الكيمياء
ا املادة :)Matter( هي كل ما يشغل حيزا يف الفراغ. الكيمياء :)Chemistry( هو العلم الذي يهتم بدراسة املواد و التغريات اليت حتدث عليها. لعنصر :)Element( هو املادة اليت تتكون من نوع واحد من الذرات اليت ال ميكن تكسريها بالطرق الكيميائية ويأخذ مسميات طبقا لعدده الذري. أمثلة : الفضة Ag النحاس Cu احلديد Fe الفلور.F املركب :)Compound( هو املكون الذي يتكون من احتاد عنصرين أو أكثر. أمثلة : املاء H 2 O كربونات الكالسيوم CaCO 3 أكسيد الصوديوم.CO أول أكسيد الكربون ثاني أكسيد الكربون CO 2 Na 2 O
مكونات الذرة : اإللكرتونات: و هي جسيمات حتمل شحنات سالبة و تشغل معظم حيز الذرة. النواة: و حتتوى على الربوتونات و النيوترونات وترتكز بها معظم كتلة الذرة.
** مثال: ذرة اهليدروجني اهليليوم الليثيوم والصوديوم
اجلدول الدوري للعناصر:
العدد الذري و عدد الكتلة: العدد الذري number( = Z = )Atomic عدد الربوتونات. عدد الكتلة number( = A = )Mass عدد الربوتونات+عدد النيوترونات. كتابة العنصر: رمز العنصر الذرات اليت هلا نفس قيمة Z و لكنها ختتلف يف قيمة A تسمي نظائر.Isotops أي هلا نفس عدد الربوتونات و لكنها ختتلف يف عدد النيوترونات وباتالي يف عدد الكتلة. مثال : مثال: تريتيوم ديوترييوم هيدروجني نظائر اليورانيوم
أمثلة محلولة مثال: احسب عدد النيوترونات في ذرة الكلورالتي عددها الذري 17 وعدد كتلتها 37 الحل عدد النيوترونات = عدد الكتلة العدد الذري 20 =17 37 = مثال: احسب عدد الكتلة لنظير الماغنيسيوم الذي عدده الذري 12 وله 13 نيوترونا. الحل عدد الكتلة = عدد البروتونات + عدد النيوترونات 25 = 13 + 12 =
مثال: ماهو عدد البروتونات واإللكترونات والنيوترونات في أيون 39 البوتاسيوم + K 19 الحل عدد البروتونات = العدد الذري = 19 عدد اإللكترونات = 19 =1 18 عدد النيوترونات = عدد الكتلة العدد الذري 20 = 19 39 = مثال: ماهو عدد البروتونات واإللكترونات والنيوترونات في أيون 35 الكلوريد - Cl 17 الحل عدد البروتونات = العدد الذري = 17 عدد اإللكترونات = +17 =1 18 عدد النيوترونات = عدد الكتلة العدد الذري 18 = 17 35 =
مثال: احسب العدد الذري لعنصر عدد كتلته 65 وله من النيوترونات 35 الحل العدد الذري = عدد الكتلة - عدد النيوترونات 30 = 35-65 = مثال: ماهو عدد النيوترونات والبروتونات واإللكترونات في ذرة متعادلة عددها الذري 45 وعدد كتلتها 103 الحل عدد النيوترونات = عدد الكتلة العدد الذري 58 =45 103 = عدد البروتونات = عدد اإللكترونات = العدد الذري = 45
اجلزيئات و األيونات: اجلزئ :هو جمموعة من الذرات متحدة مع بعضها وهو ميثل أصغر وحدة يف بناء املركب. مثال )1(: مثال )2(: معظم اجلزئيات تتكون من احتاد أكثر من ذرتني. مثال مثال األمونيا )1(: )النشادر( NH 3 :)2( محض النيرتيك HNO 3 األيون: هو جسيم مشحون ينتج عندما يفقد اجلزيء أو الذرة املتعادلة إلكرتونات أو يكتسبها. مثال: أيون الصوديوم - e - Na + )ذرة الصوديوم( Na Cl + e - أيون الكلوريد - Cl )ذرة الكلور(
عدد أفوجادرو والكتل املوالرية. كتلة الذرات صغرية جدا و ال يوجد نظام نستطيع من خالله التعامل مع الذرات املفردة ولكننا نتعامل مع جتمعات حتتوي على كميات هائلة من الذرات. لذلك فإن الكيميائيني لديهم وحدات خاصة لوصف األعداد اهلائلة من الذرات. -الوحدة املعتمدة يف النظام العاملي SI هي mol املول ** املول: كمية املادة اليت حتتوي على عدد من )الذرات اجلزئيات اجلسيمات( مساو متاما لعدد الذرات املوجودة يف 12 جراما من. 1 2 C عدد الذرات يف 12 جراما من 1 2 C مت تعيينة جتريبيا وهو ما يعرف بعدد أفوجادر وقيمته: عدد افوجادرو= -1 mol 6.022 x 10 23
مثال: كم جراما من الزنك Zn توجد يف 0.356 مول من الزنك علما بأن الوزن الذري للزنك 65.39 جم/مول الحل عدد الجرامات = عدد الموالت X الوزن الذري 1- = 0.553 مول X 65.39 جم مول = 36.16 جم مثال: احسب عدد ذرات الزنك الموجودة في 0.553 مول من الزنك. عدد الذرات = = = الحل عدد الموالت X عدد أفوجادرو 0.553 مول ( 23 6.022x10 ذرة مول 1- ) 3.33 x 10 26 ذرة
CO 2 مثال: احسب عدد الموالت الموجودة في 66.0 الحل الوزن الجزيئي = 12( )2 x 16( + )1 x جم من ثاني أكسيد الكربون / مول جم 44 = 32 + 12 = عدد الموالت = = 1.5 مول =
10,000,000 مثال: احسب بالجرام كتلة الحل ذرة من الكربون. عدد موالت ذرات = C 10000000 atom/6.022 x 10 23 atom mol -1 = 1.661 x 10-17 مول = عدد جرامات ذرات = C عدد الموالت الوزن المولي 1-1.661 x 10-17 مول 12 جم مول = 1.993 x 10-16 جم =
مثال: احسب عدد ذرات الكالسيوم الموجودة في 0.01 الوزن الذري للكالسيوم = 40 جم / مول جم من العنصر- علما بأن الحل عدد موالت ذرات = Ca = 0.00025 مول عدد الذرات = عدد الموالت x عدد أفوجادرو 0.00025 مول ( 23 x 6.022x10 ذرة مول 1- ) = = 20 1.506 x 10 ذرة.
