كتاب الكيمياء الثالث المتوسط

‫‪ 2 - 4 - 2‬بع�ض مركبات الكال�سيوم‪:‬‬ ‫هيدروكسيد الكالسيوم‪.‬‬ ‫‪ - 1‬هيدروكسيد الكالسيوم ‪Ca(OH)2‬‬ ‫يحضر باضافة الماء الى اوكسيد الكالسيوم ‪( CaO‬النورة‬ ‫او الجير الحي) في عملية تعرف باطفاء الجير والتي تؤدي‬ ‫الى الحصول على هيدروكسيد الكالسيوم الذي يعرف احيان ًا‬ ‫بالجير المطفأ ويدعى محلول هيدروكسيد الكالسيوم الصافي‬ ‫بماء الكلس الصافي كما تصفه المعادلة الاتية‪:‬‬ ‫‪CaO + H2O‬‬ ‫‪Ca(OH)2‬‬ ‫الذي عند امرار غاز ‪ CO2‬عليه نلاحظ تعكره بسبب تكون‬ ‫كاربونات الكالسيوم‪ .‬كما في المعادلة الاتية‪:‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫‪Ca(OH)2 + CO2‬‬ ‫‪CaCO3 + H2O‬‬ ‫ان استمرار امرار غاز‬ ‫محلول مائي‬ ‫ ‬ ‫كاربونات الكالسيوم ‬ ‫ ‬ ‫‪ CO2‬في محلول ماء‬ ‫الكلس الصافــي ‪ -‬بعد‬ ‫(ماء الكلس الصافي)‬ ‫راسب ابيض︸‬ ‫تعكــره ‪ -‬يسبب عودة‬ ‫(محلول عكر)‬ ‫المحلول صافي ًا!! وذلك‬ ‫لتكــــون ‪Ca(HCO3)2‬‬ ‫‪ - 2‬كبريتات الكالسيوم ‪:‬‬ ‫كثيـــرة الذوبـــان فــــي‬ ‫توجد بشكل جبس ‪ CaSO4.2H2O‬حيث يرتبط مع كبريتات‬ ‫الكالسيوم الصلبة جزيئين من الماء يسمى ماء التبلور وعندما‬ ‫الماء‪.‬‬ ‫يفقد ماء التبلور بالتسخين جزئي ًا يتحول الجبس الى جبس‬ ‫باريس ‪ )CaSO4)2 .H2O‬والتفاعل انعكاسي اي عندما تلتقط‬ ‫عجينة باريس الماء تتجمد وتتحول الى الجبس مع تمدد في‬ ‫الحجم ‪ .‬وتستعمل عجينة باريس (جبس باريس) في التجبير‬ ‫وفي صنع التماثيل وكذلك في البناء‪.‬‬ ‫)‪2(CaSO4 .2H2O‬‬ ‫‪(CaSO4)2 .H2O + 3H2O‬‬ ‫‪(CaSO4)2 .H2O + 3H2O‬‬ ‫)‪2(CaSO4 .2H2O‬‬ ‫‪51‬‬

‫أسئلة الفصل الثاني‬ ‫‪ 3.2‬بين لماذا؟‬ ‫‪ 1.2‬اختر من بين القوسين ما يكمل المعنى‬ ‫العلمي فيما يأتي‪:‬‬ ‫‪ – 1‬لا ينتمي الالمنيوم ‪ 13Al‬الى مجموعة‬ ‫عناصر الزمرة الاولى‪.‬‬ ‫‪ – 1‬من عناصر الزمرة الاولى ‪( :‬الهيليوم ‪،‬‬ ‫الراديوم ‪ ،‬الصوديوم ‪ ،‬البورون)‬ ‫‪ – 2‬عند ترك حبيبات ‪ NaOH‬في الجو الرطب‬ ‫تتميء اول ًا ثم تتكون عليها قشرة صلبة‪.‬‬ ‫‪ – 2‬عنصر البوتاسيوم اكثر فعالية من عنصر‬ ‫الليثيوم وذلك ‪ ( :‬لوجود الكتروني تكافؤ‬ ‫‪ - 3‬يحفظ الصوديوم ‪ Na‬في النفط‪.‬‬ ‫بذرته ‪ ،‬لأن نصف قطر ذرته اكبر ‪ ،‬لعدم‬ ‫وجود الكترون تكافؤ بذرته ‪ ،‬لوجوده حر ًا‬ ‫‪ - 4‬سميت عناصر الزمرة الاولى بالفلزات‬ ‫القلوية‪.‬‬ ‫في الطبيعة)‪.‬‬ ‫‪ - 5‬اختفاء لمعان قطعة الصوديوم المقطوعة‬ ‫‪ – 3‬تكافؤ عنصر المغنيسيوم في مركباته‪:‬‬ ‫حديث ًا بعد فترة‪.‬‬ ‫( ‪.) 4 ، 3 ، 2 ، 1‬‬ ‫‪ 4.2‬وضح علمي ًا لماذا‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬سهولة انتزاع الكتروني التكافؤ من‬ ‫‪ – 4‬اذا فقدت ذرة الليثيوم الكترون التكافؤ‬ ‫تتحول الى (ايون احادي الشحنة‬ ‫عنصر الكالسيوم‪.‬‬ ‫الموجبة ‪ ،‬ايون سالب ‪ ،‬ايون ثنائي‬ ‫ب ‪ -‬وضع العناصر ‪ :‬الليثيوم ‪ 3Li‬والصوديوم‬ ‫الشحنة الموجبة ‪ ،‬ايون ثنائي الشحنة‬ ‫‪ 11Na‬والبوتاسيوم ‪ 19K‬ضمن زمرة واحدة‬ ‫السالبة)‪.‬‬ ‫رغم اختلافها في العدد الذري‪.‬‬ ‫‪ 5.2‬ما الفرق بين كلوريد الصوديوم النقي‬ ‫‪ 2.2‬أ – اذكر الفرق بين الجبس الاعتيادي‬ ‫وجبس باريس‪.‬‬ ‫‪ NaCl‬وبين ‪ NaCl‬غير النقي‪.‬‬ ‫ب – لكلوريد الصوديوم اهمية صناعية‬ ‫كبرى‪ .‬لماذا؟ اذكر ثلاث فوائد له‪.‬‬ ‫جـ ‪ -‬الباريوم اكثر فلزية من البريليوم ‪.‬‬ ‫علام استندنا في ذلك؟‬ ‫‪52‬‬







‫‪Aluminum‬‬ ‫‪ : 3 - 3‬الالمنيوم‬ ‫الرمز الكيميائي‪Al :‬‬ ‫‪13P+‬‬ ‫العدد الذري ‪13 :‬‬ ‫‪14n0‬‬ ‫عدد الكتلة ‪27 :‬‬ ‫الترتيب الالكتروني‬ ‫عدد‬ ‫رقم الغلاف(‪)n‬‬ ‫رمز الغلاف‬ ‫رسم الترتيب الالكتروني‬ ‫الالكترونات‬ ‫لذرة الالمنيوم‪.‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪K‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪ 1 - 3 - 3‬وجود الالمنيوم‬ ‫اوكسيد الالمنيوم الطبيعي‬ ‫(مع شوائب)‪.‬‬ ‫لا يوجد الالمنيوم حر ًا في الطبيعة لانه من الفلزات‬ ‫الفعالة فهو يوجد متحد ًا مع غيره من العناصر ضمن مركبات‬ ‫مـــن خــامـــات الالـمنيـــوم‬ ‫متنوعة‪ .‬والالمنيوم اوسع الفلزات انتشار ًا في قشرة الارض‪،‬‬ ‫الطبيعية ‪( ..‬التربة)‪.‬‬ ‫فهو يلي الاوكسجين (‪ )%46‬و السيليكون (‪ )%28‬في سعة‬ ‫انتشاره‪ .‬اذ يؤلف الالمنيوم نحو (‪ )%8‬من صخور القشرة‬ ‫‪56‬‬ ‫الارضية والطين‪ ،‬ورغم انتشار سليكات الالمنيوم المعقدة‬ ‫في الصخور والطين‪ ،‬فانها لا تصلح لاستخلاص الالمنيوم‬ ‫منها‪ ،‬حالي ًا‪ ،‬بسبب الكلفة العالية اقتصادي ًا‪ .‬يعتبر‬ ‫البوكسايت ‪ Al2O3.2H2O‬وهو اوكسيد الالمنيوم المائي‪ ،‬الخام‬ ‫الرئيس للالمنيوم‪ ،‬فهو اهم خام يستعمل لاستخلاص الفلز‪.‬‬ ‫بينما يعتبر الكريولايت (‪ )Na3AlF6‬وهو فلوريد مزدوج‬ ‫من الصوديوم والالمنيوم من المصادر المهمة المستعملة‬ ‫لاستخلاص الفلز‪.‬‬ ‫‪ 2 – 3 – 3‬ا�ستخلا�ص الالمنيوم‬ ‫هناك طرائق عديدة لاستخلاص الالمنيوم من مركباته‪.‬‬ ‫وتعتبر طريقة هول‪ ،‬في الوقت الحاضر‪ ،‬من احسنها‬

‫البوكسايت‪.‬‬ ‫واكفئها‪ .‬حيث تستعمل في الصناعة بشكل واسع‪ .‬وتعتمد‬ ‫هذه الطريقة على التحليل الكهربائي للألومينا ‪ Al2O3‬النقية‬ ‫في حمام من منصهر الكريولايت ‪( AlF3(NaF)3‬أو تكتب‬ ‫صيغته ‪ )Na3AlF6‬بدرجة حرارة (‪ )1000ioC‬وباستعمال أقطاب‬ ‫كاربونية‪ .‬ولا توجد الالومينا ‪ Al2O3‬نقية في الطبيعة بل توجد‬ ‫ضمن الخام المعروف بالبوكسايت ‪ Al2O3. 2H2O‬مع شوائب‬ ‫من الحديد وغيره‪.‬‬ ‫ينقى خام البوكسايت كيميائي ًا من الشوائب للحصول‬ ‫على اوكسيد الالمنيوم النقي ‪( Al2O3‬الالومينا) والذي له‬ ‫درجة انصهار عالية ويذاب في منصهر الكريولايت الذي‬ ‫يعمل على تخفيض درجة انصهار الالومينا‪ .‬يوضع المنصهر‬ ‫في خلية تحليل كهربائية كما في الشكل ( ‪ )2 - 3‬وعند امرار‬ ‫التيار الكهربائي يتجمع الالمنيوم على شكل منصهر في‬ ‫اسفل الخلية ويسحب بين مدة واخرى‪.‬‬ ‫منصهر الالمنيوم‪.‬‬ ‫قطب الانود الموجب‬ ‫قطب الكاثود السالب‬ ‫من الكرافيت‬ ‫من الكرافيت‬ ‫‪ Al2O3‬الالومينا‬ ‫‪CO2‬‬ ‫مذاب في الكريولايت‬ ‫‪Na3AlF6‬‬ ‫الشكل (‪)2 - 3‬‬ ‫‪Al‬‬ ‫خليـــة هــــول لاستخــلاص‬ ‫‪ 3 – 3 – 3‬خوا�ص الالمنيوم‬ ‫الالمنيوم‪.‬‬ ‫‪ – 1‬الخواص الفيزيائية‬ ‫‪57‬‬ ‫الالمنيوم فلز ذو مظهر فضي جيد التوصيل للحرارة‬ ‫والكهربائية وقليل الكثافة‪.‬‬



