الجزء الثاني الصف العاشر 1
قم ّرجرل ْ�ِتس اولزتاررب ُية ِةالتوارلبتيعِةلي ِومال َتر ْقعلِميمِ( ت2د5ر/ي�َ6س1ه0ذ2ا)التاكرتياخِب ِف/6ي3م/دا6ر�ِ1س 0ا2لممبملد ًءاك ِةِماَ ْن ُألا ْلرعُداِّنيم ِةالالدهراا��شسميي ِةَ 6ج1م0ي ِع2هما7،/بن1ا ًء0ع2لم.ى قرا ِر َجمي ُع الحقوق محفوظ ٌة لوزار ِة التربي ِة والتعلي ِم عمان -ا ْ ُلأ ْر ُد ِّن � -ص.ب )1930( . رقم الإيداع لدى َدا ِئ َرة المكتبة الوطنية ()2016/3/1243 :ISBN 978-9957-84-718-0 أ��شرف على ت أ�ليف هذا الكتاب كل من: أ� .د .محمود طاهر الوهر (رئي�ًســا) أ�.د� .إدريــ�س فالـح المومني د .مـو�سى لافــي ال�صــمادي �أ .د .نـــــــذير �أحــــمد الروا�شــــدة قام بت أ�ليفه كل من: ابت�سام علي الحاج محمد ,بلال فار�س حمدان ,تي�سير �أحمد ال�صبيحات ,عبدالله نايف دواغرة التحري��ر العلـم��ي :أ�مان��ي خليل القرام�ص��ة التحري��ر الفن��ي :ن����رم����ي����ن داود ال����ع����زة التحريـــر اللغوي :زي��ن��ب ع��ب��دال��رح��م��ن اب���داح الــــــر�ســـــــــــم � :أح���م���د اب���راه���ي���م �صبيح الـتــــ�صـــمــــيــم :فخـــ��ري مو�س��ــى ال�ش��ـــــــبول ا إلنــــــــــتــــــ��اج :عل��ي محم��د العويدات د ّقــق الطـــباعــة وراجـعـها :أ�ماني خليل القرام�صة 1437هـ 2016 /م ال ّطبع ُة ا ْلأُ ْولَى (التَّجريبيَّة) 2017م أ�عيدت طباعته
قائم ُة المحتويا ُت الصفحة الموضوع الوحد ُة الرابع ُة :الح�سابا ُت الكيميائي ُة 4 4 5 أ�و ًال :التفاع ُل الكيميائ ُّي6 ............................................ . 6 ثان ًيا :قانو ُن حف ِظ الماد ِة8 ............................................. . ثال ًثا :الح�سابا ُت الكيميائي ُة10 ........................................... العل ُم والتكنولوجيا والمجتم ُع -ال�صناعا ُت الدوائي ُة27 .................. �أ�سئل ُة الوحد ِة 28 ......................................................... الوحد ُة الخام�س ُة :الطاق ُة في التفاعلا ِت الكيميائي ِة 30 أ�و اًل :تغي ُّرا ُت الطاق ِة في التفاعلا ِت الكيميائي ِة32 . ثان ًيا :ح�سا ُب حرار ِة التفاع ِل الكيميائ ِّي37 .............................. ثال ًثا :الوقو ُد كم�صد ٍر للطاقة42 .......................................... العل ُم والتكنولوجيا والمجتم ُع -خلي ُة الوقو ِد (�أك�سجين-هيدروجين) 45 �أ�سئل ُة الوحد ِة 47 .......................................................... الوحد ُة ال�ساد�س ُة :الكيميا ُء الع�ضوي ُة 50 او ًال :المركبا ُت الهيدروكربونية52 ........................................ ثان ًيا :المبلمرا ُت69 ....................................................... . العل ُم والتكنولوجيا والمجتم ُع -اتجاها ٌت حديث ٌة في �صناع ِة المبلمرات78 . أ��سئل ُة الوحد ِة 81 .......................................................... قائم ُة الم�صطلحا ِت 84 ........................................................ قائم ُة المراج ِع86 .............................................................
الوحد ُة الرابع ُة الح�سابا ُت الكيميائي ُة4 كي َف نح�س�� ُب كت َل الموا ِّد المتفاعل ِة والناتج ِة ف��ي التفاعلا ِت الكيميائي ِة؟ وبماذا يُفيدنا ذل َك؟ 4
ه�� ْل �س أ�ل َت نف َ�س َك يو ًما :لماذا تدم�� ُع عينا َك في أ�ثنا ِء تقطي ِع الب�ص ِل؟ لق ْد بح َث الكيميائيو َن في هذا المو�ضو ِع, ووج��دوا أ�َ ّن ذل�� َك يرج�� ُع إ�لى وج��و ِد بع��ِ�ض المر ّكبا ِت الكيميائي�� ِة التي تحتوي على عن�ص�� ِر الكبري ِت في خلايا الب�ص�� ِل .وعن َد تقطيع ِه؛ تتعر�ُض هذه المر ّكبا ُت لتفاعلا ٍت كيميائي ٍة ,وتتحو ُل إ�لى مر ّكبا ِت كبري ٍت متطاير ٍة تنت�ش ُر في الهوا ِء .وعن َد و�صو ِلها إ�لى عيني َك تتفاع ُل م َع الرطوب ِة الموجود ِة فيهما ,و ُتك ّو ُن حم�َض الكبريتي ِك الذي ي�سب ِّب ُب الحرقا َن .ونظ ًرا لأن النهايا ِت الع�صبي�� َة ف��ي العين ْي ِن ح�سا�س ٌة ج ًّدا؛ ف إ�نها تر�س ُل �إ�شار ًة إ�ل��ى الدما ِغ ,في�ستجي ُب لها ,ويح ُث القنوا ِت الدمعي�� َة على إ�نتا ِج المزي�� ِد م َن الدمو ِع لتخفي ِف هذا الحم�ِضَ ,فتدم ُع عينا َك ,وبذلك تحمي نف َ�سها م�� َن الحم��ِ�ضَ .فما المق�صو ُد بالتفاع ِل الكيميائ ِي؟ وما العلاق ُة بين كميا ِت الموا ِد المتفاعل ِة والناتج ِة فيه؟ وكي َف يمك ُن ح�سا ُب هذه الكميا ِت؟ هذا ما �ستتع ّرف ُه خلا َل درا�س ِت َك هذ ِه الوحد َة. ويتوق ُع من َك بع َد درا�س ِتها� ،أ ْن تكو َن قاد ًرا على أ� ْن: تو ّ�ض َح مفهو َم التفاع ِل الكيميائ ِّي ودلائ َل حدوث ِه ,وتم ِّث َل ُه بمعادل ٍة كيميائي ٍة موزون ٍة. تو ّ�ض َح مفهو َم ك ٍّل م ْن :قانو ِن حف ِظ الماد ِة ،والكتل ِة الذري ِة ,والمو ِل ,و الكتل ِة المولي ِة. تو ّظ َف مفهو َم المو ِل في الح�سابا ِت الكيميائي ِة. تح�س َب الن�س َب المئوي َة للعنا�ص ِر الداخل ِة في تركي ِب مرك ٍب معي ٍن. ُتجري ح�سابا ٍت كيميائي ًة تتعل ُق بال�صي ِغ ا ألولي ِة للمر ّكبا ِت المختلف ِة ,وكميا ِت الموا ِّد المتفاعل ِة والناتج ِة م َن التفاع ِل الكيميائ ِّي. تق ّد َر �أهمي َة الح�سابا ِت الكيميائي ِة وتطبيقا ِتها في الحيا ِة. 5
التفاع ُل الكيميائ ُّي The Chemical Reaction �أينم��ا ن ْظ��ر َت م�� ْن حو ِلك تج ُد مر ّكب��ا ٍت كيميائي ًة كثير ًة ,مث�� َل الما ِء وثان��ي �أك�سي ِد الكربو ِن وكربونا ِت الكال�سيو ِم (الحجر الجيري) ,و َتنت ُج المر ّكبا ُت الكيميائي ُة في الطبيع ِة غال ًبا م ْن تفاعلا ٍت كيميائي�� ٍة مختلف ٍة .وتع ُّد التفاع�ال ُت الكيميائي ُة عاملًا �أ�سا�س ًيا في حيا ِتن��ا ,فكثي ٌر م َن العمليا ِت التي تح��د ُث م ْن حو ِلن��ا ,كعمليا ِت التنف�ِس والبنا ِء ال�ضوئ ِّي و�صد َ�أ الحدي�� ِد وعمليا ِت الاحترا ِق ب أ�نواع ِه وغي ِره��ا الكثي�� ِر ,جمي ُعه��ا تفاعلا ٌت كيميائي�� ٌة ,والعدي ُد م ْن ه��ذ ِه التفاعلا ِت لا يمك�� ُن ر ؤ�ي ُتها �أو ملاحظ ُته��ا ,كتفاع�ال ِت البنا ِء ال�ضوئ ِّي في النبا ِت ,في حي ِن �أنّ��ه توج ُد تفاعلا ٌت أ�خرى يمك ُن َك أ� ْن تراه��ا و ُتح� َّس بها ,كتل َك التفاعلا ِت المرافق ِة لاحترا ِق الغابا ِت ,أ�و احترا ِق الوقو ِد ب أ�نواع ِه .ويب ّي ُن ال�ش��ك ُل (� )1-4أح�� َد التفاع�ال ِت الكيميائي ِة ،وه َو تفاع�� ُل ال�صوديو ِم م َع الكل��و ِر لإنتا ِج كلوري ِد ال�صوديو ِم ,لاح ِظ ال�شكل ،هل تختل ُف الموا ُّد الناتج ُة في �صفا ِتها ع ِن الموا ِد المتفاعل ِة؟ )2Na (s + )Cl2 (g) → 2NaCl (s ال�شكل ( :)1-4تفاع َُل ال�صوديو ِم م َع الكلو ِر لإنتا ِج كلوري ِد ال�صوديو ِم. 6
يت�ض ُح م َن ال�شك ِل� ،أ َّن غا َز الكلو ِر يتفاع ُل م َع ال�صوديو ِم ال�صل ِب إلنتا ِج كلوري ِد ال�صوديو ِم .ولو أ�معن َت النظ َر في الموا ِد المتفاعل ِة والناتج ِة لوجد َت �أ ّن الموا َد الداخل َة في التفاع ِل تختل ُف في �صفا ِتها ع�� ْن �صفا ِت الم��وا ِّد الناتج ِة ع ْن ُه .فكي َف تحد ُث التفاعلا ُت ,وما العلاق ُة بي َن المتفاعلا ِت والنوات ِج؟ لتع��ر َف ذل َك ،ت أ� ّم ِل ال�شك َل ( )2-4الذي يمث ُل التفاع�� َل بي َن جزئيا ِت الهيدروجي ِن وجزئيا ِت الأك�سجي�� ِن لتكوي ِن الم��ا ِء ,ولاح ِظ التغيرا ِت التي حدث ْت لك ٍّل م�� ْن جزئيا ِت ا ألك�سجي ِن وجزئيا ِت الهيدروجي�� ِن ف��ي الموا ِّد المتفاعل�� ِة ,والتي أ� ّد ْت إ�لى تكوي�� ِن الموا ِّد الناتج ِة (جزئي��ا ِت الما ِء) .ه ْل تلاح ُظ حدو َث تغ ُّي ٍر على عد ِد ذرا ِت الأك�سجي ِن والهيدروجي ِن في التفاع ِل؟ )O2 (g + )→2H2 (g )2H2O (l ال�شكل ( :)2-4تفاع ُل ا ألك�سجين والهيدروجين إلنتاج الما ِء. م ْن الوا�ض ِح أ� َّن ما حد َث في هذا التفاع ِل الكيميائ ِّي ،هو ك�ْس ٌر للرواب ِط الكيميائي ِة الموجود ِة في الم��وا ِّد المتفاعل ِة ,وتكوي ُن رواب َط جديد ٍة ف��ي الموا ِّد الناتج ِة ,أ� ّما أ�عدا ُد ال ّذرا ِت المتفاعل ِة والناتج ِة ف�ال يح��د ُث لها أ� ُّي تغيي ٍر؛ ِإ�ذ �إ َّن عد َد ذرا ِت الهيدروجي�� ِن قب َل التفاع ِل ي�ساوي عد َدها بع َد التفاع ِل، وينطب ُق ال�شي ُء نف ُ�س ُه على ذرا ِت ا ألك�سجي ِن .وعليه ،ف�إ َّن التفاع َل الكيميائ َّي هو تغيُّ ٌر يطر أُ� على الموا ِّد يت�ض َّم ُن تك�س��ي َر رواب َط وتكوي َن رواب َط جديد ٍة ،وي ّؤ�دي �إلى �إعاد ِة ترتي ِب الذرا ِت ،بحي ُث تنت ُج موا ُّد جديد ٌة تختل ُف في �ص��فا ِتها ع�� ِن الم��وا ِّد المتفاعل ِة .وي ْم ِك ُن �أ ْن ن�ستد َّل على بع�ِض التفاع�ال ِت ع ْن طري ِق عد ِة مظاه َر تراف ُق حدو َثه��ا ،كتكوي ِن روا�س َب � ،أو انط�ال ِق الغازا ِت � ،أو حدو ِث تغيرا ٍت في �ألوا ِن الموا ِّد ،وغي ِرها. 7
