الكيمياء الا ستاذ : علال محداد http://sciencephysique.ifrance.com allal Mahdade http://sciencephysique.ifrance.com 1
I الجسم الصلب الا يوني أمثلة لا جسام صلبة أيونية : بلورات آلورور الصوديوم وفليورور الكالسيوم تتكون بلورات آلورور الصوديوم في الحالة الصلبة من أيونات الصوديوم + Na أنيونات ومن أيونات تتكون بلورات فليورور الكالسيوم في الحالة الصلبة من أيونات الكالسيوم + Ca ومن أيونات فليورور يعطي الشكل 1 نموذج بلورات آلورور الصوديوم والشكل نموذج بلورات فليورور الكالسيوم. Cl الكاتيونات. F آيف تنتظم هذه الا يونات في الجسم الا يوني تنضيد منظم للا يونات الموجبة والا يونات السالبة حيث تحتل مراآز الا يونات آل رؤوس ومراآز أوجه مكعبات متجاورة : هذا التوزيع المنظم للا يونات يكون شبكة بلورية مكعبة. Réseau cristallin cubique يلاحظ أن هذه البلورات متماسكة فيما بينها. فكيف يتحقق هذا التماسك من خلال الشبكة البلورية يلاحظ أن آل أيون موجب محاط بعدد من الا يونات السالبة وآذلك آل أيون سالب محاط بعدد من الا يونات الموجبة. حسب التا ثيرات الكهرساآنة ) التا ثيرات الكولومبية ( آل أيون موجب يجذب الا يونات السالبة المحاطة به وآل أيون سالب يجذب الا يونات الموجبة المحاطة به. وهذا التجاذب الكهرباي ي يضمن تماسك الشبكة البلورية وبالتالي تماسك الجسم الصلب الا يوني. الجسم الصلب الا يوني متعادلا آهرباي يا. نفس التفسير بالنسبة لبلورات فليورور الكالسيوم ما هي الصيغة الكيمياي ية لجسم صلب أيوني + Na إذن فالصيغة الكيمياي ية لهذا الجسم Cl والا يونات بلورة آلورور الصوديوم تحتوي على نفس العدد من الا يونات F وبالتالي فالصيغة Ca يكون مرفقا با يونين من الفليورور الا يوني هي : NaCl بالنسبة لبلورة فليورور الكالسيوم فكل أيون آالسيوم. CaF وتسمى هذه الصيغة بالصيغة الا حصاي ية لجسم الصلب الا يوني وهي تدل على نسبة الكيمياي ية لهذه الجسم هي وطبيعة الا يونات دون الا شارة إلى شحنتها. allal Mahdade http://sciencephysique.ifrance.com
II الحصول على محلول إلكتروليتي 1 الميزة الثناي ية القطبية لجزيي ة * جزيي ة آلورور الهيدروجين. صيغتها الكيمياي ية HCl نوع الرابطة بين ذرتي الهيدروجين والكلور رابطة تساهمية ناتجة عن زوج إلكتروني مشترك تساهم فيه آل ذرة با لكترون واحد. تجريبيا فا ن هذا الزوج الا لكتروني غير موزع بالتساوي بين الذرتين فهو إحصاي يا أقرب إلى ذرة الكلور لكونها أآثر آهر سلبية من ذرة الهيدروجين. ) فحسب الترتيب الدوري للعناصر الكيمياي ية أن العناصر الا آثر آهر سلبية تتزايد من اليسار نحو اليمين ومن الا سفل نحو الا على للترتيب الدوري ( يو دي هذا التوزيع اللاتماثل للزوج إلى ظهور شحنة جزي ية +δe بحيث أن < 1 δ < 0 على ذرة الهيدروجين وشحنة جزي ية سالبة δe على ذرة الكلور : نقول أن الرابطة H Cl مستقطبة. آذلك أن مرجح الشحن الموجبة لا ينطبق مع مرجح الشحن السالبة. إذن جزيي ة آلورور الهيدروجين لها ميزة ثناي ية القطبية. * جزيي ة الماء تتكون جزيي ة الماء من ذرة أوآسجين وذرتي هيدروجين : صيغتها الكيمياي ية HO تموضع ذرة الا وآسجين وذرة الهيدروجين في جدول الترتيب الدوري للعناصر يتبن أن الا وآسجين أآثر آهر سلبية من الهيدروجين لهذا فالزوجين الا لكترونين للرابطتين يكونا أقرب إلى ذرة الا وآسجين من ذرة الهيدروجين إذن