🎨 السؤال بالخط الأزرق · الإجابة بالخط الأخضر. المرجع الوحيد: كتاب الطالب.
١
الوحدة الأولى: الغازات – الفصل الأول: سلوك الغازات
الدرسان 1-1 و 2-1 · صفحات 12–21مدخل الوحدة الأولى: الغازات
ما فصول الوحدة الأولى؟
الفصل الأول: سلوك الغازات · الفصل الثاني: قوانين الغازات.
عدّد أهداف الوحدة الأولى.
١) يتعرّف ويستخدم النظرية الحركية ليتعرف تأثير تغير عدد الجسيمات والكتلة والحرارة والضغط والحجم في الغازات · ٢) يعدّد فرضيات النظرية الحركية للغازات، ويحدد معنى الغاز المثالي والغاز الحقيقي · ٣) يصف الشروط التي تسمح للغاز الحقيقي بالحيود عن سلوك الغاز المثالي · ٤) يتعرّف المخاليط الغازية الجزيئية وقانون دالتون للضغوط الجزئية الذي يحدد العلاقة بين الضغوط الجزئية للغازات وضغط المخاليط · ٥) يتعرّف العلاقة بين عدد مولات الغازات في الخليط ومجموع مولات الخليط عندما يكون الحجم والحرارة ثابتين.
اذكر معالم الوحدة.
اكتشف بنفسك: ملاحظة التغيّرات الحجمية · الكيمياء الرياضية: حلّ المعادلات · ارتباط الكيمياء بالفيزياء: الكريوستات (ترموس) · ارتباط الكيمياء بالرياضة: الغازات والغوص تحت الماء.
كيف يرتبط علم الأرصاد الجوية بالغازات؟
يدرس أحوال الطقس ويتوقعها بتحليل التغيرات وأهمها الضغط الجوي والحرارة وسرعة الرياح واتجاهها ودرجة الرطوبة. ولأن الهواء الساخن أقل كثافة من البارد ترتفع كتل الهواء الساخن فوق كتل البارد، فيكثر الهواء في مناطق الضغط الجوي المرتفع عنه في المنخفض، وحركة الهواء في الغلاف الجوي حرة فينتقل الهواء من مناطق الضغط المرتفع إلى المنخفض.
اكتشف بنفسك: ملاحظة التغيّرات الحجمية
الأدوات: بالون مستدير، قلم تأشير، شريط قياس متري، ثلاجة، نافذة تدخل منها أشعة الشمس. ١) انفخ البالون واربطه ثم ارسم خطًا حول منتصفه يمثل محيطه · ٢) ضعه في الثلاجة نصف ساعة ثم قِس محيطه بسرعة · ٣) عرّضه لأشعة الشمس نصف ساعة ثم قس محيطه · ٤) احسب حجمه لكل محيط: r = P/2π و V = 4πr³/3.
ما الذي تلاحظه عن حجمي البالون عند درجتي الحرارة؟ وما العلاقة بين الحرارة والحجم عند ثبات الضغط؟
حجم البالون في الشمس (حرارة أعلى) أكبر من حجمه بعد الثلاجة؛…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
٢
الفصل الثاني: قوانين الغازات – الدرس 1-2: قوانين الغازات
الوحدة الأولى · صفحات 22–36مدخل الفصل الثاني
ما دروس الفصل الثاني؟
١) قوانين الغازات · ٢) الغازات المثالية · ٣) الجسيمات الغازية: مخاليطها وحركتها.
علّل: التعبير «1L من الهواء» يعني القليل إلا إذا عُرف الضغط والحرارة.
لأنه يمكن أن يُضغط 1L من الهواء إلى عدة ملليترات، كما يمكن أن يتمدد ليشغل حجم غرفة الفصل؛ فلوصف حالة غاز نحتاج كميات تُقاس: الضغط والحجم والحرارة وعدد المولات (أو كمية الجسيمات).
ما العلاقات الرياضية التي يتعلمها الفصل؟
الحجم والضغط عند درجة حرارة ثابتة · الحجم ودرجة الحرارة عند ضغط ثابت · الضغط ودرجة الحرارة عند حجم ثابت · العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة وعدد المولات. وعند تحديد ثلاثة متغيرات يمكن حساب الرابع، لكن الكمية المحسوبة غير دقيقة لمعظم الغازات عند مدى واسع من الظروف.
أهداف الدرس 1-2
ما أهداف درس قوانين الغازات؟
١) يُعرّف نص قانون بويل وقانون تشارلز وقانون جاي–لوساك والقانون الموحد للغازات · ٢) يطبّق قوانين الغازات على المسائل التي تشمل درجة الحرارة والحجم وضغط الغاز المحبوس.
علّل: يقوم ربّان المنطاد بتسخين الهواء داخله ليرتفع (شكل 12).
لأن الهواء الدافئ أقل كثافة من الهواء البارد؛ وليهبط يسرّب الهواء الساخن من فتحة في أعلى المنطاد. (رفع درجة حرارة الغاز تحت ضغط ثابت يزيد حجمه – قانون تشارلز.)
1. قانون بويل: العلاقة بين الضغط والحجم
من هو روبرت بويل؟ وماذا اكتشف (شكل 13)؟
روبرت بويل (1627–1691) عالم وفيلسوف ومخترع إيرلندي، برع في الكيمياء والفيزياء، أول من وضّح العلاقة بين حجم غاز ما وضغطه عند درجة حرارة ثابتة؛ قام بتجارب رائدة بيّن من خلالها خواص الهواء الفيزيائية وضرورة الهواء للاحتراق والتنفس وانتقال الصوت، وأهم مؤلفاته «تجارب جديدة في الفيزياء والميكانيك، ونشاط الهواء وآثاره» الصادر عام 1660. اكتشف أن حجم الغاز يتقلص إلى النصف عند مضاعفة ضغطه عند ثبات…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
٣
الدرس 2-2: الغازات المثالية
الوحدة الأولى · الفصل الثاني · صفحات 37–44الأهداف العامة والمدخل
ما أهداف درس الغازات المثالية؟
١) يحسب كمية الغاز عند أي ظروف معينة من الضغط والحجم ودرجة الحرارة · ٢) يميّز بين الغاز المثالي والغاز الحقيقي.
