الطبعة الثانية

1431هـ ــ 1432هـ

2010م ــ 2011م

م 2

01

1 -

م 2

01

0 /

هـ 1

43

2 -

هـ 1

43

1 ة

نيثا

ل ا

ةعبط

ل ا

)

كرت

�شامل

ج م

نارب

ل)ا

ي و

انلث

ام

ليعلت

ا )

2(

ء ــا

يــــمـــ

يــكـــ

رقــــــم الإيـــــــــداع : 14٢7/3781

ردمك : 6 - ٢31 - 48 - 9960

اال�ســـــــــــــــــم : ......................................................................................

الـمــدر�ســـــــة : ......................................................................................

2كيمياء) م�سار العلوم الطبيعية (

لجنة التطوير والتعديل

اأميـــــــــة بنـت عمــــــــر جـــــــــــــــان نــورة محمــد عيـــــد الحربــي

ابت�سام عبد الكريم جوهري وجدان نايف زامل ال�سريف

لجنة المراجعة

خليل فراج الــــــــــــــــــــــــــــــــوافي عبدالرحمن عبدالملك كمال

عمر عبداهلل مغربي

راجعه واأ�سرف على الت�سميم الفني والتعليمي

خالد بن �سالح القري�سي

الطبعة الثانية

1431هـ ــــ 1432هـ

2010م ــــ 2011م

وزارة التربية والتعليمموقع

www.moe.gov.sa

البوابة التعليمية للتخطيط والتطوير موقع

http://www.ed.edu.sa

اإدارة التعليم الثانويموقع

www.hs.gov.sa

البريد الإلكتروني لإدارة التعليم الثانوي

Secondary-Education@curriculum.gov.sa

له���ذا الكتاب قيم���ة مهمة وفائدة كبي���رة فحافظ عليه واجع���ل نظافته ت�شهد على

ح�شن �شلوكك معه .

اإذا ل���م تحتفظ بهذا الكتاب في مكتبتك الخا�شة في اآخر العام لال�شتفادة فاجعل

مكتبة مدر�شتك تحتفظ به .

حقوق الطبع والن�شر محفوظة لوزارة التربية والتعليم � المملكة العربية ال�شعودية

فهر�شة مكتبة الملك فهد الوطنية اأثناء الن�شر

وزارة التربية والتعليم

كيمياء 2 )التعليم الثانوي ( - الريا�ض ، 1427 ه�

320 �ض ؛ x 21 27 �شم

ردمك : 6 � 231 � 48 � 9960

1� الكيمياء � كتب درا�شية 2� التعليم الثانوي � ال�شعودية � كتب درا�شية

اأ. العنوان

ديوي 540،712 3781/ 1427

رقم الإيداع : 3781 / 1427

ردمك : 6 ـــ 231 ـــ 48 ـــ 9960

وزارة التربية والتعليم ، 1427 ه�

الحم���د هلل رب العالمي���ن وال�شالة وال�ش���الم على اأ�شرف الأنبياء والمر�شلي���ن نبينا محمد �شلى اهلل

علي���ه و�شل���م وعلى اآله و�شحبه اأجمعين. اإن من اأهم اأهداف تدري�ض الكيمياء تعميق العقيدة الإ�شالمية ،

وتر�شي���خ الإيمان باهلل وعبادته على الوجه الذي يليق به -�شبحانه وتعالى- واإك�شاب التالميذ العديد من

المهارات والتجاهات المنا�شبة .

اإن عل���م الكيمي���اء عل���م تجريبي مبني عل���ى التجربة والم�شاه���دة ودقة المالحظة ؛ ليت���م ال�شتنتاج

والتف�شي���ر ال���ذي يمكن تطبيق نتائج���ه في مج���الت عدي���دة كال�شناعة،والزراعة،والهند�ش���ة، والطب،

خذ بعين العتبار ف���ي اختيار كتب الكيمياء للنظام الثان���وي الجديد بالمملكة وال�شيدل���ة وغيرها.وق���د اأ

العربي���ة ال�شعودية التجاهات التربوية الحديثة في مج���ال تطوير مناهج الكيمياء، والرجوع اإلى م�شادر

المعلومات المتنوعة من كتب ور�شائل علمية ودوريات ون�شرات مختلفة .

ي�شمل كتاب الكيمياء)2( �شت وحدات؛ تحتوي الوحدة الأولى)خ�شائ�ض المادة في حالتها الثالثة(

على ف�شل واحد هو : الف�شل الأول )الغازات وخ�شائ�شها (. والوحدة الثانية ) المحاليل ( تحتوي على

ف�ش���ل واحد ه���و : الف�شل الثاني )اأنواع المحاليل وخ�شائ�شها وط���رق التعبير عن تركيزها( ، والوحدة

الثالثة )الكيمياء الحرارية ( وتحتوي على الف�شل الثالث )حرارة التفاعل الكيميائي ( . والوحدة الرابعة

)حركي���ة التفاع���ل ( وتحتوي على ف�شلين هم���ا: الف�شل الرابع ) �شرعة التفاع���ل الكيميائي ( والف�شل

الخام�ض )التزان الكيميائي( . والوحدة الخام�شة ) الأحما�ض والقواعد والأمالح وح�شابات التزان في

محاليله���ا ( وتحتوي على ثالثة ف�شول هي: الف�ش���ل ال�شاد�ض ) الأحما�ض والقواعد ( ، والف�شل ال�شابع

) ح�شاب���ات متعلقة بالمحالي���ل المائية لالأحما�ض والقواعد ( . والف�شل الثامن ) الأمالح وح�شاباتها (،

والوحدة ال�شاد�شة ) الكيمياء الكهربائية( وتحتوي على الف�شل التا�شع ) الأك�شدة والختزال ( . وينتهي

كل ف�ش���ل بالأ�شئل���ة المتنوعة التي تقي����ض العديد من م�شتوي���ات المعرفة. ولتو�شي���ح الن�شو�ض وتقريب

الفكرة اإلى ذهن الطالب ا�شتخدمت الر�شوم التو�شيحية وال�شور والجداول والتجارب العملية ، وجميعها

مرق���م بت�شل�ش���ل ح�شب رقم الف�شل التابع له . فمث���ال �شكل ) 1-2 ( يعني الف�شل الأول - ال�شكل الثاني ،

وانت�شرت في ال�شفحات بع�ض التعليقات برموز مختلفة وهى كما يلي

هـ

ه���ي اأنواع م���ن الأ�شئل���ة المحلولة عل���ى الفك���رة اأو المفهوم

المعرو����ض يهدف اإلى تر�شيخها ويقي����ض عليها المتعلم عند

تنفيذ التدريبات اأوحل تمارين اآخر الف�شل.

ه���ي اأنواع م���ن األأ�شئلة تعر�ض في ثناي���ا المو�شوع المدرو�ض

تطبيق���ا لفك���رة اأو مفهوم علمي م���ر به للتو ، بغي���ة التدريب

عليها داخل ال�شف وبالإ�شراف والتقويم من قبل المعلم

ويق�ش���د بها تلك المعلوم���ات الإ�شافية ح���ول المو�شوع قيد

الدرا�ش���ة اأو فقرات منه يقف المتعل���م ال�شغوف على المزيد

حولها دون اأن يدخل ما ت�شمنته في عمليات تقويم المتعلمين

اأ�شئل���ة ذات عالق���ة بمو�شوع الدر�ض ويت���رك فر�شة للطالب

لالإجابة عليها داخل الف�شل.

وه���و عبارة عن الن�شاط���ات التجريبية العملي���ة التي يجريها

المتعلم���ون داخل غرفة المختب���ر اأو يجريها المعلم فى حالة

عدم توفر الأدوات والمواد الكافية اأو لخطورتها عليهم.

هو محاولة يتم من خاللها ممار�شة المتعلم لمهارات البحث

العلم���ي واأ�شاليب���ه ب�ش���ورة مب�شط���ة م�شتخدم���ا الم�ش���ادر

المعرفية المختلف���ة المتوفرة بين يدي���ه ) المكتبة العلمية(

البرام���ج الحا�شوبي���ة ال�شبك���ة المعلوماتي���ة ، وغيرها ، دون

مطالبته بها في عمليات التقويم النهائية .

بع�ض الفقرات فى هذا الكتاب

ومدلولتها ورموزها

مدلولتهاالفقرةالرمز

مثال

تدريب

معلومات

اإثرائية

�سوؤال

ن�ساط عملي

بحث

و

وهي تلك الت�شاوؤلت الت���ي ت�شهم في تنمية مهارات التفكير لدى

المتعلمي���ن وترتبط ارتباطا وثيقا بمو�ش���وع الدر�ض ويطالب بها

في عمليات التقويم المختلفة .

ي���راد به���ا تذكير المتعل���م ببع����ض المفاهي���م اأو العالقات ذات

العالقة بالمو�شوع دون اأن ت�شتهدف بذاتها في عمليات التقويم.

ويق�ش���د بها التطبيقات الحياتية للمو�ش���وع اأو فقرات منة تزيد

من دافعية التعلم لدى المتعلمين وت�شعرهم باأهمية الكيمياء في

الحياة بكافة منا�شطها وم�شتلزماتها .

لعر�ض منجزات علماء العرب والم�شلمين في الما�شي والحا�شر

بهدف تنمية روح العتزاز باأمتنا وبيان اأثر العلوم الإ�شالمية في

تنوير العال���م خا�شة في مجال العلوم التجريبية ، ورفع م�شتوى

الثقة بالذات واأن بالإمكان المناف�شة في عالم يعج بالمبتكرات .

يو�ش���ى ال�ش���ف خ���ارج الحيوي���ة الن�شاط���ات م���ن ن���وع ه���و

بتنفيذهاجماعي���ا اأو فردي���ا ، يت���م خالله���ا ت�شجي���ل التقاري���ر

الو�شفي���ة والت�ش���اوؤلت ث���م تت���م مناق�شته���ا م���ع المعل���م وباقي

الط���الب ، دون مطالبته���م بها ف���ي عمليات التقوي���م النهائية .

لتوظي���ف التقنية الحديث���ة وم�شادر المعلوم���ات واأدوات تطوير

المهارات لدى المتعلمين ، في مزيد من التعلم الفردي والجماعي.

مدلولتهاالفقرةالرمز

مناق�سة

تذكر اأن

الكيمياء في

حياتنا

علماء

زيارة ميدانية

ت�سميم عر�ض

وقفة تاأمل

عر�ض فيديو

ز

للفت النتباه اإلى ما ي�شتدعي التاأمل والتفكر مما يعزز التجاهات

الوجدانية وينمي التجاهات الإيمانية .

ن���وع م���ن معين���ات التعل���م ال�شمعي���ة الب�شري���ة المتحركة ذات

العالق���ة بالمو�شوع ، يوؤدي توظيفها اإلى مزيد من تحقيق التعلم

وتعزيزه.

الوحدة الأولى: خ�سائ�ض المادة في حالتها الثالثة

الف�سل الأول : ) الغازات وخ�سائ�سها (

مقارنة بين حالت المادة الثالث

التغيرات في حالة المادة

قانون بويل

قانون �شارل

القانون العام للغازات

معادلة الحالة الغازية

قانون جاي لو�شاك

مبداأ اأفوجادرو

قانون دالتون

اأ�شئلة الف�شل

الوحدة الثانية: المحاليل

الف�سل الثاني : ) اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها (

......................................................

...........................................................

.........................................................................

........................................................................

...............................................................

................................................................

..................................................................

......................................................................

........................................................................

.......................................................................

اأنواع المحاليل

محاليل الغازات في ال�شوائل

محاليل المواد ال�شلبة في ال�شوائل

التو�شيل الكهربائي للمحاليل

الن�شبة المئوية الكتلية

الن�شبة المئوية الحجمية

المولرية

.....................................................................

.......................................................

.................................................

.......................................................

..............................................................

............................................................

............................................................................

5

6

9

12

14

15

17

18

24

27

33

34

41

49

52

53

55

حـ

الف�سل الثالث : ) حرارة التفاعل الكيميائي (

التفاعالت الطاردة للحرارة

التفاعالت الما�شة

المحتوى الحراري

المعادلة الحرارية

ح�شاب حرارة التفاعل

قانون ه�ض

طاقة الرابطة الكيميائية

اأ�شئلة الف�شل

الف�سل الرابع : )�سرعة التفاعل الكيميائي (

مفهوم �شرعة التفاعل الكيميائي

العوامل الموؤثرة على �شرعة التفاعل

قانون �شرعة التفاعل

خطوات �شير التفاعل

نظرية الت�شادم

نظرية الحالة النتقالية

اأ�شئلة الف�شل

الوحدة الثالثة: الكيمياء الحرارية

108

111

122

124

134

138

141

.......................................................

................................................................

.................................................................

.................................................................

.............................................................

.........................................................................

...........................................................

......................................................................

...................................................

................................................

...............................................................

الموللية

الرتفاع في درجة الغليان

النخفا�ض في درجة التجمد

اأ�شئلة الف�شل

60

64

69

73

الوحدة الرابعة: حركية التفاعل الكيميائي

..........................................................

.......................................................

.....................................................................

.........................................................................

79

82

85

87

90

97

99

103

...............................................................

....................................................................

..............................................................

.......................................................................

ط

الف�سل الخام�ض : )التزان الكيميائي (

طبيعة حالة التزان

التزان الكيميائي

خوا�ض التزان

ثابت التزان

العوامل الموؤثرة على حالة التزان

ح�شابات متعلقة بالتزان

رائز التفاعل

اأ�شئلة الف�شل

146

150

151

151

158

165

169

171

................................................................

..................................................................

.....................................................................

.......................................................................

..................................................

...........................................................

الف�سل ال�ساد�ض : ) الأحما�ض والقواعد (

الخوا�ض العامة لالأحما�ض والقواعد

المواد المترددة

تعريف اأرهينيو�ض لالأحما�ض والقواعد

تعريف برون�شتد ولوري لالأحما�ض والقواعد

اأحما�ض وقواعد لوي�ض

التعادل

المعايرة

الأدلة

اأ�شئلة الف�شل

176

182

185

189

195

198

200

200

203

الوحدة الخام�سة:

الأحما�ض والقواعد والأمالح وح�سابات التزان في محاليلها

.......................................................................

......................................................................

................................................

....................................................................

.............................................

........................................

.............................................................

.............................................................................

...........................................................................

..............................................................................

.......................................................................

ي

الف�سل ال�سابع : )الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد(

التاأين الذاتي للماء

الرقم ) الأ�ض( الهيدروجيني

ح�شاب تركيز اأيون الهيدرونيوم في محاليل الأحما�ض القوية

ح�شاب تركيز اأيون الهيدرونيوم في محاليل الأحما�ض ال�شعيفة

ح�شاب تركيز اأيون الهيدروك�شيد في محاليل القواعد القوية

ح�شاب تركيز اأيون الهيدروك�شيد في محاليل القواعد ال�شعيفة

اأ�شئلة الف�شل

205

210

215

217

222

224

227

................................................................

......................................................

.......................

....................

.......................

.....................

.....................................................................

الف�سل الثامن : ) الأمالح وح�ساباتها (

تعريف الأمالح

خوا�ض الأمالح

ت�شنيف الأمالح

تميوؤ الأمالح

تاأثير الأيون الم�شترك

المحاليل المنظمة

اأ�شئلة الف�شل

232

234

234

238

245

246

250

....................................................................

...................................................................

..................................................................

......................................................................

.............................................................

................................................................

.....................................................................

س

الوحدة ال�ساد�سة: الكيمياء الكهربائية

الف�سل التا�سع : ) الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية (

الأك�شدة والختزال

الأك�شدة والختزال قديما

الأك�شدة والختزال حديثا

اأعداد الأك�شدة

ن�شفا التفاعل في معادلت الأك�شدة والختزال

وزن معادلت الأك�شدة والختزال

الخاليا الكهروكيميائية

الخاليا الجلفانية ) الفولتية (

الجهد القيا�شي للخلية

جهد القطب القيا�شي

قطب الهيدروجين

ال�شل�شلة الكهروكيميائية

العوامل الموؤثرة على جهد الخلية الجلفانية

خاليا التحليل الكهربائي

اأ�شئلة الف�شل

254

254

256

258

266

269

277

278

284

285

286

289

297

300

305

...............................................................

.........................................................

.........................................................

...................................................................

....................................

..................................................

...........................................................

....................................................

............................................................

.............................................................

................................................................

.............................................................

........................................

..........................................................

.....................................................................

ل

خ�صائ�ص المادة في حاالتها الثالث

يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :

1- تقارن بين الخوا�ض الفيزيائية للحالة ال�شلبة ، وال�شائلة ، والغازية .

2- تحدد الكميات الأربع التي تعتمد عليها الخوا�ض الفيزيائية للغاز .

3- ت�شتنتج العالقة بين حجم الغاز و �شغطه عند ثبوت درجة الحرارة .

4- ت�شتنتج العالقة بين حجم الغاز و درجة الحرارة عند ثبوت ال�شغط .

5- ت�شتنتج العالقة بين درجة حرارة الغاز و �شغطه عند ثبوت حجمه .

6- ت�شتنت���ج العالق���ة العام���ة الت���ي ترب���ط بين درجة ح���رارة الغ���از و حجم���ه و �شغطه و ع���دد مولته .

7- ت�شتنتج مبداأ اأفوجادرو.

8- تحل م�شائل ح�شابية م�شتخدما قوانين الغازات .

9- تح�شب �شغط مزيج من الغازات التي ل تتفاعل مع بع�شها و الموجودة في اإناء مغلق .

10- تتاأمل اإبداع اهلل �شبحانه وتعالى في خلق الغازات وما ميزها به من خوا�ض عن الحالت الأخرى .

2

الغازات و خ�صائ�صها

المقدمةالمقدمة

تعلم���ت فيم���ا �شبق اأن المادة هي كل �ش���يء يحيط بنا وي�شغل حيزا و اأنها في حال���ة تغير دائم فالظواهر

الطبيعية تحدث على المادة و توؤثر فيها و تتاأثر بها .

فعند درا�شة اأي مادة يجب اأن نالحظ اأول حالتها فالمواد توجد على �شطح الأر�ض في الظروف العادية

) �شغ���ط ج���وي واحد و درجة حرارة 25°م (اإما في الحالة ال�شلب���ة مثل الحديد، الخ�شب اأو الحالة ال�شائلة

مث���ل الم���اء ، الزئبق اأو الحالة الغازية مث���ل الأك�شجين ، الهيدروجين، و يمكن تحوي���ل المادة من حالة اإلى

اأخرى عند تغير ظروف ال�شغط و درجة الحرارة . وت�شنيف المواد يعتبر هاما نظرا لأن كثيرا من الخوا�ض

التي تظهرها المواد تكون خا�شة لكل مادة .

ولق���د ح���اول العلماء درا�شة وتف�شي���ر �شلوك المادة وحالته���ا وتغيراتها وبناء على م���ا تراكم لديهم من

المعلوم���ات و �شع���وا نظرية مقبولة حت���ى الآن هي نظرية الحرك���ة الجزيئية التي تف�ش���ر ال�شلوك الفيزيائي

للم���واد ف���ي حالتها الثالث، وتتلخ�ض ه���ذه النظرية في اأن اأي مادة تتكون من ع���دد �شخم من الج�شيمات

ال�شغي���رة اإم���ا ذرات مثل غ���از الهيليوم اأو جزيئات مثل الم���اء اأو اأيونات مثل ملح الطع���ام، ول يمكن روؤيتها

بالعين المجردة ، وتكون دقائق هذه المادة ) ذراتها اأو جزيئاتها ( في حالة حركة م�شتمرة ول تتوقف اأبدا

و ي���زداد معدل الطاقة الحركي���ة بازدياد درجة الحرارة وتتنا�شب �شرعة حركة الدقائق )ذرات اأو جزيئات(

عك�شي���ا م���ع ثقلها . واأن كثيرا مم���ا نفهمه بخ�شو�ض الجزيئات يكون تاما فقط ف���ي حالة الغازات . و�شوف

ندر����ض في هذا الف�شل مقدمة عن حالت الم���ادة وخ�شائ�شها ونركز البحث في اإحدى هذه الحالت وهي

الحالة الغازية ،وندر�ض ب�شيء من التف�شيل الغازات والقوانين التي تحكم �شلوكها .

3

حالت المادة

4كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

حالت المـادة

تتكون جميع حالت المادة بموجب النظرية الحركية الجزيئية من ج�شيمات �شغيرة �شريعة الحركة ، اإن

بخار الماء في الهواء ) الذي ن�شعر به كرطوبة ( ، والماء في بحيرة ماء والماء المتجمد في نهر جليدي كلها

اأ�شكال لنف�ض المادة الكيميائية ، فكل منها يتكون من جزيئات ماء لها نف�ض الخوا�ض الكيميائية وما يجعلها

تبدو مختلفة اإلى هذا الحد هو خوا�شها الفيزيائية كما يظهر من ال�شكل )1-1(.

�شكل ) 1-1 ( اختالف الم�شافات بين الجزيئات في حالت المادة الثالثة

H2O

H2O

H2O

جامد

�شائل

غاز

و�شندر�ض من خ���الل الجدول التالي الخوا�ض الفيزيائية للمادة ومدى الختالف بين الغازات وال�شوائل

والمواد ال�شلبة .

جزيء م��اء

جزيء م��اء

جزيء م��اء

حالت المادة

5كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

مقارنة بين حالت المادة الثالث

الحالة الغازيةالحالة ال�سائلةالحالة ال�سلبةوجه المقارنة

الم�سافة بين

الجزيئات

ال�سكل

الحجم

ال�سفافية

الحركة

قوى التجاذب

بين الجزيئات

قابلية امتزاج

المادة الواحدة

بالأخرى

جدول ) 1-1 ( مقارنة بين حالت المادة الثالث )الم�شدر مو�شوعة الكيمياء �شالي اأبو �شاور / 2004م (

�شغيرة اإلى حد كبير

ثابت

قد تكون �شفافة اأو ن�شف

�شفافة اأو معتمة

ثابت

تتحرك الجزيئات حول

نقطة ثباتها حركة

محدودة جدا

كبيرة جدا و هذا يف�شر

ثبات �شكلها وحجمها

ي�شعب امتزاجها اإذا

كانت على �شكل حبيبات

كبيرة و تحتاج اإلى قوة

لمزجها عندما تكون

حبيباتها �شغيرة .

�شغيرة ولكن اأكبر قليال مما

هي عليه في الحالة ال�شلبة

متغير ح�شب �شكل الوعاء

الذي تو�شع فيه

ثابت

كالمواد ال�شلبة

تتحرك الجزيئات حركة

انزلقية على بع�شها البع�ض

كبيرة و هذا يف�شر ثبات

حجمها اأما تغير �شكلها

ف�شببه انزلق الجزيئات

على بع�شها دون انفالت

بع�ض اأنواعها يمتزج بجميع

الن�شب و بع�شها الآخر

بن�شبة محدودة و بع�شها ل

يمتزج .

كبيرة جدا اأكبر بكثير من

حجم الجزيئات نف�شها

ل �شكل لها فهي تتوزع

ع�شوائيا في الأوعية التي

تحتويها

متغير فيمكن نقل الغاز من

وعاء كبير اإلى وعاء �شغير

ب�شهولة

كلها �شفافة بالرغم من اأن

الكثير منها له لون

تتحرك حركة ع�شوائية

وفي جميع التجاهات

قوى التجاذب �شغيرة ج���دا

و نعتبرها في حالة الغاز المثالي

معدومة و هذا يف�شر عدم وجود

�شكل و حجم ثابت لها

تمتزج الغازات كلها

ببع�شها بجميع الن�شب فهي

ل تعرف حدودا كالمواد

ال�شلبة و ال�شائلة

حالت المادة

6كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

�شم���م عر�شا عن �شور تو�شح التنوع في

حالت المادة في الكون .

التغيرات في حالة المادة :

كم���ا عرفن���ا �شابق���ا اأن للمادة ث���الث حالت

) �شلب���ة ، �شائل���ة ، غازي���ة ( عند درج���ة الحرارة

العادي���ة ويمكن في ح���الت اأن تتحول ال�شوائل اإلى

غازات اأو اأج�شام �شلبة ، واأن ت�شيل الأج�شام ال�شلبة اأو تتحول اإلى غازات وت�شمى مثل هذه التغيرات تحولت

الم���ادة . ولمثل هذه التغيرات اأهمية عملية ف���ي كثير من التفاعالت الكيميائية . ولكن كيف يحدث التحول

في المادة ؟

بع���د اأن تعرفن���ا على حالت الم���ادة الثالث ) ال�شلب���ة ، ال�شائلة ، الغازية ( وكيف يمك���ن تحويل المادة

م���ن حالة لأخ���رى اإما بتغير درجة الح���رارة اأو ال�شغط وفي كل ه���ذه الحالت تك���ون ذرات المادة محتفظة

باإلكتروناته���ا مرتبط���ة بها بقوى تجاذب كهربية . ولكن هناك حالة رابع���ة للمادة وهي تكون على �شورة غاز

ولك���ن هذا الغ���از يحتوي على خليط من اأع���داد مت�شاوية من الأيون���ات موجبة ال�شحن���ة واإلكتروناتها �شالبة

ال�شحنة ، وهذا الغاز ي�شمى بالغاز المتاأين اأو البالزما Plasma فما هي البالزما ؟

البالزمـــا : غ���از متاأي���ن اأو خلي���ط منه يحت���وي عل���ى ج�شيم���ات م�شحونة بالإ�شاف���ة اإل���ى اإلكترونات

ناق�ض مع زمالئك نوع التحولت التي تظهر في الأمثلة التالية ,ثم ف�سر كيفية حدوثها .

- ماذا يحدث لكمية �شغيرة من الجازولين الم�شكوب )المراق( ؟

- ماذا يحدث لمزيل �شبغة الأظافر عند ترك القارورة دون غطاء ؟

- ماذا يحدث لبرك المطر ال�شغيرة التي تتكون بعد هطول الأمطار ؟

- ما م�شير بلورات النفثالين التي تنثرها في الدرج ؟

- لماذا تتكون قطرات الماء على زجاج نافذة باردة ؟

- ماذا يحدث عند تعر�ض الحديد لدرجة حرارة عالية ؟

- ماذا يحدث لكوب من ع�شير الليمون عند تعر�شه لدرجة حرارة منخف�شة ؟

حالت المادة

7كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

وج�شيم���ات متعادلة جميعه���ا حرة الحركة بحيث ت�شلك �شلوكا مميزا له���ا يختلف عن حالت المادة الثالث

الأخرى . وتوجد هذه المادة عادة عند درجات الحرارة العالية جداحيث يمكن اأن تتاأين ذرات الغاز مكونة

اأيون���ات موجبة )كاتيونات(عن طريق فقدان اإلكترون اأو اأكثر لكل ذرة

بحيث يتكون خليط من الأيونات الموجبة والإلكترونات حرة الحركة .

قوانين الغازات :

لقد ذكرنا �شابقا اأن الجزيئات في الحالة الغازية تكون متباعدة واأن قوى التجاذب بينهما �شبه معدومة

واأنه���ا تتحرك حركة ع�شوائية في جميع التجاهات في الحيز الذي توجد فيه . كانت�شار رائحة العطر والغاز

المت�شرب من اأنبوبة الغاز المنزلي . ونظرا لح�شا�شية حجوم الغازات للتغيرات التي تحدث في درجة الحرارة

اأو في ال�شغط فاإن لهذه التغيرات قوانين خا�شة تحكمها تعرف با�شم قوانين الغازات و هي عالقات ريا�شية

ت�ش���ف �شلوك الغ���ازات و تنطبق هذه القوانين تماما على ما يعرف بالغ���از المثالي و لكنها تنطبق في حدود

معينة على الغازات الحقيقية . فما الفرق بينهما ؟

Ideal Gases : 1ـ الغازات المثالية

الغاز المثالي: هو غاز افترا�شي يتبع مجموعة قوانين الغازات

في ظروف قيا�شية وا�شعة المدى و ل يمكن ت�شييله مهما

ارتفع ال�شغط الواقع عليه اأو انخف�شت درجة حرارته .

�شكل ) 2-1 (

الحالة الرابعة للمادة

اكت���ب مو�شوع���ا م���زودا بال�شور عن اأهمي���ة البالزما مبينا الف���رق بين البالزم���ا والحالة الغازية

مو�شحا ا�شتخدام البالزما في نواحي الحياة .

�شكل ) 1-3 ( يقترب �شلوك الغاز الحقيقي من

�شلوك الغاز المثالي عند �شغط منخف�ض ) قانون بويل (

غاز مثالي

غاز حقيقي

نموذجي

وتعتبر البالزما وهي الحالة ال�شائعة للمادة في الكون وت�شكل %99

من الم���ادة اإل اأنها نادرة جدا على الأر����ض اإل في الحالت التي يقوم

الإن�شان ب�شنعها مثل م�شابيح الفلور�شنت والنيون .

حالت المادة

8كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

Real Gases : 2ـ الغازات الحقيقية

و هي الغازات التي تتبع قوانين الغازات في ظروف محددة من ال�شغط و درجة الحرارة و غالبا ما

يكون ذلك عند ال�شغوط المنخف�شة و عند درجات الحرارة العالية .

وبم���ا اأن الغازات جميعها تت�شابه في �شلوكها الفيزيائي مهما اختلفت مكوناتها وتركيبها الكيميائي ولأن

جمي���ع الغ���ازات يكون الترابط بين جزئياتها �شعيفا جدا لذلك ف���اإن جميعها ت�شلك نف�ض ال�شلوك الفيزيائي

وتخ�شع لنف�ض القوانين الفيزيائية . و لدرا�شة المتغيرات الف���يزيائية الثالث���ة ال�ش�غط و درجة ال���حرارة

و الحجم فاإنه يلزم اإبقاء واحدا منها ثابتا حتى يمكن ا�شتنتاج تاأثير المتغير الثاني على المتغير الثالث .

الكميات الأربع التي تعتمد عليها الخوا�ض الفيزيائية للغاز

Volume الحجم

)V( يعرف الحجم باأنه الحيز من الفراغ الذي ت�شغله المادة. و يرمز له بالرمز

و الوحدة الم�شتخدمة هي اللتر )اللتر= 1 د�شم3= 1000 �شم3 = 1000 مل(

Pressure ال�سغط

) P ( و يع���رف ال�شغ���ط باأن���ه الق���وة الموؤث���رة على وح���دة الم�شاحة م���ن �شطح م���ا و يرمز له بالرم���ز

و الوح���دة الم�شتخدم���ة ت�شم���ى )ج���و: atmosphere( وق���د ا�شطل���ح عل���ى اأن ال�شغ���ط الج���وي

ي�شمى بال�شغط القيا�شي .

ال�شغط القيا�شي = 1 جو = 76�شم زئبق = 760 مليمتر زئبق

طبقا لمعلوماتك عن الغازات الحقيقية والمثالية ما ا�ستنتاجك عن الترابط بين جزئياتهما ؟

..................................................................................

..................................................................................

..................................................................................

حالت المادة

9كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

Temperature درجة الحرارة

و تعرف باأنها مقيا�ض �شدة الحرارة لأي مادة . و الوحدة الدولية لدرجة

الحرارة ت�شمى ) كلفن ( اأو درجة الحرارة المطلقة ) T ( و في هذا

النظام تعتبر درجة تجمد الماء = 273 كلفن .

و بما اأن درجة تجمد الماء في النظام المئوي هي �شفر 5م فاإن :

T = t + 273

حيث اأن t هي درجة الحرارة في النظام المئوي

كمية المادة:

تقدر كمية مادة ما في النظام الدولي بوحدة المول .

و يعرف المول باأنه كمية المادة التي تحتوي على عدد اأفوجادرو

( من الوحدات .23

10×6.02 (

و �شوف ن�شتعر�ض فيما يلي و�شف القوانين التي تبين �شلوك المادة تجاه المتغيرات ال�شابقة .

ما العالقة بين الحجم و ال�شغط عند ثبوت درجة الحرارة ؟

اأمعن النظر في الجدول)1-2(، المقابل ثم اأجب :

P.VVP

26.2

2620

262

65.5

26.2

0.01

0.1

0.4

1.0

- من خالل قراءتك لقيم ال�شغط والحجم في الجدول

ماذا تالحظ ؟

- ما الذي ت�شتنتجه عند �شرب قيم حجم الغاز في �شغطه ؟

لقد در�ض العالم الأيرلندي روبرت بويل عام 1662م العالقة بين التغير في حجم كمية معينة من الغاز مع

ال�شغ���ط الواق���ع عليه عند ثبوت درجة الحرارة وقد وجد بوي���ل اأن حجم الغاز يقل كلما زاد ال�شغط الواقع

عليه و�شاغ هذا القانون الذي ين�ض على اأنه :

)عند ثبوت درجة الحرارة يتنا�سب حجم مقدار معين من الغاز مع ال�سغط الواقع عليه تنا�سبا عك�سيا(

و يمكن التعبير عنه ريا�شيا كما يلي :

-0273م

بخار

كلفندرجة

مئوية

ال�شفر

المطلق

ك 273

ك 0100م373

00مثلج

ك 0

V ∞ 1

P

�شكل )1-4 ( العالقة بين درجة

الحرارة في النظام المئوي والمطلق

Boyles Law : قانون بويل

جدول )2-1 (

قيم ال�شغط والحجم لغاز عند ثبوت درجة حرارته

حالت المادة

10كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

مج

حال

ال�شغط

اأي اأن حا�شل �شرب قيمة حجم الغاز في �شغطه

ي�ش���اوي مقدارا ثابت���ا ب�شرط ثبات درج���ة الحرارة

و يمك���ن تمثي���ل قانون بوي���ل بيانيا كما ف���ي ال�شكل

)1� 6 ( ف���اإذا كان لدين���ا عينة م���ن غاز ما حجمها

V1 لتر و �شغطهاP1 �شغط جوي على درجة حرارة

P2 معين���ة ثم اأثرن���ا عليها بق���وة زادت �شغطه اإلى

ف���اإن الحجم الجدي���د للعينة �شي�شب���ح V2 ، وعليه

يكون :

P1 × V1 = K

P1 × V1 = P2 × V2 : لذا فاإن

و ي�شح هذا القانون لأغلب الغازات عندما

يكون ال�شغط منخف�شا و درجة الحرارة

عالية ن�شبيا

�شكل ) 1-5 ( قانون بويل

�شكل ) 1-6( تمثيل قانون بويل بيانيا

اإذا كان حجم عينة من غاز النيتروجين 0.5لتر و�سغطها 2 �سغط جوي؛ كم

يكون �سغطها اإذا تمددت و اأ�سبح حجمها 1.5 لتر عند نف�ض درجة الحرارة؟

الحل :

P1 × V1 = P2 × V2

0.5 ×2 = P2 × 1.5

=P2

1.5

0.5 ×2

PV = K عند ثبات درجة الحرارة فاإن

= 0.67 �شغط جوي .