وحدات القياس Unit( :)Measurement هي تعبري كمي عن أي صفة أو خاصية فيزيائية أو كيميائية. مت االتفاق على استخدام النظام الدولي للوحدات ويطلق عليه اختصارا نظام SI أنواع وحدات القياس: كميات أساسية: كميات مشتقة: هي اليت تعتمد يف تعريفها على غريها.
الكميات األساسية: جدول 1( )1 الوحدات األساسية يف النظام الدولي للقياس UNIT QUANTITY الكمية الوحدة رمز الوحدة Kilogram Kg Mass الكتلة كيلو جرام Meter m Length الطول مرت Second s Time الزمن ثانية Mole mol Amount of matter كمية املادة مول Kelvin K Temperature درجة احلرارة كلفن Ampere A شدة التيار الكهربي Current intensity أمبري Candle cd Luminescence intensity اإلضاءة شدة )الوميض( مشعة
الكميات املشتقة: جدول 2( )1 وحدات مشتقة من النظام الدولي UNIT الكمية QUANTITY الوحدة رمز الوحدة )االشتقاق( Joule J(kgm 2 /s 2 ) الطاقة Energy جول Pascal Pa(kg/ms 2 ) الضغط Pressure باسكال Newton N(kgm/s 2 ) القوة Force نيوتن Watt W(J/s) القدرة Power وات Volt V(J/C) Potential Difference فرق اجلهد الكهربي فولت Cubic Meter m 3 3 احلجم Volume مرت
البادئات :Prefixes هي مضاعفات أو أجزاء تستخدم قبل الوحدة األساسية أو املشتقة. يف أحيان كثرية تكون الكميات املقاسة كبرية جدا أو صغرية جدا و لذلك فإنه غالبا ما نستخدم معامالت التحويل. و هي نوعان: مضاعفات للوحدة. أجزاء للوحدة. Kilo (k) = 10 3 Mega (M) = 10 6 Giga (G) = 10 9 Terra (T) = 10 12 مضاعفات الوحدة: مثال : بدال عن القيمة 1000,000 m يكتب 1 Mm وبدال عن القيمة 36,000,000,000 s يكتب 36 Gs **
Deci(d) = 10-1 Centi(c) = 10-2 Milli (m) = 10-3 Micro (μ) = 10-6 Nano (n) = 10-9 Pico (p) = 10-12 Femto (f) = 10-15 Atto (a) = 10-18 أجزاء الوحدة: فمثال الكتلة املساوية 0.000000431 g ميكن كتابتها 0.431 μg أو 431 ng
أمثلة محلولة مثال: احسب عدد األمتار الموجودة في 20 كيلوميتر. الحل 1 km = 1000 m بضرب الطرفين 20 20 km = 20,000 m مثال: احسب عدد البايتات الموجودة في 0.5 جيجابايت. الحل 1 GB = 1 x 10 9 B بالضرب 0.5 0.5 GB = 0.5 x 10 9 B = 5 x 10 8 B
مثال: احسب عدد الجرامات الموجودة في 0.001 الحل 1 Tg = 1x10 12 g بالضرب 0.001 0.001 Tg = 0.001 x 10 12 g = 1 x 10 9 g تيراجرام. مثال: احسب عدد الجرامات الموجودة في 10 سينتيجرام. الحل 100 cg = 1 g بقسمة الطرفين على 100 1cg = 0.01 g بضرب الطرفين 10 10 cg = 0.1 g
6 مثال: كم نانوميتر توجد في ميكروميتر الحل 1 µm = 1 x 10-6 m = 1 x 10-6 m x 1 x 10 9 nm/m = 1 x 10 3 nm بضرب الطرفين 6 نحصل على: 6 µm = 6 x 10 3 nm مثال: كم نانوميتر موجودة في 500 بيكوميتر الحل 1 pm = 1x10 12 m = 1x10 12 mx1x10 9 nm/m = 1x10-3 nm بضرب الطرفين 500 نحصل على: 500 pm = 500 x 10-3 nm = 0.5 nm
جدول 3( )1 وحدات شائعة خارج النظام الدولي UNIT Atmospher e Millimeter Hg bar Liter Celecius Minute Hour Day Year - dyne Calorie الكمية QUANTITY الضغط الوحدة جو تور أو ملم زئبقي رمز الوحدة atm mm Hg = torr bar L C Min hr d y g/cm 3 Dyne Cal Pressure Volume Temperatur e احلجم درجة احلرارة الزمن لرت درجة مئوية دقيقة ساعة يوم سنة 3 جرام/سم داين كالوري Time Density Force Energy الكثافة القوة الطاقة
ومن التحويالت املفيدة بني النظام الدولي والنظم األخرى: T(K) = t( C) + 273.15 1L = 0.001 m 3 لدرجة للحجم احلرارة 1mm Hg = 1torr للضغط 1 atm = 1.01325 x 10 5 pa = 760 torr = 760 mm Hg = 76 cm Hg 1year = 365.25 d للزمن 1 day = 24 hr 1 hr = 60 min 1 min = 60 s 1 cal = 4.184 J 1Newton = 10 5 dyne للطاقة للقوة
بعض الكميات املهمة يف الكيمياء: : هو احليزالذي تشغله املادة يف الفراغ ووحدته الدولية ) 3 m) ووحدة احلجم شائعة االستخدام يف الكيمياء هي اللرت واملليلرت. ألف من املرت املكعب حيث أن: 1 L = 1 x 10-3 m وميثل اللرت جززءا مزن هو القوة املؤثرة على وحدة املساحة ووحدته الدولية باسكال.(Pa) الضغط = القوة املساحة والوحدة شائعة االستخدام يف الكيمياء هي الضغط اجلوي (atm) 1 cm 2 والضغط اجلوي يكافئ ارتفاع عمود من الزئبق يساوي 76 cm ومساحة مقطعة