ما الثلج الجاف (شكل 22)؟
ثاني أكسيد الكربون في الحالة الصلبة؛ سُمي كذلك لأن مادته تتبخر مباشرة من دون أن تنصهر (تتسامى عند الضغط الجوي العادي). تصل درجة حرارته إلى −74°C، ويحرق الجلد إذا لامسه مباشرة.
هل قوانين الغازات صحيحة تمامًا؟
الكلام بأنها غير صحيحة صحيح إلى حدّ ما؛ فقوانين الغازات تفترض أن سلوك الغازات مثالي ويتبع فرضيات النظرية الحركية، ولكن في الواقع لا تسلك الغازات تمامًا مثل هذا السلوك.
1. قانون الغاز المثالي
كيف يُدخل عدد المولات n في القانون الموحد للغازات؟ ولماذا؟
الحجم الذي يشغله الغاز عند حرارة وضغط معينين يرتبط بعدد جسيماته، وعدد المولات يتناسب طرديًا مع عدد الجسيمات ومع الحجم؛ فنقسم كل طرف على n: P₁V₁/(T₁n₁) = P₂V₂/(T₂n₂) ، أي أن PV/(Tn) مقدار ثابت.
الغاز المثالي (Ideal Gas): الغاز الذي تنطبق عليه قوانين الغازات، أي تكون النسبة PV/(Tn) مقدارًا ثابتًا.
ثابت الغاز المثالي R (Ideal Gas Constant): المول الواحد لكل غاز مثالي يشغل 22.4L عند STP (101.3kPa و273K)، فيكون R = PV/(nT) = 101.3 × 22.4/(1 × 273) =…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
٤
الدرس 3-2: الجسيمات الغازية: مخاليطها وحركتها
الوحدة الأولى · الفصل الثاني · صفحات 45–52الأهداف العامة والمدخل
ما أهداف الدرس 3-2؟
١) يذكر فرضية أفوجادرو، وقانون دالتون للضغوط الجزئية · ٢) يحسب عدد مولات وكتل وحجوم غازات عند درجة الحرارة والضغط القياسيين · ٣) يحسب الضغوط الجزئية.
لماذا يحتاج المتسلق إلى قمة إفرست إلى أنابيب أكسجين (شكل 25)؟
يفوق ارتفاع قمة إفرست 29000 قدم (حوالى 8840 مترًا) فوق سطح البحر، والإنسان يحتاج إلى ضغط جزئي من الأكسجين لا يقل عن 10.67kPa ليبقى حيًا؛ فإذا تعرّض باستمرار لضغط أقل يموت. والضغط الجزئي للأكسجين يتناقص كلما زاد الارتفاع.
1. فرضية أفوجادرو
ماذا افترض العلماء الأوائل عن حجوم الغازات؟
جزيئات الكلور Cl₂ تحتوي عددًا كبيرًا من الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات فهي أكبر وتشغل حجمًا أكبر من جزيئات الهيدروجين H₂، فافترضوا أن مجموعات الجزيئات الأكبر يجب أن تكون أكبر حجمًا من المجموعات ذات العدد نفسه من الجزيئات الصغيرة.
فرضية أفوجادرو (Avogadro's Hypothesis): الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة عند درجة الحرارة والضغط نفسيهما تحتوي على أعداد متساوية من الجسيمات.
علّل: يمكن ملء غرفتين لهما الحجم نفسه بالعدد نفسه من الجسيمات بصرف النظر عن حجمها (شكل 26).
لأن جسيمات الغاز تكون متباعدة ولا يفصل بينها سوى الفراغ، فمجموعة الجسيمات الكبيرة نسبيًا لا تتطلب فراغًا أكبر بالمقارنة مع العدد نفسه من الصغيرة؛ ولا يكون الحجم مهمًا إلا عندما تكون الجسيمات متراصة بإحكام.
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
م١
مراجعة الوحدة الأولى وأسئلة مراجعتها
الغازات · صفحات 53–59المفاهيم
| المفهوم | بالإنجليزية |
|---|---|
| ثابت الغاز المثالي (R) | Ideal Gas Constant |
| الحجم المولي | Molar Volume |
| درجة الحرارة والضغط القياسيان | Standard Temperature and Pressure |
| الضغط الجزئي | Partial Pressure |
| الغاز الحقيقي | Real Gas |
| فرضية أفوجادرو | Avogadro's Hypothesis |
| قانون بويل | Boyle's Law |
| قانون تشارلز | Charles' Law |
| قانون جاي – لوساك | Gay–Lussac's Law |
| قانون دالتون للضغوط الجزئية | Dalton's Law of Partial Pressures |
| قانون الغاز المثالي | Ideal Gas Law |
| القانون الموحد للغازات | Combined Gas Law |
| مقياس درجة الحرارة المطلقة | Absolute Temperature Scale |
| النظرية الحركية | Kinetic Theory |
الأفكار الرئيسية للوحدة
(1-1) خواص الغازات: جسيمات الغاز كروية الشكل وصغيرة جدًا بالنسبة إلى المسافة التي تفصل بينها، ولا توجد أي قوى بينها، فهي تتحرك بسرعة وبحركة عشوائية · يمكن استخدام النظرية الحركية للغازات لشرح ضغط الغاز وحجمه ودرجة حرارته.
(1-2) العوامل التي تؤثر في ضغط الغاز: ينتج ضغط الغاز من تصادم جسيماته بجدران الوعاء · زيادة كمية الغاز في وعاء مغلق ذي حجم ثابت تزيد ضغطه عند ثبات الحرارة والعكس صحيح · زيادة حجم الوعاء تقلل الضغط عند ثبات الحرارة والعكس صحيح · زيادة درجة حرارة الغاز في وعاء مغلق ذي حجم ثابت تزيد ضغطه والعكس صحيح.
