»ª dg HGôdG ü d. «dcéj. Gô dg ájqƒ ªL á«hîdg IQGRh ègéæª d áeé dg ájôjóÿg أ. د. مهند جميل محمود سالم محمد سيد النصراوي ماجد حسين الجصاني

Transcript

1 Gô dg ájqƒ ªL á«hîdg IQGRh ègéæª d áeé dg ájôjóÿg»ª dg HGôdG ü d «dcéj أ. د. عمار هاني الدجيلي د. سمير حكيم كريم هدى صلاح كريم ماجد حسين الجصاني اسامة مرتضى الخالصي أ. د. مهند جميل محمود سالم محمد سيد النصراوي خلود مهدي سالم باسل ابراهيم الشوك كريم عبدالحسين الكناني Ω 2017 / `g 1438 áæeéãdg á Ñ dg 1

2 المشرف العلمي على الطبع خلود مهدي سالم المشرف الفني على الطبع ساره خليل إبراهيم إستنادا الى القانون يوزع مجانا ومينع بيعه وتداوله في الا سواق 2

3 مقدمة علمٹ الكيمياءٹ -ٹ بتخصصاتهٹ الدقيقةٹ المتنوعةٹ -ٹ حجرٹ الاساسٹوالمحفزٹ الاولٹ فيٹ تطويرٹ العلومٹ الطبيعيةٹ كلهاٹ مثلٹ الفيزياءٹ والجيولوجيٹوعلومٹ الحياةٹوغيرها..ٹ فماٹ التطورٹفيٹشتىٹمجالاتٹالحياة,ٹالاٹواساسهٹمعرفةٹتركيبٹالمادةٹوخواصهاٹوتصنيعٹ الافٹالموادٹالجديدةٹالمشتقةٹمنٹالموادٹالاوليةٹالمحدودةٹوفقا ٹلحاجةٹالمجتمع. وقدٹاتصفٹمحتوىٹكتابٹالكيمياءٹللصفٹالرابعٹالعلميٹبالا تي: أولا :ٹعمقٹالمادةٹالعلميةٹالمتناسبةٹمعٹالساعاتٹالمحددةٹللتنفيذٹآخذينٹبنظرٹالاعتبارٹ المزاوجةٹبينٹالمبادئٹوالمفاهيمٹالاساسيةٹفيٹالكيمياءٹواحدثٹالنظرياتٹوالتطبيقاتٹ العملية. ثانيا :ٹالتوسعٹالافقيٹوالعموديٹفيٹالمعلوماتٹوفقا ٹلعمرٹالطالبٹوماٹدرسهٹمسبقا ٹمعٹ ربطٹ المعلوماتٹ بالبيي ةٹ المحليةٹوالصناعاتٹ العراقيةٹوالتقدمٹ العلميٹ العالميٹ -ٹ ماٹ أمكنناٹذلك. ثالثا :ٹالجانبٹالعمليٹودورہٹالا ساسٹفيٹدراسةٹالكيمياءٹ.وفيٹهذاٹالمجالٹتوصيٹ اللجنةٹبالا تي: 1 ٹ -ٹ منٹ الضروريٹ جدا ٹ اجراءٹ التجاربٹ المختبريةٹ المنهجيةٹ بالامكاناتٹ المتوفرةٹ وتقليلٹالاعتمادٹعلىٹالمادةٹالنظريةٹالصرفة,ٹأبعادا ٹللمللٹوالسا مٹعنٹالطلبة. 2 ٹ-ٹتشجيعٹالطلبةٹعلىٹتوسيعٹمعلوماتهمٹعنٹطريقٹالتقاريرٹالمستندةٹالىٹمعلوماتٹ المكتبةٹالمدرسيةٹووساي لٹالا علامٹالمتنوعةٹالاخرىٹوالتشجيعٹعلىٹالبحثٹوالتقصي. 3 ٹ -ٹ استثمارٹ مواردٹ البيي ةٹ المتاحةٹ فيٹ التجاربٹوإثراءٹ المعلوماتٹ وربطٹ الطلبةٹ ببيي تهمٹالمحليةٹ-ٹكيمياي يا ٹوتعويدهمٹعلىٹالسعيٹمنٹاجلٹكيمياءٹخضراءٹوبيي ةٹنظيفةٹ فعليا. 4 ٹ-ٹتنظيمٹسفراتٹنوعيةٹ(علميةٹترفيهية)ٹفيٹالوقتٹنفسهٹالىٹالمعاملٹوالمصانعٹ القريبةٹمنٹالمدرسةٹلا طلاعٹالطلبةٹ-ٹميدانيا ٹ-ٹعلىٹخطواتٹالتصنيعٹوكيفيةٹتحويلٹ الموادٹالا وليةٹأوٹنصفٹالمصنعةٹالىٹموادٹجديدةٹيفيدٹمنهاٹالمجتمعٹ...ٹومطالبةٹالطلبةٹ بتقاريرٹعلميةٹعنٹهذہٹالزياراتٹ(يكافو ونٹعنها)ٹ. نا ملٹ منٹ اخوانناٹ المدرسينٹومنٹ لهٹ شا نٹ بمادةٹ الكتابٹ موافاةٹ المديريةٹ العامةٹ للمناهجٹبماٹيستجدٹلديهمٹمنٹمقترحاتٹلتطويرٹوتنقيحٹمحتوىٹالكتاب.ٹٹٹٹٹٹ ٹ ٹالمو لفون 3

4 الفهر س الف صل االول 5 المفاهيم اال صا صية في الكيمياء الف صل الثاني 31 الغازات الف صل الثالث 64 المعادالت والح صابات الكيميائية الف صل الرابع 87 الكيمياء الع صوية الف صلالخام س 118 الكيمياء النووية الف صل ال صاد س 145 الجيوكيمياء 4

5 الفصل االول المفاهيم االساسية في الكيمياء Basic Concepts in Chemistry 1 بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادرا على ان : - يتفهم النظرية الذرية لدالتون وفرضياتها واستخدام قوانين االتحاد الكيميائي في التعرف على تكون المركبات الكيميائية ونسب العناصر الثابتة فيها. يفهم ما يرمي اليه قانون غي لوساك للحجوم الغازية المتفاعلة وعالقته بفرضية افوكادرو. يعرف المصطلحات االساسية: التكافؤ الكتلة الذرية الكتلة المكافئة والعالقة بينهما ويتمكن من معرفة مفهوم المول والكتلة المولية وعدد افوكادرو والعالقة بينهما. يستطيع التوصل الى معرفة الصيغ الكيميائية الوضعية والجزيئية للمركبات وكيفية ايجادها من حساب النسبة المئوية للعناصر الداخلة في تركيب المركبات. 5

6 1-1 النظرية الذرية لدالتون Dalton, s atomic theory ادت األبحاث واألكتشافات العلمية والكيميائية والتي جرت في نهاية القرن الثامن عشر وبداية القرن التاسع عشر الى معرفة أن المادة تتكون من ذرات وأن إختالف نوع الذرة وعددها هو الذي يحدد صفات ونوع الجزيئات التي تؤلفها أي تحدد صفات المادة. وهذا ما ساعد العالم االنكليزي جون دالتون )Dalton( إلى اعالن النظرية الذرية للمادة عام 1803 م وسميت بالنظرية الذرية لدالتون والتي تضمنت الفرضيات اآلتية: 1 -أن المادة تتكون من دقائق صغيرة غير قابلة للتجزئة تسمى»ذرات«( وقد تمكن العلماء فيما بعد من تجزئتها(. 2- أن الذرات التفنى واليمكن تخليقها ضمن النطاق البشري. 3- ذرات العنصر الواحد متشابهة في كافة خواصها الفيزيائية والكيميائية وتختلف عن ذرات العناصر األخرى. جون دالتون «1766 م م«ولد من أب حائك فقير وقد عمل في سن مبكرة. بيد أنه كان يمضي جل فراغة في دراسة الرياضيات والعلوم الطبيعية الالتينية. أهتم بدراسة علم االحوال الجوية ومنذ عام 1787 وحتى وفاته سجل اكثر من مالحظة وقد قاده اهتمامه هذا الن يتحرى عن خواص الغازات فأكتشف قانون الضغوط الجزئية لها واستنتج أيضا ان انحالل غاز في مزيج من جملة غازات يتناسب وضغطه الجزئي ومنذ عام 1803 م عمل على تطوير نظريته الذرية فوضع قانون النسب المضاعفة كما ادخل مفهوم الكتلة الذرية النسبية. 4- تتكون الذرات المركبة )كما دعاها دالتون( من اتحاد ذرات العناصر بنسب عددية بسيطة. وبعد ثمانية سنوات أدخلت بعض التعديالت عليها حيث استبدل التعبير الذرات المركبة بكلمة الجزيئات من قبل العالم االيطالي افوكادرو ( )Avogadro ويجب ان يكون فهمنا لهذه الفرضيات في الفترة الزمنية التي جاء بها دالتون في النصف االول من القرن التاسع عشر حيث التقدم العلمي الذي حصل فيما بعد وخصوصا خالل القرن العشرين قد أدى الى اعادة صياغة هذه الفرضيات بصورة أكثر دقة إأل أن ذلك لم يؤثر مطلقا على معانيها األساسية. وقد كان غرض دالتون من صياغة بنود هذه النظرية هو لتفسير هذه التغيرات الكيميائية التي تحدث على المادة وقوانين االتحاد الكيميائي التي تحكمها. 6

7 2-1 قوانين االتحاد الكيميائي نتيجة لتطور المعرفة العلميةواالكتشافات الجديدةوالقائمة والمعتمدة على التجارب العملية واالستنتاجات العلمية ادت الى تفسير تركيب المادة وصياغة قوانين االتحاد الكيميائي في النصف الثاني من القرن الثامن عشروبداية القرن التاسع عشر. ان اول هذه القوانين هو قانون حفظ الكتلة Law( )of mass conservation الذي اجاب عن سؤال ماذا يحدث للمادة أثناء تفاعلها الكيميائي. أيمكن ان تفنى أو تخلق فهل ان كتلة المواد المتفاعلة تختلف عن كتلة المواد الناتجة من التفاعل أم تساويها. لالجابة على كل تلك األسئلة قام الفوازية قانون حفظ الكتلة بأكسدة العالم الفرنسي الفوازية )Lavoisier( القصدير في وعاء مغلق فوجد أن كتلة الوعاء المغلق تبقى ثابتة دون تغير النه قد تم تفاعل كيميائي بين القصدير واالوكسجين وتكونت جزيئات جديدة هي أوكسيد القصدير) II (. ولما كانت كتلة الذرة التعتمد على طبيعة الذرات األخرى التي تتحد معها فمن البديهي أن تحافظ كافة ذرات االوكسجين والقصدير الداخلة في التفاعل الكيميائي على كتلتها بدون تغير فدلت تجارب الفوازية على أن:- كتلة المادة التفنىوالتخلق أثناء التفاعل الكيميائي أي أن:- كتل المواد المتفاعلة = كتل المواد الناتجة من التفاعل يعتبر العالم العربي ابو القاسم المجريطي» م«اول من برهن على صحة هذا القانون فلقد الحظ عند تسخين كمية موزونة من عنصر الزئبق في وعاء زجاجي مغلق وبوجود الهواء سيتحول الزئبق الى مسحوق أحمر ناعم دون حدوث تغير في الكتلة الكلية للمواد المتفاعلة داخل الوعاء.وقد اعاد الفوازية وتوصل الى نفس استنتاج المجريطي ثم وضع قانون حفظ الكتلة. 7

8 مثال 1-1 : أمرر 73 g من غاز HCl في محلول يحتوي على 158 g من ثايوكبريتات الصوديوم فتكون 117 g من ملح الطعام و 64 g من SO 2 و 32 g غم من الكبريت و 18 g من الماء. برهن أن هذه غاز النتائج تؤيد قانون حفظ الكتلة الحل : =231 g 73 = مجموع كتل المواد المتفاعلة 231= g = مجموع كتل المواد الناتجة مجموع كتل المواد الداخلة في تفاعل = مجموع كتل المواد الناتجة من التفاعل وهذا ما يتفق مع قانون حفظ الكتلة. يمكن تلخيص قوانين االتحاد الكيميائي االخرى بفكرةواحدة هي اتحاد العناصر بنسب وزنية ثابتة لتكوين المركبات. وكان العالم برواست )prust( اول من وضع قانون التراكيب الثابتة ( composition ) Law of constant والذي نص على ان جميع العينات لمركب معين تمتلك نفس النسب من العناصر المكونة له ولناخذ المثال االتي : اذا تفكك الماء فسنجد ان 16 g من االوكسجين في العينة موجودة مقابل 2 g من الهيدروجين او نسبة كتلة االوكسجين الى الهيدروجين : 16 g )O( النسبة = = 8 2 g )H( ابو القاسم مسلمة بن احمد المجريطي م. ولد في بالد االندلس وتوفي فيها وهو الذي يعد أحد رواد صناعة الكيمياء في المغرب العربي ومن آثاره كتاب «غاية الحكيم» وكتاب «رتبة الحكيم«حيث الحظ بانه عندما سخن ربع رطل «وهو معيار قديم«من عنصر الزئبق في وعاء زجاجي مغلق يشبه البيضة وبوجود الهواء )االوكسجين( تحول الزئبق الى مسحوق احمر ناعم نعرفه اليوم بأوكسيد الزئبق) II ( دون أن يحدث تغيير في الكتلة الكلية للمواد المتفاعلة. وهذه النسبة سنجدها في كل عينة من عينات الماء النقي بغض النظر عن المصدر الذي اخذت منه اوباي طريقة تم تحضيره )الشكل 1-1 (تمتلك المركبات تركيبا ثابتا. يمتلك الماء باي طريقة على نسبة ثابتة من الهيدروجين لالوكسجين بغض النظر من اي مصدر جاء. الشكل

9 ال يطبق قانون التراكيب الثابتة على الماء فقط ولكن على جميع المركبات الكيميائية. لناخذ االمونيا التي تتركب من النتروجين والهيدروجين. تحتوي االمونيا على 14 g من النتروجين لكل 3 g من الهيدروجين اي نسبة كتلة النتروجين الى الهيدروجين تساوي : 14 g )N( النسبة = = g )H( وهذه النسبة كذلك صحيحة الي عينة من عينات االمونيا مهما كان مصدرها وطريقة تحضيرها. تمرين )1-1( 2-1 : مثال تم الحصول على عينتين من ثنائي اوكسيد الكاربون من مصدرين مختلفين. وتم تفكيكهما الى مكوناتها من العناصر. 1.8 g من الكاربون من االوكسجين و احتوت العينة االولى 4.8 g بينما احتوت العينة االخرى 17.1 g من االوكسجين 6.4 g من الكاربون. بين ان هذه النتائج تتوافق مع قانون التراكيب الثابتة. الحل : نسبة كتلة االوكسجين الى الكاربون في العينة االولى تم تحليل عينيتين من احادي اوكسيد الكاربون تم الحصول عليهما من مصدرين مختلفين. احتوت العينة االولى على 4.3 g من االوكسجين و 3.2 g من الكاربون. بينما احتوت العينة الثانية 7.5 g اوكسجين و 5.6 g من الكاربون. هل تحقق هذه النتائج قانون التراكيب الثابتة. 2.7 = 4.8 g )O( O النسبة = 1.8 g )C( نسبة كتلة االوكسجين الى الكاربون في العينة الثانية 2.7 = 17.1 g )O( O النسبة = 6.4 g )C( وبما ان النسبة هي نفسها للعينتين معنى ذلك ان هذه النتائج تتوافق مع قانون التراكيب الثابتة. 9

10 3-1 قانون غي- لوساك للحجوم الغازية المتفاعلة Gay-Lussac Law of Combining Gas Volumes لقد اشتغل العالم الفرنسي غي-لوساك Lussac( )Joseph Gay- كثيرا في تفاعل الغازات فرأى ان هناك عالقة بين حجوم الغازات الداخلة في التفاعل الكيميائي والناتجة منه تحت نفس الظروف من ضغط ودرجة حرارة وبقياس حجوم الغازات المتفاعلة والناتجة عن التفاعل صاغ نتائج تحرياته في عام 1808 م بالتعميم األتي: تتناسب حجوم الغازات الداخلة في التفاعل الكيميائي أو الناتجة منه مع بعضها البعض تناسبا عدديا بسيطا اذا ما قيست تحت نفس الظروف من ضغط ودرجة حرارة فمثال : 1 -يتحد حجم واحد من الهيدروجين مع حجم واحد من الكلور ويتكون حجمان من غاز كلوريد الهيدروجين فالنسبة بين حجمي الغازين المتحدين وحجم الغاز الناتج هي 2:1:1 كما في المعادلة الكيميائية األتية : H 2 + Cl 2 2HCl 2 -عند تحليل الماء كهربائيا يكون حجم الهيدروجين المتحرر مساويا ضعف حجم االوكسجين كما أنه يتحد حجمين من الهيدروجين بحجم واحد من االوكسجين وينتج حجمان من بخار الماء. 2H 2 + O 2 2H 2 O فالنسبة بين حجمي الغازين المتحدين وحجم بخار الماء الناتج هي 2:1:2 فتكون نسبة عددية بسيطة. ويمكن تمثيل ماسبق باالشكال االتية : تمثيل بعض تجارب غي - لوساك في مجال اتحاد حجوم مختلفة من الغازات. حجمين من بخار الماء حجم واحد اوكسجين حجمين هيدروجين حجمين من كلوريد الهيدروجين حجم واحد كلور حجم واحد هيدروجين 10

11 4-1 فرضية أفوكادرو Avogadro, s Hypothesis في عام 1811 م توصل العالم االيطالي افوكادرو الى ان جزيئات العناصر الغازية قد تتكون من اكثر من ذرةواحدة اي قد تتكون من ذرتين اي ان جزيء العنصر الغازي هو جزيء ثنائي الذرة حيث ادخل مفهوم جزيء )molecule( كأصغر جزء من المادة يمكن ان يوجد بصورة مستقلة واالبقاء على مفهوم الذرة كأصغر جزء من العنصر يوجد في جزيئات مختلف المركبات وقد اكد على ان جزيئات المواد البسيطة ليست بالضرورة متماثلة مع ذرات العنصر بل انها على عكس ذلك قد تتكون من عدة ذرات متماثلة. كانت فرضية افوكادرو االساسية كاالتي : تحوي الحجوم المتساوية من الغازات المختلفةوالمقاسة في نفس الظروف من الضغطودرجة الحرارة اعدادا متساوية من الجزيئات. لم تقتصر فرضية افوكادرو على تفسير النسب البسيطةوالكائنة ما بين حجوم الغازات الداخلة في التفاعلوالناتجة عنه فحسب بل قدمت ايضا بعض النتائج الهامة المتعلقة بعدد الذرات في جزيئات الغازات البسيطة والمعقدة ممهدة بذلك امام تعين الكتل الذرية الحقيقية. لقد افترض افوكادرو ان عددا ثابتا من الذرات يتحد من كل عنصر لتكوين جزيء منه. وعلى نفس النهج تكون جزيئات المركبات سوى ان الذرات التي تؤلف جزيء المركب ليست من نوع واحد فمثال : عند اتحاد حجم من غاز الهيدروجين مع حجم مساو له من غاز الكلور نحصل على حجمين من غاز كلوريد الهيدروجين اي نحصل على : H 2 + Cl 2 2HCl ويتحد حجمان من غاز الهيدروجين مع حجم واحد من غاز االوكسجين لنحصل على حجمين من بخار الماء. 2H 2 + O 2 2H 2 O وان هذا ال يناقض نظرية دالتون الذرية فعليه يجب ان يتكون جزيء الهيدروجين من ذرتين وكذلك جزيء الكلور واالوكسجين تتكونان من ذرتين ايضا اما جزيء كلوريد الهيدروجين فانها تتكون من ذرة كلور واحدة متحدة مع ذرة واحدة من الهيدروجين وجزيء بخار الماء فانها تتكون ايضا من ذرتي هيدروجين مع ذرة واحدة من االوكسجين. 11

12 تمثيل اتحاد الغازات بمستوى الجزيئات. الكرات تمثل الذرات في الجزيئات. 5-1 التكافو Valance إن صيغ المركبات الكيميائية ليست وليدة الصدفة وانما هي معتمدة على كيفية ارتباط الذرات مع بعضها في جزيئات تلك المركبات. وقد وجد انه هناك حد معين لقدرة ذرات عنصر معين لالتحاد مع ذرات عنصر اخر وتسمى القدرة االتحادية للعنصر في مركباته أو عدد ذرات الهيدروجين التي تتحد مباشرة مع ذرة واحدة من العنصر ب التكافؤ. تتباين ذرات العناصر الكيميائية في قابليتها لالرتباط بعدد محدد من الذرات االخرى لذلك ادخل مفهوم تكافؤ العنصر في علم الكيمياء الول مرة في منتصف القرن التاسع عشر. يمكن تعريف التكافؤ لعنصر ما في الوقت الحالي بانه :- عدد االلكترونات الموجودة في الغالف الخارجي لذرة العنصر والتي تستطيع فقدها أو اكتسابها أو االشتراك بها اثناء التفاعل الكيميائي. فمثال : ان تكافؤ الهيدروجين يعتبرواحدا لوجود الكترونواحد في غالفه الخارجي قابل للمشاركة ويكون تكافؤ االوكسجين في H 2 يساوي 2 وذلك لوجود 6 الكترونات في غالفه الخارجي الماء O فذرته تميل الكتساب الكترونين الشباع غالفها الخارجي وكذلك يكون الصوديوم احادي التكافؤ النه يفقد الكترون واحد من غالفه الخارجي ويكون تكافؤ المغنسيوم ثنائي النه يفقد الكترونين من غالفه الخارجي ويكون تكافؤ الكلور احادي النه يكتسب الكترون واحد لغالفه الخارجي وهكذا. 12

13 6-1 الكتلة الذرية Atomic Mass تكون الذرات على درجة من الدقة والصغر بحيث يصعب معها تقدير كتلها الذرية ومع ذلك فقد امكن تعيين كتلتها بدقة كبيرة فقدوجدمثال انكتلة ذرة الهيدروجينتبلغ g وقد امكن ايضا الحصول على كتل الذرات النسبية من تعيين كتلة العناصر المتحدة مع عنصرآخر بشرط ان يكون العدد النسبي للذرات في المركبات معلوما فعليه تستخدم الكتلة الذرية للتعبير عن كتلة عنصر ما بالنسبة لكتلة ذرة عنصر اخر اتفق على استخدامه في تحديد الكتل النسبية لكل عناصر الجدول الدوري. وفي عام 1961 م عقد في جنيف مؤتمر لالتحاد الدولي للكيمياء الصرفة والتطبيقية )IUPAC( وتم االتفاق فيه على تعريف الوحدة القياسية للكتل الذرية والتي سميت بوحدة الكتلة الذرية )وكذ( unit( )amu( )Atomic mass على انها مساوية لواحد من اثنا عشر جزئا من كتلة ذرة نظير الكاربون 12 والذي اعتبرت كتلته الذرية مساوية 12 وحدة بالضبط وعلى هذا االساس فأن :- كتلة ذرة نظير الكاربون 12 وحدة الكتلة الذرية )وكذ( )amu( = 12 1 اي ان 1 )وكذ( )amu( = من كتلة ذرة نظير الكاربون وبما ان كتلة ذرة نظير الكاربون = 12 عدد افوكادرو 12 = )amu( = لذلك 13 1 )amu( = g وهكذا فان الكتل الذرية التي نستعملها اليوم ونجدها في الجدول الدوري هي ليست كتل فعلية بل كتل نسبية توضح العالقة من حيث الكتل الذرية بين الذرات المختلفة. فالكتلة الذرية لنظير الهيدروجين 1 مثال هي 1 من الكتلة الذرية 12 لنظير الكاربون 12 اي حوالي 1 amu اما نواة االوكسجين 16 فلها كتلة تساوي 16 او 4 من كتلة نظير الكاربون 12 وعندما 3 12 تقدر الكتلة الذرية بالغرامات تدعى بالكتلة الذرية الغرامية.

14 فالكتلة الذرية الغرامية لالوكسجين = g 16 وللفضة = g وان كل كتلة من هذه الكتل تحتوي على عدد افوكادرو من الذرات والذي يساوي ذرة فمثال : 1 g من الهيدروجين يحتوي على ذرة هيدروجين 39 g من البوتاسيوم يحتوي على g من الرصاص يحتوي على ذرة بوتاسيوم ذرة رصاص اما الكتلة المطلقة للذرة فهي كتلة ذرة واحدة من العنصر. اي الكتلة الذرية الغرامية للعنصر الكتلة المطلقة لذرةعنصر = عدد افوكادرو مثال 3-1 : احسب الكتلة المطلقة لذرة االوكسجين علما بان كتلته الذرية تساوي 16 الحل : الكتلة الذرية الغرامية للعنصر 16 الكتلة المطلقة لذرةعنصر = = عدد افوكادرو = g 7-1 الكتلة المكافئة Equivalent Mass قادت دراسة قانون النسب الكتلية التي تتحد بموجبها العناصر المختلفة الى معرفة الكتل المكافئة حيث كان دالتون أول من حسب هذه الكتل فأفترض أن كتلة العنصر التي تتحد مع كتلة ذرة واحدة من الهيدروجين هي الكتلة المكافئة للعنصر وبسبب قصور عنصر الهيدروجين في تكوين مركبات مع اغلب العناصر االخرى او لكون اغلب العناصر ال تتحد مباشرة مع الهيدروجين وانها تتحد مع االوكسجين بشكل مباشر فقد تم اعتماد االوكسجين أساسا في حساب الكتل المكافئة واعتبرت كتلته المتحدة مساوية»ثمانية 8«. هذا وال تقتصر العناصر على االتحاد مع بعضها بكميات مكافئة فقط بل هي تحل محل بعضها في مركباتها بكتل مكافئة. وهكذا يكون تعريف الكتلة المكافئة لعنصرما بأنها :- كتلة هذا العنصر التي تتحد مع ثمانية اجزاء كتلية من االوكسجين او تزيح هذه المقادير من مركباتها وقد مكن مفهوم الكتلة المكافئة من صياغة القانون اآلتي المسمى بقانون الكتل المكافئة :- 14

15 تتحد العناصر مع بعضها بعضا بكميات تتناسب وكتلها المكافئة وعندما تقدر الكتلة المكافئة بالغرامات تسمى عندئذ بالمكافي الغرامي Equivalent( )Gram فمثال المكافي الغرامي لالوكسجين = g 8 وللكلور = g 35.5 وللهيدروجين = g 1 وللفضة = g وهكذا... ويمكن تحديد الكتل المكافئة بدءا من المعطيات المتعلقة بتحليل المركبات المختلفة او من استبدال عنصر با خر وانه ليس من الضروري لتعيين الكتل المكافئة ان ننطلق من المركبات التي تحوي اوكسجينا او مع عنصر آخر ذي كتلة مكافئة معلومة اعتمادا على اآلتي: كتلة العنصر االول كتلة العنصر الثاني = كتلته المكافئة كتلته المكافئة مثال 4-1 : تتحد 3.5 g من الحديد مع الكبريت لتكوين 5.5 g من كبريتيد الحديد) II (. إحسب الكتلة المكافئة للحديد علما بان الكتلة المكافئة للكبريت = g. 16 الحل : = 2 g =كتلة الكبريت كتلة العنصر االول كتلة العنصر الثاني = كتلته المكافئة كتلته المكافئة = الكتله المكافئة للحديد 16 تمرين )2-1( عند اختزال 1.64 g من اوكسيد النحاس) II ( بالهيدروجين يتكون 1.31 g من النحاس احسب الكتلة المكافئة للنحاس علما بان الكتلةالمكافئةلالوكسجين =. 8 g الكتلة المكافئة للحديد = 28 g 8-1 العالقة بين الكتلة الذرية والكتلة المكافئة والتكافو لما كان مقياس الكتل الذرية هو إعتبار ذرة االوكسجين = 16 وحدة ومقياس الكتل المكافئة هو اعتبار االوكسجين = 8 وحدة لذلك نجمت عالقة رياضية بين الكتلة الذرية والكتلة المكافئة وبناء على ذلك اليجاد الكتلة المكافئة لعنصر ما نقسم الكتلة الذرية للعنصر على عدد ذرات الهيدروجين التي تستطيع ان 15

16 تتحد بها او ان تحل محلها فالقاسم المشترك في هذه الحالة هو تكافؤ العنصر او قيمته االتحادية فينتج من ذلك ان الكتلة المكافئة للعنصر تساوي كتلته الذرية مقسوما على تكافئه. الكتلة الذرية للعنصر الكتلة المكافئة للعنصر = تكافؤ العنصر مثال 5-1 : تمرين )3-1( عنصر كتلته الذرية = وتكافئه = 3 ماهي كتلته المكافئة ماهو تكافؤ االلمنيوم اذا علمت ان كتلته الذرية =27 وكتلته المكافئة =9 الحل : الكتلة الذرية لاللمنيوم 27 تكافؤ االلمنيوم = = = 3 كتلته المكافئة كثافة الغاز Density of gas يمكن تعريف الكثافة بالعالقة التالية: m )kg( (= 3 ρ)kg/m V)m 3 ( ) الكتلة ( كغم الكثافة ( كغم \ م 3 ) = الحجم ( م 3 ) ان وحدة الكثافة يمكن ان تكون ( 3 )g/cm ( غم \سم ) 3 او g/ml( ) للمواد الصلبة والسائلة اما بالنسبة للغازات فان كتلة 1 مليلتر تكون صغيرة جدا يصعب التعامل بها عمليا فلذلك قد أتخذ اللتر»L«كوحدة حجم لقياس كثافة الغاز. وان حجوم الغازات تتأثر تأثرا كبيرا بالضغط ودرجة الحرارة فعليه يجب ان تحدد الظروف التي تقاس بها كثافة الغازات وتدعى الظروف التي يقاس عندها الغاز في درجة حرارة صفر درجة سيليزية )0 C( وضغط 1 جو atm( 1( بالظروف القياسية. )Standard Temparatuer and Pressure( )STP ( 16

17 مثال 6-1 : اذا علمت ان كثافة غاز ما تساوي 0.7 g/l ويشغل حجما مقداره 490 cm 3 عند STP ماهي كتلة هذا الغاز الحل : نحول وحدة الحجم cm 3 الى وحدة L V )L( = 1 L 490 cm 3 = L 1000 cm 3 ولحساب كتلة الغاز نستخدم العالقة : m )g( = ρ ) g/l ( V )L( m )g( = 0.7 )g/l( )L( = g تمرين )4-1( اذا كانت كتلة غاز = g 0.4 وتشغل حجما مقداره ربع لتر عند STP ما هي كثافته 10-1 مفهوم المول Mole Concept تتم التفاعالت الكيميائية بين عدد كبير من الجسيماتوقد تكون هذه الجسيمات على هيئة ذرات او جزيئات او ايونات ولكل من هذه الجسيمات كتلتها النسبية الخاصة بها ولكن اليوجد تناسب عام بين كميات كل مادة وكتلتها. فمثال لو سئل N 2 و 1 g من H 2 و 1 g من غاز طالب ان يقارن بين 1 g من غاز O 2 من حيث ماتحتويه من عدد جزيئات لتعذر عليه ذلك غاز لسبب بسيط الن الكتل الجزيئية لهذه العناصرتختلف بعضها عن بعض فالكتلة الجزيئية لغاز الهيدروجين 2 والنتروجين 28 ولالوكسجين 32 فلو قسمت كتلة 1 g لكل عنصر على كتلته الجزيئية : O 2 = : N 2 = : H 2 = لحصلنا على قيم يمكن استخدامها للمقارنة. لذلك ومنذ سنوات خلت هرت الحاجة الى وحدات اساسية مستقلة لتعبر عن كمية المادة وقد وجدت لها قبوال عاما وهذه الوحدة هي المول) )mole ويرمز له بالرمز) n ( وهو من الوحدات االساسية في النظام الدولي للوحدات ويعرف المول بانه كمية المادة التي تحتوي على نفس العدد من الجسيمات ( جزيئات او ذرات او ايونات( الذي يحتويه 12g من نظير الكاربون 12 )C ) 12 ( حيث يستخدم هذا النظير ايضا كمقياس لحساب الكتل الذرية كما تقدم( وهذا العدد من الجسيمات يسمى بعدد افوكادرو )N A ( Number )Avogadro, s ويساوي ويرمز له بالرمز) ويجب التاكيد على ان المول هو الوحدة الفعلية لكمية المادة وهو غير الكتلة. 17

18 يعتبر مفهوم المول من اهم المفاهيم االساسية في الكيمياء العامة والذي ادى تبنيه من قبل العلماء الى توحيد نظريتهم الى الكثير من القضايا المهمة في علم الكيمياء. ويمكن ان نطبق مفهوم المول على الذرات او الجزيئات او االيونات او االلكترونات ولذلك فمن الضرورة دائما تحديد نوع الجسيمات التي نتعامل معها مثال كتلة مول واحد من ذرات نظير الكاربون 12 هي 12 g كتلة مول واحد من ذرات الفضة هي g 2 g هي H 2 كتلة مول واحد من جزيئات 2-96 g هي SO 4 كتلة مول واحد من ايونات وتحسب عدد الموالت n باستخدام العالقة االتية : = ( )mol n mass )m( )g( Molar mass )M()g/mol( الكتلة )m( )غم ) عدد الموالت ( n ) )مول ) = الكتلة المولية ( M ) ( غم \ مول ) الكتلة المولية Molar Mass لما كانت الجزيئات هي مجموعة من الذرات اتحدت كيميائيا مع بعضها فان الكتلة النهائية لهذه الجزيئات تعرف من كتل الذرات المكونة لها اي اننا نستخدم الكتل النسبية للمقارنة بين الجزيئات المختلفة من حيث الكتلة اي ان :- الكتلة المولية للمادة = مجموع الكتل الذرية للذرات المكونة للمادة في نسب وجودها وتعرف الكتلة المولية) ) Molar Mass( M( بأنها كتلة 1 mol من اي مادة )مثال ذرات او جزيئات او ايونات (والمكافئة بالضبط الى 12 g للمول الواحد من نظير الكاربون 12 )سابقا كان يطلق على الكتلة المولية بالوزن الجزيئي الغرامي (. CH 4 او مثال لو اردنا حساب الكتلة المولية لغاز الميثان بمعنى اخر ماهي كتلة 1 mole من غاز الميثان. ونحن نعرف ان المول الواحد من اي غاز يحتوي على عدد افوكادرو من الجزيئات لذلك يمكن القول انه كيف نحسب كتلة

19 CH 4 يحتوي على.CH 4 وبما ان كل جزيء من جزيء من غاز ذرة كاربون واحدة واربع ذرات هيدروجين اي ان 1 mole من 4 mole من ذرات الكاربون و 1 mole يحتوي على CH 4 جزيئات من ذرات الهيدروجين لذا يمكن حساب كتلة المول الواحد من CH 4 على الصورة االتية : كتلة مول واحد من 12 g = 12 1 = C كتلة 4 مول من 4 g = 1 4 = H 16 g = CH 4... كتلة مول واحد من وهكذا الحال عند حساب الكتلة المولية لحامض الكبريتيك H 2 SO 4 كتلة 2 مول من 2 g = 1 2 = H كتلة مول واحد من 32 g = 32 1 = S كتلة 4 مول من 64 g = 16 4 = O. 98 g = H 2 SO 4.. كتلة مول واحد من وبما ان 16 g تمثل كتلة 1 mol من غاز الميثان و 98 g تمثل كتلة 1 mol من حامض الكبريتيك يكون من المنطقي ان نسمي هذه الكتل بالكتلة المولية. يتضح مما سبق ان جميع الحسابات التي تخضع لها الذرات والجزيئات في الكيمياء تنحصر فيما يأتي: أ - الكتلة الذرية ومن ثم الكتلة المولية ب - المول ج - عدد افوكادرو فالكتلة الذرية او الكتلة المولية معبرأ عنها بوحدة الغرام تحتوي على نفس العدد من الذرات او الجزيئات وقد اسميناه بعدد افوكادرو) ) N بينما اطلقنا على الكمية المحتوية على A هذا العدد من الذرات او الجزيئات او االيونات اسم المول مول ماء O 2 مول من غاز كتلته يحتوي كتلته يحتوي g g جزيء ماء جزيء اوكسجين

20 مثال 7-1 : جد الكتلة المولية للمركبات االتية :- Na 2 SO 4.7H 2 أ ) كبريتات الصوديوم المائية O C 10 H 6 O 3 ب( الجكلون SO 2 ج( ثنائي اوكسيد الكبريت الحل : M ) Na 2 SO 4.7H 2 أ ) =)2 23(+)1 32(+)4 16(+7) ( ( O = 268 g/mol M ) C 10 H 6 O 3 ب( =174 g/mol =)10 12(+)6 1(+)3 16( ( M ) SO 2 ج( = 64 g/mol =)1 32(+)2 16( ( مثال 8-1 : الجكلون مركب عضوي يستخدم كمبيد لالعشاب ويدخل في صناعة االحبار ويعتبر صبغة طبيعية. تمرين )5-1( أ - ماهي كتلة النتروجين المحتوية على 0.04 mol من N 2 PCl 5 ب - ماهو عدد موالت PCl 5 الموجودة في 5.6 g من ج - احسب الكتلة المولية لغاز يحتوي 0.23 mol منه على كتلة g كم عدد الموالت الموجودة في SO 2 أ( 9.6 g من ثنائي اوكسيد الكبريت NH 3 ب( 85 g من غاز االمونيا الحل : SO 2 أ( الكتلة المولية ل M ) SO 2 (=)1 32(+)2 16(=64 g/mol m )g( 9.6 )g( n )mol( = = = 0.15 mol SO 2 M )g/mol( 64 )g/mol( NH 3 ب( الكتلة المولية ل M ) NH 3 ( = )1 14(+)3 1(=17 g/mol m )g( 85 )g( n )mol( = = = 5 mol NH 3 M )g/mol( 17 )g/mol( مثال 9-1 : احسب الكتلة الموجودة في 0.7 mol من ثنائي اوكسيدالمنغنيز )MnO 2 ( الحل : MnO 2 الكتلة المولية ل M ) MnO 2 ( =)1 55( + )2 16(= 87 g/mol m )g( = n )mol( M )g/mol( m )g( = 0.7 )mol( 87 )g/mol( = 60.9 g MnO 2 يمكن للطلبة الحصول على قيم الكتل الذرية للعناصر من الجدول )3( في نهاية الكتاب عند حل االمثلة والتمارين واالسئلة. 20

21 تطبيق فكرة المول على المواد كما اسلفنا ان المول الواحد من الكاربون ذا كتلة بالضبط 12g فالذرة الواحدة من الكاربون كتلتها بالضبط :- 12 g 12 g = = = عدد افوكادرو من الذرات g/atom من الممكن كتابة المعادلة االتية: عدد الموالت = عدد الجسيمات) جزيئات او ذرات او ايونات( عدد افوكادرو من الجسيمات مثال 10-1 : احسب أ ) عدد موالت جزىء ماء. ب ) عدد الجزيئات في 0.02 mol من ثنائي اوكسيد الكاربون الحل : أ ) باستخدام القانون عدد الجزيئات عدد الموالت = = N A عدد افوكادرو من الجزيئات = 50 mol H 2 O ب ) من القانون اعاله عدد الجزيئات = عدد الموالت عدد افوكادرو من الجزيئات = = CO 2 جزيء تمرين )6-1( كم عدد جزيئات ثنائي اوكسيد SiO 2 الموجودة في حبة السليكون رمل كتلتها 1mg على فرض ان SiO 2 حبة الرمل تحتوي على %100 النقي. مثال 11-1 : احسب عدد الجزيئات الموجودة في 170 g من غاز كبريتيد الهيد H 2 روجين S M )H 2 S( = )2 1( + )1 32(= 34 g/mol الحل : : H 2 الكتلة المولية ل S m )g( 170 )g( n )mol( = = = 5 mol H 2 S M )g/mol( 34 )g/mol( عدد الجزيئات = عدد الموالت عدد افوكادرو من الجزيئات = = H 2 جزيء S 21

22 11-1 النسبة المئوية للعناصر في المركبات توجد طريقتان لوصف التراكيب الجزيئية للمركبات اولها معرفة عدد الذرات لكل عنصر الداخلة في تركيب المركب وثانيهما معرفة النسب المئوية بداللة كتل العناصر الداخلة في هذا التركيب. اي عدد غرامات العنصر في 100 g من المركب وعليه يمكن إيجاد النسبة المئوية لكل عنصر يدخل في تكوين المركب وكما يأتي: أ- ايجاد الكتلة المولية للمركب من صيغته الجزيئية. ب- تعيين وايجاد كتلة كل عنصر في جزيء المركب اي حاصل ضرب الكتلة الذرية لكل عنصر عدد ذراته ج- استخراج النسبة المئوية للعنصر في المركب حسب العالقة االتية : الكتلة الذرية للعنصر عدد ذرات العنصر النسبة المئوية )%( للعنصر في المركب = %100 الكتلة المولية للمركب مثال 12-1 : احسب النسبة المئوية لكل من الكاربون و الهيدروجين ) C 7 ( مادة H 14 O 2 واالوكسجين في مركب خالت االيزو بنتيل ( تفرزها حشرة النحل( الحل : ) C 7 H 14 O 2 الكتلة المولية ل ( M ) C 7 H 14 O 2 ( = = 130 g/mol وحسب العالقة اعاله يتم حساب النسبة المئوية للعنصر في االيزو بنتيل مادة تفرز من حشرة النحل. = %C 7 12 = % = 64.61% = = %H % = 10.77% = %O = 24.62% 100% = المركب كاالتي : ويالحظ ان مجموع النسب المئوية للعناصر المكونة للمركب تساوي %