âp jôÑμdG ™n e áp °†ØdG πo YÉØJ ¢pübÉæJ≈dGE …OƒD j ɪq e ,Ag2S áp °†ØdG óp àjôÑc In Os Ée ák fƒμe ,âp jôÑμdG ™n e øp eõdG Qp hôªH áo °†ØdG πo YÉØàJ ™n e É¡àp ∏YÉتH É¡fp É©ªd ≥p HÉ°S ≈dGE áp °†ØdG Io OÉYEG øo μªjh .Op ƒ°SC’G ≈dEG É¡fp ƒd ∫p ƒq ëJh ,áp °†ØdG ¿p É©ªd Ωp ƒjOƒ°üdG äo ÉfƒHôc ¬«dEG ±p É°†ªdG øp NÉ°ùdG Ap ɪdÉH Im ƒD ∏ª`e ¢m SÉC c »a É¡©n e ™o °VƒJ »àdG ,Ωp ƒ«æªd’C G ≥p FÉbQ :áp «J’B G áp dOÉ©ªdG ≥n ah É©k e Ot GƒªdG √p òg πo YÉØààa ;áo «æ«LhQó«¡dG 3Ag2S (s) + 2Al (s) → Al2S3 (s) + 6Ag (s) .óm jóL ør e ák ©e’ áo °†ØdG ío Ñ°üJ ,»dÉàdÉHh πÑb ó©H ón ©Hh πn Ñb áp °†ØdG øn e ™l £b :(3-4) πμ°ûdG .Ωƒ«æªd’C G ≥p FÉbQ ™n e πp YÉØàdG Low of Conservation of Matter Ip OɪdG ßp ØM ¿o ƒfÉb É«k fÉK ân ª∏q ©Jh ,ám fhRƒe ám «FÉ«ª«c äm ’OÉ©ªH πo ãs ªJo án «FÉ«ª«μdG äp ÓYÉØàdG ¿s CG ,øp eÉãdG ∞u °üdG »a ân °SQO äp GQP Op ó©d ÉkjhÉ°ùe É¡«a áp ∏YÉØàªdG Ou GƒªdG äp GQP Oo óY ¿o ƒμj åo «ëH Öo àμJo án «FÉ«ª«μdG äp ’OÉ©ªdG ¿s CG .(1-4) •n É°ûædG òp Øq f ,∫p ÉéªdG Gòg »a ∂n JÉeƒ∏©e ôn Ñàîàdh .áp éJÉædG Ou GƒªdG 8
( :)1-4موازن ُة المعادل ِة الكيميائي ِة ادر� ِس التفاع َل الآتي الذي يمث ُل تفاع َل غا ِز الميثا ِن م َع ا ألك�سجي ِنّ ،ثم أ�ج ْب ع ِن الأ�سئل ِة التي تليه: )→CH4 (g) + O2 (g )CO2 (g) + H2O (g ما عد ُد ذرا ِت الهيدروجي ِن في ك ٍّل ِم َن الموا ِّد المتفاعل ِة والناتج ِة؟ ما عد ُد ذرا ِت ا ألك�سجي ِن في ك ٍّل ِم َن الموا ِّد المتفاعل ِة والناتج ِة؟ واز ِن المعادل َة الكيميائي َة. لاح�� ْظ أ� َّن ع��د َد ذرا ِت الهيدروجي ِن في الموا ِّد المتفاعل ِة لا ي�س��اوي ع َد َدها في الموا ِّد الناتج ِة، وينطب�� ُق ال�ش��ي ُء نف ُ�س ُه على ذرا ِت الأك�سجي ِن ،وحتى يت�ساوى عد ُد ال��ذرا ِت في ِكلا الطرفين ،ف�إ ّننا نحت��ا ُج إ�لى جزيئي ِن م َن ا ألك�سجي ِن ليتفا َعلا م َع ج��زي ٍء واح ٍد م َن الميثا ِن ،إلنتا ِج جزيئي ِن م ْن بخار ِالم��ا ِء ،وجزي ٍء واح ٍد م ْن ثاني �أك�سي ِد الكرب��و ِن .وبذل َك ت�صب ُح المعادل ُة موزون ًة أ� ْي أ� َّن عد َد ذرا ِت ك ِّل عن�ص ٍر في الموا َّد المتفاعل ِة ي�ساوي عد َدها في الموا َّد الناتج ِة .كما يلي: الموا ُّد المتفاعل ُة الموا ُّد الناتج ُة )CH4 (g) + 2O2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (g والآن ،د ْع َنا نقار ُن عد َد ذرا ِت ك ٍّل م َن الهيدروجي ِن والكربو ِن وا ألك�سجين في المعادل ِة الموزون ِة: الموا ُّد المتفاعل ُة → الموا ُّد الناتج ُة -عد ُد ذرا ِت : H -عد ُد ذرا ِت : C 4 (4= )2×2 -عد ُد ذرا ِت : O →1 1 (4= )2+ 1×2 → (4 = )2×2 9
)Na (s + )O2 (g → واز ِن المعادل َة الكيميائي َة الآتي َة: )Na2O (s يت�ض ُح مما �سب َق� ،أ َّن التفاع َل الكيميائ َّي لا ي�ؤد ّي �إلى نق�ٍص �أو زياد ٍة في عد ِد الذرا ِت المتفاعل ِة �أو تغي�� ٍر ف��ي نوعها ,فعد ُد الذرا ِت ونو ُعها يبقى ثاب ًتا بع َد انتها ِء التفاع ِل ،وهذا ما ُيطل ُق علي ِه قانو ُن حف ِظ الماد ِة ،الذي ينطب ُق على جمي ِع التفاعلا ِت الكيميائي ِة ،ويمك ُن �صياغ ُة هذا القانو ِن على النح ِو ا آلتي: الماد ُة لا تَ ْفنى ولا تُ�س��تحد ُث في التفاع ِل الكيميائ ّي ،ولكنَّها تتغي ُر م ْن �ش��ك ٍل �إلى �آخر .ولك ْن كي َف ي�ساع ُدنا قانو ُن حف ُظ الماد ِة في الح�سابا ِت الكيميائي ِة المختلف ِة؟ الح�سابا ُت الكيميائي ُة )(Chemical Calculations ثال ًثا �إذا �ألقي َت نظر ًة فاح�ص ًة على ما يدو ُر حو َل َك في البي ِت �أو المدر�س ِة أ�و عن َد زيار ِت َك ألح ِد الم�صان ِع، ف�ستج�� ُد أ� َّن الكثي�� َر م َن الم��وا ِّد التي وق َع نظ ُر َك عليها ق ْد ت َّم ْت �صناع ُته��ا �أو تح�ضي ُرها م ْن تفاعلا ٍت كيميائي�� ٍة مختلف�� ٍة ،فكي َف نح ِّد ُد كمي�� َة الموا ِّد اللازم ِة لح��دو ِث هذ ِه التفاعلا ِت والم��وا ِّد الناتج ِة عنها؟ يكت�س ُب تحدي ُد كميا ِت الموا ِّد المتفاعل ِة أ�و الموا ِّد الناتج ِة ب�شك ٍل دقي ٍق �أهمي ًة بالغ ًة في بع�ِض الحالا ِت ،وخ�صو ً�صا في ال�صناعا ِت المختلف ِة ،كال�صناعا ِت الدوائي ِة ،و�صناع ِة المنظفا ِت والبلا�ست ِك وغي ِره��ا ،وه��ذا ي�ساع ُدنا على الح�صو ِل على منت ٍج نق ٍّي يمتل ُك ال�صف��ا ِت المطلوب َة ،أ� ّما إ�ذا زا َد أ� ٌّي م�� َن الموا ِّد المتفاعل ِة ع ِن الحاج�� ِة ف�سيبقى مخت ِل ًطا بالنات ِج ،وي ؤ�دي إ�لى وجو ِد �صفا ٍت غي ِر مرغو ٍب فيه��ا ،ويعتم ُد الكيميائيو َن في ح�سا ِب ه��ذ ِه الكميا ِت على المعادلا ِت الكيميائي ِة الموزون ِة ،وح َّتى نتمك َن م ْن معرف ِة دو ِر المعادل ِة الكيميائي ِة في �إجرا ِء الح�سابا ِت الكيميائي ِة ،لا ُب َّد لنا م ْن معرف ِة بع�ِض المفاهي�� ِم الأ�سا�سي ِة المرتبط ِة بالمعادل ِة الموزون ِة ،كمفهو ِم الكتل ِة الذري ِة ،والمو ِل ،والكتل ِة المولي ِة. -1الكتل ُة الذري ُة Atomic Mass م َن المعرو ِف أ� َّن الذر َة �صغير ٌة ج ًّدا ،بحي ُث لا يمك ُن ر�ؤي ُتها بالعي ِن المجرد ِة ,أ�و بالمجاه ِر العالي ِة التكبي ِر ،وبالتالي فنح ُن لا ن�ستطي ُع �أ ْن نز َن الذر َة أ�و نتعام َل معها مبا�شر ًة ؛ لذا لج أَ� العلما ُء 10
إ�لى مقارن ِة كت ِل ذرا ِت العنا�ص ِر بالن�سب ِة �إلى بع�ضها ،فوجدوا مثل ًا أ� َّن الما َء H2Oيتك ّو ُن م َن ا ألك�سجي ِن والهيدروجي ِن بن�سب ٍة عددي ٍة ( ،)2:1ويتحدا ِن بن�سب ٍة كتلي ٍة ت�ساوي , 2:16أ� ْي �أ َّن كتل َة ذر ٍة واحد ٍة م َن الأك�سجي ِن �إلى كتل ِة ذرتي ِن م َن الهيدروجي ِن في H2Oه َي . 2:16 كما أ�ننا ن�ستطي ُع �أ ْن نحد َد الن�سب َة بي َن كتل ِة ذر ِة الهيدروجين وكتل ِة ذر ِة الكلو ِر عن َد تفاعل ِهما لتكوي ِن ،HClوالن�سب َة بي َن كتل ِة ذر َتي الأك�سجي ِن والمغني�سيو ِم عن َد تكوي ِن ،MgOوهكذا. ولك َّن �إيجا َد هذ ِه الن�س ِب لا يح ُّل الم�شكل َة ،فلا ب َّد م ْن توحي ِد المقيا� ِس الذي نقي� ُس الكت َل الذري َة بالن�سب ِة إ�لي ِه .وبع َد محاولا ٍت عديد ٍة ،تو ّ�ص َل العلما ُء لقيا� ِس الكت ِل الن�سبي ِة لذرا ِت العنا�ص ِر (بوحد ِة الكت ِل الذري ِة) ،لك َّن وجو َد النظائ ِر لهذ ِه العنا�ص ِر ،وبن�س ٍب مختلف ٍة في الطبيع ِة ،جع َل العلما َء يح�سبو َن متو�سطا ِت الكت ِل الذري ِة الن�سبي ِة للعنا�ص ِر؛ م ّما جع َل كتل َتها الذر ّي َة تحتوي على ك�سو ٍر ،ولت�سهي ِل التعام ِل م َع هذ ِه الكت ِل والح�سابا ِت المبني ِة عليها ف إ�ننا �سن�ستخد ُم قي ًما تقريبي ًة لها ُتعر ُف بالكت ِل الذري ِة التقريبي ِة .ويب ّي ُن الجدو ُل ( )1-4بع�َض الكت ِل الذري ِة الن�سبي ِة لبع�ِض العنا�ص ِر ،والكت ِل الذري ِة التقريبي ِة لها : الجدول ( :)1-4الكتل ُة الذري ُة الن�سبي ُة والتقريبي ُة لذرا ِت بع�ِض العنا�ص ِر. الكتل ُة الذري ُة الكتل ُة الذري ُة العن�ص ُر الكتل ُة الذري ُة الكتل ُة الذري ُة العن�ص ُر التقريبي ُة الن�سبي ُة التقريبي ُة الن�سبي ُة 23 Na 1 1,008 H 24 22,989 Mg 12 C 27 24,305 Al 14 12,001 N 26,981 Cl 14,007 O 35,5 16 35,5 15,999 بالرج��و ِع �إلى الج��دو ِل الدور ِّي ،ح ّد ِد الكتل َة الذري َة التقريبي َة ل��ك ٍّل م ْن ذرا ِت الكال�سيو ِم Ca والف�سفو ِر Pوالحدي ِد Fe؟ -2الكتل ُة الجزيئي ُة Molecular Mass عر ْف َت في الوحد ِة الثاني ِة أ� َّن الوحدا ِت الأ�سا�سي َة للماد ِة إ� ّما �أ ْن تكو َن ذرا ٍت أ�و جزيئا ٍت ،كما عرف َت -أ�ي ً�ضا-كي َف ُيمك ُن تحدي ُد الكت ِل الذري ِة الن�سبي ِة للعنا�ص ِر .وا آلن ،كي َف ُيمك ُن تحدي ُد 11