3[ الطاقة: هي القدرة على بذل الشغل ووحدتها الدولية اجلول (J).1 m ملسافة 1 m/s 2 ويعرف اجلول بأنه الشغل الالزم لنقل ثقل 1 kg بتسارع مقداره )الشغل( = املسافة الطاقة القوة وحدة الطاقة احلرارية وهي السعر احلراري )الكالوري( calorie 1 cal = 4.184 J حيث: cal واختصارها
الصيغ الكيميائية :CHEMICAL FORMULAS هي طرق رمزية للتعبري عن تركيب املواد الكيميائية. )1 الصيغة األولية :Empirical Formula :Molecular formula :Structural Formula الصيغة الجزيئية الصيغة التركيبية )2 )3 )1 الصيغة األولية :Empirical Formula هي أبسط صيغة لوصف نسبة االحتاد الكمي للعناصريف املركب بنسبة عددية بسيطة.
ماء ** مثال: حللت عينة من املاء النقي فوجدت النسب اآلتية للمكونني األكسجني واهليدروجني: 11.1%,H 88.9% O أوجد الصيغة األولية للماء احلل: حنو ل النسب املئوية إىل جزيء واحد بالقسمة على 100: نقسم كل عنصرعلى وزنه الذري: 0.111 H + 0.889 O = 1.00 0.111/1 : 0.889/16 0.111 : 0.0556 نقسم النسبتني على األصغر منهما: 0.111/0.0556 : 0.0556/0.0566 1.996 : 1 2 : 1 أي أن الصيغة هي 2 هيدروجني إىل 1 أكسجني..H 2 وميكن التعبري عن ذلك بالصيغة األولية O
الصيغة الجزيئية :Molecular formula توضح العدد الفعلي للذرات يف جزيء املركب. H 8 وهكذا. O 4 H 4 أو O 2 H 2 أو مثال قد يكون جزيء األوكسجني O الحظ أن الصيغة األولية مساوية لنسب أعداد الذرات املكونة للجزيء. HO 1/2 الحظ أن النسبة صحيح. أو H 2/3 غري مقبولة ألنه ال يوجد كسر من الذرة بل عدد O 1/3 ** مثال: قدر الوزن املولي للماء مبقدار 18.003 g والصيغة األولية للماء هي H. 2 O أوجد الصيغة اجلزيئية للماء. احلل وزن املاء = وزن الذرات املكونة للماء 2H + O = 2 1 + 1 16 = 18 H 2 هي أيضا الصيغة اجلزيئية 18.003) = (18 إذا الصيغة األولية للماء O
مثال: يتكون أحد المركبا ت الكيميائية من النيترجين بنسبة % 30.43 واألكسيجين بنسبة % 69.56 - أوجد صيغته األولية. الحل خطوات الحل: )1( في كل 100 جم من المركب يوجد: 30.43 g N atoms : 69.56 g O atoms )2( نحول جرامات ذرات كل عنصر إلى موالت لتلك الذرات كالتالي: 2.17 mol N atoms : 4.35 mol O atoms )3( بالقسمة على العدد األصغر وهو 2.17 نحصل على: 1.o mol N atoms : 2.0 mol O atoms أي أن نسبة اتحاد موالت ذرات N إلى موالت ذرات O هي: 1.o mol N atoms : 2 mol O atoms )4( وهكذا فإن الصيغة األولية للمركب هي: NO 2
مثال: إذا كان الوزن المولي ألكسيد النيتروجين في المثال فما هي صيغته الجزيئية 1- السابق هو 92 جم مول الحل الوزن المولي للصيغة األولية = 16) (1 x 14) + (2 x 1- = 46 جم مول بقسمة الوزن المولي للمركب على الوزن المولي للصيغة األولية نحصل على: 92 46 = 2 أي أن الصيغة الجزيئية = ضعف الصيغة األولية وهكذا فإن الصيغة الجزيئية هي: N 2 O 4
مثال: إذا كانت الصيغة األولية للجلوكوز هي CH 2 O ووزنه فما هي صيغته الجزيئية 1- المولي 180 جم مول الحل وزن الصيغة األولية = (1x12) (1x16) + (2x1) + = 30 1- جم مول بقسمة الوزن المولي على وزن الصيغة األولية نحصل على: عدد الصيغ األولية في الصيغة الجزيئية = 180 30 = 6 وبالتالي فإن الصيغة الجزيئية هي ستة أضعاف األولية أي أن الصيغة الجزيئية للجلوكوز هي: C 6 H 12 O 6
الصيغة التركيبية :Structural Formula توضح الرتكيب البنائي للمركب و كيفية توزيع الذرات و ارتباطها مع بعضها يف الفراغ. البنزين مثال: الصيغة األولية CH الصيغة اجلزيئية C 6 H 6 الصيغة البنائية
مثال/ 1 : الصيغة الرتكيبية جلزيء األسيتون CH )هي: 3 ) 2 CO احلل: مثال/ 2 : الصيغة األولية واجلزيئية والرتكيبية جلزيء اليوريا Nهي: 2 H 4 CO الصيغة األولية : CO N 2 H 4 والصيغة اجلزيئية: N 2 H 4 CO والصيغة الرتكيبية: مثال/ 2 : الصيغة األولية واجلزيئية والرتكيبية جلزيء اهليدرازين Nهي: 2 H 4 الصيغة األولية : 2 NH والصيغة اجلزيئية: N 2 H 4 الصيغة الرتكيبية :
