Mawhiba Chemistry Grade 10 by MawhibaAlrowad

‫الصف األول الثانوي‬

‫منهاج موهبة اإلضايف املتقدم‬

‫الكيميـاء‬

‫كتاب الطالب‬

‫املحتويات‬ ‫كيفية ا�ستعمال هذا الكتاب‬

‫‪6‬‬

‫الوحدة الأوىل‪ :‬طبيعية الكيمياء‬ ‫نظرة عامة‬ ‫تاريخ الكيمياء‬ ‫الن�شاط الأول‬ ‫تطوير مهارات البحث‬ ‫الن�شاط الثاين‬ ‫تطور الكيمياء احلديثة‬ ‫الن�شاط الثالث‬ ‫مواد ت�صنيع ال�سيارات‬ ‫الن�شاط الرابع‬ ‫تق�صي املواد‬ ‫الن�شاط اخلام�س‬ ‫ت�صميم �سيارة‬ ‫الن�شاط ال�ساد�س‬ ‫طبقة الأوزون‬ ‫الن�شاط ال�سابع‬ ‫تخطيط التق�صي‬ ‫الن�شاط الثامن‬ ‫ت�أثري ال�ضوء يف املادة القا�رصة للألوان‬ ‫الن�شاط التا�سع‬ ‫حتليل عينات مادة قا�رصة للألوان‬ ‫الن�شاط العا�رش‬ ‫تف�سري النتائج‬ ‫الن�شاط احلادي ع�رش‬ ‫عملية ن�ضوب طبقة الأوزون‬ ‫الن�شاط الثاين ع�رش‬ ‫التحليل الكهربائي ملحاليل �شائعة‬ ‫الن�شاط الثالث ع�رش‬ ‫التحليل الكهربائي لكربيتات النحا�س‬ ‫الن�شاط الرابع ع�رش‬ ‫ت�سجيل الأدلة‬ ‫الن�شاط اخلام�س ع�رش‬ ‫تف�سري النتائج‬ ‫الن�شاط ال�ساد�س ع�رش‬ ‫ت�أثري احلرارة يف كربونات الكال�سيوم‬ ‫الن�شاط ال�سابع ع�رش‬ ‫ا�ستخال�ص املعادن‬ ‫الن�شاط الثامن ع�رش‬ ‫حتليل غبار الف�ضاء‬ ‫الن�شاط التا�سع ع�رش‬ ‫جمع الأدلة‬ ‫الن�شاط الع�رشون‬ ‫الن�شاط احلادي والع�رشون الأفكار العلمية‬

‫‪7‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪11‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪15‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪17‬‬ ‫‪17‬‬ ‫‪19‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪21‬‬ ‫‪22‬‬ ‫‪23‬‬ ‫‪24‬‬ ‫‪25‬‬ ‫‪25‬‬

‫الوحدة الثانية‪ :‬املادة – خ�صائ�صها وتغرياتها‬ ‫نظرة عامة‬ ‫جمع الأدلة‬ ‫الن�شاط الأول‬ ‫حتليل �سوائل اجل�سم‬ ‫الن�شاط الثاين‬ ‫تق�صي الغرويات‬ ‫الن�شاط الثالث‬ ‫ذوبان املذاب‬ ‫الن�شاط الرابع‬ ‫ذائبية املواد املختلفة‬ ‫الن�شاط اخلام�س‬ ‫ف�صل املاء‬ ‫الن�شاط ال�ساد�س‬ ‫ت�سجيل البيانات‬ ‫الن�شاط ال�سابع‬ ‫حتلية املاء‬ ‫الن�شاط الثامن‬ ‫تر�شيد ا�ستهالك املياه‬ ‫الن�شاط التا�سع‬

‫‪27‬‬ ‫‪28‬‬ ‫‪29‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪31‬‬ ‫‪33‬‬ ‫‪34‬‬ ‫‪36‬‬ ‫‪36‬‬ ‫‪36‬‬ ‫‪37‬‬

‫الوحدة الثالثة‪ :‬الرتكيب الذري‬ ‫نظرة عامة‬ ‫الن�شاط الأول‬

‫الن�شاط الثاين‬ ‫الن�شاط الثالث‬ ‫الن�شاط الرابع‬ ‫الن�شاط اخلام�س‬ ‫الن�شاط ال�ساد�س‬ ‫الن�شاط ال�سابع‬ ‫الن�شاط الثامن‬ ‫الن�شاط التا�سع‬ ‫الن�شاط العا�رش‬ ‫الن�شاط احلادي ع�رش‬ ‫الن�شاط الثاين ع�رش‬ ‫الن�شاط الثالث ع�رش‬ ‫الن�شاط الرابع ع�رش‬ ‫الن�شاط اخلام�س ع�رش‬ ‫الن�شاط ال�ساد�س ع�رش‬ ‫الن�شاط ال�سابع ع�رش‬ ‫الن�شاط الثامن ع�رش‬ ‫الن�شاط التا�سع ع�رش‬ ‫الوحدة الرابعة‪ :‬اجلدول الدوري‬ ‫نظرة عامة‬ ‫الن�شاط الأول‬ ‫الن�شاط الثاين‬ ‫الن�شاط الثالث‬ ‫الن�شاط الرابع‬ ‫الن�شاط اخلام�س‬ ‫الن�شاط ال�ساد�س‬ ‫الن�شاط ال�سابع‬ ‫الن�شاط الثامن‬ ‫الن�شاط التا�سع‬ ‫الن�شاط العا�رش‬ ‫الن�شاط احلادي ع�رش‬

‫تق�صي الأ�شخا�ص‬ ‫اكت�شاف الن�شاط الإ�شعاعي‬ ‫م�رشوع مانهاتن‬ ‫م�رشوعات العلوم الكبرية وم�رشوعات العلوم ال�صغرية‬ ‫تعريف النظام ال�شم�سي‬ ‫الألوان والذرات‬ ‫الدليل الطيفي‬ ‫ت�أين الهيدروجني‬ ‫مطياف الكتلة‬ ‫فهم ال�صور الطيفية‬ ‫تف�سري ال�صور الطيفية‬ ‫تو�سيع النطاق‬ ‫اال�ستقرار الذري‬ ‫الت�أريخ الكربوين‬ ‫حتديد العمر بطريقة �صحيحة‬ ‫كم يبلغ عمر الأحافري؟‬ ‫النظائر والهيدروجني‬ ‫�أبطال التليمارك‬ ‫النظائر يف املخترب‬

‫الأمناط الدورية‬ ‫طاقات الت�أين‬ ‫الرتكيب الإلكرتوين للذرة‬ ‫عنا�رص املجموعة الأوىل‬ ‫عنا�رص املجموعة ال�سابعة‬ ‫الهالوجينات يف املحاليل‬ ‫�إحالل الهالوجينات‬ ‫ال�ضوء وهاليدات الف�ضة (‪)I‬‬ ‫العنا�رص االنتقالية‬ ‫مت�آ�صالت الكربون‬ ‫عامل النانو‬

‫الوحدة اخلام�سة‪ :‬الروابط الكيميائية‬ ‫نظرة عامة‬ ‫الرابطة الأيونية‬ ‫الن�شاط الأول‬ ‫الروابط الت�ساهمية‬ ‫الن�شاط الثاين‬ ‫�أ�شكال اجلزيئات‬ ‫الن�شاط الثالث‬ ‫القوى بني اجلزيئات‬ ‫الن�شاط الرابع‬ ‫الرابطة الفلزية‬ ‫الن�شاط اخلام�س‬

‫‪38‬‬ ‫‪39‬‬ ‫‪40‬‬ ‫‪41‬‬ ‫‪41‬‬ ‫‪43‬‬ ‫‪44‬‬ ‫‪45‬‬ ‫‪45‬‬ ‫‪46‬‬ ‫‪47‬‬ ‫‪48‬‬ ‫‪49‬‬ ‫‪49‬‬ ‫‪50‬‬ ‫‪51‬‬ ‫‪51‬‬ ‫‪53‬‬ ‫‪54‬‬ ‫‪55‬‬ ‫‪56‬‬ ‫‪58‬‬ ‫‪59‬‬ ‫‪60‬‬ ‫‪61‬‬ ‫‪62‬‬ ‫‪63‬‬ ‫‪64‬‬ ‫‪65‬‬ ‫‪66‬‬ ‫‪67‬‬ ‫‪68‬‬ ‫‪69‬‬ ‫‪69‬‬ ‫‪72‬‬ ‫‪73‬‬ ‫‪74‬‬ ‫‪75‬‬ ‫‪76‬‬ ‫‪77‬‬ ‫‪78‬‬

‫الوحدة الأولى‬ ‫طبيعة الكيمياء‬

‫حـول هـذه الوحــدة‬ ‫كم من ال�سهل ل�شخ�ص ما �أن يعرف عند زيارة مدر�ستك‪� ،‬أين يذهب بالتحديد‪ ،‬عند وجود خارطة �أو مخطط يبين مواقع‬ ‫الأماكن المختلفة ب�ضمن المدر�سة‪ .‬هل هناك �أي تعليمات لم�ساعدة الزوار؟‬ ‫تدور هذه الوحدة حول عمل دليل لزيارة المدر�سة‪� .‬سوف تتعلم طرق ًا مختلفة ب�إعطاء وا�ستالم التعليمات‪.‬‬

‫ُّمية للوحدة‬ ‫الأهداف التعل ّ‬

‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫•البحث والمقارنة بين الكيمياء بالعهود القديمة والحديثة‪.‬‬ ‫•ا�ستك�شاف خ�صائ�ص وا�ستعماالت المواد الحديثة‪ ،‬في �سياق ت�صميم وت�صنيع ال�سيارات‪.‬‬ ‫•ا�ستق�صاء ت�أثير ال�ضوء في انهيار مادة التبيي�ض‪.‬‬ ‫•التفكير بم�س�ألة ا�ستنفاذ طبقة الأوزون‬ ‫•�شرح عملية التحليل بالكهرباء من حيث حركة االيونات و«معدالت �أن�صاف التفاعل»‪.‬‬ ‫•البحث في التحلل الحراري لكربونات الكال�سيوم لعمل �أك�سيد الكال�سيوم واختزال �أك�سيد الكال�سيوم في الماء‪.‬‬ ‫•ا�ستك�شاف عملية ا�ستخراج المعادن و�آثارها على البيئة والمجتمع واالقت�صاد‪.‬‬ ‫•التفكير بالأ�سلوب الذي يتخذه العلماء في جمع الأدلة من خالل المراقبة وو�ضع النماذج والتحقيق‪.‬‬

‫نظرة عامة‬ ‫تبد�أ هذه الوحدة بمقارنة الكيميائيين القدماء بالجدد‪ .‬ينظر الطالب في كيف يعتمد ا�ستخدام مواد ِطبق ًا �إلى خ�صائ�ص‬ ‫تلك المواد‪ ،‬في �سياق ت�صميم وت�صنيع ال�سيارات‪ .‬ي�ستق�صون انهيار مادة التبيي�ض ب�أ�شعة ال�شم�س‪ .‬وذلك بتحليل وتف�سير‬ ‫البيانات وعمل مقارنة مع م�س�ألة طبقة الأوزون‪ .‬كما وي�ستك�شف الطالب عملية التحليل بالكهرباء لمحاليل مختلفة‪،‬‬ ‫و�شرح مالحظاتهم من حيث نقل ال�شحنة وااليونات و»معدالت �أن�صاف التفاعل»‪ .‬وي�ستك�شف الطالب الق�ضايا المحيطة‬ ‫با�ستخراج المعادن في المملكة العربية ال�سعودية وبحث �آثارها المحتملة‪.‬‬

‫‪8‬‬

‫ما �أهمية درا�سة الكيمياء؟‬ ‫ال يعرف �أ�صل وا�ضح لكلمة الكيمياء‪ ،‬وتفتر�ض �إحدى الأفكار‬ ‫�أن �أ�صلها كلمة م�صرية قديمة (كيمي) ومعناها الأ�سود‪ ،‬وهذا‬ ‫يت�صل بال�صخور ال�سوداء التي �أُنتجت منها المعادن‪ .‬وهناك‬ ‫فكرة �أخرى تقول �إنها جاءت من الكلمة اليونانية (كيميا)‬ ‫والتي تعني االن�صهار‪ ،‬وت�شير �إلى فن �إنتاج المعادن الثمينة من‬ ‫الذهب والف�ضة‪ .‬وتعتقد بع�ض الم�صادر �أنها قد جاءت من الكلمة‬ ‫الفار�سية القديمة (كيميا) ومعناها الذهب‪ .‬وت�شير فكرة �أخرى �إلى‬ ‫�أنها جاءت من كلمة (الخيمياء)‪ ،‬وهي كلمة �أوروبية م�شتقة من‬ ‫الكلمة العربية (الكيميا)‪ .‬ولقد كان م�سقط ر�أ�س الخيمياء‪ ،‬وف ًقا‬ ‫لمعظم المراجع‪ ،‬هو م�صر القديمة‪ ،‬حيث ازدهرت في الوقت نف�سه‬ ‫مدر�سة الكيمياء المتقدمة في ال�صين‪.‬‬ ‫فكيف �أ�صبحت الكلمة كيمياء؟ لقد �أ�سقط عالم المعادن الألماني‬ ‫�أجريكوال «ال» العربية (‪ 962-899 ،1555-1494‬في التقويم‬ ‫الهجري) في كتاباته لأول مرة وبد�أ با�ستخدام كيمياء وكيم�ستا‪،‬‬ ‫ف�صاعدا بد ًال من كلمتي‬ ‫في �أعماله الالتينية منذ عام ‪1530‬‬ ‫ً‬ ‫الكيمياء والكيمي�ستا الم�ستخدمتين �ساب ًقا‪.‬‬ ‫ويبدو �أن الكلمة الحديثة ظهرت عند �إعادة ن�شر ن�سخ من �أعماله في الن�صف الثاني من القرن ال�ساد�س ع�شر‪ .‬وقد وجدت‬ ‫الكلمات (‪ )chimie‬الفرن�سية‪ )chemie( ،‬الألمانية‪ )chimica( ،‬الإيطالية‪ ،‬و(‪ )chemistry‬الإنجليزية ك�أ�سماء للكيمياء‬ ‫في هذه الترجمات في وقت مبكر‪.‬‬ ‫ثم تطورت الكيمياء على مرحلتين رئي�ستين‪ :‬الأولى مرحلة ما قبل القرن ‪19‬م (ما قبل ‪ 1215‬وفق التقويم الهجري)‪،‬‬ ‫حيث كان الكيميائيون يقومون بالمالحظات ويدونونها‪ّ � ،‬أما مرحلة التطور الثانية‪ ،‬فقد بد�أت عندما قام الكيميائيون‬ ‫بعمليات القيا�س والتحليل حيث بد�أت الكيمياء الحديثة وبد�أنا بفهم طبيعة المادة‪.‬‬

‫الن�شاط الأول‬ ‫تاريخ الكيمياء‬ ‫�أج ِر بح ًثا يف تاريخ الكيمياء يتناول احلقبة امل�رصية حتى بداية الع�رص احلديدي‪ ،‬و�أن�شئ خمططً ا زمن ًيا لكل ع�رص‪ .‬ويعد‬ ‫مثل هذا البحث و�سيلة جلمع الأفكار عند قراءة الن�صو�ص وي�ساعد على تنظيم وجهات النظر والأفكار واال�ستجابات من‬ ‫خالل جتميع معلومات املحتوى �أو ت�صنيفها‪ .‬ويطلق على م�صطلح‬ ‫«املخطط املتقارب» بكلمة «التجميع» �أو «الألفة» �أي جمع مواد‬ ‫أي�ضا بتقنية املجموعة اال�سمية‪.‬‬ ‫متماثلة يف املجموعة نف�سها‪ .‬ويعرف � ً‬ ‫ابحث يف �صناعة ال�صابون با�ستخدام الزيت والقلويات‪� .‬إىل متى‬ ‫يرجع تاريخ هذه ال�صناعة؟ ومن الذي كتب حول ذلك؟ ويف �أي زمن‬ ‫تطورت �صناعة ال�صابون؟‬ ‫ما الأمبيق؟ وماذا يعني يف الكيمياء احلديثة؟ ا�رشح كيفية عمله‪،‬‬ ‫مبي ًنا خالل �أي فرتة زمنية مت تطويره؟‬

‫‪9‬‬

‫الن�شاط الثاني‬ ‫تطوير مهارات البحث‬ ‫تحتاج �أو ًال �إلى �إن�شاء �صناديق الجمع من خالل ر�سم �أربعة مربعات كبيرة على قطعة من الورق‪ ،‬حيث ترتبط هذه‬ ‫المربعات بالمجموعات الرئي�سة التي �ستبحث عنها والتي قد تتناول‪:‬‬ ‫ •النا�س �أو الح�ضارات والتواريخ‬ ‫ •الأحداث المهمة‬ ‫ •المواد الم�ستخدمة‬ ‫ •ال�صفات ال�شخ�صية للنا�س التي �ساعدتهم على النجاح‬ ‫يمكنك من خالل هذا البحث في تاريخ الكيمياء ا�ستخدام مربعات الت�صنيف لجمع النتائج‪ .‬لذا ابحث عن معلومات محددة‬ ‫ودون هذه‬ ‫عن ال�شعب �أو الح�ضارة‪ ،‬مثل الأحداث المهمة التي وقعت‪ ،‬والمواد الم�ستعملة �أو ال�صفات ال�شخ�صية للنا�س‪ّ .‬‬ ‫المعلومات على قطعة من الورق وال�صقها فوق المربع المنا�سب‪:‬‬

‫النا�س �أو الح�ضارات والتواريخ‬ ‫الأحداث المهمة‬ ‫المواد الم�ستخدمة‬ ‫ال�صفات ال�شخ�صية للنا�س التي �ساعدتهم على النجاح‬

‫دع مجموعات الطالب الثالثية تتبادل الإجابات فيما بينها‪ .‬وهل كانت الإجابات المتعلقة بالنا�س والأحداث والمواد‬ ‫هي نف�سها؟‬ ‫ما ال�صفات ال�شخ�صية التي قمت بتحديدها؟ دع �أفراد المجموعة يتناق�شون في قائمة ال�صفات التي قدموها و�إعداد‬ ‫قائمة موحدة من هذه ال�صفات التي �ساعدت على تطور الكيمياء الحديثة‪ .‬ثم حدد المو�ضوعات الم�شتركة في هذه‬ ‫ال�صفات ال�شخ�صية التي تم تعرفها‪ ،‬منها على �سبيل المثال‪ :‬ال�شجاعة وعدم الخوف‪ ،‬حب المعرفة‪ ،‬مناق�شة الفر�ضيات‪،‬‬ ‫الإبداعية‪.‬‬ ‫وهل تعتقد �أن هذه ال�صفات ال تزال مهمة؟‬

‫‪10‬‬

‫الن�شاط الثالث‬ ‫تطور الكيمياء الحديثة‬ ‫ّ‬

‫زمنيا يو�ضح كيف � ّأدت الكيمياء المبكرة �إلى تطور الكيمياء الحديثة‪ .‬فقد ت�شمل الحقبة المبكرة الفترة‬ ‫ار�سم جدو ًال ً‬ ‫الزمنية الواقعة ما بين ‪1850-1700‬م (‪1266-1112‬هـ)‪.‬‬ ‫ويبين الر�سم البياني �أدناه كيفية بدء الخط الزمني‪ .‬لذا فقبل �إ�ضافة مقيا�س الر�سم‪ ،‬تحتاج �إلى تحديد �أول و�آخر تاريخ‬ ‫على هذا الخط لو�ضعه عند بداية الخط ونهايته‪.‬‬ ‫�آخر الأحداث‬

‫�أول الأحداث‬

‫تاريخا‬ ‫ق�س الخط و�ضع عليه عالمات يبعد بع�ضها عن بع�ض م�سافات مت�ساوية ولتكن ‪� 1‬سم على �سبيل المثال‪ ،‬ثم �ضع‬ ‫ً‬ ‫عاما لكل عالمة‪.‬‬ ‫ً‬ ‫محددا لكل منها وليكن ‪ً 50‬‬ ‫�أول الأحداث‬

‫التاريخ‬

‫�آخر الأحداث‬

‫�أ�ضف الحدث �أو ال�شخ�ص �إلى موقع الزمن ال�صحيح على ال�سطر‪ ،‬كما يمكنك �إ�ضافة الر�سوم �أو المخططات للم�ساعدة‪.‬‬ ‫وتبادل الإجابات مع طالب �آخرين‪ .‬هل �أن�ش�أ الجميع الخط الزمني نف�سه؟ ادر�س الجدول الزمني الذي �أعددته‪ ،‬وناق�ش‬ ‫الزمن الذي ا�ستغرقه حدوث هذه التطورات‪ .‬وهل هناك ترتيب محدد للأحداث؟‬ ‫‪11‬‬

‫�أهمية �صناعة ال�سيارات‬ ‫مقالة من جريدة �أزمان الخليج الإلكترونية بتاريخ مايو ‪ 2009‬تتحدث عن انخفا�ض ا�ستيراد ال�سيارات‪.‬‬ ‫الريا�ض – �شهدت المملكة العربية ال�سعودية‬ ‫في عام ‪ ،2009‬وهي واحدة من �أكبر �أ�سواق‬ ‫ال�سيارات في ال�شرق الأو�سط‪� ،‬أول انخفا�ض‬ ‫في واردات ال�سيارات منذ ‪� 10‬سنوات‪،‬‬ ‫حيث �أثرت الأزمة االقت�صادية على الدول‬ ‫المعتمدة على النفط بح�سب قول التجار‬ ‫والمحللين‪.‬‬

‫وقال �سلطان مبارك‪ ،‬مدير‬ ‫معر�ض ال�سيارات الأوروبية في‬ ‫الريا�ض‪� ،‬إن معظم الزوار ي�س�ألون‬ ‫عن موعد التخفي�ضات القادمة‪،‬‬ ‫في حين �أن ‪ 15‬في المئة منهم‬ ‫فقط يقومون بال�شراء في نهاية‬ ‫المطاف‪.‬‬

‫�إذ قامت هذه ال�صناعة‪ ،‬التي بلغت مبيعاتها‬ ‫عام ‪ 2008‬نحو ثالثة في المئة من الناتج‬ ‫القومي لأكبر اقت�صاد عربي محلي �إجمالي‬ ‫بخف�ض التكاليف عن طريق تجميد‬ ‫الم�شتريات الجديدة‪ .‬وقال البنك التجاري‬ ‫الأهلي الذي تملكه الدولة‪ ،‬في مذكرة‬ ‫بحثية بعنوان «المخاوف ب�ش�أن اتجاهات‬ ‫االقت�صاد لعام ‪ 2009‬ترمي ثقلها على‬ ‫�سوق ال�سيارات ال�سعودي �أ�ضعاف ما كان‬ ‫متوقعا»‪.‬‬ ‫ً‬

‫وقعنا‬ ‫و�أ�ضاف يقول‪« :‬قبل عام‪ّ ...‬‬ ‫�صفقات بيع مع ‪ 45‬في المئة من‬ ‫الزوار وكنا نقوم بال�ضغط على‬ ‫بنوك محلية حيث �إن هذا القطاع يمثل الجزء‬ ‫الإدارة بت�سريع مواعيد الدفعات‬ ‫الجديدة‪ .‬ولكنه لم ي�شر �إلى انخفا�ض الأكبر من �أرباحها‪».‬‬ ‫مبيعات ال�سيارات بن�سبة ‪ 25‬في المئة في‬ ‫ومن جهته‪ ،‬يقول البنك الأهلي التجاري‬ ‫الربع الأول‪».‬‬ ‫�إن واردات القطاع الخا�ص من ال�سيارات‬ ‫تقريبا في ال�سنوات الثماني‬ ‫ويقدر البنك الأهلي التجاري القيمة قد ت�ضاعف‬ ‫ً‬ ‫الإجمالية لمبيعات ال�سيارات الجديدة والتي الما�ضية لت�صل �إلى ‪ 25.6‬مليار ريال في‬ ‫م�شيرا �إلى �أن قيمة خطابات‬ ‫بلغت ‪� 620.000‬سيارة في عام ‪ 2008‬بمبلغ عام ‪،2008‬‬ ‫ً‬ ‫االعتماد الجديدة قد انخف�ضت خالل الربع‬ ‫‪ 42‬مليار ريال (‪ 11.2‬مليار دوالر)‪.‬‬ ‫الأول من عام ‪� 2009‬إلى ‪ 15.2‬في المئة‬ ‫و�أ�ضاف �سلطان مبارك قائ ًال‪« :‬قد تخ�سر عن م�ستواها في العام ال�سابق‪ ،‬حيث تمثل‬ ‫البنوك �إيراداتها ب�سبب انخفا�ض واردات ال�شركات اليابانية الجزء الأكبر من مبيعات‬ ‫القطاع الخا�ص من ال�سيارات الممولة من ال�سيارات في المملكة‪.‬‬

‫وقد قال علي ر�ضا‪ ،‬المدير التنفيذي‬ ‫لحاجي ح�سين علي ر�ضا و�شركا�ؤه �إن‬ ‫واردات ال�سيارات الجديدة قد انخف�ضت في‬ ‫عام ‪ 2009‬بمقدار ‪ %22‬لت�صل �إلى حوالي‬ ‫‪� 350.000‬سيارة‪.‬‬

‫الن�شاط الرابع‬ ‫مواد ت�صنيع ال�سيارات‬ ‫ادر�س هذه ال�صورة ل�سيارة حديثة‪.‬‬ ‫ما المواد التي �صنعت منها هذه ال�سيارة؟‬ ‫تعرف �أو ًال على هذه المواد ب�صورة عامة‬ ‫ّ‬ ‫تعرف على الفوالذ‬ ‫ثم‬ ‫‪،‬‬ ‫ال‬ ‫مث‬ ‫كالمعادن‬ ‫ً‬ ‫ّ‬ ‫والألمنيوم ب�صورة خا�صة‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫الن�شاط الخام�س‬ ‫تق�صي المواد‬ ‫المنتجات التي ت�ستخدم في ت�صنيع ال�سيارات جميعها من المواد الخام‪ .‬وهناك �أربعة �أنواع من المواد المهمة وهي‪:‬‬ ‫المعادن‪ ،‬والبوليمرات وال�سيراميك والمواد المركبة‪ .‬ويحتاج الكيميائيون �إلى معرفة كيف تتطابق خ�صائ�ص المواد‬ ‫الم�صنعة مع تركيبها وا�ستخداماتها‪.‬‬ ‫أعد خريطة مفاهيمية لو�صف خ�صائ�ص الأنواع الأربعة لهذه‬ ‫لذا � َّ‬ ‫المواد بما في ذلك خ�صائ�صها الفيزيائية والكيميائية وا�ستخداماتها‪،‬‬ ‫واذكر ما ال يقل عن �أ�سماء ثالثة �أمثلة مختلفة لكل نوع‪.‬‬ ‫ُتعد الخريطة المفاهيمية و�سيلة لتمثيل العالقات بين الأفكار‪ ،‬وال�صور‬ ‫�أو الكلمات حيث ترتبط الكلمات والعبارات في هذه الخريطة بالفكرة‬ ‫الأ�صلية‪ ،‬كما �أنها تعد و�سيلة لتطوير التفكير المنطقي ومهارات‬ ‫الدرا�سة من خالل هذه الروابط وكيفية ت�شكل الأفكار الكلية من‬ ‫الأفكار الفردية‪.‬‬

‫م�صدر الم�صادر‬ ‫ما الم�شكالت الرئي�سة التي تواجه ت�صميم �سيارة جديدة؟ وهل الموارد‬ ‫التي يتطلبها �صنع ال�سيارة متوفرة في بلد واحد؟ و�إذا لم يكن الحال‬ ‫كذلك‪ ،‬فما الم�شكالت المرتبطة بالتجارة مع البلدان الأخرى؟‬ ‫انظر �إلى خريطة العالم‪ ،‬هل ترتبط بع�ض البلدان بموارد محددة‬ ‫خا�صة بتكنولوجيا ال�سيارات؟‬ ‫فعلى �سبيل المثال‪ ،‬المملكة العربية ال�سعودية غنية بالنفط ال�ضروري‬ ‫ل�صناعة الجازولين‪ ،‬ولكن قد تتوفر لدى بلدان �أخرى الموارد‬ ‫والتقنيات المختلفة المتاحة لت�صميم ال�سيارات وت�صنيعها‪ .‬لذا حدد‬ ‫م�ستخدما خريطة العالم‪.‬‬ ‫هذه الموارد المختلفة وو�سائل التكنولوجيا‬ ‫ً‬

‫المملكة العربية ال�سعودية غنية بالنفط الذي‬ ‫ي�ستخدم ل�صنع الجازولين‪ .‬ولكن من �أين ت�أتي‬ ‫الموارد الأخرى؟‬