كت ِل الجزيئا ِت كجزي ِء النيتروجي ِن ،N2أ�و جزي ِء الما ِء � ،H2Oأو غي ِرها م َن الجزيئا ِت؟ يمك ُن تو�ضي ُح مفهو ِم الكتل ِة الجزيئي ِة أل ِّي مرك ٍب بالاعتما ِد على �صيغت ِه الكيميائي ِة,والتي تد ُّل على �أنوا ِع الذرا ِت الداخل ِة في تركي ِبه وعد ِدها .فمثلاً ،ال�صيغ ُة الكيميائي ُة لجزي ِء الما ِء ه َو H2Oوهذا يعني أ� ّن ُه يحتوي على عن�ص َري الأك�سجي ِن والهيدروجين ،و�أ َّن عد َد ذرا ِت الهيدروجي ِن في ِه ت�ساوي ،2وعد َد ذرا ِت ا ألك�سجي ِن ت�ساوي ,1و ُيمك ُن ح�سا ُب ُكتل ِة الجزي ِء الواح ِد م ْن H2Oبجم ِع الكت ِل الذري ِة لجمي ِع العنا�ص ِر التي يتك ّو ُن منها . وبالرجو ِع إ�لى الجدو ِل الدور َّي ،نج ُد �أ َّن الكتل َة الذري َة التقريبي َة للهيدروجي ِن ت�ساوي (،)1 ول ألك�سجي ِن ت�ساوي (, )16وعلي ِه ف إ� َّن: كتل َة جزي ِء الما ِء = كتل َة ذر ِة الهيدروجي ِن× عد ِد ذرا ِت الهيدروجي ِن +كتل ِة ذر ِة ا ألك�سجي ِن× عد ِد ذرا ِت ا ألك�سجين = 18 = 1×16 +2×1وحد َة كت ٍل ذرية ٍ. بالرجو ِع �إلى الجدو ِل الدور ِّي ،اح�س ِب الكتل َة الجزيئي َة لك ٍّل م َن الموا ِّد ا آلتي ِة: H2SO4 , MgF2 , NaCl , Cl2 -3مفهو ُم المو ِل والكتل ِة المولي ِة The Mole Concept and The Molar Mass عرف َت أ� َّن الذرا ِت ج�سيما ٌت �صغير ٌة ج ًدا لا ُترى بالعي ِن المجرد ِة أ�و بالميكرو�سكوبا ِت عالي ِة التكبي ِر ،وهذا يعني �أ ّنه م َن ال�صع ِب التعام ُل م َع الذرا ِت ب�شك ٍل مبا�ش ٍر ،فنح ُن لا ن�ستطي ُع أ� ْن نز َن ذر ًة م َن المغني�سيو ِم وذر ًة م َن الأك�سجي ِن لمفاعل ِتهما م ًعا وتكوي ِن MgOفكي َف نح ُّل هذ ِه الم�شكلة؟ وما الكمي ُة المنا�سب ُة م َن أ�ح ِد ِهما اللازم ُة للتفاع ِل م َع كمي ٍة معلوم ٍة م َن ا آلخ ِر؟ حاو َل العلما ُء ا�ستخدا َم الكت ِل الن�سبي ِة لذرا ِت العنا�ص ِر المختلف ِة ،فن�سب ُة كتل ِة ذر ِة المغني�سيو ِم �إلى كتل ِة ذر ِة ا ألك�سجين = . 16:24وهنا يتباد ُر إ�لى الذه ِن �س ؤ�ا ٌل هو :لماذا لا نحاف ُظ على هذ ِه الن�سب ِة عن َد مفاعل ِة المغني�سيو ِم م َع ا ألك�سجي ِن فنز َن 24غرا ًما م َن المغني�سيوم و 16غرا ًما م َن ا ألك�سجي ِن و ُنفا ِع ُلهما م ًعا لتكوي ِن 40غرا ًما من MgO؟ فح�َص العلما ُء هذا الر�أ ُي ووج َد أ�ح ُده ُم -وه َو العال ُم الإيطال ُّي أ�فوغادرو -أ�ننا إ�ذا �أخ ْذنا كمي ًة م ْن أ� ِّي عن�ص ٍر ،ت�ساوي كتل ُتها بالغراما ِت 12
الكتل َة الذري َة الن�سبي َة ل ُه عدديًا ،ف إ�ننا نكو ُن ق ْد �أخ ْذنا 2310×6.02ذر ًة م ْن ذل َك العن�صر� ،أ ْي أ�ننا إ�ذا و َز ّنا 24غرا ًما م َن المغني�سيو ِم ف�سنج ُد أ�نها تحتوي 2310×6.02ذر َة Mgو إ�ذا وز ّنا 23غرا ًما م َن ال�صوديو ِم ف�سنج ُد أ�نها تحتوي 2310×6.02ذر َة Naوهكذا بالن�سب ِة لجمي ِع العنا�ص ِر ا ألخرى .وق ْد �ُس ّمي ِت الكتل ُة بالغراما ِت (والتي ت�ساوي الكتل َة الذري َة الن�سبي َة عدديًا) الكتل َة الغرامي َة للعن�ص ِر كما �ُسم َي العد ُد 2310×6.02عد َد �أفوغادرو .وه َو كما ترى ي�شب ُه قولنا هذا قل ٌم وه ِذ ِه دزين ُة أ�قلا ٍم ،فالعد ُد واح ٌد في الحالت ْين ( 1قلم 1 ،دزينة) لكننا �ضاع ْفنا القل َم اثنتي ع�شرة مر ًة لنح�ص َل على دزين ِة ا ألقلا ِم .وهذا ما يح�ص ُل م َع الكت ِل الذري ِة الن�سبي ِة والكت ِل الغرامي ِة؛ فالكتل ُة الذري ُة الن�سبي ُة للمغني�سيوم = 24وحد َة كت ٍل ذري ٍة ،والكتل ُة الغرامي ُة ل ُه =24غرا ًما ،ولكننا �ضاع ْفنا الكتل َة الذري َة الن�سبي َة للمغني�سيو ِم 2310×6.02مر ًة لنح�ص َل على24غرا ًما ،وق ْد �أ ُطل َق فيما بع ْد على عد ِد أ�فوغادرو م َن الذرا ِت ا�س َم “المول” ،فنقو ُل إِ� َّن لدينا مو اًل م َن الذرا ِت ،عندما يكو ُن لدينا الكتل ُة الغرامي ُة م ْن عن�ص ٍر معي ٍن ،وعلي ِه ،ف�إ ِّن المو َل هو عد ٌد م َن الذرا ِت كتل ُتها ت�ساوي الكتل َة الغرامي َة للعن�ص ِر و ُت�س ّمى هذه الكتل ُة أ�ي ً�ضا الكتل ُة المولي ُة للعن�ص ِر .انظ ِر ال�شك َل ( ،)4-4والذي يب ّي ُن عد ًدا م َن الموا ِّد وكت َلها المولي َة. 1مول 1مول C 1مول 1مول H2O 12غ K2Cr2O7 C12H22O11 18غ 294غ 342غ 1مول Cu 63.5غ ال�شكل ( :)4-4كت ُل مو ٍل واح ٍد م ْن موا َّد مختلف ٍة. 13
تأمل ل��و افتر ْ�ضن��ا �أ َّن عد َد �سكا ِن العال ِم 6مليارات ،وق ْمنا بتوزي ِع م��و ٍل م َن الدناني ِر عليه ْم ،فك ْم �سيكو ُن ن�صي ُب َك م ْنها؟ للح�صو ِل على ا إلجاب ِة نق�س ُم قيم َة المو ِل على عد ِد ال�سكا ِن كما ي أ�تي: 100بليون دينار = 1410*1 = 2310*6 910*6 تخ َّي ْل ا آلن أ� َّن ك َّل هذا العد ِد الكبي ِر م ْن ذرا ِت الهيدروجي ِن الموجو ِد في مو ٍل من ُه كتلت ُه 1غ فقط، فه ْل ت�ستطي ُع �أ ْن تت�صو َر مقدا َر حج ِم ذر ِة الهيدروجي ِن وكتل ِتها؟ ومم��ا يج��د ُر ذك�� ُر ُه أ� َّن مفهو َم الم��و ِل ينطب ُق على الجزيئ��ا ِت بالطريق ِة نف ِ�سها الت��ي ينطب ُق بها على ال��ذرا ِت ،فمو ٌل واح ٌد م��ن الما ِء يحتوي على 2310×6.02جزي ٍء م َن الما ِء وكتل ُته ت�ساوي الكتل َة الجزيئي َة للما ِءُ ،نع ّب ُر عنها بالغراما ِت ،ولتو�ضي ِح ذلك د ْعنا ندر� ُس المثا َل الآتي: 1 اح�س ْب الكتل َة المولي َة للما ِء H2O الح ُّل لاح ْظ أ� َّن جزي َء الما ِء يتكو ُن م ْن ذرتي هيدروجين وذر ِة �أك�سجي َن ،ف إ�ذا علم َت أ� َّن الكتل َة الغرامي َة ل ألك�سجي��ن 16غ ،أ�ي أ� َّن كتل�� َة مو ٍل م ْن ذرا ِت ا ألك�سجي�� ِن = 16غرا ًما ،و�أ َّن الكتل َة الغرامي َة للهيدروجي�� ِن ت�س��اوي 1غ ،أ� ْي أ� َّن كتل َة مو ٍل م�� ْن ذرا ِت الهيدروجي ِن = 1غرا ًما ،وبالتالي ف إ� َّن كتل َة مو ٍل م َن جزيئا ِت الما ِء ي�ساوي مجمو َع الكت ِل المولي ِة للذرا ِت المكون ِة للما ِء� ،أ ْي �أ َّن: الكتل َة المولي َة للماء ×1 = H2Oالكتل َة المولية للأك�سجين ×2 +الكتل َة المولية للهيدروجين = 18 = 1×2 + 16×1غ/مول. قار ِن القيم َة التي تو�ص ْل َت إ�ليها الآ َن م َع القيم ِة التي تو�ص ْل َت إ�ليها عن َد ح�سا ِب الكتل ِة الجزيئي ِة للما ِء في البن ِد ال�ساب ِق ،بماذا تت�شابهان ،وبماذا تختلفان؟ 14
لا ب َّد �أ َّن َك تو�ص ْل َت م ْن خلا ِل ذل َك إ�لى أ� َّن الكتل َة المولي َة للما ِء م�ساوي ٌة في قيم ِتها للكتل ِة الجزيئي ِة لجزي ِء الم��ا ِء ،ولك َّن وحد َة القيا�� ِ�س اختلف ْت فهي هنا مقي�س ٌة بالغرام ،وهنا َك ُتقا�� ُ�س بوحد ِة الكت ِل الذري ِة. بالرجو ِع إ�لى قي ِم الكت ِل الذري ِة للعنا�ص ِر في الجدو ِل الدور ِّي ،اح�س ِب الكت َل المولي َة لك ٍّل م ّما يليCa)OH(2 , C6H12O6 , NH3 , C2H6 : وال�س�� ؤ�ا ُل ا آل َن :ه�� ْل يمك ُن معرف ُة عد ِد الم��ولا ِت الموجود ِة في كتل ٍة معين ٍة م َن الماد ِة � ،أ ْو عد ِد الذرا ِت أ�و الجزيئا ِت الموجود ِة فيها؟ لتتعر َف ذلك ،ادر� ِس الأمثل َة الآتي َة: 2 ما عد ُد مولا ِت ال�صوديو ِم Naالموجود ِة في ع ّين ٍة م ْن ُه ،كتل ُتها 460غرا ًما؟ الح ُّل بالرج��و ِع �إلى الج��دو ِل الدور ِّي نج ُد أ� َّن الكتل�� َة الغرامي َة لل�صوديو ِم ( كتل�� ُة مو ٍل م ْن ذرات ِه) ت�ساوي 23غ ،وبالتالي يمك ُن ح�سا ُب عد ِد مولا ِت ال�صوديو ِم في هذ ِه العين ِة كا آلتي: الكتل ُة المولي ُة ( 23غ) ! ا مول م ْن Na الكتل ُة المعطا ُة ( 460غ) ! عد َد مولا ِت Na الكتل ُة المولي ُة × عد ِد مولا ِت = Naالكتل َة المعطا َة × 1مول 23غ × عد ِد مولا ِت 460 = Naغ × 1مول مول 20 = 1مول × غ 460 = Na مولا ِت عد ُد 23غ ِ =الالككتتل ِلةـ َاةل بماوللغي ِرةام لاح ْظ �أ َّن : عد َد المولا ِت وهذ ِه العلاق ُة الريا�ضي ُة �سن�ستخد ُمها في ح�سابا ِتنا القادم ِة. 15
3 اح�س ْب كتل َة 10مول من CaCl2؟ الح ُّل نح�س ُب الكتل َة المولي َة للمر ّك ِب CaCl2 الكتل ُة المولي ُة = CaCl2عد َد مولا ِت × Caالكتل ِة المولي ِة له +عد ِد مولا ِت × Clالكتل ِة المولي ِة له. = 111 = 35.5 × 2 + 40×1غ /مول كتل َة CaCl2 وبنا ًء علي ِه ف إ� َّن: الكتل ِة المولي ِة CaCl2 = عد َد مولا ِت CaCl2 كتل َة CaCl2 10مول = 111غ/مول = 1110غ غ ∴ كتل ُة 10 = CaCl2مول × 111 مول ما عد ُد مولا ِت كربونا ِت المغني�سيو ِم MgCO3في ع ّين ٍة كتل ُتها 252غ م ْن ُه. اح�س ْب كتل َة 4مول م ْن CuBr2 4 ما عد ُد جزيئا ِت الفلو ِر F2في ع ّين ٍة تحتوي 5مو ٍل م ْن ُه؟ الح ُّل عرف َت أ� َّن المو َل الواح َد م َن الذرا ِت أ�و الجزيئا ِت ي�ساوي عد َد أ�فوغا ْدرو� ،أ ْي أ� َّن: 1مو ٍل م ْن F2يحتوي 2310×6.02جزي ِء ( F2عدد أ�فوغادرو) 5مول F2يحتوي عد َد جزيئا ِت F2 10×30.1 جزيء 2310×6.02 × جزيء. 23 = مول مول 5 = F2 جزيئا ِت عد ُد ∴ 16
وعلي ِه ،ف�إ َّن ُه يمك ُن ح�سا ُب عد ِد الجزيئا ِت أ�و الذرا ِت م َن العلاق ِة الريا�ضي ِة: عد ُد الجزيئا ِت ( �أو الذرا ِت) = عد َد المولا ِت × عد ِد أ�فوغادرو 5 م��ا عد ُد ذرا ِت الحدي ِد Feف��ي ع ّين ٍة كتل ُتها 112غرا ًما م َن الحدي ِد ( Feالكتل ُة المولي ُة للحدي ِد = 56غ/مول) الح ُّل نح�س ُب �أو ًال عد َد مولا ِت الحدي ِد م َن العلاق ِة: ِ الكتلـ َة بالغرام = المولا ِت عد ُد الكتلـ ِة المولي ِة مول 2 = مول × 112غ = المولا ِت عد ُد 56غ عد ُد الذرا ِت = عد َد المولا ِت × عد ِد �أفوغادرو عد ُد الذرا ِت = 23 10×12.04 = 23 10×6.02 × 2ذر ٍة ال�شكل ( :)5-4نحلة. تف�� ِر ُز النحل�� ُة عندم��ا تل�س ُع كائ ًنا م��ا 6- 10غ م ْن مر ّك ِب أ�ي�سو بنتيل أ��سيتات ()Isopentyl acetate 17 C7H14O2الذي ل ُه رائح�� ٌة كرائح ِة المو ِز ،حي ُث تج��ذ ُب هذ ِه الرائح ُة النح�ال ِت الأخريا ِت لتن�ض َّم للمهاجم�� ِة .اح�س ْب ع��د َد جزيئ��ا ِت الأي�سو بنتيل أ��سيتات التي تفر ُزها النحل ُة عندما تل�س ُع �شخ ً�صا ما .