‫الشكل (‪)3 - 3‬‬ ‫استخدام تفاعل الثرميت في‬ ‫لحيم قضبان سكك الحديد‪.‬‬ ‫د – تفاعل الالمنيوم مع الحوامض والقواعد‪:‬‬ ‫يتفاعل الالمنيوم مع حامض الهيدروكلوريك المخفف‬ ‫بسهولة محرر ًا غاز الهيدروجين ومكون ًا كلوريد الالمنيوم‪:‬‬ ‫‪2Al‬‬ ‫‪+ 6HCl‬‬ ‫‪2AlCl3 + 3H2‬‬ ‫المنيوم‬ ‫حامض الهيدروكلوريك‬ ‫غاز الهيدروجين كلوريد الالمنيوم‬ ‫المخفف‬ ‫ولا يستمر تفاعل الالمنيوم مع كل من حامض النتريك‬ ‫المخفف والمركز ‪ ،‬بسبب تكون طبقة من اوكسيده ‪Al2O3‬‬ ‫التي تعزل الحامض عن الفلز‪ ،‬فيتوقف التفاعل‪ ،‬ويفاد من‬ ‫هذه الخاصية في حفظ حامض النتريك (التيزاب) ونقله بأوان‬ ‫من الالمنيوم‪.‬‬ ‫يتفاعل الالمنيوم مع محاليل القواعد مثل محلول‬ ‫هيدروكسيد الصوديوم او البوتاسيوم في الماء محرر ًا غاز‬ ‫الهيدروجين وملح الالمنيوم‪.‬‬ ‫نستنتج من اعلاه بأن عنصر الالمنيوم يتفاعل مع الحوامض‬ ‫والقواعد محرر ًا غاز الهيدروجين في الحالتين ويدعى هذا‬ ‫السلوك بالسلوك الامفوتيري‪.‬‬ ‫‪59‬‬

‫‪ : 4 - 3 - 3‬ا�ستعمالات الالمنيوم‪:‬‬ ‫اخترنا هذا العنصر للتوسع في دراسته نظري ًا وعملي ًا‬ ‫ضمن حدود هذه المرحلة وذلك لان هذا العنصر هو عنصر‬ ‫المستقبل بعد ان ينضب عنصر الحديد‪ .‬والبحوث العلمية‬ ‫مستمرة لتيسير امكانية استخلاص الالمنيوم من الطين‪.‬‬ ‫يمتاز عنصر الالمنيوم وسبائكه بأن نسبة الكتلة فيه‬ ‫تكون عالية جد ًا وعند تعرضه للهواء الجوي تتكون عليه طبقة‬ ‫رقيقة من اوكسيد الالمنيوم صلدة جد ًا تلتصق بشدة على‬ ‫السطح مانعة الهواء من الوصول الى الفلز فيتوقف التأكسد‬ ‫وبذلك يكون الالمنيوم فلز يقي نفسه شر التأكل‪ ،‬وهذا ما‬ ‫لا يحدث في حالة الحديد لماذا ؟ لأن طبقة اوكسيد الحديد‬ ‫المتكونة (الصدأ) هشة تتفتت بسهولة فتفسح المجال للهواء‬ ‫(الاوكسجين والرطوبة) باستمرار فعلها بالتآكل‪.‬‬ ‫يمكن استعمال الالمنيوم في صناعة الاسلاك الكهربائية‪،‬‬ ‫حيث ان توصيل الالمنيوم للكهربائية يساوي ضعف توصيل‬ ‫النحاس‪ ،‬اذا اخذنا نفس الكتلة من العنصرين‪ ،‬وهذا يؤدي‬ ‫الى ان نصف قطر الاسلاك المصنوعة من الالمنيوم يكون‬ ‫اكبر مما لاسلاك النحاس‪ .‬لكن لكون الالمنيوم اكثر تمدد ًا‬ ‫او تقلص ًا (بنسبة ‪ )%39‬من النحاس لنفس المدى الحراري‪،‬‬ ‫فلا تصنع الاسلاك الكهربائية من الالمنيوم الا ضمن نطاق‬ ‫محدود‪.‬‬ ‫تصنع حالي ًا من الالمنيوم صفائح رقيقة لتغليف الاطعمة‬ ‫والادوية والسكائر وللاستعمالات المنزلية الاخرى‪ .‬وكذلك‬ ‫تصنع منه القناني المعدنية المتنوعة الاحجام ‪ .‬كما تصنع من‬ ‫سبائكهالخفيفة؛الاوانيوالقدوروالملاعقوالصفائحوالكراسي‬ ‫وكثير من الصناعات الاخرى في بلدنا العراق‪ .‬بحيث لا يخلو‬ ‫بيت من سبيكته المعروفة بالـ ( فافون)‪ .‬ان صناعات الالمنيوم‬ ‫استعمــال الالمنيــــوم فــــي‬ ‫صناعات متنوعة‪.‬‬ ‫‪60‬‬



‫مثل محلول كبريتات الالمنيوم ‪ Al2(SO4)3‬مع هيدروكسيد‬ ‫الصوديوم او البوتاسيوم كما في المعادلة الاتية‪:‬‬ ‫‪Al2(SO4)3 + 6NaOH‬‬ ‫∆‬ ‫‪2Al(OH)3 + 3Na2SO4‬‬ ‫كبريتات‬ ‫هيدروكسيد‬ ‫كبريتات هيدروكسيد‬ ‫الالمنيوم‬ ‫الصوديوم‬ ‫الالمنيوم‬ ‫الصوديوم‬ ‫وهيدروكسيد الالمنيوم مادة جيلاتينية بيضاء لا تذوب في‬ ‫الماء‪.‬‬ ‫‪ – 2‬اوكسيد الالمنيوم ‪Al2O3‬‬ ‫يحضر من التسخين الشديد لهيدروكسيد الالمنيوم كما‬ ‫في المعادلة الاتية‪:‬‬ ‫‪2Al (OH)3‬‬ ‫∆‬ ‫‪Al2O3 + 3H2O‬‬ ‫وقد يوجد اوكسيد الالمنيوم في الطبيعة بصورة غير نقية‪،‬‬ ‫وعلى شكل مادة صلدة تستعمل في صقل المعادن وتلميعها‪.‬‬ ‫كما يدخل اوكسيد الالمنيوم في تركيب الكثير من الاحجار‬ ‫الكريمة عندما يكون مخلوط ًا مع بعض المعادن التي تعطيها‬ ‫مظهر ًا براق ًا والوان ًا جميلة‪.‬‬ ‫اوكسيـــــد الالمنيـــــوم فـــي‬ ‫الاحجار الكريمة‪.‬‬ ‫‪ – 3‬الشب ‪Alum‬‬ ‫عند مزج مقدارين متكافئين من محلولي كبريتات‬ ‫‪62‬‬ ‫الالمنيوم وكبريتات البوتاسيوم المائيين وترك المحلول‬ ‫ليتبخر ماؤه‪ ،‬نحصل على بلورات ملح يحتوي على كبريتات‬ ‫الالمنيوم وكبريتات البوتاسيوم وجزيئات ماء التبلور بنسبة‬ ‫كتلية ثابتة‪ .‬و الصيغة العامة للشب هي ‪]KAl (SO4)2. 12H2O[ :‬‬ ‫ويسمى ايض ًا شب البوتاس‪.‬‬ ‫يستخدم الشب الاعتيادي في مجالات متعددة منها لتعقيم‬ ‫بعض الجروح الخفيفة‪ ،‬حيث يساعد على تخثر الدم بسهولة‪،‬‬ ‫بسبب ذوبانه في الماء وترسب ‪ Al(OH)3‬على الجروح حيث‬ ‫يوقف سيلان الدم فيتخثر كما يستخدم في تثبيت الاصباغ‬ ‫على الاقمشة وفي تصفية مياه الشرب‪.‬‬

‫‪ 7 – 3 – 3‬الك�شف عن ايون الالمنيوم في محاليل مركباته‬ ‫يكشف عن ايون الالمنيوم في مركباته بوساطة محلول‬ ‫قاعدي مثل هيدروكسيد الصوديوم او هيدروكسيد البوتاسيوم‬ ‫حيث تتفاعل هذه المواد مع ايون الالمنيوم ‪ Al3+‬لتكون راسب ًا‬ ‫ابيض جلاتيني ًا هو هيدروكسيد الالمنيوم ‪ Al(OH)3‬كما في‬ ‫المعادلة الاتية‪:‬‬ ‫‪Al3+ + 3NaOH‬‬ ‫‪Al(OH)3‬‬ ‫‪↓+‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪3Na‬‬ ‫هيدروكسيد ايون‬ ‫ايون هيدروكسيد‬ ‫الصوديوم الالمنيوم‬ ‫الصوديوم الالمنيوم‬ ‫فمثل ًا‪:‬‬ ‫‪AlCl3 + 3NaOH‬‬ ‫‪Al(OH)3 ↓ + 3NaCl‬‬ ‫ان هذا الراسب ونعني به ‪ Al(OH)3‬يذوب عندما تضاف‬ ‫اليه زيادة من هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬بسبب تكون‬ ‫الومينات الصوديوم الذائبة ويذوب كذلك باضافة حامض‬ ‫اليه بسبب السلوك الامفوتيري ‪.‬‬ ‫‪63‬‬

‫أسئلة الفصل الثالث‬ ‫‪ 5.3‬اختر من القائمة (ب) ما يناسب كل‬ ‫‪ 1.3‬حدد العنصر الذي لا ينتمي للزمرة‬ ‫عبارة في القائمة ( أ ) ‪:‬‬ ‫الثالثة مما يأتي مع ذكر السبب‪:‬‬ ‫القائمة ( أ )‪:‬‬ ‫‪31Ga , 13Al , 12Mg , 5B‬‬ ‫‪ - 1‬عنصر ذو سلوك امفوتيري‬ ‫‪ 2.3‬اختر من بين القوسين ما يكمل المعنى‬ ‫‪ - 2‬تفاعل يسلك فيه الالمنيوم عامل ًا مختزل ًا‬ ‫ويحرر طاقة حرارية عالية تذيب الحديد‪.‬‬ ‫العلمي في العبارات الاتية‪:‬‬ ‫‪ - 1‬الكاليوم ‪ Ga‬عنصر ينتمي للزمرة‪:‬‬ ‫‪ - 3‬اوكسيد الالمنيوم‬ ‫‪ - 4‬ملح مزدوج من كبريتات البوتاسيوم‬ ‫(الاولى ‪ ،‬الثانية ‪ ،‬الثالثة)‪.‬‬ ‫‪ - 2‬يكون عنصر الالمنيوم في عملية‬ ‫والالمنيوم‬ ‫الثرميت عامل ًا‪( :‬مساعد ًا ‪ ،‬مؤكسد ًا ‪،‬‬ ‫‪ - 5‬احد عناصر الزمرة ‪ IIIA‬هو شبه فلز‪.‬‬ ‫مختزل ًا)‪.‬‬ ‫القائمة (ب)‬ ‫‪ - 3‬سبيكة برونز الالمنيوم تتكون من‬ ‫‪ - 1‬الثرميت‬ ‫نسبة (عالية ‪ ،‬قليلة ‪ )%100 ،‬من عنصر‬ ‫‪ - 2‬الشب‬ ‫الالمنيوم‪.‬‬ ‫‪ - 3‬الالومينا‬ ‫‪ 3.3‬اكمل العبارات الاتية بما تراه مناسب ًا‬ ‫‪ - 4‬الالمنيوم‬ ‫‪ - 5‬الانديوم‪.‬‬ ‫لاتمام المعنى‪:‬‬ ‫‪ - 6‬البورون‪.‬‬ ‫‪ - 1‬يتفاعل الالمنيوم مع الحوامض محرر ًا‬ ‫غاز ‪ ........‬وعند تفاعله مع القواعد‬ ‫يحرر ‪ .........‬لانه ‪..........‬‬ ‫‪ - 2‬تأثير اوكسجين الهواء الجوي في‬ ‫الالمنيوم لا يؤدي الى تآكله كما في حالة‬ ‫الحديد وذلك بسبب ‪..........‬‬ ‫‪ - 3‬التسخين الشديد لهيدروكسيد الالمنيوم‬ ‫يعطي ‪............. ، ...........‬‬ ‫‪ - 4‬ملح مكون من عنصري البوتاسيوم‬ ‫والالمنيوم يدعى ‪.............‬‬ ‫‪ - 5‬عنصر الالمنيوم يتفاعل مع الحوامض‬ ‫والقواعد ويدعى هذا السلوك بـ ‪...........‬‬ ‫‪ 4.3‬كيف يستخلص الالمنيوم مع رسم‬ ‫الجهاز والتأشير الكامل على الاجزاء؟‬ ‫‪64‬‬