P2 × V2 = K

حالت المادة

11كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

• يمثل الجدول التالي مجموعة من نتائج الختبارات على غاز . اأكمل الجدول من خالل درا�ستك لقانون بويل :

الحجم ) لتر ( 0.5 1 ؟ 0.33

ال�شغط ) جوي ( 60 ؟ 15.28 1.5

م �سفر درجة حرارة عند 400 مل اإناء حجمه في 2 �سغط جوي غاز �سغطها • عينة من فكم يبلغ حجمها عند نف�ض درجة الحرارة اإذا تغير ال�سغط اإلى 4 �سغط جوي .

• اإذا تـــم �ســـغط عينـــة مـــن الغـــاز من حجـــم 450 مل اإلى 320 مل فاإذا كان ال�ســـغط الأول475ملم زئبق فما هو ال�سغط النهائي .

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

�شكل ) 1-7 ( م�شخة هواء لنفخ عجلة دراجة

اإن اأي �شخ�ض ي�شتعمل منفاخ الدراجات الهوائية

�شيدرك العالقة العك�شية بين �شغط وحجم الغاز

فعندما يدفع المكب����ض بقوة اإلى اأ�شفل ، ين�شغط

الغ���از اإلى حجم اأ�شغر بينما يرتفع �شغطه واإذا

�شمح للغاز الم�شغ���وط بالنطالق ارتفع المكب�ض

اإلى اأعلى وت�شتعمل هذه الطريقة في نفخ الإطار.

حالت المادة

12كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

مج

حال

درجة الحرارة

Charles's Law قانون �سارل

م���ا العالق���ة بين الحج���م و درجة الح���رارة عند

ثبوت ال�شغط ؟

من خالل م�شاهدتك لل�شكل )1-8(؛ماذا تالحظ ؟

نجد اأنه عند حب�ض كتلة ثابتة من غاز في ا�شطوانة

مزودة بمكب�ض منزلق كما هو مبين بال�شكل )1-8( وحيث اأن الكتلة فوق قمة المكب�ض ثابتة فاإن العينة من

الغ���از تبقى عن���د �شغط ثابت ويالحظ اأنه كلما �شخن الغاز فاإن المكب����ض يتحرك للخارج ويزداد الحجم .

نعلم اأن جميع المواد تتمدد عند ت�شخينها و يتفاوت هذا التمدد من مادة اإلى اأخرى و لكن هذا التمدد يكون

ملحوظا ب�شفة خا�شة في حالة الغازات .

وق���د در�ض العال���م الفرن�شي �شارل ع���ام 1778م

العالق���ة بين حجم كمية من الغاز والتغير في درجة

الح���رارة عن���د ثب���وت ال�شغط فوج���د اأن حجم هذه

الكمي���ة م���ن الغاز ت���زداد بانتظ���ام مع زي���ادة درجة

الحرارة ب�شرط بقاء �شغط الغاز ثابت .

�شكل ) 1 - 8( قانون �شارل

�شكل )1-9( تمثيل قانون �شارل بيانيا

مكب�ض

غاز

باأ

وعن���د ر�ش���م العالق���ة بياني���ا نح�ش���ل عل���ى خط

م�شتقيم كالمبين بال�شكل )9-1(.

و ين�ض قانون �سارل على اأنه:

) عنـــد ثبوت ال�ســـغط يتنا�ســـب حجم كتلـــة معينة من الغاز تنا�ســـبا طرديا مع درجة الحـــرارة المطلقة (

V T : و يعبر عن هذا القانون ريا�شيا كما يلي

V T

اأي اأن حا�ش���ل ق�شم���ة الحجم عل���ى درجة الحرارة المطلقة لكمية معينة من غ���از ما ي�شاوي دائما قيمة

ثابتة عند ثبوت ال�شغط و يمكن اأن ياأخذ قانون �شارل ال�شورة التالية :

V1 = V2

T1 T2

V = KT = K

= K

حالت المادة

13كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

يبلغ حجم كمية معينة من غاز 2.24 لتر عند �سغط ي�ساوي 1 �سغط جوي ودرجة

حرارة �سفر5م ما حجم نف�ض الكمية عند نف�ض ال�سغط عند درجة حرارة 25 5م؟

الحل :

درجة الحرارة المطلقة T 1= 273 + �شفر = 273 كالفن .

درجة الحرارة المطلقة T2 = 273 + 25 = 298 كالفن .

= K : بتطبيق قانون �شارل

V1 V2

T1 T2

2.24 V2

273 298

= V2273

) 2.24 ×298(

طبقا لمعلوماتك عن الغازات الحقيقية والمثالية ما ا�ستنتاجك عن الترابط بين جزيئاتهما ؟

..................................................................................

..................................................................................

..................................................................................

..................................................................................

..................................................................................

..................................................................................

=

=

= 2.44لتر

حالت المادة

14كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

وبتطبيق القانون العام للغازات :

P1 × V1 P2 × V2

General Gas's Law : القانون العام للغازات

يمك���ن و�ش���ع قانون بويل و�شارل في عالقة ريا�شية واحدة تعرف بالقانون العام للغازات ) وهو جمع بين

المتغيرات الثالث في قانون واحد( . فاإذا اعتبرنا عينة من غاز حجمها V1 و �شغطها P1 و درجة حرارتها

P2 و اأجرين���ا تغييرا عليها ي�شم���ل ال�شغط اأو درجة الحرارة اأو الحج���م بحيث ي�شبح �شغطها T1 المطلق���ة

وحجمها V2 و درجة حرارتها T2 اإن العالقة بين حالة العينة الأولى و حالتها الثانية هي :

و ه���ذا القان���ون لكمي���ة محددة من الغ���از حيث K ثابت ف���اإذا غيرنا من كمي���ة العينة ) كتلته���ا اأو عدد

جزيئاتها( فلي�ض بالإمكان ال�شتفادة من هذه العالقة

P1×V1 P2 × V2

= K =

اإذا كان حجم عينة من غاز الأك�ســـجين 5 لتر, و �ســـغطها 1 �ســـغط جوي ودرجة

حرارتها 27°م ,كم ي�سبح حجمها اإذا زاد ال�سغط اإلى 100 �سم زئبق و اأ�سبحت

درجة الحرارة �سفر° م

الحل :

لت���ر 5= V1 ، زئب���ق �ش���م 76=P1 ، T1 = 273 + 27 = 300 مطلق���ة

T2 = 273 = 273 + =�شفرمطلق���ة ، P2= 100 �ش���م زئب���ق ، V2 = ؟

=

T1 T2

=

76 × 5 100× V2

300 273

V2 = = 3.46 لتر

) 100 × 300 (

273 × 76 ×5

T2T1

حالت المادة

15كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

1.15جـــو قـــدره و�ســـغط 35°م حـــرارة درجـــة عنـــد غـــاز مـــن �ســـم3 462 لدينـــا كان اإذا -1

اح�سب حجم هذا الغاز عند درجة حرارة �سفر°م و �سغط جوي واحد .

2- اإذا كان �سغـط كمية معينة من اأحد الغـازات ي�سـاوي 30 �سغـط جوي و ذلك في اإناء �سـعته

150 مللترا عند درجة حرارة 200 مطلقة؛ كم يبلغ �سغطه عند درجة حرارة 300 مطلقة

اإذا نقل اإلى اإناء �سعته 250مللتر .

..................................................................................................

..................................................................................................

State Equation Gases معادلة الحالة الغازية

در�شت �شابقا اأن المتغيرات التي توؤثر على ال�شلوك الفيزيائي للغاز هي الحجم ودرجة الحرارة وال�شغط

حيث يمكن كتابة القانون العام للغازات على هذه ال�شورة

PV = KT

و تعتمد قيمة هذا الثابت K )ثابت الغاز The Gas Constant(على عاملين هما :

1- كمية الغاز الم�شتخدمة .

P وال�شغط T 2- المتغي���رات الثالث���ة و هي ال�شغط و الحجم و درجة الحرارة، فعند ثبات درجة الحرارة

مم���ا الغ���از ه���ذا حج���م ف���ي زي���ادة تتبعه���ا الم�شتخ���دم الغ���از كمي���ة ف���ي زي���ادة اأي ف���اإن

تتنا�ش���ب طردي���ا K الثاب���ت قيم���ة اأن ذل���ك م���ن ينت���ج و K الثاب���ت قيم���ة ف���ي زي���ادة يعن���ي

مع عدد مولت الغاز الم�شتخدمة عند ثبات كل من ال�شغط و درجة الحرارة :

n K n = عدد مولت الغاز الم�شتخدم

R K = nR = الثابت العام للغازات

ول تعتمد قيمة K على نوع الغاز .

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

حالت المادة

16كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلن�شتنت���ج مم���ا �شب���ق اأن حال���ة اأي غ���از يمك���ن تحديدها بدلل���ة كال من كميت���ه ) n ( و حجم���ه )V (ا

و �شغط���ه ) P ( و درج���ة حرارت���ه ) T ( و ت�شم���ى المعادلة التي ت�شف حالة غاز م���ا بدللة هذه الخوا�ض

بمعادلة الحالة الغازية و التي يمكن تمثيلها ريا�شيا كما يلي :

P × V = n × R × T

و تعرف هذه المعادلة بمعادلة الغاز المثالي

ما حجم 32 جراما من غاز الأك�سجين ) O2 ( اإذا كان ال�سغط 1 �سغط جوي ودرجة

الحرارة �سفر°م و ثابت الغاز = 0.082 لتر �سغط جوي درجة مطلقة مول ؟

الحل :

T= 273 + �شفر = 273 مطلقة P= 1 �شغط جوي

n 0.082 = R = = 1 مول

p × v = n × R × T بتطبيق معادلة الحالة الغازية

n × R × T

P

273 × 0.082 ×1

1

32

32

=V

V= 22.4 لتر =

حالت المادة

17كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

1 - اح�ســـب �ســـغط 0.25 مول من غاز الهيدروجين ) H2 ( الذي ي�ســـغل حجما مقداره 10لتر

عند 10°م ؟

....................................................................................................

....................................................................................................

2- اح�ســـب عدد مولت غاز اأول اأك�ســـيد الكربون CO الذي ي�ســـغل حجما مقداره 500 �ســـم3 عند

درجة حرارة 50°م و �سغط ي�ساوي 1.5 جو ؟

....................................................................................................

....................................................................................................

3- اح�ســـب الحجـــم الـــذي ي�ســـغله 10 كيلو جرام مـــن غاز ثاني اأك�ســـيد الكربـــون CO2 عند 27°م

و�سغط 2 جو .

Gay Lusac' Law : قانون جاي لو�ساك

HH H

H OH H

HO

O

O

H

حجمان من غازالهيدروجينحجم من غاز الأك�شجين حجمان من بخار الماء

�شكل ) 1 – 10( قانون جاى - لو�شاك

2H2 O2 2H2O

....................................................................................................

....................................................................................................

حالت المادة

18كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

من خالل ال�شكل ال�شابق )1-10( ماذا تالحظ على حجوم الغازات ؟

ما العالقة بين حجم الغاز وكميته ؟

لق���د وج���د العال���م جاي � لو�ش���اك اأنه عن���د تفاعل حجم معي���ن من غاز الكل���ور مع نف�ض الحج���م من غاز

الهيدروجي���ن ينتج �شع���ف ذلك الحجم من غاز كلوريد الهيدروجين مع مالحظ���ة قيا�ض تلك الحجوم تحت

نف�ض الظروف من ال�شغط ودرجة الحرارة؛ اأي اأن :

1 حجم من غاز الكلور + 1حجم من غاز الهيدروجين 2 حجم من غاز كلوريد الهيدروجين

وذل���ك تك���ون الن�شب بين حجوم الغازات عددي���ا هي 1 : 1 : 2 وهي ن�شبة عددي���ة �شحيحة وب�شيطة . وعند

تفاع���ل حج���م من غاز الأك�شجين مع حجمين من غاز الهيدروجين ينت���ج حجمان من بخار الماء تحت نف�ض

الظروف من ال�شغط ودرجة الحرارة؛ اأي اأن :

ا حجم من غاز الأك�سجين + 2 حجم من غاز الهيدروجين 2 حجم من بخار الماء

ون�شبة الحجوم 1 : 2 : 2 هي اأي�شا ن�شبة عددية �شحيحة وب�شيطة.

و قـــد تو�ســـل اإلـــى قانـــون يعرف بقانـــون الحجوم المتحدة الـــذي ين�ض على ) عند �ســـغط و درجة حرارة

ثابتتين فاإن حجوم الغازات التي تتفاعل مع بع�سها البع�ض تكون بن�سبة عددية ب�سيطة (

Avogadro's قام العالم اأفوجادرو بتف�شير مالحظات جاي � لو�شاك فاقترح ما يعرف بنظرية اأفوجادرو

Theory و الت���ي تن����ض على اأن: ) الحجوم المت�ســـاوية مـــن الغازات المختلفة عند ظـــروف متماثلة من

ال�ســـغط ودرجـــة الحـــرارة تحتـــوي على نف�ض العدد مـــن الجزيئـــات ( . اأي اأن جميع الغازات المثالية التي

ت�شتم���ل على نف����ض العدد من المولت عند ظروف واحدة من ال�شغط ودرج���ة الحرارة �شوف ت�شغل حجوما

مت�شاوية كما في �شكل )1- 11( .

Avogadro's principle مبداأ اأفوجادرو

اكتب معادلة تكوين غاز الن�سادر ومان�سب حجوم الغازات بع�سها اإلى بع�ض ؟

....................................................................................................

حالت المادة

19كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

ف���اإذا وجد في لت���ر الهيدروجين مثال ) �ض ( جزيئا فاإنها تحتاج لنف�ض العدد ) �ض ( من جزيئات الكلور

لينت���ج 2 ����ض جزيء م���ن كلوري���د الهيدروجين و نتيجة لم���ا تو�شل اإليه اأفوج���ادرو ن�شتطيع اعتب���ار المعادلة

الكيميائية الموزونة و التي تمثل تفاعل مواد غازية على اأنها تبين ن�شب الحجوم المتفاعلة فالمعادلة ال�شابقة

ت���دل عل���ى اأن حجم���ا من الهيدروجين يتفاع���ل مع نف�ض الحجم م���ن الكلور ليعطي �شع���ف ذلك الحجم من

كلوريد لهيدروجين .

بنف�ض الطريقة يمكننا تمثيل تفاعل غاز الهيدروجين مع غاز الأك�شجين ليعطي بخار الماء

O2)g( + 2H2)g( 2H2O)g(

2لتر 2 لتر + 1 لتر

�شكل )1-11 ( نظرية اأفوجادرو

H2 جزيء الهيدروجين O2 جزيء الأك�شجين

و قد و�شح اأفوجادرو هذه العالقة من خالل تفاعالت مواد غازية فمثال وجد اأن لترا من غاز الهيدروجين

يتفاع���ل م���ع لتر م���ن غاز الكل���ور لينتج لترين م���ن غاز كلوري���د الهيدروجي���ن و نحن نعل���م اأن الجزيء من

الهيدروجين يتفاعل مع جزيء من الكلور لينتج جزيئين من غاز كلوريد الهيدروجين وفق المعادلة:

H2)g( + Cl2)g( 2HCl)g(

CO2 جزيء ثاني اأك�شيد الكربون

حالت المادة

20كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فل1- ما حجم غاز اأول اأك�ســـيد الكربون الناتج من تفاعل لترين من غاز الأك�ســـجين مع ا

فائ�ض من الكربون ؟

الحل :

2C 1- معادلة التفاعل)s(

+ O2)g( 2CO)g(

ن�شتدل من المعادلة على اأن 1 لترمن الأك�شجين ينتج 2 لتر من اأول اأك�شيد الكربون

2 لتر من الأك�شجين ينتج �ض لتر من اأول اأك�شيد الكربون

) �ض ( لتر من غازاأول اأك�شيد الكربون الناتج = = 4 لتر من غاز اأول اأك�شيد الكربون

2 × 2

1

2- م���ن المعادل���ة : نجد اأن اللت���ر من غاز الأك�شجين يتفاعل مع لتري���ن من غاز اأول اأك�شيد

الكربون ولذلك فاإن لترين من غازالأك�شجين يتفاعالن مع 4 لتر من غازاأول اأك�شيد الكربون

لينت���ج عن ذلك 4 لترات من غازثاني اأك�شيد الكرب���ون . اإذا بقي من اأول اأك�شيد الكربون

5 – 4 = 1 لتر

مجموع الحجوم بعد التفاعل = 4 لترات من CO2 + 1 لتر من CO = 5 لترات

الظروف المعيارية :

اتفق الكيميائيون على اعتبار الظروف الآتية ظروفا معيارية للغازات

ال�سغط = 1 �سغط جوي , درجة الحرارة = 0°م = 273 كلفن

2- اإذا مزجنـــا 5لتـــرات مـــن اأول اأك�ســـيد الكربـــون و لترين من غاز الأك�ســـجين و جرى بين

المادتين التفاعل التالي

فما حجم الخليط الناتج اإذا بقي الحجم و درجة الحرارة ثابتتين ؟

2CO)g( + O2)g( 2CO2 )g(

) حجم الخليط بعد التفاعل(

حالت المادة

21كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

يتفاعل غاز الهيدروجين مع غاز النيتروجين لينتج غاز الن�سادر ح�سب المعادلة :

فاإذا و�سع 0.5 مول من الهيدروجين مع 0.5 مول من النيتروجين فكم يكون حجم النيتروجين

الفائ�ض في ال�سروط المعيارية ؟ و كم يكون حجم الن�سادر ؟

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

3H2)g( + N2)g(

2NH3)g(

الن�ش���ب عل���ى الترتيب ) 2: 1: 1 ( وهذا الن�شب هي نف�شها بي���ن حجوم الغازات. وحجم الغاز

يتنا�ش���ب مع عدد مولته ب�شرط ثبوت كل من ال�شغط ودرجة الحرارة. وي�شتخدم مبداأ اأفوجادرو

ف���ي تعيي���ن الكتل الجزيئية للغ���ازات ثم الكتل الذري���ة للعنا�شر الداخلة في تكوي���ن هذه الغازات

واعتم���د ف���ي ذلك على اأن الكتلة الذرية للهيدروجين =1 اأن جزيئه يتكون من ذرتين اأي اأن الكتلة

الجزئي���ة ل���ه = 2 ، ثم يتم تعيين كثافة الغاز المراد تعيين كتلت���ه الجزيئية ومقارنتها بكثافة غاز

الهيدروجين تحت نف�ض الظروف وتعرف الن�شبة يبن كثافة الغاز اإلى كثافة الهيدروجين بالكثافة

الن�شبية للغاز وب�شرب هذه الكثافة الن�شبية فى ) 2 ( تنتج الكتلة الجزيئية للغاز.

H2 + Cl2 2HCl

اإن المعامالت التي تو�ســـع اأمام �ســـيغ الغازات في المعادلة الرمزية هي نف�ســـها الن�ســـب بين

حجـــوم هـــذه الغـــازات حيـــث اأن هـــذه المعامـــالت تـــدل علـــى عدد المـــولت فمثـــال تفاعل غاز

الهيدروجين مع غاز الكلور ليتكون غاز كلوريد الهيدروجين:

)g(

)g()g(

حالت المادة

22كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلوجد من خالل التجارب العملية و من خالل قانون اأفوجادرو : اأن حجم اأي كمية من الغاز �شيكون ثابتا ا

عند ثبوت درجة الحرارة و ال�شغط وفيما اإذا كانت تكون هذه الكمية عبارة عن مول واحد فقط فاإن حجمها

ي�شم���ى بالحج���م المولي و يرمز له بالرمز ) Vm ( و لقد وجد اأن حج���م المول الواحد من اأي مادة غازية

جزيئا 23

عند الظروف القيا�شية ) درجة �شفر°م � و �شغط جوي واحد ( هو 22.4 لتر اأي اأن كل 6.02×10

من اأية مادة غازية تحتل 22.4 لترا على درجة �شفر°م و �شغط جوي واحد

عدد المولت =

كتلة المول الواحد من N2= 2 × 14 = 28جم

عدد المولت = = 1مول

من معادلة الحالة الغازية :

1- ما حجم 28 جرام من غاز النيتروجين عند الظروف القيا�سية ؟

2- ما حجم الأك�سجين في ال�سروط المعيارية الالزمة لإنتاج 9 جم من بخار

الماء ؟

الحل :الكتلة بالجرام

كتلة المول الواحد

28

P × V = n× R ×T

28

n . R .T

P =V

)V) 273 × 0.082 × 1 = = 22.4 لتر

1

عدد مولت بخار الماء =

كتلة المول من الماء = 16 + ) 2× 1 ( = 18

-1

-2

الكتلة بالجرام

كتلة المول الواحد

حالت المادة

23كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

عدد مولت الماء= = 0.5 مول 9

18

من معادلة التفاعل :

يت�ب�ي���ن اأن 0.5 م���ول م���ن بخار الماء ينتج م���ن 0.25 مول من الأك�شجي���ن حجم المول من

الأك�شجين في ال�شروط المعيارية = 22.4 لتر

حجم الأك�شجين الالزم = 22.4*0.25

= 5.6 لترا .

2H2)g( + O2)g( 2H2O)g(

1 - ما عدد الجزيئات في لتر من الهيدروجين عند �سفر °م و �سغط جوي واحد؟

................................................................................................

................................................................................................

و�ســـغط 27°م حـــرارة درجـــة عنـــد لتـــر 5 فـــي الكربـــون اأك�ســـيد ثانـــي مـــن كـــم جرامـــا -2

جوي واحد ؟

................................................................................................

................................................................................................

3- ما حجم 3 مول من غاز CO2 في الظروف المعيارية ؟

................................................................................................

................................................................................................

000

حالت المادة

24كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

وحده ي�شغل حجم الإناء و يمكن التعبير عنه ريا�شيا كما يلي :

ف���اإذا كان لدين���ا في وعاء حجمه V خليط م���ن ثالثة غازات ) اأك�شجين و نيتروجي���ن و ثاني اأك�شيد كربون (

ف���اإن ال�شغط الكلي للخلي���ط ) PT( = �شغط الأك�شجين + �شغط النيتروجين + �شغط ثاني اأك�شيد الكربون.

اإن �شغ���ط كل م���ن الغ���ازات يعتمد على ع���دد جزيئاته الموجودة ف���ي الوعاء ولي�ض على نوع ه���ذه الجزيئات

فل���و ا�شتبدلنا جزيئات الأك�شجين بجزيئات الهيدروجي���ن فلن يوؤثر ذلك على ال�شغط الكلي للخليط و يمكن

التاأكد من هذه الحقيقة با�شتخدام معادلة الحالة الغازية

T × R × عدد مولت ثاني اأك�شيد الكربون

V

T × R × مجموع عدد المولت في الوعاء ) n (

V

T × R × عدد مولت الأك�شجين

V

T × R

عدد مولت النيتروجين ×

V

= PO2

=

PN2

= PCO2

) �شغط الخليط (

PT = P1

+ P2

+ P3

...............+ Pn

Daltons' Law at Partial Pressures :قانون دالتون لل�سغوط الجزئية

ف���ي ع���ام 1801م وجد دالت���ون من خالل تجارب���ه على مزيج من غ���ازات ل يوجد بي���ن مكوناتها تفاعل

كيميائ���ي ب���اأن " ال�شغط الكلي لخليط من عدة غ���ازات ي�شاوي مجموع �شغوطها الجزئي���ة" و بعبارة اأخرى

ي�شل���ك كل غ���از من غازات المزيج �شغطه الخا�ض به بغ�ض النظر عن الغ���ازات الموجودة معه و كما لو كان

=

PT

حالت المادة

25كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

الحل :

اإذا جمع 223 مللتر من الهيدروجين فوق الماء و كانت درجة الحرارة 25°م

وال�سغط 74.2 �سم زئبق فكم جراما من الهيدروجين تم جمعه ؟

علما باأن �سغط بخار الماء عند 25°م = 2.4 �سم زئبق

74.2 �شم زئبق هي عبارة عن �شغط الهيدروجين + �شغط بخار الماء

�شغط الهيدروجين = 74.2 – 2.4 = 71.8�شم زئبق ، �شغط جوي 71.8

76

71.8 223

76 1000

كتل���ة الهيدروجي���ن بالج���رام = عدد م���ولت الهيدروجي���ن × كتلة الم���ول من غاز

الهيدروجين = 0.00863 × 2 = 0.01726 جراما

PV = n R T = n

P V

R T

×

) 25 + 273 ( × 0.82

= n

n = 0.00863 مول من الهيدروجين

حالت المادة

26كيمياء )2(

ل و

لأ ا

ل�س

فلا

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

1- ما �سغط خليط مكون من 4 جم من الأك�سجين , 7 جم نيتروجين , 6×10 23 جزيء هيدروجين

و 0.2 مول من ثاني اأك�سيد الكربون في وعاء حجمه 10لتر عند درجة حرارة 27°م ؟

2- اإحدى طرق تح�سير غاز الهيدروجين ت�سمل تفاعل عن�سر من المغني�سيوم اأو الخار�سين

مع حم�ض الكلور اأو حم�ض الكبريت و يجمع الهيدروجين في وعاء فوق الماء .

اأ - اكتب معادلة التفاعل .

ب - اح�سب حجم الهيدروجين الذي يمكن تح�سيره من تفاعل 1جم من المغني�سيوم مع كمية

منا�سبة من محلول حم�ض الكبريت في درجة 25°م و �سغط جوي واحد؛ علما باأن �سغط

بخار الماء هو 2.4 �سم زئبق .

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

27

اأ�صئلة الف�صل الأول

�ض1 : اختر الإجابة ال�سحيحة :

اأ - ال�سكل الذي يمثل �سلوك الغاز المثالي هو:

اأ ( ب( ج( د(

فاإن قيمة �ض ت�ساوي :

اأ ( 3 ب ( 6 ج ( 7 د ( 5

و - برفع درجة حرارة غاز مثالي اإلى ال�سعف و عند ثبات ال�سغط فاإن الحجم :

اأ ( يزيد اإلى ال�شعف ب ( يقل اإلى الن�شف ج ( ل يتغير د ( يتال�شى

ب - اإذا كانت درجة حرارة غاز ت�ساوي 30°م فاإن درجة حرارته المطلقة ت�ساوي :

اأ ( 30 ب ( 273 ج ( 243 د ( 303

جـ - تتنا�سب �سرعة حركة جزيئات الغاز عك�سيا مع :

اأ ( عددها ب ( ثقلها ج ( نوعها د ( ب + ج

د - تعتمد الخوا�ض الفيزيائية للغازات على :

اأ ( الحجم ب ( ال�شغط ج ( درجة الحرارة د ( جميع ما تقدم

هـ - يو�سح الجدول التالي العالقة بين درجة الحرارة المطلقة و حجم الغاز عند ثبات ال�سغط

درجة الحرارة المطلقة

حجم الغاز باللتر

300 400 500

5 4 �ض

28

�ض2 ـ ف�سر الظواهر التالية من خالل قوانين الغازات :

اأ - تزايد حجم الفقاقيع المنطلقة من الغوا�ض كلما اقترب من �شطح الماء .

ب - يقل حجم البالون المملوء بالهواء عند و�شعه في وعاء من النيتروجين ال�شائل درجة

م (. ° حرارته - 196

ج� - يزداد حجم الرئتين في عملية ال�شهيق و يقل في عملية الزفير.

ذ الح�سابات التالية: �ض3 ـ نف

اأ - ما عدد الجزيئات في 1�شم3 من غازالنيتروجين في ال�شروط المعيارية ؟

ب - و �ش���ع خلي���ط م���ن 10 جم من الهيدروجي���ن، 64 جم م���ن الأك�شجين في وعاء حجم���ه 10 لتر في

م :° درجة حرارة 25

1- اح�شب �شغط المزيج.

م كم° 2- اإذا ج���رى تفاع���ل بي���ن الهيدروجي���ن و الأك�شجي���ن لإنت���اج بخ���ار الم���اء على درج���ة 400

يكون ال�شغط بعد انتهاء التفاعل؟

م كم يكون ال�شغط بعد التفاعل ؟° 3- اإذا برد وعاء التفاعل اإلى 25

م و �شغط°ج� - ت�شغل عينة من غاز الميثان الجاف حجما قدره 368�شم3عند درجة حرارة 21

752 مليمت���ر زئب���ق. ف���اإذا م���ررت ه���ذه العين���ة في الم���اء و اأعي���د جمع الغ���از عند نف����ض درجة

ي�شاوي

م°الح���رارة و ال�شغ���ط كم يكون حجم غ���از الميثان علما ب���اأن �شغط بخار الماء عن���د 21

18.7 مليمتر زئبق .

�ض4 ـ ما مقيا�ض درجة الحرارة الواجب ا�ستخدامه في:

اأ - م�شائل قانون �شارل.

ب - م�شائل قانون الحالة الغازية.

ج� - م�شائل القانون العام للغازات.

د - م�شائل قانون بويل.

المحاليـل

يتوقع منك بنهاية هذا الف�سل اأن :

تميز بين الأنواع المختلفة للمحاليل. -1

تتعرف العوامل الموؤثرة على عمليات ذوبان الغازات والمواد ال�شلبة وال�شوائل. -2

تقارن بين المحاليل من حيث قابليتها للتو�شيل الكهربائي. -3

ت�شرح الطرق المتبعة للتعبيرعن تركيز المحاليل . -4

تحل تطبيقات ح�شابية للتعبير كميا عن تركيز المحاليل . -5

تطبق عمليات تخفيف المحاليل با�شتخدام الح�شابات الالزمة. -6

تتعرف الخوا�ض التجميعية للمحاليل -7

تح�شب الكتلة الجزيئية للمواد با�شتخدام خا�شيتي الرتفاع في درجة الغليان والنخفا�ض في -8

درجة التجمد .

تذكر اأهمية المحاليل في حياتنا اليومية . -9

الأهداف

30

اأنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق

التعبير عن تركيزها

تعتب���ر درا�ش���ة المحالي���ل ذات اأهمية في تق���دم الكيمياء ،

فبالنظ���ر اإلى ماحولنا نجد اأنه من النادر جدا اأن نجد مادة نقية

فمعظ���م المواد الطبيعي���ة المحيطة بنا مثل مي���اه البحر والهواء

والأحج���ار الكريم���ة والمع���ادن الطبيعي���ة هي محالي���ل . وتتكون

المحالي���ل عادة من مادة واح���دة اأو اأكثر مذابة في مادة اأخرى .

واأكث���ر المحاليل �شيوعا هي المحالي���ل ال�شائلة المذابة فيها

الجوام���د وال�شوائل . وفي هذا الف�شل �شوف نتعرف على بع�ض اأنواع المحاليل المختلفة واأهميتها والعوامل

الت���ي توؤثر عل���ى ذوبان بع�ض المواد ف���ي مذيبات معينة وخوا����ض المحاليل ) الخوا����ض التجميعية( وطرق

التعبير عن تركيزها كميا .

المقدمة

31

�شكل ) 2-1( ماء البحر

المحلول و مكوناته

- عن���د اإ�شافة كمية معين���ة من ملح الطعام اإلى كمية

معينة من الماء على ماذا نح�شل ؟

- هل هناك اختالف في توزيع الملح في جميع اأجزاء

المحلول ؟

- ادر�ض اإمكانية روؤية دقائق الملح في الماء .

- هل هناك ميل لف�شل المكونات عن بع�شها البع�ض

ب�شهولة ؟

- اأيهما يوجد بن�شبة كبيرة في محلول الملح اأم الماء؟

- ماذا ن�شمي الملح ؟ و ماذا ن�شمي الماء ؟

�شكل ) 2-2 ( ذوبان ملح الطعام في الماء

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

32كيمياء )2(

. اأجزائه جميع في الخوا�ض و التركيب • متجان�ض . ) الإلكتروني المجهر / المجردة العين ( كانت و�شيلة باأية مكوناته دقائق تمييز ال�شعب • من

• ل يمك���ن ف�ش���ل مكونات���ه حي���ث اأن حجم دقائقه يكون �شغي���را جدا وتتوزع بانتظام ف���ي جميع اأنحاء المحلول .