(2-1) قوانين الغازات: بويل: P₁V₁ = P₂V₂ و PV = k · تشارلز: V₁/T₁ = V₂/T₂ و V/T = k · جاي–لوساك: P₁/T₁ = P₂/T₂ و P/T = k · متوسط الطاقة الحركية صفر عند 0K التي تساوي −273°C: T(K) = T(°C) + 273 · القانون الموحد يجمع جميع القوانين السابقة: P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.
(2-2) الغازات المثالية: يُسمى الغاز مثاليًا إذا كان يخضع لقوانين الغازات · قانون الغاز المثالي يربط عدد مولات الغاز بحجمه ودرجة حرارته وضغطه · تختلف الغازات الحقيقية عن المثالية نتيجة لقوى التجاذب بين جزيئاتها التي تسبب تماسكها وتقلل المسافة بينها، ولامتلاك جسيماتها حجمًا معينًا.
(2-3) الجسيمات الغازية: فرضية أفوجادرو · حجم المول من الغاز عند الظروف القياسية…
(1-2) العوامل التي تؤثر في ضغط الغاز: ينتج ضغط الغاز من تصادم جسيماته بجدران الوعاء · زيادة كمية الغاز في وعاء مغلق ذي حجم ثابت تزيد ضغطه عند ثبات الحرارة والعكس صحيح · زيادة حجم الوعاء تقلل الضغط عند ثبات الحرارة والعكس صحيح · زيادة درجة حرارة الغاز في وعاء مغلق ذي حجم ثابت تزيد ضغطه والعكس صحيح.
(2-1) قوانين الغازات: بويل: P₁V₁ = P₂V₂ و PV = k · تشارلز: V₁/T₁ = V₂/T₂ و V/T = k · جاي–لوساك: P₁/T₁ = P₂/T₂ و P/T = k · متوسط الطاقة الحركية صفر عند 0K التي تساوي −273°C: T(K) = T(°C) + 273 · القانون الموحد يجمع جميع القوانين السابقة: P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.
(2-2) الغازات المثالية: يُسمى الغاز مثاليًا إذا كان يخضع لقوانين الغازات · قانون الغاز المثالي يربط عدد مولات الغاز بحجمه ودرجة حرارته وضغطه · تختلف الغازات الحقيقية عن المثالية نتيجة لقوى التجاذب بين جزيئاتها التي تسبب تماسكها وتقلل المسافة بينها، ولامتلاك جسيماتها حجمًا معينًا.
(2-3) الجسيمات الغازية: فرضية أفوجادرو · حجم المول من الغاز عند الظروف القياسية…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
٥
الوحدة الثانية: سرعة التفاعل الكيميائي والاتزان الكيميائي – الدرس 1-1: سرعة التفاعل
الفصل الأول · صفحات 60–68مدخل الوحدة الثانية
ما فصول الوحدة الثانية؟
الفصل الأول: سرعة التفاعل الكيميائي والاتزان الكيميائي · الفصل الثاني: الإنتروبي.
عدّد أهداف الوحدة الثانية.
١) يفسّر مفهوم سرعة التفاعل الكيميائي · ٢) يتعرّف العوامل التي تؤثر في سرعات التفاعلات الكيميائية وربطها بنظرية التصادم · ٣) يتعرّف التفاعلات الكيميائية العكسية ويميز بينها وبين التفاعلات الأخرى · ٤) يناقش العوامل التي تسبب تغيرات في الاتزان ويحسب قيمة ثابت الاتزان · ٥) يتعرّف العلاقة بين التغير في الإنثالبي والإنتروبي وفي ميل التفاعل الكيميائي إلى الحدوث.
اذكر معالم الوحدة.
اكتشف بنفسك: درجة الحرارة وسرعة التفاعلات · علاقة الكيمياء بالجيولوجيا: تآكل الصخور بفعل العوامل الجوية.
ما الذي دفع الكيميائيين إلى الاهتمام بسرعة التفاعلات؟
أمثلة مثل الوقت الذي تستغرقه التفاحة لتنضج، والاحتراق السريع للفحم، والاشتعال الأسرع لمواد متفجرة مثل TNT، وظهور فقاقيع عند فتح زجاجة مشروب غازي؛ فاهتموا بسرعة وبطء التفاعلات وبالطرق التي تساعدهم في السيطرة عليها لما لها من تأثيرات في المنتج وثمنه والطاقة اللازمة لإنتاجه. ولا يقتصر الاهتمام على التفاعلات في اتجاه واحد بل يشمل التفاعلات العكسية التي تحدث في اتجاهين في أنظمة مغلقة حيث تتساوى سرعتا التفاعل العكسي والطردي، ومن أهمها في الصناعة طريقة هابر لإنتاج غاز الأمونيا.
اكتشف بنفسك: درجة الحرارة وسرعة التفاعلات
الأدوات: شريط لاصق ورقي، 4 أكواب بلاستيك، ماء ساخن وماء بارد، ثلج، 4 أقراص فوّارة مضادة للحموضة، ساعة إيقاف، ورقة رسم بياني، قلم رصاص. ١) اكتب الأحرف A و B و C و D على أربع قصاصات وضع كلًا منها على كوب · ٢) املأ ¾ حجم كل كوب: (A) ماء بارد وبعض الثلج · (B) ماء بارد · (C) نصفه ماء بارد ونصفه ساخن · (D) ماء ساخن · ٣) قِس درجة حرارة الماء في كل كوب وسجّلها · ٤) أسقط قرصًا فوارًا في كل كوب وسجّل زمن اكتمال التفاعل · ٥) أعدّ رسمًا بيانيًا للعلاقة بين درجة الحرارة ومدة التفاعل.
(٦) هل تفاعلات الأقراص أسرع عند درجات الحرارة الأعلى؟ علّل.
