو�ضعت‬ ‫تعريفات عدة لت�صنيفها وتف�سير �سلوكها الكيميائي ‪.‬‬ ‫وف ��ي هذا الف�صل �سوف ندر�س �أهم خوا� ��ص الأحما�ض والقواعد‬ ‫و�سننظ ��ر �إلى م ��دى ات�ساع مفه ��وم الأحما�ض القواع ��د والذي يمكن‬ ‫امت ��داده ب�سهولة فيم ��ا وراء الو�سط المائي وحتى �إل ��ى المواد التي ال‬ ‫تحت ��وي على الهيدروجين وبهذه الطريقة ننظم ونو�ضح عدد ًا �ضخم ًا‬ ‫من الحقائق الكيميائية المتعلقة بالأحما�ض ‪.‬‬

‫‪NaOH‬‬

‫‪Dilute‬‬

‫‪sodium Hydroxide‬‬

‫‪NaOH‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 2-6‬حم�ض الكلور‬ ‫وهيدروك�سيد ال�صوديوم‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫اكتب �أكبر عدد ممكن من الأحما�ض والقواعد التي ت�ستعملها في حياتك اليومية مع ذكر ا�ستخدامها‪.‬‬

‫الخوا�ص العامة للأحما�ض القواعد‬ ‫الأحما� ��ض والقواعد م ��ن �أكثر الموا�ضيع التي دار البحث حولها ‪ ,‬ولقد تم ��ت المحاوالت الأولى لتعريف‬ ‫الأحما�ض والقواعد ب�إيجاد الخوا�ص الطبيعية التي ت�شترك فيها الأحما�ض وتعريف كل مادة تتوفر فيها هذه‬ ‫الخوا�ص ب�أنها حام�ض وكذلك الحال بالن�سبة للقواعد ‪.‬‬ ‫ولدرا�سة خوا�ص الأحما�ض والقواعد في المحاليل المائية �سوف نقوم بالأن�شطة الآتية ‪:‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪176‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫( ‪ ) 1 - 6‬درا�سة خوا�ص الأحما�ض‬ ‫المواد الأدوات ‪ :‬‬ ‫اختبر بع�ض خوا�ص المحاليل المائيـة للأحما�ض التالية‬ ‫ح�سب ما هو مطلوب في الجدول و�سجل نتائجك ‪:‬‬ ‫‪ , CH3COOH , H2SO4 , HCl‬ليمون‬

‫�أنابي���ب اختب���ار ‪ -‬خار�ص���ين �أو‬ ‫مغني�سيوم ‪ -‬دائرة كهربائية ‪ -‬ورق‬ ‫تباع ال�شم�س ‪ -‬كربونات ال�صوديوم‬

‫الخا�صية التي يراد اختبارها‬ ‫الت�أثير على ورق تباع ال�شم�س‬ ‫التو�صيل الكهربائي‬ ‫التفاعل مع الخار�صين‬ ‫التفاعل مع كربونات ال�صوديوم‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫�شكل ( ‪ ) 3-6‬بع�ض خوا�ص الأحما�ض‬ ‫�سجل النتائج في الجدول التالي ‪:‬‬ ‫‪ CH COOH H SO HCl‬ليمون‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬

‫�أجب عن الأ�سئلة التالية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬م ��ا الغاز المت�صاعد عن ��د تفاعل محاليل الأحما� ��ض ال�سابقة مع الخار�صي ��ن ‪ .‬كيف يمكن‬ ‫الت�أكد من ذلك ؟‬ ‫‪................................................................................................‬‬

‫‪177‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫‪ -2‬ما العن�صر الم�شترك في الأحما�ض ؟‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪ -3‬ما الغاز المت�صاعد من تفاعل الأحما�ض ال�سابقة مع كربونات ال�صوديوم ‪ .‬كيف يمكنك‬ ‫الت�أكد من ذلك ؟‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪� -4‬صف مذاق الأحما�ض من خالل تناولك لبع�ض الحم�ضيات المنزلية (ال تتذوق �أي مادة‬ ‫كيميائية غير غذائية)‪.‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪� -5‬أثناء اختبارك للتو�صيل الكهربائي الحظت �أن هناك اختالف ًا في �شدة التو�صيل للمحاليل‪,‬‬ ‫ما �سبب ذلك ؟‪.‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫ن�ستنتج من خالل الن�شاط �أن الأحما�ض ت�شترك في الخوا�ص التالية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬مذاق المحاليل المخففة لهذه المواد حم�ضي وال داعي للت�أكد من ذلك عملياً لأن بع�ض الأحما�ض‬ ‫�سامة ‪.‬‬ ‫‪ -2‬ت ُِّحول لون تباع ال�شم�س �إلى اللون الأحمر ‪.‬‬ ‫‪ -3‬تتفاعل مع بع�ض الفلزات مثل ‪ Mg - Zn‬وينطلق غاز الهيدروجين ‪.‬‬ ‫)‪H2(g‬‬

‫)‪+ H2(g‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪ZnCl2(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪2HCl(l) Zn(S‬‬ ‫)‪Mg(S‬‬

‫)‪MgSO4 (aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪H2SO4(l‬‬

‫‪ -4‬تتفاعل مع الكربونات �أو البيكربونات وتنتج غاز ثاني �أك�سيد الكربون وملح وماء ‪.‬‬ ‫)‪2NaCl(aq‬‬

‫‪+ H2O +‬‬

‫)‪2CO2(g‬‬

‫)‪(l‬‬

‫‪ -5‬تحتوي كل هذه المواد على عن�صر الهيدروجين ‪.‬‬ ‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪+ 2HCl‬‬

‫‪178‬‬

‫)‪2Na2CO3(S‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫‪ -6‬تذوب في الماء ومحاليلها المائية تو�صل الكهرباء بدرجات متفاوتة وذلك ب�سبب تفككها �إلى �أيونات‬ ‫في الماء ‪ .‬والأحما�ض التي تتفكك كلياً تو�صل التيار الكهربائي ب�صورة جيدة �أما التي تتفكك جزئياً‬ ‫ف�إنها تو�صل التيار الكهربائي بدرجة �أقل ‪.‬‬ ‫تعتب ��ر الأحما�ض مهلك ��ة للمخلوق ��ات الحية لذا يمك ��ن ا�ستخدامها‬ ‫كم ��واد حافظة قاتلة للبكتريا ‪ ,‬عندم ��ا نحفظ العديد من الم�أكوالت‬ ‫كالب�ص ��ل وال�شمن ��در واللف ��ت وغيره ��ا ف ��ي الخل (حم� ��ض الخل)‬ ‫ويع ��رف هذا بالتخلي ��ل ‪ ,‬فالحام� ��ض بقتله كاف ��ة المخلوقات الحية‬ ‫المجهري ��ة ف ��ي محل ��ول التخلي ��ل يحفظ الأطعم ��ة من الف�س ��اد وقد‬ ‫ا�ستخ ��دم التخليل على نطاقات �أو�سع قبل اخت ��راع �أجهزة التبريد ‪.‬‬

‫�شكل ( ‪) 4-6‬‬ ‫عينة من المخلالت‬

‫اختب���ر خوا�ص المحاليل المائية للقواعد التالية ح�س���ب‬ ‫ما هو مطلوب في الجدول و�سجل نتائجك‪:‬‬ ‫�صابون ‪Na2CO3 , NaOH , Ba(OH)2 ,‬‬

‫الخا�صية المراد اختبارها‬ ‫الت�أثير على ورق تباع ال�شم�س‬ ‫التو�صيل الكهربائي‬ ‫التفاعل مع الخار�صين‬ ‫التفاعل مع ‪HCl‬‬

‫‪NaOH‬‬

‫‪179‬‬

‫المواد الأدوات ‪:‬‬ ‫�أنابيب اختيار ‪ -‬ورق تباع ال�شم�س‬ ‫�أحمر ‪ -‬دارة كهربائية ‪ -‬خار�صين‬ ‫�أو �ألومينيوم‬

‫‪Ba(OH)2‬‬

‫‪Na2CO3‬‬

‫�صابون‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫(‪ )2 - 6‬درا�سة خوا�ص القواعد‬

‫الأحما�ض والقواعد‬

‫�أجب عن الأ�سئلة التالية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬ما �سبب اختالف �شدة التو�صيل الكهربائي لمحاليل القواعد ؟‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬ما هو الأيون الم�شترك في جميع هذه القواعد ؟‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪� -3‬ص ��ف ملم�س المحاليل المخففة للقواع ��د ال�سابقة وذلك عن طريق فرك قطرة واحدة من‬ ‫كل محلول بين �إ�صبعيك ال�سبابة والو�سط ‪.‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬

‫ت�ستنتج من خالل الن�شاط �أن القواعد ت�شترك في الخوا�ص التالية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬مذاق المحاليل المائيـة المخففة لهذه المواد مر وال داعي للت�أكد من ذلك لأن بع�ض القواعد �سامة‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫‪ -2‬ملم�س المحاليل المائية لهذه المواد انزالقي ( �صابوني )‬ ‫‪ -3‬المحاليل المائيـة لهذه المواد تلون �صبغة ورق تباع ال�شم�س باللون الأزرق ‪.‬‬ ‫‪ -4‬تتفاعل مع بع�ض الفلزات مثل الخار�صين �أو الألومينيوم ‪.‬‬ ‫)‪2NaOH(aq) + Zn(S‬‬

‫)‪Na2ZnO2(aq) + H2(g‬‬

‫‪ -5‬تذوب جميع هذه المواد في الماء ومحاليلها المائية تو�صل الكهرباء بدرجات متفاوتة (لماذا )؟‬ ‫‪-6‬تتفاعل القواعد مع الأحما�ض في الو�سط المائي ويتكون ملح و ماء‪ ،‬ماذا ت�سمي هذا التفاعل ؟‬ ‫)‪Na Cl(aq) + H2O(l‬‬

‫)‪HCl(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪NaOH(aq‬‬

‫حيث يفقد الحم�ض خوا�صه المميزة ماعدا خا�صية تو�صيل المحلول للكهرباء ( �إال �إذا كان الملح‬ ‫الناتج عديم الذوبان في الماء مثل ‪. BaSO4‬‬

‫‪ -7‬تحتوي على �أيونات الهيدروك�سيد ‪ OH-‬غالب ًا‪.‬‬ ‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪180‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬

‫في القرن ال�سابع ع�شر عام ‪1665‬م اجتاح مر�ض الطاعون مدينة لندن فقتل‬ ‫حوال ��ي ‪ 80000‬ن�سم ��ة وكانت الجثث تدفن في مقابر جماعية تغطى بالكل�س( الجير الحي ) وهو‬ ‫قلي قوي لت�سريع انحاللها ‪.‬‬

‫من خالل درا�ستك لخوا�ص الأحما�ض والقواعد �أعط تعريفاً مب�سطاً ٍّ‬ ‫لكل منها ؟‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫ولكن الحظت خالل �إجراء الن�شاط ( ‪� ) 2 – 6‬أن كربونات ال�صوديوم لها خوا�ص القواعد بالرغم من عدم‬ ‫احتوائها على ( ‪ )OH -‬فكيف تف�سر ذلك ؟‬ ‫�إذا نظرن ��ا �إل ��ى كربونات ال�صوديوم وهي مادة لها الخوا�ص الممي ��زة للقواعد لوجدنا �أنها مادة عندما‬ ‫تتفكك في الماء ف�إنها ال تعطي �أيونات الهيدروك�سيد مبا�شر ًة ولكنها تعطي �أيونات الكربونات كما يلي ‪:‬‬

‫)‪+ CO3 -2(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪Na2CO3(s) + H2O‬‬

‫‪2Na‬‬

‫غير �أن �أيونات الكربونات التلبث �أن تتفاعل مع الماء لتعطي �أيونات الهيدروك�سيد المميزة للقواعد وفق ًا‬ ‫للمعادلة التالية ‪:‬‬

‫)‪+ OH- (aq‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪+ H2O‬‬

‫‪HCO3‬‬

‫‪181‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪-2‬‬

‫‪CO3‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫من خالل درا�ستك لخوا�ص القواعد الحظت �أنها مواد تحتوي على �أيونات الهيدروك�سيد ال�سالبة ( ‪,)OH -‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫كم ��ا تتفاعل مع البروتونات وتزيلها من المحلول الحم�ضي وهذه �أي�ضا خا�صية مميزة للقواعد مكونة في‬ ‫هذه الحالة �أيونات البيكربونات‬ ‫)‪(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫‪CO3 -2(aq) + H‬‬

‫‪HCO3‬‬

‫يعتبر الن�شادر مادة قاعدية بالرغم من عدم احتوائه على ( ‪. ) OH-‬‬ ‫ف�سر ذلك مو�ضحاً �إجابتك بالمعادالت الموزونة‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫المواد المترددة ‪Amphoteric :‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫دعنا نقوم بالن�شاط التالي لنكت�شف مفهوم المواد المترددة‪.‬‬

‫( ‪ ) 3-6‬درا�سة خوا�ص المواد المترددة‪.‬‬ ‫ال�سلوك الكيميائي لهيدورك�سيد الألومينيوم ‪Al(OH)3‬‬

‫ما‬ ‫عند تفاعله مع الحم�ض والقاعدة ؟‬ ‫الخطوات ‪:‬‬

‫المواد الأدوات المطلوبة ‪:‬‬ ‫هيدروك�سيد الألومينيوم حم�ض‬ ‫الكلور ‪ -‬هيدروك�سيد ال�صوديوم‬ ‫‪� -‬أنابي ��ب اختيار ‪ -‬ماء مقطر ‪.‬‬

‫‪� -1‬ض ��ع قلي ًال من حم�ض الكلور المخفف في �أنبوبة اختبار ثم‬ ‫�أ�ضف �إليه قلي ًال من محلول هيدروك�سيد الألومينيوم ‪ ،‬ماذا‬ ‫تالحظ ؟‬ ‫‪................................................................................‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪182‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫ اكتب معادلة التفاعل ‪:‬‬‫‪.................................................................................................‬‬ ‫‪� -2‬ض ��ع قلي ًال م ��ن القاعدة هيدروك�سيد ال�صودي ��وم في �أنبوبة اختبار ثم �أ�ض ��ف �إليها محلول‬ ‫هيدروك�سيد الألومينيوم‪،‬ماذا تالحظ؟ ‪.‬‬ ‫‪.................................................................................................‬‬ ‫ اكتب معادلة التفاعل ‪:‬‬‫‪.................................................................................................‬‬ ‫من خالل القيام بالن�شاط ال�سابق نالحظ �أن هناك مواد و�سطية تمتاز ب�أنها تت�صرف ك�أحما�ض وقواعد‬ ‫وفق ًا للظروف التي تقع فيها ‪ ,‬فتزيل ال�صفة الحم�ضية للأحما�ض عند تفاعلها معها وتزيل ال�صفة القاعدية‬ ‫للقواعد عند تفاعلها معها وت�سمى بالمواد المترددة (‪.) Amphoteric‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫من خالل ما تجمع لديك من معلومات عرف ب�أ�سلوبك الخا�ص المواد المترددة ‪.‬‬

‫فل ��زات القواعد التي تتخذ �شكل هيدروك�سيدات الفلزات تكون عادة من عنا�صر المجوعات التي يقع‬ ‫ترتيبها في الجزء الأي�سر من الجدول الدوري للعنا�صر ‪� ,‬إذ نجد �أن هيدروك�سيدات عنا�صر المجموعتين‬ ‫الأول ��ى والثاني ��ة قاعدية كلها في حين �أن هيدروك�سيدات عنا�صر الج ��زء الأيمن من الجدول الدوري‬ ‫با�ستثناء مجموعة العنا�صر النادرة حم�ضية جميعها ‪ .‬فحم�ض النيتروجين ‪ HNO3‬مث ًال هو في الواقع‬

‫‪183‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫‪ HONO2‬وحم� ��ض البيركلوريك ‪HClO4‬القوي ه ��و ‪� , HOClO3‬أما حم�ض الكبريت‪ H2SO4‬هو‬ ‫‪.) HO)2SO2‬‬ ‫وم ��ن المتوقع �أن تختلط الخوا�ص القاعدي ��ة والحم�ضية في هيدروك�سي ��دات العنا�صر الواقعة في‬ ‫منت�صف الجدول الدوري وهذا ما ن�شاهده فع ًال في بع�ض العنا�صر على الأقل ‪.‬‬

‫تدريب ‪ :‬و�ضح ال�صفة المترددة للمادتين الآتيتين بالمعادالت الكيميائية الموزونة‪:‬‬ ‫‪Zn (OH)2‬‬

‫‪SnO2‬‬

‫‪.‬‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫تعاريف �أخرى للأحما�ض والقواعد‬ ‫مر مفهوم الحم�ض والقاعدة بمراحل عديدة فقد الحظ العالم الفرن�سي الفوازيية ‪� Lavoisiea‬أنه عند‬ ‫حرق بع�ض العنا�صر في الأك�سجين ف�إن الأك�سيد الناتج له خوا�ص الأحما�ض مثل اكا�سيد الكربون والف�سفور‬ ‫والكبريت ‪ ,‬وعزي ذلك �إلى الأك�سجين الموجود في مثل تلك الأحما�ض ‪ .‬وفي بداية القرن الثامن ع�شر الحظ‬ ‫همف ��ري ديفي ‪ Hamphrypavy‬وجود حام�ض ال يحتوي عل ��ى الأك�سجين مثل حم�ض كلوريد الهيدروجين‬ ‫‪ ، HCl‬وبه ��ذا �أ�صب ��ح تعريف الحام�ض على �أن ��ه مادة تحتوي على الهيدروجين ثم تط ��ور تعريف الأحما�ض‬ ‫والقواع ��د م ��ع تطور علم الكيمي ��اء ‪ ,‬ولعلك الحظت �أن المح ��اوالت الأولى لتعريفهما تم ��ت ب�إيجاد الخوا�ص‬ ‫الطبيعية ٍّ‬ ‫لكل منهما لكن التعريف الذي يعك�س كيمياء الأحما�ض والقواعد جاء نتيجة لمحاولة �إيجاد و�سيلة‬ ‫لمقارنة قوة حم�ض بقوة حم�ض �آخر �أو قوة قاعدة بقوة قاعدة �أخرى لهذا و�ضعت تعاريف ونظريات لكل من‬ ‫الأحما�ض والقواعد �أهمها ما يلي ‪:‬‬

‫‪ -1‬تعريف ارهينيو�س للأحما�ض والقواعد ‪.‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪184‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫‪ -2‬تعريف برون�شتد ولوري للأحما�ض والقواعد ‪.‬‬ ‫‪ -3‬تعريف لوي�س للأحما�ض والقواعد ‪.‬‬ ‫‪ )1‬تعريف �أرهينيو�س للأحما�ض والقواعد ‪The Arrhenius Definition of Acide and Bases.‬‬

‫عندما طور �أرهينيو�س نظريته الأيونية للمحاليل �أعطى �أي�ضا تعريف ًا لكل من الحم�ض والقاعدة‬ ‫وللو�صول �إلى هذا التعريف ت�أمل المعادالت التالية التي تمثل تفكك بع�ض ًا من الأحما�ض والقواعد‬ ‫في الماء‬ ‫‪ -1‬الأحما�ض ‪:‬‬

‫)‪+ Cl-(aq‬‬ ‫�أيون الكلوريد‬

‫‪H2O‬‬

‫)‪H+(aq‬‬

‫ ‬ ‫�أيون الهيدروجين‬

‫حم�ض الكلور‬ ‫‪H2O‬‬

‫)‪H+(aq‬‬ ‫)‪CH3COO-(aq‬‬ ‫�أيون الهيدروجين ‬ ‫�أيون خالت‬

‫‪CH3COOH‬‬ ‫حم�ض الخل‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫‪+‬‬

‫)‪HCl (g‬‬

‫‪ -2‬القواعد ‪:‬‬

‫)‪+ OH- (aq‬‬ ‫�أيون هيدروك�سيد‬ ‫)‪2OH -(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫�أيون هيدروك�سيد‬

‫)‪Na+(aq‬‬

‫‪H2O‬‬

‫�أيون ال�صوديوم‬

‫هيدروك�سيد ال�صوديوم‬ ‫‪H2O‬‬

‫)‪Ca+2(aq‬‬ ‫�أيون كال�سيوم‬

‫)‪NaOH(s‬‬

‫)‪Ca(OH)2(s‬‬ ‫هيدروك�سيد الكال�سيوم‬

‫‪185‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫من خالل مالحظتك للمعادالت ال�سابقة ‪:‬‬ ‫ ما الأيون الم�شترك في تفكك الأحما�ض في الماء ؟‬‫ ما الأيون الم�شترك في تفكك القواعد في الماء ؟‬‫يمكن تعريف الحم�ض والقاعدة ح�سب نظرية �أرهينيو�س كما يلي‪:‬‬

‫الحم�ض ‪:‬‬ ‫هو المادة التي ينتج عند ذوبانها في الماء �أيونات الهيدروجين الموجبة‪( H +‬البروتونات المائية )‪.‬‬

‫القاعدة ‪:‬‬ ‫هي المادة التي ينتج عند �إذابتها في الماء �أيونات الهيدروك�سيد ال�سالبة‬

‫�س ‪ :‬والآن لنا �أن نت�ساءل لماذا �سمي �أيون الهيدروجين بروتوناً ؟‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫ع ��رف �أرهينيو�س الحم�ض ب�أنة المادة التي تعطي �أيون ��ات الهيدروجين ‪ H+‬عند �إذابتها في‬ ‫الماء ومن المعروف �أن ذرة الهيدروجين تحوي بروتون ًا واحد ًا بالإ�ضافة �إلى �إلكترون يدور حولها‬ ‫عن ��د تكوين �أي ��ون الهيدروجين تخ�سر هذه الذرة �إلكترونها الوحي ��د ويتبقى فيها البروتون فقط ‪.‬‬ ‫بمعنى �آخر �أيون الهيدروجين هو بروتون ‪ .H+‬وقد وجد �أن كثافة ال�شحنة الموجبة على البروتون‬ ‫عالي ��ة جد ًا لأن ن�سبة �شحنته �إلى ن�صف القطر عالي ��ة جد ًا �إذ يقدر ن�صف قطره بحوالي ‪13-10‬م‬ ‫مقارنة مع ‪�8-10‬سم تقريب ًا لأن�صاف �أقطار بنية الأيونات الموجبة ‪.‬‬ ‫فهل نتوقع �أن يوجد هذا البروتون منفرد ًا في الو�سط المائي ؟‬ ‫بما �أن هذا البروتون �صغير الحجم ف�إن كثافة ال�شحنة عليه عالية جد ًا لذلك ي�ستبعد �أن يوجد‬ ‫ب�ص ��ورة حرة في المحلول ب ��ل مرتبط ًا برابطة م�شترك ��ة تنا�سقية بعدد من جزيئ ��ات الماء �أقلها‬ ‫ج ��زيء واح ��د ‪ ,‬لذلك يكتب على ال�صورة ‪ H3O+‬وي�سمى �أيون الهيدرنيوم ويمكن تو�ضيح كيفية‬ ‫تكوينه كما يلي ‪:‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪186‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫‪+‬‬

‫‪+ H2O:‬‬

‫‪H3O‬‬

‫وبنا ًء عليه ف�إن معادلة ت�أين �أي حم�ض في الماء تكتب كما يلي ‪:‬‬

‫‪+ A-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H3O‬‬

‫�أيون �سالب �أيون الهيدرينيوم‬

‫‪+‬‬

‫‪H‬‬

‫‪+ H2O:‬‬

‫‪HA‬‬

‫ماء‬

‫حم�ض‬

‫اكتب معادالت ت�أين الأحما�ض التالية ب�صورة �صحيحة ‪HCl , CH3COOH‬‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫�أوجه الق�صور في تعريف �أرهينيو�س‪:‬‬ ‫لقد ا�ستطاع �أرهينيو�س �أن يف�سر الخوا�ص القاعدية و الحم�ضية‬ ‫ف ��ي المحالي ��ل المائيـة وهذا التعريف ال يمك ��ن الحكم بخطئه ولكن‬ ‫يعيبه المحدودية التي ال تجعله �شام ًال‪ ,‬و من نواحي الق�صور‪:‬‬

‫‪Hydronium ion, H3O+‬‬

‫�شكل (‪� ) 5-6‬أيون الهيدرنيوم‬

‫‪ -1‬يقت�صر تطبيق هذه النظرية على المحاليل المائية فقط‬ ‫للأحما� ��ض والقواع ��د فق ��ط وبناء على ذلك ال يعد غ ��از ‪ HCl‬حم�ض وغاز ‪ NH3‬قاع ��دة مالم يذوبا‬ ‫ف ��ي الماء ‪ .‬فمن المعروف �أن هاتي ��ن المادتين تتفاعالن في الو�سط غير المائي وتنتجان ملح كلوريد‬ ‫الأمونيوم حيث يفقد كل منهما خوا�صه ‪:‬‬ ‫)‪NH3(g) + HCl(g‬‬

‫)‪NH4Cl(S‬‬

‫‪187‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫‪ -2‬ل ��م ي�ستط ��ع تف�سير قاعدية بع�ض الم ��واد التي ال تحتوي على �أيون ��ات الهيدروك�سيد ‪ OH -‬مثل‬ ‫‪Na CO‬‬

‫‪3‬‬

‫‪2‬‬

‫‪NH‬‬

‫‪3‬‬

‫�أو الأم�ل�اح القاعدي ��ة مث ��ل ‪ .KCN‬كذلك ل ��م ي�ستطع تف�سير حم�ضية بع� ��ض المواد التي ال‬

‫تحت ��وي عل ��ى �أيون ��ات الهيدروجين مثل ‪ CO2‬وبع�ض الأم�ل�اح الحم�ضية مث ��ل ‪ . NH4Cl‬وبنا ًء على هذا‬ ‫الق�صور فقد تم تعديل هذه النظرية حيث �أ�صبح تعريف الحم�ض والقاعدة حديث ًا على النحو التالي ‪:‬‬ ‫‪+‬‬

‫الحم�ض ‪ :‬هو المادة التي تزيد �أيونات الهيدرنيوم ( ‪ )H3O‬في المحاليل المائية ‪.‬‬

‫القاعدة ‪ :‬هي المادة التى تزيد �أيونات الهيدروك�س���يد ( ‪ )OH -‬في المحاليل المائية �أو التي تتفاعل‬ ‫مع الحم�ض وتفقده خوا�صه ‪.‬‬ ‫قوة الحم�ض والقاعدة ح�سب نظرية �أرهينيو�س ‪:‬‬ ‫عند اختبار قدرة محلول حم�ض لكلور على تو�صيل الكهرباء مقارنة بحم�ض الخل نجد �أن الأول �أقوى من الثاني‪.‬‬ ‫كيف تف�سر اختالف �إ�ضاءة الم�صباح في المحلولين ؟‬ ‫ ماذا تالحظ على عدد الجزيئات التى ت�أينت من ‪. CH3COOH , HCl‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫ �أيهما يعطي عدد ًا �أكبر من ايونات الهيدروجين ؟‬ ‫ بماذا يو�صف تفكك حم�ض ‪ CH3COOH ,HCl‬في الماء ؟‬ ‫�إن تفاوت التو�صيل الكهربائي لمحاليل الأحما�ض �أو القواعد قد مكن �أرهينيو�س من التمييز بين الحم�ض‬ ‫القوي والحم�ض ال�ضعيف ‪ .‬فالحم�ض القوي �أو( القاعدة القوية ) يت�أين في الماء �إلى درجة كبيرة ت�أين ًا كلي ًا‬ ‫تام ًا ( تفاعل غير عكو�س ) مثل ‪:‬‬ ‫‪-‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪H2O‬‬

‫)‪Na+(aq‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪H3O‬‬

‫‪188‬‬

‫)‪NaOH(s‬‬

‫)‬

‫‪HCl(l‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫والحم� ��ض ال�ضعي ��ف ( القاعدة ال�ضعيفة ) ال ��ذي يت�أين بدرجة قليلة في الماء كحم� ��ض الخل ت�أين ًا غير تام‬ ‫)‪،‬مثل‬ ‫(تفاعل معكو�س‬ ‫)‪CH3COO -(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪H3O+(aq‬‬

‫)‪OH -(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪NH4+(aq‬‬

‫‪H2O‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪CH3COOH‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫اكتب معادالت المواد الآتية في الماء ‪:‬‬ ‫‪. NaHCO3‬‬

‫‪KOH‬‬

‫‪H2SO4 . HCN‬‬

‫‪ )2‬تعريف برون�شتد ولوري للأحما�ض والقواعد‪Brohstecl -Lowry Definition at Acidsancl Basaes :‬‬

‫يعتبر تعريف الأحما�ض والقواعد على �أ�سا�س مفهوم �أيون الهيدرنيوم و�أيون الهيدروك�سيد في الماء (نظرية‬ ‫�أرهينيو� ��س) مقيد ًا جد ًا لأنه يح�صر مناق�شتنا لظاه ��رة الأحما�ض والقواعد في المحاليل المائية لذا تمكن‬ ‫ٍّ‬ ‫كل م ��ن الكيميائ ��ي الدانمركي برون�شتد والبريطاني لوري ك ًال على حدة ولكن في وقت متزامن عام ‪1923‬م‬ ‫من التو�صل �إلى مفهوم �آخر للأحما�ض والقواعد ال يتعار�ض مع مفهوم �أرهينيو�س ولكن ي�شتمل عليه بمعنى‬ ‫�أن مفهومهم ��ا �أكث ��ر �شمو ًال من مفهوم �أرهينيو�س وللتو�صل �إلى تعريف ٍّ‬ ‫كل من الحم�ض والقاعدة ح�سب هذه‬ ‫النظرية ‪ .‬انظر �إلى المعادالت التالية ‪ :‬حيث ‪ HA‬حم�ض و ‪ B‬قاعدة ‪.‬‬

‫‪189‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫‪HA‬‬ ‫‪H+ + A‬‬‫‪B + H+‬‬ ‫‪B H+‬‬ ‫‪A- + BH+‬‬

‫‪HA + B‬‬ ‫قاعدة حم�ض‬

‫ ما دور الحم�ض في التفاعل ال�سابق ؟‬‫ ما دور القاعدة في التفاعل ال�سابق ؟‬‫�إذن ح�سب نظرية برون�شتد ولوري يعرف‬ ‫الحم�ض ‪ :‬هو المادة التي لديها قابلية لمنح �أو �إعطاء بروتون �أو �أكثر ‪.‬‬ ‫القاعدة ‪ :‬هي المادة التي لديها القابلية ال�ستقبال بروتون �أو �أكثر ‪.‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫‪ -1‬ادر�س التفاعالت الآتية وحدد الحم�ض والقاعدة ح�س���ب نظرية برون�ش���تد ولوري في‬ ‫كل منها ‪:‬‬ ‫‬‫‪NO3‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪H3O‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪1) HNO3‬‬

‫‪............................................................................................‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪H3O‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪2) NH4 H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪............................................................................................‬‬ ‫‪HF‬‬

‫‪+‬‬

‫‪OH-‬‬

‫‪+ H2O‬‬

‫‪-‬‬

‫‪3) F‬‬

‫‪............................................................................................‬‬ ‫هل تعتبر قواعد �أرهينيو�س مثل ‪ KOH‬قواعد �أي�ضا ح�سب تعريف برون�شتد ولوري؟‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪190‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬

‫(يعتبر الم ��اء مادة مترددة) ناق�ش هذه العبارة في �ضوء نظرية برون�شتد ولوري مو�ضح �إجابتك‬ ‫بالمعادالت‪.‬‬

‫الآن �إذا كان لديك التفاعل ‪:‬‬

‫‪H2O + NH3‬‬

‫عك�سي‬

‫‪-‬‬

‫�أمامي‬

‫‪+ OH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NH4‬‬

‫حدد الحم�ض والقاعدة ح�سب تعريف برون�شتد ولوري في التفاعل الأمامي‬ ‫�أنظر �إلى التفاعل العك�سي ‪ ,‬هل يمكنك تحديد الحم�ض والقاعدة ح�سب تعريف برون�شتد ولوري ؟‬ ‫ما الفرق بين ‪ NH3‬و ‪ NH4+‬وبين ‪- H2O‬و‪ OH‬؟‬ ‫نالح ��ظ في التفاعل ال�سابق �أن �أيون الأموني ��وم ‪ NH4+‬يمنح بروتون ًا �إلى �أيون الهيدروك�سيد ‪ OH -‬وبذلك‬ ‫يكون ‪ NH4+‬هو الحم�ض و ‪ OH-‬هو القاعدة ح�سب تعريف برون�شتد ولوري ‪.‬‬

‫ن�ستنتج من ذلك ‪:‬‬ ‫�أن انتقال البروتون يحول الحم�ض �إلى قاعدة جديدة كما يحول القاعدة �إلى حم�ض جديد وللتمييز‬ ‫بين هذه الأ�صناف ا�صطلح على ت�سمية الحم�ض بعد فقده للبروتونات با�سم قاعدة مقترنة ‪conjugate‬‬ ‫‪ Base‬وت�سمية القاعدة بعد اكت�سابها للبروتونات حم�ضاً مقترناً ‪ conjugate Acid‬وي�سمى كل حم�ض‬ ‫وقاعدته المقترنة بالزوج المقترن وكل قاعدة وحم�ضها المقترن بالزوج المقترن ‪ ,‬حيث �أنهما يختلفان‬ ‫عن بع�ضهما ببروتون واحد‬

‫كما في المثال التالي ‪:‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫حم�ض مقترن ( ‪) 2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NH3‬‬

‫قاعدة مقترنة (‪) 2‬‬

‫‪191‬‬

‫ ‪OH‬‬‫قاعدة (‪)1‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NH4+‬‬ ‫حم�ض (‪)1‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫و�إذا نظرنا �إلى التفاعل العك�سي نالحظ �أن البروتون ينتقل من الماء ‪� H2O‬إلى الن�شادر ‪ NH3‬وبذلك يكون‬ ‫الماء حم�ض ًا والن�شادر قاعد ًة ح�سب تعريف برون�شتد ولوري ‪.‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬

‫‪� - 1‬أكمل الفراغات فيما يلي ثم حدد الحم�ض والقاعدة و�أزواجها المقترنة‬ ‫)‪................ + HS -(aq‬‬

‫‪+ ..................‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫)‪1) H2S(aq) + H2O(l‬‬ ‫)‪2) CO3 -2(aq) + H2O(l‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪ HSO4-(aq) + H2O‬‬

‫‪+ ................‬‬

‫)‪3) SO4- 2(aq‬‬

‫‪� – 2‬أوجد الحم�ض والقاعدة المقترنة للمواد الآتية �إن �أمكن ذلك‬ ‫المواد‬

‫الحم�ض المقترن‬

‫القاعدة المقترنة‬

‫‪S --‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫‪H2O‬‬ ‫‪HCO3-‬‬

‫قوة الأحما�ض والقواعد ح�سب نظرية برون�شتد ولوري ‪.‬‬ ‫تقا� ��س ق ��وة الحم�ض وفق ًا لتعريف برون�شتد ولوري بقدرته على �إعطاء ( منح ) بروتون ‪ ,‬فالحم�ض الذي‬ ‫يعطي بروتون ًا ب�سهولة يعتبر حم�ض ًا قوي ًا والعك�س �صحيح ‪ ,‬وتقا�س قوة القاعدة بقدرتها على ا�ستقبال بروتون‬ ‫فالقاعدة القوية هي التي ت�ستقبل �أو تجذب البروتون ب�سهولة ‪.‬‬ ‫�إذن تبي ��ن ه ��ذه النظرية �أن قوة الحم� ��ض ال تعتمد على قابلية الحم�ض لمن ��ح البروتون �أو فقده فقط بل‬ ‫وعل ��ى قابلية القاعدة التي يتفاع ��ل معها لتقبل هذا البروتون ‪ .‬فمث ًال يعتبر كلوريد الهيدروجين حم�ض ًا قوي ًا‬ ‫في الماء لأن قابلية كلوريد الهيدروجين لفقد البروتون عالية وقابلية الماء لتقبل البروتون عالية ‪.‬‬ ‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪192‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫‪H3O+ + Cl -‬‬

‫‪HCl + H2O‬‬

‫وف ��ي مذيبات �أخرى ال يكون انتقال البروت ��ون بهذه ال�سهولة لذا ف�إنه في هذه المذيبات يعتبر محلول ‪HCl‬‬

‫حام�ض ًا �ضعيف ًا ‪.‬‬

‫ح�سب نظرية برون�شتد ولوري يعتبر حم�ض الخل حم�ضاً �ضعيفاً في الماء ولكنه حم�ض قوي‬ ‫في الن�شادر؛ و�ضح ذلك مدعماً �إجابتك بالمعادالت ‪.‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫لماذا يعتبر الن�شادر �أكثر قاعدية من الماء ؟‬ ‫والآن لنا �أن نت�ساءل‪ :‬ما العالقة بين قوة الحم�ض وقاعدته المقترنة وقوة القاعدة وحم�ضها المقترن ؟‬

‫يعتب ��ر حم� ��ض ‪ HCl‬من الأحما� ��ض القوية التي تتفكك ف ��ي الماء حيث يفق ��د البروتون ب�سهولة‬ ‫‬‫ليعط ��ي القاعدة المقترنة ‪ Cl‬وفي الوق ��ت نف�سه ي�سلك الماء كقاعدة لأنه يتقبل البروتون ب�سهولة‬ ‫‪+‬‬ ‫ليعطي الحم�ض المقترن ‪. H3O‬‬