اأم���ا المخالي���ط الت���ي يمكن تميي���ز مكوناتها بالعين المج���ردة اأو بالمجهر و يمكن ف�شله���ا ب�شهولة ت�شمى

solvent و المذيـــب solute مخالي���ط غي���ر متجان�ش���ة . ويتك���ون المحل���ول من مكوني���ن هم���ا المـــذاب

وعل���ى الرغ���م م���ن اأن���ه لتوجد قواعد محددة نف���رق على اأ�شا�شها بي���ن المذيب و الم���ذاب اإل اأن النظام

المتفق عليه هو اأن ي�شار اإلى المادة الموجودة بكمية اأكثر بالمذيب و المادة الموجودة بكمية اأقل بالمذاب .

ما الفرق بين محلول ملح الطعام في الماء وم�شحوق الطبا�شير في الماء ؟

خطوة )1(

خطوة )2(

المذيب

المذاب

المحلول

H1

خطوة )3( H3

H2

�شكل ) 2-3 ( تكون المحلول من المذيب والمذاب

يعرف المحلول باأنه خليط يتكون من مادتين اأو اأكثر منت�شرة بع�شها في بع�ض ويمتاز باأنه :

33

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

اأنواع المحاليل

نح���ن نع���رف اأن محلول ملح الطعام يتكون من الماء والملح بينما اله���واء يتكون من الأك�شجين والنيتروجين

وغازات اأخرى . ي�شمى المحلول ثنائيا اإذا كان مكونا من مادتين وثالثيا اإذا تكون من ثالث مواد وهكذا ....

والمحليل الثنائية هي الأكثر �شيوعا و�شوف نقت�شر في درا�شتنا لهذا الف�شل على ت�شنيف المحاليل الثنائية .

ت�شنف المحاليل ح�شب حالة المذيب، وحيث اأن المذيب، يمكن اأن يوجد على ثالث حالت وهي الغازية،

وال�شائل���ة وال�شلبة فاإنه بالإمكان وجود ثالثة اأطوار من المحاليل ويوجد لكل طور من المحاليل ثالثة اأطوار

ح�شب حالة المذاب .

حاول اأن ت�شنف المحاليل التالية : �شكر في الماء ، هيدروجين في البالتين ، ثاني اأك�شيد الكربون

في الماء ، ال�شبائك ، دقائق الغبار في الهواء .

نوع المحلول حالة المذاب حالة المذيب اأمثلة المحاليل

ثاني اأك�شيد الكربون في الماء

الأ�شيتون في الماء

ملح الطعام في الماء

الهيدروجين في البالتين

ال�شبائك كالبرونز

الزئبق في الف�شة

الهواء الجوي

دقائق الغبار في الهواء

جزيئات بخار الماء في الهواء

حدد حالة المذاب ، حالة المذيب ، نوع المحلول من خالل الجدول التالي :

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

34كيمياء )2(

بالرج���وع اإل���ى م�شادر المعلوم���ات المتوفرة لديك ه���ات اأمثلة لمحاليل مختلفة غي���ر التي وردت في

الجدول ال�شابق .

للمحاليل اأهمية كبرى في حياة الإن�شان والحيوان والنبات ، فعمليات تمثيل الغذاء

تعتمد على تحويل المواد الغذائية اإلى محلول كما اأن جميع ال�شوائل الف�شيولوجية الهامة في الج�شم

كالدم واللمف هي من المحاليل .

وعموما فالمحاليل ال�شائ��لة ) �ش���واء اأكان الم�ذاب غازا اأم �شائال اأم �شلبا ( تعتبر اأكثر �ش��يوعا واأهمية

م���ن بقية اأن���واع المحاليل في التغي���رات والح�شاب���ات الكيميائية والظواه���ر الم�شاحبة له���ا، ولهذا �شنقوم

بدرا�شتها ب�شيء من التف�شيل وخا�شة المحاليل المائية التي يكون فيها الماء ال�شائل مذيبا .

محاليل الغازات في ال�سوائل

ف���اإن كذل���ك كاله���واء بع�شه���ا ف���ي الغ���ازات تختل���ط

الغ���ازات يمك���ن اأن ت���ذوب ف���ي ال�شوائ���ل مكونة محل���ول الغاز

ف���ي ال�شائ���ل ويلع���ب ذوبان الغ���از ف���ي ال�شائ���ل دورا ذا اأهمية

حيوي���ة كبيرة، فالمق���دار الب�شيط الذي يذوب���ه الأك�شجين في

مي���اه الأنه���ار والبحار يكف���ي لدوام حي���اة المخلوق���ات الحية

فيه���ا، وقابلية الذوب���ان في الدم ي�ش���رت عملي���ة التنف�ض التي

CO2 يقوم به���ا الأحياء، ول���ول ذوبان ثان���ي اأك�شي���د الكربون

�شكل ) 2-4 ( مخلوقات بحرية

35

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

من خالل النظر اإلى الجدول ال�سابق :

- ما �شبب اختالف ذائبية الغازات ال�شابقة في الماء ؟

- ما المق�شود بطبيعة الغاز ) المذاب ( ؟

- اأي الغازات ال�شابقة قطبي و اأيها غير قطبي ؟

NH3HClSO2H2SCO2O2N2Heالغاز

0.009 0.024 0.05 1.7 4.6 80 500 1300 الذائبية في الماء

جدول ) 2-1( ذائبية بع�ض الغازات المختلفة في )100 ( جرام من الماء عند �شفر°م و�شغط جوي واحد

ف���ي الم���اء لما تك���ون الرخام " المرم���ر " و ال�شخور الكل�شي���ة . و تعـــرف ذائبية الغاز فـــي ال�ســـائل باأنها :

كتلة الغاز التي تذوب في كتلة محددة من ال�سائل )100 جرام ( تحت �سغط معين و درجة حرارة معينة .

العوامل الموؤثرة على ذائبية الغازات في ال�سوائل

تعتمد ذائبية الغازات في ال�سوائل ) كالماء مثال ( على عدة عوامل منها :

1- طبيعة الغاز ) المذاب ( :

وجد اأن هناك اختالفا كبيرا في ذائبية الغازات في الماء كما يت�شح من الجدول الآتي :

- هل الماء مذيب قطبي و لماذا ؟

- متى تكون الغازات �شحيحة الذوبان في الماء و متى تكون عالية الذوبان في الماء ؟

تق�سم الغازات من حيث ذوبانها في الماء اإلى :

اأ- �ســـحيحة الذوبـــان في الماء : و ه���ي التي ل تتفاعل كيميائيا مع الماء مثل الأك�شجين والهيدروجين

و النيتروجي���ن و يع���ود ال�شب���ب في ذل���ك اإلى اأن قوى التجاذب بين دقائ���ق الغاز وجزيئات المذيب

) الماء ( هي قوى �شعيفة ) قوى لندن (.

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

36كيمياء )2(

ب-عاليـــة الذوبـــان : وه���ي التي تتفاعل كيميائيا مع الماء مثل الن�ش���ادر و كلوريد الهيدروجين و ثاني اأك�شيد

الكبريت و يعود ال�شبب في ذلك اإلى اأن قوى التجاذب بين دقائق الغاز ) المذاب ( وجزيئات ) المذيب(

عالية ب�شبب قطبية المذاب والمذيب .

2- طبيعة ال�سائل ) المذيب (

تختل���ف الغ���ازات ف���ي ذائبيته���ا ف���ي المذيب���ات المختلفة كم���ا يت�شح م���ن الج���دول التالي ال���ذي يبين

م .5

ذائبية الأك�شجين في بع�ض المذيبات الم�شهورة عند 20

المذيب

ذائبية الأك�سجين فيه

ثنائي اإيثيل اإيثراأ�سيتوناإيثانولالماء

0.0280.140.2080.416

جدول) 2-2 ( ذائبية الأك�شجين في مذيبات مختلفة عند 20°م0

HCl)g( + H2O)l( H3O+

)aq( + Cl-

)aq(

NH3)g( + H2O)l( NH4+

)aq( + OH-

)aq(

من خالل النظر اإلى الجدول ال�سابق :

- ما �شبب اختالف ذائبية الأك�شجين في المذيبات ال�شابقة ؟

- قارن بين المذيبات ال�شابقة من حيث القطبية ؟

- ف�شر اختالف ذائبية الأك�شجين في المذيبات ال�شابقة ؟

عموم���ا فق���د وج���د اأن اأف�شل مذي���ب لغاز ما هو المذي���ب الذي تكون في���ه القوى الجزيئي���ة مت�شابهة مع

مثيالته���ا ف���ي الغ���از ، فهناك تعمي���م مفيد ي�شت�شه���د به كثيرا ف���ي الكيمياء و ه���و اأن ال�شبيه يذي���ب ال�شبيه

. )likes dissolve likes(

37

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

3- درجة الحرارة

ال�ش���كل التال���ي يو�شح منحن���ى ذائبي���ة الغازات

ف���ي الم���اء عن���د �شغ���ط ج���وي واح���د و درجات

حرارة مختلفة .

دقـــق فـــي ال�ســـكل ال�ســـابق ثـــم اأجب عمـــا يلي :

- قارن بين ذائبية الغازات ال�شابقة عند درجة

و 40°م ؟

20°م

- م���اذا يحدث لذائبية الغ���ازات بارتفاع درجة

الحرارة ؟

عن���د اإذابة غاز في �شائل تتحرر كمية م���ن الطاقة الحرارية توؤدي اإلى خف�ض طاقة حركة جزيئات الغاز

مم���ا ي�شاع���د ال�شائل على الحتفاظ بالغاز ، و عن���د رفع درجة الحرارة تكت�شب جزيئات الغاز طاقة حركية

كافية لخروجها من ال�شائل ، لذا فاإن ذائبية الغازات في ال�شوائل تقل بارتفاع درجة الحرارة .

1- �سائل يحتوي على عدة غازات مذابة اقترح طريقة للتخل�ض من الغازات المذابة فيه .

2- اذكر تف�سيرا منا�سبا لكل مما يلي:

اأ- ظهور فقاقيع �سغيرة عند ت�سخين الماء.

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

CO

O2

CH4

زغا

الن

م )

ر لت

/ل

وم

ي مل

(ة

يبئذا

ال

2.0

1.0

50 40 30 20 10 0

�شكل ) 2-5( منحنى الذائبية لبع�ض الغازات

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

38كيمياء )2(

ب- الطعم عديم النكهة ) الطعم المميز للماء( للماء المغلي.

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

بالرج���وع اإلى م�ش���ادر المعلوم���ات المتوفرة لديك ابحث ع���ن �شبب ارتفاع ذائبي���ة بع�ض الغازات

بارتفاع درجة الحرارة .

4- ال�سغط :

من الجدير بالذكر اأن تاأثير ال�شغط ل يظهر اإل عند اإذابة الغازات في ال�شوائل و يمثل الجدول التالي

تغير ذائبية CO2 في الماء بتغير �شغط الماء عند25°م

جدول ) 2- 3 ( ذائبية CO2 في الماء عند �شغوط مختلفة عند 25°م

0.36�سغط غاز CO2 )جوي(

ذائبية غاز CO2 ) مول / لتر (

0.651.21.61.1.78

0.0120.0220.0410.0540.06

من خالل الجدول ال�سابق :

؟ ال�شغ���ط بازدي���اد CO2 لذائبي���ة يح���دث م���اذا •CO2 و�شغط���ه. ذائبي���ة بي���ن العالق���ة بياني���ا مث���ل •مم���ا �شب���ق نالح���ظ اأن���ه عن���د ثب���وت درج���ة الح���رارة

بزيادة �شغطه فوق �شطح الماء لأن

CO2 تزداد ذائبية

CO2 زيادة ال�شغط توؤدي اإلى زيادة في تركيز جزيئات

ةيبئذا

ال

ال�شغط

39

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

ف���وق �شط���ح الماء وهذا يوؤدي اإل���ى زيادة ذوبان CO2 في الم���اء. وقد لخ�ض العالم هن���ري)Henry ( اأثر

ال�شغ���ط على ذوبان اأي غاز في �شائل في قان���ون ي�شمى بقانون هنري ) Henry،s Law ( الذي ين�ض على

اأنه عند ثبوت درجة الحرارة تتنا�ســـب كتلة الغاز الذي يذوب في كتلة معينة من �ســـائل تنا�ســـبا طرديا مع

�سغط الغاز الواقع فوق �سطح ال�سائل . اأي اأن : -

ذائبية الغاز �شغط الغاز

ذائبية الغاز = ثابت × �شغط الغاز

وهذا المقدار الثابت ي�شمي ثابت هنري وقيمته تعتمد على نوع الغاز :

جدول )2-4( ثابت هنري لبع�ض الغازات

الغاز

ثابت هنري ) مول / لتر. جوي (

N2O2CO2

4-10×7

3-10×1.3

2- 10 × 3.3

م���واد خا�شة ال���رذاذ محالي���ل م�شغوط���ة من عل���ب • تح���وي كمزي���الت الروائ���ح والمبي���دات الح�شري���ة والدهان���ات فعند

تحري���ر ال�شغط بكب�ض ال���زر يتفور المذيب ف���ي العلبة ويدفع

المحلول عب���ر المنفث . وهكذا ينبعث ر�شا����ض )رذاذ( دقيق

من محتويات العلبة كلما كب�ض الزر .

• ي���ذوب اله���واء ال���ذي ي�شتن�شق���ه الغطا�شون في ال���دم مكونا محل���ول . ف���اإذا �شعد الغطا����ض فجاأة اإلى �شط���ح الماء ينطلق

اله���واء من المحل���ول مكونا فقاقيع هوائي���ة وهذه حالة خطرة

تع���رف بالتحني، ولتفادي ح���دوث ذلك ي�شتخ���دم الغطا�شون

مزيج���ا م���ن الأك�شجين والهيلي���وم بدل م���ن النيتروجين لأن

الهيليوم اأقل ذائبية من النيتروجين في الدم.

�شكل )2-6 ( علبة الرذاذ

ال�شغط

مواد مذابة

�شكل ) 2-7 ( غطا�ض ي�شتخدم

مزيج الهيليوم والأك�شجين

...

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

40كيمياء )2(

........................................................

........................................................

........................................................

........................................................

�شكل )2-8 ( م�شروبات غازية

1- عنـــد فتـــح زجاجـــة الم�ســـروبات الغازيـــة ي�ســـمع

�ســـوت ي�ســـبه الفرقعة وتنطلق فقاعـــات غازية .

كيف يمكن تف�سير ذلك ؟

2 - اح�سب ذائبية غاز O2 في ماء البحار الذي يتالءم واحتياجات المخلوقات البحرية اإذا علم اأن

مقدار ما ي�سهم به O2 في ال�سغط الجوي ي�ساوي0.21�سغط جوي ) بالرجوع اإلى ثوابت هنري(.

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

وكبقي���ة قوانين الغازات فاإن قانون هنري ينطبق بدق���ة فقط على الغازات المثالية والمحاليل المخففة.

اأما الغازات التي تكون مركبات مع المذيب اأو تكون لها خا�شية التجمع اأو التفكك عند دخولها الطور ال�شائل

فاإنه���ا تحي���د عن القانون فمثال ل يمكن تطبي���ق القانون على الن�شادر ب�شبب ح���دوث تفاعل بينه وبين الماء

ح�شب المعادلة التالية :

NH3)g( + H2O)l( NH4+

)aq( + OH-

)aq(

ول على كلوريد الهيدروجين ب�شبب تفككه في المحاليل المائية ح�شب التفاعل :

HCl)g( + H2O)l(

H3O+

)aq( + Cl-

)aq(

41

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

الأدوات والمـــواد المطلوبة :

اأنابي���ب اختبار - ماء مقطر-

غول - بنزين - �ش���كر -

- ي���ت ز - م يو د ل�شو ا يد ر كلو

نترات ال�شوديوم - يود

خطوات العمل

-1 �ش���ع ف���ي خم����ض اأنابيب اختب���ار كمي���ات منا�شبة م���ن الماء

المقطر.

-2 اأ�شف كميات منا�شبة من كلوريد ال�شوديوم، وال�شكر ، الزيت،

نترات ال�شوديوم واليود اإلى الأنابيب الخم�ض على التوالي.

3 - رج الأنابيب ولحظ ذوبان المواد الم�شافة في الماء .

-4كرر الخط���وات ال�شابقة مع ا�شتبدال الم���اء بالبنزين ، الغول.

ن مالحظاتك في الجدول التالي : دو

تركيز محلول المادة ال�شلبة في ال�شائل عند درجة حرارة معينة يعد من الخ�شائ�ض المهمة للمحلول ،

وتعرف ذائبية المادة ال�شلبة في �شائل معين ) الماء ( عند درجة حرارة معينة باأنها اأكبر كتلة من المادة

ال�سلبة التي يمكن اأن تذوب في ) 100 جرام ( من ال�سائل ) الماء ( عند تلك الدرجة .اأو هي عدد جرامات

المذاب التي تذوب في 100 جرام من ال�سائل ) الماء ( عند درجة حرارة معينة لنح�سل على محلول م�سبع .

العوامل الموؤثرة على ذائبية المواد ال�سلبة في ال�سوائل

تعتمد ذائبية المواد ال�سلبة في ال�سوائل على عدة عوامل منها :

1- طبيعة المذاب والمذيب :

محاليل المواد ال�سلبة في ال�سوائل

) 2- 1 ( اأثر المذاب على المذيب

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

42كيمياء )2(

المذيب

كلوريد

ال�سوديومالزيتال�سكر

نترات

ال�سوديوماليود

ماء

كحول

بنزين

. الجدول في القطبية وغير القطبية المذيبات • حدد ؟ القطبية المذيبات في تذوب المواد • اأي

؟ الن�شبة بنف�ض المواد هذه تذوب • هل ؟ القطبية المذيبات في ذائبيتها اختالف �شبب • ما

. ؟ القطبية غير المذيبات في تذوب المواد • اأي ؟ ذوبانها ن�شبة على تالحظ • ماذا

؟ القطبية غير المذيبات في ذائبيتها اختالف �شبب • ما

ن�شتنت���ج م���ن ه���ذا الن�ش���اط اأن ذائبي���ة الم���واد ال�شلبة ف���ي ال�شوائ���ل تعتمد عل���ى اأن���واع الروابط في

جزيئ���ات كل م���ن المذيب والمذاب والتجاذب الذي ين�شاأ بينهما . فالجزيئ���ات الأيونية والمركبات الع�شوية

القطبي���ة ت���ذوب ف���ي ال�شوائ���ل القطبي���ة ول تذوب ف���ي ال�شوائ���ل غير القطبي���ة ، اأم���ا الجزيئ���ات الع�شوية

غي���ر القطبي���ة ت���ذوب ف���ي ال�شوائل غي���ر القطبي���ة ول تذوب ف���ي ال�شوائ���ل القطبي���ة ، ومن ه���ذا ن�شتنتج :

.) likes dissolve likes( اأن ال�سبيه يذيب ال�سبيه

43

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

بالتعاون مع زمالئك ، وبالرجوع اإلى م�شادر المعلومات ، حاول اأن ت�شع تف�شيرا علميا دقيقا لكل مما يلي :

. البنزين الماء وعدم ذوبانه في الطعام ( في الأيوني ) ملح المركب • ذوبان

• ذوبان المركب الت�شاهمي القطبي ) ال�شكر ( في الماء .

• ذوب���ان المرك���ب الت�شاهم���ي غير القطبي ) الزيت ( في البنزين وعدم ذوبانه في الماء.

يذوب كل من فيتامين B وفيتامين C في الماء ، ولذلك فاإنهما غير قابلين

للتخزي���ن ف���ي الج�شم مدة منا�شبة لهذا من ال�شروري اأن تك���ون الوجبات اليومية محتوية عليهما ،

بالمقابل فاإن فيتامينات K ، E ، D ، A تذوب في مذيبات غير قطبية كالأن�شجة الدهنية في الج�شم

ويخ���زن بع�شه���ا في الج�شم مدة طويل���ة ، فتحفظ بم�شيئة اهلل من الإ�شاب���ة بالأمرا�ض التي ي�شببها

نق�ض هذه الفيتامينات اإل اأن زيادة تخزين بع�شها في الج�شم �شارة ف�شبحان القائل في كتابه العزيز

2- درجة الحرارة:

عند اإذابة مادة �شلبة في �شائل ما ) كالماء( فاإنه يح�شل تغير في الطاقة ، لذا �شوف ندر�ض التغيرات

الت���ي تح���دث في الطاقة نتيجة لإذابة مادة �شلبة في ال�شائل اأول قبل درا�شة اأثر درجة الحرارة على المادة

ال�شلبة في ال�شائل .

)�شورة الفرقان اآية : 2(

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

44كيمياء )2(

الأدوات والمواد المطلوبة :

ثالث���ة اأنابي���ب اختب���ار - م���اء

ترمومت���رات ثالث���ة مقط���ر-

- ال�شودي���وم هيدروك�شي���د -

نت���رات البوتا�شي���وم - كلوري���د

ال�شوديوم .

) 2-2 ( تاأثير اإذابة مادة �سلبة في �سائل.

خطوات العمل

1- �ش���ع ف���ي ثالثة اأنابي���ب اختب���ار كمية منا�شبة م���ن الماء

المقطر .

2- اأ�ش���ف كمي���ات منا�شبة من الم���واد التالي���ة: هيدروك�شيد

ال�شودي���وم، نت���رات البوتا�شيوم ، كلوري���د ال�شوديوم اإلى

الأنابيب الثالثة على التوالي .

3- رج الأنابيب الثالثة ، وق�ض درجة حرارتها .

ن مالحظاتك في الجدول التالي : 4 - دو

المواد

المالحظة

كلوريد ال�سوديومهيدروك�سيد ال�سوديوم نترات البوتا�سيوم

من الن�شاط ال�شابق ن�شتنتج اأن هناك بع�ض المواد ينتج عند ذوبانها في مذيب معين ارتفاع درجة الحرارة

ف���ي المحل���ول اأي اأن عملية الذوبان ي�شاحبها اإ�شع���اع للحرارة و ت�شمى عملية ذوبان ط���اردة للحرارة ، بينما

ي�شاح���ب ذوب���ان بع�ض المواد امت�شا�ض للحرارة و ت�شمى عملي���ة ذوبان ما�شة للحرارة فكما اأن هناك نوعا

ثالثا من المواد ل ي�شاحب ذوبانها في مذيب معين اإ�شعاع اأو امت�شا�ض للحرارة .

45

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

ف���ي المركب���ات الأيونية تترت���ب الأيونات الموجب���ة و ال�شالبة مع بع�شها في �شبك���ة بلورية نتيجة

للتج���اذب الإلكترو�شتاتيك���ي الق���وي بي���ن الأيونات و يحت���اج ف�شل الأيون���ات الموجب���ة وال�شالبة اإلى

طاق���ة ت�شم���ى طاقة الترتي���ب البلوري ) طب ( فالم���واد ال�شلبة الأيونية لها ) طب (كبي���رة جدا اأما

المواد ال�شلبة الجزيئية فلها ) طب ( �شغيرة ب�شبب قوى التجاذب ال�شعيفة ن�شبيا بين الجزيئات .

لك���ي نفه���م �شب���ب امت�شا�ض الح���رارة اأو انطالقه���ا علينا اأن ن���درك اأن عملي���ة اإذابة مرك���ب اأيوني مثل

)NaCl(تنط���وي عل���ى ن���زع اأيون���ات م���ن الحال���ة ال�شلبة و و�شعهم���ا في محيط حيث تطوقهما

جزيئ���ات الم���اء و لنفتر�ض الآن اأن بمقدورنا ف�شل هاتين الخطوتين ففي الخطوة الأولى يتم ف�شل الأيونات ،

من الحالة ال�شلبة من خالل ك�شر ال�شبكة البلورية، لإبعاد الأيونات عن بع�شها و �شحبها ب�شكل ل

متناه بوا�شطة جزيئات المذيب؛ و تتطلب هذه العملية اإ�شافة مقدار من الطاقة ، اأي اأنها ما�شة للحرارة .

اأيونات معزولة ) طب ( مركب اأيوني �شلب

NaCl )s(

+ Na+

)aq(

+ Cl-)aq(طاقة

Na+

، Cl-

Na+

، Cl-

و في الخطوة الثانية يتم اإحاطة اأيونات ال�شوديوم والكلوريد المعزولة بجزيئات المذيب ) الماء ( بحيث

ت�شب���ح مطوقة بجزيئ���ات المذيب �شكل )2-9 ( اأي تكون مميهة .حيث تتوج���ه ذرات الهيدروجين التي تحمل

�شحنة موجبة جزئية في جزئيات الماء نحو الأيون

ال�شالب )الكلوريد ( وذرات الأك�شجين التي تحمل

�شحن���ة �شالبة جزئية في جزئيات الماء نحو الأيون

الموجب)ال�شوديوم( ب�شبب هذا التجاذب تنطلق

كمية من الطاق���ة تعرف با�شم طاقة التميه )طه(

Hydration Energy عن���د و�ش���ع اأي���ون �شمن

الماء، و يمك���ن الإ�شارة اإلى التغير الذي يحدث في

خطوة التميه هذه كما يلي : �شكل )2-9 ( ذوبان كلوريد ال�شوديوم في الماء

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

46كيمياء )2(

Na+

+ Cl-

+ H2O Na+

)aq( + Cl-

)aq(

حيث نالحظ اأن عددا من جزيئات الماء اأ�شبح مقيدا

باأيونات عند التميه في المحاليل المائية

و تقاب���ل ح���رارة ) طاق���ة ( الذوب���ان تغيي���ر الطاق���ة

النهائي الذي يحدث ، و ت�شاوي الفرق بين كمية الطاقة

الممت�شة ف���ي الخطوة الأولى ) طب ( و كمية الطاقة

المنطلقة خالل الخطوة الثانية ) طه ( .

و يمكن تو�شيح العالقة بين )طه ( و ) طب ( و حرارة

الذوبان من خالل ال�شكل التالي )11-2( :

Na+

، Cl-

�شكل )2-10( تغيرات الطاقة التي تحدث

عندما يذوب NaCl في الماء

عمليات الذوبان

لطارد ول ما�ض للحرارةما�ض للحرارةطارد للحرارة

عملية الذوبان �شعبةعملية الذوبان �شهلة

طب

طبطب طه

A+

+ B-

+ H2O A+

)aq( +B-

)aq( A+

+ B-

+ H2O A+

)aq(+B-

)aq( A+

+ B-

+ H2O + طاقة A+

)aq(+B-

)aq(

طه

طه

ف���ي الحقيق���ة يتغي���ر ذوب���ان الأج�ش���ام ال�شلب���ة في

ال�شوائل م���ع درجة الحرارة ، وم���ن المنا�شب تمثيل هذا

التغي���ر بالط���رق البيانية ع���ن طريق ر�شم كمي���ة المادة

المذابة كتابع لدرجة الحرارة ، و المنحنى الناتج ي�شمى

بمنحنى الذوبان )اأو خطوط الذائبية( .

�شكل) 12-2(

منحنيات الذائبية لعدد من الأمالح في الماء

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

NaNO 3

CaCl 2

NaClKCl

K 2Cr 2

O 7

Ce2)SeO4(3

KClO 3

KNO 3

Pb)NO 3

( 3

�شكل )11-2(

47

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

.............................................................................................

.............................................................................................

.............................................................................................

.............................................................................................

.............................................................................................

.............................................................................................

م���ن منحني���ات الذائبية نالحظ اأن معظم الأمالح تزداد ذائبيتها بزيادة درجة الحرارة ، وهذا يعني اأن

عملي���ة ذوبانها تك���ون ما�شة للحرارة ) المنحنى الت�ســـاعدي ( . و هناك اأمالح قليل���ة تقل ذائبيتها بزيادة

درج���ة الح���رارة و هذا يعني اأن عملي���ة ذوبانها تكون طاردة للحرارة ) المنحنـــى التنازلي ( . كما اأن هناك

اأمالح ل تتغير ذائبيتها بتغير درجة الحرارة و هذا يعني اأن عملية ذوبانها لي�شت ما�شة اأو طاردة للحرارة.

د كافة الفوائد الم�شتخل�شة من درا�شته . من خالل درا�شتك لمنحنيات الذوبان؛ عد

تمعن في ال�سكل ال�سابق و اأجب منه على ما يلي :

�ض°م( .

1- حدد الملح الذي له اأكبر ذائبية عند درجة )10

�ض°م ( .

2- حدد الملح الذي له اأقل ذائبية عند درجة )10

3 - ما هي الأمالح التي تزداد ذائبيتها بزيادة درجة الحرارة ؟ و ما نوع الذوبان في هذه الحالة ؟

4- م���ا هي الأمالح الت���ي تقل ذائبيتها بزيادة درجة الحرارة ؟ وما ن���وع الذوبان في هذه الحالة؟

5- ما ذائبية كل من KCl ،CaCl2 عند درجة 20°م ؟

و NaNO3 عند درجة 70°م ثم برد المحلول اإلى 50°م، اأي

KNO3 ر محلول م�شبع من 6- ح�ش

المحلولين �شوف يتر�شب اأول ؟

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

48كيمياء )2(

اأكيا����ض التبري���د الجاه���زة تحت���وي عل���ى كب�ش���ولت من

و ماء، عندما تك�شر وتمزج

NH4NO3 نت���رات الأمونيوم

محتوياته���ا تذوب النترات في الماء و ي���وؤدي ذوبانها اإلى

تاأثير بارد مثير للده�شة .

ماذا يحدث لذائبية الغاز و المادة ال�شلبة في ال�شائل اإذا وجدت في ال�شائل اأمالح متاأينة ) �شوائب(

خا�شة اإذا كانت تحتوي على اأيون من الأيونات المكونة للمادة المذابة ؟

قارن بين الحالت المختلفة لذوبان المواد ال�ســـلبة في ال�ســـوائل ح�ســـب ما هو مطلوب في

الجدول التالي :

وجه المقارنة

مثال

ذوبان طارد للحرارةذوبان ما�ض للحرارةذوبان ل ما�ض ول

طارد للحرارة

حرارة الذوبان

العالقة بين طه

و طب

اأثر انخفا�ض درجة

الحرارة على الذائبية

�شكل )13-2 (

49

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

التو�سيل الكهربائي للمحاليل المائية

الأدوات والمواد المطلوبة :

بطاري���ة - م�شب���اح كهربائي -

كاأ�شين زجاجيين - محلول ملح

الطعام - محلول �شكر ال�شكروز

- اأ�ش���الك تو�شي���ل - محلول

حم����ض الخ���ل ،محل���ول حم�ض

الكلور .

ن�ساط

1- �شع في كاأ�ض زجاجي محلول ملح الطعام .

ن دائرة كهربائية . 2- كو

3 - اأغل���ق الدائ���رة الكهربائية ع���ن طريق القاط���ع و لحظ ما

يحدث .

4 - كرر الخطوات ال�شابقة با�شتخدام محلول ) �شكر ال�شكروز – ثم

محلول حم�ض الخل – حم�ض الكلور( .

ن مالحظاتك في الجدول التالي : 5 - دو

المحاليل

محلول ملح الطعام

ال�ستنتاجالمالحظة

محلول �سكر ال�سكروز

محلول حم�ض الخل

محلول حم�ض الكلور

)2-3 ( درا�سة التو�سيل الكهربائي لبع�ض المحاليل

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

50كيمياء )2(

محلول ال�شكرمحلول حم�ض الخلمحلول كلوريد ال�شوديوممحلول حم�ض الكلور

- ما المحاليل التي ي�شيء فيها الم�شباح ؟ وماذا ت�شمى ؟

- ما المحاليل التي لم ي�شيء فيها الم�شباح ؟ وماذا ت�شمى ؟

- م���ا المحل���ول ال���ذي يعطي اإ�ش���اءة قوي���ة و المحلول ال���ذي يعطي اإ�ش���اءة �شعيف���ة ؟ وماذا

ي�شمى كل منهما ؟

..........................................................................................

..........................................................................................

..........................................................................................

من الن�ساط ال�سابق نجد اأنه يمكننا تق�سيم المحاليل من حيث قابليتها للتو�سيل الكهربائي اإلى :

: Electrolyte Solutions 1- محاليل اإلكتروليتية

و ه���ي المحاليل التي لها الق���درة على التو�شيل الكهربائي مثل محالي���ل الأحما�ض و محاليل القلويات

والأمالح في الماء و قدرتها على التو�شيل الكهربائي ناتجة من تفكك المذاب مثل كلوريد ال�شوديوم في

الم���اء اإلى ج�شيمات م�شحونة ت�شمى الأيونات )Ions( و ت�شم���ى الج�شيمات الم�شحونة ب�شحنات موجبة

بالكتيون���ات )Cations( اأم���ا ال�شالبة فت�شم���ى بالأنيونات )Anions( و توؤدي حرك���ة هذه الج�شيمات

المكهرب���ة اإلى جعل المحلول ذا قدرة على التو�شيل الكهربائي حيث تنتقل الأيونات الموجبة نحو القطب

ال�شالب و الأيونات ال�شالبة نحو القطب الموجب للبطارية ،وتق�شم المحاليل الإلكتروليتية اإلى :

51

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

Strong Electrolyte Solutions اأ - محاليل اإلكتروليتية قوية

و ه���ي محالي���ل جي���دة التو�شيل للتي���ار الكهربائي ، حيث تتف���كك جزيئات المذاب فيها تف���ككا كليا

ف���ي الم���اء اإلى اأيون���ات موجبة و�شالب���ة ومن اأمثلته���ا الأحما�ض والقواع���د القوية والأم���الح المتعادلة .