23 مثال 13-1 : ما النسبة المئوية للعناصر الموجودة في حامض االوكزاليك H 2 وما النسبة المئوية لماء التبلور في بلورات حامض C 2 O 4 H 2 C 2 O 4.2H 2 االوكزاليك المائي صيغته الجزيئية هي O الحل : ) H 2 C 2 O 4 الكتلة المولية ل ( M ) H 2 C 2 O 4 ( = )2 1( +) 2 12( + )4 16(= 90 g/mol ويمكن حساب النسبة المئوية للعناصر كاألتي : = 26.67% 100% 24 = 2 12 = C% = = H% 100% = 2.22% = 71.11% 100% 64 = 4 16 = O% تمرين )7-1( احسب النسبة المئوية للعناصر الموجودة في حامض الخليك. COOH وبنفس الطريقة الكتلة المولية لحامض االوكزاليك المائي M ) C 2 H 2 O 4.2H 2 O( = ) ( = 126 g/mol النسبة المئوية لماء التبلور : 2 18 H 2 = 28.57% 100% = O% 126 اضافة لما تقدم يمكن ايضا حساب كتلة العنصر في كتلة معينة الي مركب من خالل معرفتنا لنسبة العنصر في اي مركب وذلك باستخدام القانون االتي: كتلة ذرات العنصر في المركب كتلة العنصر = كتلة النموذج الكتلة المولية للمركب مثال 14-1 : احسب كتلة الكالسيوم الموجودة في 20 g من فوسفات الكالسيوم Ca 3 )PO 4 ( 2 الحل : Ca 3 )PO 4 ( 2 الكتلة المولية ل M)Ca 3 )PO 4 ( 2 ( = )3 40( + )2 1 31( + )2 4 16(= 310 g/mol )( = كتلة الكالسيوم = 7.74 g

24 مثال 15-1 :.CuSO 4 احسب كتلة.5H 2 O )II( من بلورات كبريتات النحاس 10 g النحاس الموجودة في النموذج ثم اوجد كتلة الماء )ماء التبلور( في النموذج. الحل : CuSO 4.5H 2 الكتلة المولية ل O M )CuSO 4 تمرين )8-1(.5H 2 O( = ) ( احسب كتلة الصوديوم وكتلة = 250 g/mol الماء الموجودة في 25 g من كاربونات الصوديوم المائية باستخدام نفس القانون Na 2 CO 3.10H 2 O 64 = 2.56 g 10 ( ) = كتلة النحاس 250 ) = كتلة الماء في 10 g من النموذج 18 5 ( 10 = 3.6 g الصيغ الكيميائية Chemical Formula يمثل التركيب الكيميائي للمركبات ب صيغ والتي هي مجموعة رموز العناصر المكونة لها مع عدد ذرات تلك العناصر في الجزيء الواحد ويمكن التعبير عن تركيب مادة كيميائية معلومة بصيغ مختلفة منها: الصيغة الوضعية Empirical Formula وهي ابسط صيغة تعطي الحد االدنى من المعلومات المجردة عن المركب اذا انها تقرر العدد النسبي لذرات العناصر المشتركة في تركيب المركب. فمثال ان الجزئي الواحد من البنزين يتكون من 6 ذرات كاربون و 6 ذرات هيدروجين فعليةهان القاسم المشترك االعظم لهذه االرقام هو العدد 6 وبقسمة عدد الذرات على 6 نحصل على الصيغة الوضعية للبنزين هي CH وكذلك ان الجزئ الواحد من الماء يتكون من ذرتين من الهيدروجين مع ذرة واحدة من االوكسجين فتكون الصيغة H. 2 وكذلك ان الجزيء الواحد من سكر الكلوكوز الوضعية للماءO يتكون من 6 ذرات كاربون و 12 ذرة هيدروجين و 6 ذرات اوكسجين وعليه ان القاسم المشترك االعظم لهذه االرقام هو العدد 6 وبقسمة عدد الذرات على 6 فان الصيغة الوضعية. CH 2 لسكر الكلوكوز هي O البنزين سكر الكلوكوز 24

25 كيفية ايجاد الصيغة الوضعية للمركبات : - لتعيين وايجاد الصيغة الوضعية للمركبات نتبع الخطوات اآلتية : أ( تعيين العناصر الداخلةوالمشتركة في تركيب المركب بطرق التحليل الكيميائي ب( تحسب كتل العناصر الداخلة في تركيب كتل معينة من المركب او تحسب بشكل نسبة مئوية. ج( تقسم كل كتلة او نسبة مئوية لعنصر على كتلته الذرية للحصول على نسب عدد الذرات اي ان: كتلة العنصر أو النسبة المئوية للعنصر نسبة عدد ذرات العنصر = كتلته الذرية د( تقسم نسبة عدد ذرات العنصر على اصغر نسبة منها وتقرب الى اقرب عدد صحيح وذلك للحصول على ابسط نسبة لعدد الذرات اي ان : نسبة عدد ذرات كل عنصر ابسط نسبة لعدد ذرات العنصر = اصغر نسبة ومن ذلك نستنتج الصيغة الوضعية للمادة مثال 16-1 : وجد ان احد الغازات يتكون من % 20 هيدروجين و % 80 كاربون جد الصيغة الوضعية للغاز الحل : 1( نقسم كل نسبة مئوية للعنصر على كتلته الذرية اي ان نسبة عدد ذرات العنصر= النسبة المئوية للعنصر\كتلته الذرية نسبة عدد ذرات الهيدروجين = 20 = 20 1 نسبة عدد ذرات الكاربون = 80 = ( نقسم النسب السابقة على اصغرها نسبةونقرب القرب عدد صحيح ابسط نسبة لعدد ذرات العنصر = نسبة عدد ذرات كل عنصر\ اصغر نسبة ابسط نسبة لعدد ذرات الهيدروجين= 20 = ابسط نسبة لعدد ذرات الكاربون = 6.60 = الصيغة الوضعية للغاز هي 25

26 تمرين )9-1( في اغلب االحيان تستعمل الصبغة البيضاء في عملية الطالء )الدهان( والتي تحتوي على التيتانيوم واالوكسجين فقط حيث تتكون من %59.9 جزءا بالكتلة تيتانيوم اوجد الصيغة الوضعية لهذه الصيغة. مثال 17-1 : الكوليستيرول مركب عضوي يوجد تقريبا في جميع انسجة الجسم وهو المسؤول عن مرض تصلب الشرايين يتكون من % كاربون و %هيدروجين و % 4.14 اوكسجين اوجد الصيغة الوضعية للكوليستيرول الحل : 1( نقسم كل نسبة مئوية للعنصر على كتلته الذرية اي ان نسبة عدد ذرات العنصر= النسبة المئوية للعنصر\ كتلته الذرية نسبة عدد ذرات الهيدروجين = = = نسبة عدد ذرات الكاربون = 12 = نسبة عدد ذرات االوكسجين = 16 تمرين )10-1( نفترض انك كيميائي وقد دعيت لتحديد الصيغة الوضعية لعقار طبي فعند حرقه وجد ان نتائج الحرق توضح ان هذا العقار الطبي يحتوي على % كاربون و % 7.47 هيدروجين و % نيتروجين و % 4.95 اوكسجين. ماهي ابسط صيغة لهذا العقار الطبي 2( نقسم النسب السابقة على اصغرها نسبةونقرب القرب عدد صحيح ابسط نسبة لعدد ذرات العنصر = نسبة عدد ذرات كل عنصر\ اصغر نسبة = ابسط نسبة لعدد ذرات الهيدروجين= ابسط نسبة لعدد ذرات الكاربون = = = ابسط نسبة لعدد ذرات االوكسجين = C 27 H 46 الصيغة الوضعية للكوليسترول هي O الصيغة الجزيئية Molecular formula هي الصيغة الكيميائية التي تبين العدد الحقيقي لذرات العناصر المشتركة في تركيب جزيء واحد من المادة. فمثال ان الجزيء الواحد من االيثان يتكون من 2 ذرة كاربون و 6 )C 2 وعليه H 6 ذرات هيدروجين ولذلك فان صيغته الجزيئية ( ) بمرتين. فأن صيغته الجزيئية اكبر من صيغته الوضعية ( H (بمعنى 2 ان جزىء وكذلك ان الصيغة الجزيئية للماء هي ( O الماء يتركب من اتحاد ذرتي هيدروجين بذرة اوكسجين واحدة H( 2 وعليه تكون: وهي نفسها الصيغة الوضعية للماء )O الصيغة الجزيئية = الصيغة الوضعية وحدات الصيغة الوضعية 26

27 لتعيين وايجاد الصيغة الجزيئية للمادة نتبع الخطوات اآلتية:- أ- نستخرج الصيغة الوضعية للمادة كما مر بنا سابقا. ب- نحسب الكتلة المولية للصيغة الوضعية وذلك من جمع الكتل الذرية لعناصرها. ج- إيجاد الكتلة المولية للمادة ( الصيغة الجزيئية ). د- تقسيم الكتلة المولية للصيغة الجزيئية على الكتلة المولية للصيغة الوضعية لنحصل على وحدات الصيغة الوضعية. ووحدات الصيغة الوضعية يمكن الحصول عليها باستخدام العالقة االتية : الكتلة المولية للصيغة الجزيئية وحدات الصيغة الوضعية = الكتلة المولية للصيغة الوضعية ه- ثم يضرب حاصل القسمة في الصيغة الوضعية للحصول على الصيغة الجزيئية. مثال 18-1 : حامض عضوي كتلته المولية = g/mol 60 ويحتوي على %40 كاربون و % 6.7 هيدروجين والباقي اوكسجين فأوجد الصيغة الجزيئية للحامض العضوي الحل : النسبة المئوية لالوكسجين 53.3% = ( ) ( نقسم كل نسبة مئوية للعنصر على كتلته الذرية اي ان نسبة عدد ذرات العنصر= النسبة المئوية للعنصر\ كتلته الذرية نسبة عدد ذرات الهيدروجين = 6.7 = نسبة عدد ذرات الكاربون = 40 = نسبة عدد ذرات االوكسجين = 53.3 = ( نقسم النسب السابقة على اصغرها نسبة ونقرب القرب عدد 27 صحيح.

28 ابسط نسبة لعدد ذرات العنصر = نسبة عدد ذرات كل عنصر\ اصغر نسبة ابسط نسبة لعدد ذرات الهيدروجين= 6.7 = = ابسط نسبة لعدد ذرات الكاربون = 3.3 تمرين )11-1( الكافيين مادة منبهة موجودة في القهوةوالشايوالشكوالته تحتوي % كاربون و %5.15 هيدروجين و % نتروجين و % أوكسجين فاذا علمت ان كتلته المولية 194 g/mol فأوجد الصيغة الجزيئية للكافيين. 3.3 ابسط نسبة لعدد ذرات االوكسجين = = CH 2 الصيغة الوضعية هي O CH 2 الكتلة المولية للصيغة الوضعية O M ) CH 2 O ( = )1 12( + )2 1( + )1 16( = 30 g/mol الكتلة المولية للصيغة الجزيئية وحدات الصيغة الوضعية = الكتلة المولية للصيغة الوضعية 60 = 2 30 الصيغة الجزيئية = الصيغة الوضعية وحدات الصيغةالوضعية CH 2 O 2 C 2 H 4 O 2 الصيغة الجزيئية هي الكافايين مثال 19-1 :.88 g/mol وكتلته المولية C 2 H 4 مركب عضوي صيغته الوضعية O اوجد صيغته الجزيئية الحل : C 2 H 4 الكتلة المولية للصيغة الوضعية O M ) C 2 H 4 O ( = )2 12( + )4 1( + )1 16( = 44 g/mol الكتلة المولية للصيغة الجزيئية وحدات الصيغة الوضعية = الكتلة المولية للصيغة الوضعية = الصيغة الجزيئية = الصيغة الوضعية وحدات الصيغة الوضعية C 2 H 4 O 2 C 4 H 8 O 2 الصيغة الجزيئية هي 28

29 اسئلة الفصل االول مالحظة: عند الحاجة للكتل الذرية في بعض االسئلة راجع ذلك في جداول نهاية الكتاب 1.1 ماهي فرضيات نظرية دالتون الذرية وما عالقته بقانون حفظ الكتلة. Cl 2 H 2 وغاز الكلور 2.1 عند تفاعل مزيج من غاز كان الغاز الناتج محتويا على نسب ثابتة من العناصر المكونة له بغض النظر عن كميات الغازين H و Cl المتفاعلة. كيف تفسر النتائج 2 2 الحاصلة على ضوء قانون النسب الثابتة. 3.1 عينتان من كلوريد الصوديوم تم تفكيكها الى عناصرها المكونة لها. احتوت العينة االولى على 4.65 g من الصوديوم و 7.16 g من الكلور. بينما احتوت العينة الثانية 7.45 g من الصوديوم وg 11.5 من الكلور. بين هل هذه النتائج تتطابق مع قانون التراكيب الثابتة. 4.1 نسبة كتلة الصوديوم الى كتلة الفلور في فلوريد الصوديوم احتوت عينة من فلوريد الصوديوم 34.5 g من الصوديوم عند تفككها. ما مقدار الفلور )بالغرامات( الذي ستحتويه العينة 5.1 عينتان من رابع كلوريد الكاربون تتفكك لعناصرها المكونة منها. احتوت العينة االولى 32.4 g من الكاربون و 373 g من الكلور. بينما احتوت العينة االخرى 12.3 g من الكاربون و 112 من g الكلور هل تتوافق ام ال هذه النتائج مع قانون التراكيب الثابتة. 6.1 عرف المصطلحات االتية: التكافؤ وحدة الكتلة الذرية )وكذ( الكتلة المكافئة الكتلة الذرية فرضية افكادرو. 7.1 سخن 1.55 g من الفضة في تيار من غاز الكلور فتكون 2.05 g من كلوريد الفضة. فاذا علمت ان الكتلة المكافئة للكلور احسب الكتلة المكافئة للفضة 8.1 وضع 0.72 g من الخارصين في محلول خالت الرصاص فترسب الرصاص وبعد غسله وتجفيفه وجد ان كتلته g ما هي الكتلة المكافئة للرصاص علما بأن الكتلة المكافئة للخارصين = عنصر تكافؤه 2 وكتلته المكافئة 32.7 احسب كتلته الذرية 10.1 عنصر كتلته الذرية وتكافئة 3 ما هي كتلته المكافئة 11.1 كم عدد الموالت الموجودة في كل مما ياتي: أ- 7 من g بيكاربونات الصوديوم الهيدروجينية NaHCO 3 ب - mg 10 من الحديد ج - g 16 من ثنائي اوكسيد الكاربون 12.1 أ - احسب عدد ذرات الفضة وعدد موالت الفضة الموجودة في 5 g من الفضة. ب - تحتوي قطعة من الماس على ذرة من الكاربون. ما عدد موالت الكاربون وكتلته بالغرام في قطعة الماس 29

30 13.1 احسب الكميات فيما ياتي: NO 2 أ - كتلة جزيء من ب - عدد موالت من ذرات الكلور الموجودة في. C 2 H 4 Cl g من 14.1 احسب الكتلة المولية للمركبات االتية NaClO 3 أ - CuSO 4.5H 2 ب - O )NH 4 ( 3 PO 4 ج - Al 2 )SO 4 ( 3 د - Ca)C 2 H 3 O 2 ( 2 ه احسب النسب المئوية للعناصر المكونة للمركبات االتية: Ca 3 )PO 4 ( 2 أ - CH 2 FCF 3 ب - Na 2 HPO 4 ج احسب النسبة المئوية للمغنيسيوم و ماء التميؤ في كبريتات المغنيسيوم المائية MgSO 4.7H 2 O 17.1 نموذج من اليوريا يحتوي على g N و H g و C g و.O g اوجد الصيغة الوضعية لليوريا 18.1 مركب يحتوي على كاربون وهيدروجين 19.1 لو طلب اليك ايجاد الصيغة الوضعية والجزيئية لمسحوق ابيض يتكون من %31.9 كتلة بوتاسيوم %39.2 كتلة اوكسجين و %28.9 كتلة كلور فكيف تجد هذه الصيغ اذا علمت ان الكتلة المولية لصيغته الجزيئية تساوي g/mol 20.1 اوجد الصيغة الجزيئية لمركب يتكون من %24.27 كتلة كاربون و %4.07 كتلة هيدروجين و %71.65 كتلة كلور علما ان الكتلة المولية للمركب = g/mol مركب يحتوي على %52.2 كاربون و %13.1 هيدروجين والباقي اوكسجين ما هي الصيغة الجزيئية لهذا المركب اذا علمت ان كتلته المولية تساوي. 46 g/mol 22.1 احسب أ - عدد موالت االوكسجين في 7.2 moles من. H 2 SO 4 ب - عدد الذرات في عينة من الخارصين كتلتها g ج - كتلة االلمنيوم بالغرام في 6.73 moles من االلمنيوم. د - عدد غرامات Fe الموجودة في 79.2 g من. Fe O 2 3 ونتروجين عند حرق 35 منه mg نتج 33.5 mg. H 2 اوجد الصيغة O من 41.1 mg و CO 2 من الوضعية لهذا المركب 30

31 Gases الفصل الثاني الغازات 2 بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادرا على ان : - يتعرف بصورة دقيقة عن الحالة الغازية وما تتصف به. يدرك العوامل المؤثرة في الحالة الغازية. يفهم القوانين المتحكمة في الغازات. يفسر خاصية االنتشار بين الغازات. يميز بين الغاز المثالي والغاز غير المثالي ( الحقيقي (. يبين تأثير الضغط على بخار السائل ودرجة الغليان. 31

32 1-2 مقدمة أوكسجين نتروجين سطح االرض الغازات التي يتألف منها الغالف الجوي تسلط ضغطا قدره 1atm على المتر المربع. نحن نعيش في اسفل طبقة من الغالف الجوي والتي تدعى N 2 و طبقة تروبوسفير اذ يتكون حجمها من %78 من غاز CO 2 O 2 و %1 من غازات مختلفة تقريبا يشكل غاز 21 %من غاز النسبة العظمى فيها. باالضافة الى ذلك ي وجد العديد من المواد في الحالة الغازية تحت ظروف )ضغط 1 atm ودرجة حرارةC 25( ندرج قسما من هذه المواد ورمزها الكيميائي في الجدول )2-1( : الجدول بعض الموادالغازية في الظروف االعتيادية الرمز الكمييائي العنصر الصيغة الكمييائية املركب HF هيدروجني فلوريد الهيدروجني H 2 HCl نتروجني كلوريد الهيدروجني N 2 HBr أوكسجني بروميد الهيدروجني O 2 HI فلور يوديد الهيدروجني F 2 CO كلور احادي أوكسيد الكاربون Cl 2 CO 2 نيون ثنائي أوكسيد الكاربون Ne NH 3 اركون امونيا Ar 32 احادي اوكسيد النتروجني NO كربتون Kr هل تعلم ثنائي اوكسيد النتروجني NO 2 زينون Xe الجبال متسلقي ان اوكسيد النتروز N 2 O رادون Rn العالية يحملون على ثناني اوكسيد الكبريت SO 2 ظهورهم قناني تحتوي على كبريتيد الهيدروجني H 2 S الهواء لتعويض االوكسجين الذي تكون نسبته قليلة في تلك االماكن. هل تعلم توجد حالة رابعة للمادة يمكن ان تتواجد فيها ولكن في ظروف معينة تدعى البالزما. ان الحالة الغازية كانت اخر حالة من حاالت المادة التي توجد في الظروف االعتيادية امكن التعرف اليها تاريخيا اال انها في الواقع هي األبسط واألفضل تفهما ألن اوضح تعريف للجزيئات هو عندما تكون المادة في الحالة الغازية وأن كثيرا مما نفهمه بخصوص الجزيئات يكون تاما فقط في حالة الغازات. تشغل الجزيئات الغازية في الظروف القياسية فقط %0.1 من الحيز الذي تحتله أما الباقي فيكون فراغ لذلك فأن كل جزيء من الغاز يتصرف بشكل مستقل تقريبا ونتيجة لذلك يمكن للغاز ان ي ضغط ويصغر حجمه بشكل كبير وبالضغط والتبريد ي سال الغاز فيصبح حجمه صغيرا مقارنة بحجمه وهو غاز. اذن تتأثر حجوم الغازات كثيرا بالضغط وبدرجة الحرارة وبعوامل اخرى. Love you

33 2-2 احلجم Volume يمثل حجم المادة مقدار الحيز الذي تشغله تلك المادة وان حجم الغاز هو نفسه حجم اإلناء الذي يوجد فيه الغاز. يرمز له بالحرف V ويقاس بوحدات اللتر )L( أو مليلتر )ml( أو السنتيمتر المكعب ( 3 )cm. ولتحويل وحدات الحجم يكون : )سم ) 3 3 = 1000 cm )لتر( 1 L )مل( = 1000 ml )لتر( L 1 1 cm 3 = 1 ml مثال : NO 2 حجمها 800 cm 3 ما هو حجمها باللتر عينة من غاز تمرين )1-2( L حجمها O 2 عينة من غاز ما هو حجمها بال.mL الحل : 1L 1L V )L( =V cm 3 = 800 cm 3 = 0.8 L NO cm cm 3 ou تمرين )2-2( حول الدرجات االتية من سيليزية الى كلفن 127 C( )-100 C 1 C. 3-2 درجة احلرارة Temperature تعلمنا من الفصل االول الفقرة )1-3( ان هناك وحدتان للتعبير عن درجة الحرارة هي الدرجة السيليزية C ويرمز لها t ودرجة كلفن K ويرمز لها. T ولتحويل الدرجة السيليزية الى درجة كلفن نستخدم العالقة اآلتية : T) K ( = t ) C( مثال : اناء يحتوي على ماء درجة حرارته 80 C واناء اخر يحتوي على ماء ايضا درجة حرارته 13 C- فما هي درجة حرارته في الحالتين بدرجات كلفن. هل تعلم اعلى درجة حرارة سجلت للهواء كانت 85+ C في المكسيك واقل درجة حرارة سجلت للهواء كانت 88- C في القطب الجنوبي. الحل : اوال : ) C( T) K ( = t T) K ( = =353 K ثانيا : ) C( T) K ( = t T) K ( = )-13( = 260 K 33

34 4-2 الضغط Pressure يعرف الضغط كميا بأنه )القوة )F( المسلطة على وحدة المساحة) A ((. ويرمز له )P( ويقاس الضغط الجوي بمقياس البارومتر بينما تقاس ضغوط الغازات بمقياس المانومتر. = P F )Force( القوة الضغط = = P المساحة )Area( A )نيوتن( 1N P = = Pa )Pascal( )متر ) 2 2 m اما الوحدات االساسية للضغط فهي الباسكال )Pa( و الجو )atm( و التور )Torr(. والعالقة بين وحدات الضغط هي : 1 atm = Pa 1atm = 760 mmhg 1atm = 760 Torr 1 Torr = 1 mmhg هل تعلم تنص قوانين اتحاد كرة القدم بان هناك قواعد اساسية لكرة القدم المستخدمةبان تكون كتلة الكرة كحد اعلى 450 g وكحد اقل. 410 g اما ضغط الهواء المحصور في داخلها فيجب ان ال يكون اقل من 0.6 atm او اعلى من 1.1 atm والسبب في ذلك الن الكرة المملوءة سوف تكون اسرع مما لو كانت غير مملوءة كما ان الضغط المسموح به داخلها اذا كان اعلى من ذلك فان الكرة سوف تنفجر عندما تضرب. مثال : حول ضغط غاز مقداره 688 Torr الىوحدات. atm الحل : 1 atm 1 atm 688Torr = Torr P )atm( = P 760 Torr 760 Torr تمرين )3-2( حول ضغط غاز مقداره 1.5 atm الى وحدات.Torr P atm = atm هل تعلم توضح الصورة المقابلة انه في تجارب االصطدام في السيارات على قابلية الغازات على االنضغاط حيث تقوم الوسادة الهوائية بحماية الشخص عند االصطدام حيث ان ضغط الغاز داخل الوسادة يمتص قوة االصطدام )مالحظة هذه الوسادة تكون اكثر فعالية عند استخدام حزام االمان( you 34

35 5-2 قوانني الغازات The Gas laws u عالقة احلجم والضغط )قانون بويل( لقد قام العالم البريطاني )روبرت بويل( بأول تجربة ألختبار عالقة الحجم والضغط للغازات وقد استخدم انبوب على شكل حرف ل مسدود من جهة الساق القصيرة فيه بعض من الغاز المحصور وقام باضافة الزئبق من الطرف االطول فبدأ الزئبق بالضغط على الغاز ليصبح حجم الغاز ذا حجم معين وعندما ضاعف كمية الزئبق ( اي ضاعف الضغط( قل حجم الهواء المحصور الى النصف كما موضح في الشكل) 2-1( : هل تعلم ان الضغط المسلط علينا هو من قبل الهواء المحيط باالرض ويبلغ سمكه 500 ميل وفي الواقع نحن نعيش في قاع محيط الغالف الجوي. هواء محصور هواء محصور الشكل) 1-2 ( أ - عند اضافة كمية من الزئبق الحظ حجم الهواء المحصور. ب - عند مضاعفة كمية الزئبق نالحظ تقلص حجم الهواء المحصور الى النصف. زئبق زئبق لقد الحظ بويل ان حجم الهواء يقل كلما زاد الضغط المسلط عليه )عند تثبيت درجة الحرارة وكمية الغاز( ولهذا وضع بويل قانونه الشهير الذي ينص ( يتناسب حجم الغاز عكسيا مع الضغط المسلط عليه عند ثبوت درجة الحرارة وكمية الغاز(. وقد وضع بويل العالقة بشكل رياضي حيث : 35 Creator : DragonArt dragonartz.wordpress.com تمرين )4-2( منطاد جوي يحتوي على غاز يشغل حجما قدره 50L تحت ضغط. 1 atm ما حجمه عندما يرتفع في الجو ويتعرض لضغطا قدره 0.9 atm V 1 p 1 V = k p PV = k حيث k )ثابت التناسب( اي ان حاصل الضرب للضغط والحجم بأية حالة يساوي كمية P 1 ثابتة. وعند أخذ عينة من غاز ذات حجم V تحت ضغط 1 عند درجة حرارة ثابتة وقمنا بتغيير ظروف هذا الغاز ليصبح

36 T 1 فانه P 2 مع االحتفاظ بدرجة الحرارة ثابتة حجمه V وضغط 2 طبقا لقانون بويل يصح ان نقول P 1 V 1 = P 2 V 2 )عند ثبوت الحرارة وكمية الغاز( مثال : ضغط غاز في صفيحة معطر جو يساوي 3 atm وحجمه نصف لتر ما حجمه عندما يصبح الضغط المسلط عليها. 4 atm الحل : هل تعلم ان عملية التنفس عند االنسان تجريوفق قانون بويل. عندما يتحرك الحجاب الحاجز الى االسفل يؤدي الى زيادة حجم الرئة وانخفاض الضغط داخلها وهذا بدوره يؤدي الى دخول الهواء الى الرئة وتتم عملية الشهيق. شهيق P 1 V 1 = P 2 V 2 P 1, V 1, P 2 V 2 1 P V 2 1 = V )3 atm( ( L( 1 = 2 = )4 atm( P L زيادة حجم الرئة الرئة مثال : أ - غاز موضوع في اسطوانة حجمها 1 L بضغط 1 atm وضع عليه ثقل مما ادى الى تقلص حجمه الى 0.5 L احسب ضغطه الجديد على افتراض ثبوت درجة الحرارة. ب - يسلط الضغط الجوي 1 atm على الغواص عند سطح البحر اي بعمق 0. m ما الضغط الذي سيسلط عليه عند عمق 20 m على افتراض ان كل 10 m تسلط ضغطا اضافيا مقداره 1 atm بسبب وزن الهواء المحيط به على افتراض ثبوت درجة الحرارة. الحل : P 1 V 1 = P 2 V 2 P 1, V 1, V 2 P 2 أ - ب - طالما ان كل 10 m تسلط ضغطا مقدارهatm 1 على الغواص لذا سيكون الضغط المسلط عليه على عمق 20 m هو 2.وعليه سيصبح الضغط المسلط atm عليه عند هذا العمق 3 atm بسبب وجوب اضافة الضغط الجوي عليه البالغatm. 1 P P 2 1 = V )1 atm( )1 L( 1 = 2 atm = )0.5 L( V 2 انخفاض الحجاب الحاجز اما عندما يرتفع الحجاب الحاجز الى االعلى يؤدي الى نقصان حجم الرئة وزيادة الضغط داخلها مما يؤدي الى خروج من الرئة وتتم الهواء زفير الزفير. عملية نقصان الرئة حجم الرئة ارتفاع الحجاب الحاجز 36

37 عالقة احلجم ودرجة احلرارة )قانون شارل( ان جميع الغازات تتمدد في الحجم عندما ترفع درجة حرارتها ويمكن عمليا قياس الزيادة في الحجم بزيادة درجة الحرارة وذلك بحبس كتلة ثابتة لغاز في اسطوانة مزودة بمكبس كما هو مبين بالشكل 2( - )2. هل تعلم منفاخ الدراجة تطبيق على قانون شارل نشعر دائما بسخونة منفاخ الدراجة عند استعماله وذلك الن جزيئات الهواء في داخله ترغم على التراص في حيز اقل فتزداد سرعة ارتطامها بجدران المنفاخ فيسخن. الشكل) 2-2 ( ( أ ) بالتسخين يزداد حجم الغاز فيندفع المكبس نحو االعلى. )ب( بالتبريد يقل حجم الغاز فيندفع المكبس نحو االسفل. حيث ان الكتلة فوق قمة المكبس ثابتة فأن العينة من الغاز تبقى عند ضغط ثابت ويالحظ انه كلما سخن الغاز فان المكبس يتحرك للخارج ويزداد الحجم. ويمكن ان يصاغ قانون شارل كما يلي )يتناسب حجم كمية محدودة من الغاز تناسبا طرديا مع درجة الحرارة المقاسة بالكلفن عند ثبوت الضغط وكمية الغاز(. ويمكن التعبير رياضيا. ve you 37 Creator : DragonArt dragonartz.wordpress.com V T V = k T V = k حيث k )ثابت التناسب( T V 2 لكمية V 1 و وفي كثير من االحيان نتعامل مع حجمين T 2 على التوالي معينة من غاز عند درجتي حرارة مختلفتين T 1 و لذلك يمكن استخدام العالقة العامة للحجم ودرجة الحرارة عند ثبوت الضغط كاآلتي: )عند ثبوت الضغط وكمية الغاز( هل تعلم ينقبض البالون المملوء بالهواء عند وضعه في وعاء يحتوي على ماء مثلج فدرجة الحرارة المنخفضة جدا تبطي سرعة جزيئات الهواء داخل البالون فيقل تدافعهاوارتطامها بجدران البالون فينكمش. V 1 T 1 = V 2 T 2

38 مثال : ملي بالون )نفاخة( بالهواء حتى اصبح حجمه 4 L بدرجة حرارة 27 C ما حجم البالون بعد وضعه في المجمدة علما بان درجة حرارتها 0 C )الضغط ثابت في الحالتين ( الحل : اوال : نحول درجتي الحرارة من C الى K بالقانون االتي : T )K( = t C T 1 )K( = = 300 K V 1 = 4 L T 2 )K( = = 273 K V 2 =? L ثانيا : نجد الحجم بعد تغير درجة الحرارة باستخدام قانون شارل تمرين )5-2( CO 2 في بالون حجمه غاز 27 C في درجة حرارة 1L ما حجم البالون عندما يوضع في حوض مبرد بدرجة حرارة C 3 - V 1 T 1 V 2 T 2 T 1 =, V 1, T 2 V 2 V V 2 1 = T 2 )4 L()273 K( = T 1 )300 K( V 2 = 3.64 L عالقة الضغط ودرجة احلرارة )قانون غي لوساك( هل تعلم الفرق في الضغط بين داخل علبة السبري والهواء الخارجي هو اساس عمل مثل هذه العلب. عندما يسخن غاز بحجم ثابت يزداد الضغط. وعندما يبرد غاز بحجم ثابت يقل الضغط. عند اخذ كمية ثابتة من كتلة وحجم غاز فأن ضغط الغاز يتناسب طرديا مع درجة الحرارة بالكلفن. P T P = k T P = k T حيث k ثابت التناسب 38

39 T 2 عند T 1 و وعند استخدام غاز بدرجتي حرارة مختلفتين ضغطين مختلفين P و P على التوالي يمكن استخدام العالقة 2 1 السابقة كاالتي : )عند ثبوت الحجم وكمية الغاز( P 1 T 1 P 2 T 2 = ويمكن ان يعبر عن قانون غي لوساك كما يلي: )يتغير ضغط كتلة معينة من الغاز تغيرا طرديا مع درجة حرارته المقاسة بالكلفن اذا كانت كميته وحجمه ثابتان(. هل تعلم يدور سائل التبريد في انابيب الثالجة باستمرار وعندما يعبر فتحة ضيقة يتمدد بسرعة متحوال الى غاز وفي تحوله الى الغاز يمتص الحرارة الالزمة من محيطه )اي من داخل الثالجة( فيبرده ثم يسري الغاز الى الضاغط الذي يحوله ثانية الى سائل وعملية التسييل بالضغط هذه تطلق حرارة كافية الن تشعر بها في خلفية الثالجة. مثال : لماذا ينصح دائما بعدم رمي علب معطرات الجو او الجسم في النار وعلى فرض بان لديك علبة من معطر جو تحتوي على غاز تحت ضغط 3 atm وبدرجة حرارة 17 C ما ضغطها عندما تتعرض الى حرارة قدرها 187 C الحل : ve you تمرين )6-2( قام رجل يروم السفر من بغداد الى البصرة بقياس ضغط الهواء في اطار سيارته فوجد انه يبلغ 1.8 atm بدرجة حرارة 20 C وعند وصوله الى البصرة اصبحت درجة الحرارة داخل االطار 36 C ما ضغط الهواء داخل االطار. هل تعلم يتوجب فحص ضغط الهواء في اطا رات السيا رة بانتظام لدواعي السالمة وكذلك لمنع التآكل غير المتسا وي لسطح االطارات الخارجي. 39 انه عندما ترتفع درجة الحرارة تزداد الطاقة الحركية للجزيئات وبالتالي يزداد عدد اصطداماتها بجدران العلبة مما يؤدي الى زيادة الضغط المسلط من قبل الغاز على جدرانها وبالتالي قد تؤدي الى انفجارها وتشظيها. نحول درجة C الى K T )K( = t ) C( T 1 )K(= = 290 K P 1 = 3 atm T 2 )K(= = 460 K P 2 =? atm نجد الضغط P بعد تغير درجة الحرارة باستخدام 2 قانون غي لوساك. P 1 T 1 P1 T2 P 2 T 2 = )3 atm()460 K( P 2 = = T 1 )290 K( P 2 = 4.75 atm T 1, P 1, T 2 P 2

40 6-2 القانون املوحد للغازات The Combined Gas - law كما رأينا ينص قانون بويل رياضيا على انه.... k PV = هل تعلم فقاقيع الغاز التي ينفثها الغواص تكبر تدريجيا كلما ارتفعت نحو السطح فهي صغيرة الحجم تحت ضغط السائل االكثر في العمق وكلما ارتفعت نحو السطح يقل السائل الضاغط عليها فيزداد حجمها. وكذلك قانون شارل ينص على k` V = T وقانون غي لوساك ينص على k`` = P T من هذه القوانين الثالثةيمكن ان يصاغ قانون موحد هو PV = k T )حيث = k كمية ثابتة( ) الى حالته الثانية وفي حالة تغير ظروف الغاز ( P يمكن ان نكتب : 1 T 1 1 ثابتة و V و ) P 2 مع بقاء كميته ( T و V و 2 2 P 1 V 1 P 2 = V 2 T 1 يطلق على المعادلة اعاله بمعادلة الحالة ( state )Equation of وهذا القانون لكمية محددة من الغاز. مثال : فقاعة هواء صغيرة حجمها 2.1 ml أرتفعت من قاع بحيرة حيث الضغط 6.4 atm ودرجة حرارة 8 C الى سطح الماء حيث درجة الحرارة 25 C والضغط 1. atm أحسب حجم الفقاعة على سطح الماء. الحل : نحول درجة C الى K T )K( = t ) C( T 1 )K( = = 281K T 2 )K( = = 298K T 2 P 1 V 1 = P 2 V 2 T 1 T 2 P 1, T 1, V 1, P 2, T 2 V 2 V V 2 = 1 P 1 T 2 P 2 T 1 V 2 = 2.1 ml 6.4 atm 298 K 1 atm 281 K V 2 حجم الفقاعة على سطح الماء 14.25= ml تمرين )7-2( 4 L حجمه CO 2 عينة من غاز وتحت ضغط 1.2 atm وبدرجة حرارة 66 C تعرض الى تغير فاصبح حجمه 1.7 L عند درجة حرارة 42 C احسب ضغطه علما بان عدد موالته لم تتغير. 40

41 7-2 عالقة كمية الغاز واحلجم )قانون افوكادرو( وجد العالم االيطالي افوكادرو انه عند ثبوت الضغط ودرجة الحرارة فان حجم الغاز يتناسب طرديا مع كميته. وكما عرفت من الفصل االول )الفقرة ( ان كمية الغاز تقاس بعدد موالته )n( ولذلك حسب ما وجده افوكادور ان : V n حيث k ثابت التناسب V = k n وعند استخدام غاز بكميتين مختلفتين n و n تشغالن 2 1 حجمين مختلفين V و V فانه يمكن استخدام العالقة االتية: 2 1 )عند ثبوت درجة الحرارة والضغط ) V 1 n 1 V 2 n 2 = هل تعلم عندماانجزغي لوساكاكتشافه المتضمن عالقات الحجم بالتفاعالتالكيميائيةلميقبل الكيميائيون النظرية الذرية ولم يكونوا يعرفون التركيب الصحيح للمواد لذلك لم يكن في استطاعتهم كتابة المعادالت الكيمائية وقد سمحت دراسات كل من غي لوساك وافوكادرو بكتابة المعادالت الكيميائية كما نكتبهانحن اليوم. وعليه يمكن صياغة قانون افوكادرو كاالتي : ( تحتوي الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة على عدد متساوي من الموالت عند ثبوت درجة الحرارة والضغط ). ويمكن مالحظة ذلك في الشكل )2-3(. اسطوانة غاز اضافة غاز زيادة الحجم سحب غاز انخفاض الحجم صمام مفتوح الكميات املولية الشكل) 3-2 ( عند سحب الغاز تقل عدد موالته لذلك يقل حجم الغاز. وعند اضافة كمية من الغاز تزداد عدد موالته لذلك يزداد حجم الغاز ( وهذا عند ثبوت الضغط ودرجة الحرارة ). ان اي كمية تقسم على عدد الموالت )n( تسمى بالكمية المولية ومثال على ذلك ان الحجم المولي Vm يساوي V مقسوم على عدد الموالت n اي V )L( V m = L / mol = n )mol(

42 والحجم المولي الذي يحتله اي غاز مقاسا عند الظروف القياسية Pressure( )STP( ) Standrad Temperature and والتي تساوي ضغط ) 760 Torr ( 1 atm ودرجة حرارة ) 273 K ( 0 C يساوي كمية ثابتة ) cm 3 ( L. والكتلة m بقسمتها على عدد الموالت n تسمى بالكتلة المولية ( M التي تعرفت عليها في الفصل االول ) وتعرف الكتلة المولية M حسب العالقة االتية: m )g( M= = g / mol n )mol( مثال : غاز الهيدروجين يشغل حجما قدر 22.4 L في الظروف القياسية )STP( عندما ناخذ 1 mol منه ما حجمه في نفس الظروف عندأخذ 3 moles منه. V 1 n 1 V 2 n 2 = V V 2 1 = n 2 )22.4 L()3mol( = n 1 )1mol( الحل : V 1, n 1, n 2 V 2 تمرين )8-2( احسب الحجم المولي لغاز تشغل L منه 3 moles تمرين )9-2( غاز حجمه 11.2 L في الظروف القياسية )STP( عدد موالته. 0.5 mol ما عدد موالته في نفس الظروف عندما يكون حجمه.16.8 L V 2 = 67.2 L 8-2 قانون الغاز املثالي The Ideal Gas Law يمكن بشكل عام ان نحصل على عالقة رياضية من ربط قوانين الغازات االربعة مع بعضها البعض : PV = k قانون بويل... قانون شارل... k` V = T قانون غي لوساك... ``k P = T قانون افوكادرو... k``` V = n وبربط هذه المعادالت مع بعضها يمكن الحصول على العالقة ال V n T رياضيةاالتية: P 42