-4الن�س ُبالمئوي ُة لكت ِل العنا�ص ِرفيالمر ّكبا ِت Mass Percent of Elements in the Compounds در�ْس َت في مبح ِث الريا�ضيا ِت كي َف يمك ُن ح�سا ُب الن�س ِب المئوي ِة المختلف ِة كن�سب ِة الطلب ِة الم�شاركي َن في م�سابق ٍة ما� ،أو ن�سب ِة الطلب ِة الغائبي َن ع ِن المدر�س ِة� ،أو ن�سب ِة النجا ِح في الاختبا ِر .فماذا نعني بقو ِلنا �إ َّن الن�سب َة المئوي َة للناجحي َن في الاختبا ِر %80؟ يعني ذل َك �أ َّن 80طال ًبا م ْن ك ِّل مئ ٍة نجحوا في الاختبا ِر ،و ُتح�س ُب الن�سب ُة المئوي ُة عاد ًة بق�سم ِة عد ِد الكميا ِت المرا ِد ح�سا ُب ن�سب ِتها على العد ِد الكل ِّي لهذ ِه الكميا ِت ،و�ضر ِب النات ِج بـ %100وق ِد ا�ستفا َد الكيميائيو َن م ْن ح�سا ِب الن�س ِب المئوي ِة للعنا�ص ِر المكون ِة لمر ّك ٍب ما ،في تحدي ِد �صيغت ِه الجزيئي ِة ،فكي َف يت ُّم ذل َك؟ د ْعنا أ�و ًال نح�س ُب الن�س َب المئوي َة لكت ِل عنا�ص ِر مر ّك ٍب ما ،م ْن خلا ِل الأمثل ِة الآتي ِة: 6 اح�س ِب الن�س َب المئوي َة الكتلي َة للكربو ِن والهيدروجي ِن في الميثا ِن CH4 الح ُّل لح�سا ِب ن�سب ِة الكربو ِن والهيدروجي ِن في المر ّك ِب ،نح�س ُب �أو ًال الكتل َة المولي َة للمر ّك ِب،كما ي أ�تي: الكتل ُة المولي ُة للميثان 16 =12×1 + 1 ×4 = CH4غ/مول * %100 كتل َة ذرا ِت الكربو ِن في CH4 الن�سب ُة المئوي ُة الكتلي ُة للكربو ِن في = CH4 الكتل ِة المولي ِة CH4 %100 * C ذرا ِت * Cالكتلة المولية عد َد = الكتل ِة المولي ِة CH4 ٪75 * =%100 12*1 = 16 18
* %100 كتل َة ذرا ِت الهيدروجي ِن في CH4 الن�سب ُة المئوي ُة الكتلي ُة للهيدروجي ِن في = CH4 الكتل ِة المولي ِة CH4 * %100 ذرا ِت * Hالكتلة الموليةH عدد = الكتل ِة المولي ِة CH4 ٪25 * =%100 1*4 = 16 هيدروجين كربون ال�شكل ( :)6-4الن�سب ُة المئوي ُة الكتلي ُة للعنا�ص ِر في CH4 اح�س ِب الن�س َب المئوي َة الكتلي َة لك ٍّل م َن الكربو ِن وا ألك�سجي ِن في . CO2 7 عن�� َد تحلي�� ِل عين ٍة م ْن مرك ٍب مجهو ٍل يتكو ُن م َن الكبري ِت والأك�سجي ِن فقط ،ف إ�ذا عل ْم َت �أ َّن كتل َة الكبري ِت في العين ِة = 1.6غرام وكتل َة الأك�سجي ِن في العين ِة = 2.4غرا ٍم ،اح�س ِب الن�س َب المئوي َة الكتلي َة للكبري ِت والأك�سجي ِن في المر ّك ِب. 19
الح ُّل في البداية نح�س ُب كتل َة العين ِة = 4 = 2.4 + 1.6غرامات ث َّم نح�س ُب الن�سب َة المئوي َة الكتلي َة للكبري ِت وا ألك�سجي ِن في الع ّين ِة. = ٪40= %100 *1.6 * %100 العين ِة الكبري ِت في =كتل َة للكبري ِت الكتلي ُة المئوي ُة الن�سب ُة 4 كتل ِة العين ِة * ٪60= %100 *2.4 = %100 كتل َة الأك�سجي ِن في العين ِة الن�سب ُة المئوي ُة الكتلي ُة للأك�سجي ِن = 4 كتل ِة العين ِة عن�� َد تحلي ِل ع ّين ٍة نقي ٍة م ْن مر ّك ٍب هيدروكربون ٍّي مجهو ٍل ،كتل ُتها 2.2غرام ,فكان ْت تحتوي 0.4غرام هيدروجين.اح�س ِبالن�سب َةالمئوي َةلكلٍّم َنالهيدروجي ِن,Hوالكربو ِنCفيالع ّين ِة. -5ال�صيغ ُة الأولي ُة وال�صيغ ُة الجزيئي ُة للمركبا ِت Empirical Formula and Molecular Formula of Compounds عندما يكت�ش ُف الكيميائ ُّي مر ّك ًبا جدي ًدا ،ف�إ َّن �أ ّو َل ما يتباد ُر �إلى ذهن ِه ال�س�ؤا ُل ع ْن �صيغت ِه الكيميائي ِة. ولتحدي ِدها ،يقو ُم بتحلي ِل المر ّك ِب لمعرف ِة كم ّيا ِت العنا�ص ِر� ،أو معرف ِة الن�س ِب المئوي ِة للعنا�ص ِرالداخل ِة في تكوين ِه ،وبع َدها يقو ُم بتحدي ِد ال�صيغ ِة الأ ّولي ِة للمر ّك ِبُ ،ث َّم يح ّد ُد �صيغ َته الجزيئي َة ،فما المق�صو ُد بال�صيغ ِة ا أل ّولي ِة للمر ّك ِب؟ وماذا نعني بال�صيغ ِة الجزيئي ِة له؟ لتتعر َف ذل ْك ادر� ِس ال�شك َل (،)7-4 ث َّم ح ّد ْد أ�ب�س َط ن�سب ٍة عددي ٍة لذرا ِت الهيدروجي ِن و الكربو ِن في ك ٍل م َن ال ُمر ّكبي ِن .C6H6 ، C2H6 C6H6البنزين C2H6الإيثان ال�شكل ( :) 7-4ال�صيغ ُة الكيميائي ُة لجزي ِء البنزي ِن وجزيء ا إليثان. 20
ت�س ّم��ى ال�صي�� ُغ C6H6 ، C2H6ال�صي َغ الجزيئي َة للإيثا ِن والبنزي ِن عل��ى التوالي .فكي َف ن�ص ُل إ�لى هذ ِه ال�صي�� ِغ ،ونح ّدده��ا بدقة؟ ف��ي الحقيق ِة إ� َّن هذ ِه العملي�� َة تم ُّر بخطوا ٍت عد ٍة؛ فنح�� ُن نحل ُل المر ّك َب �أول ًا عن�� َد اكت�شاف ِه ،ونتعر ُف إ�لى العنا�ص�� ِر المك ّون ِة ل ُه ون�س ِب وجودها في ِه ،وم ْن ث َّم ن�ستطي ُع تحدي َد أ�ب�س�� ِط ن�سب ٍة بي َن ع��د ِد ذرا ِت هذ ِه العنا�ص ِر ،ونع ّب ُر ع ِن المر ْك ِب ف��ي �ضو ِئها ع ْن طري ِق �صيغ ٍة ت�س ّمى ال�ص��يغ َة الأولي َة للمر ّك ِب ،وه َي �ص��يغ ٌة تبي ُن �أنوا َع الذرا ِت الموجود ِة في المر ّك ِب ،و أ�ب�س�� َط ن�س��ب ٍة لوجو ِدها فيه ،وبنا ًء على ذل ِك ف إ� َّن ال�صيغ َة ا أل ّولي َة ل إليثا ِن هي CH3وللبنزي ِن هي . CHولتتعرف كي َف نحد ُّد ال�صيغ َة ا أل ّولي َة للمر ّكبات .د ْعنا ندر� ُس المثا َل الآتي: 8 عن�� َد تحلي�� ِل عين ٍة م ْن �أح ِد المركبا ِت الع�ضوي ِة ،كتل ُتها 3غرام��ات ُ ,وج َد ا َّنها تحتوي 0.6غرا ٍم هيدروجين ،والباقي كربون .ما ال�صيغ ُة ا ألولي ُة للمر ّك ِب الذي تتكو ُن م ْن ُه العين ُة؟ الح ُّل في البداي ِة نح�س ُب كتل َة الكربو ِن في الع ّين ِة = 2.4 = 0.6 – 3غ ث َّم نح�س ُب عد َد مولا ِت الكربو ِن = Cكتالل َةكاتلل ِةكارلبموونلي ِفة ليلالكعرّيبن ِةون 0.2مول = 2.4 = 12 0.6مول = 0.6 = كتل َة الهيدروجين في الع ّين ِة = H الهيدروجــي ِن مـــولا ِت عــد َد و 1 الكتل ِة المولي ِة للهيدروجين لاح�� ْظ أ� َّن أ�ق�� َّل قيم ٍة لعد ِد الم��ولا ِت الموجود ِة م َن العن�صري ِن في الع ّين�� ِة هي , 0.2ولح�سا ِب ع��د ِد ذرا ِت ك ِّل عن�ص ٍر في ال�صيغ�� ِة الأولي ِة ,ف إ�ننا نق�س ُم عد َد مولات ِه على القيم ِة ا ألق ِل لعد ِد المولا ِت عدد مولاته ( ،)0.2على النح ِو الآتي : 0.2 =1 0.2 = = عــد ُد ذرا ِت الكـربو ِن C 0.2 3 = 0.6 = عدد مولاته =H الهيدروجي ِن ذرا ِت عد ُد 0.2 0.2 وم ْن هنا نج ُد أ� َّن ن�سب َة عد ِد ذرا ِت الكربو ِن إ�لى عد ِد ذرا ِت الهيدروجي ِن في المر ّك ِب المجهو ِل ه َي ،3:1وعلي ِه تكو ُن ال�صيغ ُة ا ألولي ُة للمر ّك ِب ه َي .CH3 21
ت�ساع ُدن��ا ال�صيغ�� ُة ا ألولي�� ُة ،كما ه�� َو وا�ض ٌح على تحدي ِد �أب�س�� ِط ن�سب ٍة بي َن ع��د ِد ذرا ِت العنا�ص ِر الموج��ود ِة ف��ي المر ّك�� ِب .ولك َّن المر ّكب��ا ِت لا تتكو ُن بال�ضرور ِة م�� َن اتحا ِد �أب�س ِط ع��د ٍد م ْن هذ ِه ال��ذرا ِت ،فق ْد يتح�� ُّد الكربو ُن م�� َع الهيدروجي ِن بن�سب ِة 1:1ف��ي جزي ِء ا أل�ستلي�� ِن ( ،)C2H2وق ْد يتح��دا ِن بن�سب ِة 1:1في ج��زي ِء البنزي ِن ( ،) C6H6وبالتالي ف إ� َّن معرف�� َة ال�صيغ ِة ا ألولي ِة للمر ّك ِب لا تحد ُد بال�ضرور ِة ماهي َة المر ّك ِب ،ونح ُن في حاج ٍة �إلى تحدي ِد �صيغ ٍة �أخرى للتع ّر ِف �إلي ِه بدق ٍة ،وهذ ِه ال�صيغ ُة ه َي ال�ص��يغ ُة الجزيئي ُة للمر ّك ِب ،وهي ت�ض�� ُّم �أنوا َع الذرا ِت المكون ِة للمر ّك ِب ،وتُظه ُر عد َدها الحقيق َّي في ِه ،وه َي في العاد ِة ت�ساوي ال�صيغ َة الأولي َة� ،أو �إحدى م�ضاعفا ِتها ،فكي َف ُتح ّد ُد هذ ِه ال�صيغ ُة؟ ل إلجاب ِة ع ْن هذا ال�س ؤ�ا ِل ،ادر� ِس المثا َل الآتي: 9 ق��ا َم باح ٌث كيميائ ٌّي بتحلي ِل عين ٍة م ْن مر ّك ٍب مجهو ٍل ،فوج َد �أ ّنها تتكو ُن م ْن %43.6ف�سفو ٍر P و � % 56.4أك�سجي��ن ،Oف إ�ذا عل ْم�� َت �أ َّن الكتل َة المولي َة للف�سفو ِر= 31غ/مول ول ألك�سجي ِن= 16غ/م��ول ،ع ّي�� ِن ال�صيغ�� َة ا ألولي�� َة له��ذا المر ّك�� ِب؟ و�إذا كان�� ِت الكتل�� ُة المولي ُة ل�� ُه ت�ساوي 284غ/مول ،فما �صيغت ُه الجزيئي ُة. الح ُّل ف��ي البداي�� ِة نفر�ُض �أ َّن كتل�� َة الع ّين ِة = 100غ ،وعلي ِه ف�� إ� َّن كتل َة الف�سفو ِر في�� ِه = 43.6غ ،وكتل َة الأك�سجي ِن = 56.4غ كتل َة P 1.4مول = 43.6 = الكتل ِة المولي ِة P نح�ُس ُب عد َد مولا ِت الف�سفو ِر = P 31 3.5مول = 56.4 = كتل َة O نح ُ�س ُب عد َد مولا ِت ا ألك�سجي ِن = O 16 الكتل ِة المولي ِة O لاح ْظ أ� َّن �أق َّل قيم ٍة لعد ِد المولا ِت ه َي . 1.4 22
وا آلن نح�س ُب عد َد ذرا ِت ك َّل عن�ص ٍر في ال�صيغ ِة الأولي ِة =1 1.4 = عد َد مولات ِه = P ذرا ِت عد ُد 1.4 1.4 = 2.5 3.5 = عد َد مولات ِه = عد ُد ذرا ِت O 1.4 1.4 وم ْن هنا ف إ� َّن ن�سب َة عد ِد ذرا ِت الف�سفو ِر �إلى عد ِد ذرا ِت ا ألك�سجي ِن ه َي .2.5 : 1و�إذا اعتمدنا هذ ِه الن�سب ِة ،ف إ� َّن ال�صيغ َة الأولي َة ل ُه �ستكو ُن PO2.5ولك ْن نظ ًرا لكو ِن �صي ِغ المر ّكبا ِت يج ُب �أ ْن تمتل َك �أعدا ًدا �صحيح ًة ،ف�إ ّن ُه لاب َّد م ْن �ضر ِب ال�صيغ ِة الناتج ِة بالعد ِد ،2وعلي ِه ت�صب ُح ال�صيغ ُة ا ألولي ُة للمر ّك ِب . P2O5 ولتحدي ِد ال�صيغ ِة الجزيئي ِة للمر ّك ِب ،نح�س ُب الكتل َة المولي َة لل�صيغ َة الأولي َة . P2O5 الكتل ُة المولي ُة 142 =16×5+ 31× 2= P2O5غ/مول ث�� َّم نح��د ُد أ�ب�س َط ن�سب�� ٍة عددي ٍة �صحيح ٍة لذرا ِت العنا�ص�� ِر المكون ِة للمر ّك ِب ،وذل�� َك بق�سم ِة الكتل ِة المولي ِة للمر ّك ِب (كتل ُة ال�صيغ ِة الجزيئي ِة ل ُه) على كتل ِة ال�صيغ ِة الأولي ِة ،كما يلي: =2 284 = الكتل ُة المولي ُة للمر ّك ِب 142 كتل ِة ال�صيغ ِة ا ألولي ِة للمر ّك ِب وب�ضر ِب نات ِج الق�سم ِة بال�صيغ ِة الأولي ِة ،نح ُ�ص ُل على ال�صيغ ِة الجزيئي ِة للمر ّك ِب. ال�صيغ ُة الجزيئي ُة للمر ّك ِب )P2O5( ×2فت�صب ُحP4O10 : الكتل َة المولي َة للمر ّك ِب وهذا يعني أ� َّن : كتل ِة ال�صيغ ِة ا ألولي ِة للمر ّك ِب ال�صيغ ِة ا ألولي َة للمر ّك ِب × = للمر ّك ِب الجزيئي َة ال�صيغ َة 23