Weak Electrolyte Solutions ب- محاليل اإلكتروليتية �سعيفة

Non electrolyte Solution 2- محاليل ل اإلكتروليتية

وهي المحاليل التي ل تو�شل التيار الكهربائي حيث اأن المحلول ل يحوي اأيونات موجبة اأو �شالبة نظرا

لعدم تاأين اأو تفكك جزيئات المذاب اإلى اأيونات ،و من اأمثلتها المحلول المائي لكل من ال�شكر و الغول الإيثيلي.

�سنف المواد التالية ح�سب ما هو مطلوب في الجدول من خالل اإجراء التجارب :

المادة

محلول حم�ض الكلور

ليو�سلرديء التو�سيلجيد التو�سيل

محلول كلوريد الليثيوم

محلول كربونات ال�سوديوم

الماء النقي

محلول هيدروك�سيد البوتا�سيوم

الإيثانول

وهي محاليل رديئة اأو �شعيفة التو�شيل الكهربائي ، حيث تتفكك جزيئات المذاب فيها تفككا جزئيا

الماء ومن �شكل جزيئات ذائبة في المذاب على الأكبر من الجزء ويبقى اأيونات اإلى الماء في

اأمثلتها : الأحما�ض والقواعد ال�شعيفة ) الع�شوية ( والأمالح الحم�شية والقاعدية والماء النقي .

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

52كيمياء )2(

طرق التعبير عن التراكيز

نظرا لأن المحاليل لي�ض لها تركيبات محددة فاإنه ل يمكن اأن يرمز لها بوا�شطة �شيغ كيميائية.لذلك ن�شف

خوا�ض المحاليل با�شتخدام كميات المادة اأو المواد المذابة اإلى كمية المذيب ل على الكميات المطلقة لهذه

المواد . وت�شمى هذه الن�شبة عادة بتركيز المحلول) Concentration ( ومن الأف�شل اأن نحدد الن�شبة التي

نتحدث عنها فاإن كنا نتحدث عن كتلة المذاب اإلى كتلة المذيب اأوحجمة فاإننا نعني تركيز المذاب في المحلول.

اأما اإذا كنا نتحدث عن ن�شبة المذيب اإلى المذاب فاإن ذلك يق�شد به تركيز المذيب في المحلول، وال�شائع هو

اأن ي�شار اإلى تركيز المذاب في المحلول . وي�شمى المحلول مركزا )concentrated (اإذا كانت ن�ش�ب�ة كمي���ة

)dilute ( وي�ش��م��ى مخفف��ا ) الم��ذاب في الم�حلول بالن�ش��ب�ة اإلى المذيب كبي�رة ن���شبيا ) 10 مول / لتر

اإ ذا كانت كمية المذاب اإلى المذيب قليلة ن�شبيا ) 3مول/ لتر ( وتق�شيم المحاليل اإلى مخففة ومركزة غير

دقي���ق وفيه كثير من النطباعي���ة ، ولهذا يجب اأن نبحث عن و�شيلة اأدق للتعبير عن درجة تركيز المحاليل .

اأول : الدللة على التركيز بالطرق الفيزيائية

1- الن�سبة المئوية الكتلية :

زجاج���ات عل���ى المكتوب���ة المئوي���ة الن�شب���ة تعن���ي م���اذا

المواد الكيميائية في ال�شكل )2-14( ؟

ت�شي���ر الن�شب���ة المئوية الكتلية 8% مثال اإل���ى تركيز محلول

Na2CO3 ، حيث يحتوي كل 100 جرام من المحلول على

8 جرام من Na2CO3 والباقي 92 جرام ماء . اإذن يمكننا

اأن نعرف الن�شبة المئوية الكتلية للمذاب باأنها عدد وحدات

الكتلة من المادة المذابة الموجودة في 100 وحدة كتلية من المحلول. وت�شتخدم هذه الطريقة في

عمل ال�شبائك وبع�ض المحاليل الكيميائية في المختبرات وال�شيدليات.

ولح�شاب الن�شبة المئوية الكتلية ن�شتخدم العالقة الريا�شية :

الن�سبة المئوية الكتلية للمذاب = ) ( × 100

�شكل )14-2(

الن�شبةالمئويةالكتلية لبع�ض المواد

%8

Na2CO3

%12

H2SO4

كتلة المذاب

كتلة المحلول

53

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

اح�ســـب الن�ســـبة المئويـــة الكتليـــة للنحا�ـــض فـــي �ســـبيكة البرونـــز) نحا�ـــض –

ق�ســـدير( عنـــد خلط 63.5 جرام مـــن النحا�ض مع كمية من الق�ســـدير بحيث

اأ�سبحت كتلة وزن ال�سبيكة 108 جرام .

الحل :

بتطبيق القانون الن�شبة المئوية للمذاب ) النحا�ض(:

كتلة المذاب ) النحا�ض(

كتلة المحلول) ال�شبيكة(

=100 ×=63.5

108

كم جراما من حم�ض النيتروجين النقي ) HNO3 ( يحتويها لتر من محلول للحم�ض المائي الذي

فيه الن�سبة المئوية الكتلية للمذاب=69.4 % اإذا علمنا اأن كثافة هذا المحلول هي 1.65جم/ مللتر ؟

...................................................................................................

.................................................................................................

2- الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب :

انظر اإل���ى ال�شكل )2-15( وحدد حال���ة المذاب والمذيب

ماالمق�شود بالن�شبة20% حجما للمحلول المكون من غول

وماء؟

ت�شي���ر الن�شب���ة المئوي���ة الحجمي���ة 20% اإل���ى تركي���ز

المحل���ول المائي للغول، حيث يوجد 20 مللتر من الغول

في 100مللتر من الماء .

ف الن�شبة المئوية الحجمية للمذاب باأنها عدد اإذن تعر

وحدات الحجم من المادة المذابة الموجودة في 100

وحدة حجوم من المذيب.

غول وماء

20% حجما

اإيثر وبنزين

5% حجما

%58.8 = 100× ) (

�شكل)15-2 (

الن�شبةالمئوية الحجمية لبع�ض المواد

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

54كيمياء )2(

و ت�شتخدم هذه الطريقة عند التعبير عن محاليل ال�شوائل في ال�شوائل. والعالقة الريا�شية الم�شتخدمة

لح�شاب الن�شبة المئوية الحجمية للمذاب هي :

الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب = ) ( × 100

حجم المذاب

حجم المذيب

اإذا كان لديك محلول مكون من 20 لترا من الإيثر مذاب في كمية من البنزين

بحيث ي�سبح حجم المحلول 100 لتر . ما الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب ؟

الحل :

بتطبيق قانون الن�شبة المئوية للمذاب ) الإيثر(

الن�شبة المئوية الحجمية للمذاب = × 100

حجم المذيب= حجم المحلول – حجم المذاب = 100 – 20 = 80 لتر

الن�شبة المئوية الحجمية لالإيثر = ) ( ×100 = %25

حجم المذاب ) الإيثر(

حجم المذيب ) البنزين (

20

80

مـــا حجـــم الميثانـــول )CH4O ( الـــالزم اإ�ســـافته لعمـــل 90 مللترا مـــن الماء لتكويـــن محلول

الن�سبة المئوية له 13% حجما ؟

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

55

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

ثانيا : الدللة على التركيز بالوحدات الكيميائية

. )) M( Molarity المولرية ) الجزيئية الحجمية

ه���ذا التعبير هو اأكثر وحدات تركي���ز المحاليل �شيوعا ويعرف باأنه: عدد مولت المذاب في لتر واحد

) 1000 مل ( من المحلول . اأي اأن المولرية تربط بين حدين من مكونات المحلول ) المحلول و المذاب(.

ويمكن ربط عدد مولت المذاب وحجم المحلول بالعالقة الريا�شية

الجزيئية الحجمية) المولرية( =

ومن ال�شهل ا�شتعمال هذا التعبير في الكيمياء العملية خا�شة عند ا�شتعمال محاليل المواد ال�شلبة في ال�شوائل

اإذ يكفي اأن تزن كمية من المذاب ون�شيفها اإلى حجم معين من المذيب لنح�شل على محلول معلوم التركيز .

عدد مولت المذاب

حجم المحلول باللتر

؟ علميا العبارة هذه تعني " ماذا مولر واحد تركيزه لديك قنينة زجاجية مكتوب عليها " محلول

بالتعاون مع زمالئك ناق�ض العوامل الموؤثرة على التركيز المولري .

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

56كيمياء )2(

1-ما مولرية محلول يحتوي على 3 مولت من �ســـكر الجلوكوز ) C6H12O6 ( مذابة في

كمية من الماء بحيث ي�سبح حجم المحلول 750 مللتر ؟

الحل :

المولرية =

حجم المحلول باللتر = = 0.75 لتر

المولرية = = 4 مولر ) مول/ لتر(

عدد مولت المذاب ) �شكر الجلوكوز(

حجم المحلول باللتر

750

1000

3

0.75

كتلة المول من NaCl= 35.5 + 23 = 58.5 جم / مول

عدد مولت للملح = = = 0.05 مول

كتلة المحلول = كتلة المذاب + كتلة المذيب= 2.93 + 499.07 = 502 جم

حجم المحلول = = = 500 مللتر = 0.5 لتر

الجزيئية الحجمية ) المولرية ( = = = 0.1 مولر

كتلة الملح بالجرام

كتلة المول من الملح

2.93

58.5

كتلة المحلول

كثافة المحلول

502

1.004

عدد مولت المذاب

حجم المحلول باللتر

0.05

0.5

-1

-2

2 – ح�ســـر محلـــول باإذابـــة 2.93 جـــم مـــن كلوريد ال�ســـوديوم ) NaCl ( فـــي 499.07 جم من

الماء فكانت كثافة المحلول 1.004جم/ مللتر . اح�سب الجزيئية الحجمية للمحلول .

57

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

هيدروك�ســـيد مـــن مـــول 0.25 علـــى يحتـــوي مللتـــر 300 حجمـــه مائـــي محلـــول -1

ال�ســـوديوم ) NaOH ( اح�ســـب الجزيئيـــة الحجميـــة ) المولريـــة ( لهـــذا المحلـــول .

..................................................................................................

..................................................................................................

2- كم تكون كتلة برمنجنات البوتا�ســـيوم )KMnO4 ( الالزمة لتح�ســـير 0.3 لتر من محلول

برمنجنات البوتا�سيوم الذي مولريته 0.2 مولر ؟

..................................................................................................

..................................................................................................

الأدوات والمواد المطلوبة :

مي���زان ح�شا�ض - كاأ����ض زجاجية �شعتها

100 مل - �شاق زجاجية - قمع �شغير -

دورق قيا�شي �شعته 1000مللتر - كبريتات

النحا�ض الثنائي )CuSO4( - ماء مقطر

خطوات العمل :

1- زن بدق���ة 15.95ج���رام م���ن كبريت���ات النحا�ض

الثنائي في كاأ�ض زجاجي

2-اأذب كبريتات النحا�ض الثنائي في قليل من الماء

المقطر ثم حرك المحلول با�شتخدام �شاق زجاجية

حتى تذوب المادة تماما

كبريتات النحا�ض الثنائي �شلب

)15.95 ( جم

) 2-4 ( تح�سير محلول مولري ذي تركيز معين

المطل���وب تح�شير محل���ول من كبريت���ات النحا�ض

الثنائي تركيزه 0.1 مولر

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

58كيمياء )2(

3- انق���ل المحلول بحر�ض �شديد با�شتخ���دام القمع اإلى دورق

الحجم القيا�شي .

4- اغ�ش���ل الكاأ����ض عدة م���رات بالم���اء المقط���ر و انقل ماء

الغ�شيل اإلى الدورق

5- اأكمل الدورق بالماء المقطر اإلى �شطح العالمة الموجودة

على الدورق .

6- رج الدورق حتى يتجان�ض المحلول .

7- اكتب على الدورق محلول �شكل )16-2 (

تح�شير محلول 0.1 مولر من

كبريتات النحا�ض الثنائي

CuSO4

) 0.1 molar ( ) 0.1M(

تخفيف المحاليل

طلب الأ�شتاذ من �شعيد اإجراء تجربة كيميائية

في المعمل فاحتاج اإلى محلول لحم�ض الكبريتيك

تركيزه 0.04 مولر. بحث �شعيد في المختبر و لم يجد

اإل محلول تركيزه 6مولر فوقف حائرا ماذا يفعل ؟

- ه���ل ت�شتطيع م�شاعدته على تنفيذ ما طلب منه ؟

- �شجل كافة المحاولت التي يمكن اأن يقوم بها �شعيد .

لالأحما����ض المخفف���ة المحالي���ل لتح�شي���ر

المرك���زة و بخا�ش���ة حم����ض الكبريتي���ك فاإن

الحم����ض ي�ش���اف للم���اء ببطء م���ع التحريك

الم�شتمر ولي�ض العك�ض ، اإذ اإن الحرارة الناتجة

تكفي لغلي���ان الماء على �شط���ح الحم�ض مما

يوؤدي اإلى فوران الحم�ض و تناثره خارج الإناء

الم�شتخدم للتخفيف .

ل�ش���ك اأن اإح���دى المحاولت التي يق���وم بها �شعيد هي اإ�شافة كمية من محل���ول حم�ض الكبريتيك اإلى

كمي���ة م���ن الماء،العملية التي ق���ام بها �شعيد ت�شمى تخفي���ف ، ولكي نفهم ما يحدث عن���د تخفيف المحاليل

المركزة قم بالن�شاط التالي :

59

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

الأدوات والمواد المطلوبة :

كاأ�ض زجاجية - ماء مقطر - برمنجنات

البوتا�شيوم - �شاق زجاجية

خطوات العمل :

1- �شع كمية من برمنجنات البوتا�شيوم في

20 مللتر من الماء لتح�شل على محلول

مركز ، ماذا تالحظ؟.

2- اأ�شف حجما مماثال من الماء المقطر اإلى

كاأ�ض البرمنجنات .

- ماذا تالحظ على درجة اللون في الحالتين ؟

- هل تغيرت كتلة برمنجنات البوتا�شيوم في

المحلولين ؟

- لماذا ؟

- هل تغير عدد مولتها ؟

�شكل )17-2(

محلول البرمنجنات بعد التخفيف

يالح���ظ عن���د التخفيف بقاء كتلة المادة المذابة ثابتة ، و بالتالي عدد مولتها لكن المادة المذابة تنت�شر في

حج���م اأكبر باإزدياد حجم المذي���ب ، مما يوؤدي اإلى نق�ض في تركيز المحلول المخفف عن المحلول الأ�شلي

ومن ذلك يمكن ا�شتنتاج العالقة التالية :

عدد المولت قبل التخفيف = عدد المولت بعد التخفيف

و لكن تعلمت �شابقا اأن عدد المولت = الحجم × التركيز .

على التوالي ولحجمه و تركيزه بعد التخفيف1

، ت1

اإذا رمزنا لحجم المحلول و تركيزه قبل التخفيف ب� ح

على التوالي فاإن : 2

، ت2

ب� ح

تركيز المحلول قبل التخفيف × حجمه قبل التخفيف = تركيز المحلول بعد التخفيف × حجمه بعد التخفيف

2 × ت

2 = ح

1 × ت

1ح

) 2-5 ( تخفيف المحاليل المركزة

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

60كيمياء )2(

عند تخفيف 250 مللترا من حم�ض الكلور المركز الذي جزيئيتة الحجمية

) المولريـــة ( 11مـــولر اإلـــى حجـــم قـــدره 500 مللتـــر فكـــم تكـــون جزيئيتـــه

الحجمية بعد التخفيف ؟

2

× ت2

= ح1

× ت1

ح

2

250 × 11 = 500 × ت

( = = 5.5 مولر2

مولرية المحلول الجديد ) ت

) 11 × 250(

500

اإذا كان لدينا 250 مللترا من محلول تركيزه 1.25 مولر؛ فكم حجم الماء الذي يلزم اإ�سافته

لتكوين محلول تركيزه 0.5 مولر ؟

..................................................................................................

..................................................................................................

2 - الجزيئية الكتلية اأوالموللية :

يعـــرف التركيـــز الموللـــي باأنـــه عـــدد مـــولت المـــذاب فـــي 1 كجـــم ) 1000 جـــرام( مـــن المذيـــب

اأي اأن الموللي���ه ترب���ط بي���ن حدين من مكونات المحل���ول ) مذيب ، مذاب ( . ويمك���ن ربط عدد مولت

المذاب وكتلة المذيب بالعالقة الريا�شية التالية :

الجزئية الكتلية ) الموللية ( =

عدد مولت المذاب

كتلة المذيب بالكيلوجرام

الحل :

61

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

ماذا تعني عبارة " محلول تركيزه 1 مولل " ؟

ناق�ض مع زمالئك هل للتركيز الموللي عالقة بدرجة الحرارة؟

عند اإذابة 20 جرام من كلوريد ال�شوديوم ) NaCl ( في كمية من الماء بحيث

ت�شبح كتلة المحلول 90 جرام ؛اح�شب موللية المحلول .

الحل :

كتلة مول واحد من كلوريد ال�شوديوم = 23 + 35.5 = 58.5 جرام / مول

عدد مولت كلوريد ال�شوديوم = = = 0.34 مول

كتلة المذيب ) الماء ( = كتلة المحلول – كتلة المذاب ) كلوريد ال�شوديوم (= 90 – 20 = 70 جرام

كتلة المذيب بالكيلوجرام = = 0.07 كيلو جرام

التركيز بالموللية = = = 4.86 مولل

الكتلة بالجرام

كتلة المول الواحد

20

58.5

70

1000

عدد مولت المذاب

كتلة المذيب بالكيلو جرام

0.34

0.07

اح�ســـب الجزيئية الكتلية ) الموللية ( للغول الإيثيلي ) C2H6O ( الناتج عن اإذابة 3 مولت

من الغول في 45 مول من الماء .

..................................................................................................

..................................................................................................

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

62كيمياء )2(

للمحاليل اأهمية كبرى في حياة الإن�شان و الحيوان و النبات فماذا كان حال

الحي���اة على الأر�ض لو اأن محل���ول الهواء " المكون من الأك�شجين و النيتروجين و غازات اأخرى"

اختلف���ت في���ه ن�شبة الأك�شجي���ن و النيتروجين عما هي عليه الآن ؟ بل هل لن���ا اأن نتوقع حياة على

الياب�ش���ة لو نق�شت ن�شبة الأك�شجين عن 20% اإلى مدى بعيد ؟ اأولم يذب هذا الأك�شجين في مياه

البحار ؟ ف�شبحان الذي خلق كل ؛�شيء القائل في كتابه

خوا�ض المحاليل) الخوا�ض التجميعية (

عن���د اإذاب���ة مادة �شلب���ة ) غير متطايرة ( ف���ي مذيب ما ينتج عنه تغي���ر كبير في الخوا����ض الفيزيائية

له���ذا المذي���ب ، و ت�شت���رك المحالي���ل بوج���ه ع���ام ف���ي خوا����ض تع���رف بالخوا����ض التجميعي���ة للمحل���ول

Colligativ Properties و منها : التغير في كل من ال�شغط البخاري و درجة الغليان ، ودرجة التجمد،ال�شغط

الأ�شم���وزي للمحلول عن ال�شائ���ل ) المذيب ( النقي و تعتمد هذه الخوا�ض على عدد الدقائق ) الأيونات اأو

الجزيئات ( المذابة في المحلول و لي�ض على نوع هذه الدقائق ، و للعديد من هذه الخوا�ض تطبيقات مفيدة

ج���دا مث���ل تحديد الكتل الجزيئية للم���واد ، كما لها العديد من التطبيقات العملي���ة مثل تكرير النفط الخام

واإزالة ملوحة ماء البحر

و �سنتناول فيما يلي درا�سة بع�ض الخوا�ض التجميعية للمحاليل:

1- النخفا�ض في ال�سغط البخاري :

يعرف ال�سغط البخاري باأنه �سغط البخار الذي يكون في حالة توازن مع ال�سائل المنتج له . اأي

عندما يقف التبخر الظاهري لل�سائل .

)الرعد:8(

63

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

ال�شكل )18-2(

دقق في ال�ســـكل الموجود اأمامك ثم اأجب عن الأ�ســـئلة :

- هل هناك اختالف في عدد جزيئات البخار عند ال�شطح

في كال الدورقين ؟

- ما ال�شبب في ذلك الختالف؟

عند اإذابة مادة غير متطايرة في مذيب �شائل فاإن ال�شغط

البخ���اري للمحلول يك���ون دائما اأقل م���ن ال�شغط البخاري

لل�شائل النقي عند الدرجة نف�شها .

ناق�ض مع زمالئك :

ال�شب���ب ف���ي انخفا����ض ال�شغ���ط البخ���اري لل�شائل النق���ي عند اإذابة م���ادة غير متطاي���رة فيه .

ما اأثر ارتفاع درجة الحرارة على ال�شغط البخاري ؟

و قد اأوجد راوؤلت عالقة بين النخفا�ض الن�شبي في ال�شغط البخاري و عدد ج�شيمات المذاب الموجودة

في المحلول . و ين�ض قانون راوؤلت على اأن :" النخفا�ض الن�سبي في ال�سغط البخاري يتنا�سب طرديا

مع عدد الج�ســـيمات للمذاب الموجودة في المحلول ) التركيز ( و ل يعتمد على طبيعة هذه المادة

المذابـــة " اأي اأنه كلم���ا زاد عدد ج�شيمات المادة المذابة غير المتطايرة)تركيزها( يزيد النخفا�ض في

ال�شغط البخاري للمحلول . وهذا يوؤدي اإلى اأن ال�شغط البخاري لل�شائل النقي عند درجة حرارة معينة يكون

اأكبر من ال�شغط البخاري للمحلول المخفف وهذا بدوره يكون اأكبر من ال�شغط البخاري للمحلول المركز .

و لكل �شائل نقي �شغط بخاري مميز عند درجة حرارة معينة ، اأما ال�شغط البخاري للمادة ال�شلبة

غير المتطايرة في المحلول في�شاوي �شفرا عند نف�ض الدرجة .

مذيب نقيمحلول يحتوي على

مذاب غير متطاير

بخار بخار

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

64كيمياء )2(

- كم تبلغ درجة غليان الماء عند 1 �شغط جوي ؟

- عرف���ت اأن ال�شغ���ط البخاري لل�شائ���ل ينخف�ض عند اإذابة مادة �شلبة) غير متطاي���رة ( فيه ، فهل يوؤثر

ذلك على درجة غليانه ؟

- ماذا يحدث لدرجة غليان ال�شائل عند اإذابة مادة �شلبة غير متطايرة ) مثل كلوريد البوتا�شيوم ( فيه .

الأدوات والمواد المطلوبة :

كاأ�ش���ان متماث���الن - 1000 جرام من

الماءالمقط���ر - 1 مول )75.5جرام(

من كلوريد البوتا�شيوم - ترمومتران .

خطوات العمل :

1- �ش���ع ف���ي كاأ�شين ف���ي كل كاأ����ض 500 جرام من

الماء المقطر .

2 - اأذب ف���ي اأح���د الكاأ�شي���ن 1 م���ول م���ن كلوري���د

البوتا�شيوم .

3- �شع في كال الكاأ�شين ترمومترا .

4- �شخن و لحظ درجة الغليان في الكاأ�شين

و �شجل مالحظاتك في الجدول الآتي :

�شكل )19-2(

ماء نقيمحلول كلوريد البوتا�شيوم

2- الرتفاع في درجة الغليان :

تع���رف درجة الغليان باأنها درجة الح���رارة لل�شائل التي يكون عندها �شغطه البخاري م�شاويا لل�شغط

) 1atom ( الجوي

)2- 6( اأثر اإذابة مادة �سلبة غير متطايرة على

درجة غليان ال�سائل.

65

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

- ماذا حدث لدرجة غليان الماء النقي عندما اأذيبت فيه مادة �شلبة ) كلوريد البوتا�شيوم ( ؟

- ما مقدار الزيادة التي ح�شلت ؟

وج���د بالتجرب���ة اأن درجة غليان المحلول الناتج عن اإذابة م���ادة �شلبة غير متطايرة اأعلى من درجة

غليان ال�شائل النقي .

بالتع���اون مع زمالئ���ك ، و �شح �شبب ارتفاع درجة غليان ال�شائل النق���ي عند اإذابة مادة �شلبة غير

متطايرة فيه.

والآن لنا اأن نت�ساءل : على ماذا يعتمد الرتفاع في درجة الغليان ؟

لديك الجدول الآتي :

جدول ) -2 5 ( درجة غليان محلول ال�شكر واليوريا .

المحلول المائي

محلول ال�سكر

محلول اليوريا

التركيز الموللي

1 مول في 1 جم ماءدرجة الغليان / Oم

1 مولل

1100.52 مولل

100.52

المادة

الماء النقي

درجة الغليان

محلول كلوريد البوتا�سيوم

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

66كيمياء )2(

اأي اأن : الرتفاع في درجة الغليان التركيز الموللي للمحلول

الرتفاع في درجة الغليان = ثابت الرتفاع في درجة الغليان × التركيز الموللي للمحلول

و يعتمد ثابت الرتفاع في درجة الغليان على طبيعة ال�شائل المذيب فقط ، و لهذا فاإن كل �شائل يتميز بثابت

ارتفاع خا�ض لدرجة غليانه ، و يبين الجدول التالي ثابت الرتفاع لدرجة الغليان لبع�ض ال�شوائل المعروفة :

جدول ) 2-6( ثوابت ارتفاع درجة غليان بع�ض المذيبات المعروفة

المذيب

الماء

ثابت الرتفاع في درجة الغليان

) درجة . كجم / مول (درجة الغليان ) Oم (

البنزين

حم�ض الخل

الكلوروفورم

رابع كلوريد الكربون

الغول الإيثيلي

2.53

0.513100

80.2

3.63

2.93118.1

61.2

1.22

5.0276.8

78.4

� ماذا تالحظ على درجة غليان محلول ال�شكر ومحلول اليوريا ؟

� على ماذا يدل عدم اختالفها بالرغم من اأن ال�شكر و اليوريا مادتان مختلفتان ؟

� ما �شبب ت�شاوي درجة غليان المحلولين ؟

م���ن الوا�ش���ح اأن الرتفاع ف���ي درجة غليان المذي���ب ل يعتمد على طبيع���ة المذاب و لكن يعتم���د على تركيز

الم���ذاب ) ع���دد الدقائق في المحل���ول ( و قد وجد اأن هذا الرتف���اع يتنا�شب طرديا م���ع تركيز المذاب في

المحلول معبرا عنه بالموللية :

67

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

مم���ا �شبق ن�شتنتج اأن الرتفاع في درجة الغلي���ان ل يعتمد على تركيز المذاب فح�شب بل يعتمد اأي�شا على ما

اإذا كان���ت جزيئ���ات المذاب ت�شبح عند ذوبانها على �شكل جزيئات كامل���ة دون تفكك ) كما في ال�شكر ( ، اأو

اأنه���ا تتفكك لينتج عن كل جزيء اأكثر م���ن ج�شيم ) اأيون مثال ( كما هو الحال في محلول ملح الطعام حيث

ي�شبح التركيز الفعلي للمذاب اأكثر من قيمته

NaCl)s( + H2O)l( Na+

)aq( + Cl-

)aq(

و ف���ي هذه الحالة يجب اأن تع���دل العالقة بين تركيز المذاب في المحلول و الرتفاع في درجة الغليان ليوؤخذ

تفكك المذاب في العتبار . اأي اأن :

التركيز الفعلي للمحلول = التركيز الموللي للمحلول × عدد الج�سيمات المتفككة من الجزيء الواحد .

- كم تبلغ درجة غليان كل من محلول ال�شكر

و محلول ملح الطعام ؟

- ما الفرق بين ذوبان ال�شكر في الماء وذوبان

الملح في الماء ؟

- ما �شبب اختالف درجة غليان المحلولين

بالرغم من تماثل التركيز .

�شكل )20-2 (

C12H22O11 + H2ONaCl + H2O

ف���ي حياتنا اليومية نقوم باإ�شافة الملح ) كلوريد ال�شوديوم ( اإلى الطعام لعمل وجبة ما، و ال�شكر

اإل���ى الماء لعمل ال�شاي اأو غي���ره . فاإذا كونا محلول باإذابة مول من ملح الطعام في كيلو جرام من

الم���اء و محل���ول اآخر باإذابة مول من ال�شكر في كيلو جرام م���ن الماء و قمنا بقيا�ض درجة حرارة

كال من المحلولين كما هو مو�شح بال�شكل )20-2(.

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

68كيمياء )2(

اأذيـــب 12 جـــرام مـــن مادة ع�ســـوية في 100 جرام مـــن الماء فوجـــد اأن المحلول

يغلـــي عند 100.34°م . اح�ســـب الكتلة الجزيئية لهـــذه المادة . اإذا علمت اأن ثابت

ارتفاع درجة الغليان للماء هو 0.51 درجة /مولل .

الحل :

الرتفاع في درجة غليان المحلول = درجة غليان المحلول – درجة غليان الماء

= 100.34 – 100 = 0.34°م

التركيز الموللي للمحلول = = = 0.67 مولل

الرتفاع في درجة غليان المحلول

ثابت ارتفاع درجة غليان الماء

0.34

0.51

عدد المولت = التركيز بالموللية × كتلة المذيب ) بالكجم (

= 0.67 × ) ( = 0.067 مول

100

1000

الكتلة الجزيئية للمادة الع�شوية = = = 179.1 جرام/مول

كتلة المادة بالجرام

عدد المولت

12

0.067

التركيز بالموللية =

الكتلة الجزيئية الجراميه) كتلة المول ( =

عدد مولت المذاب

كتلة المذيب بالكيلو جرام

كتلة المادة بالجرام

عدد المولت

69

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

3- النخفا�ض في درجة التجمد :

تعرف درجة التجمد باأنها درجة الحرارة التي يكون ال�ســـائل و المادة ال�ســـلبة عندها في حالة اتزان

اأي يكون لهما نف�ض ال�سغوط البخارية .

- كم تبلغ درجة تجمد الماء عند 1 �شغط جوي ؟

- ما اأثر انخفا�ض ال�شغط البخاري لل�شائل عند اإذابة مادة �شلبة غير متطايرة فيه على درجة التجمد ؟

ذيب فيه مادة �شلبة عديمة التطاير، من خالل التجارب العملية وجد اأنه تنخف�ض درجة تجمد ال�شائل اإذا اأ

فمثال عند اإذابة مول واحد من ال�شكر في كيلو جرام واحد من الماء فاإن المحلول المتكون يتجمد عند )-

1،86°م( ، فيما تبلغ درجة تجمد الماء النقي �شفر°م .

بالرجوع اإلى م�شادر المعلومات ، ف�شر ال�شبب في انخفا�ض درجة تجمد

ال�شائل عند اإذابة مادة �شلبة غير متطايرة فيه .

و كما هو الحال في الرتفاع في درجة الغليان فاإن النخفا�ض في درجة تجمد ال�شائل المذيب يعتمد على

التركي���ز المولل���ي للمذاب في المحلول دون اأن يعتمد على طبيعة الم���ذاب ، كما اأن هذا النخفا�ض يتنا�شب

طرديا مع التركيز الموللي للمذاب في المحلول اأي اأن :

النخفا�ض في درجة التجمد التركيز الموللي للمحلول

النخفا�ـــض فـــي درجـــة التجمـــد = ثابـــت النخفا�ض فـــي درجة التجمـــد × التركيـــز الموللـــي للمحلول

ويعتمد ثابت النخفا�ض في درجة التجمد على طبيعة ال�شائل المذيب فقط ، و لهذا فاإن كل �شائل يتميز بثابت

انخفا�ض خا�ض لدرجة تجمده . و يبين الجدول )2-7( ثابت انخفا�ض درجة التجمد لبع�ض ال�شوائل المعروفة .

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

70كيمياء )2(

و يعتمد مقدار النخفا�ض في درجة التجمد كما هو الحال في ارتفاع درجة الغليان بالإ�شافة اإلى تركيز

الم���ذاب ، عل���ى درجة تفكك جزيئ���ات المذاب عند ذوبانه؛ لذل���ك يجب اأن توؤخذ درج���ة التفكك هذه بعين

العتب���ار عن���د ح�شاب الموللية الكلي���ة اأو الفعالة لالأيونات في المحلول . وت�شتعم���ل خا�شية النخفا�ض في

درجة التجمد اأي�شا في تحديد الكتلة الجزيئية للمواد اإل اأن هذه الخا�شية اأكثر تطبيقا من خا�شية الرتفاع

في درجة الغليان لأن قيا�ض درجة التجمد اأ�شهل من قيا�ض درجة الغليان .