أنواع املركبات الكيميائية Type of Chemical compounds التصنيف األول: (1 املركبززات العضززوية: وهززي الززيت حتتززوي علززى عنصززر الكربززون مرتبطا مع عناصر أخرى. من أمثلة املركبات العضزوية: امليثزان - CH 3 COOH ومحزززززض ا ليزززززك - C 2 H 5 OH CHواإليثزززززانول 4 وغريها. 2( املركبزات غزري العضزوية: تشزمل بزاقي املركبزات مثزل األكاسزيد واألمزززالغ وغريهزززا باإلضزززافة إىل املزززاء والغزززازات املختلفزززة. مزززن أمثلزززة األمزالغ غزري العضزوية: ملزح الطعزام )كلوريزد الصزوديوم( ومزن أمثلزة األكاسيد أكسيد احلديديك الذي يعترب املصدر الطبيعي والرئيسى لصناعة قضبان حديد التسليح.
التصنيف الثاني: حسب الروابط الكيميائية التي تربط الذرات. 1 -املركبات األيونية Ionic Compounds وأهمها األمالغ مثل كلوريد الصوديوم ونرتات األمونيزوم...)وتتكزون مزن أيونزات مرتبطزة معا بقوة جتاذب كهروستاتيكية بني األيونات املوجبة والسالبة(. - املركبات القطبية Polar Compounds 2 مثل املذيبات القطبية )املاء وامليثانول واإليثانول( وهي قادرة على إذابة املركبات األيونية. - املركبات غري القطبية Non-polar compounds 3 مثل اهليدروكربونات )امليثان واإليثان والبنزين وغريها(.
التصنيف الثالث: من حيث التوصيل الكهربائي. )1 إلكرتوليتات Electrolytes هززي مززواد كيميائيززة توصززل التيززار الكهربززي إذا أذيبززت يف مززذيب أو أمكززن صهرها. وتنقسم اإللكرتوليتات إىل قسمني: -اإللكرتوليتات القوية: وتتميز بتأينها الكامزل يف اللزول كاألمحزال القويزة مثززل محززض الكربيتيززك ومحززض اهليززدروكلوريك ومحززض النيرتيززك والقواعززد القويزة مثزل هيدروكسزيد الصزوديوم وهيدروكسزيد البوتاسزيوم وهريوكسزيد الباريوم. - اإللكرتوليتات الضزعيفة وهزي الزيت ال تتزأين بشزكل كامزل يف اللزول مثزل: محض ا ليك واألمونيا. ال إلكرتوليتات.non-electrolytes وهززي املززواد الززيت ال تتززأين وبالتززالي يكززون توصيلها الكهربائي ضعيفا أو معدوما. مثال: المواد غير األيونية مثل البنزين والهكسان
املعادالت الكيميائية :Chemical Equations هي تعبري كيفي وكمي عن التغيريالذي حيدث أثناء التفاعل الكيميائي. املواد الناجتة ينتج املواد املتفاعلة جيب أن تكون املعادلة الكيميائية موزونة. حبيث يتحقق قانون بقاء الكتلة. 2H 2 +O 2 2H 2 O ** مثال: هزززذه املعادلزززة تزززدل أن 2 مزززول مزززن اهليزززدروجني يتفزززاعالن مزززن 1 مزززول مزززن األكسجني لينتج 2 مول من املاء. كزززذلك ميكزززن القزززول أن 4.03g مزززن اهليزززدروجني يتفاعزززل مزززع 32g األكسجني لينتج 36.03g من املاء. عند وزن املعادالت الكيميائية جيب مراعاة الآلتي: 1 -كتابة الصيغ اجلزيئية الصحيحة للمواد املتفاعلة و الناجتة. 2 -مراعاة مساواة عدد الذرات للمواد الداخلة للتفاعل و املواد الناجتة. مزززن
KClO 3 KCl + O 2 ** مثال: مجيع العناصر تظهر مرة واحدة و لكن K و Cl هلا نفس األعداد يف اجلهتني. بينماااااا ااااا 3O يف املزززززواد املتفاعلة على اليسار. و 2O يف املزواد الناجتزة علزى اليمني. 2KClO 3 2KCl + 3O 2 ** تدريب: زن املعادالت التالية: CS 2 +Cl 2 CCl 4 +S 2 Cl 2 CS 2 +3Cl 2 CCl 4 +S 2 Cl 2 Fe + H 2 O Fe 3 O 4 + H 2 3Fe + 4H 2 O Fe 3 O 4 + 4H 2 C 2 H 6 + O 2 CO 2 +H 2 O 2C 2 H 6 + 7O 2 4CO 2 + 6H 2 O
أحيانا حنتزاج إىل توضزيح حزاالت ا ملزواد ا ملتفاعلزة أو الناجتزة كزأن تكزون صزلبة أو سائلة أو غازية أو حملوال. يتم ذلك بإضافة الرمز الزدال علزى ذلزك بزني قوسزني علزى ميني املادة كاألتي: (s),solid - صلب (g) gas غاز liquid (l) سائل Aqueous solution (aq) حملول مائي 2H 2 (g) + Osolid 2 (g) 2H 2 مثال صلب )1( : O(l) C(graphite) + O 2 (g) CO 2 مثال )2( : (g) بعض التفاعالت ميكن تسريعها باحلرارة إىل أو إضزافة مزادة حزافزة و يعزرب عزن ذلك برمز فوق وحتت السهم. مثال )3( : عند تكوين األمونيا يسرع التفاعزل بزاحلرارة ) ( و يسزتخدم احلديزد كمحفز عرب ذلك. N 2 + 3H 2 2NH 3 احلل: مثال )4( : يتم تكسري جزيئات الكلور للحصول علزى ذرات الكلزور باسزتخدام الضوء. عرب ذلك. احلل: Cl 2 2Cl