‫الفصل الرابع ‪4‬‬ ‫المحاليل والتعبير عن التركيز‬ ‫‪Solutions and Expression for Concentration‬‬ ‫بعد الانتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على أن‪:‬‬ ‫يتعرف على المحاليل وطبيعتها‪.‬‬ ‫يميز بين أنواع المحاليل‪.‬‬ ‫يفهم قابلية الذوبان والعوامل المؤثرة فيها‪.‬‬ ‫يتعرف على بعض التعابير عن التراكيز وهي النسبة الكتلية والنسبة الحجمية ‪.‬‬ ‫‪65‬‬

‫‪ 1 - 4‬مقدمة‬ ‫هل تعلم‬ ‫تعتبر المحاليل مهمة في علم الكيمياء الى ابعد حد‪ ،‬اذ‬ ‫الماء الذي نستخدمه في‬ ‫ان المحاليل السائلة بصفة خاصة تكون هي الوسط المألوف‬ ‫حياتنا اليومية يعتبر‬ ‫غالب ًا بالنسبة للتفاعلات الكيميائية حيث انها تساعد‬ ‫محلول حيث يحتوي على‬ ‫على حدوث التداخل بين المواد المتفاعلة لحدوث التفاعل‬ ‫الاملاح الفلزية والبكتريا‬ ‫وكثير من المواد الاخرى‬ ‫الكيميائي‪.‬‬ ‫الذي يحدد نسبة تراكيزها‬ ‫المســـــموح بتـواجـــدهـا‬ ‫في مياه الشرب طبق ًا‬ ‫للمعايير العالمية‪.‬‬ ‫‪Solution‬‬ ‫‪ 2 - 4‬المحلول‬ ‫‪HCl‬‬ ‫خليط متجانس مكون من مادتين او اكثر لا يحدث بينها‬ ‫محلول حامضي‬ ‫تفاعل كيميائي‪ ،‬تسمى المادة الموجودة بوفرة في المحلول‬ ‫‪KOH‬‬ ‫مذيب (‪ )Solvent‬وتسمى المادة الموجودة بقلة في المحلول‬ ‫محلول قاعدي‬ ‫بالمذاب (‪ .)Solute‬ويمكن تمثيل ذلك بالمعادلة الاتية‪:‬‬ ‫‪KCl‬‬ ‫مذيب ‪ +‬مذاب‬ ‫محلول‬ ‫‪Solute + Solvent‬‬ ‫‪Solution‬‬ ‫محلول ملحي‬ ‫‪ 1 - 2 - 4‬انواع المحاليل‬ ‫الشكل (‪)1 - 4‬‬ ‫انواع مختلفة من المحاليل‬ ‫المحاليل عدة انواع اهمها واكثرها شيوع ًا هي المحاليل‬ ‫‪66‬‬ ‫السائلة‪ ،‬اي عندما يكون المذيب سائل ويمكن تحضير هذه‬ ‫المحاليل باذابة مادة صلبة في سائل‪ ،‬مثل اذابة ملح الطعام‬ ‫(‪ )NaCl‬في الماء لنحصل على محلول ملح الطعام او اذابة‬ ‫هيدروكسيد الصوديوم في الماء (محلول قاعدي)‪ ،‬او سائل‬ ‫في سائل كإذابة الكحول في الماء او اذابة غاز في سائل‬ ‫كاذابة غاز كلوريد الهيدروجين (‪ )HCl‬في الماء ويسمى‬ ‫الناتج الاخير بحامض الهيدروكلوريك (محلول حامضي)‬ ‫[الشكل (‪.])1 - 4‬‬ ‫‪HCl‬‬ ‫‪H2O‬‬ ‫‪HCl‬‬ ‫غاز كلوريد‬ ‫محلول حامض ‬ ‫الهيدروجين‬ ‫الهيدروكلوريك‬

‫الشكل (‪)2 - 4‬‬ ‫وهناك انواع أخرى للمحاليل منها غاز في غاز مثل الهواء‬ ‫أ ‪ -‬محلول مشبع‪.‬‬ ‫الجوي‪ ،‬ومحلول صلب في صلب مثل السبائك المختلفة‬ ‫ب ‪ -‬محلول فوق المشبع‪.‬‬ ‫واهمها قطع النقود المعدنية وسبائك الذهب وسنتطرق في‬ ‫جـ ‪ -‬محلول غير مشبع‪.‬‬ ‫هذا الفصل الى المحاليل السائلة فقط‪.‬‬ ‫‪ 2 - 2 - 4‬طبيعة المحاليل‬ ‫تختلف المحاليل في تسميتها وذلك حسب كمية‬ ‫المذاب والمذيب او طبيعة عملية الذوبان‪ .‬فالمحلول‬ ‫الذي يوصف بأنه مشبع (‪ )Saturated Solution‬هو المحلول‬ ‫الذي يحتوي على أكبر قدر ممكن من المذاب وان المذيب‬ ‫لا يستطيع ان يذيب اي زيادة اخرى من المذاب عند‬ ‫درجة حرارة محددة وضغط معين‪ .‬أما عندما تفوق كمية‬ ‫المذاب في محلول ما قد يمكن للمذيب من اذابته في‬ ‫الظروف الاعتيادية يسمى هذا المحلول بفوق المشبع‬ ‫(‪ )Supersaturated Solution‬وهذا النوع من المحاليل غير ثابت‬ ‫حيث أنها تلفظ الكمية الزائدة من المذاب على شكل راسب‬ ‫ليتحول الى محلول مشبع‪ .‬ويعرف المحلول بأنه غير مشبع‬ ‫(‪ )Unsaturated Solution‬اذا احتوى على كمية من المذاب اقل من‬ ‫الكمية اللازمة للتشبع عند درجة الحرارة والضغط المحددين‬ ‫الشكل (‪.)2 - 4‬‬ ‫عندما تتأين جزيئات المذاب في المحلول يسمى عند‬ ‫ذلك المحلول بالمحلول الالكتروليتي (‪،)Electrolyte Solution‬‬ ‫والمذاب قد يكون الكتروليت ًا قوي ًا عندما تتأين جزيئاته‬ ‫بشكل تام في المحلول مثل حامض الهيدروكلوريك‬ ‫[(الشكل ‪ .])3 - 4‬وقد يكون المذاب الكتروليت ًا ضعيف ًا اي ان‬ ‫الشكل (‪)3 - 4‬‬ ‫‪HCl H+ + Cl-‬‬ ‫تتأين جزيئات الالكتروليت‬ ‫القــــــــوي بشـــــكل تـــام في‬ ‫المذيب‪.‬‬ ‫‪67‬‬

‫جزيئاته تتأين بدرج ٍة غير تامة وأحيان ًا بدرجة بسيطة جد ًا‬ ‫مثل حامض الهيدروفلوريك حيث يتفكك (يتأين) بدرجة‬ ‫قليلة جد ًا في المذيب وتكون ايوناته في حالة توازن مع‬ ‫الجزيئات غير المتأينه [الشكل (‪ ،])4 - 4‬وفي المعادلة ادناه‬ ‫تعني الاسهم المتعاكسة ان المادة المتأينة جزئي ًا في حالة‬ ‫توازن مع الايونات الناتجة‪.‬‬ ‫‪HF H+ + F-‬‬ ‫وهناك مركبات جزيئاتها لا تتأين في المذيب مطلق ًا تسمى‬ ‫محاليلها بمحاليل غير الكتروليتية مثل السكر والكحول‬ ‫الاثيلي‪.‬‬ ‫‪Solubility‬‬ ‫‪ 3 - 4‬قابلية الذوبان‬ ‫تعرف بانها اكبر كمية من المادة المذابة يمكن ان تذوب‬ ‫الشكل (‪)4 - 4‬‬ ‫في حجم ثابت من مذيب معين للحصول على محلول مشبع‬ ‫تتأين جزيئات الالكتروليت‬ ‫عند درجة حرارة معلومة (محددة)‪ .‬وتختلف قابلية الذوبان‬ ‫الضـــعيف فــــي المــــذيب‬ ‫تبع ًا لطبيعة المذاب والمذيب ودرجة الحرارة والضغط‪.‬‬ ‫بشــــــكل جزئـــــي وتكــــون‬ ‫الايونات الناتجة متواجدة‬ ‫والتي سنشرحها بايجاز كما يأتي‪.‬‬ ‫بتوازن مع الجزيئات غير‬ ‫‪ 1 - 3 - 4‬طبيعة المذاب والمذيب‬ ‫المتأينة‪.‬‬ ‫اذا وضعت كمية صغيرة من بلورات ملح الطعام في دورق‬ ‫الشكل (‪)5 - 4‬‬ ‫به ماء‪ ،‬فان البلورات تذوب فيه ببطء‪ ،‬واذا رج الدورق‬ ‫يذوب الســــكر بســرعة عند‬ ‫بمحتوياته تذوب البلورات بسرعة اكبر‪ ،‬حيث تؤدي عملية‬ ‫الرج الى ملامسة سطح البلورات بالماء بصورة اكبر‪ ،‬لان‬ ‫تحريكه بالملعقة‪.‬‬ ‫عملية الذوبان ظاهرة تتعلق بالسطح المعرض للذوبان‪ ،‬وهذا‬ ‫السبب في تحريك قدح الشاي بالملعقة بعد وضع السكر فيه‬ ‫‪68‬‬ ‫(الشكل ‪ .)5 - 4‬كما ان مسحوق السكر يذوب اسرع من حبيبات‬ ‫السكر‪ ،‬لان سطح المسحوق المعرض لملامسة جزيئات الماء‬ ‫يكون اكبر من السطح لحبيبات السكر‪ ،‬اذ ًا نستنتج انه كلما‬ ‫ازداد سطح المادة المذابة المعرض للمذيب ازدادت سرعة‬ ‫الذوبان‪ ،‬اما بالنسبة للمذيب فالطبيعة القطبية أو غير‬