نعم؛ لأن ارتفاع درجة الحرارة يزيد سرعة حركة الجسيمات واحتمال تصادمها وعدد…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
٦
الدرس 2-1: التفاعلات العكوسة والاتزان الكيميائي
الوحدة الثانية · الفصل الأول · صفحات 69–81الأهداف العامة والمدخل
ما أهداف الدرس 2-1؟
١) يتوقع التغيرات في الاتزان الكيميائي نتيجة تغير التركيز ودرجة الحرارة والضغط · ٢) يحسب قيمة ثابت الاتزان لتفاعل ما من نتائج تجارب مخبرية.
ما الذي نجح فيه هابر وبوش (شكل 38)؟ وإلامَ يُعزى نجاحهما؟
حاول العلماء سنين عديدة إنتاج مركبات نيتروجينية مفيدة كالأسمدة الزراعية بكميات تكفي للاستهلاك التجاري دون نجاح، وفي مطلع القرن العشرين نجح العالمان الألمانيان فريتز هابر وكارل بوش في إدخال تعديلات على طريقة تصنيع الأمونيا لاستخدامها كسماد. ويُعزى النجاح إلى معرفة المادة المحفزة للتفاعل الذي ينتج الأمونيا، والتحكم في درجة الحرارة والضغط.
1. التفاعلات غير العكوسة والتفاعلات العكوسة
إلامَ تنقسم التفاعلات الكيميائية بحسب اكتمالها أو عدم اكتمالها؟
نوعين: التفاعلات غير العكوسة، والتفاعلات العكوسة.
1.1 التفاعلات غير العكوسة
ماذا يحدث عند إضافة محلول AgNO₃ إلى محلول NaCl بعدد المولات نفسه؟
يحدث تفاعل تام ويتكون راسب أبيض من AgCl ويبقى NaNO₃ على شكل أيونات في المحلول: AgNO₃(aq) + NaCl(aq) ⟶ AgCl(s)↓ + NaNO₃(aq) · وإذا تُرك الراسب مع محلول NaNO₃ لن يحدث تفاعل بينهما، أي لا يتفاعل الناتجان لتكوين المتفاعلات فلا ينعكس التفاعل.
التفاعلات غير العكوسة (Irreversible Reactions): تفاعلات تحدث في اتجاه واحد حتى تكتمل بحيث لا تستطيع المواد الناتجة من التفاعل أن تتحد بعضها مع بعض لتكوين المواد المتفاعلة مرة أخرى.
2.1 التفاعلات العكوسة
اذكر مثالًا على التفاعل العكسي، وكيف يُعبّر عنه (شكل 39)؟
تفاعل SO₂ مع O₂ لتكوين SO₃: 2SO₂ + O₂ ⟶ 2SO₃ ، وعند درجة الحرارة نفسها يتفكك SO₃: 2SO₃ ⟶ O₂ + 2SO₂ ؛ فيحدث التفاعلان أحدهما في اتجاه تكوين SO₃ والآخر في الاتجاه المعاكس، ويُعبّر عنهما بمعادلة واحدة بسهمين: أحدهما يدل على التفاعل الطردي (Forward Reaction) والآخر على التفاعل العكسي (Backward Reaction): 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ ، فتكون المواد (SO₃ و SO₂ و O₂) موجودة في وسط التفاعل.
صِف تطوّر سرعتي التفاعل الطردي والعكسي في تفاعل SO₂ و O₂.
لعدم وجود SO₃ في البداية يكون معدل التفاعل العكسي صفرًا ويبدأ الطردي في تكوين SO₃ ، وكلما ازداد تركيزه تفكك قليل منه ببطء وأُعيد تكوين SO₂ و O₂ ؛ ومع تزايد تركيز SO₃ تزداد سرعة التفاعل العكسي، ونظرًا لنقص كميتي SO₂ و O₂ تقل سرعة التفاعل الطردي.
التفاعلات العكوسة (Reversible Reactions): تفاعلات لا تستمر في اتجاه واحد حتى تكتمل، بحيث لا تُستهلك المواد المتفاعلة تمامًا لتكوين النواتج؛ فالمواد الناتجة تتحد مع بعضها البعض مرة ثانية لتعطي المواد المتفاعلة مرة أخرى تحت ظروف التجربة نفسها.
3.1 التفاعلات العكوسة المتجانسة وغير المتجانسة
| النوع | التعريف | أمثلة |
|---|
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
٧
الفصل الثاني: الإنتروبي – الدرس 1-2: تحديد إمكانية حدوث تفاعل ما
الوحدة الثانية · صفحات 82–89مدخل الفصل الثاني: الإنتروبي
ما الذي يساعد على توقّع إن كان التفاعل تلقائيًا أو غير تلقائي؟
دراسة مراحل التفاعلات ومعرفة احتمال أن يكون التفاعل طاردًا أو ماصًا للحرارة دفعتنا إلى نبذ الاعتقاد بأن تحديد تفاعل ما من خلال الدلائل كافٍ لفهم خواصه؛ فمعرفة التغيرات في الطاقة هي أحد العوامل التي يُستعان بها، إلى جانب التغير في درجة الفوضى (الإنتروبي).
إلامَ تعود سهولة إذابة كلوريد الصوديوم الصلب إلى Na⁺(aq) و Cl⁻(aq)؟
إلى توجّه عملية الإذابة نحو نظام أكثر فوضوية، وهي حالة تفضيلية في التغيرات الكيميائية والفيزيائية، ويُشار إليها بالإنتروبي.
أهداف الدرس 1-2 ومدخله
ما أهداف الدرس؟
١) يتعرّف مفهوم الإنتروبي، والتفاعلات التلقائية أو غير التلقائية · ٢) يصف كيف أن التغير الحراري ΔH وتغير الإنتروبي ΔS يحدّدان تلقائية تفاعل ما.
كيف تحدث الحرائق في المنازل والمخازن (شكل 43)؟
تبدو وكأنها مفتعلة لكنها تحدث في الواقع بواسطة احتراق تلقائي؛ تتولد حرارة داخل أكوام الأقمشة الملوثة بالزيت أو حزم الحطب التي لم تجف تمامًا، وإذا لم تسمح ظروف التخزين للحرارة المتولدة في داخلها بالتسرب إلى الخارج يمكن أن تكون سببًا لاشتعال المواد وحدوث حريق.