ق��ا َم باح ٌث كيميائ ٌّي بتحلي ِل ع ّين ٍة م ْن مر ّك ٍب مجهو ٍل ،كتل ُتها 29.4غ ،فوج َد أ� ّنها تتكو ُن م ْن ثلاث�� ِة عنا�ص َر ،ه��ي :البوتا�سيو ُم ،والكرو ُم ،وا ألك�سجين ,و إ� َّن كتل�� َة البوتا�سيو ِم فيها= 7.8غ, وكتل َة الكرو ِم = 10.40غ .ما ال�صيغ ُة الاولي ُة للمر ّك ِب الذي تتكو ُن منه العين ُة؟ �إذا عل ْم َت إ� َّن الكتل�� َة المولي َة لهذا المر ّك ِب = 294غ فم��ا �صيغ ُته الجزيئي ُة؟ عل ًما ب أ� َّن الكت َل الذري َة للعنا�ص ِر الثلاث ِة كما ي�أتي. 52 = Cr , 39 = K , 16 = O : -6الح�سابا ُت الكيميائي ُة با�ستخدا ِم المعادل ِة الكيميائي ِة الموزون ِة Chemical Calculations Using Balance Equation تع ُّد المعادل ُة الكيميائي ُة الموزون ُة �أ�سا� َس الح�سابا ِت الكيميائي ِة ،فهي تد ُّل على ن�س ِب عد ِد مولا ِت الموا ِّد المتفاعل ِة والناتج ِة في التفاع ِل� ,أ ْي الن�س ِب الكمي َة للموا ِّد المتفاعل ِة والناتج ِة .ولتتعر َف كيفي َة ح�سا ِب كتل ِة إ�حدى الموا ِّد المتفاعل ِة أ�و الناتج ِة م َن التفاع ِل ،ادر� ِس المثالين الآتيين: 10 ُيع ُّد الهيماتي ُت Fe2O3م ْن �أه ِّم خاما ِت الحدي ِد ،حي ُث ُيح َّ�ض ُر الحدي ُد م َن الخا ِم ع ْن طري ِق تفاع ِل الهيماتيت Fe2O3م َع �أ ّو ِل أ�ك�سي ِد الكربو ِن COفي الفر ِن اللاف ِح كما في المعادل ِة: ال�شكل (:)8-4خام الهيماتيت. Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 -1ماعد ُد مولا ِت COاللازم ِة للتفاع ِل تما ًما م َع 15مول م َن الخام .Fe2O3 -2ما كتل ُة Feالناتج ِة م ْن تفاع ِل 10مول Fe2O3م َع كمي ٍة كافي ٍة م ْن .CO -3ما كتل ُة الهيماتي ِت اللازم ِة لإنتا ِج 5600غ Fe؟ الح ُّل -1تب َّي َن لنا م َن المعادل ِة الموزون ِة �أ َّن 1مول م ْن Fe2O3يتفاع ُل م َع 3مول COوعليه ف�إ َّن: عد َد مولا ِت COاللازم َة للتفاع ِل م َع ( )15مو ٍل م َن الخا ِم = × 3عد ِد مولا ِت Fe2O3 = 45 = 15 × 3مول 24
-2في البداية نج ُد عد َد مولا ِت Feالناتج ِة م َن التفاع ِل. فم َن المعادل ِة الموزون ِة نلاح ُظ أ� َّن 1مول من Fe2O3ين ُت ُج ع ْن ُه 2مول � Feأي �أ َّن : عد َد مولا ِت × 2 = Feعد ِد مولا ِت Fe2O3 = 20=10 × 2مول وا آلن نج ُد كتل َة Fe كتل َة Fe عد ُد مولا ِت = Fe الكتل ِة المولي ِة Fe كتل َة Fe 20مول = 56غ/مول 1120غ 56غ كتل ُة 20 = Feمول × مول -3لح�سا ِب كتل ِة الهيماتيت اللازم ِة إلنتا ِج 5600غ .Feنح�س ُب �أو ًال عد َد مولا ِت .Fe 5600غ كتل َة Fe 100مول = 56غ/مول = الكتل ِة المولي ِة Fe عد َد مولا ِت = Fe ث َّم نج ُد عد َد مولا ِت Fe2O3وذلك بالرجو ِع �إلى المعادل ِة الكيميائي ِة الموزون ِة لاحظ أ� َّن 1مول من ُ Fe2O3ينت ُج 2مول Feوعليه ف إ� َّن: عد ِد مولا ِت Fe 1 عد َد مولا ِت = Fe2O3 2 Fe2O3 = 50مول 100 = 2 والآن نج ُد كتل َة Fe2O3 كتل َة Fe2O3 عد ُد مولا ِت = Fe2O3 الكتل ِة المولي ِة Fe2O3 =8000غ 160غ كتل ُة 50= Fe2O3مول× مول 25
11 ُي�ستخ��د ُم هيدروك�سي�� ِد الليثي��و ِم LiOHف��ي الم َركبا ِت الف�ضائي ِة إلزال ِة غا ِز ثاني �أك�سي ِد الكربو ِن CO2الموجو ِد فيحجر ِةالمعي�ش ِةفيالمكو ِكع ْنطري ِقتكوي ِنكربونا ِت الليثيو ِم ال�ص ّل ِب ،والما ِء ال�سائ ِل ،ح�ْس َب المعادل ِة ا آلتي ِة : ال�ش اكلليلث(يوِ 4م-ف9ي):اال�مسرطكوبااناِتُتالفهي�ضدارئيوِةك�.سي ِد )2LiOH (s )+ → +CO2 (g )Li2CO3 (s) H2O(l اح�س ْب ما يمك ُن امت�صا�ص ُه م ْن كتل ِة CO2عن َد ا�ستخدا ِم 1كغم هيدروك�سي ِد الليثيو ِم . الح ُّل ،حي ُث �إ َّن 1كغم 1000 =LiOHغ كتل َة LiOH نح ُ�س ُب عد َد مولا ِت = LiOH الكتل ِة المولي ِة LiOH 41.7مول = 1000غ عد َد مولا ِت = LiOH ف إ�ن 24غ/مول نح ُ�س ُب عد َد مولا ِت CO2الممك َن امت�صا ُ�صها نج ُد م َن المعادل ِة الموزون ِة أ� َّن 2مول LiOHيحتا ُج إ�لى التفاع ِل م َع 1مول ، CO2أ� ْي �أ َّن: 1 عد ِد مولات LiOH 2 عد َد مولات = CO2 × 20.85 = 41.7مول 1 عد َد مولات = CO2 2 نح�س ُب كتلة CO2التي يمك ُن امت�صا ُ�صها كتل ُة = CO2عد َد المولا ِت × الكتل ِة المولي ِة CO2 = 917.4 = 44 × 20.85غ ينت ُج غا ُز الكلو ِر وف ًقا للتفاع ِل الكيميائ ِّي الآتي MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O : اح ُ�س ْب كتل َة HClاللازم َة للتفاع ِل م َع 25غ م ْن . MnO2 اح ُ�س ْب كتل َة Cl2الناتج َة م َن التفاع ِل . 26
ال�صناعا ُت الدوائي ُة ُي�سه ُم عل ُم الكيميا ِء في تقد ِم ال�صناعا ِت وتطوي ِرها ب�شك ٍل عا ٍّم ،وم ْن أ�ه ِّم ال�صناعا ِت التي تعتم ُد عل��ى الكيميا ِء ال�صناع��ا ُت الدوائي ُة .وفي ا ألرد ِّن� ،أخذ ْت هذ ِه ال�صناع�� ُة بالتط ّو ِر ،وقطع ْت �أ�شوا ًطا متقدم ًة ،حي ُث �أ�صب َح الدوا ُء الأردن ُّي يمتا ُز بفعالي ٍة عالي ٍة ،و�ُسمع ٍة طيب ٍة. ُي�ص ّن�� ُع ال��دوا ُء ع ْن طري�� ِق ا�ستخدا ِم الم��وا ِّد الأولي ِة اللازم�� ِة إلنتا ِج ا ألدوي ِة بكمي��ا ٍت مح ّدد ٍة، و ْف�� َق نو ِع الدوا ِء ال ُمرا ِد ت�صني ُع��ه و�صيغ ُته ،ويخ�ض ُع الدوا ُء المن َت ُج لفحو�ص��ا ٍت كيميائي ٍة وبيولوجي ٍة و�صيدلاني ٍةدقيق ٍة،للت أ� ّك ِدم ْنمطابقت ِه لموا�صف��ا ِت الأدوي�� ِة المعتمد ِة في ا ألرد ِّن ،وقواني ِنه��ا المعتمدة ِدول ًّيا، مث َل :د�ستو ِر ا ألدوي ِة البريطان ِّي . ويع�� ُّد الا�سبري�� ُن C9H8O4مثلاً م�� َن ا ألدوي�� ِة المه ّم ِة الت��ي ُتح َّ�ض ُر كيميائ ًي��ا ،حي ُث ي�ستخ��د ُم م�س ِّك ًنا ال�شكل (:)10-4عينات دواء مختلفة. ل�ل آ�لا ِم ،وخاف ً�ضا للحرار ِة ،ويوج ُد الكثي�� ُر م�� َن الأدوي ِة ا ُألخ��رى التي ُت َ�ص ّن ُع ف��ي ا ألرد ِّن ،مث ُل :مر ّكب��ا ِت البارا�سيتام��و ِل ،و م�ضادا ِت الالتهابا ِت ،و�أدوي ِة ال�سعا ِل ،والم�ضادا ِت الحيوي ِة . وتخ�ض�� ُع عملي�� ُة الت�صني ِع الدوائ ِّي إ�لى الرقاب ِة ع ْن طري ِق وجو ِد ك��واد َر م ؤ�هل ٍة تعم ُل في وحد ِة �ضب ِط الجود ِة في الم�صن ِع ،وتراق ُب جمي َع مراح ِل الت�صني ِع ،بد ًءا م َن الموا ِّد الخا ِم ،وانتها ًء بالمن َت ِج النهائ ِّي، م�� َع مراقب ِة مد ِة �صلاحي ِة ال��دوا ِء� .إ�ضاف ًة �إلى الجها ِت الرقابي ِة الأخرى ،ك��وزار ِة ال�صح ِة ،وم ؤ��س�س ِة ال��دوا ِء والغ��ذا ِء ،التي تراق ُب الأدوي�� َة الم�ص ّنع َة محل ًّيا ،أ�و الم�ستورد َة م�� َن الخار ِج ،م ْن أ�ج ِل �ضما ِن و�ص��و ِل الم�ستح�ض ِر الدوائ�� ّي إ�لى الإن�سا ِن ،و ْف َق معايي َر وموا�صفا ٍت ت�ضم�� ُن جود َة الدوا ِء و�سلامت ِه وفاعليته ،م ْن خلا ِل الح�سابا ِت الكيميائي ِة التي تعتم ُد على أ��س�ِس كمي ٍة محدد ٍة .وم َن الجدي ِر بالذك ِر، �أ َّن ال�صناع َة الدوائي َة في الأرد ِّن ت�ش ّك ُل راف ًدا رئي�ًسا للاقت�صا ِد الوطن ِّي. 27
-1اخت ْر رم َز ا إلجاب ِة ال�صحيح ِة لك ٍّل م َن الفقرا ِت ا آلتي ِة: ( )1الكتل ُة المولي ُة للـهيدرازين N2H4بالغرام/مول ت�ساوي : د ) 36 جـ) 30 ب) 32 �أ ) 28 ( )2الن�سب ُة المئوي ُة للـبوتا�سيوم Kفي KHCO3ت�ساوي : د ) %39 جـ) %35 �أ ) %12ب) % 48 ( )3كتل ُة 5مول م ْن CaCO3ت�ساوي : د ) 50غ جـ ) 0.5غ �أ ) 500غ ب) 5غ ( )4كتل ُة 23 10 × 36.12جزيء من N2ت�ساوي : د ) 84غ �أ ) 36غ ب) 168غ جـ) 28غ ( )5ال�صيغ ُة ا ألولي ُة لأح ِد أ�كا�سي ِد النيتروجي ِن هي ، N2O5ف إ�ذا عل ْم َت �أ َّن الكتل َة المولي َة للمر ّك ِب ت�ساوي 216غ/مول ،ف�إ َن ال�صيغ َة الجزيئي َة ل ُه : د ) NO3 جـ) N4O10 ب) NO �أ ) N2O5 ( )6عد ُد الجزيئا ِت الموجود ِة في 3مول م ْن HClهي: ب) 23 10×18.06جزيء �أ ) 23 10×6.02جزيء د ) 23 10×12.04جزيء جـ) 23 10×3.01جزيء -2اح�س ْب كتل َة ك ٍّل م َن الهيدروجي ِن ،والأك�سجي ِن في ع ّين ٍة م َن الما ِء تحوي 20مول ًا م ْن .H2O -3ادر� ِس التفاع َل الآتي ،ث َّم �أج ْب ع ِن الأ�سئل ِة التي تلي ِه: )→C3H8 (g) + 5O2 (g )3CO2 (g) + 4H2O (g �أ ) اح�س ْب عد َد مولا ِت CO2الناتج ِة م ْن تفاع ِل 50مول O2م َع ما يلز ُمه م ْن . C3H8 ب) اح�س ْب كتل َة H2Oالناتج َة م ْن تفاع ِل 880غ C3H8م َع كمي ٍة كافي ٍة م ْن .O2 جـ) اح�س ْب كتل َة C3H8اللازم َة إلنتا ِج 24 10 × 42.14جزي ٍء م ْن . CO2 28
-4عن َد تحلي ِل مر ّك ٍب هيدروكربون ٍّي يتكو ُن م ْن كربو ٍن وهيدروجي ٍن فق ْط ُ ،و ِج َد أ� َّن الن�سب َة المئوي َة الكتلي َة لمكونات ِه هي . %14.29 = H ، % 85.71= C :ما ال�صيغ ُة ا ألولي ُة للمر ّك ِب؟ -5يع�� ُّد غ��ا ُز � SO2أح َد الملوثا ِت الرئي�س ِة لله��وا ِء .ولتخلي�ِص الهوا ِء م ْنه تت�� ُّم مفاعل ُت ُه م َع م�سحو ِق كربونا ِت الكال�سيو ِم CaCO3وف َق المعادل ِة ا آلتي ِة : )2CaCO3 )s( + 2SO2 )g( + O2 )g( → 2 CaSO4 )s) + 2CO2 )g اح�س ْب كتل َة م�سحو ِق كربونا ِت الكال�سيو ِم اللازم ِة للتفاع ِل م َع 3.2غ م ْن غا ِز SO2من الهواء. -6يحت��وي ك ٌّل م�� َن القهو ِة وال�ش��اي على الكافيي ِن المن ّب ِه للجها ِز الع�صب ِّي .ف���إذا احتو ْت عين ٌة تز ُن 1.261غ م�� َن الكافيي ِن عل��ى 0.624غ ,Cو 0.065غ ,Hو 0.208غ ,Oو 0.364غ ,Nم��ا ال�صيغ�� ُة الأولي ُة لمر ّك�� ِب الكافيي ِن؟ وما ال�صيغ�� ُة الجزيئي ُة ل ْه؟ (عل ًما ب�� أ� َّن الكت َلة المولي َة للكافيي ِن ت�ساوي 194غ/مول). � -7س أ�ل المعل ُم الطال َب م�سعو ًدا :هل ت�ستطي ُع �أ ْن تح�س َب عد َد مولا ِت ماد ِة الطبا�شي ِر (على افترا�ِض �أ ّنها مكون ٌة م ْن مرك ِب )CaCO3اللازم ِة لكتاب ِة ا�س ِمك على اللو ِح .ماذا تقتر ِح على م�سعو ٍد �أن يفع َل لح�سا ِب مولا ِت الطبا�شي ِر اللازم ِة لكتاب ِة ا�سم ِه. -8يري�� ُد م�ستثم�� ٌر ا�ستخرا َج النحا� ِس م ْن وادي عرب َة ف��ي ا ألرد ِّن ،الذي يحتوي منجمي ِن للنحا� ِس, أ�ح ُدهم��ا يحوي خ��ا َم الملاكي ِت ،Cu2CO3)OH)2والآخ ُر يحوي خ��ا َم البايري ِت . CuFeS2 كي َف ت�ساع ُد هذا الم�ستثم َر على إ�عدا ِد تقري ٍر ي ّبي ُن أ� َّي المنجمي ِن �أجدى اقت�صاديًا للا�ستثما ِر؟ 29
الوحد ُة الخام�س ُة الطاقا ُلةكفيميياالئتيف ِاةعلا ِت5 ما أ�نوا ُع الطاق ِة الم�صاحب ِة للتفاعلا ِت الكيميائي ِة؟ 30