43 وعند تحويل التناسب الى مساواة نحصل على V = )constant( n T P ويرمز لثابت التناسب )constant( بالحرف R لذا تصبح المعادلة االخيرة على الصورة االتية: هل تعلم اذا عرفت قيم كل من درجة الحرارة والضغط والحجم الي غاز تستطيع استخدام قانون الغاز المثالي لحساب عدد موالت هذا الغاز. معادلة الغاز المثالي PV = nrt يطبق هذا القانون فقط على الغازات التي تنطبق عليها قوانين الغازات االربعة وتسمى مثل هذه الغازات بالغازات المثالية gases(.)ideal ويمثل R ثابت يسمى الثابت العام للغازات. وعند استخدام هذه المعادلة حسابيا يجب ان تكون وحدات P بالجو )atm( وV باللتر )L( وعدد الموالت )n( بالمول )K(. بالكلفن وT )mole( وعندما نريد ايجاد قيمة R نأخذ مول واحد من اي غاز مثالي )1 = n( في الظروف القياسية )STP( )درجة حرارة 0 C وضغط 1( atm والذي يشغل حجما قدره L وبالتعويض PV= nrt = R PV = 1 atm L nt 1 mol 273 K = R atm. L mol. K في معادلة الغاز المثالي : وباالمكان استخدام الوحدات الدولية ( SI ) للضغط )باسكال( Pa( ) والحجم يسا وي 10-3 m وعدد الموالت R اليجاد قيمة 273 K ودرجة الحرارة تساوي 1 mol nيساوي PV= nrt بالوحدات الدولية : = R PV = Pa m 3 nt 1 mol 273 K R = Pa.m 3 /mol. K Kg والوحدة Pa تعرف بانها وبتعويضها في الوحدة اعاله m. s 2 43

44 kg m. 2 m 3 m. s 2 mol. K هي وحدة الطاقة جول )J( وعليه kg.m 2 ووحدة R = J/ mol. K مثال : احسب عدد موالت غاز NO في الظروف القياسية اذا كان حجمه. 5.6 L الحل : الظروف القياسية هي ضغط 1atm ودرجة حرارة 273 K PV = nrt = n PV RT 1 atm 5.6 L = n atm.l / mol.k 273 K n = 0.25 mol P, V, T n s 2 هل تعلم وحدة ثابت العام للغازات: R = J/ mol. K تستخدم فقط في حالة الحسابات التي تشمل على وحدات الطاقة لذا سوف لن نستخدمها هنا في هذا الفصل بل ذكرت للتعريف بها حيث سوف تستخدمها في السنين القادمة في دراستك للكيمياء. تمرين )10-2( 10 L حجمه O 2 ما عدد موالت غاز بالظروف القياسية )STP( حساب كثافة الغاز ان باالمكان استخدام معادلة الغاز المثالي لحساب كثافة الغاز وفق االتي : PV = nrt )1( m ) g ( وبما ان المول )n( يعرف بأنه = n M ) g / mol ( نعوض عن n بالمعادلة )1( لنحصل على m PV = ) (RT )2( M او بصورة اخرى m P M = ) (RT )3( V m ) g ( ومن تعريف الكثافة = ρ V ) L ( حيثρ تمثل الكثافة وبتعويضها بالمعادلة )3( نحصل على P M= ρrt )4( 44

45 وبترتيب المعادلة )4( نحصل على المعادلة التالية التي تمثل عالقة رياضية لحساب كثافة الغاز من معرفة الضغط والكتلة المولية عند درجة حرارة معينة. = ρ PM RT عالقة كثافة الغاز وبنفس الفكرة السابقة نستطيع ايجاد كتلة الغاز او كتلته ) = M P m (RT V المولية من المعادلة رقم )3( التي يمكن ترتيبها بالشكل االتي: = m PMV RT عالقة كتلة الغاز مثال : ) N 2 وقودا للصواريخ. احسب كثافته H 4 يستخدم الهيدرازين ( تمرين )11-2( احسب كثافة غاز االوكسجين O( 2 بوحدات g/l في درجة ( حرارة 373 K وضغط. 5 atm عند الظروف القياسية ( STP ). الحل : = ρ PM RT P, T, M ρ الكتلة المولية للهيدرازين M ) N 2 H 4 ( =)2 14(+)4 1(= 32 g/mol الظروف القياسية هي ضغط 1atm ودرجة حرارة 273 K لذا 1 ) atm ( 32 ) g/mol ( = ρ ) L. atm/mol. K ( 273 ) K ( ρ= 1.43 g/l مثال : ما عدد موالت عينة غاز تشغل 700 ml عند ضغط قدره 0.8 atm ودرجة حرارة. 27 C الحل : نحول حجم الغاز من وحدة ml الى وحدة L 1 L 1 L V ) L ( = V ml = 700 ml = 0.7 L 1000 ml 1000 ml 45

46 نحول درجة الحرارة من وحدة K الى وحدة C T ) K ( = t ) C ( T = = 300 K PV = nrt PV = n P, V, T RT = n 0.8 atm 0.7 L atm.l / mol.k 300 K n = mol ومن معادلة الغاز المثالي n تمرين )12-2( غاز الميثان هو احد الغازات الناتجة من عملية تكرير النفط اخذت عينة منه قدرها 0.5 mol وتحت ضغط 3 atm بدرجة حرارة 27 C. احسب الحجم بالمليلتر )ml( الذي تشغله العينة. مثال : وجد ان ضغط غاز في وعاء حجمه 3 L ودرجة حرارة 27 C يساوي atm احسب كتلة الغاز وعدد موالته في الوعاء علما بان الكتلة المولية للغاز. 44 g/mol الحل : نحول درجة الحرارة من وحدة K الى وحدة C T ) K ( = t ) C ( T = = 300 K MPV m = P RT, V, T, M 44 g/mol 5.46 atm 3 L = m atm.l / mol.k 300 K m = 29.3 g تمرين )13-2( عينة من غاز كتلتها 4.41 g تشغل حجما قدره 900 ml تحت ضغط 3.65 atm بدرجة حرارة 127 C ما كتلتها المولية. وباستخدام العالقة m ولحساب عدد الموالت نستخدم العالقة االتية : m )g( = n M )g/mol( = n 29.3 g = 0.67 mol 44 g/mol 46

47 مثال : احسب الكتلة المولية لغاز كتلته 0.6 g في وعاء حجمه 500 ml ودرجة حرارة 227 C علما بان ضغط الغاز يساوي. 748 Torr الحل : نحول حجم الغاز من وحدة ml الى وحدة L V ) L ( = V ml 1 L 1 L = 500 ml = 0.5 L 1000 ml 1000 ml T ) K ( = t ) C ( T = = 500 K Torr P atm = P 1atm 760Torr نحول درجة الحرارة من وحدة C الى وحدة K = M mrt PV = 0.6 M g atm.l / mol.k 500K atm 0.5 L M = 50 g /mol نحول الضغط من Torr الى atm ومن العالقة مثال : atm تحت ضغط 32 g/mol من غاز كتلته المولية 0.31 g عند اي درجة حرارة تشغل هذه العينة حجما مقداره L هل تعلم ما الذي يمنع الجزيئات في الغالف الجوي من الهروب الى الفضاء الخارجي لالرض قوة جذب فكما اننا ال يمكننا بسهولة االفالت من جاذبيتها فكذلك جزيئات الغازات ال يمكنها الهروب من مجال الجاذبية االرضية ولغرض الهروب يجب عليها ان تمتلك سرعة مساوية الى او اكبر من والتي تسمى بسرعة الهروب وبما ان معدل سرعة ذرات الهيليوم هي اعلى من تلك السرعة فان اكثر ذرات الهيليوم تهرب من الغالف الجوي نحو الفضاء الخارجي لذلك ال تحتوي االرض كميات محسوسة من غازالهيليوم في غالفها الجوي. = PV m RT M 1atm = 748 Torr = atm 760Torr الحل : = T PVM mr P, V, m, M T 1.17 ) atm ( 0.23 ) L ( 32 ) g/mol ( = T 0.31 ) g ( ) L. atm/mol. K ( 47 T = 339 K

48 9-2 قانون دالتون للضغوط اجلزئية Dalton s law of partial pressures لقد تعاملنا في ما سلف ذكره مع غاز واحد فماذا بشأن خليط من الغازات التي ال تتفاعل مع بعضها البعض كالهواء مثال لقد قام دالتون بدراسة الهواء والحظ ان الضغط الكلي للغازات يساوي مجموع الضغوط الجزئية لكل غاز على حدة غاز الهيدروجين تحت ضغط 1atm غاز االوكسجين تحت ضغط 2atm كما لو كان هذا الغاز موجودا لوحده في الوعاء وان ضغط كل غاز على حدة يسمى بالضغط الجزئي وينص قانون دالتون )ان الضغط الكلي لخليط من الغازات يساوي مجموع الضغوط الجزئية لكل غاز في الخليط على شرط ان ال يحدث تفاعل بينها( ويمكن التعبير رياضيا وحجم 1 L وحجم 1 L P T = P 1 + P 2 + P P 3 الخ P 2 و حيث P تمثل الضغط الكلي و P و 1 T عند فتح الصمام ينتشر الغازين تمثل الضغوط الجزئية للغازات المكونة للخليط. في كال الدورقين لذلك سيتغير ضغط الغازين حسب قانون دالتون العالقة بني الضغط الكلي وعدد املوالت الكلية والكسر املولي لنفرض انه لدينا خليط من غازين في اناء واحد تحت درجة حرارة وحجم معينين. بتطبيق قانون الغاز المثالي لكل غاز P 1 = P 2 = n 1 R T V n 2 R T V P T = P 1 + P 2 على حدة نحصل على ضغطهما : )1( )2( ومن قانون دالتون )3( نعوض المعادالت )1( و )2( في المعادلة )3( نحصل على n P T = 1 R T n + 2 R T R T )n 1 = +n 2 )4( ( V V V بقسمة معادلة )1( على معادلة )4( n 1 R T P V = 1 P T )n 1 +n 2 ( R T )5( V وبحذف المتشابهات نحصل على P 1 n 1 = )6( P T n 1 +n 2 48

49 n T تمثل عدد ويمكن ان نجمع عدد الموالت الجزئية حيث الموالت الكلية لخليط الغازات اي مجموع الموالت الجزئية n T = n 1 + n 2 P 1 وهكذا تصبح المعادلة )6( على الصورة االتية n )7( = P T n T P 2 وبشكل مشابه للمكون 2 n )8( = P T n T الكسر المولي ( fraction ) mole : يعرف الكسر المولي الي مكون من مكونات المزيج 1 او 2 بانه النسبة بين عدد موالت ذلك المكون على مجموع عدد موالت المكونات ( عدد الموالت ) x 1 ويساوي الكلية ). يرمز للكسر المولي للمكون ( 1 n 1 x 1 = = n 1 + n n 2 T ) x 2 يساوي وللكسر المولي للمكون ( 2 x 2 = وعند تعويض الكسر المولي بالمعادلة ( 7 ) و) ) 8 نحصل على: P 1 = x 1 = x و P )9( T ومنها يمكننا الحصول على المعادالت االتية : P 1 = x 1 P T P 2 و = x 2 P T )10( وبشكل عام يمكن كتابة المعادلة) ) 10 كاالتي P i = x i P T P i ضغطه الجزئي. x i الكسر المولي للمكون i و حيث يمثل وال بد ان نعلم ان مجموع الكسور المولية لمزيج من الغازات يساوي الواحد الصحيح ويمكن تطبيق ذلك على المثال المذكور سابقا لمزيج مكون من غازين كما يأتي : n 1 P 2 P T n x 1 + x = n 1 = +n 2 = n 1 1 +n 2 n 1 +n 2 n 1 +n 2 وبشكل عام يمكن كتابة المعادلة االتية : x 1 + x 2 + x 3 + x 4... = 1 n 2 n T n 1 49

50 مثال : خليط من الغازات النبيلة تحتوي 4.46 mol من غاز النيون.)Xe( من الزينون 2.15 mol و )Ar( من االركون 0.74 mol و )Ne( احسب الضغط الجزئي لكل غاز علما بان الضغط الكلي يساوي 2 atm ودرجة الحرارة ثابتة. الحل : اوال : نجد عدد الموالت الكلية n T = n Ne + n Ar + n Xe n T = 4.46 mol mol mol n T = 7.35 mol تمرين )14-2( يحتوي آناء على خليط من الغازات الطبيعية الناتجة من تكرير النفط مقاديرها هي 6 mol من غاز الميثان و 4 mol من االيثان و 2 mol من البروبان فاذا علمت ان الضغط الكلي لها 6 atm.. احسب الضغط الجزئي لكل غاز. ثانيا : نجدالكسر المولي لكل غاز على حده n Ne n T x Ne = = 4.46 mol = mol n Ar x Ar = mol 0.74 = = n T 7.35 mol n Xe x Xe = = 2.15 mol = n T 7.35 mol ثالثا : نجد االن الضغط الجزئي لكل غاز بما ان P i = x i P T وبالتعويض عن i برمز الغاز في القانون السابق نحصل على P Ne = P T x Ne = 2 atm = atm P Ar = P T x Ar = 2 atm = atm P Xe = P T x Xe = 2 atm = atm وللتاكد نجمع الضغوط الجزئية المفروض انها = atm atm atm = atm 50

51 مثال : حضر غاز االوكسجين من التسخين الشديد لكلورات MnO 2 كعامل مساعد وجمع الغاز بازاحة البوتاسيوم بوجود تمرين )15-2( حضر غاز الهيدروجين من تفاعل الكالسيوم مع الماء وجمع بازاحة الماء الى االسفل بدرجة حرارة 30 C وتحت ضغط 988 mmhg وكان حجمه 641 ml احسب كتلة غاز الهيدروجين بالغرام علما بان H 2 تساوي الكتلة المولية من 2 g/mol وضغط بخار الماء بدرجة 30 C يساويmmHg الماء نحو االسفل بدرجة حرارة 24 C وتحت ضغط mmhg وكان حجمه 128. ml احسب كتلة الغاز بالغرام علما بان الكتلة المولية لالوكسجين تساوي 32 g/mol وضغط بخار الماء يساوي.24 C بدرجة حرارة 22.4 mmhg الحل : ان الغاز المجموع في التجربة اعاله يكون ممزوجا مع كمية من بخار الماء لذا يصبح لدينا خليط من الغاز مع بخار الماء موجود في قنينة جمع الغاز غاز االوكسجين الناتج ممزوج ببخار الماء KClO 3 MnO 2 و O 2 وبخار يمثل الضغط mmhg الضغط الكلي لكل من تمرين )16-2( عينة من الهواء كان الضغط الجزئي لكل غاز من مكونات العينة كاالتي: للنتروجين 116 Torr ولالوكسجين 569 Torr ولثنائي اوكسيدالكاربون 28 Torr ولبخار الماء 0.47 Torr فما هي نسبة هذه الغازات في الهواء محسوبة بالكسر المولي. P T = P O2 + P H2 O 762.4= P O P O2 = 740 mmhg الماء. لذا علينا ايجاد ضغط O الجزئي. 2 نحول الضغط من mmhg الى atm 1atm 1atm mmhg = 740 mmhg P atm = P 760 mmhg 760 mmhg = atm نحول حجم الغاز من وحدة ml الى وحدة L V ) L ( = V ml 1 L 1 L = 128 ml = L 1000 ml 1000 ml نحول درجة الحرارة من وحدة C الى وحدة K 51 T ) K ( = t ) C ( = = 297 K

52 وباستخدام معادلة الغاز المثالي وكتلة الغاز تساوي = PV m RT M m = PVM RT ) atm ( ) L ( 32 ) g/mol ( = m ) L. atm/mol. K ( 297 K m = g مثال : يحتوي دورق حجمه 2L في درجة حرارة 7 C على خليط من الغازات 3.2 g من االوكسجين و 0.4 g من الهيليوم و 14 g من النتروجين. احسب الضغط الكلي للخليط علما بان الكتلة المولية لالوكسجين تساوي 32 والنتروجين 28 والهيليوم 4 n o2 = 3.2 g = 0.1 mol 32 g/mol n N2 = 14 g = 0.5 mol 28 g/mol T ) K ( = t ) C ( = = 280 K بوحدات. g/mol الحل : نحول C الى K نجد مجموع عدد الموالت الكلي للخليط باستخدام معادلة الغاز المثالي m)g( 0.4 g n He = 0.1 mol = = M )g/mol( 4 g/mol n T = n He + n o2 + n N2 n T = = 0.7 mol P T = n T RT V هل تعلم في الكثير من االعمال المهمة تتم تحت سطح المحيطات ويقوم بمعظمها غطاسون متمرسون يستطيعون اصالح السفن وفحصها. يتعرض الغطاسون الى ضغط الماء ويكون الضغط كبيرا حتى لو كان العمق امتارا قليلة وان جرب احدهم ان يتنفس من انبوبة لها فتحة في اعلى سطح الماء فانه ال يستطيع الن رئتيه ال يمكنهما التمدد لذا يستخدم الغطاسون ادوات خاصة بالتنفس في االعماق وتكون الغازات التي يحملونها مضغوطة وهناك جهاز متصل باسطوانات الهواء التي يحملونها معهم يعرف بالمنظم ويعمل اوتوماتيكيا لضبط ضغط الهواء الخارج من االسطوانات والذي يدخل الى الرئتين ويعمل المنظم على معادلة الضغط داخل وخارج الرئتين و يستخدم الغطاسون خليط خاص من الغازات بدال من الهواء المضغوط وهو خليط من غازات الهيليوم واالوكسجين وكمية قليلة من غاز النتروجين يعرف هذا الخليط بالهليوكس ويستخدم هذا الخليط في عمليات الغطس العميقة جدا. P T = 0.7 mol atm.l / mol.k 280 K 2 L = atm 52

53 مثال : وعاءان متصالن بصمام. االول حجمه 1 L يحتوي على غاز CO 2 تحت ضغط 720 Torr والثاني حجمه 2 L يحتوي على غاز N 2 تحت ضغط 540 Torr احسب الضغط الكلي عند فتح الصمام على فرض ثبوت درجة الحرارة. الحل : 2 L 540 Torr 1 L 720 Torr تمرين )17-2( كم هو الضغط الكلي N 2 الناتج عن خلط 20 ml من وتحت ضغط 740 Torr مع 30 ml O 2 وعند ضغط 640 Torr اذا من تم خلطها في وعاء حجمه 50 ml علما بان درجة الحرارة ثابتة. عند فتح الصمام سوف ينتشر الغازان ويختلطان وسيشغل كال الغازين مجموع الحجمينوبالتالي سوف يتغير ضغط كل منهما وعليه فالحجم الكلي سيكون : V 2 = V N2 + V CO2 = = 3 L االن نحسب الضغط الجزئي لكل غاز باستخدام عالقة بويل P P 1 V 1 = P 2 V 2 P 2 1 = V 1 V 2 CO 2 في الخليط سيكون كاالتي : فالضغط الجزئي ل P Torr 1 L = 240 Torr = P CO2 = 3 L N 2 في الخليط يساوي : والضغط الجزئي ل P 2 = 540 Torr 2 L = 3 L 360 Torr = P N2 لذا فالضغط الكلي للخليط سيصبح : P T = P CO2 + P N2 P T = 240 Torr Torr = 600 Torr 53

54 10-2 قانون االنتشار لكراهام Graham s Law of Diffusion وجد كراهام من تجاربه المختلفة ان سرعة انتشار الغازات النافذة خالل ثقوب صغيرة تتناسب عكسيا مع الجذر التربيعي لكثافة الغاز وكذلك توصل كراهام الى ان ( سرعة االنتشار للغازات النافذة خالل الثقوب الصغيرة تتناسب عكسيا مع الجذر التربيعي للكتلة المولية )M( ايضا (. r 1 فاذا اعتبرنا سرعة نفاذ غازين من خالل نفس الثقوب هي ρ 2 على التوالي فانه واعتمادا على ρ 1 و r 2 وكانت كثافتيهما و قانون كراهام يكون: = r 1 ρ 2 = M 2 r 2 ρ 1 M 1 M 2 هي الكتل المولية للغازين على التوالي. M 1 و حيث وبتطبيق القانون على انتشار غازي الهيدروجين واالوكسجين النافذة من خالل ثقب معين نتوصل الى : r H2 r O2 ρ O2 = = ρ H2 M O2 M H2 هل تعلم ينتشر غاز البروم في هواء االسطوانة الموجود فيها بعد تركه لعدة ساعات.. M هي سرعة وكثافة والكتلة المولية لغاز H2 ρ و H2 r و H2 حيث M هي الكميات O2 ρ و O2 r و O2 الهيدروجين على الترتيب اما المناظرة بالنسبة الى غاز االوكسجين. you الكتلة المولية لغاز كلوريد الهيدروجين g/mol ولغاز االمونيا 17 g/mol لذلك سرعة انتشار غاز االمونيا تكون اسرع من كلوريد الهيدروجين. 54

55 مثال : اذا علمت ان سرعة انتشار غاز االوكسجين خالل حاجز مسامي يساوي 8 ml/s فما سرعة انتشار غاز الهيدروجين خالل نفس الحاجز علما بان كثافة غاز االوكسجين تساوي 1.44 g/l وكثافة غاز الهيدروجين تساوي 0.09 g/l خالل نفس الظروف من ضغط ودرجة حرارة. تمرين )18-2( O 2 سرعة انتشار غاز تساوي 8 ml/s وسرعة انتشار غاز الهيدروجين 32. ml/s فما الكتلة المولية للهيدروجين اذا O 2 علمت ان الكتلة المولية من تساوي. 32 g/mol 1.44 g/l 0.09 g/l r H2 r O2 = r H2 = 8 ml/s r H2 ρ O2 ρ H2 = 16 8 ml/s الحل : r H2 سرعة انتشار غاز الهيدروجين = 32 ml/s مثال : عينة من غاز النتروجين انتشرت خالل ثقب صغير بمعدل انتشار مقداره 2.65 ml/s.احسب معدل سرعة انتشار غاز NH 3 عند خروجه من نفس الثقب. علما بان الكتلة المولية من. 17 g/mol يساوي NH 3 N 2 تساوي 28 g/mol و الحل : r N2 = r NH3 M NH3 M N2 = ml/s 2.65 r NH3 بالتربيع للطرفين نحصل على 17 g/mol 28 g/mol 17 = r 2 NH 3 r 2 NH3 بالجذر للطرفين )ml/s( = r NH3 سرعة انتشار غاز االمونيا = 3.40 ml/s 55

56 العالقة بني االنتشار وزمن االنتشار عندما ينتشر حجم معين من غاز فانه يستغرق زمنا معينا وان سرعة انتشار اي غاز في درجة حرارة وضغط معينين يتناسب عكسيا مع الزمن الذي تستغرقه عملية االنتشار لذلك الغاز اي كلما زادت السرعة قل الزمن الالزم لالنتشار. r 1 اي t 2 = r 2 t 1 r 1 ρ 2 t 2 هي أزمان االنتشار للغاز االول والثاني على t 1 و حيث ان التوالي. ويمكن جمع قوانين كراهام بقانون واحد على الصورة t M 2 2 = = = r ρ 1 M 2 1 t 1 االتية : مثال : تنتشر عينة من غاز الهيدروجين خالل ثقب في 5 s وينتشر غاز معين آخر خالل نفس الثقب تحت نفس الظروف في 20 s احسب الكتلة المولية للغاز الثاني اذا علمت ان الكتلة المولية لغاز الهيدروجين تساوي. 2 g/mole الحل : بما ان r 1 t 2 = r 2 t 2 t 1 t 1 M 2 M 1 وعليه = تمرين )19-2( عينة من غاز الزينون يحتاج الى دقيقة و 8.3 ثانية لكي ينتشر من خالل فوهة صغيرة. احسب الكتلة المولية لغاز اذا علمت ان الزمن الذي استغرقه في االنتشار من نفس الفوهة وتحت نفس الظروف كان 57 s علما بان الكتلة المولية من غاز الزينون g/mol تساوي Xe 2 g/mol 20 s = 5 s M 2 = 4 2 g/mol M 2 = 16 2 g/mol M 2 وبالتربيع للطرفين نحصل على تمرين )20-2( علل انتشار جزيئات االمونيا بسرعة اكبر من جزيئات الروائح والعطور. M 2 = 32 g/mol 56

57 النظرية احلركية للغازات Kinetic Theory of Gases ان قوانين الغازات التي شرحت سابقا كانت نتيجة اعمال تجريبية قام بها العلماء آنذاك أي أنها لم تشتق أو توضح من خالل نظرية معينة. وقد جرت محاوالت عديدة لتفسير وشرح سلوك الغازات من الناحية النظرية أنتجت عالقة بين النظرية والمعلومات التجريبية من خالل عدد من الفرضيات التي وصفت الغازات ومنها : - 1 أن الغازات تتكون من عدد كبير من الجزيئات وان حجم الجزيئة صغير يمكن اهماله مقارنة بالحجم الذي يشغله الغاز. اي ان المسافة التي تفصل بين الجزيئات كبيرة نسبيا. - 2 جزيئات الغاز في حالة حركة سريعة وعشوائية وبخطوط مستقيمة وهي في حركتها هذه تصطدم مع بقية جزيئات الغاز وبجدران الوعاء الحاوي لها. - 3 ال يوجد تجاذب أو تنافر بين جزيئات الغاز. - 4 ان الضغط الذي ينتجه الغاز ناتج من التصادمات التي تحدثها جزيئاته مع جدران الوعاء الذي يحتويها. - 5 ان لجزيئات الغاز سرع مختلفة وان معدل سرعة حركة الجزيئات يتناسب طرديا مع درجة الحرارة المطلقة للغاز. هل تعلم ان جزيئات الغاز تتحرك في خطوط مستقيمة الى ان تتصادم مع بعضها او تصطدم بجدران االناء. ve you 12-2 الغازات احلقيقية والغازات املثالية Real and Ideal Gases يطلق على الغاز الذي يطيع قوانين الغازات او المعادلة Creator : DragonArt dragonartz.wordpress.com العامة للغازات تحت كل الظروف من درجة الحرارة والضغط بالغاز المثالي وفي الحقيقة ال وجود للغاز المثالي حيث ان الغازات تعاني في سلوكها من حيود محسوس عن الحالة المثالية وان الحالة المثالية تظهر فقط في ظروف معينة من درجات الحرارة والضغوط ( ان الغازات التي تحيد عن السلوك المثالي تسمى بالغازات الحقيقية او غير المثالية ). ان حيود الغازات الحقيقية ياتي من افتراضين خاطئين من فرضيات النظرية الحركية للغازات )وهذا لربما يكون صحيحا هل تعلم ان متوسط عدد االصطدامات بين جزيئات الهواء في ثانية واحدة قرب مستوى سطح البحر يبلغ 7 مليارات اصطدام في المتر المربع وان متوسط عدد االصطدامات هذه يصبح على ارتفاع 600 Km من سطح البحر حوالي تصادم واحد كل دقيقة. عند الضغوط الواطئة( وهما : 57

58 - 1 ان الحجم الذي يشغله الجزيء معدوم مقارنة بالحجم الكلي للغاز لكن جزيئات الغاز يجب ان تشغل حجم معين في الضغوط العالية واال فانه ال يمكن تحويل الغاز الى سائل او صلب. - 2 ال وجود لقوى التجاذب بين جزيئات الغاز لكن لجزيئات الغاز فيما بينها قوى تجاذبواال لما اقتربت جزيئات الغاز تمرين )21-2( فسر معنى الجملة االتية ( ال يسلك اي غاز السلوك المثالي عند جميع درجات الحرارة والضغوط ) عند اي ظروف تسلك الغازات الحقيقة سلوك الغازات المثالية ولماذا من بعضها ولم يتحول الغاز الى سائل أو صلب. ومع هذا فانه باالمكان تطبيق قوانين الغازات المثالية على أ الغازات الحقيقية للحصول على نسب متفاوتة من الدقة تزداد بزيادة درجة الحرارة وتناقص الضغط وبالعكس الظواهر احلرجة وتسييل الغازات طبقا للنظرية الحركية للغازت فان جزيئات الغاز تكون ب بحالة حركة عشوائية وعندما تكون درجة الحرارة عالية والضغط منخفض فان كل جزيء من الغاز تتحرك بحرية تامة وال تتأثر بالجزيئات االخرى. وعند خفض درجة الحرارة فان أ - غاز مثالي ( يفترض ان الجزيئات متناهية االبعاد اي ليس لها حجم ). ب - غاز حقيقي ( الجزيئات للغاز لها حجم ). الطاقة الحركية لجزيئات الغاز تقل وتصبح حركة الجزيء بطيئة وعند الوصول الى درجة منخفضة كافية فان الغاز يتحول الى سائل. وبالمقابل فمن الممكن جعل جزيئات الغاز تقترب من بعضها اكثر فاكثر من خالل زيادة الضغط حيث ان زيادة الضغط تؤدي الى نقصان الحجم. وباستمرار زيادة الضغط وتناقص الحجم يتحول الغاز الى سائل. ان درجة الحرارةوالضغط الذين يتحول فيهما الغاز الى سائل في اعاله يدعيان بدرجة الحرارة الحرجة Tempreture( )Critical والضغط الحرج Pressure( )Critical وعليه يمكن تعريف درجة الحرارة الحرجة على انها تلك الدرجة الحرارية التي ال يمكن تحويل غاز درجة حرارته اعلى منها الى سائل مهما زاد الضغط المسلط عليه. اما الضغط الحرج فيمكن تعريفه بانه الضغط الالزم تسليطه على غاز في درجة الحرارة الحرجة لكي يتحول الى سائل باالضافة الى ذلك يوجد تعبير اخر يسمى الحجم الحرج Critical Volume والذي يعرف بانه حجم مول واحد من الغاز في الدرجة الحرارية الحرجة والضغط الحرج. 58

59 والجدول )2-2( يعطي امثلة لدرجات الحرارة الحرجة والضغوط الحرجة لعدد من الغازات. الجدول 2-2 درجات الحرارة والضغوط الحرجة لعدد من الغازات الغاز درجة احلرارة احلرجة )C ( الضغط احلرج )atm( هيليوم هيدروجني نتروجني اوكسجني ثنائي اوكسيد الكاربون 14-2 ضغط بخار السائل اذا اردنا ان نختبر سائل في حيز مغلق )شكل 4-2( )بدرجة حرارة ثابتة( فاننا سنجد بعض جزيئات السائل تغادر السطح الى الحيز الذي فوقه تلقائيا. وبما ان الحيز مغلق فان جزيئات البخار غير قادرة على الهروب خارج الحيز لذلك فان هذه الجزيئات تصطدم مع بعضها ومع جدار الحيز وبالتالي فان بعض هذه الجزيئات سوف تفقد طاقتها الى جزيئة اخرى ثم ترجع الى الحالة السائلة. ان الحالة االولى تدعى بالتبخير )Evaporation( بينما تدعى الحالة الثانية بالتكثيف.)Condensation( تنتج جزيئات في الحالة البخارية ضغطا وعند التوازن يصبح هذا الضغط صفة مميزة للسائل يسمى الضغط البخاري Pressure( ) Vapour للسائل والذي يمكن تعريفه بانه الضغط الذي تنتجه جزيئات البخار التي هي في حالة توازن مع جزيئات السائل بدرجة حرارة معينة. هل تعلم هي - : الكريوستات الغازات لحفظ اوعية ويمنع ونقلها المسالة الحرارة انتقال تصميمها المحيط الى من الوسط السائل البارد جدا الذي في داخله والكريوستات االكثر استخداما تسمى قارورات ديوار Dewar Flasks نسبة للعالم االسكتلندي جيمس ديوار الذي قام بتصميمها في عام 1892 وهي اوعية يفصلها الجدران مزدوجة فراغ وتشبه في ذلك الترمس يستخدم الذي المعروف الباردة المشروبات لنقل الكريوستات والساخنة. اوزانها خفيفة جدا بالمقارنة باسطوانات الغاز المضغوط وحجم اي مادة معينة في الحالة السائلة اصغر بكثير منها في الحالة الغازية حتى لو كان ضغط الغاز مرتفعا لهذه االسباب يتم تخزين الكثير من الغازات ونقلها في الحالة السائلة بدال من كونها في الحالة الغازية. الشكل 4-2 في االناء المفتوح تغادر جزيئات السائل االناء عند التسخين )تبخير(. بينما تبقى جزيئات السائل في االناء المغلق داخل االناء عند التسخين ( تكثيف(. 59

60 15-2 درجة غليان السائل تؤدي زيادة درجة الحرارة الى زيادة في الطاقة الحركية لجزيئات السائل وهذه الزيادة تقلل قوة التجاذب بين هذه هل تعلم الصفر المطلق 0 K )Absolute Zero( هي درجة الحرارة التي تساوي 273 C- وهذه الدرجة يفترض ان يكون عندها حجم الغاز يساوي صفر )على االقل من الناحية النظرية( ولكن هذا ال يدرك في الواقع العملي حيث ان الغازات تتم اسالتها قبل ذلك او تتحول احيانا الى الحالة الصلبة كما في غاز ثنائي اوكسيد الكاربون. وعمليا لم يتم التوصل الى درجة الصفر المطلق واقل درجة حرارة توصل اليها العلماء هي درجة حرارة الهيليوم السائل وتبلغ -269 C. الجزيئات فيزداد عدد الجزيئات التي تغادر سطح السائل الى الحيز الذي فوقه مما يؤدي الى زيادة الضغط البخاري للسائل. وعندما يتساوى الضغط البخاري للسائل مع الضغط الجوي فان السائل يبدأ بالغليان وعليه فان درجة غليان السائل هي الدرجة الحرارية التي يتساوى عندها ضغط بخار السائل مع الضغط الجوي. 60

61 اسئلة الفصل الثاني مالحظة: عند الحاجة للكتل الذرية في بعض االسئلة راجع ذلك في جداول نهاية الكتاب 6.2 في احدى التجارب لتحضير غاز الهيدروجين من تفاعل عنصر المغنيسيوم مع حامض الهيدروكلوريك H 2 فوق سطح تم جمع 45 ml من غاز الماء بدرجة حرارة 25 C وتحت ضغط 754. Torr اذا كان الضغط البخاري للماء )الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء مشبع ببخار الماء( بدرجة 25 C هو H 2 التي 23.8 Torr احسب عدد موالت غاز تم جمعها في هذه التجربة. 7.2 خليط من الغازات يحتوي على %78 مول نتروجين و %22 مول اوكسجين. فاذا علمت ان الضغط الكلي للخليط atm احسب الكسر المولي لكل مكون. وماهو الضغط الجزئي لكل مكون من مكونات الخليط. 8.2 لجزيئات الفلور معدل سرعة مقدارها m/s تحت شروط معينة من درجة حرارة وضغط. ما معدل سرعة SO 2 جزيئات غاز ثنائي اوكسيد الكبريت تحت الشروط نفسها. 9.2 اختر الجواب المناسب : - 1 نموذج من غاز نقي ذو كثافة 1.6 g/l بدرجة 26 C وضغط mmhg اي من الغازات االتية هو النموذج SF 6 CO 2 د- C 2 ج - H 6 CH 4 ب - أ الحجم المولي لغاز He هو 51.4 L/mol عند : 1.2 اسطوانة محرك سيارة )حجرة االحتراق( ذات حجم مقداره 0.5 L ملئت بمزيج بخار البنزين والهواء تحت ضغط 1. atm ما هو الضغط الواجب تسليطه على هذا المزيج ليصبح حجمه 57 ml قبل اشعاله بواسطة شمعة القدح )اعتبر مزيج بخار البنزينوالهواء عبارة عن غاز واحد(. 2.2 بالون مليء بالهيليوم حجمه 50 L عند درجة حرارة 25 C وتحت ضغط 1.08 atm ما حجم البالون بعد ارتفاعه الى مستوى يصبح فيه الضغط atm ودرجة الحرارة. 10 C 3.2 عينة من غاز سداسي فلوريد الكبريت SF 6 تشغل حجما قدره 200 ml بدرجة حرارة 27 C وضغط. 570 atm احسب حجمها في الظروف القياسية )STP(. 4.2 ما هو الحجم التي تشغله 5 g من غاز ( C 2 احد مكونات الشعلة H 2 االستيلين االوكسي استيلينية ) بدرجة 50 C وتحت ضغط 740 Torr 5.2 تشغل 3.7 g من غاز معين بدرجة g نفس الحجم الذي يشغله 25 C من غاز الهيدروجين بدرجة 17 C وتحت نفس الضغط. احسب الكتلة المولية للغاز 61

62 - 7 اناء يحتوي على ثالث غازات ال يحصل بينهما تفاعل حجمه 1 L لذا فان ضغط الغاز االول يساوي: أ - ثلث الضغط الكلي ب - الضغط الكلي مطروحا منه الضغوط الجزيئية للغازات االخرى ج - عدد جزيئاته د - الضغط الجوي دائما - 8 اذا علمت ان حجم كتلة معينة من غاز يساوي 117 cm 3 عند درجة 39 C فان حجم الغاز يساوي 213 cm 3 عند درجة حرارة : أ - 39 C ب - 78 C ج C د C - 9 غاز معين يشغل حجما قدره 20 L عند 760 mmhg وعند ضغط 38 mmhg فانه يشغل حجما قدره: أ - L 10 ب - L 20 ج - L 40 د - L في واحدة من الظروف االتية يكون لكتلة 2 g من غاز الهيدروجين حجما اكبر: أ - 0 C وضغط 1 atm ب C وضغط 380 mmhg ج C وضغط 120 mmhg د - 17 C وضغط 700 mmhg أ - درجة حرارة 25 C وضغط 0.25 atm ب - درجة حرارة 0 C وضغط 0.50 atm ج - درجة حرارة 300 C وضغط 1.00 atm د - درجة حرارة 40 C وضغط 0.50 atm - 3 تحت نفس درجة الحرارة تكون سرعة O 2 مساوية ل : انتشار غاز أ - 4 أمثال سرعة غاز He ب أمثال سرعة غاز He ج أمثال سرعة غاز He د أمثال سرعة غاز He - 4 ان عدد موالت غاز He التي تشغل 22.4 L عند درجة حرارة 30 C وضغط 1 atm هي : أ - mol 0.11 ب - mol 1.00 ج - mol 0.90 د - mol يشغل غاز حجما مقداره 430 ml بدرجة حرارة 28.2 C وتحت ضغط Torr فاذا برد الغاز الى 20 C فان ضغط الغاز مقاسا بال Torr هو : أ - Torr ب - Torr ج - Torr د - Torr يمكن تطبيق قانون شارل عند : أ - تغير الضغط ب - ثبوت درجة الحرارة ج - مدى معين من درجات الحرارة د - الضغوط المنخفضة جدا 62

63 - 3 لو سلكت الغازات جميعا في مختلف الشروط من درجة الحرارة والضغط سلوكا وكأنها مثالية عندها لن تكون هناك حاالت سائلة ام صلبة للمادة. - 4 في درجة حرارة واحدة فان معدل انتشار احادي اوكسيد الكاربون وغازالنتروجين متماثل عمليا 14.2 تحتوي علبة ملطف جو على غازات تحت ضغط 4.5 atm وعند درجة حرارة 20 C فاذا تركت هذه العلبة في جو حار وعلى الرمل يرتفع ضغط الغازات داخل العلبة الى 4.8 atm ما درجة حرارة الرمل )بالدرجة السيليزية( عينة من غاز االوكسجين تحت ضغط 68 C الى 21 C سخنت من 0.97 atm تحت حجم ثابت احسب الضغط النهائي بوحدات.atm 16.2 احسب الحجم االبتدائي لغاز تحت ضغط 0.85 atm ودرجة حرارة 66 C حيث يتمدد بالنهاية الى 94 ml عندما يكون الضغط المسلط عليه 0.6 atm ودرجة الحرارة. 25 C CO خليط من ثالث غازات O 2 بضغط بضغط جزئي 289 mmhg و N 2 بضغط جزئي جزئي 342 mmhg و 122. mmhg ماهو الضغط الكلي للخليط والكسر المولي لكل غاز في الخليط ينتشر غاز )X( بسرعة تعادل 3.1 بقدر سرعة انتشار غاز الفلور كتلته المولية تساوي 19 g/mole لذا فان الكتلة المولية التقريبية لغاز )X( هو : أ - g/mol 4 ب - g/mol 2 ج - g/mol 6 د - g/mol 10 Cl 2 بالغرامات موجود 10.2 ما كتلة غاز في خزان حجمه 10 L عند درجة حرارة 27 C وتحت ضغط 3.05 atm علما بان الكتلة الذرية له تساوي g/mol 11.2 ما الكتلة المولية لعينة غاز كتلتها atm تحت ضغط 1 L وحجمها 1.25 g وعند درجة حرارة. 27 C 12.2 بالون ارصاد جوي يحتوي على 250 L غاز الهيليوم عند 22 C وتحت ضغط 740. mmhg يتغير حجم هذا البالون تبعا للظروف الجوية وينفجر عندما يصل حجمه 400 L وضغط atm فعند اي درجة سيليزية سينفجر فسر االجابة - 1 اذا قمت برحلة بدراجتك في احد ايام الصيف شديد الحرارة. هل تتوقع ان يرتفع الضغط داخل اطار دراجتك في بداية الرحلة ام نهايتها. - 2 اذا سمحت بتسريب بعض الهواء من االطار المنفوخ تماما في دراجتك بعد استعمالها فهل هذا الهواء سيكون باردا ام دافئا. 63