1. التفاعلات التلقائية
هل كتابة معادلة موزونة يعني أن التفاعل يحدث؟
لا؛ فمعادلة تفكك CO₂(g) ⟶ C(s) + O₂(g) (التفاعل العكسي للاحتراق) موزونة، لكن التجربة توضح أنه لا يحدث عمليًا بالضرورة: الكربون والأكسجين يحترقان لتكوين CO₂ ، ولكن لا يحدث التفاعل العكسي.
التفاعلات التلقائية (Spontaneous Reactions): تفاعلات تحدث في الطبيعة وتُفضّل تكوين نواتج عند ظروف معينة، أي أنها التفاعلات التي تعطي كميات كبيرة من المواد الناتجة عند الاتزان.
التفاعلات غير التلقائية (Non–Spontaneous Reactions):…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
م٢
مراجعة الوحدة الثانية وأسئلة مراجعتها
سرعة التفاعل والاتزان والإنتروبي · صفحات 90–94المفاهيم
| المفهوم | بالإنجليزية |
|---|---|
| اتزان كيميائي | Chemical Equilibrium |
| إنتروبي | Entropy |
| تفاعل تلقائي | Spontaneous Reaction |
| تفاعل طردي | Forward Reaction |
| تفاعل عكسي | Reversible Reaction |
| تفاعل غير تلقائي | Non–spontaneous Reaction |
| تفاعل غير عكسي | Irreversible Reaction |
| ثابت الاتزان Keq | Equilibrium Constant |
| سرعة التفاعل الكيميائي | Chemical Reaction Rate |
| طاقة التنشيط | Activation Energy |
| قانون الفوضى | Law of Disorder |
| مادة مانعة | Inhibitor |
| مادة محفزة | Catalyst |
| مبدأ لوشاتليه | Le Chatelier's Principle |
| موضع الاتزان | Equilibrium Position |
| نظرية التصادم | Collision Theory |
الأفكار الرئيسية للوحدة
(1-1) سرعة التفاعل: يُعبَّر عن سرعة التفاعل بكمية المواد المتفاعلة التي تُستهلك ويحدث لها تغير في خلال وحدة من الزمن · توضح نظرية التصادم أنه لحدوث التفاعل يجب أن تملك المواد المتصادمة طاقة حركية كافية · تُعتبر طاقة التنشيط بمثابة حاجز يجب أن تعبره المواد المتفاعلة كي يحدث التفاعل، وتتكون نواتج وسطية أثناء التفاعل · يؤثر في سرعة التفاعل كل من درجة الحرارة والتركيز وحجم الجسيمات ووجود المواد المحفزة أو عدمه.
(1-2) التفاعلات العكسية والاتزان: تحدث في اتجاهين متعاكسين في آن معًا (طردي وعكسي) · الاتزان الكيميائي هو الحالة التي يحدث فيها التفاعلان الطردي والعكسي بمعدل السرعة نفسه في نظام مغلق · مبدأ لوشاتليه: تغير أحد العوامل (التركيز، الحرارة، الضغط) يؤثر في الاتزان الديناميكي للنظام فيعدّل نفسه إلى حالة اتزان جديدة بحيث يقلل من تأثير التغير أو يبطله · ثابت الاتزان نسبة تركيز النواتج إلى تركيز المتفاعلات كل مرفوع لأُس عدد مولاته: Keq > 1 تكوّن النواتج مفضّل، Keq < 1 تكوّن المتفاعلات مفضّل.
(2-1) تحديد إمكانية حدوث تفاعل ما: التفاعلات التلقائية تحدث طبيعيًا وتفضّل تكوين نواتج عند ظروف معينة · غير التلقائية لا تفضّل تكوين نواتج…
(1-2) التفاعلات العكسية والاتزان: تحدث في اتجاهين متعاكسين في آن معًا (طردي وعكسي) · الاتزان الكيميائي هو الحالة التي يحدث فيها التفاعلان الطردي والعكسي بمعدل السرعة نفسه في نظام مغلق · مبدأ لوشاتليه: تغير أحد العوامل (التركيز، الحرارة، الضغط) يؤثر في الاتزان الديناميكي للنظام فيعدّل نفسه إلى حالة اتزان جديدة بحيث يقلل من تأثير التغير أو يبطله · ثابت الاتزان نسبة تركيز النواتج إلى تركيز المتفاعلات كل مرفوع لأُس عدد مولاته: Keq > 1 تكوّن النواتج مفضّل، Keq < 1 تكوّن المتفاعلات مفضّل.
(2-1) تحديد إمكانية حدوث تفاعل ما: التفاعلات التلقائية تحدث طبيعيًا وتفضّل تكوين نواتج عند ظروف معينة · غير التلقائية لا تفضّل تكوين نواتج…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
٨
الوحدة الثالثة: الأحماض والقواعد – الدرس 1-1: وصف الأحماض والقواعد
الفصل الأول · صفحات 95–106مدخل الوحدة الثالثة
ما فصل الوحدة الثالثة؟ وما أهدافها؟
الفصل الأول: الأحماض والقواعد · الأهداف: ١) يتعرّف نظريات أرهينيوس وبرونستد–لوري ولويس للأحماض والقواعد · ٢) يعرّف الأحماض والقواعد ويسميها عند إعطاء الصيغة الخاصة بكل منهما · ٣) يصنّف المحاليل إلى محلول متعادل أو محلول حمضي أو محلول قاعدي · ٤) يحوّل تركيزات كاتيون الهيدرونيوم إلى قيم الأس الهيدروجيني وتركيزات أنيون الهيدروكسيد إلى قيم الأس الهيدروكسيدي · ٥) يحسب ثابت تأيّن الحمض (Ka) من التركيز وقياسات الأس الهيدروجيني · ٦) يرتّب قوى الأحماض والقواعد بحسب ثابت تأينها.