‫‪ 4 - 4‬تركيز المحلول ‪Concentration of Solution‬‬ ‫كما اسلفنا ان المحلول يتكون من جزئين رئيسيين هما‬ ‫مركز‬ ‫مخفف‬ ‫المذاب والمذيب‪ .‬وتختلف المحاليل من حيث كميات المذاب‬ ‫الشكل (‪)8 - 4‬‬ ‫محلول مخفف ومحلول مركز‬ ‫والمذيب فيها‪ .‬وهناك طرق يمكن بواسطتها التعبير عن هذه‬ ‫من كبريتات النحاس‪.‬‬ ‫الكميات وعلاقتها بعضها ببعض ويعبر عن هذه العلاقة عادة‬ ‫(أ)‬ ‫بتركيز المحلول‪ .‬يعرف تركيز المحلول بانه كمية المادة‬ ‫(ب)‬ ‫المذابةفيكميةمعينةمنالمذيباوالمحلول‪،‬ويمكنالتعبير‬ ‫الشكل (‪)9 - 4‬‬ ‫عن تركيز المحلول وصفي ًا او كمي ًا ويستخدم مصطلحي‬ ‫أ ‪ -‬توزيع جزيئات المذاب‬ ‫مخفف (‪ )Dilute‬ومركز (‪ )Concentreated‬لوصف تركيز‬ ‫في المحلول المركز‪.‬‬ ‫المحلول [الشكل (‪ .])8 - 4‬فالمحلول الذي يحتوي على كمية‬ ‫ب ‪ -‬توزيع جزيئات المذاب‬ ‫قليلة نسبي ًا من المذاب يوصف بانه محلول مخفف‪ .‬بينما‬ ‫في المحلول المخفف‪.‬‬ ‫يوصف المحلول الذي يحتوي على كمية كبيرة من المذاب‬ ‫‪70‬‬ ‫بانه محلول مركز [الشكل (‪ ،])9 - 4‬كما يمكن تحويل المحلول‬ ‫المركز الى مخفف باضافة كمية اكبر من المذيب اليه‪.‬‬ ‫اما كمي ًا فيمكن ان نعبر عن تركيز المحلول بعدة طرائق‬ ‫اهمها‪:‬‬ ‫‪ 1 - 4 - 4‬التركيز بالن�سبة المئوية الكتلية‬ ‫وهو عدد وحدات الكتلة من المادة المذابة في ‪ 100‬وحدة‬ ‫كتلة من المحلول (النسبة الكتلية للمذاب او المذيب) او‬ ‫ببساطة هي عدد غرامات المذاب في مئة غرام من المحلول‬ ‫وتحسب النسبة المئوية الكتلية للمذاب والمذيب كما‬ ‫يأتي‪:‬‬ ‫× ‪%100‬‬ ‫كتلة المذاب‬ ‫النسبة الكتلية للمذاب =‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫كتلة المحلول‬ ‫او ان ‪:‬‬ ‫النسبة الكتلية للمذاب = ـــــــــكــتــلــةـــاــلـــمــذــاــــبـــ(ــ‪1‬ــــ‪m‬ـ)ــــــ × ‪%100‬‬ ‫كتلة المحلول (‪)m1+m2‬‬ ‫او بتعبير آخر‪:‬‬ ‫النسبة الكتلية للمذاب = ـــــــــكــتــلــةـــاــلـــمــذــاــــبـــ(ــ‪1‬ــــ‪m‬ـ)ــــــ × ‪%100‬‬ ‫كتلة المحلول (‪)mT‬‬

‫هل تعلم‬ ‫حيث (‪ )m1‬كتلة المذاب و (‪ )m2‬كتلة المذيب و (‪ )mT‬كتلة‬ ‫الكثير من المواد التي‬ ‫المحلول {مجموع كتلة المذاب والمذيب(‪.})m1+m2‬‬ ‫تباع يتم تخزيتها وبيعها‬ ‫في صورة مركزة ويتم‬ ‫وبالطريقة نفسها يمكن ان نكتب النسبة المئوية الكتلية‬ ‫تخفيفها عند الاستخدام‬ ‫فمثلا معجون الطماطم‬ ‫للمذيب بالعلاقة الرياضية الاتية‪:‬‬ ‫المستخدم في بيوتنا‬ ‫النسبة الكتلية للمذيب = ـــــكـــتـلـــةـــاــلــمـــذــيــــبــــ(ـ‪2‬ــــ‪m‬ــ)ــ × ‪%100‬‬ ‫يباع بصورة مركزة بل‬ ‫كلما كان تركيزه اعلى‬ ‫كتلة المحلول (‪)mT‬‬ ‫اصبحت قيمته اكثر ولكن‬ ‫وبشكل عام يمكن ان نكتب الصيغة الرياضية للتعبير عن‬ ‫عند استخدامه في المطبخ‬ ‫يتم تخفيفه باضافة الماء‬ ‫التركيز الكتلي المئوي‪:‬‬ ‫اليه‪.‬‬ ‫× ‪%100‬‬ ‫كتلة المكون‬ ‫=‬ ‫مكون‬ ‫لأي‬ ‫الكتلية‬ ‫النسبة‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫تمرين (‪)1 - 4‬‬ ‫احسب النسب الكتلية لكــل‬ ‫كتلة المحلول‬ ‫من مكونات المحلول‬ ‫مـــن المــذاب والمذيب فـــي‬ ‫محلـــول محضـــر مــن اذابـة‬ ‫مثال ‪:1 - 4‬‬ ‫‪ 48.2 g‬من السكر في ‪498 g‬‬ ‫ما النســبة الكتلية للمــذاب والمــذيب لمحلول مكـــون مــن‬ ‫من الماء‪.‬‬ ‫‪ 15.3 g‬ملح الطعام مذاب في ‪ 155 g‬من الماء؟‬ ‫الحـــــــــــل‪:‬‬ ‫‪m1 = 15.3 g‬‬ ‫كتلة المذاب‪:‬‬ ‫‪m2 = 155 g‬‬ ‫كتلة المذيب‪:‬‬ ‫‪mT = m1 + m2‬‬ ‫كتلة المحلول ‪:‬‬ ‫‪= 15.3 + 155‬‬ ‫‪= 170.3 g‬‬ ‫النسبة الكتلية للمذاب = ــــــ‪1‬ــــ‪m‬ــــــ × ‪%100‬‬ ‫‪mT‬‬ ‫= ‪% 8.98‬‬ ‫× ‪%100‬‬ ‫‪15.3 g‬‬ ‫=‬ ‫ــــــــــــــــ‬ ‫‪170.3 g‬‬ ‫النسبة الكتلية للمذيب = ـــــ‪2‬ــــ‪m‬ـــــــ × ‪%100‬‬ ‫‪mT‬‬ ‫= ‪% 91.02‬‬ ‫× ‪%100‬‬ ‫‪155 g‬‬ ‫= ـــــــــــــــــــ‬ ‫‪170.3 g‬‬ ‫‪71‬‬

‫مثال ‪:2 - 4‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫نموذج من الخل يحتوي على نسبة كتلية مقدارها ‪ % 4‬من‬ ‫ان محلول الخل يتكون من‬ ‫حامض الخليك بتراكيز‬ ‫حامض الخليك‪ .‬ما كمية الخل التي نحتاجها لكي نحصل‬ ‫مختلفة مذاب في كمية من‬ ‫على ‪ 20 g‬من حامض الخليك؟‬ ‫الماء‪.‬‬ ‫الحـــــــــــل‪:‬‬ ‫تمرين (‪)2 - 4‬‬ ‫احسب النسب الكتلية لكل‬ ‫النسبة الكتلية للمذاب = ـــــ‪1‬ــــ‪m‬ـــــ × ‪%100‬‬ ‫من حامض الهيدروكلوريك‬ ‫‪mT‬‬ ‫والماء عند تخفيف ‪20 g‬‬ ‫من ‪ HCl‬في ‪ 80 g‬من الماء‬ ‫‪%100‬‬ ‫×‬ ‫‪20 g‬‬ ‫=‬ ‫‪%4‬‬ ‫ـــــــــــــــ‬ ‫المقطر‪.‬‬ ‫‪mT‬‬ ‫‪2000‬‬ ‫‪mT‬‬ ‫= ــــــــــــــ‬ ‫‪4‬‬ ‫كمية الخل التي نحتاجها ‪mT = 500 g‬‬ ‫‪ 2 - 4 - 4‬التركيز بالن�سبة المئوية الحجمية‬ ‫وهي نسبة حجم كل مكون من مكونات المحلول الى‬ ‫الحجم الكلي للمحلول مضروب ًا في مئة‪.‬‬ ‫النسبة الحجمية للمذاب = ــــــــــحــــجــمـــاــلـــمــذــاــــبـــــ(ـ‪1‬ـــ‪V‬ــ)ــــــ × ‪%100‬‬ ‫حجم المحلول (‪)V1 + V2‬‬ ‫النسبة الحجمية للمذاب = ـــــــحــــجــمـــاــلـــمــذــاــــبـــــ(ـ‪1‬ـــ‪V‬ــ)ـــــ × ‪%100‬‬ ‫حجم المحلول (‪)VT‬‬ ‫وبنفس الطريقة يمكن ايجاد النسبة المئوية الحجمية للمذيب‪:‬‬ ‫النسبة الحجمية للمذيب = ـــــحــــجــمـــاــلـــمــذــيـــــبــــ(ــ‪2‬ـــ‪V‬ــ)ــــ × ‪%100‬‬ ‫حجم المحلول (‪)VT‬‬ ‫يرمز لحجم المذاب ‪ V1‬ولحجم المذيب ‪ V2‬ولحجم المحلول‬ ‫‪ [ VT‬ويمثل مجموع حجمي المذاب والمذيب (‪] )V1 + V2‬‬ ‫وبشكل عام يمكن ان نكتب الصيغة الرياضية للتعبير عن‬ ‫‪72‬‬





‫مثال ‪:5 - 4‬‬ ‫اذيب ‪ 5 g‬من كبريتات النحاس في ‪ 0.5 L‬من الماء المقطر‬ ‫احسب تركيز المذاب في المحلول بوحدة ‪.g/L‬‬ ‫الحـــــــــــل‪:‬‬ ‫(‪m (g‬‬ ‫‪5g‬‬ ‫‪ = 10 g/L‬ـــــــــــــــ = ــــــــــــــــ = التركيز (غرام‪/‬لتر(‬ ‫‪V (L( 0.5 L‬‬ ‫تمرين (‪)5 - 4‬‬ ‫مثال ‪:6 - 4‬‬ ‫احسب كتلة ‪ KCl‬بالغرامات‬ ‫الموجودة في ‪ 0.337 L‬في‬ ‫احسب النسبة الكتلية لكحول المثيل لمحلول يحتوي على‬ ‫محلول نسبة ‪ KCl‬الكتلية‬ ‫‪ 27.5 g‬من كحول المثيل و ‪ 175 mL‬من الماء‪( .‬افترض ان‬ ‫فيه تساوي ‪ ( . % 5.80‬افترض‬ ‫كثافة الماء تساوي ‪.) 1.00 g/mL‬‬ ‫ان كثافة المحلول تساوي‬ ‫الحـــــــــــل‪:‬‬ ‫‪. 1.05 g/mL‬‬ ‫يمكن حساب كتلة الماء التي نحتاجها لايجاد النسبة الكتلية‬ ‫باستخدام تعريف الكثافة‪.‬‬ ‫)‪ᵨ ( g / mL‬‬ ‫=‬ ‫)‪m (g‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــ‬ ‫)‪V (mL‬‬ ‫ومنه‪:‬‬ ‫)‪ᵨm ( g ) = ( g / mL) × V (mL‬‬ ‫)‪m ( g ) = 1.00 ( g / mL) × 175 (mL‬‬ ‫‪m ( g ) = 175 g‬‬ ‫‪m1 = 27.5 g‬‬ ‫كتلة كحول المثيل‪:‬‬ ‫‪m2 = 175 g‬‬ ‫كتلة الماء‪:‬‬ ‫‪mT = m1 + m2‬‬ ‫‪= 27.5 + 175‬‬ ‫كتلة المحلول ‪:‬‬ ‫‪= 202.5 g‬‬ ‫النسبة الكتلية لكحول المثيل = ـــــــ‪1‬ــــ‪m‬ـــــ × ‪%100‬‬ ‫‪mT‬‬ ‫‪% 13.6‬‬ ‫× ‪= %100‬‬ ‫‪27.5 g‬‬ ‫= ــــــــــــــــ‬ ‫‪202.5 g‬‬ ‫‪75‬‬