تتمي�� ُز زه��ر ُة الل��و ِف العملاق�� ُة ( )Voodoo lilyذا ُت المنظ ِر الجمي ِل بحج ِمها الكبي ِر ،إ�ذ ي�ص ُل ارتفا ُعها إ�لى مت ٍر ون�ص ٍف ،و ُتن ِت ُج ه��ذ ِه الزهر ُة رائح�� ًة كريه ًة ت�شب ُه رائح َة الجيف�� ِة الميت ِة التي تجذ ُب الذبا َب وبع�َض أ�نوا ِع الخناف�ِس �إليها؛ مما ي�ساع ُدها في عملي ِة تلقي ِح �أزها ِره��ا .وتع ُّد هذ ِه النبت ُة مث��ا اًل على النباتا ِت المول��د ِة للحرار ِة، نتيج ًة لحدو ِث تفاعلا ٍت كيميائي ٍة حيوي ٍة بداخ ِلها .ويمك ُن أ� ْن ت�ص َل درج ُة حرار ِتها إ�لى �ْ 43س؛ مما يجع ُل الح�شرا ِت أ�كث َر انجذا ًبا لها، حامل�� ًة م َعها حبو َب اللقا ِح التي تنق ُلها م ْن زه��ر ٍة �إلى �أخرى .فه ْل ك ُّل التفاع�ال ِت الكيميائي�� ِة مولد ٌة للحرار ِة ،وكي َف نع ّب ُر ع ِن الطاق�� ِة الحراري ِة الم�صاحب ِة للتفاعلا ِت الكيميائي ِة المختلف ِة في المعادلا ِت الكيميائي ِة ،وماذا ن�س ّمي هذ ِه المعادلا ِت؟ هذا ما �ستتعر ُفه خلا َل درا�ست ِك هذ ِه الوحد ِة. و يُتو ّقَ ُع من َك بع َد درا�س ِتها� ,أ ْن تكون قاد ًرا على �أ ْن: ت�ص ِّن َف التفاعلا ِت الكيميائي َة وف َق تغيرا ِت الطاق ِة الم�صاحب ِة لها. تو ِّظ�� َف المختب َر وتكنولوجيا المعلوم��ا ِت ICTفي تع ُّر ِف أ��شكا ِل الطاق ِة الم�صاحب ِة للتفاعلا ِت الكيميائي ِة (حرارية وكهربائية و�ضوئية) ،وتو ّ�ض َح �أهمي َتها في الحيا ِة. تو ِّ�ض َح مفهو َم ك ٍّل من :طاق ِة الرابط ِة الكيميائي ِة ,وحرار ِة التفاع ِل ,والقيم ِة الحراري ِة للوقو ِد. تح�س َب الحرار َة المرافق َة للتفاع ِل با�ستخدا ِم قي ِم طاقا ِت الرواب ِط. تح�س َب القيم َة الحراري َة للوقو ِد ،وتق ِّر َر اختيا َر الوقو ِد الأف�ض ِل. تح�س َب كم ّي َة الطاق ِة المرافق ِة للتفاع ِل با�ستخدا ِم المعادل ِة الكيميائي ِة الموزون ِة. 31
تغيرا ُت الطاق ِة في التفاعلا ِت الكيميائي ِة Energy Changes in Chemical Reactions تلعب الطاق ُة دو ًرا مه ًّما في ا ألن�شط ِة الحياتي ِة ل إلن�سا ِن� ,إ ْذ نحتا ُج إ�ليها في الزراع ِة وال�صناع ِة والموا�ص�ال ِت ,كم��ا تلز ُم ف��ي الطب ِخ والإنار ِة والتدفئ�� ِة وت�شغي ِل الأجه��ز ِة الكهربائي ِة ,و تنت ُج معظ ُم هذ ِه الطاق ِة م ْن تفاعلا ٍت كيميائي ٍة ،فالكثي ُر م َن التفاعلا ِت ي�صاح ُبها إ�نتا ُج طاق ٍة (كاحترا ِق الوق��و ِد الاحف��وري ،وتفاعلا ِت المرك ِم الر�صا�ص��ي) ,وبالمقاب ِل ،يوج ُد تفاع�ال ٌت ي�صاح ُبها امت�صا��ُ�ص طاق ٍة (كتفاع ِل تحل�� ِل كربونا ِت الكال�سيو ِم) .وهكذا نج�� ُد أ� َّن التفاعلا ِت الكيميائي َة يراف ُقه��ا ع��اد ًة تغي ٌر في الطاق ِة َيظه ُر ب أ��شكا ٍل مختلف ٍة ,كالطاق ِة الحراري ِة أ�و الكهربائي ِة أ�و ال�ضوئي ِة �أو خلي�� ٍط منها .وي�س ّمى فر ُع الكيميا ِء الذي يهت ُّم بدرا�س�� ِة تغيرا ِت الطاق ِة الم�صاحب ِة للتفاعلا ِت الكيميائي�� ِة الكيمي��ا َء الحراري�� َة وتق�س ُم التفاع�ال ُت الكيميائي ُة م ْن حي ُث تغي��را ِت الطاق ِة المرافق ِة لحدو ِثه��ا �إل��ى نوعي ِن :تفاعلا ٍت ما�ص�� ٍة للطاق ِة ،وتفاعلا ٍت طارد ٍة للطاق ِة ،فم��اذا نعني بالتفاع ِل الما�ِّص للطاق ِة والتفاع ِل الطار ِد لها؟ -1التفاعلا ُت الطارد ُة للطاق ِة الحراري ِة Exothermic Reactions يع ُّد احترا ُق الوقو ِد م ْن �أ�شه ِر الأمثل ِة على هذا النو ِع م َن التفاعلا ِت ،فاحترا ُق الوقو ِد في المدف أ� ِة ي ؤ� ّدي �إلى �إطلا ِق كمي ٍة من الطاق ِة الحراري ِة التي ن�ستفي ُد منها في عملي ِة التدفئ ِة .انظ ِر ال�شك َل ( ، )1-5ويوج ُد العدي ُد م َن التفاعلا ِت الكيميائي ِة التي ي�صاح ُب حدو ُثها انطلا ًقا للطاق ِة ،ولتتعر َّف هذا النو َع م َن ال�شكل ( :)1-5احترا ُق الغا ِز في ِ فعلات ِّ نفذ َ لن�طشا .5)(-1 المدف أ� ِة تفاع ٌل طار ٌد للطاق ِة الحراري ِة. 32
( : )1-5تفاعلا ٌت طارد ٌة للطاق ِة الحراري ِة الم��وا ُّد والأدوا ُت المطلوب ُة :محلو ُل حم�ِض الهيدروكلوريك ( HClتركي ُز %8بالكتلة) ،محلو ُل هيدروك�سي�� ِد ال�صودي��و ِم ( NaOHتركي ُز %8بالكتلة) ،ك�أ���ٌس زجاجي ٌة �َسع َة 50مل عدد (،)2 ك أ�� ٌس زجاجي ٌة �َسع َة 100مل ،ميزا ُن حرار ٍة ،ما ٌء مقط ٌر. الخطوا ُت � -1ض�� ْع 20م��ل م ْن محل��و ِل HClفي ك�أ� ٍس زجاجي�� ٍة �ـسع ُتها 50مل ،ث َّم ق�� ْ�س درج َة حرار ِة المحلو ِل و�س ِّج ْلها. -2اغ�س ْل ميزا َن الحرار ِة بالما ِء المق ّط ِر. � -3ض�� ْع 20مل م ْن محل��و ِل NaOHفي ك�أ� ٍس زجاجي ٍة �سع ُتها 50م��ل ،ث َّم ق� ْس درج َة حرار ِة المحلو ِل و�س ِّج ْلها. -4اغ�س ْل ميزا َن الحرار ِة بالما ِء المق ّط ِر. -5امز ِجالمحلولي ِنم ًعافيك�أ� ٍس�سع ُتها100مل،ث َّمق� ْسدرج َةحرار ِةالمحلو ِلالنات ِجو�س ِّج ْلها. ● قار ْن بي َن درج ِة الحرار ِة قب َل مز ِج المحلولي ِن وبع َد مزج ِهما،هل �أ ّدى مز ُج المحلولي ِن إ�لى ارتفا ِع درج ِة الحرار ِة أ� ْم انخفا�ضها؟ ● ما نو ُع هذا التفاع ِل م ْن حي ُث التغي ُر في الطاق ِة الم�صاحب ِة ل ُه؟ ● ق ِّد ْرك ْم�سيكو ُنالارتفا ُعفيدرج ِةالحرار ِةلوكا َنتركي ُزك ٍّلم ْن%16(HCl,NaOHبالكتل ِة) ● ما علاق ُة كمي ِة الطاق ِة الم�صاحب ِة للتفاع ِل بتركي ِز الموا ِّد المتفاعل ِة؟ ِ دةعولقا ُيا لاُحظ ِ نلش�طذها ُ بثعان ٍةي َ من طلاِقة ْرا تفق َ فالع ِ �ض ُي لاُ ظح� ْ من� ازديا ُد كمي ِة الطاق ِة الناتج ِة بازديا ِد تراكي ِز الموا ِّد المتفاعل ِة .ويطل ُق على هذا النو ِع م َن التفاعلا ِت، تفاعلا ٌت كيميائي ٌة طارد ٌة للطاق ِة الحراري ِة .وتكت ُب قيم ُة الطاق ِة الناتج ِة في المعادل ِة الكيميائي ِة الممثل ِة له��ا ف��ي جه ِة الموا ِّد الناتج�� ِة ،وت�س ّمى معادل ًة كيميائي�� ًة حراري ًة ،والمعادل ُة الآتي�� ُة تو ِّ�ض ُح ذل َك: حرارة +HCl )aq) NaOH )aq) → NaCl )aq) + H2O ) l) + 33
يتفاع ُل مو ٌل واح ٌد م ْن غا ِز الهيدروجي ِن H2م َع ن�ص ِف مو ٍل م ْن غاز ِا ألك�سجي ِن O2لإنتا ِج مو ٍل م�� َن الما ِء ال�سائ ِل وطاق ٍة حراري�� ٍة مقدا ُرها 285.8كيلوجول؛ اكت ْب معادل�� ًة كيميائي ًة حراري ًة تو ِّ�ض ُح التفاع َل الحاد َث. -2التفاعلا ُت الما ّ�ص ُة للطاق ِة الحراري ِة Endothermic Reactions تحتا ُج بع�ُض التفاعلا ِت الكيميائي ِة إ�لى طاق ٍة حراري ٍة لحدو ِثها ،إ� ْذ تتح َّل ُلكربونا ُتال�صوديو ِمالهيدروجيني ِة(المعروف ِةبالبيكنجباودر) بالت�سخي ِن �إلى كربونا ِت ال�صوديو ِم وبخا ِر الما ِء وغا ِز ثاني �أك�سي ِد الكربو ِن ال�ضرور ّي في عملي ِة الخبيز .انظ ِر ال�شك َل ( .)2-5ويطل ُق على التفاعلا ِت الكيميائي ِة التي ي�صاح ُبها امت�صا�ُص طاق ٍة حراري ٍة, ا�س ُم تفاعلا ٍت ما�ص ٍة للطاق ِة ،ولتتعر َف بع�َض هذ ِه التفاعلا ِت ،ن ّف ِذ ال�شكل ( :)2-5 َ طنل�شا (5-2). تفاع ٌل ما�ٌّص للطاق ِة الحراري ِة. ( :)2-5التفاع ُل الكيميائ ُّي الما� ُّص للطاق ِة. الم��وا ُّد والأدوا ُت المطلوب�� ُة :ك أ����ٌس زجاجية �سع ُتها 100مل ,ميزا ُن ح��رار ٍة ,ق�ضي ٌب زجاج ٌي, حم��ُ�ض ا إليثانويك ( CH3COOHالخ�� ُل) ,كربونا ِت ال�صودي��و ِم الهيدروجيني ِة ،NaHCO3 نظارا ٌت واقي ٌة ،مخبا ٌر مدر ٌج. الخطوات � -1ض ْع 50مل م ْن حم�ِض ا إليثانويك في الك�أ�س الزجاجي ِة. -2ق� ْس درج َة حرار ِة الحم�ِض و�س ّج ْلها . -3أ��ض�� ْف إ�ل��ى الك أ�� ِس 4غ م ْن كربون��ا ِت ال�صوديو ِم الهيدروجيني ِة ,ه ْل ح��د َث تفاع ٌل؟ ما دلي ُل َك على ذلك؟ -4ح ّر ِك المحلو َل با�ستخدا ِم الق�ضي ِب الزجاج ِّي ،وق� ْس درج َة حرارت ِه و�س ّج ْلها. ● ه ْل ارتفع ْت درج ُة الحرار ِة أ�م انخف�ض ْت؟ ● ما نو ُع هذا التفاع ِل م ْن حي ُث الطاق ُة؟ 34
يمكن�� َُك ا�ستعما ُل الخ�� ِّل وم�سحو ِق م�� َن الوا�ض�� ِح أ� َّن هذا التفاع َل يحت��ا ُج إ�لى طاق ٍة عن َد الخبي�� ِز ،وو�ضع ُهم��ا م ًع��ا ف��ي كي�س ٍ حدوث�� ِه ،وق�� ْد ا�ستم َّد هذ ِه الطاق َة م�� ْن وعا ِء التفاع ِل بولالات�سغتّيي�� ِكر ٍّفي لي امللاطاقح ِةظا ِلةمح�صداوح ِ ِثباللتهف،اعع ِْلن ال��ذي انخف�ض�� ْت درج ُة حرارت ِه .ويطل�� ُق على هذا طري ِق لم�ِس الكي�ِس من الخار ِج بالي ِد. النو ِع م َن التفاعلا ِت تفاعلا ٌت كيميائي ٌة ما ّ�ص ٌة للطاق ِة الحراري ِة .و ُتكت ُب قيم ُة الطاق ِة في المعادل ِة الكيميائي ِة له��ذا النو ِع م َن التفاعلا ِت في جه ِة الموا ِّد المتفاعل�� ِة ،والمعادل ُة الكيميائي ُة الحراري ُة ا آلتي ُة تو�ض ُح ذل َك: ( → CH3COONa +)aq( H2O )l( + CO2 )gحرارة CH3COOH +)aq( NaHCO3 )s(+ تتح ّل ُل كربونا ُت الكال�سيو ِم ال�صلب ِة CaCO3بامت�صا�ِص طاق ٍة حراري ٍة مقدا ُرها 178كيلوجول لينت َج �أك�سي ُد الكال�سيو ِم ال�صل ِب ،CaOوغا ُز ثاني �أك�سي ِد الكربون CO2اكت ْب معادل ًة كيميائي ًة حراري ًة تبي ُن التفاع َل الحاد َث. والآ ُن ،ه ْل توج ُد أ��شكا ٌل أ�خرى م َن الطاق ِة ت َ�صاح ُب التفاعلا ِت الكيميائي َة غي َر الطاق ِة الحراري ِة؟ � -3أ�شكا ٌل �أخرى م َن التغيرا ِت في الطاق ِة عر ْف�� َت �أنّهُ يوج ُد نوعا ِن م�� َن التفاعلا ِت الكيميائي ِة ،م ْن حي ُث الطاق�� ُة ،هما :تفاعلا ٌت طارد ٌة للطاق�� ِة ،وتفاع�ال ٌت ما ّ�ص�� ٌة له��ا ,ولاح ْظ َت انط�ال َق �أو امت�صا�َص أ�ح�� ِد �أ�ش��كا ِل الطاق ِة ،في الن�شاطي��ن ( )1-5و( ، )2-5وه�� َي الطاق�� ُة الحراري�� ُة .ولك ْن ،م��ا أ��شكا ُل الطاق�� ِة ا ألخرى ِ هذسلاؤ� ّفن ِ ذ َ نلا�طش (.)3-5 صا� ِ بةح ِ فعتلا ِ ائةي ؟إل ِجاةب ْ نع 35