‫الن�شاط ال�ساد�س‬ ‫ت�صميم �سيارة‬ ‫تخيل �أنك م�صمم ل�سيارة جديدة‪.‬‬ ‫�صف المكونات �أو ال ِقطع التي قد تحتاج �إلى تعديل �أو �إعادة ت�صميم‪� .‬آخ ًذا في الح�سبان ج�سم ال�سيارة‪ ،‬والأجزاء‬ ‫الكهربائية والوقود ال�ضروري بالإ�ضافة �إلى �أية تعديالت �أخرى تجعل ال�سيارة جميلة المظهر وقابلة للت�سويق‬ ‫و�صديقة للبيئة‪.‬‬ ‫�صف الأجزاء التي تحتاج �إلى تعديل �أو �إعادة ت�صميم‪ ،‬و�صف‬ ‫الموا�صفات المتوقعة من كل جزء‪.‬‬ ‫و�صف �أي نوع من المواد (�أو مزيج من المواد) مثل المعادن‪ ،‬البوليمر‪،‬‬ ‫ال�سيراميك و ‪� ⁄‬أو المواد المركبة – التي �ست�ستعملها ل�صنع كل قطعة �أو‬ ‫جزء‪.‬‬ ‫حاليا‬ ‫وحاول �إيجاد �أمثلة واقعية من الحياة على المواد التي ت�ستخدم ً‬ ‫في ال�صناعة‪ ،‬واربط موا�صفات هذه المواد بما يتطلبه �صنع ال�سيارة‪.‬‬ ‫‪13‬‬

‫المواد وخ�صائ�صها‬

‫‪Sheila Terry / Science Photo Library‬‬

‫الأ�سلوب العلمي هو العملية التي يكت�سب من خاللها العلماء فهم العالم من‬ ‫حولهم‪ .‬ويعتمد الأ�سلوب العلمي على التجريب‪� ،‬إذ يقوم العلماء باقتراح‬ ‫فر�ضيات لتعليل الظواهر‪ ،‬ثم ت�صميم التجارب الختبار تلك الفر�ضيات على‬ ‫�أن تكون هذه الخطوات قابلة للتكرار من �أجل الح�صول على النتائج نف�سها‬ ‫في الم�ستقبل‪.‬‬ ‫خطوات الأ�سلوب العلمي تتمثل في‪� :‬صياغة الفر�ضية‪ ،‬تخطيط التق�صي‪،‬‬ ‫الح�صول على النتائج‪ ،‬عر�ض النتائج وتف�سيرها‪ ،‬وتقويم دقة التجربة‬ ‫وموثوقيتها‪ ،‬وا�ستخدام هذه الخطوات في مواقف �أخرى‪.‬‬ ‫يعد ابن الهيثم (الخازن‪� ،)1039-965 ،‬أحد ال�شخ�صيات الرئي�سة في تطوير‬ ‫المنهج العلمي‪� ،‬إذ كان يركز في البحث على الو�صول �إلى الحقيقة‪ ،‬وكان‬ ‫يقول‪ُ « :‬تلتم�س الحقيقة لذاتها‪ ،‬و�أولئك الذين يعملون لل�سعي عن �أي �شيء في‬ ‫ذاته هم غير مهتمين بالأمور الأخرى‪ .‬فالعثور على الحقيقة �أمر �صعب‬ ‫ابن الهيثم‬ ‫والطريق �إلى ذلك وعر»‪.‬‬ ‫جابر بن حيان (‪815-721‬هـ ‪200-103 /‬م) المعروف با�سم «�أبو الكيمياء‬ ‫جدا ال ت�ستطيع العين المجردة‬ ‫معا في جزيئات �صغيرة ً‬ ‫عرف التركيب الكيميائي على �أنه اتحاد العنا�صر ً‬ ‫الحديثة»‪ّ ،‬‬ ‫عددا من عمليات‬ ‫ر�ؤيتها دون �أن تخ�سر �صفاتها‪ .‬وكان � ً‬ ‫أي�ضا �أول من و�صف الكثير من العمليات الكيميائية‪ ،‬فقد �أجرى ً‬ ‫أي�ضا ب�أنه «منهج علمي»‪.‬‬ ‫�‬ ‫منهجه‬ ‫ز‬ ‫وتمي‬ ‫ً‬ ‫الف�صل الفيزيائية والكيميائية المهمة‪ّ ،‬‬

‫الن�شاط ال�سابع‬ ‫طبقة الأوزون‬ ‫واقيا للغالف الجوي يحول دون‬ ‫ُتعد طبقة الأوزون حاج ًزا ً‬ ‫و�صول كميات كبيرة من الأ�شعة فوق البنف�سجية �إلى �سطح‬ ‫الأر�ض‪ .‬ومن المعروف �أن المواد الكيميائية التي ُت�سمى‬ ‫مركبات الكلوروفلوروكربون تدمر طبقة الأوزون‪ ،‬وقد نجم عن‬ ‫ا�ستخدامها حدوث ثقبين في هذه الطبقة يوجدان فوق القطبين‬ ‫ال�شمالي والجنوبي لكوكب الأر�ض‪.‬‬ ‫والطريقة التي يتفاعل بها الأوزون‪ ،‬ومركبات‬ ‫جدا وال يمكن تق�صيها‬ ‫الكلوروفلوروكربون وال�ضوء معقدة ً‬ ‫عمليا ب�سهولة في مختبر المدر�سة‪ .‬ومع ذلك‪ ،‬ي�شمل المنهج‬ ‫ً‬ ‫العلمي عملية النمذجة وتطبيق معلومات النموذج على حاالت‬ ‫�أخرى‪.‬‬ ‫فهل يمكنك و�صف عملية ا�ستنفاد طبقة الأوزون؟‬ ‫�ستقوم بتق�صي ت�أثير �أ�شعة ال�شم�س في مادة كيميائية قيا�سية‪ ،‬وت�ستخدم المعلومات لتعرف كيف ت�ساعد �أ�شعة ال�شم�س‬ ‫على تحليل المواد الكيميائية الموجودة في طبقة الأوزون وتدميرها‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫الن�شاط الثامن‬ ‫تخطيط التق�صي‬ ‫المبي�ض هو مادة كيميائية �شائعة مكونها الرئي�سي مادة‬ ‫ّ‬ ‫ت�سمى كلورات ال�صوديوم (‪ .)I‬وكلورات ال�صوديوم (‪ )I‬ح�سا�سة‬ ‫لل�ضوء وتتحلل عند تعر�ضها لأ�شعة ال�شم�س �أو الأ�شعة فوق‬ ‫البنف�سجية‪ .‬و�ستدر�س في هذا الن�شاط ت�أثير ال�ضوء في تركيز‬ ‫كلورات ال�صوديوم (‪ )I‬من �أجل تو�ضيح عملية الأ�سلوب العلمي‪.‬‬ ‫أعد مجموعة من محاليل التبيي�ض بتركيز ن�سبته ‪،%10‬‬ ‫لذا � َّ‬ ‫و�ضعها في الظالم حيث �ستقوم بتعري�ض كل عينة لكمية‬ ‫محددة من ال�ضوء ال�صادر من م�صباح كهربائي‪ ،‬و�ضع هذه‬ ‫العينات على م�سافة ثابتة من الم�صباح‪.‬‬ ‫والفكرة هي �أن �أيونات الكلورات ح�سا�سة لل�ضوء و�ستتحلل‬ ‫بالطريقة نف�سها التي ي�سبب فيها ال�ضوء تفاعالت كيميائية‬ ‫ت�ؤدي في نهاية المطاف �إلى تحلل طبقة الأوزون‪.‬‬ ‫فر�ضية‪� :‬ضع فر�ضية للتق�صي على النحو الآتي مث ًال‪�» ،‬أتوقع �أال يت�أثر تركيز كلورات ال�صوديوم (ال�سائل) ب�سبب التعر�ض‬ ‫لأ�شعة ال�شم�س«‪ .‬يعد التنب�ؤ �أ�سا�س البحث العلمي‪ ،‬ويحدد ك ًال من المتغيرات الم�ستقلة والثابتة في �إطار التق�صي‪.‬‬ ‫فكلورات ال�صوديوم (‪ )I‬محلول عديم اللون‪ ،‬ولكن عند تفاعلها مع �أيونات اليوديد في ظل الظروف الحم�ضية‪ ،‬تنتج‬ ‫محمرا‪.‬‬ ‫بنيا‬ ‫محلو ًال ً‬ ‫ً‬

‫)‪ClO-(aq) + 2I-(aq) + 2H+(aq) = Cl-(aq) + I2(aq) + H2O(l‬‬ ‫ويمكن تحديد كمية اليود المتحررة من خالل عملية تعرف بالمعايرة‪� ،‬إذ ت�ستخدم مادة كيميائية ت�سمى ثيوكبريتات‬ ‫ال�صوديوم للتفاعل مع اليود المتحرر وح�ساب كميته‪.‬‬

‫)‪2S2032-(aq) + I2(aq) = S4062-(aq) + 2I-(aq‬‬ ‫وعند تحديد كمية اليود‪ ،‬يمكن ح�ساب تركيز كلورات ال�صوديوم (‪ )I‬في المبي�ض‪ .‬ولتب�سيط العملية ف�إنه يمكن ربط تركيز‬ ‫كلورات ال�صوديوم (‪ )I‬في عينة من المبي�ض بحجم ثيوكبريتات ال�صوديوم الم�ستخدمة‪ .‬والعالقة مو�ضحة على النحو‬ ‫الآتي‪:‬‬

‫[كلورات ال�صوديوم (‪ )I‬في محلول التبيي�ض الأ�صلي] =(حجم ثيو�سلفات ال�صوديوم) ÷ ‪50‬‬ ‫كيف ُيقا�س تركيز مادة كيميائية في محلول؟ ولماذا ُق ِّ�سم في المعادلة �أعاله حجم كبريتات ال�صوديوم على ‪50‬؟‬ ‫حدد المتغيرات الم�ستقلة والتابعة في هذا التق�صي‪ ،‬و�صف االختالفات بين الموثوقية والدقة‪ .‬وكيف يمكن تحقيق كل‬ ‫منهما في هذه التجربة؟‬ ‫‪15‬‬

‫الن�شاط التا�سع‬ ‫ت�أثير ال�ضوء في المادة القا�صرة للألوان‬ ‫ •خفف ‪�25‬سم‪ 3‬من محلول التبيي�ض حتى ي�صبح حجمها ‪� 250‬سم‪ 3‬و�ضعها في القارورة الحجمية‪.‬‬ ‫ •�ضع ‪�25‬سم‪ 3‬من هذا المحلول في دورق مخروطي با�ستخدام الما�صة‪.‬‬ ‫ •�أ�ضف �إلى هذا الدورق ‪�20‬سم‪ 3‬من محلول يوديد البوتا�سيوم تركيزه ‪ 0.5‬مل‪ ،‬و ‪�20‬سم‪ 3‬من حم�ض‬ ‫الكبريتيك تركيزه‪ 1‬مل‪.‬‬ ‫ •دع المحاليل تتفاعل ب�صورة كاملة‪� ،‬إلى �أن يتحول لون المحلول �إلى اللون الأ�صفر البني ب�سبب‬ ‫تكون اليود‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫ •عاير محلول اليود مع محلول كبريتات ال�صوديوم الذي تركيزه ‪ 0.1‬مل حيث ت�ضاف كبريتات‬ ‫ال�صوديوم ببطء من ال�سحاحة حتى ي�صبح لون المحلول كلون الق�ش‪.‬‬ ‫ •وعندما ي�صبح لون المحلول كلون الق�ش‪� ،‬أ�ضف ب�ضع قطرات من محلول الن�شا بتركيز ‪ ،%1‬والذي‬ ‫�سيغير لون المحلول �إلى اللون الأزرق المائل �إلى الأ�سود‪.‬‬ ‫ •�أكمل المعايرة مع ثيوكبريتات ال�صوديوم حيث تعد نقطة نهاية المعايرة عند تغيير اللون الأزرق‬ ‫المائل �إلى ال�سواد �إلى �شفاف ب�إ�ضافة قطرة واحدة‪.‬‬ ‫و�سجل متو�سط النتائج‪.‬‬ ‫ •كرر التجربة ثالث مرات ّ‬

‫الن�شاط العا�شر‬ ‫تحليل عينات مادة قا�صرة للألوان‬ ‫العيار(�سم‪)3‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫المتو�سط (�سم )‬ ‫‪3‬‬

‫‪3‬‬

‫حجم ثيوكبريتات ال�صوديوم (‪)T‬‬ ‫تركيز كلورات ال�صوديوم (‪ )I‬في التبيي�ض على �أ�سا�س متو�سط حجم العيار‬ ‫[‪.]T/50‬‬

‫‪M‬‬

‫ح ّلل ك ًال من العينات بالطريقة نف�سها المذكورة �أعاله‪ ،‬ثم �أجر ثالث عمليات معايرة منف�صلة‪ ،‬واح�سب متو�سط القيم‪،‬‬ ‫المبي�ض بعد تعر�ضها لأ�شعة ال�شم�س‪ ،‬حيث يمكن ا�ستعمال‬ ‫وكذلك اح�سب تركيز كلورات ال�صوديوم (‪ )I‬في كل من عينات ّ‬ ‫جداول البيانات للقيام بالح�سابات كلها وتحديد النتائج‪.‬‬

‫‪16‬‬

‫الن�شاط الحادي ع�شر‬ ‫تف�سير النتائج‬ ‫بيانيا يو�ضح تركيز كلورات ال�صوديوم (‪ )I‬مع زمن تعر�ض العينة لأ�شعة ال�شم�س‪ .‬وهل هناك عالقة بين هذين‬ ‫م ّثل‬ ‫ً‬ ‫المتغيرين؟ �إذا كان الجواب »نعم« ف�صف هذه العالقة‪ .‬وهل ت�ؤيد النتائج �صحة الفر�ضية �أم تدح�ضها؟‬ ‫ما الن�سبة المئوية للخط�أ في تجاربك؟ و�إلى �أي مدى تثق ب�صحة نتائجك؟ �إذا كان الجواب نعم‪ ،‬فهل ت�ؤيد النتائج الآن‬ ‫الفر�ضية �أم تدح�ضها؟‬

‫الن�شاط الثاني ع�شر‬ ‫عملية ن�ضوب طبقة الأوزون‬ ‫مهما في عملية ا�ستنزاف طبقة الأوزون‪ .‬لذا حاول الآن تطبيق ما تعرفه حول ت�أثير‬ ‫دورا ً‬ ‫من الوا�ضح ب�أن ال�ضوء يلعب ً‬ ‫ركز بعدها على م�س�ألة طبقة الأوزون‪ .‬ثم �صف عملية ا�ستنفاذ‬ ‫ال�ضوء في المواد الكيميائية التي تحتوي على الكلور‪ ،‬ثم ّ‬ ‫عر�ضا ل�شرح هذه‬ ‫أو‬ ‫�‬ ‫ا‬ ‫ق‬ ‫مل�ص‬ ‫أو‬ ‫�‬ ‫موجزة‪،‬‬ ‫وثيقة‬ ‫أعد‬ ‫�‬ ‫و‬ ‫الظاهرة‪،‬‬ ‫هذه‬ ‫(ن�ضوب) طبقة الأوزون با�ستخدام بيانات حقيقية تف�سر‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫ّ‬ ‫العملية وكيف يمكن التقليل من ذلك‪.‬‬

‫‪17‬‬

‫المنهج المنتظم‬ ‫النحا�س هو معدن قليل التفاعل ويمكن ا�ستخال�صه ب�سهولة من الخام عن‬ ‫طريق اختزاله بو�ساطة الكربون‪ ،‬بيد �أن هناك حاجة في بع�ض الأحيان �إلى‬ ‫جدا‪ ،‬وهذا يتطلب التحليل الكهربائي‪ُ .‬ي�ستعمل‬ ‫ا�ستخال�ص النحا�س ب�شكل نقي ً‬ ‫جدا في المو�صالت الكهربائية‪ ،‬وتقلل ال�شوائب من قدرته‬ ‫النحا�س النقي ً‬ ‫على تو�صيل الكهرباء‪ ،‬غير �أنه يمكن �إنتاج نحا�س عالي التو�صيل ب�إزالة تلك‬ ‫ال�شوائب‪.‬‬

‫تنقية النحا�س‬ ‫ُين ّقى النحا�س من خاماته (المعروفة با�سم ال�صخرة) بو�ساطة التحليل الكهربائي‪ ،‬حيث يو�ضع النحا�س غير النقي على‬ ‫القطب الموجب (الم�صعد) ويو�ضع محلول كبريتات النحا�س في وعاء التحليل‪ ،‬ثم يمرر تيار كهربائي في جهاز التحليل‪.‬‬ ‫وتو�ضع قطعة رقيقة من النحا�س النقي مقام القطب ال�سالب (المهبط)‪ ،‬وتتحرك �أيونات النحا�س الموجبة خالل المحلول‬ ‫نقيا‪.‬‬ ‫وتتر�سب على �سطح المهبط‬ ‫نحا�سا ً‬ ‫ً‬ ‫حركة الإلكترونات في‬ ‫الدائرة الخارجية‬

‫م�صعدا‬ ‫نحا�س غير نقي ي�ستخدم‬ ‫ً‬ ‫(القطب الموجب)‬ ‫قطعة رقيقة من النحا�س تعمل‬ ‫كمهبط (القطب ال�سالب)‬

‫محلول كبريتات النحا�س يعمل‬ ‫عمل محلول كهربي ي�سمح بمرور‬ ‫التيار الكهربائي من خالل الخلية‬

‫ي�ؤدي التيار الكهربائي على الم�صعد �إلى تفكك النحا�س غير النقي لي�ش ّكل �أيونات النحا�س‪:‬‬

‫‪Cu(s) = Cu2+(aq) + 2e‬‬‫فتتحرك �أيونات النحا�س خالل محلول كبريتات النحا�س حيث تنجذب �إلى المهبط (القطب ال�سالب) م�ستقبلة الإلكترونات‬ ‫ثم تتحول �إلى معدن النحا�س النقي‪.‬‬

‫)‪Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s‬‬

‫‪18‬‬

‫الن�شاط الثالث ع�شر‬ ‫التحليل الكهربائي لمحاليل �شائعة‬ ‫كهربائيا لبع�ض المحاليل المعروفة با�ستخدام �أقطاب‬ ‫�أجر تحلي ًال‬ ‫ً‬ ‫الجرافيت حتى تتمكن من الك�شف عن الغازات الناتجة‪ ،‬ولكن احذر‬ ‫�ساما حيث يقوم غاز الكلور‬ ‫من ا�ستن�شاقها مبا�شرة كون بع�ضها ً‬ ‫فورا‪.‬‬ ‫بق�صر لون ورقة تباع ال�شم�س الرطبة ً‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫ ‬ ‫ ‬

‫•�صل الدائرة للمحلول الأول كما في ال�شكل‪.‬‬ ‫•�صف ما يجري ت�ش ّكله على القطب الموجب‪ .‬و�إذا كان هناك‬ ‫غاز‪ ،‬فاختبره مع ورقة تباع ال�شم�س الرطبة‪ ،‬وذلك لأن غاز‬ ‫فورا‪ ،‬و�إذا لم يكن الكلور‪،‬‬ ‫الكلور يق�صر لون ورقة تباع ال�شم�س ً‬ ‫ف�سيكون الأك�سجين‪ ،‬ثم �سجل النتائج في الجدول‪.‬‬ ‫•�صف ما يجري ت�ش ّكله على القطب ال�سالب‪ .‬ف�إذا كان هناك غاز‪،‬‬ ‫ف�سوف يكون الهيدروجين‪ .‬ثم �سجل النتائج في الجدول‪.‬‬ ‫•اغ�سل الدورق وكرر الخطوات ال�سابقة مع المحلول الثاني‬ ‫و�سائر المحاليل الأخرى‪.‬‬

‫المحلول‬ ‫كلوريد النحا�س‬

‫كلوريد البوتا�سيوم‬

‫نترات المغني�سيوم‬

‫كبريتات ال�صوديوم‬

‫كبريتات النحا�س‬

‫الأيونات في‬ ‫المحلول‬

‫القطب‬ ‫الكهربائي‬

‫النواتج‬

‫�أقطاب‬ ‫جرافيت‬ ‫محلول يجري‬ ‫اختباره‬

‫معادلة ن�صف التفاعل‬

‫‪+‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪19‬‬

‫الن�شاط الرابع ع�شر‬ ‫التحليل الكهربائي لكبريتات النحا�س‬ ‫كهربائيا با�ستخدام‬ ‫يتم في هذه التجربة تحليل كبريتات النحا�س‬ ‫ً‬ ‫�أقطاب من النحا�س‪ .‬والهدف من هذا التق�صي هو معرفة ت�أثير تغيير‬ ‫حجم التيار الكهربائي في كتلة النحا�س المفقود من القطب الموجب‪،‬‬ ‫حيث يفقد النحا�س خالل عملية التحليل الكهربائي من القطب‬ ‫الموجب ويتر�سب معدن النحا�س النقي على القطب ال�سالب‪.‬‬ ‫�صمم تجربة لمعرفة ت�أثير تغيير حجم التيار الكهربائي في كتلة‬ ‫ّ‬ ‫النحا�س المفقود من القطب الموجب‪.‬‬ ‫كهربائيا با�ستخدام �أقطاب من‬ ‫ح ّلل بع�ض المحاليل المعروفة‬ ‫ً‬ ‫النحا�س‪ ،‬واختبر الغازات المنبعثة‪ ،‬ولكن تجنب ا�ستن�شاقها مبا�شرة‬ ‫حيث �إن غاز الكلور يبي�ض ورقة تباع ال�شم�س الرطبة على الفور‪.‬‬ ‫ادر�س بع�ض الأمثلة على تطبيقات واقعية للتحليل الكهربائي‪،‬‬ ‫و�صفها مبي ًنا �أهميتها للمجتمع على ال�صعيد المحلي �أو الوطني �أو‬ ‫العالمي‪.‬‬

‫�أقطاب نحا�س‬ ‫على بعد ‪� 2‬سم‬ ‫عن بع�ضها‬

‫محلول كبريتات‬ ‫النحا�س‬

‫الن�شاط الخام�س ع�شر‬ ‫ت�سجيل الأدلة‬ ‫ •�سجل نتائجك في جدول منا�سب‪ ،‬واعر�ضها با�ستخدام الر�سوم البيانية‪.‬‬ ‫ •ما الذي كنت تحاول معرفته من خالل التق�صي الخا�ص بك؟ كيف قمت بتغيير المتغير الم�ستقل؟‬ ‫ •� ّأي الكلمات التالية ُتعد �أف�ضل و�صف للتيارات المختلفة؟ (�ضع �إ�شارة ‪ ‬في المكان ال�صحيح)‬ ‫قاطع‬ ‫منظم‬ ‫م�ستمر ‬ ‫منف�صل‬

‫ •و�ضح ثالثة متغيرات ال ترغب في تغييرها‪.‬‬ ‫يح�سن من دقة النتائج؟ (�ضع �إ�شارة ‪ ‬في المكان ال�صحيح)‬ ‫ •�أي الخيارات التالية قد ّ‬ ‫تكرار النتائج‬ ‫تغيير المتغير التابع‬ ‫تغيير المتغير الم�ستقل‬ ‫ا�ستخدام �أقطاب كهربائية مختلفة‬

‫ •ما مجموعة المتغيرات التابعة؟‬ ‫ •هل ح�صلت على ما يكفي من الأدلة القتراح اال�ستنتاج المنا�سب؟ و�ضح �إجابتك‪.‬‬ ‫ •ماذا ت�ستنتج من هذه التجربة؟‬

‫‪20‬‬

‫الن�شاط ال�ساد�س ع�شر‬ ‫تف�سير النتائج‬ ‫كهربائيا لكبريتات النحا�س با�ستخدام �أقطاب من النحا�س‪ ،‬وكانوا يحاولون معرفة ت�أثير تغيير‬ ‫�أجرى الطالب تحلي ًال‬ ‫ً‬ ‫مقدار التيار الكهربائي في كتلة النحا�س المتكونة على القطب ال�سالب‪ ،‬حيث ُيفقد معدن النحا�س خالل التحليل‬ ‫الكهربائي من القطب الموجب ويت�ش ّكل على القطب ال�سالب‪.‬‬ ‫�أعاد الطالب �إجراء تجربة مماثلة‪ ،‬ثم قا�سوا كتلة النحا�س المتر�سبة على القطب ال�سالب‪ .‬والجدول التالي يبين نتائج‬ ‫تجاربهم‪.‬‬

‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫التيار‬ ‫الكهربائي‬ ‫(�أمبير) (‪)A‬‬

‫التجربة ‪1‬‬

‫التجربة ‪2‬‬

‫التجربة ‪3‬‬

‫‪0.2‬‬

‫‪0.021‬‬

‫‪0.020‬‬

‫‪0.4‬‬

‫‪0.038‬‬

‫‪0.041‬‬

‫‪0.042‬‬

‫‪0.6‬‬

‫‪0.062‬‬

‫‪0.060‬‬

‫‪0.061‬‬

‫‪0.8‬‬

‫‪0.079‬‬

‫‪0.083‬‬

‫‪0.081‬‬

‫‪1.0‬‬

‫‪0.080‬‬

‫‪0.098‬‬

‫‪0.097‬‬

‫الكتلة المكت�سبة (الجرام)‬

‫•ما المتغيرات الم�ستقلة والتابعة في هذه التجربة؟‬ ‫•ما النتيجة التي تختلف عن �سائر نتائج التيار الذي قوته ‪� 1‬أمبير؟ وهل‬ ‫تعتقد �أن هذه النتيجة هي ب�سبب خط�أ ع�شوائي �أو خط�أ منهجي؟ علل‬ ‫�إجابتك‪.‬‬ ‫•�أكمل الجدول بح�ساب متو�سط الكتلة المكت�سبة لكل عينة من التيار‪ .‬ولكن‬ ‫ال ت�ستعمل النتيجة المختلفة في المعدالت‪ .‬وما الذي ينبغي فعله �إزاء هذه‬ ‫النتيجة ال�شاذة؟‬ ‫•ا�شرح لماذا ال ينا�سب ا�ستعمال ميزان بمقيا�س مقدار ح�سا�سيته ‪ 1 .0‬جم‬ ‫لهذا التق�صي؟ وما ح�سا�سية الميزان الم�ستخدم؟‬ ‫•بالنظر �إلى النتائج في الجدول‪� ،‬أي تيار نتائجه هي الأقل موثوقية؟‬ ‫وهل هي نتائج ‪� 0.8 ،0.6 ،0.4 ،0.2‬أو ‪� 1.0‬أمبير؟ و�ضح �إجابتك‪.‬‬ ‫•ما �أف�ضل و�سيلة لعر�ض هذه النتائج؟‬

‫المتو�سط‬

‫بلورات كبريتات النحا�س‬

‫�شريط الر�سم‬ ‫الخط البياني‬ ‫القطاع الدائري‬ ‫المدرج الإح�صائي‬

‫طرديا مع التيار‪ .‬و�ضح ماذا يعني ذلك‪.‬‬ ‫ •قال الطالب‪� :‬إن نتائجهم �أظهرت تنا�سب كتلة النحا�س المكت�سبة‬ ‫ً‬

‫‪21‬‬

‫المواد والمعادن‬ ‫لل�صخور والمعادن مجموعة وا�سعة من اال�ستخدامات‪ ،‬فهي ت�ستعمل في المجوهرات (حيث‪ ،‬ي�ستعمل �أك�سيد الألمنيوم‬ ‫م�صدرا للحديد)‪.‬‬ ‫ب�صورة ياقوت وال�صفير)‪ ،‬وتوفير م�صادر للعنا�صر الفلزية (�إذ يعد معدن الهيماتيت‬ ‫ً‬ ‫وت�شتمل ا�ستعماالت ال�صخور والمعادن الأخرى على ما ي�أتي‪:‬‬ ‫ •�صناعة الفخار من الطين‪.‬‬ ‫ •�صناعة الحجارة والأ�سمنت والجير في الزراعة من الحجر الجيري (كربونات الكال�سيوم)‪.‬‬ ‫ •�إنتاج الكلور وهيدروك�سيد ال�صوديوم من الملح ال�صخري (كلوريد ال�صوديوم)‪.‬‬ ‫ •�صناعة الزجاج والح�صى اللذين ي�ستعمالن ل�صناعة الخر�سانة وعمليات التزجيج من الرمل (ثاني �أك�سيد‬ ‫ال�سيليكون)‪.‬‬ ‫ •�صناعة الألمنيوم من البوك�سيت (�أك�سيد الألومنيوم)‪.‬‬ ‫الحجر الجيري هو كربونات الكال�سيوم (‪ )CaCO3‬وي�ستخرج (من محاجر في الأر�ض على �صورة حفر المناجم‬ ‫المفتوحة الكبيرة)‪ ،‬وهو ي�ستخدم مادة للبناء �أو لتحويلها �إلى الجير (�أك�سيد الكال�سيوم ‪ ،)CaO‬والذي ي�ستخدم بدوره‬ ‫ل�صناعة الجير المطف�أ �أو هيدروك�سيد الكال�سيوم (‪ .)Ca(OH)2‬كما ت�ستخدم كربونات الكال�سيوم في �صناعة الأ�سمنت‬ ‫والمالط والخر�سانة والزجاج‪.‬‬ ‫وي�شار �إلى �أك�سيد الكال�سيوم بالجير الحي وهو قاعدي الت�أثير مثل كربونات الكال�سيوم‪ ،‬ويتفاعل مع الحمو�ض لإنتاج‬ ‫�أمالح الكال�سيوم‪ .‬وبهذه الطريقة يمكن �إ�ضافة كل من كربونات الكال�سيوم و�أك�سيد الكال�سيوم �إلى التربة الحم�ضية �أو‬ ‫حيادا‪ .‬وي�ستخدم �أك�سيد الكال�سيوم في ال�صناعة لمعادلة حم�ضية المحاليل‬ ‫الماء لزيادة درجة الحمو�ضة �إلى قيمة �أكثر‬ ‫ً‬ ‫(فعلى �سبيل المثال في مجال ا�ستخراج وتنقية ال�سكر من مح�صول البنجر)‪.‬‬