‫‪193‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬

‫‪+ Cl-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪HCl + H2O‬‬

‫‪H3O‬‬

‫�إن ‪ HCl‬يتفكك كلي ًا في الماء فقد وجد عملي ًا عدم وجود جزيئات ‪ HCl‬في محلول الحم�ض‬ ‫وه ��ذا يعن ��ي �أن الحم� ��ض والقاعدة في الجان ��ب الأي�س ��ر لمعادلة التفاع ��ل(‪) HCl , H2O‬‬ ‫�أق ��وى م ��ن الحم� ��ض المقت ��رن والقاع ��دة المقترن ��ة ف ��ي الجان ��ب الأيم ��ن(‪) H3O+ , Cl‬‬ ‫وعند مقارنة القاعدتين ) ‪ ( H2O, Cl-‬نجد �أن الماء هو القاعدة الأقوى لأنه �أكثر مي ًال‬ ‫لتقبل البروتون وكذلك عند مقارنة الحم�ضين ) ‪ ( HCl , H3O+‬نجد �أن ‪ HCl‬هو الأقوى‬ ‫لأن ��ه �أكث ��ر مي ًال لمن ��ح البروتون ولهذا و�ضع ال�سه ��م ( ) باتجاه واح ��د لي�شير �إلى الجهة‬ ‫الت ��ي يرجحه ��ا التفاع ��ل ‪ .‬والعك�س �صحيح في حال ��ة الأحما�ض ال�ضعيفة فمث�ل ً�ا حم�ض الخل‬ ‫‪ CH3COOH‬حم�ض �ضعيف يت�أين جزئي ًا في الماء كما يلي ‪:‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫‪+‬‬ ‫‬‫‪H3O + CH3COO‬‬

‫‪CH3COOH + H2O‬‬

‫قاعدة‬

‫قاعدة مقترنة حم�ض مقترن‬

‫حم�ض‬ ‫‪+‬‬

‫وبم ��ا �أن اتج ��اه ال�سه ��م نح ��و الي�س ��ار فهذا ي ��دل عل ��ى �أن الحم� ��ض ‪ H3O‬ه ��و �أقوى من‬ ‫‪ CH3COOH‬والقاعدة ‪� CH3COO -‬أقوى من ‪. H2O‬‬ ‫� ��س ‪ :‬ه ��ل يمكن ��ك معرف ��ة �أي القاعدتي ��ن الأق ��وى‪� CN -‬أم‪� CH3COO-‬إذا علمت �أن‬ ‫‪ HCN‬حم�ض �أ�ضعف من ‪CH3COOH‬‬

‫من خالل ما �سبق ن�ستنتج �أن ‪:‬‬ ‫الحم�ض القوي تكون قاعدته المرافقة �ضعيفة والعك�س �صحيح ‪.‬‬ ‫القاعدة القوية يكون حم�ضها المقترن �ضعيف والعك�س �صحيح ‪.‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪194‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫‪� -3‬أحما�ض وقواعد لوي�س ‪Lewis Acids and Bases‬‬

‫لديك التفاعل التالي ‪:‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪F‬‬ ‫‪F‬‬

‫‪F‬‬ ‫‪B + F-‬‬

‫‪F‬‬

‫‪B‬‬

‫‪F‬‬

‫‪F‬‬ ‫‪F‬‬ ‫حدد الحم�ض والقاعدة في التفاعل ال�سابق ح�سب نظرية �أرهينيو�س؛ هل يمكنك ذلك؟ ولماذا ؟‬ ‫حدد الحم�ض والقاعدة في التفاعل ال�سابق ح�سب نظرية برون�شتد ولوري؛ هل يمكنك ذلك؟ ولماذا ؟‬ ‫ر�أينا �سابق ًا �أن تعريف برون�شتد ولوري الأحما�ض والقواعد يعتبر �أكثر �شمو ًال من تعريف �أرهينيو�س لأنه‬ ‫ال يتقي ��د بالأو�س ��اط المائية و �أنه ل ��م ي�ستطع تف�سير ال�سلوك الحم�ضي �أو القاع ��دي لبع�ض التفاعالت التي‬ ‫تت ��م دون انتق ��ال البروتون لذلك اقت ��رح الكيميائي الأمريكي جلبرت لوي�س في ع ��ام ‪1937‬م مفهوم ًا جديد ًا‬ ‫للأحما�ض والقواعد ال يتعار�ض مع مفهوم برون�شتد ولوري ولكنه ي�شتمل عليه بمعنى �أن مفهومه �أكثر �شمو ًال‬ ‫من مفهوم برون�شتد ولوري و يعتمد هذا المفهوم على النظرية الإلكترونية للتكاف�ؤ ‪.‬‬

‫*‬

‫‪0‬‬

‫‪00‬‬

‫**‬

‫**‬ ‫‪Cl‬‬ ‫**‬

‫�أو‬

‫‪00‬‬ ‫‪Cl‬‬ ‫‪00‬‬

‫‪. .‬‬

‫‪. :‬‬

‫حم�ض‬

‫�أيون الأمونيوم‬

‫‪195‬‬

‫‪H‬‬ ‫*‬ ‫‪H*N‬‬ ‫*‬ ‫‪H‬‬

‫‪. :‬‬

‫‪. .‬‬

‫الآن ت�أمل التفاعالت الآتية للتو�صل �إلى تعريف لوي�س للأحما�ض والقواعد ‪:‬‬ ‫‪H‬‬ ‫*‬ ‫‪+‬‬ ‫‪+ H+‬‬ ‫[‪H *N H‬‬ ‫*‬ ‫‪H‬‬

‫قاعدة‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫لتمثي ��ل تراكي ��ب ( بن ��اءات ) لوي�س نكت ��ب ال�صيغة الذري ��ة للعن�صر محاطة بعدد م ��ن النقاط ( �أو‬ ‫عالمات * �أو دوائر ‪ ) ...‬يمثل كل منها �إلكترون ًا واحد ًا في غالف التكاف�ؤ للذرة ‪.‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬

‫‪:‬‬

‫‪:‬‬

‫‪H‬‬

‫حم�ض‬

‫‪:‬‬

‫‪+‬‬

‫[‪H‬‬

‫‪O‬‬

‫‪H‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H‬‬

‫‪O‬‬

‫‪H‬‬ ‫قاعدة‬

‫ماذا تالحظ على القاعدتين ال�سابقتين ؟‬ ‫ما دور القاعدة في التفاعلين ال�سابقين ؟‬ ‫ماذا تالحظ على الحم�ضين ال�سابقين ؟‬ ‫ما دور الحم�ض في التفاعلين ال�سابقين ؟‬ ‫ما نوع الرابطة الجديدة في الأيون المتكون ؟‬ ‫من خالل ما �سبق يمكنك ا�ستنتاج تعريف لوي�س للحم�ض والقاعدة كما يلي ‪:‬‬ ‫الحم�ض‪:‬هوالمادة[جزيء�أو�أيون التيلهاالقدرةعلىا�ستقبال زوج �أو �أكثرمن الإلكترونات لتكوين رابطة ‪.‬‬ ‫القاعدة ‪ :‬هي المادة [ جزيء �أو �أيون التي لها القدرة على منح زوج �أو �أكثر من الإلكترونات لتكوين رابطة ‪.‬‬ ‫ومن المالحظ �أن جميع قواعد لوي�س يوجد بينها خا�صية رئي�سية م�شتركة وهي امتالكها زوج ًا �إلكتروني ًا‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫�أو �أكث ��ر من الإلكترونات الحرة ( غير الرابطة ) وجمي ��ع �أحما�ض لوي�س �أي�ض ًا بينها خا�صة رئي�سية م�شتركة‬ ‫وهي �أنه يوجد مجال مدار �إلكتروني فارغ ي�ستطيع اكت�ساب زوج من الإلكترونات ‪.‬‬

‫تعتبر الأيونات الموجبة الأحادية�أحما�ض لوي�س بينما الأيونات ال�سالبة الأحادية قواعد لوي�س ف�سر ذلك ‪.‬‬ ‫لنرجع �إلى التفاعل ال�سابق‬ ‫‪-‬‬

‫‪F‬‬ ‫‪F‬‬

‫‪F B‬‬

‫‪:..F:-‬‬

‫‪F‬‬ ‫رابع فلوريد البورون‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫�أيون الفلور‬

‫‪196‬‬

‫‪+‬‬

‫‪..‬‬ ‫‪.. .:.F* :‬‬ ‫*‪:..F : *.B‬‬ ‫‪:..F :‬‬

‫ثالث فلوريد البورون‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫هل يمكنك تحديد الحم�ض والقاعدة ح�سب تعريف لوي�س ؟‬ ‫يمكن تف�سير التفاعل ال�سابق وفق تعريف لوي�س كما يلي ‪:‬‬ ‫تعتب ��ر ذرة الب ��ورون في جزيء ‪ BF3‬ذرة مركزي ��ة وعدد الإلكترونات ف ��ي م�ستوى تكاف�ؤها �ست ��ة �إلكترونات‬ ‫( ل ��م تحق ��ق القاع ��دة الثمانية ) ويعن ��ي ذلك �أنه يوجد ف ��ي ذرة البورون مج ��ال �إلكترون ��ي فارغ‪�.‬أما �أيون‬ ‫الفلور يمتلك �أزواج ًا من الإلكترونات غير الرابطة ‪ ,‬وعند حدوث التفاعل بينهما يمنح �أيون الفلور زوج ًا من‬ ‫الإلكترونات ت�ستقبله ذرة البورون في ‪ BF3‬فتتكون بذلك رابطة ت�ساهمية تنا�سقية بين الفلور والبورون وبناء‬ ‫على تعريف لوي�س يعتبر ‪ BF3‬حم�ض لأنه تقبل زوج الإلكترونات و‪ F -‬قاعدة لأنه منح الزوج الإلكتروني ‪.‬‬

‫حدد الحم�ض والقاعدة ح�سب تعريف لوي�س في التفاعالت التالية ‪:‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪F3B- NH3‬‬

‫]‪NH3 – Ag – NH3‬‬

‫‪+H+‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪NH3 + OH .‬‬

‫‪+ :OH‬‬‫‪BF3 + :NH3‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪Ag + 2NH3‬‬ ‫‪B(OH)3 + H2O‬‬ ‫‬‫‪NH2 + H2O‬‬

‫)‪2‬‬ ‫)‪3‬‬ ‫)‪4‬‬ ‫)‪5‬‬

‫�إن المواد التي تنطبق عليها نظرية لوي�س تطبق عليها �أي�ضا نظرية ِّ‬ ‫كل من �أرهينيو�س ويرون�شتد لوري ‪.‬‬ ‫ناق�ش مع زمالئك العبارة ال�سابقة مع تو�ضيح �إجابتك بالأمثلة ‪.‬‬ ‫قوة الأحما�ض والقواعد ح�سب نظرية لوي�س ‪.‬‬ ‫يمكن مقارنة قوة �أحما�ض وقواعد لوي�س بفح�ص ميولها لتكوين رابطة ت�ساهمية تنا�سقية ‪ ,‬فعندما تتكون‬ ‫الرابطة ‪ ,‬ت�سحب الكثافة الإلكترونية على القاعدة في اتجاه الذرة ناق�صة الإلكترونات في المادة (التي لديها‬

‫‪197‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫‪-2‬‬

‫‪B(OH)4‬‬

‫‪+‬‬

‫‪1) H‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫مج ��ال �إلكتروني ف ��ارغ ) لذلك ف�إن القاعدة القوية تحتوي على ذرة ذات �سحابة �إلكترونية يمكن ا�ستقطابها‬ ‫ب�سهولة ومن المعروف �أن الذرات كبيرة الحجم يمكن ا�ستقطابها ب�سهولة �أكثر من الذرات �صغيرة الحجم‪.‬‬ ‫وتتح ��دد ق ��وة حام�ض لوي�س بقوة ج ��ذب الإلكترونات الذي تقوم به الذرة ناق�ص ��ة الإلكترونات في الحام�ض‬ ‫وم ��ن المعروف �أن الذرة �صغيرة الحجم �أف�ضل في ج ��ذب الإلكترونات من الذرات كبيرة الحجم لأن غالف‬ ‫التكاف� ��ؤ لل ��ذرة ال�صغي ��رة �أقرب �إلى نواته ��ا وتكون الإلكترون ��ات المقتربة من هذا الغ�ل�اف منجذبة بقوة ‪.‬‬

‫‪� - 1‬أيهما تتوقع �أن يكون قاعدة �أقوى عند لوي�س ( ‪) )CH3)2O , (CH3 )2S‬؟ مع ذكر ال�سبب ‪.‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪� - 2‬أيهما تتوقع �أن يكون حم�ض �أقوى عند لوي�س ( ‪) AlCl3 , BCl3‬؟ مع ذكر ال�سبب ‪.‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫التعادل ‪Neutralization :‬‬

‫لديك التفاعل الآتي ‪:‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NaOH‬‬

‫‪NaCl‬‬

‫‪+‬‬

‫‪HCl‬‬

‫ماذا يمثل التفاعل ال�سابق ؟‬ ‫من خالل درا�ستك لخوا�ص الأحما�ض والقواعد ماذا يحدث لخوا�صهما عندما يتفاعالن مع بع�ضهما ؟‬ ‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪198‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫ما ناتج تفاعل الحم�ض مع القاعدة ؟‬ ‫ماذا ت�سمى عملية تفاعل حم�ض وقاعدة ؟‬ ‫عرفن ��ا �سابق� � ًا �أن ��ة عند اتحاد القاعدة م ��ع الحم�ض تزول ال�صف ��ة الحم�ضية من الحم� ��ض وتتال�شى كذلك‬ ‫ال�صفة القاعدية للقاع ��دة وت�سمى هذه العملية بعملية التعادل (‪) Neutralization‬ويعرف المحلول‬ ‫الناتج من معادلة الحم�ض والقاعدة والذي يخلو في هذه الحالة من �صفات الحم�ض �أو القاعدة ب�أنه محلول‬ ‫متع ��ادل ‪ .‬ف� ��إذا تمت معادلة محلول حم�ض الكلور بمحلول هيدروك�سي ��د ال�صوديوم نتج عن تعادلهما محلول‬ ‫متعادل هو محلول " ملح الطعام " الذي ال يحوي على �أيونات الهيدروك�سيد �أو البروتونات المائية �إال بمقدار‬ ‫ما ينتج عند تحلل الماء النقي لهذه الأيونات ‪.‬‬ ‫)‪Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l‬‬

‫)‪H+(aq)+ Cl-(aq) + Na+(aq) + OH -(aq‬‬

‫نالح���ظ ‪� :‬أن �أيون���ات ال�ص���وديوم والكلوري���د ال يط���ر�أ عليه���ا �أي تغي���ر " �أيونات متفرج���ة " وبهذا يمكن‬ ‫اعتبار تفاعل الحم�ض مع القاعدة هو تفاعل بين �أيونات الهيدروجين و �أيونات الهيدروك�سيد ‪.‬‬ ‫)‪H2O(l‬‬

‫)‪OH -(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪H+(aq‬‬

‫‪199‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫عن ��د معادلة محل ��ول هيدروك�سيد الباريوم مع محل ��ول حم�ض الكبريتيك يتك ��ون را�سب �أبي�ض‬ ‫وتنق�ص قدرة المحلول على التو�صيل الكهربائي ‪ .‬بينما �إذا تعادل محلول هيدروك�سيد ال�صوديوم مع‬ ‫محلول حم�ض الكبريتيك ال يتكون را�سب وال تنق�ص قدرة المحلول الناتج على التو�صيل الكهربائي ‪.‬‬ ‫ف�سر ذلك مع تو�ضيح �إجابتك بمعادالت كيميائية موزونة ‪.‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬

‫ي�ضي ��ف المزارع ��ون �إل ��ى الترب ��ة م�سح ��وق الكل� ��س‬ ‫(هيدروك�سي ��د الكال�سي ��وم ) وذل ��ك لتخفي ��ف حمو�ض ��ة‬ ‫التربة التي ت ��زداد بفعل المطر الحم�ض ��ي وهذه الحم�ضية‬ ‫الزائ ��دة تزيل بع� ��ض المغذيات الأ�سا�سية م ��ن التربة فعند‬ ‫�إ�ضاف ��ة الكل�س( قاعدة قوية ) تبط ��ل مفعول الحمو�ضة في‬ ‫الترب ��ة وبذلك يخف ال�ضرر الناتج ع ��ن المطر الحم�ضي ‪.‬‬

‫�شكل (‪) 6-6‬‬ ‫�إ�ضافة هيدروك�سيد الكال�سيوم للتربة‬

‫المعايرة ‪Titration :‬‬ ‫عرفنا �أن عملية التعادل يتم فيها اتحاد كمية من الحم�ض مع كمية من القاعدة ‪.‬‬ ‫ولكن �إذا �أخذنا كمية معينة من حم�ض ذي تركيز معروف وعادلناها بكمية من القاعدة ذات تركيز مجهول‬ ‫�أو العك�س ف�إن العملية ت�صبح معايرة ‪. Titration‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫تع ��د المعاي ��رة من �أهم طرق التحالي ��ل الكيميائية فهي ت�ستخدم لقيا�س تركيز الم ��واد الذائبة في المحاليل‬ ‫(مث ��ل الأحما�ض والقواعد في المحاليل المائية ) وتتم عملي� � ًا با�ستخدام محلول قيا�سي (معلوم التركيز )‬ ‫لقيا�س تركيز المادة الأخرى في المحلول الآخر ‪.‬عن طريق تطبيق العالقة الآتية ‪.‬‬ ‫ح‪ × 1‬ت‪ = 1‬ح‪ × 2‬ت‬ ‫‪2‬‬ ‫ولكي نتمكن من معايره محلول ما �إلى �أن ي�صبح متعاد ًال تام ًا ب�إ�ضافة الكمية الكافية من الحم�ض ( �إذا كان‬ ‫قاعدي ًا ) �أو من القاعدة ( �إذا كان حم�ضي ًا ) ف�إننا نعمد �إلى ا�ستعمال الأدلة ‪ .‬فماهي الأدلة ؟‬ ‫الأدلة ‪Indicator:‬‬ ‫ه ��ي م ��واد ال ت�ؤثر في �سير التفاعل �إنما يتغير لونها في مجال مح ��دد من درجة تركيز �أيون الهيدروجين‬ ‫للو�سط الذي �أدخلت فيه ‪ .‬ومن �أ�شهر الأدلة دليل تباع ال�شم�س ‪ ,‬الفينولفثالين ‪ ,‬الميثيل البرتقالي‪ ،‬الميثيل‬ ‫الأحمر ‪ .‬وت�ستخدم هذه الأدلة في معايرات الأحما�ض والقواعد للتعرف على نقطة التعادل ( التكاف�ؤ ) التي‬ ‫عنده ��ا يت ��م تعادل الحم�ض مع القاعدة تعاد ًال تام ًا وذلك من خالل تغي ��ر لون الدليل ‪ .‬يمكنك التعرف على‬ ‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪200‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬ ‫الألوان المميزة للأدلة في الأو�ساط الحم�ضية والقاعدية من خالل الن�شاط التالي‪:‬‬

‫(‪ )4 - 6‬درا�سة تغير لون الكوا�شف في الأو�ساط‬ ‫الحم�ضية والقاعدية والمتعادلة‪.‬‬ ‫اختبر لون الكوا�شف التالية في الأو�ساط الحم�ضية ‪ ,‬القاعدية ‪ ,‬المتعادلة‬ ‫الدليل‬

‫اللون في الو�سط‬ ‫القاعدي‬

‫اللون في الو�سط‬ ‫الحم�ضي‬

‫اللون عند نقطة‬ ‫التعادل‬

‫تباع ال�شم�س‬ ‫الميثيل البرتقالي‬ ‫الميثيل الأحمر‬ ‫الفينوفثاليين‬

‫‪201‬‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫الأدل ��ة عب ��ارة عن �أحما� ��ض ع�ضوية �ضعيف ��ة �أو قواعد ع�ضوي ��ة �ضعيفة يتغير لونه ��ا مع تحول‬ ‫المحل ��ول م ��ن الو�سط الحام�ضى �إلى الو�سط القاعدي ( �أو العك�س ) كما �أنها �أ�صباغ ع�ضوية تمتاز‬ ‫ب� ��أن �ألوانها تتغير ح�سب مقدار تركي ��ز البروتونات في المحلول الموجود فيه ويمكن اال�ستفادة من‬ ‫ه ��ذه الأ�صباغ ك�أدلة �أو م�شع ��رات عبر تغير �ألوانها عند بدء الحجم الم�ض ��اف من ال�سحاحة �أثناء‬ ‫عملي ��ة المعايرة الذي يعتب ��ر كافي ًا لمعادلة الموجود في الدورق المخروطي؛ غير �أنه من ال�ضروري‬ ‫الإ�شارة �إلى �أنه لي�س �أي دليل ي�صلح لأي معايرة بين حم�ض وقاعدة و�إنما هناك �أدلة معينة لكل نوع‬ ‫من �أنواع معايرات الأحما�ض والقواعد ‪.‬‬

‫الأحما�ض والقواعد‬

‫( ‪ ) 5-6‬معايرة قاعدة‬

‫‪ NaOH‬بحم�ض ‪HCl‬‬

‫المواد الأدوات ‪:‬‬

‫خطوات العمل ‪.‬‬

‫�سحاح ��ة ‪ -‬دورق مخروط ��ي ‪-‬‬ ‫ما�صة ‪ -‬حامل ‪ -‬محلول قيا�سي‬ ‫من ‪ (HCl‬ذي تركيز معروف)‬ ‫ محل ��ول ‪( NaOH‬مجه ��ول‬‫التركيز ) ‪ -‬دليل الفينولفثالين ‪.‬‬

‫• املأ ال�سحاحة بمحلول ‪.HCl‬‬ ‫• انق ��ل ‪ 10‬مللتر من محل ��ول ‪ NaOH‬با�ستخدام الما�صة‬ ‫�إل ��ى الدورق المخروطي و�أ�ض ��ف اليها ثالث نقط من دليل‬ ‫الفينولفثالين ‪.‬‬ ‫• اب ��د�أ ب�إ�ضاف ��ة محل ��ول ‪ HCl‬م ��ن ال�سحاح ��ة �إل ��ى الدورق‬ ‫المخروط ��ي قط ��رة ‪ ,‬قطرة �إلى �أن ت�صل �إل ��ى نقطة التعادل‬ ‫(التكاف�ؤ )؛ ماذا تالحظ ؟ ‪..........................................................‬‬ ‫كم حجم الحم�ض الالزم للتفاعل مع كامل الكمية من القاعدة في الدورق المخروطي ؟‬

‫الف�صل ال�ساد�س‬

‫‪.......................................................................................................‬‬ ‫ت‪ = 1‬؟‬ ‫حجم القاعدة ح‪10 = 1‬مللتر‬ ‫حجم الحم�ض ح‪ = 2‬من التجربة ت‪ 0.25 = 2‬موالر‬ ‫بتطبيق العالقة ( التخفيف ) ت‪ × 1‬ح‪ = 1‬ت‪ × 2‬ح‬ ‫‪2‬‬ ‫( ت‪ × 2‬ح‪) 2‬‬ ‫ح‪= 1‬‬ ‫ت‬ ‫‪1‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 7 -6‬خطوات معايرة قاعدة وحم�ض‬

‫الكيمياء (‪)2‬‬

‫‪202‬‬

‫�أ�سئلة الف�صل ال�ساد�س‬ ‫�س‪� : 1‬ضع دائرة حول الإجابة ال�صحيحة فيما يلي ‪.:‬‬

‫�أ – المحلول المائي لهيدروك�سيد البوتا�سيوم ‪ KOH‬يمتاز بما يلي ‪.‬‬ ‫‪-1‬جيد التو�صيل للكهرباء ‬ ‫‪ -2‬رديء التو�صل للكهرباء‬ ‫‪ -3‬يحول ورق تباع ال�شم�س �إلى الأزرق‬ ‫‪) 2 + 1 ( -4‬‬ ‫ب – العملي ��ة الت ��ي يتم خاللها اتحاد كمية معلومة التركيز م ��ن الحم�ض مع كمية مجهولة التركيز من‬ ‫القاعدة ت�سمي ‪:‬‬ ‫‪ - 2‬ت�أين‬

‫‪ -1‬تعادل‬

‫‪ -3‬معايرة‬

‫‪ - 4‬تبادل‬

‫�س‪ : 2‬قارن بين تعريف الحم�ض والقاعدة ح�سب النظريات الثالثة التي در�ست في جدول‪.‬‬ ‫�س‪ : 3‬ف�سر ما يلي تف�سيراً علمياً مع التو�ضيح بالمعادالت ‪.‬‬ ‫‪ -1‬ي�سلك ‪NH3‬‬

‫كقاعدة في المحاليل المائية ‪.‬‬

‫‪ -2‬التو�صيل الرديء للكهرباء في محلول حم�ض الخل ‪.‬‬ ‫‪ -3‬ي�سمى تفاعل الحم�ض والقاعدة بالتعادل ‪.‬‬

‫�س‪ : 4‬اكتب القاعدة المرافقة لكل من الأحما�ض التالية ‪:‬‬ ‫‪H3PO4 ، HNO2 , CH3 COOH ،H2O , H2PO4- , NH4+ , H2SO4 , H2S HNO3‬‬

‫�س‪ : 5‬اكتب الحم�ض المقترن لكل من القواعد الآتية ‪:‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫‬‫‪NH3 , HS- , OH- , HCO3- , H2PO4- ,PO-3‬‬ ‫‪SO‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪SO‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪CH‬‬ ‫‪COO‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪3‬‬

‫����س‪ : 6‬بي���ن ما �إذا كانت المركبات التالية من المتوقع �أن تعمل �إما كحام�ض لوي�س �أو‬ ‫قاعدة لوي�س ‪.‬‬ ‫‪Fe+3 ، NO- ، OH- ، NH3 ، H2O ، AlCl3 ، (CH3)2S ، CO2 ، Br-‬‬

‫‪203‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائـية‬ ‫للأحمــا�ض والــقواعــد‬

‫الأهداف‬

‫ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن ‪:‬‬

‫‪ -1‬تتعرف ثابت ت�أين الماء ‪.Kw‬‬ ‫‪ -2‬ت�ستنج العالقة بين تركيز �أيون الهيدرنيوم و�أيون الهيدروك�سيد للماء النقي ‪.‬‬ ‫‪ -3‬تحدد �أنواع المحاليل المائية بداللة [ ‪. [ H3O+‬‬ ‫‪ -4‬تبين �أهمية الأو�ساط الحم�ضية والقاعدية في �إتمام بع�ض التفاعالت الحيوية‪.‬‬ ‫‪ -5‬تتعرف الأ�س ( الرقم ) الهيدروجيني ‪ pH‬والأ�س الهيدروك�سيدي ‪. pOH‬‬ ‫‪ -6‬تعبر عن قيمة الأ�س ( الرقم ) الهيدروجيني والهيدروك�سيدي ريا�ضي ًا ‪.‬‬ ‫‪ -7‬ت�ستنج العالقة بين ‪. pKW . pOH . pH‬‬ ‫‪ -8‬تقي�س الأ�س ( الرقم ) الهيدروجيني عملي ًا لبع�ض المحاليل ‪.‬‬ ‫‪ -9‬تجري الح�سابات المختلفة على الأ�س الهيدروجيني في محاليل الأحما�ض والقواعد القوية ‪.‬‬ ‫‪-10‬ت�ستنجالعالقاتالريا�ضيةالأ�سا�سيةلح�ساب[‪ [H3O +‬و[‪[OH-‬لمحاليلالأحما�ضوالقواعدال�ضعيفة‪.‬‬ ‫‪ -11‬تجري الح�سابات المختلفة حول تركيز الأحما�ض والقواعد ال�ضعيفة ‪.‬‬

‫‪204‬‬

‫المقدمة‬ ‫ر�أيت في الف�صل ال�سابق �أن العديد من التفاعالت التي تهمنا تحدث في المحاليل المائية ‪ ,‬كما �أن معظم‬ ‫التفاعالت الكيميائية ب�شكل عام ال تتقدم نحو الإكمال و�إنما بد ًال من ذلك تقترب من حالة االتزان الديناميكي‪.‬‬ ‫وهناك العديد من االتزانات الأيونية التي يمكن �أن تحدث في المحاليل المائية ولكن في هذا الف�صل �سوف‬ ‫ندر� ��س االتزانات التي تحدث للمحالي ��ل المائية للأحما�ض والقواعد‪ ,‬و�أهم الح�ساب ��ات المتعلقة بها ‪ .‬وبما‬ ‫�أن ه ��ذه االتزان ��ات تتم في و�سط مائي فال�س� ��ؤال الذي يتبادر �إلى الذهن هو‪ :‬هل يح ��دث ت�أين ذاتي للماء ؟‬

‫الت�أين‬

‫الذاتي للماء ‪Ionization of water :‬‬

‫بين ��ت الأجه ��زة الدقيقة لقيا� ��س التو�صيل الكهربائي للمحالي ��ل �أن الماء النقي يو�ص ��ل الكهرباء بدرجة‬ ‫�ضعيف ��ة ج ��د ًا ‪ ,‬وهذا دليل على وجود عدد قليل جد ًا من الأيونات الموجب ��ة وال�سالبة م�س�ؤولة عن ذلك ‪ ,‬فما‬ ‫م�صدر تلك الأيونات ؟‬ ‫ت�أم ��ل المعادلة الآتية والحظ �أنه يمكن لجزيء الم ��اء �أن يمنح بروتون ًا لجزيء ماء �آخر في عملية تعرف‬ ‫بالت�أين الذاتي‬ ‫)‪OH -(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪H2O(l) + H2O(l‬‬

‫)‪H3O +(aq‬‬

‫ويمكن التعبير عن ثابت االتزان لهذا التفاعل على النحو التالي ‪:‬‬ ‫]‪OH-] * H3O+‬‬ ‫‪H2O]2‬‬

‫= ‪K‬‬

‫ونظ ��ر ًا لأن تركي ��ز كل من �أيوني ‪ H3O +‬و ‪ OH -‬قليل جد ًا مقارنة بتركيز‬ ‫الم ��اء ف� ��إن الت�أين الذاتي للماء �ضعي ��ف جد ًا وال ي�سبب تغي ��ر ًا ملمو�س ًا في تركيز‬ ‫الم ��اء ‪ ,‬وهكذا يمكن اعتبار تركيز الماء ثابت ًا في�صب ��ح التعبير ال�سابق عن ثابت‬ ‫اتزان الماء كما يلي ‪:‬‬

‫‪205‬‬

‫ ‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬ ‫]‪H2O]2 × K = H3O+] × OH-‬‬

‫]‪ × K = H3O+] × OH-‬مقدار ثابت‬

‫ف�إذا عو�ضنا عن المقدار الثابت (‪ ×K‬مقدار ثابت ) ب‪ Kw‬ف�إن‬

‫]‪Kw = H3O+] × OH-‬‬

‫وي�سمي ‪ Kw‬ثابت ت�أين الماء (‪) ionization consant of water‬‬ ‫وتبلغ قيمته ‪ 14– 10 × 1‬عند درجة ‪°25‬م وتعتمد على درجة الحرارة ‪.‬‬ ‫ومن معادلة الت�أين الذاتي للماء نجد �أن ت�أين الماء ينتج عنة ‪ 1‬مول من [ ‪ H3O +‬و‪ 1‬مول من [‪OH -‬‬ ‫�أي �أن [‪ OH - ]= H3O+‬وعليه ف�إن‬ ‫‪OH -]2 = H3O+]2 =Kw‬‬ ‫وب�أخذ الجذر التربيعي للطرفين نجد �أن‬ ‫‪OH -]2 = H3O+]2 =Kw‬‬ ‫‪ OH - ] = H3O+[ = 14– 10 × 1‬ومنه‬

‫‪-‬‬

‫‪OH‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫‪ 7– 10 × 1‬موالر= [‪ OH - ] = H3O+‬عند ‪°25‬م‬ ‫وي�سمي المحلول الذي يكون محلو ًال متعاد َال‪.‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H‬‬

‫�ش ��كل ( ‪ ) 1-7‬العالق ��ة بي ��ن تركيز‬ ‫�أيون الهيدرنيوم و�أيون الهيدروك�سيد‬ ‫في المحاليل المتعادلة‬

‫من خالل ما�سبق ت�ستنتج �أنه في �أية م�س�ألة متعلقة ب�إيجاد تركيز �أيون الهيدرنيوم [ ‪ H3O +‬يتم �إيجاد‬ ‫تركيز �أيونات الهيدروك�سيد [ ‪ OH -‬تلقائي ًا من معرفة قيمة ‪ ) 14– 10 × 1 (Kw‬با�ستخدام العالقة‬ ‫‪+‬‬ ‫]‪Kw = H3O ] × OH-‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪206‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫اح�س ��ب تركي ��ز [ ‪ H3O+‬ف ��ي محل ��ول مائ ��ي تركيز [‪ OH-‬في ��ه ي�ساوي‬ ‫‪ 7– 10 × 2.5‬موالر عند درجة حرارة ‪25°‬م ‪.‬‬

‫الحل‬ ‫بما �أن درجة حرارة المحلول ‪°25‬م ف�إن‬

‫‪=Kw‬‬

‫‪ OH - ] × H3O+[= 14– 10 × 1‬ومنه‬

‫[ ‪= H3O+‬‬

‫[ ‪Kw‬‬ ‫‪-‬‬

‫[ ‪OH‬‬

‫=‬

‫‪10 × 1‬‬

‫–‪14‬‬

‫‪10 × 2.5‬‬

‫–‪7‬‬

‫=‬

‫‪ 10 × 0.4‬موالر‬ ‫–‪7‬‬

‫‪+‬‬

‫�إذا كان تركيز [ ‪ H3O‬محلول ي�ساوي ‪ 6-10× 6.2‬موالر فكم يبلغ [‪ OH -‬للمحلول ‪.‬‬

‫‪+‬‬

‫العالقة بين [‬

‫‪H3O‬‬

‫=]‬

‫‪-‬‬

‫‪OH‬‬

‫في المحاليل المائية المختلفة‬

‫عرفن ��ا �سابق� � ًا �أن [‪ 7– 10 × 1 = OH - ] = H3O+‬م ��والر في المحاليل المائية المتعادلة ولكن كيف‬ ‫يتغي ��ر تركي ��ز هذين الأيونين ب�إذابة حم�ض �أو قاعدة في الماء ؟ �إن حال ��ة االتزان تبقى موجودة بين �أيونات‬ ‫الهيدرني ��وم‪ H3O+‬و�أيون ��ات الهيدروك�سي ��د ‪ OH -‬من جه ��ة وجزيئات الماء من جهة �أخ ��رى في المحاليل‬ ‫المائي ��ة �سواء �أكانت متعادلة �أوحم�ضي ��ة �أو قاعدية ‪ ,‬وب�إ�ضافة الحم�ض �إلى الماء �سوف يزيد [‪ H3O+‬عن‬

‫‪207‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬ ‫‪ 7– 10 × 1‬م ��والر وحت ��ى يبق ��ى ‪ Kw‬ثابت ًا ف�إن تركيز[ ‪� OH -‬سيقل ع ��ن ‪ 7– 10 × 1‬موالر وفق ًا لذلك ‪,‬‬ ‫وبالمثل عند �إ�ضافة القاعدة �إلى الماء �سوف يزيد [ ‪ OH -‬عن ‪ 7– 10 × 1‬موالر مما ي�ؤدى �إلى انخفا�ض‬ ‫[‪ H3O+‬عن ‪ 7– 10 × 1‬موالر وال�شكل التالي يو�ضح ذلك ‪:‬‬ ‫‪1-‬‬

‫‪7-‬‬

‫‪10× 1‬‬

‫‪14-‬‬

‫‪10×1‬‬

‫‪10× 1‬‬

‫ازدياد القاعدية‬

‫ازدياد الحمو�ضة‬ ‫‪+‬‬

‫�شكل (‪ ) 1-7‬مدرج الحمو�ضة بداللة [ ‪[ H3O‬‬

‫من خالل ال�شكل ت�صل �إلى �أنه �إذا كان ‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪7‬‬‫يكون المحلول حم�ضي ًا ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫( �أ ) [ ‪H3O [> 10‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪7‬‬‫يكون المحلول قاعدي ًا ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫(ب ) [ ‪H3O [< 10‬‬ ‫يكون المحلول متعاد ًال ‪.‬‬ ‫(ج ) [‪ 7-H3O [ = 10+‬‬

‫‪H3O+‬‬

‫‪OH -‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫محلول قاعدي‬

‫‪H3O+‬‬

‫ ‪OH‬‬‫محلول متعادل‬

‫‪OH -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H3O‬‬

‫محلول حام�ضي‬

‫�شكل ( ‪ ) 2-7‬العالقة بين تركيز �أيون الهيدرونيوم وتركيز �أيون الهيدروك�سيد‬

‫ار�سم مدرج ًا يو�ضح تغير نوع المحاليل المائية بتغير [‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪208‬‬