‫الفصل الخامس ‪5‬‬ ‫الزمرة الرابعة‬ ‫‪Group IVA‬‬ ‫بعد الانتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على أن ‪:‬‬ ‫يعرف موقع الزمرة في الجدول الدوري واسماء ورموز عناصرها‪.‬‬ ‫يتعرف على بعض الصفات العامة لعناصر الزمرة‪.‬‬ ‫يرسم الترتيب الالكتروني لذرة السليكون‪.‬‬ ‫يعرف وجود السليكون في الطبيعة واهميته‪.‬‬ ‫يفهم كيفية تحضير السليكون مختبري ًا وصناعي ًا‪.‬‬ ‫يتعرف على خواصه الفيزيائية والكيميائية‪.‬‬ ‫يتعرف على مركبات السليكون الطبيعية والصناعية‪.‬‬ ‫يطلع على استخدامات السليكون‪.‬‬ ‫‪79‬‬



‫هل تعلم‬ ‫مستقر‪ .‬ولصعوبة فقدان او اكتساب أربعة الكترونات فان‬ ‫عناصر هذه الزمرة تميل الى المشاركة بأربعة الكترونات‬ ‫يســـتـعـمـــل القصـــديـــر‬ ‫عن طريق تكوين آواصر تساهمية لتعطي حالة التاكسد‬ ‫بصورة واسعة في طلاء‬ ‫الرباعية للعنصر (‪ .)4+‬وفي الحقيقة فان مركبات السليكون‬ ‫الحديد والمعادن الاخرى‬ ‫والكاربون هي مركبات تساهمية ذات حالة تاكسد رباعية‪،‬‬ ‫المســـتعملـة في صناعة‬ ‫بينما الجرمانيوم والقصدير والرصاص فأنها تكون مركبـات‬ ‫علب حفظ الاغذية المعلبة‬ ‫تساهمية وأيونية معا‪ ،‬حيث أن في المركبات الأيونية يتم‬ ‫كعلب معجون الطماطة‬ ‫فقدان إلكترونين فقط لتكوين ( ‪ ) Ge2+‬و ( ‪ ) Sn2+‬و (‪ ،)Pb2+‬أن‬ ‫وعلب الزيـــوت النباتيــة‬ ‫لعناصر هذه الزمرة سواء منها ذات الصفات الفلزية أو ذات‬ ‫وعلب المربيــات وغيرها‬ ‫الصفات اللافلزية فعالية ضعيفة‪ ،‬فهي تتفاعل مع اللافلزات‬ ‫لحمايتها من التآكل‪.‬‬ ‫مثل الأوكسجين ولكنها تحتاج الى حرارة لإتمامها ‪.‬‬ ‫‪Silicon‬‬ ‫‪ 3 - 5‬ال�سليكون‬ ‫الرمز الكيميائــــي ‪14P+ Si :‬‬ ‫العــــدد الــــــــــذري ‪14n 14 :‬‬ ‫عـــــــدد الكــتـــلـــــة ‪28 :‬‬ ‫الشكل (‪)2 - 5‬‬ ‫الترتيب الالكتروني‬ ‫رســـم الترتيب الالكترونـــي‬ ‫عدد‬ ‫رقم الغلاف(‪)n‬‬ ‫رمز الغلاف‬ ‫لذرة السليكون‪.‬‬ ‫الالكترونات‬ ‫‪1‬‬ ‫‪K‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪M‬‬ ‫‪4‬‬ ‫يبين الشكل (‪ )2 - 5‬الترتيب الالكتروني لعنصر‬ ‫السليكون حيث يظهر انه يحتوي على أربعة الكترونات في‬ ‫غلافه الخارجي‪ ،‬وبما انه من الصعب على العنصر أن يفقد‬ ‫أربعة الكترونات أو يكتسبها لذلك يشارك فيها فتكون اغلب‬ ‫مركبات السليكون تساهمية‪ ،‬ويكون تكافؤه رباعي ًا‪.‬‬ ‫‪81‬‬

‫‪ 1 - 3 - 5‬وجوده‬ ‫أ ‪ -‬غير متبلور ب ‪ -‬متبلور‬ ‫يعتبر السليكون العنصر الأكثر انتشارا في قشرة الارض‬ ‫الشكل (‪)3 - 5‬‬ ‫بعد الأوكسجين‪ ،‬حيث يشكل اكثر من ربع القشرة الارضية‬ ‫صور عنصر السليكون‪.‬‬ ‫بنسبةتصلالى‪،%28‬حيثغالب ًامايكونمتحد ًامعالاوكسجين‬ ‫في التربة او على شكل ترسبات طينية ورملية‪ .‬ولا يوجد‬ ‫العالم برزلوس‬ ‫السليكون بصورة حرة في الطبيعة ولكنه يوجد في الصخور‬ ‫على هيئة ثنائي اوكسيد السليكون (‪ )SiO2‬ويدخل في تركيب‬ ‫هل تعلم‬ ‫مختلف السليكات وعلى شكل الكوارتز والرمل‪ .‬وللسليكون‬ ‫كما مبين في الشكل (‪ )3 - 5‬صورتين احداهما متبلورة‬ ‫حضر السليكون لاول مرة‬ ‫وفيها يكون لون المسحوق بني غامق والاخرى غير متبلورة‬ ‫وفيها يكون لون مسحوقه رصاصي غامق‪ ،‬المتبلورة منه اقل‬ ‫من قبل العالم برزلوس‬ ‫(‪ )Berzelius‬عام ‪1823‬م‬ ‫فعالية وكلتا الصورتين لهما التركيب نفسه ‪.‬‬ ‫‪ 2 - 3 - 5‬تح�ضيره‬ ‫أ ‪ -‬تحضيره مختبري ًا‬ ‫يحضر السليكون غير المتبلور بتسخين عنصر‬ ‫البوتاسيوم في جو من رباعي فلوريد السليكون ‪ SiF4‬وفق‬ ‫المعادلة‪:‬‬ ‫من تفاعل رباعي فلوريد‬ ‫السليكون مع البوتاسيوم‬ ‫∆‬ ‫حيث حصل على‬ ‫‪SiF4 + 4K‬‬ ‫‪Si + 4KF‬‬ ‫السليكون غير البلوري‪.‬‬ ‫اما السليكون البلوري‬ ‫بينما يحضر السليكون المتبلور باذابة السليكون في‬ ‫فحضر لاول مرة من قبل‬ ‫منصهر الالمنيوم ثم تبريد المحلول حيث تنفصل بلورات‬ ‫العالم ديفايل (‪)Deville‬‬ ‫عام ‪1854‬م من التحلل‬ ‫لكلوريد‬ ‫الكهربائي‬ ‫السليكون عن المحلول‪.‬‬ ‫الصوديوم والالمنيوم غير‬ ‫ب ‪ -‬تحضيره صناعي ًا‬ ‫النقي الحاوي على نحو‬ ‫يحضر السليكون صناعيا باختزال السليكا (‪)SiO2‬‬ ‫بدرجات حرارة عالية وباستخدام الكاربون أو المغنسيوم‬ ‫‪ %10‬سليكون‪ .‬وفي بداية‬ ‫القرن العشرين ‪1907‬م‬ ‫كعامل مختزل [الشكل (‪ .])4 - 5‬كما في المعادلة آلاتية‪:‬‬ ‫اكتشف العالم بوتر‬ ‫(‪ )Pottr‬طريقة تحضير‬ ‫السليكون من تفاعل‬ ‫السليكا مع الكاربون‬ ‫والتي اصبحت الطريقة‬ ‫التجارية المعتمدة في‬ ‫الوقت الحاضر‪.‬‬ ‫‪SiO2 + 2C‬‬ ‫∆‬ ‫‪2CO ↑ + Si‬‬ ‫‪82‬‬

‫ان السليكون الناتج بهذه الطريقة يحتوي على بعض‬ ‫الشوائب‪ ،‬بحيث تتراوح نسبة السليكون فيه من ‪ 90‬الى‬ ‫‪ % 95‬ويسمى بالسليكون الصناعي‪ .‬يستخدم هذا النوع من‬ ‫السليكون في صناعة سبائك البرونز والحديد (‪ )Steel‬وخاصة‬ ‫الحديد المطاوع وفي تحضير السليكونات (‪. )Silicones‬‬ ‫سليكا‬ ‫مصدر كهربائي‬ ‫(كوارتز)‬ ‫للتسخين‬ ‫كاربون‬ ‫‪CO‬‬ ‫(فحم)‬ ‫فرن‬ ‫منصهر‬ ‫حراري‬ ‫السليكون‬ ‫الشكل (‪)4 - 5‬‬ ‫تبريد‬ ‫شحن‬ ‫تحضير السليكون صناعي ًا‪.‬‬ ‫وقولبة‬ ‫إن هذا النوع من السليكون المنتج ذو نقاوة لا تكفي‬ ‫غاز خامل‬ ‫للاستخدام في صناعة كل من أشباه الموصلات أو الرقائق‬ ‫الدقيقة (‪ )microchips‬أو الخلايا الشمسية‪ .‬لذلك فانه ينقى‬ ‫قالب‬ ‫بتحويل السليكون أعلاه الى رباعي كلوريد السليكون اول ًا‬ ‫السليكون‬ ‫ثم يختزل مرة ثانية الى السليكون بأحد العوامل المختزلة‬ ‫منصهر‬ ‫مثل المغنيسيوم وكما يأتي ‪:‬‬ ‫السليكون‬ ‫مصدر حراري‬ ‫‪Si + 2Cl2‬‬ ‫‪SiCl4‬‬ ‫منطقة تركيز‬ ‫متحرك‬ ‫‪SiCl4 + 2Mg‬‬ ‫‪Si + 2MgCl2‬‬ ‫الشوائب‬ ‫الشكل (‪)5 - 5‬‬ ‫حيث من السهل إزالة (‪ )MgCl2‬من السليكون وذلك بغسله‬ ‫طريقـــــة منطقــــة التكـــرير‬ ‫بالماء الحار حيث يذوب (‪ )MgCl2‬ولا يذوب السليكون‪،‬‬ ‫لتحضير السليكون عالي‬ ‫وللحصول على سليكون أعلى نقاوة تستخدم عملية أخرى‬ ‫لزيادة النقاوة تسمى طريقة منطقة التكرير [الشكل (‪.])5 - 5‬‬ ‫النقاوة‪.‬‬ ‫في هذه الطريقة يعمل السليكون على شكل قالب اسطواني ثم‬ ‫‪83‬‬