‫الوحدة الثانية‬

‫الن�شاط ال�سابع ع�شر‬ ‫ت�أثير الحرارة في كربونات الكال�سيوم‬ ‫الطريقة‬ ‫تق�صي ت�أثير الحرارة في كربونات الكال�سيوم‪.‬‬ ‫ما العوامل التي يجب �أخذها في الح�سبان عند ت�سخين المواد؟‬ ‫كيف يمكنك معرفة ما �إذا كان التفاعل قد انتهى؟‬ ‫اختبر النتائج ب�إ�ضافتها �إلى المياه لإنتاج محلول‪.‬‬ ‫�ضع �أنبوب ت�سخين يحتوي عينه من كربونات الكال�سيوم‪ ،‬و�أ�ضف �إليها ‪� 10‬سم‪ 3‬من حم�ض الهيدروكلوريك المخفف‪ .‬ثم‬ ‫ومرره في المحلول الأول‪.‬‬ ‫اجمع الغاز الناتج با�ستخدام ما�صة ّ‬

‫النتائج‬ ‫ماذا حدث لكتلة كربونات الكال�سيوم عند ت�سخينها؟ ما الذي يدل على ذلك؟ وما ا�سم هذه العملية؟ ما ا�سم الناتج عندما‬ ‫ت�سخن كربونات الكال�سيوم ب�شدة؟‬ ‫ماذا يحدث عندما ت�ضاف المخلفات ال�صلبة �إلى الماء؟ وما المركب الناتج؟‬ ‫ما الغاز الناتج عند �إ�ضافة حم�ض �إلى قطع كربونات الكال�سيوم؟‬ ‫ما الذي يحدث في المحلول عند تمرير فقاقيع الغاز بداخله؟ وما المركب الناتج؟‬ ‫‪22‬‬

‫الن�شاط الثامن ع�شر‬ ‫ا�ستخال�ص المعادن‬ ‫ي�ؤدي ا�ستخراج المعادن على نطاق وا�سع �إلى العديد‬ ‫من الت�أثيرات الكبيرة والمهمة في البيئة‪ .‬لقد ُعثر على‬ ‫الفو�سفات في منطقة الجالميد �إلى ال�شرق من بلدة‬ ‫طريف‪ ،‬وتقدر الكميات بنحو ‪ 213‬مليون طن‪ ،‬وبتركيز‬ ‫‪ 21‬في المئة من �أك�سيد الفو�سفور‪ .‬ومن المتوقع �أن‬ ‫ركز �إلى ‪ 4.5‬ماليين طن‬ ‫الم ّ‬ ‫ي�صل �إنتاج الفو�سفات ُ‬ ‫�سنويا‪.‬‬ ‫ً‬ ‫وقد ُعثر على خام البوك�سايت في منطقة الزبيرة �إلى‬ ‫ال�شرق من حائل‪ ،‬بكميات ُتقدر بنحو ‪ 173‬مليون‬ ‫طن‪ .‬كما ُع ِث َر على خام المنجنيز �إلى الغرب من حائل‬ ‫بكميات تتجاوز ‪ 4‬ماليين طن‪� .‬أما رمل ال�سيليكا‬ ‫فيوجد في منطقة البوطين‪� ،‬شرق الريا�ض‪ ،‬على امتداد‬ ‫عينات معدنية من منجم الذهب‬ ‫مربعا‪ ،‬وبكميات تقدر بنحو‬ ‫م�ساحة ‪75‬‬ ‫كيلومترا ً‬ ‫ً‬ ‫‪ 10‬ماليين طن‪ ،‬مما يكفي لتزويد م�صنعين للزجاج‬ ‫قيد الإن�شاء في المنطقة‪ .‬وقد حددت وزارة البترول والثروة المعدنية �أكثر من ‪ 2000‬موقع تحتوي على المواد الخام‬ ‫ال�ضرورية لمجموعة وا�سعة من ال�صناعات‪.‬‬ ‫موقعا ال�ستخراج المعادن في المملكة العربية ال�سعودية و�أجر‬ ‫اختر‬ ‫ً‬ ‫دون نتائج بحثك �آخ ًذا في‬ ‫ثم‬ ‫الموقع‪،‬‬ ‫هذا‬ ‫حول‬ ‫علمية‬ ‫درا�سة‬ ‫ّ‬ ‫الح�سبان ما يلي‪:‬‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫•الأثر ال�سلبي ال�ستخراج المعادن‪:‬‬ ‫•الخ�سارة �أو الأ�ضرار التي لحقت بالأرا�ضي الزراعية والحياة‬ ‫البرية‪.‬‬ ‫•فقدان جمال المناظر الطبيعية‪ ،‬وزيادة المناظر غير المرغوب‬ ‫فيها‪.‬‬ ‫•التلوث ال�صوتي‪.‬‬ ‫•الزيادة في الطلب على �شبكة المرور (االزدحام)‪.‬‬

‫الأثر الإيجابي ال�ستخراج المعادن‪:‬‬ ‫ •الح�صول على الموارد المهمة‪.‬‬ ‫ •حدوث تح�سن في االقت�صاد المحلي‪ ،‬بما في ذلك توفير فر�ص‬ ‫العمل الآنية والم�ستدامة‬ ‫ •ا�ست�صالح المواقع بعد اال�ستخدام لتوفير الموائل الخ�صبة الجديدة‬ ‫لإعادة ا�ستيطان الأنواع الجديدة من الحيوانات البرية‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫القانون العلمي‬ ‫في البداية كان هناك الهيدروجين‪ ،‬وهو‬ ‫�شيوعا في هذا الكون وهو حجر‬ ‫العن�صر الأكثر‬ ‫ً‬ ‫الأ�سا�س لتكوين المواد جميعها‪.‬‬ ‫تت�شكل النجوم في بدايتها من �سحب من الغبار‬ ‫معا تحت ت�أثير‬ ‫دوامة ً‬ ‫والغاز اللذين ي�ش ّكالن ّ‬ ‫معا‪،‬‬ ‫والغاز‬ ‫الغبار‬ ‫اقتراب‬ ‫قوة الجاذبية‪ .‬وعند‬ ‫ً‬ ‫تتحول طاقة الجاذبية الموجودة �إلى طاقة‬ ‫حرارية وتبد�أ حرارة المواد باالرتفاع ليتكون‬ ‫نجم »بروتو«‪.‬‬ ‫وعندما ترتفع درجة الحرارة �إلى درجة كافية‪،‬‬ ‫معا في‬ ‫تبد�أ نوى الهيدروجين باالندماج ً‬ ‫عملية تعرف با�سم االندماج النووي‪ ،‬التي تنتج‬ ‫ت�شكيل نواة عن�صر الهيليوم مطلقة كميات‬ ‫مجموعة نجوم في كوكبة بر�ساو�س‬ ‫هائلة من الحرارة والطاقة ال�ضوئية‪ .‬وت�ؤدي‬ ‫الطاقة الحرارية �إلى توازن قوة الجاذبية‪ ،‬وي�صبح‬ ‫ن�سبيا‪ .‬و�شم�سنا مثال جيد لذلك‪ ،‬على الرغم من �أنها بالفعل في منت�صف طريق فترة حياتها المتوقعة‪ .‬وفي‬ ‫النجم‬ ‫م�ستقرا ً‬ ‫ً‬ ‫نهاية المطاف‪ ،‬يبد�أ الهيدروجين في النجم بالنفاد‪ ،‬وي�أخذ النجم يبرد ويت�ضخم‪ .‬وفي هذه الحالة يبد�أ التغيير في المظهر‬ ‫وي�صبح معرو ًفا با�سم العمالق الأحمر‪ .‬ويعتمد م�صير العمالق الأحمر على حجمه الن�سبي‪ .‬وال�شم�س ال�صغيرة التي ت�صبح‬ ‫عمال ًقا �أحمر وت�شرع في البرودة واالنكما�ش �إلى كيان �أ�صغر يعرف با�سم القزم الأبي�ض‪ ،‬وفي النهاية تبرد �أكثر ويتال�شى‬ ‫قزما �أ�سود‪.‬‬ ‫ال�ضوء المنبعث منها وت�صبح ً‬ ‫ثم تبد�أ ال�شمو�س الكبيرة في التوهج لت�صبح �أكثر �إ�شرا ًقا‪ ،‬بعد �أن �أ�صبحت عمال ًقا �أحمر‪ ،‬وتنتقل بين عملية االنكما�ش‬ ‫والتو�سع‪ُ ،‬م َ�ش ِّك َل ًة عنا�صر �أثقل عن طريق االندماج النووي‪ .‬وفي نهاية المطاف‪ ،‬تنفجر هذه ال�شمو�س في ظاهرة ُتعرف‬ ‫با�سم »�سوبر نوفا« حيث يلقي االنفجار كميات هائلة من الغبار والغاز والطاقة في الف�ضاء‪ ،‬مخل ًفا وراءه مجموعة كثيفة‬ ‫كبيرا بدرجة كافية‪.‬‬ ‫ً‬ ‫جدا من المواد ُت�سمى النجم النيوتروني‪ ،‬الذي قد يتحول �إلى »ثقب �أ�سود« �إذا كان ً‬

‫الوحدة الثانية‬

‫الن�شاط التا�سع ع�شر‬ ‫تحليل غبار الف�ضاء‬ ‫�أجر بحو ًثا حول الأنواع الكيميائية الموجودة في �سحب الغبار والغاز‬ ‫الذي بين النجوم‪ .‬وكم يوجد من هذه الأنواع المختلفة من المواد على‬ ‫الأر�ض؟ وكيف يمكن �أن توجد بع�ض المواد الكيميائية في الف�ضاء غير‬ ‫�أنها ال توجد على الأر�ض في ظل ظروف عادية؟‬ ‫اكتب جدو ًال يبين �أوجه االختالف بين المواد الموجودة في الف�ضاء‬ ‫وتلك التي الموجودة على الأر�ض‪.‬‬

‫‪24‬‬

‫الن�شاط الع�شرون‬ ‫جمع الأدلة‬ ‫أعد قائمة من الأنواع المختلفة من الأدلة‬ ‫ما الأدلة التي يعتمد عليها العلماء عند النظر �إلى الطبيعة الكيميائية للكون؟ � ّ‬ ‫وحدد مزايا وم�ساوئ كل نوع من �أنواع التقنية‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫فعلى �سبيل المثال‪ ،‬يح�صل العلماء على الأفكار عن هيكل الأج�سام ال�سماوية با�ستخدام التل�سكوبات الأر�ضية‪ .‬ولكن لهذه‬ ‫التل�سكوبات قوة ف�صل محدودة ب�سبب تدخل الغالف الجوي للأر�ض‪ .‬اقترح كيف يمكن التغلب على بع�ض هذه العيوب‪،‬‬ ‫وكيف تحقق ذلك بالفعل‪.‬‬ ‫زمنيا ي�شير �إلى مدى تغير فهمنا لبنية الكون‪ .‬واح�صل على �أدلة تمثل وجهات نظر مختلفة لكل من الديانات‬ ‫� ّ‬ ‫أعد جدو ًال ً‬ ‫والح�ضارات من �أجل �إنتاج تاريخ عام لتطور فهمنا للكون‪ .‬ومن الأمثلة الجيدة على الأفراد الذين �أ�سهموا في تغيير‬ ‫فهمنا عن الكون هم‪ :‬كوبرنيكو�س‪ ،‬دافن�شي‪ ،‬كيبلر‪ ،‬هبل‪ .‬ويمكنك تقديم عملك على �صورة عر�ض غير خطي با�ستخدام‬ ‫الحا�سوب‪.‬‬ ‫الدكتور جيرمي بورغ�س‪/‬مكتبة ال�صور العلوم‬

‫�شيال تيري‪/‬مكتبة ال�صور العلوم‬

‫‪ Segre‬اميليو المحفوظات الب�صرية‪/‬المعهد الأمريكي للفيزياء‪/‬مكتبة‬ ‫ال�صور العلوم‬

‫�إدوين هابل‬ ‫‪1953-1889‬م‬

‫ليوناردو دا فين�شي‬ ‫‪1519-1452‬م‬

‫نيكوال�س كوبرنيكو�س‬ ‫‪1543-1473‬م‬

‫الن�شاط الحادي والع�شرون‬ ‫الأفكار العلمية‬ ‫في ‪1950‬م‪1369/‬هـ‪ ،‬قام عالم �أمريكي يدعى‬ ‫�ستانلي ميلر ب�إجراء تجربة لإثبات �أن الجزيئات‬ ‫الب�سيطة التي نحتاج �إليها من �أجل الحياة على‬ ‫الأر�ض يمكن ت�صنيعها في المختبر‪ .‬وفي الحقيقة‪،‬‬ ‫ما قام به هو �إعادة �إن�شاء الظروف الدقيقة التي‬ ‫كانت موجودة على الأر�ض منذ ماليين ال�سنين‪.‬‬ ‫وقد �أثبت نتائجه �أنه بالإمكان تح�ضير وحدات‬ ‫الحياة في »الح�ساء البدائي« للمواد الكيميائية‪.‬‬ ‫�صحفيا حول تجربة �ستانلي ميلر‬ ‫اكتب مقا ًال‬ ‫ً‬ ‫ونتائجه‪ .‬وما ردة الفعل المتوقعة من هذه المقالة؟‬ ‫ومن الذي �سيتفق مع الآثار المترتبة على نتائج‬ ‫ميلر‪ ،‬ومن الذي �سيعار�ضها؟‬ ‫هذا مثال على �أن الدليل العلمي قد يختلف مع‬ ‫وجهات النظر الأخرى‪ ،‬وخا�صة المعتقدات الدينية‪.‬‬ ‫اختر فكرة �أخرى علمية �أحدثت جد ًال عندما ُن�شرت‬ ‫لأول مرة وما نوع الأدلة المطلوبة من �أجل تغيير‬ ‫هذه الأفكار العلمية لوجهة نظر العا ِلم؟ وماذا‬ ‫يحتاج العلماء �إلى القيام به لإقناع النا�س الآخرين‬ ‫ب�صحة �أفكارهم‪ ،‬و�ضرورة قبولها؟‬

‫‪+‬‬ ‫الأقطاب‬ ‫‪-‬‬

‫�شرارة كهربائية‬ ‫(البرق)‬

‫‪H2O CH4 NH3‬‬ ‫‪H2 CO‬‬ ‫غازات (غالف جوي بدائي)‬ ‫ماء بارد‬

‫مكثف‬

‫�إلى م�ضخة تفريغ‬ ‫�أنبوب العينة‬ ‫ماء (المحيط)‬

‫مبرد (يحتوي‬ ‫ماء ّ‬ ‫على مواد ع�ضوية)‬

‫م�صدر حراري‬ ‫ِمحب�س‬

‫‪25‬‬

‫تحدى نف�سك‬ ‫ما هي محا�سن ا�ستك�شافات الف�ضاء؟ هل التكلفة ت�ستحق كل هذا العناء؟‬

‫مراجعة الوحدة والت�أمل فيها‬ ‫بعد �إكمال الوحدة‪ ،‬ف ّكر بما يلي‪:‬‬ ‫ •ما ينبغي �أن يعمل العلماء حول ال�ضرر الذي لحق بطبقة الأوزون؟‬ ‫ •ما هي العالقة بين التحليل الكهربائي واكت�شاف عنا�صر جديدة؟‬ ‫ •ما هي الموارد المعدنية الموجودة في المملكة العربية ال�سعودية و�أي منها تم ا�ستخراجه؟‬ ‫ •ما هي المواد الحديثة التي تعتمد �أكثر على النفط كمادة خام لت�صنيعها؟‬ ‫ •ماذا �سنفعله عندما ين�ضب النفط؟‬

‫‪26‬‬

‫الوحدة الثانية‬ ‫المادة – خ�صائ�صها وتغيراتها‬

‫حـول هـذه الوحــدة‬ ‫كم من ال�سهل ل�شخ�ص ما �أن يعرف عند زيارة مدر�ستك‪� ،‬أين يذهب بالتحديد‪� ،‬إذا توفرت خارطة �أو مخطط يبين مواقع‬ ‫الأماكن المختلفة داخل المدر�سة‪ .‬هل لديك �أي تعليمات لم�ساعدة الزوار؟‬ ‫تدور هذه الوحدة حول عمل دليل لزيارة المدر�سة‪� .‬سوف تتعلم طرق ًا مختلفة ب�إعطاء وا�ستالم التعليمات‪.‬‬

‫ُّمية للوحدة‬ ‫الأهداف التعل ّ‬

‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫•النظر في كيمياء الأنظمة البيولوجية المعقدة من حيث العنا�صر الرئي�سية ووفرتهم الن�سبية‪.‬‬ ‫•و�صف الدم ومكوناته وكيفية عزل مكوناته‪.‬‬ ‫•ا�ستق�صاء و و�صف المجموعات المختلفة من المواد ال�شبه غروية‪.‬‬ ‫•ا�ستق�صاء قابلية ذوبان المواد المذابة المختلفة وتحليل بيانات الذوبان‪.‬‬ ‫•ا�ستق�صاء كيفية ا�ستخراج الماء النقي من ماء البحر والق�ضايا المتعلقة بمو�ضوع تحلية المياه والمحافظة‬ ‫على المياه‪.‬‬

‫نظرة عامة‬ ‫تبد�أ هذه الوحدة بالنظر �إلى العنا�صر الرئي�سية لج�سم الإن�سان وتوفرها الن�سبي‪ .‬ي�ستك�شف الطالب مكونات الدم وكيفية‬ ‫عزلها‪ .‬ويتبع ذلك درا�سة المواد ال�شبه غروية‪ .‬ومن ثم النظر بعملية الذوبان وبيانات الذوبان‪ ،‬وبعهدها ا�ستك�شاف‬ ‫عمليات تحلية المياه والحاجة �إلى المحافظة على المياه‪.‬‬

‫‪28‬‬

‫المــواد‬ ‫ج�سم الإن�سان هو عبارة عن مجموعة معقدة‪ ،‬ولكن درجة عالية من‬ ‫على الرغم من �أن ج�سم الإن�سان معقد‪� ،‬إ ّال �أنه يت�صف بدرجة عالية من‬ ‫التنظيم‪ ،‬حيث ت�ؤدي جميع المواد الكيميائية فيه عملها بان�سجام تام‪.‬‬ ‫فهناك تعريف �شائع يقول‪� :‬إن ج�سم الإن�سان هو المظهر المادي له‪،‬‬ ‫وهو مجموعة من العنا�صر الكيميائية‪ ،‬ومجموعة من الإلكترونات‬ ‫المتحركة والمجاالت الكهرومغناطي�سية الموجودة خارج الخلية والمواد‬ ‫هرميا في الخاليا والأن�سجة والأجهزة‪،‬‬ ‫والمكونات الخلوية المنظمة‬ ‫ً‬ ‫ّ‬ ‫و�أنظمة الأع�ضاء‪.‬‬ ‫كما �أن الإن�سان كائن حي معقد يتكون من الخاليا والأن�سجة والأع�ضاء والأجهزة‬ ‫معا في ان�سجام رائع‪ .‬وقد جرى تو�سيع معنى م�صطلح »ج�سم الإن�سان«‬ ‫التي تعمل ً‬ ‫لي�شتمل‪ ،‬في الطب ال�شرقي‪ ،‬على ال�شبكات غير المادية والم�سارات العقلية �أو الحيوية‪،‬‬ ‫مما ي�ؤدي �إلى فهم �شامل لعالقة الج�سم بالعقل‪.‬‬

‫الن�شاط الأول‬ ‫جمع الأدلة‬ ‫�شيوعا في ج�سم الرجل‪ ،‬وكمية كل عن�صر منها في رجل يزن ‪ 70‬كجم‪.‬‬ ‫ي�شتمل الجدول �أدناه على العنا�صر الع�شرة الأكثر‬ ‫ً‬

‫العن�صر‬

‫الكمية (كجم)‬

‫الكمية (المول)‬

‫الأك�سجين‬

‫‪43‬‬

‫‪2.700‬‬

‫الكربون‬

‫‪16‬‬

‫‪1.300‬‬

‫الهيدروجين‬

‫‪7‬‬

‫‪7.000‬‬

‫النيتروجين‬

‫‪1.8‬‬

‫‪130‬‬

‫الكال�سيوم‬

‫‪1.0‬‬

‫‪25‬‬

‫الف�سفور‬

‫‪0.78‬‬

‫‪25‬‬

‫الكبريت‬

‫‪0.14‬‬

‫‪4.4‬‬

‫البوتا�سيوم‬

‫‪0.14‬‬

‫‪3.6‬‬

‫ال�صوديوم‬

‫‪0.10‬‬

‫‪4.3‬‬

‫الكلور‬

‫‪0.095‬‬

‫‪2.7‬‬

‫‪29‬‬

‫دائريا لتمثيل مقدار كل عن�صر (بالكجم)‪.‬‬ ‫مخططا‬ ‫ار�سم‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫مخططا �آخر لتمثيل مقدار كل عن�صر بالموالت‪.‬‬ ‫وار�سم‬ ‫ً‬ ‫هل تبدو الر�سوم البيانية الدائرية مختلفة؟ علل ذلك‪ .‬لو كانت الر�سوم البيانية الدائرية‬ ‫تمثل الن�سبة المئوية للكمية الإجمالية للمادة‪ ،‬فهل �ستكون مت�شابهة؟‬ ‫حول الكتلة �إلى موالت‪،‬‬ ‫�أ�شر �إلى الفرق بين الكتلة وكمية المادة بالموالت‪ .‬وكيف ُت َّ‬ ‫و�ضمنه بع�ض‬ ‫تقريرا ت�شرح فيه مفهوم المول لغير العلماء‬ ‫والموالت �إلى كتلة؟ اكتب‬ ‫ّ‬ ‫ً‬ ‫المعلومات حول ثابت �أفوجادرو‪ ،‬وكيف �سيتم التحويل �إلى موالت‪.‬‬ ‫معا بطرق متنوعة لإنتاج جزيئات‬ ‫ال ي�ضم ج�سم الإن�سان عنا�صر منفردة‪ ،‬بل متحدة ً‬ ‫ومركبات‪.‬‬ ‫حدد ما ال يقل عن ثالثة مركبات مختلفة لكل عن�صر من العنا�صر المدرجة في‬ ‫ّ‬ ‫ال�صفحة ال�سابقة توجد في ج�سم الإن�سان‪ .‬فمث ًال‪ ،‬يوجد الفو�سفور على �صورة فو�سفات‬ ‫في الحم�ض النووي ‪ ،DNA‬ثم �ضع هذه المعلومات في جدول �آخر �أو في جدول‬ ‫البيانات‪.‬‬

‫الن�شاط الثاني‬ ‫تحليل �سوائل الج�سم‬ ‫(ي�سمى المذاب) بالذوبان فيها‪،‬‬ ‫كثيرا ما يو�صف الماء بالمذيب العالمي‪ .‬والمذيب هو �أي مادة كيميائية ت�سمح لآخر ُ‬ ‫عد الج�سم الب�شري مجموعة معقدة من المحاليل ترتكز جميعها على الماء‪ .‬لن�أخذ‬ ‫وي ّ‬ ‫ويطلق على الخليط الناتج المحلول‪ُ .‬‬ ‫المحلول الأكثر �أهمية في الج�سم‪ ،‬وهو الدم على �سبيل المثال‪.‬‬ ‫وحدد المواد المذابة فيه‬ ‫�صف التركيب الكيميائي للدم‪ّ ،‬‬ ‫بالإ�ضافة �إلى المذيب الرئي�س‪.‬‬ ‫هل ي�شبه التركيب الكيميائي للدم التركيب العام للج�سم‬ ‫الب�شري؟ و�إن لم يكن كذلك‪ ،‬فلماذا؟‬ ‫كيف ُيح ّلل التركيب الكيميائي للدم؟ �صف الأ�ساليب‬ ‫التقنية التي يمكن بو�ساطتها ف�صل الدم وتحليله‪.‬‬ ‫لذا قد يكون من المفيد في هذه المرحلة الرجوع مرة �أخرى‬ ‫�إلى الوحدة (‪ ،)1‬ودرا�سة تقنيات الف�صل فيها‪.‬‬ ‫هل الماء هو المذيب الوحيد في الج�سم؟ ال‪� ،‬إ ْذ يوجد في‬ ‫الج�سم مذيبات �أخرى تذيب غيرها من المواد‪.‬‬ ‫�ضروريا؟‬ ‫عد وجود المذيبات المختلفة في الج�سم‬ ‫لماذا ُي ّ‬ ‫ً‬ ‫ولماذا ال تذوب المواد المذابة فيها في الماء؟‬

‫‪30‬‬

‫الن�شاط الثالث‬ ‫تق�صي الغرويات‬ ‫ٍ‬ ‫�صاف على �صورة وا�ضحة‪ ،‬وهذا المحلول ال�صافي هو خليط تنت�شر فيه‬ ‫عندما يذوب الملح في الماء‪ ،‬يت�ش ّكل محلول‬ ‫الأيونات ال�صغيرة‪ ،‬التي يت�ش ّكل منها الملح الأيوني بالت�ساوي في جميع �أنحاء الماء في المحلول‪ .‬وال يمكن ر�ؤية هذه‬ ‫جدا‪ ،‬غير �أنه �إذا �أُزيل الماء تبقى بلورات الملح‪.‬‬ ‫الأيونات لأنها �صغيرة ً‬ ‫يتكون مزيج �ضبابي عندما ُيخلط الطين بالماء‪ .‬وعند ف�صل ال�سائل عن الروا�سب (الروا�سب ال�صلبة التي تتر�سب في‬ ‫�ضبابيا ي�ؤدي �إلى بقاء قطع من الطين 'العائم' في الماء‪ .‬والمادة المذابة من‬ ‫الجزء ال�سفلي من الخليط)‪ ،‬ف�إنه �سيظل‬ ‫ً‬ ‫�ضبابيا‪ .‬وهذا‬ ‫الماء‬ ‫يبدو‬ ‫لذا‬ ‫الماء‬ ‫في‬ ‫تذوب‬ ‫ال‬ ‫أنها‬ ‫�‬ ‫وبما‬ ‫الملحي‪.‬‬ ‫المحلول‬ ‫في‬ ‫الطين �أكبر بكثير من جزيئات الملح‬ ‫ً‬ ‫ال�سائل ال�ضبابي هو مثال للغرويات‪.‬‬ ‫تت�ألف الغرويات جميعها من مادتين ال يمكن خلطهما ب�صورة �صحيحة �أو تامة بع�ضهما ببع�ض‪ .‬وتحتوي الغرويات‬ ‫على قطع‪� ،‬أو قطرات �أو كريات من �إحدى المواد (المذابة) منت�شرة في المادة الأخرى (المذيبة)‪ .‬وقد تكون هذه القطع من‬ ‫غازيا‪.‬‬ ‫المادة المذابة �صلبة �أو �سائلة �أو غازية‪ ،‬وقد يكون الو�سط الذي تنت�شر فيه المواد � ً‬ ‫�صلبا �أو �سائ ًال �أو ً‬ ‫أي�ضا ً‬

‫الحليب وال�ضباب هما من الأمثلة على الغرويات ال�شائعة‪ .‬ففي الحليب‪ ،‬تتعلق كريات‬ ‫الدهون بال�سائل المائي‪ .‬و�أما في ال�ضباب‪ ،‬فتتعلق قطرات الماء بالهواء‪.‬‬