ال�سائل المذيب

الماء

م (درجة التجمد)

ثابت انخفا�ض درجة التجمد

) درجة / مول (

البنزين

حم�ض الخل

الكلوروفورم

رابع كلوريد الكربون

الغول الإيثيلي

5.4

1.86�شفر

5.12

63.5-

173.90

4.68

39.7

النفثالين

الكافور

114.6-

22.8 -

80.2

29.8

1.99

6.8

179

جدول ) 2-7( درجة تجمد وثابت التجمد لبع�ض المواد

71

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

كيمياء )2(

اإذا علمت اأن النخفا�ض في درجة تجمد محلول يحتوي 18 جرام من مادة غير

(مذابـــة فـــي200 جـــرام مـــن الماء هـــي 0,93°م اح�ســـب الكتلة

AX2( متطايـــرة

الجزيئية للمادة المذابه علما باأن ثابت التجمد للماء ي�ساوي 1,86°م / مولل ,

واأن المادة اإلكتروليت قوي يتفكك في الماء كما يلي :

الحل :

التركيز بالموللية للمحلول = = = 0.5 مولل

النخفا�ض في درجة التجمد

ثابت النخفا�ض في درجة التجمد

0.93

1.86

و بما اأن المادة اإلكتروليت قوي يتفكك في الماء كليا فالبد من ح�شاب التركيز الفعلي للمحلول،

و من المعادلة يت�شح اأنه عند تفكك المادة المذابة في الماء فاإن عدد الج�شيمات المتفككه = 3

اإذا : التركي���ز الفعلي للمحل���ول = التركيز بالموللية للمحلول × عدد الج�شيمات المتفككة

= 0.5 × 3 = 1.5 مولل

AX2 + H2O A+

)aq(

+ 2X-

)aq(

عدد المولت للمذاب = التركيز الفعلي )بالموللية( * كتلة المذيب)بالكلجم(

× 1.5 =

= 0.3 مول

200

1000

الكتلة الجزيئية الجرامية للمادة = = = 60 جرام /مول

كتلة المادة بالجرام

عدد المولت

18

0.3

اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها

ي نثا

ل ا

ل�س

فلا

72كيمياء )2(

اح�ســـب النخفا�ـــض فـــي درجة تجمد النفثالين نتيجة اإذابة 1 جـــرام من الكبريت )S8( في 20

جـــرام مـــن النفثاليـــن اإذا علمت اأن ثابـــت انخفا�ض درجة تجمد النفثاليـــن 6.8 درجة / مولل ,

و اأن الكتلة الذرية للكبريت = 32 جرام

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

من التطبيقات الحياتية لخا�شيتي الرتفاع في درجة الغليان و النخفا�ض

في درجة التجمد ما نلحظه في البالد الباردة حيث يعمد �شائقو ال�شيارات اإلى اإ�شافة مادة اإيثيلين

جاليكول اإلى جهاز تبريد ال�شيارة ) الرديتر ( حيث تنخف�ض درجة التجمد في ماء الرديتر و تمنع

تجم���ده عن���د انخفا�ض درجة الحرارة ، و ترف���ع اأي�شا درجة الغليان بحيث اأن���ه ل يغلي ب�شهولة في

الطق����ض الحار جدا؛ و من التطبيقات اأي�شا نثر الأمالح مث���ل CaCl2 في بع�ض البلدان المتجمدة

عل���ى الطرق���ات لمنع حدوث التجم���د و تجنب النزلقات عليه���ا ، و اأي�شا اإ�شافة المل���ح اإلى الثلج

لخف�ض درجات الحرارة في عمليات التبريد .

72

اأ�صئلة الف�صل الثاني

�ض1 : اختر الإجابة ال�سحيحة فيما يلي :

اأ – تحدث نقطة الغليان عندما يكون ال�شغط البخاري لل�شائل بالن�شبة لل�شغط الجوي

1- �شعفه 2- اأقل منه 3 – اأكبر منه 4 – م�شاويا له

ب – تقل ذائبية الغاز في ال�شائل اإذا:

1- اأذيبت فيه مادة �شلبة غير متطايرة.

3 – انخف�شت درجة حرارة ال�شائل .

2- ارتفعت درجة حرارة ال�شائل.

4 – حدث كل ) 1 + 2 ( معا .

ج����- عن���د اإذاب���ة 20 جرام م���ن NaOH ف���ي الم���اء لتكوين لتر م���ن المحل���ول يكون تركي���ز المحلول

اأ – 0.5 مولر ب – 1 مولر ج�- 2 مولر د- 4 مولر

�ض2 : علل لما يلي :

اأ – اإ�شافة جاليكول الإيثليين اإلى الماء الموجود فى نظام تبريد ال�شيارات .

ب –الرتف���اع في درجة الغليان لمحالي���ل المواد المتاأينة في الماء اأعلى من���ه لمحاليل المواد الجزيئية

التى لها التركيز نف�شه .

ج� – يذوب كلوريد ال�شوديوم في الماء ول يذوب في الجازولين

�ض3 : تذوب الكتل التالية من الأمالح في 100 جرام من الماء عند درجات حرارة

مختلفة :

73

ABدرجة الحرارة25 جرام10°م

30°م

50°م

15 جرام

5 جرام

10 جرام

20 جرام

30 جرام

. A، B للمركب الذائبية منحني ار�شم •؟ للحرارة طارد واأيها ما�ض المحاليل اأي •

A ، B في الماء عند 25°م ؟ من كل ذائبية ما •)B ( ف���ي 100 ج���رام م���ن درج���ة ح���رارة 40°م اإل���ى المرك���ب م���ن م�شبع���ا محل���ول بردن���ا اإذا •

20°م فما كتلة الملح المتر�شب ؟

�ـــض4 : اح�ســـب التركيـــز بالمولريـــة والموللية لمحلـــول مائي مكون مـــن 20 جرام من

كربونات الليثيوم Li2CO3 و100 جرام من الماء اإذا علمت اأن كثافة المحلول

1.12جرام / لتر.

الق�ســـب �ســـكر مـــن جـــرام اإذابـــة مـــن الناتـــج المحلـــول غليـــان درجـــة مـــا : �ـــض5

C12H22O11 في كمية من الماء قدرها 25 جرام ؟

�ض6 : كم مللترا من الماء يجب اأن ي�ساف اإليها 250 مللترا من محلول حم�ض الكبريت

الـــذي تركيـــزه 19.6% وزنـــا وكثافتـــه 1.96 جرام / مللتر لكي نح�ســـل على محلول

تركيزه ) 2 مولر ( ؟

�ض7: اإذا كانت كمية الماء في مبرد ال�سيارة 4.5 كجم فاح�سب كتلة جاليكول الإيثليين

C2H6O2 الالزم اإ�سافتها لت�سمن عدم تجمد الماء في المبرد حتى درجة -5°م .

74

الكيمياء الحرارية

يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :

1- تميز بين التفاعالت الما�شة والتفاعالت الطاردة للحرارة

.∆H وحرارة التفاعل الكيميائي H 2- تتعرف المحتوى الحراري

3- تعبر بيانيا عن التفاعالت الما�شة والطاردة للحرارة اعتمادا على المحتوى الحراري للمواد.

4- تعدد قواعد كتابة المعادلة الكيميائية الحرارية .

5- تحدد العالقة بين المحتوى الحراري وتلقائية التفاعل .

Hº وكيفية ح�شابها بمعرفة حرارة التفاعل . f 6- تتعرف حرارة التكوين القيا�شية

7- ت�شرح العالقة بين حرارة التكوين والثبات الحراري للمركبات .

8- تطبق قانون ه�ض لح�شاب حرارة التفاعل .

9- تجري ح�شابات كيميائية لح�شاب حرارة التفاعل باعتماد طاقة الروابط .

10- تبين اأهمية الطاقة في الحياة اليومية وكيفية المحافظة عليها .

الأهداف

76

حرارة التفاعل الكيميائي

المقدمة

77

اإن درا�ش���ة الكيمي���اء ل تعني التركيز عل���ى درا�شة ما يطراأ عل���ى التفاعل الكيميائي م���ن تغيرات للمواد

فح�ش���ب، بل م���ا ي�شاحب تلك التفاعالت م���ن تغيرات في الطاق���ة ب�شورها المختلف���ة كالطاقة الحرارية

وال�شوئي���ة والميكانيكية )طاقة حركية وطاقة الو�شع ( والكهربائي���ة ، وال�شوئية والكيميائية والمغناطي�شية

...... وغيرها ، ومن المعلوم اأن كل �شورة من �شور الطاقة يمكن تحويلها اإلى �شورة اأخرى وفق قانون حفظ

الطاقة الذي �شنتطرق اإليه اأثناء درا�شتنا لهذا الف�شل اإن �شاء اهلل.

اإن معظم التغيرات في الطاقة التي ن�شاهدها �شرورية ل�شتمرار الحياة على هذه الأر�ض فنب�شات قلوبنا

والح���ركات التي تقوم بها ع�شالت اأج�شامنا ناتجة عن تحول الطاقة الكيميائية اإلى طاقة حركية ، و�شعورنا

بالدفء عندما نقف في �شوء ال�شم�ض ناتج عن تحول الطاقة ال�شوئية اإلى طاقة حرارية ، والمحركات الكهربائية

ف���ي الأدوات المنزلية مثل الخالط والغ�شالة والمروحة تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية اإلى طاقة ميكانيكية

اإل���ى طاق���ة �شوئي���ة الكهربائي���ة الطاق���ة تحوي���ل يت���م الكهربائ���ي الم�شب���اح ف���ي بينم���ا ) ) حركي���ة

وهك���ذا ......... . ؛ وتعتب���ر التفاع���الت الكيميائي���ة م���ن اأه���م م�ش���ادر الطاق���ة الت���ي ي�شتف���اد منه���ا في

مج���الت كثي���رة في الحياة ، فمث���ال احتراق الفحم والنف���ط والغاز الطبيعي ي�شاحب���ه انطالق كمية كبيرة

م���ن الطاق���ة الحراري���ة ) لذل���ك ت�شتخدم ه���ذه الم���واد كوق���ود ( ، وهناك تفاع���الت كيميائي���ة تولد طاقة

كهربائي���ة كم���ا يح���دث للم���واد الم�شتخدم���ة في العم���ود الب�شي���ط والعم���ود الج���اف والمرك���م الر�شا�شي

) بطارية ال�شيارة ( لذلك ت�شتخدم كم�شادر للكهرباء في مجالت عديدة . وبما اأننا في هذا الف�شل ندر�ض

الكيمي���اء الحرارية فاإننا لن نتعر�ض اإلى جميع اأن���واع التغيرات في الطاقة بل �شنح�شر اهتمامنا في درا�شة

التغي���رات في الطاقة الحرارية الم�شاحبة للتفاعالت الكيميائية ) �شواء كانت منبعثة اأم ممت�شة ( وكيفية

ح�شاب كميات هذه الطاقة دون الحاجة اإلى اإجراء تجارب عملية .

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

78كيمياء )2(

اكتب تقريرا مدعما بال�شور عن الطاقة والطعام .

تغيرات الطاقة الحرارية في التفاعالت الكيميائية

معظم الطاقة الحرارية التي نحتاجها في �شتى مجالت حياتنا ناتجة عن تفاعل كيميائي .

وهن���اك الكثي���ر م���ن التفاع���الت الكيميائي���ة الت���ي غالب���ا م���ا ي�شاحبه���ا امت�شا����ض اأو انبع���اث ح���رارة

للحـــرارة الطـــاردة بالتفاعـــالت حـــرارة انبعـــاث ي�ســـاحبها التـــي الكيميائيـــة التفاعـــالت وت�ســـمى

Exothermic Reactions والتفاعالت التي ي�ســـاحبها امت�ســـا�ض طاقة بالتفاعالت الما�سة للحرارة

Endothermic Reactions. والآن هـــل يمكنـــك ت�ســـنيف التفاعليـــن فـــي ال�ســـكلين )1-3 ( , )3- 2(

اإلى ما�ض اأو طارد للحرارة ؟

ولنا اأن نت�ساءل ما الذي نريد معرفته عن الطاقة الحرارية الم�ساحبة للتفاعل الكيميائي ؟

بالطبع اأننا نريد اأن نعرف كمية الطاقة الحرارية الناتجة والم�شتهلكة اأثناء التفاعل ، فالتجارب العملية

توؤك���د لن���ا اأن كمية الطاقة الحراري���ة الناتجة اأو الم�شتهلكة ف���ي اأي تفاعل كيميائي تعتم���د على كمية المواد

المتفاعل���ة ، ولك���ن كي���ف نربط بين كمية الم���واد المتفاعلة وكمية الطاق���ة الحرارية الناتج���ة اأو الم�شتهلكة

�شكل ) 3 – 1 (

ما العمليات الالزمة لنطالق ال�شاروخ ؟

�شكل ) 3 – 2 (

مم ت�شتمد النباتات الطاقة الالزمة لها

في عملية البناء ال�شوئي ؟

79

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

اأثن���اء التفاع���ل . ل �شك اأن الو�شيلة الرئي�شية لذلك هي المعادلة الكيميائية الموزونة التي تمثل التفاعل فهي

تبي���ن العالق���ات الكمية بين المواد المتفاعل���ة والمواد الناتجة كما تبين كمية الطاق���ة الحرارية الم�شاحبة

للتفاع���ل الكيميائي ، فالطاقة جزء من المعادلة ، وتعام���ل كما تعامل المواد المتفاعلة والمواد الناتجة فاإذا

نتج���ت طاقة عن التفاع���ل تكتب الطاقة مع المواد الناتجة واإذا ا�شتهلكت الطاقة خالل التفاعل فاإنها تكتب اأ

م���ع المتفاعالت ، وعلين���ا اأن نراعي في المعادلة الكيميائية قانون حفظ الطاق���ة بالإ�شافة اإلى قانون حفظ

الم���ادة . ولندر����ض الآن التفاعالت الما�ش���ة للحرارة والتفاع���الت الطاردة للحرارة ب�شيء م���ن التف�شيل .

التفاعالت الطاردة للحرارة

هي التفاعالت الكيميائية الم�شحوبة بانطالق طاقة حرارية) E( كناتج

من نواتج التفاعل ومن الأمثلة عليها :

احتراق الكربون في الهواء وتكوين غاز ثاني اأك�شيد الكربون :

C)s( + O2)g( CO2)g( + E

تكوين الماء من تفاعل غاز الهيدروجين والأك�شجين

H2)g( + ½ O2)g( H2O)l( + Eوللتعرف على هذا النوع من التفاعالت اأكثر قم بالن�شاط التالي: -

�شكل ) 3-3 ( تفاعل

ال�شوديوم مع الماء طارد للحرارة

المواد والأدوات المطلوبة:

كاأ�ض زجاجي – اأنبوب زجاجي بطول

30�ش���م وف���ي موؤخرته انتف���اخ )دورق

م�شتدير بعمق حوالي 30�شم( – اإيثر

. المركز الكبريت – حم�ض

خطوات التجربة :

1-اأ�شف حوالي 0.5 ملل م���ن الإيثر في الإناء

الزجاجي واغمر الج���زء المنتفخ من الإناء

الزجاجي في حوالي 50 ملل من الماء داخل

الكاأ�ض الزجاجي .

) 3 – 1 ( : تفاعل طارد للحرارة

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

80كيمياء )2(

2- انقل حوالي 5 ملل من حم�ض الكبريت واأ�شفه اإلى كاأ�ض الماء بحيث ينزلق الحم�ض ببطء على

جدار الكاأ�ض )كن حذرا فحم�ض الكبريت المركز قد يت�شبب في تطاير الماء(.

3- عندما يبداأ اليثر داخل النتفاخ الزجاجي بالغليان ، اأ�شعل عود الثقاب وقربه من فوهة الأنبوبة

الزجاجية. �شجل كافة مالحظاتك ؟

4- هل تفاعل الماء مع حم�ض الكبريت طارد اأم ما�ض للحرارة ؟

...............................................................................................

...............................................................................................

...............................................................................................

...............................................................................................

ف���ي ه���ذا التفاعالت نجد اأن هناك حرارة قد انبعثت وتنتقل الطاقة الحرارية من التفاعل اإلى المحيط

الخارجي وترتفع درجة حرارته ، وبالتالي تكون طاقة الو�شع للنواتج اأقل منها للمواد المتفاعلة وعلى النقي�ض

فاإن طاقة الحركة للنواتج تكون اأعلى من المواد المتفاعلة .

يتفاعل الكربون مع الأك�سجين لينتج اأول اأك�سيد الكربون وكمية من الحرارة

كما هو مبين في المعادلة التالية :

ما مقدار الحرارة الناتجة من تفاعل 4 جم من الكربون ؟

2C )s(

+ O2 )g(

2CO)g(

+ 393.5 Kj

كتلة المول من الكربون = 12 جم / مول

عدد مولت الكربون = = = 0.33 مول

الحل :

4

12

كتلة بالجرام

) C ( كتلة المول الواحد من

81

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

2 مول من الكربون 393.5 كيلو جول

0.33 مول �ض كيلو جول

كمية الحرارة الناتجة = = 64.92 كيلو جول

) 0.33 × 393.5 (

2

اإذا كان مركب الهيدرازين يحترق ح�ســـب المعادلة الكيميائية الحرارية التالية :

فاح�سب كمية الطاقة المنطلقة نتيجة احتراق جرام واحد من الهيدرازين .

N2H4 + O2 N2 + 2H2O + 622.4 KJ

....................................................................................................

....................................................................................................

�شكل ) 3- 4 ( احتراق الخ�شب

لقد خلق اهلل �شبحانه وتعالى الكربون والأك�شجين بخوا�ض

مالئمة كثيرة لحياة الإن�شان فحياتنا مليئة بمركبات الكربون

المالئم���ة لالحتراق ، فمن المعل���وم اأن الحرارة الناتجة من

النار هي اأحد اأ�شباب التقدم العلمي والتقني الذي يعتمد ع�لى

ت�شني���ع المواد )ومنها المعدنية (؛ فبدون الحرارة المنبعثة

من ال�نار لن تكون هناك اإمكانية لتنقية المعادن اأو ت�شنيعها

كم���ا اأنه���ا �شبب �شعورن���ا بالدفء وه���ذا ما يو�ش���ح اأن النار

والم���واد الالزمة لها خلقت خ�شي�شا لتالئ���م حياة الإن�شان

ينتج

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

82كيمياء )2(

وهناك اإ�شارة في القراآن الكريم اإلى هذه الظاهرة في قول اهلل تعالى :

التفاعالت الما�سة للحرارة

هي التفاعالت الكيميائية التي يتطلب حدوثها امت�سا�ض طاقة حرارية؛ ومن الأمثلة عليها:

1- تفاعل الكربون مع الهيدروجين لتكوين غاز الإيثين :

2C )S(

+ 2H2)g(

+ E C2H4)g(

2- تحلل بخار الماء اإلى هيدروجين واأك�شجين :

ولكي تتعرف على هذا النوع من التفاعالت قم بالن�شاط التالي :

H2O)g(

+ E ½ O2)g(

+ H2)g(

�شكل ) 3-5 ( ت�شخين اأك�شيد الزئبق تفاعل

ما�ض للحرارة

) 3 – 2 ( تفاعل ما�ض للحرارة

الأدوات والمواد الم�ستخدمة : خطوات التجربة :

1-اأ�شف حوالي 2 مل من الماء المقطر اإلى �شطح

قطعة الخ�شب .

دورق �شعته 250 �شم وله �شداد - هيدروك�شيد

الباريوم Ba)OH(2 ال�شلب - ثيو�شيانات

الأموني���وم NH4SCN ال�شلب - قطعة من

الخ�شب )15 × 15 × 1.5( - قارورة غ�شيل

بها ماء مقطر

)80 �شورة ي�ض(

83

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

2-اأ�ش���ف حوالي 32 جم م���ن هيدروك�شيد الباريوم وحوالي

16جم من ثيو�شيانات الأمونيوم اإلى الدورق الزجاجي .

3-اأغلق الدورق باإحكام ورجه بقوة حتى تبداأ المواد ال�شلبة

داخله بالتميع ) ت�شبح على �شكل مائع ( .

4- �ش���ع الدورق ف���وق قطرات الم���اء التي ت���م و�شعها على

�شطح قطعة الخ�شب؛ �شجل كافة مالحظاتك .

ماذا ح�شل للحرارة اأثناء التفاعل ؟

5-اكتب معادلة كيميائية حرارية تمثل التفاعل ال�شابق .

�شكل ) 3-6 ( اأ

�شكل ) 3- 6 ( ب

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

ف���ي هذه التفاعالت يت���م امت�شا�ض الطاقة الحراري���ة من المحيط الخارجي فتنخف����ض درجة حرارته

وهذا يدل على اأن طاقة الو�شع للمواد الناتجة من التفاعل اأكبر من طاقة الو�شع للمواد المتفاعلة .

ي�شتخدم الريا�شيون كمادات مبردة لتخفيف األم الإ�شابات

فال�شغط على الكمادة المب���ردة ي�شق الكي�ض بداخلها فيذوب

محت���واه من نت���رات الأمونيوم في م���اء الكي�ض منتج���ا محلول

ب���اردا جدا . فتكون الحرارة الممت�شة الالزمة لتفكيك روابط

المتفاع���الت في هذا التفاع���ل اأكبر من تل���ك المنطلقة اأثناء

تكوين روابط النواتج.

�شكل )3-7 ( كمادات نترات الأمونيوم

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

84كيمياء )2(

اجم���ع اأكبر قدر من ال�ش���ور والمعلومات ع���ن التفاعالت الما�شة والط���اردة للحرارة ثم �شمم

عر�شا لذلك .

م ( O

اإذا م���رر بخار ماء �شاخن على فحم في درجة حرارة عالية ) حوالي 600

فاإن تفاعال يحدث وينتج عن ذلك مزيج من اأول اأك�شيد الكربون والهيدروجين

ح�شب المعادلة التالية :

C)S( + H2O)g(

+ 131.4 KJ CO)g( + H2)g(

ما مقدار الحرارة الالزمة لتفاعل 27 جم من بخار الماء ؟

الحل :

كتلة مول واحد من بخار الماء = ) x 2 1 ( + 16 = 18 جم / مول .

عدد مولت الماء = كتلة المول الواحد = = 1.5جم / مول

من المعادلة نالحظ اأن :

1 مول من الماء يلزمه للتفاعل 131.4 كيلو جول

1.5 مول من الماء يلزمه للتفاعل �ض كيلو جول

كمية الطاقة الحرارية = 1.5 × 131.4 = 197.1كيلو جول

تقوم ال�ســـجرة الخ�ســـراء بتحويل 65 جراما يوميا من ثاني اأك�ســـيد الكربون اإلى �ســـكر جلوكوز

خالل عملية البناء ال�سوئي ح�سب المعادلة :

6CO2 + 6H2O + 2880 KJ C6H12O6+ 6O2

27

18

1

85

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

المحتوى الحراري ) H ( و حرارة التفاعل

يمثل المحتوى الحراري ) Enthalpy( للمادة مقدارا من الطاقة الحرارية المختزنة في مول واحد من

هذه المادة وبما اأن جزيئات المواد المختلفة تختلف في نوع الذرات وعددها ونوع الرابطة لذلك نجد اأن لكل

م���ادة محتوى حراري يميزها عن غيرها وبرمز له بالرم���ز ) H ( ول يمكن عمليا قيا�ض المحتوى الحراري

لم���ادة معينة ولكن يمكن قيا�ض حرارة التفاعل ) التغير في المحتوى الحراري ( اأثناء التغيرات التي تحدث

للمادة وتعرف حرارة التفاعل باأنها كمية التغير في الطاقة الحرارية الم�شاحبة للتفاعل ) اأي كمية الحرارة

الممت�ش���ة اأو المنبعثة اأثناء التفاع���ل الكيميائي ( ويرمز لها بالرمز H∆ . وتمثل حرارة التفاعل الفرق بين

المحتوى الحراري للمواد الناتجة من التفاعل والمحتوى الحراري للمواد المتفاعلة .

اأي اأن :

حرارة التفاعل = المحتوى الحراري للنواتج – المحتوى الحراري للمتفاعالت

) ∆H(

اح�سب مقدار الطاقة التي ت�ستهلكها ال�سجرة يوميا للقيام بعملية البناء ال�سوئي .

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

اأو يمكن تمثيله بال�سورة الآتية :

حرارة التفاعل H = ∆H ) للنواتج ( – H ) للمتفاعالت (

قيم���ة H∆ يمكن اأن تكون موجبة اأو �شالبة وهذا يعتمد على العملية نف�شها فمثال في التفاعالت الما�شة

للح���رارة يك���ون المجموع الجبري للمحتوى الحراري للنواتج اأكبر م���ن المتفاعالت وتكون قيمة H∆ موجبة

) اأكب���ر من ال�شفر ( ، بينما ف���ي التفاعالت الطاردة للحرارة فيكون المجم���وع الجبري للمحتوى الحراري

للمتفاعالت اأكبر من النواتج وتكون قيمة H∆ �شالبة ) اأقل من ال�شفر ( .

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

86كيمياء )2(

�سع عنوانا يتنا�سب مع كل منحنى .

�سيرالتفاعل �سيرالتفاعل

نواتج

نواتج

متفاعالت

متفاعالت

المحتوى

الحراري

المحتوى

الحراري

بعد اأن تعرفنا على التفاعالت الما�سة والطاردة لنا اأن نت�ساءل :

من اأين تاأتي الحرارة الناتجة واإلى اأين تذهب الحرارة الم�ستهلكة ؟

اإن قانون حفظ الطاقة يوؤكد اأن الطاقة ) كالحرارة ( تتحول من �شكل لآخر فالحرارة التي تنطلق من تفاعل

م���ا يج���ب اأن تكون مخزونة ب�شكل ما في الم���واد المتفاعلة والحرارة التي تمت�شها الم���واد المتفاعلة لتعطي

نواتج ت�شبح طاقة مخزونة في المواد الناتجة .

والآن هل يمكنك التعرف على التفاعالت الما�سة والطاردة للحرارة من خالل الر�سم ؟

............................................................................

اإن تطبي���ق قانون حف���ظ الطاقة على المعادلت الكيميائية يعني اأن الطاق���ة ) �شواء كانت طاقة مخزونة في

المواد اأو داخلة في التفاعل ( في الطرف الأي�شر من المعادلة ت�شاوي الطاقة في الطرف الأيمن من المعادلة.

وب�سكل عام يمكن تمثيل ذلك كالتالي : -

في التفاعل الما�ض للحرارة : طاقة المواد المتفاعلة + طاقة ت�ساف اإلى التفاعل = طاقة المواد الناتجة .

في التفاعل الطارد للحرارة : طاقة المواد المتفاعلة = طاقة المواد الناتجة – طاقة ناتجة من التفاعل .

87

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

المعادلة الحرارية

ل �ش���ك اأن���ك لحظت اأنن���ا ا�شتخدمنا المعادلة الكيميائي���ة كي نربط بين كمية الم���ادة المتفاعلة وكمية

الطاقة الحرارية الناتجة اأو الممت�شة اأثناء التفاعل ، وهي ما ت�شمى بالمعادلة الحرارية ، فما الذي تو�شحه

لنا المعادلة الحرارية ؟

1- تكتب الحالة الفيزيائية للمواد الموجودة في التفاعل وذلك بو�شع الحروف

بعد رمز المادة . كما تعلمنا �شابقا.

2 – تنطل���ق كمي���ة م���ن الح���رارة ف���ي حال���ة التفاعالت الط���اردة للح���رارة واإ�ش���ارة H∆ تك���ون �شالبة اأما

ف���ي التفاع���الت الما�ش���ة للح���رارة فاإن التفاعل يمت����ض كمية من الحرارة واإ�ش���ارة H∆ تكون موجبة .

)aq( ، )g( ، )l( ، )s(

C)S( + O2)g(

CO2)g( ∆H = - 393.5 KJ

HgO)s( Hg)l( + ½O2)g( ∆H = + 90.8 KJ

-3 تعط���ي قي���م H∆ التفاعل معين عند ال�شروط القيا�شية اأي )°25م ( و�شغط واحد جوي ما لم ين�ض على

خالف ذلك .

-4 معام���الت المواد ف���ي المعادلة الكيميائي���ة تبين عدد المولت ل���كل مادة م�شتركة ف���ي التفاعل )ويمكن

ا�شتخدام الك�شور( وقيم H∆ تتبع كميات تلك المواد فمثال :

H2O)l( H2)g( + ½O2)g( ∆H = + 285.8 KJ

تعن���ي اأن ح���رارة التفاعل هي 285.8 كيلو جول لكل م���ول واحد من H2O وهي 285.8 كيلو جول لكل

H2 هي 285.8 كيلو جول لكل مول من O2 ن�شف مول من

5 –اإذا �شرب���ت اأو ق�شم���ت معام���الت المواد برقم ف���اإن قيمة )H∆ ( يجب اأن ت�ش���رب اأو تق�شم على نف�ض

الرقم، مثال:

H2O)l( H2)g( + ½O2)g( ∆H = + 285.8 KJ

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

88كيمياء )2(

عند �شرب المعادلة في ) 2( فاإن قيمة H∆ ت�شرب في ) 2 ( كما يلي :

6- يج���ب اأن تتغي���ر اإ�شارة )H∆( اإذا عك�ش���ت المعادلة الكيميائية لأن قيم���ة )H∆( لتفاعل معين ت�شاوي

)H∆ ( لنف�ض التفاعل في التجاه المعاك�ض ولكن تختلف في الإ�شارة

2H2O

)l( 2H2)g( + O2)g( ∆H = + 572 KJ

اإذا اذيـــب كميـــة مـــن كلورات الباريوم �ســـيغتها Ba ) ClO3(2 في مقدار مـــن الماء عند 25°م

فاإن درجة حرارة المحلول ت�سبح اأقل من 25°م .

- فهل عملية الذوبان ما�سة اأم طاردة للحرارة ؟

- اكتب المعادلة الحرارية للتفاعل .

..................................................................................................

- ما اإ�سارة H∆ ؟

..................................................................................................

..................................................................................................

2- تفاعل تكوين الن�سادر يمثل بالمعادلة الحرارية الآتية:

N2)g( + 3H2)g( 2NH3)g( ∆H= - 92.2

H2O )l( H2)g( + ½O2)g( ∆H = + 285.8 KJ

H2)g(+ ½O2)g( H2O

)l( ∆H =- 285.8 KJ

- اكتب المعادلة الكيميائية الحرارية لتكوين 4 مول من الن�سادر

..................................................................................................

89

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

- ماذا حدث لقيمة H∆ ؟

..................................................................................................

تلقائية التفاعالت وعالقتها بحرارة التفاعل

تاأمل الأمثلة التالية :

. تلقائيا يحدث اأن يمكن ل ذلك عك�ض ولكن بارد ج�شم اإلى حار ج�شم من الحرارة • تنتقل

اإلى المواقع اأن ت�شعد اإلى المنخف�شة ولكنها ل يمك���ن • تتدح���رج الأج�ش���ام من المواق���ع المرتفعة المرتفعة تلقائيا.

• تتفاع���ل قطعة ال�شودي���وم ب�شدة مع الماء والأك�شجين ويتكون هيدروك�شيد ال�شوديوم وهيدروجين ولكن الهيدروجين ل يتفاعل مع هيدروك�شيد ال�شوديوم ليكون الماء وال�شوديوم .

• ي�ش���داأ الحدي���د تلقائي���ا عندما يتعر����ض للماء والأك�شجين ولكن �شداأ الحدي���د ل يمكن اأن يتحول تلقائيا اإلى حديد .

اإن ه���ذه الأمثل���ة واأمثلة كثيرة غيرها تحدث تلقائيا وفي اتجاه واحد ولكنها ل يمكن اأن تحدث تلقائيا في

التج���اه المعاك����ض . وهذه المالحظة تقودنا اإلى �شوؤال مهم جدا وهو : ما ال�شبب الذي يجعل بع�ض العمليات

اأو هذه التفاعالت تحدث تلقائيا ؟

هن���اك عوامل كثيرة توؤثر ف���ي عملية اإتمام التفاعالت التلقائية ، ومن اأه���م هذه العوامل في التفاعالت

الحراري���ة اأن التفاع���ل ي�شير في اتج���اه تقليل المحتوى الح���راري للنظام ، اأي في اتج���اه تكوين المواد ذات

المحتوى الحراري الأقل حيث يكون التفاعل طاردا للحرارة وبمعنى اآخر :

1-اإذا كانت قيمة حرارة التفاعل ) التغير في المحتوى الحراري H∆( للتفاعل باإ�شارة �شالبة فاإن التفاعل

يتم تلقائيا )طارد للحرارة( .

2-اإذا كانت قيمة حرارة التفاعل ) التغير في المحتوى H∆( للتفاعل باإ�شارة موجبة فاإن التفاعل ل يتم

تلقائيا ) ما�ض للحرارة ( .

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

90كيمياء )2(

ح�ساب حرارة التفاعل الكيميائي

تعتمد قيمة حرارة التفاعل H∆ على ظروف درجة الحرارة وال�شغط والحالة الفيزيائية للمواد )غازية،

�شائل���ة ، �شلبة ، بلورية ( لذل���ك عند مقارنة تغيرات حرارة التفاعل للتفاع���الت الكيميائية المختلفة ب�شكل

عمل���ي ، فاإنه من المهم تثبيت الظروف الت���ي يحدث فيها التفاعل ويجب التاأكد من اأن هذه الظروف واحدة

قبل وبعد التفاعل ، ولقد اتفق على اأن الظروف القيا�شية هي :

1- درجة الحرارة : 25°م ) وبالكالفن 25 + 273 = 298 كالفن (

2- ال�سغط : ي�شاوي 1�شغط جوي .

3- الحالة القيا�ســـية للمواد هي الحالة الفيزيائية التي توجد عندها المادة ب�شكل تكون فيه اأكثر ا�شتقرارا

عند )25°م و1 �شغط جوي ( فمثال عند هذه الظروف نجد اأن الأك�شجين والنيتروجين عبارة عن غازات

فيم���ا البوتا�شي���وم والر�شا����ض مواد �شلبة والزئب���ق �شائل وبالن�شب���ة للمركبات فالم���اء �شائل وكربونات

ال�شودي���وم م���ادة �شلبة وثاني اأك�شيد الكربون مادة غازية ، اأما العنا�ش���ر التي يمكن اأن تكون لها اأ�شكال

بلورية مختلفة مثل الكربون له �شورة مبتكرة ) األما�ض ، جرافيت ( فاإنه يجب اختيار ال�شورة الأكثر ثباتا

في الظروف القيا�شية وهي الجرافيت .