اجتاه التفاعل: أنواع التفاعل: التفاعل االنعكاسي Reaction(.)Reversible مثل تفاعل اهليدروجني مع اليود لتكوين يوديد اهليدروجني. H 2 (g) +I 2 (g) 2HI(g) التفاعل غري االنعكاسي Reaction(.)Irreversible مثال: تفاعل محض اهليدروكلوريك مع كربونات الصوديوم 2HCl + Na 2 CO 3 2NaCl + H 2 O + CO 2 إضافة احلرارة للتفاعل: إذا كان التفاعل طاردا للحرارة يضاف حد كمية احلرارة يف النواتج. إذا كان التفاعل ماصا للحرارة يضاف حد كمية احلرارة يف املتفاعالت أو يطرغ حد كمية احلرارة يف النواتج
** مثال: معادلة تكوين املاء عند درجة حرارة 25 مئوية: H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (g) -57.8 k cal mol -1 املقدار " 1- mol 57.8-" k cal هو كمية احلرارة املنطلقة عنزد تكزوين جززئ واحد من املاء الغازي عند 25. o C )إشارة )-( تدل أن التفاعل طارد للحرارة(. يف التفزاعالت العاديزة يزتم االحتزاد أو االنفصزال بزني عناصزر املزواد الداخلزة يف التفاعزل لتكزوين مركبزات جديزدة مزن نفزس العناصزر وال ينزتج عزن ذلزك عناصزر جديزدة.إال أن هناك نوعا من التفاعالت تعرف بالتفاعالت النووية وفيها تتحزول ذرات عنصزر معزني إىل ذرات عنصر آخر. ويف هذه احلالة يكتب التفاعل بداللة عدد الكتلة و العدد الذري. ** مثزال : يتحزول النزيرتوجني إىل أكسزجني عنزد قذفزه اسزيمات آلفزا )He( وفق املعادلة األتية:
أنواع التفاعل: حسب النواتج أ( تفاعالت التعادل.)Neutralization( ب( تفاعالت األكسدة و اإلختزال Reactions(.)Redox ج( تفاعالت االحرتاق.)Combustion( د( تفاعالت االحنالل.)Decomposition( ه( تفاعالت تكوين املركبات من عناصرها. و( تفاعالت التبادل املزدوج و الرتسيب. ز( تفاعالت تكوين املرتاكبات Formation(.)Complex غ( التفاعالت العضوية.
التعادل أ(.)Neutralization( يتم هذا تفاعل بني محض و قاعدة و ينتج عنه امللح و قزد ينزتج مزاء و غالبزا تنطلزق حرارة وتسمي حرارة التعادل. تعززادل محززض اهليززدروكلوريك HCl مززع هيدروكسززيد البوتاسززيوم ** مثززال:.KOH HCl + KOH KCl + H 2 O + ** مثال: تعادل كلوريد اهليزدروج ني مزع األمونيزا ميكزن أيضزا اعتبزاره مزن هذه النوعية. NH 3 + HCl NH 4 Cl +
.)Redox Reactions( اإلختزال و األكسدة ب( يتم انتقال إلكرتون أو أكثر من املادة املؤكسدة إىل املادة املختزلة. هذا التفاعل حمصلة تفاعلني )األكسدة االختزال(. مثال: ** اختزال اليود بالثيوكربيتات: I 2 + 2S 2 O 2-3 2I - + S 4 O 2-6 التفاعل حمصلة التفاعلني: - 2I I 2 + 2e - 2S 2 O 2-3 S 4 O 2-6 + 2e - إذابة مثال: ** املاغنيسيوم يف محض اهليدوكلوريك: Mg+ 2HCl MgCl 2 + H 2 2H + + 2e - H 2 Mg Mg ++ + 2e - التفاعل حمصلة التفاعلني :
االحرتاق ج(.)Combustion( تفاعل االحرتاق هو تفاعل الوقود مع األكسيجني لتكوين األكاسيد املقابلة و إطالق كمية من احلرارة. مثال: احرتاق اإليثان حسب املعادلة: 2C 2 H 6 (g) + 7O 2 (g) 4CO 2 (g) + 6H 2 O(g) + ** مثال: احرتاق املاغنيسيوم حسب املعادلة: Mg(s)+ O 2 (g) MgO(s) + **
االحنالل د(.)Decomposition( هو تفكك جزيء من املادة إىل جزيئات أبسط. مثال: ** احنالل محض األكساليك باحلرارة. C 2 H 4 O 2CO + 2H 2 O ** مثال: حتلل كربونات الكالسيوم باحلرارة. CaCO 3 + CaO + CO 2
ه( تكوين املركبات من عناصرها. و هي أبسط صور التكوين و خاصة للجزيئات البسيطة. حساب طاقة تكوين املركب مباشرة. و هي تساعد على مثال: مثال: تكوين كلوريد اهليدروجني. H 2 + Cl 2 + hv 2HCl تكوين ملح الطعام. Na + Cl NaCl ** ** ** مثال: ال ميكن تكوين امليثان عمليا حسب املعادلة: C + 2H 2 CH 4 ال ميكن تكوين أغلب املواد العضوية مباشرة من عناصرها.