‫هناك ثمانية �أنواع مختلفة من المحاليل الغروية‪:‬‬

‫غاز‬

‫المادة المبعثرة‬ ‫(المذيب)‬

‫المادة المبعثرة (المذاب)‬

‫الأمثلة‬

‫نوع المحلول‬

‫�سائل‬

‫الهباء الجوي‬

‫ال�ضباب‪ ،‬الندى والغيوم‬

‫غاز‬

‫�صلب‬

‫الهباء الجوي‬

‫دخان‬

‫�سائل‬

‫غاز‬

‫رغوة‬

‫فقاعة �صابون‬

‫�سائل‬

‫م�ستحلب‬

‫الحليب واللبن ال�سائل‬

‫�سائل‬

‫�صلب‬

‫محلول‬

‫المياه الموحلة‪ ،‬والطالء‬

‫�صلب‬

‫غاز‬

‫رغوة �صلبة‬

‫المو�سع البولي�ستيرين‬

‫�صلب‬

‫�سائل‬

‫م�ستحلب �صلب‪/‬هالم‬

‫الزبدة‪ ،‬والجبن‬

‫�صلب‬

‫محلول �صلب‬

‫كعكة زبيب‬ ‫‪31‬‬

‫الغرويات في الطبخ‬ ‫الوحيد في المطبخ‪� ،‬إ ْذ يمكن ا�ستخدام الدهون والزيوت في �إنتاج مواد ُت�سمى الم�ستحلبات تمتزج فيها‬ ‫المذيب‬ ‫لي�س الماء‬ ‫َ‬ ‫َ‬ ‫جدا‪ ،‬وذلك با�ستخدام عامل اال�ستحالب لم�ساعدتها على الذوبان‪.‬‬ ‫المواد على �صورة دقائق �صغيرة ً‬ ‫وخير مثال على ذلك‪ ،‬الم�ستحلب الذي يعتمد ب�صورة �أ�سا�سية على‬ ‫الزيت وهو المايونيز‪.‬‬

‫المكونات‬ ‫ّ‬

‫�صفار بي�ضتين‬ ‫‪ 340‬مل من زيت الخ�ضراوات �أو زيت الزيتون‬ ‫‪ 1‬ملعقة كبيرة من ع�صير الليمون‬ ‫التوابل (الملح والفلفل)‬ ‫م�ستخدما‬ ‫حدد من خالل البحث طريقة �آمنة ل�صنع المايونيز‬ ‫ّ‬ ‫ً‬ ‫المكونات �أعاله‪ ،‬وحاول تطبيق ذلك في المنزل‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫يتكون منها؟‬ ‫ويعد المايونيز مثا ًال ً‬ ‫ُ‬ ‫جيدا للغرويات‪ .‬فما المادة الغروية التي ّ‬ ‫� ِ‬ ‫أعط بع�ض الأمثلة على محاليل غروية �أخرى‪ ،‬وا�شرح تركيب ك ٍّل من‪ :‬المحلول‪ ،‬المعلق‪ ،‬الهالم‪ ،‬الم�ستحلب‪ ،‬الرغوة والهباء‬ ‫الجوي‪.‬‬

‫ت�صنيف المواد‬ ‫�ص ّنف المواد �أدناه وف ًقا لما ينطبق عليها من المحاليل التالية‪( :‬محلول‪ ،‬معلق‪ ،‬هالم‪ ،‬م�ستحلب‪� ،‬أو رغوة �أو هباء جوي)‪،‬‬ ‫م�ستخدما جدو ًال �أو �أي �شكل �آخر منا�سب‪:‬‬ ‫ً‬ ‫الكوال ‬ ‫م�ستح�ضرات التجميل ‬ ‫الدهانات ‬ ‫معجون الأ�سنان ‬ ‫جل ال�شعر ‬ ‫الأدوية‬

‫‪32‬‬

‫الغراء‬ ‫المجوهرات‬ ‫الزبدة‬ ‫مزيل العرق‬ ‫رغوة الحالقة‬

‫التغيرات الفيزيائية‬ ‫يحتوي المحلول على مادة �صلبة �أو غازية ُتعرف با�سم المذاب تذوب في‬ ‫�سائل �أو في مذيب‪ .‬ويحتوي المحلول الم�شبع على الكمية كلها التي يمكن‬ ‫�أن يذيبها المذيب عند درجة حرارة ما‪.‬‬ ‫ويعتمد ذوبان المادة على جزيئاتها والقوى التي تم�سك بها‪ .‬ودرجة‬ ‫الحرارة هي مقيا�س للحركة �أو الطاقة الحركية للج�سيمات في المادة‪ ،‬ف�إذا‬ ‫للج�سيمات‪ ،‬وعندئذ‬ ‫زادت درجة حرارة المذيب تزداد الطاقة الحركية ُ‬ ‫تتحرك جزيئات المذيب في االتجاهات جميعها وب�سرعة �أكبر مما ينتج‬ ‫عن ذلك ا�صطدامات بين جزيئات المذيب والمذاب‪.‬‬ ‫ويمكن �أن ت�ؤثر درجة الحرارة في كمية المذاب‪ ،‬ولكن هل تت�ساوى هذه‬ ‫الكمية الذائبة في المواد جميعها؟‬

‫الن�شاط الرابع‬ ‫ذوبان المذاب‬ ‫فيما ي�أتي نوعان من الجداول‪� ،‬أولهما يتعلق بذائبية المواد ال�صلبة‪ ،‬و�أما الآخر فيتعلق بذائبية الغازات‪.‬‬ ‫وحدد �شكل الر�سم والطريقة التي ينبغي �أن تثبت بها‬ ‫ار�سم نوعين من الر�سوم البيانية ت�شتمل على النتائج التالية‪ّ ،‬‬ ‫المحاور‪( .‬كما يمكنك ا�ستخدام تقنية منا�سبة لعر�ض الر�سوم البيانية من خالل الحزم الخا�صة على �أن تبرر اختيارك)‪.‬‬

‫ملح فلزي‬ ‫كلوريد ال�صوديوم‬ ‫كبريتات ال�صوديوم‬ ‫نترات البوتا�سيوم‬ ‫كلورات البوتا�سيوم‬ ‫نترات الر�صا�ص‬ ‫الغاز‬ ‫نتروجين‬ ‫�أك�سجين‬ ‫ثاني �أك�سيد الكربون‬ ‫ثاني �أك�سيد الكبريت‬ ‫كلوريد الهيدروجين‬

‫عدد الجرامات الذائبة في الماء عند درجات الحرارة‬ ‫‪10‬‬

‫‪20‬‬

‫‪30‬‬

‫‪40‬‬

‫‪50‬‬

‫‪60‬‬

‫‪70‬‬

‫‪80‬‬

‫‪90‬‬

‫‪100‬‬

‫‪36‬‬

‫‪37‬‬

‫‪38‬‬

‫‪39‬‬

‫‪40‬‬

‫‪41‬‬

‫‪42‬‬

‫‪43‬‬

‫‪44‬‬

‫‪45‬‬

‫‪12‬‬

‫‪21‬‬

‫‪60‬‬

‫‪58‬‬

‫‪50‬‬

‫‪48‬‬

‫‪46‬‬

‫‪44‬‬

‫‪42‬‬

‫‪40‬‬

‫‪20‬‬

‫‪31‬‬

‫‪40‬‬

‫‪68‬‬

‫‪95‬‬

‫‪118‬‬

‫‪151‬‬

‫‪182‬‬

‫‪-‬‬

‫‪8‬‬

‫‪10‬‬

‫‪13‬‬

‫‪17‬‬

‫‪22‬‬

‫‪28‬‬

‫‪36‬‬

‫‪45‬‬

‫‪57‬‬

‫‪69‬‬

‫‪42‬‬

‫‪50‬‬

‫‪58‬‬

‫‪68‬‬

‫‪79‬‬

‫‪90‬‬

‫‪102‬‬

‫‪116‬‬

‫‪133‬‬

‫‪153‬‬

‫الذائبية في ‪�100‬سم‪ 3‬من الماء عند درجات الحرارة‬ ‫‪10‬‬

‫‪20‬‬

‫‪40‬‬

‫‪60‬‬

‫‪2.4‬‬

‫‪1.6‬‬

‫‪1 .3‬‬

‫‪1.0‬‬

‫‪4.8‬‬

‫‪3.3‬‬

‫‪2 .5‬‬

‫‪1.9‬‬

‫‪171‬‬

‫‪92.3‬‬

‫‪56.6‬‬

‫‪36.0‬‬

‫‪7،980‬‬

‫‪4،250‬‬

‫‪2،170‬‬

‫‪50،500‬‬

‫‪47،400‬‬

‫‪44،500‬‬

‫‬‫‪42،000‬‬ ‫‪33‬‬

‫ا�ستخدم المعلومات المعطاة ل�شرح ما يحدث في كل محلول‪.‬‬ ‫ما الذي تخبرنا به نتائج ذوبان الأمالح الفلزية حول القوى الداخلية بين الجزيئات في بع�ض المواد ال�صلبة؟‬ ‫يذوب ال�سكر ببطء �شديد في المياه عند درجة حرارة ‪ 20‬مئوية‪ ،‬غير �أن التحريك ي�ساعد على عملية الذوبان‪ ،‬لماذا؟‬ ‫ما الآثار المترتبة على مقدار ذائبية الأك�سجين وثاني �أك�سيد الكربون في الكائنات الحية في الماء؟‬ ‫ما الآثار المترتبة على مقدار ذائبية ثاني �أك�سيد الكبريت في الكائنات الحية والمباني داخل المدن حيث يكون ثاني‬ ‫أي�ضا في ذوبان الغازات في الماء‪ ،‬وعندما نغو�ص �إلى‬ ‫ناتجا‬ ‫ثانويا من عوادم ال�سيارات؟ ي�ؤثر ال�ضغط � ً‬ ‫ً‬ ‫�أك�سيد الكبريت ً‬ ‫�أعماق بعيدة تذوب كمية �أكبر من النيتروجين في الدم‪.‬‬ ‫عما يحدث عندما نخرج من الأعماق ب�سرعة كبيرة‪ ،‬وماذا ُت�سمى هذه الظروف؟ ولماذا يو�ضع النا�س الذين يعانون‬ ‫ابحث ّ‬ ‫من هذه الحالة في غرفة تخفي�ض ال�ضغط؟‬

‫الن�شاط الخام�س‬ ‫ذائبية المواد المختلفة‬ ‫�إذا كان المخطط المجاور يم ّثل الر�سم البياني الخا�ص بك‪،‬‬ ‫فا�شرح ماذا تعني ‪.M1.M2‬‬ ‫المتكون عند النقاط‬ ‫عند ‪ ،T1.T2‬وا�شرح ما نوع المحلول‬ ‫ّ‬ ‫(‪.)E ،C ،B ،A‬‬ ‫ُت�شاهد فقاقيع عندما ي�سخن الماء‪ ،‬فما هذه الفقاقيع في‬ ‫ر�أيك؟‬ ‫ف�سر �سبب ظهور هذه الفقاقيع‪ ،‬ولماذا تتكون ب�سرعة عند‬ ‫ارتفاع درجات الحرارة؟‬

‫الذائبية‬ ‫درجة احلرارة‬

‫التق�صي‪ :‬التغيرات التي تحدث عندما تذوب المواد ال�صلبة‪.‬‬ ‫ •خذ ‪�100‬سم‪ 3‬من الماء عند درجة حرارة ‪ 25‬مئوية‪ ،‬و�ضعها في دورق مدرج �سعة ‪�250‬سم‪ .3‬زن ‪ 10‬جرامات من‬ ‫كلوريد ال�صوديوم‪ ،‬و�ضعها في دورق مدرج �سعة ‪�100‬سم‪.3‬‬ ‫ •الحظ حجم كلوريد ال�صوديوم‪.‬‬ ‫ •�ضع الآن المخبار المدرج الذي يحتوي على الماء عند درجة حرارة ‪ 25‬مئوية على كفة ميزان ذي الكفتين و�سجل‬ ‫كتلة الماء‪.‬‬ ‫ •�أ�ضف بعناية كلوريد ال�صوديوم �إلى الماء وحرك الماء بلطف حتى يذوب‬ ‫كلوريد ال�صوديوم‪.‬‬ ‫ •ما الذي يجب �أن تكون عليه الكتلة الكلية؟ �ضع الكتلة مرة �أخرى على‬ ‫الميزان للتحقق من ذلك‪.‬‬ ‫ •ما الذي يجب �أن يكون عليه مجموع الحجم؟ انظر �إلى التدريج الموجود‬ ‫على جانب الدورق للتحقق‪.‬‬ ‫ا�شرح �أي اختالفات يمكن �أن ت�شاهدها‪ .‬وما الذي تخبرنا به النتائج حوله‬ ‫عملية ذوبان الدقائق في المحلول؟‬ ‫‪34‬‬

‫المخاليط‬ ‫اعتمادا على تكوينها‪ .‬والمركبات الع�ضوية هي‬ ‫يمكن و�صف المواد الكيميائية بالمواد الع�ضوية وغير الع�ضوية‪ ،‬وذلك‬ ‫ّ‬ ‫التي تحتوي على عن�صر الكربون‪ ،‬با�ستثناء الكربونات‪ ،‬والكربونات الهيدروجينية‪ ،‬والكربيدات‪ ،‬وثاني �أك�سيد الكربون‬ ‫و�أول �أك�سيد الكربون‪ .‬وت�شمل المركبات غير الع�ضوية بقية المجال الكيميائي‪ .‬وبغ�ض النظر عن تكوينها‪ ،‬يمكن ا�ستخدام‬ ‫بع�ض المواد الكيميائية‪ ،‬مثل الذهب والكبريت‪ ،‬والحجر الجيري والرخام‪ ،‬مبا�شرة من البيئة‪ ،‬ويرجع ذلك �إلى �ضعف‬ ‫ن�شاطها الكيميائي في الأ�صل‪.‬‬ ‫ولكن تحتاج بع�ض المواد الكيميائية �إلى‬ ‫ف�صلها قبل ا�ستخدامها‪ .‬و�أما بالن�سبة‬ ‫للكيميائي الذي يعمل في ال�صناعة فمن‬ ‫المهم �أن يطور التقنيات ال�ضرورية لف�صل‬ ‫المواد وي�ستخدمها‪ .‬ويظهر التطبيق الجيد‬ ‫للمهارات العملية الأ�سا�سية في �إزالة الملح‬ ‫من الماء‪.‬‬ ‫ُتح ّلى المياه للح�صول على المياه العذبة‬ ‫ال�صالحة لال�ستهالك الب�شري �أو الحيواني‬ ‫�أو للري‪ ،‬وذلك �إذا �أزيل �أغلب الملح منه‪.‬‬ ‫وينتج عن هذه العملية في بع�ض الأحيان‬ ‫ثانويا وهو‬ ‫منتجا‬ ‫ملح الطعام باعتباره‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫ُي�ستخدم في ال�سفن والغوا�صات‪ .‬ويتركز‬ ‫معظم االهتمام الحديث في تحلية المياه‬ ‫على تطوير و�سائل فعالة من حيث التكلفة‬ ‫محطة لتحلية المياه‬ ‫لتوفير مياه عذبة لال�ستخدام الب�شري في‬ ‫المناطق التي تندر فيها المياه‪.‬‬ ‫وتتطلب تحلية المياه على نطاق وا�سع كميات كبيرة من الطاقة بالإ�ضافة �إلى المعدات المتخ�ص�صة والمكلفة مما يجعل‬ ‫البنى التحتية باهظة التكاليف مقارنة با�ستخدام المياه العذبة من الأنهار �أو المياه الجوفية‪ .‬ولذلك ُتعد تقنية تحلية‬ ‫خيارا بالن�سبة للمناطق التي تعاني من‬ ‫المياه عملية ممكنة في المناطق القريبة من �سواحل الدول الغنية‪ ،‬ولكنها لي�ست‬ ‫ً‬ ‫الفقر‪� ،‬أو الأماكن التي تقع على ارتفاع �شاهق �أو تكون بعيدة عن البحار‪ .‬وبالإ�ضافة �إلى ذلك‪ ،‬يمكن للمياه العادمة‬ ‫�سلبا في الأنظمة الإيكولوجية البحرية المحلية ما لم ي�ؤخذ في الح�سبان �أن تكون‬ ‫الناجمة عن محطات التحلية �أن ت�ؤثر ً‬ ‫كثيرا عن درجة حرارة مياه المحيط وملوحتها‪.‬‬ ‫درجة حرارة مياه ال�صرف العادمة وملوحتها ال تختلف ً‬ ‫وقد �أدت احتياطات الطاقة الكبيرة في العديد من البلدان في ال�شرق الأو�سط‪ ،‬بالإ�ضافة �إلى الندرة الن�سبية للمياه‪� ،‬إلى‬ ‫انت�شار وا�سع لمحطات تحلية المياه في هذه المنطقة‪ .‬وتم ّثل محطات تحلية المياه في المملكة العربية ال�سعودية نحو ‪24‬‬ ‫في المئة من �إجمالي الطاقة العالمية‪ .‬ويوجد �أكبر م�صنع في العالم لتحلية المياه في محطة »جبل علي« لتحلية المياه‬ ‫(المرحلة ‪ )2‬في المملكة العربية ال�سعودية‪ .‬ولهذه المحطة غر�ض مزدوج فهي ت�ستخدم التقطير متعدد المراحل (فال�ش)‪،‬‬ ‫�سنويا‪.‬‬ ‫وفي الوقت نف�سه قادرة على �إنتاج ‪ 300‬مليون متر مكعب من المياه‬ ‫ًّ‬

‫‪35‬‬

‫الن�شاط ال�ساد�س‬ ‫ف�صل الماء‬ ‫هب �أن قد تقطعت بك ال�سبل فوق جزيرة �صحراوية‪ ،‬و�أ�صبحت‬ ‫ْ‬ ‫معزو ًال وال يوجد لديك �أي �إمدادات للمياه �أو م�صدر �سوى البحر‪،‬‬ ‫ومع ذلك‪ ،‬فالمياه ال تحتوي على الملح فقط ولكنها مختلطة‬ ‫جيدا‪.‬‬ ‫بالرمال‪ ،‬غير �أنك تمتلك‬ ‫مختبرا مجه ًزا ً‬ ‫ً‬ ‫وعليك �إعداد خطة لإيجاد م�صدر غير ملوث لمياه ال�شرب النظيفة‪.‬‬ ‫ولكن مما ي�ؤ�سف له �أن هناك فترة ‪ 90‬دقيقة لإتمام العملية قبل‬ ‫نظرا �إلى �آثار الجفاف ال�شديد‪.‬‬ ‫الوفاة ً‬

‫تو�سع‬ ‫كيف يمكن تغيير هذا الأ�سلوب لو كان الملح النقي هو المطلوب �أن يكون المنتج النهائي ولي�س الماء؟‬

‫الن�شاط ال�سابع‬ ‫ت�سجيل البيانات‬ ‫�ضع خطة كاملة بحيث‪� ،‬إذا حدث لل�شخ�ص في الن�شاط ال�سابق حادث ما‪ ،‬دون �أن تنجح الخطة‪ ،‬ف�سيحاول �أي �شخ�ص في‬ ‫وانتهاء‬ ‫بدءا با�ستخراج الملح‪،‬‬ ‫ً‬ ‫برر كل مرحلة من مراحل العمل‪ً ،‬‬ ‫الظروف نف�سها �إعادة التجربة على �أمل �إنقاذ حياتهم‪ّ .‬‬ ‫باختبار عينة المياه للح�صول على المياه العذبة النقية‪ .‬كما يجب �أن يتوفر في نهاية التجربة دليل على �أنها ما زالت‬ ‫تعمل‪ ،‬لذا‪ ،‬يجب تقديم عينات من الرمل المف�صول‪ ،‬والملح والماء‪.‬‬

‫الن�شاط الثامن‬ ‫تحلية الماء‬ ‫يجب �أن تكون تحلية المياه على نطاق وا�سع حتى تكون قابلة للتطبيق وعملية واقت�صادية‪.‬‬ ‫�أجر بحو ًثا حول �أ�ساليب تحلية المياه المختلفة الم�ستعملة‪ .‬وما �أنواع تقنية التحلية الم�ستعملة في هذه العملية؟‬ ‫ما العوامل التي تحدد ر�أ�س المال وتكاليف الت�شغيل لمحطة تحلية المياه؟ وكيف يمكن تعوي�ض هذه التكاليف (انظر‬ ‫للتوليد الم�شترك للطاقة)؟‬ ‫ما الآثار البيئية الناجمة عن تحلية المياه على نطاق وا�سع؟ ادر�س مواقع هذه المحطات‪ ،‬وال�ضرر الذي �ستلحقه بالبيئة‬ ‫المحلية‪.‬‬

‫‪36‬‬

‫الن�شاط التا�سع‬ ‫تر�شيد ا�ستهالك المياه‬ ‫اح�سب اال�ستهالك ال�سنوي من المياه لأ�سرتك‪ ،‬ثم‬ ‫اح�سب متو�سط ا�ستهالك الفرد الواحد‪ .‬و�إذا علمت �أن‬ ‫عدد �سكان المملكة نحو ‪ 29‬مليون ن�سمة‪ ،‬فما قيمة‬ ‫اال�ستهالك الكلي للدولة؟‬ ‫اقترح خطة لخف�ض ا�ستهالك الأ�سرة من المياه‪،‬‬ ‫وكيفية �إعادة تدويرها من �أجل خف�ض اال�ستهالك‬ ‫العام‪ .‬قد تقترح �إمكانية الغ�سل دون ا�ستعمال‬ ‫ال�صابون حتى يت�سنى �إعادة ا�ستعمال الماء لري‬ ‫يحد من كمية المياه التي‬ ‫الحدائق العامة مما ّ‬ ‫ُت�ضخ في نظام ال�صرف ال�صحي‪ ،‬حتى يمكن �إعادة‬ ‫تدويرها‪.‬‬ ‫مبدعا عند اقتراح الخطط‪.‬‬ ‫كن ً‬ ‫أعد تقريراً يمكن �أن‬ ‫ً‬ ‫ا�ستنادا �إلى خطة العمل هذه‪ّ � ،‬‬ ‫ُيقدم للحكومة تقترح فيه كيفية خف�ض ا�ستهالك‬ ‫ووطنيا‪ ،‬مت�ضم ًنا بع�ض التو�صيات حول طرق التغيير والتنفيذ‪.‬‬ ‫محليا‬ ‫المياه في المنزل‪،‬‬ ‫ً‬ ‫ً‬

‫تحدى نف�سك‬ ‫كيف ت�أثر قابلية ذوبان الأمالح المختلفة على تركيبة الروا�سب المتكونة من عملية التبخر؟‬

‫مراجعة الوحدة والت�أمل فيها‬ ‫بعد �إكمال الوحدة‪ ،‬ف ّكر بما يلي‪:‬‬ ‫ •�صنف الغرويات المختلفة ح�سب فوائدها وم�ضارها‪.‬‬ ‫ •ف�سر لماذا ال يمكن وجود غروي غاز – بغاز‪.‬‬ ‫ •هل �أن العا�صفة الرملية هي مادة غروية؟‬ ‫ •كيف يعمل م�سحوق �إطفاء الحريق؟‬

‫‪37‬‬

‫الوحدة الثالثة‬ ‫تركيب الذرة‬

‫‪6‬‬

‫حـول هـذه الوحــدة‬ ‫ُّمية للوحدة‬ ‫الأهداف التعل ّ‬

‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫•تقييم الم�ساهمة التي قدمها مختلف العلماء خالل التاريخ‪.‬‬ ‫•مقارنة نهج العلوم "الكبيرة" مع العلوم "ال�صغيرة"‪.‬‬ ‫•عمل نموذج للنظام ال�شم�سي‪ ،‬وا�ستخدم ذلك بم�شابهته مع الهيكل االلكتروني للذرة‪.‬‬ ‫•ا�ستك�شاف و�شرح خط انبعاث الأطياف لذرات معدن من ناحية تحوالت الإلكترون‪.‬‬ ‫•ا�ستعمال طيف انبعاث الهيدروجين لح�ساب طاقة الت�أين با�ستخدام معادلة "بالنك"‪.‬‬ ‫•ا�ستك�شاف هيكل الطيف الكتلي وتحليل وتف�سير �شكل الطيف الكتلي‪.‬‬ ‫•تحديد كيف يت�أثر ا�ستقرار النظائر الم�شعة بن�سبة النيوترون ‪ ⁄‬بروتون‪ ،‬وعددها الذري‪.‬‬ ‫•تطبيق مفهوم "العمر الن�صفي" على تقنية "الراديومترية التاريخية"‪.‬‬ ‫•بحث خ�صائ�ص وا�ستخدامات النظائر الم�شعة الثالثة للهيدروجين‪.‬‬ ‫•ا�ستك�شاف الأحداث المحيطة بغارة الحلفاء في منطقة "تليمارك" في الحرب العالمية الثانية والأهمية‬ ‫الإ�ستراتيجية لنتيجة الحرب‪.‬‬

‫نظرة عامة‬ ‫يدر�س الطالب في هذه الوحدة م�ساهمة بع�ض العلماء الرئي�سيين خالل التاريخ‪ ،‬وكيف تحول النهج العلمي نحو م�شاريع‬ ‫علمية "كبيرة"‪ .‬كما �سيدر�س الطالب �أطياف االنبعاث الذري وتحليل �أهميتها من ناحية تحوالت الإلكترون التكميمي‬ ‫داخل الذرات‪ .‬و�سوف ي�ستك�شفوا نظرية وتطبيق الطيف الكتلي‪ ،‬ومن ثم تطبيق ما تعلموه لتحليل البيانات‪.‬‬ ‫ثم يدر�س الطالب الجوانب المتعلقة بمو�ضوع الن�شاط الإ�شعاعي‪ ،‬وا�ستك�شاف العوامل التي ت�ساهم في عدم ا�ستقرار‬ ‫النظائر الم�شعة ومفهوم "العمر الن�صفي"‪ .‬و�سوف ي�ؤدي هذا �إلى درا�سة "الراديومترية التاريخية"‪ .‬و�سيركز الجزء الأخير‬ ‫من هذه الوحدة على النظائر الم�شعة الثالثة للهيدروجين‪ ،‬واال�ستخدام التاريخي لمادة الديوتريوم في تطوير الأ�سلحة‬ ‫النووية‬ ‫‪.‬‬

‫‪39‬‬

‫الأفكار الأولى عن المادة‬

‫الن�شاط الأول‬ ‫تق�صي الأ�شخا�ص‬ ‫نظرا �إلى دورهم الفاعل في �شرح بنية الذرة‪:‬‬ ‫أهمية ّ‬ ‫يحظى العلماء الثالثة التالية �أ�سما�ؤهم ب� ّ‬ ‫خا�صة‪ً ،‬‬ ‫‪Science Photo Librar‬‬

‫جوزيف جون طوم�سون‬ ‫(‪ 1359-1272‬هـ ‪/‬‬ ‫‪ 1940-1856‬م)‬

‫وليام كروك�س‬

‫(‪ 1337-1248‬هـ ‪/‬‬

‫‪ 1919-1832‬م)‬

‫�إرن�ست رذرفورد‬

‫(‪ 1356-1288‬هـ ‪/‬‬

‫‪ 1937-1871‬م)‬

‫وقدموا �أمثلة متوا�ضعة من العلم المحلي الم�ص ّغر‪�َ .‬ص ِّم ْم مل ًّفا‬ ‫ن�سبيا‪ّ ،‬‬ ‫لقد عمل العلماء الثالثة على نطاق �صغير الحجم ًّ‬ ‫أهم التجارب التي قام بها‪ُ ،‬محلِّ ًال �إ�سهاماته المتوا�ضعة في مجال العلوم في‬ ‫لك ّل منهم ي�شمل �سيرته الذاتية‪ّ ،‬‬ ‫ويلخ�ص � ّ‬ ‫ذلك الوقت‪.‬‬ ‫تطور تركيب الذرة‪� .‬ضع‬ ‫ا�ستعمل �أ�سلوب »مقعد الم�ساءلة« الكت�شاف � ّ‬ ‫أهمية ك ّل عالم من ه�ؤالء العلماء‪ ،‬ومدى �إ�سهامه في ّ‬ ‫متظاهرا �أ ّنه رذرفورد‪� ،‬أو كروك�س‪� ،‬أو توم�سون‪.‬‬ ‫الكر�سي‪،‬‬ ‫على‬ ‫الجلو�س‬ ‫في‬ ‫وحدد لك ّل فرد دوره‬ ‫كر�سيا و�سط غرفة ال�صف‪ّ ،‬‬ ‫َّ‬ ‫ً‬ ‫ِ‬ ‫ثم �أجب عن الأ�سئلة التي تطرحها بقية المجموعة‪.‬‬ ‫اخترته‪،‬‬ ‫الذي‬ ‫م‬ ‫ل‬ ‫العا‬ ‫عن‬ ‫أعددتها‬ ‫�‬ ‫التي‬ ‫المعلومات‬ ‫من‬ ‫ا�ستفد‬ ‫ّ‬ ‫‪40‬‬