64 المعادالت والحسابات الكيميائية Chemical Equations and Calculations الفصل الثالث 3 بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادرا على ان : - يتوصل الى مفهوم المعادلة الكيميائية. يكتب المعادلة الكيميائية ويضيف الرموز التي تدل على طبيعة المواد وظروف التفاعل. يعرف المعلومات التي تعطيها المعادلة الكيميائية المتوازنة. يحسب عدد الموالت من معادلة التفاعل. يحسب كتل المواد من معادلة التفاعل. يحسب حجوم الغازات من معادلة التفاعل. يعين المادة المتفاعلة المحددة للناتج والمادة التي تكون بكمية كبيرة. يحسب النسبة المئوية للناتج. 64

65 1-3 مقدمة ان للحسابات الكيميائية اهمية بالغة في حياتنا حيث تحدد نسب المواد المتفاعلة والناتجة في التفاعل الكيميائي. ان معرفتنا للنسبة التي تتفاعل فيها المواد المختلفة تمكننا من حساب كمية المواد الناتجة او مقدار مايلزم من احدى المواد المتفاعلة لتتفاعل مع كمية معينة من مادة اخرى. يعتمد الكيميائيون في حساب كميات المواد المتفاعلة والناتجة على المعادلة الكيميائية الموزونة. وسنتطرق في هذا الفصل الى كيفية االستفادة من المعادلة الكيميائية الموزونة في اجراء الحسابات الكيميائية لمعرفة النسب الكمية الصحيحة للمواد المتفاعلة باالضافة الى حساب كميات المواد الناتجة من التفاعل. 2-3 املعادلة الكيميائية ومدلولها المعادلة الكيميائية : هي طريق مختصر للتعبير عن تفاعل كيميائي بداللة الرموز والصيغ الكيميائية. ويبين الجدول )3 1( - الرموز المستخدمة في كتابة المعادلة الكيميائيةوالتي بواسطتها يمكن الحصول على معلومات اضافية تساعدنا في اجراء الحسابات الكيميائية. الجدول 1-3 الرموز المستخدمة في كتابة المعادلة الكيميائية الرمز استخدامه للفصل بين المواد المتفاعلة والمواد الناتجة للتفاعل للداللة على المادة الصلبة وهو مختصر لكلمة Solid للداللة على المادة السائلة وهو مختصر لكلمة Liquid للداللة على المادة الغازية وهو مختصر لكلمة Gas للداللة على المحلول المائي وهو مختصر لكلمة aqueous للداللة على تسخين المواد المتفاعلة. للداللة على استخدام عامل مساعد )البالتين( ويمكن كتابة العامل المساعد تحت السهم ايضا. )s( ) l ( ) g ( )aq( حرارة او Pt 65

66 3-3 املعلومات التي تعطيها املعادلة الكيميائية املتوازنة يمكن الحصول على معلومات عديدة من معادلة التفاعل الموزونة كما في تفاعل تحضير غاز االمونيا حسب المعادلة االتية : N 2 )g( + 3H 2 )g( 2NH 3 )g( + والتي نحصل منها على المعلومات المدرجة في الجدول : ) 2-3 ( الجدول 2-3 المعلومات التي نحصل عليها من المعادلة غاز النتروجين N 2 )g( غاز الهيدروجين 3H 2 )g( - 1 معرفة طبيعة المواد المتفاعلة غاز االمونيا 2NH 3 )g( والناتجة 1 جزيء 3 جزيء 2 جزيء - 2 معرفة العدد النسبي للجزيئات 1 مول 3 مول 2 مول - 3 معرفة العدد النسبي للموالت 28 g 6 g 34 g - 4 معرفة النسبة بين كتل المواد - 5 معرفة النسبة بين حجوم الغازات 2 حجم 3 حجم 1 حجم اذا كانت جميعها مقاسة تحت نفس الظروف من ضغط ودرجة حرارة 22.4 L 67.2 L معرفة النسبة بين حجوم الغازات اذا 44.8 L كانت مقاسة تحت الظروف القياسية )STP( توضيح النقاط في الجدول ( 3-2 ) : - 1 معرفة طبيعة المواد المتفاعلةوالناتجة يدل الرمز )g( على ان المادة بشكل غاز اي ان المعادلة تعبر عن تفاعل غاز النتروجين مع غاز الهيدروجين لتكوين غاز االمونيا. 66

67 - 2 معرفة العدد النسبي للجزيئات ان الصيغة الجزيئية تعبر عن جزيء واحد من المادة اي ان N 2 مع ثالث جزيئات التفاعل بين جزيء واحد من النتروجين. 2NH 3 3H 2 لتكوين جزيئين من االمونيا من الهيدروجين ان النسبة بين عدد جزيئات N الى H هي 3 1: 2 2 وان النسبة بين عدد جزيئات N الى NH هي 2 1: 3 2 وان النسبة بين عدد جزيئات H الى NH هي 2 3: 3 2 وهكذا بقية النسب. - 3 معرفة العدد النسبي للموالت يمكن استخدام )المول( بدل )جزيء( للتعبير عن المادة فتكون 1 mol N 2. H 2 هي 3 : 1 أو= N 2 الى النسبة بين عدد موالت 3 mol H 2 mol N 2 mol H 2 2 mol NH 3. = N 2 NH 3 الى والنسبة بين عدد موالت 1 mol N 2 3 mol H 2. = NH 3 والنسبة بين عدد موالت H الى 2 2 mol NH 3 وهكذا بقية النسب. mol NH 3 mol N 2 mol H 2 mol NH 3 ان استبدال الجزيء بالمول يمكن توضيحه كما يأتي : N 2 يتفاعل مع ثالث نالحظ في التفاعل ان جزيء واحد من NH 3 واذا ضربنا طرفي H 2 لتكوين جزيئين من جزيئات من المعادلة بعدد افوكادور فنحصل على : N 2 مع 3 عدد افوكادور تفاعل عدد افوكادرو من جزيئات NH 3 H 2 لتكوين 2 عدد افوكادور من جزيئات من جزيئات ولما كان عدد افوكادرو من جزيئات اية مادة يمثل مول واحد من تلك المادة لذلك يمكن القول بان : H 2 لتكوين N 2 يتفاعل مع ثالثة موالت من مول واحد من. NH 3 مولين من 67

68 - 4 معرفة النسبة بين كتل المواد تحسب كتلة المادة في معادلة التفاعل من معرفة عدد الموالت والكتلة المولية وبتطبيق القانون اآلتي : m )g( = n )mol( M )g/mol( حيث: )g( = m الكتلة بالغرام )mol( = n عدد الموالت )g/mol( = M الكتلة المولية N 2 في معادلة التفاعل: نحسب اوال الكتلة المولية حساب كتلة N 2 من جدول الكتل الذرية ل M ) N 2 ( = 2 14 = 28 g/mol N 2 في معادلة التفاعل بتطبيق القانون: ثم نحسب كتلة m )g( = n )mol( M )g/mol( m )g( =1mol 28 g = 28 g N 2 mol H 2 في معادلة التفاعل نتبع نفس طريقة حساب ولحساب كتلة H 2 من جدول الكتل الذرية N 2 نحسب اوال الكتلة المولية ل كتلة تمرين )1-3( احسب الكتلة بالغرام لكل مما ياتي: أ - mol 1.75 من الماء. ب - mol 14.8 من حامض الكبريتيك. M )H 2 (= 2 1 = 2 g / mol H 2 في معادلة التفاعل ثم نحسب كتلة m )g( = 3 mol 2 g = 6 g H 2 mol NH 3 حيث نحسب اوال الكتلة وبنفس الطريقة نحسب كتلة M )NH 3 ( = )1 14( + )3 1( = 17 g / mol NH 3 المولية ل NH 3 من معادلة التفاعل ثم نحسب كتلة m )g( = 2 mol 17 g mol = 34 g NH 3 عزيزي الطالب يمكنك الحصول على قيم الكتل الذرية للعناصر من الجدول )3( في نهاية الكتاب عند حلك لالمثلة والتمارين واالسئلة. 68

69 34 g NH = N 2 3 وهكذا بقية النسب. NH 3 الى النسبة بين كتلة 28 g N 2 28 g N g H 2 مجموع كتل المواد المتفاعلة : g = g NH 3 كتلة الموادالناتجة : مجموع كتل المواد المتفاعلة يساوي مجموع كتل المواد الناتجة وهذا يتفق مع قانون حفظ الكتلة - 5 معرفة النسبة بين حجوم الغازات يمكن التعبير عن حجم الغاز بأية وحدة للحجم مثل لتر) L ( او مللتر )ml( أو سنتمتر مكعب ( 3 )cm 3L H 2 وهكذا بقية النسب. = N 2 H 2 الى النسبة بين حجم 1L N 2 وكما مر علينا سابقا في الفصل االول والثاني ان مول واحد من اي غاز يحتل حجما مقداره ) ml ( 22.4 L تحت الظروف القياسية وعليه يحسب حجم الغاز مقاس تحت الظروف القياسية )STP( بتطبيق القانون اآلتي : L )( 22.4 ( mol V)L( = n ) mol :N 2 نحسب حجم V N2 = 1 ) mol ( 22.4 ) L ( = 22.4 L mol :H 2 نحسب حجم V H2 = 3 ) mol ( 22.4 ) L ( = 67.2 L mol :NH 3 نحسب حجم V NH3 = 2 ) mol ( 22.4 ) L ( = 44.8 L mol مجموع حجوم الغازات المتفاعلة : 22.4 L N L H 2 = 89.6 L 44.8 L NH 3 حجم الغاز الناتج ال يشترط ان تتساوى حجوم الغازات المتفاعلة مع حجوم الغازات الناتجة وذلك بسبب اختالف كثافات الغازات. تمرين )2-3( احسب حجم ثالث موالت من غاز ثنائي اوكسيد الكاربون وmol 2.75 من غاز كبريتيد الهيدروجين بوحدة اللتر تحت الظروف القياسية.)STP( 69

70 4-3 احلسابات باستخدام املعادالت الكيميائية حساب عدد املوالت : يمكن حساب عدد الموالت المجهولة الية مادة متفاعلة او ناتجة في معادلة التفاعل من عدد موالت مادة اخرى معلومة في المعادلة الكيميائية الموزونة ومن نسبة عدد الموالت للمادتين من معادلة التفاعل الموزونة والتي تساوي : عدد موالت المادة المجهولة عدد موال ت المادة المعلومة مثال : للتفاعل اآلتي : تفاعل تقطير الماء على الصوديوم تفاعل شديد يؤدي الى تحرر غاز الهيدروجين واشتعاله مباشرة. 2Na )s( + 2H 2 O )l( 2NaOH )aq( + H 2)g( Na من mol الناتجة من تفاعل H 2 احسب : أ : عدد موالت NaOH 0.75 من mol الالزمة لتكوين H 2 ب : عدد موالت O الحل : 0.75 mol NaOH و Na mol المعلوم : mol H 2 O و mol H 2 المجهول : أ - معامل التحويل : mol Na mol H 2 1 mol H 2 2 mol Na H 2 الناتجة من تفاعل mol من Na تساوي عدد موالت = mol Na 1 mol H 2 = mol H 2 mol Na 2 ب - معامل التحويل : mol H 2 O mol NaOH 2 mol H 2 O 2 mol NaOH H 2 الالزمة لتكوين 0.75mol من NaOH تساوي عدد موالت O NaOH = 0.75 mol 2 mol H 2 O 2 mol NaOH = 0.75 mol H O 2 70

71 مثال : يتكون كلوريد الصوديوم بواسطة التفاعل التالي الحاصل بين الصوديوم والكلور : 2Na )s( + Cl 2 )g( 2NaCl )s( ما عدد موالت NaCl الناتجة من تفاعل 3.4 mol من الكلور تفاعال تاما مع الصوديوم. الحل : المعلوم : Cl 3.4 mol 2 المجهول : NaCl mol معامل التحويل : mol Cl 2 mol NaCl 2 mol NaCl 1 mol Cl 2 عدد موالت NaCl تساوي = 3.4 mol Cl 2 2 mol NaCl = 6.8 mol NaCl 1 mol Cl 2 تمرين )3-3( التفاعل اآلتي: 4Al )s( + 3O 2 )g( 2 Al 2 O 3 )s( يمثل التفاعل تأكسد االلمنيوم في الهواء وتكوين طبقة من اوكسيده والتي تقي االلمنيوم من استمرار التأكسد أ - اكتب ثالث عالقات تعبركلواحدة منها عن النسبة بين موالت مادتين في المعادلة. ب - احسب عدد موالت Al الالزمة Al 2 O 3 لتكوين 3.7mol من O 2 الالزمة ج - احسب عدد موالت للتفاعل مع 14.8mol من. Al مثال : كم عدد موالت اوكسيد الصوديوم التي يمكن تحضيرها من تفاعل 4.8 mol من الصوديوم حسب المعادلة الموزونة االتية : 4Na )s( + O 2 )g( 2Na 2 O )s( الحل : Na 4.8 mol المعلوم : mol Na 2 O المجهول : معامل التحويل : mol Na mol Na 2 O 2 mol Na 2 O 4 mol Na Na 2 الناتجة من تفاعل 4.8 mol من الصوديوم تساوي عدد موالت O Na = 4.8 mol 2 mol Na 2 O = 2.4 mol Na 2 O 4 mol Na 71

72 : حساب كتل املواد نحتاج الى تطبيق ثالث خطوات هي: الخطوة االولى : نحسب عدد موالت المادة التي كتلتها معلومة في المعادلة ولنفترض انها المادة A وذلك من حساب كتلتها المولية اوال من جدول الكتل الذرية للعناصر ثم نطبق القانون اآلتي لحساب عدد موالتها : m )g( = )mol( n M )g/mol( الخطوة الثانية : نحسب عدد الموالت المجهولة للمادة االخرى ولنفترض انها B من عدد موالت المادة المعلومة A وبتطبيق القانون االتي: موالت المادة = الموالت المعلومة للمادة نسبة الموالت او حسب المخطط االتي : النسبة المولية عدد موالت B عدد موالت A الكتلة المولية ل B الكتلة المولية ل A كتلة A كتلة B الخطوة الثالثة : نحسب الكتلة المجهولة للمادة B وذلك من حساب كتلتها المولية اوال من جدول الكتل الذريةومن عدد موالتها المحسوبة في الخطوة الثانية وبتطبيق القانون اآلتي: m )g( = n )mol( M )g/mol( مالحظة : - 1 يمكن االستغناء عن تطبيق الخطوة االولى والبدء بتطبيق الخطوة الثانية مباشرة اذا كان المعلوم في المعادلة عدد موالت المادة بدال من كتلتها. - 2 يمكن االستغناء عن تطبيق الخطوة الثالثة اذا كان المجهول في المعادلة عدد موالت المادة وليس كتلتها. 72

73 مثال : C 8 H 18 CO 2 الناتجة من حرق 500 g من احسب عدد غرامات حسب المعادلة االتية : 2 C 8 H 18 )g( + 25 O 2 )g( 16 CO 2 )g( + 18 H 2 O )g( الحل : 500 g تساوي C 8 H 18 المعلوم : كتلة 16 mol CO 2 نسبة الموالت = 2 mol C 8 H 18 CO 2 المجهول: عدد غرامات C 8 من جدول H 18 الخطوة االولى : نحسب اوال الكتلة المولية ل تمرين )4-3( يحترق ثنائي كبريتيد الكاربون في االوكسجين حسب المعادلة االتية : CS 2)l( +3O 2)g( CO 2)g( +2SO 2)g( كم موال يتكون من كل ناتج عند O 2 تفاعلg 48.0 من M ) C 8 H 18 ( = ) 8 12 ( + )18 1 ( = 114 g/mol الكتل الذرية للعناصر. ثم نحسب عدد موالت C H بتطبيق القانون االتي: 8 18 m )g( = )mol( n M )g/mol( 500 g = ( mol n ) 114 g/mol = 4.39 mol C H 8 18 CO 2 الناتجة من تفاعل الخطوة الثانية: نحسب عدد موالت g C 8 H 18 mol C 8 H mol من C H وبتطبيق القانون : 8 18 C 8 نسبة عدد الموالت للمادتين H 18 = CO 2 عدد موالت موالت mol CO 2 16 mol CO n ) mol ( = 4.39 mol C 8 H mol C 8 H 18 = mol CO 2 الخطوة الثالثة: نحسب اوال الكتلة المولية ل CO 2 من جدول g CO 2 الكتل الذرية M ) CO 2 ( = ) 1 12 ( + ) 2 16 ( = 44 g/mol ثم نحسب كتلة CO من تطبيق القانون 2 m )g( = n )mol( M )g/mol( g m ) g ( = mol CO 2 = 1545 g CO 44 mol CO

74 مثال : احد مكونات االمطار الحامضية هو حامض النتريك الذي تمرين )5-3( يحضر الفسفور صناعيا من تفاعل فوسفات الكالسيوم وثنائي اوكسيد السليكون والفحم في فرن كهربائي حسب المعادلة اآلتية : 2Ca 3 )PO 4 ( 2 + 6SiO C 6CaSiO CO + P 4 احسب: P 4 الناتجة من تفاعل أ: عدد غرامات Ca 3 )PO 4 ( mol من P 4 الناتجة من تفاعل ب: عدد موالت Ca 3 )PO 4 ( g من NO 2 مع االوكسجين وماء االمطار وحسب يتكون نتيجة تفاعل التفاعل االتي : 4 NO 2 )g( + O 2 )g( + 2 H 2 O )l( 4 HNO 3 )aq( NO 2 مع كمية ماهي كمية HNO الناتجة من تفاعل 1500 g من 3 كافية من االوكسجين والماء الحل : 1500 g تساوي NO 2 المعلوم : كتلة 4 mol HNO 3 نسبة الموالت = 4 mol NO 2 HNO 3 المجهول: كتلة NO 2 من جدول الخطوة االولى : نحسب اوال الكتلة المولية ل g NO 2 الكتل الذرية للعناصر. M ) NO 2 ( = ) 1 14 ( + )2 16 ( = 46 g/mol mol NO 2 mol HNO 3 g HNO 3 ثم نحسب عدد موالت NO بتطبيق القانون االتي : 2 m )g( = )mol( n M )g/mol( 1500 g n ) mol ( = = 32.6 mol NO 2 46 g/mol HNO 3 المتفاعلة مع الخطوة الثانية: نحسب عدد موالت 32.6 mol من NO وبتطبيق القانون : 2 HNO 3 موالت NO 2 عدد موالت = نسبة عدد الموالت للمادتين 4 mol HNO n ) mol ( = 32.6 mol NO 2 = 32.6 mol HN mol NO 2 الخطوة الثالثة: نحسب كتلة HNO من كتلته المولية g/mol( ) 63 3 وعدد موالتهوحسب االتي : g m ) g ( = 32.6 mol HNO 3 = 2054 g HNO 63 mol HNO

75 مثال : KClO 3 O 2 الناتجة من تسخين 1.65 g من احسب عدد موالت حسب المعادلة اآلتية : تمرين )6-3( 2KClO 3)s( 2KCl )s( + 3O 2)g( C 2 من H 2 يحضر غاز االستلين اضافة الماء الى كاربيد الكالسيوم الحل : CaC 2 حسب المعادلة اآلتية : 1.65 g تساوي KClO 3 المعلوم : 1 - كتلة 3 mol O - 2 نسبة عدد الموالت = 2 2 mol KClO 3 O 2 المجهول: عدد موالت KClO 3 من جدول الخطوة االولى: نحسب اوال الكتلة المولية ل CaC 2)s( + 2H 2 O )l( C2 H2)g( + Ca)OH(2)aq احسب : أ: عدد غرامات االستيلين الناتجة CaC 2 من تفاعل 5.2 g من CaC 2 الالزمة للتفاعل ب: عدد موالت H 2 مع 46.8 g من O الكتل الذرية M )KClO 3 ( = )1 39( + )1 35.5( + )3 16( = g/mol KClO 3 من تطبيق القانون: ثم نحسب عدد موالت m )g( = )mol( n M )g/mol( 1.65 )g( = )mol( n )g/mol( = mol KClO 3 استعمال غاز األستيلين لتوليد الشعلة األوكسي أسيتيلينية المستخدمة في قطع ولحم المعادن. O 2 من تطبيق القانون : الخطوة الثانية : نحسب عدد موالت O 2 عدد موالت KClO 3 عدد موالت = نسبة عدد الموالت 3mol n )mol(= mol KClO 3 2 O = 0.02 mol O 2 2 mol KClO 3 75

76 املادة املتفاعلة احملددة للناجت علمنا بان معادلة التفاعل الموزونة تعطينا النسبة بين عدد الموالت للمواد الناتجة وعدد الموالت للمواد المتفاعلة كما في التفاعل االتي : N 2 (g) + 3H 2 (g) 2 NH 3 (g) سحابة من غاز االمونيا المتكثف تحيط بسطح كوب زحل. استعمال امالح االمونيا كسماد نتروجيني اذ ان عنصر النتروجين في هذه االمالح يساهم في نمو النباتات. H 2 N 2 الى 3 mol من ان التفاعل يحصل بنسبة 1 mol من N 2 مع. NH 3 فعند اجراء التفاعل بخلط 1 mol من لتكوين 2 mol من H 2 فان المادتين تتفاعالن بشكل كامل الن نسبة موالتهما 3 mol من الموضوعة في التفاعل مطابقة الى نسبة موالتهما في المعادلة. NH 3 الكيميائية الموزونة وينتج من التفاعل 2 mol من 2 mol مثال N 2 اما اذا اجري التفاعل بوضع كمية كبيرة من 3 mol يتفاعل فقط مع N 2 H 2 فان 1 mol من مع 3 mol من N 2 غير NH 3 بينما يتبقى 1 mol من H 2 وينتج 2 mol من من N 2 يكون بكمية كبيرة النه ال يتفاعل بشكل متفاعل لذلك فان H 2 بالمادة المتفاعلة المحددة للناتج النه كامل بينما يدعى يتفاعل بشكل كامل وان عدد موالته الموضوعة في التفاعل تحدد عدد موالت المادة الناتجة. يمكن تعيين المادة المتفاعلة المحددة للناتج بالطريقة االتية : أ - نحسب نسبة عدد موالت المادة الناتجة الى عدد موالت كل مادة من المواد المتفاعلة المعبر عنها في المعادلة الكيميائية. ب - نضرب كل نسبة من هذه النسب في عدد موالت كل مادة متفاعلة وحسب المعادلة الكيميائية الموزونة. ج - المادة التي تعطي اقل عدد من موالت المادة الناتجة ستكون هي المادة المتفاعلة المحددة للناتج. لنطبق هذه الخطوات على التفاعل اعاله عند وضع 2 mol من. H 2 N 2 مع 3 mol من N 2 حسب معادلة التفاعل : أ - نسبة عدد موالت NH الى 3 2 mol NH 3 1 mol N 2 نسبة عدد موالت H 2 حسب معادلة التفاعل الموزونة: NH 3 الى 2 mol NH 3 3 mol H 2 76

77 H 2 N 2 و ب - نضرب النسب في عدد الموالت الموضوعة من وحسب االتي : 2 mol N 2 2 mol NH 3 = 4 mol NH 3 1 mol N 2 2 mol NH 3 mol H 2 3 = 2 mol NH 3 mol H 3 2 H 2 اقل من تلك NH 3 الناتجة من تفاعل ج - بما ان عدد موالت N 2 لذا فالهيدروجين هو المادة المتفاعلة الناتجة من تفاعل المحددة لناتج االمونيا. مثال : افترض التفاعل االتي : Ti )s( + 2Cl 2 )g( TiCl 4 )s( فاذا ماتم مزج 1.8 mol من التيتانيوم Ti و 3.2 mol من الكلور. Cl 2 ماهي المادة المتفاعلة المحددة للناتج الحل : المعلوم : - 1 عدد موالت Ti تساوي 1.8 mol 3.2 mol تساوي Cl 2-2 عدد موالت المجهول : TiCl 4 المادة المتفاعلة المحددة للناتج 1 mol TiCl 4 النسبة بين عدد موالت TiCl الى Ti في التفاعل 4 1 mol Ti 1 mol TiCl 4 Cl 2 في التفاعل النسبة بين عدد موالت TiCl الى 4 2 mol Cl 2 Ti الناتجة من تفاعل TiCl 4 عدد موالت 1 mol TiCl 4 Ti 1.8 mol = 1.8 mol TiCl 4 1 mol Ti Cl 2 TiCl 4 الناتجة من تفاعل عدد موالت 1 mol TiCl 3.2 mol Cl 2 4 = 1.6 mol TiCl 4 2 mol Cl 2 تمرين )7-3( Mg 3 من N 2 يحضر نتريد المغنيسيوم تفاعل المغنيسيوم مع النتروجين حسب المعادلة اآلتية : 3 Mg )s( + N 2 )g( Mg 3 N 2 )s( وعند اجراء التفاعل بخلط 4.0 mol من N 2 مع 6.0 mol من Mg وبدرجة حرارة معينة فان وعاء التفاعل يحتوي على خليط من المواد يتفق مع احد االجوبة اآلتية : Mg 1.0 mol و Mg 3 N 2 أ - mol 4.0 غير متفاعل. N mol و Mg 3 N 2 ب - mol 2.0 غير متفاعل. N mol و Mg 3 N 2 ج - mol 6.0 غير متفاعل. mol Ti mol TiCl 4 mol Cl 2 mol TiCl 4 بما ان عدد موالت TiCl الناتجة من تفاعل 3.2 mol من Cl اقل 2 4 من تلك الناتجة من تفاعل 1.8 mol من Ti فالمادة Cl هي المادة 2 المتفاعلة المحددة للناتج. 77

78 مثال : يحضر كلوريد الصوديوم من تفاعل الصوديوم مع الكلور حسب المعادلة االتية : 2Na )s( +Cl 2)g( 2NaCl )s( تمرين )8-3( ثنائي اوكسيد السليكون ( الكوارتز( مادة غير نشطة عادة لكنها تتفاعل بسرعة مع فلوريد الهيدروجين حسب المعادلة االتية : SiO 2)s( + 4HF )g( SiF 4)g( +2H 2 O )l( فأذا اجري التفاعل بخلط 2.0 mol. SiO 2 من HF مع 4.5 mol من أ - ما المادة المتفاعلة المحددة للناتج ب - ماعدد موالت SiF الناتجة 4 mol Na mol NaCl أ - ما المادة المتفاعلة المحددة للناتج عند تفاعل 11.2 mol.cl 2 من Na مع 3.2 mol من ب - احسب عدد موالت NaCl الناتجة. الحل : المعلوم : - 1 عدد موالت Na يساوي 11.2 mol 3.2 mol يساوي Cl 2-2 عدد موالت المجهول : - 1 المادة المتفاعلة المحددة للناتج NaCl - 2 عدد موالت NaCl الناتجة. 2 mol NaCl النسبة بين عدد موالت NaCl الى Na في التفاعل 2 mol Na mol Cl 2 mol NaCl 2 mol NaCl Cl 2 في التفاعل النسبة بين عدد موالت NaCl الى 1 mol Cl 2 أ -عدد موالت NaCl الناتجة من 11.2 mol من Na 2 mol NaCl 11.2 mol Na = 11.2 mol NaCl 2 mol Na Cl 2 عدد موالت NaCl الناتجة من 3.2 mol من 3.2 mol Cl 2 2 mol NaCl = 6.4 mol NaCl 1 mol Cl 2 بما ان عدد موالت NaCl الناتجة من تفاعل Cl اقل من تلك 2 الناتجة من تفاعل Na فالمادة Cl هي المادة المتفاعلة المحددة 2 للناتج. Cl 2 ب - نحسب عدد موالت NaCl الناتجة من تفاعل 3.2 mol من النها المادة المتفاعلة المحددة للناتج وكما في اعاله : 3.2 mol Cl 2 mol NaCl 2 = 6.4 mol NaCl 1 mol Cl 2 78

79 79 : حساب حجوم الغازات نتبع الخطوات التالية عندما نريد ان نحسب حجوم الغازات في المعادلة الكيميائية. الخطوة االولى : نحسب عدد موالت المادة من كتلتها التي تعطى في السؤال وذلك بتطبيق القانون االتي: m )g( = )mol( n M )g/mol( او نحسب عدد موالت المادة من حجمها الذي يعطى في السؤال اذا كانت بشكل غاز وذلك بتطبيق القانون العام للغازات : n )mol( = PV RT او نحسب عدد موالت الغاز اذا كان حجمه مقاس تحت الظروف القياسية )STP( وبتطبيق القانون : V )L( ) at STP( = )mol( n 22.4 )L/mol( الخطوة الثانية : نحسب عدد موالت المادة المطلوبة في السؤال من عدد موالت المادة المحسوبة في الخطوة االولى وبنفس الطريقة السابقة. الخطوة الثالثة : نحسب كتلة المادة المطلوبة في السؤال من عدد موالتها المحسوبة في الخطوة الثانية ومن تطبيق القانون : m )g(= n )mol( M )g/mol( او نحسب حجم الغاز من عدد موالته المحسوبة في الخطوة الثانية ومن تطبيق القانون : nrt V)L(= p ويمكن حساب حجم الغاز تحت الظروف القياسية )STP( بتطبيق القانون : V )L( = n )mol( 22.4 )L/mol( كما ويمكن حساب حجم الغاز المجهول في السؤال من حجم غاز آخر معلوموذلك باستخدام النسبة بين حجمي الغازين في معادلة التفاعل الموزونة على ان تكون الحجوم مقاسة تحت نفس الظروف من درجة حرارة وضغط.

80 ٹمثالٹ 3 ٹ-ٹ 9 ٹ: يتحدٹ غازٹ احاديٹ اوكسيدٹ النتروجينٹ NOٹ معٹ الاوكسجينٹ NOٹ 2 لتكوينٹ غازٹ بنيٹ اللونٹ منٹ ثناي يٹ اوكسيدٹ النتروجينٹ حسبٹالمعادلةٹالا تية: 2NO (g) Oٹ+ٹ 2 (g) ٹ 2 ٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹ NO 2 (g) ٹ ٹ Oٹمعٹكميةٹكافيةٹ 2 NOٹالناتجٹمنٹتفاعلٹL 2 34 ٹمنٹ احسبٹحجمٹ ٹ علما ٹبانٹالحجومٹمقاسةٹتحتٹ( STP )ٹ. منٹNO ٹالح ٹالمعلومٹ: لٹ:ٹ 34 Oٹٹمقاساٹفيٹ( STP )ٹيساويٹL 2 ٹحجمٹٹ ٹالمجهولٹ:ٹ NOٹالناتج 2 ٹحجمٹ ٹ 2 Oٹفيٹالتفاعلٹ ٹ الى NO 2 ٹالنسبةٹبينٹعددٹمولاتٹ تلوثٹ الهواءٹ بغازٹ ثناي يٹ اوكسيدٹ NO )ٹذوٹاللونٹالبنيٹ 2 النتروجينٹ( يشكلٹخطرا ٹعلىٹالحياة. 2 mol NO 2 1 mol O 2 ٹ ٹ وبماٹ انٹ الحجومٹ تتناسبٹ تناسبا ٹ طرديا ٹ معٹ عددٹ المولاتٹ اذاٹ كانتٹجميعهاٹمقاسةٹتحتٹنفسٹالظروفٹفيٹ( STP )ٹلذلكٹفا نٹ ٹتمرينٹ( 9-3 ) P )ٹمعٹالهيدروجينٹ 4 يتفاعلٹالفسفور( PHٹ 3 حسبٹ لتكوينٹ غازٹ الفوسفينٹ المعادلةٹالاتية P 4 (s) ٹ ٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹ( 2(g 6Hٹ+ 4 PH 3(g) PHٹ 3 الناتجٹ منٹ تفاعلٹ احسبٹ حجمٹ Hٹٹٹ ٹ L النسبةٹبينٹالحجومٹستكونٹ:ٹ 2L NO 2 1L O 2 NOٹمساويا ٹالىٹ: 2 وعليهٹسيكونٹحجمٹ 2L NO V 34 ٹ=ٹ( L ) L O 2 ٹ*ٹ 2 68 ٹ= L NO 1L O 2 2 مثالٹ 3 ٹ-ٹ 10 ٹ: Oٹمقاساٹفيٹ( STP )ٹالذيٹيمكنٹالحصولٹعليهٹ 2 احسبٹحجمٹ KNOٹٹٹحسبٹالمعادلةٹالا تية: 3 منٹتسخينٹmol 3.5 من 2KNO 3(s) 2KNOٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹٹ 2(s) (g)2 Oٹ+ ٹالح لٹ:ٹ KNO 3 المعلومٹ:ٹ ٹmol 3.5 من ٹالمجهولٹ:ٹ Oٹمقاساٹفيٹ( STP )ٹ 2 ٹحجمٹ ٹ 3 KNOٹفيٹالتفاعلٹ 1 mol O 2 ٹ الى O 2 النسبةٹبينٹعددٹمولاتٹ 2 mol KNO 3 ٹ 80

81 لذا فعدد موالت O الناتجة من تفكك 3.5 mol من KNO هو : mol O n)mol( =3.5 mol KNO 3 2 = 1.75 mol O 2 2 mol KNO 3 O 2 مقاس في )STP( من تطبيق القانون احسب حجم V )L ( = n )mol ( 22.4 L 1 mol mol = L 1 mol = 39.2 L مثال : احسب عدد موالت ذرات النحاس التي تنتج من تفاعل H 2 تحت )STP( مع كمية كافية من CuO حسب 4250 ml من المعادلة اآلتية: CuO )s( + H 2)g( Cu )s( + H 2 O )l( الحل : المعلوم: 4250 ml يساوي )STP( في H 2 حجم المجهول : عدد موالت Cu L الى وحدة ml من وحدة H 2-1 نحول حجم 1L H2 V )L ( =4250 ml 1000 ml = L H 2-2 احسب عدد موالت H من حجمه المقاس في )STP( وذلك 2 بتطبيق القانون V )L( at STP = ( )mol n 22.4 )L/mol( L n )mol( = = 0.19 mol H )L/mol( H 2 ومن - 3 احسب عدد موالت Cu الناتجة من تفاعل 0.19 mol من استخدام نسبة عدد الموالت من المعادلة : عدد الموالت = عدد الموالت المعلومة نسبة عدد الموالت 1 mol Cu n)mol( =0.19 mol H mol Cu = 1 mol H 2 تمرين )10-3( N 2 المستخدم H 4 يحترق الهيدرازين كوقود للصاروخ حسب المعادلة االتية : N 2 H 4)l( +O 2)g( N 2)g( +2H 2 O )g( N 2 تحت )STP( الناتج احسب حجم N 2 مع كمية H 4 من تفاعل 1.0 kg من كافية من االوكسجين. استعمال الهيدرازين كوقود للصاروخ 81

82 مثال : يتفكك 0.4 mole من كلورات البوتاسيوم بالحرارة حسب تمرين )11-3( NH 4 NO 3 تتفكك نترات االمونيوم بالحرارة العالية حسب المعادلة االتية : 2NH 4 NO 3)s( 2N 2)g( +4H 2 O )g( +O 2)g( احسب الحجم الكلي للغازات مقاس تحت )STP( والناتجة من تفكك 34 g من. NH NO 4 3 المعادلة االتية 2KClO 3 )s( 2KCl )s( +3O 2)g( 760 Torr وتحت ضغط 27 C بدرجة Oالمتحرر 2 احسب حجم الحل : المعلوم : عدد موالت KClO يساوي 0.4 mol 3 المجهول :. 760 Torr وتحت ضغط 27 C بدرجة O 2 حجم - 1 احسب درجة الحرارة بوحدات كلفن T )K( = 27 C = 300 K KClO 3 O 2 الناتجة من تفكك 0.4 من mol - 2 احسب عدد موالت ونسب عدد الموالت. 3 mol O n)mol( =0.4 mol KClO 3 2 = 0.6 mol O 2 2 mol KClO 3 تمرين )12-3( للتفاعل اآلتي: Mg 3 N 2)s( + 6H 2 O )l( 3Mg)OH( 2)s( + 2NH 3)g( احسب أ - عدد غرامات نتريد المغنيسيوم Mg 3 الالزمة لتكوين 5.75 L من N 2 االمونيا عند )STP(. )OH( 2 Mg الناتجة. ب - عدد موالت O 2 بدرجة حرارة 300 K وضغط ( 1atm علما ان - 2 احسب حجم ) 1atm = 760 Torr من تطبيق القانون العام للغازات. = V nrt p L. atm 0.6 mol K = )L( V K. mol = L O 2 1 atm النسبة املئوية للناجت Percent yield عند حساب كتلة المادة الناتجة من معادلة التفاعل الكيميائي الموزونة ومن الكتلة المعلومة لمادة متفاعلة فان هذه الكتلة تسمى بالناتج النظري ( yield ) Theoretical وعند اجراء تجربة عملية لتحضيرها وقياس كتلتها عمليا فان هذه الكتلة تسمى بالناتج الحقيقي )الفعلي ) ( yield )Actual. 82

83 انتاج الحقول يقاس بالنسبة المئوية لالنتاج ألن ظروف االنتاج تختلف من سنة الى اخرى وان االنتاج الفعلي يختلف عن االنتاج المتوقع )النظري(. يكون الناتج الحقيقي )الفعلي ) دائما اقل من الناتج النظري بسبب : - 1 عدم اكتمال التفاعل بين المواد المتفاعلة. - 2 عند استعمال مواد غير نقية تحصل تفاعالت جانبية ينتج عنها مواد غير مرغوب فيها. - 3 فقدان كمية من المادة الناتجة عند اجراء عملية الترشيح أو عند نقلها من وعاء الى آخر. - 4 عدم دقة قياس كتل المواد المتفاعلةوالناتجة. تحسب النسبة المئوية للناتج من تطبيق القانون االتي : = yield percent Actual yield 100% Theoretical yield الناتج الحقيقي )الفعلي( 100% = النسبة المئوية للناتج الناتج النظري مثال : افترض التفاعل االتي : 2Al )s( + 3Cl 2 )g( 2AlCl 3 )s( احسب النسبة المئوية لكلوريد االلمنيوم الناتج من تفاعل 139. g اذا علمت ان كتلته المنتجة فعليا تساوي Al من 1.5 mol الحل : المعلوم : mol 1.5 من Al AlCl 3 المجهول : النسبة المئوية النتاج AlCl 3 باستخدام نسبة عدد الموالت في نحسب عدد موالت المعادلة الموزونة. 2 mol AlCl 3 Al n)mol( =1.5 mol = 1.5 mol AlCl 3 2 mol Al AlCl 3 الناتجة نظريا من عدد الموالت المعلومة نحسب كتلة ) M )AlCl 3 ( = g/mol ( AlCl 3 والكتلة المولية ل m )g( = n )mol( M )g/mol( = 1.5 mol g/mol = g وعليه فالنسبة المئوية للناتج هي 139 g % AlCl 3 = 69.4% 100% = g 83

84 مثال : تتفكك كاربونات الكالسيوم بالحرارة حسب المعادلة االتية : CaCO 3 )s( CaO )s( + CO 2 )g( - 1 ما كتلة CaO المحسوبة نظريا والتي تنتج من تسخين CaCO g من - 2 احسب النسبة المئوية النتاج CaO اذا كانت كتلته المنتجة تمرين )13-3( يتفاعل 1.68 g من الكادميوم مع حامض الهيدروكلوريك المخفف حسب المعادلة االتية : Cd )s( + 2HCl )aq( CdCl 2)s( +H 2)g( - 1 احسب عدد غرامات الهيدروجين الناتجة - 2 احسب النسبة المئوية النتاج الهيدروجين اذا كان انتاجه الفعلي يساوي g تمرين )14-3( يتفاعل 7.31 g من الحديد مع 0.3 mol من حامض الهيدروكلوريك المخفف حسب المعادلة االتية : Fe )s( + 2HCl )aq( FeCl 2 )s( + H 2 )g ( - 1 احسب عدد غرامات الهيدروجين الناتجة. - 2 احسب النسبة المئوية النتاج الهيدروجين اذا كان انتاجه الحقيقي يساوي 0.22 g CaCO 3 تساوي فعليا تساوي 13.1 g علما بان الكتلة المولية ل. 56 g/mol تساوي CaO و ل 100 g/mol الحل : المعلوم : 24.8 g = CaCO 3-1 كتلة - 2 الناتج الفعلي ل CaO يساوي 13.1 g CaCO 3 تساوي 100 g/mol و ل CaO تساوي - 3 الكتلة المولية ل 56 g/mol المجهول : - 1 الناتج النظري ل CaO - 2 النسبة المئوية النتاج CaO CaCO 3 الى موالت - 1 حول كتلة 24.8 )g( = )mol( n 100 )g /mol( = 0.25 mol CaCO 3 CaCO 3-2 احسب عدد موالت CaO الناتجة من 0.25 mol من باستخدام النسب المولية في المعادلة الموزونة mol CaCO 3 1mol CaO = 0.25 mol CaO 1mol CaCO 3-3 احسب كتلة 0.25 mol من CaO )الناتج النظري( m )g( = 0.25 )mol( 56 )g /mol( = 14 g CaO - 4 احسب النسبة المئوية النتاج CaO بتطبيق القانون 100% = النسبة المئوية للناتج الناتج الحقيقي )الفعلي( الناتج النظري 13.1g = 93.6% 100% = CaO % 14.0g 84