( :)3-5تفاعلا ٌت كيميائي ٌة ي�صاحبُها أ��شكال أ�خرى م َن الطاق ِة يحت��وي ال�ش��ك ُل المجاو ُر �صو ًرا تم ّث�� ُل تفاعلا ٍت كيميائي ًة مختلف�� ًة .تف ّح ْ�ص َها جي ًدا ,ث َّم أ�ج ْب ع ِن ال�س ؤ�الي ِن بع َدها: البنا ُء ال�ضوئ ُّي في النبا ِت بطاري ُة مركم ر�صا�ص ِّي حر ُق �شري ِط مغني�سيو ِم خلي ُة تحلي ٍل كهربائ ّي ● �ص ّن ِف التفاعلا ِت الظاهر َة في ال�شك ِل م ْن حي ُث التغي ُر في الطاق ِة الم�صاحب ِة لك ٍّل م ْنها. ● ما �شك ُل الطاق ِة الناتج ِة �أو الممت�ص ِة في ك ٍّل منها؟ لا ب��د �أنك ا�ستن ْتج َت �أ َّن��ه يم ِك ُن أ� ْن تنبع َث الطاق ُة م َن التفاع�ال ِت الكيميائي ِة كما في البطاري ِة، واحترا ِق �شري ِط المغني�سيوم ,ويمك ُن أ� ْن ُتم َت�َّص في أ�ثنا ِء حدو ِث التفاعلا ِت الكيميائي ِة ،كما في عملي�� ِة البنا ِء ال�ضوئ ِّي والتحليل الكهربائ ِّي ،وتك��و ُن هذ ِه الطاق ُة �إ ّما �ضوئي ًة كما في عملي ِة البنا ِء ال�ضوئ ِّي و�إ ّما كهربائي ًة ،كما في التحلي ِل الكهربائ ِّي والمرك ِم الر�صا�ص ِّي ،وق ْد تكو ُن خلي ًطا م ْن �أكث ِر م ْن �شك ٍل م ْن أ��شكا ِل الطاق ِة كما في احترا ِق �شري ِط المغني�سيو ِم (�ضوئي ٍة وحراري ٍة). 36
ابح ْث ع ْن �أمثل ٍة لتفاعلا ٍت طارد ٍة وما ّ�ص ٍة للطاق ِة ,وذل َك بالرجو ِع �إلى �أح ِد المواق ِع الإلكتروني ِة ذا ِت العلاق ِة .واكت ْب تقري ًرا ع ْن ذل َك ،وناق�ْش ُه م َع مع ِلم َك وزملا ِئك. ح�سا ُب حرار ِة التفاع ِل الكيميائ ّي ثان ًيا Calculate Heat of Chemical Reaction عر ْف�� َت �أ َّن التفاع�ال ِت الكيميائي َة ق ْد تكو ُن طارد ًة للطاق�� ِة �أو ما ّ�ص ًة لها ،و أ� َّن الطاق َة المنطلق َة تو َ�ض�� ُع م َع نوات�� ِج التفاع ِل ،في حي�� ِن تو َ�ض ُع الطاق ُة الممت�ص�� ُة مع المتفاعلا ِت ع َن��د تمثي ِل التفاع ِل بمعادل�� ٍة كيميائي ٍة .وال�س���ؤا ُل ا آلن :كي َف ُيمك ُن ح�سا ُب هذ ِه الكمي ِة م َن الطاق ِة ؟ لنتعر َف ذل َك لاب َّد لنا �أو ًل م ْن فه ِم المق�صو ِد بطاق ِة الرابط ِة الكيميائي ِة. -1طاق ُة الرابط ِة الكيميائي ِة Chemical Bond Energy ُتع�� ّرف طاق�� ُة الرابط ُة ب أ� ّنها :كمي ُة الطاق ِة اللازم ِة لك�س�� ِر الرابط ِة بي َن ذرتي ِن في جزي ٍء ت�س��اهم ٍّي وهو في الحال�� ِة الغازي�� ِة ،ويختل ُف مق��دا ُر الطاق ِة اللازم ِة لذل�� َك باختلا ِف �أنوا ِع ال��ذرا ِت المرتبط ِة م ًعا, ولتتعر َف ذل َك ،ادر� ِس المعادلتي ِن الآتيتي ِن ،ث َّم �أج ْب ع ِن ا أل�سئل ِة التي تليهما: )H-H (g) + 436 kJ → H (g) + H (g )Cl-Cl (g) + 243 kJ → Cl (g) + Cl (g أ� ُّي الرابطتي ِن تحتا ُج إ�لى طاق ٍة �أعلى لك�سر ِها؟ الرابط ُة � H-Hأ ْم الرابط ُة Cl-Cl؟ �أ ُّي الرابطتي ِن هي الأقوى ( )H-Hأ� ْم ()Cl-Cl؟ بر ْر إ�جابت َك. ح ّد ْد نو َع التفاع ِل في المعادلتي ِن م ْن حي ُث تغي ُر الطاق ِة .ما�ٌّص �أم طار ٌد؟ اكت ْب معادل َة التفاع ِل العك�س ِّي لك ٍّل م َن التفاعلي َن الممثلي َن بالمعادلتي ِن ال�سابقتي ِن. ماذا تتوق ُع أ� ْن تكو َن العلاق ُة بي َن مقدا ِر الطاق ِة اللازم ِة لك�س ِر الرابط ِة بي َن ذرتي ِن والطاق ِة الناتج ِة ع ْن تك ّو ِن الرابط ِة بي َنهما؟ م َن الوا�ض ِح أ� َّن الرابط َة الأقوى ،ه َي التي تحتا ُج �إلى كمي ٍة �أكب َر م َن الطاق ِة لك�س ِرها ،فالرابط ُة H-H �أقوىم َنالرابط ِة.Cl-Clكما�أ َّنالطاق َةاللازم َةلك�س ِررابط ٍةمات�ساويالطاق َةالناتج َةع ْنتكوي ِنها. 37
ولمعرف ِةقي ِمطاقا ِتبع�ِضالرواب ِطالكيميائي ِة،ادر� ِسالجدو َل()1-5ث َّم أ�ج ْبع ِنا أل�سئل ِةالتيتليه: الجدول ( :)1-5قي ُم طاقا ِت بع�ِض الرواب ِط الكيميائي ِة ال�شائع ِة( .كيلوجول /مول) . طاقة الرابطة الرابطة طاقة الرابطة الرابطة 427 C-F 436 H-H 330 C-Cl 413 H-C 276 C-Br 389 H-N 218 C-I 464 H-O 268 C-N 565 H-F 159 N-N 432 H-Cl 209 N=N 368 H-Br 941 N≡N 297 H-I 138 O-O 347 C-C 498 O=O 611 C=C 158 F-F 837 C≡C 243 Cl-Cl 347 C-O 192 Br-Br 799 C=O 151 I-I 255 C-S ما أ�قوى الرواب ِط الموجود ِة في الجدو ِل؟ أ� ُّيهما ُينت ُج طاق ًة �أعلى :تك ّو ُن الرابط ِة H-Fأ� ْم تك ّو ُن الرابط ِة H-I؟ �أ ُّي الرابطتي ِن تحتا ُج �إلى طاق ٍة �أعلى لك�س ِرها :الرابط ِة C-Cأ� ْم الرابط ِة C=C؟ولماذا؟ �أ ُّي الرابطتي ِن تحتا ُج �إلى طاق ٍة �أعلى لك�س ِرها :الرابط ِة � N=Nأ ْم الرابط ِة N≡N؟ تلاح ُظ م َن الجدو ِل �أ َّن طاق َة الرابط ِة الثلاثي ِة بي َن ذرتي ِن �أكب ُر م ْن طاق ِة الرابط ِة الثنائي ِة بي َنهما ،و�أ َّن طاق�� َة الرابط�� ِة الثنائي ِة أ�كب ُر م ْن طاق�� ِة الرابط ِة الأحادي ِة بي َنهما.والآ ْن كي�� َف ُت�ستخد ُم قي ُم طاقا ِت الرواب ِط في ح�سا ِب الحرار ِة الم�صاحب ِة للتفاع ِل الكيميائ ِّي؟ -2ح�سا ُب حرار ِة التفاع ِل الكيميائ ّي با�ستخدا ِم طاقا ِت الرواب ِط. عرف َت أ� َّنالتفاع َلالكيميائ َّييت�ضم ُنك�س َربع�ِضالرواب ِطفيالموا ِّدالمتفاعل ِة,وتكوي َنرواب َطجديد ٍة في الموا ِّد الناتج ِة ،و�أ َّن لك ِّل رابط ٍة طاق ًة خا�ص ًة بها ،فكي َف يمك ُن ا�ستخدا ُم قي ِم طاقا ِت الرواب ِط في معرف ِة إ�ذا كا َن التفاع ُل الكيميائ ُّي طار ًدا للطاقة أ� ْم ما ً�صا لها؟ لتتع ّر َف ذل ِك ادر� ِس المثالي ِن ا آلتيي ِن: 38
1 يتفك ُك برومي ُد الهيدروجين HBrو ْف َق المعادل ِة الموزون ِة الآتي ِة: )2HBr (g) → H2 (g) + Br2 (g ما مقدا ُر الطاق ِة الم�صاحب ِة لهذا التفاع ِل؟ وهل ه َو ما�ٌّص للطاق ِة أ� ّم طار ٌد لها؟ الح ُّل للإجاب ِة ع ْن هذين ال�س ؤ�الين ,لا ب َّد م َن الرجو ِع �إلى جدو ِل طاقا ِت الرواب ِط ( )1-5لح�سا ِب طاق ِة الرواب ِط في ك ٍّل م َن الموا ِّد المتفاعل ِة والموا ِّد والناتجة ,ث َّم �إيجا ِد الفر ِق بي َنهما ,كما ي�أتي: الطاق ُة الناتج ُة عن تكوي ِن الرواب ِط الرواب ُط التي تكونّ ْت الطاق ُة اللازم ُة لك�س ِر الرواب ِط الرواب ُط التي تك�س ّر ْت 436 H-H 368×2 192 Br-Br (H-Br) 2 736كيلو جول 628كيلو جول المجمو ُع لاح�� ْظ �أ ّن ُه يلز ُم طاق ًة مقدا ُرها 736كيلو ج��ول عن َد ك�س ِر رواب ِط الموا ِّد المتفاعل ِة ،في حي ِن تنت ُج طاق ٌة مقدا ُرها 628كيلو جول عن َد تكوي ِن الموا ِّد الناتج ِة ،والفر ُق بي َن هذي ِن المقداري ِن ي�س��اوي 108كيل��و جول ،ويكو ُن على �ش��ك ِل طاق ٍة ممت�صة ٍمرافق ٍة للتفاع�� ِل ,وبالتالي ف�إ َّن التفاع�� َل في ه��ذ ِه الحالة ِما�ٌص للطاق�� ِة ,و ُيطل ُق عل��ى التغ ّي ِر في الطاق�� ِة الم�صاح ِب للتفاعل ِالكيميائ�� ِي التغيِّ ُر في طاق ِة التفاع ِل (� ،)Enthalpy Changeأو حرار ُة التفاعل الكيميائي ,و ُيرم ُز ل ُه بالرم ِز ( ,)∆Hويجري ح�ساب ُه كما ي أ�تي: =∆Hمجمو ُع طاقا ِت الرواب ِط التي تك�ّسر ْت في الموا ِّد المتفاعل ِة – مجمو ُع طاقا ِت الرواب ِط التي تك ّون ْت في الموا ِّد الناتج ِة = 108 = 628 - 736كيلو جول. وهنا تكو ُن إ��شار ُة ∆Hموجب ًة ( ,)+وهذا يعني أ� َّن التفاع َل ما�ٌص للطاق ِة (للحرارة) .وبذل َك يمك ُن كتاب ُة المعادل ِة الكيميائي ِة الحراري ِة للتفا ُع ِل على النح ِو الآتي: )2HBr (g) + 108 kJ → H2 (g) + Br2 (g 39
2 يتفاع�� ُل غ��ا ُز الهيدروجي ِن H2م َع غا ِز النيتروجي ِن N2لإنتا ِج ا ألمونيا NH3ويمك ُن تمثي ُل التفاع ِل بالمعادل ِة الموزون ِة ا آلتية: )N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g اح�س ْب مقدا َر الطاق ِة الم�صاحب ِة لهذا التفاع ِل؟ وه ْل هو ما�ٌص للطاق ِة �أم طار ٌد لها؟ الح ُّل �أو اًل نح�س ُب طاق َة الرواب ِط في ك ٍّل م َن الموا ِّد الناتج ِة والموا ِّد المتفاعل ِة ,كما ي أ�تي: الطاقة الناتجة عن تكوين الروابط الروابط التي تكونت الطاقة اللازمة لك�سر الروابط الروابط التي تك�سرت )(N≡N 2334 = 389 ×6 (N-H)6 941 1308 = 436×3 (H-H)3 2334كيلو جول 2249كيلو جول المجمو ُع لاح ْظ أ� ّن ُه َينت ُج طاق ٌة مقدا ُرها 2334كيلو جول عن َد تكوين ِالموا ِّد الناتج ِة ،في حي َن يلز ُم 2249 كيل��و جول عن َد تك�سي ِر رواب ِط الموا ِّد المتفاعل ِة ،والفر ُق بي َنهما 85كيلو جول يظه ُر على �شك ِل طاق ٍة منبعث ٍة مرافق ٍة للتفاع ِل ,ويكو ُن التفاع ُل في هذ ِه الحال ِة طار ًدا للطاق ِة. = ∆Hمجمو ُع طاقا ِت الرواب ِط التي تك�سر ْت في الموا ِّد المتفاعل ِة– مجمو ُع طاقا ِت الرواب ِط التي تك ّون ْت في الموا ِّد الناتج ِة = 85 - =2334 -2249كيلو جول. وت�شي�� ُر الا�شار ُة ال�سالب ُة (� )-إلى أ� َّن التفاع َل طار ٌد للطاق ِة (للحرارة) ,وبذل َك يمك ُن كتاب ُة المعادل ِة الكيميائي ِة الحراري ِة للتفاع ِل على النح ِو ا آلتي: N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g) + 85 kJ لاح ْظ �أ ّن ُه في التفاعلا ِت الما ّ�ص ِة للطاق ِة ،تكو ُن الطاق ُة اللازم ُة لك�س ِر الرواب ِط �أكب َر م َن الطاق ِة الناتج ِة ع��ن تكوي�� ِن الروابط ،بينما في التفاعلا ِت الطارد ِة للطا ِقة تكو ُن الطاق�� ُة الناتج ُة ع ْن تكوي ِن الرواب ِط أ�كب َر م َن الطاق ِة اللازم ِة لك�س ِر الرواب ِط. 40
ا�ستخ��د ْم قي�� َم طاقا ِت الرواب ِط الوارد ِة في الجدو ِل ( )1-5لتحدي�� ِد �أ َّي التفاعلي ِن الآتيين يكو ُن ما ًّ�صا للطاق ِة ،و أ� ُّيهما يكو ُن طار ًدا للطاق ِة،واكت ْب معادلا ٍت كيميائي ًة حراري ًة تب ّي ُن ذل َك. HH )1. H-C = C-H (g) + 3O2 (g) → 2CO2 (g) + 2H2O (g )2. 2HI (g) → H2 (g) + I2 (g بع��د �أ ْن تعلم�� َت كيفي َة ح�سا ِب ح��رار ِة التفاع ِل ∆Hفي المعادلا ِت الكيميائي�� ِة المختلف ِة يمك ُن أ� ْن يتب��اد َر �إل��ى ذهن ِك ال�س ؤ�ا ُل الآتي :كي َف يمك ُن الا�ستفاد ُة م ْن حرار ِة التفاع ِل في ح�سا ِب كمي ِة الطاق ِة الناتج ِة عن َد تفاع ِل كميا ٍت مختلف ٍة م َن الموا ِّد؟ لتتعر َف ذل َك ادر� ِس المثا َل الآتي: 3 اح�س ْب كمي َة الطاق ِة الناتج ِة م ْن تفاع ِل 560غ N2م َع ما يلز ُم ُه م ْن غا ِز H2في مثال ()2 الح ُّل = 20مول 560غ = الكتل َة بالغرام أ�و اًل نح ُ�س ُب عد َد مولا ِت = N2 28غ/مول الكتل ِة المولي ِة بالرجو ِع �إلى معادل ِة التفاع ِل الحراري ِةN2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g) + 85 kJ : نلاح ُظ �أ َّن: المو ُل الواح ُد م ْن N2ينت ُج ع ْن تفاعل ِه 85كيلوجول ؟ كيلوجول 20مول من ُ N2ينت ُج كمي ُة الطاق ِة الناتج ِة م َن التفاع ِل = 1700 = 85 × 20كيلوجول. يح َّ�ض�� ُر الهيدروجي ُن والأك�سجي�� ُن بالتحلي ِل الكهربائ ّي للما ِء با�ستخ��دا ِم �أقطا ٍب م َن البلاتي ِن في بالمعادل ِة الآتية: مخ ّف ٍف ،ويمك ُن تمثي ُل عملي ِة تحليل ِه ملح ٍّي مائ ٍّي محلو ٍل )2H2O (l )+ 571.2 kJ → 2H2 (g) + O2 (g ¡ اح�س ْب مقدا َر الطاق ِة اللازم ِة لتحلي ِل 54غرا ًما م َن الما ِء. ¡ اح�س ْب كتل َة الهيدروجي ِن الناتج ِة م َن ا�ستهلا ِك طاق ٍة مقدا ُرها 2856كيلوجول 41