‫‪Science Photo Library‬‬

‫عد النمو في النطاق‪ ،‬والحجم‪ ،‬وتكلفة التطبيق من �أ�ضخم‬ ‫ُي ّ‬ ‫التغييرات التي �شهدها عا َلم العلوم اليوم‪.‬‬ ‫عرف العالم العربي جابر بن حيان االتحاد الكيميائي على‬ ‫ّ‬ ‫�أ ّنه اتحاد العنا�صر داخل جزيئات �صغيرة دون �أن تفقد هذه‬ ‫العنا�صر خ�صائ�صها‪ .‬لقد اكت�شف جون دالتون الإنجليزي‪،‬‬ ‫عالم الكيمياء والفيزياء الأمر نف�سه بعد ذلك بع�شرة قرون‪،‬‬ ‫مطو ًرا ما ُعرِف بالنظرية الذرية‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫عد دالتون �أول عا ِلم و�صف عمليات التكلي�س‪ ،‬واالختزال‪،‬‬ ‫وي ّ‬ ‫ُ‬ ‫والتبلور‪.‬‬ ‫واالن�صهار‪،‬‬ ‫والت�سامي‪،‬‬ ‫للتبخير‪،‬‬ ‫نة‬ ‫المح�س‬ ‫والطرائق‬ ‫العلوم في ع�صر جابر بن حيان‬ ‫ّ‬ ‫ضال‬ ‫ح�ضر حمو�ض الأ�ستيك‪ ،‬والكبريتيك‪ ،‬والنيتريك‪ ،‬ف� ً‬ ‫(‪ 199–102‬هـ ‪ 815–721/‬م)‬ ‫كما ّ‬ ‫عن خليط من الحم�ضين الأخيرين �أمكن ا�ستخدامه في �إذابة‬ ‫المركبات الكيميائية‪،‬‬ ‫الذهب والف�ضة‪ .‬وقد اكت�شف العديد من‬ ‫ّ‬ ‫ونجح في ف�صل الأنتيمون والزرنيخ من كبريتيداتها‪.‬‬ ‫عد �صغير الحجم بالنظر �إلى مقايي�س هذه الأيام‪.‬‬ ‫وعلى الرغم من � ّأن عمله كان ً‬ ‫مفيدا في تطوير الكيمياء الحديثة‪� ،‬إ ّال �أ ّنه ُي ّ‬ ‫المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية مليارات الدوالرات‪ ،‬مئات الأ�شخا�ص‬ ‫ت�ضم وحدة اال�ستك�شاف (‪ ،)UA1‬التي ك ّلفت‬ ‫ّ‬ ‫معا في بيئة تقنية فريدة من نوعها‪.‬‬ ‫الذين يعملون ً‬

‫الن�شاط الثاني‬ ‫اكت�شاف الن�شاط الإ�شعاعي‬ ‫� ّأدى العمل الذي قام به العالمان بيير‪ ،‬وماري كوري (‪ 1324–1275‬هـ‪ 1906–1859/‬م‪ ،‬و‪1284–1353‬هـ‪–1867 /‬‬ ‫م�شعين‪.‬‬ ‫‪1934‬م) �إلى اكت�شاف عن�صرين ّ‬ ‫ثم ابحث في �أثر اكت�شافاتهما في العا َلم في ذلك الوقت‪ ،‬وفي‬ ‫ِ�ص ِف العمل الذي قام به العالمان بيير‪ ،‬وماري كوري‪ّ ،‬‬ ‫المجتمع المعا�صر‪.‬‬ ‫الم�شعة منذ اكت�شاف الراديوم؟‬ ‫تغير ا�ستعمال المواد‬ ‫ّ‬ ‫ •كيف ّ‬ ‫الم�شعة؟‬ ‫تغير القبول الثقافي ال�ستعمال المواد‬ ‫ّ‬ ‫ •كيف ّ‬ ‫ •ما الفترات التي علت فيها �أ�صوات الم�ؤيدين للن�شاط الإ�شعاعي؟ وما الفترات التي ق ّل فيها قبول الر�أي العام لهذا‬ ‫الن�شاط؟‬ ‫‪Ria Novosti/Science Photo Library‬‬

‫‪Pascal Goetgheluck/Science Photo Library‬‬

‫ماري كوري في �أثناء العمل‬

‫الم�شعة في المعمل اليوم‬ ‫ا�ستعمال �أذرع �آلية للتعامل مع المواد‬ ‫ّ‬

‫الن�شاط الثالث‬ ‫م�شروع مانهاتن‬ ‫أهم الأحداث الإخبارية خالل المئة عام‬ ‫في درا�سة حديثة‪َ ،‬ع ّد ال�صحفيون والر�أي العام ا�ستعمال القنبلة النووية �أحد � ّ‬ ‫مرجعا في توجيه الع�صر‬ ‫الما�ضية‪ .‬لقد ا�س ُتعملت التكنولوجيا النووية‪ ،‬التي ظهرت بف�ضل م�شروع مانهاتن‪ ،‬ب�صفتها‬ ‫ً‬ ‫حقيقيا على »العلوم الكبيرة«‪.‬‬ ‫نموذجا ومثا ًال‬ ‫وي َع ّد م�شروع مانهاتن‬ ‫الذري الحديث‪ُ .‬‬ ‫ًّ‬ ‫ً‬ ‫صال حول هذا الم�شروع‪� .‬أكمل مربعات العالقة ب�أكبر قدر ممكن من المعلومات‪ .‬ار�سم �أربعة مربعات كبيرة‬ ‫�أج ِر بح ًثا منف� ً‬ ‫ثم َ�س ِّم ك ًّال منها با�ستعمال العناوين التالية‪:‬‬ ‫على قطعة من الورق‪ّ ،‬‬ ‫الأ�شخا�ص الم�شاركون والتواريخ‬ ‫الت�أثير المحلي‬ ‫المواد الم�ستعملة‬ ‫الت�أثير العالمي‬ ‫‪41‬‬

‫�سيكون �سه ًال تعبئة مربع (الأ�شخا�ص الم�شاركون) و(المواد الم�ستعملة)‪ ،‬على �أن يت�ضمن مربع (الت�أثير المحلي)‬ ‫معلومات عن ت�أثير م�شروع مانهاتن في المجتمع المحلي والقومي‪ّ � .‬أما مربع (الت�أثير العالمي)‪ ،‬فيجب �أن يت�ضمن‬ ‫التطورات الم�ستقبلية ال�ستعمال‬ ‫تحول في العالم‪ .‬كيف �أ ّثر م�شروع مانهاتن في‬ ‫ّ‬ ‫معلومات عن �أثر هذا الم�شروع في حدوث ّ‬ ‫الطاقة الذرية؟‬ ‫مر بها الع�صر الذري الحديث‬ ‫�أن�شئ ًّ‬ ‫زمنيا من عام (‪1369‬هـ‪ 1950/‬م) حتى الع�صر الحديث‪ّ ،‬‬ ‫خطا ًّ‬ ‫يو�ضح المراحل التي ّ‬ ‫تطور الأبحاث الذرية‪ ،‬وا�ستعمال الطاقة الذرية‪.‬‬ ‫بفعل ّ‬

‫ت�أثيرات الإ�شعاع‬ ‫جيدا‪ ،‬و�أُجريت الكثير من‬ ‫لقد جرى توثيق ت�أثير الإ�شعاع ً‬ ‫االختبارات حول ت�أثير الإ�شعاع في البيئة والكائنات الحية‪.‬‬ ‫حدد ت�أثير الإ�شعاع في البيئة‪.‬‬ ‫ • ّ‬ ‫ •ما ت�أثير االختبارات الذرية في البيئة العالمية؟ اكتب بح ًثا‬ ‫عن النظائر ال�صناعية التي ُوجدت ب�سبب ا�ستعمال الأ�سلحة‬ ‫الذرية والتكنولوجيا الذرية‪.‬‬ ‫ •ناق�ش االختبارات التي �أجرتها الحكومة الأمريكية على تو ّزع‬ ‫الغبار النووي في �أعقاب االنفجار الذري‪.‬‬

‫تكونت بفعل القنبلة الذرية التي‬ ‫�سحابة الغبار التي ّ‬ ‫�أُ�سقطت على ناجازاكي في اليابان‪،‬‬ ‫عام (‪1364‬هـ ‪1945/‬م)‪.‬‬

‫في عام (‪1406‬هـ‪1986/‬م)‪ ،‬انفجر المفاعل الرابع في محطة ت�شيرنوبل للطاقة النووية قرب مدينة بريبيات‪ ،‬ب�أوكرانيا‪.‬‬ ‫عاما الما�ضية‬ ‫وقد �أُجريت في �أثناء الع�شرين ً‬ ‫درا�سة دقيقة حول ت�أثير الغبار الذري في البيئة‬ ‫مروعة‪.‬‬ ‫وتوزيعه‪ ،‬و�أظهرت بع�ض النتائج حقائق ّ‬ ‫دائما ت�أثير �سلبي في‬ ‫ •هل يكون للإ�شعاع ً‬ ‫الأنظمة البيولوجية والبيئية؟‬ ‫�سلبيا‪،‬‬ ‫أثيرا ًّ‬ ‫ • ْع ِط �أمثلة تدعم فكرة � ّأن للإ�شعاع ت� ً‬ ‫و�أمثلة �أخرى ُتعار�ض هذه الفكرة‬

‫�أُخليت المنطقة بعد كارثة ت�شيرنوبل مبا�شر ًة‪.‬‬

‫‪42‬‬

‫الن�شاط الرابع‬ ‫م�شروعات العلوم الكبيرة وم�شروعات العلوم ال�صغيرة‬ ‫كانت الأبحاث ال�سابقة المرتبطة بدرا�سة الذرة محدودة خال ًفا للأبحاث المرتبطة بم�شروع مانهاتن‪ .‬قارن �سمات‬ ‫«العلوم ال�صغيرة» ب�سمات «العلوم الكبيرة»‪.‬‬ ‫ •ما مزايا كال النهجين وعيوبهما؟‬ ‫ •ما التغييرات التي �أ�سهمت في و�صول عدد كبير من العلماء �إلى «العلوم الكبيرة»؟‬ ‫ •لماذا َُت َع ّد »العلوم الكبيرة« الطريقة الف�ضلى لتحقيق النجاح في الم�شاريع الكبيرة؟‬ ‫م�شروعا �آخر يمكن اعتباره مثا ًال على »العلوم الكبيرة«‪ .‬على �سبيل المثال‪ ،‬م�شروع الجينوم الب�شري‪� ،‬أو �صادم‬ ‫اختر‬ ‫ً‬ ‫ِ‬ ‫إخباريا يمكن ا�ستعماله لطرح هذا النوع من‬ ‫تقريرا �‬ ‫المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية‪� .‬أع ّد‬ ‫الهدرون الكبير في‬ ‫ّ‬ ‫ًّ‬ ‫ً‬ ‫الأبحاث على الر�أي العام‪ .‬احر�ص على �إدراج معلومات كافية في تقريرك لجذب انتباه الر�أي العام‪ ،‬وتبرير ك ّل من �إن�شاء‬ ‫الم�شروع‪ ،‬وكلفته‪.‬‬

‫من �أمثلة العلوم الكبيرة‪� ،‬صادم الهدرون الكبير‪ ،‬وهو جهاز لت�سريع الجزيئات‬ ‫عالية الطاقة بطول (‪ )27‬كلم‪.‬‬

‫‪43‬‬

‫تعريف الذرة‬ ‫و�ضع الفيزيائي الدنماركي نيلز بور نظرية حول تركيب الذرة‪ ،‬ح�صل من خاللها على جائزة نوبل في الفيزياء عام‬ ‫و�ضح هذه النظرية � ّأن الذرة تت�أ ّلف من نواة مركزية موجبة ال�شحنة‪ ،‬محاطة ب�إلكترونات �سالبة‬ ‫‪ 1340‬هـ‪1922/‬م‪ ،‬و ُت ّ‬ ‫ال�شحنة‪ ،‬تدور حول النواة في مدارات على م�سافات ثابتة‪ ،‬بطريقة م�شابهة للنظام ال�شم�سي‪.‬‬

‫الن�شاط الخام�س‬ ‫تعريف النظام ال�شم�سي‬ ‫ارتباطا وثي ًقا بعلم الفلك على ّمر الع�صور‪ .‬لم يكن‬ ‫ارتبطت العلوم العربية‬ ‫ً‬ ‫وتعرف علماء‬ ‫كواكب‪،‬‬ ‫خم�سة‬ ‫�سوى‬ ‫إ�سالم‬ ‫ل‬ ‫ا‬ ‫قبل‬ ‫ما‬ ‫ع�صور‬ ‫يعرف العا َلم في‬ ‫ّ‬ ‫الفلك العرب الكوكب ال�ساد�س من ترجمة العلوم اليونانية‪ُ .‬ق ِّ�سمت هذه‬ ‫الكواكب �إلى كواكب داخلية‪ ،‬و�أخرى خارجية‪ .‬فالكواكب الداخلية هي التي‬ ‫يمكن ر�ؤيتها في ال�سماء لي ًال في منطقة قريبة من الأر�ض‪ ،‬وبعيدة عن‬ ‫ال�شم�س‪ّ � .‬أما الكواكب الخارجية‪ ،‬فهي التي يمكن ر�ؤيتها وراء ال�شم�س‪� ،‬أو‬ ‫جدا عن الأر�ض‪ .‬ومن المالحظات المثيرة لالهتمام � ّأن �أبعد الكواكب‬ ‫ً‬ ‫بعيدا ًّ‬ ‫المكت�شفة هو بلوتو‪ ،‬الذي ذكره العا ِلم العربي جعفر �صادق قبل اختراع‬ ‫التكنولوجيا التي �أ�سهمت في اكت�شاف هذا الكوكب‪ .‬اعمل ن�سخة من الجدول‬ ‫ثم املأه بمعلومات حول تركيب النظام ال�شم�سي‪ .‬لقد ُو ِ�ض َع بلوتو‬ ‫التالي‪ّ ،‬‬ ‫«كويكبا»‬ ‫في قائمة الكواكب الت�سعة‪ ،‬على الرغم من �إعادة ت�صنيفه لي�صبح‬ ‫ً‬ ‫�صغيرا‪ ،‬وذلك عام (‪1427‬هـ‪2006/‬م)‪.‬‬ ‫ً‬

‫الكوكب‬

‫القطر‬

‫(بالكيلومتر)‬

‫الكتلة الن�سبية‬ ‫(كتلة الأر�ض)‬

‫الب ْعد عن ال�شم�س‬ ‫ُ‬ ‫(بالمليون كيلو متر)‬

‫زمن الدورة‬

‫عطارد‬ ‫الزهرة‬ ‫الأر�ض‬ ‫المريخ‬ ‫الم�شتري‬ ‫زحل‬ ‫�أورانو�س‬ ‫نيبتون‬ ‫بلوتو‬ ‫ار�سم خريطة للنظام ال�شم�سي‪ ،‬مع مراعاة مقيا�س ر�سم الم�سافات والحجوم الن�سبية للكواكب‪ .‬ال تحاول �إدراج ال�شم�س في‬ ‫حدد مكانها في الجهة الي�سرى البعيدة من الخريطة فقط‪.‬‬ ‫هذه الخريطة‪ّ ،‬‬ ‫ما القوة التي ُتبقي الكواكب في مدارات ثابتة حول ال�شم�س؟‬ ‫ما النماذج الأخرى التي ُطر َِح ْت ل�شرح بنية الكون؟‬ ‫‪44‬‬

‫الن�شاط ال�ساد�س‬ ‫الألوان والذرات‬ ‫وتفح�ص �أطياف مجموعة من �أمالح العنا�صر‬ ‫ا�ستعمل مطيا ًفا لمراقبة ال�ضوء الأبي�ض‪ .‬ماذا ترى؟ ا�ستعمل الأدوات �أدناه‪،‬‬ ‫ّ‬ ‫في لهب بن�سن‪.‬‬ ‫مركباتها على لهب بن�سن‪.‬‬ ‫معي ًنا عند و�ضع عينة من ّ‬ ‫تعطى العديد من المواد لو ًنا ّ‬

‫حلقة في نهاية ال�سلك للم�ساعدة‬ ‫المركب‬ ‫على اغتراف ّ‬

‫قطعة فلين‬

‫مطياف مو�ضوع على نحو‬ ‫�أفقي‪ ،‬وب�شكل موازٍ للهب بن�سن‬

‫�سلك ملفوف‬ ‫حول الفلين‬

‫ •ما المالحظات التي �شاهدتها؟‬ ‫والمركبات‬ ‫ •ما �أوجه الت�شابه واالختالف بين طيفي ال�ضوء الأبي�ض‬ ‫ّ‬ ‫المعدنية المختلفة في لهب بن�سن؟‬ ‫ •ما وجه ال�شبه بين اختبارات اللهب وبنية المجموعة ال�شم�سية؟‬ ‫تفاعالت مختلفة للهب‬

‫الن�شاط ال�سابع‬ ‫الدليل الطيفي‬ ‫خا�صة‬ ‫ُي َع ّد اختبار اللهب‬ ‫مب�س ًطا لظاهرة ُت ْعرف بطيف االنبعاث ّ‬ ‫ً‬ ‫أهمية ّ‬ ‫الخطي‪ .‬ويحظى طيف الهيدروجين ب� ّ‬ ‫نموذجا ّ‬ ‫نظرا �إلى � ّأن معظم الكون يت�أ ّلف من الهيدروجين‪ .‬ت�ؤدي عمليات انبعاث الطاقة وامت�صا�صها في‬ ‫في علم الفلك‪ً ،‬‬ ‫التحوالت الذرية‪ ،‬حيث تبد�أ وتنتهي ك ّل منها بحالة‬ ‫ذرات الهيدروجين �إلى ظهور «�سل�سلة» من الخطوط‪ ،‬تتطابق مع‬ ‫ّ‬ ‫الهيدروجين الذرية نف�سها‪.‬‬

‫انبعاث‬ ‫الخطي للهيدروجين‬ ‫طيف االنبعاث ّ‬

‫امت�صا�ص‬ ‫)خلفية �ضوء ابي�ض(‬ ‫‪ 700‬نانو متر‬

‫‪ 600‬نانو متر‬

‫‪ 500‬نانو متر‬

‫‪ 400‬نانو متر‬

‫الخطي‪.‬‬ ‫و�ضح كيف ين�ش�أ طيف االنبعاث ّ‬ ‫ • ّ‬ ‫يو�ضح هذه العملية؟‬ ‫ •هل يمكنك �إن�شاء نموذج من الر�سوم‬ ‫المتحركة ّ‬ ‫ّ‬ ‫الخطي حول تركيب الذرة؟‬ ‫ •ما الذي يمكن �أن يكت�شفه العلماء من طيف االنبعاث ّ‬ ‫‪45‬‬

‫الن�شاط الثامن‬ ‫ت�أين الهيدروجين‬ ‫توجد الإلكترونات في م�ستويات ثابتة للطاقة داخل الذرة‪ .‬وكي ينتقل‬ ‫الإلكترون بين م�ستويات الطاقة‪ ،‬يجب �إثارته �إلى م�ستوى طاقة �أعلى‪.‬‬ ‫وعندما يعود هذا الإلكترون �إلى م�ستوى طاقته الأ�صلي‪ ،‬تنطلق حزمة‬ ‫كمية من الطاقة الإلكترومغناطي�سية‬ ‫مكافئة من الطاقة على هيئة ّ‬ ‫تبعا لمكان حدوث هذا االنتقال‪ .‬ويمكن ر�ؤية هذه الطاقة في �صورة‬ ‫ً‬ ‫�ضوء مرئي‪ ،‬يظهر على هيئة حزم من الألوان عند النظر �إليها عبر‬ ‫جهاز المطياف‪ .‬في حال تعري�ض الإلكترون لطاقة كافية‪ ،‬ف�إ ّنه يمكن‬ ‫�إثارته خارج �أعلى م�ستويات الطاقة في الذرة‪ .‬وفي هذه الحالة‪ ،‬ينطلق‬ ‫الإلكترون‪ ،‬وت�صبح الذرة مت� ّأينة‪.‬‬ ‫التردد الذي تتحد عنده‬ ‫يقابل �أعلى م�ستوى ممكن للطاقة في الذرة ّ‬ ‫الإلكترون يدور حول نواة‬ ‫خطوط الطيف‪ .‬ويمكن تحديد طاقة ت� ّأين العن�صر عن طريق تحديد‬ ‫البروتونات والنيوترونات‬ ‫مما يو ّفر معلومات مفيدة عن‬ ‫ّ‬ ‫التردد الذي تتحد عنده الخطوط ً‬ ‫معا‪ّ ،‬‬ ‫المتحررة عندما‬ ‫الطاقة‬ ‫د‬ ‫ترد‬ ‫التالي‬ ‫الجدول‬ ‫يعر�ض‬ ‫العن�صر‪.‬‬ ‫ن�شاط‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫بتردد‬ ‫إ�شعاع‬ ‫ل‬ ‫ا‬ ‫من‬ ‫حزمة‬ ‫تنطلق‬ ‫المثال‪،‬‬ ‫�سبيل‬ ‫على‬ ‫أر�ضية‪.‬‬ ‫ل‬ ‫ا‬ ‫حالته‬ ‫إلى‬ ‫يعود �إلكترون من �أعلى م�ستوى للطاقة �‬ ‫ّ‬ ‫‪ 24.66 × 1014‬هرتز عند عودة �إلكترون من م�ستوى الطاقة الثاني �إلى م�ستوى الطاقة الأول في ذرة هيدروجين‪.‬‬

‫التر ّدد ‪ n/1014‬هرتز‬ ‫‪24.66‬‬

‫االنتقال المقابل للتر ّدد‬ ‫‪� n = 2‬إلى ‪n = 1‬‬

‫‪29.23‬‬

‫‪� n = 3‬إلى ‪n = 1‬‬

‫‪30.83‬‬

‫‪� n = 4‬إلى ‪n = 1‬‬

‫‪31.57‬‬

‫‪� n = 5‬إلى ‪n = 1‬‬

‫‪31.97‬‬

‫‪� n = 6‬إلى ‪n = 1‬‬

‫‪32.21‬‬

‫‪� n = 7‬إلى ‪n = 1‬‬

‫‪32.37‬‬

‫‪� n = 8‬إلى ‪n = 1‬‬

‫التردد (‪ )∆n‬بين الخطوط‬ ‫ • ّ‬ ‫و�ضح الفرق في ّ‬ ‫المتتالية في �سل�سلة (اليمان) للهيدروجين‪.‬‬ ‫التردد (‪ )∆n‬مقابل‬ ‫ •ار�سم ّ‬ ‫مخطط الفرق في ّ‬ ‫تردد لر�سم ‪.n‬‬ ‫قيمة‬ ‫ل‬ ‫أق‬ ‫�‬ ‫با�ستعمال‬ ‫‪،n‬‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫المخطط لتقدير متى ي�صبح الفرق‬ ‫ •ا�ستعمل‬ ‫ّ‬ ‫تردد الطاقة‬ ‫�صفرا‪ .‬وهذا الفرق هو ّ‬ ‫(‪ً )∆n‬‬ ‫الالزمة لت� ّأين الهيدروجين‪.‬‬

‫معادلة بالنك‬ ‫وتردد الإ�شعاع بمعادلة بالنك‪ ،‬و ُتكتب هذه المعادلة على النحو التالي‪:‬‬ ‫ُتعرف العالقة بين الطاقة ّ‬

‫الطاقة = ثابت بالنك × تر ّدد الإ�شعاع‬

‫‪E=hxv‬‬

‫وت�ساوي قيمة ثابت بالنك ‪ 4 × 10-13‬كيلوجول‪ /‬مول‪.‬‬ ‫ا�ستعمل القيمة‬ ‫�صفرا‪ ،‬ومعادلة بالنك‪ ،‬لح�ساب الطاقة المطلوبة لت� ّأين‬ ‫التردد ‪∆n‬‬ ‫المقدرة عندما ي�صبح فرق ّ‬ ‫ّ‬ ‫ً‬ ‫حول �إجابتك �إلى كيلوجول‪ /‬مول‪.‬‬ ‫الهيدروجين‪ِّ .‬‬ ‫‪46‬‬

‫بنية الذرة‬ ‫المكونات الأ�سا�سية في العديد‬ ‫ُي َع ّد زيت الزيتون �أحد‬ ‫ّ‬ ‫من الأطعمة العربية‪ .‬وعادة ما تت�ضمن زراعة الزيتون‬ ‫ا�ستعمال مبيدات ح�شرية‪ ،‬ومواد كيميائية �أخرى قد يكون‬ ‫لها خطر على ال�صحة‪.‬‬ ‫يمكن تحديد وجود المبيدات الح�شرية في المنتوجات‬ ‫الم�ص ّنعة من الزيتون عن طريق مجموعة من تقنيات‬ ‫التحليل والف�صل‪� ،‬أ�شهرها مطياف الكتلة‪.‬‬ ‫ُي َع ّد مطياف الكتلة تقنية تحليلية ُت�ستعمل لتحديد الكتل‬ ‫الن�سبية لنظائر ذرات العن�صر‪ .‬وفي الأنظمة الع�ضوية‬ ‫أي�ضا‬ ‫الأكثر‬ ‫تعقيدا‪ ،‬يمكن ا�ستعمال مطياف الكتلة � ً‬ ‫ً‬ ‫لتحديد الكتل الجزيئية الن�سبية للجزيئات‪ ،‬ومعرفة بع�ض‬ ‫المعلومات عن ال�صيغة البنائية للجزيئات‪.‬‬

‫الن�شاط التا�سع‬ ‫مطياف الكتلة‬ ‫مغناطي�س‬ ‫‪lC+‬‬

‫�شبكة ت�سريع‬ ‫�سلك ت�سخين‬

‫(‪)-‬‬

‫‪N‬‬

‫‪37‬‬

‫فتحة‬

‫�أداة ك�شف‪.‬‬

‫‪S‬‬ ‫�أ‬ ‫عينة نظير ‪lC+‬‬

‫‪37‬‬

‫‪C‬‬ ‫‪B‬‬ ‫�شعاع الإلكترونات‬ ‫الم�ؤين‬

‫(‪)+‬‬

‫م�ضخة‬ ‫�إلى‬ ‫ّ‬ ‫التفريغ‬

‫اعتمادا‬ ‫ف�صل الأيونات‪،‬‬ ‫ً‬ ‫على كتلها‬ ‫�شعاع من الأيونات‬ ‫الموجبة‬

‫‪lC+‬‬

‫‪35‬‬

‫المخطط �أعاله‪.‬‬ ‫اعتمادا على‬ ‫و�ضح العمليات الرئي�سية التي تحدث في مقيا�س طيف الكتلة‪،‬‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫ً‬

‫‪47‬‬

‫الن�شاط العا�شر‬ ‫فهم ال�صور الطيفية‬ ‫خا�ص بعينة من الزركونيوم‪ .‬كم عدد نظائر الزركونيوم الموجودة في هذه العينة؟‬ ‫طيف الكتلة التالي هو‬ ‫ّ‬

‫‪100‬‬

‫الوفرة الن�سبية‬ ‫‪)٪( 50‬‬

‫‪98‬‬

‫‪96‬‬

‫‪94‬‬

‫‪92‬‬

‫‪90‬‬

‫‪88‬‬

‫ن�سبة الكتلة‪/‬ال�شحنة‬ ‫تو�ضح القمم الخم�س في طيف الكتلة وجود خم�سة نظائر من الزركونيوم‪ ،‬بن�سب كتلة‪�/‬شحنة ‪.98 ،96 ،92 ،91 ،90‬‬ ‫ونظرا‬ ‫ّ‬ ‫ً‬ ‫�إلى � ّأن ك ًّال من هذه الجزيئات يحمل �شحنة ‪ ،+1‬ف� ّإن ن�سب الكتلة‪/‬ال�شحنة ترتبط بكتلة النظير الن�سبية لك ّل ذرة‪ .‬تعتمد‬ ‫الخا�صة به‪ .‬وهذا يعني‬ ‫الكتلة الذرية الن�سبية للزركونيوم على المتو�سط المرجح لك ّل نظير ناتج من ن�سبة الوفرة الن�سبية‬ ‫ّ‬ ‫� ّأن عينة من ذرات الزركونيوم‪ ،‬تحتوي على ن�سبة ‪ %51.5‬من الزركونيوم ‪ ،90-‬ون�سبة ‪ %11.2‬من الزركونيوم ‪،91-‬‬ ‫مو�ضح في الجدول التالي‪:‬‬ ‫وهكذا كما هو ّ‬ ‫الزركونيوم ‪90-‬‬

‫‪%51.5‬‬

‫الزركونيوم ‪91-‬‬

‫‪%11.2‬‬

‫الزركونيوم ‪92-‬‬

‫‪%17.1‬‬

‫الزركونيوم ‪94-‬‬

‫‪%17.4‬‬

‫الزركونيوم ‪96-‬‬

‫‪%2.8‬‬

‫الكتلة الذرية الن�سبية =‬ ‫)‪(51.5/100 x 90) + (11.2/100 x 91) + (17.1/100 x 92) + (17.4/100 x 94) + (2.8/100 x 96‬‬