و( التبادل املزدوج الرتسيب. و تنشأ كثري من الرواسب من تفاعالت التبادل األيوني املزدوج لألمالغ. والراسب هو غالبا ملح )أو قاعدة أو محض( شحيح الذوبان يف املاء. مثزال/ 1 : تفاعزل كربونزات الصزوديوم مزه كربيتزات املاغنيسزيوم وترسزب كربونززات املاغنيسيوم. MgSO 4 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) MgCO 3 (s) + Na 2 SO 4 (aq) ما حيدث هو تبادل األيونات: Mg 2+ + 2Na + + SO 4 2- + CO 3 2- MgCO 3 (s) + 2Na + + SO 4 2- الحززظ أن كربونززات املاغنيسززيوم ترسززبت لشززحة ذوبانهززا بينمززا بقيززت كربيتززات الصوديوم الذائبة على هيئة أيونات يف اللول. مثال/ 2 : ترسيب كلوريد الفضة )كزال امللحزني Ag + (aq)+ Cl - (aq) AgCI(s) يلزم فقط ملح حيتوي على الكلوريد وملح حيتزوي علزى أيزون الفضزة جيب أن يكونا قابلني للذوبان يف املاء(.
.)Complex Formation( تكوين ز( املرتاكبات Cu(NH 3 ) 4 SO 4 CuSO4 مثال/ 1 : تكوين مرتاكب كربيتات رباعي أمني النحاسيك + 4NH3 Cu (NH3 )4 SO4 (Fe(CN) 6 ) 3- مثال/ 2 : تكوين أيون سداسي سيانيد احلديديك Fe 3+ + 6CN - (Fe(CN( 6 ) 3-
غ( التفاعالت العضوية. من التفاعالت العضوية الشائعة : -تفاعالت االستبدال Substitution -تفاعالت اإلضافة Addition -تفاعالت البلمرة Polymerization -تفاعالت إعادة الرتتيب Rearrangement -تفاعالت األسرتة Esterification -تفاعالت نزع املاء Dehydration -تفاعالت نزع اهليدروجني Dehydrogenation -تفاعالت نزع ثاني أكسيد الكربون Decarboxylation وغريها
طرق التعبير عن التركيز عند إذابة مركب ما في المحلول فإن هناك عدة طرق لوصف تركيز ذلك المركب فباإلمكان مثال وصف تركيز المركب بعدد جراماته الذائبة في حجم معين من المحلول أو بعدد جراماته الذائبة في كتلة معينة من المذيب أو بعدد الموالت الذائبة في كتلة معينة من المذيب وهكذا. ولما كان المول هو وحدة التعبير عن كمية المادة وألن ضبط أحجام المذيبات أسهل من ضبط كتلتها فإن التعبير عن التركيز بواسطة عدد الموالت الذائبة في لتر واحد من المحلول هو األكثر سهولة وهو ما يعرف بالتركيز الموالري أو الموالرية. وتعتبر الموالرية أهم وأكثر وحدات التركيز استخداما في الكيمياء تعريف الموالرية: هي عدد موالت المذاب الذائبة في لتر واحد من المحلول
0.50 أمثلة محلولة مثال: احسب تركيز المحلول المحضر بإذابة في 2.0 لتر من الماء. الحل مول من أحد األمالح التركيز الموالري = = 0.25 موالر =
مثال: احسب تركيز المحلول المحضر بإذابة 10.0 جم من هيدركسيد الصوديوم في 3.0 لتر من الماء. الحل الوزن المولي لهيدروكسيد الصوديوم = (1x1) (1x23) + (1x16) + 1- = 40 جم مول عدد موالت = NaOH عدد الجرامات الوزن المولي 1-0.25 مول 40 جم مول 1- = 10.0 جم = التركيز الموالري = 0.083 موالر = =
الرتكيب الذري ملخص بدايات علم الكيمياء: قانون الفوازيه Antoine Lavoisier أو قانون حفظ املادة: من حرق القصزدير عزام 1774 م وال زوزن ق ب زل وبع زد ا حل زرق ا س زتنتج الع ز امل أن امل ز اد ة ال تفنى وال تستحدث وإمنا تتحول من شكل إىل آخر. قانون النسب الثابتة للعامل جوزيف بروست :Joseph Proust حيتوي أي مرك زب ك يم ي ز ائي نق زي دائم ز ا ع ل ز ى عن ا ص زره امل كون ز ة ل ز ه بنس زب وزن ي ز ة ث ابت ز ة مهما اختلفت طرق حتضريه. النظرية الذرية لدالتون :John Dalton -تتكون املادة من جسيمات دقيقة غري قابلة للتجزئة وتسمى ذرات. -ذرات العنصزززر الواحزززد تتماثزززل يف مجيزززع الصزززفات ولكنهزززا ختتلزززف عزززن ذرات العناصر األخرى. -ميكززن لززذرات العناصززر املختلفززة أن تتحززد كيميائيززا مززع بعضززها بنسززب عدديززة بسيطة مكونة املركبات.