HO∆ ولقد

وحرارة التفاعل المقا�شة تحت هذه الظروف ت�شمى حرارة التفاعل القيا�شية ويرمز لها بالرمز

تم التفاق دوليا على التعبير عن وحدات حرارة التفاعل بالجول اأو الكيلو جول بدل من ال�شعر اأو الكيلو �شعر

ويمكننا ب�شهولة التحويل بين وحدات الجول و ال�شعر ب�شرعة وبدون م�شقة حيث اأن :

1 �سعر = 4.184 جول

HO∆ للعديد من التفاعالت الكيميائية من خالل :

ومن الممكن ح�ساب حرارة التفاعل القيا�سية

1- معرفة حرارة التكوين القيا�شية للمواد المتفاعلة والناتجة .

2- تطبيق قانون ه�ض لعدد من التفاعالت الكيميائية

3- معرفة طاقات الروابط للمواد المتفاعلة والناتجة .

91

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

كل تغيـــر كيميائـــي يعبـــر عنـــه بمعادلة , يكون له حرارة تفاعل , وت�ســـنف حـــرارة التفاعل

ح�سب نوع التغير الكيميائي الذي يحدث في الأ�سكال الآتية :

1- حرارة التكوين كما في التفاعل الآتي :

2- حرارة الحتراق كما في التفاعل الآتي :

3- حرارة التعادل كما في التفاعل الآتي :

4- حرارة التر�شيب كما في التفاعل الآتي :

2H2)g( + O2)g( 2H2O)l( ∆H = -571.6 KJ

4Al)s( + 3O2)g( 2Al2O3)s( ∆H = -3339.6 KJ

HCl)aq( + NaOH)aq( 2NaCl)aq( + H2O)l(

∆H = -177.7kJ

∆H = -148.5kJ

AgNO3)aq( + NaCl)aq( NaNO3)aq( + AgCl)s(

وغير ذلك من الأ�شكال ، ولكننا في هذا الف�شل �شوف ندر�ض حرارة التكوين فقط كمثال لتو�شيح

كيفية ح�شاب حرارة التفاعل بمعلومية حرارة التكوين القيا�شية للمواد المتفاعلة والناتجة

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

92كيمياء )2(

اأول : حرارة التكوين القيا�سية

تعرف حرارة التكوين القيا�شية للمادة : باأنها كمية الحرارة المنطلقة اأوالممت�شة عند تكوين مول واحد

م���ن المادة من عنا�شره���ا الأولية ) والأ�شا�شية ( في حالتها القيا�شي���ة ، وبرمز لها بالرمز º∆Hf فمثال

في التفاعل التالي :

∆H= -393.5 KJ º C + 2O2 CO2

م���ن المعادل���ة يت�شح اأن تكون مول واحد من غاز CO2 من عنا�ش���ره الأولية في الظروف القيا�شية ينتج

عن���ه كمي���ة من الطاقة قدرها 393.5 كيلو جول . اأي اأن حرارة التكوي���ن القيا�شية = - 393.5 ولقد اتفق

العلم���اء عل���ى اأن ح���رارة التكوين القيا�شي���ة º∆Hf لجميع العنا�شر ف���ي حالتها الفيزيائي���ة الثابتة الأكثر

ا�شتقرارا تحت الظروف القيا�شية ت�شاوي �شفرا .

ون�شتطيع ح�شاب حرارة التفاعل من حرارة التكوين القيا�شية للمواد المتفاعلة والناتجة كما يلي :

حرارة التفاعل ) حرارة التكوين ( =مجموع حرارة تكوين للنواتج – مجموع حرارة التكوين للمتفاعالت

∆ºH = مجموع ºHf ) للنواتج ( – مجموع ºHf ) للمتفاعالت (

�شكل ) 3 -8 ( اأ

حرارة احتراق

�شكل ) 3 -8 ( ب

حرارة تعادل

93

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

وفيما يلي جدول يبين حرارة التكوين لبع�ض المركبات

حرارة التكوينالموادحرارة التكوينالمواد

CaCO3

CaO

Ca)OH(2

CO2

CH4

C2H2

C2H4

C2H6

NH3

N2H4

NO

NO2

H2O )g(

H2O )l(

HCl

O2

H2O2

HBr

HF

HI

C

C3H8

C2H5OH

Fe2O3

CuSO4

SO2

SO3

H2SO4

HNO3

Al2O3

-1207

-635.5

-986.6

-393.5

74.8 -

+226.7

+52.7

-84.7

-46.1

+50.6

+90.4

+33.9

-241.8

-285.8

-92.3

0

-187.6

-36.2

-268.8

+25.9

0

103.8

-277.6

-822.2

769.9 -

-296.1

-395.2

-811.3

-173.2

-1669.8

جدول ) 3-1 ( حرارة التكوين لبع�ض المركبات

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

94كيمياء )2(

العالقة بين حرارة التكوين والثبات الحراري للمركبات

؟ للمركبات الحراري بالثبات عالقة التكوين لحرارة • هل

عند احتراق 5.2 جم اإيثيلين في كمية من الأك�سجين عند درجة حرارة 25°م و�سغط جوي

واحد ينتج 242 كيلو جول , اح�سب حرارة التفاعل لمول واحد من الإيثيلين ح�سب المعادلة :

C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O....................................................................................................

....................................................................................................

حرارة التفاعل )التكوين( = مجموع حرارة التكوين للنواتج – مجموع حرارة التكوين للمتفاعالت

CH4)g( + 2O2)g( CO2)g( + 2H2O)g(

من خالل النظر في الجدول نجد اأن :

حرارة تكوين بخار الماء = ) - 241.8 × 2 ( = - 483.6 كيلو جول

حرارة تكوين ثاني اأك�شيد الكربون = - 393.5 × 1 = -393.5 كيلوجول

حرارة تكوين الأك�شجين = �شفر .

حرارة تكوين الميثان = - 74.8 × 1 =- 74.8 كيلو جول

اإذن حرارة التفاعل ) التكوين ( = ] - 483.6 + ) - 393.5 ( - ] ) 0 ( + ) - 74.8 (

= ])- 877.1 ( – ) - 74.8 ( = - 802.3 كيلوجول

هذا التفاعل طارد للحرارة لأن اإ�شارة H∆ �شالبة

الحل :

اح�سب حرارة التفاعل ) التكوين ( القيا�سية للتفاعل التالي :

)g()g()g()g(

95

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

لمرك���ب م���ا قيمة �شالبة كبي���رة ) حرارة تكوين قيا�شية منطلق���ة كبيرة ( فاإن المركب يك���ون اأكثر ثباتا لأنه

كلم���ا زادت قيمة الطاق���ة المنطلقة كلما دل ذلك على قوى الروابط الكيميائية ف���ي المواد الناتجة . اأما اإذا

كانت حرارة التكوين القيا�شية لمركب ما قيمة موجبة كبيرة ) حرارة تكوين قيا�شية ممت�شة ( فاإن المركب

يك���ون اأقل ثباتا تج���اه التحلل الحراري ، وذلك ب�شبب �شعف الروابط الكيميائي���ة بين الذرات في الجزيء .

وكلما زادت الطاقة الحرارية الممت�شة الم�شاحبة لتكوين المركب كلما قل ثبات المركب . اأي اأن المركبات

المتكون���ة بوا�شطة تفاعالت طاردة للحرارة تكون اأكثر ثباتا من تلك المتكونة من تفاعالت ما�شة للحرارة .

فحين النظر اإلى المعادلة الآتية نجد اأن :

H2)g( + Cl2)g( 2HCl )g( ∆H = - 92.3 KJ

تك���ون ح���رارة تكوين HCl القيا�شية = - 92.3 كيلو جول / مول وهي حرارة منطلقة ويمكن كتابة

هذا التفاعل معكو�شا .

HCl)g( ½H2)g( + ½ Cl2)g( ∆H = + 92.3 KJ

ومن ذلك يت�شح اأنه لتفكيك مول واحد من غاز HCl اإلى عنا�شره الأولية فاإنه يلزم ) تمت�ض ( طاقة قدرها

92.3 كيلو جول اأي اأن غاز HCl ثابت حراريا عند درجة حرارة الغرفة ) م�شتقر ( ول ينحل اإلى عنا�شره

عن���د درج���ة حرارة الغرفة، ويزداد المركب ثباتا تجاه التحلل الحراري كلما زادت قيمة الحرارة المنطلقة .

لتفاعـــل تكويـــن كل مـــن -1 اإذا كانـــت حـــرارة التكويـــن القيا�ســـية

, N2O4 مـــن عنا�ســـرها الأ�سا�ســـية ت�ســـاوي)9.2( , NO2 , NO , Na2O

)90.4(, )33.9(, )81.5( كيلوجول / مول على الترتيب .

رتب هذه الأكا�سيد ت�ساعديا ح�سب ثباتها الحراري .

∆ Hºf

يتبي���ن لن���ا اأن حرارة التكوين القيا�شية للمركبات من اأهم العوامل الت���ي تحدد مدى ثباتها تجاه التحلل

الح���راري اإلى عنا�شرها الأولية عند درجة حرارة الغرفة . وب�شفة عامة اإذا كانت حرارة التكوين القيا�شية

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

96كيمياء )2(

اأكثرها ثباتا هو N2O4 ويكون على الترتيب ت�شاعديا ح�شب الثبات الحراري كما يلي :

N2O4 – NO2 – Na2O - NO

2- اإذا كانـــت حـــرارة التكويـــن القيا�ســـية لتفاعـــل تكويـــن الأحما�ـــض الآتيـــة : الفورميـــك

والكبريتيك والهيدروكلوريك والخليك من عنا�ســـرها الأ�سا�ســـية ت�ســـاوي ,)- 487( ,

)- 168( ,)- 907.5( ,)- 410( كيلوجول / مول على الترتيب .

رتب هذه الأحما�ض ت�ساعديا ح�سب ثباتها الحراري

الحل :

Hº∆ �سالبة , اإذن الحرارة تنطلق اأثناء التفاعل . f نالحظ اأن قيمة

بمـــا اأن ثبـــات المركب تجـــاه التحلل الحراري يزداد بزيـــادة الحرارة المنطلقة اأثنـــاء تكوينه فاإن

حم�ـــض الكبريتيـــك يكـــون اأكثرهـــا ثباتـــا حراريا وحم�ـــض الهيدروكلوريـــك اأقلها ثباتـــا حراريا .

ويكون الترتيب الت�ساعدي ح�سب الثبات الحراري كما يلي :

حم�ـــض الهيدركلوريـــك ثـــم حم�ـــض الفورميـــك ثـــم حم�ـــض الخليـــك ثـــم حم�ـــض الكبريتيـــك .

HF - HBr - HCl - HI : اإذا كانـــت حـــرارة التكويـــن القيا�ســـية لتفاعل تكوين المركبات التاليـــة

من عنا�سرها الأولية هي : +25.9 , -92.3 , -36.2 , -268.2 على التوالي رتب هذه المركبات

تنازليا ح�سب ثباتها الحراري.

....................................................................................................

....................................................................................................

بما اأن ثبات المركبات حراريا يقل كلما زادت الطاقة الحرارية الممت�شة اأثناء تكوينها

لذلك فاإن اأكثر هذه الأكا�شيد انحالل عند درجة حرارة الغرفة هو NO واأقلها انحالل اأو

الحل :

97

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

) Hess,s Law( ثانيا: قانون ه�ض

تعتم���د العدي���د من ح�شابات الكيمياء على قانون و�شعه العالم الرو�شي ه�ض و ين�ض هذا القانون على اأن

قيمة حرارة التفاعل )التغير في المحتوى الحراري H∆( لأي تفاعل كيميائي تحت �شغط ثابت ي�شاوي كمية

ثابت���ة �شواء تم التفاع���ل في خطوة واحدة اأو عدة خطوات ، وهذا يعني اأن حرارة التفاعل تعتمد على خوا�ض

المواد المتفاعلة والمواد الناتجة من التفاعل اأي على الحالتين البتدائية والنهائية ول تتاأثر بالطريق الذي

ي�شلكه التفاعل .

وتت�ش���ح اأهمية هذا القانون في ح�شاب حرارة التفاعل للتفاع���الت التي ل يمكن قيا�شها بطرق تجريبية

مخبري���ة ب�شب���ب حدوثها ببطء �شدي���د بحيث تتعذر درا�شته���ا اأو اأن تحدث تفاعالت جانبي���ة تنتج مواد غير

مرغوب فيها بجانب المواد المطلوبة ، ولكي نطبق قانون ه�ض على التفاعالت الكيميائية الحرارية علينا اأن

ن�شتخدم القواعد التي تعرفنا عليها اأثناء درا�شة المعادلة الكيميائية الحرارية والمثال الآتي يو�شح ذلك :

C + D A + B

E + Fمركب و�شيط

A + B C + D = ∆H3 E + F C + D = ∆H2 A + B E + F = ∆H1

الطريق 1

الطريق 2

∆H1

∆H3

∆H2

اإذا علمت حرارة التفاعل للتفاعالت التالية :

1( 2C2H2)g( + 5O2)g( 4 CO2)g( + 2H2O)l( ∆H1= -2602 KJ

2( 2C2H6)g( + 7O2)g( 4CO2)g( + 6H2O)l( ∆H2= -3123 KJ

نواتج متفاعالتنواتج مركب و�شيطمركب و�شيط متفاعالت

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

98كيمياء )2(

3( H2)g( + ½ O2)g( H2O)l( ∆H3= -286 KJ

4( C2H2)g( + 2H2)g( C2H6)g( ∆H4= ?

فاح�شب حرارة التفاعل للمعادلة الآتية :

الحل :

نالحظ اأنه يمكن الح�شول على المعادلة )4( عند جمع المعادلت ) 1و2 و 3 ( ولكن بعد

اأن نقوم بالعمليات التالية :

نق�ش���م المعادلة الأولى على 2 ونعك�ض المعادلة الثانية ثم نق�شمها على 2 ون�شرب المعادلة

الثالثة في 2 لت�شبح المعادلت كما يلي :

C2H2 )g(+ 5/ 2 O2 )g( 2CO2 )g( + H2O)l(

∆ H1= -1301 KJ

2H2 )g( + O2)g( H2O )l(

∆ H2= -572 KJ

2CO2)g( + 3H2O)l( C2H6 )g( + 7 /2 O2 )g(

∆H3= +1561.5 KJ

عند جمع المعادلت الثالثة ال�شابقة نح�شل على التفاعل :

C2H2)g( + 2H2)g( C2H6)g(

∆H4= ∆H1 + ∆H2 + ∆H3

∆H4= -1301 KJ + )-572 KJ( + )1561KJ( = -312 KJ

اأي اأن التفاعل طارد للحرارة لأن اإ�سارة H4∆ �سالبة

99

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

ثالثا : طاقة الرابطة الكيميائية

عرفن���ا �شابق���ا اأن المواد مكونة م���ن جزيئات واأن الذرات ف���ي الجزيء مرتبطة مع بع����ض بروابط قوية

ل���ذا فاإن ف�ش���ل ذرتين مرتبطتين ع���ن بع�شهما البع�ض يحتاج اإل���ى كمية من الطاقة ت�شم���ى طاقة الرابطة

Bond Energy كما اأن تكون رابطة بين ذرتين يطلق كمية من الطاقة ، ويمكن تعريف طاقة الرابطة على

اأنه���ا الطاقة الالزمة لك�شر م���ول من الروابط بين ذرتين وهي الطاقة نف�شه���ا التي تنتج عن تكوين مول من

الروابط بين ذرتين .

الآن لنـــا اأن نت�ســـاءل : مـــا لذي ن�ســـتفيده من معرفتنا لطاقة الروابط ؟ اإنه���ا تفيدنا في معرفة متى يكون

التفاع���ل الكيميائ���ي ط���اردا للحرارة ومتى يكون ما�شا له���ا ، فاإذا تتبعنا تفاع���ل الهيدروجين مع الأك�شجين

لإنت���اج الم���اء ، نجد اأن في جزيء الهيدروجين رابطة بين ذرتيه و يقت���رن بهذه الرابطة مقدار من الطاقة

ولك�شره���ا نحت���اج اإلى اإمداد الجزيء بمقدار من الطاقة ، وكذلك الأم���ر بالن�شبة لجزيئات الأك�شجين فاإننا

نحت���اج اإل���ى طاقة لك�شر الرابط���ة بين ذرتي الأك�شجين في ج���زيء الأك�شجين ، وعندم���ا يحدث تفاعل بين

الأك�شجين والهيدروجين فاإن ذرات الأك�شجين ت�شبح مرتبطة بذرات الهيدروجين وتكوين مثل هذه الروابط

ينت���ج طاق���ة والفرق بي���ن ما يلزم من طاق���ة لك�شر الروابط وما ينت���ج من طاقة عند تكوي���ن الروابط هو ما

نالحظ���ه م���ن حرارة ناتجة اأو م�شتهلكة وهو ما ي�شمى بحرارة التفاع���ل الكيميائي)H∆( وبناء عليه يمكننا

ح�شاب حرارة التفاعل بالعتماد على طاقة الروابط كما يلي :

حرارة التفاعل )H∆( = الطاقة الناتجة عند تكوين الروابط للنواتج – الطاقة الالزمة لك�سر الروابط المتفاعالت

فاإذا كان مجموع الطاقة الالزمة لك�شر الروابط اأكبر من مجموع الطاقة الناتجة عند تكوين الروابط فالتفاعل

يكون ما�شا للحرارة ، اأما اإذا كان مجموع الطاقة الالزمة لك�شر الروابط اأقل من مجموع الطاقة الناتجة عن

تكوين الروابط لتفاعل يكون طاردا للحرارة .

والجدول التالي يو�شح قيم طاقات الروابط لبع�ض المواد :

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

100كيمياء )2(

نوع الرابطة

H—H

طاقة الرابطة

) كيلوجول / مول (

نوع الرابطةطاقة الرابطة

) كيلوجول / مول (

H—C

H—N

H—O

H—F

H—Cl

H—Br

H—I

C-C

C = C

C = C

C – O

C = O

C – N

O = O

C – F

C – Cl

C – Br

C – I

F – F

Cl – Cl

Br–Br

436

413

389

464

565

432

368

297

347

611

837

347

799

268

498

427

330

276

218

158

243

192

جدول ) 3-2 ( طاقة الرابطة لبع�ض المواد

101

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

حرارة التفاعل

كيمياء )2(

يحت���رق الميث���ان في كمي���ة كافية من غ���از الأك�شجي���ن منتجا غاز ثان���ي اأك�شيد

الكربون وبخار الماء :

CH4 + H2O2)g(

+ 131.4 KJ CO2)g( + 2H2O)g(

اح�شب مقدار التغير في المحتوى الحراري للتفاعل ؟ هل التفاعل ما�ض اأم طارد للطاقة ؟

و اأيهما اأكبر طاقة: النواتج اأم المتفاعالت؟

الحل :

يتفاعل البروم مع الهيدروجين ليكون بروميد الهيدروجين ح�سب المعادلة :

اح�سب حرارة التفاعل ؟ هل التفاعل ما�ض اأم طارد ؟

H2 + Br2 2HBr

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

H∆ = طاقة تكوين الروابط في النواتج – طاقة ك�شر الروابط في المتفاعالت

طاقة تكوين الروابط =) 2 × 799 ( + ) 4 × 464 ( =3454 كيلو جول

طاقة ك�شر الروابط = ) 2 × 498 ( + ) 4 × 413 ( = 2648 كيلو جول

H∆ = 3454 - 2648 = 806 كيلو جول .

تظهر على �شكل طاقة منبعثة يكون التفاعل في هذه الحالة طاردا للحرارة .

)g(

حرارة التفاعل

ثلثا

ل ا

ل�س

فلا

102كيمياء )2(

اإن معظم الطاقة التي ي�شتخدمها الإن�شان تاأتي من م�شادر غير طبيعية مثل الوقود ) الفحم

الحجري ، النفط ( وهناك الدول ال�شناعية الكبرى التي ت�شتخدم الطاقة النووية كم�شدر لتوليد

الكهربية التي ت�شتخدمها في اإدارة م�شانعها .

وتعتب���ر م�ش���ادر الطاقة ال�شابق���ة الذكر من م�شادر الطاق���ة غير النظيف���ة ، والتي ينتج عن

ا�شتخدامه���ا كثي���ر من المواد ال�ش���ارة بالبيئة وب�شحة الإن�شان ، لذا فهن���اك اتجاه عالمي خا�شة

ل���دى الدول ال�شناعية الكبرى نح���و ا�شتخدام الم�شادر الطبيعية للح�شول على الطاقة والحفاظ

على البيئة في نف�ض الوقت وعلى �شبيل المثال ا�شتخدام طاقة الرياح في توليد الكهرباء ، وكذلك

ال�شتف���ادة الق�شوى م���ن الطاقة ال�شم�شية وتحويلها اإلى العديد من �ش���ور الطاقة الالزمة للحياة

العملية لبنى الإن�شان .

كم���ا اأن هن���اك اتجاها اآخر للعمل عل���ى تر�شيد ا�شتهالك الطاقة في كثي���ر من مناحي الحياة

م���ع اإعادة توجيه �شل���وك ونمط الإن�شان في ا�شتخدامه للطاقة المتع���ددة من ال�شلوكيات التي لبد

واأن يتبعه���ا الإن�ش���ان لكي يحافظ عل���ى بيئة نظيفة وه���ي التر�شيد في ا�شتخ���دام اأجهزة التكييف

وع���دم ا�شتخدام ال�شي���ارات ال�شخ�شية با�شتمرار كو�شيلة للموا�ش���الت اإذ يمكن ا�شتخدام و�شائل

الموا�ش���الت الجماعية والدراج���ات كو�شيلة للموا�شالت ، من اأجل الحف���اظ على الطاقة والعمل

على وجود بيئة نظيفة خالية من التلوث والأمرا�ض.

اأ�صئلة الف�صل الثالث

�ض1: اأي من التفاعالت الآتية منتج للحرارة واأيها م�ستهلك للحرارة :

اأ( تحلل كلورات البوتا�سيوم .

ب(

ج( احتراق مادة بال�ستيكية .

د(

�ـــض 2: تحلـــل الن�ســـادر اإلـــى هيدروجيـــن ونيتروجين يحتـــاج اإلى 14.5 كيلو �ســـعر لكل

مول يتكون من الهيدروجين.

. ال�سابق للتفاعل حرارية كيميائية معادلة • اكتب

. العك�سي للتفاعل حرارية كيميائية معادلة • اكتب

؟ الن�سادر من جرام 34 تكون من الناتجة الحرارة مقدار • ما

�ض3 : اح�سب حرارة التكوين للميثان من التفاعالت الآتية :

2C)graphits(+ 2H2 )g( C2H4 ∆H=52،3KJ

H2 +Cl2 2HCl ∆ H= -185KJ

C)s( + O2 )g( CO2)g(

H2O)l( H2 + ½O2

CO2 + 2H2O CH4 + 2O2

علما باأن H∆ للتفاعالت على التوالي هي :

) - 394 , +286 , + 892 ( كيلوجول لكل مول .

�ـــض4: ا�ســـرح معنى التلقائية وكيف يمكنك تحديـــد تلقائية اأو ل تلقائية التفاعالت ؟

103

)g(

)g(

)g()g(

)g()g(

)g()g(

�ض5 : اذكر ن�ض قانون ه�ض ثم و�سح اأهميته في الكيمياء الحرارية مدعما اإجابتك بمثال ؟

�ض6 :ا�ستخدم قيم طاقة الروابط في جدول )3-2 ( لح�ساب التغير في حرارة التفاعل

)H∆( للتفاعل الآتي :

CH4 + Cl2 CH3Cl + H Cl

�ض7 : لحظ التفاعل التالي واأجب عن المطلوب :

2CH3OH + 3O2 4H2O + 2CO2 ∆ Hº= -1453KJ

ما قيمة H∆ اإذا :

. 2 × المعادلة �شربت •

. والعك�ض متفاعلة مواد الناتجة المواد اأ�شبحت بحيث التفاعل اتجاه عك�ض •

H2O بدل من الماء ال�شائل كمنتج . الماء بخار تكون •

º

104

حركـية التفاعـل الكيميائي

) �صرعة التفاعالت الكيميائية واتزانها (

يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :

1- تتعرف مفهوم �شرعة التفاعل الكيميائي .

2- تعدد العوامل الموؤثرة على �شرعة التفاعل الكيميائي .

3- ت�شتنتج عمليا اأثر العوامل المختلفة على �شرعة التفاعل الكيميائي .

4- تتعرف نظرية الت�شادم و نظرية الحالة النتقالية .

5- تف�ش���ر اأث���ر العوام���ل المختلف���ة عل���ى �شرع���ة التفاع���ل الكيميائ���ي ف���ي �ش���وء نظريت���ي الت�ش���ادم

و الحالة النتقالية .

6- تر�شم منحنى يو�شح اأثر المواد الحافزة على الطاقة المن�شطة و المركب الن�شط في التفاعل الكيميائي .

7- ت�شتق قانون التفاعل من الخطوة المحددة لل�شرعة لعدد من التفاعالت الكيميائية .

8- تتاأمل قدرة اهلل �شبحانه و تعالى في وجود مواد حافزة في اأج�شام المخلوقات الحية .

الأهداف

106

�صرعة التفاعل الكيميائي

المقدمة

الكيمي���اء الحركي���ة هي درا�شة مع���دل و ميكانيكية التفاع���الت الكيميائية. فمعادل���ة التفاعل الكيميائي

تو�ش���ح المواد الداخلة والناتجة من التفاعل و العالقة بينهم���ا، و ل���كن ل تو�شح عدد خط��وات الت���فاعل

و تتاب���ع التفاع���الت الب�شيطة الت���ي قد تحدث عند تح���ول المواد المتفاعل���ة اإلى المواد الناتج���ة . و ترتبط

الكيمي���اء الحركية بمعدل هذه الخط���وات و العوامل الموؤثرة على �شير التفاعل مثل التركيز و درجة الحرارة

و العوامل الحافزة ) الم�شاعدة ( .

وتب���دو بع����ض التفاع���الت اأنه���ا ت�ش���ري ب�شرع���ة كبي���رة بينم���ا تت���م اأخ���رى بب���طء ، و تدلن���ا الكيمي���اء

الحركي���ة ع���ل كيفي���ة تغي���ر ظ���روف التفاع���ل و توجيهه���ا نح���و اإمكاني���ة الح�ش���ول عل���ى مرك���ب معي���ن ،

و كي���ف يمكن الإ�شراع ببع�ض التفاع���الت اأو اإبطاوؤها اأو منع بع�شها . فالمهم���ة الأ�شا�شية للكيمياء الحركية

ه���ي توجي���ه التفاعالت الكيميائية بحيث ت�شري ب�شرعة كبيرة و ينتج عنها اأف�شل ن�شبة من النواتج النهائية،

لذل���ك تعتب���ر �شرعة التفاعل الكيميائي م���ن المعايير الأ�شا�شية في علم الكيمي���اء . و في هذا الف�شل �شوف

نتعرف على مفهوم �شرعة التفاعل و كيفية قيا�شها و العوامل الموؤثرة عليها و تف�شير هذه العوامل با�شتخدام

نظريتي الت�شادم و الحالة النتقالية لن�شتطيع بعد ذلك ا�شتقاق قانون �شرعة التفاعل من الخطوة المحددة

لل�شرعة لعدد من التفاعالت الكيميائية .

107

�سرعة التفاعل الكيميائي

عند حدوث بع�ض التفاعالت الكيميائية نجدها تختلف عن بع�شها تماما في زمن التفاعل اأي اأنها ل تتم

ب�شرع���ة واحدة فبع�شها يتم لحظي���ا و بع�شها بطيء ن�شبيا ، و هناك تفاعالت بطيئة جدا قد ت�شتمر ماليين

ال�شنين .

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

108كيمياء )2(

�سنف التفاعالت التالية من حيث �سرعتها في الجدول التالي:

التفاعالت الكيميائية

احتراق الف�سفور الأبي�ض

بطيئة�سريعة

�سداأ م�سمار من الحديد

تكوين النفط

اأك�سدة الغذاء

ه���ذه الأمثل���ة دليل على تف���اوت التفاعالت الكيميائية في �شرعة حدوثها، فما ه���ي �شرعة التفاعل؟ و كيف

تقا�ض؟ و ما اأهمية درا�شتها؟ وما العوامل الموؤثرة عليها؟ هذا ما �شنتناوله في هذا الف�شل باإذن اهلل تعالى.

مفهوم �سرعة التفاعل الكيميائي و كيفية قيا�سها

- كم تبلغ �شرعة �شيارة تقطع م�شافة ) 90 كيلو متر ( في �شاعة واحدة .

- كيف يمكن تحديد �شرعة التفاعل الكيميائي ؟

تقا����ض �شرع���ة حدث م���ا بمقدار التغير ال���ذي يحدث خالل فترة زمني���ة محددة ، و بالمثل فاإن �ســـرعة

التفاعـــل الكيميائـــي هي معدل التغير في كميات ) تركيز ( المواد المتفاعلة اأو الناتجة في وحدة الزمن

) ثانية اأو �ســـاعة اأو يوم ( . و يعبر عن �شرعة التفاعل بالتغير في وحدات التركيز لكل وحدة زمنية في حالة

المحالي���ل ال�شائل���ة اأو التغير في ال�شغط الجزئي لكل وحدة زمنية في الحالة الغازية فلو عبرنا عن تفاعل ما

A + B C + Dبالمعادلة الآتية: ) Products( مواد ناتجة ) Reactants (مواد متفاعلة

109

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

�شكل )4 -1( تغير

تركيزالمواد المتفاعلة مع الزمن

- م���ا تركي���ز الم���واد الناتج���ة ف���ي بداي���ة التفاع���ل

) عند الزمن �شفر ( ؟

ماذا يح���دث لتركيز الم���واد الناتجة م���ع الزمن ؟

- م���ا تركي���ز الم���واد متفاعل���ة ف���ي بداي���ة التفاع���ل

) عند الزمن �شفر ( ؟

- ماذا يحدث لتركيز المواد المتفاعلة مع مرور الزمن ؟

يمكن نظريا ح�شاب �شرعة التفاعل بقيا�ض مدى �شرعة

تغي���ر تركيز اإحدى المواد المتفاعل���ة اأو الناتجة مع

الزمن.ف���ي بداية التفاعل) عن���د الزمن �شفر ( ل

توجد اأي كمية من المواد الناتجة و لكن بمرور الوقت يزداد تركيز المواد الناتجة مع انخفا�ض في تركيز

الم���واد المتفاعلة و بمقارنة التركيز في زمنين مختلفين اأثن���اء التفاعل يمكن معرفة التغير فيها بالن�شبة

للزمن و من ثم تحديد �شرعة التفاعل .

و عملي���ا يمك���ن قيا�ض �شرعة التفاعل بقيا�ض معدل اختفاء م���ادة متفاعلة اأو تكوين مادة ناتجة ، و عادة يتم

تتبع ذلك بتتبع التغير في اإحدى الخوا�ض الجزيئية للمادة كاللون مثال .

C + D تركيز المواد الناتجة

A+B تركيز المواد المتفاعلة

الزمن

فاإن���ه يمك���ن تتبع �شي���ر عملية التفاع���ل بمراقبة مع���دل اختفاء الل���ون البني المحمر لثان���ي اأك�شيد

النيتروجين عند تفاعله مع اأول اأك�شيد الكربون كما في ال�شكل التالي :

فلو اأخذنا تفاعل اأول اأك�شيد الكربون CO مع ثاني اأك�شيد النيتروجين NO2 ليكونا ثاني اأك�شيد

الكربون CO2 و اأول اأك�شيد النيتروجين NO وفقا لما يلي :

CO)g( + NO2)g( CO2)g( + NO)g(

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

110كيمياء )2(

و مم���ا كان وا�شح���ا من التفاعل ف���ي المعادلة

ال�شابق���ة اأن اختف���اء كل ج���زيء من ثان���ي اأك�شيد

النيتروجين يكون م�شحوب���ا باختفاء جزيء واحد

م���ن اأول اأك�شي���د الكربون و ظهور ج���زيء من ثاني

اأك�شيد الكربون و جزيء من اأول اأك�شيد النيتروجين .

�شكل ) 4-2( تفاعل ثاني اأك�شيد النيتروجين

واأول اأك�شيد الكربون

غاز ثاني

اأك�شيد

النيتروجين

غاز اأول

اأك�شيد

النيتروجين

فاإنه يمكن القول باأن :

�ســـرعة التفاعل = معدل اختفاء ثاني اأك�ســـيد النيتروجين = معدل اختفاء اأول اأك�ســـيد الكربون

= معدل تكون اأول اأك�سيد النيتروجين = معدل تكون ثاني اأك�سيد الكربون

و يمك���ن ا�شتعم���ال اأي من هذه القيم لقيا�ض �شرعة التفاعل و يتم اختيار اإحدى هذه القيم بناء

عل���ى �شهول���ة قيا�ض معدل تغير اإحدى خوا�ض مادة متكون���ة اأو مختفية و التي تتنا�شب مع كمية هذه

المادة ) كلون ثاني اأك�شيد النيتروجين ( .

كيف يمكن قيا�ض �سرعة التفاعالت التالية :

...............................................................................................

...............................................................................................