‫‪-‬‬

‫‪OH‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫يوجد في داخل �أج�س���امنا بع�ض الأنزيمات الها�ض���مة والتي تعمل على ت�س���ريع عملية اله�ضم‬ ‫حيث �أن بع�ض هذه االنزيمات اليعمل �إال في و�س���ط حم�ض���ي وبع�ض���ها اليعمل الإ في و�س���ط‬ ‫قاعدي فمثال ً ‪:‬‬ ‫�أنزيم �أميليز اللعاب والذي يفرز مع اللعاب في الفم يقوم بوظيفة ه�ضم المواد الكربوهيدراتيه‬ ‫ال يعمل �إال في الو�سط القاعدي‬ ‫�أنزي ��م البب�سي ��ن والذي يفرز في المعدة ويقوم بوظيفة ه�ضم الم ��واد الروتينية اليعمل �إال في‬ ‫الو�سط الحم�ضي ‪.‬‬ ‫ف�سبحان اهلل القائل في كتابة العزيز ‪:‬‬

‫(الذاريات ‪)21- 20 :‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫�أكمل الجدول التالي ‪ [ :‬جميع التراكيز عند ‪°25‬م [‬

‫المحلول‬

‫[‪[ H3O+‬‬

‫‪HCl‬‬

‫‪5-‬‬

‫‪H2CO3‬‬

‫‪6-‬‬

‫[ ‪[ OH -‬‬

‫طبيعة المحلول‬

‫‪10 × 2‬‬ ‫‪10 × 3‬‬

‫‪Ca(OH)2‬‬

‫‪2-‬‬

‫‪10 × 5‬‬

‫‪209‬‬

‫قاعدي‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫الرقم (الأ�س ) الهيدروجيني‬

‫‪The Power of Hydrogen Value‬‬

‫لعل ��ك الحظ ��ت �أن قي ��م تراكي ��ز �أيون ��ات الهيدروني ��وم و�أيون ��ات الهيدروك�سيد ف ��ي المحالي ��ل المائية‬ ‫قلي ��ل ن�سبي� � ًا ويعب ��ر عن ��ه ب�أرقام �صغي ��رة ت�شم ��ل �أ�س�سا �سالب ��ة ي�صعب التعام ��ل معها ‪ .‬فقد اقت ��رح العالم‬ ‫ال�سوي ��دي �سورن� ��س ع ��ام ‪1909‬م مقيا�س� � ًا �أ�سه ��ل يعبر بموجب ��ه عن تركي ��ز �أيون ��ات الهيدروني ��وم ب�أرقام‬ ‫ب�سيط ��ة ويطل ��ق عل ��ى ه ��ذا المقيا� ��س ا�س ��م الأ� ��س الهيدروجين ��ي (‪� )PH‬أو الرق ��م الهيدروجين ��ي وه ��و‬ ‫عب ��ارة ع ��ن اللوغاريت ��م ال�سالب لتركيز �أي ��ون الهيدروني ��وم للأ�سا� ��س (‪ ) 10‬و يعبر عنه ريا�ضي� � ًا كما يلي‬ ‫‪1‬‬ ‫‪+‬‬ ‫= ‪ -‬لو [ ‪H3O‬‬ ‫‪ = pH‬لو‬ ‫‪+‬‬ ‫[ ‪H3O‬‬ ‫وبهذه الطريقة يمكن التعبير عن درجة حمو�ضة المحاليل ب�أرقام موجبة من ال�صفر �إلى ‪14‬‬ ‫اح�س���ب قيم���ة ‪ pH‬لمحلول حم�ض���ي تركيز �أيون الهيدروني���وم فيه [‪[H3O+‬‬ ‫ي�ساوي ‪ 2-10 × 1.5‬موالر ‪.‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫‪+‬‬

‫بتطبيق العالقة ‪ - = pH‬لو [ ‪H3O‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫= ‪ -‬لو [ ‪[ -= 2-10 × 1.5‬لو ‪ 2-(+ 1.5‬لو ‪)1 × 2-(+ 0.18[ -= )10‬‬ ‫=‪1.82 = -1.82[ - = -2 0.18 [ -‬‬

‫وجد �أن قيمة ‪ pH‬لعينة من البرتقال ت�ساوي ‪ 3.8‬فما قيمة [‪ [ H3O+‬في الع�صير‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪210‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬ ‫والآن لنا �أن نت�ساءل ‪ :‬كيف يمكن الربط بين ‪ pH‬و ‪ pOH‬في عالقة واحدة ؟‬ ‫لنعود �إلى ثابت ت�أين الماء النقي عند درجة حرارة ‪°25‬م‬ ‫‪10 ×1 = H3O+] × OH-] =Kw‬‬ ‫ب�أخذ اللوغاريتم ال�سالب للطرفين نجد �أن‬

‫‪14 -‬‬

‫لو ‪ - =Kw‬لو [ ‪ -( + H3O+‬لو [ ‪OH-‬‬‫‪pOH + pH = pKw‬‬ ‫حيث �أن ‪ ( 14 = pKw‬لأن –لو ‪) 14 =14 -10 ×1‬‬ ‫‪pOH + pH = 14‬‬

‫)‬

‫املأ الفراغات التالية ‪:‬‬ ‫‪� -1‬إذا كانت قيمة ‪ pH‬لمحلول ت�ساوي ‪ 7.2‬ف�إن قيمة ‪ pOH‬لنف�س المحلول ت�ساوي ‪:‬‬

‫‪211‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪� -2‬إذا كان[‪ OH -‬لمحلول ي�ساوي ‪ 11-10 ×1‬موالر ف�إن ‪:‬‬ ‫‪ pOH‬ي�ساوي ‪:‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫و ‪ pH‬ي�ساوي ‪:‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬ ‫ويمكن تحديد ما �إذا كان المحلول حم�ضي ًا �أو قاعدي ًا با�ستخدام الرقم الهيدروجيني كما في ال�شكل الآتي ‪:‬‬ ‫�شكل يو�ضح �أنواع المحاليل المائية بداللة ‪pH‬‬

‫‪4 3 2 1 0‬‬

‫‪5‬‬

‫‪7 6‬‬

‫‪14 13 12 11 10 9 8‬‬

‫متعادل‬ ‫حم�ضي‬ ‫تزداد قوة المحلول الحم�ضي ‬

‫قاعدي‬ ‫تزداد قوة المحلول القاعدي‬

‫من خالل ال�شكل ال�سابق نجد �أن ‪:‬‬ ‫• في المحاليل الحم�ضية ‪7 < pH‬‬ ‫• في المحاليل القاعدية تكون قيمة ‪7 > pH‬‬ ‫• في المحاليل المتعادلة تكون قيمة ‪7 = pH‬‬ ‫وغالب� � ًا يقا� ��س ‪ pH‬للمحاليل ب�سهول ��ة بوا�سطة جهاز �إلكترون ��ي ي�ستخدم لقيا�س ‪ pH‬حي ��ث تغمر الأقطاب‬ ‫المت�صل ��ة بالجه ��از ف ��ي المحلول المطل ��وب قيا�سه وتق ��ر�أ قيمة ‪ pH‬مبا�ش ��رة من الجهاز كما ف ��ي الن�شاط‬ ‫التالي‪:‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫( ‪ ) 1-7‬قيا�س الأ�س الهيدروجيني لبع�ض المواد‬ ‫المواد الأدوات المطلوبة ‪:‬‬ ‫جه ��از قيا� ��س الأ� ��س الهيدروجيني ‪� ,‬أوراق قيا� ��س ‪ pH‬محاليل بع�ض الم ��واد ( ع�صير البندورة ‪,‬‬ ‫خ ��ل‪ ,‬قه ��وة ‪� ،‬شاي ‪ ,‬منظفات منزلية ‪ ,‬م ��اء البحر ‪ ,‬ع�صير البرتقال ‪ , HCl ، NaOH ,‬ك�ؤو�س‬ ‫زجاجية‪� ,‬أنابيب اختبار‪ ,‬ماء مقطر ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪212‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫خطوات العمل ‪.‬‬

‫�أو ًال ‪ :‬قيا� ��س ال� �ـ ‪ pH‬بوا�سط ��ة جه ��از مقيا� ��س الأ� ��س‬ ‫الهيدروجيني ‪.‬‬ ‫‪� -1‬ض ��ع كمية منا�سبة من المحلول المراد قيا�س الـ ‪ pH‬له‬ ‫في ك�أ�س منا�سب ‪.‬‬ ‫‪ -2‬اغم� ��س في ��ه القطب الزجاج ��ي للجهاز ‪ .‬ك ��رر الخطوات‬ ‫ال�سابق ��ة مع بقية المحاليل مع مالحظه غ�سل القطب في‬ ‫ماء مقطر كل مرة حتى ي�ستقر الم�ؤ�شر ‪.‬‬ ‫‪� -3‬سجل قراءة الـ ‪ pH‬التي ظهرت على الجهاز في الجدول ‪.‬‬

‫ثاني ًا ‪ :‬قيا�س ‪ pH‬بوا�سطة ورق قيا�س الأ�س الهيدروجيني ‪.‬‬ ‫‪� -1‬ض ��ع قلي ًال من المحلول الم ��واد قيا�س الـ ‪ pH‬له في‬ ‫�أنبوبة اختيار ‪.‬‬

‫�شكل ( ‪) 3 -7‬جهاز‬ ‫مقيا�س الأ�س الهيدروجيني‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫‪ -2‬اغم� ��س ورقة قيا�س الأ�س الهيدروجيني في المحلول‬ ‫وت�أك ��د م ��ن غم ��ره المنطق ��ة الملونة م ��ن الورقة في‬ ‫المحلول ‪.‬‬ ‫‪ -3‬ات ��رك الورقة ف ��ي المحلول لع ��دة ثوان ث ��م �أخرجها‬ ‫‪ -4‬ق ��ارن التغي ��ر اللون ��ي للورق ��ة بالأل ��وان المرجعي ��ة‬ ‫" القيا�سي ��ة " ث ��م ق ��راءة قيم ��ة ‪ pH‬المقابل ��ة لل ��ون ‪.‬‬

‫�شكل ( ‪�)4 -7‬أوارق‬ ‫قيا�س الأ�س الهيدروجيني‬

‫‪ -5‬كرر الخطوات ال�سابقة مع باقي المحاليل ‪.‬‬ ‫‪� -6‬سجل النتائج في الجدول ‪.‬‬

‫‪213‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫م‬

‫قراءة الـ ‪pH‬‬

‫ا�سم المحلول قراءة جهاز مقيا�س قراءة ورق قيا�س‬ ‫‪pH‬‬

‫نوع محلول‬

‫‪pH‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪9‬‬ ‫الف�صل ال�سابع‬

‫‪10‬‬ ‫‪11‬‬ ‫‪12‬‬ ‫قارن بين قراءة مقيا�س ‪ pH‬وقراءة " المقيا�س الورقي " هل بينهما فرق وا�ضح؟ �أيهما �أكثر دقة ؟‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪214‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫‪14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0‬‬ ‫‪HCl‬‬

‫ع�صارة‬ ‫المعدة‬

‫ماء البحر‬ ‫ع�صير ع�صير البول الماء الدم‬ ‫‪,‬‬ ‫برتقال البندورة‬ ‫النقي‬ ‫منظفات منزلية‬

‫‪NH3‬‬

‫‪NaOH‬‬

‫الأ�س الهيدروجيني (‪ )pH‬لبع�ض المواد‬

‫�أكمل الفراغ في الجدول الآتي‬

‫‪+‬‬

‫[ ‪[ H3O‬‬

‫‪pH‬‬

‫نوع المحلول‬

‫‪6-‬‬

‫‪10×2‬‬

‫‪1.8‬‬

‫در�س ��ت في الف�صل ال�سابق �أن تفاوت التو�صي ��ل الكهربائي للمحاليل المائية للأحما�ض مكن �أرهينيو�س‬ ‫من التمييز بين نوعين من الأحما�ض وهما الأحما�ض القوية والأحما�ض ال�ضعيفة ‪.‬‬

‫والآن لنا �أن نت�ساءل ‪ :‬كيف يمكن ح�ساب[‬ ‫‪+‬‬

‫�أو ًال‪ :‬ح�ساب [‬

‫‪H3O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H3O‬‬

‫في محاليل الأحما�ض القوية وال�ضعيفة ؟‬

‫في محاليل الأحما�ض القوية ‪.‬‬

‫تمت ��از الأحما� ��ض القوية ب�أنها مو�صل ��ة جيدة للتيار الكهربائي حيث �أنها تت�أي ��ن �أو تتفكك في الماء‬ ‫�إلى �أيونات موجبة و�سالبة �أي �أن ثابت اتزانها ( ت�أينها ) كبير جد ًا لدرجة �أن التفاعل يكاد يكون غير‬

‫‪215‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫االتزان في المحاليل المائية للأحما�ض والقواعد والح�سابات المتعلقة بها‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬ ‫عك�س ��ي وي�سي ��ر في اتجاه واحد نح ��و النواتج ومن الأمثلة عل ��ى هذه الأحما�ض حم� ��ض الكلور ‪ HCl‬وحم�ض‬ ‫النيتري ��ك ‪ HNO3‬وحم� ��ض البيركلوري ��ك ‪ HClO4‬وغيره ��ا ‪ .‬وب�ص ��ورة عام ��ة �إذا مثلن ��ا حم�ض� � ًا قوي� � ًا‬ ‫بال�صيغة ‪ HA‬ف�إنه يمكن تمثيل ت�أينه في الماء كما يلي ‪:‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪HA(aq) H2O(l‬‬ ‫)‪H3O+(aq‬‬ ‫)‪A-(aq‬‬ ‫‬‫يالح ��ظ �أن م ��و ًال من الحم�ض القوي يتفكك كلي� � ًا ليعطي مو ًال واحد ًا من الأيوني ��ن ‪ H3O+,A‬لذلك يمكن‬ ‫‪+‬‬ ‫ً‬

‫اعتبار تركيز ‪ H3O‬م�ساويا للتركيز الأ�صلي للحم�ض �أي �أن ‪:‬‬

‫[ ‪[ =[H3O+‬التركيز الأ�صلي للحم�ض القوي[= [‪[ A-‬‬ ‫اح�سب ‪ pH , pOH‬لمحلول حم�ض النيتريك الذي تركيزه ‪ 0.1‬موالر ‪.‬‬ ‫( حم�ض النيتريك يتفكك كلي ًا في الماء )‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫‪ - = pH‬لو [ ‪[ H3O+‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫‪ - = pH‬لو ‪1 =1-10 ×1‬‬ ‫بما �أن المحلول حم�ضي �إن [‪ [ OH-‬م�صدره من تفكك الماء‬ ‫‪-‬‬

‫] ‪OH‬‬

‫‪14-‬‬

‫‪10 × 1‬‬ ‫‪Kw‬‬ ‫=‬ ‫=‪+‬‬ ‫‪1‬‬‫‪10 × 1‬‬ ‫‪H3O‬‬

‫‪pKw = pH + pOH‬‬

‫= ‪10 ×1‬‬

‫‪13-‬‬

‫‪13=1 -14 = pOH ...‬‬ ‫مالحظ���ة ‪ :‬بم ��ا �أن الحم� ��ض قوي ف�إن [ ‪ H3O+‬م�صدرها الوحيد الحم�ض القوي وتركيز‬ ‫�أيونات [ ‪ H3O+‬الناتج من الماء يهمل ل�صغره ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪216‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫اح�س���ب ‪ , OH- , pOH‬لمحلول حم�ض الكلور ‪ HCl‬البالغ تركيز ‪ 0.05‬موالر علماً ب�أن حم�ض‬ ‫‪ HCl‬حم�ض قوي‪.‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫ثانياً‪ :‬ح�ساب [ ‪ [H3O+‬في محاليل الأحما�ض ال�ضعيفة‬ ‫تعتبر الأحما�ض ال�ضعيفة رديئة التو�صيل الكهربائي حيث �أنها تت�أين �أو تتفكك جزئيا في الماء �أي �أن ثابت‬ ‫ت�أينها ( تفككها ) �صغير جد ًا ‪ ,‬ومن الأمثلة على هذه الأحما�ض حم�ض الإيثانويك (الخل) ‪CH3COOH‬‬ ‫‪ ,‬وحم�ض الهيدرو�سيانيك ‪ HCN‬وغيرها ‪.‬‬ ‫وب�شكل عام يمكن تمثيل ت�أين الحم�ض ال�ضعيف (‪ )HA‬في الماء كما يلي ‪:‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪A‬‬

‫‪+‬‬

‫‪HA + H2O‬‬

‫‪H3O+‬‬

‫ويمكن التعبير عن ثابت االتزان لت�أين حم�ض �ضعيف بالعالقة الآتي ‪:‬‬

‫‪=K‬‬

‫]‪H3O+ ] A-‬‬

‫]‪HA] . H2O‬‬

‫وبم ��ا �أن تركي ��ز ( ‪ ) H2O‬ف ��ي المحاليل اليتغير بدرجة كبيرة فيمكن اعتبار تركي ��زه قيمة ثابتة ودمجه في‬ ‫ثابت جديد وهو ‪. Ka‬‬

‫‪217‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫نالحظ �أن التفاعل ي�سير في اتجاهين متعاك�سين فهذا يعني �أن معظم جزيئات الحم�ض تبقى في �صورة غير‬ ‫متفكك ��ة ( غي ��ر مت�أينة ) مما ي�ؤدي �إلى حالة اتزان بين هذه الجزيئ ��ات غير المت�أينة وبين الأيونات الناتجة‬ ‫عن الت�أين ‪.A- , H3O +‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫‪=K‬‬

‫‪a‬‬

‫]‪H3O+ ] A-‬‬ ‫]‪AH‬‬

‫حيث ‪ Ka‬هو ثابت تفكك �أو ت�أين الحم�ض ال�ضعيف (‪ a‬اخت�صار لكلمة حم�ض ‪ ) acid‬وكلما زادت قيمة ‪Ka‬‬

‫ازداد تركيز �أيون االهيدرنيوم [‬

‫‪+‬‬

‫‪H3O‬‬

‫وزادت قوة الحم�ض‬

‫والجدول التالي يبين ثوابت التفكك لبع�ض الأحما�ض الم�ألوفة عند درجة حرارة ‪5 25‬م‬

‫الحم�ض‬ ‫‪HCl‬‬ ‫حم�ض الكلور‬ ‫‪HNO3‬‬ ‫حم�ض النيتريك‬ ‫‪H2SO4‬‬ ‫حم�ض الكبريتيك‬ ‫‪HSO4-‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫‪ HF‬حم�ض‬ ‫الهيدروفلوريك‬ ‫‪CH COOH‬‬ ‫‪3‬‬

‫حم�ض الخل‬

‫‪H2CO3‬‬ ‫حم�ض الكربون‬ ‫‪ H2S‬حم�ض‬ ‫كبريتيد الهيدروجين‬

‫ثابت التفكك‬

‫تفاعل التفكك‬

‫)‪ HCl + H2O = H3O+(aq) + Cl-(aq‬مرتفع جداً‬ ‫ ‪ HNO3 + H2O = H3O+ + NO‬مرتفع جداً‬‫)‪(aq‬‬ ‫)‪3 (aq‬‬ ‫)‪H3O+(aq) + HSO4- (aq‬‬

‫=‬

‫‪H2SO4 + H2O‬‬

‫)‪10×1.3 HSO4- + H2O = H3O+(aq) + SO4-(aq‬‬

‫‪3-‬‬

‫)‪10×6.7 HF + H2O = H3O +(aq) + F -(aq‬‬

‫‪4-‬‬

‫)‪+ H2O = H3O+(aq)+ CH3COO-(aq‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪5-‬‬

‫‪10×1.8‬‬

‫‪7-‬‬

‫)‪10×4.4 H2CO3 + H2O = H3O +(aq) +HCO3-(aq‬‬ ‫)‪H3O+(aq) + HS-(aq‬‬

‫=‬

‫‪H2S(g) + H2O‬‬

‫جدول ( ‪ ) 1-7‬يبين ثوابت الإتزان لبع�ض الأحما�ض‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫مرتفع‬

‫‪218‬‬

‫‪7-‬‬

‫‪10×1‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫رتب الأحما�ض الآتية ترتيباً ت�صاعدياً ح�سب ازدياد قوتها بالرجوع �إلى الجدول ال�سابق‬ ‫‪H2S ، H2CO3 ، CH3COOH‬‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫وبما �أن معظم جزيئات الحم�ض ال�ضعيف تبقى في �صورة غير مت�أينة ف�إن‬ ‫[ ‪ ≠ H3O+‬تركيز الحم�ض الأ�صلي‬

‫ولح�س ��اب [ ‪H3O+‬‬ ‫يتفكك حم�ض الخل ( حم�ض �ضعيف ) في الماء ح�سب المعادلة التالية‪:‬‬

‫ف ��ي محالي ��ل الأحما�ض ال�ضعيفة �س ��وف ن�أخذ مثال حم� ��ض الخل ‪CH3COOH‬‬

‫)‪CH3COOH -(aq) + H2O-(l‬‬

‫)‪CH3COO-(aq) + H3O+(aq‬‬

‫ثابت التفكك لهذا التفاعل هو ‪:‬‬ ‫]‪H3O+ [ CH COO -‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪= Ka‬‬ ‫]‪CH3COOH‬‬

‫= ‪10 × 1.8‬‬

‫‪5-‬‬

‫ما ينتج من �أيونات الهيدريوم ‪� H3O+‬أي ان ‪:‬‬

‫‪-‬‬

‫[ ‪CH3COO‬‬ ‫ومنه ف�إن قيمة ثابت االتزان ‪ Ka‬ت�صبح على النحو التالي ‪:‬‬

‫‪= Ka‬‬

‫=‬

‫[ ‪H3O+‬‬

‫‪H3O+ ]2‬‬

‫]‪CH3COOH‬‬

‫‪219‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫‪-‬‬

‫من المعادلة الموزونة لتفكك الحم�ض ف�إن مقدار ما ينتج من �أيونات الخالت ‪ CH3COO‬ي�ساوي مقدار‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬ ‫ونظ ��ر ًا ل�صغ ��ر قيمة ثابت االت ��زان ‪ )5-10 × 1.8( Ka‬ف�إن جزء ب�سيط ًا م ��ن حم�ض الخل يتفكك ومعظم‬ ‫حم�ض الخل الموجود في المحلول يبقى على �شكل جزيئات غير متفككة من ذلك ن�ستنتج �أن ‪:‬‬ ‫[‪ CH3COOH‬عند االتزان = ‪ ( Ca‬التركيز الأ�صلي للحم�ض)‬ ‫وبالتعوي�ض في قانون ثابت االتزان ‪:‬‬

‫‪= Ka‬‬

‫‪H3O+ ]2‬‬ ‫‪Ca‬‬

‫�إذن ‪Ka × Ca = H3O+ ]2‬‬ ‫ب�أخذ الجذر التربيعي للطرفين ف�إن تركيز �أيون الهيدرنيوم الناتج عن تفكك حم�ض �ضعيف ي�ساوي‬

‫‪= H3O+‬‬

‫‪Ka × Ca‬‬

‫وال ب ��د م ��ن الإ�شارة �إلى انه تم �إهمال ‪ H3O +‬الناتج عن تفكك الم ��اء نظرا ل�صغر قيمته حيث �إنه ال يزيد‬ ‫عن ‪ 7-10 × 1‬موالر‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫�أذي ��ب ‪ 0.005‬م ��ول م ��ن حم� ��ض الفورميك ( حم�ض �ضعي ��ف ) في كمية من‬ ‫الماء بحيث �أ�صبح حجم المحلول ‪ 250‬مللتر ‪ ,‬اح�سب الأ�س الهيدروجيني ‪pH‬‬ ‫‪4‬‬‫للمحلول علم ًا ب�أن ثابت التفكك للحم�ض ‪10 × 1.7 = Ka‬‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫التركيز اال�صلى (‪ )Ca‬للحم�ض =‬

‫عدد الموالت‬ ‫حجم المحلول باللتر‬

‫‪250‬‬ ‫حجم المحلول با للتر =‬ ‫‪1000‬‬ ‫‪0.005‬‬ ‫= ‪ 0.02‬مول ‪ /‬لتر‬ ‫‪ Ca .:‬للحم�ض =‬ ‫‪0.25‬‬ ‫= ‪ 0.25‬لتر‬

‫‪4-‬‬

‫[‪10 × 1.7 × 0.02 = Ka × Ca = H3O+‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪220‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫= ‪ 2-10 × 0.184‬موالر‬ ‫‪- = pH‬لو [‪ - = H3O+‬لو ‪10 × 0.184‬‬ ‫=‪ ( -‬لو‪ 2 – 0.184‬لو ‪1.26= ) 10‬‬

‫‪2-‬‬

‫الأ�سبرين حم�ض ع�ضوي �ضعيف (‪ ) HC9 H7O4‬ويت�أين وفق المعادلة التالية ‪:‬‬ ‫‪HC9 H7 O4 + H2O = C9 H7 O4- + H3O+‬‬

‫ف�إن �أذيب منه كتله مقدارها ‪ 325‬جم في الماء وكان حجم المحلول الناتج = ‪200‬مل فما هي قيمة‬ ‫‪ pH‬للمحلول علماً بان ‪ 4-10 × 3.27 = Ka‬والكتلة الجزيئية للأ�سبرين = ‪ 180‬جرام ‪ /‬مول ؟‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬ ‫‪................................................................................................‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫ت�صن ��ف الأحما�ض وفق عدد البروتونات التي يمك ��ن �أن يمنحها الجزيء الواحد من الحم�ض عند‬ ‫التفكك �إلى ‪:‬‬ ‫• �أحما�ض �أحادية البروتون مثل ‪NH3 ، HCl :‬‬ ‫• �أحما�ض عديدة البروتون قد تكون ‪:‬‬ ‫ثنائية ‪ :‬مثل ‪H2CO3 ، H2SO4‬‬ ‫ثالثية ‪ :‬مثل ‪H3PO4‬‬

‫‪221‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫وكذلك الحال بالن�سبة للقواعد ت�صنف وفق عدد �أيونات الهيدروك�سيد التي تمنحها �إلى عدة �أنواع‪:‬‬ ‫• قواعد �أحادية الهيدروك�سيل مثل ‪NaOH ، KOH :‬‬ ‫• قواعد عديدة الهيدروك�سيل قد تكون ‪:‬‬ ‫ثنائية مثل ‪Mg(OH)2 , Ba(OH)2‬‬ ‫ثالثية مثل ‪Cr (OH)3 , Al(OH)3‬‬ ‫‪+‬‬ ‫ويمكنن ��ا مالحظة �أنه عند ح�ساب تركي ��ز [ ‪ [OH-] ، [H3O‬ي�ؤخذ في االعتبار عدد �أيونات‬ ‫‪ ، OH - . H3O +‬الناتجة عن التفكك ‪.‬‬

‫االتزان في المحاليل المائية للقواعد والح�سابات المتعلقة بها‬ ‫تتف ��اوت القواعد في التو�صيل الكهربائي لذا يمكن التمييز بي ��ن نوعين من القواعد هما القواعد القوية‬ ‫والقواعد ال�ضعيفة‪ ،‬ويمكن ح�ساب[ ‪ OH-‬في المحاليل المائية للقواعد القوية وال�ضعيفة بنف�س الطريقة‬ ‫التي ذكرت عند درا�سة الأحما�ض كما يلي ‪:‬‬ ‫�أوال‪ :‬ح�ساب [ ‪ OH-‬في محاليل القواعد القوية‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫من �أهم مميزات القواعد القوية �أنها مو�صلة جيدة للتيار الكهربائي حيث �أنها تت�أين ( تتفكك) كلي ًا في‬ ‫الم ��اء �أي �أن ثاب ��ت اتزانه ��ا ( ت�أينها ) كبير جد ًا لدرجة �أن التفاعل يكاد يك ��ون غير عك�سي وي�سير في اتجاه‬ ‫واحد نحو النواتج ومن الأمثلة على هذه القواعد هيدروك�سيد ال�صوديوم ‪ , NaOH‬هيدروك�سيد البوتا�سيوم‬ ‫‪ , KOH‬هيدروك�سيد الباريوم ‪ Ba(OH(2‬وغيرها ‪.‬‬ ‫وب�شكل عام نمثل ت�أين القاعدة القوية ‪ B‬في الماء كما يلي ‪:‬‬

‫)‪+ OH-(aq‬‬

‫)‪B(aq) + H2O(l‬‬

‫)‪BH+(aq‬‬

‫م ��ن المعادل ��ة ال�سابقة يت�ض ��ح �أنه كلما تفاعل مول واحد م ��ن القاعدة ‪ B‬مع الماء ينت ��ج عنه مول واحد من‬ ‫ ‪ OH‬ومول واحد من ‪� BH+‬أي �أن ‪:‬‬‫[ ‪ = OH-‬التركيز الأ�صلي للقاعدة القوية [‪B+] = BH‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪222‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫اح�س ��ب قيم ��ة [ ‪ OH -‬و [‪ H3O+‬لمحلول مائي من هيدروك�سيد ال�صوديوم‬ ‫تركيزه ‪0.001‬موالر‬

‫الحل ‪:‬‬

‫بما �أن المحلول قاعدة قوية ف�إنها تتفكك كلي ًا في الماء‬ ‫‪NaOH(aq) + H2O‬‬

‫)‪Na+(aq) + OH-(aq‬‬

‫‪3‬‬‫[ ‪ = OH -‬تركيز القاعدة الأ�صلية ]‪ 10×1 = NaOH‬موالر‬

‫[‪H3O+‬‬ ‫[‪H3O+‬‬

‫=‬

‫‪Kw‬‬ ‫[‪OH-‬‬

‫= ‪10 × 1‬‬ ‫‪3‬‬‫‪10 ×1‬‬

‫‪14-‬‬

‫= ‪ 10 ×1‬موالر‬ ‫‪-‬‬

‫‪11‬‬

‫مالحظة ‪ :‬بما �أن المحلول لقاعدة قوية ف�إن م�صدر [‪ H3O+‬هو تفكك جزيئات الماء و�أيونات‬ ‫[‪ OH -‬م�صدرها القاعدة القوية �أما [‪ OH-‬الناتج عن الماء يتم �إهماله ل�صغره ‪.‬‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬

‫‪223‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫اح�سب ‪ pH‬لمحلول ح�ضر ب�إذابة ‪ 0.13‬مول من ‪ KOH‬في الماء بحيث �أ�صبح حجم المحلول ‪200‬‬ ‫مللتر (‪ KOH‬يتفكك كلياً في الماء ) ‪.‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫ثانيا ‪ :‬ح�ساب [‪ OH -‬في محاليل القواعد ال�ضعيفة‬ ‫القواع ��د ال�ضعيف ��ة رديئة التو�صيل للتيار الكهربائ ��ي حيث �إنها تتفكك �أو تت�أين جزئي� � ًا في الماء �أي �أن‬ ‫ثاب ��ت ت�أينها ( تفككه ��ا ) �صغير جد َا ومن الأمثلة عليها الن�شادر ‪ , NH3‬الهيدرازين ‪ N2H4‬وغيرها ويمكن‬ ‫تمثيل ت�أين القاعدة ال�ضعيفة (‪ )B‬في الماء كما يلي ‪:‬‬ ‫)‪B(aq) + H2O(l) = B H(aq)+ + OH-(aq‬‬ ‫ويمكن التعبير عن ثابت االتزان لت�أين القاعدة ال�ضعيفة كما يلي ‪:‬‬ ‫‪K‬‬

‫=‬

‫]‪OH-] * BH+‬‬ ‫]‪B] * H2O‬‬

‫وبما �أن تركيز الماء في المحاليل ال يتغير بدرجة كبيرة ‪ ,‬فيمكن اعتبار تركيزه قيمة ثابتة ودمجه في ثابت‬ ‫جديد هو ‪Kb‬‬

‫‪= Kb‬‬

‫]‪OH-] . BH+‬‬ ‫]‪B‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫حيث ‪ Kb‬هو ثابت تفكك �أو ت�أين القاعدة ال�ضعيفة (‪ b‬اخت�صار لكلمة ‪) base‬‬ ‫�س ‪ :‬ما العالقة بين ‪ Kb‬و [‪ OH-‬وقوة القاعدة ؟‬ ‫والجدول التالي يبين ثوابت التفكك لبع�ض القواعد الم�ألوفة عند درجة حرارة ‪5 25‬م ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪224‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫القاعدة‬ ‫‪NaOH‬‬

‫تفاعل التفكك‬ ‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪KOH‬‬

‫‪OH -‬‬

‫‪Ba(OH)2‬‬

‫‪+ OH -‬‬

‫‪++‬‬

‫‪CH3NH2‬‬

‫‪NaOH + H2O‬‬

‫‪Na + OH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+ OH -‬‬

‫‪+‬‬

‫‪K‬‬

‫‪Ba‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NH3‬‬

‫‪+ OH -‬‬

‫‪N2H4‬‬

‫‪N2H5+ + OH-‬‬

‫‪NH2OH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪OH-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NH3‬‬

‫مرتفع جداً‬

‫‪KOH + H2O‬‬

‫مرتفع جداً‬

‫‪Ba(OH)2 + H2O‬‬

‫مرتفع‬

‫‪CH3NH2 + H2O‬‬

‫‪CH3NH3‬‬ ‫‪NH4‬‬

‫ثابت التفكك‬

‫‪4-‬‬

‫‪10×3.7‬‬

‫=‬ ‫=‬

‫‪N2H4 + H2O‬‬

‫‪10×1‬‬

‫=‬

‫‪NH2OH + H2O‬‬

‫‪10×1.1‬‬

‫‪NH3 + H2O‬‬

‫‪5-‬‬

‫‪10×1.8‬‬

‫‪6‬‬‫‪8-‬‬

‫جدول ( ‪ ) 2-7‬ثوابت االتزان لبع�ض القواعد‬

‫يتفكك الن�شادر في الماء كما يلي ‪:‬‬

‫)‪+ OH-(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NH4‬‬

‫)‪NH3(aq) + H2O(l‬‬

‫�أثبت �أن ‪O H- ]2= Kb x Cb‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫‪225‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫وبما �أن معظم جزيئات القاعدة ال�ضعيفة تبقى في �صورة جزيئات غير مت�أينة ( غير متفككة) ف�إن‬ ‫[ ‪ = OH-‬تركيز القاعدة الأ�صلي‬ ‫ولح�س ��اب تركي ��ز �أيون الهيدروك�سيد [ ‪ OH-‬في محاليل القواعد ال�ضعيفة نتبع نف�س الخطوات المتبعة‬ ‫لح�ساب [‪ H3O+‬في محاليل الأحما�ض ال�ضعيفة ‪.‬‬

‫الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية للأحما�ض والقواعد‬

‫اح�س ��ب ‪ PH , POH‬لمحل ��ول الهيدوك�سيل �أمين تركي ��زه ‪ 0.01‬موالر علم ًا ب�أن ‪Kb‬‬

‫‪8-‬‬

‫للهيدروك�سيل �أمين = ‪10 × 1.1‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫]‪Kb× Cb] = OH-‬‬

‫= ‪ 5-10 × 1 = 0.01 × 8-10 × 1.1‬موالر‬ ‫‪- = POH‬لو [‪OH-‬‬

‫= ‪-‬لو ‪5 = 1 × 5-10‬‬

‫‪= PH + POH = PKw‬‬

‫‪PH = 14 – 5 = 9‬‬

‫البيريدي ��ن قاعدة �ضعيف ��ة اكت�شفت في قطران الفحم و�صيغته ��ا ‪ . C5H5N‬اح�سب ‪ PH‬لمحلول‬

‫الف�صل ال�سابع‬

‫‪9-‬‬

‫البيريدين الذي تركيزه ‪ 0.1‬موالر علم ًا ب�أن ثابت ت�أين ‪10 × 1.5 = Kb‬‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪226‬‬

‫�س‪� : 1‬ضع دائرة حول الحرف الذي يمثل الإجابة ال�صحيحة فيما يلي ‪:‬‬ ‫�أ – تكون قيمة ‪ pH‬لمحلول حم�ض ‪ HCl‬الذي تركيزه ‪ 0.1‬موالر ‪.‬‬ ‫‪14 )1‬‬

‫‪1 )3‬‬

‫‪13 )2‬‬

‫‪� )4‬صفر‬

‫ب – �إذا كان���ت قيم���ة ‪ pH‬ت�س���اوي (‪ )3‬لمحلول حم�ض �ض���عيف(‪ )HA‬تركيزه ‪ 0.1‬موالر‬ ‫ف�إن قيمة ‪ Ka‬لهذا الحم�ض ت�ساوي ‪.‬‬ ‫‪5-‬‬

‫‪10×1 )1‬‬

‫‪7-‬‬

‫‪6-‬‬

‫‪10×1 )3‬‬

‫‪10×1 )2‬‬

‫‬‫جـ– �إذا كانت قيمة ‪ pH‬لمحلول = ‪ 7‬ف�إن [ ‪ ] OH‬ت�ساوي ‪:‬‬ ‫‪ 10-10×1 )1‬موالر‬

‫‪ 7-10×1 )2‬موالر‬

‫‪2-10×6 ) 3‬موالر‬

‫د – الحم�ض جيد التو�صيل الكهربائي من بين الأحما�ض التالية ‪.‬‬ ‫‪HNO3 )1‬‬

‫‪HNO2)3‬‬

‫‪H2N)2‬‬

‫‪8-‬‬

‫‪10×1 )4‬‬

‫‪4-10×0.5)4‬موالر‬ ‫‪+‬‬

‫‪NH 4)4‬‬

‫هـ – لديك محاليل تراكيزها مت�س���اوية لحمو�ض افترا�ض���ية (‪ ) HC . HB . HA‬وكانت‬ ‫قيم���ة ‪ Ka‬له���ا على الترتيب ‪ 6-10×1 ، 4-10×3 ، 5-10×1‬ف�إن الترتيب الت�ص���اعدي‬ ‫للحمو�ض ح�سب قيم ‪ pH‬لها تكون ‪- :‬‬ ‫‪)1‬‬