الرابطة O H مستقطبة. حيث تحمل ذرة الا وآسجين δe وآل ذرة هيدروجين +δe وبما أن جزيي ة الماء مكوعة فا ن مرجح الشحن الموجبة لا ينطبق مع مرجح الشحن السالبة : إذن فجزيي ة الماء قطبية الماء مذيب قطبي لا نه يتكون من جزيي ات قطبية. ذوبانية جسم صلب أيوني في الماء تجربة 1: ذوبان بلورات آلورور الصوديوم في الماء ننجز الترآيب التجريبي الممثل جانبه : نضيف في الحوض آمية قليلة من بلورات آلورور الصوديوم ونحرك لتسهيل ذوبان آلورور الصوديوم في الماء. نلاحظ أن جهاز الا مبير متر يشير إلى مرور تيار آهرباي ي. استنتاج : محلول آلورور الصوديوم يوصل التيار الكهرباي ي أآثر من الماء المقطر. إذن فهو يحتوي على أيونات التي تو آد مرور التيار الكهرباي ي : نقول أن محلول آلورور الصوديوم محلولا إلكتروليتيا. عند وجود بلورات آلورور الصوديوم في الماء فا ن الخاصية أو الميزة القطبية للماء تضعف التا ثيرات الكهرباي ية بين الا يونات حيث تصبح آل أيون محاط بعدد محدود من جزيي ات الماء. نقول أنها أصبحت متميهة hydraté وهذا يو دي إلى تحطم البناء البلوري لكلورور الصوديوم فنحصل على محلول آلورور الصوديوم والذي يتكون أساسا من ايونات l و Na + aq C aq تكتب معادلة التفاعل الموافقة لذوبان آلورور الصوديوم في الماء آالتالي : نرمز لمحلول آلورور الصوديوم ب : + أو باختصار Na + Cl تجربة : ذوبان غاز ثناي ي آلورور الهيدروجين في الماء هل المحلول الماي ي لكلورور الهيدروجين إليكتروليتا عند حصر حجم من غاز آلورور الهيدروجين في حوجلة وإحكام سدها بواسطة سدادة تحتوي على أنبوب أنظر الشكل allal Mahdade http://sciencephysique.ifrance.com
نقلب الحوجلة في حوض يحتوي على الماء. نلاحظ أن الماء يصعد بسرعة متدفقا في الحوجلة على شكل نافورة. نغمر قطعة من ورق ph في المحلول المحصل عليه فنلاحظ أن ph<7. نا خذ قليلا من المحلول المحصل عليه ونضيف إليه بضع قطرات من محلول نترات الفضة فنلاحظ تكون راسب أبيض. فسر نافورة الماء في القارورة. ما هي الا نواع الكيمياي ية الا ساسية التي يحتوي عليها المحلول الماي ي المحصل عليه * عند ذوبان قليل من آلورور الهيدروجين غاز في قطرات من الماء ينخفض الضغط في الحوجلة يكون أصغر من الضغط الجوي مما ينتج عنه صعود الماء بقوة. نقول أن آلورور الهيدروجين شديد الذوبان في الماء. * ph<7 يدل على أن المحلول المحصل عليه حمضي أي انه يحتوي على أيونات H + aq ويسمى المحلول المحصل عليه محلول حمض الكلوريدريك. H + المميهة ونرمز لها ب Cl * يدل الراسب الا بيض لكلورور الفضة على أن المحلول المحصل عليه يحتوي على أيونات الكلور. l ب C aq H + aq المميهة نرمز لها أثناء الذوبان يحدث تحول آيمياي ي نتيجة التا ثيرات البينية بين جزيي ات الماء القطبية و جزيي ات آلورور الهيدروجين القطبية آذلك حيث تقام روابط بيجزيي ية والتي تضعف آثيرا الرابطة التساهمية H Cl فتنكسر وتو دي إلى ظهور أيونات مميهة l و C aq تكتب معادلة التفاعل الموافقة لذوبان آلورور الهيدروجين في الماء آالتالي :. محلول الماي ي لكلورور الهيدروجين هو إليكتروليتا. تجربة : ذوبان حمض الكبريتيك في الماء حمض الكبريتيك الخالص ساي ل جزيي ي صيغته الكيمياي ية HSO4 تجربة : عند إضافة 10ml من حمض الكبريتيك الخالص المرآز إلى 100ml من الماء المقطر ونتتبع درجة حرارة المحلول بواسطة محرار ترتفع درجة