2NOCl 2NO + Cl 2

H2O H2 + O212

)a(

)b(

111

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

NO + O3 NO2 + O2

...............................................................................................

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

...............................................................................................

العوامل الموؤثرة على �سرعة التفاعل الكيميائي

للتفاع���الت الكيميائي���ة تطبيقات �شناعية مهمة مثل �شناعة مادة الن�ش���ادر المهمة في �شناعة الأ�شمدة

و �شناع���ة المنظفات و الأ�شب���اغ و الألياف ، و هناك تفاعالت �شارة تحدث اأثرا �شلبيا غير مرغوب فيه مثل

تحل���ل طبق���ة الأوزون و التفاع���الت التي تت�شبب في نم���و الفطريات و البكتيريا التي ت���وؤدي اإلى ف�شاد و تعفن

الأطعم���ة ، لذا قام الكيميائي���ون بدرا�شة العوامل الموؤثرة على �شرعة التفاعل الكيميائي لمعرفة ما يمكن اأن

يزي���د �شرع���ة اإنتاج ما نحتاج اإلي���ه و نرغب فيه من تلك التفاعالت و ما يمك���ن اأن يثبط اأو يوقف اإنتاج ما ل

نحتاج اإليه اأو نرغب في التخل�ض منه من تلك التفاعالت .

و الآن دقق النظر في الم�ساهد الآتية :

- يذوب ال�شكر في محلول ال�شاي ال�شاخن اأ�شرع من محلول ال�شاي البارد .

- يتحل���ل الن�ش���ا في و�شط مائ���ي في ج�شم الإن�ش���ان اأ�شرع من تحلله ف���ي المختبر عند نف����ض الدرجة .

- تتفاع���ل قطع���ة الخار�شي���ن م���ع حم����ض الهيدروكلوري���ك المخف���ف اأبط���اأ م���ن تفاعله���ا م���ع حم�ض

الهيدروكلوريك المركز .

من الم�ساهدات ال�سابقة نالحظ اأن �سرعة التفاعل تعتمد على عدد من العوامل هي :

1- طبيعة المواد الداخلة في التفاعل

2- تركيز المواد الداخلة في التفاعل

3- درجة الحرارة

4- المواد الحافزة

)c(

)d(

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

112كيمياء )2(

و لكي تتم درا�شة تاأثير اأحد هذه العوامل عمليا فاإننا نتتبع �شير التفاعل مع الزمن مع تثبيت بقية العوامل

الأخرى بقدر الم�شتطاع .

اأول :طبيعة المواد الداخلة في التفاعل

تتاأثر �شرعة التفاعل الكيميائي باختالف طبيعة المواد المتفاعلة و يق�شد بطبيعة المواد المتفاعلة

عدة اأمور منها :

اأ / عدد الروابط في المواد الداخلة في التفاعل :

محلول حم����ض الكبريت ) 6 مولر(

ال�شودي���وم اأك�ش���الت محل���ول -

) 0.1 م���ولر ( - اأو محل���ول حم�ض

ك�شاليك ) 0.1 مولر ( - محلول الأ

كلوريد الحديد الثنائي )0.1 مولر(

- محل���ول برمنجن���ات البوتا�شي���وم

) 0.1 م���ولر ( - اأنابي���ب اختب���ار

الأدوات والمواد :

)4 - 1( تفاعل محلول برمنجنات البوتا�سيوم مع اأيونات

الحديد )II( واأيونات الأك�سالت.

خطوات العمل :

)II(1- �شع 2 مل من محلول كلوريد الحديد الثنائي

، ) اأ ( اختب���ار اأنبوب���ة ف���ي التح�شي���ر حدي���ث

و 2 م���ل من محلول اأك�شالت ال�شوديوم اأو حم�ض

ك�شاليك في اأنبوبة اختبار ) ب ( . الأ

ل���كل الكبري���ت م���ن حم����ض اأ�ش���ف قطرتي���ن -2

م���ن الأنبوبي���ن ) اأ ( و ) ب ( ، وح���رك المزي���ج .

3- اأ�شف 1 مل من برمنجنات البوتا�شيوم اإلى المزيج في كل من الأنبوبين ) اأ ( و ) ب ( .

4- لحظ �شرعة اختفاء لون البرمنجنات في كل من الأنبوبين .

. الأنبوبين من كل في البرمنجنات لون اختفاء �شرعة بين • قارن

...........................................................................................

113

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

ماذا تتوقع اأن يكون �شبب اختالف اللون .

. ) II ( ما ال�شيغة الكيميائية لكل من الأك�شالت و الحديد الثنائي

• ق���ارن بي���ن عدد الروابط الت���ي يتم ك�شرها في تفاعل الأك�شالت م���ع البرمنجنات و في ) II ( تفاعل الأك�شالت مع الحديد الثنائي

.................................................................................................

.................................................................................................

...............................................................................................

...............................................................................................

�شكل ) 4-3 (اأيون الأك�شالت

لحظ���ت عملي���ا اأن �شرع���ة تفاع���ل البرمنجنات م���ع اأيونات

الحدي���د الثنائ���ي II اأ�شرع منها م���ع اأيون���ات الأك�شالت في

المحاليل المائية ح�شب المعادلت التالية :

5C2O4--

+ 2MnO4-

+ 16H +

10CO2 + 2Mn++

+ 8H2O

5Fe++

+ MnO4-

+ 8H +

5Fe++

+ Mn++

+ 4H2O

C

C

O

O

O

O

-2

ناق����ض مع زمالئ���ك �شبب اختفاء الل���ون الأرجواني لبرمنجن���ات البوتا�شيوم عند تفاعله���ا مع اأيونات

)II (الأك�شالت واأيونات الحديد الثنائي

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

114كيمياء )2(

و من المعلوم اأن التفاعالت الكيميائية ي�شاحبها تفكك بع�ض الروابط الكيميائية و تكون روابط جديدة،

و لم���ا كانت الرواب���ط الكيميائية ت�شكل و�شعا ثابت���ا ) م�شتقرا ( فاإن تفكك ه���ذه الروابط اأمر غير مرغوب

في���ه و له���ذا فاإنه من المعقول اأن نتوق���ع اأن تكون �شرعة التفاعالت الكيميائية الت���ي ي�شاحبها تفكك روابط

كيميائي���ة كثي���رة اأقل من �شرع���ة التفاعالت التي ي�شاحبها تف���كك عدد اأقل من تلك الرواب���ط الكيميائية .

اأي التفاعلين التاليين تتوقع اأن يكون اأ�سرع و لماذا ؟

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

ب / نوع الروابط في المواد الداخلة في التفاعل :

CH4 + O2 CO2 + 2H2O

2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O

الأدوات والمواد الم�ستخدمة :

)4 - 2( تاأثير نوع الروابط على �سرعة التفاعل.

محل���ول نت���رات الف�ش���ة - محل���ول

كلوريد ال�شودي���وم - غول اإيثيلي -

حم�ض الخل - اأنابيب اختبار

خطوات العمل :

1- �شع 1 مل م���ن محلول كلوريد ال�شوديوم في اأنبوبة

اختبار ) اأ ( ، ثم اأ�شف اإلى الأنبوبة 1 مل من محلول

نترات الف�شة . ماذا تالحظ ؟ �شجل مالحظاتك .

...................................................................................................

115

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

-2 �ش���ع 2 م���ل م���ن الغ���ول الإيثيل���ي ف���ي اأنبوب���ة اختب���ار ) ب ( ، ث���م اأ�شف اإل���ى الأنبوب���ة 2 مل

من حم�ض الخل و قطرات من حم�ض الكبريتيك المركز، ماذا تالحظ . �شجل مالحظاتك .

. ) ب ( و ) اأ ( الأنبوبتين في التفاعل فيها تم التي الزمنية الفترة بين • قارن

؟ الأنبوبتين في المتفاعلة المواد في الرابطة نوع • ما

؟ الن�شاط من ت�شتنتج • ماذا

..............................................................................................

..............................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

نج���د اأن الم���واد المتفاعل���ة عندم���ا تك���ون اأيوني���ة الرابط���ة ف���اإن التفاع���ل يكون لحظي���ا و �شري���ع جدا

ل�شهول���ة و �شرع���ة تب���ادل الأيون���ات بمجرد خلطها مع���ا مثل: تفاع���ل نترات الف�ش���ة مع كلوري���د ال�شوديوم

AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3

بطيئ���ة تك���ون التفاع���الت ف���اإن ت�شاهمي���ة برواب���ط مرتبط���ة المتفاعل���ة الم���واد كان���ت اإذا اأم���ا

ع���ادة لأنه���ا ل تتف���كك اأيوني���ا و التفاع���الت تت���م بي���ن الجزيئ���ات مث���ل: تفاع���الت المركب���ات الع�شوي���ة

ومن���ه ف���اإن تفاعل الأيون���ات اأ�شرع من تفاعل ال���ذرات و الجزيئ���ات ، و تفاعل الذرات اأ�ش���رع من تفاعل

الجزيئات ، و تفاعل الأيونات الب�شيطة اأ�شرع من تفاعل الأيونات الحاوية على روابط ت�شاهمية يلزم تفكيكها .

CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2OH+

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

116كيمياء )2(

...................................................................................................

...................................................................................................

من خالل معلوماتك ال�ســـابقة , مثل لتفاعالت تتم بين اأيونات , و تفاعالت تتم بين مركبات

ت�ساهمية .

ج / الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة :

التفاعالت الكيميائية

1- �ش���ع في اأنبوبة اختب���ار 0.5 جرام من

كبريت���ات البوتا�شي���وم ال�شل���ب ثم �شع

عليه كمية من نترات الباريوم ال�شلب .

ال�ستنتاجالمالحظة

2 � �شع في اأنبوب اختبار 1 مل من محلول

كبريت���ات البوتا�شيوم ثم �شع عليه

1 مل من محلول نترات الباريوم.

اكتب معادلة التفاعل :

كمي���ة �شلب���ة و جاف���ة م���ن كل م���ن كبريت���ات

البوتا�شيوم و نترات الباريوم ، محلول كبريتات

البوتا�شيوم ) 1 مولر ( ، محلول نترات الباريوم

) 1 مولر ( � اأنابيب اختبار .

) 4-3 ( اأثر الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة

على �سرعة التفاعل.

الأدوات والمواد :

117

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

تعتم���د �شرع���ة التفاع���ل على الحال���ة الفيزيائية للم���واد المتفاعلة حيث نج���د اأن بع�ض الم���واد ل يمكن

اأن تتفاع���ل م���ع بع�شه���ا في الحال���ة ال�شلب���ة بينما محاليله���ا تتفاع���ل ب�شهولة ، كم���ا في الن�ش���اط ال�شابق

د/ ال�سفات الكيميائية للمواد المتفاعلة :

الأدوات والمواد :

- اختب���ار مرقم���ة اأنابي���ب ث���الث

- )HCl( حم�ض الكل���ور المخفف

�شاعة اإيقاف - قطعة من كل من :

فلز الخار�شين و فلز الر�شا�ض

و فلز الق�شدير لها نف�ض الكتلة .

خطوات العمل :

1- �ش����ع في كل اأنبوب����ة اختبار من الأنابيب الثالث 2 مل

من حم�ض الكلور المخفف .

2- �ش���ع في الأنبوب���ة الأولى قطع���ة خار�شين و �شجل

الزمن الالزم لحدوث التفاعل .

3- �شع في الأنبوبة الثانية قطعة من الر�شا�ض و �شجل الزمن الالزم لحدوث التفاعل .

4- �شع في الأنبوبة الثالثة قطعة من الق�شدير و �شجل الزمن الالزم لحدوث التفاعل .

5- �شجل نتائجك في الجدول التالي ثم قارن �شرعة التفاعل في الأنابيب الثالث و رتب

: HCl الفلزات ح�شب �شرعة تفاعلها مع

ال�ستنتاج الزمن الالزم لحدوث التفاعل الفلز رقم الأنبوبة

1

2

3

الخار�شين

الر�شا�ض

الق�شدير

)4 - 4( اأثر ال�سفات الكيميائية للمواد المتفاعلة

على �سرعة التفاعل.

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

118كيمياء )2(

...................................................................................................

...................................................................................................

م���ن خ���الل الن�شاط ن�شتنتج اأن �شرعة التفاعل تعتمد على ال�شفات الكيميائية للمواد فكلما كانت المادة

المتفاعلة اأكثر ن�شاطا و فاعلية كان التفاعل اأ�شرع و العك�ض �شحيح .

ثانيا : تركيز المواد الداخلة في التفاعل

قب���ل الحدي���ث عن اأثر تركيز المواد المتفاعل���ة على �شرعة التفاعل يجب اأن نمي���ز بين اأنواع التفاعالت

الكيميائية ح�شب الحالة التي توجد عليها المواد اأثناء التفاعل حيث تنق�شم اإلى :

Homogeneaus Reactions 1- التفاعالت المتجان�سة

هي التفاعالت التي تتم في و�شط متجان�ض حيث تكون فيها المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل

ف���ي حال���ة واحدة من حالت المادة . و من اأمثلتها تفاعل غاز الهيدروجين مع اأول اأك�شيد النيتروجين

و الذي يتم في الحالة الغازية

كذلك تفاعل محلول هيدروك�شيد ال�شوديوم مع حم�ض الكلور لإنتاج محلول كلوريد ال�شوديوم والماء

حيث يتم التفاعل بين محاليل �شائلة .

و تعتمد �شرعة التفاعل في هذا النوع من التفاعالت على درجة تركيز المواد المتفاعلة و يعبر عن هذا

التركيز بالمولرية في حالة المحاليل ال�شائلة و بال�شغط الجزئي في حالة المحاليل الغازية .

2H2)g(

+ 2NO)g(

800°C

2H2O)g(

+ N2)g(

NaOH)aq(

+ HCl)aq(

NaCl)aq(

+ H2O)l(

التفاعـــل �ســـرعة بيـــن العالقـــة مبينـــا متجان�ســـة اأخـــرى تفاعـــالت علـــى اأمثلـــة اذكـــر

و تركيز المواد الداخلة في التفاعل .

119

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

Heterogenaus Reactions 2- التفاعالت غير المتجان�سة

و هي التفاعالت التي تتم في و�شط غير متجان�ض من حالت المادة )�شلب � �شائل،�شلب � غاز، .... (و من

الأمثلة على ذلك : تفاعل غاز الأك�شجين مع الحديد ليكون �شداأ الحديد، تفاعل الفلزات ال�شلبة مع الأحما�ض

لتكون اأمالح الأحما�ض و غاز الهيدروجين .

الأدوات والمواد :

)4 - 5( اأثر التركيز على �سرعة التفاعل.

اأرب���ع اأنابي���ب اختب���ار - �شري���ط

HClمغني�شي���وم - حم�ض الكلور

بتراكي���ز مختلف���ة) 0.1 م���ولر،

1 م���ولر ، 3 م���ولر ، 6م���ولر( -

�شاعة اإيقاف

خطوات العمل :

1- خذ اأربع اأنابيب اختبار نظيفة و �شع في الأولى 5 مل من

حم�ض الكلور تركيزه ) 0.1 مولر ( و في الأنبوبة الثانية

5 مل من حم�ض الكلور تركيزه ) 1 مولر ( ، و في الأنبوبة

الثالثة 5 مل من حم�ض الكلور تركيزه ) 3 مولر ( و في

الرابع���ة 5 مل من حم�ض الكل���ور تركيزه ) 6 مولر ( .

2- زن بدق���ة اأرب���ع قط���ع م���ن �شري���ط المغني�شي���وم ط���ول كل منه���ا 2�ش���م ) مت�شاوي���ة الكتل���ة ( .

3- �ش���ع اإح���دى قطع المغني�شيوم في الأنبوب���ة الأولى و ابداأ في ح�شاب الزمن اإل���ى اأن تختفي قطعة

المغني�شيوم تماما و �شجل الزمن الذي ا�شتغرقه التفاعل بالثانية .

4- كرر ما قمت به في الخطوة ال�شابقة في الأنابيب الثالث الأخرى .

5- دون نتائج التجربة في الجدول التالي :

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

120كيمياء )2(

الزمن الذي ا�ستغرقه التفاعل )ثانية(كتلة المغني�سيوم )جرام( تركيز HCl) مولر (

- كيف تف�شر اختالف الزمن الالزم لإنهاء التفاعل بين الحالت الأربع ؟

.....................................................................

.....................................................................

.....................................................................

.....................................................................

�شكل ) 4-4 ( تفاعل

المغني�شيوم مع حم�ض الكلور

الأدوات والمواد :

حم����ض الكلور، كتلتي���ن مت�شاويتين

من الخار�شين اأحدهما على �شورة

م�شحوق و الأخرى على �شورة قطعة

�شلبة متما�شكة - اأنبوبتي اختبار .

خطوات العمل :

الخار�شي���ن قطع���ة اختب���ار اأنبوب���ة ف���ي �ش���ع -1

. الكل���ور حم����ض م���ن م���ل 1 اإليه���ا اأ�ش���ف ث���م

2- �ش���ع في اأنبوبة اختبار اأخ���رى م�شحوق الخار�شين

. الكل���ور حم����ض م���ن م���ل 1 عليه���ا اأ�ش���ف ث���م

)4 - 6( اأثر م�ساحة منطقة تالم�ض المواد

المتفاعلة في �سرعة التفاعل.

121

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

�شكل ) 4-5( تفاعل حم�ض

الكلور مع قطع الخار�شين

..........................................................

..........................................................

..........................................................

..........................................................

..........................................................

- لحظ �شرعة التفاعل في الأنبوبتين .

• اأي الأنبوبتين يتم فيها التفاعل ب�شورة كبيرة ؟

• كيف تف�شر اختالف �شرعة التفاعل في الأنبوبتين ؟

م���ن خ���الل الن�شاطين ال�شابقين ن�شتنتج اأن �شرع���ة التفاعل في التفاعالت غي���ر المتجان�شة تعتمد على

م�شاحة منطقة التالم�ض بين المواد المتفاعلة بالإ�شافة اإلى تركيز المواد المتفاعلة حيث اأن :

1� �شرعة التفاعل تزداد بازدياد تركيز المواد المتفاعلة .

2� �شرع���ة التفاع���ل تزداد كلما ازدادت م�شاحة ال�شطح المعر����ض للتفاعل و ذلك نتيجة لتفاعل جزيئات

اأكثر في زمن معين اأما في حالة الكتلة ال�شلبة المتما�شكة فالتفاعل يحدث على ال�شطح الخارجي فقط .

م�شاح���ة ال�شطح لج�ش���م جامد هي مجم���ل م�شاحة �شطوحه

الخارجي���ة و هذه توؤثر في �شرعة التفاعل ف�شرائح البطاط�ض

مث���ال اأ�شرع ن�شجا عند القلي م���ن القطع الكبيرة لأن �شطوح

الج�شيم���ات المعر�شة فيه���ا للتفاعل مع الزي���ت الحار اأكثر

�شكل ) 4-6( �شرائح البطاط�ضم�شاحة بكثير .

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

122كيمياء )2(

قارن بين كل مما يلي مع ذكر ال�سبب :

1- احتـــراق قطعـــة مـــن الخ�ســـب في جو مـــن غاز الأك�ســـجين النقـــي, واحتراقها فـــي الهواء

الجوي الذي ي�سكل الأك�سجين 20% منه .

2- تفاعل كل من قطعة الفحم و دقائق الفحم مع الهواء .

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

بع���د اأن عرفن���ا اأنواع التفاعالت الكيميائية ، يمكننا الحديث عن اأثر تركيز المواد المتفاعلة على �شرعة

التفاعل الكيميائي فقد وجد عمليا اأن �شرعة التفاعل تزداد غالبا بازدياد تركيز بع�ض اأو كل المواد الداخلة

في التفاعل و لكنها في بع�ض التفاعالت ل تتاأثر بتركيز تلك المواد المتفاعلة كما �شنرى ذلك لحقا بم�شيئة

اهلل تعالى عند درا�شة نظرية الت�شادم .

ولتحدي���د العالق���ة بين التركيز و �شرعة التفاع���ل ب�شورة دقيقة لبد من اإيج���اد العالقة الريا�شية التي

تربط بينهما و هي ما ت�شمى ) بقانون �شرعة التفاعل ( .

Rate Law قانون �سرعة التفاعل

و�ش���ع ه���ذا القانون العالمان جولد برج و فاج ن�ش���ه : عند ثبوت درجة الحرارة تتنا�شب �شرعة التفاعل

�ض معين . الكيميائ���ي تنا�شب���ا طرديا مع حا�شل �شرب تراكيز المواد المتفاعلة مرف���وع تركيز كل منها اإلى اأ

لنفر�ض اأن تفاعال تم بين المادتين A ،B ليكونا المادة C ح�شب التفاعل التالي :

xA + yB zC

123

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

و لنفر����ض اأي�شا اأننا وجدن���ا اأن �شرعة التفاعل تتنا�شب طرديا مع تركيز الم���واد المتفاعلة لذلك يمكن

التعبير عن �شرعة التفاعل كما يلي :

�ش����رعة التفاع����ل و لتحويل هذه العالقة اإلى م�شاواة لبد من ا�شتخدام

مقدار ثابت :

حيث ت�شير الأقوا�ض ] اإلى التركيز بالمولرية للمواد المتفاعلة و ي�شمى الثابت بثابت �شرعة التفاعل.

و ل���كل تفاع���ل كيميائي قانون يحك���م �شرعته و يجب التاأكيد عل���ى اأنه ل يمكن التنبوؤ بقان���ون �شرعة التفاعل

بمج���رد النظر اإلى المعادلة الكيميائية لأنها ق���د تكون مح�شلة لتفاعالت مرحلية مختلفة و لكن يتم تحديد

قان���ون �شرع���ة التفاع���ل من خالل درا�شة اأث���ر التركيز على �شرع���ة التفاعل درا�شة علمية بن���اء على تجارب

مخبرية اأو من خالل معرفة خطوات التفاعل ) ميكانيكية التفاعل ( التي تتفق مع ما تم التو�شل اإليه عمليا.

B [y × A [ x

درا�سة اأثر التركيز على �سرعة التفاعل درا�سة عملية

لدرا�سة اأثر تركيز المواد المتفاعلة على �سرعة التفاعل درا�سة عملية نتبع الخطوات الآتية :

1- نثبت العوامل الأخرى ) طبيعة المواد المتفاعلة و درجة الحرارة ( .

2- نثبت تركيز المواد المتفاعلة ما عدا واحدة منها .

3- يتم تغيير درجة تركيزها و قيا�ض �شرعة التفاعل المقابلة لكل تركيز لن�شاهد كيفية تنا�شب �شرعة

التفاعل مع تركيز هذه المادة .

4- نكرر التجربة نف�شها مع مادة اأخرى من المواد المتفاعلة ) اإن وجدت ( و نقي�ض �شرعة التفاعل عند

كل تركيز لنرى كيف تتنا�شب �شرعة التفاعل مع تركيز المادة الثانية و هكذا ..

الج���دول التالي يو�شح العالقة بين تركيز المواد المتفاعلة و �شرعة التفاعل في

عدة تجارب للتفاعل الآتي :

2H2)g( + 2NO)g( 2H2O)g( + N2)g(

] B �شرعة التفاعل = ثابت *y × A [ x .

..

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

124كيمياء )2(

�سرعة التفاعل]H2 البتدائي]NO رقم التجربة

0.006

0.006

0.006

0.001

0.002

0.003

0.001

0.002

0.003

0.009

0.009

0.009

0.025

0.050

0.075

0.0063

0.0250

0.0560

1

2

3

4

5

6

Reation Mechanism خطوات �سير التفاعل

تعبر معادلت التفاعل الكيميائية كما و كيفا عن طبيعة التفاعالت و النواتج ، و لكنها ل تمثل بال�شرورة

م�شار التفاعل اإل اإذا نوه بذلك ، و كما نعلم فاإن التفاعالت الكيميائية ل تتم كلها في خطوة واحدة . اأما عند

معرفة الخطوات المكونة للتفاعل الكلي ب�شورة تتفق مع قانون �شرعة التفاعل المح�شوب تجريبيا ، فاإن هذه

الخطوات ت�شكل ما ي�شمى " خطوات التفاعل اأو ميكانيكية التفاعل " و تختلف �شرعة هذه الخطوات بع�شها

H2 [ ثابتا فاإن م�شاعفة NO [ تو�ش���ح البيان���ات بالن�شبة للتجارب )1( و)3( اأن���ه عندما يكون

ت�شاع���ف المع���دل ، و تو�شح التج���ارب )1( و )3( اأن زيادة ] H2 اإلى ثالثة اأ�شعاف يزيد ال�شرعة اإلى

ثالثة اأ�شعاف و بذلك فقد تبين اأن �شرعة التفاعل تتنا�شب طرديا مع ] H2 . و تو�شح البيانات بالن�شبة

للتجارب )4( و )6( اأنه عندما يكون] H2 ثابتا فاإن م�شاعفة ] NO يزيد المعدل اإلى اأربعة اأمثال،

كم���ا اأن التج���ارب )4( و )6( تو�ش���ح اأن زيادة ] NO اإلى ثالثة اأمثال يزيد ال�شرعة اإلى ت�شع اأمثال .

و بذلك فقد تبين اأن �شرعة التفاعل تتنا�شب مع مربع ] NO اإذن يمكننا كتابة قانون �شرعة التفاعل

للتفاعل ال�شابق كما يلي :

H2 [ × NO[² × شرعة التفاعل = ثابت�

125

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

عن بع�ض فمنها ما هو بطيء و منها ما هو �شريع .

اأي خط���وة م���ن خطوات �شير تفاعل ما تعتبر محددة ل�شرعة التفاعل؛ الخطوة ال�شريعة اأم البطيئة ؟ لمعرفة

الخطوة المحددة ل�شرعة التفاعل الكيميائي دعنا ننظر اإلى المثال التالي :

لنفر����ض اأن هناك مجموعة م���ن ال�شيارات ت�شير

عل���ى �شفت���ي نه���ر و ي�شتوع���ب الم�ش���ار الواح���د اأربع

�شي���ارات في وقت واح���د و في جزء من ه���ذا الج�شر

يوجد اأعمال �شيانة بحيث ي�شيق الج�شر و ل ي�شمح اإل

بم���رور �شيارة واحدة فقط ففي ه���ذه الحالة الخطوة

التي تحدد �شرعة انتقال ال�شيارات اإلى ال�شفة الأخرى

م���ن النهر هي المنطقة التي ي�شيق فيها الطريق لأنها

هي اأبطاأ خطوة يتم فيها تدفق ال�شيارات .

و من الأمثلة على التفاعالت التي تتم في عدة خطوات التفاعل الآتي :

2H2 + 2NO N2 + 2H2O

H2 [ × NO[² × شرعة التفاعل = ثابت�

حيث وجد بالتجربة اأن قانون �شرعة هذا التفاعل هو :

ونالح���ظ اأن ه���ذا القانون ل يتفق مع المعادلة الرئي�شية للتفاع���ل ، مما يعني اأن التفاعل ل يحدث في خطوة

واحدة و لقد وجد اأنه يحدث في خطوتين هما :

ناق�ض مع زمالئك اأبطاأ خطوة تحدد �شرعة و�شولك للمدر�شة .

�شكل )7-4(

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

126كيمياء )2(

اقترح ميكانيكية للتفاعل التالي :

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

NO + O3 NO2 + O2

�شكل )8-4(

فوران فيتامين C في ماء بارد وماء �شخن

ثالثا : درجة الحرارة

)C( م���اذا يحدث عند اإ�شافة قر�ض من فيتامين -

الفوار اإلى ن�شف كاأ�ض ماء بارد؟

)C( م���اذا يحدث عند اإ�شافة قر�ض من فيتامين -

الفوار اإلى ن�شف كاأ�ض ماء �شاخن ؟

- اأيهما اأ�شرع فورانا ؟

- ما العامل المتغير الذي نتوقع اأن يكون موؤثرا في

اختالف ال�شرعتين ؟

دعنا نقوم بالن�شاط التالي ل�شتك�شاف

اأثر درجة الحرارة على �سرعة التفاعل :

O3 [ × الذي يخ�سع لقانون �سرعة التفاعل التالي : �سرعة التفاعل = ثابت[

H2 + 2NO N2O + H2O

H2 + N2O N2 + H2Oو منه نجد اأن قانون �شرعة التفاعل يتفق مع الخطوة البطيئة و هي الخطوة المحددة ل�شرعة التفاعل .

127

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

الأدوات والمواد :

)4 - 7( اأثر درجة الحرارة على �سرعة التفاعل.

ح���رارة، مقيا����ض ، اختب���ار اأنابي���ب

�شاع���ة اإيق���اف ، حم���ام مائ���ي داف���يء

)درج���ة حرارة50°م(، حم���ام ماء يغلي

حم����ض ، ) 100°م حرارت���ه )درج���ة

محل���ول م���ولر(، 0.2 ( الأك�شالي���ك

،)0.01( البوتا�شي���وم برمنجن���ات

م���ولر ) 0.3 ( الكبري���ت حم����ض �

خطوات العمل :

1- �شع 2 مل من حم�ض الأ ك�شاليك في اأنبوبة اختبار

. ) 1 (

2- �شع 1 مل من برمنجنات البوتا�شيوم و اأ�شف اإليها

ب�شع قطرات من حم�ض الكبريت في اأنبوبة اختبار

.) 2 (

البوتا�شي���وم برمنجن���ات محل���ول اإل���ى )1( الأنبوب���ة ف���ي الأك�شالي���ك حم����ض اأ�ش���ف -3

و حم����ض الكبري���ت ف���ي الأنبوب���ة ) 2 ( ث���م اب���داأ ف���ي ح�ش���اب الزم���ن م���ن لحظ���ة الإ�شافة .

4- ح���رك المحل���ول جي���دا و �شج���ل درجة الح���رارة و اتركه جانبا حت���ى اختفاء ل���ون البرمنجنات

الأرجواني ثم �شجل الزمن الالزم لختفاء اللون .

5- كرر الخطوات ال�شابقة و لكن بو�شع الأنابيب قبل مزجها لمدة خم�ض دقائق مرة في حمام مائي

درجة حرارته 50°م و مرة اأخرى في حمام مائي درجة حرارته100°م

6- �شجل نتائج التجربة في الجدول الآتي :

رقم التجربة

1

2

3

الزمن الالزم لختفاء لون

البرمنجنات بالثانية

درجة حرارة المحلول

) درجة مئوية (

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

128كيمياء )2(

الزمن و الحرارة درجات بين بيانيا العالقة • ار�شم بالثانية على ورقة ر�شم بياني بحيث يمثل الزمن على

المحور ال�شيني .

تتاأثر �شرعة التفاعل • من خالل التجربة و �شح كيف بتغير درجة الحرارة .

................................................................................................

................................................................................................

................................................................................................

................................................................................................

الزمن

ةررا

حال

ة ج

رد

لحظ الكيميائيون اأن �شرعة التفاعالت الكيميائية تزداد ب�شكل عام مع ارتفاع درجة حرارة التفاعل ، اإل اأن

العالق���ة الكمي���ة بين �شرعة التفاعل و درجة الحرارة تختلف من تفاعل لآخر و �شنفهم اأ�شباب ازدياد �شرعة

التفاعل بارتفاع درجة الحرارة حين ندر�ض نظرية الت�شادم .

تق���راأ على مل�شقة الدواء ن�شائ���ح ال�شركة ال�شانعة

له���ذا ال���دواء ، منه���ا : " يحف���ظ ال���دواء ف���ي درجة

ح���رارة اأق���ل من ..... " ما اأهمي���ة حفظ الدواء في

درجة الحرارة التي تن�شح بها ال�شركة ال�شانعة ؟

�شكل ) 4– 9 ( غالف دواء يبين

درجة الحرارة التي يحفظ عندها الدواء

129

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

هناك الكثير من ال�شواهد في حياتنا اليومية تو�شح اأثر درجة الحرارة في

�شرع���ة التفاعل ، فعلى �شبيل المثال �شخر اهلل �شبحان���ه و تعالى الحرارة لالإن�شان لي�شتفيد منه

ف���ي تح�شير طعامه و�شرابه حيث تعمل الحرارة على طهو الطعام و كلما ارتفعت درجة الحرارة

اأدى ذل���ك اإل���ى ت�شريع عملية ن�شج الطعام لأن زيادة درجة الح���رارة تزيد من �شرعة التفاعالت

الكيميائي���ة و بالتال���ي من �شرعة ن�شج الطعام و بف�شل اهلل عز وجل ابتكر الإن�شان اأواني خا�شة

ت�ش���رع من عملي���ة طهو الطعام و ت�شمى اأواني ال�شغط كذلك م���ن المالحظات اليومية على ذلك

حف���ظ الأطعم���ة داخل الثالجة ، حيث تك���ون درجة الحرارة بداخل الثالج���ة منخف�شة جدا مما

يوؤدي اإلى التقليل من معدل �شرعة تفاعالت التحلل التي تحدث لالأطعمة و ت�شبب ف�شادها لذلك

تبقى الأطعمة مدة طويلة داخل الثالجة دون اأن تف�شد.

�شكل ) 4-12( قدر �شغط�شكل )4-11 (اأطعمة مبردة عمره���ا 4-10(جث���ة ( �ش���كل

الح���رارة درج���ة 5000�شن���ة

المنخف�ش���ة بط���اأت م���ن تحللها

بالتعاون مع زمالئك , اذكر تف�سيرا علميا لكل مما يلي :

1- ا�شتخدام اأواني ال�شغط لإ�شراع عملية طهو الطعام .

2- يف�شد الطعام في ال�شيف اأ�شرع من ال�شتاء .