85 اسئلة الفصل الثالث مالحظة: عند الحاجة للكتل الذرية في بعض االسئلة راجع ذلك في جداول نهاية الكتاب 1.3 يتفاعل 1.26 mol من النحاس مع 0.8 mol من الكبريت لتكوين كبريتيد النحاس حسب المعادلة اآلتية : أ - ما هي المادة المتفاعلة المحددة للناتج عند تفاعل HCl 6 g مع Mg 5 g MgCl 2 الناتجة. ب - ما عدد موالت. )STP( الناتج في H 2 )s( 2Cu ج - ما حجم + S )s( Cu 2 S )s( د - احسب كتلة MgCl الناتجة. 2 H 2 الناتج عند درجة حرارة ه - ما حجم. 2.5 atm وضغط 37 C 5.3 يحترق االستلين بتفاعله مع االوكسجين لتوليد الشعلة االوكسي استيلينية حسب أ - ما المادة المتفاعلة المحددة للناتج. ب- احسب عدد موالت المادة المتبقية بدون تفاعل. 2.3 ي نتج الحديد من تفاعل اختزال اوكسيد الحديد Fe O III بواسطة غاز احادي اوكسيد 2 3 الكاربون حسب المعادلة اآلتية : المعادلة اآلتية : 4CO 2)g( + 2H 2 O )g( 2Fe )s( + 3CO 2 )g( 2C 2 H 2)g( + 5O 2)g( Fe 2 O 3)s( + 3CO )g( أ - ما اعلى كتلة للحديد يمكن الحصول احسب : O 2 مقاس في )STP( الالزم للتفاعل أ - حجم مع 55 g مع االستيلين. CO 2 الناتجة من التفاعل. ب - عدد جزيئات 6.3 للتفاعل اآلتي P 4)s( + 6F 2)q( 4PF 3)g( 6.02 g الالزمة للتفاعل مع F 2 عدد غرامات P 4 هي: من أ - g 2.85 ب - g 5.70 ج - g 11.4 د - g 37.2 صناعيا 7.3 يحضر كحول المثيل OH من تسخين غاز احادي اوكسيد الكاربون مع الهيدروجين تحت ضغط عال وبوجود عامل Cr 2 واوكسيد O 3 مساعد من اوكسيد الكروم الخارصين ZnO وحسب المعادلة اآلتية : CO )g( + 2H 2)g( OH )g( الناتج عند تفاعل أ - احسب حجم OH. H L من CO مع 80.0 L من عليها من اختزال 454 g من اوكسيد الحديد. ب - ما كتلة CO الالزمة لعملية االختزال. ج - ما النسبة المئوية النتاج الحديد اذا كانت كتلته المنتجة فعليا تساوي g 3.3 يتفاعل 50.0 g من ثنائي اوكسيد SiO 2 مع كمية كافية من الكاربون السليكون حسب المعادلة اآلتية: SiO 2)s( + 3C )s( SiC )s( + 2CO )g( احسب : أ - عدد غرامات كاربيد السليكون SiC الناتجة. ب - عدد غرامات احادي اوكسيد الكاربون CO الناتجة. 4.3 يحضر غاز الهيدروجين من تفاعل المغنيسيوم مع حامض الهيدروكلوريك المخفف حسب المعادلة اآلتية: H 2 غير المتفاعل. ب - ما حجم غاز CO او Mg )s( + 2HCl )aq( MgCl 2 )aq(( + H 2)g( 85

86 12.3 افترض التفاعل االتي: 2NiS 2 )s( + 5O 2 )g( 2NiO )s( + 4SO 2 )g( NiS 2 لتتفاعل مع عند استعمال 11.2 g من O 2 ثم الحصول على 4.86 g من 5.43 g من. NiO جد: أ - المادة المتفاعلة المحددة للناتج. ب - الناتج النظري ل. NiO ج - النسبة المئوية لناتج التفاعل افترض التفاعل االتي : CaO )S( + CO 2)g( CaCO 3 خلط كيميائي 14.4 g من CaO مع 13.8 g CO 2 وبعد انتهاء التفاعل جمع هذا من. CaCO 3 اوجد المادة الكيميائي 19.4 g من المتفاعلة المحددة للناتج والناتج النظري والنسبة المئوية للناتج لهذا التفاعل. 8.3 للتفاعل اآلتي: 3Cl 2)g( + 6KOH )aq( 5KCl )aq( +KClO 3)aq( + 3H 2 O )l( KClO 3 الناتجة من تفاعل احسب عدد موالت.)STP( من الكلور مقاس في 24.7 L 14.3 اكتب ثالث عالقات تعبر عن النسبة بين عدد الموالت للمواد في المعادلة االتية: 2Fe )s( + 3S Fe )s( 2 S 3 )s( 9.3 افترض التفاعل االتي بين الرصاص الصلب ومحلول نترات الفضة: Pb + 2AgNO Pb)NO ( + 2Ag )s( 3 )aq( 3 2 )aq( )s( أ - احسب عدد موالت نترات الفضة الالزمة للتفاعل بشكل تام مع 9.3 mol من الرصاص. ب - احسب عدد موالت Ag الناتجة من تفاعل 28.4 mol من الرصاص بشكل تام في التفاعل التالي احسب عدد الغرامات الناتجة من كل ناتج عند تفاعل الكميات ادناه بشكل تام : 2Al )s( + Fe 2 O 3 )s( Al 2 O 3)s( + 2Fe )s( أ - g 4.70 من Al Fe 2 O 3 ب - g 4.79 من 11.3 افترض التفاعل االتي: 2A + 3B C ما هي المادة المتفاعلة المحددة للناتج عند مزج الكميات التالية من A و B و 3 mol B A 2 mol أ - و 75 mol B A 24 mol ب - 86

87 الفصل الرابع الكيمياء العضوية Organic Chemistry 4 بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادرا على ان : - يفرق بين المركبات العضوية وغير العضوية. يبرز عالقة الترتيب االلكتروني لذرة الكاربون وقدرتها على تكوين اواصر تساهمية. يكتب الصيغة البنائية للتفريق بين المركبات العضوية المختلفة التي لها نفس الصيغة الجزيئية. تسمية المركبات العضوية المختلفة وفق نظام التسمية العام ايوباك. IUPAC يعرف الخواص الفيزيائية لاللكانات وااللكينات وااللكاينات. يصف السلسلة المتجانسة لمجموعة مركبات عضوية لها صيغة عامة وخواص كيميائية متشابهة وتظهر تدرجها في الخواص الفيزيائية. يميز بين المركبات المشبعة وغير المشبعة. يدرك اهمية بلمرة االثيلين في الصناعة وكذلك اهمية المركبات العضوية االخرى في الحياة اليومية. 87

88 1-4 مقدمة بدأ التاريخ الحديث للكيمياء العضوية مع بداية القرن التاسع عشر وقد وصف العالم فوهلر الذي كان ذا باع طويل في تطوير هذا العلم بانه غابة ذات حدود ال نهائية. لقد اتسع ميدان الكيمياء العضوية ومع ذلك اصبحت حدوده اكثر وضوحا كما ان فهم ما يجري فيه وادراك معانيه في تناول الجميع. تختص الكيمياء العضوية بدراسة مركبات الكاربون العضوية وطرائق تحضيرها وخواصها والتي تمس حياتنا اليومية مباشرة حيث ان هذه المركبات تدخل في الغذاء والدواء والكساء والوقود وتمتاز المركبات العضوية عن المركبات الالعضوية بصورة عامة بما يأتي : - 1 الكاربون عنصر اساس في تركيبها ويليه الهيدروجين وعناصر اخرى مثل االوكسجين و النتروجين و الكبريت و الفسفور. - 2 ان االواصر الكيميائية في المركبات العضوية تكون في الغالب تساهمية. - 3 معظم المركبات العضوية قابلة لالحتراقوالتجزأ بالتسخين لذا تعتبر أهم مصدر للطاقة. - 4 تفاعالت المركبات العضوية بصورة عامة بطيئة وانعكاسية. - 5 معظم المركبات العضوية تذوب في المذيبات العضوية تستخدم المركبات العضوية كوقود كالكحول وااليثر والبنزين واالسيتون والكلوروفورم. - 6 تتميز المركبات العضوية بوجود ظاهرة الجناس وهي ظاهرة ذات اهمية كيميائية وفيزيائية. 2-4 الترتيب االلكتروني لذرة الكاربون ان العدد الذري لذرة الكاربون هو ( 6 ) اي يوجد في غالفها الخارجي اربعة الكترونات اي انه نصف مشبع وبعبارة اخرى ال تستطيع ذرة الكاربون فقدان او اكتساب االلكترونات الشباع غالفها الخارجي ألنها ال تميل الى تكوين آيونات رباعية موجبة 88

89 C C C - C - C -C -C ( أ ) C C - C -C -C C C C C C - - C C C ( ج ) C - C = C - C C C C C كانت او سالبة ألن ذلك يتطلب طاقة كبيرة وعليه فان ذرة الكاربون تساهم بااللكترونات االربعة الشباع غالفها الخارجي عن طريق تكوين اربعة اواصر تساهمية وبهذه الصفة الفريدة لذرة الكاربون تصبح لها القدرة على تكوين عدد هائل من المركبات العضوية تكون إما بشكل : أ - سالسل كاربونية مستمرة غير متفرعة. ب - سالسل كاربونية متفرعة. ج - سالسل كاربونية مغلقة حلقية. د - سالسل كاربونية تحتوي على أواصر مزدوجة. ه - سالسل كاربونية تحتوي على أواصر ثالثية. ويوضح الشكل )1-4( االنواع المختلفة من السالسل الكاربونية. اصرة مزدوجة ( ب ) ( د ) C - C = C - C ( ه ) الشكل) 1-4 ( أ - سالسل كاربونية مستمرة غير متفرعة. ب - سالسل كاربونية متفرعة ج - سالسل كاربونية مغلقة حلقية د - سالسل كاربونية تحتوي على أصرة مزدوجة. ه - سالسل كاربونية تحتوي على أصرة ثالثية. 3-4 أملركبات الوسطية النشطة )Intermediate( خالل التفاعالت الكيميائية تنشأ اواصر وتنكسر اواصر اخرى ويؤدي انشطار االصرة الى تكوين مركبات وسطية ذات ثبات منخفض ( فعالية عالية ) ال تلبث ان تتفاعل مستكملة ما تحتاج اليه من ارتباطات جديدة وعليه فان هناك نوعان من االنشطارات: - 1 االنشطار المتجانس : هو انشطار او انكسار األصرة التساهمية بين ذرتين او مجموعتين بحيث يحتفظ كل جزء بالكترون واحد من الكترونات االصرة التساهمية وتكوين دقائق غير مشحونة ويسمى كل منها بالجذر A./.B الحر Radical( )Free. A + B جذر حر جذر حر اصرة ثالثية H H H H H C./.C H H C. +. C H H H H H 89-2 االنشطار غير المتجانس : هو انكسار االصرة التساهمية بين ذرتين او مجموعتين بحيث تحتفظ احداهما بزوج االلكترونات وتحمل الشحنة السالبة )ايون الكاربانيون( بينما تبقى االخرى حاملة للشحنة الموجبة )ايون الكاربونيوم(.

90 ايون الكاربانين A B A + + B - H H H H H C C H H C + + C - H ايون H H H H الكاربونيوم 4-4 الصيغة التركيبية أو البنائية وهي الصيغة التي تبين عدد ذرات كل عنصر في الجزيء الواحد وترتيبها في الفراغ اي كيفية ارتباط الذرات ونوعها وتكافؤها وان عدد األواصر المحيطة بكل ذرة تساوي تكافؤ تلك الذرة فالصيغة الجزيئية غالبا ماتفشل في تحديد نوعية المركب لوجود اكثر من مركب واحد يشترك في صيغة جزيئية C 2 تمثل كال من كحول H 6 واحدة فمثال الصيغة الجزيئية O األثيل وثنائي مثيل ايثر وهذا االختالف في الخواص جاء نتيجة االختالف في كيفية ترابط الذرات المكونة لجزيء المادة مع بعضها في الفضاء وتسمى هذه الظاهرة بالجناس وألجل التمييز بين هذه المركبات المختلفة يجب كتابة الصيغة التركيبية. C 2 H 6 O - O - ثنائي مثيل ايثر - CH 2 - OH كحول االثيل 5-4 الهيدروكاربونات Hydrocarbons هي مركبات عضوية تتكون من الكاربونوالهيدروجين فقط وتصنف )حسب كون السلسلة الكاربونية مغلقة او مفتوحة او حسب كون المركب مشبع او غير مشبع( الى ما يأتي : - 1 االلكانات او البارافينات هي مركبات مشبعة ذات اصرة ) C n وابسط مركباتها هو غاز H 2n+2 مفردة قانونها العام ( الميثان. CH 4 H H C H H جزيء غاز الميثان 90

91 - 2 األلكينات او االوليفينات وهي مركبات غير مشبعة ذات ) C n وابسط مركباتها هو H 2n اصرة مزدوجة قانونها العام (. C 2 H 4 األثيلين جزيء غاز االثيلين H H H C = C H - 3 األلكاينات او األستيلينات وهي مركبات غير مشبعة ذات اصرة ثالثية قانونها العام ( H ) C وابسط مركباتها هو n 2n-2 C 2 او )االيثاين(. H 2 األستيلين H C C H - 4 المركبات ذات السلسلة الكاربونية المغلقة او الحلقية منها المشبعة وتدعى األلكان الحلقي مثل الهكسان الحلقي او غير مشبعة فتدعى الكين حلقيوكذلك المركبات األروماتية او العطرية مثل البنزين ومشتقاته وفيما يأتي مخطط عام لتصنيف الهيدروكاربونات : جزيء غاز االستيلين جزيء البنزين الهيدروكاربونات مركبات ذات سلسلة كاربونية مفتوحة مركبات ذات سلسلة كاربونية مغلقة ( حلقية ) ( اليفاتية ) مشبعة غير مشبعة مشبعة غير مشبعة الكانات االلكينات االلكاينات الكانات االلكينات اروماتية حلقية حلقية عطرية CH CH CH 2 = CH 2 CH 4 مثل ميثان اثيلين استيلين هكسان حلقي هكسين حلقي بنزين 91

92 6-4 األلكانات أو البارافينات Alkanes هي هيدروكاربونات مشبعة اساس تركيبها ذرات الكاربون والهيدروجين التي ترتبط مع بعضها بأواصر تساهمية مفردة وقوية والقانون العام لها هو ( H ) C حيث ( n ) عدد صحيح n 2n+2 CH 4 واأليثان يمثل عدد ذرات الكاربون ومن امثلتها الميثان C 3 كما في االشكال التوضيحية االتية : H 8 C 2 والبروبان H 6 ميثان ايثان بروبان ويوضح الجدول اسماء وتراكيب االلكانات العشرة االولى: الجدول 1-4 اسماء والصيغ التركيبية لاللكانات العشرة االولى: عدد ذرات المقطع اسم الصيغة التركيبية الكاربون بالالتينية المركب للمركب CH 4 ميث ميثان C 1 - أيث أيثان C 2 -CH 2 - بروب بروبان C 3 -CH 2 -CH 2 - بيوت بيوتان C 4 -CH 2 -CH 2 -CH 2 - بنت بنتان C 5 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 - هكس هكسان C 6 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 - هبت هبتان C 7 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 - اوكت اوكتان C 8 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 - نون نونان C 9 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 - ديك ديكان C 10 تشكل افراد األلكانات متسلسلة متشاكلة وتعني مجموعة المركبات العضوية المستمرة المتشابهة في التركيب األساس والقانون العام وطرائق التحضير والخواص الكيميائية والمتدرجة في كتلها المولية وخواصها الفيزيائية والتي يختلف كل فرد فيها عن سابقه او الحقه بوحدة بنائية هي CH كما في السلسلة اعاله. 92

93 تمرين )1-4( الكاربون ذرات اصناف حدد والهيدروجين في المركب االتي : H H C C C H H أصناف ذرات الكاربون تصنف ذرات الكاربون حسب ارتباطها مع بعضها في المركبات الى األنواع اآلتية : - 1 ذرة الكاربون األولية وهي الذرة التي ترتبط بها ذرة كاربون H H C H C H واحدة اخرى مثل : - C - C - H H االيثان ذرة كاربون اولية - 2 ذرة الكاربون الثانويةوهي الذرة التي ترتبط بها ذرتا كاربون H H H فقط. H C H C H C H H - C - C- C - ذرة كاربون ثانوية البروبان - 3 ذرة الكاربون الثالثيةوهي الذرة التي ترتبط بها ثالث ذرات - C - كاربون اخرى - C - - C - C - C - H ايزو بيوتان ذرة كاربون ثالثية ) 4 ذرة الكاربون الرابعية وهي الذرة التي ترتبط بها أربع ذرات كاربون اخرى - C - نيو بنتان - C - - C - C - C - - C - ذرة كاربون رابعية كذلك فان نوع ذرة الهيدروجين يرتبط بنوع ذرة الكاربون المرتبطة معها فالهيدروجين المرتبط بذرة كاربون أولية يسمى هيدروجين اوليوالذي يرتبط بذرة كاربون ثانوية يسمى بالهيدروجين الثانوي وبنفس الطريقة هناك هيدروجين ثالثي وال يوجد هيدروجين رابعي وال توجد ذرة كاربون خامسية... لماذا - CH 2 - CH - C - ثالثي ثانوي اولي 93

94 2-6-4 تسمية االلكانات ان االلكان الذي سلسلة الكاربون فيه مستمرة غير متفرعة له تسمية شائعة وقديمة تبدأ بالحرف n )نظامي Normal (ثم يذكر اسم االلكان المقابل مثل : - CH 2 - n - Propane )ن - بروبان( اما االلكان الذي يحتوي على المجموعة المتفرعة - CH - له تسمية شائعة وقديمة تبدأ بكلمة آيزو) iso ( ثم يذكر اسم االلكان المقابل مثل : - CH - ( Iso butane ايزو بيوتان ) اما االلكان الذي يحتوي على ذرة كاربونرابعية له ايضا تسمية شائعةوقديمة تبدأ بكلمة نيو )neo( ثم يذكر اسم االلكان المقابل مثل: - C - Neo Pentane )نيوبنتان( مجاميع االلكيل تعرف المجموعة المتبقية من االلكان بعد حذف ذرة C n H 2n+1 الهيدروجين منه بااللكيل )Alkyl( الذي قانونه العام والصيغة العامة )- R ) و يوضح الجدول )2-4( مجاميع االلكيل وااللكانات المشتقة منها. يكتب جذر االلكيل عادة بوضع اصرة تساهمية لالرتباط بدل ذرة الهيدروجين الذي فقدها االلكان وعلى الصورة االتية : C n H 2n+1 94

95 الجدول 2-4 مجاميع االلكيل وتسمياتها الكان Alkane الكيل Alkyl Methyl Methane CH 4 مثيل - ميثان Ethyl C 2 H 5 اثيل - - CH 2 - Ethane C 2 H 6 ايثان - Propyl C 3 H 7 بروبيل - n propyl - CH 2 - CH 2 - Propane C 3 H 8 بروبان n-propane - CH 2 - Iso Propyl - CH - ايزوبروبيل مثال 1-4 : ما الصيغة الجزيئية لاللكان الذي يتكون من 4 ذرات كاربون الحل : بما ان القانون العام لاللكانات ( H ) C n 2n+2 = n عدد ذرات الكاربون وتساوي 4 وان عدد ذرات الهيدروجين H 2n+2 = = 10 C4 ستكون الصيغة الجزيئية هي H10 هل تعلم ان الفرق بين االلكان ومجموعة االلكيل المشتقة منه هي ذرة هيدروجين واحدة وان اسم المجموعة اشتق من اسم االلكان بتغيير المقطع ( أن ) من اسم االلكان وابداله بالمقطع ( يل ) مثل بروبان يصبح بروبيل. تمرين )2-4( ما الصيغة الجزيئية لاللكان الذي يتكون من 10 ذرات كاربون نظام التسمية العام )ايوباك( IUPAC لاللكانات قواعد التسمية : 1- نختار اطول سلسلة كاربونية مستمرة من ذرات الكاربون ونبدأ بترقيم ذرات الكاربون من الطرف القريب القرب تفرع فيها ويعطى لها اسم االلكان المقابل بيوتان )Butane( - C - C - C - C - 2- نعين مواقع مجاميع االلكيل او المجاميع المعوضة بارقام ذرات الكاربون المرتبطة بها. H H H H H - C - C - C - C - H H H -C- H H H H 2-Methyl butane )2 - مثيل بيوتان( 95

96 3- عند وجود اكثر من مجموعة الكيلية او معوضة واحدة ترتب حسب الحروف الهجائية الالتينية عند التسمية. - 4 استخدام الفواصل بين االرقام ( ) والخط ( - ) بين الرقم واالسم في التسمية. 5 -للداللة على عدد المجاميع المعوضة المتماثلة )المتشابهة( نستخدم المقاطع االتية : ( mono ) احادي ( di ) ثنائي ( tri ) ثالثي ( tetra ) رباعي ( penta ) خماسي ولغرض فهم قواعد التسمية نورد االمثلة االتية : تمرين )3-4( اعط اسماء كل من الصيغ التركيبية االتية : ) 1 - C - CH - CH - Cl ) 2 CH 2 -CH 2 -CH-CH-CH 2 -CH C - 2,2-Dimethyl propane ثنائي مثيل بروبان C - CH - CH 2-2,2,3-Tri methyl pentane ثالثي مثيل بنتان CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH - 2 CH 2 تمرين )4-4( اكتب الصيغ التركيبية لكل من االسماء االتية ) 1 2 -كلورو - 2- مثيل بيوتان 5 3-Methyl heptane - 3 مثيل هبتان CH 2 - CH - CH - Cl ) ثنائي مثيل بنتان 2-Chloro-3-methyl pentane 2 -كلورو -3 - مثيل بنتان 96

97 5-6-4 اجلناس Isomerism هي ظاهرة وجود مركبان ( أو اكثر ) في الطبيعة لهما نفس الصيغة الجزيئية لكنهما يختلفان في الخواص الفيزيائية والكيميائية بسبب اختالفهما في الصيغة التركيبية ( الهيكل C 4 حيث H 10 البنائي (. ويبتدأ الجناس من جزيء البيوتان هناك احتماالن الرتباط ذرات الكاربون مع بعضها األحتمال األول : ارتباط ذرات الكاربون بسلسلة مستمرة غير متفرعة - CH 2 - CH 2 - ن - بيوتان Butane( )n - االحتمال الثاني : ارتباط ذرات الكاربون بمجموعة متفرعة - CH مثيل بروبان propane( )2-Methyl اما في التسمية القديمة فيسمى آيزوبيوتان Iso butane كما تم ذكره في اعاله ونالحظ انه توجد صيغتان تركيبيتان مختلفتان تمرين )5-4( اكتب الصيغ التركيبية المتوقعة )المتجانسات( لاللكان الذي C 6 مع ذكر H 14 صيغته الجزيئية االسماء العامة اوالنظامية. لصيغة جزيئية واحدة للبيوتان وان المركبين الموجودين في الطبيعة يختلفان في الخواص الفيزيائية والكيميائية الختالف الصيغة التركيبية مثال 2-4 : اكتب متجانسات االلكان C H وسمها حسب التسمية النظامية الحل : C 5 له ثالث متجانسات H 12 المركب - CH 2 - CH 2 - CH 2 - ) 1 ن - بنتان -Pentane( )n ) 2 - CH - CH مثيل بيوتان butane( )2-Methyl ) 3 - C ثنائي مثيل بروبان propane( - Di methyl 2,2 ) 97

98 6-6-4 اخلواص الفيزيائية للا لكانات - 1 قابلية الذوبان : ان جزيئات األلكانات غير قطبية ال تذوب بالمذيبات القطبية كالماء لكنها تذوب في المذيبات العضوية ( غير القطبية ) كالبنزين ورباعي كلوريد الكاربون C 50 هل تعلم تذوب )تمتزج ) االلكانات في مذيبات غير قطبية كالزيوت والدهون. ولهذا السبب يكون من الخطر التعرض البخرة االلكانات اذ انها تسبب تلف انسجة الرئة النها تعمل على اذابة المواد الدهنية المكونة الغشية الخاليا الشكل) 2-4 ( العالقة بين درجة غليان االلكانات وعدد ذرات الكاربون فيها. تمرين )6-4( اي من المركبات التالية لها اعلى درجة غليان : 1 ( C 5 H 12 2 ( CH 4 3 ( C 8 H 18 4 ( C 2 H 6-2 درجة الغليان : تزداد درجة غليان األلكانات بأزدياد كتلتها المولية ونجد ان الميثان واأليثان والبروبان والبيوتان غازات في درجة حرارة الغرفة في حين ان البقية سوائل. وعندما تزداد كتلتها المولية اكثر فأكثر تزداد درجة الغليان اي عندما يصبح عدد ذرات الكاربون للجزيئة )18( ذرة فأكثر تصبح األلكانات مواد صلبة. ان هذا التأثير في درجة الغليان يعزى الى وجود قوى تجاذب فاندرفالز الضعيفة وهذه القوى تزداد مع صغر المسافة البينية بين الجزيئات ومع ازدياد الكتلة المولية لاللكانات ذات السلسلة المستمرة تزداد المساحة السطحية للجزيئات التي تؤدي الى زيادة قوة التجاذب. ولنفس السبب تكون درجة غليان األلكان ذو السلسلة الكاربونية المستمرة ( مثل البنتان المستمر( اعلى من نفس المركب ذو السلسلة الكاربونية المتفرعة مثل : ( 2 - مثيل بيوتان ) Creator : DragonArt dragonartz.wordpress.com 98

99 اخلواص الكيميائية للا لكانات : أ ) التفاعلية الكيميائية : األلكانات اقل تفاعلية من غيرها من المركبات العضوية لكونها مركبات مشبعة جميع اواصرها مفردة وقوية وتحتاج الى طاقة كبيرة لكسرها فهي ال تتفاعل في الظروف االعتيادية مع الحوامض المركزة كحامض الكبريتيك وحامض النتريك وال مع القواعد القوية كهيدروكسيد الصوديوم وال مع العوامل المؤكسدة كبرمنكنات البوتاسيوم. ب ) األحتراق : Combusion عند حرق االلكانات في الهواء حرقا تاما تعطي لهبا ازرقا غير داخن وتتحول الى ثنائي اوكسيد الكاربون وبخار الماء ويتحرر مقدار كبير من الطاقة الشكل )3-4( وهذا هو السبب في استعمالها كوقود لوسائل النقل والمحركات في الصناعة ويمكن كتابة المعادلة العامة الحتراق االلكانات كما يأتي : C n H 2n+2 + ) 3n+1( O 2 nco 2 + )n +1( H 2 طاقة حرارية + O 2 CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 طاقة حرارية + O ج ) التفكك او التكسير الحراري :Thermal Cracking تتحول االلكانات بتأثير الحرارة وبمعزل عن الهواء الى مركبات مشبعة وغير مشبعة وذلك بفصم السلسلة الكاربونية او بفقدان جزيئات الهيدروجين فمثال يتفكك البروبان ليعطي احتمالين مختلفين كما في المعادلة االتية : CH 4 + CH 2 = CH 2 -CH 2 - اثيلين ميثان بروبان -CH=CH 2 + H 2 هيدروجين بروبين تعتبر هذه التفاعالت من الخطوات المهمة في عملية تصفية النفط وفصله الى مكوناته النافعة كوقود الطائرات والسيارات والمحركات االخرى. وبمعزل عن الهواء ان هذا التفاعل هو في الحقيقة مجموعة من الخطوات الفرضية والفعلية التي تتكون بها مركبات وسطية تؤدي في النهاية الى المركب النهائي. ولمعرفة الخطوات الحقيقية للعملية البد ان نلجأ الى ما يسمى بميكانيكية التفاعل وهي : هل تعلم ان استخدام الوقود كمصدر رئيسي للطاقة ادى الى زيادة نسبة ثنائي اوكسيد الكاربون في طبقات الجو العليا مما ادى الى حدوث ظاهرة االحتباس الحراري وهي ظاهرة تؤدي الى حدوث تغييرات مناخية يترتب عليها تغيرات في تركيبة االنواع الحيوانيه والنباتية باالضافة الى االثار الصحيه السلبية على االنسان. بروبان الشكل) 3-4 ( احتراق االلكانات في CO 2 وبخار الماء الهواء ينتج غاز. H 2 O

100 االحتمال االول : حصول انشطار متجانس وتكوين مايسمى بالجذور الحرة ثم يعاني الجذر االكبر عادة انشطار متجانس من ذرة الكاربون المجاورة للتي عانت االنشطار االول وانتقال ذرة H الى الجذر االخر وتكوين اصرة مزدوجة في الجذر االكبر وعلى الصورة االتية : H H H H - C - C.. C - H.. H H H بروبان CH 4 + CH 2 =CH 2 اثيلين ميثان تمرين )7-4( اكتب نواتج التكسير الحراري ل ن - بيوتان. االحتمال الثاني : انشطار االصرة )H-C( لتكوين جذر حر ل H 2 اما الجزء H الذي يرتبط مع جذر حر اخر ل H ليكونا جزيء المتبقي فهو جزيء البروبين. H H H.. H - C - C - C - H H H H H H.... H - C - C - C - H + H H - C - C = C - H + H 2 H H H H H H بروبين هيدروجين H د ) تفاعالت التعويض ( األستبدال )Subtitution reactions : ونقصد به استبدال ذرة الهيدروجين في األلكان بذرة اخرى ) Br 2 فمثال عند تفاعل الميثان مع الكلور, Cl 2 كالهالوجين ( بوجود ضوء الشمس وبالتحديد االشعة فوق البنفسجية. ان هذا التفاعل ال يتوقف إال بعد استبدال جميع ذرات الهيدروجين في الميثان بذرات كلور CH 4 + Cl 2 ضوء الشمس -Cl + HCl كلوريد المثيل - Cl + Cl 2 CH 2 - Cl 2 + Cl 2 CHCl 3 + Cl 2 CH 2 -Cl 2 + HCl ثنائي كلورو ميثان CHCl 3 + HCl كلورو فورم CCl 4 + HCl رباعي كلوريد الكاربون ان تفاعالت التعويض من التفاعالت الرئيسة والمميزة لاللكانات. ويمكن ايقاف هذا التفاعل باضافة بعض المواد. 100

101 8-6-4 حتضير األلكانات في املختبر توجد عدة طرق لتحضير األلكانات في المختبر نذكر منها : - 1 بتسخين ملح الصوديوم للحامض الكاربوكسيلي -R COONa مع هيدروكسيد الباريوم او هيدروكسيد الصوديوم حيث نحصل على الكان له عدد ذرات كاربون اقل من عدد ذرات كاربون الحامض الكاربوكسيلي بواحدة. فمثال : عند تسخين خالت الصوديوم مع هيدروكسيد الصوديوم نحصل على غاز الميثان -COONa + NaOH CH 4 + Na 2 CO 3 الميثان ) مع CH 2 ولو تم تسخين بروبانوات الصوديوم COONa( )OH( 2 Ba لتم الحصول على االيثان حسب هيدروكسيد الباريوم التفاعل االتي : ايثان 2 CH 2 COONa + Ba )OH( BaCO 3 + Na 2 CO 3 بروبانوات الصوديوم - 2 يحضر االلكان بطريقة كاشف كرينيارد R MgX حيث ان تمرين )8-4( حضرغازالبيوتان من ملح الصوديوم للحامض الكاربوكسيلي كاشف كرينيارديحضر من معاملة هاليد االلكيل مع فلز المغنيسيوم في مذيب االيثر الجاف حسب المعادلة العامة االتية : ايثر جاف R - X + Mg RMgX هاليد االلكيل كاشف كرينيارد حسب وكمثال يحضر كاشف كرينيارد من يوديد المثيل I المعادلة االتية : - I + Mg يوديد المغنيسيوم المثيلي ايثر جاف يوديد المثيل Mg I 101

102 ويحضر االلكان من كاشف كرينيارد بطريقتين : أ - اذا كان االلكان المطلوب يحتوي على نفس عدد ذرات الكاربون الموجودة في كاشف كرينيارد يحلل الكاشف مائيا لذا تسمى هذه الطريقة بالتحلل المائي لكاشف كرينيارد. RMg X + H-OH R - H + Mg) OH ( X الكان وكمثال على التحلل المائي لكاشف كرينيارد تحضير غاز الميثان من كاشف كرينيارد وكما يأتي : - I + Mg MgI ايثر جاف MgI +H-OH CH 4 +Mg)OH( I غاز الميثان ب- تفاعل كاشف كرينيارد مع هاليد الكيل يعطي الكان يحتوي على عدد ذرات كاربون اكثر مما موجود في الكاشف بعدد ذرات الكاربون في هاليد االلكيل. تمرين )9-4( من كلوريد االثيلوما تحتاج إليه من مواد حضر. أ ) االيثان ب ) البروبان RMgX + R - X R - R + MgX 2 الكان MgI + - I - + MgI 2 ايثان مثال 3-4 : من كلوريد االثيل و - 2 كلوروبروبان وما تحتاج اليه من مواد حضر : أ ) ن - بيوتان ب ) 2 - مثيل بيوتان الحل : أ ) نحضر اوال كاشف كرينيارد من كلوريد االثيل ايثر جاف CH 2 Cl + Mg CH 2 Mg Cl لزيادة عدد ذرات الكاربون والحصول على ن - بيوتان نحتاج الى هاليد الكيل عدد ذرات الكاربون فيه يساوي. 2 CH 2 Mg Cl + CH 2 Cl CH 2 CH 2 + MgCl 2 ب ) لتحضير - 2 مثيل بيوتان نحتاج الى المركب - 2 كلورو بروبان لزيادة عدد ذرات الكاربون في كاشف كرينيارد CH 2 Mg Cl + -CH- Cl -CH- + MgCl CH 2-2 مثيل بيوتان - 2 كلوروبروبان 102

103 7-4 االلكينات Alkenes أو االوليفينات Olefines وهي هيدروكاربونات غير مشبعة تعتبر ثاني متسلسلة متشاكلة تحتوي افرادها على عدد اقل من ذرات الهيدروجين عند مقارنتها بااللكانات. ان كل فرد من هذه المتسلسلة يحتوي على آصرة مزدوجة bond( )Double ويعبر عنها بالقانون العام C n أو بالصيغ العامة اآلتية : H 2n R - CH = CH - R` أو R - CH = CH 2 حيث `R R = يعني الكين متناظر و `R R يعني الكين غير متناظر. وتدخل االلكينات تفاعالت االضافةواالكسدةواالختزال واالحتراق ومن ابسط افراد هذه المتسلسة هو االثيلين. شكل جزيئة االثيلين تمرين )10-4( جميع الصيغ االتية تمثل جزيئات الكينات باستثناء واحد:- 1( C 4 H 8 2( C 5 H 10 3( C 7 H 16 4( C 6 H 12 تمرين )11-4( س م مركبات األلكين االتية وفق نظام التسمية العام : - C = CH - ) 1 - H - CH 2 - CH = CH 2 ) H H H H C = C أو C C - H H H H CH 2 = CH 2 ويمكن كتابته على الصورة التسمية العامة لاللكينات :.. تسمى االلكينات وفق القواعد اآلتية : - 1 نختار اطول سلسة كاربونية مستمرة شرط ان تحتوي على االصرة المزدوجة. - 2 نبدأ بالترقيم من ذرة الكاربون االقرب الى اآلصرة المزدوجة ونعطيها اسم االلكان المقابل. ونستبدل المقطع االخير )آن(. )ene( من اسم االلكان بالمقطع )ين( )ane( - 3 نعين موقع اآلصرة المزدوجة بأختيار اصغر الرقمين الموجودين على اآلصرة المزدوجة. - 4 نحدد مجاميع االلكيل او المجاميع األخرى حسب ذرات الكاربون المرقمة. ويبين الجدول )3-4( االسماء النظامية والقديمة )الشائعة( لبعض االلكينات. 103

104 الجدول 3-4 االسماء الشائعة والنظامية لبعض االلكينات االسم الشائع اثيلين بروبلين بيوتلين بنتلين االسم النظامي ايثين بروبين - 1 بيوتين - 2 بيوتين - 1 بنتين - 2 بنتين - 3 مثيل بيوتين الصيغة التركيبية CH 2 = CH 2 - CH = CH 2 - CH 2 - CH = CH 2 - CH = CH - - CH 2 - CH 2 - CH = - CH 2 - CH = CH - - CH - CH = CH CH 2 - C = CH 2-2 مثيل بيوتين اجلناس الهندسي )جناس التجاور والتقابل أو جناس سس و ترانس ذكرنا سابقا ان الجناس هو ظاهرة تماثل في الصيغة الجزيئية واالختالف في الصيغة التركيبية والخواص الفيزيائية والكيميائية.يضاف الى ذلك وفي بعض االلكينات ظاهرة اخرى ناتجة عن صعوبة الدوران او البرم حول االصرة المزدوجة بسبب اختالف نوع وترتيب المجاميع حول كل من ذرتي كاربون االصرة المزدوجة وهذه الظاهرة تمثل باالشكال الهندسية )سس )cis( وترانس.))trans( فمثال الصيغ التركيبية C 4 بما فيها المتجانسات H 8 المتوقعة في الصيغة الجزيئية الهندسية كاالتي: ) A ( ) B ( ) C ( - CH 2 - CH = CH 2 - CH = CH - - C = CH 2-1 بيوتين - 2 بيوتين مثيل بروبين - ان الجناس - 2 بيوتين يعطي متجانسات هندسية وعلى الصورة االتية : 104

105 - CH = CH بيوتين H H H C = C C = C - H ترانس- 2- بيوتين سس بيوتين ان الشرطين االساسيين لجعل المركب يعطي جناسا هندسيا تمرين )12-4( C 5 H 10 اكتب متجانسات االلكين وحدد ايهما يعطي متجانسات هندسية. هما ان يكون موقع االصرة المزدوجة وسطية ال طرفية وكذلك عدم وجود تفرع على ذرتي كاربون االصرة المزدوجة وهذا ما يحققه - 2 بيوتين اخلواص الفيزيائية للا لكينات - 1 األفراد الثالث األولى منها غازاتوالبقية سوائل. - 2 تزداد درجة غليانها بزيادة الكتلة المولية لها. - 3 ال تذوب في الماء لكنها تذوب في المذيبات العضوية. ويبين الشكل )4-7( العالقة بين درجات غليان االلكينات وعدد الكاربون في صيغها الجزيئية. ذرات C الشكل) 4-4 ( العالقة بين درجات غليان االلكينات وعدد ذرات الكاربون في صيغتها الجزيئية

106 الكواشف الباحثة عن : - 1 االلكترونات )الكتروفيل )Electrophile - 2 النواة ( النيوكلوفيل )Neucleophile تدعى الدقائق )ذرات أو جزيئات أو آيونات( التي تستطيع استيعاب زوج واحد من االلكترونات اي انها تمتلك اوربيتال فارغ بالكواشف الباحثة عن االلكترونات وتسمى الكتروفيل )Electrophile( أو )حوامض لويس( أما الدقائق )ذرات أو جزيئات أو آيونات( التي تستطيع هبة زوج من االلكترونات والمشاركة فيها فتعرف بالكواشف الباحثة عن النواة وتسمى نيوكلوفيل) )Neucleophile أو )قواعد لويس( والجدول يبين أمثلة عن النوعين من الكواشف. الجدول 4-4 امثلة عن الكواشف الباحثة عن االلكترونات والباحثة عن النواة كواشف باحثة عن االلكترونات )الكتروفيل( )حوامض لويس( ايون الهيدروجين الموجب + H كواشف باحثة عن النواة )نيوكلوفيل( )قواعد لويس( آيون الهيدريد السالب - H : آيون الهاليد - X )F -, I -, Cl -, Br - ( آيون الهيدروكسيد - OH - آيون الكاربانيون السالب - C - - اآلصرة المزدوجة - C - C = - - اآلصرة الثالثية - C - C O - - ايون كاربونيوم + C - - BF 3 فلوريد البورون مجموعة الكاربونيل المستقطبة - C - AlCl 3 كلوريد االلمنيوم : NH 3 االمونيا استقرارية آيون الكاربونيوم الموجب : ان آيون الكاربونيوم الموجب يكون أكثر استقرارا كلما ازدادت عدد المجاميع الدافعة لاللكترونات المرتبطة بذرة الكاربون الموجبة. حيث يعتبر آيون الكاربونيوم الثالثي اكثر االنواع استقرارا. R R H H R C + > R C + > R C + > H - C + R H H H ايون الكاربونيوم االولي الثانوي الثالثي اقل استقرارا اكثر استقرارا 106

107 اخلواص الكيميائية لاللكينات الخواص الكيميائية لاللكينات هي خواص اآلصرة المزدوجة )المجموعة الفعالة التي تعزى اليها التفاعالت الكيميائية لاللكينات( وتميل االلكينات ألشباع اآلصرة المزدوجة للوصول الى حالة اكثر استقرارا وهي حالة المركب المشبع )االلكان( ذو اآلصرة التساهمية المفردة. وتحصل حالة االشباع باضافة ذرتين او مجموعتين الى ذرتي كاربون اآلصرة المزدوجة لذلك هناك تفاعالت االضافة وتفاعالت االكسدة واالحتراق تدخل االلكينات التفاعالت االتية : أ - تفاعالت االضافة : قبل التطرق الى تفاعالت االضافة يجب معرفة قاعدة ماركوفنيكوف rule( )Markovnikovs ووفق هذه القاعدة يضاف االيون الموجب اوال الى ذرة الكاربون المرتبطة باآلصرة المزدوجة والحاوية على اكبر عدد من ذرات الهيدروجين لتكون آيون كاربونيوم اكثر استقرارا ثم يضاف اآليون السالب الى ذرة الكاربون االخرى. R - CH = CH 2 + AB ذرة كاربون تحتوي على اقل عدد من ذرة كاربون تحتوي على اكبر عدد من الهيدروجين ذرات الهيدروجين ذرات R -C H- CH 2 B - A مكانيكية التفاعل - A + R - CH = CH 2 R - C + H - CH 2 R - C H- CH 2 - B - - A B A آيون الكاربونيوم ومن تفاعالت االضافة االنواع االتية : - 1 اضافة جزيء الهيدروجين )الهدرجة )Hydrogenation تتشبع االلكينات بتفاعالتها مع الهيدروجين بوجود عامل مساعد كالبالتين أوالبالديوم والنيكل وبوجود الحرارة والضغط وحسب التفاعل االتي : CH 2 = CH 2 + H Pt 2 - ايثان مذيب مناسب اثيلين وهي طريقة صناعية لتحضير االلكانات وهدرجة الزيوت النباتية.