الحرارة و نحصل على محلول ماي ي لحمض الكبريتيك. من ماذا يتكون هذا المحلول * ارتفاع درجة الحرارة يدل على حدوث ذوبان حمض الكبريتيك في الماء. * نجري على المحلول راي ز ph فنلاحظ أن المحلول المحصل عليه حمضي أي أنه يحتوي على الا يونات + H المميهة : H + ( aq) * نضيف إلى أنبوب اختبار يحتوي على محلول آلورور الباريوم قطرات من محلول حمص الكبريتيك نلاحظ تكون راسب. SO BaSO 4 مما يذل على وجود أيونات الكبريتات أبيض 4 aq معادلة التفاعل الموافق لهذا الذوبان هو : allal Mahdade http://sciencephysique.ifrance.com 4
صيغة المحلول الماي ي لحمض الكبريتيك هي : III الترآيز المولي. 1 الترآيز المولي للمذاب المستعمل أو الترآيز المولي لمحلول إلكتروليتي نرمز له ب C X بحيث X المذاب المستعمل ونعبر عنه بالعلاقة التالية : n ( X) C X = (X n ( آمية مادة المذاب و حجم المحلول غير المشبع المحصل عليه. الترآيز المولي الفعلي أو الترآيز المولي للا نواع الكيمياي ية الموجودة في المحلول : يرمز له ب X بحيث X النوع الكيمياي ي الموجود في المحلول. ونعبر عنه بالعلاقة : [ X] n ( X) [ ] = (X n ( آمية مادة النوع الكيمياي ي الموجود في المحلول و حجم المحلول. العلاقة بين الترآيز المولي والترآيز الكتلي. n ( X) m( X) (X )C وبما أن Cm وأن الترآيز المولي = ( X) نعلم أن الترآيز الكتلي = m( X) X) n ( أي أن : = m( X) = n ( X). M( X) M X m =. C X C X M X, g M ( X) الكتلة المولية ل. X 4 تمرين تطبيقي : نحصل على حجم = 50ml من محلول S با ذابة آتلة = m من آبريتات الا لومينيوم المميه. ( Al ( SO4 ), 14HO) 1 أحسب الكتلة المولية لكبريتات الا لومينيوم المميه. أحسب الترآيز المولي للنوع المذاب. أآتب معادلة الذوبان واستنتج التراآيز المولية الفعلية للا يونات الناتجة. الحل : M Al SO, 14H O = 594g/ 1 الكتلة المولية لكبريتات الا لومينيوم المذاب : mol ( ( 4 ) ) الترآيز المولي للنوع المذاب : n m C 7 40 10 mol M,. = = =. / l معادلة الذوبان : allal Mahdade http://sciencephysique.ifrance.com 5
C1 C ذوبان آبريتات الا لومينيوم في الماء هو تفاعل تام mol/ C =,7.40 10 أي أن عدد المولات الموجودة في 50ml هي ترآيز المولي للمذاب هو l x = 0 70 10 mol max أي أن تقدم التفاعل., n0 = C. = 7, 40. 10. 50. 10 = 0, 70. 10 mol وبالتالي وحسب جدول تقدم التفاعل فا ن + n Al = x = 0, 74. 10 mol : ( 4 ) max n SO = xmax = 1, 11. 10 mol ومنه نستنتج التراآيز المولية الفعلية : + n ( Al + ) 1 Al = = 1, 48. 10 mol/ l والجزء ( 4 ) n SO 1 SO4 = =,. 10 mol/ l I تطبيقات لتتبع تفاعل آيمياي ي 1 تطور مجموعة خلال تحول آيمياي ي تجربة : التفاعل بين محلول ماي ي لنترات الكالسيوم ومحلول ماي ي لفوسفات الصوديوم. + Ca + NO ترآيزه 1 من محلول S 1 لنترات الكالسيوم نصب في آا س حجما = 0ml + Na + PO 4 ترآيزه S لفوسفات الصوديوم من محلول نضيف إليه حجما = 15ml نلاحظ تكون راسب أبيض فوسفات الكالسيوم Ca PO نرشح الخليط ونصب جزء في أنبوب اختبار = 0, 0mol/ l = 0, 0mol/ l T 1 + Ag + NO 4 الا خر في أنبوب اختبار. T نضيف إلى الا نبوب بعض قطرات نترات الفضة نلاحظ تكون راسب أصفر. + Na + CO نلاحظ عدم ظهور أي راسب. نضيف إلى الا نبوب T بعض قطرات من محلول آربونات الصوديوم استثمار : 1 أحسب آمية مادة هذه الا نواع الكيمياي ية الموجودة في الكا س قبل ظهور راسب فوسفات الكالسيوم. + n( Ca ) = C. = 0,. 