اذكر معالم الوحدة الثالثة.
اكتشف بنفسك: تأثر الأطعمة بصودا الخبيز · ارتباط الكيمياء بالكتب: الكيمياء تنقذ الكتب المفتتة · علاقة الكيمياء بالحياة اليومية: كُن حذرًا عند استعمال المبيّض! · ارتباط الكيمياء بالصحة: تآكل الأسنان · الكيمياء في خدمة البيئة: المطر الحمضي.
كيف كانت المواد تُصنّف قديمًا؟ وما أهمية دراسة الصيغ التركيبية للأحماض والقواعد؟
كانت تُصنّف على أنها حمضية أو قاعدية بحسب طعمها: الحامضة كالليمون الحامض والخل حمضية، والمرّة كالثوم والكافيين قاعدية، وشدة المرارة أو الحموضة تحدد قوة الحمض أو القاعدة · ودراسة الصيغ التركيبية والجزيئية تساعد في تحديد المركبات الحمضية والقاعدية ومدى قوتها وتوقّع تفاعلاتها الكيميائية دون اللجوء إلى تذوقها، فالكثير منها يجب عدم تذوقها بل عدم لمسها لخطورتها.
اكتشف بنفسك: تأثر الأطعمة بصودا الخبيز
الأدوات: صودا الخبيز (NaHCO₃)، طبق ورقي كبير، منديل ورقي، أنواع مختلفة من الفاكهة والخضار (عيدان الكرفس، موز، عنب، طماطم، ليمون، تفاح، برتقال وجريب فروت). ١) قطّع الفاكهة والخضار إلى قطع صغيرة متباعدة في الطبق مع تنظيف السكين بعد تقطيع كل نوع · ٢) انشر صودا الخبيز على كل قطعة · ٣) ماذا تلاحظ؟ هل هناك علاقة بين ما لاحظته وأنواع الطعام التي طعمها لاذع (حمضية)؟ بعد دراستك للأحماض والقواعد أعطِ تفسيرًا لما لاحظته.
ما التفسير المتوقع لما يحدث للأطعمة الحمضية مع صودا الخبيز؟
تتفاعل الأحماض في الأطعمة اللاذعة (الليمون، البرتقال، الجريب فروت، الطماطم...) مع صودا الخبيز القاعدية فتظهر فقاقيع غاز CO₂ (H₂CO₃ يتفكك إلى CO₂ والماء)، بينما لا يحدث ذلك أو يكون ضعيفًا مع الأطعمة غير الحمضية.
مدخل الفصل الأول: الأحماض والقواعد
ما دروس الفصل؟
١) وصف الأحماض والقواعد · ٢) تسمية الأحماض والقواعد · ٣) كاتيونات الهيدروجين والحموضة · ٤) قوة الأحماض والقواعد.
اذكر أمثلة على الأحماض والقواعد في المأكولات والحياة اليومية.
أحماض: الخل وعصير الفواكه الحمضية (الليمون الحامض والعنب والتفاح)، تسوّس الأسنان الناتج عن تكاثر الجراثيم التي تنتج أحماضًا تؤثر في ذوبانية مينا الأسنان، هضم البروتينات في المعدة بعد أن تفرز مادة حمضية · قواعد: الحليب، القهوة التي تحتوي على الكافيين، صودا الخبيز (لارتفاع الحموضة في المعدة)، الصابون أكثر المواد القاعدية شيوعًا، والانزلاقية خاصية تتميز بها القواعد.
أهداف الدرس 1-1 ومدخله
ما أهداف الدرس 1-1؟
١) يعطي تعريفًا للأحماض والقواعد ويصفها · ٢) يقارن بين الأحماض والقواعد كما تمّ تعريفها في نظريات…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
٩
الدرس 2-1: تسمية الأحماض والقواعد
الوحدة الثالثة · صفحات 107–111الأهداف العامة والمدخل
ما هدف الدرس 2-1؟
يسمّي الحمض أو القاعدة عند إعطائه صيغة كل منهما الجزيئية.
لماذا تسبب لدغة بعض أنواع النمل تقرّحًا (شكل 57)؟
يلدغ بعض أنواع النمل عندما يشعر بالتهديد أو الاضطراب ويفرز مادة تحتوي على حمض الفورميك (HCOOH) لتسبيب الألم أو لقتل أعدائها، ويهاجم الإنسان أيضًا، ولدغته ليست مميتة لكن الحمض يسبب تقرحًا في جلد الإنسان كحدّ أقصى.
1. الأحماض
الأحماض الثنائية (Binary Acids): تحتوي على عنصرين فقط · الأحماض الأكسجينية (Oxyacids): تحتوي على ثلاثة عناصر منها الأكسجين.
1.1 تسمية الأحماض ثنائية العنصر (غير الأكسجينية)
يتكوّن الحمض ثنائي العنصر من هيدروجين (H) وعنصر آخر (A) أكثر سالبية كهربائية، وتسميته: حمض + هيدرو + اسم العنصر (A) مضافًا إليه المقطع «يك».
| صيغة الحمض – جدول (8) | اسم الحمض | العنصر A | اسم العنصر A |
|---|---|---|---|
| HCl | حمض الهيدروكلوريك | Cl |
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
١٠
الدرس 3-1: كاتيونات الهيدروجين والحموضة
الوحدة الثالثة · صفحات 112–123الأهداف العامة والمدخل
ما هدف الدرس 3-1؟
يصنّف المحاليل إلى محلول متعادل أو محلول حمضي أو محلول قاعدي بحسب تركيز كاتيون الهيدروجين أو تركيز أنيون الهيدروكسيد (Kw و pH و pOH).