108 وميكانيكية تفاعل اضافة الهيدروجين لاللكين تكون بتأثير البالتين فتنشطر جزيئة الهيدروجين الى آيون الهيدروجين الموجبوآيون الهيدريد السالب حيث يضاف آيون الهيدروجين الموجب اوال مكونا آيون الكاربونيوم ثم يضاف ايون الهيدريد H Pt 2 H + + H - السالب كما موضح كاالتي : - CH = CH 2 H + + -C H- H - - CH 2 - بروبين ايون الكاربونيوم بروبان - 2 اضافة الهالوجينات )الهلجنة( Halogenation عند اضافة محلول البروم في رابع كلوريد الكاربون )احمر اللون( الى اآلصرة المزدوجة نالحظ اختفاء اللون االحمر داللة على تفاعل البروم مع اآلصرة المزدوجة وتكوين مركب ثنائي الهاليدوتعتبر هذه العملية طريقة للكشف عن اآلصرة المزدوجة. او للتمييز بين االلكان وااللكين. CCl CH 2 = CH 2 + Br 4 2 Br - CH 2 - CH 2 -Br ثنائي برومو ايثان بروم اثيلين ( عديم اللون ) ( احمر اللون ) ( عديم اللون ) - 3 اضافة هاليد الهيدروجين HCl ( HX أو ) HBr وتكون االضافة حسب المعادلة االتية : Br - C = CH 2 + HBr Br - - C C H 3-2 برومو مثيل بروبان - 2 مثيل بروبين تمرين )13-4( ان تفاعل بروميد الهيدروجين مع البروبين يعطي - 2 برومو بروبان وليس - 1 برومو بروبان علل سبب ذلك. - 4 اضافة حامض الكبريتيك المركز الى االلكين ثم التحلل المائي للناتج عند امرار احد االلكينات مثل غاز االثيلين في حامض الكبريتيك المركز وتحلل الناتج مائيا يتكون الكحول المقابل ( كحول االثيل ) وحسب معادلة التفاعل المبسطة االتية : 108

109 CH 2 = CH 2 CH 2 = CH 2 H 2 SO 4 CH 2 = CH 2 + H 2 O - CH 2 - OH كحول االثيل يستعمل هذا التفاعل في الصناعة النفطية لفصل االلكينات عن االلكانات وبعد عملية التكسير الحراري وتعتبر طريقة تجارية لتحضير الكحوالت حيث أن المركب الوسطي )كبريتات االثيل الهيدروجينية( يتحلل مائيا ليعطي كحول وحامض الكبريتيك المخفف. - 5 البلمرة Polymerization وهو نوع من تفاعالت االضافة لاللكينات حيث تتضاعف جزيئات االلكين المنفردة والتي تدعى مونمر ( Monomer ) باالتحاد مع بعضها بوجود عامل مساعد مناسب )مثل حامض الكبريتيك( لتكوين جزيء واحد مشبع ذا كتلة مولية كبيرة تدعى بوليمر )Polymer( حيث تنتج مادة بالستيكية فمثال ينتج من تفاعل جزيئات االثيلين مادة بولي اثيلين. n )CH 2 = CH 2 ( H 2 SO 4 ]-CH 2 -CH 2 )CH 2 -CH 2 ( n CH 2 -CH 2 -[ x بولي اثيلين )- CH 2 - CH 2 -CH 2 - CH 2 (n بلمرة االثيلين x ب - االحتراق: تحترق االلكينات في الهواء بلهب داخن )الن CO 2 نسبة الكاربون في االلكين اكبر مما في االلكان( مكونه وبخار الماء ومحررة طاقة. هل تعلم لتفاعل البلمرة اهمية صناعية كبيرة وخاصة الصناعات البالستيكية كما هو الحال في تحضير المطاط الصناعي والكثير من البوليمرات. مونمر 3 Monomer CH 2 = CH 2 + 3O 2 مونمر 2 Monomer مونمر 1 Monomer 2CO 2 + 2H 2 طاقة + O ou ج - االكسدة: عند مزج محلول مائي مخفف)بارد( لبرمنكنات KMnO 4 )بنفسجي اللون( مع االلكينات البوتاسيوم يختفي اللون البنفسجي بسرعة نتيجة ألكسدة اآلصرة المزدوجة جزئيا من قبل العامل المؤكسد القوي )برمنكنات البوتاسيوم( الى مشتق ثنائي الهيدروكسيل الذي يعرف ب )الكاليكول( ويظهرراسب بني هو ثنائي أوكسيد المنغنيز. 109

110 3CH 2 = CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O 3CH 2 - CH 2 + 2KOH + 2MnO 2 OH OH اثيلين كاليكول - - راسب محلول بنفسجي اما اذا استعمل محلول برمنكنات البوتاسيوم المركز الساخن فيتأكسد االثيلين بشكل تام كما في المعادلة االتية : CH 2 = CH 2 + 4KMnO 4 2CO 2 + 4KOH + 4MnO 2 تستخدم هذه الطريقة للتمييز بين االلكاناتوااللكينات اضافة لطريقة تفاعل اضافة البروم المذكورة في الفقرة حتضير االلكينات في املختبر - 1 سحب جزيئة ماء من الكحول : بني غامق تمرين )14-4( وضح بمعادالت كيميائية كيف يمكنك تمييز المركب - 2 مثيل بروبين عن المركب بيوتان باستخدام محلول البروم المذاب. CCl 4 في يتم ذلك باستعمال عوامل مساعدة مختلفة نذكر منها حامض الكبريتيك المركز فعند مزج الحامض مع الكحول وتسخينهما الى درجة حرارة 165 C يتحرر االولفين )االثيلين(. - CH 2 - O-H H 2 SO كحول االثيل C CH 2 = CH 2 + H 2 O البد ان نشير الى ان ذرة الهيدروجين تحذف من على ذرة الكاربون المجاورة لذرة الكاربون الحاوية على. OH وستتعرف على ميكانيكية هذا التفاعل بالتفصيل في المراحل القادمة. مثال 4-4 : حضر البروبين من كحول مناسب وما تحتاج اليه. الحل : فال بد ان نختار CH=CH 2 بما اننا نريد تحضير البروبين كحول يحتوي على ثالث ذرات كاربون وفي هذه الحالة نختار. ويجري التفاعلوفق المعادلة CH 2 CH 2 كحول البروبيل OH االتية : تمرين )15-4( حضر 1- بيوتين من كحول مناسب وماتحتاج اليه. CH 2 CH 2 OH H 2 SO كحول البروبيل C CH=CH 2 + H 2 O 110

111 - 2 سحب جزيئة HX من هاليد األلكيل : يحضر االلكين من تسخين هاليد االلكيل R - X مع قاعدة قوية مثل هيدروكسيد البوتاسيوم KOH المذاب في كحول )حيث يستعمل الكحول كعامل مساعد( يتحرر االولفين بسهولة. - CH - + KOH - Cl - 2 كلورو بروبان - CH= CH 2 + KCl + H 2 O بروبين ميكانيكية التفاعل : كحولي - OH H H H - H - C - C - C - H CH 2 = CH - + KCl + H 2 O بروبين H Cl H K + الحظ هنا ايضا ان ذرة الهيدروجين حذفت من ذرة الكاربون تمرين )16-4( حضر 1- بيوتين من هاليدالكيل مناسب وماتحتاج اليه. المجاورة لذرة الكاربون الحاملة للهاليد ( الكلوريد ). 8-4 االلكاينات )االستيلينات( Alkynes 111 وهي المتسلسلة المتشاكلة الثالثة من الهيدروكاربونات C n والصيغة العامة R - C C - H أو H 2n-2 قانونها العام R - C C - R وتتميز بأحتوائها على اآلصرة الثالثية )H - C C - H( واول افرادها هو االستيلين ) - C C - ( ومنه جاء اسمها باالستيلينات حيث تكون االزواج االلكترونية الثالثة بين ذرتي الكاربون اآلصرة الثالثية لالستيلينات. واالستيلينات كاالوليفينات تعاني تفاعالت اضافة. والظاهر ان هناك فرقا بين اآلصرة الثالثية والمزدوجة في فعاليتها تجاه الكواشف الباحثة عن االلكترونات ولذلك يلزم في الغالب استعمال العوامل المساعدة في تفاعالت االضافة لالستيلينات اضف الى ذلك ان ذرة الهيدروجين المرتبطة بذرة كاربون اآلصرة الثالثية اكثر فعالية من تلك المرتبطة بذرة كاربون اآلصرة المزدوجة فهي قابلة لالحالل بفلزوتعتبر ذرة هيدروجين حامضية. قناني غاز االستيلين

112 نظام التسمية العام لاللكاينات قواعد التسمية : - 1 تنتخب اطول سلسلة مستمرة من ذرات الكاربون التي تضم ذرتي كاربون اآلصرة الثالثية, ثم نرقم ذرات كاربون السلسلة من الطرف الذي يعطي ذرتي كاربون اآلصرة الثالثية اصغر االرقام. ويعطى اسم االلكان المقابل ويستبدل المقطع)آن( )ane( من اسم الكان بالمقطع )آين() )yne الدال على وجود آصرة الثالثية. ويعين موقع االصرة الثالثية بأختيار اصغر الرقمين. - 2 تعطى الفروع الجانبية اسمائهاوتعين مواقعها بارقام ذرات الكاربون التي تحملها السلسلة. واالمثلة التالية توضح تسمية بعض االلكاينات. H - C C - H ايثاين بروباين - C C - H - 1 بيوتاين - CH 2 - C C - H - 2 بيوتاين - C C ثنائى مثيل بيوتاين - C - C - - C - H اخلواص الفيزيائية لاللكاينات - 1 تزداد درجة غليانها بزيادة الكتلة المولية واالفراد االربعة االولى غازات والبقية سوائل. - 2 قليلة الذوبان في الماء والمذيبات القطبيةولكنها تذوب في المذيبات العضوية الشكل) 5-4 ( العالقة بين درجات غليان االلكاينات وعدد ذرات الكاربون فيها عدد ذرات الكاربون ( او الوزن الجزيئي ) 112

113 اخلواص الكيميائية لاللكاينات تحتوي االلكاينات ذات الصيغة التركيبية H( )R - C C - على مجموعتين فعالتين هما : - 1 المجموعة الفعالة االولى وهي االصرة الثالثية - 2 المجموعة الفعالة المتمثلة بالهيدروجين الحامضي الضعيف والقابل لالستبدال لتكوين استيليد مثل استيليد الصوديوم. أ - تفاعالت االضافة Addition Reactions انوجود االصرة الثالثية غير المشبعة في االلكاينات يجعلها تسلك سلوكا كيميائيا مشابها لاللكينات )االولفينات( حيث انها تحاول اشباع هذه االصرة جزئيا او كليا. ومن تفاعالت االضافة. - 1 الهدرجة )اضافة الهيدروجين( من الممكن اشباع االصرة الثالثية في االلكاينات بمفاعلتها مع غاز الهيدروجين بوجود النيكل او البالتين كعامل مساعد على مرحلتين ففي المرحلة االولى يتكون االلكين )االولفين( وفي المرحلة الثانية يتحول االلكين الى االلكان. Ni Ni - C C - H - CH = CH 2 - CH 2 - CH H H 3 2 بروباين 2 بروبين بروبان اضافة جزيءهاليد الهيدروجين ان اضافة الحوامض مثل اضافة هاليدات الهيدروجين) HX ( مشابه لما مر سابقا في تفاعالت االضافة لاللكينات ولكن على مرحلتين ويتكون مركب مثل تكوين ثنائي الهاليد) ثنائي بروموبروبان(. Br Br - C C - H + HBr - C = CH 2 HBr - C برومو بروبين Br 2 2 -ثنائي بروموبروبان ) Br 2, Cl 2-3 اضافة الهالوجين )الهلجنة( ( من السهولة اضافة جزيئة هالوجين لالصرة الثالثيةوتكوين الكين )اولفين( مهلجن اوال وباضافة جزيئة اخرى من الهالوجين يتم اشباع االصرة المزدوجة لاللكين المهلجن. 113 Br Br Br Br - C C - H + Br 2 - C = C - H Br 2 - C - C - H Br Br رباعي برومو بروبان ثنائي برومو بروبين بروباين

114 ب - تفاعالت االزاحة وتكوين االستيليدات وهي تفاعالت ذرة الهيدروجين الحامضية المتصلة بذرة كاربون اآلصرة الثالثية واالستليد هو ملح مشتق من فلز فعال مثل الصوديوم والكاين واثناء تحلله المائي يحرر االلكاين االصلي: - 1 H - C C - H + Na H - C C Na + + H 2 2 استليد الصوديوم - - H - C C - H + 2Na Na + C C Na + + H 2 استليد ثنائي الصوديوم التمييز بني الكاين حامضي والكاين غير حامضي يمكن التمييز بين الكاين حامضي والكاين غير حامضي وبالتحديد بين - 1 بيوتاين و - 2 بيوتاين بأستخدام كاشف ]Ag)NH 3 حيث ( 2 تولن وهو هيدروكسيد الفضة االمونياكي OH[ يتفاعل كاشف تولن مع - 1 بيوتاين ويعطي راسب ابيض من استليد الفضة في حين ال يتفاعل مع - 2 بيوتاين النه ال يحتوي على ذرة هيدروجين حامضية فعالة. - CH 2 - C C - H + Ag)NH 3 ( 2 OH - CH 2 C C - Ag + +2NH 3 +H 2 O راسب ابيض كاشف تولن - 1 بيوتاين - C C - + Ag)NH 3 ( 2 OH N. R - 2 بيوتاين ال تفاعل حتضير االلكاينات أ - تحضير غاز االستيلين صناعيا ومختبريا - 1 من التحلل المائي لكاربيد الكالسيوم كما موضح في المعادلة االتية : CaC 2 + 2H 2 O H - C C - H + Ca)OH( 2 كاربيد الكالسيوم غازاالستيلين ( االيثاين ) 114

115 - 2 يحضر غاز االستيلين بالتسخين الشديد لغاز الميثان تمرين )17-4( في التفاعل االتي C CH + 2HBr يكون الناتج هو احد المركبات االتية: : CBr 2 أ ) CHBrCH 2 ب ) Br CH 2 CHBr 2 ج ) BrCH 2 CH 2 CH 2 د ) Br بمعزل عن الهواء كما في المعادلة: 2CH C H - C C - H + 3H 2 ب - تحضير )االلكاينات( ذات الكتلة المولية العالية تحضر االستيلينات من غاز االستيلين نفسه بعد تحويله الى استيليد الصوديوم ثم بتفاعل استيليد الصوديوم مع هاليد االلكيل المناسب. وكمثال على ذلك تحضير - 1 بيوتاين و - 2 بيوتاين من غاز االستيلين. CH CH + Na CH C - Na H 2 استيلين استيليد الصوديوم CH C - Na + + I - CH 2 - CH C - CH NaI يوديد االثيل - 1 بيوتاين H - C C - H + 2Na Na + C - C - Na + + H 2 استيلين Na + C - C - Na I - C C - + 2NaI - 2 بيوتاين مثال 5-4 : حضر 2- بنتاين من بروباين ويوديد االثيل. الحل : نفاعل البروبين مع الصوديوم لتحضير بروبيد الصوديوم C CH +Na C C - Na H 2 2 وبمفاعلة بروباينيد الصوديوم مع يوديد االثيل نحصل على 2- بنتاين وحسب التفاعل االتي : C C - Na + +I-CH 2 - C C-CH 2 - +NaI 115

116 اسئلة الفصل الرابع 1.4 ما هي اهم صفات المركبات العضوية وبماذا تختلف عن المركبات غير العضوية 2.4 ماذا نقصد بالهيدروكاربونات وكيف تصنف 3.4 ما هي الصفة الفريدة لذرة الكاربون 4.4 ماذا نعني بالمتسلسلة المتشاكلة وما هي فوائدها 5.4 ما المقصود ب أ - الجناس. ب - الصيغة التركيبية. 6.4 اعط االسماء النظامية لكل من الصيغ التركيبية االتية : 9.4 ما هي الصيغ التركيبية لاللكانات )البارافينات( ذات الصيغة الجزيئية C 5 H ما هي االلكينات الممكنة ذات الكتلة المولية 70 g/mol علما ان الكتل الذرية C = 12, H = اكمل الفراغات االتية بما يناسبها: - 1 القانون العام لاللكانات... وااللكينات... وااللكاينات الصيغة العامة لاللكانات... وااللكينات... وااللكاينات المجموعة العاملة أو الفعالة في االلكينات... وااللكاينات... و علل ما يأتي: أ ) لماذا نضطر احيانا الى كتابة الصيغة التركيبية. ب ) ال توجد ذرة هيدروجين رابعية وال ذرة كاربون خامسية. ج ) تزداد درجة غليان االلكان بزيادة الكتلة المولية. د ) االلكانات ال تذوب في الماء. ه ) االلكانات مركبات غير فعالة. و ) عند اضافة HBr الى البروبين يتكون - 2 برومو بروبانوليس - 1 برومو بروبان ز ) عملية اضافة حامض الكبريتيك المركز الى االلكين ثم التحلل المائي للناتج مهمة تجاريا ومهمة صناعيا. ح ) يتفاعل كاشف تولن مع - 1 بيوتاين وال يتفاعل مع - 2 بيوتاين CH- ب( - C - أ( - CH = CH - د( - CH = CH 2 ج( - C = C - ه( CH - C = C -H و( ما هي االسماء الشائعة أو القديمة لكل مما يأتي: - - C = CH 2 CH 2 ب( = CH 2 أ( - CH 2 - ج( H - C = C - H د( 8.4 اكتب الصيغ التركيبية لكل من االسماء االتية: أ ) 2 - مثيل بيوتين ب ) 2 - مثيل بنتين ج ) ثنائي مثيل بروبان 116

117 17.4 اختر الجواب الصحيح لكل مما يأتي: - 1 االلكانات : أ ) دائما غازات. ب ) تذوب في الماء. ج ) تحتوي على اواصر تساهمية مفردة. - 2 اي الجزيئات االتية ينطبق عليها القانون العام لاللكاينات:.C 3 H 8 أ ).C 3 H 6 ب ).C 3 H 4 ج ) - 3 اي الكواشف االتية تستخدم للتمييز بين غاز االثيلين وااليثان: أ ) ماء البروم االحمر. ب ) ماء الجير. ج ) محلول نترات الفضة اي من الجزيئات االتية الكان.C 15 H 32 أ ).C 20 H 38 ب ).C 9 H 20 ج ) 19.4 ما الصيغة الجزيئية أللكين يتكون من 4 ذرات كاربون 20.4 ان عدد االواصر التساهمية في الصيغة الجزيئية لالستيلين ( H ) H - C C - يساوي: أ ) 3 ب ) 2 ج ) اكتب معادلة تمثل تفاعل إضافة تامة للهيدروجين الى - 2 بيوتاين بوجود العامل المساعد 13.4 كيف يمكنك اختيار طريقة تحضير واحدة لكل مما يأتي: البروبان البروبين البروباين ابتداء من كلوريد االثيل وما تحتاج اليه كيف يمكنك تحضير : أ - االيثان ب - االثيلين وكيف تميز بينهما عمليا في المختبر ابتداء من كاربيد الكالسيوموما تحتاج اليه كيف يمكنك تحضير : أ ) البروباين ب ) 2 - بيوتاين وكيف تميز بينهما عمليا عبر عن التفاعالت االتية بصيغ تركيبية: - 1 اضافة بروميد الهيدروجين الى البروبين - 2 سحب HCl من كلوريد االثيل بواسطة KOH الكحولي مع التسخين. - 3 سحب الماء من كحول االثيل بواسطة حامض الكبريتيك المركز مع التسخين الى 165 C. - 4 اكسدة االثيلين بواسطة برمنكنات البوتاسيوم المركز الساخن. - 5 تفاعل استيليد الصوديوم مع 2 كلورو بروبان. 117

118 الفصل الخامس الكيمياء النووية Nuclear Chemistry 5 بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادرا على ان : - يعرف النوية واهميتها في التفاعالت النووية. يعرف النظائر وانواعها واالفادة منها في مجال الطب والعلوم واالثار. يشرح كيفية تحديد عمر النصف للنظائر وعالقته بالنظير. 14 C يعرف النشاط االشعاعي ويعدد انواعه. يستطيع كتابة المعادلة النووية وكيفية موازنتها. يميز بين االنشطار النووي واالندماج النووي وفائدة كل منهما. يقدر خطورة االشعاعات المؤينة وتاثيراتها على االجسام الحية وكيفية الوقاية منها. 118

119 1-5 مقدمة االنفجار العظيم توصل العلماء الى ان الكون الذي نعيش فيه تكون نتيجة ما يسمى باالنفجار العظيم Bang( )Big وكانت درجة الحرارة فيه تقدر بباليين عديدة من الدرجات السليليزية ونتج عن هذا الحدث كمية كبيرة من الطاقة يصعب تقديرها واعداد هائلة من الجسيمات الدقيقة )البروتونات والنيوترونات وااللكترونات( والتي تكونت منها العناصر المختلفة. كانت المادة تأخذ شكل البالزما ( وهوما يمثل الحالة الرابعة للمادة ) وهي بحر من النوى الموجبة وااللكترونات السالبة. 2-5 النواة Nucleus عند دراسة العلماء للعناصر المختلفة وجدوا انها تتكون من جسيمات صغيرة تدعى الذرات )Atoms( وهذه بدورها تتألف من جسيمات اساسية تتمثل بالنواة )Nucleus( وهي المحور الذي تدور حوله الكيمياء النووية. وهذا الجسيم المتناهي بالصغر)النواة( تتمركز فيه معظم كتلة الذرة والتي تكون اكبر بكثير من كتلة االلكترونات )Electrons( وهي جسيمات صغيرة تدور حول النواة بسرعة كبيرة وتحمل شحنة سالبة) - e(. وفي الذرة يكون عدد الشحنات الموجبة مساويا لعدد الشحنات السالبة لذلك تكون متعادلة كهربائيا. ان سبب الشحنة الموجبة للنواة هو وجود جسيمات فيها تدعى البروتونات )Protons( وهي جسيمات موجبة الشحنة يرمز لها ( + p(. وتوجد جسيمات هل تعلم ان كلمة ذرة في اللغة العربية نسبة الى نوع ضئيل الحجم جدا من النمل االحمر, وهو أصغر أنواع النمل وتطلق على ما يرى من هباء والجسيمات الدقيقة التي تبدو لنا في اشعة الشمس عندما تدخل من النافذة او اي ثقب ضيق. اخرى في النواة متعادلة الشحنة تدعى النيوترونات )neutrons( ويرمز لها ) n( ويطلق على هذين الجسيمين معا بالنويات. ان عدد النويات في النواة يمثل مجموع عدد )البروتونات + النيوترونات( ويدعى عدد الكتلة number( )Mass يرمز له بالرمز ( A ) ويدعى عدد البروتونات في النواة بالعدد الذري number( )Atomic يرمز له بالرمز ( Z ) وهو يساوي ايضا عدد االلكترونات في الذرة المتعادلة الشحنة والذي يحدد ترتيب العنصر في الجدول الدوري للعناصر ويمكن تمثيل هذه االعداد برمز العنصر بالترتيب اآلتي : 119

120 تمرين )1-5( ادرس رموز العناصر اآلتية, ثم اجب عن االسئلة التي تليها : P 6 C 11 Na - 1 ماذا يمثل الرقم السفلي على يسار رمز كل عنصر - 2 ماذا يمثل الرقم العلوي على يسار رمز كل عنصر - 3 اوجد عدد النيوترونات N لكل عنصر A عدد الكتلة X Z العدد الذري اذا علمنا عدد الكتلة و العدد الذري لعنصر نستطيع ان نستنتج عدد النيوترونات )N( عن طريق المعادلة االتية :- N = A Z 3-5 النظائر Isotopes قد تختلف ذرات العنصر الواحد في عدد الكتلة لكنها تشترك في العدد الذري لذا تدعى بالنظائر Isotopes وتعني كلمة نظير ( المكان نفسه ) اي ان لها نفس المكان في الجدول الدوري حيث ان ذرات النظائر للعنصر الواحد تحتوي في نواتها على نفس العدد من البروتونات لكنها تختلف في عدد النيوترونات. ان العناصر في الطبيعة على نوعين : نوع له نظائر واالخر ليس له نظائر فمثال لعنصر الهيدروجين ثالثة نظائر هي : الهيدروجين االعتيادي H 1 والهيدروجين الثقيل او الديوتيريوم D او 1 H والنوع الثالث الهيدروجين االثقل او التريتيوم T او H والشكل ( 1-5 ) يوضح هذه النظائر. وتختلف هذه النظائر في نسب وفرتها في الطبيعة والجدول )1-5( يوضح هذه النسب في الطبيعة. الشكل) 1-5 ( نظائر الهيدروجين في الطبيعة. بروتون الكترون نيوترون Protium هيدروجين H Deuterium ديوتيريوم D Tritium تريتيوم T H 2 تتواجد معظم ذرات الهيدروجين في الماءعلى هيئة O إال اننا نجد ان بين كل 6000 جزيء ماء عادي جزيء واحد فقط D 2 )ماء ثقيل( ويتم الحصول على الماء الثقيل على هيئة O باستخدام التحليل الكهربائي للماء العادي حيث يتحرر 120

121 الهيدروجين العادي من الماء بسهولة أكثر من الهيدروجين D 2 الثقيل وباستمرار التحليل الكهربائي للماء يزداد تركيزO الذي يفاد منه في مجاالت عديدة منها كمهدئ للمفاعالت النووية لتوليد الطاقة الكهربائية. البد ان تعلم ان النظائر لها نفس العدد من االلكترونات ونفس العدد من البروتونات اي العدد الذري نفسه فهي متماثلة في خواصها الكيميائية الن عدد االلكترونات يحدد الخواص الكيميائية للذرة اما اختالفها في عدد الكتلة اي تختلف في مجموع عدد النيوترونات وعدد البروتونات فيؤدي الى اختالف في خواصها النووية النهما يحددان الخواص النووية للنواة. الجدول 1-5 رموز نظائر عنصر الهيدروجين ووفرتها في الطبيعة اسم النظير عدد n رمزه الوفرة النسبية في الطبيعة % %0.015 نادر جدا ومشع 2 1 H 1 H او D H او T 1 1 صفر 1 2 هيدروجين ديوتيريوم تريتيوم ومثال اخر على ذلك يوجد لليورانيوم ثالثة نظائر : U U U تتوافر معظم العناصر بشكل خليط من نظيرين او اكثر وتختلف نسب وجود هذه النظائر للعنصر الواحد والتي يعبر عنها )الوفرة الطبيعية النسبية لكل نظير(. ومن معدل كتل جميع نظائر العنصر الواحد نحصل على الكتلة الذرية mass( )Atomic وهي تعبير عن متوسط اعداد الكتلة لنظائر العنصر الواحد مضروبا في وفرتها النسبية في الطبيعة وتقاس بوحدة كتلة ذرية )وكذ( ( unite )atomic mass مختصرها )amu( حيث ان 1 وكذ )amu( يساوي 121 1amu =1.66x10-24 g والجدول )2-5( يبين اعداد الكتلة لنظائر بعض العناصر.

122 122 رصانعلا نم ددعل ةمهملا ةيعيبطلا رئاظنلا 2-5 لودجلا رصنعلا ةديونلا )ذكو( ةيرذلا ريظنلا ةلتك ةيبسنلا ةيعيبطلا ةرفولا نيجورديه H H H % %0.015 ةفطن نوبراك C C C % % ةفطن نيجورتن N N % %0.366 نيجسكوأ O O O % % % رولفلا F %100 نوينلا Ne Ne Ne %90.48 %0.27 %9.25 مويدوصلا Na %100 روفسفلا P %100 رولكلا Cl Cl %75.53 %24.47 موربلا Br Br %50.54 %49.46 دويلا I %100 صاصرلا Pb Pb Pb Pb %1.48 %23.6 %22.6 %52.3 مويروثلا Th %

123 وقد اختير نظير الكاربونC كذرة قياسية في اغلب التطبيقات الن كتلتها المكونة من 12 وحدة احتسبت بدقة شديدة باستخدام اجهزة دقيقة ومنها مطياف الكتلة ( الشكل 2-5 ) فتم قياس من كتلة 1 باقي العناصر بنسبة ( متوسط كتلة الذرة ) الى ذرة نظير الكاربونC ( راجع الفصل االول لتعريف وحدة الكتلة الذرية ( الشكل) 2-5 ( جهاز مطياف الكتلة ويمكن حساب الكتلة الذرية من نسب الوفرة الطبيعية لنظائر العنصر الواحد باستخدام العالقة االتية : كتلة النظير االول وفرته النسبية + كتلة النظير الثاني وفرته النسبية الكتلة الذرية للعنصر = مثال : يشكل 35 Cl نسبة %75.53 من مجموع الكلور في الطبيعة أما الكلور 37 Cl فيشكل ما نسبته % احسب الكتلة الذرية للكلور الحل : بما ان للكلور نظيرين فقط فتكتب العالقة على الصورة االتية: الكتلة الذرية للكلور = كتلة النظير االول وفرته النسبية + كتلة النظير الثاني وفرته النسبية 100 تمرين )2-5( احسب الكتلة الذرية للبورون B المتوافر في الطبيعة بنسبة 10 B %18.8 و %81.2 B 11 ) (+ ) ( = 100 = amu 123

124 Th وللنظائر عدة تطبيقات في مجال الطب في تشخيص وعالج كثير من االمراض حيث يستخدم نظير الكوبلت) Co ) 60 في معالجة األورام السرطانية ويستخدم نظير اليود )I ) 131 في معالجة تضخم الغدة الدرقية ]الشكل ( 3-5 ([. استخدم العلماء نظائر اليورانيوم U وU والثوريوم لمعرفة وتقدير اعمار الصخور والنيازك والمتحجرات. وكذلك تستعمل النظائر المشعة في المجال الصناعي وفي صناعة اجهزة السيطرة كاجهزة قياس سمك الصفائح او تدفق السوائل والغازات وكذلك تستعمل في تشخيص مواقع تسرب السوائل والغازات الخطرة في الخزانات واالنابيب وتسرب مياه الشرب تحت االرض دون حفرها. وفي المجال الزراعي تستخدم النظائر المشعة في ابحاث خصوبة التربة واالسمدة. أ ب الغدة الدرقية حجم وكتلة النواة على الرغم من صغر الذرة فقد أمكن قياس حجمها بدقة, اذ يبلغ قطر الذرة جزءا من مئة مليون من السنتمتر كأنك تضع مليون ذرة على رأس دبوس قطره حوالي cm اما النواة فتعتبر مركز ثقل الذرة ومخزن طاقتها علما ان ابعادها صغيرة بصورة غير اعتيادية مقارنة بأبعاد الذرة اذ يبلغ حجمها 1 من حجم الذرة الن الغالف المحيط بالنواة يتكون من مدارات حول النواة تدور فيها االلكترونات. ويمكن تشبيه الهيئة البنائية للذرة بالمجموعة الشمسية فالشمس تمثل النواة والكواكب التي تدور في مدارات حولها تمثل االلكترونات وهذه الكواكب تبعد عن الشمس بمسافات بعيدة نسبيا لكنها ترتبط بالمجموعة الشمسية بفعل تأثير قانون الجاذبية. وهكذا االلكترونات فانها تبتعد عن النواة بمسافات بعيدة جدا نسبيا ولكن بفعل قوى التجاذب التي تعمل على جعل النواة وااللكترونات وحدة واحدة وهي الذرة ويبين الجدول) 3-5 ( بعض خواص مكونات الذرة التي تعرفت عليها في المرحلة المتوسطة. الشكل) 3-5 ( أ ) الغدة الدرقية ب ) صورة اشعاعية للغدة الدرقية. الكترون بروتون نيوترون تركيب الذرة

125 الكتلة\ g الجدول 3-5 كتلة وشحنة ورموز مكونات الذرة الجسيم رمزه نوع الشحنة االلكترون - e البروتون + p متعادل 0 النيوترون n 5-5 االستقرار النووي Nuclear Stability ان النظائر غير المشعة تكون مستقرة اما المشعة فهي نظائر غير مستقرة. ويوجد في الطبيعة 280 نظير من بينها حوال ي 50 نظير مشع, كما تمكن االنسان من صنع عدد كبير من النظائر يصل الى 500 نظير وذلك بعد قذف ذرات بعض العناصر بالنيوترونات. قوى التنافر الكهربائية قوى التجاذب النووية الشكل) 5-5 ( تجمع النيوترونات والبروتونات في النوية والقوى المؤثرة فيها. يعود عدم استقرارية بعض النظائر المشعة الى نسبة عدد النيوترونات الى عدد البروتونات n )( في نواتها. وتكون هذه النسبة 1:1 اي الواحد الصحيح في حالة النوى المستقرة. اما اذا كانت هذه النسبة اكبر من الواحد الصحيح فتكون النوى غير مستقرة مما يجعلها تلجأ الى اطالق اشعاعات لتستقر وهذا ما يسمى بالنشاط االشعاعي. تكون نوى الذرات االكثر استقرارا هي التي تمتلك اعدادا ذرية صغيرة والتي تقارب فيها النسبة n )( الواحد الصحيح. p + p + وبزيادة العدد الذري تزيد نسبة النيوترونات الى البروتونات عن الواحد الصحيح ويعود السبب في ذلك الى العالقة بين قوى التجاذب النووية ( قوى تجاذب تؤثر على البروتونات والنيترونات بشكل متماثل وتعتبر اقوى القوى في الطبيعة( وقوى التنافرالكهربائية الساكنة بين البروتونات. حيث تتنافر البروتونات في النواة بسبب تشابه شحنتها الكهربائية الساكنة. وكلما زاد العدد الذري زاد عدد البروتونات في النواة فتزداد قوى التنافر الساكنة بين البروتونات لكن وجود عدد اكبر من النيوترونات يزيد القوة النووية للتغلب على التنافر وبالتالي عدم استقرار النواة الحظ الشكل )5-5(. 125

126 6-5 طاقة األرتباط النووية Binding Energy تتألف نواة ذرة الهيليوم من بروتونين ونيوترونين : فعلية مقاسة فرق الكتلة الفعلية عن الكتلة المقاسة لنواة ذرة الهليوم. معادلة انشتاين E = mc 2 = E الطاقة = m كتلة المادة m/s سرعة الضوء تبلغ =C تمرين )3-5( احسب طاقة االرتباط النووية لنواة عنصر الرصاص التي تمتلك 82 بروتونا و 125 نيوترونا. علما ان كتلة البروتون amu وكتلة النيوترون amu والكتلة الذرية للرصاص amu كتلة البروتون + p amu : كتلة النيوترون n amu : لذا يمكن حساب كتلة نواة الهيليوم على النحو األتي: كتلة بروتونين = = amu كتلة نيوترونين = = amu مجموع كتل البروتونات والنيوترونات = amu = تبلغ كتلة نواة الهيليوم المقاسة )بوحدة وكذ ) : amu وبمقارنة كتلة الهيليوم الفعلية amu( ( بمجموع كتل مكونات نواتها يالحظ أن هنالك فرقا في الكتلة = amu وبأستخدام اجهزة مطياف الكتلة المتطورة وجد ان هذا الفرق في الكتلة )الكتلة المفقودة( تحولت الى طاقة E حسب معادلة انشتاين ( 2 )E=mC وتسمى هذه الطاقة بطاقة االرتباط النووية وتعرف بانها الطاقة الالزمة للتغلب على التنافر بين البروتونات الموجبةوللمحافظة على البروتوناتوالنيوترونات سوية داخل النواة ضمن حجمها الصغير جدا جدا.ولحساب الطاقة الناتجة من تحول فرق الكتلة الى طاقة نتبع خطوات المثال االتي : مثال : اذا علمت ان فرق الكتلة المقاسة عن الفعلية لنواة الهيليوم هي amu احسب طاقة االرتباط النووية لنواة الهيليوم. علما ان سرعة الضوء m/s( )C = الحل : نحول الكتلة من وحدة amu الى kg m = amu 1.66 = kg kg 1 amu نستخدم معادلة انشتاين لحساب طاقة االرتباط E = mc 2 = kg ) m/s ( 2 = kg. m 2 / s 2 ومن تعريف الجول ( J ) بانه يساوي ( 2 )kg. m 2 / s فعليه E = J 126

127 7-5 النشاط االشعاعي Radioactivity في عام 1896 اكتشف العالم هنري بيكرل تضبيب صفائح فوتوغرافية في ادراج مكتبه المحتوي على بعض خامات اليورانيوم فاستنتج ان اشعاعا غير مرئيا انطلق من اليوانيوم واثر على اللوح الفوتوغرافيوكانت مدام كوري تعمل مع زوجها في مختبر بيكرل وقد درسا هذه الظاهرة مفصال ونجح االثنان ماري كوري م بتقديم ادلة لوجود عنصرين جديدين ( الراديوم والبولونيوم ) وتوفرت لديهما كميات قابلة للوزن خالل 10 سنوات الحقة. وقد سميت وحدة النشاط االشعاعي ب ( الكوري ) تقديرا لعمل مدام كوري. ان لبعض النوى الذرية غير المستقرة القدرة على االنحالل تلقائيا مكونة نوى نظائر جديدة مستقرة وهذا مايدعى بالنشاط االشعاعي ( Radioactivity ) وهو عملية تتحول فيها نوى احد العناصر بانبعاث االشعاعات النووية ذات طاقة عالية بيير كوري م الى نوى جديدة أكثر استقرارا الحظ الشكل )6-5(. الشكل) 6-5 ( النشاط االشعاعي لنواة ذرة مشعة. ومثال ذلك نواة ذرة نظير اليورانيوم غير المستقرة ( مشعة( والتي تخضع لالنحالل االشعاعي. حيث تعتمد سرعة انحالل النواة على مكوناتها ومستوى طاقة النواة. وقد بينت الدراسات وجود ثالثة انواع من االشعاعات المؤينة تختلف في القابلية على اختراق المواد وقد سميت باالحرف الثالثة االولى من االبجدية اليونانية ( الفا α وبيتا β وكاما ) γ. تتفاوت انواع االشعاعات في اختراقها للموادوحسب ما موضح 127 في الشكل )7-5(.