0. 10 = 4mmol تفاعلت آليا. CO i 1 1 T 1 n PO = C. = 0,. 15. 10 = mmol i 4 أجرد الا نواع الكيمياي ية المتواجدة في الكا س بعد ظهور الراسب. الا نواع الكيمياي ية الموجودة في الكا س بعد ظهور الراسب : NO بينما, Na فوسفات الكالسيوم PO Ca PO s + 4 4 أي أن التفاعل تام بحيث أنه اختفي إحدى المتغاعلات آليا خلال التفاعل. أآتب المعادلة الكيمياي ية للتفاعل الحاصل بين المحلولين S 1 و. S + Ca + PO Ca PO s 4 ( 4 ) aq أ تقدم التفاعل : تعريف : تسمى آمية المادة x تقدم التفاعل ويعبر عنها بالمول. mol يمكن تقدم التفاعل من تحديد آميات مادة مختلف الا نواع الكيمياي ية المساهمة في التفاعل خلال تطور آيمياي ي. ب الجدول الوصفي وحصيلة المادة. 4 أنسي جدول التقدم بالنسبة للتفاعل الكيمياي ي الحاصل بين و S S 1 allal Mahdade http://sciencephysique.ifrance.com 6
. 5 حدد التقدم الا قصى والمتفاعل المحد اعتمادا على الطريقة الحسابية تم الطريقة المبيانية. الطريقة الحسابية : PO أي أن 4 نفترض أن التفاعل المحد هو x = 0 x = 1 5mmol max max, إذا آان هو + Ca : 4 x = 0 x = 1 mmol max max, وبالتالي فا ن تالمتفاعل المحد هو + Ca نعرف الحالة النهاي ية لمجموعة آيمياي ية الحالة التي يتوقف فيها المجموعة عن التطور. عندما يختفي آليا أحد المتفاعلات ويسمى هذا المتفاعل بالمتفاعل المحد. في هذه الحالة يساوي التقدم النهاي ي التقدم الا قصى. x max 6 أعط حصيلة المادة لهذا التفاعل. أنظر الجدول الوصفي للتفاعل. ج الخليط الستوآيومتري يكون الخليط ستوآيومتريا إذا آانت آميات المادة البدي ية للمتفاعلات متوفرة حسب معاملات استوآيومترية للمتفاعلات في المعادلة. في الحالة النهاي ية تختفي المتفاعلات آليا. تحديد ضغط غاز.,0 = m ونضيف إليها 0ml من محلول حمض الكلوريدريك نذخل في حوجلة قطعة من فلز الزنك Zn آتلتها 11g mol/. C =,5.00 بواسطة جهاز مانومتر لقياس الضغط p نقيس ضغط الغاز المحصل عليه خلال هذه ترآيزه l التجربة حيث نسجل الضغط النهاي ي p f عند توقف انتشار الغاز المحصل عليه.. T = 9K عند درجة الحرارة = 1, في ظروف التجربة : يحتل الغاز المتكون الحجم 1l. pi الضغط البدي ي في الحوجلة هو ضغط الهواء = 105hPa 1 ما هو الغاز المحصل عليه خلال هذا التفاعل H الغاز المحصل عليه خلال هذا التفاعل هو غاز ثناي ي الهيدروجين (g ( أآتب المعادلة الكيمياي ية الحصيلة لهذا التفاعل. + + Zn + H Zn + H أحسب آمية المادة البدي ية للمتفاعلات. تم أنشي جدول لتقدم التفاعل واستنتج التقدم الا قصى والمتفاعل المحد لهذا التفاعل. آميات المادة البدي ية للمتفاعلات : allal Mahdade http://sciencephysique.ifrance.com 7
m Zn ni Zn = = 1, 7. 10 mol M Zn + ni H = C. = 5, 0. 0. 10 = 0, 10mol 4 أعط حصيلة المادة لهذا التفاعل واستنتج ضغط الحالة النهاي ية. انطلاقا من معادلة الغازات الكاملة يمكن حساب ضغط ثناي ي الهيدروجين داخل القنينة : n ( H ). RT p( H ) = = 7, 65hPa pf = p( H ) + pair = 106, وبالتالي الضغط في الحالة النهاي ية هو : 65hPa خلاصة تمكن المقادير الكيمياي ية المرتبطة بكمية المادة من توقع آتلة وضغط وحجم المتفاعلات والنواتج. allal Mahdade http://sciencephysique.ifrance.com 8