‫الكتلة الذرية الن�سبية = ‪.91.3‬‬

‫‪48‬‬

‫الن�شاط الحادي ع�شر‬ ‫تف�سير ال�صور الطيفية‬

‫‪100‬‬ ‫‪51.35 48.65‬‬ ‫‪29.50‬‬

‫‪60‬‬ ‫‪40‬‬ ‫‪20‬‬

‫‪205‬‬

‫‪203‬‬

‫‪109‬‬

‫‪107‬‬

‫الوفرة الن�سبية‬

‫‪70.50‬‬

‫‪80‬‬

‫‪0‬‬

‫ن�سبة الكتلة‪/‬ال�شحنة‬

‫يو�ضح طيف الكتلة ال�سابق‬ ‫للتلوث بالمعادن الثقيلة‪ّ .‬‬ ‫تكون �أ�شجار الزيتون المزروعة في بيئة غير ع�ضوية �أكثر عر�ضة ّ‬ ‫الملوثات المعدنية‪.‬‬ ‫وجود نوعين من ّ‬ ‫الملوثات‪ ،‬وتعرف ك ّل معدن موجود با�ستعمال هذه القيمة‪.‬‬ ‫ا�ستنتج من طيف الكتلة الكتل الذرية الن�سبية لهذه ّ‬

‫الن�شاط الثاني ع�شر‬ ‫تو�سيع النطاق‬ ‫للتلوث ي�صيب‬ ‫ُي َع ّد ا�ستعمال المبيدات الح�شرية ال�صناعية‬ ‫م�صدرا �آخر ّ‬ ‫ً‬ ‫�أ�شجار الزيتون‪.‬‬ ‫تلوث الزيتون بالمبيدات‬ ‫لتعرف ّ‬ ‫كيف يمكن ا�ستعمال مطياف الكتلة ّ‬ ‫الح�شرية؟‬ ‫هل تو ّفر المعلومات الم�ستنتجة من مطياف الكتلة تفا�صيل كافية حول‬ ‫التركيب الكيميائي؟‬ ‫اعتمادا على التقنية‬ ‫تعقيدا‪،‬‬ ‫كيف ُت َح َّدد كتلة الجزيئات الكبيرة والأكثر‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫الم�ستخدمة في تحديد كتلة النظائر؟‬ ‫عمال ر�ش مبيدات الآفات الزراعية على ال�شتالت‬ ‫ما االختالفات الرئي�سة بين نوعي قيا�سات مطياف الكتلة؟ راجع‬ ‫اثنتين‪ ،‬على الأقل‪ ،‬من التقنيات الأخرى الم�ستخدمة في تحديد التركيب‬ ‫الكيميائي وبنية الجزيئات‪ .‬على �سبيل المثال‪ ،‬مطياف الأ�شعة تحت الحمراء‪ ،‬ومطياف الرنين المغناطي�سي النووي‪ .‬اكتب‬ ‫و�ضح فيها ا�ستعماالت ك ّل تقنية‪ ،‬ومزاياها‪ ،‬وعيوبها مع التمثيل‪.‬‬ ‫مقالة مخت�صرة ُت ّ‬

‫‪49‬‬

‫النواة غير الم�ستقرة‬ ‫الم�شع عمر المخلوقات البائدة بقيا�س مقدار الكربون ‪ 14-‬المتبقي في ك ّل منها‪ّ � .‬إن هذه‬ ‫حدد الت�أريخ بالكربون‬ ‫ُي ّ‬ ‫ّ‬ ‫التقنية التي ابتكرها عالم الكيمياء الفيزيائية الأمريكي ويالرد ليبي‪ ،‬الحا�صل على جائزة نوبل في الكيمياء عام‬ ‫(‪1380‬هـ‪1960/‬م)‪ُ ،‬ت َع ّد �أكثر الطرائق ا�ستعما ًال لتحديد العمر في مجال الآثار‪.‬‬ ‫بعد درا�سة �أجراها خبراء في التاريخ الطبيعي من جامعة يال‪ ،‬اك ُت�شف عدد من الأحافير في مدينة �أبوظبي‪ ،‬حيث كانت‬ ‫�أعمار المواقع تحت الدرا�سة تتراوح بين �ستة وثمانية ماليين �سنة‪ ،‬وقد حوت مخلوقات �شبيهة في العمر بتلك التي ُع ِث َر‬ ‫أي�ضا‪ .‬وقد ُح ِّددت �أعمارها‬ ‫أهم من ذلك‪ ،‬هو اكت�شاف عدد من المخلوقات الجديدة � ً‬ ‫عليها في �آ�سيا‪ ،‬و�إفريقية‪ ،‬و�أوروبا‪ .‬وال ّ‬ ‫بد ّقة عن طريق ا�ستعمال تقنية الت�أريخ الكربوني‪.‬‬

‫الن�شاط الثالث ع�شر‬ ‫اال�ستقرار الذري‬ ‫خطا ُيم ّثل ‪.A=2Z‬‬ ‫مخطط انت�شار للعدد الكتلي للنظير (‪ )A‬مقابل العدد الذري (‪ ،)Z‬على �أن يت�ضمن هذا‬ ‫المخطط ًّ‬ ‫ّ‬ ‫ار�سم ّ‬ ‫تتغير ن�سبة النيترون‪/‬البروتون للنظائر الم�ستقرة مع زيادة العدد الذري؟‬ ‫ •كيف ّ‬

‫المخطط ب�ش�أن ا�ستقرار النظائر مع زيادة العدد الكتلي للذرة والعدد الذري؟‬ ‫ •ما الذي ي�شير �إليه‬ ‫ّ‬

‫محاكاة �سل�سلة ا�ضمحالل �ألفا‬ ‫لنوى العن�صر ‪ 112‬الثقيلة‬ ‫(�أعلى الي�سار) بو�ساطة الحا�سوب‪.‬‬

‫‪50‬‬

‫‪Prof. K. Seddon & Dr. T. Evans, Queen’s University Belfast/Science Photo Library‬‬

‫يمر به العن�صر‪ .‬ناق�ش هذه العالقة‬ ‫ •ي�شير و�ضع النظير بالن�سبة �إلى ّ‬ ‫الخط ‪� A = 2Z‬إلى نوع االنحالل الإ�شعاعي الذي ّ‬ ‫با�ستعمال انحالل بيتا و�ألفا ك�أمثلة‪.‬‬ ‫ن�سبيا‪ ،‬هي‪ :‬انحالل بيتا‪ ،‬والتقاط‬ ‫توجد ثالث طرائق يمكن ا�ستعمالها لت�صبح النواة غير الم�ستقرة �أكثر‬ ‫ا�ستقرارا ًّ‬ ‫ً‬ ‫لخ�ص هذه العمليات على ثالث‬ ‫الإلكترونات‪ ،‬وا�ضمحالل �ألفا‪ِّ .‬‬ ‫اعتمادا على العدد الذري‪.‬‬ ‫بطاقات‪،‬‬ ‫ً‬ ‫ا�شرح كيف ت�ؤ ّثر هذه الأنواع الثالثة من اال�ضمحالل في‬ ‫الم�شعة‪.‬‬ ‫النظائر‬ ‫ّ‬

‫الن�شاط الرابع ع�شر‬ ‫الت�أريخ الكربوني‬ ‫‪James King-Holmes/Science Photo Library‬‬

‫الت�أريخ الكربوني تحوي بع�ض العنا�صر الكيميائية‬ ‫�سمى الذرات المختلفة‬ ‫العديد من �أنواع الذرات‪ .‬و ُت ّ‬ ‫للعن�صر نف�سه النظائر‪ .‬يمتلك الكربون ثالثة‬ ‫نظائر رئي�سة‪ ،‬هي‪ :‬الكربون‪ ،12-‬والكربون ‪،13-‬‬ ‫وي�ش ّكل الكربون ‪ 12-‬ما ن�سبته ‪%99‬‬ ‫والكربون‪ُ .14-‬‬ ‫من ذرات العن�صر جميعها‪ُ ،‬وي�ش ّكل الكربون ‪ 13-‬ما‬ ‫في�ش ّكل ما ن�سبته ‪ 1‬جزء‬ ‫ن�سبته ‪ّ � .%1‬أما الكربون ‪ُ ،14-‬‬ ‫م�شعا‪ ،‬وهذا‬ ‫وي َع ّد الكربون‪14-‬‬ ‫من المليون‪ُ .‬‬ ‫عن�صرا ًّ‬ ‫ً‬ ‫الإ�شعاع هو الم�ستخدم في قيا�س العمر‪.‬‬ ‫يلخ�ص التركيب الذري في �ضوء‪ :‬العدد‬ ‫كون جدو ًال ّ‬ ‫ّ‬ ‫الذري‪ ،‬والعدد الكتلي‪ ،‬وعدد البروتونات والنيوترونات‬ ‫والإلكترونات لنظائر الكربون الثالثة‪.‬‬ ‫و�ضح مزايا تقنيات الت�أريخ الكربوني وعيوبه‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫ما ُم ّحددات الت�أريخ الكربوني؟ كيف يمكن التغ ّلب‬ ‫عليها؟‬ ‫ي�ستخدم م�سارع طيف الكتلة في الت�أريخ بالكربون الم�شع‪.‬‬ ‫الم�شعة �إلى ذرات م�ستقرة بو�ساطة عملية‬ ‫تتح ّلل الذرات‬ ‫ّ‬ ‫يتغير ن�صف الذرات المتوافرة‬ ‫ح�سابية ب�سيطة‪ ،‬حيث ّ‬ ‫محددة‪ُ ،‬تعرف بفترة عمر الن�صف‪ .‬على �سبيل المثال‪� ،‬إذا كانت فترة عمر الن�صف لـ ‪ 1000‬ذرة ع�شر �سنوات‪،‬‬ ‫خالل فترة ّ‬ ‫عندئ ٍذ‪ ،‬وبعد مرور ع�شر �سنوات‪� ،‬سيتبقى ‪ 500‬ذرة فقط‪ ،‬وبعد ع�شر �سنوات �أخرى‪� ،‬سوف ي�صل العدد �إلى ‪ 250‬ذرة‪ ،‬وبعد‬ ‫ع�شر �سنوات ثالثة‪� ،‬سوف ي�صبح العدد ‪ 125‬ذرة‪ ،‬وهكذا‪.‬‬

‫الن�شاط الخام�س ع�شر‬ ‫تحديد العمر بطريقة �صحيحة‬ ‫عد ذرات الكربون ‪14-‬‬ ‫المدة التي انق�ضت منذ موتها عن طريق ّ‬ ‫يمكن لعلماء الآثار ح�ساب عمر المخلوقات البائدة‪� ،‬أو ّ‬

‫الموجودة فيها‪.‬‬ ‫وللقيام بذلك‪ ،‬يجب معرفة فترة عمر الن�صف للكربون ‪ ،14-‬وعدد ذرات الكربون ‪ 14-‬التي كانت موجودة في ج�سم‬ ‫عاما‪ .‬ومع ذلك‪ ،‬ف� ّإن معرفة عدد ذرات الكربون‬ ‫المخلوق قبل موته‪ .‬ت�صل فترة عمر الن�صف للكربون ‪� 14-‬إلى ‪ً 5730‬‬ ‫‪ ،14‬التي كانت موجودة في ج�سم الكائن قبل وفاته‪ُ ،‬ت َع ّد �أحد الأمور التي ال يمكن تحديدها �إ ّال بالتخمين‪ .‬ويمكن‬‫اال�ستدالل على � ّأن ج�سم مخلوق الأحفورة كان يحوي قبل وفاته مقدار الكربون ‪ 14-‬نف�سه الذي تحويه �أج�سام‬ ‫حي‪ :‬هي ن�سبة ثابتة‪.‬‬ ‫المخلوقات الحية هذه الأيام‪ .‬ومن هنا‪ ،‬يمكن افترا�ض � ّأن ن�سبة الكربون ‪ -14‬في � ّأي مخلوق ّ‬ ‫عاما‪ ،‬ف� ّإن علماء الآثار ا�ستطاعوا تحديد تاريخ البقايا الأثرية ك ّلها‪،‬‬ ‫وبما � ّأن فترة عمر الن�صف للكربون ‪ 14-‬هي ‪ً 5730‬‬ ‫تقريبا‪ُ .‬ت�ستخدم نظائر البوتا�سيوم �أو‬ ‫خلت‬ ‫عام‬ ‫‪50000‬‬ ‫إلى‬ ‫�‬ ‫الكربون‬ ‫حيث يمكن �أن تعود التواريخ الم�شتقة من عينات‬ ‫ً‬ ‫تتميز بطول فترة عمر الن�صف‪ ،‬في تحديد تاريخ الأحداث الجيولوجية القديمة‪ ،‬التي ُتقا�س بماليين �أو‬ ‫اليورانيوم‪ ،‬التي ّ‬ ‫مليارات ال�سنين‪.‬‬

‫‪51‬‬

‫ت�أريخ الأحافير‬ ‫توجد حقيبة مملوءة بالخرزات مختلفة الألوان‪ُ ،‬تم ّثل محتوى‬ ‫النظير الإ�شعاعي لإحدى الأحافير‪ .‬و ُتم ّثل الحقيبة نف�سها‬ ‫الأحفورة‪ ،‬في حين ُتم ّثل الخرزات بداخلها ماليين الذرات التي‬ ‫ُت�ش ّكلها‪ .‬تحتوي الحقيبة على ‪100‬خرزة‪ ،‬بحيث ُتم ّثل‪:‬‬ ‫ •‪ 15‬خرزة زرقاء نظير اليورانيوم الأ�صلي ‪.235‬‬ ‫ •‪ 45‬خرزة حمراء نظير الر�صا�ص الفرعي‪.207‬‬ ‫الم�شعة المختلفة‪.‬‬ ‫ملونة مجموعة من النظائر‬ ‫ّ‬ ‫ •‪ 40‬خرزة �أخرى ّ‬ ‫ت�صل فترة عمر الن�صف لليورانيوم ‪� 235‬إلى‪ 704‬مليون �سنة‪.‬‬ ‫وظف معرفتك باالنحالل الإ�شعاعي وخ�صائ�ص فترة عمر الن�صف‬ ‫ّ‬ ‫في ح�ساب عمر خم�س «�أحافير» مختلفة في الغرفة‪.‬‬ ‫عينة م�أخوذة من عظمة لإجراء ت�أريخ كربوني‬ ‫اح�سب عدد ذرات النظائر الأ�صلية والفرعية في ك ّل حقيبة‪.‬‬ ‫اعتمادا على البيانات التي ُج ِم َع ْت‪.‬‬ ‫حدد عمر ال�صخرة‪،‬‬ ‫ً‬ ‫ثم ّ‬ ‫مرت على النظير‪ّ ،‬‬ ‫اح�سب عدد فترات عمر الن�صف التي ّ‬

‫يمكنك اال�ستعانة بالمعلومات التالية‪:‬‬ ‫ن�سبة النظير الأ�صلي المتبقية = عدد النظائر الأ�صلية ‪( /‬عدد النظائر الأ�صلية ‪ +‬عدد النظائر‬ ‫الفرعية) × ‪%100‬‬ ‫ُي َح َّد ُد عمر العينة ب�ضرب عدد فترات عمر الن�صف في عمر الن�صف للنظير الإ�شعاعي‪ .‬ولم�ساعدتك على‬ ‫معرفة الناتج‪ ،‬ف� ّإن عمر العينة‬ ‫المو�ضحة �أعاله ي�صل �إلى ‪ 1.408‬مليار �سنة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫و�ضح ال�شكل التالي عدد فترات عمر الن�صف المكافئ لن�سبة النظير الأ�صلي المتبقية‪.‬‬ ‫ُي ّ‬ ‫االنحالل الإ�شعاعي المتو ّقع للنظير بمرور الوقت‬

‫‪52‬‬

‫ن�سبة النظير الرئي�س المتبقية‬

‫‪6‬‬

‫‪5‬‬

‫‪4‬‬

‫‪3‬‬ ‫ن�صف العمر‬

‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪100‬‬ ‫‪90‬‬ ‫‪80‬‬ ‫‪70‬‬ ‫‪60‬‬ ‫‪50‬‬ ‫‪40‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪0‬‬

‫الن�شاط ال�ساد�س ع�شر‬ ‫كم يبلغ عمر الأحافير؟‬ ‫توجد حقائب مملوءة بالخرز‪ُ ،‬تم ّثل عينات لأربع �أحافير �أخرى‪ .‬اح�سب عمر ك ّل عينة �أحفورية‪.‬‬

‫الأحفورة ‪1‬‬

‫تحتوي الحقيبة على ‪ 100‬خرزة‪ ،‬بحيث ُتم ّثل‪:‬‬ ‫ •‪ 5‬خرزات زرقاء نظير اليورانيوم الأ�صلي ‪.235-‬‬ ‫ •‪ 35‬خرزة حمراء نظير الر�صا�ص الفرعي‪.207-‬‬ ‫الم�شعة المختلفة‪.‬‬ ‫ملونة مجموعة من النظائر‬ ‫ّ‬ ‫ •‪ 60‬خرزة �أخرى ّ‬ ‫ت�صل فترة عمر الن�صف لليورانيوم ‪� 235-‬إلى ‪ 704‬مليون �سنة‪.‬‬

‫الأحفورة ‪2‬‬

‫تحتوي الحقيبة على ‪ 100‬خرزة‪ ،‬بحيث ُتم ّثل‪:‬‬ ‫ •‪ 30‬خرزة خ�ضراء نظير اليورانيوم الأ�صلي ‪.238-‬‬ ‫ •‪ 10‬خرزات برتقالية نظير الر�صا�ص الفرعي ‪.206-‬‬ ‫الم�شعة المختلفة‪.‬‬ ‫ملونة مجموعة من النظائر‬ ‫ّ‬ ‫ •‪ 60‬خرزة �أخرى ّ‬ ‫ت�صل فترة عمر الن�صف لليورانيوم ‪� 238-‬إلى ‪ 4.5‬مليارات �سنة‪.‬‬

‫الأحفورة ‪3‬‬

‫تحتوي الحقيبة على ‪ 100‬خرزة‪ ،‬بحيث ُتم ّثل‪:‬‬ ‫ •‪ 25‬خرزة خ�ضراء نظير اليورانيوم الأ�صلي ‪.238-‬‬ ‫ •‪ 25‬خرزة برتقالية نظير الر�صا�ص الفرعي ‪.206-‬‬ ‫الم�شعة المختلفة‪.‬‬ ‫ملونة مجموعة من النظائر‬ ‫ّ‬ ‫ •‪ 50‬خرزة �أخرى ّ‬ ‫ت�صل فترة عمر الن�صف لليورانيوم ‪� 238-‬إلى ‪ 4.5‬مليارات �سنة‪.‬‬

‫الأحفورة ‪4‬‬

‫تحتوي الحقيبة على ‪ 100‬خرزة‪ ،‬بحيث ُتم ّثل‪:‬‬ ‫ •‪ 45‬خرزة �صفراء نظير الثوريوم الأ�صلي ‪.232-‬‬ ‫ •‪ 5‬خرزات بنف�سجية نظير الر�صا�ص الفرعي ‪.208-‬‬ ‫الم�شعة المختلفة‪.‬‬ ‫ملونة مجموعة من النظائر‬ ‫ّ‬ ‫ •‪ 50‬خرزة �أخرى ّ‬ ‫ت�صل فترة عمر الن�صف للثوريوم ‪� 232-‬إلى ‪ 14‬مليار �سنة‪.‬‬ ‫ثم �أكمله لتحديد عمر ك ّل عينة من عينات «الأحافير»‪.‬‬ ‫ان�سخ الجدول التالي ّ‬ ‫'رقم الأحفورة‬

‫عدد ذرات النظير‬ ‫الرئي�سي‬

‫عدد ذرات النظير الفرعي‬

‫عدد فترات ن�صف العمر‬

‫عمر الأحفورة‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪53‬‬

‫النظائر‬ ‫يوجد ثالثة نظائر لعن�صر الهيدروجين (‪ ،)H‬هي‪ :‬البروتيوم (وعادة ما ن�سميه الهيدروجين)‪ ،‬والديتروم (‪ ،)D‬والتريتيوم‪.‬‬ ‫نظرا �إلى اختالف كتلتها‪.‬‬ ‫تتماثل هذه النظائر‬ ‫ًّ‬ ‫كيميائيا‪ ،‬وتختلف في خ�صائ�صها الفيزيائية‪ً ،‬‬ ‫توجد معظم ذرات الهيدروجين في ق�شرة الأر�ض متحدة‬ ‫ب�صورة مياه‪ .‬تحتوي المياه في العادة على جزيئات ‪،H2O‬‬ ‫و‪ ،HDO‬و‪ ،D2O‬وتبلغ ن�سبة ذرات الديتروم قرابة ‪،%0.015‬‬ ‫�أو نحو ‪ 1‬جزيء من بين ك ّل ‪ 6000‬جزيء‪ .‬وعلى الرغم من � ّأن‬ ‫الخ�صائ�ص الكيميائية لـ ‪ ،H2O‬و‪ D2O‬مت�شابهة (حيث يمكن‬ ‫بع�ضا من خ�صائ�صها الفيزيائية‬ ‫�شرب ‪ D2O‬ب�أمان)‪� ،‬إ ّال � ّأن ً‬ ‫ونظرا �إلى تم ّتع ‪ D2O‬بكثافة �أعلى‬ ‫تختلف على نحو ملحوظ‪.‬‬ ‫ً‬ ‫من كثافة ‪ ،H2O‬في�شار �إليه با�سم «الماء الثقيل»‪.‬‬

‫الن�شاط ال�سابع ع�شر‬ ‫النظائر والهيدروجين‬ ‫كون جدو ًال لتحديد االختالفات بين نظائر الهيدروجين الثالثة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫كون جدو ًال �آخر لمقارنة الخ�صائ�ص الفيزيائية للماء والماء الثقيل‪ ،‬على �أن يت�ضمن هذا الجدول نقطة االن�صهار‪،‬‬ ‫ّ‬ ‫ونقطة الغليان‪ ،‬والكثافة‪ ،‬وبيانات الذائبية‪ ،‬واللزوجة‪ ،‬وثوابت العزل الكهربائي‪.‬‬ ‫أي�ضا‬ ‫�إذا افتر�ضنا � ّأن الهيدروجين في الطبيعة يحتوي على ذرة ديتروم من بين ك ّل ‪ 6000‬ذرة‪ ،‬و� ّأن هذه الن�سب تنطبق � ً‬ ‫على ذرات الهيدروجين الموجودة في المياه الطبيعية‪ ،‬فاح�سب ن�سبة جزيئات ‪ ،D2O‬و‪ ،HDO‬و‪ H2O‬في المياه‬ ‫الطبيعية‪.‬‬ ‫جدا في‬ ‫نظرا �إلى االختالفات الب�سيطة ًّ‬ ‫ •ف�صل النظائر هو عملية مع ّقدة‪ً ،‬‬ ‫الخ�صائ�ص الكيميائية والفيزيائية‪ .‬ا�شرح كيفية ت�صنيع الديتروم‪،‬‬ ‫وطريقة �إنتاج «الماء الثقيل»‪ .‬ما الم�شكالت المرتبطة بهذا النوع من‬ ‫تقنيات الف�صل؟‬ ‫ •لماذا ي�سهل ف�صل نظائر الهيدروجين بخالف نظائر العنا�صر‬ ‫الأخرى؟‬ ‫تحرره على‬ ‫و�ضح لماذا‬ ‫ • ّ‬ ‫يتحرر الهيدروجين على الكاثود ب�سرعة تفوق ّ‬ ‫ّ‬ ‫الديتروم ب�ست مرات‪ ،‬عند التحليل الكهربائي للماء‪ ،‬حتى في حالة‬ ‫وجود ‪ H2O‬و‪ D2O‬بتركيز م�ساوٍ ؟‬

‫‪54‬‬

‫الن�شاط الثامن ع�شر‬ ‫�أبطال التليمارك‬ ‫جيدا قبل الحرب العالمية الثانية‪ ،‬حيث �أدركت ك ّل من الدول الحليفة والنازية قدراتها‬ ‫ُعرفت ظاهرة االن�شطار النووي ً‬ ‫الكامنة‪ ،‬و�إمكانية ُ�صنع قنبلة نووية‪ .‬وحتى مطلع عام (‪1362‬هـ‪1943/‬م)‪ ،‬كانت الدول الحليفة توا�صل العمل الد�ؤوب‪،‬‬ ‫أي�ضا � ّأن العلماء الألمان‬ ‫�سعيا �إلى تحقيق مبتغاها‪ ،‬لك ّنها كانت بعيدة المنال عن‬ ‫التو�صل �إلى ح ّل‪ .‬و�أ�صبح من الوا�ضح � ً‬ ‫ً‬ ‫ّ‬ ‫يبذلون ما في و�سعهم لتطوير ان�شطار نووي‪.‬‬ ‫في محاولة ل�صنع قنبلة نووية‪ .‬وكان الماء الثقيل‪،‬‬ ‫الذي ُي َع ّد �أحد العنا�صر الحا�سمة ال�ستكمال العمل‪،‬‬ ‫مطلوبا كو�سيط لإتمام التفاعل االن�شطاري‪ .‬وعلى مدى‬ ‫ً‬ ‫عدة‪ ،‬كان الماء الثقيل ُي ْن َت ُج‪ -‬على نحو رئي�س ‪-‬‬ ‫�سنوات‬ ‫ّ‬ ‫في العالم‪ ،‬في (رجوكان) بجبال تيليمارك النرويجية‪،‬‬ ‫محطة طاقة مائية‪ .‬وفي‬ ‫قريبا من ّ‬ ‫حيث كان الموقع ً‬ ‫مطلع عام (‪1361‬هـ‪1942 /‬م)‪ ،‬احتل النازيون النرويج‪،‬‬ ‫وا�ضحا �أ ّنه لمنع الألمان من تطوير قنبلة نووية‪،‬‬ ‫وبدا‬ ‫ً‬ ‫فال ُب ّد من تدمير م�صنع (رجوكان)‪.‬‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫لخ�ص الحملة التي قامت بها الدول الحليفة في‬ ‫• ّ‬ ‫محاولتها منع ا�ستمرار �إنتاج الماء الثقيل في‬ ‫تتحدث عن �أبطال تيليمارك‪.‬‬ ‫تيليمارك‪ .‬ابحث عن مقاالت‬ ‫ّ‬ ‫•لماذا كان م�صنع الماء الثقيل يقبع في جبال تيليمارك؟‬ ‫•هل تعتقد � ّأن الدول الحليفة كانت مح ّقة عندما منعت الألمان من �إنتاج قنبلة نووية‪ ،‬في حين قامت‬ ‫فورا؟‬ ‫هي ب�إنتاج هذه القنبلة وا�ستعملتها ً‬ ‫مبر ًرا ردودك و�إجاباتك‪.‬‬ ‫•اعر�ض �أفكارك‪ّ ،‬‬ ‫رجوكان بجبال تيليمارك‬

‫ن�صب ال�سالم في هيرو�شيما‪،‬‬ ‫حيث ُف ِّجرت �أول قنبلة نووية‬ ‫القبة‪.‬‬ ‫مبا�شرة فوق ّ‬

‫‪55‬‬

‫الن�شاط التا�سع ع�شر‬ ‫النظائر في المختبر‬ ‫م�شابها ل�سلوك الماء العادي‪ .H2O ،‬با�ستعمال معرفتك للكيمياء العملية‪،‬‬ ‫ُي َع ّد �سلوك الماء الثقيل من الناحية الكيميائية‬ ‫ً‬ ‫مما يلي‪:‬‬ ‫وبدءا بـ ‪ D2O‬كم�صدر وحيد لذرات الديتروم‪ّ ،‬‬ ‫ً‬ ‫و�ضح طريقة تح�ضير ك ّل ّ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫ ‬ ‫ ‬

‫•‪NaOD‬‬ ‫•‪D2SO4‬‬ ‫•‪DCl‬‬ ‫•‪ND3‬‬ ‫•‪D2SO4‬‬ ‫• ‪CH3COOD‬‬ ‫•‪CH3CH2OD‬‬

‫يتفاعل الإيثانول مع حم�ض الإيثانويك لإنتاج �أ�سيتات الإثيل (�إ�ستر) والماء‪.‬‬

‫‪C2H5OH + CH3COOH = CH3COOC2H5 + H2O‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪+ H2O‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪R-C‬‬