الوقو ُد كم�صدرٍ للطاق ِة Fuel as Source of Energy ثال ًثا يع�� ُّد النف�� ُط والفح ُم الحجر ُّي والغا ُز الطبيع ُّي م َن الم�ص��اد ِر الرئي�س ِة للطاق ِة ,وينت ُج ع ْن احترا ِقها كمي��ا ٌت كبي��ر ٌة م َن الطاق ِة .وتعر ُف كمي ُة الطاق ِة الناتج ِة ع ْن حر ِق مو ٍل واح�� ٍد م َن الماد ِة حر ًقا تا ًما في كمي ٍة كافي�� ٍة م َن ا ألك�س��جي ِن بحرار ِة الاحترا ِق ،وتتفاو ُت قي ُم حرار ِة احترا ِق م�ص��اد ِر الطاق ِة وم�شتقا ِتها ،كما هو مب ّي ٌن في الجدو ِل (.)2-5 الجدول ( :)2-5قي ُم حرار ِة الاحترا ِق لبع�ِض �أنوا ِع الوقو ِد. حرار ُة الاحترا ِق (كيلوجول /مول ) ال�صيغ ُة الماد ُة (الوقود) الرقم 394 C الكربون (غرافيت) 1 890 2 1298 CH4 الميثان 3 1367 C2H2 ا إليثاين(ا أل�ستيلين) 4 286 C2H5OH 5 383 H2 ا إليثانول 6 2021 NH3 الهيدروجين 7 C3H7OH الأمونيا -1بروبانول وبمعرف�� ِة حرار ِة الاحترا ِق للموا ِّد المختلف ِة ،يمك ُن اختيا ُر الماد ِة ا ألف�ض ِل للا�ستعما ِل كوقو ٍد، ولتو�ضي ِح ذل َك ادر� ِس المثا َل الآتي: 4 ا�ستع ْن بقي ِم حرار ِة الاحترا ِق في الجدو ِل ( )2-5لح�سا ِب مقدا ِر الحرار ِة الناتج ِة م ْن حر ِق غرامٍ واح ٍد م ّما ي أ�تي :الكربو ُن (غرافيت) ,والميثا ُن .ث َّم ب ّي ْن أ� ُّيهما أ�ف�ض ُل للا�ستخدا ِم كوقو ٍد. 42
الح ُّل الكربو ُن بالرجو ِع إ�لى الجدو ِل الدور ّي نج ُد أ� َّن الكتل َة المولي َة للكربو ِن ت�ساوي 12غ/مول 1مول كربون ُينتج 394كيلو جول �أ ّي أ� َّن: 12غ كربون ! 394كيلوجول 394 ! ؟ كيلوجول 1غ 12 = 32.83كيلوجول. الطاق ُة الناتج ُة م َن احترا ِق 1غ كربون = الميثان الكتل ُة المولي ُة للميث ِان = 16غ/مول أ� ّي �أ َّن : 16غ ميثان ! 890كيلوجول 1غ م يثان ! ؟ كيلوجول 890 55.62كيلوجول. = 16 الطاق ُة الناتج ُة م َن احترا ِق 1غ ميثان = لاح ْظ �أ َّن كمي َة الحرار ِة الناتج َة م ْن حر ِق 1غ ميثا ٍن أ�كب ُر م ْن كمي ِة الحرار ِة الناتج ِة م ْن حر ِق 1غ كربون ،وبهذا ف�إ َّن ا�ستخدا َم الميثا ِن كوقو ٍد أ�ف�ض ُل م ْن ا�ستخدا ِم الغرافي ِت. وتُ�س ّمى كمي ُة الحرار ِة الناتج ِة م ْن حر ِق غرا ٍم واح ٍد م َن الوقو ِد حر ًقا تا ًما في كمي ٍة كافي ٍة م َن الأك�سجي ِن القيم ُةالحراري ُةللوقو ِد,وك ّلمازاد ْتالقيم ُةالحراري ُةللماد ِة،كان ِتالماد ُة�أف�ض َلللا�ستخدا ِمكوقو ٍد. طلب��ت المعلم ُة إ�لى ت�سني َم إ�عدا َد نموذ ٍج لم�صب��ا ٍح كحول ِّي لت�ستخد َم ُه في تبخي ِر الما ِء ،وكا َن لديه��ا في مختب ِر المدر�س�� ِة نوعا ِن م َن الكح��ول؛ ا ألو ُل �إيثان��ول C2H5OHوالثاني -1بروبانول C3H7OHكي َف ت�ساع ُد ت�سني َم في اختيا ِر �أف�ض ِل الكحو ِل ا�ستخدا ًما للم�صبا ِح؟ 43
الإيثانول وقو ًدا لل�سيارات يمك ُن ا�ستخ��دا ُم الإيثانول ( )C2H5OHكوق��و ٍد لل�سيارا ِت، حي�� ُث يح�ص ُل علي ِه ع ْن طري ِق تخمي ِر ال�س ّك ِرالموجو ِد في الفواك ِه والحب��و ِب ،وم�� َن الجدي ِر بالذك�� ِر �أ َّن معظ َم وق��و ِد ا إليثانول يت ُّم الح�ص��و ُل علي ِه م ْن ال�� ُذر ِة .ويمك ُن لمح��ركا ِت ال�سيارا ِت حر ُق الكح��و ِل النق�� ِّي �أو خلي ِط البنزي ِن ،هذا الخلي�� ُط متواف ٌر الآ ْن على نط��ا ٍق وا�س ٍع ف��ي بع�ِض ال��دو ِل ،وي�س ّمى ،E85وه�� َو مك َّو ٌن م ْن ٪85م َن ا إليثان��ول و ٪15م َن البنزي ِن ،لك َّن ا�ستخدا َم الكحو ِل ال�شكل ( :)3-5 النق�� ِّي كوقو ٍد للمحر ِك لي�� َ�س ممك ًنا؛ أل َّن ُه لا يتبخ�� ُر ب�سهول ٍة عن َد الح�صو ُل على ا إليثانو ِل م َن ال ُذرة. درجا ِت الحرار ِة المنخف�ض ِة.وم َع ذل ِك ،يمك ُن �أ ْن يكو َن ا�ستخدا ُم ُه عمل ًّيا ج ًّدا في المنا ِخ الداف ِئ. ي�ستخ��د ُم العاملو َن في �صيان ِة ال�سي��ارا ِت الحرار َة الناتج َة م ْن احترا ِق غا ِز ا أل�ستيلي ِن ()C2H2 في لحا ِم الحدي ِد و أ�ج�سا ِم ال�سيارا ِت. -كي َف يت ُّم تح�ضي ُر هذا الغا ِز؟ اكت ْب معادل َة احترا ِق ا أل�ستيلين ؟ -كي َف يز َّو ُد با ألك�سجي ِن اللاز ِم لاحتراق ِه؟ -م��ا مقدا ُر كمي ِة الحرار ِة الت��ي ي�ستهلكها لحا ُم ال�سيار ِة� ,إذا علم َت �أ َّن ا أل�ستيلين يحتر ُق بمعد ِل 2.6غ/ث ,و�أ َّن عملي َة لحا ِم ال�سيار ِة ت�ستغر ُق ع�ش َر دقائ َق؟ 44
خلي ُة الوقو ِد ( أ�ك�سجين -هيدروجين) يحاو ُل العلما ُء جاهدي َن الح�صو َل على الطاق ِة م ْن م�صاد َر مختلف ٍة ,وم ْن هذ ِه المحاولا ِت عملي ُة الح�صو ِل على الطاق ِة م َن حر ِق الهيدروجي ِن في كمي ٍة كافي ٍة م َن الأك�سجين في خلي ٍة خا�ص ٍة يطل ُق عليها خلي ُة الوقو ِد ( أ�ك�سجين-هيدروجين)� ,إ ْذ ينت ُج ع ْن هذا الاحترا ِق الما ُء وطاق ٌة حراري ٌة مقدا ُرها 285.8 كيلوجول� ،إ�ضاف ًة إ�لى طاق ٍة كهربائي ٍة .انظ ِر ال�شك َل ( )4-5الذي يب ّي ُن ر�س ًما تو�ضيح ًّيا لخلي ِة الوقو ِد. e- e- O2 H2O H H+ H+ H+ H+ HH+ H2 H H+ H+ حرارة H+ H+ HH+ + الم�صع ُد غ�شاء بوليمري المهب ُط خلية مفردة ال�شكل ( :)4-5خلية وقود. ُتنت�� ُج النماذ ُج الب�سيط ُة لخلي ِة الوق��و ِد الم�ستخدم ِة في و�سائ ِط النق ِل 1.16فولت تقري ًبا ،لذل َك يت ُّم و�ص ُل عد ٍد كبي ٍر م َن الخلايا لتولي ِد الطاق ِة الكهربائي ِة المطلوب ِة. 45
وق ِد ا�س ُتخد َم ْت خلايا الوقو ِد م ْن ِقب ِل وكال ِة الف�ضا ِء الأمريكي ِة (نا�سا) لتزوي ِد ر ّوا ِد الف�ضا ِء بالطاق ِة الكهربائي�� ِة وم��ا ِء ال�شر ِب الذي َينت ُج م ْن تفاع ِل الهيدروجي�� ِن وا ألك�سجي ِن في الخلي ِة .هذا ويعك ُف العلم��ا ُء على إ�جراء تج��ار َب لتولي ِد الطاق ِة الكهربائي�� ِة م ْن خلايا الوقو ِد لت�سيي��ر ال�سيارا ِت وال�سف ِن وغي ِرهم��ا ,حي ُث أ�جري ْت تجار ُب مختلف ٌة على �سيارا ٍت ت�سي ُر بالطاق ِة الكهربائي ِة ،فوج َد �أ َّن ال�سيار َة تقط ُع م�ساف ًة تتراو ُح ما بي َن � 400إلى 640كيلومت ًرا ،وب�سرع ٍة مقدا ُرها 150كم�/ساع ًة قب َل أ�ن يعا َد �شح ُنها. وتمت��ا ُز خلايا الوق��و ِد ( أ�ك�سجين -هيدروجين) بكفايتها العالي��ة ،مقارن ًة بمحركا ِت الاحترا ِق العادي�� ِة� ،إ�ضاف�� ًة إ�لى أ�نه��ا لا تلو ُث البيئ َة ألنها تنت ُج الما َء .أ� ّما �سلبيا ُته��ا فتتمث ُل في كو ِنها غالي َة الثم ِن لاحتوا ِئها على عن�ص ِر البلاتي ِن. حال ًي��ا ،ت�ص ّن�� ُع �سيارا ٌت تعم ُل بخلي ِة الوقو ِد ،ولك ّنها لا زال ْت قليل�� ًة ومرتفع َة ا أل�سعار ،و لا يزا ُل انت�شا ُر محطا ِت تزوي ِد الهيدروجين لل�سيارا ِت محدو ًدا ،ويوج ُد في القلي ِل م َن البلدا ِن. ال�شكل ( � :)5-5سيارا ٌت تعم ُل بخلايا الوقو ِد. 46
-1و ّ�ض ِح المق�صو َد بك ٍّل م َن الم�صطلحا ِت الآتي ِة: التفاع�� ِل الما�ِّص للطاق ِة ,التفاع ِل الطار ِد للطاق ِة ,طاق ِة الرابط�� ِة ,القيم ِة الحراري ِة للوقو ِد ،حرار ِة الاحترا ِق. -2اخت ْر رم َز ا إلجاب ِة ال�صحيح ِة لك ٍّل م َن الفقرا ِت ا آلتي ِة: ( )1أ� ُّي الرواب ِط ا آلتي ِة تمتل ُك أ�ق َّل طاق ٍة: د) C≡C جـ) N≡N ب) C –C �أ ) C = C ( )2الحرار ُة الناتج ُة م ْن حر ِق 4.6غ ( C2H5OHبالكيلوجول) في التفاع ِل ا آلتي ت�ساوي: C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O + 1367 kJ د) 136700 جـ) 136.7 ب) 1367 �أ ) 13670 ( )3بالرج��و ِع �إل��ى قي ِم طاق��ا ِت الرواب ِط ،ف�إ َّن كمي َة الطاق ِة اللازم�� ِة لك�س ِر روابط 10مول من H-Brت�ساوي (بالكيلوجول) : د) 368.0 جـ) 3.6 80 �أ ) 36.8ب) 3680 ( )4العبار ُة ال�صحيح ُة بي َن العبارا ِت الآتية في ما يتعل ُّق بالتفاع ِل الآتي: (2Mg (s) + O2 (g) → 2MgO (s ب) تفاع ٌل ما�ٌّص للحرار ِة �أ ) تفاع ٌل كهركيميائ ٌّي د ) تفاع ٌل طار ٌد للطاق ِة. جـ) تفاع ٌل متعاد ٌل حراريًا � -3ص ّن ِف التفاعلا ِت الآتي َة إ�لى تفاعلا ٍت ما ّ�ص ٍة للطاق ِة ،وتفاعلا ٍت طارد ٍة: �أ ) التحلي ُل الكهربائ ُّي للما ِء. ب) تفاع ُل فل ِّز ال�صوديوم Naم َع الما ِء. جـ) تفاع ُل هيدروك�سي ِد البوتا�سيو ِم KOHم َع حم�ِض النيتري ِك .HNO3 47
-4م ّث ْل كلاًّ م َن التفاعلا ِت الآتي ِة بمعادل ٍة كيميائي ٍة حراري ٍة: �أ ) تف ُّك ُك مو ٍل واح ٍد م ْن كربونا ِت الباريوم ( BaCO3)sإ�لى مو ٍل واح ٍد م ْن �أك�سي ِد الباريوم (BaO(S وم��و ٍل واح�� ٍد م�� ْن غ��ا ِز ثان��ي �أك�سي�� ِد الكرب��و ِن ( ,CO2 (gوامت�صا��ُ�ص طاق�� ٍة مقدا ُره��ا 267.2كيلوجول. ب) تفاع ُل مو ٍل واح ٍد م ْن غا ِز الهيدروجين ) H2 (gم َع مو ٍل واح ٍد م ْن غا ِز الكلور ) Cl2 (gإلنتا ِج 2مول م ْن غا ِز كلوري ِد الهيدروجين ,HClو إ�نتا ِج طاق ٍة مقدا ُرها 182كيلوجول. -5اح�س ْب كمي َة الحرار ِة الناتج َة م ْن تفاع ٍل 68غ م َن ا ألمونيا ح�س َب المعادل ِة الآتي ِة: NH3 (g) + HCl (g) → NH4Cl (s) + 176 kJ -6ا�ستخد ْم طاقا ِت الرواب ِط الوارد َة في الجدو ِل ( )1-5واح�س ْب ( )ΔHللتفاع ِل المبي ِن أ�دنا ُه ،ث َّم ب ّي ْن �إذا كان التفاع ُل ما ًّ�صا للطاق ِة ,أ� ْم طار ًدا لها؟ HH HH | | || + 2Cl2 → (g) + )2 H-Cl (g ¯H C ¯ C ¯ H )(g )(g ¯H C ¯ C ¯ H | | | | HH Cl Cl -7ادر� ِس الجدو َل الآتي ،ث َّم �أج ْب ع ِن ال�س�ؤالين بع َد ُه: حرار ُة الاحتراق(كيلوجول/مول) ال�صيغ ُة الماد ُة 2220 C3H8 البروبان 2855 C4H10 البيوتان �أ ) اح�س ِب القيم َة الحراري َة لك ٍّل منهما. ب) �أ ُّيهما يع ُّد �أف�ض َل للا�ستخدا ِم كوقو ٍد؟ -8يح َّ�ض ُر غا ُز �سياني ِد الهيدروجين HCNبتفاع ِل الميثا ِن م َع الأمونيا ح�س َب المعادل ِة ا آلتي ِة: )CH4 (g) + NH3 (g) + 207 kJ → H-C≡N (g) + 3H2 (g ا�ستخد ْم طاقا ِت الرواب ِط الوارد ِة في الجدو ِل ( ،)1-5واح�س ْب طاق َة الرابط ِة .C≡N 48
Search