قانون النسب املتضاعفة جلوزيف بروست: إذا احتد عنصران وتكون عدة مركبزات كيميائيزة فزإن نسزبة كتلزة العنصزر األول يف مجيع املركبات املتكونة إىل كتلة العنصر اآلخر هي نسبة عددية بسيطة. قانون احلجوم املتحدة: تتحد الغازات مع بعضها بنسب حجمية ثابتة حتت نفس ظروف الضغط ودرجة احلرارة. + مثال: هيدروجني : 1 كلور 1 كلوريد اهليدروجني 2 : فرل دالتون وبرزيليوس :Dalton and Berzelius حتتزوي احلجزوم املتسزاوية مزن الغزازات املختلفزة علزى نفزس العزدد مزن الزذرات عنزد نفزس ظززروف الضززغط ودرجززة احلززرارة. ال يسززتطيع هززذا االفززرتال تفسززري تكززون كلوريززد اهليدروجني. افرتال أفوجادرو Avogadro )اقرتاغ اجلزيء(: احلجوم املتساوية من الغازات املختلفة حتتوي على نفس عدد اجلزيئات عند نفس ظروف الضغط ودرجة احلرارة. وهذا القانون يستطيع تفسري تكون كلوريد اهليدروجني.
اإلشعاع الكهرومغناطيسي Electromagnetic Radiation هي موجات ضوئية تنطلق جميعها بسرعة الضوء وتتفاوت في طولها الموجي وتردداتها وطاقاتها. من أمثلة اإلشعاع الكهرومغناطيسي حسب الزيادة في الطول الموجي: أشعة جاما وأشعة إكس واألشعة فوق البنفسجية واألشعة المرئية واألشعة تحت الحمراء والميكروويف والراديو والتلفزيون. يرتبط تردد اإلشعاع وطوله الموجي بالعالقة: c = λ Ѵ. حيث: c هي سرعة الضوء = -1 ms 3 x 10 8 λهي طول موجة اإلشعاع. Ѵ هي تردد اإلشعاع. ويمكن استخدام معادلة بالنك لحساب طاقة اإلشعاع معادلة بالنك: E = h Ѵ حيث h ثابت بالنك وقيمته: h = 6.626x10-34 J.s
مثال: احسب تردد فوتون ضوئي طول موجته 500 الحل Ѵ = c/ λ = 3 x 10 8 ms -1 /500 x 10-9 m = 6 x 10 14 s -1 نانوميتر مثال: احسب طول موجة فوتون ضوئي تردده الحل -1 s 2 x 10 14 λ = c/ Ѵ = 3 x 10 8 ms -1 /2 x 10 14 s -1 = 1.5 x 10-6 m احسب طاقة اإلشعاع الذي تردده الحل -1 s 6 x 10 14 مثال: E = h Ѵ = 6.626x10-34 J.s x 6 x 10 14 s -1 = 3.976 x 10-19 J
تعيني شحنة اإللكرتون )جتربة ميليكان :)Millikan متكن هذا العامل من تعيني شحنة اإللكرتون عمليا. وبهذا أمكن معرفة شحنة وكتلة اإللكرتون )شحنة اإللكرتون 10-19 C 1.6 وكتلته 10-28 g.)9.1 الربوتون والنيوترون: أط لق رذر ف زورد ع ل ز ى ن زوا ة ا هل ي زدروج ني ا س زم الربوت زون و ق زد مت معر ف ز ة الش زحن ة املوج ب ز ة ع ل ز ى أنوية الذرات بواسطة االشعة السينية من ق بل العامل موزلي Mosely وكذا استخدام أنبزوب األشزعة املوجبزة مزن ق بزل العزامل اجولدشزتني. أمزا النيزوترون فقزد اكتشزفه العزامل شادويك 1932 م بعد قذف الربيليوم باشعة جامزا γ والزيت علزى أثرهزا انطلقزت أشزعة ذات سرعة عالية وقدرة اخرتاق عالية وال تتأثر باجملالني الكهربزي أو املغناطيسزي وكتلتهزا تقارب كتلة الربوتون أي أنه جسيم نووي متعادل كهربيا. مكونات الذرة: تت كون الذر ة م زن ثالث ز ة جس ز يم ا ت أ س ا س ز ي ة و ه زي ا إلل كرتون ز ا ت والربوتون ز ا ت والن يرتون ز ا ت. وكزل ذرة حتتزوي علزى نفزس العزدد مزن اإللكرتونزات والربوتونزات حتزى تكزون متعادلزة كهربيا باإلضافة إىل عدد قريب من عدد الربوتونات من النيوترونات.