128 الشكل) 7-5 ( انواع االشعة وقابلية اختراقها للمواد.. 1 دقائق ألفا ) Alpha particles ( α : دقائق موجبة الشحنة تتألف كل دقيقة من بروتونين ونيوترونين فهي تمثل نواة ذرة الهيليوم يرمز لها α او He 4 2 وهي أثقل أنواع االشعة ومن خواصها : 1. شدة تأثيرها على المواد كبير حيث تعمل عند اصطدامها بالمواد على ازاحة الكترونات المادة مما يؤدي الى تأينها. 2. مدى تأثيرها على المواد قصير جدا سرعان ما يتحد مع دقائقها الكترونين من االلكترونات المزاحة نتيجة تأين 4 He )α( 2 المادة فتتحول الى ذرة غاز الهيليوم حسب معادلة التفاعل االتي : 238 U He )α( + 2e - 2 He دقيقة الفا ذرة غاز الهيليوم 234 Th 90 ويمكن لنظير اليورانيوم 238 U ان ينحل ( نتيجة النشاط االشعاعي( فيتحول الى نظير الثوريوم 234 Th باعثا دقيقة الفا. الشكل) 8-5 ( انبعاث دقيقة الفا من نواة نظير اليورانيوم المشع U 90 Th + 2 He )α( الحظ الشكل ( )8-5. دقيقة الفا الثوريوم اليورانيوم ويمكن ايقاف مسار أشعة ألفا بوساطة قطعة رقيقة من الورق الشكل ( )

129 . 2 دقائق بيتا particles( )Beta β - هي عبارة عن سيل من االلكترونات تتميز بمدى أكبر الختراق المواد قياسا باشعة الفا ألن حجم االلكترون صغير جدا قياسا الى حجم دقيقة ألفا مما يمكنه من النفوذ الى مدى أكبر عبر مدارات الكترونات ذرة المادة ويرمز لها أيضا ( ) ال يمكن ايقاف مسارها بقطعة ورق وانما بقطعة خشب الحظ الشكل )7-5(. والمعادلة التالية تبين انبعاث دقائق بيتا من النيوترون اضافة لتكون بروتون : 1 n 1 p 0 + e مثال انبعاث دقائق بيتا من خالل انحالل نظير الكاربون 14 7.الحظ ان العدد الذري يزداد بمقدار 6 الى نظير النتروجين N C )1( ويبقى العدد الكتلي دون تغيير الشكل )9-5(. 6 C 7 N + -1 e. 3 أشعة كاما ) Gamma rays ( γ وهي موجاتكهرومغناطيسيةعديمةالشحنةذات سرعةعالية جدا تساوي سرعةالضوء وهذاالنوعمناالشعةأقوىأنواعاالشعة تأثيرا وأكثرها قدرةعلىاختراقالموادوالمرورفيهاالىمدىأكبر من قدرة دقائق الفاوبيتا وتعتبر أخطر أنواع االشعاعات ويمكن اضعاف سريانها بوساطة حاجز من الكونكريت )خرسانة مسلحة( الشكل )7-5( والمعادلة التالية تبين انحالل نظير اليورانيوم 238 U بانبعاث اشعة كاما والفا وتكون نظير الثوريوم. 0 e C 6 14 N 7 0e -1 الشكل) 9-5 ( انبعاث دقائق بيتا من خالل انحالل نظير الكاربون C 92 U 90 Th + 2 He + 0 γ اشعة كاما كما ويوضح الشكل )10-5( تأثير المجال المغناطيسي والمجال الكهربائي على جميع انواع االنحالل االشعاعي. ان المعادلة غير كاملة الن انبعاث دقيقة بيتا يتولد معه مايدعى نيوترينو سيتم التطرق اليه في مراحل دراسيةالحقة. 129

130 و يبين الجدول )4-5( انواع االنحالل االشعاعي وخواص كل الشكل) 10-5 ( تأثير المجال المغناطيسي والكهربائي على انواع االنحالل االشعاعي من المصدر المشع. منها. الجدول 4-5 انواع ورموز االنحالل االشعاعي وخواص كل نوع نوع االنحالل الطبيعة السرعة الشحنة تأثرها بالمجال الكهربائي تتوقف بوساطة موجبة 2+ %10 سرعة الضوء تنحرف مقتربة من الصفيحة ورقة مالبس السالبة. 4 2 الفا α نواةالهيليوم He الكترون ذا سرعة %90 سرعة الضوء سالبة تنحرف مقتربة من الصفيحة حاجزمن الخشب او االلمنيوم الموجبة عالية e -1 بيتا β موجة كهرومغناطيسية ذات طاقة عالية سرعة الضوء عديمة التتاثر التوقفها بل تقلل من تأثيرها كونكريت او حواجز من الرصاص بسمك 10 cm 0 كاما γ 130

131 ومن خواص العناصر المشعة هي : 1. العنصر المشع تكون جميع مركباته مشعة. 2. العنصر المشع يكون مشعا في جميع حاالته )صلبة سائلة غازية(. 3. نواة العنصر المشع ال تصدر جسيمات ألفا وجسيمات بيتا معا ولكن قد تصدر ألفا أو بيتا وقد يصاحب كال منهما انطالق اشعة كاما. 4. معد ل النشاط اإلشعاعي لعينة مشعة ال يتأثر بالظروف الخارجية من ضغط أو درجة حرارة ولكنه يتوقف فقط على نسبة العنصر المشع في العينة. 5. انبعاث جسيم بيتا أو جسيم ألفا من نواة العنصر المشع يحول ها إلى نواة عنصر آخر. 8-5 الشدة االشعاعية تمثل عدد االنحالالت التي تحدث في الثانية. فعندما يقال ان مصدر كوبلت شدته )50( الف بكرل فهذا يعني انه ينحل في هذا المصدر في كل ثانية ) 50 (الف نواة وحدات قياسها البكرل )Bq( ويعرف بأنه عبارة عن انحالل واحد في الثانية والكوري )Ci( يساوي 37 مليون بكرل. 9-5 زمن عمر النصف ( time )Half life يرمز له ( t 1/2 ) يمثل الوقت الالزم النحالل نصف كمية المادة اشعاعيا اي استهالك نصف ماكان موجودا اصال من نويات المادة المشعة. وان لكل نظير من نظائر العناصر المختلفة له عمر نصف ثابت طبيعي معروف وان معظم النظائر المشعة يتحلل في عدة خطوات ( سلسلة متتابعة من التحلل ) الى عناصر مستقرة تسمى بعنصر البنت )الوليدة( بينما النظائر االصلية قبل التحلل تسمى بعنصر االم. ويبين الشكل )11-5( منحني انحالل العناصر المشعة وعدد اعمار النصف لها. 131

132 الكمية االصلية للعنصر المشع بعد عمري بعد ثالثة نصف اعمار نصف بعد عمر نصف واحد الكمية المتبقية من العنصر المشع الشكل) 11-5 ( منحني انحالل للعناصر المشعة وعدد اعمار النصف لها. 14 عدد اعمار النصف في اغلب الحاالت يكون عمر النصف للنظائر معتمدا على خصائص الذرات المكونة لها والتؤثر عليه العوامل الخارجية من درجة الحرارة والضغط والوسط الكيميائي المتواجد فيه والحقول المغناطيسية والكهربائية لذلك فان عمر النصف للنظائر اليتغير حسب الوقت بل هو قيمة ثابتة طبيعيا لكل نواة مشعة عمر نصف خاص بها والنويات االكثر استقرار تنحل ببطي ولها عمر نصف اطول اما االقل استقرار فتنحل بسرعة ويكون لها عمر نصف قصير جدا اليتعدى بضع اجزاء 6 له عمر نصف يقدر ب 5730 سنة من الثانية فالكاربون C U 92 سنة والبوتاسيوم K عمر النصف ولليورانيوم له سنة. بينما البولونيوم Po 85 له عمر نصف 3 دقائق 218 واالستاتين At عمر النصف له قصير جدا هو 1.6 ثانية. هل تعلم لوكان لدينا كيلو غرام واحد من عنصرU فان نصف كيلو 92 غرام من هذا العنصر يتحول الى عنصر الرصاصPb المستقر بعد مرور 4.5 بليون سنة. 6 6 تستخدم العناصر المشعة ذات عمر النصف القصير في الطب النووي في معالجة بعض االمراض ومنها االورام السرطانية ( والتي هي تغير في تركيب الخاليا يؤدى الى انقسام سريع وتلف الخاليا عند تعرضها لإلشعاع لفترة طويلة( لكي التشكل مصدرا مشعا خطرا على المدى البعيد للمرضى كما ويستخدم زمن عمر النصف في تقدير اعمار االشجار ورفات الموتى. CO 2 الموجود في الجو يتكون معظم ثنائي اوكسيد الكاربون من C وقسم قليل من C وهما عنصران غير نشيطان اشعاعيا وباالضافة الى ذلك هنالك كميات قليلة جدا من النظير 132

133 C المشع الذي يكون انحالله ثابت وتبقى كمياته ثابتة 7 الموجود ايضا بسبب تأثيراالشعة الكونية على النتروجين N في الجو الذي ينحل ليكون C وكما هو معلوم ان النباتات CO 2 من الجو في عملية البناء الضوئي ومادامت تمتص غاز هذه النباتات باقيه حية فان نسبة ذرات C الىC في النباتات والكربوهيدرات تكون مساوية لنسبتها في الجو ولكن هذه النسبة تبدا بالتناقص عند انقطاع دورة الحياة 14 )قطع االشجار( ( موت الكائن الحي ) ولكون ذرات C نشطة 14 اشعاعيا اي انها تعاني من انحالل مستمر )عمر النصف ل C هو 5730 سنة ) كما في الشكل )12-5(. لذلك في نهاية هذه المدة تصبح نسبة C الى C نصف ماكانت عليه في الجو واليجاد اعمار مخلفات اخشاب االشجار المقطوعة او رفاة االموات او CO 2 وتحسب نسبة المتحجرات تحرق عينه منها لتكون غاز C الى C ومن هذه النسبة وبحسابات خاصه تقدر اعمارها وهذا أدى الى تطوير دراسة االثار واالكتشافات االثرية اشعة كونية نيوترون اقتناص نيوترون نيتروجين - 14 كاربون - 14 بروتون الشكل) 12-5 (. كاربون - 14 وكيفية تكونه في جسم الكائن الحي. يتغذى كل من االنسانوالحيوان على النبات ويدخل جسمهما كاربون - 14 كاربون - 14 الموت بعد العظام تفقد وغيره والخشب كاربون - 14 انحالل بيتا نيتروجين

134 مثال : 14 لنظير الكاربونC الذي يتحلل تلقائيا باعثا دقائق بيتا عمر ) t 1/2 قدره 5730 سنه, مبتدأ بكتلة) g ) من النظير نصف) أوجد :- - 1 كم الفترة الزمنية لثالثة اعمار نصف ( lives ) three half- - 2 كم عدد الغرامات المتبقية من النظير بعد مرور ثالثة أعمار النصف. الحل : يمكن حل مثل هذه االسئلة باستخدام العالقة االتية : N o 2 )t/ t ( 1/2 N t = 6 N t كمية المادة N o الكمية االبتدائية للمادة المشعة و حيث 56 تمرين )4-5( - 1 لنظير المنغنيز Mn والذي المشعة المتبقية بعد فترة زمنية مقدارها t و t زمن عمر 1/2 النصف. - 1 يتم حساب زمن اعمار النصف الثالثة بحاصل ضرب عمر النصف بعدد اعمار النصف اعمار النصف = سنة = سنة - 2 أيجاد كمية النظير المتبقية بعد مرور ثالثة اعمار النصف )t = سنة ) بتطبيق العالقة اعاله يتحلل فيعطي دقائق بيتا عمر نصف قدره 2.6 ساعة ما هي كتلة المنغنيز 56 المتبقية في نموذج 1 g بعد نهاية 10.4 ساعة 32-2 لنظير الفسفورP عمر نصف مقدارة 14.3 يوما. ما كتلة نظير الفسفور 32 المتبقية بعد 57.2 يوما اذا ابتدأت ب 4 g من النظير N o 2 10 N t -2 g = = = g 2 )t/ t ( 1/2 2 )17190/ 5730( 10-5 املعادالت النووية Nuclear Equations 234 ان التغيرات التي تحصل في النواةوالتي تؤدي الى تحولها من نوية الى اخرى تعرف بالتفاعالت النووية فمثال انبعاث 238 اشعة الفا من نظير اليورانيوم U يقود الى تكوين نظير وكما هو الحال في التفاعالت الكيميائية التي الثوريوم Th يعبر عنها بالمعادالت الكيميائية الحسابية فان التفاعالت 134

135 النووية يعبر عنها بمعادالت مشابهة تدعى المعادالت النووية فيمكن التعبير عن التفاعل بالمعادلة االتية: U 90 Th + 2 He + 0 Y 0 في المعادالت النووية يجب ان يكون )المجموع الجبري لالعداد الذرية واعداد الكتلة متساوي في طرفي المعادلة (. والجدول )5-5( يبين الجسيمات القاصفة او المنبعثة في المعادالت النووية. الجدول 5-5 الجسيمات القاصفة او المنبعثة في المعادالت النووية اسم الجسيم رمزه وعدده الذري وعدد الكتلة له n H ) p + ( نيوترون بروتون الكترون الفا 0 e -1 4 بيتا 2 He β - 0 γ 0 ) e( 0-1 كاما مثال : جد العدد الذري وعدد الكتلة للعنصر X في المعادلة النووية االتية : Po He + X 2 الحل : عدد الكتلة لنظير عنصر البولونيوم يساوي 212 والعدد الذري 84 وعندما تنبعث دقيقة الفا ينتج العنصر X كما في المعادلة : عدد الكتلة للعنصر = X 212 = العدد الذري للعنصر = X 84 2 = 82 فالناتج هو Po He + X 82 تمرين )5-5( أ ) اوجد اسم الجسيم المضاف 11 في المعادلة النووية لنظير Na 22 Na+ x االتية : 22 Ne 10 ب ) جد العدد الذري وعدد الكتلة للعنصر X في المعادلة النووية االتية : Es + 2 He n 0 + x 135

136 11-5 أنواع التفاعالت النووية يمكن تقسيم التفاعالت النووية الى أربعة أقسام وهي :.1 االنحالل النووي التلقائي.Radioactive spontaneous disintegration.2 التفاعل النووي غير التلقائي. Nonspontaneous nuclear reaction.3 االنشطار النووي. Nuclear Fission. 4 االندماج النووي. Nuclear Fusion االنحالل النووي التلقائي يمثل انحالل أنوية العناصر الثقيلة غير المستقرة تلقائيا الى انوية اخف واكثر استقرارا وينبعث منها دقائق الفا او بيتا او اشعة كاما باالنحالل االشعاعي كما ورد ذكره سابقا ومن امثلة ذلك تحول نظير اليورانيوم تلقائيا الى نظير الثوريوم واطالق دقائق الفا التفاعل النووي غير التلقائي ويتم بقصف النواة بجسيمات او نوى خفيفة - 1 قصف نواة بنيوترون ( انبعاث بروتون ) كما في المعادلة االتية : Cl + 0 n S + 1 H - 2 قصف نواة بدقيقة الفا كما في المعادلة االتية : He + 7 N 9 F F 8 O + 1 H 136

137 االنشطار النووي Nuclear fission لوتأملت الصورة اعاله هل فكرت بضخامة هذا االنفجار وكيف يحدث في عام 1934 اكتشف عالم الماني ان انشطار ذرة اليورانيوم يحدث بسرعة مولدا كمية هائلة من الطاقة يمكن استخدامه باحداث انفجارا هائال فاالنشطار النووي هو انشطار نواة ثقيلة الى نواتين متوسطتي الكتلة وتكوين عناصر جديدة مع تولد كميات ضخمة من الطاقة الحرارية واالشعاعية ويستخدم Pu 239 كمواد نووية 235 والبلوتونيوم نظيري اليورانيوم U انشطارية كما في الشكل )13-5(. وقد يؤدي االنشطار النووي اذاترك بدون سيطرة الى انفجار هائل وهذا ما يحصل في انفجار القنبلة الذرية والصورة اعاله تبين الطاقة الهائلة المتولدة من انفجار القنبلة الذرية. الشكل) 13-5 ( انشطار نواة نظير اليورانيوم U 137

138 من تطبيقات االنشطار النووي المفاعل النووي النتاج الطاقة الكهربائية من خالل السيطرة على كمية الطاقة المتولدة اثناء حدوث االنشطار والشكل )14-5( يوضح احدى المحطات النووية لتوليد الطاقة الكهربائية االندماج النووي : Nuclear fusion كلنا يعرف ان الشمس تمدنا بالطاقة الالزمة للحياة ولكن كيف تتكون هذه الطاقة تحدث في الشمس تفاعالت عديدة ومنها تفاعل يسمى )االندماج النووي ) فمثلما نجد ان بعض االنوية الثقيلة قابلة على االنشطار فأن بعض االنوية الخفيفة قابلة على االندماج فاالندماج النووي هو تفاعل يتم فيه اندماج نوى خفيفة لتكوين نوى اثقلويحدث االندماج لالنوية الخفيفة لنظائر الهيدروجين 2 مع تحرر 1 النتاج ذرةالهيليوم He 1 والتريتيوم T الديوتيريوم D طاقة هائلة جدا وكما موضح في الشكل )15-5(. الشكل) 14-5 ( محطة نووية لتوليد الطاقة الكهربائية. التفاعالت الحاصلة في الشمس T + 1 D He طاقة + n الشكل) 15-5 ( االندماج النووي 4. 2 وتكوين نواة ذرة الهيليوم He 138

139 يحتاج االندماج النووي الى طاقة عالية لحدوثهوعندما يحدث هذا االندماج ينتج عنه انطالق طاقة هائلة تظهر على شكل حرارة واشعاع كما يحدث في الشمس التي تمدنا بالحرارة والنور والحياة فبدون هذا التفاعل ما وجدت الشمسوما وجدت النجوم والحياة من دون تلك الطاقة المسماة طاقة االندماج النووي والتي تكون اكبر بكثير مما يطلقه االنشطار النووي. والقنبلة الهيدروجينية تعتبر مثال على االندماج النووي الكشف عن االشعاع يتم االستدالل على وجود النشاط االشعاعي للمواد المشعة بوسائل عديدة منها : عداد كايكر Geiger Counter يستعمل هذا العداد للكشف عن النشاط االشعاعي للمواد المشعه في مختلف المجاالت الشكل )16-5( واساس عمل هذا الجهاز هو ان االشعة النووية ذات الطاقة العالية تسبب تأين الغاز )غاز االرگون( الموجود في الجزء الحساس من هذا الجهاز وهذا التاين يتحول الى نبضات كهربائية تدير عدادا رقميا او تولد صوتا متقطعا يشير الى النشاط االشعاعي الصادر من المادة المشعة الفلم الفوتوغرافي ( الفلم باج ) badge Film أ ب الشكل) 16-5 ( أ - جهاز عداد كايكر. ب - اجزاء جهاز عداد كايكر. عبارة عن شريحة من البالستيك مغطاة بمادة بروميد الفضة AgBrالتي تتأثر بكمية االشعاع المار بالشريحة ويمكن قياس كمية االشعاع من شدة تأثر هذه الشريحة بالمواد المشعة. ان هذه الشريحة تحفظ في علبة خاصة الشكل )17-5( وتعلق في مالبس العاملين في االماكن التي يوجد فيها النشاط االشعاعي اجلرعة االشعاعية Radiation Dose الشكل) 17-5 ( احد العاملين في االماكن التي فيها اشعاع يضع الفلم باج. تمثل كمية الطاقة االشعاعية الممتصة في وحدة الكتلة من الجسم وتقاس بوحدة الگري ) Gray ( Gy 1 Gy = 1 J / kg وفي نظام اخر تقاس بوحدة الراد ( Rad ) حيث : 1 Gy = 100 Rad 139

140 14-5 االشعاع املؤين Ionizing Radiation ان جميع انواع االشعاعات النووية ذات طاقة عالية جدا ولها قدرة على تأين المواد التي تمر بها. وعليه تعتبر اشعاعات مؤينة اضافة الى االشعة السينية. ان االشعاع المؤين هو شكل من اشكال الطاقة تكمن خطورته في انه ال يمكن رؤيته بالعين المجردة لكي يمكن تجنب التعرض له كما انه اليمكن لالنسان ان يحس به كاحساسه بحرارة الشمس او النار مثال فيمكنه االبتعاد عنه وانما تتسلل االشعاعات المؤينة الخفية الى الجسم وتنقل طاقتها اليه والتي قد تؤدي الى اضرار تتراوح بين عدة ساعات وعشرات السنين حسب الجرعة التي يتعرض لها الجسمولهذه االسباب كان من الضروريوضع مبادئ الوقاية من هذه االشعاعاتوالتي منها اشعة اكسوكاماواالشعة الكونية وجسيمات بيتا والفا فعل االشعاع املؤين على اجلزيئات في الكائن احلي 1. مخاطر جسدية : تعمل على احداث انواع عديدة من السرطانات مثل سرطان الدم وسرطان النخاع وسرطان الغدة الدرقية وسرطان العظام وأورام خبيثة اخرى كما يعتبر هذا النوع من االشعاع من العوامل التي تؤدي الى قصر العمر كما يؤدي الى اضعاف قابلية االشخاص على مقاومة االمراض االخرى او االلتهابات وثبت ان تعرض الجنين الى جرعة اشعاع مقدارها Rad( 1-5( تعتبر مسببة لسرطان الدم بعد الوالدة. 2. مخاطر وراثية : يؤدي التعرض لالشعاعات المؤينة الى اضعاف القابلية على االخصاب وربما العقم التام وكذلك حدوث الطفرات الوراثية كما ان التعرض لالشعاعات المؤينة يؤثر على نسبة الذكور من المواليد التحلل االشعاعي للماء يعتبر الماء المكون االساسي للحياة والمذيب االكثر توفرا في الطبيعة. وان تحلل الماء بوساطة االشعاع سوف يؤدي الى تكوين ايونات الماء الموجبة والسالبة ثم تتحلل هذه االيونات

141 الى ايونات اخرى وجذور حرة ذات طاقة عالية تجعلها فعالة تعمل على االتحاد مع مكونات الخلية محدثة تغييرا في مركباتها العضوية واالجزاء الحساسة في الخاليا )الكروموسومات(. واليعني حدوث الضرر االشعاعي في الخلية او االنسجة بالضرورة الى تعطيل كل وظائف الخلية حيث للنسيج الحي او الخاليا القدرة على اصالح الضرر االشعاعي ارشادات الوقاية من االشعاع هناك ثالث مفاهيم اساسية لحماية االنسان من االشعاعات المؤينة التي يتعرض لها : 1. الزمن : مقدار التعرض االشعاعي للشخص يزداد بزيادة زمن التعرض للمصدر االشعاعي. 2. المسافة : يقل مقدار التعرض االشعاعي للشخص بزيادة المسافة بين الشخص والمصدر المشع وتحديد المسافة اآلمنة يعتمد على مقدار طاقة االشعاع ومقدار النشاط االشعاعي للمصدر. 3. الدرع الواقي : يقلل التعرض االشعاعي بزيادة سمك الدرع الواقي حول االشعاعات ويكون سمك الدرع تبعا لنوع وطاقات االشعاع. 141

142 اسئلة الفصل الخامس 210? عمر النصف للبولونيوم- 210 هو يوما, ما كتلة البولونيوم- 210 ب ( mg ) المتبقية بعد يوما, اذا ابتدأت ب 2 mg من النظير 2.5 عمر النصف للكوبلت- 60 هو 5.27 سنوات ما كتلة الكوبلت 60 المتبقية له بوحدة) mg ( بعد 52.7 سنة اذا ابتدأت ب 10 mg منه 3.5 لماذا تكون دقائق الفا ذات الشحنة والكتلة الكبيرتين اقل اختراقا من دقائق بيتا واشعة كاما 4.5 أكمل ثم وازن المعادالت النووية االتية وجد قيم اعداد الكتلةوالعدد الذري للعنصر X في كل منها : ( 13 Al + 2 He 14 Si + x ( 83 Bi 2 He + x ( 14 Si -1 e + x ( 27 Co + x 27 Co 5.5 فيما يأتي نظائر مشعة تنحل بانبعاث دقيقة الفا اكتب ناتج هذا االنحالل لكل نظير بمعادالت موزونة 1( 94 Pu 2( 83 Bi 3( 84 Po 4( 90 Th 5( 86 Rn 6.5 احسب طاقة االرتباط النووية لنواة 84 علما ان كتلة البروتون عنصر البولونيوم Po 7.5 ينحل النظير المشع لعنصر الرصاص Pb ليعطي نظير عنصر البزموث Bi مع انبعاث دقائق بيتا. أكمل معادلة االنحالل واوجد العدد الذري وعددالكتلةالمفقودين? Pb 83 Bi + -1 e اكتبرمزوشحنة كل من : 1. دقائق الفا 2. دقائق بيتا 3. اشعة كاما 9.5 العناصر المشعة اآلتية تنحل بانبعاث دقائق بيتا السالبة اكتب معادلة نووية موزونة لعملية انحالل :.1 كاربون C.2 سترونتيوم Sr بوتاسيوم K.4 نتروجين N كيف يتأثر العدد الذري وعدد الكتلة للنواة في حالة انبعاث 1. دقيقة الفا 2. دقيقة بيتا 3. اشعة كاما 11.5 بين االختالف بين النظائر المشعة وغير المشعة 12.5 شخص النظير االكثر استقرارا في كل من االزواج االتية : 6 C, 6 C.1 1 H, 1 H O, 8 O N, 7 N amu وكتلة النيترون amu والكتلة الذرية للبولونيوم amu 142

143 ? U Th γ 4 ) 2 ان العالمة تمثل )H أو T أو n أو He عمر النصف للبولونيوم Po هو 3 دقائق 84 فاذا كان لديك كمية من البولونيوم 218 كتلتها 60 g فكم سيبقى منها)بوحدة g( بعد 238 A ما هي الدقيقة التي تحتاجها المعادلة التالية لموازنتها : Al + He? P 20.5 سمي الدقيقة المنبعثة او القاصفة في كل تفاعل في المعادالت اآلتية : 1( 26 Fe 27 Co + -1 e 2( 27 Co + 0 n 27 Co 21.5 كيف يتم الحصول على الماء الثقيل 22.5 ما الفرق بين الخواص الكيميائية والخواص النووية 23.5 اختر الجواب الصحيح من بين االقواس: Z ان A يمثل ( العدد الذري 1. في الرمز X او عدد الكتلة او عدد النيوترونات او عدد االلكترونات( 2. اليورانيومU يمثل الرقم 238 )عدد النيوترونات, عدد الكتلة عدد البروتونات, العدد الذري(. 3 D يمثل نظير الهيدروجين )االعتيادي او االثقل او الثقيل او ليس له عالقة( 4. يمكن ايقاف دقائق بيتا بوساطة ( الورق او الهواء او قطعة من الخشب ). 5 في المعادلة النووية مرور 9 دقائق. ( 60 او 7.5 او 15 او ) لماذا تستخدم النظائر المشعة ذات اعمار النصف القصيرة في التشخيص والمعالجة ( في الطب( 14.5 اعطي مريض جرعة مقدارها 20 mg من العنصر المشعرادون Rn له عمر نصف 3.8 يوم. ماهي الكمية المتبقية من 20 g من هذا العنصر بعد 15.2 يوم أ. g 5.0 ب. g 12.5 ج. g 1.25 د. g اليود I( 131 ) كم سيبقى من هذا النظير في الجسم بعد 40 يوما اذا علمت ان عمر النصف له 8 يوم 15.5 اشرح تفاعل االنشطار النووي وكيفية حدوثه 16.5 ماهو الفرق بين التفاعل النووي الحاصل في الشمس والتفاعل النووي الحاصل في المفاعل النووي 17.5 ما الفائدة او الغرض من استخدام الفلم باج عند العمل مع المصادر المشعة المؤينة 18.5 اختر الجواب الصحيح : 1. اذا انحل عنصر مشع بانبعاث دقيقة بيتا: أ. يتغير العدد الذري. ب. يبقى عدد النيوترونات ثابتا. ج. يفقد النظير بروتونا. د. يتغير عدد الكتلة. 143

144 7. عندما تشع نواة عنصر ما جسيم بيتا السالب فان)عدد الكتلة ثابت و العدد الذري ينقص عدد الكتلة ثابت و العدد الذري يزيد عدد الكتلة ثابت و العدد الذري ثابت عدد الكتلة ينقص والعدد الذري ينقص( علل ماياتي : - 1 تؤين دقيقة ألفا ذرات الهواء عند مرورها فيه - 2 تنحرف جسيمات الفا في المجالين الكهربائي و المغناطيسي - 3 ال تتأثر اشعة كاما بالمجالين الكهربائي و المغناطيسي والتسبب تأين الغازات. - 4 قدرة أشعة كاما على النفاذ اكبر بكثير من قدرة نفاذ جسيمات الفا أو بيتا - 5 وجود البروتونات الموجبة الشحنة ضمن النواة دون أن تتنافر. - 6 خطورة الجذور الحرة المتكونة نتيجة التحلل االشعاعي للماء ما المقصود بكل من : ) 1 عمر النصف ) 2 النشاط اإلشعاعي لعنصر مشع. ) 3 عنصر البنت الوليدة أكمل ما ياتى: - 1 من األجهزة المستخدمة في الكشف عن اإلشعاعات النووية يتحول نظير الرصاص Pb إلى نظير البزموت Bi... عندما تشع نواته - 3 تسمى عملية اتحاد نواتين خفيفتين لتكوين نواة ثقيلة ان معدل النشاط االشعاعي لعينة مشعة اليتأثر... ولكنه يتوقف فقط على تدعى عدد االنحالالت التي تحدث في الثانية من الزمن... وتقاس بوحدة تنحل النويات االكثر استقرارا... ولها عمر نصف... اما االقل استقرارا فتنحل... ويكون لها عمر نصف اذكر اثنين من األضرار الناتجة عن تعرض الجسم لإلشعاعات النووية يشكل 7N نسبة % من مجموع 15 النتروجين في الطبيعة اما 7N فيشكل ما نسبته % احسب الكتلة الذرية للنتروجين 29.5 ماعدد البروتونات و النيوترونات و االلكترونات في ذرة كل نظير من النظائر 38 1( 19 K 235 2( 92 U 68 3( 31 Ga 13 4( 7 N 59 5( 26 Fe االتية :

145 الفصل السادس الجيوكيمياء والنفط Geochemistry and Oil 6 بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادرا على ان : - يعرف علم الجيوكيمياء. ويحدد طبقات األرض حسب تركيبها الكيميائي وكذلك تركيب المعادن وانواعها. يتمكن من تحديد هوية المعدن. ويميز بين المعادن والبلورات وانواعها. يتعرف على الصخور وانواعها وتصنيفها. ويعرف كيف يتكون البركان وثورانه وتأثيراته. يصف التجوية والتعرية. ويميز بين الموارد المائية السطحية والجوفية. يصف الموارد المعدنية في البلد. يتعرف نشوء النفط وكيفية االستدالل عليه. ويميز بين المنتجات النفطية اعتمادا على درجات الغليان المتقاربة. يفسر عملية التكسير الحراري. ويصف البترول كخليط وليس مركبا 145

146 1-6 مقدمة اهتم االنسان منذ اقدم العصور بالكون الذي يحيط به. وقد أظهرت اآلثار التي عثر عليها في وادي الرافدين ووادي النيل بأن شعوب هاتين المنطقتين كانوا قد قطعوا شوطا كبيرا في دراسة الكون. ويشهد التاريخ للعرب والمسلمين اهتمامهم الكبير في دراسة الكون وحركة الكواكب فقد طوروا هذا العلم على اساس رياضي لما وجدوا فيه من عالقة وثيقة مع الفرائض الدينية كتثبيت اوائل الشهور القمرية لمعرفة وقت الصيام والحج البيروني هو العالم ابو الريحان محمد بن احمد البيروني ولد في 973 م وكان ملما بعدد كبير من الفروع العلمية كالرياضيات والفلك والطبيعيات والصيدلة والكيمياء. ومن اهم مؤلفاته كتاب الصيدنة وكتاب تسطيح الكرة ومقاليد الهيئة. وكذلك تعيين االوقات المختلفة للصلوات من معرفة شروق الشمس وغروبها لذلك اقيم في زمن المأمون مرصدان فلكيان احدهما في بغدادواالخر في دمشق. ومن جملة مآثرهم التحقيق في كروية االرض ودورانها حول نفسها فظهر علم اختص بتفسير الظواهر الطبيعية وفهم العمليات التي حدثت خالل تاريخ تكون االرض متضمنة الزالزل و البراكين و الفيضانات وغيرها من التغيرات المناخية والتضاريسية التي اثرت على شكل االرض وال زالت مستمرة بالتأثير. سمي هذا العلم بعلم الجيولوجيا )Geology( او علم طبقات االرض وهو علم مستقل بذاته ويمثل فرع من فروع العلوم الطبيعية. من اشهر العلماء العرب الذين عملوا في مجال طبقات االرض هو البيروني و ابن سينا و الخوارزمي وغيرهم. فقد كتب البيروني عن الصخور واهميتها في التعرف على تاريخ تكون االرض و كيفية تكوين المعادن والعناصر. 2-6 االرض والكون )بضمنها املجموعة الشمسية( تتألف المجموعة الشمسية بصورة رئيسة من الشمس ومجموعة من الكواكب ندرجها حسب بعدها عن الشمس. المجموعة الشمسية عطارد الزهرة االرض المريخ المشتري زحل اورانوس نبتون. تتوسط هذه الكواكب جميعا كتلة الشمس العظيمة التي تؤلف %99.86 من كتلة المجموعة. والبقية البالغة %0.14 تمثل مجموع كتل الكواكب االخرى جميعها. وهذه الكواكب لها حركتان محورية )حول نفسها( ومدارية )حول الشمس( وكلتا 146

147 تمرين )1-6( ما الفترة التي تحتاجها االرض في حركتها المحورية و المدارية الحركتين قائمتان من الغرب الى الشرق اي عكس اتجاه عقرب الساعة. ما عدا الزهرة واورانوس اللذين يشذان عن هذه القاعدة فحركتهما تكون بصورة عكسية من الشرق الى الغرب فاالرض هي الكوكب الثالث من حيث البعد عن الشمس ويكون متوسط بعدها حوالي 150 مليون كيلومتر. 3-6 تكون االرض زادت معرفة االنسان بعد تطور العلوم والتقنيات عن الكواكب والنجوم والمجرات زيادة كبيرة نتيجة مالحظات وتجارب ودراسات ميدانية لعلماء اختصوا في هذا المجال. ووضعوا عدة فرضيات ونظريات تفسر تكوين الكون والمجرات المختلفة. اهمها هي: 1- النظرية السديمية - 2 الفرضية الكويكبية - 3 الفرضية المدية - 4 فرضية توؤم الشمس االنفجار العظيم - 5 نظرية التكاثف - 6 نظرية االنفجار العظيم وت رجع نظرية االنفجار العظيم ( Theory ) Big Bang تكون الكون الى انفجار ضخم لنجم متفجر شديد التوهج تناثرت اجزائه وتكونت منها المجرات التي اخذت تبتعد عن بعضها البعض بسرعة كبيرة جدا كذلك كوكب االرض الذي تكون من التراب المتناثر لحطام ذلك النجم الذي يحتوي على جميع العناصر الالزمة الدامة الحياة. كانت االرض قبل نحو 4.6 مليار سنة مضت عبارة عن منصهر لعدة مواد وما ان بردت هذه المواد التضاريس المختلفة تكونت القشرة الخارجية الصلبة التي احاطت باالرض من الخارج ثم تعرضت هذه القشرة الى عوامل منها : - عوامل باطنية )زالزل و براكين( - عوامل خارجية )رياح و امطار( ادت الى تحريك ورفع اجزاء منها فبدأت تتكسر وتلتوي وتهبط نحو المركز بسبب الجاذبية. مما ادى الى ظهور انواع مختلفة من التضاريس على سطحها ومنها )الجبال والقارات 147 والمحيطات والبحار الى آخره(.