‫‪HC>HB>HA‬‬

‫‪)2‬‬

‫‪HC>HA>HB‬‬

‫‪)3‬‬

‫‪HB>HA>HC‬‬

‫‪)4‬‬

‫‪HA>HC>HB‬‬

‫‪227‬‬

‫و– لدي���ك محالي���ل تراكيزها مت�س���اوية لقواعد افترا�ض���ية (‪ ) A ، B‬وكان���ت قيم ‪ Kb‬لها على‬ ‫الترتيب ‪ 7-10×1 ، 5-10×1‬ف�إن الترتيب الت�صاعدي للقواعد ح�سب قيم ‪ pH‬لها تكون ‪- :‬‬ ‫‪ [OH- [ )1‬للمحلول ( ‪[> (A‬‬

‫‪-‬‬

‫‪ [ OH‬للمحلول ‪B‬‬

‫‪ pH )2‬للمحلول ‪ pH < A‬للمحول ‪ B‬‬ ‫‪ )3‬قيمة ‪ pH‬للمحلولين مت�ساوية‬ ‫‪+‬‬

‫‪ [ H3O+ [)4‬لمحلول ‪] > A‬‬

‫‪ [ H3O‬للمحلول ‪B‬‬

‫����س‪ :2‬اح�س���ب ]‪ ] OH-] ،] H3O+‬ف���ي محل���ول ت���م تح�ض���يره بم���زج ‪ 50‬مللت���راً م���ن‬ ‫محلول حم�ض الكلور تركيز ‪ 0.2‬موالر و‪ 49‬مللتراً من محلول هيدروك�سيد ال�صوديوم‬ ‫تركيزه ‪0.25‬موالر ‪.‬‬ ‫‪8‬‬‫����س‪� : 3‬إذا كان لدي���ك محل���ول ‪ HOCl‬تركيزة ‪ 0.1‬موالر وعلمت �أن ‪10 ×3.5 = Ka‬‬ ‫اح�سب ]‪] HOCl ] ,] OCl-] ,] H3O+‬‬

‫�س‪� : 4‬صنف المحاليل الآتية �إلى ‪ :‬محاليل حم�ضية �أو قاعدية �أو متعادلة‬ ‫�أ ) ‪3.54 =pH‬‬

‫ب) ‪7.00 = pOH‬‬

‫جـ ) ‪ 10.43 = pOH‬د) ‪2.25 = pOH‬‬

‫�س‪ : 5‬رتب المحاليل في ال�س�ؤال ال�سابق ح�سب زيادة حام�ضيتها ‪.‬‬ ‫�س‪ : 6‬م�ستخدماً الرقم الهيدروجيني �أي مما يلي يكون محلو ًال حم�ضياً و�أيها قاعدياً ‪:‬‬ ‫�أ) ‪ 0.5‬مول من‬ ‫ب‌)‬

‫‪NaOH‬‬

‫‪ 0.2‬مول من حم�ض ‪HCl‬‬

‫جـ‌) ‪1.25‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪10‬‬‫× ‪ 10‬موالر من ‪H3O‬‬

‫‪228‬‬

‫�س ‪ : 7‬ار�س���م مخططاً يتم فيه ت�ص���نيف الأحما�ض والقواعد �إلى �أنواعها المختلفة‬ ‫مو�ض���حاً �أن���واع الأيون���ات الت���ي تنتج ف���ي محاليلها المائي���ة ‪ .‬والعالقات الريا�ض���ية‬ ‫الم�ستخدمة في ح�ساباتها‪.‬‬

‫‪229‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬

‫‪SO4 -2‬‬

‫الأهداف‬ ‫ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن ‪:‬‬ ‫‪- 1‬‬ ‫‪ -2‬‬ ‫‪ -3‬‬ ‫‪ -4‬‬ ‫‪ -5‬‬ ‫‪- 6‬‬ ‫‪- 7‬‬ ‫‪- 8‬‬

‫تذكر المقيا�س الن�سبي لح�ساب الكتل الن�سبية للذرات ‪.‬‬ ‫تفرق بين الكتل الذرية والذرية الجرامية ‪.‬‬ ‫تعرف المول ‪.‬‬ ‫ت�ستنتج العالقة بين المول والكتل الجرامية وعدد �أفوجادرو ‪.‬‬ ‫تح�سب الكتل الجزيئية الجرامية لبع�ض المركبات ‪.‬‬ ‫تجري الح�سابات الكيميائية با�ستخدام المول والمعادلة الكيميائية ‪.‬‬ ‫ت�ستنتج العالقة بين الموالت ون�سب الحجوم في المعادلة الغازية ‪.‬‬ ‫تقدر �أهمية الح�سابات في حياة الإن�سان ‪.‬‬

‫‪230‬‬

‫‪Cu +2‬‬

‫المقدمة‬ ‫در�س ��ت �سابق� � ًا الأحما� ��ض والقواع ��د وتعرف ��ت على‬ ‫�أه ��م خوا�صه ��ا وعرف ��ت نوع ًا �آخ ��ر من الم ��واد ينتج‬ ‫م ��ن تفاعل الحم� ��ض والقاع ��دة مع ًا وه ��ي الأمالح ‪.‬‬ ‫فالأم�ل�اح مركبات وا�سع ��ة االنت�شار متع ��ددة الأنواع‬ ‫�أكثره ��ا �شهرة ملح الطع ��ام ( ‪ ) NaCl‬الموجود في‬ ‫م ��اء البحر ‪ ،‬وكذلك تحتوي المي ��اه المعدنية �أمالح ًا‬ ‫تتك ��ون عندم ��ا تذيب مي ��اه المط ��ر �صخ ��ور الحجر‬ ‫الجيري (‪ ،)CaCO3‬وت�ش ��كل جميع الأمالح بلورات‬ ‫جميلة منها الفلوراي ��ت ‪ ،‬كبريتات النحا�س الزرقاء‪.‬‬ ‫وه ��ي ف ��ي الواق ��ع م ��واد كيميائي ��ة مفي ��دة متنوع ��ة‬ ‫اال�ستعماالت تدخل في الأدوية والجب�س وملح البارود‪،‬‬ ‫والطبا�شير‪ ،‬ومبيدات الح�ش ��رات والأ�سمدة ‪ .‬و�سوف‬ ‫نتعر� ��ض في هذا الف�صل لدرا�س ��ة الأمالح وخوا�صها‬ ‫و�أنواعها واالتزانات التي تحدث في محاليلها المائية‬ ‫والح�سابات المتعلقة بها ‪.‬‬

‫‪231‬‬

‫�شكل ( ‪) 1-8‬‬ ‫بلورات الفلورايت‬

‫�شكل ( ‪) 2-8‬‬ ‫بلورات كبريتات النحا�س‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫تعريف الأمالح ‪Definition of salts :‬‬ ‫‪Ca(NO3)2‬‬

‫�سم المركبات التالية ‪. K2SO4 . MgCl2 :‬‬ ‫ ِّ‬‫ �إلى كم �شق ينق�سم كل من المركبات ال�سابقة ؟‬‫ ما المواد الداخلة في تكوينها ؟‬‫مم ��ا �سب ��ق نجد �أن المركبات ال�سابقة هي على الترتيب ‪ ،‬كلوريد المغني�سيوم ‪ ،‬كبريتات البوتا�سيوم ‪ ،‬نترات‬ ‫الكال�سيوم ؛ وك ٌّل منها يتكون من �شقين �شق موجب م�صدره من القاعدة و�شق �سالب م�صدره من الحم�ض ‪.‬‬ ‫‪. Mg+ + /Cl-‬‬

‫من الحم�ض من القاعدة‬

‫‪-‬‬‫‪K+/SO4‬‬

‫‪/ NO3- .‬‬

‫جذر حم�ضي‬

‫�أيون فلزي‬

‫جذر حم�ضي‬

‫‬‫‪SO4 2‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪CU 2‬‬

‫‬‫‪Cl‬‬

‫‪+2‬‬

‫‪Ca‬‬

‫�أيون فلزي‬ ‫‪+‬‬

‫‪NH4‬‬

‫من الحم�ض من القاعدة من الحم�ض من القاعدة‬

‫�شكل (‪ ) 3 -8‬تكون الأمالح‬

‫ومن خالل ذلك يمكن �أن نعطي تعريفاً محدداً للملح ‪:‬‬ ‫الملح ‪ :‬هو المادة التي تنتج من اتحاد ال�شق الموجب من القاعدة بال�شق ال�سالب من الحم�ض ‪.‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫تح�ضير الأمالح ‪ :‬توجد عدة طرق لتح�ضير الأمالح ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تفاعل الحام�ض مع القاعدة ‪:‬‬ ‫مثال ‪:‬‬ ‫‪ -2‬تفاعل الفلز مع الالفلز‬ ‫مثال ‪:‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪+ H2O‬‬

‫‪KI‬‬

‫‪2LiCl‬‬

‫‪232‬‬

‫‪+ KOH‬‬ ‫‪+ Cl2‬‬

‫‪HI‬‬ ‫‪2Li‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫‪-3‬تفاعل �أك�سيد الفلز مع الالفلز في وجود الماء‬

‫‪+ 2HCl + O2‬‬

‫‪+ 2Cl + H2O‬‬

‫‪HgCl2‬‬

‫‪HgO‬‬

‫‪� -4‬إحالل فلز محل هيدروجين الحام�ض ‪:‬‬ ‫‪ZnCl2 + H2‬‬

‫‪Zn + 2HCl‬‬

‫‪ -5‬بالتبادل المزدوج بين ال�شقوق ‪:‬‬

‫‪+ Mg(NO3)2‬‬

‫‪MgSO4 + 2NaNO3‬‬

‫‪Na2SO4‬‬

‫اكتب مو�ضوع ًا عن �أهم الأمالح الموجودة في المملكة العربية ال�سعودية وال�صناعات القائمة عليها ‪.‬‬

‫‪233‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫ج�سمك والأمالح‬ ‫يعتب ��ر الملح م ��ادة حيوية لقيام الج�سم بوظائفه على الوجه ال�صحيح فعندما تعرق تفقد بع�ض ًا من‬ ‫المل ��ح م ��ن الج�سم وفقدانه قد ي�ؤدي �إلى الجفاف فالإنهيار ‪ ,‬ول ��ذا ين�صح الأطباء الم�سافرين �إلى‬ ‫الب�ل�اد الحارة ب�أخذ �أقرا�ص ملحية تعو�ض ما يفقدونه من الأم�ل�اح بالتعرق ‪� .‬أي�ضا تنقل الر�سائل‬ ‫في الج�سم ك�إ�شارات �أو دفعات كهربائية على طول الألياف الع�صبية ‪ .‬وتعبر هذه الإ�شارات الفجوة‬ ‫بي ��ن ليفين بوا�سطة �أيون ��ات البوتا�سيوم ‪ K +‬وال�صوديوم ‪ Na +‬الموجودة في �سائل الخاليا ‪ .‬وهذه‬ ‫الأيونات م�صدرها الأمالح التي نتناولها في الطعام ‪.‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫خوا�ص الأمالح‬ ‫تمتاز الأمالح بمثل ما تمتاز به الأحما�ض والقواعد من ناحية التفكك �إلى �أيونات متى �أذيبت في مذيب‬ ‫كالم ��اء ‪ ،‬فلق ��د وجد �أن ال�سبب الكام ��ن وراء تفككها �إلى �أيونات هو �أنها في الأ�سا� ��س وقبل الذوبان �أي وهي‬ ‫بحالتها الجزيئية المركبة عبارة عن مركبات مت�شكلة من ترابط �أيونات بوا�سطة الرابطة الأيونية وهذا يعني‬ ‫�أن ما ي�ؤدي �إليه ذوبانها في المذيب هو تفكيك جزيء المركب �إلى مكوناته الأيونية كما في المثال التالي ‪:‬‬ ‫)‪Cl-(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪Na+(aq‬‬

‫)‪NaCl(S) + H2O(l‬‬

‫والمل ��ح الذائ ��ب في الم ��اء ال يوجد بعد الذوبان �إال على هيئة �أيونات ال يمك ��ن �أن توجد فيه جزيئات غير‬ ‫متفكك ��ة لذل ��ك ال يوج ��د �أمالح �ضعيف ��ة ‪.‬وتجدر الإ�شارة �إل ��ى �أن بع�ض الأمالح ال تذوب في الم ��اء ‪ ،‬كما �أن‬ ‫الخوا�ص الكيميائية للأمالح تحددها قوة الحم�ض وقوة القاعدة المكونتين للملح ‪.‬‬

‫بالتعاون مع �أفراد مجموعتك ابحث في مختبر المدر�سة عن الأمالح التي تذوب في الماء ثم‬ ‫�سمها واكتب �صيغها ؟‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫ت�صنيف الأمالح‬ ‫تختلف الأمالح بع�ضها عن بع�ض نتيجة الختالف الأحما�ض والقواعد التي �أنتجت هذه الأمالح وحيث �أن‬ ‫الأحما�ض والقواعد نوعان قوي و�ضعيف ف�إن الأمالح �ستكون على هذا الأ�سا�س �أربعة �أنواع ‪:‬‬ ‫‪� -1‬أمالح م�شتقة من �أحما�ض قوية وقواعد قوية مثل كلوريد ال�صوديوم‬ ‫‪ HCl‬حم�ض قوي‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪NaCl‬‬

‫‪234‬‬

‫‪ NaOH‬قاعدة قوية‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫‪� -2‬أمالح م�شتقة من �أحما�ض قوية وقواعد �ضعيفة مثل كلوريد الأمونيوم‬ ‫‪NH4Cl‬‬

‫‪ HCl‬حم�ض قوي‬

‫‪ NH3‬قاعدة �ضعيفة‬

‫‪� -3‬أمالح م�شتقة من حمو�ض �ضعيفة وقواعد قوية مثل خالت ال�صوديوم‬ ‫‪ NaOH‬قاعدة قوي ‬

‫‪CH3COONa‬‬

‫‪ CH3COOH‬ح�ض �ضعيف‬

‫‪� -4‬أمالح م�شتقة من حمو�ض �ضعيفة وقواعد �ضعيفة مثل خالت الأمونيوم‬ ‫‪ NH3‬قاعدة �ضعيفة ‬

‫ ‬

‫‪CH3COO NH4‬‬

‫‪ CH3COOH‬ح�ض �ضعيف‬

‫( ‪ ) 1 -8‬ت�أثير محاليل الأمالح على الكوا�شف ‪.‬‬ ‫المواد والأدوات ‪:‬‬

‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫ �ض ��ع ف ��ي الأنبوب ��ة الأول محل ��ول ‪ NaCl‬والثاني ��ة محــالــيـــل الأمــــــالح ‪NH4Cl ( :‬‬‫محلول ‪ CH COONa‬والثالثة محلول ‪CH COONa - CH3COONH4 NH Cl‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫والرابعة محلول ‪. CH3COONH4‬‬ ‫‪ ، )NaCl‬ورق تباع �شم�س ( �أحمر ‪،‬‬ ‫ اختب ��ر ت�أثير محاليل الأمالح ال�سابقة على ورق تباع �أزرق)‪� ،‬أنابيب اختبار ‪ ،‬ماء مقطر ‪.‬‬‫ال�شم�س ودون النتائج في الجدول التالي ‪.‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫الملح‬

‫�أثر محلول الملح على ورق تباع ال�شم�س نوع المحلول‬

‫‪NaCl‬‬ ‫‪CH3COONa‬‬ ‫‪NH4Cl‬‬

‫‪CH3COONH4‬‬

‫‪235‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫كرر الن�شاط ال�سابق على كوا�شف �أخرى ‪.‬ماذا تالحظ ؟‬ ‫‪........................................................‬‬ ‫ماذا ت�ستنتج ؟‬ ‫‪........................................................‬‬ ‫‪........................................................‬‬ ‫‪........................................................‬‬

‫�شكل ( ‪ ) 4-8‬مجموعة من الكوا�شف‬

‫ن�ستنتج مما �سبق �أن ت�أثير محاليل الأمالح على الكوا�شف المختلفة غير متماثل؛ �إذ يعتمد على نوع الحم�ض‬ ‫والقاعدة الم�شتق منها الملح فهناك ‪:‬‬ ‫‪ 7 = PH‬في محاليلها المائية‬ ‫‪� -1‬أمالح متعادلة ( م�شتقة من حم�ض قوى وقاعدة قوية )‬ ‫‪� -2‬أم�ل�اح حم�ضي ��ة ( م�شتق ��ة م ��ن حم�ض قوي وقاع ��دة �ضعيفة ) ‪ 7 < PH‬ف ��ي محاليلها المائية‬ ‫‪� -3‬أم�ل�اح قاعدي ��ة (م�شتق ��ة م ��ن حم�ض �ضعيف وقاع ��دة قوية ) ‪ 7 > PH‬ف ��ي محاليلها المائية‬ ‫الأمالح الم�شتقة من �أحما�ض �ضعيفة وقواعد �ضعيفة ف�إنها قد تكون‬ ‫• محاليل متعادلة ‪ :‬عند ما تت�ساوي قوة الحم�ض والقاعدة ‬ ‫• محاليل حم�ضية ‪� :‬إذا كان الحم�ض �أقوى من القاعدة ‬ ‫• محاليل قاعدية ‪� :‬إذا كانت القاعدة �أقوى من الحم�ض ‬

‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫‪Ka = Kb‬‬ ‫‪Ka > Kb‬‬ ‫‪Ka < Kb‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫م���ا ن���وع مل���ح كربون���ات البوتا�س���يوم ‪، K2CO3‬ثم ا�س���تنتج ت�أثي���ر محلول هذا‬ ‫الملح على ورق تباع ال�شم�س ؟‬

‫الحل ‪:‬‬

‫لمعرفة نوع ملح ال بد من معرفة نوع الحم�ض والقاعدة الم�شتق منها ‪.‬‬ ‫�أو ًال ‪:‬نقوم بف�صل �أيونات الملح �إلى ال�شق ال�سالب وال�شق الموجب كمايلي‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪236‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫‪--‬‬

‫‪CO3‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪K2CO3‬‬

‫‪2K‬‬

‫ثاني� � ًا ‪ :‬ن�ضي ��ف لل�شق ال�سالب بروت ��ون ‪ H+‬لنح�صل على الحم�ض الم�شت ��ق منه الملح وفي هذا‬ ‫المث ��ال �سوف يكون الحم� ��ض الم�شتق منه الملح هو ‪( H2CO3‬حم�ض الكربونيك) وهو حم�ض‬ ‫�ضعي ��ف ‪ .‬ثم ن�ضيف لل�ش ��ق الموجب �أي ��ون الهيدروك�سيد لنح�صل على القاع ��دة الم�شتق منها‬ ‫المل ��ح وفي ه ��ذا المثال �سوف تك ��ون القاعدة الم�شت ��ق منها الملح ه ��ي ‪( KOH‬هيدروك�سيد‬ ‫البوتا�سي ��وم )وهي قاعدة قوية ‪ .:‬الملح ‪ K2CO3‬م�شتق م ��ن حم�ض �ضعيف وقاعدة قوية ف�إن‬ ‫المحل ��ول المائي لهذا الملح ذو ت�أثير قاعدي �أي يح ��ول ورق تباع ال�شم�س الأحمر �إلى الأزرق ‪.‬‬

‫اكتب تقرير ًا عن �أهمية الأمالح وا�ستخداماتها في حياتك العامة مزودا بال�صور التو�ضيحية ‪.‬‬

‫�صنف الأمالح التالية ‪ ( :‬متعادلة ‪ ،‬حم�ضية ‪ ،‬قاعدية )‬ ‫‪Fe(NO3)2 ، K2S ، C6H5COONa ، KNO3‬‬

‫‪237‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫‪.....................................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫تمي�ؤ الأمالح ‪Salt hydrolysis:‬‬ ‫حينم ��ا ي ��ذوب ملح في الماء ف�إنه يتفكك �إلى �أيوناته الموجبة وال�سالبة تفكك ًا تام ًا با�ستثناء الأمالح التي‬ ‫ال تذوب في الماء (‪ ) BaSO4 ، AgCl‬وعندئذ يوجد في المحلول ‪:‬‬ ‫‪ 1‬جزيئات الماء ‪.‬‬‫ ‪ 2‬الأيونات ال�سالبة ( ال�شق الحم�ضي للملح )‬‫ ‪ 3‬الأيونات الموجبة ( ال�شق القاعدي للملح )‬‫فماذا يحدث بين جزئيات الماء والأيونات ال�سالبة والموجبة ؟‬ ‫نج ��د �أنه يحدث تفاعل بين الم ��اء والأيونات الذائبة فيه ‪.‬ولكن طبيعة هذا التفاعل لن تعتمد �إال على طبيعة‬ ‫الأيون الذائب وهذا الأ�سا�س الذي تعتمد عليه عملية التمي�ؤ ( ‪) Hydrolysis‬‬ ‫وللتو�صل �إلى تعريف التمي�ؤ ت�أمل الأمثلة التالية ‪:‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪NH3 + H3O‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪CH3COOH + OH‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪NH4 + H2O‬‬

‫�شق موجب من ملح‬

‫‪CH3COO‬‬

‫�شق �سالب من ملح‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫ما الأيونات الناتجة من تفاعل ال�شق الموجب وال�سالب من الملح مع الماء ؟‬

‫‪+‬‬

‫م ��ن خالل ذلك نتو�ص ��ل �إلى �أن التمي�ؤ هو تفاعل الأيون���ات مع الماء لإنتاج �أيون���ات الهيدرنيوم ‪� H3O‬أو‬ ‫‬‫�أيونات الهيدروك�سيد ‪.OH‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫وبما �أن تفاعل الأيونات ( الناتجة من حم�ض �ضعيف �أو قاعدة �ضعيفة) مع الماء يتم في اتجاهين متعاك�سين‬ ‫�إذن يمكن التعبير عن ثابت االتزان للتفاعلين ال�سابقين على التوالي ‪:‬‬ ‫‪K‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫=‬

‫]‪NH3] H3O+‬‬ ‫]‪H2O‬‬

‫‪238‬‬

‫‪NH4+] .‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫‪K‬‬

‫=‬

‫]‪CH3COOH] OH -‬‬ ‫‪-‬‬

‫]‪CH3COO ] H2O‬‬

‫وبما �أن تركيز الماء ثابت فيمكن دمجه في ثابت جديد هو ‪. Kh‬‬

‫‪= Kh‬‬ ‫‪= Kh‬‬

‫] ‪NH3]+ H3O+‬‬ ‫‪+‬‬

‫] ‪NH4‬‬

‫]‪CH3COOH] OH-‬‬ ‫‪-‬‬

‫] ‪CH3COO‬‬

‫حي ��ث ‪ Kh‬ي�سم ��ى ثابت التمي�ؤ ( ‪ h‬اخت�صار لكلم ��ة ‪ . ) Hydrolysis‬وفيما يلي �س ��وف نناق�ش تمي�ؤ لأمالح‬ ‫ال�سابقة لمعرفة �سبب كون محاليلها المائية حم�ضية �أو قاعدية �أو متعادلة ‪.‬‬

‫‪ )1‬تمي�ؤ ملح م�شتق من حم�ض قوي وقاعدة قوية ‪:‬‬ ‫مثل كلوريد ال�صوديوم (‪ )NaCl‬عندما يذوب في الماء ف�إنه يتفكك كلي ًا �إلى �أيونات موجبة و�سالبة ح�سب‬ ‫المعادلة التالية ‪:‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫)‪NaCl(aq‬‬ ‫)‪Na (aq) + Cl (aq‬‬

‫‪ )2‬تمي�ؤ ملح م�شتق من حم�ض �ضعيف وقاعدة قوية ‪:‬‬ ‫مثل خالت ال�صوديوم (‪ ) CH3COONa‬عندما يذوب في الماء ف�إنه يتفكك كلي ًا �إلى �أيونات موجبة‬ ‫و�أيونات �سالبة ح�سب المعادلة‪:‬‬ ‫)‪CH3COONa (aq‬‬ ‫)‪CH3COO-(aq) + Na+(aq‬‬

‫‪239‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫ونظ ��ر ًا لثب ��ات الأيون ��ات الناتج ��ة (‪ ) Cl-, Na+‬ف�إنها ال تميل( م�صدرها حم�ض ق ��وي وقاعدة قوية )‬ ‫للتفاع ��ل م ��ع الماء لذا يبقى محلول هذا الملح والأمالح الأخرى التابع ��ة لهذا النوع من الأمالح ذات �أثر‬ ‫متعادل �أي ‪7 = PH‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫وال يميل الأيون الموجب (‪ )Na+‬الم�شتق من قاعدة قوية للتفاعل مع الماء �أما االيون ال�سالب الم�شتق‬ ‫م ��ن حم� ��ض �ضعي ��ف ‪ CH3COO -‬ف�إنه يتفاعل مع الم ��اء ليعطي حم�ض الخل و�أي ��ون الهيدروك�سيد‬ ‫ح�سب المعادلة ‪:‬‬ ‫)‪OH-(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H2O‬‬

‫)‪CH3COOH(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪CH3COO‬‬

‫لذلك يكت�سب الو�سط �أثر ًا قاعدي ًا �أي �أن ‪7 > PH‬‬

‫ويمك ��ن �أن نتعامل مع تمي� ��ؤ �أيون الخالت كمي ًا كما نتعامل مع محلول قاعدة �ضعيفة ويكون ثابت التمي�ؤ ‪Kh‬‬

‫له كما يلي ‪:‬‬

‫‪. OH-] = K‬‬

‫‪h‬‬

‫]‪CH3COOH‬‬

‫]‪CH3COO -‬‬

‫وبطريقة ريا�ضية مماثلة لما ثم درا�سته �سابق ًا يمكن ح�ساب تركيز �أيون الهيدروك�سيد الناتج عن تمي�ؤ �أيون‬ ‫�سالب والتو�صل �إلى‬ ‫]‪= [ OH-‬‬

‫‪CS × Kh‬‬

‫حي ��ث �أن ‪ =Kh :‬ثاب ��ت التمي� ��ؤ للمل ��ح ‪ = CS‬التركيز الأ�صلي لمحلول المل ��ح ( ‪ s‬اخت�صار لكلمة ‪) salt‬‬ ‫ويمكن ايجاد ثابت التمي�ؤ ‪ Kh‬للملح الم�شتق من حم�ض �ضعيف وقاعدة قوية من العالقة‪:‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫‪= Kh‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪Ka‬‬

‫‪240‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬

‫�إثبات �أن‬

‫(حم�ض الخل) ‪=Ka‬‬

‫‪=Kh‬‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪Ka‬‬

‫‪+‬‬ ‫] ‪[ CH3COO] - . H3O‬‬

‫] ‪CH3COOH‬‬

‫(ثابت تفكك الماء) ‪]OH-] . [ H3O +[ = Kw‬‬ ‫وبق�سمة ثابت تفكك الماء النقى على ثابت تفكك حم�ض الخل ‪:‬‬ ‫‪Kw‬‬ ‫‪Ka‬‬

‫‪+‬‬ ‫] ‪OH ] . H3O‬‬ ‫‪+‬‬ ‫]‪H3O ] CH3COO-‬‬

‫=‬

‫] ‪CH3COOH‬‬ ‫‪+‬‬ ‫] ‪CH3COOH] × OH-] × H3O‬‬

‫=‬

‫‪Ka‬‬ ‫‪.:‬‬

‫‪=Kh‬‬

‫=‬

‫‬‫[ ‪CH3COOH]× OH‬‬ ‫‬‫] ‪CH3COO‬‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪Ka‬‬

‫=‬

‫‪14-‬‬

‫‪10 × 1‬‬

‫‪5-‬‬

‫‪10 × 1.8‬‬

‫‪241‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫‪Kw‬‬

‫‪+‬‬ ‫‬‫[ ‪H3O ]× CH3COO‬‬

‫= ‪Kh‬‬ ‫‪10-‬‬

‫= ‪10 × 5.6‬‬

‫‪5‬‬

‫عند ‪ 25‬م‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫اح�س���ب تركي���ز [ ‪ OH -‬في محلول تم تح�ض���يره ب�إذاب���ة ‪ 0.25‬مول من خالت‬ ‫ال�صوديوم في كمية من الماء تكفي لعمل ‪0.5‬لتر من المحلول عند ‪5 25‬م علماً‬ ‫ب�أن ‪ Kh‬للخالت = ‪. 10-10 × 5.6‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫‪CH3 COO - + Na+‬‬

‫‪+ OH -‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫الملح ذو ت�أثير قاعدي [‪OH-] = Kh × Cs‬‬

‫التركيز الأ�صلي (‪= ) Cs‬‬

‫‪CH3COONa + H2O‬‬ ‫‪CH3COO - + H2O‬‬

‫‪2‬‬

‫عدد الموالت‬ ‫حجم المحلول باللتر‬

‫=‬

‫‪0.25‬‬ ‫‪0.5‬‬

‫= ‪ 0.5‬موالر‬

‫[‪ 5-10× 1.7 = 0.5 × 10-10× 5.6 = OH-‬موالر‬

‫‪ -3‬تمي�ؤ ملح م�شتق من حم�ض قوي وقاعدة �ضعيفة ‪:‬‬ ‫مثل كلوريد الأمونيوم عندما يذوب في الماء ف�إنه يتفكك كلي ًا �إلى �أيونات موجبة و�سالبة‬ ‫ح�سب المعادلة‬

‫( ‪NH4+(aq) + Cl-(aq‬‬

‫)‪NH4Cl (s‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫وال يمي ��ل الأي ��ون ال�سال ��ب (‪ )Cl-‬الم�شتق م ��ن حم�ض قوي للتفاع ��ل مع الماء �أم ��ا الأيون الموجب‬ ‫(‪ ) NH4+‬الم�شت ��ق م ��ن قاع ��دة �ضعيفة ف�إن ��ه يتفاعل مع الماء ليعط ��ي الن�شادر و�أي ��ون الهيدرونيوم‬ ‫ح�سب المعادلة‬ ‫‪NH4+ + H2O‬‬ ‫‪NH3 +H3O+‬‬ ‫لذل ��ك يكت�س ��ب الو�سط �أثرا حم�ضي ًا �أي �أن ‪ 7 < PH‬ويمكن �أن نتعامل مع تمي�ؤ �أيون الأمونيوم كمي ًا‬ ‫كما نتعامل مع محلول حم�ض �ضعيف ويكون ثابت التمي�ؤ ‪ Kh‬له كما يلي ‪:‬‬

‫‪=Kh‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫]‪NH3] H3O+‬‬ ‫]‪NH4+‬‬

‫‪242‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫وبطريق ��ة ريا�ضية مماثلة لما تم درا�سته �سابق ًا يمكن ح�ساب تركيز �أيون الهيدرنيوم ‪ H3O+‬الناتج عن‬ ‫تمي�ؤ �أيون موجب والتو�صل �إلى ‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫] ‪Cs × Kh = H3O‬‬ ‫ويمكن �إيجاد ثابت التمي�ؤ ‪ Kh‬للملح الم�شتق من حم�ض قوي وقاعدة �ضعيفة من العالقة‪:‬‬ ‫‪Kw‬‬

‫‪= Kh‬‬

‫‪Kb‬‬

‫�أوجد قيمة الأ�س الهيدروجيني ‪ pH‬لمحلول تم تح�ضيره ب�إذابة ‪ 0.02‬مول من‬ ‫كلوري ��د الأموني ��وم (‪ ) NH4Cl‬في كمية من الماء بحي ��ث كان حجم المحلول‬ ‫‪ 400‬مللتر ‪ .‬علم ًا بان ‪. 5-10×1.8 =Kb‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+ Cl‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪NH3 + H3O‬‬

‫‪NH4Cl‬‬

‫‪NH4‬‬

‫‪+‬‬

‫‪ .:‬الملح ذو ت�أثير حم�ضي‬

‫حجم المحلول باللتر =‬ ‫التركيز =‬

‫‪0.02‬‬ ‫‪0.4‬‬

‫‪400‬‬ ‫‪1000‬‬

‫] ‪Cs × Kh = H3O‬‬

‫عدد الموالت‬ ‫حجم المحلول باللتر‬

‫الف�صل الثامن‬

‫التركيز الأ�صلي( ‪= ) Cs‬‬

‫‪+ H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NH4‬‬

‫= ‪0.4‬لتر‬

‫= ‪ 0.05‬موالر‬

‫‪243‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬

‫‪=K‬‬

‫‪h‬‬

‫‪+‬‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪Kb‬‬

‫=‬

‫‪14-‬‬

‫‪10 ×1‬‬

‫‪5-‬‬

‫‪10 × 1.8‬‬

‫[ ‪10 × 5.6 × 0.05 = H3O‬‬

‫‪10-‬‬

‫‪ - = pH‬لو [‪= H3O+‬‬

‫=‬

‫‪10 × 5.6‬‬

‫‪-11‬‬

‫= ‪10 × 5.3‬‬

‫‪6-‬‬

‫‪ -‬لو ‪6.7 =-6 10 × 5.3‬‬

‫‪ - 4‬تمي�ؤ الأمالح الناتجة من تفاعل حم�ض �ضعيف وقاعدة �ضعيفة‪:‬‬ ‫مث ��ل ‪ CH3COONH4‬عندم ��ا يذوب في الم ��اء ف�إنه يتفكك كلي� � ًا �إلى �أيونات موجب ��ة و�أيونات �سالبة‪.‬‬ ‫)‪NH+4(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪CH3COO-(aq‬‬

‫)‪CH3COONH4(aq‬‬

‫ويمك ��ن للأيون ��ات الناتج ��ة الموجبة وال�سالب ��ة �أن تتفاعل مع الماء مول ��دة �أيونات الهيدروني ��وم و�أيونات‬ ‫الهيدروك�سيد في نف�س الوقت ‪:‬‬

‫(‪+ OH-(aq‬‬

‫(‪H3O+(aq‬‬

‫)‪CH3COO-(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪CH3COO-(aq) + H2O(l‬‬ ‫)‪H2O(l‬‬

‫)‪NH3(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪NH4+(aq‬‬

‫ويتوق ��ف نوع محلول الملح ( حم�ضي – قاع ��دي ‪ ،‬متعادل ) كما ذكرنا �سابق ًا على قوة الحم�ض ال�ضعيف‬ ‫والقاعدة ال�ضعيفة ‪.‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫‪ -1‬اكتب معادالت التمي�ؤ للأمالح التالية ‪:‬‬ ‫‪. Li2CO3‬‬

‫‪AlCl3 . KNO3‬‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪244‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫‪4-‬‬

‫‪ -2‬ما قيمة ‪ PH‬لمحلول (‪ ) N2H5Cl‬الذي تركيزه ‪ 0.1‬موالر علماً بــان ‪10 × 5.9 = Kh‬‬ ‫عند ‪ْ 25‬م و�أن الملح م�شتق من حم�ض قوي وقاعدة �ضعيفة ؟‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪ -3‬اح�سب ‪ pOH‬لمحلول ملح فورمات ال�صوديوم (‪ )HCOONa‬الناتج من �إذابة ‪ 0.07‬مول‬ ‫منه في كمية من الماء بحيث �أ�صبح حجم المحلول ‪ 400‬مللتر‬ ‫علـماً بان ‪ 4-10 × 1.7 = Ka‬عند ‪5 25‬م‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫ت�أثير الأيون الم�شترك ‪The common Ion Effect :‬‬ ‫تمثل المعادلة التالية ت�أين حم�ض �ضعيف في حالة اتزان ‪:‬‬ ‫‬‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪CH3COO‬‬

‫لنفر�ض �أنه �أ�ضيف �إلى المواد المتوازنة كمية معينة من ملح �شقه الحم�ضي (‪ )CH3COO-‬مثل ملح خالت‬ ‫ال�صوديوم ‪ CH3COONa‬ماذا يحدث لحالة االتزان وقيمة ثابت االتزان ح�سب مبد�أ لو�شاتلييه ؟ حينما‬ ‫توجد المواد الكيميائية في حالة اتزان كيميائي ف�إن قيمة ثابت االتزان ال تتغير �إال بتغير درجة الحرارة‪� ،‬أما‬ ‫تغي ��ر تركيز بع�ض �أو كل المواد المتوازنة فلن ي� ��ؤدي �إال �إلى تغير مو�ضع التوازن نحو الي�سار �أو اليمين ح�سب‬ ‫مب ��د�أ لو�شاتلي ��ه‪ ,‬فعند �إ�ضافة خالت ال�صوديوم �إلى التفاعل المتوازن ال�سابق ف�أنها تتفكك ح�سب المعادلة ‪.‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‪Na‬‬

‫‪CH3COONa‬‬

‫‪245‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫‪+ H3O‬‬

‫‪CH3COO‬‬

‫= ‪+ H2O‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫‪-‬‬

‫ف� ��إن تركي ��ز ( ‪ ) CH3COO‬في الو�س ��ط �سيزيد على ما كان علي ��ه قبل �إ�ضافة المل ��ح و�سينحرف مو�ضع‬ ‫التوازن نحو الي�سار ح�سب مبد�أ لو�شاتليية ‪ ،‬بالتالي يقلل من ت�أين حم�ض الخل �أي يقلل من حم�ضية المحلول‬ ‫‬‫( �أي يقل ��ل م ��ن تركي ��ز‪� ,) H O+‬إن ما حدث للتوازن يعزى لكون �أي ��ون الخالت( ‪� )CH COO‬أيون‬ ‫‪3‬‬