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

130كيمياء )2(

Catalysts رابعا : المواد الحافزة

هن���اك تفاع���الت كيميائية كثيرة تتم ببطء عند مزج المواد المتفاعلة ، لكن �شرعتها تزداد بدرجة ملحوظة

اإذا اأ�شيف اإلى المواد المتفاعلة مواد اأخرى تعرف بالمواد الحافزة .

؟ المواد هذه عمل تعيق مواد هناك هل و التفاعل �شرعة على اأثرها ما و ، الحافزة المواد هي • فما الن�شاط التالي ي�شاعدنا على فهم اأثر المواد الحافزة على �شرعة التفاعل الكيميائي :

H2O2 يتفـــكك اأو ينحـــل فـــوق اأك�ســـيد الهيدروجين

اإلى غاز الأك�سجين و ماء

2H2O2 2H2O + O2

.............................................................

.............................................................

�شكل )4-13(اأ

تفكك H2O2 بدون عامل م�شاعد

كاأ�ش���ان زجاجيان ب�شع���ة 250 مل ،

H2O2 ف���وق اأك�شي���د الهيدروجين

بتركي���ز 3% ، م�شح���وق ثاني اأك�شيد

MnO2 المنجنيز

الأدوات والمواد الم�ستخدمة :

)4 - 8( اأثر المواد الحافزة على �سرعة التفاعل الكيميائي.

خطوات العمل :

1- �شع حوالي 15 مل من فوق اأك�شيد الهيدروجين في كل من

الكاأ�شين .

2- اأ�شف حوالي 2 ج���رام من م�شحوق ثاني اأك�شيد المنجنيز

اإلى اأحد الكاأ�شين . ماذا تالحظ ؟

فهل يوؤثر وجود المادة الحافزة على �سرعة تحلله ؟

131

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

�شكل )4– 13(ب

تفكك H2O2 في وجود عامل م�شاعد

ب - م���ا �شب���ب ازدياد توه���ج ال�شظية عن���د تقريبها اإلى

اأحد الكاأ�شين ؟

.........................................................

ج- و �شح تاأثير وجود ثاني اأك�شيد المنجنيز على تحلل فوق اأك�شيد الهيدروجين

....................................................................................................

3� قرب من كال الكاأ�شين �شظية م�شتعلة.

اأ - ف���ي اأي م���ن الكاأ�شي���ن ي���زداد توه���ج ال�شظي���ة عن���د

تقريبها اإليه؟

.........................................................

لحظ���ت م���ن خالل الن�شاط ال�شابق اأنه عن���د اإ�شافة مادة حافزة لو�شط التفاع���ل اأدى اإلى زيادة �شرعة

التفاع���ل فالم���ادة الحافزة اإذن هي : مادة تزيد من �شرعة التفاعل الكيميائي دون اأن ت�شتهلك ، فبعد انتهاء

التفاع���ل يمك���ن ا�شتعادتها من المزيج المتفاع���ل دون اأن تتعر�ض لتغير كيميائي ، و بم���ا اأن المادة الحافزة

تم���زج م���ن التفاعل بدون حدوث اأي تغير كيميائي لها فهي ل تظهر كاإح���دى المواد المتفاعلة اأو الناتجة في

المعادل���ة الكيميائية المتوازن���ة الإجمالية و اإنما يتم الدللة على و جودها عن طريق كتابة ا�شمها اأو �شيغتها

ف���وق ال�شهم فمثال تحلل ف���وق اأك�شيد الهيدروجين ) في الن�شاط ال�شابق ( يتم ب�شرعة في وجود ثاني اأك�شيد

المنجنيز ، فيمكن كتابة معادلة التفاعل المحفزة كما يلي :

2H2O2 MnO2 2H2O + O2

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

132كيمياء )2(

تت�ش���ح اأهمي���ة وج���ود العوامل الحف���ازة في حق���ل ال�شناع���ات الكيميائية ،

ن الن�شادر بالتفاعل المبا�شر بين النيتروجين و الهيدروجين فاإن �شرعة التفاعل تزداد فعند تكو

ب�ش���كل كبير ج���دا عند اإ�شافة الحدي���د اأو اأحد مركبات���ه ) اأك�شيد الحديد الثالث���ي ( اإلى حيز

التفاع���ل لتفاع���ل حفاز كم���ا تعتمد معظم التفاع���الت الع�شوية و ال�شناع���ات البتر وكيميائية

عل���ى العوامل الحفازة . و ل تقت�شر اأهمية العوامل الحفازة على ال�شناعة والتجارب المخبرية

فق���ط ب���ل ت�شمل جمي���ع الأحياء عل���ى �شطح الأر����ض فمثال ج�ش���م الإن�شان يحوي ه���ذه المواد

الحف���ازة و تع���رف بالأنزيم���ات و التي ي���وؤدي كل منها وظيف���ة حيوية خا�شة و م���ن التطبيقات

الأخ���رى للم���واد الحافزة تزوي���د ال�شيارات بمح���ولت محف���زة للتحكم في الغ���ازات ال�شادرة

م���ن عادم ال�شيارة حيث تق���وم هذه المحفزات باأك�ش���دة غاز اأول اأك�شيد الكرب���ون المنبعث من

الع���ادم و تحويل���ه اإل���ى غاز ثان���ي اأك�شيد الكرب���ون و كذلك اأك�ش���دة الهيدروكربون���ات اإلى ثاني

اأك�شي���د الكرب���ون و بخار الماء و ذلك رغبة في الحد م���ن تلوث الهواء الجوي بالغازات ال�شارة .

اكت���ب بحثا تو�شح في���ه دور الأنزيمات كمادة حاف���زة ت�شاعد على اإتمام العملي���ات الحيوية في

ج�شم الإن�شان .

133

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

ق���م بزي���ارة اإلى اأحد الم�شانع في منطقت���ك ) اإن كان متوفر فيها ( مث���ل م�شنع �شناعة الأ�شمدة

الكيميائي���ة و اكت���ب تقريرا عن تلك الزيارة و العوامل الم�شاع���دة الم�شتخدمة في التفاعالت التي

تتم في تح�شير المواد التي ينتجها الم�شنع و ناق�ض معلمك عند الحاجة لذلك .

تجدر الإ�شارة اإلى وجود مواد تعوق عمل المواد الحافزة اإذا وجدت في و�شط التفاعل وتعرف هذه المواد

بال�شم���وم فالكبريت مث���ال من �شاأنه اأن يعيق عم���ل اأكا�شيد الحديد كمادة حافزة ت�شاع���د على زيادة �شرعة

تفاع���ل النيتروجين مع الهيدروجي���ن في �شناعة الن�شادر ، كذلك وجود الر�شا����ض في وقود ال�شيارات يعيق

عمل المادة الحافزة التي تزود بها بع�ض ال�شيارات للتحكم بغازات العوادم.

تحوي م�شاحيق الغ�شيل البيولوجية حفازات اأنزيمية ت�شاعد في تفكيك البقع و اإزالتها .

و هذه الم�شاحيق غير فعالة في الماء الحار لأن درجات الحرارة العالية تقتل الأنزيمات .

ع���ادة ت�شتعم���ل الحفازات لزي���ادة �شرعة التفاع���ل و ي�شمى محفز موجب ، لكن يمك���ن ا�شتخدامها

اأي�شا لتثبيط التفاعل عن طريق تقليل �شرعة التفاعل و ي�شمى محفز �شالب فمثال ت�شاف كيماويات

م�شادة للتاأك�شد كمواد حافظة اإلى الأطعمة لحفظها من التعفن ال�شريع .

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

134كيمياء )2(

: Collision Theory اأول : نظرية الت�سادم

تتاألف نظرية الت�سادم من فر�سين اأ�سا�سيين :

الفر�ـــض الأول: لكـــي يتفاعـــل جـــزيء مـــن مادة معينـــة مع جزيء من مـــادة اأخرى فـــاإن عليهما اأن

يت�سادما اأي اأن ت�سادمهما �سرط اأ�سا�سي لحدوث التفاعل .

لديك التفاعل الآتي :

A + B مواد ناتجة

ح�ش���ب الفر����ض الأول م���ن نظرية الت�شادم لكي تتفاعل الم���ادة ) A ( مع المادة ) B ( فاإنه من

ال�شروري بالن�شبة لجزيئات المادة A اأن تت�شادم مع جزيئات المادة B ، وبذلك نجد اأن معدل �شرعة

التفاع���ل تتنا�ش���ب طرديا مع عدد الت�شادمات بين جزيئات المواد المتفاعل���ة ) اأو ذراتها اأو اأيوناتها (

�سرعة التفاعل عدد الت�سادمات / الثانية

و بو�شعك اأن ت�شتنتج اأن زيادة تركيز المواد المتفاعلة ) اأو م�شاحة ال�شطح المعر�ض للتفاعل ( يزيد

من عدد جزيئات المواد المتفاعلة و بالتالي يزداد احتمال الت�شادم بين جزيئات المواد المتفاعلة مما

يزيد من �شرعة التفاعل الكيميائي . و ال�شكل التالي يو�شح ذلك :

تف�سير اأثر العوامل المختلفة على �سرعة التفاعل الكيميائي

در�شت �شابقا اأنه لتف�شير المالحظات و نتائج التجارب تو�شع نظرية قوامها عدة فرو�ض يعمل بموجبها

عل���ى تف�شير هذه المالحظات و النتائج ، و نحاول بموجبها اأي�شا اأن نتوقع نتائج بع�ض التجارب الأخرى قبل

اإجرائه���ا . و يقا�ض م���دى �شحة النظرية المتبعة بمقدار تطابق نتائج التج���ارب المتوقعة مع النتائج الفعلية

الت���ي يت���م الح�شول عليها في المختب���ر ، و لتف�شير اأثر العوامل المختلفة على �شرع���ة التفاعالت الكيميائية

و�شعت نظريتان : نظرية الت�شادم و نظرية الحالة النتقالية .

135

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

�شكل )4-14 ( يزداد عدد الت�شادمات بزيادة التركيز

)اأ(

B B

A

B

A A A

B A

)ج()ب(

لديك التفاعل التالي :) نواتج 2A + B ( ار�سم كافة الحتمالت المختلفة لت�سادم

الجزيئان A , B عند زيادة تركيز المادة B اأربعة اأ�سعاف التركيز الأ�سلي

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

.........................................................................................................

.........................................................................................................

.........................................................................................................

الفر�ـــض الثانـــي : لي�ـــض من ال�ســـروري اأن يوؤدي كل ت�ســـادم بين جزيئيـــن اإلى حدوث تفاعـــل كيميائي

بينهما فهناك ت�سادمات غير مثمرة ل ينتج عنها اأي تفاعل .

اإذن لنا اأن نت�شاءل الآن : متى يكون الت�شادم مثمرا ؟

لكي يكون الت�شادم بين الجزيئات مثمرا يوؤدي اإلى تكوين نواتج لبد اأن تتوفر بع�ض ال�شروط:

اأربعة ت�شادماتت�شادمانت�شادم واحد

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

136كيمياء )2(

�شكل ) 4-15 ( احتمالت الت�شادم بين جزئيات A ، B ونواتج الت�شادم

)اأ(

)ب(

نوع الت�شادم :

ال�شبب :

نوع الت�شادم :

ال�شبب :

............................

..................................

............................

..................................

A A A A A A B A A ABBBABBBBBB

ال�ســـرط الأول : اأن تتخ���ذ الوح���دات المت�شادم���ة ) ذرات � جزيئات � اأيون���ات ( اأو�شاعا منا�شبة من حيث

الم�شافة و التجاه لحظة الت�شادم ، فمثال لو كان لدينا التفاعل الآتي :

فلكي يتم اإنتاج النواتج A2 ، B2 يجب اأن تقترب ذرتان من A من بع�شهما و ذرتان من B من بع�شهما ،

اإلى حد كبير بحيث يكون من الممكن تكوين روابط A-A و B-B ) حيث الم�شافة بين الذرتين عبارة عن

ن�شفي قطري الذرتين ( كما في �شكل ) 4 – 14 اأ ، 4 – 14 ب ( .

2AB A2 + B2

+B

BAA

+++

ت�سادم غير

مثمر

ت�سادم مثمر

137

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

�شكل )4-16( توزيع الطاقة الحركية في جزئيات

مادة ما عند درجتي الحرارة د1 ، د2

ال�ســـرط الثاني : لبد اأن تتوفر للوحدات المت�شادمة

كمية م���ن الطاقة كح���د اأدنى تكفي لح���دوث التفاعل

اتف���ق عل���ى ت�شميته���ا بالطاق���ة المن�شط���ة و يرمز لها

بالرم���ز )ط م ( اإذ لي�ض جميع الجزيئات تمتلك قدرا

متماث���ال من الطاق���ة . اإذن كل ت�ش���ادم بين جزيئين

ل تتوف���ر لهم���ا كمية م���ن الطاق���ة المن�شط���ة المتوقع

ح���دوث ت�شادم غي���ر مثم���ر ل ينتج عن���ه اأي تفاعل .

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

الطاقة

تئا

يز

جل ا

دد

ع

1د

2د

مط

( نجد اأن هناك عدد محدد من الجزيئات عند 1

فمثال لو اأخذنا كمية من الغازات عند درجة الحرارة )د

هذه الدرجة لديه طاقة كافية للتفاعل) المنطقة المظللة في ال�سكل)4-16 ( و لكن عند رفع درجة الحرارة

(تزداد الطاقة الحركية للجزيئات مما يزيد من عدد الجزيئات التي تمتلك ذلك الحد الأدنى من 2اإلى )د

الطاقة ) ط م ( و بالتالي تزداد احتمالت الت�سادمات المثمرة فتزداد �سرعة التفاعل كما في ال�سكل ال�سابق :

في مزيج من الميثان و الهواء ي�شطدم كل جزيء من الميثان باألف مليون جزيء من الأك�شجين

109 ت�شادمات في الثانية بالرغم من ذلك ل يتم التفاعل ب�شرعة ملحوظة عند درجة الحرارة

( تزداد �شرعة التفاعل.2

( و لكن عند رفع درجة الحرارة اإلى ) د1

العادية ) د

ف�شر ذلك في �شوء نظرية الت�شادم .

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

138كيمياء )2(

Transition State Theory ثانيا : نظرية الحالة النتقالية

عن���د مناق�شتنا لنظرية الت�شادم ركزنا اهتمامنا ب�شكل رئي�ش���ي على العالقة بين �شرعة التفاعل و عدد

الت�شادم���ات بي���ن جزيئات المواد المتفاعلة في الثاني���ة . اأما نظرية الحالة النتقالي���ة فتهتم ب�شكل رئي�شي

بم���ا يح�شل فعليا خالل ح���دوث الت�شادمات عن طريق تتبع طاقة و اتجاه جزيئ���ات المادة المتفاعلة عند

ت�شادمه���ا، فكما عرف���ت �شابقا اأنه لكي ت�شطدم الجزيئات ا�شطداما مثم���را وجب عليها اأن تتخذ اأو�شاعا

منا�شب���ة بالن�شب���ة لبع�شها البع����ض من حيث الم�شاف���ة و التجاه ، ه���ذه الأو�شاع ذات طاقة عالي���ة ن�شبيا و

ي�ش���كل اتخاذه���ا حاجزا من الطاق���ة على جزيئات الم���واد المتفاعلة اأن تتخطاها كي ت�ش���كل نواتج التفاعل

و عن���د قمة ه���ذا الحاجز ترتب���ط الوحدات المت�شادم���ة لفترة وجيزة ج���دا ارتباطا اأقل ا�شتق���رارا من كل

الم���واد المتفاعل���ة و الناتجة و ت�شمى هذه الحال���ة بالحالة النتقالية اأو الن�شط���ة و التي يتكون عندها مركب

ن�ش���ط) و�شط���ي ( غير ثابت يك���ون تركيبه و�شط بي���ن المواد المتفاعل���ة و المواد الناتج���ة و ل يمكن ف�شله

م���ن التفاع���ل و طاقة ه���ذا المركب اأكبر من طاق���ة المواد المتفاعل���ة اأو الناتجة و يع���رف بالمركب الن�شط

Activated Complex، كم���ا اأن تك���ون هذا المركب ل يعن���ي بال�شرورة �شير عملي���ة التفاعل اإلى النهاية

لتكوي���ن النوات���ج لأن هن���اك احتمال اأن يتف���كك ليعطي المواد المتفاعل���ة اأ�شال عو�شا ع���ن نواتج التفاعل .

من حكمة اهلل �شبحانه وتعالى اأنه لم تكن كل الت�شادمات التي تحدث في حيز التفاعل

ت�شادم���ات مثم���رة فل���و كان���ت جمي���ع الت�شادم���ات الحا�شل���ة �شم���ن حي���ز التفاع���ل مثم���رة

ف���ي اإح���داث تغي���ر كيميائ���ي ف���اإن جمي���ع التفاع���الت الكيميائي���ة تنته���ي بم���ا فيه���ا التفاع���الت

الكيميائي���ة الحياتي���ة ب�ش���كل لحظ���ي و بم���ا اأن للمخلوق���ات الحي���ة فت���رة زمني���ة مح���ددة تعي�ض

بق���درة اهلل �شبحان���ه اأو ربم���ا مجموع���ة عوام���ل ( م���ا ) اأن عام���ال الوا�ش���ح خالله���ا فم���ن

وتعال���ى تتدخ���ل لتخفي����ض �شرع���ات التفاع���ل اإلى م�شت���وى معق���ول ف�شبح���ان اهلل رب العالمين .

139

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

�سرعة التفاعل الكيميائي

كيمياء )2(

A B A – A

A B B – B A – B

+

مواد ناتجة المركب الن�شط )الو�شطي( مواد متفاعلة

حي���ث ترمز الخطوط المت�شلة للروابط الت�شاهمي���ة العتبارية ، و اأما الخطوط المنقطة ترمز للروابط

المكونة جزئيا اأو المك�شرة جزئيا الموجودة في الحالة النتقالية المح�شورة بين الأقوا�ض .

يمكن تمثيل هذا الو�سع بيانيا لتفاعل ما�ض و اآخر طارد للحرارة كما يلي :

�شكل )4 -17( ب تفاعل طارد للحرارة�شكل )4-17( اأ تفاعل ما�ض للحرارة

المواد الناتجة

د المتفاعلةالموا

الطاقة

)1( )2(

الطاقة المن�شطة

المركب المن�شط

المواد الناتجة

المواد المتفاعلة

الطاقة

)1( )2(

الطاقة المن�شطة

المركب المن�شط

فالمرك���ب الن�ش���ط Activated Complex هو مركب يتكون لحظيا عندم���ا تكت�شب المواد المتفاعلة كمية

من الطاقة المن�شطة و قد يوؤدي اإلى نواتج تفاعل اأو يتفكك اإلى متفاعالت .

اأما الطاقة المن�شطة Activation Energy فهي الطاقة ال�شرورية لتحويل المواد المتفاعلة اإلى المركب

الن�شط . و لتو�شيح ذلك نفتر�ض اأن لدينا تفاعل تفكك لجزيئات المركب AB لإنتاج A2 ، B2 فمن الممكن

تمثيله كما يلي :

+

A - B

�سرعة التفاعل الكيميائي

ع اب

رل ا

ل�س

فلا

140كيمياء )2(

( 4-19)

ط م

ع�ش

وال

ة قطا

∆H

المتفاعالت

النواتج

م�شار التفاعل

= الطاقة المن�شطة قبلط م

تحفيز التفاعل .

= الطاقة المن�شطة بعدط م

تحفيز التفاعل .

لحظ اأن : طم > ط م

ط م

�شكل ) 4-19( اأثر المادة الحافز على �شرعة التفاعل

و الآن لنا اأن نت�شاءل : هل هناك عالقة بين

�شرعة التفاع��ل و كمية الطاقة المن�شطة الالزمة

لإتمام التفاعل؟ تجدر الإ�شارة اإلى اأنه اإذا كانت

طاق���ة الو�شع للحال���ة النتقالية عالية ف���اإن قدرا

كبيرا من الطاقة يجب اأن يتوافر في الت�شادم بين

الجزيئات لتكوين المركب الن�شط و ينتج عن ذلك

طاقة من�شطة عالية و بالتالي تفاعل بطيء ، اأما لو

كان من الممكن ب�شكل ما اإنتاج مركب ن�شط بطاقة

تقارب تلك للمواد المتفاعلة فاإن الطاقة المن�شطة

تك���ون منخف�ش���ة و بالتال���ي التفاعل �شري���ع . اإذا

ت���زداد �شرعة التفاعل كلما قلت الطاقة المن�شطة

الالزم���ة لإتمام التفاع���ل ، وهذا هو بال�شبط دور

العام���ل الحافز ف���ي التفاع���الت الكيميائية حيث

اأن���ه يوف���ر طريقا يحت���اج اإلى طاق���ة من�شطة اأقل

م���ن الطاق���ة المن�شط���ة الالزم���ة بغي���اب العامل

الحافز وبالتالي تزداد �ش���رعة الت��فاعل . وال�ش�كل

)4 - 18( يو�شح ذلك .

ما اأثر المادة الحافزة على حرارة التفاعل H∆ ؟

�شكل ) 4 -18 ( يوفر العامل الحافز

طريقا يحتاج اإلى طاقة من�شطة اأقل

اأ�صئلة الف�صل الرابع

141

�ض1: �سع دائرة حول حرف الإجابة ال�سحيحة فيما يلي :

1-اأك�سدة اأك�سيد النيتريك اأ�سرع من اأك�سدة الميثان ) في نف�ض الظروف ( لأن :

اأ ( عدد الروابط في اأك�شيد النيتريك اأقل

ب ( عدد الروابط في اأك�شيد النيتريك اأكثر.

ج ( الرابطة في اأك�شيد النيتريك اأيونية

د ( الرابطة في الميثان ت�شاهمية .

2- التفاعالت المتجان�سة :

اأ ( تكون فيها المواد المتفاعلة و الناتجة في حالة واحدة من حالت المادة .

ب ( تعتمد �شرعة التفاعل فيها على م�شاحة منطقة التما�ض .

ج ( تعتمد �شرعة التفاعل فيها على تركيز المواد المتفاعلة .

د ( اأ ، ج كالهما �شحيح .

3- تقا�ض �سرعة التفاعل الآتي 2H2O 2H2 + O2 باإحدى الطرق الآتية :

H2O اأ ( �شعف معدل اختفاء

H2O ب ( ن�شف معدل تكون

H2Oج ( ن�شف معدل اختفاء

H2O د ( �شعف معدل تكون

�ض2: اأ ( ار�سم منحنى يمثل طاقة الو�سع للمواد اأثناء التفاعل التالي :

حرارة + A + B C + D مو�شحا على الر�شم ما يلي :

. الناتجة و المتفاعلة المواد طاقة • م�شتوى

142

. الن�شط المركب طاقة م�شتوى • . المن�شطة الطاقة و التفاعل حرارة مقدار •

ب ( و �سح على الر�سم التغيرات التي تطراأ عند اإ�سافة مادة حافزة اإلى و�سط التفاعل .

�ض3 : اذكر تف�سيرا علميا دقيقا لما يلي :

اأ - تحترق قطعة خ�شب كتلتها 100 جرام بمعدل اأقل من احتراق ن�شارة خ�شب لها نف�ض الكتلة .

ب - حرق ال�شكر في ج�شم الإن�شان يتم عند 37 °م بينما يحتاج احتراقه في المختبر اإلى درجة حرارة اأعلى.

ج- ل توؤدي جميع ال�شطدامات بين دقائق المواد المتفاعلة اإلى حدوث تفاعل .

�ض4 : في اأي التجارب الآتية يكون التفاعل بين حم�ض الكلور والخار�سين اأ�سرع ما

يمكن ؟ ف�سر اإجابتك .

�ض5 : يتم تفاعل NO مع Cl2 بموجب المعادلة :

2NO + Cl2 2NOCl و قـــد تـــم جمـــع المعلومـــات التاليـــة حولـــه :

رقم التجربة

1

NO [ Cl2 [معدل ال�سرعة

2

3

4

0.1

0.1

0.2

0.3

0.1

0.2

0.1

0.1

6-10 ×2.35

6-10 ×5.06

6-10 ×10.1

6-10 ×22.8

تركيز حم�ض الهيدروكلوريكحالة فلز الخار�سيندرجة الحرارة Oمالتجربة

1

2

3

4

5

30

30

90

90

90

حبيبات

م�سحوق

م�سحوق

م�سحوق

حبيبات

مخفف

مخفف

مركز

مخفف

مركز

143

من خالل المعلومات ال�شابقة ، اكتب قانون ال�شرعة لهذا التفاعل .

�ـــض6 : ت�ســـبح الح�ســـرات - و هـــي من المخلوقات الحيـــة ذات الدم البـــارد و التي تتغير

درجة اأج�سامها بتغير درجة حرارة محيطها ـ بطيئة الحركة في الطق�ض البارد .

ف�سر هذه الظاهرة بناء على درا�ستك للعوامل الموؤثرة في �سرعة التفاعل .

�ض7 : لنفتر�ض اقتراح الت�سل�سل التالي من التفاعالت لتفاعل ما :

اأ- ما التفاعل الكيميائي الإجمالي ال�شافي ؟

ب- ما قانون �شرعة التفاعل المتوقع اإذا كانت الخطوة ) 1 ( بطيئة والخطوة ) 2 ( �شريعة ؟

ج - ما قانون �شرعة التفاعل المتوقع اإذا كانت الخطوة ) 2 ( بطيئة والخطوة ) 1 ( �شريعة ؟

�ض8 : اإذا مزجت كمية معينة من غاز اليود مع كمية اأخرى من غاز الهيدروجين في

وعاء �سعته لتر واحد . واإذا علم اأن الغازين يتفاعالن ليكونا غاز يوديد الهيدروجين

)I2( وتتنا�سب طرديا مع ) H2 ( فاإن �ســـرعة التفاعل تتنا�ســـب طرديا مع , )HI(

فاكتب قانون �سرعة التفاعل , ثم بين اأثر ما يلي على �سرعة التفاعل.

اأ- ارتفاع درجة الحرارة .

ب -اإ�شافة مادة حافزة اإلى و�شط التفاعل .

ج- اإ�شافة كمية من غاز الهيدروجين .

د- �شحب كمية من غاز اليود اأثناء عملية التفاعل .

ه� - زيادة حجم وعاء التفاعل .

النظر بمجرد كتابته يمكن ول �سرعته يحكم قانون كيميائي تفاعل �ض9 : " لكل

لمعادلة التفاعل " ف�سر العبارة ال�سابقة في �سوء درا�ستك .

)1( 2A A2

)2( A2 + B C + 2D

يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :

1- تتاأمل قدرة اهلل �شبحانه وتعالى في اإيجاد التوازن في الكون .

2- ت�شرح طبيعة حالة التزان .

3- تحدد التفاعالت الكيميائية التي يحدث فيها اتزان كيميائي .

4- تتعرف التزان الكيميائي .

5- تكتب قانون ثابت التزان لتفاعل ما من معادلته الموزونة ب�شورة �شحيحة .

6- تذكر العوامل الموؤثرة في حالة التزان وثابت التزان .

7- تف�شر اأثر العوامل الموؤثرة على حالة التزان وقيمة ثابته بناء على مبداأ لو�شاتليه .

8- تجري بع�ض الح�شابات المتعلقة بالتزان الكيميائي .

9- تتعرف بع�ض التطبيقات العملية لالتزان في حياتنا .

الأهداف

144

االتزان الكيميائي

المقدمة

يلع���ب الت���زان دورا هام���ا ف���ي حياتنا على �شط���ح الأر�ض . فق���د جع���ل اهلل �شبحانه كثيرا م���ن العمليات

النعكا�شية ) التزانية ( تتم في الطبيعة للمحافظة على حياة المخلوقات الحية ، فاإذا اختل هذا التوازن

فاإن ا�شطرابا عظيما يمكن اأن يحدث في الحياة. ويمكن اعتبار اأي نظام في حالة توازن عندما ل تالحظ

علي���ه اأي تغيرات مع م���رور الزمن و التوازن نوعان الأول يعرف بالتوازن ال�ســـاكن الذي يمتاز بعدم حدوث

تغي���رات �شواء على الم�شتوى العيني اأو الجزيئي من النظام والثاني ما يعرف بالتوازن الديناميكي والذي

يمت���از بعدم حدوث تغيرات عل���ى الم�شتوى العيني للنظام المتوازن ديناميكي���ا ولكن تحدث تغيرات ن�شطة

عل���ى الم�شت���وى الجزيئي والجدي���ر بالذكر اأن التوازن���ات الكيميائية هي توازن���ات ديناميكية ويتم التعامل

معه���ا عل���ى هذا الأ�شا�ض و�شوف ن�شتعر�ض في هذا الف�شل اأنواع التفاعالت من حيث التزان والتزان في

التفاعالت النعكا�شية والعوامل الموؤثرة عليها وكذلك �شندر�ض ح�شابات متعلقة بالتزان .

التزان في الكون :

خل���ق اهلل ع���ز وج���ل الكون بقوانين غاي���ة في الدقة والإح���كام تحكم جمي���ع الظواهر الكونية

وتجعله���ا في حالة اتزان وهناك كثير من الظواهر الطبيعية لكوكب الأر�ض الذي نعي�ض فيه تو�شح

مفه���وم الت���زان ومن اأهم هذه الظواهر دورات العنا�شر في الطبيع���ة " الأك�شجين ، النيتروجين،

دورت الم���اء في الطبيع���ة " كذلك فالعملي���ات الكيميائية الحيوية التي تحدث ف���ي ج�شم الإن�شان

تخ�ش���ع ه���ي الأخرى لتزان دقيق فمثال نجد اأن ن�شبة ال�شكر ف���ي دم ال�شخ�ض ال�شليم تظل ثابتة

عند حد معين ويعزى ذلك اإلى حدوث عمليتين متقاربتين الأولى هي :

145

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

146 الكيمياء )2(

اختزان ال�شكر الزائد عن حاجة الج�شم على هيئة ن�شا حيواني )جاليكوجين ( في الكبد والأخرى

هي عملية تحول جزء من الن�شا الحيواني المختزن اإلى �شكر ين�شاب في الدم . اإن كل ذلك يجعلنا

نت�ش���اءل اإج���الل وتقديرا لواه���ب الحياة و�شير الأحي���اء و الجمادات ونتذكر عندئ���ذ قوله تعالى:

م���ن خالل معرفتك بالتزان في الكون الف�شيح من حولنا تجد اأن كال منها يتعر�ض لقوى م�شادة تحاول

التاأثي���ر علي���ه ف���ي اتجاه معين والت���زان كمفهوم عام هو حالة تك���ون القوى والعوامل الموؤث���رة على �شيء ما

معادله للقوى والعوامل الم�شادة التي توؤثر على نف�ض ال�شيء .

�شمم عر�شا عن التزان الفيزيائي ] الدورات الطبيعية والتزان البيولوجي في ج�شم الإن�شان

مزودا بال�شور .

ناق����ض مع زمالئك ماذا يحدث لو اختلت ن�شبة الكال�شيوم في البالزما وال�شائل بين الخلوي في

ج�شم الإن�شان.

طبيعة حالة التزان

يت�شح مما �شبق اأن جميع الأنظمة �شواء الفيزيائية اأو البيولوجية دائما في حالة تغير لت�شل اإلى التزان

ولفهم طبيعة حالة التزان . قم باإجراء الن�شاط التالي :

)الفرقان :2(.

147 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

ف���ي حالة اتزان الم���ادة ال�شلبة مع محلولها المائي نالحظ اأن هن���اك عمليتان مت�شادتان وهما عمليتي

الذوبان والتر�شب تتم ب�شرعة واحدة عند حالة التزان . فيبدو للناظر وكاأن �شيئا لم يتغير اأي اأن:

�سرعة الذوبان = �سرعة التر�سيب

ملح برمنجنات البوتا�شيوم

ال�شلب- كبريتات النحا�ض

ال�شلب -اأطباق بتري- ماء مقطر

الأدوات والمواد :

)5 - 1( طبيعة حالة التزان.

خطوات العمل :

1- اأ�شف قليال من ملح برمنجنات البوتا�شيوم ال�شلب

اإلى قليل من الماء في طبق بتري . ثم قم بتحريكه .

ماذا تالحظ ؟

2- اأ�ش���ف مزي���دا م���ن مل���ح برمنجن���ات البوتا�شي���وم اإل���ى الطبق

ماذا تالحظ ؟

- ماذا يحدث لدرجة لون المحلول ؟

- هل هناك تر�شب لجزيئات الملح ؟ " ف�شر ذلك "

�شكل ) 1-5 (

ذوبان برمنجنات البوتا�شيوم في

الماء

3- كرر خطوات التجربة با�شتخدام ملح كبريتات النحا�ض ال�شلب.

- ما هي النتائج التي تو�شلت اإليها ؟

..............................................................................................

..............................................................................................

........................................................

........................................................

........................................................

........................................................

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

148 الكيمياء )2(

)5 - 2( اتزان �سائل مع بخاره.

عن���د اتزان �شائل م���ع بخاره هناك عمليتان مت�شادتان تحدث وهي التبخر والتكثف وتتم ب�شرعة واحدة

عند التزان ويبدو للناظر كاأن �شيئا لم يتغير اأي اأن :

�سرعة التبخر = �سرعة التكثف

دورق - �ش���دادة مطاطي���ة - م���اء

مقط���ر - قل���م اأزرق - قلم اأحمر -

موقد )لهب(.

الأدوات والمواد :

خطوات العمل :

�ش���ع قليال م���