النظائر :Isotopes هي ذرات لعنصر معني ولكن بها عدد خمتلف من النيوترونات. يكون خمتلفا ولكن خواصها الكيميائية واحدة. وبالتالي فإن وزن الذرة مثال: اهليدروجني له ثالثة نظائر هي اهليدروجني H والديرتيوم D عدد النيوترونات صفر وواحد وإثنان على الرتتيب. والرتيتيوم T حيث *العدد الذري :Atomic Number هو عدد الربوتونات أو اإللكرتونزات يف ذرة العنصزر وهو عدد صحيح موجب. *عددالكتلة :Mass Number هو عدد يساوي جمموع الربوتونات والنيرتونات يف الذرة )عدد صحيح موجب(. *الوزن الذري :Atomic Weight جمموع أوزان مكونات الذرة لعنصر ما نسبة لوزن نظري الكربون والذي يساوي 12
تفاعل املادة والطاقة: هناك عمليتان متضادتان لتفاعل الذرة الذرة لضوء له طول موجي معني ثم أخرى من ق بل الذرة. والضوء وهما االمتصاص Absorption من االنبعاث أو اإلشعاع Emission هلذا الضوء ق بل مرة طيف االنبعاث يف ذرة اهليدروجني: عند على عند إثارة اإللكرتون املوجود يف ذرة اهليدروجني بإمرار تيار كهربي يف غاز اهليدروجني فإن الذرات املثارة ينبعث منها طيف مميز يف صورة أطول موجية معينة. وكل عنصر له طيف مميز أنبوب حيتوي خطوط ملونة
وإذا أخذنا حالة امتصاص اإللكرتونات يف مداراتها ا ارجية للضوء وانبعاث هذا الضوء جدول 1( )2 سالسل االنبعاث الطيفي لذرة اهليدروجني. املنطقة الطيفية فوق البنفسجية الضوء املرئي حتت احلمراء حتت احلمراء البعيدة حتت احلمراء البعيدة مستويات طاقة اإلثارة n n 1,n=,2,3,, n n 2,n=3,4, n n 3,n=4,5,, n n 4,n=5,6,, n n 5,n=7,8,, السلسلة ليمان Lyman بلمر Palmer باشني Paschen براكت Bracket فوند Pfund وقد توصل ريدبريج Rhydberg للمعادلة العامة لكل السالسل: حيث العدد املوجي
اجلزء املطلوب من الطيف الكهرومغناطيسي هو املقابل للضوء املرئي باإلضافة إىل األشعة فوق البنفسجية nm).(λ = 200 nm 800 جدول 2( )2 الطيف الكهرومغناطيسي األشعة األشعة الكونية أشعة جاما أشعة أكس فوق البنفسجية الضوء املرئي حتت احلمراء األشعة القصرية موجات الراديو طول املوجة 10-4 Å 10-2 Å 1 Å 2000 Å 400 800 nm 10.000 Å 0.1 cm 100 cm التأثري تفاعالت يف النجوم ترابط النواة إثارة اإللكرتونات الداخلية يف الذرة إثارة إلكرتونات التكافؤ إثارة إلكرتونات التكافؤ إثارة حركة الذرات واجلزيئات التذبذبية والدورانية إثارة احلركة الدورانية لإللكرتونات إثارة احلركة الدورانية لألنوية الذرات
حتليل الضوء: هي عمل ي ة فصل األ طوال املوج يز ة املكونز ة للضزو ء و حتتزاج إىل ج هزاز م عزني مثزل املنشزور الثالثي أو حمزوز احليود. والضزو ء ذو الطزول املزوجي الواحز د يسزم ى ضزو ءا أحزادي اللزون Monochromatic وهو ضروري يف دراسة عملية إثارة الزذرات للحصزول علزى طيزف االنبعاث أو االمتصاص. شكل 4( )2 حتليل الطيف الكهرومغناطيسي باملنشور الزجاجي
نظرية بوهر لذرة الهيدروجين. فروض النظرية: 1( يتحرك إلكترون ذرة الهيروجين في غالفات كروية معينة حول النواة تأخذ األرقام:..,1,2,3 = n 2( لإللكترون طاقة محددة ومميزة للغالف الذي يتحرك فيه وتزداد طاقة اإللكترون كلما زادت قيمة n وابتعد عن النواة. وال يمكن أن يكون لإللكترون طاقة تمكنه من البقاء بين أي مستويين محددين. 3( أقرب المستويات للنواة هو الغالف األول وله نصف قطر يساوي 0.529 أنجستروم. عندما يكون اإللكترون في الغالف األول يقال عن الذرة أنها في حالتها الدنيا.
إذا امتص اإللكترون طاقة فإنه يقفز إلى مستويات أعلى ويقال عن الذرة حينئذ أنها مثارة. إذا زال مصدر الطاقة فإن اإللكترون يتراجع من المستويات العالية إلى مستويات أقل مطلقا طاقة ففرق الطاقة بين أي مستويين ينطلق على هيئة أشعة ضوئية لها أطوال موجات وترددات محددة وبالتالي طاقة إشعاع محددة. ويعطى نصف قطر الغالف )r( بالعالقة: r = (n 2 )x 0.529 Å وقد وضع بوهر عالقة تعطي طاقة اإللكترون عندما يكون في أي غالف محدد وهي: E n = -2.179 x -18 J
وعليه فإن الطاقة المنطلقة عندما ينتقل اإللكترون من غالف مرتفع إلى آخر منخفض تعطى بالمعادلة: E i - E o = 2.179 x 10-18 J (1/n i2-1/n 2 o ( حيث n i تشير إلى رقم الغالف الداخلي و n o تشير إلى رقم الغالف الخارجي.
مثال: احسب تردد وطول موجة الخط الطيفي الناتج عن انتقال إلكترون ذرة الهيدروجين من الغالف الثالث إلى الغالف الثاني. الحل Ѵ = 3.289 x 0 15 s -1 (1/n 2 i 1/n o2 ) = 3.289 x 0 15 s -1 (1/2 2 1/3 2 ) = 3.289 x 0 15 s -1 (1/4 1/9) = 4.568 x 10 14 s -1 λ = c/ Ѵ = 3 x10 8 ms -1 /4.568 x 10 14 s -1 = 6.567 x 10-7 m = 656.7 nm
مثال: احسب طاقة االنتقالة اإللكترونية في المثال السابق. E = hѵ = 6.626 x10-34 J.s x 4.568 x 10 14 s -1 = 3.026 x 10-15 J