لماذا يُقاس pH دم مريض فاقد الوعي (شكل 58)؟ وما أهمية هذا النوع من الاختبارات؟
عند إحضار مريض فاقد الوعي تنبعث منه رائحة الفاكهة أثناء تنفّسه، يشك الأطباء أن فقدان الوعي ناتج عن مرض السكري، وللتأكد يجب إجراء اختبارات عديدة من بينها قياس حمضية دم المريض، ويُعبّر عن نتيجته بوحدات الأس الهيدروجيني pH وليس التركيز المولاري. وهو شائع جدًا في الأبحاث البيئية؛ يعتمد العلماء على معرفة pH لعيّنة من الماء مأخوذة من مجرى مائي أو مياه جوفية أو بحيرات أو مستنقعات أو مياه أمطار لتحديد درجة صلاحية الماء أو تلوّثه.
1. كاتيونات الهيدروجين من الماء
كيف ينتقل كاتيون الهيدروجين بين جزيئات الماء (شكل 59)؟
جزيئات الماء عالية القطبية وفي حركة مستمرة حتى عند درجة حرارة الغرفة، وتكون التصادمات في بعض الأحيان نشطة بين جزيئات الماء وذات طاقة تكفي لنقل كاتيون الهيدروجين من جزيء ماء إلى آخر؛ فجزيء الماء الذي يفقد H⁺ يصبح أنيون هيدروكسيد OH⁻ ، والذي يستقبله يصبح كاتيون هيدرونيوم H₃O⁺.
التأين الذاتي للماء (Water Self–Ionization): التفاعل الذي يحدث بين جزيئي ماء لإنتاج أنيون هيدروكسيد وكاتيون هيدرونيوم: 2H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + OH⁻(aq).
ماذا يُسمّي الكيميائيون أيونات الهيدروجين في المحلول المائي؟
في الماء أو في المحلول المائي ترتبط كاتيونات الهيدروجين دائمًا بجزيئات الماء على شكل كاتيونات هيدرونيوم، ويسميها الكيميائيون: أيونات الهيدروجين أو بروتونات أو كاتيونات هيدروجين أو كاتيونات هيدرونيوم.
المحلول المتعادل (Neutral Solution): يحدث التأين الذاتي للماء إلى حد بسيط جدًا؛ في الماء النقي عند 25°C يتساوى تركيز H₃O⁺ و OH⁻ ويكون مقداره 1 × 10⁻⁷M ، وعندما يتساوى تركيز H₃O⁺ و OH⁻ في أي محلول مائي يُسمّى محلولًا متعادلًا.
ماذا يحدث عند زيادة تركيز أحد الأيونين؟ ولماذا؟
كلما ازداد تركيز H₃O⁺ في أي محلول مائي تناقص تركيز OH⁻ ، إذ يُطبّق مبدأ لوشاتليه: إذا أُضيفت أيونات (H₃O⁺ أو OH⁻) إلى المحلول تحدث إزاحة لموقع الاتزان ويقل تركيز النوع الآخر من الأيونات، فتتكون كمية أكبر من جزيئات الماء: H₃O⁺ + OH⁻ ⇌ 2H₂O.
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
١١
الدرس 4-1: قوة الأحماض والقواعد
الوحدة الثالثة · صفحات 124–132الأهداف العامة والمدخل
ما أهداف الدرس 4-1؟
١) يحسب ثابت تأين الحمض Ka من التركيز المولاري لكاتيون الهيدرونيوم وقياسات الأس الهيدروجيني · ٢) يرتّب قوى الأحماض تبعًا لثابت تأينها Ka · ٣) يرتّب قوى القواعد تبعًا لثابت تأينها Kb.
لماذا طعم الليمون والجريب فروت حامض (شكل 65)؟ ولماذا يحتاج التعامل مع بعض الأحماض إلى احتياطات؟
لاحتواء هذه الفواكه على حمض الستريك، ولا تضع النظارة الواقية أو ترتدي الملابس الواقية عند تحضير عصيرها مع أنك تتعامل مع أحماض، لكن هذا التصرف لا ينمّ عن قاعدة سلوكية؛ فبعض الأحماض تحتاج إلى احتياطات وتحذيرات معينة، مثل حمض الكبريتيك وهو مادة كيميائية صناعية تُستخدم بكثرة وتسبب حروقًا شديدة إذا تعرّض لها جلد الإنسان.
1. الأحماض والقواعد القوية والضعيفة
ما المعادلة العامة لتأين حمض في الماء؟ وما مؤشر قوته؟
HA(aq) + H₂O(l) ⟶ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq) ، حيث HA الصيغة العامة للحمض و A⁻ الأنيون الناتج · ويُعتبر موضع الاتزان مؤشرًا لقوة الحمض: في الحمض القوي HCl يسري التفاعل عمليًا حتى النهاية، وفي الحمض الضعيف CH₃COOH يكون التفاعل في حالة اتزان لكن الاتجاه الغالب للاتزان باتجاه المواد المتفاعلة.
الحمض الأقوى: الحمض الذي ينتج كمية أكبر في المحاليل متساوية التراكيز من H₃O⁺ أو H⁺ ، أي الحمض الذي يتأين بدرجة أكبر.