‫’‪O-R‬‬

‫‪+ R’OH‬‬

‫‪R-C‬‬ ‫‪O-H‬‬

‫يوجد احتماالن لهذا التفاعل‪:‬‬ ‫الأول‪ ،‬يمكن �أن يتفاعل الإيثانول مع حم�ض الإيثانويك‪ ،‬حيث ُتنتزع مجموعة (‪ )OH‬من الإيثانول‪ ،‬وتتحد مع‬ ‫الهيدروجين الموجود في الحم�ض لإنتاج الماء‪.‬‬ ‫الثاني‪ ،‬يمكن �أن يتحد الحم�ض الذي يفقد مجموعة (‪ )OH‬مع الهيدروجين الموجود في الإيثانول‪.‬‬ ‫الم�شع‬ ‫الم�شعة‪ .‬وفي كلتا الحالتين‪ ،‬ف� ّإن الأك�سجين‬ ‫لقد ُدر َِ�س ْت �آلية هذه التجربة في الأ�سا�س با�ستعمال و�سم النظائر‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫�شع‬ ‫ينطلق مع الإيثانول �أو حم�ض الإيثانويك‪ .‬وقد � ّأدى وجود الأك�سجين ُ‬ ‫الم ّ‬ ‫في الماء �إلى فهم مكان انطالق الأك�سجين‪ ،‬كما �سمح للكيميائيين بفهم �آلية‬ ‫التفاعل ب�شيء من التف�صيل‪.‬‬ ‫ •ا�شرح المق�صود من تجربة تتبع النظائر الم�شعة مع التمثيل‪.‬‬ ‫�صمم تجربة لدرا�سة تفاعل الإيثانول مع حم�ض الإيثانويك‪.‬‬ ‫ • ّ‬ ‫و�ضح كيف ي�سمح ا�ستعمال الجزيئات المعالجة بالديتروم بتحديد �آلية‬ ‫ • ّ‬ ‫التفاعل‪.‬‬ ‫الم�شعة مع التمثيل؟ كيف ُت�ستخدم في مجال‬ ‫ •ما المق�صود بتتبع النظائر‬ ‫ّ‬ ‫الطب؟‬ ‫الديتروم كتابع نتائج غير‬ ‫ •لماذا تعطي التجارب البيولوجية التي ت�ستعمل ُ‬ ‫موثوق بها؟‬ ‫الم�شعة‬ ‫كيف ُت�ستعمل التوابع‬ ‫ّ‬ ‫لإجراء م�سح �إ�شعاعي للمخ؟‬

‫‪56‬‬

‫تحدى نف�سك‬ ‫قدم �أكبر م�ساهمة للعلم‪ ،‬وبرر اختيارك‪.‬‬ ‫�أختر عا ِلم واحد خالل التاريخ تعتقد �أنه ّ‬

‫مراجعة الوحدة والت�أمل فيها‬ ‫بعدما تكمل هذه الوحدة عليك بالتفكير فيما يلي‪:‬‬ ‫ما مزايا وم�ساوئ م�شاريع العلوم "الكبيرة" والعلوم "ال�صغيرة"؟‬ ‫ •لماذا ال ينبعث الطيف الخطي من م�صباح الفتيلة؟‬ ‫ •ما هو التحول الأحمر في طيف انبعاث النجمة‪ ،‬وماذا يدل ذلك؟‬ ‫ •تفتر�ض عملية الت�أريخ بالكربون ن�سبة مئوية ثابتة من كربون ‪ 14 -‬في الأن�سجة الحية‪ .‬ما هي العوامل التي‬ ‫قد ت�ؤثر على هذه الن�سبة المئوية؟‬ ‫ •كيف يعمل م�سحوق �أجهزة �إطفاء الحريق؟‬

‫‪57‬‬

‫الوحدة الرابعة‬ ‫الجدول الدوري‬

‫‪5‬‬

‫حـول هـذه الوحــدة‬ ‫ُّمية للوحدة‬ ‫الأهداف التعل ّ‬

‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫• ُت ّلم بالمعرفة والمفاهيم والمهارات في المجاالت الكيميائية المختلفة‪ ،‬وتطبقها على �سياقات مختلفة‪،‬‬ ‫وم�ستخدما مفردات متخ�ص�صة منا�سبة‪.‬‬ ‫وا�ضحا‬ ‫تعبيرا‬ ‫معبرا عن الأفكار‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫•تفهم التوزيع الإلكتروني للعنا�صر الأربعين الأولى في الجدول الدوري‪.‬‬ ‫فهما لطاقات الت�أين‪.‬‬ ‫طور ً‬ ‫• ُت ِّ‬ ‫الذري‪ ،‬وطاقة الت�أين الأولى‪.‬‬ ‫• ُتح ّلل �أنماط ترتيب العنا�صر في الدورة والمجموعة‪ ،‬من حيث‪ :‬ن�صف القطر ّ‬ ‫• َت�ستق�صي الخ�صائ�ص الفيزيائية والكيميائية لعنا�صر المجموعتين‪ :‬الأولى‪ ،‬وال�سابعة وت�شرحها‪.‬‬ ‫• ُتدرك الخ�صائ�ص الفيزيائية والكيمائية لمت�أ�صالت الكربون‪ ،‬وت�شكيل الأنابيب النانونية‪.‬‬ ‫• ُتفكر في م�ضامين العي�ش في عالم تقنية النانو‪ ،‬والتطبيقات الحالية والم�ستقبلية لهذه التقنية‪.‬‬

‫معا على �أ�سا�س خ�صائ�صها المعروفة‪ .‬كما‬ ‫ُي ّ‬ ‫عد الجدول الدوري الطريقة الأب�سط والأو�ضح لت�صنيف العنا�صر وتجميعها ً‬ ‫عد �آلية لتوقع خ�صائ�ص العنا�صر التي لم ُتكت�شف بعد‪.‬‬ ‫ُي ّ‬ ‫ويمكن و�صف كل عن�صر من عنا�صر الجدول با�ستخدام رقمي‬ ‫�ألمجموعه والدورة اللتين ينتمي �إليهما‪ ،‬على �أن يعتمد الرقمان على‬ ‫التوزيع الإلكتروني للعن�صر‪.‬‬ ‫يدل رقم الدورة على عدد الم�ستويات التي تتوزع فيها �إلكترونات‬ ‫ • ّ‬ ‫العن�صر‪� ،‬إ�ضافة �إلى بيان ال�صف الذي يظهر فيه العن�صر في‬ ‫الجدول الدوري‪.‬‬ ‫ •يرمز عدد المجموعة �إلى عدد �إلكترونات الم�ستوى الأخير‬ ‫يبين العمود الذي يظهر فيه العن�صر في‬ ‫للذرة‪ ،‬كما ّ‬ ‫(الخارجي) ّ‬ ‫الجدول الدوري‪.‬‬ ‫يعتمد ترتيب العنا�صر في الجدول الدوري على الزيادة في العدد‬ ‫الذرة)‪ .‬ومع ذلك‪ ،‬ف�إن الأنماط التي ي�ستدل عليها في الجدول الدوري هي في الواقع‬ ‫الذري (� ْأي عدد البروتونات في نواة ّ‬ ‫ّ‬ ‫ومف�صلة‪.‬‬ ‫وا�ضحة‪،‬‬ ‫ب�صورة‬ ‫للعنا�صر‬ ‫إلكتروني‬ ‫ل‬ ‫ا‬ ‫التوزيع‬ ‫فهم‬ ‫المهم‬ ‫فمن‬ ‫لذا‪،‬‬ ‫للعن�صر‪.‬‬ ‫إلكتروني‬ ‫ل‬ ‫ا‬ ‫التوزيع‬ ‫على‬ ‫دالة‬ ‫ّ‬ ‫�ستتعرف في هذه الوحدة على �أنماط ترتيب العنا�صر في الجدول الدوري واتجاهاتها‪ ،‬والمجموعات الكيميائية الرئي�سية‪.‬‬

‫‪59‬‬

‫الن�شاط الأول‬ ‫الأنماط الدورية‬ ‫الذري على العدد الذري‪ ،‬في ر�أيك؟‬ ‫كيف يعتمد ن�صف القطر ّ‬

‫زودك به المعلم‪.‬‬ ‫ا�شرح فر�ضيتك واختبرها م�ستعي ًنا بالبيانات المت�ضمنة في الجدول الذي ّ‬ ‫وعموديا عبر مجموعة‪ .‬وهل يمكنك اقتراح كيفية تقديم هذه الأنماط‬ ‫أفقيا عبر دورة‪،‬‬ ‫ًّ‬ ‫ا�شرح �أنماط ترتيب العنا�صر‪ًّ � ،‬‬ ‫ب�صريا؟‬ ‫ًّ‬ ‫فنده‪.‬‬ ‫اختبر فر�ضيتك م�ستعي ًنا بالر�سم البياني‪ ،‬وناق�ش �إلى �أي مدى يدعم الر�سم هذا تفكيرك‪� ،‬أو ُي ّ‬ ‫الذري‬ ‫ا�ستخدم مهارات تقنية المعلومات واالت�صاالت‪،‬‬ ‫و�صمم ن�سخة طبق الأ�صل للجدول الدوري ّ‬ ‫ّ‬ ‫تبين ن�صف القطر ّ‬ ‫قيا�سيا مماث ًال للجدول المو�ضح �أدناه‪.‬‬ ‫ر�سما‬ ‫ً‬ ‫للعنا�صر مر�سومة ً‬

‫‪60‬‬

‫الن�شاط الثاني‬ ‫طاقات الت� ّأين‬

‫واحدا تلو الآخر‪.‬ويتطلب نزع الإلكترون طاقة‬ ‫الذرة‬ ‫ً‬ ‫لذرة ما‪ ،‬بنزع الإلكترونات من ّ‬ ‫يمكن تحديد التركيب الإلكتروني ّ‬ ‫يمكن قيا�سها‪.‬‬ ‫و ُت َّعرف طاقة الت�أين للعن�صر على �أنها‪ :‬الطاقة التي يتطلبها نزع �أحد �إلكترونات العن�صر وفق ًا للمعادلة الآتية‪:‬‬

‫‪M (g) è M+ (g) + e-‬‬

‫مو�ضحا‬ ‫وتفح�ص جدول البيانات الذي قدمه �إليك المعلم‪،‬‬ ‫الذري‪،‬‬ ‫ً‬ ‫ّ‬ ‫تو ّقع العالقة بين طاقة الت�أين الأولى لعن�صر ما وعدده ّ‬ ‫بيانيا‪ .‬وهل ي�ؤكد الر�سم البياني الذي ر�سمته ما توقعته؟ ا�شرح �شكل الر�سم‪.‬‬ ‫الذري‬ ‫ً‬ ‫العالقة بين طاقة الت�أين‪ ،‬والعدد ّ‬ ‫�صف النمط العام في الدورات الثالث الممثلة في الر�سم البياني (الهيدروجين ‪ -‬الهيليوم‪ ،‬الليثيوم ‪ -‬النيون‪،‬‬ ‫ال�صوديوم ‪ -‬الأرجون)‪ .‬وهل هناك �أي حاالت حيود (حاالت �شاذة)؟ ا�ستخدم ما تعرفه عن التركيب الإلكتروني في‬ ‫تف�سير هذه الحاالت‪.‬‬

‫‪61‬‬

‫الن�شاط الثالث‬ ‫للذرة‬ ‫التركيب الإلكتروني ّ‬

‫ذرة �صوديوم‪..‬‬ ‫يبين الجدول الآتي الطاقة التي يتطلبها نزع �إلكترونات من ّ‬

‫الإلكترون المنتزع‬ ‫الأول‬

‫طاقة الت�أين‬ ‫(‪)kJmol-1‬‬ ‫‪496‬‬

‫الثاني‬

‫‪4.563‬‬

‫الثالث‬

‫‪6.913‬‬

‫الرابع‬

‫‪9.544‬‬

‫الخام�س‬

‫‪13.352‬‬

‫ال�ساد�س‬

‫‪16.611‬‬

‫ال�سابع‬

‫‪20.115‬‬

‫الثامن‬

‫‪25.491‬‬

‫التا�سع‬

‫‪28.934‬‬

‫العا�شر‬

‫‪141.367‬‬

‫الحادي ع�شر‬

‫‪159.079‬‬

‫لماذا تق ّل طاقة الت�أين الأولى عن‬ ‫طاقة الت�أين الحادية ع�شرة كثيرا؟‬

‫ا�ستعن بالبيانات الواردة في الجدول‪ ،‬وار�سم خط ًا بياني ًا يمثل طاقة الت�أين (كيلو جول مول‪ )-1‬على المحور ال�صادي‪،‬‬ ‫خطيا تو�صل فيه النقاط بخطوط م�ستقيمة‪.‬‬ ‫يقابلها رقم الإلكترون المنزوع على المحور ال�سيني‪ ،‬على �أن يكون الر�سم ّ‬ ‫ا�شرح التوزيع الإلكتروني لذرة ال�صوديوم با�ستخدام �أدلة من الجدول‪ ،‬والر�سم البياني‪ ،‬وما تعرفه عن ترتيب‬ ‫الإلكترونات‪ .‬ا�شرح الترتيب االلكتروني لذرة ال�صوديوم‪.‬‬

‫‪62‬‬

‫الن�شاط الرابع‬ ‫عنا�صر المجموعة الأولى‬ ‫�سمى عنا�صر المجموعة الأولى في الجدول الدوري بالفلزات القلوية‪ ،‬وهي‪ :‬الليثيوم‪ ،‬وال�صوديوم‪ ،‬والبوتا�سيوم‪،‬‬ ‫ُت ّ‬ ‫والروبيديوم‪ ،‬وال�سيزيوم‪ ،‬والفران�سيوم‪.‬‬ ‫ونظرا �إلى وجود الفران�سيوم على �صورة كميات �صغيرة م�شعة‪ ،‬لذا ف�إن‬ ‫وبما �أن الرابيديوم وال�سيزيوم �شديدا التفاعل‪،‬‬ ‫ً‬ ‫درا�سة عنا�صر هذه المجموعة تقت�صر على عنا�صر الليثيوم‪ ،‬وال�صوديوم‪ ،‬والبوتا�سيوم‪.‬‬ ‫تتفاعل فلزات المجموعة الأولى مع الالفلزات لت�شكيل مركبات �أيونية يحمل الأيون فيها �شحنة ‪ .+1‬فكلوريد ال�سيزيوم‪-‬‬ ‫معا في �صورة �شبكة �أيونية‪.‬‬ ‫على �سبيل المثال‪ -‬يحتوي على الأيونات ‪ Cs+‬و –‪ Cl‬متحدة ً‬ ‫كون‬ ‫تتفاعل فلزات المجموعة الأولى جميعها مع الماء لتحرير الهيدروجين (يتفاعل ق�سم منها ب�شدة)‪ .‬كما �أنها ُت ّ‬ ‫هيدروك�سيدات ذائبة �شديدة القلوية رقمها الهيدروجيني ما بين ‪( 14-12‬لذا ف�إنها ُتعرف با�سم الفلزات القلوية)‪.‬‬

‫)‪2Na(s) + 2H2O(l) = 2NaOH (aq) + H2 (g‬‬ ‫تتفاعل فلزات المجموعة الأولى جميعها مع الهواء لتكوين الأكا�سيد‪ ،‬لذا ف�إنها ُتخزن تحت الزيت لمنع ات�صالها المبا�شر‬ ‫بالهواء‪ .‬فهل يمكن تخزين عنا�صر المجموعة الأولى في الكيرو�سين؟ ولماذا؟‬

‫تق�صي الن�شاط الكيميائي‬ ‫جيدا للمعلم وهو ي�شرح تفاعالت فلزات الليثيوم‪ ،‬وال�صوديوم‪،‬‬ ‫انتبه ً‬ ‫والبوتا�سيوم مع الهواء والماء‪ .‬والحظ �سرعة هذه التفاعالت‪ ،‬وما ينتج عنها‪.‬‬ ‫المتكون عند تفاعل كل فلز‬ ‫وتعرف على نوع الغاز الم ُنبعث‪ ،‬وطبيعة المحلول‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫و�سجل مالحظاتك‪.‬‬ ‫الماء‪،‬‬ ‫مع‬ ‫ّ‬ ‫ن�شاطا‪.‬‬ ‫ر ّتب الفلزات القلوية في قائمة وف ّقا لن�شاطها الكيميائي بدءا ب�أ�شدها‬ ‫ً‬ ‫اعتمادا على التركيب الإلكتروني‪ .‬وا�ستخدم‬ ‫وو�ضح �أ�سباب هذا االتجاه‬ ‫ّ‬ ‫ً‬ ‫زودك به المعلم‪ ،‬لتقديم تف�سير‬ ‫الذي‬ ‫البيانات‬ ‫جدول‬ ‫ت�ضمنها‬ ‫التي‬ ‫المعلومات‬ ‫ّ‬ ‫�شامل حول الن�شاط الكيميائي لعنا�صر المجموعة الأولى‪.‬‬ ‫هل ت�ستطيع �أن تتنب�أ بمظهر كل من الروبيديوم �أو ال�سيزيوم وخ�صائ�صهما‬ ‫الكيميائية والفيزيائية؟‬

‫تفاعل الليثيوم مع الماء‬

‫‪63‬‬

‫الن�شاط الخام�س‬ ‫عنا�صر المجموعة ال�سابعة‬ ‫�سمى عنا�صر المجموعة ال�سابعة في الجدول الدوري بالهالوجينات‪ ،‬وهي‪ :‬الفلور‪ ،‬والكلور‪ ،‬والبروم‪ ،‬واليود‪ ،‬والأ�ستاتين‪.‬‬ ‫ُت ّ‬ ‫وبما �أن الفلور �شديد التفاعل‪ ،‬والأ�ستاتين عن�صر نادر‪ ،‬لذا ف�ستقت�صر درا�سة عنا�صر هذه المجموعة على الكلور‪ ،‬والبروم‬ ‫واليود‪ .‬حيث ي�ستخرج البروم من ماء البحر‪ ،‬كما يوفر ماء البحر كلوريد ال�صوديوم الذي ُي�ستخرج منه عن�صر الكلور‪.‬‬ ‫ويمكن الح�صول على اليود والفلور من معادن كثيرة‪.‬‬ ‫‪Andrew Lambert Photography / Science Photo Library‬‬

‫اعتمادا على التركيب‬ ‫ن�شاطا‪ ،‬وا�شرح هذا االتجاه‬ ‫ر ّتب �أ�سماء الهالوجينات وف ّقا لن�شاطها الكيميائي مبتد ًئا ب�أكثرها‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫الإلكتروني لهذه العنا�صر‪.‬‬ ‫زودك به المعلم لتقديم تف�سير �شامل عن الخ�صائ�ص الكيميائية‪،‬‬ ‫وا�ستخدم المعلومات الواردة في جدول البيانات الذي ّ‬ ‫والفيزيائية لعنا�صر المجموعة ال�سابعة‪.‬‬ ‫هل ت�ستطيع �أن تتوقع مظهر الأ�ستاتين وخ�صائ�صه الكيميائية والفيزيائية؟‬ ‫ليكون �أيونات‬ ‫يمتاز كلوريد ال�صوديوم بدرجة ان�صهار عالية ً‬ ‫جدا‪ ،‬ومع ذلك ف�إنه يذوب ب�سهولة عند �إ�ضافته �إلى الماء ّ‬ ‫ال�صوديوم والكلوريد‪ .‬لماذا تعتقد �أن المادة ال�صلبة تذوب عند درجة حرارة الغرفة دون �أن تن�صهر؟‬

‫‪64‬‬

‫الن�شاط ال�ساد�س‬ ‫الهالوجينات في المحاليل‬ ‫�ضع ‪� 2‬سم‪ 3‬من ماء الكلور‪ ،‬وماء البروم‪ ،‬ومحلول اليود (يود مذاب في يوديد البوتا�سيوم) في ثالثة �أنابيب اختبار‬ ‫‪3‬‬ ‫دون‬ ‫منف�صلة‪ ،‬ثم �أ�ضف ‪� 2‬سم من مذيب هيدروكربوني (ي�ستعمل عادة الهك�سان �أو ال�سيكلوهيك�سين) �إلى كل �أنبوب‪ .‬ثم ّ‬ ‫مالحظاتك حول مظهر هذه المحاليل في الو�سط المائي‪ ،‬وعند �إ�ضافة المذيب الهيدروكربوني‪ .‬هل هناك فرق في ذلك؟‬ ‫وما تف�سيره؟‬

‫‪65‬‬

‫الن�شاط ال�سابع‬ ‫�إحالل الهالوجينات‬ ‫�ضع ‪�1‬سم‪ 3‬من محلول كلوريد البوتا�سيوم تركيزه ‪ 0.2‬مل‪ ،‬و‪�1‬سم‪ 3‬من محلول بروميد البوتا�سيوم تركيزه ‪ 0.2‬مل‪ ،‬و‪�1‬سم‬ ‫من محلول يوديد البوتا�سيوم تركيزه ‪ 0.2‬مل في ثالثة �أنابيب اختبار منف�صلة‪ .‬و�أ�ضف قطرة واحدة من ماء الكلور‬ ‫تغير يحدث في اللون‪ ،‬و�إذا لم تالحظ حدوث‬ ‫دون مالحظاتك حول � ّأي ّ‬ ‫�إلى كل �أنبوب‪ُ ،‬‬ ‫ور ّج المزيج لخلط المحتويات‪ .‬ثم ّ‬ ‫‪3‬‬ ‫تفاعل‪ ،‬فتابع �إ�ضافة قطرات ماء الكلور واحدة تلو الأخرى‪ ،‬حتى ي�صل مجموع ما �أ�ضفته �إلى ‪�1‬سم ‪ .‬و�إذا لم يحدث‬ ‫التفاعل‪ ،‬فاكتب عبارة «ال تفاعل» في جدول النتائج‪.‬‬ ‫‪Andrew Lambert Photography / Science Photo Library‬‬

‫‪3‬‬

‫تفاعل يوديد البوتا�سيوم مع غاز الكلور‬

‫تعرف نواتج التفاعل‪� ،‬أ�ضف ‪�1‬سم‪ 3‬من ُمذيب هيدروكربوني في نهاية االختبار‪� ،‬إذ قد ت�ساعدك الألوان‬ ‫ولم�ساعدتك على ّ‬ ‫تعرف الهاليد الناتج‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫المتكونة في كل طبقة على ّ‬ ‫تق�ص ت�أثير ماء البروم‪ ،‬ومحلول اليود في محاليل هاليدات البوتا�سيوم الثالثة‪.‬‬ ‫ثم ّ‬ ‫التق�صي ال�سابق المتعلقة بالإحالل‪ ،‬ثم اكتب‬ ‫أي�ضا نتائج‬ ‫وا�شرح م�صطلح «الإحالل» من حيث ن�شاطه الكيميائي‪ ،‬وا�شرح � ً‬ ‫ّ‬ ‫معادالت بالكلمات‪ ،‬والرموز‪ ،‬ل�شرح تفاعالت الإحالل التي الحظته‪.‬‬

‫‪66‬‬

‫الن�شاط الثامن‬ ‫ال�ضوء وهاليدات الف�ضة (‪)I‬‬ ‫�ضع ‪�1‬سم‪ 3‬من محلول كلوريد البوتا�سيوم ‪ 0.2‬مل‪�1 ،‬سم‪ 3‬من محلول بروميد البوتا�سيوم ‪ 0.2‬مل‪ ،‬و ‪�1‬سم‪ 3‬من محلول‬ ‫يوديد البوتا�سيوم ‪ 0.2‬مل في ثالثة �أنابيب اختبار منف�صلة‪.‬‬ ‫ثم �أ�ضف ‪� 5‬إلى ‪ 10‬قطرات من نترات الف�ضة ‪0.2‬مل �إلى كل �أنبوب اختبار‪ ،‬والحظ � ّأي تغيرات في المحاليل‪ .‬واترك �أنابيب‬ ‫االختبار في �ضوء ال�شم�س المبا�شر مدة ‪ 15‬دقيقة‪ ،‬والحظ بعد ذلك‪ّ � ،‬أي تغييرات على المحاليل‪.‬‬ ‫ا�شرح المق�صود بم�صطلح «التر�سيب»‪ .‬واكتب معادالت بالكلمات‪ ،‬والرموز‪ ،‬لتف�سير تفاعالت التر�سيب‪.‬‬ ‫وما �أهمية �سلوك هاليدات الف�ضة عند تعر�ضها �إلى ال�ضوء؟‬

‫‪67‬‬

‫الن�شاط التا�سع‬ ‫العنا�صر االنتقالية‬ ‫مرك ًبا‬ ‫انتقاليا‬ ‫عد العن�صر‬ ‫تحتل‬ ‫حقيقيا‪ ،‬يجب �أن ي�ش ّكل ّ‬ ‫العنا�صر االنتقالية المنطقة الو�سطى من الجدول الدوري‪ .‬ولكي ُي ّ‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫ُ‬ ‫جزئيا‪.‬‬ ‫يكون فيه م�ستوى الطاقة ‪ d‬م�شغو ًال‬ ‫ً‬ ‫اكتب التركيب الإلكتروني للعنا�صر االنتقالية الع�شرة الأولى‪ ،‬من ال�سكانديوم �إلى الزنك‪ .‬وا�ستخدم المعلومات الواردة في‬ ‫زودك به المعلم لتوقع �أية �أنماط في الخ�صائ�ص الفيزيائية للعنا�صر‪.‬‬ ‫جدول البيانات الذي ّ‬ ‫تفقد المعادن الإلكترونات من �أعلى م�ستويات الطاقة الم�شغولة �أو ًال‪ .‬فمث ًال‪ ،‬التركيب الإلكتروني للعن�صر الحادي‬ ‫والع�شرين‪ ،‬ال�سكانديوم هو‪:‬‬

‫‪1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1‬‬ ‫واحدا فقط‪ ،‬هو ‪ ،sc3+‬مما يعني �أنه يفقد ثالثة �إلكترونات لتكوين الأيون‪ .‬وت�ؤخذ هذه‬ ‫كون ال�سكانديوم �أيو ًنا‬ ‫ً‬ ‫ُ‬ ‫وي ّ‬ ‫‪3+‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫الإلكترونات من �أعلى المدارات الم�شغولة �أو ًال‪ ،‬وهي ‪ ،3d ، 4 s‬وعليه فيكون التركيب الإلكتروني لأيون ‪ ،Sc‬هو‪:‬‬

‫‪1s2 2s2 2p6 3s2 3p6‬‬ ‫فيكون �أيون ‪ .Zn2+‬اكتب التركيب الإلكتروني لهذا الأيون‪.‬‬ ‫�أما معدن الزنك ّ‬

‫انتقالية �أم غير انتقالية؟‬ ‫عد ال�سكانديوم والزنك من العنا�صر االنتقالية؟‬ ‫لم ال ُي ّ‬ ‫َ‬ ‫‪Andrew Lambert Photography / Science Photo Library‬‬

‫محاليل عنا�صر انتقالية‪ .‬من الي�سار �إلى اليمين‪ :‬التيتانيوم (‪ ،)II‬الفاناديوم (‪ ،)III‬الفاناديوم (‪،)IV‬‬ ‫الكروم (‪ ،)III‬ثنائي الكرومات‪ ،‬المنجنيز (‪ ،)II‬البرمنجنات‪ ،‬الحديد (‪ ،)III‬الكوبالت (‪ ،)II‬النيكل (‪ ،)II‬النحا�س (‪.)II‬‬

‫‪68‬‬

‫ابحث في الخ�صائ�ص الكيميائية والفيزيائية للعنا�صر االنتقالية وقارن بين خ�صائ�ص وتفاعالت الزنك وال�سكانديوم‬ ‫عد عنا�صر انتقالية‪.‬‬ ‫اللذين يعدان عن�صرين غير‬ ‫انتقاليين‪ ،‬والعنا�صر التي ُت ّ‬ ‫ْ‬ ‫أي�ضا في �أحدث ا�ستخدامات العنا�صر االنتقالية في مجال الطب‪ ،‬كا�ستخدامها في عالج مر�ض ال�سرطان مث ًال‪.‬‬ ‫وابحث � ً‬ ‫ركباتها دور‬ ‫وم ّ‬ ‫وكيف ُت�ستخدم المعادن االنتقالية في ال�صناعة بو�صفها عوامل م�ساعدة؟ وهل كان للمعادن االنتقالية ُ‬ ‫في حدوث � ّأي كوارث بيئية؟ �إذا كان كذلك‪ ،‬فما دورها؟ وماذا كان ت�أثير التلوث في ذلك المعدن االنتقالي؟‬

‫الن�شاط العا�شر‬ ‫مت�آ�صالت الكربون‬ ‫ذرات الكربون برابطة ت�ساهمية‪ .‬ويوجد الكربون في ثالثة �أ�شكال متبلورة ُتعرف بالمت�آ�صالت هي‪ :‬الألما�س‪،‬‬ ‫ترتبط ّ‬ ‫والجرافيت‪ ،‬والبكمن�ستوفوليرين‪ .‬وينفرد الكربون في قدرته على االرتباط بنف�سه لتكوين جزيئات طويلة ال�سل�سلة‪.‬‬