‫يسخن من أحدى نهاياته بوساطة مصدر حراري حلقي متحرك‪،‬‬ ‫السليكون عالي النقاوة‪.‬‬ ‫هذا يؤدي الى تكوين طبقة خفيفة من السليكون المنصهر‪،‬‬ ‫وعند سحب المصدر الحراري الى الخلف تدريجيا يؤدي الى‬ ‫هل تعلم‬ ‫تحرك المنصهر الى الخلف فتنفصل الشوائب عن منصهر‬ ‫ان وادي السليكون يمثل‬ ‫السليكون وتبقى في الطرف البعيد عن المصدر الحراري‪،‬‬ ‫اليوم العاصمة التقنية للكرة‬ ‫مما يؤدي في النهاية الى تركيز الشوائب في النهاية الأخرى‬ ‫الارضية بفضل عدة الالاف‬ ‫من القالب الاسطواني حيث يمكن قطعها والتخلص منها‪،‬‬ ‫من الشركات العاملة في‬ ‫بينما تكون النهاية الأمامية نقية جد ًا‪ .‬يسمى السليكون‬ ‫مجال التقنيات المتقدمة‬ ‫التي تتخذ من هذه العاصمة‬ ‫المنتج بهذه الطريقة بالسليكون عالي النقاوة‪.‬‬ ‫البقعة الجغرافية مركز ًا‬ ‫لمقراتها الرئيسية‪ .‬جغرافي ًا‬ ‫‪ 3 - 3 - 5‬خوا�ص ال�سليكون‬ ‫يشغل وادي السليكون‬ ‫القسم الجنوبي من حوض‬ ‫أ ‪ -‬الخواص الفيزيائية‬ ‫سان فرانسيسكو بولاية‬ ‫يعد السليكون من أشباه الفلزات‪ ،‬وهو عنصر صلب جد ًا‪،‬‬ ‫كاليفورنيا‪ .‬وتعود جذور‬ ‫له درجة انصهار عالية (‪ )1410oC‬ولمظهره بريق معدني‪ ،‬وهو‬ ‫استيطان الشركات التقنية‬ ‫شبه موصل للتيار الكهربائي ‪ ,‬ويستفاد من هذه الخاصية في‬ ‫في هذه المنطقة الى مطلع‬ ‫صناعة الأجهزة والدوائر الكهربائية والحاسبات الالكترونية‪،‬‬ ‫القرن العشرين الا ان نهضتها‬ ‫وكذلك في صناعة الخلايا الشمسية التي تحول ضوء الشمس‬ ‫الحقيقية بدأت بعد اختراع‬ ‫الترانسستور المصنوع من‬ ‫الى تيار كهربائي‪.‬‬ ‫السليكون في الخمسينات‬ ‫لتشهد في مطلع الثمانينات‬ ‫ب ‪ -‬الخواص الكيميائية‬ ‫انفجار ًا حقيقي ًا في حجم‬ ‫يكون السليكون خاملا تجاه معظم الحوامض‪ ،‬ويذوب في‬ ‫الاستثمارات‪.‬‬ ‫المحاليل المائية للقواعد من خلال التفاعل التالي‪:‬‬ ‫‪84‬‬ ‫‪Si + 2NaOH + H2O‬‬ ‫‪Na2SiO3 + 2H2‬‬ ‫ويكون السليكون فعالا جدا تجاه الكلور وكما في المعادلة‬ ‫الآتية‪:‬‬ ‫‪Si + 2Cl2‬‬ ‫‪SiCl4‬‬ ‫ولا يتأثر السليكون بالهواء عند درجات الحرارة الاعتيادية‪،‬‬ ‫إلا انه يتفاعل عند (‪ .)950ioC‬والسليكون ومركباته الطبيعية‬ ‫(السليكا والسليكات) غير سامة‪.‬‬

‫الشكل (‪)6 - 5‬‬ ‫‪ 4 - 3 - 5‬ا�ستعمال ال�سليكون‬ ‫استخــــدام الســليكـون في‬ ‫للسليكون استخدامات واسعة منها ‪-:‬‬ ‫صناعة الدوائر المتكاملة‪.‬‬ ‫‪ - 1‬في الصناعة الالكترونية لصناعة الدوائر المتكاملة‬ ‫وفي الخلايا الشمسية‪[ ،‬لاحظ الشكل (‪.])6 - 5‬‬ ‫‪ - 2‬في السبائك التي تستخدم في صناعات مختلفة ‪.‬‬ ‫‪ - 3‬في صناعة الزجاج والسمنت والسيراميك ‪.‬‬ ‫‪ - 4‬في صناعة المواد السليكونية العضوية ذات الأهمية‬ ‫التجارية الكبيرة ومنها الزيوت والبلاستيكات‪.‬‬ ‫‪ 5 - 3 - 5‬مركبات ال�سليكون‬ ‫هنالك عدد كبير من المركبات التي يكونها السليكون‪،‬‬ ‫نذكر منها ‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬مركبات السليكون مع الهيدروجين‬ ‫(هيدريدات السليكون)‬ ‫وهي مركبات تتكون من السليكون والهيدروجين‪ ،‬منها‬ ‫‪ SiH4‬ويحضر هذا المركب من تفاعل سليسيد المغنيسيوم‬ ‫‪ Mg2Si‬مع الحوامض المعدنية كحامض الهيدروكلوريك وفق‬ ‫المعادلة الاتية‪:‬‬ ‫الشكل (‪)7 - 5‬‬ ‫‪Mg2Si + 4HCl‬‬ ‫‪SiH4 + 2MgCl2‬‬ ‫الكوارتز احد اشكال السليكا‬ ‫والهدريدات مركبات فعالة جدا‪ ،‬فمثلا يشتعل (‪ )SiH4‬تلقائيا‬ ‫النقية‪.‬‬ ‫في الهواء لتكوين ثنائي اوكسيد السليكون والماء وفق‬ ‫المعادلة الكيميائية الاتية‪:‬‬ ‫‪SiH4 + 2O2‬‬ ‫‪SiO2 + 2H2O‬‬ ‫ب ‪ -‬مركبات السليكون مع الأوكسجين‬ ‫‪ - 1‬ثنائي اوكسيد السليكون ( السليكا)‪SiO2 :‬‬ ‫وتوجد في الطبيعة على شكل سليكا نقية مثل حجر‬ ‫الصوان والكوارتز [الشكل (‪ ،])7 - 5‬وهي مواد شديدة الصلادة‬ ‫الشكل (‪)8 - 5‬‬ ‫تستعمل في قطع الزجاج وتخديش الحديد الصلب‪ .‬وسليكا‬ ‫الرمل احد اشكال السليكا‬ ‫غير نقية مثل الرمل [الشكل (‪ ])8 - 5‬التي تحتوي على كميات‬ ‫غير النقية‪.‬‬ ‫متفاوتة من الشوائب التي تكسبها ألوانا مختلفة‪.‬‬ ‫‪85‬‬

‫وللسليكا خواص أهمها‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬غير فعالة‪ ،‬لا تتفاعل عند تعرضها للكلور أو البروم أو‬ ‫الهيدروجين ومعظم الحوامض‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬تتفاعل مع حامض الهيدروفلوريك والقواعد ‪:‬‬ ‫‪SiO2 + 6HF‬‬ ‫‪H2SiF6 + 2H2O‬‬ ‫سداسي فلوريد السايلان‬ ‫‪SiO2 + 2NaOH‬‬ ‫‪Na2SiO3 + H2O‬‬ ‫جـ ‪ -‬لها القابلية على التفاعل مع الاكاسيد أو الكاربونات‬ ‫الفلزية بالتسخين الشديد‪ ،‬حيث تتكون مركبات تعرف‬ ‫بالسليكات‪.‬‬ ‫د ‪ -‬إضافة الحوامض الى محاليل سليكات الفلزات القلوية‬ ‫يعطـــي الســـليكا المائيـــة‪ ،‬التي يمكن تجفيفها الى‬ ‫مسحوق غير بلوري يسمى جل السليكا (‪)Silica Gel‬‬ ‫[الشكل (‪ ،])9 - 5‬حيث يستعمل بصورة رئيسية كعامل‬ ‫مجفف وذلك لمساحته السطحية الكبيرة وقابليته العالية‬ ‫الشكل (‪)9 - 5‬‬ ‫السليكا جل كعامل مجفف‪.‬‬ ‫لامتصاص الماء‪.‬‬ ‫‪ - 2‬السليكات ‪Silicates‬‬ ‫الشكل (‪)10 - 5‬‬ ‫الطين احد اشكال السليكات‬ ‫تنتشر السليكات بصورة واسعة في الطبيعة‪ ،‬وتكون‬ ‫مع الأوكسجين حوالي ‪ %74‬من القشرة الأرضية ويظهران‬ ‫الطبيعية‪.‬‬ ‫كسليكات للعناصر ذات الوفرة على سطح الكرة الأرضية‬ ‫‪86‬‬ ‫[الشكل (‪ ،])10 - 5‬مثل سليكات الكالسيوم (‪ )CaSiO3‬وسليكات‬ ‫الصوديوم (‪ .)Na2SiO3‬اللتان تحضران من تفاعل اوكسيد أو‬ ‫كاربوناتالفلزمعالسليكابالتسخينالشديد‪،‬كمافيالمعادلتين‬ ‫تسخين شديد‬ ‫الآتيتين ‪:‬‬ ‫‪CaO + SiO2‬‬ ‫‪CaSiO3‬‬ ‫‪Na2CO3 + SiO2‬‬ ‫تسخين شديد‬ ‫‪Na2SiO3 + CO2‬‬ ‫إن أكثر أنواع السليكات شيوعا واستعمالا هي سليكات‬ ‫الصوديوم القابلة للذوبان في الماء والتي محلولها المائي‬

‫المركز يدعى (ماء الزجاج) الذي يستخدم في مجالات صناعية‬ ‫مختلفة مثل حماية بعض الأقمشة والورق من الحرائق‪،‬‬ ‫واستعماله كمادة لاصقة رخيصة‪ ،‬وكذلك استعماله في البناء‬ ‫بخلطه مع السمنت لتقوية الأخير ‪.‬‬ ‫الشكل (‪)11 - 5‬‬ ‫جـ ‪ -‬كاربيد السليكون‬ ‫بنية كاربيد السليكون‪.‬‬ ‫ويرتبط فيه الكاربون مع السليكون بأواصر تساهمية على‬ ‫شكل بنية شبكية باتجاهات ثلاث حيث تحاط كل ذرة كاربون‬ ‫هل تعلم‬ ‫بترتيب معين بأربع ذرات سليكون والتي هي أيضا تحاط‬ ‫الجل الهوائي(‪:)Aerogels‬‬ ‫كل مـــنهـا بأربــــع ذرات كـاربـــون مشــــابهـة لبنيـــة الماس‬ ‫وهو من المواد المصنعة‬ ‫[الشكل (‪ .])11 - 5‬إن هذه البنية تجعل كاربيد السليكون‬ ‫الجديدة ذات الكثافة‬ ‫صلد للغاية ويستخدم كمادة جالية كما في ورق الجام وفي‬ ‫القليلة وتتكون من ‪%10‬‬ ‫حجر الكوسرة [الشكل (‪ .])12 - 5‬ولهذه الغاية يخلط مسحوقه‬ ‫ثنائي اوكسيد السليكون‬ ‫الناعم مع الطين أو سليكات الصوديوم ويوضع في قالب‬ ‫و ‪ %90‬هــــواء او غـــــاز‪.‬‬ ‫ويحرق‪ .‬ويحضر كاربيد السليكون من تفاعل السليكون‬ ‫وتصبح هذه المادة اخف‬ ‫أو اوكسيده مع الكاربون في فرن القوس الكهربائي بدرجة‬ ‫من الهواء عندما تملأ‬ ‫بغــــــاز الهــيليوم‪ ،‬وهـــي‬ ‫حرارية عالية وفق المعادلات آلاتية‪-:‬‬ ‫تمتلك صفــــات بصـــــرية‬ ‫وصوتيــــــة وكهــــــربائية‬ ‫‪Si + C‬‬ ‫‪SiC‬‬ ‫غير عادية‪ ،‬احد اهم‬ ‫‪SiO2 + 3C‬‬ ‫‪SiC + 2CO‬‬ ‫استخداماتها دخولها في‬ ‫صناعة زجاج الشبابيك‪،‬‬ ‫د ‪ -‬السليكونات ‪Silicones‬‬ ‫حيث توضع السليكا‬ ‫وهي مركبات عضوية للسليكون غير سامة ومستقرة‬ ‫الهوائية بين طبقتين من‬ ‫على مدى واسع من درجات الحرارة‪ .‬وأهمها زيوت السليكون‬ ‫الزجاج لتحسين صفات‬ ‫(‪ )Silicone oil‬التي تتصف بأنها تضفي على السطوح طبيعة‬ ‫مانعة للالتصاق او مضادة للرطوبة مثل سطوح الأنسجة‬ ‫العزل للزجاج‪.‬‬ ‫والبنايات‪ .‬ومطاط السليكون (‪ )Silicone Rubber‬يتصف بأنه‬ ‫أكثر استقرارا حراريا من المطاط الهيدروكاربوني ويبقى‬ ‫الشكل (‪)12 - 5‬‬ ‫مرنا في مدى واسع من درجات الحرارة‪ ،‬ويستعمل في صناعة‬ ‫حجر كوسرة‪.‬‬ ‫القوالب وفي الحمامات والمطابخ كمواد أحكام‪ .‬والراتنجات‬ ‫السليكونية (‪ )Silicone Resin‬التي تستخدم في صناعة مواد‬ ‫‪87‬‬ ‫عازلة كهربائيا وفي جعل مواد البناء مضادة للماء أيضا‪.‬‬