‫‪3‬‬

‫م�شترك بين الملح الم�ضاف (‪ ) CH3COONa‬والمواد المتوازنة ويطلق على �أيون ( ‪ )CH3COO -‬ا�سم‬ ‫االيون الم�شترك ‪.‬‬

‫م���ا ت�أثير �إ�ض���افة ملح كلوريد الأمونيوم ‪� NH4Cl‬إل���ى محلول ‪ NH3‬في حالة اتزان على حالة‬ ‫االتزان وقيمة ‪ pH‬للمحلول ؟‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫المحاليل المنظمة ‪Buffer Solutions :‬‬ ‫للمحالي ��ل المنظمة �أهمية كبيرة فكثير من التفاع�ل�ات الكيميائية ال تحدث �إال في و�سط تكون فيه قيمة‬ ‫الرقم الهيدروجيني (‪ )pH‬ثابتة �إلى حد ما كذلك هناك كثي ٌر من العمليات الحيوية التي تحدث في �أج�سام‬ ‫المخلوق ��ات الحية تحتاج �إلى مثل هذه المحاليل المنظمة ‪ .‬كذل ��ك عمليات الكيمياء التحليلية مثل التر�سب‬ ‫ودباغة الجلود والطالء بالكهرباء تحدث عند قيم معينة من الرقم الهيدروجيني فما هو المحول المنظم ؟‬ ‫ومم يتركب ؟ وكيف يعمل ؟‬ ‫َّ‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪246‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬ ‫ويعرف المحلول المنظم على �أنه محلول يقاوم التغير المفاجئ في الرقم الهيدروجيني (‪ )pH‬وبالتالي‬ ‫[‪ H3O+‬عندما ت�ضاف �إليه كميات من حم�ض قوى �أو قاعدة قوية ‪.‬‬ ‫ويتك ��ون م ��ن خليط من مادتين �إحداهما عبارة عن حم�ض �ضعيف والأخرى ملح من �أمالح هذا الحم�ض ‪� ،‬أو‬ ‫يتكون من قاعدة �ضعيفة مع �أحد �أمالحها ‪ .‬ومن الأمثلة على المحاليل المنظمة ‪.‬‬

‫‪ -1‬حم�ض الخل ‪ +‬خالت ال�صوديوم‬

‫‪CH3COOH / CH3COONa‬‬

‫‪ -2‬هيدروك�سيد الأمونيوم ‪ +‬كلوريد الأمونيوم ‬

‫‪NH4OH / NH4Cl‬‬

‫‪ -3‬حم�ض الكربون ‪ +‬كربونات ال�صوديوم‬

‫‪H2CO3 / Na2CO3‬‬

‫‪ -1‬من خالل معرفتك بالأحما�ض والقواعد ال�ضعيفة اذكر �أمثلة لمحاليل منظمة ‪.‬‬

‫كيفية عمل المحلول المنظم ؟‬ ‫يق ��اوم المحلول المنظم التغير الناتج عن وجود م ��ادة معينة ( حم�ض قوي �أو قاعدة قوية )في المحلول‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫حيث ي�ستطيع �أن يزيل �أيونات ‪ H‬الم�ضافة للنظام �أو يزيل �أيونات ‪ OH‬الم�ضافة ‪.‬‬

‫‪247‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬

‫كي ��ف يعمل المحلول المنظم المك ��ون من ‪/ CH3COONa‬‬ ‫عند �إ�ضافة حم�ض قوي (‪� ) H3O+‬أو قاعدة قوية (‪�) OH -‬إلى هذا المحلول ؟‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪ -1‬عن ��د �إ�ضاف ��ة كمية ب�سيطة من حم�ض قوي تحدث زيادة ف ��ي تركيز ‪ H3O‬وللتخل�ص من‬ ‫ه ��ذه الزيادة تتحد �أيونات الهيدرونيوم مع �أيونات الخ�ل�ات ذات ال�صفة القاعدية فيتكون‬ ‫‪+‬‬

‫حم�ض ح�سب المعادلة الآتية ‪+ H3O = CH3COOH + H2O‬‬

‫‪-‬‬

‫‪CH3COO‬‬

‫‪ -2‬عن ��د �إ�ضاف ��ة كمية ب�سيطة من قاع ��دة قوية تحدث زيادة في تركي ��ز ‪ OH -‬وللتخل�ص من‬ ‫هذه الزيادة تتحد �أيونات الهيدروك�سيد مع حم�ض الخل ذي ال�صفة الحم�ضية لتكوين �أيون‬ ‫الخالت ح�سب المعادلة الآتية ‪:‬‬ ‫‪+ OH- = CH3COO- + H2O‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫وهكذا ف�إن المحلول المنظم ي�ستطيع �أن يلغي �أثر �إ�ضافة �أي حم�ض �أو قاعدة وتبقي ‪ pH‬ثابتة‬ ‫تقريب ًا للمحلول ‪.‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫ون" (الذاريات‪)21:‬‬ ‫قال تعالى ‪َ " :‬و ِفي �أَ ْنف ُِ�س ُك ْم َ�أفَال ُت ْب ِ�ص ُر َ‬

‫لق ��د جع ��ل اهلل �سبحانه وتعالى في الدم مواد كيميائية تحافظ على قيمة ‪ pH‬بحيث تتراوح ما بين‬ ‫‪ 7.5– 7.3‬ف� ��إذا زادت ه ��ذه القيمة �أو قلت عن هذا المدى تح ��دث ا�ضطرابات ت�ؤدي �إلى حدوث‬ ‫تجلط في الدم �أو الوفاة‪ .‬ف�سبحان الذي خلق كل �شيء فقدره تقدير ًا ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪248‬‬

‫الأمالح وح�ساباتها‬

‫و�ض���ح بالمعادالت عمل المحلول المنظم (‪ )NH3/ NH4Cl‬عند �إ�ض���افة كميات ب�س���يطة من‬ ‫حم�ض وقاعدة قوية �إليه ‪.‬‬ ‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫�أهمية المحاليل المنظمة في حياتنا ‪:‬‬

‫‪249‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل الثامن‬

‫للمحالي ��ل المنظمة �أدوار ذات �أهمية بالغة ل�صحة الأج�سام الحية ونموها ‪ ،‬فوجودها �ضروري‬ ‫ل�ضم ��ان االنتظ ��ام الفيزيائي لعم ��ل �أجهزة الأج�سام الحي ��ة و�سير العمليات الحيوي ��ة فيها ‪ .‬فمث ًال‬ ‫ف ��ي ج�س ��م الإن�سان تحت ��وي الع�صارة المعدية عل ��ى محاليل منظمة ذات حم�ضي ��ة قوية قيمة ‪pH‬‬ ‫فيه ��ا ت�س ��اوي ‪ 1,4‬وهي تق ��ارن بحم�ضية محلول من حم� ��ض الهيدوكلوريك تركي ��زه ‪ 01.‬موالري‪،‬‬ ‫ه ��ذه الحم�ضية العالية مهمة ج ��د ًا لجعل عملية التحلل المائي للبروتين ��ات وتحويلها �إلى حوام�ض‬ ‫�أميني ��ه �أكف�أ ما يمكن ‪ .‬وعملية التحلل المائي للبروتينات الزمة لأن جزيئاتها كبيرة بحيث ال يمكن‬ ‫امت�صا�صه ��ا من ج ��دران الأمعاء ‪� ،‬أما جزيئات الأحما�ض الأميني ��ة الناتجة فت�ستطيع �أن تنفذ من‬ ‫ج ��دران الأمع ��اء و يمكن امت�صا�صها بوا�سطة التي ��ارات الدموية ‪ .‬كما �أنه ��ا �ضرورية في تح�ضير‬ ‫�أطعمة �أمينية و�أنواع ال�شراب وفي تح�ضير التربة المالئمة لنمو المحا�صيل �إ�ضافة �إلى �أهميتها في‬ ‫الأغرا�ض الكيميائية وال�صناعية المختلفة وفي البحث الطبي ‪.‬‬

‫�أ�سئلة الف�صل الثامن‬ ‫�س ‪ : 1‬بين ما �سيطر�أ على الرقم الهيدروجيني ‪ pH‬عند �إ�ضافة ‪:‬‬ ‫‪ -1‬خالت البوتا�سيوم �إلى محلول حم�ض الخل ‪.‬‬ ‫‪ -2‬نترات الأمونيوم �إلى محلول الن�شادر ‪.‬‬

‫����س ‪� : 2‬أي مما يلي يك ِّون محلو ًال منظماً مو�ض���حاً بالمع���ادالت طريقة عمل المحلول‬ ‫المنظم ؟‬ ‫ محلول ‪ KCl‬مع ‪HCl‬‬‫ محلول ‪ NH4OH‬مع ‪NH3‬‬‫ محلول ‪ NaOH‬مع ‪NaCl‬‬‫‪ -‬محلول ‪ HCN‬مع ‪NaCN‬‬

‫�س ‪ : 3‬ما ت�أثير محاليل الأمالح التالية على ورق تباع ال�شم�س؟ و�ضح بالمعادالت ‪.‬‬ ‫‪KNO2 . LiBr . N2H5Cl‬‬

‫�س ‪ : 4‬اح�سب ‪ pH‬لمحلول بنزوات �صوديوم تركيز ‪ 0.02‬موالر ‪.‬‬ ‫‪5‬‬‫ ‬ ‫علم ًا ب�أن ‪ Ka‬لحم�ض البنزويك ‪10 × 6.5‬‬ ‫‪-‬‬

‫(‪) C6H5COOH‬‬

‫�س ‪ : 5‬اح�سب تركيز �أيون الهيدروك�سيد ‪ OH‬لمحول كلوريد الأمونيوم في محلول‬ ‫تركيزه ‪ 0.01‬موالر علم ًا ب�أن ‪ Kb‬للن�شادر = ‪5-10 × 1.8‬‬ ‫����س‪ : 6‬رتب المحاليل التالية ت�ص���اعدياً ح�س���ب قيمة ( ‪ ) pH‬له���ا علماً ب�أن المحاليل‬ ‫لها نف�س التركيز‪:‬‬ ‫( ‪. ) HCl ، NaCl ، Na2CO3 ، NH4Cl‬‬

‫‪250‬‬

‫الكيمياء الكهربية‬

‫تفاعالت الأك�سدة واالختزال‬ ‫والخاليا الكهروكيميائية‬

‫الأهداف‬ ‫ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تحدد مفهوم الأك�سدة واالختزال ‪.‬‬ ‫‪ -2‬تميز العامل الم�ؤك�سد والعامل المختزل في تفاعالت الأك�سدة واالختزال‪.‬‬ ‫‪ -3‬تزن المعادالت في تفاعالت الأك�سدة واالختزال ‪.‬‬ ‫‪ -4‬ت�شرح طريقة عمل الخاليا الجلفانية و �أن�صاف التفاعل فيها ‪.‬‬ ‫‪ -5‬ت�ستنتج فوائد ال�سل�سلة الكهروكيميائية وعالقتها بتكوين الخاليا الجلفانية‪.‬‬ ‫‪ -6‬تجري الح�سابات الم�صاحبة لجهود الخاليا وعالقتها بتلقائية التفاعل في الخلية ‪.‬‬ ‫‪ -7‬ت�ستنتج العوامل الم�ؤثرة في جهد الخلية الفولتية ‪.‬‬ ‫‪ -8‬ت�شرح طريقة عمل الخاليا ( التحليلية) ‪.‬‬ ‫‪ -9‬تتعرف بع�ض التطبيقات الحياتية للخاليا الكهروكيميائية‪.‬‬ ‫‪ -10‬تقارن بين الخاليا التحليلية والخاليا الجلفانية ‪.‬‬

‫‪252‬‬

‫المقدمة‬ ‫تع ��د جميع التفاع�ل�ات الكيميائية ذات طبيعة كهربي ��ة ‪ ,‬وذلك لأن جميع �أنواع الرواب ��ط الكيميائية تتم‬ ‫دائم� � ًا ع ��ن طريق الإلكترونات الموجودة في المجاالت الخارجية لل ��ذرات ‪ .‬والكيمياء الكهربية في حقيقتها‬ ‫درا�سة لظواهر الأك�سدة واالختزال حيث تتناول درا�سة التحول المتبادل بين الطــــاقة الكيميائية والطـــــاقة‬ ‫الكهربي ��ة �ضم ��ن �إطار تفاع�ل�ات الأك�سدة واالخت ��زال التي‬ ‫ت�شم ��ل ق�سم ًا هام� � ًا جد ًا م ��ن التفاع�ل�ات الكيميائية ‪ ,‬وقد‬ ‫�أمك ��ن اال�ستف ��ادة من الطاق ��ة الكهربية الناتج ��ة من بع�ض‬ ‫التفاعالت الكيميائية في كثير من نواحي الحياة ‪ .‬فالخاليا‬ ‫الكهروكيميائي ��ة ت�ستخ ��دم ب�شكل وا�سع في الحي ��اة اليومية‬ ‫وفي هذا الف�صل �سوف نتعرف تفاعالت الأك�سدة واالختزال‬ ‫والمفاهيم الأ�سا�سية الم�شتملة عليها وطرق وزن معادالتها‪,‬‬ ‫�شكل ( ‪� ) 1-9‬صد�أ الحديد‬ ‫ث ��م نتط ��رق للخالي ��ا الكهروكيميائي ��ة و�أه ��م تطبيقاته ��ا‬ ‫الحياتية‪.‬‬ ‫• حي ��ن نت ��رك قطعة م ��ن الحديد في جو رط ��ب لمدة من‬ ‫الزمن ماذا تالحظ عليها ؟‬ ‫• حين تقطع ثم ��رة التفاح �أو الكمثرى وتتركها لدقائق في‬ ‫الجو‪ ,‬ماذا تالحظ �أي�ضا ؟‬

‫‪253‬‬

‫�شكل (‪ ) 2 -9‬تكون الأمالح‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫• وحي ��ن ت�شع ��ل قطعة من الخ�شب ينت ��ج قدر كبير من‬ ‫الطاقة الحرارية وال�ضوئية ويتغير �شكل الخ�شب ‪.‬‬ ‫• وحين تتناول وجبة طعام ت�شعر بطاقة فما م�صدر هذه الطاقة ؟‬ ‫�إن م ��ا ح ��دث في كل تل ��ك الم�شاهدات ال�سابقة الب ��د و�أن يكون تفاع ًال كيميائي� � ًا ‪� ,‬أحدث تغيرات ظاهرة‬ ‫للمادة �سبب �إحداث تغيرات في تركيبها‪ ,‬هذا النوع من التفاعالت يمر بنا كثير ًا في حياتنا دون �أن يعرف‬ ‫الكثي ��ر منا ما هو ؟ وكيف يحدث ؟ هذه التفاعالت تع ��رف بتفاعالت الأك�سدة واالختزال ‪.‬فما هو مفهوم‬ ‫الأك�سدة واالختزال ؟‬ ‫�شكل ( ‪ ) 3- 9‬احتراق الخ�شب‬

‫تطور مفهوم الأك�سدة واالختزال‬ ‫�أو ًال ‪ :‬مفهوم الأك�سدة واالختزال قديماً‬ ‫التفاعالت الآتية تمثل تفاعالت �أك�سدة ‪:‬‬ ‫مجموعة (�أ)‬ ‫)‪2MgO (s‬‬ ‫)‪2 Sn(s) + 2CO(g‬‬

‫)‪2Mg(s)+ O2(g‬‬

‫مجموعة (ب)‬ ‫)‪Zn(s) + H2SO4(aq) ZnSO4(s) + H2(g‬‬

‫)‪2NaOH(aq) + H2(g) 2SnO(s) +2C(s‬‬

‫)‪2Na(s) + 2H2O(l‬‬

‫من خالل تمعنك في التفاعالت ال�سابقة ‪:‬‬ ‫• ما العن�صر الم�شترك في المتفاعالت في تفاعالت المجموعة (�أ ) ؟‬ ‫• ما العن�صر الم�شترك في النواتج في تفاعالت المجموعة (ب) ؟‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫• ما الذي ت�شتمل عليه تفاعالت الأك�سدة ؟‬ ‫كان ينظ ��ر لعملي ��ة الأك�سدة على �أنها �إدخال ذرة �أك�سجين �أو �أكثر في جزيء المادة �سوا ًء كان ذلك بالتفاعل‬ ‫المبا�ش ��ر م ��ع الأك�سجين �أو بالتفاعل مع مادة تحتوي علي ��ه ( كما الحظت ذلك في تفاعالت المجموعة �أ ) ‪.‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪254‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫ث ��م ات�س ��ع مفهوم عملية الأك�س ��دة لي�شمل نزع ذرة هيدروجين �أو �أكثر من ج ��زيء المادة ( كما في تفاعالت‬ ‫المجموع ��ة ب ) ‪ ,‬بالإ�ضاف ��ة �إلى المفه ��وم ال�سابق ‪.‬وبالمثل لمفهوم عملية االخت ��زال ‪ .‬فماذا تتوقع �أن تكون‬ ‫�صيغة ذلك المفهوم ‪ .‬لكي يمكنك التو�صل �إلى ذلك تمعن في التفاعالت التالية التي تمثل تفاعالت اختزال‬ ‫مجموعة (ب)‬

‫مجموعة (�أ)‬ ‫‪2HCl‬‬

‫)‪Cl2 (g)+ H2(g‬‬

‫)‪Hg(s)+ O2(g‬‬

‫)‪2HgO(s‬‬

‫)‪C2H4(g‬‬

‫)‪C2H2(g) + H2(g‬‬

‫‪2KCl(s)+ 3O2‬‬

‫)‪2KClO3 (s‬‬

‫)‪(g‬‬

‫كان ينظ ��ر لعملي ��ة االختزال على �إنه ��ا �إدخال ذرة هيدروجين �أو �أكثر في ج ��زيء المادة ( كما في تفاعالت‬ ‫المجموعة �أ ) ‪ ,‬ثم ات�سع مفهوم عملية االختزال لي�شمل نزع ذرة �أك�سجين �أو �أكثر من جزيء المادة( كما في‬ ‫تفاعالت المجموعة ب ) ‪ ,‬بالإ�ضافة �إلى المفهوم ال�سابق ‪.‬‬ ‫مما �سبق نالحظ �أن الحكم على التفاعل هل هو �أك�سدة �أو اختزال يتم من خالل النظر �إلى ذرتي الأك�سجين‬ ‫والهيدروجين ودورهما في التفاعل ‪.‬‬

‫حدد تفاعالت الأك�سدة وتفاعالت االختزال وفق المفهوم القديم لهما ‪.‬‬ ‫‪2Al2O3‬‬

‫‪+‬‬

‫‪4Al 3O2‬‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪2HBr‬‬

‫‪+‬‬

‫‪Br2 H2‬‬

‫‪C2H6O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪C2H4O H2‬‬

‫‪...................................................................................................‬‬

‫‪255‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪...................................................................................................‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫‪C + O2‬‬

‫‪CO2‬‬

‫‪...................................................................................................‬‬

‫ثانياً ‪ :‬مفهوم الأك�سدة واالختزال حديثاً‬ ‫نظر ًا لقابلية المعرفة العلمية للتجدد والتطور وفق ما تم عليها من بحوث ودرا�سات فقد تطور مفهوم عمليتي‬ ‫الأك�سدة واالختزال فكيف تم ذلك ؟‬ ‫الح ��ظ العلماء �أن ��ه في كل عملية �أك�سدة ( وف ��ق المفهوم القديم ) يحدث تغير ف ��ي �إلكترونات بع�ض المواد‬ ‫�أثناء التفاعل ‪ ,‬كما لوحظ تغير في �إلكترونات المواد �أثناء عملية االختزال وبدرا�سة تلك التفاعالت وجد �أن‬ ‫الم ��ادة التي تت�أك�سد ( تتحد بالأك�سجين ) تفق ��د �شيئ ًا من الكتروناتها بينما تكت�سب تلك المادة التي يحدث‬ ‫لها عملية اختزال ( تتحد مع الهيدروجين ) �شيئ ًا من االلكترونات ‪.‬فمثال الحظ في التفاعل التالي ‪:‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪Ca‬‬ ‫‪:‬‬ ‫‪1s‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪2s‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪2p‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪3s‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪3p‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪4s‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪++‬‬ ‫‪Ca : 1s2 , 2s2 , 2p6 , 3s2 , 3p6‬‬

‫�أك�سدة‬ ‫فقد �إلكترونات‬

‫‪2CaO‬‬ ‫اختزال‬

‫‪O2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪:‬‬ ‫‪1s‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪2s‬‬ ‫‪,‬‬ ‫‪2p‬‬ ‫‪8‬‬

‫‪2Ca‬‬

‫‪O : 1s2 , 2s2 , 2p6‬‬ ‫‪--‬‬

‫اكت�ساب �إلكترونات‬

‫هن ��اك تفاع�ل�ات كثي ��رة ال تحت ��وى عل ��ى الأك�سجي ��ن �أو الهيدروجين ومع ذل ��ك تعد من تفاع�ل�ات الأك�سدة‬ ‫واالختزال مثل‬ ‫‪Zn‬‬ ‫‪+ Cu ++‬‬ ‫‪Zn ++‬‬ ‫‪+ Cu‬‬ ‫)‪(s‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫يت�ضمن هذا التفاعل حدوث عمليتين في �آن واحد هما ‪:‬‬ ‫‪ -1‬فقد �إلكترونيين من فلز الخار�صين وتحوله �إلى �أيون ثنائي موجب‪.‬‬ ‫‪ -2‬ك�سب �إلكترونين �إلى �أيون النحا�س الثنائي وتحوله �إلى فلز النحا�س ‪.‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪256‬‬

‫)‪(s‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫ت�سمي عملية فقدان الإلكترونات في التفاعل الكيميائي الأك�سدة ‪.‬‬ ‫كما ت�سمى عملية ك�سب الإلكترونات في التفاعل الكيميائي االختزال ‪.‬‬ ‫�أك�سدة‬ ‫فقد الكترونات‬

‫)‪Zn++(aq) + Cu(s‬‬

‫‪++‬‬

‫)‪Zn(s) + Cu (aq‬‬

‫اختزال‬ ‫اكت�ساب �إلكترونات‬

‫�شكل ( ‪ )4-9‬تفاعل الخار�صين‬ ‫و�أيونات النحا�س‬

‫�إذن ت�سم ��ى التفاع�ل�ات التي يحدث فيه ��ا انتقال الإلكترونات بي ��ن المواد المتفاعل ��ة والناتجة تفاعالت‬ ‫الأك�سدة واالختزال ‪.‬‬

‫هل يمكن �أن تحدث عملية الأك�سدة منف�صلة عن عملية االختزال ؟ و�ضح ذلك ‪.‬‬ ‫والآن لنا �أن نت�ساءل ‪ :‬ما ت�أثير �أيون النحا�س (‪ )Cu++‬على فلز الخار�صين (‪ ) Zn‬؟‬ ‫وما ت�أثير فلز الخار�صين (‪ ) Zn‬على �أيون النحا�س (‪ )Cu++‬؟‬ ‫نالحظ في التفاعل ال�سابق �أن الخار�صين ت�أك�سد �إلى �أيونات الخار�صين الثنائي ( ‪ )Zn++‬بفعل �أيونات‬

‫‪+‬‬

‫‪++‬‬

‫‪++‬‬

‫‪Zn(aq) Cu‬‬

‫)‪(s‬‬

‫)‪Cu (aq‬‬

‫عامل م�ؤك�سد‬

‫‪257‬‬

‫‪+‬‬ ‫)‪(s‬‬

‫‪Zn‬‬

‫عامل مختزل‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫النحا�س الثنائية ( ‪ . ) Cu++‬و�أيونات النحا�س الثنائية اختزلت �إلى ذرات نحا�س بفعل ذرات الخار�صين‪.‬‬ ‫�أي �أن �أيونات النحا�س �أك�سدت ذرات فلز الخار�صين ‪,‬وذرات فلز الخار�صين اختزلت �أيونات النحا�س ‪.‬‬ ‫ت�سمى �أيونات النحا�س التي تختزل ( تكت�سب �إلكترونات ) في هذا التفاعل عامل م�ؤك�سد ‪ .‬وت�سمى ذرات‬ ‫الخار�صين التي تت�أك�سد ( تفقد �إلكترونات ) في هذا التفاعل عامل مختزل ‪.‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫‪� -1‬أكمل الفراغات التالية ‪:‬‬ ‫�أ – العام ��ل الم�ؤك�س ��د ‪ ..............‬الم ��ادة الت ��ي يتفاع ��ل معه ��ا وتح ��دث ل ��ه عملي ��ة‬ ‫‪ .........................‬و ‪ .................‬بع�ض الإلكترونات ‪.‬‬ ‫ب – العام ��ل المخت ��زل ‪ .........‬الم ��ادة الت ��ي يتفاع ��ل معه ��ا وتح ��دث ل ��ه عملي ��ة‬ ‫‪ .......................‬و ‪ ......................‬بع�ض الإلكترونات ‪.‬‬ ‫‪ -2‬حدد العامل ال ُم� ِ‬ ‫ؤك�سد والعامل ال ُمختزِل والمادة التي ت�أك�سدت والمادة التي اخ ُت ِز َل ْت في‬ ‫التفاعالت التالية‬ ‫‪+‬‬ ‫)‪Sn(s) 2Ag (aq‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪+ 2Cl-(aq‬‬ ‫التفاعل‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫المادة التي‬ ‫ت�أك�سدت‬

‫)‪+ 2Ag(s‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫)‪+ Cl (g‬‬

‫‪2Li‬‬

‫‪2‬‬

‫المادة التي‬ ‫اختُزِ َل ْت‬

‫‪++‬‬

‫‪Sn‬‬

‫)‪2Li(s‬‬

‫عامل م� ِ‬ ‫ؤك�سد‬

‫عامل مختزِ ل‬

‫�أعداد الأك�سدة‬ ‫الف�صل التا�سع‬

‫�أدخ ��ل الكيميائي ��ون مفهوم عدد الأك�سدة لنتمك ��ن من تحديد المادة التي تت�أك�س ��د والتي تختزل في �أي‬ ‫تفاعل يمر بنا ‪ ,‬فما المق�صود بعدد الأك�سدة ؟ وكيف يمكن ح�ساب عدد الأك�سدة للذرات ؟‬ ‫يعرف عدد الأك�سدة ب�أنه عدد الإلكترونات التي يمكن �أن تفقدها �أو تكت�سبها �أو ت�ساهم بها ذرة العن�صر‬ ‫خ�ل�ال التفاعل‪ .‬وبا�ستقراء �أعداد الأك�س ��دة للعنا�صر الأكثر تداو ًال في درا�سة الكيمياء ا�ستنتج العلماء بع�ض‬ ‫القواعد لتحديد �أعداد الأك�سدة لبع�ض العنا�صر والأيونات ‪.‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪258‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫قواعد تحديد �أعداد الأك�سدة لبع�ض العنا�صر والأيونات‬

‫يتم تحديد �أعداد الأك�سدة للعنا�صر في المركبات وفق القواعد التالية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬عدد الأك�سدة لأي عن�صر حر (غير متحد) ي�ساوي �صفراً �سواء كان العن�صر ذرة مفردة‬ ‫�أوجزيئاً عديد الذرات فمث ً‬ ‫ال ‪:‬‬ ‫عدد الأك�سدة للعنا�صر‬

‫‪N2 , O2 , S8 , Na, Cl2‬‬

‫‪� = ....‬صفر ًا‬

‫‪ -2‬عدد الأك�سدة للأيونات المكونة من ذرة واحدة ( الأيونات �أحادية الذرة ) ي�ساوي‬ ‫ال�شحنة التي يحملها الأيون نوعاً ومقدراً فمث ً‬ ‫ال‪:‬‬ ‫عدد �أك�سدة كل من الأيونات التالية كما يلي ‪:‬‬ ‫عدد الأك�سدة لأيون‬ ‫‪, -2 = O-2 , +1 = K+‬‬

‫‪+3 =Al+3‬‬

‫‪ -3‬عدد الأك�سدة لعنا�صر المجموعة الأولى( �أ )في مركباتها = ( ‪ ) 1+‬مثل ( ‪.… Li , Na ,K‬‬ ‫ولعنا�صر المجموعة الثانية ( �أ ) في مركباتها مثل ( ‪ 2+ = ) .…, Ca , Mg , Ba‬فمث ً‬ ‫ال ‪:‬‬ ‫المجموعة‬

‫‪�1‬أ‬

‫عدد الأك�سدة لل�صوديوم في المركبات التالية = ‪1+‬‬ ‫‪ NaNO3‬و ‪ NaOH‬و ‪NaCl‬‬

‫عدد الأك�سدة للكال�سيوم في المركبات التالية = ‪2+‬‬ ‫‪ Ca(OH)2‬و ‪ CaCl2‬و ‪CaSO4‬‬

‫‪259‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪�2‬أ‬

‫�أمثلة‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ –4‬عدد الأك�سدة لعنا�صر المجموعة ال�سابعة ( الهالوجينات ) في معظم المركبات = ‪1-‬‬ ‫ع ��دا مركباته ��ا م ��ع الأك�سجي ��ن فت�أخذ �أع ��داد �أك�سدة موجب ��ة لأن الأك�سجي ��ن �أعلى �سالبي� � ًة كهربي ًة من‬ ‫الهالوجين ��ات ما عدا الفلور الينطبق علية ذلك حيث ي�أخذ �أعداد �أك�سدة �سالبة دائم ًا في مركباته لأنه �أعلى‬ ‫العنا�صر في ال�سالبية الكهربائية في الجدول الدوري ‪.‬‬ ‫عدد الأك�سدة للكلور في المركبات التالية‬

‫) ‪: ( -1=Cl‬‬

‫‪NaCl , HCl , CaCl2‬‬

‫وعدد الأك�سدة للكلور ( ‪ )1 + =Cl‬في مركب ‪ , Cl2O‬وعدد الأك�سدة للكلور ( ‪) 7+ = Cl‬‬ ‫في مركب ‪KClO4‬‬

‫عدد الأك�سدة للفلور( ‪) 1 -= F‬‬

‫في مركب ‪OF2‬‬

‫‪ –5‬عدد الأك�سدة للهيدروجين في مركباته = ‪ 1+‬ماعدا الهيدريدات ( مركبات الهيدروجين‬ ‫مع الفلزات ) وبع�ض مركبات الهيدروجين المعقدة = ‪ 1-‬فمث ً‬ ‫ال‬ ‫عدد الأك�سدة للهيدروجين (‪)1+ = H‬‬

‫في المركبات التالية ‪NaOH , HCl , H2O‬‬

‫وعدد الأك�سدة للهيدروجين (‪ )1- = H‬في المركبات الآتية‬

‫= ‪, 1+‬‬

‫‪LiAlH4 , NaH , CaH2‬‬

‫‪NaBH4‬‬

‫‪ -6‬عدد الأك�س���دة للأك�س���جين في مركباته = ‪ 2-‬وي�س���تثنى من ذلك عندما يرتبط الأك�س���جين‬ ‫بالأك�سجين في المركبات التي تعرف بفوق الأكا�سيد ف�إن عدد الأك�سدة للأك�سجين=‪1-‬فمث ً‬ ‫ال‪:‬‬ ‫الف�صل التا�سع‬

‫عدد الأك�سدة للأك�سجين(‪ ) 2-=O‬في المركبات التالية ‪:‬‬

‫‪NaOH , H O , H CO‬‬

‫‪3‬‬

‫وعدد الأك�سدة للأك�سجين( ‪) 1-=O‬في المركبات الآتية ‪:‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪260‬‬

‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪H O2 , Na O‬‬

‫‪2 2‬‬

‫‪2‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ –7‬المجموع الجبري لأعداد الأك�سدة للعنا�صر في جزيء متعادل = �صفراً فمث ً‬ ‫ال ‪:‬‬ ‫في مركب ‪ H2O‬عدد الأك�سدة للأك�سجين = ‪ , 2-‬عدد الأك�سدة لذرة واحدة من الهيدروجين =‪,1+‬‬ ‫للذرتين = ‪2 + = 2 × 1+‬‬ ‫المجموع الجبري لأعداد الأك�سدة = ( ‪� = ) 2+ ( + ) 2-‬صفر ًا‬

‫‪ – 8‬مجموع �أعداد �أك�سدة ذرات �أيون الجزيء ( الجذر ) = �شحنته نوعاً ومقداراً فمث ً‬ ‫ال‬ ‫مجموع �أعداد �أك�سدة ذرات الأيون‬

‫‪-‬‬

‫‪1- = NO3‬‬

‫والأيون‬

‫‪+‬‬

‫‪NH4‬‬

‫= ‪1+‬‬

‫ويتم تعيين �أعداد الأك�سدة لذرات العنا�صر في المركبات والأيونات المختلفة بتطبيق القواعد ال�سابقة كما‬ ‫يت�ضح في الأمثلة التالية ‪:‬‬ ‫اح�سب عدد الأك�سدة للعنا�صر التي تحتها خط في المركبات التالية ‪:‬‬ ‫‪Fe(OH)2+‬‬

‫‪, H2SO4 ,‬‬

‫‪K2Cr2O7‬‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫‪ 1-‬المركب‬

‫‪H2SO4‬‬

‫‪:‬‬

‫بما �أن مجموع �أعداد الأك�سدة للذرات في المركب المتعادل = �صفر ًا‬ ‫�إذن ‪ ×4 ( :‬عدد �أك�سدة ذرة الأك�سجين ) ‪ ( +‬عدد �أك�سدة ذرة الكبريت ) ‪+‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫( ‪ ×2‬عدد �أك�سدة ذرة الهيدروجين ) = �صفر ‪.‬‬ ‫‪ + ) -2(4‬عدد �أك�سدة ذرة الكبريت ‪� = ) +1(2 +‬صفر‬ ‫�إذن ‪ :‬عدد �أك�سدة ذرة الكبريت في المركب ‪H2SO4= +6‬‬

‫‪261‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪+‬‬ ‫‪ – 2‬المركب ‪: Fe (OH)2‬‬

‫بما �أن �أعداد الأك�سدة للذرات في الأيون عديد الذرات = �شحنة الأيون �إذن‬ ‫(‪ × 2‬عدد �أك�سدة ذرة الهيدروجين ) ‪ ×2 ( +‬عدد �أك�سدة ذرة الأك�سجين ) ‪+‬‬ ‫( عدد �أك�سدة ذرة الحديد) = ‪1+‬‬ ‫‪ + )2-(2+ )1+(2‬عدد �أك�سدة ذرة الحديد = ‪1+‬‬

‫‪ + 4-2+‬عدد �أك�سدة‬

‫ذرة الحديد = ‪3+‬‬ ‫�إذن عدد �أك�سدة ذرة الحديد = ‪3+‬‬ ‫‪ -3‬في المركب‬

‫‪K2Cr2O7‬‬

‫بما �أن مجموع �أعداد الأك�سدة للذرات في المركب المتعادل = �صفر ًا‬ ‫�إذن‬ ‫(‪ × 7‬عدد �أك�سدة ذرة الأك�سجين ) ‪ ×2 ( +‬عدد �أك�سدة ذرة الكروم ) ‪ ×2 ( +‬عدد �أك�سدة‬ ‫ذرة البوتا�سيوم) = �صفر‬ ‫(‪×2( + )2-(×7‬عدد �أك�سدة ذرة الكروم ‪� = ) 1+ (2 +‬صفر‬ ‫�أك�سدة ذرة الكروم ‪� = 2+‬صفر‬ ‫‪ ×2‬عدد �أك�سدة ذرة الكروم = ‪12+‬‬ ‫‪12+‬‬ ‫�إذن عدد �أك�سدة ذرة الكروم =‬ ‫‪2‬‬

‫=‪6+‬‬

‫الف�صل التا�سع‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪262‬‬

‫‪ ×2 + 14-‬عدد‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫اح�سب عدد الأك�سدة للعنا�صر التي تحتها خط فيما يلي وفقاً للقواعد ال�سابقة‪.‬‬ ‫‪N2O2‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪KMnO4‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪SO4- 2‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪N2‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪NaH‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪Al 3‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪CO2‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫‪263‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪N2‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪NaH‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪Al 3‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪CO2‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫الأك�سدة واالختزال في �ضوء مفهوم عدد الأك�سدة‬ ‫تحديد �أعداد الأك�سدة للعنا�صر في تفاعل ما ت�ساعدنا على معرفة ما �إذا كان هذا التفاعل من تفاعالت‬ ‫الأك�س ��دة واالخت ��زال �أم ال ‪ .‬وذل ��ك من خالل مالحظة التغي ��ر الذي يحدث في �أعداد �أك�س ��دة الذرات �أثناء‬ ‫التفاع ��ل ‪ ,‬فالتفاع�ل�ات التي ال ي�صاحبه ��ا تغير في �أعداد �أك�س ��دة الذرات �أثناء التفاع ��ل ال تعتبر تفاعالت‬ ‫‪+1‬‬ ‫‪+1‬‬ ‫�أك�سدة واختزال فمث ًال‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪+‬‬ ‫)‪K (aq) + Cl - (aq‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪-1‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫)‪KCl(s‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪264‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫نالح ��ظ �أن ��ه في التفاع ��ل ال�سابق لم يحدث �أي تغير في �أع ��داد �أك�سدة الذرات خ�ل�ال التفاعل وبالتالي‬ ‫اليمك ��ن اعتباره تفاعل �أك�سدة واختزال ‪� .‬أما التفاعالت التي ي�صاحبها تغير في �أعداد �أك�سدة الذرات �أثناء‬ ‫التفاعل تعتبر تفاعالت �أك�سدة واختزال ‪.‬‬ ‫والآن لنا �أن نت�ساءل ‪ :‬كيف تتغير �أعداد �أك�سدة الذرات التي تت�أك�سد �أو تختزل في تفاعل ما ؟‬ ‫دقق النظر في معادلة التفاعل الآتي ‪:‬‬ ‫�صفر‬ ‫‪� ( 1+‬أك�سدة ) زيادة في عدد الأك�سدة‬ ‫)‪2K(s) + Cl2(g‬‬