| المصطلح | التعريف | مثال |
|---|---|---|
| الأحماض القوية (Strong Acids) | التي تتأين بشكل تام في محلول مائي؛ يتحول الحمض كليًا إلى قاعدته المرافقة ويصبح تركيز HA غير المتأين صفرًا، ولا وجود لحالة اتزان | HCl |
| الأحماض الضعيفة (Weak Acids) | التي تتأين جزئيًا في محاليلها المائية وتشكّل حالة اتزان | CH₃COOH |
| القواعد القوية (Strong Bases) | التي تتأين بشكل تام في محاليلها المائية | NaOH(s) ⟶(H₂O) Na⁺ + OH⁻ |
| القواعد الضعيفة (Weak Bases) | التي تتأين جزئيًا في محاليلها المائية | NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ |
| المركبات – جدول (13) | الصيغة | القوى النسبية |
|---|---|---|
| حمض الهيدروكلوريك · حمض النيتريك · حمض الكبريتيك | HCl · HNO₃ · H₂SO₄ | أحماض قوية |
| حمض الفوسفوريك · الأستيك · الكربونيك · الهيدروكبريتيك · الهيبوكلوروز · البوريك | H₃PO₄ · CH₃COOH · H₂CO₃ · H₂S · HClO · H₃BO₃ | تزداد قوة الحمض صعودًا |
| محاليل متعادلة | ||
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
م٣
مراجعة الوحدة الثالثة وأسئلة مراجعتها
الأحماض والقواعد · صفحات 133–139المفاهيم
| المفهوم | بالإنجليزية |
|---|---|
| الأس الهيدروجيني | pH |
| الأس الهيدروكسيدي | pOH |
| التأين الذاتي للماء | Water Self–Ionization |
| ثابت تأين الحمض | Acid Dissociation Constant (Ka) |
| ثابت تأين القاعدة | Base Dissociation Constant (Kb) |
| ثابت تأين الماء | Dissociation Constant of Water |
| جهاز قياس الأس الهيدروجيني | pH–Meter |
| حمض أحادي / ثنائي / ثلاثي البروتون | Monoprotic / Diprotic / Triprotic Acid |
| حمض أكسجيني · حمض ثنائي | Oxyacid · Binary Acid |
| حمض قوي · حمض ضعيف | Strong Acid · Weak Acid |
| قاعدة قوية · قاعدة ضعيفة | Strong Base · Weak Base |
| حمض مرافق · قاعدة مرافقة · زوج حمض/قاعدة مرافق | Conjugate Acid · Conjugate Base · Conjugate Acid/Base Pair |
| دليل تعادل | Indicator |
| محلول حمضي · قاعدي · متعادل | Acidic · Basic · Neutral Solution |
| مستقبل البروتون · معطي البروتون | Proton Acceptor · Proton Donor |
| مستقبل زوج إلكترونات · معطي زوج إلكترونات | Electron–Pair Acceptor · Electron–Pair Donor |
| نظرية أرهينيوس · برونستد–لوري · لويس للأحماض والقواعد | Arrhenius · Brønsted–Lowry · Lewis Acid–Base Theory |
الأفكار الرئيسية للوحدة
(1-1) وصف الأحماض والقواعد: للأحماض طعم لاذع وهي إلكتروليتات تتفاعل مع الفلزات النشطة لتنتج غاز الهيدروجين وتتفاعل مع القواعد لتكوّن أملاحًا وماء · للقواعد طعم مرّ وهي أيضًا إلكتروليتات تتفاعل مع الأحماض لتكوّن أملاحًا وماء · يتأين حمض أرهينيوس في الماء ليعطي كاتيون الهيدروجين، وتتأين قاعدة أرهينيوس لتعطي أنيون الهيدروكسيد · حمض برونستد–لوري معطٍ للبروتونات وقاعدته مستقبلة للبروتونات · يتكوّن زوج الحمض/القاعدة المرافق من مادتين مرتبطتين بفقدان كاتيون الهيدروجين أو باكتسابه · حمض لويس مستقبل لزوج من الإلكترونات وقاعدة لويس معطية لزوج من الإلكترونات.
(1-2) تسمية الأحماض والقواعد: أسماء الأحماض الثنائية مرتبطة بالعنصر A في الصيغة العامة HA ، أما أسماء الأحماض الأكسجينية فمرتبطة بعدد تأكسد عنصر اللافلز X في الصيغة العامة HₐXᵦO꜀ · يُطلق على القواعد المتواجدة على هيئة مركبات أيونية التسميات نفسها التي تُطلق على المركبات الأيونية.
(1-3) كاتيونات الهيدروجين والحموضة: ينتج عن جزيئي ماء أيونات بالتأين الذاتي للماء · Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1 × 10⁻¹⁴ عند 25°C · في المحلول الحمضي [H₃O⁺] > [OH⁻] ، وفي القاعدي [OH⁻] > [H₃O⁺] · على مقياس pH يمثل الصفر الحمض القوي جدًا و14 القاعدة القوية جدًا و7 المحاليل المتعادلة،…
(1-2) تسمية الأحماض والقواعد: أسماء الأحماض الثنائية مرتبطة بالعنصر A في الصيغة العامة HA ، أما أسماء الأحماض الأكسجينية فمرتبطة بعدد تأكسد عنصر اللافلز X في الصيغة العامة HₐXᵦO꜀ · يُطلق على القواعد المتواجدة على هيئة مركبات أيونية التسميات نفسها التي تُطلق على المركبات الأيونية.
(1-3) كاتيونات الهيدروجين والحموضة: ينتج عن جزيئي ماء أيونات بالتأين الذاتي للماء · Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1 × 10⁻¹⁴ عند 25°C · في المحلول الحمضي [H₃O⁺] > [OH⁻] ، وفي القاعدي [OH⁻] > [H₃O⁺] · على مقياس pH يمثل الصفر الحمض القوي جدًا و14 القاعدة القوية جدًا و7 المحاليل المتعادلة،…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
★
ملاحق الكتاب: ثوابت التأين والجدول الدوري
صفحات 141–143ثوابت التأين لبعض الأحماض الشائعة عند 25°C
| الحمض | الصيغة | القوة | Ka1 | Ka2 | Ka3 |
|---|---|---|---|---|---|
| الهيدروكلوريك · الهيدرويوديك · الهيدروبروميك · البيركلوريك · الكلوريك · النيتريك · الكبريتيك | HCl · HI · HBr · HClO₄ · HClO₃ · HNO₃ · H₂SO₄ | قوي | تأين بشكل تام | ||
| الهيدروفلوريك | HF | ضعيف | 6.7 × 10⁻⁴ |
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
✎
اختبر نفسك
اختر الإجابة وسيظهر الصواب فورًاباقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة
★ نصائح ليلة الاختبار
١) قوانين الغازات (والحرارة دائمًا بالكلفن T = °C + 273): بويل P₁V₁ = P₂V₂ · تشارلز V₁/T₁ = V₂/T₂ · جاي–لوساك P₁/T₁ = P₂/T₂ · الموحد P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ · الغاز المثالي PV = nRT مع R =…
باقي هذا القسم مقفل افتح المذكرة كاملة