‫مقارنة مت�آ�صالت الكربون‬ ‫�صمم جدو ًال من ثالثة �أعمدة بالعناوين الآتية‪ :‬الجرافيت‪ ،‬الألما�س‪ ،‬والبكمن�سترفوليرين‪ ،‬و�أملأه بو�صف تف�صيلي‬ ‫ّ‬ ‫أي�ضا‪.‬‬ ‫ر�سما لكل منها‪ ،‬و�صف الروابط فيها � ً‬ ‫للخ�صائ�ص الفيزيائية لكل مادة‪ ،‬و�ضمنه ً‬ ‫وف�سر‪ -‬على وجه الخ�صو�ص‪� -‬سبب قدرة الجرافيت على تو�صيل‬ ‫ثم اقرن بين روابط هذه المواد وخ�صائ�صها المميزة‪ّ ،‬‬ ‫الكهرباء (على الرغم من �أنه ال فلزي) مع �أن المادتين الأخريين غير مو�صلتين للكهرباء‬ ‫‪.‬‬

‫الن�شاط الحادي ع�شر‬ ‫عالم النانو‬ ‫تبرع خادم الحرمين ال�شريفين الملك عبداهلل بن عبدالعزيز بمبلغ ‪ 36‬مليون ريال للجامعات‬ ‫في عام ‪1427‬هـ (‪2006‬م)‪ّ ،‬‬ ‫الثالث الرائدة في المملكة من �أجل �إجراء الدرا�سات البحثية في مجال تقنية النانو‪ .‬وفي ت�صريح لوكالة الأنباء‬ ‫ال�سعودية‪ ،‬قال وزير التعليم العالي الدكتور خالد العنقري‪« :‬لقد تبرع خادم الحرمين ال�شريفين الملك عبداهلل بمبلغ‬ ‫‪ 36‬مليون ريال من ح�سابه ال�شخ�صي ال�ستكمال تجهيز المختبرات المتطورة لتقنية النانو في جامعة الملك عبدالعزيز‪،‬‬ ‫وجامعة الملك �سعود‪ ،‬وجامعة الملك فهد للبترول والمعادن بمعدل ‪ 12‬مليون ريالٍ لكل جامعة»‪.‬‬ ‫جديدا‬ ‫إقرارا ب�أهمية تقنية النانو‪ ،‬والم�شاريع البحثية ذات ال�صلة‪ .‬وتمثل علوم النانو �إنجا ًزا‬ ‫ً‬ ‫ي�أتي تبرع خادم الحرمين � ً‬ ‫ومثيرا للعلم على م�ستوى الجزيئات والخاليا‪ .‬قد تكون م�صطلحات «�سنتي» (جزء من مئة) وميلي (جزء من �ألف) م�ألوفة‬ ‫ً‬ ‫جزءا من �ألف مليون من المتر (�أو ‪.)1/1.000.000.000‬‬ ‫في�ساوي‬ ‫النانوميتر‬ ‫أما‬ ‫�‬ ‫لديك‪،‬‬ ‫ً‬ ‫ابحث عن المزيد من الأعمال التي تجريها جامعة الملك عبدالعزيز‪ ،‬وجامعة الملك �سعود‪ ،‬وجامعة الملك فهد للبترول‬ ‫والمعادن في مجال تقنية النانو‪.‬‬

‫‪69‬‬

‫‪Eye of Science / Science Photo Library‬‬

‫الكربون وعلوم النانو‬ ‫مركزيا في علوم النانو‪ .‬وقد عرفنا في‬ ‫دورا‬ ‫ً‬ ‫يلعب الكربون ً‬ ‫الن�شاط ‪� ،10‬أن الكربون ينفرد في قدرته على االرتباط بنف�سه‬ ‫لتكوين جزيئات طويلة ال�سل�سلة‪ .‬و ُتعرف هذه الخا�صية‬ ‫بال�سل�سال‪ ،‬وهي �أ�سا�سية لبناء الجزيئات النانوية‪.‬‬ ‫عد الأنابيب النانوية الكربونية تراكيب نانوية فريدة‬ ‫« ُت ّ‬ ‫من نوعها‪ ،‬وذات خ�صائ�ص �إلكترونية ميكانيكية مذهلة‪.‬‬ ‫ان�صب تركيز المجتمعات البحثية في البداية على‬ ‫وقد‬ ‫ّ‬ ‫خ�صائ�صها الإلكترونية الغريبة‪ ،‬وذلك لأنه يمكن اعتبار‬ ‫البعد‪.‬‬ ‫الأنابيب النانوية‬ ‫نموذجا لل�سلك الكمي �أحادي ُ‬ ‫ً‬ ‫ومع اكت�شاف خ�صائ�ص �أخرى مفيدة‪ ،‬وخا�صة القوة التي‬ ‫تتمتع بها الأنابيب النانوية‪ ،‬فقد تزايد االهتمام بتطبيقات‬ ‫محتملة �أخرى‪� .‬إذ يمكن �أن ُت�ستخدم �أنابيب النانو الكربونية‬ ‫في �صناعة �إلكترونيات بحجم النانوميتر‪� ،‬أو لتعزيز مواد‬ ‫البوليمرات‪».‬‬ ‫(مجلة عا َلم الفيزياء ‪ ،‬عدد رم�ضان ‪1418‬هـ‪/‬يناير ‪)1998‬‬

‫�أنابيب نانوية – �صفائح ملفوفة من ذرات الكربون‪.‬‬ ‫يمكن مالحظة ذرات فردية على �شكل نتوءات‬ ‫ظاهرة على �سطح الأنبوب‪.‬‬

‫كبيرا منذ كتابة هذا البحث الأخير‪ ،‬ف�أ�صبح ما كان البارحة مجرد خيال علمي‪ ،‬حقيقة‬ ‫وقد �شهدت علوم النانو‬ ‫تطورا ً‬ ‫ً‬ ‫واقعة اليوم‪ .‬فالبث عبر الأقمار اال�صطناعية‪ ،‬والهاتف المحمول‪ ،‬والإنترنت‪ ،‬كانت كلها موا�ضيع �صالحة لق�ص�ص‬ ‫�ستتحول �إلى حقيقة واقعة في غ�ضون �سنوات قليلة من الآن؟‬ ‫أمنية من �أما ّني العلماء اليوم‬ ‫الخيال العلمي‪ .‬ولكن‪ ،‬كم � ّ‬ ‫ّ‬

‫خيال علمي بالأم�س‪ ،‬واقع اليوم‬

‫عالم علوم تقنية النانو‬ ‫تقريرا يت�ضمن تفا�صيل حول‪:‬‬ ‫تق�ص عالم علوم تقنية النانو‪ ،‬واكتب‬ ‫َّ‬ ‫ً‬

‫المجاالت البحثية الرئي�سة في الوقت الراهن‪.‬‬ ‫ •العلماء الم�شاركين‪.‬‬ ‫ •ما يمكن تحقيقه فع ًال في الوقت الحالي‪.‬‬ ‫ •توقعات ب�ش�أن الم�ستقبل‪.‬‬ ‫‪70‬‬

‫عما يمكن �أن يتحقق خالل ‪� 50‬إلى ‪� 100‬سنة قادمة‪ .‬ولكن يتعين‬ ‫ا�ستعن بما لديك من معرفة وخيال‪ّ ،‬‬ ‫وقدم اقتراحاتك ّ‬ ‫تبرر توقعاتك‪ -‬مع الإفادة من الو�ضع‬ ‫عليك �أن تكون‬ ‫ً‬ ‫واقعيا‪ ،‬وتكون توقعاتك مبنية على �أبحاث علمية حديثة‪ .‬حاول �أن ّ‬ ‫الحالي في مجال العلوم التقنية لر�سم �صورة واقعية لتقنية النانو في الم�ستقبل‪.‬‬ ‫تقدم تقنية النانو في المجتمعات المحلية والقومية والعالمية؟‬ ‫كيف �سي�ؤثر ّ‬ ‫وواقعيا في الوقت ذاته‪.‬‬ ‫قدم عملك على �صورة مل�صقات‪� ،‬أو عر�ض تقديمي على الحا�سوب‪ .‬وكن خال ًّقا وا�سع الخيال‪،‬‬ ‫ّ‬ ‫ً‬ ‫وا�ستعن بالمجالت العلمية الدورية‪ ،‬وو�سائل الإعالم على م�ستوى العالم لدعم �آرائك‪ ،‬واحر�ص على ذكر م�صادر‬ ‫المعلومات التي رجعت �إليها‪.‬‬

‫تحدى نف�سك‬ ‫الذري على تو ّقع الخ�صائ�ص الكيميائية والفيزيائية لعنا�صر �أخرى‪.‬‬ ‫ا�ستعن بفهمك للتركيب ّ‬ ‫وتخيل �أنك تقل�صت �إلى حجم نانوي‪ ،‬فماذا يمكن �أن تالحظ؟ كيف �سيبدو لك عالم النانو؟ وما الم�شكالت التي يمكن �أن‬ ‫ّ‬ ‫يواجهها �شخ�ص بهذا الحجم على الم�ستوى النانوي؟‬

‫مراجعة الوحدة والت�أمل فيها‬ ‫ف ّكر فيما ي�أتي عند االنتهاء من درا�سة هذه الوحدة‪:‬‬ ‫ •ما مزايا ا�ستخدام الر�سوم البيانية لتف�سير المعلومات‪ ،‬وعر�ضها؟‬ ‫المذيبات الهيدروكربونية لتكوين محاليل مخ ّففة من البروم واليود؟‬ ‫ •ما ميزة ا�ستخدام ُ‬ ‫ •لماذا يميل الكيميائيون على الأغلب �إلى تمثيل تفاعالت الإحالل بتبيان الجزيئات والأيونات المتفاعلة فقط؟‬ ‫ •ما العنا�صر الأخرى التي يمكن ا�ستخدامها بد ًال من الف�ضة لإنتاج مواد ح�سا�سة لل�ضوء؟‬ ‫عد العنا�صر االنتقالية "معادن نموذجية"؟‬ ‫ •لماذا ُت ّ‬ ‫ •لماذا لم ُيكت�شف البكمن�سترفوليرين �إال منذ وقت قريب؟‬ ‫إالم تعزو �أهمية اال�ستثمار في التقنية الحديثة؟‬ ‫ •� َ‬

‫‪71‬‬

‫الوحدة ال�ساد�سة‬

‫الروابط الكيميائية‬

‫‪18‬‬

‫حـول هـذه الوحــدة‬

‫ُّمية للوحدة‬ ‫الأهداف التعل ّ‬

‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫• ُت ّلم بالمعرفة والمفاهيم والمبادئ من مجاالت كيميائية مختلفة‪ ،‬وتطبقها على �سياقات مختلفة‪ ،‬مع‬ ‫م�ستخدما مفردات متخ�ص�صة منا�سبة‪.‬‬ ‫وا�ضحا‪،‬‬ ‫تعبيرا‬ ‫التعبير عن الأفكار‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫•ت�ستخدم مهارات الكيمياء في �سياقات تجمع بين مجاالت مختلفة في المو�ضوع‪.‬‬ ‫• ُتجري تقييمات تنطوي على م�ستوى �أخطار المواد الكيميائية التي �س ُت�ستخدم �أو ُت�صنع‪� ،‬أو للإجراءات‬ ‫التي �س ُتتبع عند ا�ستخدام �أو ت�صنيع تلك المواد‪.‬‬ ‫• ُتدرك طبيعة ُقوى الجذب بين الجزيئات‪.‬‬ ‫•تدرك ت�أثير قوى الجذب بين الجزيئات (الترابط بين الجزيئات) وفي داخلها (الترابط بين ال ّذرات داخل‬ ‫الجزء) في الخ�صائ�ص الكيميائية والفيزيائية للعنا�صر‪.‬‬ ‫م�ستخدما النموذج النوعي للتنافر بين �أزواج‬ ‫•ت�شرح �أ�شكال الجزيئات والأيونات‪ ،‬وزوايا الروابط فيها‬ ‫ً‬ ‫الإلكترونات وحتى �أربعة �أزواج من الإلكترونات (بما في ذلك �أزواج وحيدة)‪ ،‬ومثال ذلك‪( BF3 :‬ثالثي‬ ‫الزوايا)‪( CO2 ،‬خطي)‪ ،‬و ‪ CH4‬و ‪( NH4+‬رباعي الأوجه)‪( NH3 ،‬هرمي)‪�( H2O ،‬شكل ‪.)V‬‬ ‫•تتوقع �أ�شكال الروابط وزواياها في جزئيات و�أيونات مماثلة لما هو مذكور �أعاله‪.‬‬

‫وفهما‬ ‫�ستعد في هذه الوحدة‪ ،‬م�صادر مثيرة ومحفزة ل�شرح الروابط الكيميائية لطالب �آخرين‪ .‬ويتطلب القيام بذلك معرفة‬ ‫ً‬ ‫عميقين حول المو�ضوعات الآتية‪ :‬الرابطة الأيونية‪ ،‬الرابطة الت�ساهمية‪� ،‬أ�شكال الجزيئات‪ ،‬القوى بين الجزيئات‪ ،‬الرابطة‬ ‫الفلزية‪.‬‬ ‫ومن غير المرجح �أن تتمكن من تنفيذ الأن�شطة الخم�سة جميعها في هذه‬ ‫ن�شاطا‬ ‫ويعين لك‬ ‫الوحدة‪ .‬لذا‪،‬‬ ‫ً‬ ‫�سيق�سم المعلم الطالب �إلى مجموعات‪ُ ،‬‬ ‫ّ‬ ‫(�أو �أن�شطة) محددة للتركيز عليها‪.‬‬ ‫ويتعين عليك �أن ت�صمم المواد ال�ستخدامها في منتدى على �شبكة‬ ‫الإنترنت‪� ،‬أو على الموقع الإلكتروني للمدر�سة حتى يتمكن الآخرون من‬ ‫التعليق على عملك‪ ،‬وتقييمه‪ ،‬وتقديم الردود حوله‪.‬‬ ‫ا�ستخدم معرفتك الخا�صة‪ ،‬وم�صادر �أخرى منا�سبة لت�صميم الأن�شطة‬ ‫العملية �أو اال�شتراك فيها‪ ،‬حتى‪:‬‬ ‫ح�ضرها‪،‬‬ ‫ •تتعرف � ّأي �أخطار للمواد الكيميائية التي �ست�ستخدمها �أو ُت ّ‬ ‫�أو الإجراءات التي �ستتبعها‪.‬‬ ‫قوم �أي �ضرر فعلي قد ينجم عن �أخطار ا�ستخدام المواد الكيميائية‪ ،‬ومدى خطورة هذا ال�ضرر‪.‬‬ ‫ • ُت ّ‬ ‫ • َت�ستخدم التدابير المنا�سبة (مثل‪ :‬خزانة حفظ المواد‪ ،‬نظارات واقية‪ ،‬قفافيز‪� ،‬إطفاء النيران المك�شوفة)‪.‬‬ ‫لذا يجب عليك �إجراء التجارب المخبرية في غرفة ال�صف قبل ن�شرها على موقع المنتدى في �شبكة الإنترنت‪.‬‬

‫‪73‬‬

‫ا�ستخدام تقنية المعلومات واالت�صاالت‬ ‫ُتركز هذه الوحدة ب�صورة خا�صة على ا�ستخدام تقنية المعلومات واالت�صاالت لإعداد‪:‬‬ ‫ •عرو�ض تقديمية‪.‬‬ ‫ •وثائق ت�ضم اقتراحات للمهام العملية‪ ،‬والواجبات المنزلية‪ ،‬والأن�شطة التو�سعية (ويمكن �أن ت�شتمل على ر�سوم بيانية‬ ‫و�صور فوتوغرافية)‪.‬‬ ‫ •جداول بيانات يمكن تفح�صها لتحديد الأنماط والخ�صائ�ص‪.‬‬ ‫ومج�سمات‪.‬‬ ‫ •عرو�ض ر�سوم كرتونية‬ ‫ّ‬ ‫ •ملفات �صوتية (بودكا�ست) �أو مرئية (فيديو كليب)‪.‬‬ ‫يلخ�ص الجدول التالي الفر�ص المتاحة ال�ستخدام تقنية المعلومات واالت�صاالت في كل ن�شاط‪.‬‬ ‫عر�ض تقديمي‬

‫وثيقة‬

‫جدول بيانات‬

‫ر�سوم متحركة‬

‫ملف فيديو‬

‫الن�شاط‬ ‫الن�شاط الأول‪ :‬الرابطة الأيونية‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫الن�شاط الثاني‪ :‬الرابطة الت�ساهمية‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫الن�شاط الثالث‪� :‬أ�شكال الجزيئات‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫الن�شاط الرابع‪ :‬القوى بين الجزيئات‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫الن�شاط الخام�س‪ :‬الرابطة الفلزية‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫‪‬‬

‫الن�شاط الأول‬ ‫الرابطة الأيونية‬ ‫تو�ضح الأمثلة على ت�ش ّكل الأيونات والرابطة الأيونية‪ .‬ثم �صف الخ�صائ�ص الفيزيائية‬ ‫ح�ضر �سل�سلة من العرو�ض التي ّ‬ ‫ّ‬ ‫للمركبات الأيونية وا�شرحها‪ ،‬منها على �سبيل المثال‪:‬‬ ‫ •درجتا االن�صهار والغليان‬ ‫ •المو�صلية الكهربائية‬ ‫ •الذائبية‬ ‫(الذرات‪،‬‬ ‫ا�شرح هذه الخ�صائ�ص من حيث‪ :‬النوع‪ ،‬والحركة‪ ،‬وترتيب الجزيئات ّ‬ ‫والجزيئات‪ ،‬والأيونات) والقوى بينها‪.‬‬ ‫أي�ضا الرابطة الأيونية في كلوريد ال�صوديوم و�أك�سيد المغني�سيوم‪،‬‬ ‫وا�شرح � ً‬ ‫با�ستخدام مخططات النقاط والعالمات‪ .‬و�صف التركيب ال�شبكي لكلوريد‬ ‫ال�صوديوم‪.‬‬ ‫ا�ستق�صاء يهدف �إلى �إنتاج ملح مزدوج الأيونية‪ ،‬مثل كبريتات‬ ‫�صمم‬ ‫ً‬ ‫ثم ّ‬ ‫الأمونيوم والحديد‪ ،‬والمعروف با�سم ملح (مور)‪ ،‬مع الأخذ في الح�سبان �أنه‬ ‫لتو�ضح نمو الب ّلورات بالعر�ض‬ ‫يمكنك ا�ستخدام لقطات الفيديو التتابعية‬ ‫ّ‬ ‫بلورات كلوريد ال�صوديوم‬ ‫البطيء‪� ،‬أو المتقطع لتعزيز العر�ض التقديمي‪.‬‬

‫‪74‬‬

‫الن�شاط الثاني‬ ‫الروابط الت�ساهمية‬ ‫ت�ساهميا‪.‬‬ ‫ح�ضر �سل�سلة من النماذج‪ ،‬وال�صور المتحركة‪� ،‬أو الر�سوم الكرتونية التي تو�ضح تكوين الجزيئات المرتبطة‬ ‫ّ‬ ‫ً‬ ‫وا�شرح تكوين الروابط الت�ساهمية با�ستخدام مخططات النقاط والعالمات‪ .‬كما يمكن �أن ت�ضم الأمثلة الم�ستخدمة‬ ‫الهيدروجين‪ ،‬والكلور‪ ،‬والأك�سجين‪ ،‬وكلوريد الهيدروجين‪ ،‬والماء‪ ،‬والأمونيا‪ ،‬والميثان‪ ،‬وثاني �أك�سيد الكربون‪ ،‬وغاز‬ ‫الإيثان‪.‬‬ ‫و�أن�شىء جدول بيانات يمكن �أن ي�ستخدمه الطالب الآخرون‪ ،‬لتف�سير الخ�صائ�ص الفيزيائية لمجموعة من المواد المترابطة‬ ‫ت�ساهميا‪ ،‬والتنب�ؤ بها‪.‬‬ ‫ً‬ ‫بين فيه الخ�صائ�ص‬ ‫ثم اكتب‬ ‫تقريرا حول الجزيئات الت�ساهمية ُت ّ‬ ‫ً‬ ‫النموذجية لأنواع �أخرى من المواد‪ .‬فيمكنك مث ًال �أن تبحث في جزيئات‬ ‫ت�ساهمية مو�صلة للكهرباء‪� ،‬أو جزيئات ت�ساهمية ح ّلت محل الفلزات‪.‬‬ ‫وما مزايا هذه المواد مقارنة بمزايا المواد التي ّحلت محلها؟‬

‫‪75‬‬

‫الن�شاط الثالث‬ ‫�أ�شكال الجزيئات‬ ‫المحددة �أعاله‪.‬‬ ‫تو�ضح الأ�شكال ثنائية وثالثية الأبعاد للجزيئات‬ ‫ح�ضر �سل�سلة من‬ ‫المج�سمات‪� ،‬أو الر�سوم المتحركة التي ّ‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫وادعم هذه النماذج �أو الر�سوم المتحركة بمالحظاتك المتعلقة ب�أ�شكال الجزيئات‪ ،‬وزوايا الروابط فيها‪.‬‬

‫تقديميا لإي�ضاح �أ�شكال هذه الجزيئات وف ًقا لنظرية تنافر �أزواج الإلكترونات في م�ستوى التكاف�ؤ‬ ‫عر�ضا‬ ‫أعد ً‬ ‫و� َّ‬ ‫ً‬ ‫(‪.)VSEPR‬‬ ‫تعرف �أ�شكال الجزيئات‪،‬‬ ‫ح�ضر � ً‬ ‫ثم ّ‬ ‫أي�ضا �سل�سلة من االختبارات التفاعلية التي من �ش�أنها م�ساعدة طالب �آخرين على ّ‬ ‫وت�سميتها‪ ،‬و�شرحها‪ .‬كما يمكنك ا�ستخدام هذه االختبارات كتمارين للتقييم الذاتي‪.‬‬

‫‪76‬‬

‫الن�شاط الرابع‬ ‫القوى بين الجزيئات‬ ‫ا�ستق�صاء للمقارنة بين العزوم الدائمة لثنائي القطب في مجموعة من الجزيئات‪ .‬ومن المفيد �أن تعرف �أن المحاليل‬ ‫ّ�صمم‬ ‫ً‬ ‫ال�سحاحة‪ .‬ويمكنك �أن‬ ‫التي تحتوي‬ ‫ً‬ ‫عزوما ثنائية القطب‪ ،‬تنحني نحو ق�ضيب م�شحون �إذا �أطلقت نفثة من ال�سائل من قعر ّ‬ ‫ت�سجل مقاطع فيديو �صوتية لعر�ض بع�ض خ�صائ�ص المواد التي ت�شتمل على هذا النوع من القوى بين الجزيئات‪.‬‬ ‫أنواعا مختلفة من القوى بين الجزيئات‪.‬‬ ‫اجمع بيانات حول الخ�صائ�ص الكيميائية والفيزيائية للجزيئات‪ ،‬على �أن ت�شمل � ً‬ ‫وو�ضح كيف ت�ؤثر قوى الجذب بين الجزيئات في الخ�صائ�ص الفيزيائية لهذه الجزيئات‪ .‬ويمكنك جمع هذه البيانات على‬ ‫ّ‬ ‫�صورة جداول‪� ،‬أو قاعدة بيانات‪ .‬كما يمكن ا�ستخدامها في �إنتاج مجموعة من ن�شرات المعلومات‪� ،‬أو الر�سوم البيانية التي‬ ‫بين كيف يمكن التنب�ؤ بالخ�صائ�ص الفيزيائية لمواد مختلفة وتف�سيرها‪.‬‬ ‫ُت ّ‬ ‫تقريرا حول خ�صائ�ص الماء الكيميائية والفيزيائية‪ ،‬وا�شرح الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات التي‬ ‫أخيرا اكتب‬ ‫ً‬ ‫و� ً‬ ‫أي�ضا �أن ُتورد �أمثلة �أخرى على الرابطة‬ ‫تحتوي على مجموعات – ‪ OH‬و–‪ ،NH‬ممثلة بالماء والأمونيا‪ .‬كما يمكنك � ً‬ ‫الهيدروجينية في الأنظمة البيولوجية‪ ،‬مثل تركيب الحم�ض النووي �أو البروتينات‪.‬‬

‫الحيودية الناتجة عن الرابطة الهيدروجينية‪ ،‬ومثال ذلك كثافة الجليد مقارنة‬ ‫اكتب‬ ‫قو ُم فيه خ�صائ�ص الماء ُ‬ ‫تقريرا ُت ّ‬ ‫ً‬ ‫تجمد الماء وغليانه‪.‬‬ ‫بالماء‪ ،‬واالرتفاع الن�سبي لدرجة ّ‬ ‫وتخيل كيف يمكن �أن تكون الحياة‪ ،‬لو لم توجد الروابط الهيدروجينية؟‬

‫‪77‬‬

‫الن�شاط الخام�س‬ ‫الرابطة الفلزية‬

‫المج�سات‪� ،‬أو الر�سوم المتحركة لتو�ضيح الترابط في‬ ‫�صمم �سل�سلة من‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫الفلزات‪.‬‬ ‫م�صممة‬ ‫قدم تفا�صيل عن خ�صائ�ص الفلزات من خالل خرائط مفاهيم‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬ ‫با�ستخدام �إحدى البرمجيات الآتية‪:‬‬ ‫مايكرو�سوفت باور بوينت‪� ،‬أو مايكرو�سوفت وورد‪� ،‬أو مايكرو�سوفت‬ ‫النا�شر‪.‬‬

‫تحدى نف�سك‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬ ‫ ‬

‫•ما نقاط القوة في المواد التي �أنتجتها؟‬ ‫•ما نقاط ال�ضعف في المواد التي �أنتجتها؟‬ ‫•ما الفر�ص التي يمكن �أن ت�ساعدك على تح�سين موادك وتنفيذها؟‬ ‫•ما المعيقات التي يمكن �أن تقف في �سبيل تح�سين هذه المواد وتنفيذها؟‬ ‫المواد الخا�صة بك بالرجوع �إلى الأهداف التعلمية لكل ن�شاط‪.‬‬ ‫•على �ضوء التحليالت المذكورة �أعاله‪ّ ،‬‬ ‫قيم ّ‬ ‫•ما الذي تحتاج �إليه الح ًقا لتح�سين هذه المواد وتنفيذها؟‬

‫مراجعة الوحدة والت�أمل فيها‬ ‫ف ّكر فيما ي�أتي عند االنتهاء من درا�سة هذه الوحدة‪:‬‬ ‫طورت مهاراتك؟ ِ‬ ‫واحدا على تطورٍ حدث في‬ ‫هات مثا ًال‬ ‫ً‬ ‫طورتها في هذه الوحدة؟ وكيف ّ‬ ‫ •ما المهارات التي ّ‬ ‫مهاراتك في كل من المجاالت الآتية‪ :‬حل الم�شكلة‪ ،‬التعاون مع الآخرين‪ ،‬المجازفة عند العمل ب�صورة فردية‪،‬‬ ‫تقييم �أ�ساليبك وتعديلها في �ضوء الخبرة المكت�سبة‪.‬‬ ‫ •� ّأي هذه المجاالت �ش ّكلت ال�صعوبة الأكبر بالن�سبة �إليك؟ وكيف يمكنك تح�سين مهاراتك في هذا المجال؟‬ ‫حول بع�ض العقاقير الطبية �إلى �أمالح الهيدروكلوريد الأكثر قابلية للذوبان؟‬ ‫ •لماذا ُت ّ‬ ‫ •ما الذي يجعل الأك�سجين يذوب في الماء‪ ،‬مع �أنه مادة غير قطبية؟‬ ‫جدا في النظم البيولوجية؟‬ ‫مهما ً‬ ‫ •لماذا ُي ّ‬ ‫عد �شكل الجزيئات ً‬ ‫العام"؟‬ ‫الماء "المذيب‬ ‫�سمى ُ‬ ‫ّ‬ ‫ •لماذا ُي ّ‬ ‫ •ما ال�سبائك؟ وما ال�سبائك الذكية‪.‬‬ ‫ •لماذا لم ُيكت�شف البكمن�سترفوليرين �إال منذ وقت قريب؟‬ ‫إالم تعزو �أهمية اال�ستثمار في التقنية الحديثة؟‬ ‫ •� َ‬

‫‪78‬‬

‫بوابة موهبة اإللكترونية‬ ‫شاركنا التجربة واكتشف عالم بوابة موهبة‬ ‫المرجع الرئيسي للموهبة واإلبداع واالبتكار في العالم العربي‬

‫ٌ‬ ‫بوابة علمية متخصصة في إرساء أسس تربية الموهوبين والمبدعين في المملكة العربية السعودية والعالم‬ ‫بوابة موهبة اإللكترونية‬ ‫معرفيًا متجددً ا ومجا ً‬ ‫ال تفاعليًا للمشاركة المجتمعية‪.‬‬ ‫تقدم خدمات متنوعة للموهوبين والقائمين على رعايتهم‪ ،‬وتعتبر مصدرًا‬ ‫العربي‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫ّ‬

‫‪Info@mawhiba.org.sa‬‬ ‫الرقم المجاني‪8 0 0 6 1 2 3 3 3 3 :‬‬