‫الفصل السادس ‪6‬‬ ‫مدخل في الكيمياء العضوية‬ ‫بعد الانتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على ان ‪:‬‬ ‫يدرك أهمية المركبات العضوية ‪.‬‬ ‫يعرف مميزات او صفات المركبات العضوية‪.‬‬ ‫يربط الكيمياء العضوية بمحيطه وبيئته‪.‬‬ ‫يميز بين غاز الميثان والاثيلين والاستيلين‪.‬‬ ‫يحضر غاز الميثان والاثيلين والاستيلين ويفهم خواص كل منها‪.‬‬ ‫‪89‬‬

‫‪ 1 - 6‬مقدمة‬ ‫تدخل المركبات العضوية‬ ‫في صناعة الكثير من‬ ‫سبق لك ان درست في كيمياء الثاني المتوسط بشيء‬ ‫المواد المهمة في حياتنا‬ ‫من التفصيل؛ عنصر الكاربون وبعض مركباته المهمة في‬ ‫حياتنا (مثل ثنائي اوكسيد الكاربون وكاربونات الكالسيوم)‪.‬‬ ‫اليومية‪.‬‬ ‫ودرست في الفصل السابق من هذا الكتاب الزمرة الرابعة‬ ‫‪ IVA‬التي تضم العناصر ‪ C‬و ‪ Si‬و ‪ Ge‬و ‪ ،.....‬وتواصل ًا‬ ‫‪90‬‬ ‫للتوسع الافقي والعمودي في علم الكيمياء بما ينسجم تربوي ًا‬ ‫مع التطور العلمي الحديث ونظر ًا لما لعنصر الكربون من‬ ‫صفات فريدة (قلما نجدها في بقية العناصر) ولكونه العنصر‬ ‫الرئيس والاساس الذي يدخل في تكوين جزيئات الكائنات‬ ‫الحية واغذيتها‪ ،‬كما يساهم في شتى مجالات متطلبات‬ ‫حياتنا المعاصرة (من ادوية وعطور واصباغ و ‪ ...‬الخ) فيما‬ ‫اصبحنا نعرفه اليوم بالكيمياء العضوية؛ فسنتطرق في هذا‬ ‫الفصل لدراسة مبادئ هذا الفرع الرئيس في علم الكيمياء‪،‬‬ ‫ونقصد به (الكيمياء العضوية) بشيء من التفصيل البسيط‬ ‫للخواص العامة وبعض المركبات العضوية البسيطة مثل‬ ‫غازات الميثان والايثان والاستيلين وكذلك كحول الاثيل‬ ‫والبنزين وحامض الخليك والفينول‪.‬‬ ‫‪� 2 - 6‬أهمية المركبات الع�ضوية‬ ‫تعتبر المركبات العضوية مهمة جد ًا في حياتنا من خلال‬ ‫انها تتمثل في‪:‬‬ ‫‪ - 1‬كل اصناف المواد الغذائية الرئيسة للانسان والحيوان وهي‬ ‫البروتينات والكاربوهيدرات والزيوت والشحوم النباتية‬ ‫والحيوانية‪.‬‬ ‫‪ - 2‬كثير من المنتوجات الطبيعيه والصناعية كالقطن والصوف‬ ‫والحرير الطبيعي والصناعي والورق والبلاستيكات‪.‬‬ ‫‪ - 3‬اصناف الوقود مثل النفط والغاز الطبيعي والخشب‪.‬‬ ‫‪- 4‬العقاقير الطبية وكذلك الفتيامينات والهرمونات‬ ‫والانزيمات‪.‬‬

‫‪ 3 - 6‬وجود الكاربون في المركبات الع�ضوية‬ ‫تفحم السكر‪.‬‬ ‫ان اساس تركيب المركب العضوي هو عنصر الكاربون‬ ‫ولاثبات وجوده في المركبات العضوية يمكن اجراء التجارب‬ ‫الاتية‪:‬‬ ‫‪ - 1‬عند اشعال شمعة او قطعة من الورق او (اي مادة عضوية)‬ ‫يتحرر غاز ثنائي اوكسيد الكاربون ‪ CO2‬الذي يمكن‬ ‫الكشف عنه بامراره على محلول هيدروكسيد الكالسيوم‬ ‫(ماء الجير) ‪ Ca(OH)2‬فيعكره حيث تتكون كاربونات‬ ‫الكالسيوم ‪.CaCO3‬‬ ‫‪ - 2‬عند حرق كمية من السكر وهو مادة عضوية في انبوبة‬ ‫اختبار نلاحظ تخلف مادة سوداء هي الكاربون وهذا يدل‬ ‫على ان الكاربون يدخل في تركيب السكر‪.‬‬ ‫تمرين (‪)1 - 6‬‬ ‫‪� 4 - 6‬صفات المركبات الع�ضوية‬ ‫كيف تبرهن على وجود‬ ‫الكاربون في المركبات‬ ‫تمتاز المركبات العضوية بصورة عامة بما يأتي‪:‬‬ ‫‪ - 1‬كل المركبات العضوية تحتوي على الكاربون في تركيبها‬ ‫العضوية؟‬ ‫وهي قابلة للاحتراق أو التحلل بالتسخين ولا سيما اذا تم‬ ‫تسخينها لدرجة حرارة عالية‪.‬‬ ‫‪ - 2‬غالبا ماترتبط الذرات في المركبات العضوية باواصر‬ ‫تساهمية تجعلها تتفاعل بشكل بطيء‪.‬‬ ‫‪ - 3‬الكثير من المركبات العضوية لاتذوب في الماء ولكنها‬ ‫تذوب في بعض السوائل العضوية كالكحول والايثر‬ ‫والاسيتون ورباعي كلوريد الكاربون‪......‬‬ ‫‪ 5 - 6‬الاوا�صر الت�ساهمية لذرات الكاربون في المركبات الع�ضوية‬ ‫يمتلك الكاربون عدد ذري مقداره ‪ 6‬لذلك يمكن رسم ترتيبه‬ ‫الالكتروني حسب الشكل (‪ . )1 - 6‬يلاحظ ان الغلاف الخارجي‬ ‫(غلاف التكافؤ) لذرة الكاربون يحتوي اربعة الكترونات‪ .‬لذلك‬ ‫ولكي تصل ذرة الكاربون الى حالة الاستقرار‪ ،‬لا بد لها ان تشارك‬ ‫بالكترونات تكافؤها الاربعة مع ذرات اخرى‪ ،‬بحيث يصبح‬ ‫‪91‬‬

‫عدد الالكترونات المحيطة بكل ذرة كاربون ثمانية الكترونات‪.‬‬ ‫‪6P+‬‬ ‫وكما تعلمت ان كل اصرة تساهمية تحتاج الى الكترونين‬ ‫‪6n0‬‬ ‫(الكترون من كل ذرة)‪ ،‬لذا ترتبط ذرات الكاربون وعلى‬ ‫الصورة التالية باربع اواصر تساهمية مفردة مع الهيدروجين‬ ‫الشكل (‪)1 - 6‬‬ ‫رســـم الترتيب الالكترونـــي‬ ‫في جزيء الميثان ‪: CH4‬‬ ‫لذرة الكاربون‪.‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪HCH‬‬ ‫‪H‬‬ ‫ميثان (اربع اواصر تساهمية مفردة)‬ ‫وقد ترتبط ذرتا الكاربون مع بعضهما باواصر تساهمية‬ ‫مزدوجة كما في جزيء الاثيلين ‪: C2H4‬‬ ‫‪HH‬‬‫‪H‬‬ ‫‪CC‬‬ ‫‪H‬‬ ‫اثيلين (اصرة تساهمية مزدوجة واربع اواصر تساهمية مفردة )‬ ‫كما وقد ترتبط ذرتا الكاربون ايض ًا مع بعضها باواصر‬ ‫تساهمية ثلاثية كما في جزيء الاستيلين ‪: C2H2‬‬ ‫‪HC C H‬‬ ‫استيلين (اصرة تساهمية ثلاثية واصرتين تساهميتين مفردتين )‬ ‫ان هذه الاحتمالات المختلفة لترابط ذرة الكاربون في‬ ‫مركباتها‪ ،‬والتي تظهر قدرة هذه الذرة على تكوين اواصر‬ ‫تساهمية مختلفة‪ ،‬اضف الى ذلك قدرة ذرات الكاربون على‬ ‫‪92‬‬

‫الارتباط بعضها ببعض لتكوين سلاسل مفتوحة او مغلقة‬ ‫(حلقات)‪ ،‬وتتضمن هذه السلاسل روابط تساهمية مفردة او‬ ‫مزدوجة او ثلاثية بين ذرات الكاربون او ذرات اخرى‪ .‬لذا‬ ‫فهناك مئات الالاف من المركبات العضوية الموجودة في‬ ‫الطبيعة والتي يمكن تحضيرها ايض ًا‪.‬‬ ‫والامثلة التالية توضح مركبات عضوية باشكال مختلفة‪.‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪HH HH‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪HC H‬‬ ‫‪HCC CCH‬‬ ‫‪HCH‬‬ ‫‪HH‬‬ ‫‪HCC CH‬‬ ‫‪HH HH‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪HH H‬‬ ‫مركب عضوي (سلسلة مستمرة)‬ ‫مركب عضوي باصرة تساهمية مفردة‬ ‫مركب عضوي (سلسلة متفرعة)‬ ‫(بيوتان)‬ ‫(ميثان)‬ ‫(ايزوبيوتان)‬ ‫‪HH‬‬ ‫‪OH‬‬ ‫‪HC C H‬‬ ‫‪HH‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪HCC‬‬ ‫‪CC‬‬ ‫مركب عضوي باصرة تساهمية ثلاثية‬ ‫‪HH‬‬ ‫(استيلين)‬ ‫‪H‬‬ ‫مركب عضوي يحتوي على الاوكسجين‬ ‫مركب عضوي باصرة‬ ‫تســـاهمية مزدوجـــــــة‬ ‫(كحول الاثيل)‬ ‫(اثيلين)‬ ‫‪CH2‬‬ ‫‪CH2‬‬ ‫‪H2C‬‬ ‫‪CH2‬‬ ‫‪H2C‬‬ ‫‪CH2‬‬ ‫‪H2C‬‬ ‫‪CH2‬‬ ‫‪H2C‬‬ ‫‪CH2‬‬ ‫‪H2C‬‬ ‫‪CH2‬‬ ‫‪H2C‬‬ ‫‪CH2‬‬ ‫مركب عضوي حلقي ثلاثي الشكل‬ ‫مركب عضوي حلقي خماسي الشكل‬ ‫مركب عضوي حلقي سداسي الشكل‬ ‫(بروبان حلقي)‬ ‫(بنتان حلقي)‬ ‫(هكسان حلقي)‬ ‫وسندرس في هذا الفصل عدة انواع من هذه المركبات‬ ‫العضوية‪ ،‬ثلاث منها هيدروكاربونية اي تحتوي على‬ ‫عنصري الكاربون والهيدروجين فقط‪ ،‬وهي غازات‬ ‫ميثان ‪ CH4‬واثيلين ‪ C2H4‬واستيلين ‪ ، C2H2‬حيث يمثل‬ ‫الميثان مثال عن المركبات العضوية التي تحتوي في‬ ‫تركيبها على اواصر تساهمية مفردة يسمى هذا النوع‬ ‫‪93‬‬