‫)‪2KCl(s‬‬

‫‪ ( 1-‬اختزال ) نق�صان في عدد الأك�سدة �صفر‬

‫بعد تحديد �أعداد الأك�سدة نالحظ �أن البوتا�سيوم فقد �إلكترون ( ت�أك�سد ) ونتج من ذلك زيادة في عدد اك�سدته‬ ‫( من �صفر �إلى ‪ , ) 1+‬بينما غاز الكلور اكت�سب �إلكترون ( اختزل ) ونتج من ذلك نق�صان في عدد �أك�سدته( من‬ ‫�صفر �إلى ‪� . ) 1-‬إذ ًا يمكننا �إعادة تعريف عملية الأك�سدة واالختزال من خالل مفهوم �أعدادالأك�سدة كما يلي‬ ‫الأك�س���دة ‪ :‬ه ��ي العملية التي يزداد فيها ع ��دد �أك�سدة ذرة العن�صر نتيجة لفقده ��ا الكترون �أو �أكثر‬ ‫�أثناء التفاعل ‪.‬‬ ‫االخت���زال ‪ :‬ه ��ي العملية التي يقل فيه ��ا عدد �أك�سدة ذرة العن�ص ��ر نتيجةلإكت�سابها الكترون �أو �أكثر‬ ‫�أثناء التفاعل ‪.‬‬ ‫يمكن اال�ستعانة بالمخطط الآتي في معرفة التغيرات في �أعداد الأك�سدة ‪.‬‬ ‫�أك�سدة ( زيادة في عدد الأك�سدة )‬

‫اختزال ( نق�صان في عدد الأك�سدة )‬

‫‪265‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪5+‬‬

‫‪4+‬‬

‫‪3+‬‬

‫‪2+‬‬

‫‪1+‬‬

‫�صف ��ر‬

‫‪1-‬‬

‫‪2-‬‬

‫‪3-‬‬

‫‪4-‬‬

‫‪5-‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫�أعد تعريف العامل الم�ؤك�سد والعامل المختزل في �ضوء مفهوم عدد الأك�سدة ‪.‬‬

‫‪ -1‬لديك التفاعليين الآتيين‪:‬‬ ‫)‪2Fe(s) + 3CO(g‬‬ ‫)‪Cr2O3(aq) + SO2(g‬‬

‫)‪1- Fe2O3(s) +3C(s‬‬ ‫)‪2- Cr2O7- 2(aq) +S(s‬‬

‫�أ – حدد الذرات التي ت�أك�سدت والتي اختزلت في التفاعليين ‪.‬‬ ‫ب – حدد الذرات التي ال يتغير عدد �أك�سدتها خالل التفاعل �إن وجدت ‪.‬‬ ‫‪ – 2‬هل التفاعل الآتي يمثل تفاعل �أك�سدة واختزال مع تو�ضيح ال�سبب ‪:‬‬ ‫)‪KBr(aq) + H2O(l‬‬

‫)‪KOH(aq) + HBr (l‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫ن�صفا التفاعل في معادالت الأك�سدة واالختزال‬ ‫الف�صل التا�سع‬

‫�سب ��ق و�أن عرفن ��ا �أن كل عملية �أك�س ��دة البد و�أن ترفقها عملي ��ة اختزال ‪� ,‬أي �أنهم ��ا عمليتان متالزمتان‬ ‫ومتزامنتان ‪ ,‬حيث يمكننا نظري ًا ولأغرا�ض التب�سيط �أن نق�سم كل تفاعل من هذا النوع �إلى ق�سمين ا�صطلح‬ ‫عل ��ى ت�سمي ��ة كل منهما ن�صفا تفاعل ‪ ,‬حيث يمث ��ل كل واحد منهما �إحدى العمليتي ��ن الحادثتين في التفاعل‬ ‫الكلي ‪ .‬ولتو�ضيح ذلك انظر �إلى المثال الآتي ‪:‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪266‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫)‪+ Cu (s‬‬

‫‪++‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪++‬‬

‫‪Ni‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫‪Ni (s) Cu‬‬

‫ولمعرف ��ة الم ��ادة التي تت�أك�س ��د والمادة التي تخت ��زل نحدد �أعداد �أك�س ��دة الذرات والأيون ��ات الم�شمولة في‬ ‫التفاعل‬ ‫( �أك�سدة ) زيادة في عدد الأك�سدة �صفر‬ ‫‪2+‬‬

‫)‪+ Cu(s‬‬

‫‪++‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫�صفر‬

‫‪++‬‬ ‫)‪Ni(s) Cu (aq‬‬

‫‪+‬‬

‫‪Ni‬‬

‫‪2+‬‬

‫اختزال‬

‫يمكنن ��ا �أن نق�س ��م هذا التفاعل �إلى ن�صفين يمث�ل�ان العمليتين اللتين حدثتا فيهم ��ا ( الأك�سدة واالختزال )‬ ‫وذلك بربط كل مادة وناتج التفاعل الذي حدث لها ( �أك�سدة �أو اختزال ) وو�ضعها في ن�صف تفاعل ‪ ,‬وبت�أمل‬ ‫التفاعل نجد �أن عن�صر النيكل يت�أك�سد �إلى �أيوناته الثنائية ويمكن كتابة المعادلة كما يلي ‪-:‬‬ ‫‪++‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫)‪Ni(s‬‬

‫‪Ni‬‬

‫ولكي نو�ضح التغير في الإلكترونات التى تفقدها ذرة النيكل يجب �أن نعدل المعادلة �إلى‬ ‫‪++‬‬ ‫)‪Ni(s‬‬ ‫‪Ni (aq) + 2 e‬‬‫نج ��د �أن ال�شحنات الكهربائية في طرفي التفاعل متوازنة وت�سم ��ى المعادلة ال�سابقة ن�صف تفاعل الأك�سدة‪.‬‬ ‫وم ��ن جهة �أخرى نجد �أن �أيون ��ات النحا�س الثنائية اختزلت �إلى ذرات متعادل ��ة فيمكننا كتابة ما حدث على‬ ‫ال�صورة الآتية ‪:‬‬ ‫‪++‬‬ ‫)‪Cu (aq‬‬

‫)‪+ Cu(s‬‬

‫‪+ 2e-‬‬

‫)‪Cu(s‬‬

‫‪267‬‬

‫‪++‬‬ ‫)‪Cu (aq‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫ولكي نو�ضح التغير في الإلكترونات التي تكت�سبها �أيونات النحا�س الثنائية يجب �أن نعدل المعادلة �إلى ال�صورة‬ ‫الآتية ‪:‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫نج ��د �أن ال�شحن ��ات الكهربائي ��ة في طرفي التفاع ��ل �أي�ض ًا متوازن ��ة وت�سمى المعادلة ال�سابق ��ة ن�صف تفاعل‬ ‫االخت ��زال ‪ .‬وبالنظر �إلى ن�صفي التفاعل نجد �أن عدد الإلكترونات المفقودة في عملية الأك�سدة ت�ساوي عدد‬ ‫الإلكترونات المكت�سبة في عملية االختزال ‪ ,‬كما نالحظ �أن حا�صل جمع الن�صفين يعطي التفاعل الكلي الذي‬ ‫يحدث بين �أيونات النحا�س الثنائي وذرات النيكل‬ ‫اكتب ن�صفي تفاعل الأك�سدة واالختزال للتفاعل التالي مع وزن �إلكترونات الن�صفين‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫)‪Ag (aq) + Al(s‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬ ‫)‪Ag(s) Al 3(aq‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫‪ -1‬نحدد �أعداد الأك�سدة للذرات والأيونات لمعرفة المادة التي تت�أك�سد والمادة التي تختزل‬ ‫‪3+‬‬

‫�أك�سدة‬

‫)‪Ag(s) + Al+3(aq‬‬ ‫�صفر‬

‫‪ -2‬نق�سم التفاعل �إلى ن�صفين كمايلي‬ ‫‪+‬‬ ‫)‪3e-+ Al 3(aq‬‬ ‫)‪Ag(s‬‬

‫�صفر‬

‫)‪Ag+(aq) + Al(s‬‬ ‫اختزال‬

‫‪1+‬‬

‫)‪Al(s‬‬

‫ن�صف تفاعل الأك�سدة‬

‫‪+‬‬ ‫‪Ag (aq)+ e-‬‬

‫ن�صف تفاعل االختزال‬

‫ولك ��ن نالحظ �أن ع ��دد الإلكترونات المفقودة في الأك�سدة ال ت�ساوي عدد الإلكترونات‬ ‫المكت�سب ��ة ف ��ي عملية االخت ��زال ‪ ,‬ولجعلها متكافئ ��ة يلزمنا �أن ن�ض ��رب ن�صف تفاعل‬ ‫االختزال في ‪ 3‬لنح�صل على ال�صورة التالية‬ ‫)‪3Ag(s‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪+ 3e-‬‬

‫‪+‬‬ ‫)‪3Ag (aq‬‬

‫وبجم ��ع ن�صفي تفاع ��ل الأك�سدة واالختزال �أعاله بع ��د وزن الإلكترونات فيهما نح�صل‬ ‫على التفاعل الموزون ‪-:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪+3‬‬ ‫)‪3Ag (aq) + Al(s‬‬ ‫)‪3Ag(s) + Al (aq‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪268‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫�أكتب ن�صفي الأك�سدة واالختزال للتفاعلين التاليين مع وزن �إلكترونات الن�صفين �إن لزم الأمر‬ ‫‪+‬‬ ‫)‪Au(s) + Mg 2(aq‬‬ ‫‪+‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪F -(aq) + H‬‬

‫)‪+ Mg(s‬‬

‫‪+3‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪1- Au‬‬

‫)‪2- F2(g) + H2(g‬‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................................‬‬

‫وزن المعادالت في تفاعالت الأك�سدة واالختزال‬ ‫عرفن ��ا �أن المعادلة الكيميائية الموزونة هي و�صف موج ��ز ودقيق للتعبير عن تفاعل كيمائي معين ت�شمل‬ ‫على رموز تو�ضع المواد المتفاعلة والناتجة والعالقات الكمية فيما بينهما ‪ ,‬فهل هناك �شروط يجب توافرها‬ ‫في المعادلة الموزونة ؟‬ ‫ولكي تكون المعادالت موزونة البد �أن تحقق �شرطين وهما ‪:‬‬

‫‪ -1‬قانون حفظ (الكتلة) المادة ‪:‬‬ ‫�أي �أن مجموع عدد الذرات لكل عن�صر متماثل في كل من المواد المتفاعلة والنواتج ‪.‬‬

‫‪ -2‬قانون حفظ ال�شحنة ‪:‬‬

‫وت�سمى المعادلة التي يتوفر فيها ال�شرطان ال�سابقان بالمعادلة الكيميائية الموزونة ‪.‬‬ ‫وق ��د كنا فيم ��ا م�ضي نح ��اول وزن المعادل ��ة الكيميائية بمج ��رد النظر �إليه ��ا ( نظرية المحاول ��ة والخط�أ)‬

‫‪269‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫�أي �أن مجم ��وع ال�شحن ��ات الكهربي ��ة الت ��ي تظهر على الم ��واد المتفاعلة ي�س ��اوي مجموع ال�شحنات‬ ‫الكهربائية التي تظهر على المواد الناتجة ‪.‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫وتطبي ��ق مب ��د�أ حفظ الكتلة حيث نت�أكد من ت�ساوي ع ��دد ذرات كل نوع في طرفي المعادلة فتكون موزونة‬ ‫عندئ ��ذ ‪ ,‬وه ��ذه الطريقة ت�صل ��ح لوزن معظم مع ��ادالت التفاعالت الت ��ي اليحدث خالله ��ا ت�أك�سد واختزال‬ ‫( انتق ��ال �إلكترونات ) كما يمكن �أن تطبق على بع�ض معادالت تفاعالت الأك�سدة واالختزال الب�سيطة ومثال‬ ‫على ذلك‬ ‫)‪CO(g‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪C(s) O2(g‬‬

‫وتكون موازنتها كالآتي ‪:‬‬ ‫)‪2CO(g‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪2C(s) O2(g‬‬

‫والآن وازن المعادلة الآتية ب�إتباع الطريقة ال�سابقة ( المحاولة والخط�أ )‬

‫‪+‬‬

‫)‪Fe(s) CO2(g‬‬

‫)‪Fe2O3(s) + CO(g‬‬

‫هل يمكنك ذلك ‪ ,‬ما ال�صعوبة التي تواجهك ؟‬ ‫لي�س جميع �أنواع معادالت الأك�سدة واالختزال يمكن وزنها بمجرد النظر فهناك تفاعالت �أك�سدة واختزال‬ ‫�أكثر تعقيد ًا وي�صعب موازنتها ‪ .‬لذا فكر العلماء في طرق �أخري لموازنتها ومن �أهم هذه الطرق ‪- :‬‬ ‫ ‪ 1‬طريقة ن�صف التفاعل ( طريقة الأيون – �إلكترون ) ‪.‬‬‫ ‪ 2‬طريقة �أعداد الأك�سدة ‪.‬‬‫ومن المالحظ �أن معظم تفاعالت الأك�سدة واالختزال تتم في و�سط مائي وقد يكون هذا الو�سط حم�ضي ًا‬ ‫�أو قاعدي ًا ويمكن التعرف على طريقة موازنة المعادالت في هذه الحاالت كما يلي ‪- :‬‬

‫�أوال ‪:‬وزن معادالت الأك�سدة واالختزال بطريقة ن�صف التفاعل( طريقة الأيون – �إلكترون ) ‪:‬‬ ‫الف�صل التا�سع‬

‫تعتمد هذه الطريقة على كتابة ن�صفي التفاعل الأك�سدة واالختزال ب�صورة م�ستقلة موزونة ثم جمعهما‬ ‫بعد م�ساواة عدد الإلكترونات المفقودة والمكت�سبة ‪.‬‬ ‫�أ – موازنة المعادالت في و�سط حم�ضي ‪ :‬ويمكن التعرف على خطوات الوزن من خالل المثال التالي ‪:‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪270‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫وازن التفاعل التالي في و�سط حم�ضي ‪:‬‬ ‫‪Cr+3 + Fe+3‬‬

‫‪Cr2O7 -2 + Fe+2‬‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫لموازنة هذه المعادلة نتبع الخطوات التالية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬نق�س ��م المعادلة �إلى ن�صفين يدل �أحدهما على الت�أك�سد والآخر على االختزال ‪ ,.‬نجد‬ ‫ف ��ي المعادل ��ة ال�سابقة �أن ع ��دد ت�أك�سد الك ��روم ( ‪ ) Cr‬يتغير من ‪� 6+‬إل ��ى ‪� 3+‬أي �أنه‬ ‫اخت ��زل ‪ .‬بينم ��ا يتغير ع ��دد الأك�سدة للحدي ��د ( ‪ )Fe‬من ‪� 2+‬إل ��ى ‪� 3+‬أي �أنه يت�أك�سد‬ ‫وبذلك يمكن كتابة ن�صفي التفاعل على النحو التالي‬ ‫اختزال‬

‫‪-‬‬

‫‪Cr+2‬‬

‫�أك�سدة‬

‫‪Cr2O72‬‬

‫‪Fe+3‬‬

‫‪Fe+2‬‬

‫‪ – 2‬نوازن ذرات العنا�صر ماعدا الأك�سجين والهيدروجين‬ ‫‪-‬‬

‫‪2Cr+3‬‬

‫‪Cr2O7 2‬‬

‫‪ – 3‬ن ��وازن ذرات الأك�سجين ب�إ�ضافة جزئ واحد من الماء لكل ذرة �أك�سجين ناق�صة �إلى‬ ‫الطرف الذي به نق�ص في ذرات الأك�سجين كمايلي‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫‪Cr2O72‬‬

‫‪2Cr+3 7H2O‬‬

‫‪ – 4‬ن ��وازن ذرات الهيدروجين الناق�صة ف ��ي �أحد طرفي المعادلة ب�إ�ضافة العدد المطلوب‬ ‫من �أيونات الهيدروجين (‪ ) H+‬كما يلي ‪- :‬‬ ‫‪2Cr+3 + 7H2O‬‬

‫‪-2‬‬

‫‪14H + + Cr2O7‬‬

‫المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأي�سر = ‪12+ = ) 2- ( × 1 + 14+‬‬ ‫المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأيمن = ‪6+ = ) 3+ ( × 2 + ) 0 ( × 7‬‬

‫‪271‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪ – 5‬ن ��وازن ال�شحنة الكهربائية ب�إ�ضافة عدد م ��ن الإلكترونات لأحد طرفي المعادلة على‬ ‫�أن ي�صبح المجموع الجبري لل�شحنات على طرفيها مت�ساوي ًا‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫لموازنة هذه المعادلة من حيث ال�شحنة ن�ضيف‪� 6e -‬إلكترون للطرف الأي�سر فت�صبح المعادلة‬ ‫‪+‬‬ ‫‪2Cr 3 + 7H2O‬‬

‫‪ – 6‬نكرر الخطوات ال�سابقة على ن�صف التفاعل التالي ‪:‬‬

‫‪+ 6e-‬‬

‫‪+‬‬ ‫‬‫‪14H + Cr2O72‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪Fe 3‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪Fe 2‬‬

‫فنالحظ �أن موازنة ال�شحنة تتم ب�إ�ضافة �إلكترون واحد �إلى جانب النواتج‬ ‫‪+‬‬ ‫‪Fe 2‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪Fe 3 + e-‬‬

‫‪ – 7‬نجع ��ل عدد الإلكترون ��ات المفقودة في ن�صف تفاعل الأك�سدة م�ساوي� � ًا لعدد الإلكترونات‬ ‫المكت�سب ��ة ف ��ي ن�صف تفاعل االختزال وذل ��ك ب�ضرب معادلة الأك�سدة ف ��ي ( ‪ ) 6‬ومعادلة‬ ‫االختزال في ( ‪ ) 1‬فت�صبح‬ ‫‪+‬‬ ‫) ‪2Cr 3 + 7H2O‬‬

‫اختزال‬ ‫�أك�سدة‬

‫‪+‬‬

‫‪+ Cr2O7-2 + 6e‬‬‫‪+‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫‪Fe 2‬‬ ‫) ‪Fe 3 + e‬‬

‫‪1 × (14H‬‬ ‫( ×‪6‬‬

‫‪ - 8‬نجمع ن�صفي التفاعل للح�صول على المعادلة النهائية الموزونة مع مراعاة حذف الأنواع‬ ‫الم�شتركة‬

‫‪+ Cr2O-72 + 6e-‬‬

‫‪2Cr +3 + 7H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪6Fe 3 2Cr 3 7H2O‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪6 Fe 3 + 6e-‬‬

‫‪+ Cr O -2‬‬ ‫‪7‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪14H‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪6Fe 2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪6Fe 2 14H+‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫وللتحقق من �صحة الموازنة ت�أكد من موازنة الذرات وال�شحنات‬ ‫عدد الذرات في طرفي المعادلة هو ‪) H+ ( 14 , ) O ( 7 , )Fe (6 , ) Cr ( 2‬‬ ‫المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأيمن = ‪24+ = ) 3+ ( × 6 + ) 3+ ( × 2 + 0 × 7‬‬ ‫المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأي�سر = ‪24+ = ) 2+( × 6 + )1+ ( × 14+ ) 2- ( × 1‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪272‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫‪ -1‬تمث���ل المعادل���ة التالي���ة النتيج���ة النهائي���ة التي تم التو�ص���ل �إليه���ا بع���د وزن المعادلة‪ ،‬هل‬ ‫المعادلة موزونة ب�صورة �صحيحة ‪ ,‬ولماذا ؟‬

‫)‪+5SO4--(aq)+4H+(aq‬‬

‫‪++‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪-‬‬

‫‪2Mn‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪2H2O(l)+5SO2(aq)+2MnO4‬‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬وازن التفاعل الآتي في و�سط حم�ضي بطريقة ن�صف التفاعل‬ ‫‬‫‪-‬‬

‫)‪+ Cl (aq‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪NO3‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫‪NO2(g) ClO‬‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫لموازنة معادالت الأك�سدة واالختزال في و�سط قاعدي نتبع نف�س خطوات الموازنة في الو�سط الحم�ضي‬ ‫مع اختالف في خطوة وزن ذرات الهيدروجين والمثال التالي يو�ضح ذلك ‪.‬‬

‫‪273‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫ب‪ -‬موازنة المعادالت في الو�سط القاعدي ‪:‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ -2‬وازن معادلة التفاعل الآتي في و�سط قاعدي‬ ‫)‪MnO2(aq) Fe 3(aq‬‬ ‫‪+‬‬

‫)‪+ Fe+2(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪MnO4‬‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫نتبع الخطوات نف�سها في موازنة معادلة الو�سط الحم�ضي حتى ن�صل �إلى‬ ‫‪MnO2 3Fe 3 + 2H2O‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪MnO4- + 3Fe 2‬‬

‫‪+‬‬

‫ثم نتبع الخطوات التالية لموازنة الهيدروجين في الو�سط القاعدي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬ي�ضاف جزئ ماء عن كل ذرة هيدروجين ناق�صة �إلى الطرف الذي ينق�صه ذرات‬ ‫هيدروجين‬ ‫‪ -2‬ف ��ي الطرف المقابل ي�ض ��اف �أيون ‪ OH -‬عن كل جزي ماء ت ��م �إ�ضافته وبنف�س العدد‬ ‫‪MnO2 3Fe 3 2H2O 4OH‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪MnO4- 3Fe 2‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪+ 4H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫وبحذف جزئيات الماء الزائدة من �أحد طرفي المعادلة ت�صبح المعادلة النهائية ‪:‬‬ ‫‪MnO2 3Fe 3 4OH‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‬‫‪+‬‬ ‫‪MnO4 3Fe 2 2H2O‬‬

‫ت�أكد �أن المعادلة موزونة من حيث الذرات وال�شحنات الكهربائية ‪.‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫وازن التفاعل الآتي في و�سط قاعدي بطريقة ن�صف التفاعل ‪:‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫)‪+ClO-(aq‬‬

‫)‪CrO4 -2(aq) + Cl-(aq‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪CrO2‬‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪274‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫طريق ��ة �أخرى لموازنة معادالت تفاعالت الأك�سدة واالخت ��زال بطريقة ن�صف التفاعل في و�سط‬ ‫قاع ��دي‪ ،‬لموازنة مع ��ادالت الأك�سدة واالخت ��زال للتفاعالت في و�سط قاعدي تت ��م موازنتها �أو ًال‬ ‫وك�أنه ��ا تجري في و�س ��ط حم�ضي ثم نحولها �إلى و�سط قاعدي ولتو�ضيح ذلك ادر�س المثال الآتي‬ ‫وازن معادلة التفاعل الآتي في و�سط قاعدي‬ ‫)‪MnO2(aq) Fe 3(aq‬‬ ‫‪+‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫)‪+ Fe+2(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪MnO4‬‬

‫وازن المعادل ��ة بافترا� ��ض �أن الو�سط حم�ضي وب�إتب ��اع الخطوات نف�سه ��ا الم�ستخدمة لموازنة‬ ‫معادالت الأك�سدة واالختزال للتفاعالت التي تتم في و�سط حم�ضي ت�صل �إلى النتيجة التالية ‪:‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+ 3Fe+2 + 4H+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪MnO2 3Fe+3 2H2O‬‬

‫‪-‬‬

‫‪MnO4‬‬

‫ولنح ��ول المعادل ��ة ال�سابق ��ة �إلى معادلة تمثل التفاع ��ل الذي يتم في و�سط قاع ��دي اتبع مايلي‬ ‫‪+‬‬

‫‪� 1-‬أ�ض ��ف ع ��دد ًا م ��ن �أيونات ‪ OH-‬ي�ساوي ع ��دد ايونات ‪� H‬إلى كل م ��ن طرفي المعادلة‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪MnO2 3Fe+3 2H2O 4OH-‬‬

‫‪+‬‬ ‫‬‫‪� 2‬أجمع �أيوني ‪ OH‬و ‪ H‬على �شكل جزيئات ماء‬‫‪+‬‬ ‫‬‫‪MnO2 3Fe 3 2H2O 4OH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪MnO4- 3Fe+2 4H+ 4OH-‬‬

‫‪+ 3Fe+2 + 4H2O‬‬

‫‪-‬‬

‫‪MnO4‬‬

‫وبحذف جزيئات الماء الزائدة من �أحد طرفي المعادلة ت�صبح المعادلة النهائية ‪:‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪MnO2 3Fe 3 4OH‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪MnO4- 3Fe 2 2H2O‬‬

‫ت�أكد �أن المعادلة موزونة من حيث الذرات وال�شحنات الكهربائية ‪.‬‬

‫‪275‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫ثانياً ‪ :‬طريقة �أعداد الأك�سدة‬ ‫في هذه الطريقة يتم وزن المعادلة بنف�س الخطوات ال�سابقة بدون ف�صل التفاعل �إلى ن�صفين‬ ‫و�سوف ن�ستعر�ض هذه الطريقة من خالل المثال التالي ‪-:‬‬ ‫وازن التفاعل التالي بطريقة �أعداد الأك�سدة‬

‫‪= Cu+2 + NO‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪ 2+‬اختزال ‪-3e+‬‬

‫‪5+‬‬

‫‪ -1‬نحدد العنا�صر التي تغيرت �أعداد �أك�سدتها‬

‫‪Cu NO3‬‬

‫‪= Cu+2+ NO‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪Cu NO3‬‬

‫‬‫‪� 2+‬أك�سدة ‪-2e‬‬

‫�صفر‬

‫‪ -2‬نزن الذرات التي تغيرت �أعداد �أك�سدتها ‪ ,‬نجد في هذا التفاعل �أن الذرات التحتاج‬ ‫�إلى �إعادة وزن لأن عددها مت�ساوي في كال الطرفين ‪.‬‬ ‫‪ – 3‬تحديد التغير الكلي لعدد الأك�سدة لعمليتي الأك�سدة واالختزال‬ ‫‪2+‬‬

‫‬‫�أك�سدة ‪-2e‬‬

‫�صفر‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪+ NO3- = Cu+2 + NO‬‬ ‫‬‫‪ 2+‬اختزال ‪-3e‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪276‬‬

‫‪5+‬‬

‫‪Cu‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ – 4‬م�ساواة عدد الإلكترونات المفقودة والمكت�سبة‬ ‫‪+2‬‬

‫(‪) -2e -‬‬ ‫�أك�سدة‬

‫�صفر‬

‫‪+ NO3- = Cu+2 + NO‬‬ ‫‪2+‬‬

‫اختزال‬ ‫‬‫‪3e‬‬

‫‪Cu‬‬

‫‪NO‬‬

‫‪5+‬‬

‫‪ -5‬نوزن ذرات الأك�سجين ثم الهيدروجين بنف�س الطريقة التي اتبعت في طريقة ن�صف التفاعل‬

‫ ‪+ 2NO3- = 3Cu+2 + 2NO + 4H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫ ‪+ 2NO3- = 3Cu+2 + 2NO + 4H2O‬‬

‫‪+‬‬

‫‪ – 6‬نت�أكد من وزن ال�شحنات في طرفي المعادلة‬ ‫الطرف الأيمن ‪6+ = 3 × 2+ :‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪8H 3Cu‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪8H 3Cu‬‬

‫الطرف الأي�سر ‪6+ = 2-) 1+ ( × 8 :‬‬

‫والآن وازن التفاعل الآتي في و�سط قاعدي بطريقة �أعداد الأك�سدة‬

‫)‪= Cl-(ag) + CrO-2(ag‬‬

‫‪+‬‬

‫‬‫‬‫)‪ClO (ag) CrO (ag‬‬

‫الخاليا الكهروكيميائية ‪Electro chemical cells :‬‬

‫‪277‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫عرفنا بع�ض التفاعالت الكيميائية التي ي�صاحبها انتقال الإلكترونات وهي تفاعالت الأك�سدة واالختزال ‪,‬‬ ‫ومن المعلوم �أن التيار الكهربائي ما هو الإ �سيل من الإلكترونات يتحرك بانتظام ومن هنا تو�صل الكيميائيون‬ ‫�إل ��ى �أن هن ��اك عالقة بين ه ��ذا النوع من التفاعالت والتي ��ار الكهربائي ‪ .‬ومن خ�ل�ال التجريب والم�شاهدة‬ ‫والبح ��ث تو�ص ��ل العلماء �إلى �أن تفاعالت الأك�سدة واالختزال منها ما يتولد عن حدوثه تيار كهربائي ‪ ,‬ومنها‬ ‫تفاع�ل�ات �أخرى ال تت ��م الإ عند �إمدادها بالتيار الكهربائي ‪ ,‬وتتم ه ��ذه التفاعالت في �أجهزة خا�صة ت�سمى‬ ‫الخالي ��ا الكهروكيميائي ��ة ‪ .‬و�س ��وف نقوم بدرا�س ��ة نموذجين للخالي ��ا الكهروكيميائية يمث�ل�ان نمطين من‬ ‫العالقات بين التفاعل الكيميائي والتيار الكهربائي هما ‪ :‬ـــ‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ -1‬الخالي ��ا الجلفاني ��ة ( الفولتي ��ة ) ‪ :‬ويتم فيها �إنتاج طاقة كهربائية نتيج ��ة لحدوث تفاعالت كيميائية‬ ‫( تفاعالت الأك�سدة واالختزال )‪.‬‬ ‫‪ -2‬خالي ��ا االلكتروليتي ��ة ( تحليلي ��ة )و ت�ستخ ��دم فيها الطاق ��ة الكهربائية من م�ص ��در خارجي لإحداث‬ ‫تفاعالت كيميائية ‪.‬‬ ‫�أو ًال ‪ :‬الخاليا الجلفانية ( الفولتية ) ‪Golvanic Cells‬‬ ‫يطل ��ق م�صطلح خلية لكل م�شهد يتكون من مجموعة من الأ�شياء تقوم ب�أدوار متنا�سقة ومتفاعلة دون �أي‬ ‫تعار�ض بينها ‪ ,‬و�أبرز الأمثلة الطبيعية عليها خلية النحل ‪ ,‬وخلية النمل وا�ستعير التعبير نف�سه للأجهزة التي‬ ‫ندر�سها هنا لما لمكوناتها من تكامل وتنا�سق وانتظام ‪.‬‬

‫لماذا �سمي هذا النوع من الخاليا بالخالياالجلفانية ؟‬ ‫كان العالم ‪ ....‬جلفاني �أ�ستاذ الطب في جامعة بولونيا‬ ‫في �إيطاليا هو الذي اكت�شف هذا النوع من الخاليا من غير‬ ‫ق�صد عام ‪1786‬م �أثن ��اء تجاربه حول فعل الكهرباء على‬ ‫ع�ضالت �ضف ��دع حيث الحظ ارتعا�ش ال�ضفدع في �إحدى‬ ‫�شكل ( ‪) 5-9‬‬ ‫تجارب ��ه عن ��د لم�س طرف ��اه معدنين مختلفي ��ن في دائرة‬ ‫كهربية مكتملة ‪ ,‬وظن عندها �أن م�صدر الكهرباء يرجع �إلى حيوانية �إلى �أن جاء �أ�ستاذ الفيزياء العالم‬ ‫الي�ساندرو فولتا حيث عزى ظهور الكهرباء �إلى المعدنين المختلفين ‪ ,‬وا�ستطاع فولتا بعد ذلك �أن ي�صنع‬ ‫بطاري ��ة م ��ن هذا النوع �سميت هذه الخاليا با�سم �أول من اكت�شف تلك الظاهرة وهو العالم جلفاني ‪.‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫در�سنا �سابق ًا تفاعل الأك�سدة واالختزال الآتي‬

‫‪+ Cu‬‬

‫)‪(s‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪++‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪278‬‬

‫‪Zn‬‬

‫‪+ Cu ++‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫)‪Zn(s‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫وعرفن ��ا �أن تفاع�ل�ات الأك�سدة واالخت ��زال ي�صاحبها انتق ��ال الكترونات خالل التفاع ��ل ‪ ,‬ففي التفاعل‬ ‫ال�ساب ��ق تنتق ��ل الإلكترونات من الخار�صين �إلى �أيونات النحا�س(‪ )II‬خ�ل�ال تفاعل �أك�سدة واختزال ( حيث‬ ‫يت�أك�س ��د الخار�صين �إلى �أيونات الخار�صين (‪ )II‬وتختزل �أيون ��ات النحا�س(‪� )II‬إلى ذرات النحا�س ) ومن‬ ‫الناحي ��ة النظري ��ة نتوقع �أن يكون لكل تفاعل �أك�سدة واخت ��زال �أثر كهربائي ولكن هذا الأثر ال يت�ضح في كثير‬ ‫من الأحيان‪ ,‬ولنفهم ذلك نقوم بالن�شاط الآتي‬

‫(‪� )1- 9‬أثر التيار الكهربائي في تفاعل �أك�سدة واختزال‪.‬‬ ‫المواد الأدوات المطلوبة ‪:‬‬

‫الخطوات ‪- :‬‬ ‫‪� -1‬ضع محلول كبريتات النحا�س ‪ II‬في ك�أ�س ليملأ ثلثيه‪.‬‬ ‫‪ -2‬اغم�س فيه �صفيحة الخار�صين ‪.‬‬ ‫‪ -3‬ماذا يحدث ل�صفيحة الخار�صين ؟‬

‫�صفيحة من الخار�صين ‪ -‬محلول‬ ‫كبريتات النحا�س الثنائي تركيزه‬ ‫( ‪ 1‬موالر ) ‪ -‬ك�أ�س زجاجي( �سعة‬ ‫‪ 250‬ملل )‬

‫‪..................................................‬‬ ‫‪ -4‬ماذا تالحظ على لون المحلول ؟‬ ‫‪ -5‬ه ��ل يظه ��ر �أث ��ر للتي ��ار الكهربائ ��ي نتيج ��ة النتق ��ال‬ ‫الإلكترونات ؟ و�ضح �إجابتك ‪.‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪..................................................‬‬ ‫‪.................................................‬‬ ‫‪.................................................‬‬ ‫�شكل ( ‪) 6-9‬‬

‫‪279‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫ف ��ي الن�شاط ال�سابق نجد حدوث انتقال للإلكترونات ‪ ,‬ونظر ًا لتالم�س المادتين ف�إن حدوث التفاعل يتم‬ ‫مبا�ش ��رة دون �إتاحة الفر�ص ��ة للكهرباء �أن تظهر و�إنما يظهر �أثرها في �صورة طاق ��ة حرارية ن�شعر بها �أثناء‬ ‫ح ��دوث التفاعل ‪ ,‬ولكي نح�صل على التي ��ار الكهربائي وجب علينا �أن نفكر ب�إجراء التفاعل بطريقة اليحدث‬ ‫فيها �إهدار للطاقة الكهربائية في �صورة حرارة ناتجة عند تالم�س المواد المتفاعلة مع بع�ضها ‪ .‬فهل يمكنك‬ ‫�أن تقترح طريقة لذلك ؟‬ ‫حاول العالم ( دانيال ) البحث في الأثر الكهربائي للتفاعل الكيمائي موا�صلة لمالحظات العالم جلفاني‬ ‫ف�صمم جهاز ًا ( خلية ) لدرا�سة التفاعل في الن�شاط ال�سابق ‪ ,‬وقام ب�إجرائه ب�صورة الت�سمح بتالم�س المواد‬ ‫المتفاعلة و�سوف نقوم بت�صميم تجربة دانيال خالل الن�شاط التالي ‪:‬‬

‫( ‪ )2 - 9‬الخلية الجلفانية‬ ‫المواد الأدوات المطلوبة ‪:‬‬ ‫خطوات التجربة ‪:‬‬ ‫‪� -1‬ض ��ع محلول كبريتات النحا�س ‪ II‬في �أحد الك�أ�سين‬ ‫واغم�س فيه �صفيحة النحا�س ‪.‬‬ ‫‪� -2‬ضع محلول كبريت ��ات الخار�صين في الك�أ�س الآخر‬ ‫واغم�س فيه �صفيحة الخار�صين ‪.‬‬ ‫‪ -3‬ام�ل��أ الأنب ��وب الذي عل ��ى �شكل ح ��رف ‪ U‬بمحلول‬ ‫كلوريد ال�صوديوم و�سد طرفيه بالقطن‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪ -4‬ركب الجهاز كما هو في ال�شكل �أغلق الدائرة الكهربية‬ ‫ راقب ما يحدث لم�ؤ�شر جهاز الفولتامتر وحدد اتجاه ‪.‬‬‫ ار�سم �سهم ًا يمثل اتجاه حركة الإلكترونات من �أحد‬‫ال�صفيحتي ��ن �إل ��ى الأخ ��رى على ال�ش ��كل المقابل ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪280‬‬