148 الوشاح 4-6 طبقات االرض تتكون االرض من ثالثة طبقات من خارج االرض الى مركزها حسب تركيب كل طبقة وكما يالحظ من الشكل ( 1-6 ) : - 1 القشرة االرضية: : Crust هي طبقة االرض الخارجية الصلبة ويوجد نوعين من القشرة هما القارية والمحيطية يتراوح سمكيهما بين km( 80( - 50 وهي اقل طبقات االرض سمكا وتشكل %1 من كتلة االرض وتحتوي بشكل رئيسي على عناصر )االوكسجين و السيليكا و االلمنيوم و الحديد و الكالسيوم والمغنيسيوم ). اللب القشرة الشكل) 1-6 ( طبقات االرض الثالث القشرة و الوشاح واللب. - 2 الوشاح: : Mantle هو طبقة صخرية واقعة بين القشرة واللب. يبلغ سمكهkm 2900 وهو اكثر سمكا من القشرة. ويشكل %67 من كتلة االرض ويحتوي على نسبة عالية من المغنيسيوم ونسبة اقل من االلمنيوم والسيليكون. - 3 اللب: : Core هو الطبقة التي تمتد من اسفل الوشاح الى مركز االرض يبلغ نصف قطره km( 3430( ويشكل %33 من كتلة االرض يتكون في معظمه من الحديد وكمية قليلة من النيكل. ان سبب تكون طبقات لالرض هو ان العناصر االثقل تنجذب نحو مركز االرض بفعل الجاذبية في حين ان العناصر االقل ثقال تبقى بعيدة عن المركز باالضافة الى اختالف التراكيب الكيميائية لتلك العناصر. تمرين )2-6( - 1 هل االرض صلبة ام جوفاء - 2 هل االرض مكونة من المادة نفسها في كل جزء منها 5-6 الصخور Rocks وجدت الصخور منذ تكون االرض وهي المادة االساسية المكونة لسطح االرض )القشرة االرضية( وتعتبر مورد طبيعي مهم منذ ان وجد االنسان االول استخدم الصخور كمطارق وروؤس نبال وسكاكين وادوات الكشط ثم استعملها في تشييد المباني وقد استخدمت كمادة بناء في الحضارات القديمة والحديثة والصخور مواد صلبة طبيعية تتكون من معدن او خليط من عدة معادن ومواد عضوية. الصخور فاذا كان الكثير من المواد المصنعة من الورق والبالستيك وااللمنيوم )علب المشروبات الغازية( يمكن اعادة تدويرها ( اي اعادة تصنيعها لتستعمل من جديد ). فهل تعلم ان االرض 148

149 تعيد تدوير مكوناتها ايضا فالصخور هي المسؤولة عن اعادة التدوير لألرض حيث تمر الصخور بسلسلة عمليات جيولوجية تتكون فيها وتتغير من نوع الى آخر ثم تتحطم وتتكون مجددا تحت تأثير عوامل منها درجة الحرارةوالضغطوتركيب المعادن المكونة للصخور تدعى هذه السلسلة من العمليات بدورة الصخر ( Cycle ) Rock والموضحة في الشكل )2-6( ومن خالل التمعن في هذا الشكل نالحظ تحول الصخور من نوع الى آخر ويتضمن الشكل ثالثة انواع من الصخور هي : - 1 الصخور النارية - 2 الصخور الرسوبية - 3 الصخور المتحولة وسنتعرف عليها باختصار مم تكونت. الصخر الناري التجوية والتعرية الصخر الرسوبي الحرارة والضغط الصخر المتحول الشكل) 2-6 ( دورة تحول الصخور من نوع الى اخر. التبريد الانصهار الصهارة الصخور النارية Igneous Rocks قبل التعرف على الصخور النارية لنتعرف على البراكين التي نحصل منها على الصخور النارية. فالبركان )Volcano( عبارة عن خروج او تدفق الصهارة )Magma( الى سطح االرض صخور نارية 149 وهذا التدفق قد يكون بطيئا او مفاجئا الحظ الشكل )3-6(. والصهارة تتكون من مخلوط منصهر من المواد المكونة للصخر والغازات والماء من الوشاح وعندما تصل الى السطح تسمى الحمم )Lava( وبعد ان تبرد تلك الحمم تكون صخرا صلدا. هذه الصخور الصلدة هي تجمعات لعدد من المعادن تكون عندما تبرد وتتصلب تدعى الصخور النارية. تصلب الصهارة يكاد يكون مشابها لتجمد الماء مع وجود اختالف بين الحالتين هو الصهارة

150 ان الماء يتجمد في درجة 0 C بينما تتجمد الصهارة عند درجة حرارة تتراوح بين ( C 700( و تتكون الصهارة بسبب : أ - ارتفاع درجة حرارة الصخر. ب - انخفاض الضغط. حمم بركانية تبرد بسرعة صخر ناري دقيق الحبيبات ج - تغير تركيب الصخر. وبسبب ارتفاع درجة الحرارة الى اكثر من 1000 C اما ان تصل الصهارة الى الخارج من خالل الحمم البركانية او تتصلب داخل االرض فتكون الصخور البلوتونية )صخر البلوتون ). ان خروج الحمم البركانية المكونة للصخور النارية يك ون صورا للبراكين ويتراوح بين تدفق هاديء للحمم الى انفجارات عنيفة للجسيمات الصخرية والبخار والغازات. مثال : صهارة تبرد ببطء صخر ناري خشن الحبيبات ما هي العوامل التي تحدد ما اذا كان ثوران البركان متفجرا او هادئا الحل : العوامل هي: - 1 التركيب الكيميائي للصهارة. - 2 درجة الحرارة. - 3 الضغط. الشكل) 3-6 ( مخطط يبين مراحل تكوين البركان. فالبراكين التي تثور بهدوء افضل بكثير للمناطق المجاورة من تلك التي تثور ويصاحبها انفجارات ومع ذلك فأن الحالتين يمكنها تدمير المدن والقرى. الحظ الشكل )4-6(. الشكل) 4-6 ( أ - بركان ( تدفق هادىء(. ب - بركان ( تدفق عنيف(. أ ب 150

151 - 1 التركيب : وهو التركيب الكيميائي للصخر وما يحويه من معادن ومواد اخرى كما في الشكل )5-6(. الرماد البركاني المنطلق بسرعة نحو السماء الذي يشبه انفجارا نوويا. Figure 4 12 Basalt is a finegrained volcanic rock. The holes are gas bubbles that were preserved as the magma solidified in southeastern Idaho. هل تعلم تبرد الحمم البركانية ببطء شديد ليس ألنها ساخنة جدا عازل جيد Extrusive ألنها (Volcanic) فحسب بل Rocks If magma rises slowly through the crust before erupting, some crystals may grow while most of the magma للحرارة أيضا. فعندما توقف After magma erupts onto the relatively cool Earth surface, في it solidifies البركاني rapidly perhaps الطفح over a few days or remains molten. If this mixture of magma and crystals مكسيكو then erupts onto the surface, it solidifies quickly, forming porphyry, a rock with the large crystals, called phe- years. Crystals form but do not have much time to grow. عام 1952 م كان سمك ذلك The result is a very fine-grained rock with crystals too nocrysts, embedded in a fine-grained matrix (Fig. 4 13). the naked eye. Basalt is a common الطفح be seen 10 with أمتار. small to وبعد أربع In unusual circumstances, volcanic magma may solidify within النارية a few hours الصخور of erupting. تصنيف Because يمكنthe magma very fine-grained volcanic rock (Fig. سنوات أي عام 1956 م كانت اعتمادا على.(12 4 خاصتين hardens so quickly, the atoms have no time to align them- اساسيتينthe is هما : result selves to form crystals. The volcanic glass الحمم ال تزال تصدر البخار كلما هطلت األمطار. called obsidian (Fig. 4 14). Classification of Igneous Rocks 65 Figure 4 12 Basalt is a finegrained volcanic rock. The holes are gas bubbles that were preserved as the magma solidified in southeastern Idaho. Figure Extrusive 4 13 (Volcanic) Porphyry is Rocks an igneous rock containing large crystals embedded in a fine-grained matrix. This rock is rhyolite After magma erupts onto the relatively cool Earth surface, it porphyry التركيب with solidifies مختلفة large pink rapidly perhaps feldspar phenocrysts. over a few days or years. Crystals form but do not have much time to grow. The result is a very fine-grained rock with crystals too small to be seen with the naked eye. Basalt is a common very fine-grained volcanic rock (Fig. 4 12). - 2 النسيج : هو حجم حبيبات الصخر وشكلها وترتيبها If magma rises slowly through the crust before erupting, 4 14 some crystals Obsidian may is natural grow volcanic while glass. most It of contains the magma no Figure crystals. remains (Geoffrey molten. Sutton) If this mixture of magma and crystals then erupts onto the surface, it solidifies quickly, forming porphyry, a rock with the large crystals, called phenocrysts, embedded in a fine-grained matrix (Fig. 4 13). In unusual circumstances, volcanic magma may solidify within a few hours of erupting. Because the magma hardens so quickly, the atoms have no time to align themselves to form crystals. The result is the volcanic glass called obsidian (Fig. 4 14). فالفترة الزمنية التي تستغرقها الحمم البركانية )الصهارة( لتبرد هي التي تحدد ذلك النسيج فكلما طال الزمن زاد حجم وخشونة نسيج الصخر الناري كما في الشكل )6-6(. الشكل) 5-6 ( صخور نارية الشكل) 6-6 ( صخور نارية 151 Figure 4 13 Porphyry is an igneous rock containing large crystals embedded in a fine-grained matrix. This rock is rhyolite porphyry with large pink feldspar phenocrysts. ( مختلفة بنسيجها ). Figure 4 14 Obsidian is natural volcanic glass. It contains no crystals. (Geoffrey Sutton)

152 2-5-6 الصخور الرسوبية هي اكثر االنواع انتشارا فوق سطح الكرة االرضية وتكون عادة على شكل طبقات متوازية تكونت بسبب عوامل التجوية والتعرية مثل الرياح والمياه الجارية و الجليد ومياه االمطار و ضوء الشمس وتقسم الى ثالثة انواع حسب طريقة تكوينها : - 1 الصخور الرسوبية الطبيعية : تتكون نتيجة تراكم قطع الفتات الصخري الذي تنتقل بفعل عوامل التعرية من مكان الى آخر لتترسب اخيرا في طبقات صخور رسوبية طبيعية. جديدة تغطي الطبقات االقدم. وبسبب ضغط الطبقات وتالحمها وتكون مواد كيميائية ما بين الدقائق مثل كاربونات الكالسيوم مما يزيد من عملية التصلب. - 2 الصخور الرسوبية الكيميائية تتكون من محاليل معادن ذائبة في مياه االمطار تذيب بعض المواد الصخرية التي تمر بها وبالنتيجة تتبلور تلك المواد المذابة وتكون معادن الصخور الرسوبية الكيميائية كهف لصخور من حجر الكلس وتكثر هذه الصخور في المناطق الحارة حيث تتعرض المياه الى التبخر الشديد فملح الطعام والحجر الكلسي الذي يترسب من العيون الكلسية يمثالن احد انواع تلك الصخور. - 3 الصخور الرسوبية العضوية تتكون من بقايا كائنات حية كانت تعيش في البحروبمرور الزمن تتراكم هياكل تلك الحيوانات والنباتات بشكل كامل أو بصورة مفتتة وفي النهاية تتالحم تلك البقايا لتكون الصخر صخررسوبي عضوي ( متحجرات ). العضوي كما يحدث احالل لمواد كيميائية مثل ابدال معدن CaCO 3 في المتحجرات. االراغونايت بكاربونات الكالسيوم الصخور املتحولة تمرالصخور بعملية تسمى )تحول الصخور( هي صخور تغيرت بنيتها أو نسيجها أو تركيبها بفعل الحرارة أو الضغط أو الحرارة والضغط معا. تحدث معظم عمليات تحول الصخور عند درجة حرارة تقع بين ( C 1000( وبعضها يتحول عند درجات حرارة اعلى من 1000 C معظم عمليات التحول تحدث في اعماق االرض تزيد على الكيلومترين. صخر متحول بفعل الحرارة والضغط. 152

153 تتحد معادن الكالسيت والكوارتز والهيماتيت نتيجة للحرارة العالية وتتبلور من جديد لتكون معدن متحوال. وهناك نوعين من هذا التحول : - 1 التحول بالتماس: يحدث عند تعرض الصخور للتسخين من صهارة قريبة ان تسخن تلك الصخور المحيطة بالصهارةوتتحول بالتماس الى نوع اخر من الصخور. - 2 التحول االقليمي: هل تعلم يفضل الرخام االيطالي لكونه رخام ثمين بسبب نقاوته وجماله ويعود بياض هذا الرخام الى كون الحجر الكلسي الذي تبلور منه ثانية يخلو من المواد العضوية من امثلة ذلك نجده في برج بيزا المائل. ويستخرج من الجبال المحيطة في مدينة كرارا االيطالية. يحدث عندما يتراكم ضغط هائل في صخر مدفون عميقا او عندما تتصادم صفائح ضخمة في القشرة االرضية فدرجة الحرارة والضغط المتزايد يؤديان الى تشوه الصخور وتحولها كيميائيا. 6-6 املعادن والبلورات صخور من الرخام عند مالحظتك لعينات من الصخور المختلفة ستجد ان الفرق واضح في الشكل الخارجي للبلورات في هذه الصخور. فالبلورات والمعادن لها صفات فيزيائية مميزة قد تتغير ولكن ضمن نطاق محدود تبعا لتغير التكوين الكيميائي. من اهم هذه الصفات التي من خاللها نستطيع تمييز البلورات والمعادن : - 1 الشكل البلوري يمكن تحديد بعض المعادن من شكل بلوراتها مثل الكوارتز الشكل البلوري للبايرايت والبايرايت. - 2 البريق وهو كيفية عكس المعدن للضوء نميز بين معادن بدون بريق تسمى ترابية ومعادن لها بريق اما ان يكون بريقها فلزيا )Metallic( أو الفلزيا Metallic( )Non -. البريق الفلزي قد يكون ذهبيا او فضيا او أسود قاتما او يكون ساطعا. Creator : DragonArt dragonartz.wordpress.com البريق الالفلزي يمكن ان يكون زجاجيا او لؤلؤيا. بريق سبائك الذهب 153

154 - 3 الشفافية هو مدى نفوذ الضوء في المعدن وتقسم المعادن نسبة الى شفافيتها الى شفافة تسمح بمرور الضوء ونصف شفافة تسمح بمرور الضوء لكن ال تظهر االشكال خلفها واضحة وقاتمة أو غير شفافة ال تسمح للضوء بالمرور بتاتا. - 4 اللون شفافية معدن االركوانيت بعض المعادن لها لون ثابت ومميز مثل لون المالكايت االخضر الفاتح ومعادن اخرى لونها متغير حسب تركيبه الكيميائي واحتوائه على الشوائب المختلفة فمعدن الكوارتز نجده بدون لون أوبلون بنفسجي أو وردي أو اخضر او أبيض أو أسود لذا ال يستعمل اللون لوحده كصفة لتمييز المعادن. - 5 التشققوالتكسر تتشقق انواع مختلفة من المعادن بطرق مختلفة حيث معدن الكوارتز. يحدد ترتيب الذرات الطريقة التي يتشقق بها المعدن ويعني ذلك ميل بعض المعادن الى االنفصام على طول اسطح منبسطة ملساء عند طرقه طرقا خفيفا. - 6 الصالدة هي قدرة المعدن على مقاومة القشط أو الخدش بمعنى آخر هي قدرة المعدن على خدش المعادن االخرى ومقاومته للخدش من قبل هذه المعادن و المعادن ذات الصالدة االعلى تخدش ذات الصالدة االقل. وللصالدة عالقة مباشرة بالتركيب الداخلي للبلورات ويعتبر الماس من المعادن الصلدة جدا. الماس. هناك خصائص او صفات تتميز بها انواع قليلة من المعادن وهي تساعد على تحديد هوية المعادن البعض من هذه الصفات تحتاج الى ادوات خاصة لتحديدها ومن هذه الصفات : 1 التفلور )التوهج( : يتوهج معدن الفلوريت والكالسيت باالشعة فوق البنفسجية. 2 المغناطيسية : يعتبر كل من المعدن الماكنيت والبروتيت مغناطيسان طبيعيان يجذبان الحديد. التفلور. 154

155 3 التفاعل الكيميائي : عند اضافة قطرة من حامض ضعيف )CaCO 3 على معدن الكالسيت )يتكون من كاربونات الكالسيوم يحدث فوران على هيئة فقاقيع نتيجة تحرر غاز. CO 2 4 المذاق : لمعدن الهاليت )يتكون من كلوريد الصوديوم ) مذاق مالح. 5 النشاط االشعاعي : بعض المعادن تحتوي على عنصر CO 2 من معدن الكالسيت تحرر غاز الراديوم او اليورانيوم وهي عناصر مشعة ترصد باستخدام عداد كايكر. 7-6 التركيب الكيميائي للمعادن لكل معدن تركيب كيميائي محدد قد يكون عنصرا نقيا مثل الذهب او مركبا مثل السليكات. وتستخدم بعض الطرائق بوتاسيوم صوديوم االولية كاللهب او المغناطيس لتمييز المعادن التي تظهر بعض االلوان عند تعريضها الى اللهب والتي ال تمت بصلة الشكل) 7-6 ( يختلف لون اللهب بأختالف المعدن. للون المعدن االصلي مثال يعطي البوتاسيوم لهبا بنفسجيا اما الصوديوم فيعطي لهبا اصفرا الحظ الشكل) 7-6 (. كما يمكن استخدام المغناطيس للتمييز بين المعادن الحديدية التي تنجذب نحوه عن تلك التي التنجذب مثل الكوارتز. تصنف المعادن الى مجموعتين المعادن السيليكاتية والمعادن غير السيليكاتية : أ 1 المعادن السيليكاتية تحتوي في تركيبها على عنصري السيلكون واالوكسجين )وهما العنصران االكثر شيوعا في القشرة االرضية( وعنصر فلزي واحد او أكثر كااللمنيوم والحديد والمغنسيوم والبوتاسيوم وتشكل تلك المعادن اكثر من %90 ب من القشرة االرضية. يبين الشكل )8-6( بعض المعادن السيلكاتية االكثر شيوعا. 2 المعادن غير السيلكاتية وهي المعادن التي ال تحتوي في 155 تركيبها على عنصري السيلكون واالوكسجين وانما تتكون من عناصر كالكاربون واالوكسجين والفلور والكبريت. الشكل )9-6( يبين اهم اصناف هذه المعادن. أ - معادن مؤلفة من عنصر واحد : ومثالها الذهب ( )Au النحاس )Cu( الفضة )Ag( وتستخدم في صنع االجهزة االلكترونية وأجهزة االتصاالت. ج الشكل) 8-6 ( بعض المعادن السيلكاتية االكثر شيوعا أ - الكوارتز )المرو( ب - الفلدسبار ج - الميكا

156 ب الكاربونات : معادن تحتوي في تركيبها الكيميائي على اتحاد عنصري الكاربون واالوكسجين تستخدم في صناعة حجارة البناء وااللعاب النارية. أ ج الهاليدات : مركبات تتكون عند اتحاد الهالوجينات ( ذرات عناصر الفلور او اليود او الكلور او البروم( مع الصوديوم او البوتاسيوم او الكالسيوم. تستخدم في الصناعات الكيميائية ومواد التنظيف. ب د االكاسيد : مركبات تتكون نتيجة اتحاد عناصر كااللمنيوم او الحديد كيميائيا مع االوكسجين تستخدم في صناعة ادوات الصقل وقطع الطائرات والدهانات. ه الكبريتات : معادن تحتوي على الكبريت واالوكسجين ج تستخدم في صناعة مواد التجميل ومعاجين االسنان والسمنت. و الكبريتيدات : معادن تحتوي على عنصر فلزي واحد او اكثر كالرصاص والحديد والنيكل متحد مع الكبريت. تستخدم في صنع البطاريات واالدوية. 8-6 املنجم د المنطقة التي تستخرج منها انواع المعادن وخاماتها هي :- - 1 المنجم المفتوح : عندما تكشف الطبقات المعدنية وتستخرج بالشفالت كما في خامات الفوسفات غربي ه العراق. - 2 االنفاق تحت االرض : يتم حفر انفاق وتكسر الصخور وتنقل الصخور الحاوية على المعادن الى السطح كما في مناجم الفحم في امريكا او الملح في بولونيا. و الشكل) 9-6 ( بعض المعادن غير السيلكاتية أ - النحاس ب - الكالسيت ج - الفلوريت د - الكورندم ه - الجبس و - الكالينا - 3 مناجم السحب باالذابة : مثل منجم كبريت المشراق الذي يستخرج منه الكبريت بضخ المياه الساخنة الى باطن االرض وسحب المنصهر بالدفع بالهواء الساخن. 9-6 التجوية و التعرية هما عمليتان جيولوجيتان تساهمان في تكوين الصخور الرسوبية من الصخور والمواد االخرى على سطح االرض اي ( الصخور المكشوفة ) وذلك بتفتيتها الى قطع صغيرة ومن ثم ترسيبها لتقترب من التوازن مع الظروف البيئية الجديدة. 156

157 التجوية هي العملية التي تؤدي الى تفتت الصخور والمواد االخرى المكشوفة الى اجزاء صغيرة وهناك نوعان من التجوية :- - 1 التجوية الميكانيكية هي العملية التي يتفتت يتكسر بها الصخر طبيعيا الى قطع اصغر ويكون لهذه القطع نفس التركيب الكيميائي للصخر الذي اشتقت منه وتساهم كل من الحرارة والبرودة والضغط ونمو النباتات ونشاط بعض الحيوانات والمياه والثلج في تفتيت الصخر ونالحظ ان التجوية الميكانيكية تؤثر في كل الصخور على سطح األرض واذا اعطيت الوقت الكافي فانها تكسر الجبل الضخم وتحولة الى حبيبات دقيقة من الرمال وهناك حيوانات تحفر في االرض لبناء جحور لها مثل حيوان الخلد وبعض الحشرات فتفكك وتفتت الصخور في التربة كذلك الحال بالنسبة للنباتات عند النمو تندفع جذورها خالل الشقوق الموجودة في الصخور وكلما نمت اكثر زادت الشقوق اتساعا مؤدية الى تفتيت الصخر. - 2 التجوية الكيميائية هي عملية تفتيت الصخور من خالل تغيرات كيميائية تنتج عنها حبيبات صخرية لها تركيب مختلف عن الصخر الذي اشتقت منه. وتشمل عوامل التجوية الكيميائية االتي :- أ - الماء واالوكسجين : يعتبران من اهم عوامل التجوية الكيميائية فمثال في حالة الماء نجد ان بعض العناصر المكونة للصخور تذوب فيه مكونة محاليال وبمرور الوقت تتفتت هذه الصخور نتيجة تعرضها للتجوية الكيميائية. اما غاز االوكسجين الذي يتحد مع كثير من العناصر الموجودة في الصخور كما في صدأ الحديد حيث يتحد االوكسجين مع الحديد الموجود في الصخور بوجود الماء مكونا الصدأ الذي يجعل الصخر لينا هشا يتفتت بسهولة. ب - ثنائي اوكسيد الكاربون : هو غاز يوجد في الهواء ويذوب في ماء المطر وفي المياه الموجودة في التربة وينتج عن ذلك تكون حامض ضعيف ( حامض الكاربونيك ) ويؤدي هذا الحامض الى تجوية الرخام والحجر الجيري بسهولة. تجوية ميكانيكية الكائنات الحية الماء واالوكسجين ثنائي اوكسيد الكاربون

158 ج - االمطار الحامضية : هنالك الكثير من الغازات في الجو CO 2 حيث تذوب في الماء SO 2 و NO 2 و نتيجة التلوث مثل مكونة احماضا تختلط مع قطرات المطر وتسقط على هيئة مطر حامضي والذي يسبب تجوية كيميائية سريعة. ويالحظ االمطار الحامضية وتأثيرها على التمثال. هل تعلم H 2 SO 3 ان حامض الكبريتوز في المطر الحامضي له تأثير ضار على العديد من اثار العالم القديمة مثل المسرح الروماني في ايطاليا وتاج محل في الهند حيث يؤدي الى تآكلها ومن ثم تحطيمها. ذلك بوضوح على التماثيل القديمة المصنوعة من الرخام. يتكون كل صخر من معدن او اكثر فمثال : كرانيت فلسبار + ميكا + كوارتز لكن التجوية الكيميائية للكرانيت تغير معدن الفلسبار الى معادن طينية وتحدث حفرا او مواقع رخوة في الصخر لذا يتفتت الصخر بسهولة اكثر. غالبا ما تعمل التجوية بنوعيها معا. فكلما فتت التجوية الميكانيكية الصخر الى قطع صغيرة كلما زادت المساحة السطحية المعرضة للتجوية الكيميائية كما في الشكل )8-6( 96 CHAPTER 6 WEATHERING AND SOIL perature changes rapidly, the surface of a rock heats or cools faster than its interior and, as a result, the surface expands or contracts faster than the interior. The resulting forces may fracture the rock. In mountains or deserts at mid-latitudes, temperature may fluctuate from 5ºC to 25ºC during a spring day. Is this 30º difference sufficient to fracture rocks? الشكل) 8-6 ( تأثير التجوية بنوعيها على المساحة السطحية للصخر التعرية : هي رفع ونقل المواد المفتتة بفعل التجوية الميكانيكية والكيميائية الى اماكن اخرى وينتج عنها تغير في سطح القشرة االرضية وتشمل عوامل التعرية االتي:- أ - الماء : هنالك شقوق موجودة في الصخور تمتلي بالمياه عند ارتطامها بها وقبل ان ينسحب الماء من الشق تدفع موجة اخرى الماء داخل الشق ويسبب هذا الضغط اتساع الشق وتفتت الصخر الى قطع صغيرة. ب - الرياح : ان التعرية بالرياح يمكن ان تحدث في اي مكان والتي تسبب نقل المواد السطحية الجافة والمفككة فالرياح الخفيفة لها طاقة صغيرة محدودة تنقل الحبيبات الصغيرة (b) فقط مثل الرماد اما القوية فلها طاقة اكبر فتحمل رواسب اكثر (a) Figure 6 4 (a) Frost wedging dislodges rocks from cliffs and creates talus slopes. (b) Frost wedging has produced this talus cone in Valley of the Ten Peaks, Canadian Rockies.. Figure 6 5 Abrasion rounded these rocks in a streambed in Yellowstone National Park, Wyoming. The answer is uncertain. In one laboratory experiment, scientists heated and cooled granite repeatedly by more than 100ºC and they did not observe any fracturing. These results imply that normal temperature changes might not be an important cause of mechanical weathering. However, the rocks used in the experiment were small and the experiment was carried out over a brief period of time. Perhaps thermal expansion and contraction are more significant in large outcrops. Or perhaps daily heating cooling cycles repeated over hundreds of thousands of years may promote fracturing. In contrast to a small atmospheric temperature fluctuation, fire heats rock by hundreds of degrees. If you line a campfire with granite stones, the rocks commonly break as you cook your dinner. In a similar manner, الماء الرياح Figure 6 6 Wind abrasion selectively eroded the base of this rock in Lago Poopo, Bolivia, because windblown sand moves mostly near the ground surface. 158

159 ج - الثلج : يتسرب الماء الناتج من انصهار الجليد الى داخل شقوق الصخر وعند انخفاض درجات الحرارة ينجمد الماء ويتمدد فيؤدي الى تكسر الصخور وتفتتها. د - الجاذبية االرضية : نتيجة للجاذبية االرضية يحصل تحرك تدريجي للتربة الى اسفل المنحدر حامال كميات كبيرة من الصخور وتدعى هذه الحركة باالنزالقات االرضية والتي تحدث الثلج على جوانب الجبال مما يسبب التعرية لتلك المناطق. وتعتمد درجة التعرية التي تحدث في منطقة ما على كمية المطر ودرجة تفكك التربة وانحدار االرض الترسيب : هو استقرار المواد الناتجة عن التجوية في مكان اخر جديد مكونة تشكيالت ارضية جديدة ( تضاريس(. الجاذبية االرضية 10-6 املوارد املائية تعرف االرض احيانا بكوكب الماء فحوالي %75 من سطح االرض مغطى بالماء معظم ماء االرض مالح )في البحار والمحيطات( ويوجد حوالي %2 من ماء االرض عذب )في االنهار والقطب الجنوبي(. تقسم الموارد المائية الى قسمين: - 1 الموارد المائية السطحية. - 2 الموارد المائية الجوفية. - 1 الموارد المائية السطحية : هي المياه الموجودة على سطح االرض متمثلة في مياه ماء جاري االنهار والبحار والمحيطات. نالحظ ان كمية المياه على سطح االرض تتوزع بين ماء بحر بنسبة %98 وماء عذب وثلوج قارية بنسبة %2. و تصنف المياه السطحية الى نوعين هما : أ - المياه العذبة : المياه العذبة على سطح االرض تكون على ثالث مجاميع وهي: - 1 الماء الجاري : هو ماء االنهار والجداول الذي ينساب نحو أسفل المنحدرات بفعل الجاذبية. 159

160 - 2 الماء الساكن : هو الماء الذي يمأل المناطق المنخفضة وبمرور الزمن يتوقف الماء فيسمى بحيرة أو بركة. - 3 الماء المتجمد : هو الماء الذي يمثل أكبر نسبة متجمدة بالقرب من القطبين أو الجبال الشاهقة االرتفاع عندما تذوب الماء الساكن ( بحيرة ) الثلوج في فصل الصيف القصير تتكون جداول من هذا الماء الذائب تزود مناطق كثيرة بالماء العذب. نالحظ ان المياه العذبة تتنوع في تراكيب وتراكيز المواد الذائبة فيها. وعلى قلة نسبها فان مياه االنهار مهمة من الناحية الجيوكيميائية النها مسؤولة عن عمليات التجوية الماء المتجمد والتعرية للصخور. ب - المياه المالحة : تتمثل بمياه البحار والمحيطات وهي نسبة كبيرة من المياه على سطح االرض. يحتوي ماء البحر على بعض االيونات الرئيسية مثل الكلوريد والبروميد والكبريتاتوعلى بعض العناصر مثل المغنيسوموالصوديوم والبوتاسيوم. يؤلف كلوريد الصوديوم نسبة %85 من مجموع استخالص االمالح من البرك المالحة االمالح في ماء البحر. يحتوي ماء البحر كذلك على بعض الغازات الذائبة ابرزها االوكسجين الذي تنتجه نباتات االعماق البحرية بعملية البناء الضوئي. وتعتمد قابلية ذوبان االوكسجين في الماء على درجة الحرارة والملوحة. تعد مياه نهرا دجلة والفرات في بلدنا العراق عصب الحياة وثروة وطنية كباقي الثروات المعدنية والنفطية. فهناك استخالص االمالح من سواحل البحار دراسات جيوكيميائية لهذين النهرين بصورة مستمرة للتعرف على نسبة الملوحة وتراكيز االيونات المختلفة والعناصر الثقيلة والسامة واحتواءها على غاز كبريتيد H 2 حيث ان هناك عيونا كبريتيدية طبيعية الهيدروجين S تصب في النهرين ابرزها عين كبريت حمام العليل وعيون القيارة وهيت. - 2 الموارد المائية الجوفية : هي المياه التي تتسرب الى داخل االرض من المطر او الثلج المنصهر وتوجد في خزانات عمالقة تحت االرض. ان كمية هذه عين كبريتية المياه اكبر من مجموع الماء الموجود في انهار العالم وبحيراته وان تلك المياه تصعد الى السطح في حالتين : 160

161 - 1 حالة الينابيع الحارة : هي ينابيع طبيعية تتكون نتيجة اقتراب مستوى الماء الجوفي من سطح االرض. فتالحظ خروج ماء حار أو حمم فوارة وهي نوافير من الماء الحار تندفع من االرض وترتفع بدرجات حرارة تتراوح ما بين )C 60( - 30 وذلك لالنطالق الدوري للبخار بسبب مالمسة الماء الجوفي لصخر ناري ناتج من انفجار بركاني. - 2 حفر االبار للوصول الى المياه الجوفية : ويكون الحفر من قبل المختصين في منطقة التشبع ومن ثم يقومون بضخ الماء للسطح. ينابيع حارة 11-6 املوارد املعدنية في العراق حفر االبار الكبريت انعم الله سبحانهوتعالى على بالدنا بثروات طبيعية كالنفط والخامات المعدنية مثل الكبريت والفوسفات واالمالح واحجار البناء والحديد وال تزال الجهود متواصلة الكتشاف المزيد منها. فترسبات الكبريت تتركز بين الطبقات تحت السطحية في صخور منجم المشراق شمال غرب العراق وبشكل حر بين طبقات الجبسم )كبريتات الكالسيوم( CaSO ويدخل الكبريت 4 في كثير من الصناعات ومنها صناعة االسمدة بأنواعها. اما مركبات الفسفور فتتركز بشكل حشوات ضمن الحجر الجيريوالحجر الرمليوهنالك منجم في عكاشات في المنطقة الغربية حيث اقيمت صناعة ضخمة النتاج االسمدة الفوسفاتية النفط ( البترول ) Petroleum البترول ( Petroleum ) مصطلح التيني مكون من )petra( بمعنى صخر ( rock ) و) ) oleum بمعنى زيت ( oil ) ويطلق على البترول أحيانا اسم ( الذهب األسود ) وهو سائل ثقيل القوام ( ثخين كثافته عالية ) أسود اللون يميل إلى البني أو األخضر والبترول سائل قابل لالشتعال الحتوائه على كثير من المواد المشتعلة. يظهر أحيانا على سطح األرض في بعض المناطق على شكل برك نفطية حيث عرفه القدماء في صورته الخام واستخدموه في بعض االستخدامات الحياتية كاإلضاءة النفط مصدر الطاقة 161

162 والبناء وطالء السفن كما استخدم في عالج بعض األمراض وفي تحنيط الموتى وفي بعض الصناعات البسيطة ويعتبر النفط مصدرا مهما للطاقة ومصدرا غنيا للعديد من المركبات والمنتجات الكيميائية كالمذيبات واألسمدة والمبيدات الحشرية والبالستيك وغيرها تركيب النفط يتألف النفط من خليط معق د من الهيدروكاربونات والمركبات العضوية األخرى ويتفاوت تركيبه بشكل كبير من نوع إلى آخر والمركبات العضوية كما هو معروف تتأل ف من الكاربون والهيدروجين وعناصر أخرى كاألوكسجين والنيتروجين والكبريت كما يحتوي النفط على كميات ضئيلة من بعض العناصر المعدنية كالحديد والفناديوم C 3 H 8 C 2 والبروبان H 6 CH 4 واإليثان والنيكل. ويشك ل الميثان C 4 نسبة عالية من الهيدروكاربونات المكو نة H 10 والبيوتان للبترول أصل النفط اختلفالعلماءفيأصلالبترول فمنهممن يرىأن المادةغير العضوية متمثل ة في الكاربون ومركباته هي األصل ومنهم من يرىأن أصلالبترول هوالكائنالحي المؤل فمنالمادةالعضوية النظرية العضوية يرى الكثير من علماء الجيولوجيا أن أصل البترول وكذلك الفحم الحجري والغاز الطبيعي هو بقايا الكائنات الحي ة القديمة من النباتات والحيوانات البحرية الصغيرة حيث ترسب ت بقايا هذه الكائنات بكميات كبيرة في مناطق منخفضة من المحيطاتوتغط ت بطبقات من الطينوتحت تأثير الضغط والحرارة وعامل الزمن تحل لت بقايا هذه الكائنات وحدثت لها العديد من التحو الت والتفاعالت الحيوية لينتج البترول النظريات البديلة يرى الكثير من العلماء أن أصل البترول ليس الكائن الحي ان ما أصله عنصر الكربون وبعض المركبات الكاربونية غير تمرين )3-6( ماهي النظرية االكثر قبوال الصول اصل النفط 162

163 CaC 2 العضوية كمركب كاربيد الكالسيوم على سبيل المثال حيث إعترى عنصر الكاربون ومركباته والتي كانت تمأل األرض قديما تغيرات كيميائية نتج عنها هذا الخليط الهائل من الهيدروكربونات وبقية المركبات العضوية المكو نة للبترول. وي عتقد أن البداية كانت عبارة عن تفاعل من هذا النوع : CaC 2 + 2H 2 O C 2 H 2 + Ca)OH( تاريخ البترول يحدثنا تاريخ وادي الرافدين بأن ( القار ) وهو من المشتقات النفطية الثقيلة قد استخدم كمادة رابطة في ابنية بابل القديمةوالوركاء. وتوجد في هيت عيون طبيعية لالسفلت معروفة منذ القدم. وقد تم حفر أو ل بئر بترول في الصين في القرن الرابع الميالدي أم ا التاريخ الحديث للنفط فقد بدأ في بولندا في عام 1853 عندما ا كتشفت عمليات تقطير النفط الخام وفي الواليات المتحدة بدأت الصناعة النفطية باكتشاف النفط في عام 1859 م قرب تيتوسفيل بوالية بنسلفانيا التنقيب عن النفط واستخراجه تم كن الجيولوجيون عبر سنوات طويلة من تطوير وسائل وأدوات التنقيب عن البترول واستخراجه وبطبيعة الحال تعتبر الخطوة األولى لالستفادة من هذا الكنز هي إخراجه من باطن األرض تبدأ عملية االستخراج بالحفر إلى أعماق بعيدة وفي كثير من الحاالت يندفع البترول إلى األعلى تلقائيا بسبب وجود الغاز الطبيعي ووقوع البترول تحت ضغط عالي فطبقة البترول في العادة تكون محصورة بين طبقة الغاز التي تعلوها وطبقة الماء التي توجد أسفل منها وفي بعض األحيان يضطر مهندسو البترول إلى ضخ كميات كبيرة من الماء في داخل البئر ليصعد النفط. 163

164 17-6 تكرير النفط البترول في صورته الخام غير مفيد ولالستفادة منه تتم معالجته بمجموعة من العمليات ويطلق على هذه العمليات تكرير البترول والتي ينتج عنها مجموعة من المشتقات المفيدة الحظ الشكل )9-6( وتمر عملية تكرير النفط بالمراحل التالية : أوال : المعالجة األولي ة : وتشمل التخل ص من الماء واألمالح المصاحبة للنفط وهي خطوة مهم ة تسبق عملية التقطير لكون وجود الماء واألمالح في برج التقطير يسبب مشاكل خطيرة فقد ينتج عن وجود الماء انفجار برج التقطير للضغط الهائل الذي ينتج من تبخ رالماء أم ا األمالح فتسبب تآكل الحديد المصنوع منه مادة البرج. ثانيا :عملية التقطير ( التكرير ) : وهي العملية المهم ة والرئيسة والتي تتم في أبراج ضخمة وينتج عنها فصل البترول إلى مكوناته وبوجه عام فإن معظم المشتقات البترولية الناتجة من برج التقطير التجزيئي للنفط تكون على النحو االتي : - 1 الغازات : وهو منتج يتألف من عدد قليل من المركبات العضوية معظمها عبارة عن هيدروكربونات خفيفة مثل الميثان وااليثان واالثيلين والبروبان والبيوتان وغيرها وفي الغالب تتراوح أعداد ذرات الكاربون في المركبات المكونة لها من 4-1 وتتكثف عند درجات غليان واطئة ويستخدم هذا المشتق في انتاج غاز الطهي ( البيوتاغاز( وانتاج غازات أخرى مثل غاز االستيلين المستخدم في عمليات اللحام كما يعتبر هذا المشتق مادة تغذية هامة جدا للصناعات البتروكيميائية. - 2 السوائل الخفيفة : وأهمها منتج الكازولين البانزين )وقود السيارات( وتتراوح أعداد ذرات الكاربون في مركباته من )9-5( ويتكثف عند درجات حرارة C ويعتبر هذا المنتج في الحقيقة من أهم مشتقات البترول نظرا تمرين )4-6( اي من المنتجات التالية : النفط البارافين الغازات البترولية الغاز الديزل زيت التشحيم. - 1 له اقل درجة غليان - 2 يستخدم لرصف الطرق - 3 له اطول سلسلة كاربون - 4 االسهل استعماال - 5 يستخدم كوقود للنفاثات لإلستخدام الواسع النطاق له في كل دول العالم. 164

165 - 3 الكيروسين )النفط االبيض( : تتراوح أعداد ذرات الكاربون في هذا المشتق من 15-9 ذرة كاربون ويتكاثف عند C ويستخدم كوقود للطائرات النفاثة كما يستخدم نوع رديء منه كوقود رخيص الثمن في المنشأت الصناعية والمنازل. - 4 زيت الغاز : سائل أثقل من الكيروسين يستخدم كوقود مصفى النفط في المصانع والمحركات الضخمة والشاحنات. - 5 السوائل الثقيلة : وهي تتألف من مركبات تتكاثف عند درجات حرارة أعلى من 300 C ويتم انتاج زيوت التزييت المختلفة منها كما تعتبر مصدر مهم للصناعات البترولية حيث يمكن تحويل جزء منها إلى مشتقات خفيفة كالكازولين عن طريق عمليات بترولية معروفة مثل التكسير الحراري والتكسير الحفزي. - 6 الزفت او االسفلت : وهي البقايا المتجمعة في قاع البرج تتألف من مركبات عضوية ( هيدروكاربونات وغيرها( ذات استخراج النفط كتل مولية عالية ودرجات غليان مرتفعة جدا وتستخدم في طالء االنشاءآت الخرسانية وطالء السفن وفي تزفييت الطرق وتعبيدها. الشكل) 9-6 ( برج تكرير لفصل المنتجات النفطية حسب درجات الغليان. 165

166 ثالثا : تحسين المواصفات : بعد الحصول على هذه المشتقات فإنه اليتم تسويقها مباشرة ألنها في الحقيقة غير صالحة للا ستخدام عند هذه المرحلة ولكي تكون صالحة لالستخدام البد من إجراء بعض التحسينات عليها لتكون مالئمة لالستخدام المطلوب فلو أخذ على سبيل المثال الكازولين مباشرة من برج التقطير ووضع في سيارة فإن المحرك سوف يعمل مصحوبا بقرقعة شديدة وضوضاء ولو استخدم الكيروسين مباشرة كوقود للطائرة لسقطت الطائرة الحتواء الكيروسين غير المعالج على مواد شمعية تتجمد في أنابيب التوصيل بالطائرة عند درجات الحرارة المنخفضة في هل تعلم ان الغاز الطبيعيوقود جيد النه: - 1 يعطي عند احتراقه %25 كاربون اقل من البترول المحترق. - 2 ال يبعث اي كبريت الى الهواء على عكس منتجات البترول االخرى. - 3 ينتج ثنائي اوكسيد الكاربون وماء دون غبار. األجواء المرتفعة. اذا فالبد من القيام ببعض العمليات التي تجعل المشتق جاهزا لالستخدام وهذا ما يعرف باسم ( تحسين المواصفات ). فالكازولين الناتج يتم رفع قيمة ما يعرف باسم رقم االوكتان له ليعمل محرك السيارة في هدوء وسالسه حيث وجد أن بعض المركبات المكونة للنفط تحترق بطريقة تسبب قرقعة للمحرك فيتم إزالتها والبعض اآلخر يحترق بهدوء ورتابة ( مثل االيزواوكتان ) فيتم إضافة المزيد منها كما لوحظ أنه إذا أضيفت بعض المركبات غير الموجودة في النفط أصال فإن رقم االوكتان يرتفع كثيرا ويعطي ( بانزين ممتاز ) ومن هذه المواد المضافة رباعي اثيل الرصاص وقد تم التوقف عن اضافة هذا المركب للكازولين نظرا للتلوث البيئي الكبير الذي يحدثه ممثال في أكاسيد الرصاص السامة الناتجة من عملية االحتراق. أما الكيروسين المستخدم في الطائرات كوقود فهو مركب ذا سالسل طويلة يتم له ما يعرف باسم عملية إزالة الشمع لمنع انجماده داخل انابيب الطائرة واغالقها االمر الذي يؤدي إلى سقوطها فيتم إزالة هذه المركبات لخفض درجة تجمد الوقود بحيث عندما تصعد الطائرة إلى طبقات الجو العليا فإن الوقود يقاوم عملية التجمد بسبب انخفاض درجة الحرارة. وهكذا بالنسبة لبقية المشتقات فيتم لها عملية تحسين مواصفات مناسبة لالستخدام الذي ستستخدم فيه. 166

167 18-6 التا ثيرات البيئية يعتبر النفط من أهم الملوثات البيئية سواء في البر أو البحر ويصحب عملية استخراج النفط مخاطر تلو ث في أغلب األحيان وخاصة عندما يستخرج من قاع البحر حيث تتأث ر الكائنات الحي ة التي تعيش في تلك المناطق بشكل كبير هذا باإلضافة إلى الحوادث التي تتعر ض لها ناقالت النفط العمالقة تلوث المياه والتي ينجم عنها تعر ض مناطق واسعة للتلوث النفطي. وال ننسى أيضا التلو ث النفطي الناتج عن الحروب أنواع النفط يمكن تصنيف النفط حسب كثافته إلى نفط ثقيل ونفط خفيف وترجع خاصية اختالف كثافة البترول إلى نسبة الهيدروكربونات الثقيلة فيه فكل ما زادت هذه النسبة زادت المياه البحرية اكثر البيئات تضررا من التلوث الناجم عن البترول. كثافة النفط وفي الحقيقة فإن النفط الخفيف أكثر طلبا في السوق وأغلى سعرا وذلك بسبب امكانية الحصول منه على كمي ات كبيرة من المشتقات البترولية وبالذات الكازولين والذي يعتبر المشتق البترولي األكثر طلبا في العالم. كما يمكن تصنيف البترول إلى بترول حلو ( نسبة كبريت منخفضة ) وبترول حامض ( نسبة كبريت عالية ) وبالطبع تلو ث الهواء الناجم عن احتراق آبار البترول فإن النفط الحلو أكثر طلبا في السوق العالمية. حرائق آبار البترول حرائق كبيرة 167