‫من المركبات بالهيدروكاربونات المشبعة التي يطلق عليها‬ ‫اسم الالكانات‪ .‬اما جزيء الاثيلين ‪ C2H4‬فيحتوي على اصرة‬ ‫تساهمية مزدوجة بين ذرتي الكاربون وهذه المركبات تسمى‬ ‫بالالكينات‪ .‬بينما يحتوي الاستيلين على اصرة تساهمية‬ ‫ثلاثية بين ذرتا الكاربون‪ ،‬ويطلق على هذه المركبات‬ ‫اسم الالكاينات وكلاهما اي الاثيلين والاستيلين يسميان‬ ‫بالهيدروكاربونات غير المشبعة‪.‬‬ ‫اما الانواع الاخرى التي سندرسها في هذا الفصل فهي‬ ‫تمثل مركبات عضوية ترتبط ذرة الكاربون فيها اضافة‬ ‫للهيدروجين مع الاوكسجين‪ ،‬حيث سندرس مركب كحول‬ ‫الاثيل ‪ C2H5OH‬وحامض الخليك ‪ .CH3COOH‬اضافة الى ذلك‬ ‫سنتطرق الى دراسة مركبي البنزين والفينول اللذان هما‬ ‫مثال على المركبات العضوية الحلقية المغلقة‪.‬‬ ‫‪ 6 - 6‬بع�ض المركبات الع�ضوية‬ ‫سنتطرق في هذه المرحلة الى دراسة مبسطة لبعض‬ ‫هل تعلم‬ ‫المركبات العضوية مثل الهيدروكاربونات المشبعة وغير‬ ‫ان غاز الميثان يسمى بغاز‬ ‫المستنقعات والمناجم حيث‬ ‫المشبعة والكحولات والحوامض‪.‬‬ ‫يتجمع بصورة مستمرة في‬ ‫مناجم الفحم ويشكل خطر ًا‬ ‫‪ 1 - 6 - 6‬الهيدروكاربونات‬ ‫كبير ًا بسبب سرعة احتراقه‪.‬‬ ‫الهيدروكاربون كما هو موضح من اسمه مركب يتكون من‬ ‫الكاربون والهيدروجين فقط ويكون اما مشبع أو غير مشبع‬ ‫‪H‬‬ ‫‪HCH‬‬ ‫ومن أمثلة الهيدروكاربونات‪.‬‬ ‫‪ - 1‬غاز الميثان ‪CH4‬‬ ‫‪H‬‬ ‫صيغته الجزيئية ‪ CH4‬حيث ترتبط ذرة الكاربون فيه مع ‪4‬‬ ‫جزيء الميثان‪.‬‬ ‫ذرات من الهيدروجين باواصر تساهمية منفردة‪.‬‬ ‫‪94‬‬ ‫أ ‪ -‬وجود الميثان‬ ‫هو ابسط مركب هايدروكاربوني يوجد بنسبة كبيرة في‬ ‫الغاز الطبيعي المصاحب لاستخراج النفط الخام أو ينبعث‬ ‫من بعض شقوق مناجم الفحم وكذلك يتكون نتيجة تحلل‬ ‫المواد العضوية في مياه البرك والمستنقعات الراكدة‪.‬‬



‫الهيدروكاربونات غير المشبعة التي تسمى بالالكينات‪.‬‬ ‫‪HH‬‬ ‫‪CC‬‬ ‫أ ‪ -‬تحضير الاثيلين‪:‬‬ ‫‪H‬‬ ‫يحضر هذا الغاز من تسخين كحول الاثيل ‪ C2H5OH‬مع‬ ‫‪H‬‬ ‫كمية كافية من حامض الكبريتيك المركز الى حوالي (‪)170ioC‬‬ ‫كما مبين في الشكل (‪ )3 - 6‬حيث يقوم حامض الكبريتيك‬ ‫جزيء الاثيلين‪.‬‬ ‫بانتزاع جزيء الماء من تركيب الكحول كما في المعادلة‬ ‫قمع‬ ‫الاتية‪:‬‬ ‫‪C2H5OH‬‬ ‫‪ H2SO4‬مركز‬ ‫‪C2H4 ↑ + H2O‬‬ ‫‪170ioC‬‬ ‫كحول الاثيل‬ ‫اثيلين‬ ‫ماء‬ ‫حامل‬ ‫غاز الاثيلين‬ ‫دورق استلام‬ ‫انبوب‬ ‫كحول الاثيل ‪+‬‬ ‫توصيل‬ ‫حامض الكبريتيك‬ ‫المركز‬ ‫ماء‬ ‫حوض‬ ‫ب ‪ -‬خواص الاثيلين‬ ‫الشكل (‪)3 - 6‬‬ ‫جهاز تحضير غاز الاثيلين‪.‬‬ ‫‪ - 1‬غاز عديم اللون لايذوب في الماء‪.‬‬ ‫‪ - 2‬يشتعل بلهب داخن مكون ًا ثنائي اوكسيد الكاربون وماء‪.‬‬ ‫‪96‬‬ ‫‪C2H4 + 3O2‬‬ ‫∆‬ ‫‪2CO2 + 2H2O‬‬ ‫‪ - 3‬يتفاعل مع ماء البروم الاحمر ويزيل لونه وتعتبر هذه‬

‫طريقة للتمييز بينه وبين غاز الميثان حيث ان الميثان‬ ‫لا يتفاعل مع ماء البروم الاحمر ولا يختفي اللون‪ ،‬اما‬ ‫الاثيلين فيتفاعل مع ماء البروم الاحمر ويختفي اللون‬ ‫وحسب المعادلات اللفظية الاتية‪:‬‬ ‫ماء البروم الاحمر ‪ +‬اثيلين‬ ‫يختفـــي اللون الاحمر‬ ‫ماء البروم الاحمر ‪ +‬ميثان‬ ‫لايختفي اللون الاحمر‬ ‫جـ ‪ -‬استعمالات الاثيلين‬ ‫استخدام غاز الاثيلين في‬ ‫‪ - 1‬يستعمل هذا الغاز كمادة أولية في تحضير مادة اللدائن‬ ‫انضاج الطماطم‪.‬‬ ‫(البلاستيك) المستعمله في تصنيع الكثير من المواد‬ ‫‪HC C H‬‬ ‫والادوات المستخدمة في الحياة اليومية‪.‬‬ ‫‪ - 2‬يستخدم الغاز في انضاج الكثير من الخضروات‬ ‫جزيء الاستيلين‪.‬‬ ‫والفواكه‪.‬‬ ‫‪97‬‬ ‫‪ - 3‬يستخدم في صناعة كحول الاثيل‪.‬‬ ‫‪ - 3‬الاستيلين ‪C2H2‬‬ ‫مركب هيدروكاربوني صيغته الجزيئية ‪ ، C2H2‬ترتبط ذرتا‬ ‫الكاربون فيه باصرة تساهمية ثلاثية وهو مثال على صنف‬ ‫الهيدروكاربونات غير المشبعة تسمى الالكاينات‪.‬‬ ‫أ ‪ -‬تحضيره ‪:‬‬ ‫يحضر الاستيلين في المختبر من تفاعل كاربيد‬ ‫الكالسيوم ‪ CaC2‬مع الماء وهذه طريقة صناعية في الوقت‬ ‫نفسه‪.‬‬ ‫‪CaC2 + 2H2O‬‬ ‫‪C2H2↑ + Ca(OH)2‬‬ ‫يحضر غاز الاستيلين في المختبر كما في الجهاز‬ ‫المبين في الشكل (‪ )4 - 6‬حيث يوضع كاربيد الكالسيوم في‬ ‫دورق التحضير ويضاف اليه الماء من خلال الانبوب المقمع‬ ‫ببطء وبصورة تدريجية تلاحظ حدوث تفاعل وخروج غاز‬ ‫الاستيلين الذي يجمع من القنينة بازاحة الماء الى الاسفل‪.‬‬





‫‪ - 2‬يستعمل في كثير من المركبات الدوائية والمشروبات‬ ‫الروحية‪.‬‬ ‫‪ - 3‬استعماله كوقود وذلك بخلطه مع مشتقات نفطية اخرى‪.‬‬ ‫‪ - 4‬يخلط مع قليل من اليود ليكون محلول يستخدم لتعقيم‬ ‫الجروح وهو سام‪.‬‬ ‫‪ - 5‬يباع كحول الاثيل بثمن رخيص للاغراض الصناعية ويعطل‬ ‫عن الشرب ويعرف عندئذ بالكحول المعطل (السبيرتو)‬ ‫ويتم ذلك باضافة بعض المواد السامة اليه مثل كحول‬ ‫المثيل وبعض الاصباغ لغرض تمييزه عن كحول الاثيل‬ ‫النقي‪.‬‬ ‫جـ ‪ -‬تأثير كحول الاثيل على الانسان‬ ‫ان شرب الكحول يعمل على عدم ترابط عمل الجهاز العضلي‬ ‫مع الجهاز العصبي حيث تحصل تغيرات واضحة في الشعور‬ ‫والمزاج والادراك الحسي‪ .‬واثرهذه التغييرات الناتجة عن تاثر‬ ‫الجسم بالكحول يؤدي الى ابطاء عمل خلايا الجهاز العصبي‬ ‫والادمان على شربه مضر جدا بصحة الانسان لذلك يتردد‬ ‫المدمنون على الكحول على عيادات الاطباء والمستشفيات‬ ‫لكثرة الامراض التي يجلبها علاوة على الاضرار الاجتماعية‬ ‫والسلوك الخاطى الذي يقترفه مدمنو الكحول وتفرض بعض‬ ‫الحكومات ضرائب عالية للتقليل من استعماله كمشروب‬ ‫والتخفيف من اضراره الاجتماعية والصحية والاقتصادية‪.‬‬ ‫‪ - 5‬حامض الخليك ‪CH3COOH‬‬ ‫أ ‪ -‬تحضيره صناعيا ‪:‬‬ ‫يحضر حامض الخليك صناعيا على نطاق واسع من‬ ‫تفاعل الاستيلين مع الماء بوجود حامض الكبريتيك وعوامل‬ ‫مساعدة اخرى حيث تجري سلسلة من التفاعلات تؤدي الى‬ ‫تكوين حامض الخليك‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬خواص حامض الخليك‬ ‫‪ - 1‬سائل في درجات الحرارة الاعتيادية الا انه يتجمد‬ ‫‪100‬‬