‫ك�أ�سين زجاجتين ( �سعة ‪250‬مللتر)‬ ‫ محل ��ول كبريت ��ات النحا� ��س ‪II‬‬‫( ام ��والر ) ‪ -‬محل ��ول كبريت ��ات‬ ‫الخار�صي ��ن ( ا م ��والر ) ‪� -‬أ�س�ل�اك‬ ‫تو�صي ��ل ‪ -‬فولتامت ��ر ‪� -‬صفيحتي ��ن‬ ‫�إحداهم ��ا نحا�س والأخرى خار�صين‬ ‫ �أنب ��وب زجاج ��ي عل ��ى �شكل حرف‬‫‪ - U‬محل ��ول م�شب ��ع م ��ن كلوري ��د‬ ‫ال�صوديوم ‪ -‬قطن ‪.‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ -6‬ارفع الأنبوب الذي ي�صل المحلولين مع ًا ‪.‬‬

‫فولتميتر‬

‫هل ي�ستمر �سريان التيار الكهربائي ؟ �سجل مالحظاتك‬ ‫ج�سر ملحي‬

‫‪.............................................................‬‬ ‫اكتب ن�صفي التفاعل في الك�أ�سين ‪ ,‬والتفاعل الكلي للخلية ‪.‬‬ ‫مهبط‬

‫‪..........................................................‬‬ ‫‪..........................................................‬‬ ‫‪..........................................................‬‬

‫م�صعد‬

‫�شكل ( ‪)7- 9‬‬ ‫خلية نحا�س ‪ /‬خار�صين‬

‫يتبي ��ن م ��ن الن�شاط ال�سابق انه عند �إغالق الدائرة الكهربائية يتح ��رك م�ؤ�شر الفولتاميتر مما يدل على‬ ‫م ��رور تي ��ار كهربائي ‪ ,‬وي�شير اتجاه تح ��رك الم�ؤ�شر �إلى �أن الألكترونات ت�سري م ��ن �صفيحة الخار�صين �إلى‬ ‫�صفيحة النحا�س ‪ .‬وهذا يعني تولد تيار كهربي ‪.‬فكيف تم ذلك ؟‬ ‫لقد حدث تفاعل ت�أك�سد واختزال بين الخار�صين و�أيونات النحا�س دون حدوث تما�س مبا�شر بينهما حيث‬ ‫جرى كل ن�صف تفاعل في ك�أ�س منف�صل عن الآخر فت�أك�سدت بع�ض ذرات الخار�صين( بفقدها الإلكترونات)‬ ‫وتحولت �إلى �أيونات ‪ Zn ++‬في المحلول ( مما ي�ؤدي �إلى ت�آكل �صفيحة الخار�صين )‬ ‫تتجة �إلى ال�سلك‬

‫‪+ 2e‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+2‬‬

‫)‪Zn(S‬‬

‫‪Zn‬‬

‫قادمة من قطب الخار�صين‬

‫تنحل في المحلول‬

‫)‪Cu(S‬‬ ‫تتر�سب على قطب النحا�س‬

‫قادمة من ال�سلك‬ ‫‪-‬‬

‫‪+ 2e‬‬

‫)‪(ag‬‬

‫‪+2‬‬

‫‪Cu‬‬

‫قادمة من المحلول‬

‫ن�صف تفاعل االختزال‬

‫‪281‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫ن�صف تفاعل الأك�سدة‬ ‫وانتقل ��ت ه ��ذه الإلكترونات الناتجة عند �صفيح ��ة الخار�صين عبر �سلك التو�صي ��ل �إلى �صفيحة النحا�س‬ ‫فاختزل ��ت �أيونات النحا� ��س في الك�أ�س الآخر ( باكت�سابه ��ا �إلكترونات ) �إل ��ى ذرات متعادلة ( متر�سبة على‬ ‫�سطح �صفيحة النحا�س )‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫ولم ��ا كان ع ��دد الإلكترونات المفق ��ودة والمكت�سبة في ن�صفي التفاعل مت�ساوي ًا ف�إن ��ه يمكن كتابة معادلة‬ ‫التفاعل الكلي الحا�صل في الخلية بجمع ن�صفي التفاعل‬

‫‪+‬‬

‫)‪Zn(s) Cu ++(aq‬‬ ‫)‪Zn (aq) + Cu(s‬‬ ‫وت�سم ��ى كل م ��ن �صفيحتي الخار�صي ��ن والنحا�س في الخلي ��ة الجلفانية ( قطب ًا ) وي�سم ��ى القطب الذي‬ ‫تح ��دث عن ��ده عملية الأك�سدة الم�صعد ( الآنود ‪� , ) Anode‬أما القطب الذي تحدث عنده عملية االختزال‬ ‫في�سم ��ي المهبط ( كاثود ‪ , ) Cathode‬ويكت�سب الم�صعد في الخلية الجلفانية �شحنة �سالبة نتيجة تجمع‬ ‫الإلكترونات �سالبة ال�شحنة عليه ‪� ,‬أما المهبط ف�شحنته موجبة لأنه القطب الذي ت�سري منه الإلكترونات ‪.‬‬ ‫‪++‬‬

‫‪++‬‬

‫‪++‬‬

‫ما الذى يحدث لتركيز �أيونات ‪ Zn‬و ‪ Cu‬مع ا�ستمرار التفاعل ؟‬ ‫‪++‬‬ ‫�إن م ��ا نالحظ ��ه با�ستم ��رار التفاعل هو نق� ��ص تركيز �أيون ��ات ‪ Cu‬نتيجة اختزاله ��ا وتحولها �إلى ذرات‬ ‫‪++‬‬ ‫نحا� ��س وزيادة في تركيز �أيونات الخار�صين ‪ Zn‬نتيج ��ة لت�أك�سد ذرات الخار�صين وتحولها �إلى �أيونات‬ ‫‪++‬‬ ‫خار�صين ‪ Zn‬وهذا ي�سبب اختالال في التوازن الكهربائي في الخلية ‪.‬‬ ‫فولتميتر‬

‫فكيف تتم المحافظة على التوازن الكهربائي في الخلية ؟‬ ‫ي�سم ��ي الأنب ��وب الذي على �ش ��كل حرف ‪ U‬بالقنط ��رة الملحية‬ ‫‪ Salt bridge‬وتعم ��ل القنطرة على �إغ�ل�اق الدائرة الكهربائية‬ ‫و�إزالتها ي�ؤدي �إلى توقف �سريان التيار لكهربائي وتحتوي القنطرة‬ ‫عل ��ى محلول م�شبع لملح مت�أين ( مثل كلوريد ال�صوديوم) ي�سمح‬ ‫بالتما�س الكهربائي بين �أيوناتها و�أيونات محلول الخلية مما يجعل‬ ‫الدائرة الكهربائية تكتمل ‪ .‬كما �أن لها دور ًا بارز ًا في الحفاظ على‬

‫مهبط ‪+‬‬

‫قنطرة ملحية‬

‫م�صعد ‪-‬‬

‫�سدادة‬ ‫قطن‬ ‫‪CuSo4‬‬ ‫(محلول)‬

‫‪ZnSo4‬‬ ‫(محلول)‬

‫�شكل(‪)8- 9‬‬ ‫خلية خار�صين ‪ /‬نحا�س‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫توازن الأيونات في وعاء ( ن�صفي ) الخلية حيث ت�سمح للأيونات الموجبة وال�سالبة لالنتقال �إلى الوعاء‬ ‫ال ��ذي يختل فيه ات ��زان ال�شحنات خالل التفاعل فعندما يختل الت ��وازن الكهربائي في كل من ن�صفي الخلية‬ ‫‪++‬‬ ‫‪++‬‬ ‫ال�سابق ��ة ( خلي ��ة دانيال ) نتيجة لزيادة تركيز ‪ Zn‬ونق�ص تركي ��ز ‪� Cu‬أثناء التفاعل تتحرك �أيونات‬ ‫‪++‬‬ ‫‬‫‪ Cl‬الموج ��ودة ف ��ي القنطرة الملحي ��ة باتجاه ن�صف خلي ��ة الخار�صين لكي تعادل �أيون ��ات ‪ Zn‬الزائدة‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪282‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫فيه ��ا ولذل ��ك تتحرك �أيون ��ات ‪ SO4 -2‬الزائدة في ن�صف خلي ��ة النحا�س ب�إتجاة القنط ��رة الملحية لتتعادل‬ ‫م ��ع بع�ض �أيونات ‪ Na+‬القادم ��ة منها ‪ ,‬وبهذا تحافظ الخلية على توازنه ��ا الكهربائي ‪ .‬ويمكن تمثيل الخلية‬ ‫ال�سابقة بالرمز اال�صطالحي الآتي ‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫)‪Cu 2(aq) (1M‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪Zn(s) / Zn 2(aq) (1M) //‬‬

‫)‪/ Cu(s‬‬ ‫حيث يمثل الخط الر�أ�سي المفرد (‪ ) /‬الحدود الفا�صلة بين الأ�صناف �أو حالتي ت�أك�سد العن�صر �أما الخطان‬ ‫الر�أ�سي ��ان (‪ ) //‬فيمث�ل�ان القنطرة الملحية والرق ��م المكتوب بين الأقوا�س بعد كل ن ��وع مبا�شرة يدل على‬ ‫تركيز الأيونات في المحلول ‪ ,‬كما يكتب ن�صف الخلية الذي يمثل الم�صعد �إلى الي�سار ‪ ,‬والذي يمثل المهبط‬ ‫�إلى اليمين ‪.‬‬

‫‪ -1‬تمثل المعادلة النهائية التفاعل الحادث في �إحدى الخاليا الجلفانية‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬ ‫)‪2Ag(s) Zn 2(aq‬‬

‫)‪Zn(s) 2Ag(aq‬‬

‫�أ‌‪ -‬اكتب معادلة ن�صفي التفاعل عند كل قطب‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫ب‪ -‬ار�س���م الخلية ال�س���ابقة مو�ضحاً على الر�سم �ش���حنة الأقطاب واتجاه حركة الإلكترونات‬ ‫في الدائرة الخارجية واتجاه حركة الأيونات ال�سالبة عبر القنطرة الملحية ‪.‬‬ ‫جـ‪ -‬حدد الم�صعد والمهبط في الخلية ‪.‬‬

‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫‪283‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫د – ماذا يحدث بمرور الزمن بعد ت�شغيل الخلية ال�سابقة لكل من قطب الخار�صين‪ ,‬قطب‬ ‫الف�ضة ‪� ,‬أيونات الف�ضة ‪� ,‬أيونات الخار�صين ؟‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ -2‬الرمز اال�صطالحي التالي يمثل خلية جلفانية‬ ‫‪+‬‬ ‫‪+‬‬ ‫)‪Mg(s) / Mg 2(aq) (1M) // Al 3(aq) (1M) / Al(s‬‬ ‫�أ‌‪ -‬و�ضح اتجاه �سريان الإلكترونات في الدائرة الخارجية ‪.‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫اكتب معادلة ن�صفي التفاعل‪.‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫ب‌‪ -‬اكتب معادلة التفاعل الكلي للخلية ‪.‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................................‬‬

‫الجهد القيا�سي للخلية (القوة الدافعة المحركة ) الكهربائية‬ ‫‪E0 Standard Potential Cell‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫�إن التي ��ار الكهربائ ��ي الذي يتم الح�ص ��ول عليه من �أي خلية جلفانية ‪ ,‬ما ه ��و �إال نتيجة دفع الإلكترونات‬ ‫من القطب الذي تحدث عنده عملية الأك�سدة ( الم�صعد ) عبر الدائرة الخارجية �إلى القطب الذي تحدث‬ ‫عنده عملية االختزال ( المهبط)ويطلق على القوة التي ت�سبب حركة الإلكترونات في �سلك التو�صيل المعدني‬ ‫بالقوة الدافعة ( المحركة)الكهربائية ‪ .‬وتقا�س بوحدة الفولت وي�ستخدم لقيا�سها جهاز الفولتمتر ‪.‬‬ ‫وت�سم ��ى القوة الدافع ��ة الكهربائية التي ي�سجله ��ا الفولتميتر بين قطبي خلية جلفاني ��ة جهد تلك الخلية‬ ‫‪ Cell Potential‬وتت�أث ��ر قيمته بتركيز الأيونات ودرجة الحرارة و�ضغوط الغازات الم�شتركة في التفاعل‬ ‫( �إن وجدت ) وحتى ي�سهل �إجراء مقارنة بين جهد الخاليا الجلفانية المختلفة فقد اتفق العلماء على اختيار‬ ‫ظ ��روف موحدة تعرف بالظروف القيا�سية وهي تركيز ‪1‬مول ‪/‬لتر ( ‪ 1‬موالر ) للأيونات و�ضغط جوي واحد‬ ‫للغ ��ازات ‪ ,‬ودرجة حرارة ‪˚25‬م وي�سمى جهد الخلية المقا�س ف ��ي هذه الظروف جهد الخلية القيا�سي وي�شار‬ ‫له بالرمز ‪E0‬‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪284‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫ويعرف جهد الخلية القيا�سي ب�أنة مقيا�س لقدرة الخلية على �إنتاج تيار كهربائي ‪ ,‬ويمثل في واقع‬ ‫الأم ��ر قابلية تفاعل الأك�سدة واالختزال للحدوث ‪ .‬فكلما زاد ميل ن�صفي تفاعل الأك�سدة واالختزال للحدوث‬ ‫كانت قيمة(‪ ) E0‬للخلية الجلفانية �أكبر ‪ ,‬وبذلك ف�إن لكل خلية جلفانية جهد قيا�سي يختلف عن الخلية الأخرى‬ ‫‪ ,‬وت�سمي قابلية مواد الأقطاب لعملية الأك�سدة واالختزال ( �أي قابلية مادة الم�صعد للأك�سدة �أو قابلية مادة‬ ‫المهبط لالختزال ) عند الظروف القيا�سية بجهد القطب القيا�سي ‪Potential Electrode Standard‬‬

‫جهد القطب القيا�سي ‪: Potential Electrode Standard‬‬ ‫عرفنا �سابق ًا �أن جهاز الفولتامتر المت�صل بين قطبي الخلية الجلفانية يو�ضح قيمة مميزة لجهد هذه الخلية‪,‬‬ ‫ولكن ما هو من�ش�أ جهد الخلية الجلفانية ؟‬ ‫للإجابة على هذا ال�س�ؤال �سن�ستعمل خلية خار�صين‪ /‬نحا�س ( خلية دانيال ) ال�سابقة ففي هذه الخلية يوجد‬ ‫‪++‬‬ ‫‪++‬‬ ‫محل ��ول يحت ��وي على �أيونات ‪ Zn‬ح ��ول �أحد الأقطاب ومحل ��ول يحتوي على �أيون ��ات ‪ Cu‬حول القطب‬ ‫الآخر ولكل من هذه الأيونات مي ًال معينًا الكت�ساب الكترونات ( �أي ميل لالختزال ) ويعرف هذا الميل بجهد‬ ‫االختزال ‪ Reducton Potential‬وبذلك يكون هناك ن�صفا تفاعل يتناف�سان على الحدوث‬ ‫)‪Zn(s‬‬ ‫)‪Cu (s‬‬

‫‪Zn++ + 2e‬‬‫‪Cu ++(aq) + 2e-‬‬

‫وكلم ��ا زاد مي ��ل الأيون الموجب الكت�س ��اب الإلكترون ��ات زادت قيمة جهد االختزال ل ��ه ‪ ,‬وكما عرفت �أن‬ ‫الإلكترون ��ات ف ��ي هذه الخلية تنتقل من قطب الخار�صين �إلى قط ��ب النحا�س هذا االنتقال يدل على �أن جهد‬ ‫االختزال لأيونات النحا�س �أكبر من جهد االختزال لأيونات الخار�صين لذلك تت�أك�سد ذرات الخار�صين ‪Zn‬‬ ‫‪++‬‬ ‫وتختزل �أيونات النحا�س ‪. Cu‬‬

‫جهد الخلية القيا�سي ‪ = E0‬جهد االختزال القيا�سي لقطب االختزال –جهد االختزال القيا�سي لقطب الأك�سدة‬

‫‪285‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫والجه ��د المقا� ��س لأي خلية يمثل الفرق في مي ��ول الأيونيين لي�صبحا مختزلي ��ن وي�ساوي جهد االختزال‬ ‫للمادة التي تختزل مطروح ًا منه جهد االختزال للمادة التي تت�أك�سد �أي �أن‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫وبالن�سبة للخلية ال�سابقة ( خلية دانيال ) نجد �أن جهد الخلية القيا�سي‬ ‫‪ =E0‬جهد االختزال القيا�سي للنحا�س – جهد االختزال القيا�سي للخار�صين‬ ‫وبم ��ا �أن عملية االختزال عك�س عملية الأك�سدة ف�إن جهد الأك�سدة ي�ساوي جهد االختزال عددي ًا ويخالفه‬ ‫ف ��ي الإ�شارة فمث�ل ً�ا �إذا كان جهد االختزال لقطب ما ي�ساوي (‪ 0.75+‬فولت) ف� ��إن جهد الأك�سدة له ي�ساوي‬ ‫(‪0.75-‬فولت ) ومن الناحية العملية ف�إنه يمكن فقط قيا�س الجهود الكلية للخاليا وهذا يعني �أننا ن�ستطيع‬ ‫فق ��ط الح�ص ��ول على الفروق بين جهوداالخت ��زال لأي ن�صفي تفاعل وبعد ذلك يبرز الت�س ��ا�ؤل التالي ‪ :‬كيف‬ ‫يمكننا الح�صول على جهد االختزال لقطب ما بمفرده ؟ �إن قيا�س جهد االختزال لقطب ما منفرد ًا غير ممكن‬ ‫من الناحية العملية �إال �إذا اقترن مع قطب �آخر له جهد معلوم ( قطب مرجع ‪ )Refernce Electrode‬وعن‬ ‫طريق قيا�س الفرق في الجهد بين القطبين ن�ستطيع ح�ساب جهد القطب المجهول ‪ .‬فما هو القطب المرجع‬ ‫الذي اتخذ �أ�سا�سا للمقارنة ؟‬ ‫ف ��ي الحقيق ��ة هن ��اك كثير م ��ن الأقطاب الت ��ي يمكن �أن تك ��ون مرجعي ��ة ‪ ,‬ولكن اتف ��ق عالمي ًا عل ��ى اختيار‬ ‫�أح ��د ه ��ذه الأقط ��اب لقيا� ��س جه ��ود الأقط ��اب الأخ ��رى بالن�سب ��ة ل ��ه وه ��و قط ��ب الهيدروجي ��ن القيا�سي‬ ‫‪ Standand Hydrogen Electrode‬وقد ا�صطلح الكيمائيون على اعتبار جهد ( �صفر ًا ) في الظروف‬ ‫القيا�سية‬ ‫‪H2 gas‬‬ ‫‪1 atm‬‬

‫قطب الهيدروجين القيا�سي‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫م ��ن البديه ��ي �أن ��ه اليمك ��ن ا�ستخدام �س ��اق م ��ن الهيدروجين‬ ‫ولذل ��ك يتك ��ون قط ��ب الهيدروجي ��ن م ��ن خلي ��ة تحت ��وي عل ��ى‬ ‫قط ��ب بالتي ��ن مغل ��ف بالبالتي ��ن المر�س ��ب الأ�س ��ود المج ��ز�أ‬ ‫تجزيئ ��ا دقيق� � ًا ومغم ��ور ف ��ي محل ��ول يحت ��وي عل ��ى �أيون ��ات‬ ‫‪+‬‬ ‫الهيدروجي ��ن ( محل ��ول حم�ض ��ي ) تركي ��ز �أيون ��ات ‪ H‬في ��ه‬ ‫‪ 1‬موالر ويمرر فوقه ب�صورة م�ستمرة تيار من غاز الهيدروجين تحت‬ ‫�ضغط جوي واحد وعند درجة حرارة ‪˚25‬م واعتبر جهد هذا القطب‬ ‫(جهد الت�أك�سد �أو جهد االختزال ) تحت هذه الظروف ي�ساوي �صفر َا ‪.‬‬

‫‪pt black‬‬ ‫‪1M HCL‬‬

‫�شكل ( ‪ )9 - 9‬قطب‬ ‫الهيدروجين‬

‫�س ‪ :‬ما الذي يحدث عند اقتران قطب الهيدروجين القيا�سي مع قطب �آخر في خلية جلفانية ؟‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪286‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫عندم ��ا يتم اقت ��ران قطب الهيدروجين م ��ع ن�صف خلية جلفاني ��ة يمكن �أن يتعر�ض قط ��ب الهيدروجين‬ ‫للأك�سدة �أو االختزال تبع ًا لجهد االختزال في ن�صف الخلية الآخر ‪ ,‬ف�إذا كان جهد االختزال للقطب الموجود‬ ‫في ن�صف الخلية الآخر �أكبر من الجهد القيا�سي لقطب الهيدروجين ف�إن قطب الهيدروجين يت�أك�سد ويكون‬ ‫ن�صف التفاعل كما يلي ‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫)‪H2(g‬‬ ‫‪2H (aq) +2e‬‬ ‫ويمكن تمثيله بالرمز اال�صطالحي الآتي ‪:‬‬ ‫‪+‬‬

‫) ‪(aq) (1M‬‬

‫‪Pt / H2 ( 1atm) / H‬‬

‫�أم ��ا �إذا كان جهد االخت ��زال للقطب الموجود في ن�صف الخلية الآخر �أقل م ��ن الجهد القيا�سي للهيدروجين‬ ‫ف�إن قطب الهيدروجين يختزل ويكون ن�صف التفاعل كما يلي ‪:‬‬ ‫)‪H2(g‬‬

‫‪+2e-‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪2H‬‬

‫ويمكن تمثيله بالرمز اال�صطالحي الآتي ‪:‬‬ ‫‪+‬‬

‫)‪(aq) (1M )/ Pt / H2 ( 1atm‬‬

‫‪H‬‬

‫ولتو�ضيح ذلك دعنا نقوم بالن�شاط الآتي ‪:‬‬

‫( ‪ )3 - 9‬خلية كهروكيميائية خار�صين ‪ /‬هيدروجين‪.‬‬ ‫المواد الأدوات المطلوبة ‪:‬‬

‫‪287‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫ك�ؤو� ��س زجاجي ��ة �سع ��ة (‪250‬مللت ��ر) ‪ ,‬محلول كبريت ��ات النحا� ��س ‪ ( II‬ا موالر ) محل ��ول كبريتات‬ ‫الخار�صين (ا موالر) ‪� ,‬أ�سالك تو�صيل ‪ ,‬فولتامتر ‪� ,‬صفيحتين �إحداهما نحا�س والأخرى خار�صين‪,‬‬ ‫قنطرة ملحية ‪ ,‬قطب الهيدروجين ‪.‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫خطوات التجربة ‪:‬‬ ‫‪-1‬كون خلية كهر وكيميائية خار�صين ‪ /‬هيدروجين كما تعلمت �سابق ًا ‪.‬‬ ‫‪-2‬راقب ما يحدث لم�ؤ�شر الفولتميتر و�سجل قراءته ‪ ,‬وحدد اتجاه التيار ‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪-3‬اكتب ن�صفي التفاعل والتفاعل الكلي‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪ -4‬كون خلية كهر وكيميائية هيدروجين ‪ /‬نحا�س كما تعلمت �سابق ًا ‪.‬‬ ‫‪ -5‬راقب ما يحدث لم�ؤ�شر جهاز الفولتامتر وحدد اتجاه ‪.‬‬ ‫‪ -6‬اكتب ن�صفي التفاعل والتفاعل الكلي‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪ -7‬ماذا تالحظ على اتجاه م�ؤ�شر الفولتميتر في الخليتين ؟ حاول �أن تف�سر ال�سبب ‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................‬‬

‫عند و�صل قطب الهيدروجين القيا�سي مع ن�صف خلية خار�صين وجد عملي ًا �أن جهد الخلية القيا�سي ‪E0‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫ال ��ذي ي�سجله الفولتميتر ي�ساوي ‪ 0.76‬فولت وبما �أن الجه ��د القيا�سي لقطب الهيدروجين ي�ساوي �صفر ف�إن‬ ‫ما ي�سجله الفولتمير يمثل جهد االختزال القيا�سي لقطب الخار�صين ‪ ,‬ولعلك الحظت من خالل الن�شاط �أن‬ ‫الإلكترون ��ات تنتق ��ل من قطب الخار�صين ( الم�صعد ) �إلى قطب الهيدروجين ( لمهبط ) وهذا يدل على �أن‬ ‫جه ��د االختزال لأيون ��ات ‪� H +‬أكبر من جهد االختزال لأيونات الخار�صين لذلك تختزل �أيونات ‪ H+‬وتت�أك�سد‬ ‫ذرات الخار�صين ‪� Zn‬إذن‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪288‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫جهد الخلية القيا�سي ‪ =E0‬جهد االختزال للهيدروجين – جهد االختزال للخار�صين‬ ‫‪� = 0.76‬صفر ‪ -‬جهد االختزال للخار�صين‬ ‫�إذن جهد االختزال للخار�صين = ‪ 0.76-‬فولت‬ ‫�أم ��ا عن ��د و�صل قطب الهيدروجين مع ن�ص ��ف خلية النحا�س ف�إن جهد الخلي ��ة القيا�سي ‪ E0‬الذي ي�سجله‬ ‫الفولتميت ��ر ي�س ��اوي ‪0.34‬فول ��ت ‪ .‬و�أن الإلكترون ��ات تنتقل من قط ��ب الهيدروجين ( الم�صع ��د ) �إلى قطب‬ ‫النحا� ��س ( المهب ��ط) وهذا ي ��دل على �أن جهد االخت ��زال لأيونات النحا�س‪� Cu +2‬أكب ��ر من جهد االختزال‬ ‫لأيونات ‪ H+‬لذلك تختزل �أيونات النحا�س ‪� Cu +2‬إلى ذرات نحا�س وتت�أك�سد جزئيات غاز الهيدروجين �إذن‬ ‫جهدالخلية القيا�سي‬ ‫‪ =E0‬جهد االختزال للنحا�س – جهد االختزال للهيدروجين‬ ‫‪ = 0.34‬جهد االختزال للنحا�س ‪� -‬صفر‬ ‫�إذن جهد االختزال للنحا�س = ‪ 0.34+‬فولت‬

‫من خالل م�صادر المعلومات المتوفرة لديك ‪ ,‬اكتب تقرير ًا عن �أقطاب مرجعية �أخرى غير قطب‬ ‫الهيدروجين ثم قارن بينها وبين قطب الهيدروجين ( من حيث المزايا والعيوب )‬

‫ال�سل�سلة الكهروكيميائية ‪Electro chemical Series :‬‬

‫‪289‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫ق ��ام الكيمائي ��ون بقيا�س الجهود القيا�سي ��ة للأقطاب المختلفة ن�سبة �إلى قط ��ب الهيدروجين القيا�سي ‪,‬‬ ‫لك ��ي ت�سه ��ل مقارنة �أن�صاف التفاع�ل�ات المختلفة من حيث الجهد ‪ ,‬اتفق االتح ��اد العالمي للكيمياء البحتة‬ ‫التطبيقي ��ة ‪ IUPAC‬على �أن نكتب �أن�ص ��اف التفاعالت جميعها كعمليات اختزال وترت ��ب ترتيب ًا ت�صاعدي ًا‬ ‫وفق ًا لجهود االختزال في جدول خا�ص يعرف بال�سل�سلة الكهروكيميائية‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

Br2(l) +2e+ Cr2O7 -2(aq) +6e- +14H (aq)

Li(s)

K(s) Ca(s) Na(s) Mg(s) Al(s) Mn(s) Zn(s) Cr(s) Fe(s) Cd(s) Ni(s) Sn(s) Pb(s) H2(g) Cu(s) 2I (aq) Fe+2(aq) Ag(s) Hg(l)

2Br-(aq) 2Cr+3(aq) +7H2O(l)

Cl2(g) +2e+ MnO4 (aq) +5e +8H (aq) F2(g) +2e-

2Cl-(aq) Mn+2(aq) +4H2O 2F (aq)

3.052.932.872.712.371.661.180.760.740.440.400.250.140.13‫�صفر‬ 0.34+ 0.53+ 0.77+ 0.80+ 0.85+ 1.06+ 1.33+ 1.36+ 1.51+ 2.87+

‫ ) جهود االختزال بع�ض العنا�صر‬1-9 ( ‫جدول‬

290

)2( ‫كيمياء‬

‫الف�صل التا�سع‬

+

K (aq) + e Ca+2(aq) + 2e + Na (aq) + eMg+2(aq) + 2e Al+3(aq) +3e Mn+2(aq) + 2eZn+2(aq) +2eCr+3(aq) +3eFe+2(aq) +2eCd+2(aq) +2eNi+2(aq) +2eSn+2(aq) +2ePb+2(aq) +2e+ 2H (aq) +2eCu+2(aq) +2eI2(s) +2eFe+3(aq) +3e+ Ag (aq) +eHg+2(aq) +2e

‫ فولت‬E0 ‫زيادة قوة العامل المختزل‬

‫زيادة قوة العامل الم�ؤك�سد‬

‫ن�صف التفاعل‬ + Li (aq) + e -

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫من خالل النظر في ال�سل�سلة الكهروكيميائية نالحظ ‪- :‬‬ ‫‪ 1‬يتف ��ق ه ��ذا الترتيب مع الن�شاط الكيميائي للم ��واد �أي قدرتها على ك�سب الإلكترون ��ات وفقدها ف�أن�صاف‬‫التفاع�ل�ات الموج ��ودة في �أعل ��ى ال�سل�سلة ذات جهد اخت ��زال �صغير ‪ ,‬بينما الموج ��ودة �أ�سفله ذات جهد‬ ‫اختزال كبير و�أن جهد اختزال الهيدروجين يتو�سط ال�سل�سلة ‪.‬‬ ‫‪ 2‬الم ��واد الأق ��وى اختزا ًال من الهيدروجين يعطي جهدها �إ�ش ��ارة �سالبة مثل الخار�صين ( ‪ -0.76‬فولت )‬‫�أما التي اختزالها �أقل من الهيدروجين يعطي جهدها �إ�شارة موجبة مثل النحا�س ( ‪ 0.34 +‬فولت )‬

‫ف ــوائــد ال�سل�سلة الكهروكيميائية ‪:‬‬ ‫‪ – 1‬ح�ساب جهد الخلية القيا�سي ‪ E0‬هما ‪- :‬‬ ‫تمك ��ن معرفة جهود االخت ��زال القيا�سية لقطبي الخلية من ح�ساب الجه ��د القيا�سي ‪ E0‬لها و�سنتعرف على‬ ‫طريقتين لح�ساب الجهد القيا�سي ‪ E0‬هما ‪:‬‬ ‫�أ – با�ستخدام العالقة الريا�ضية الآتية‬ ‫الجهد القيا�سي للخلية ‪ =E0‬جهد االختزال القيا�سي ( لقطب االختزال ) – جهد االختزال القيا�سي‬ ‫(لقطب الأك�سدة )‪.‬‬ ‫اح�سب الجهد القيا�سي للخلية( ‪ )E0‬الآتية بالرجوع �إلى ال�سل�سلة الكهروكيميائية‬ ‫)‪Zn+2(aq) + 2Ag(s‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪Zn(s) + 2Ag (aq‬‬

‫بالرجوع �إلى ال�سل�سلة الكهروكيميائية نجد �أن الجهود القيا�سية للأقطاب كما يلي‬ ‫‪ E0‬للخار�صين = ‪ 0.76-‬فولت ‪ E0 ,‬للف�ضة = ‪ 0.8 +‬فولت‬

‫الحل ‪:‬‬

‫‪291‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫وم ��ن خالل معادلة التفاع ��ل نالحظ �أن قطب االختزال هو الف�ض ��ة بينما قطب الأك�سدة هو‬ ‫الخار�صين‬ ‫الجهد القيا�سي للخلية ‪ = E0‬جهد االختزال للف�ضة– جهد االختزال للخار�صين‬ ‫= ‪ 1.56 =0.76 + 0.8 + = )0.76-( - 0.8 +‬فولت‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫ب – ع ��ن طريق الجمع الجب ��ري لن�صفي التفاعل والجهود المرافقة لها هن ��اك بع�ض المالحظات البد من‬ ‫مراعاته ��ا عن ��د تطبيق هذه الطريقة وهي عن ��د كتابة ن�صف تفاعل ما على �شكل ن�ص ��ف تفاعل �أك�سدة بد ًال‬ ‫من ن�صف تفاعل اختزال ف�إنه البد من عك�س �إ�شارة جهد ‪ E0‬للقطب لآن جهد الأك�سدة ي�ساوي عددي ًا جهد‬ ‫االختزال ويخالفه في الإ�شارة ‪.‬‬ ‫عند �ضرب ن�صف تفاعل بمعامل معين فال يترتب على ذلك �ضرب قيمة ‪ E0‬لن�صف التفاعل بالمعامل نف�سه‬ ‫لأن جهود االختزال من الخوا�ص النوعية للمادة التي ال تعتمد على كمية المادة‬

‫اح�سب الجهد القيا�سي للخلية ( ‪ ) E0‬با�ستخدام طريقة الجمع الجبري‬ ‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪Zn 2(aq) + 2Ag (s‬‬

‫)‪Zn(s) + 2Ag (aq‬‬

‫بالرجوع �إلى ال�سل�سة الكهروكيميائية نجد �أن‬ ‫علماً ب�أن ‪ 0.76- = E0 :‬فولت‬ ‫‪ 0.8 = E0‬فولت‬

‫)‪Zn (s‬‬ ‫)‪Ag (s‬‬

‫‬‫‪+‬‬ ‫‪Zn 2(aq) + 2e‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‪Ag (aq) + e‬‬

‫الحل ‪:‬‬

‫يت�ضح من المعادلة �أن ‪ Zn‬يت�أك�سد �إلى ‪ Zn +2‬و�أيونات ‪ Ag+‬تختزل �إلى ‪ Ag‬لذا يجب عك�س‬ ‫ن�صف تفاعل الخار�صين لي�صبح ن�صف تفاعل �أك�سدة وفي نف�س الوقت نف�سه عك�س �إ�شارة ‪E0‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪Zn+2(aq) + 2e‬‬

‫‪ 0.76+ = E0 -1‬فولت‬

‫)‪E0 Zn(s‬‬

‫ولم�س ��اواة ع ��دد الإلكترونات المفقودة وع ��دد الإلكترونات المكت�سبة الب ��د من �ضرب ن�صف‬ ‫تفاعل الف�ضة في ( ‪ )2‬وال يلزم �ضرب ‪ E0:‬في نف�س المعامل‬ ‫‪ 0.8 = E0 -2‬فولت‬

‫)‪2Ag(s‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2Ag+(aq) 2e-‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫والآن نجم ��ع ن�صفي التفاعل(‪)1‬و (‪ )2‬وفي الوقت نف�سه نجم ��ع الجهود المرافقة لها فتح�صل على‬

‫‪+‬‬

‫)‪Zn+2(aq) 2Ag(s‬‬

‫‪ E0‬للخلية = ‪ 1.56 = 0.8 + 0.76+‬فولت‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪292‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪Zn(s) 2Ag (aq‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫‪ -1‬اح�س���ب الجهد القيا�س���ي ‪ E0‬للخلي���ة الجلفانية التي يحدث فيها التفاع���ل التالي بالرجوع‬ ‫�إلى ال�سل�سلة الكهروكيميائية‬ ‫)‪2Cr+3(aq) +3Ni(s‬‬ ‫)‪2Cr(s) +3Ni+3(aq‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪ -2‬اح�س���ب الجه���د القيا�س���ي ‪ E0‬لقط���ب مجهول (‪ )X‬ف���ي خلية �ش���كلت بالتفاع���ل التالي فكان‬ ‫)‪Cd(s) + X+2(aq‬‬ ‫جهدها القيا�سي ‪ 0.276 E0‬فولت )‪Cd+2(aq) +X(s‬‬ ‫وبالرجوع �إلي ال�سل�سلة الكهروكيميائية حدد نوع القطب ‪X‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫‪ -2‬مقارنة قوة العوامل الم�ؤك�سدة والمختزلة ‪:‬‬ ‫در�س ��ت �سابق� � ًا �أن المادة تكون عام�ل ً�ا م�ؤك�سد ًا �إذا حدث لها اختزال في تفاع ��ل كيميائي وتكون عام ًال‬ ‫مختز ًال �إذا حدث لها �أك�سدة في تفاعل كيميائي لذا ف�إن ‪- :‬‬

‫• و�أي م ��ادة في ال�سل�سة الكهروكيميائية تكون عام�ل ً�ا مختز ًال �إذا حدث لها �أك�سدة في تفاعل كيميائي‬ ‫ولم ��ا كان ��ت المواد في �أ�سفل ال�سل�س ��ة الكهروكيميائية ي�صعب ت�أك�سدها �أكثر م ��ن تلك الموجودة في‬

‫‪293‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫• �أي م ��ادة في ال�سل�سة الكهروكيميائية تكون عام ًال م�ؤك�س ��د ًا �إذا حدث لها اختزال في تفاعل كيميائي‬ ‫وبم ��ا �أن قي ��م جه ��ود االختزال القيا�سي ��ة ‪ E0‬تزداد من �أعلى �إل ��ى �أ�سفل ال�سل�سل ��ة ( �أي يزداد ميلها‬ ‫لالخت ��زال ) فه ��ذا يعني �أن قوته ��ا كعوامل �أك�سدة ت ��زداد �أي�ض ًا ولذلك يعد الفل ��ور ‪� F2‬أقوى العوامل‬ ‫‪+‬‬ ‫الم�ؤك�سدة بينما �أيون الليثيوم ( ‪� )Li‬أ�ضعفها ‪.‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫�أعل ��ى ال�سل�سة فه ��ذا يعني �أن قوتها كعوامل مختزلة تقل من الأعلى �إل ��ى الأ�سفل ولذلك يكون الليثيوم (‪)Li‬‬ ‫�أقوي العوامل المختزلة بينما �أيون الفلوريد –‪� F‬أ�ضعفها‬ ‫رتب المواد الآتية ت�صاعدي ًا ح�سب قوتها كعوامل م�ؤك�سدة‬ ‫‪Ag+ , Ni+2 , Sn+2‬‬

‫‪0‬‬

‫بالرج ��وع �إلى ال�سل�س ��ة الكهروكيميائية نكت ��ب �أن�صاف التفاعالت وقي ��م ( ‪ ) E‬الخا�صة بكل‬ ‫ن�صف تفاعل كما يلي ‪ 0.25- = E‬فولت‬ ‫‪0‬‬

‫)‪Ni(s‬‬ ‫)‪Sn(s‬‬ ‫)‪Ag(s‬‬

‫‪+ 2e‬‬‫‬‫‪Sn+2(aq) + 2e‬‬ ‫‬‫‪Ag+(aq) + e‬‬ ‫)‪Ni+2(aq‬‬

‫‪0‬‬

‫كلما زادت قيمة جهد االختزال القيا�سي ‪ E‬زاد ميل المادة لالختزال �أي زادت قوتها كعامل‬ ‫م�ؤك�سد وبذلك يكون ترتيبها ت�صاعدي ًا كعوامل م�ؤك�سدة على النحو التالي‬ ‫‪Ag+ , Sn+2 , Ni+2‬‬

‫تزداد قوتها كعوامل م�ؤك�سدة‬

‫‪0‬‬

‫‪ -1‬اح�سب الجهد القيا�سي ‪ E‬للخلية الجلفانية التي يحدث فيها التفاعل التالي بالرجوع �إلى‬ ‫ال�سل�سلة الكهروكيميائية ‪Li+ , Mn+2 , Al+3‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪294‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫ما م�صدر الألم الذي ي�شعر به ال�شخ�ص عند و�ضع رقاقة من الألومينيوم بين‬ ‫�أ�ضرا�سه المح�شوة ؟‬ ‫ي�ستخ ��دم الأطب ��اء لح�شوة الأ�سنان النخ ��رة مادة تتكون‬ ‫من محل ��ول �صلب للق�صدير والف�ضة ف ��ي الزئبق وتوجد‬ ‫هذه المادة في ث�ل�اث �صور تقريبية ‪Sn8Hg , Ag3Sn‬‬ ‫‪ , Ag2Hg3‬وه ��ذه ال�صور يمكن �أن تح ��دث لها تفاعالت‬ ‫كـــهــروكيــمــيائـيــة جهـود االختزال لها ‪ 0.85 E0‬فــولــت ‪,‬‬ ‫�شكل (‪ ) 10-9‬ح�شوه الأ�سنان‬ ‫‪ 0.5‬فولت ‪ 0.13-‬فولت على الترتيب ولما كان الألومينيوم‬‫عام�ل ً�ا مخت ��ز ًال �أق ��وى من �أي من مكونات المحل ��ول (‪ 1.66- = E0‬فولت ) ف� ��إن تالم�س رقاقة‬ ‫الألوميني ��وم بح�ش ��وه الأ�سن ��ان ولوجود اللعاب الذي يعم ��ل كقنطرة ملحية ي� ��ؤدي �إلى تكوين خلية‬ ‫جلفانية تولد تيار ًا كهربائي ًا �صغير ًا ينتقل خالل الأع�صاب م�سبب الألم ‪.‬‬

‫‪ - 3‬التنب�ؤ بالتفاعالت ‪:‬‬ ‫يمك ��ن التنب�ؤ ب�إمكانية حدوث تفاعالت الأك�سدة واالختزال ف ��ي خلية ما في الظروف المعيارية عن طريق‬ ‫ح�ساب الجهد القيا�سي ‪ E0‬للخلية ف�إذا كانت ‪:‬‬ ‫• قيم ��ة الجه ��د القيا�سي ‪ E0‬للخلية ب�إ�ش ��ارة موجبة دل ذلك على �إمكانية ح ��دوث التفاعل تلقائي ًا كما هو‬ ‫مكتوب( من الي�سار �إلى اليمين ) و�أن الخلية تعطي كمية من التيار جهدها ي�ساوي تلك القيمة الموجبة ‪.‬‬

‫‪295‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫• قيم ��ة الجه ��د القيا�س ��ي ‪ E0‬للخلية ب�إ�ش ��ارة �سالبة دل ذلك عل ��ى �أن التفاعل اليحدث كم ��ا تلقائي ًا ( �أي‬ ‫اليح ��دث كم ��ا هو مكتوب ) ب ��ل يحتاج �إلى كمية من التي ��ار الكهربائي الخارجي جهده ��ا �أكبر من القيمة‬ ‫العددية لجهد الخلية �أو يحد بعد عك�سه ‪.‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫هل التفاعل الآتي يحدث ب�صورة تلقائية‬ ‫‪2+‬‬

‫اختزال‬

‫‪+‬‬ ‫)‪3Fe 2(aq‬‬

‫‪3+‬‬

‫‪+‬‬ ‫)‪Fe 3(aq) + Fe (s‬‬ ‫�أك�سدة‬

‫‪2+‬‬

‫�صفر‬

‫الحل ‪:‬‬ ‫‪0‬‬

‫للتنب�ؤ ب�إمكانية حدوث التفاعل ال�سابق ب�صورة تلقائية نح�سب الجهد القيا�سي ‪ E‬بالرجوع‬ ‫�إلى ال�سل�سة الكهروكيميائية‬ ‫الجهد القيا�سي ‪ = E‬جهد اختزال (‪ – )Fe+3‬جهد االختزال (‪) Fe‬‬ ‫‪0‬‬

‫= (‪ 1.21+ = 0.44 + 0.77+ = ) 0.44- ( – )0.77+‬فولت‬ ‫وبم ��ا �أن الإ�شارة الح�سابية لقيمة ‪ E‬للتفاعل موجبة ف�إن التفاعل يحدث تلقائي ًا في الظروف‬ ‫المعيارية‬ ‫‪0‬‬

‫وي�ستف ��اد م ��ن هذه النتيج ��ة في حف ��ظ محاليل ‪ Fe+2‬ومن ��ع ت�أك�سده ��ا بفع ��ل �أك�سجين الجو‬ ‫�إل ��ى ‪ Fe+3‬ع ��ن طري ��ق �إ�ضاف ��ة ب ��رادة الحدي ��د ‪� Fe‬إل ��ى المحل ��ول �إذ يعم ��ل عل ��ى اخت ��زال‬ ‫�أيون ��ات ‪ ( Fe+3‬الت ��ي تتك ��ون بفع ��ل الأك�س ��دة الجوي ��ة ) ويحوله ��ا �إل ��ى �أيون ��ات ‪. Fe+2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪296‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪-‬‬

‫هل يمكن تح�ضير ‪ Cl2‬ب�أك�سدة �أيونات ‪ Cl‬بوا�سطة البروم ‪ Br2‬ح�سب التفاعل الآتي‬

‫)‪+ Cl (g‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪+ Br (l‬‬

‫‪2Br‬‬

‫‪2‬‬

‫‬‫)‪2Cl (aq‬‬

‫‪...................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................................‬‬

‫العوامل الم�ؤثرة على جهد الخلية الجلفانية‬ ‫من خالل التجارب وجد �أن جهد الخلية يعتمد على عدد من العوامل تتغير قيمتها بتغير �أي منها ‪ ,‬ومن‬ ‫�أهم هذه العوامل ما يلي ‪:‬‬

‫‪ -1‬نوع مادة قطبي الخلية ‪:‬‬ ‫م ��ن خ�ل�ال مالحظتنا لجهود الأقطاب المختلفة نجد اختالفا بي ��ن قيمها وهذا االختالف يرجع �إلى‬ ‫اخالف الن�شاط الكيميائي ( قابلية الفقد واالكت�ساب ) لمواد الأقطاب وحيث �أن ح�ساب جهد الخلية‬ ‫يتم من قيم جهود �أقطابها ف�إننا نتوقع �أن يت�أثر جهد الخلية بنوع مادة كل من القطبين المكونين لها‪.‬‬

‫تم ت�شكيل خليتين جلفا نيتين تحت نف�س الظروف ( ولتكن الظروف القيا�سية ) اح�سب الجهد‬ ‫القيا�سي ‪E‬‬ ‫)‪1 - Pb(aq) + Cu+2(aq‬‬ ‫)‪Pb+2(aq) + Cu(s‬‬ ‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪297‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫علماً ب�أن ‪ 0.13 - = Pb+2/Pb E‬فولت ‪ 0.34 + = Cu+2/Cu E ,‬فولت‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫)‪2 - Cu(s) / Cu+2(1M) // Au+3(aq) (1M) / Au(s‬‬

‫علماً ب�أن ‪ 0.34 + = Cu+2/Cu E‬فولت ‪ 1.5 + = Au+3/Au E ,‬فولت‬ ‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫لعلك الحظت �أنه بالرغم من توحيد كافة الظروف للخليتين وتثبيت �أحد قطبي الخليتين �إال �أن قيمة‬ ‫‪E‬في الخلية الأولى تختلف عن الثانية وهذا يرجع �إلى اخالف الن�شاط الكيميائي للقطب الآخر في الخلية‬

‫‪0‬‬

‫‪ – 2‬تراكيز المحاليل ‪:‬‬ ‫در�ست �سابقاً خلية خار�صين ‪ /‬نحا�س ( خلية دانيال ) الممثلة بالتفاعل الآتي‬ ‫)‪Zn+2(aq) + Cu(s‬‬

‫ ‬

‫)‪Zn(s) + Cu+2(aq‬‬ ‫‪0‬‬

‫حي���ث يت���م فيه���ا التفاعل ب�ص���ورة تلقائية وينتج عن���ة تيار كهربائي له جه���د ‪ E = 1.1‬فولت ‪� ,‬أي �أن جهد‬ ‫الخلي���ة يمك���ن �أن يتعام���ل مع���ه كم���ا لو كان م���ادة ناتج���ة وعليه يمك���ن كتابة المعادل���ة ال�س���ابقة كما يلي‬

‫‪+E‬‬

‫‪0‬‬

‫)‪Zn(s) + Cu+2(aq‬‬

‫)‪Zn+2(aq) + Cu(s‬‬

‫ولكن ‪ ,‬هل تبقى قيمة جهد الخلية ( ‪ 1.1‬فولت ) ثابتة مع ا�ستمرار التفاعل ؟ ماذا نتوقع �أن يحدث لها؟‬ ‫وهل هناك عالقة بين قيمة جهد الخلية و�أيونات ‪ Zn+2‬و ‪ Cu+2‬؟‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫ف���ي الواق���ع �أن قيم���ة الجهد ( ‪ 1.1‬فولت ) ال تبقي ثابتة �إال لوقت ق�ص���ير ‪� ,‬إذا تب���د�أ في التناق�ص بمجرد‬ ‫�أن يبد�أ تركيز �أيونات ‪ Cu+2‬في التناق�ص و�أيونات ‪ Zn+2‬في التزايد �إلى �أن ن�ص���ل �إلى ال�ص���فر عندما‬ ‫يذوب جميع الخار�صين �أو عندما تن�ضب �أيونات ‪. Cu+2‬‬ ‫ويمكن التو�صل �إلى النتيجة ال�سابقة بتطبيق مبد�أ لو�شاتليية ‪.‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪298‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ -1‬م���ن الأمثل���ة على الخالي���ا الجلفانية البطاريات الجافة ‪ ,‬ما �س���بب تناق����ص الكهرباء الناتجة‬ ‫عنها مع مرور الزمن ؟‬ ‫‪ - 2‬عندما ت�ش���تري البطاريات الجافة ب�أنواعها ف�إنك تحر�ص على �ش���راء بطاريات حديثة ال�ص���نع‬ ‫ما ال�سبب الذي يدفعك لذلك ؟‬ ‫�أه ��م التطبيق ��ات الحياتي ��ة للخاليا الجلفاني ��ة بتقد العلم يوم ًا بع ��د يوم يزداد‬ ‫اعتم ��اد الإن�سان عل ��ى م�صادر الطاق ��ة وخ�صو�ص ًا الكهرباء فكل م ��ا لنا يعتمد‬ ‫اعتماد كلي �أومبا�شر على الطاقة الكهربائية الم�ستخدمة في البطاريات ‪.‬‬ ‫وم ��ن الأمثلة على الخالي ��ا الجلفانية خاليا الوقود التي‬ ‫يتوق ��ع �أن يك ��ون له ��ا دور هام ف ��ي م�ستقب ��ل الطاقة في‬ ‫الع�صر الحا�ضر ‪.‬‬ ‫وهن ��اك بطاريات تق ��وم ب�إنتاج التي ��ار الكهربائي تعرف‬ ‫بم�صادر التيار الم�ستمر ي�ستفاد منها في ت�شغيل الأجهزة‬ ‫والمع ��دات كالبطاريات الجافة التي ت�ستخدم في ت�شغيل‬ ‫الرادي ��و والم�سجل وبع� ��ض الآالت الحا�سب ��ة الم�صابيح‬ ‫اليدوية وغيرها ‪.‬‬

‫‪299‬‬

‫ ‬ ‫ ‪ - 9‬‬ ‫‪)12‬‬ ‫‪( 10‬‬ ‫ (‪�- 9‬شكل‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫بطاريات �أك�س���يد الف�ض���ة ‪ :‬تتميز ب�صغ ��ر حجمها الذي‬ ‫يتنا�س ��ب مع الأجه ��زة الكهربائية ال�صغي ��رة كال�ساعات‬ ‫�أجهزة الت�صوي ��ر �أفالم الليزر وهن ��اك بطاريات �أخرى‬ ‫�شائعة اال�ستخدام ت�سهم في ت�سهيل �ش�ؤون الحياة ‪.‬‬

‫�شكل ( ‪)11 - 9‬‬ ‫بع�ض البطاريات الجافة‬

‫بطارية �أك�سيد الف�ضة‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫وه���ب اهلل ع���ز وجل الإن�س���ان قدرة على التفكي���ر والإبداع للإنتاج الإيجاب���ي المثمر المفيد له‬ ‫في �س���هيل �أمور حياته مثل �س���ائل النقل اكتب مقا ًال تتناول فيه بطاريات ال�س���يارات ( المركم‬ ‫الر�صا�صي ) وكيفية عملها ‪.‬‬ ‫ف���ي بع����ض م���دن المملك���ة العربية ال�س���عودية م�ص���انع ت�س���تخدم التطبي���ق ال�ص���ناعي للخاليا‬ ‫الكهروكيميائية ح�سب ما يتوفر في منطقتك قم بزيارة لأحد هذه الم�صانع ‪ ,‬ثم اكتب تقرراً‬ ‫عن كيفية ا�ستخدامها وتطبيقاتها مدعماً ذلك بال�صور ‪.‬‬

‫ثانياً ‪ :‬خاليا التحليل الكهربي ( الإلكتروليتية )‬ ‫لديك التفاعل الآتي‬

‫‪-‬‬

‫)‪H2(g) + I2(g‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫‪Electrolytic Cells‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪2H (aq) + 2I‬‬

‫لدرا�سة �إمكانية حدوث التفاعل ال�سابق تلقائياً ( كما هو مكتوب ) دعنا نقوم بالن�شاط التالي ‪:‬‬ ‫( ‪ ) 4-9‬خلية تحليل كهربائي‪.‬‬ ‫المواد الأدوات المطلوبة ‪:‬‬

‫خطوات التجربة ‪:‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪� -1‬ضع محلول يوديد الهيدروجين في الك�أ�س‬ ‫‪ -2‬اغم�س القطبين في المحلول‬ ‫‪� -3‬ص ��ل بي ��ن القطبي ��ن بالأ�س�ل�اك الخارجية م ��رور ًا‬ ‫بالفولتميتر‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪300‬‬

‫كا� ��س �سعت ��ه ‪ 250‬مل ��ل ‪ ,‬قطبان من‬ ‫الجرافي ��ت ( الفح ��م) ‪� ,‬أ�س�ل�اك‬ ‫تو�صي ��ل ‪ ,‬م�ص ��در للتي ��ار (بطاري ��ة‬ ‫جافة ) ‪ ,‬محلول يوديد الهيدروجين‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ -‬هل يتحرك م�ؤ�شر الفولتميتر ؟‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪.............................................................‬‬ ‫ على ماذا يدل ذلك ؟‬‫‪.............................................................‬‬ ‫‪ -4‬اربط مكان الفولتميتر بم�صدر للتيار الم�ستمر‬ ‫(بطارية) ‪ -‬ماذا تالحظ ؟‬ ‫‪.............................................................‬‬ ‫ على ماذا يدل ذلك ؟‬‫‪.............................................................‬‬

‫‪-‬‬‫‪-‬‬‫‪-‬‬

‫‪-‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪Na +‬‬

‫‪++‬‬ ‫‪++‬‬ ‫‪+‬‬

‫�شكل ( ‪)13-9‬‬ ‫خلية تحليل كهربائي‬

‫لعلك الحظت من الن�شاط �أن التفاعل في الخلية ال�سابقة اليتم ب�صورة تلقائية وهذا يعني �أن الإ�شارة‬ ‫ال�س���البة للجهد القيا�س���ي ‪ E0‬للخلية �س���البة وللت�أكد من ذلك نقوم بح�س���اب قيمة ‪ E0‬للتفاعل ال�سابق‬ ‫كما يلي من معادلة التفاعل يت�ض���ح �أن �أيونات الهيدروجين تختزل و�أيونات اليوديد تت�أك�س���د وبالرجوع‬ ‫�إلى ال�سل�سة الكهروكيميائية نجد �أن ‪ 0.45+ =I2 / I-(aq) E0‬فولت ‪� = H+(aq)/H2(g) E0 ,‬صفر‬ ‫جهد الخلية‪ = E0‬جهد قطب الهيدروجين – جهد قطب اليود = �صفر – ( ‪ 0.54- = ) 0.54+‬فولت‬

‫هذا يدل على �أن التفاعل اليحدث تلقائياً ( كما هو مكتوب ) ولكي يجري البد من �إجباره على ذلك بامداده‬ ‫بتي���ار كهربائ���ي مق���داره �أكبر م���ن ‪ 0.54‬فولت وهذا ما يحدث بالفعل كما الحظنا في الن�ش���اط ال�س���ابق ‪.‬‬ ‫كيف حدث التفاعل في خلية التحليل الكهربائي ال�سابقة ؟‬

‫ ‪+‬‬‫�شكل ( ‪)14-9‬خلية تحليل كهربائي‬

‫‪301‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫‪ -1‬ت�س���ري الإلكترون���ات م���ن قط���ب البطاري���ة ال�س���الب‬ ‫�إل���ى قط���ب الكربون ال���ذي ي�ش���كل المهبط ف���ي الخلية‬ ‫التحليليةوتكون �شحنته �سالبة‪.‬‬

‫‪+ -‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫‪ -2‬تنج���ذب �أيون���ات الهيدروجي���ن ف���ي المحل���ول �إلى قط���ب الكربون ال�س���الب ( المهبط ) فتكت�س���ب منه‬ ‫�إلكترونات (تختزل ) مكونة غاز الهيدروجين ‪.‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‪2H (aq) +2e‬‬

‫)‪H2(g‬‬

‫‪ – 3‬تنج���ذب �أيون���ات اليودي���د ف���ي المحل���ول �إل���ى قطب الكرب���ون المت�ص���ل بالقطب الموج���ب للبطارية‬ ‫(الم�ص���عد وي�أخ���ذ الإ�ش���ارة الموجب���ة ) فتفق���د �إلكتروناتها ( تت�أك�س���د )مكونة ذرات الي���ود التي تتحد‬ ‫مكونة جزئيات اليود ‪.‬‬ ‫‬‫)‪2I (aq‬‬

‫‪I2(g) + 2e‬‬

‫‪ – 4‬ت�س���ري الإلكترون���ات من الم�ص���عد في الخلية التحليلية عبر ال�س���لك الخارج���ي �إلى قطب البطارية‬ ‫الموجب لتكتمل الدائرة وي�ستمر التفاعل حتى تفرغ طاقة البطارية �أو تنتهي �أيونات المحلول ‪.‬‬

‫لخ�ص في الجدول التالي �أهم الفروقات بين الخلية الجلفانية وخلية التحليل الكهربائي ‪.‬‬ ‫�أوجه المقارنة‬

‫الخلية الجلفانية‬

‫الف�صل التا�سع‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪302‬‬

‫الخلية الإلكتروليتية‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬

‫�أهم التطبيقات الحياتية للخاليا التحليلية (تحليل كهربائي) ‪- :‬‬ ‫لقد بذل الكيميائيون محاوالت كبيرة لال�ستفادة من المظهر الجميل لبع�ض المواد والح�صول‬ ‫عل ��ى �صفات متعددة مرغوب ��ة ال يمنع �شكلها الظاهري من ا�ستخدامه ��ا �أو المحافظة عليها ومن‬ ‫ذلك طالء بع�ض الفلزات الرخي�صة كالنحا�س والحديد بمعادن جميلة كالذهب والف�ضة والكروم‬ ‫خا�صة �أدوات الزينة‪ ،‬حيث ُيعد طالء الفلزات �أحد �أهم تطبيقات الخاليا التحليلية وتعتمد الفكرة‬ ‫على�إمكانية تر�سيب مادة فلزي ��ة على �أخرى با�ستخدام التيار‬ ‫الكهربائي لخلية قيا�سية في خلية تحليل كهربائي ويعرف هذا‬ ‫الن ��وع بطالء الفلزات �أو تلبي�س المع ��ادن �أو الطالء بالكهرباء‬ ‫ومن فوائد الطالء الفلزي ما يلي‬ ‫�أ – تجميل مظهر الأدوات المعدنية‬ ‫�شكل (‪)15-9‬‬ ‫طالء ري�شة قلم بالذهب‬

‫ب‪ -‬وقاية المواد من الت�آكل‬ ‫وتعتم ��د فكرة الط�ل�اء بالفلزات على تكون طبق ��ة رقيقة ومن‬ ‫فل ��زات معينة في خلية ( تحلي ��ل كهربائي)حيث يكون الج�سم‬ ‫الم ��راد طالئه ( الكاثود) وي�ش ��كل فلز الطالء الأنود ويحوي الإلكترولي ��ت كاتيونات فلز الطالء‬ ‫والكاتيونات الفلزية ت�صبح ذرات على الكاثود وتكون طبقة �سطحية من الفلز النقي ‪.‬‬

‫( ‪ )5 - 9‬طالء ملعقة من الحديد بفلز النحا�س‬

‫‪303‬‬

‫كيمياء (‪)2‬‬

‫الف�صل التا�سع‬

‫الأدوات والمواد المطلوبة ‪:‬‬ ‫ك�أ� ��س �سعة ‪250‬ملل ‪ ,‬قطب نحا�س ‪ ,‬ملعقة طعام‪ ,‬محل ��ول مخفف من هيدروك�سيد ال�صوديوم ‪ ,‬ماء‬ ‫مقطر‪ ,‬حمام مائي ‪� ,‬صوف �صخري ( �أ�سالك حديدية ناعمة ) محلول يحوي �أيونات النحا�س الثنائية ‪.‬‬

‫الأك�سدة واالختزال والخاليا الكهروكيميائية‬ ‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪ -1‬نظف ملعقة الطعام في الحمام المائي ال�ساخن ثم في محلول حم�ض الكلور ال�ساخن‬ ‫(‪˚50‬م) ثم نظفها جيد ًا بال�صوف ال�صخري ‪.‬‬ ‫‪ -2‬كرر خطوة (‪ ) 1‬مع هيدروك�سيد ال�صوديوم ثم الماء المقطر وجفف الملعقة جيد ًا ‪.‬‬ ‫‪� -3‬ضع محلول �أيونات النحا�س الثنائي في الك�أ�س ‪.‬‬ ‫‪� -4‬أغم�س الملعقة في الك�أ�س من الجهة المقابلة لقطب النحا�س ( دون �أن يتالم�سا ) و�صل‬ ‫طرفه الأعلى ب�سلك ‪.‬‬ ‫‪� -5‬صل طرفي ال�سلكين بم�صدر التيار الكهربائي بحيث يرتبط قطب النحا�س بالقطب الموجب‬ ‫للبطارية بينما ترتبط الملعقة بالقطب ال�سالب لها ‪.‬‬ ‫‪ -6‬راقب ما يحدث لفترة وجيزة ‪.‬‬

‫تعمل التقنيه الكهربائية على تنقية الفلزات بوا�سطة التحليل الكهربي ‪ .‬اكتب مو�ضوعاً تتناول‬ ‫فيه كيفية تنقية الفلزات من خاماتها مزوداً بال�صور التو�ضيحية ‪.‬‬

‫الف�صل التا�سع‬ ‫كيمياء (‪)2‬‬

‫‪304‬‬

‫�أ�سئلة الف�صل التا�سع‬ ‫�س‪ : 1‬اح�سب عدد الأك�سدة لما يلي ‪:‬‬ ‫�أ – الكروم في ‪Cr2O3‬‬

‫جـ ‪ -‬الأك�سجين في ‪K2O2‬‬

‫ب – الكلور في ‪HClO3‬‬

‫د‪ -‬المجنيز في ‪MnO4‬‬

‫و – البوتا�سيوم في ‪K2UO4‬‬

‫هـ ‪ -‬البورون في ‪Na2B4O7‬‬

‫�س‪ : 2‬وازن التفاعالت التالية‬ ‫و�سط حم�ضي‬

‫‪Mg +2 + N2‬‬

‫‪1- Mg + NO3-‬‬

‫و�سط قاعدي‬

‫‪MnO2 + Fe+3‬‬

‫‪2- MnO4- + Fe+2‬‬

‫و�سط قاعدي‬

‫‪Cl- + FeO4 -2‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+ Fe(OH)3‬‬ ‫‬‫‪MnO4 + Sn+ + H+‬‬

‫‪3- ClO‬‬

‫‪Mn+2 + Sn+4 +H2O‬‬

‫‪2‬‬

‫‪4-‬‬

‫�س‪ : 3‬ادر�س جهود االختزال لأن�صاف التفاعالت الآتية و�أجب عن الأ�سئلة ‪:‬‬ ‫‪0.44 -= E0‬فولت‬

‫)‪Fe(s‬‬

‫‪-1 Fe+2(ag)+2e-‬‬

‫‪ 0.14-= E0‬فولت‬

‫)‪Sn(s‬‬

‫‪-2 Sn+2(ag)+2e-‬‬

‫‪ 0.85 + = E0‬فولت‬

‫)‪Hg(l‬‬

‫‪-3 Hg+2 + 2e-‬‬

‫‪ 0.80+ =E0‬فولت‬

‫)‪Ag(s‬‬

‫‪-4 Ag+ + e-‬‬

‫�أ – حدد �أقو ى عامل م�ؤك�سد و�أقوى عامل مختزل ‪.‬‬ ‫ب‪ -‬الأيونات التي يمكن �أن تختزل بالحديد و التي تت�أك�سد بالف�ضة ‪.‬‬

‫�س‪ : 4‬و�ض���ح المق�ص���ود بكل مما يلي ‪ :‬ال�سل�س���لة الكهروكيمائية ‪ ,‬التحليل الكهربائي ‪,‬‬ ‫المهبط ‪ ,‬الم�صعد ‪.‬‬ ‫‪305‬‬

‫المراجع‬ ‫القران الكريم‬ ‫‪ -1‬جي ��رول ‪� ,‬إيب�شتاين ‪2001( .‬م ) الكيمي ��اء العامة ( ملخ�صات �شوم ) ‪ .‬ترجمة ‪� :‬أحمد �إ�سالم ‪,‬‬ ‫الدار الدولية للإ�ستثمارات الثقافية ‪ ,‬القاهرة ‪ ,‬م�صر‬ ‫‪ -2‬ب ��رادى ‪ ،‬جم�س ‪1992( .‬م)‪ .‬الكيمياء العامة والمبادئ والبنية ‪.‬ترجمة‪� :‬سليمان �سع�سع ‪ ،‬مركز‬ ‫الكتب ‪ ،‬ع ّمان ‪ ،‬الأردن‪.‬‬ ‫‪ -3‬الخليلي ‪ ،‬فواز ‪1997(.‬م) ‪ .‬الكيمياء العامة ‪ .‬دار ال�ضياء للن�شر والتوزيع ‪ ،‬ع ّمان ‪ ،‬االردن‪.‬‬ ‫‪-4‬الخويطر‪�،‬سليمان‪1425(.‬هـ)‪.‬الكيمياءالعامة‪.‬دارالخريجى‪،‬الريا�ض‪،‬المملكةالعربيةال�سعودية‪.‬‬ ‫‪ -5‬ديرانت ‪ ،‬ب‪.‬ج ‪1939( .‬م) ‪ .‬الكيمياء العامة وغير الع�ضوية ‪ .‬ترجمة‪ :‬عزت خيري ‪ ،‬مطبعة عين‬ ‫�شم�س‪ ،‬القاهرة‪ ،‬م�صر‬ ‫‪ -6‬وزارة التربي ��ة والتعلي ��م ‪1417( .‬ه� �ـ) ‪ .‬منه ��ج المرحلة الثانوية لتعليم ( البن ��ات – البنين ) ‪.‬‬ ‫الوكالة الم�ساعدة للتطوير التربوي ‪ .‬مطابع نجد ‪ ،‬الريا�ض ‪ ،‬المملكة العربية ال�سعودية‪.‬‬ ‫‪� -7‬سينك ��و ‪ ،‬مي�شيل ‪1981( .‬م) ‪ .‬الكيمي ��اء ‪ .‬ترجمة‪ :‬ال�سيد ح�سن ‪ .‬دار المريخ للن�شر ‪ ،‬ا لريا�ض‪،‬‬ ‫المملكة العربية ال�سعودية‬ ‫‪ -8‬الخطيب ‪ ،‬خير اهلل ‪1998( .‬م) ‪ .‬المو�سوعة العلمية ال�شاملة ‪ .‬مكتبة لبنان نا�شرون ‪ ،‬بيروت ‪ ،‬لبنان ‪.‬‬ ‫‪ -9‬فردريك لونجو‪1401 ( .‬هـ ) ‪ .‬الكيمياء العامة ‪ .‬مجمع اللغة العربية االردنى ‪ .‬الأردن‬ ‫‪ -10‬د‪� .‬إبراهيم الخطيب ‪ ,‬د‪ .‬م�صطفى تركى ‪2000 (.‬م ) ‪ .‬الكيمياء العامة ‪ .‬دار الم�سرة ‪ ,‬عمان ‪ ,‬الأردن‬ ‫‪ – 11‬د‪� .‬أحم ��د ا�س�ل�ام ‪ ,‬د‪ .‬م�صطف ��ى عمارة ‪� .‬أ�س� ��س الكيمياء العامة وغير الع�ضوي ��ة ‪ .‬دار الفكر‬ ‫‪ -12‬ديفيد �إ‪.‬غولدبرغ ‪ . )2001(.‬الكيمياء الجامعية ‪� .‬أكاديميا �إنترنا�شيونال ‪ .‬بيروت ‪ .‬لبنان‬ ‫‪ -13‬ترجمة د‪ .‬محمد دب�س ‪ ) 2002 ( .‬معجم الكيمياء الم�صور‪� .‬أكاديميا �إنترنا�شزنال‪ .‬بيروت ‪ .‬لبنان‬ ‫‪-14‬د‪.‬محمدعلىخليفة‪1417(.‬هـ)‪.‬كيمياءالمجموعاتالرئ�سية‪.‬مطابعجامعةالملك�سعود‪.‬الريا�ض‬ ‫‪ -15‬د‪ .‬محم ��د عم ��اد ع�ص ��ام الدين ‪1424 ( .‬ه� �ـ) ‪ .‬الإبداع ف ��ى تدري�س العلوم‪ .‬مكتب ��ة المتنبي ‪.‬‬ ‫الدمام ‪ .‬المملكة العربية ال�سعودية‬

‫‪ -16‬مكت ��ب التربي ��ة العربى لدول الخليج ( ‪1997‬م )‪ .‬كيمياء ال�صف الحادي ع�شر ‪ ,‬الثاني ع�شر ‪.‬‬ ‫المركز العربي للبحوث التربوية لدول الخليج‬ ‫‪ – 17‬العوي� ��س ‪,‬د‪ .‬المعي ��وف ‪1995( .‬م ) ‪ .‬الكيمي ��اء الكهربائية ‪ .‬دار الخريج ��ى للتوزيع والن�شر‪.‬‬ ‫الريا�ض ‪ .‬المملكة العربية ال�سعودية‬ ‫‪ -18‬د‪ .‬مهدي الزكوم ‪1986( .‬م ) ‪ .‬مقدمة في الكيمياء التحليلية والفيزيائية ‪.‬‬ ‫‪ – 19‬د‪� .‬أحم ��د �إ�س�ل�ام ‪ ,‬د‪ .‬م�صطف ��ى عمارة ‪2005( .‬م ) ‪� .‬أ�س�س الكيمي ��اء الفيزيائية ‪.‬دار الفكر‬ ‫العربي ‪ .‬القاهرة ‪ .‬م�صر‬ ‫‪ – 20‬د‪ .‬الخويط ��ر ‪1419( .‬ه� �ـ ) ‪ .‬الحركي ��ة الكيميائي ��ة وميكانيكيات التفاع�ل�ات ‪.‬دار الخريجي‬ ‫للن�شر والتوزيع ‪.‬الريا�ض ‪ .‬المملكة العربية ال�سعودية‬ ‫‪ -21‬د‪� .‬أب ��و المج ��د ‪ ,‬د‪ .‬فاطمة محم ��د ‪2005(.‬م ) ‪� .‬أ�سا�سي ��ات الكيمياء الفيزيائي ��ة ‪ .‬دار الن�شر‬ ‫للجامعات ‪.‬القاهرة ‪ .‬م�صر ‪.‬‬ ‫‪ -22‬د‪ .‬الزام ��ل ‪ ,‬الحجاجي ‪ ,‬الطمرة ‪ ,‬بان ��ة ‪1998 ( .‬م ) ‪ .‬الكيمياء التحليلية ( التحليل الحجمي‬ ‫والوزني) ‪ .‬دار الخريجي للن�شر والتوزيع ‪ .‬الريا�ض ‪ .‬المملكة العربية ال�سعودية ‪.‬‬ ‫‪ -23‬د‪ .‬ن�شوان ‪1984( .‬م ) ‪ .‬الكيمياء التحليلية ‪ .‬دار الفرقان ‪.‬عمان ‪ .‬الأردن ‪.‬‬ ‫‪ -24‬د ‪ .‬ن�شوان (‪1988‬م) ‪ .‬مقدمة في الكيمياء العامة ‪ .‬دار الفرقان ‪.‬عمان ‪ .‬الأردن ‪.‬‬ ‫‪-25‬د‪.‬عبدالرزاقجعفر‪2002(.‬م)‪�.‬أ�سا�سياتالكيمياءالعامة‪.‬جهينةللن�شروالتوزيع‪.‬عمان‪.‬الأردن‪.‬‬ ‫‪ -26‬د‪ .‬دي ��اب ‪ ,‬د‪ .‬خي ��ر اهلل ‪2000( .‬م ) ‪ .‬الكيمياء ( مو�سوعة الم�شاهدة العيانية ) ‪ .‬مكتبة لبنان‬ ‫‪ .‬بيروت ‪ .‬لبنان ‪ .‬ترجمة د‪ .‬جورج قا�ضي ‪2002( .‬م ) ‪ .‬مو�سوعة الرو�س ( الطاقة والمادة ) ‪.‬‬ ‫عويدات للن�شر والتوزيع ‪.‬بيروت ‪ .‬لبنان ‪.‬‬ ‫‪ – 27‬عدنان الخر�سان ‪ 2003 ( .‬م ) ‪ .‬المب�سط في الكيمياء ‪ .‬دار ومكتبة الهالل ‪ .‬بيروت ‪ .‬لبنان ‪.‬‬ ‫‪ – 28‬العجلون ��ي و�آخ ��رون ‪ ,‬بره ��م و�آخ ��رون ‪2005 ( .‬م ) ‪ .‬منه ��ج المرحلة الثانوي ��ة في الكيمياء‬ ‫(ال�ص ��ف العا�ش ��ر ‪ ,‬عل ��وم الأر�ض ‪ ,‬الفرع العلم ��ي ) ‪ .‬وزارة التربية والتعلي ��م المملكة الأردنية‬ ‫الها�شمية ‪ .‬عمان ‪ .‬الأردن ‪.‬‬

‫المراجع الأجنبية‬ 1- Thomas , Keith , Salvatore . chemistry ( Holt ) . AHarcourt Education company .

2- Henry , Peter , Dorothyl . prentice hall chemistry . prentice hall,Inc . New jersey .

3- Kenneth, Raymond , M. Larry . General chemistry . sanders college publishing .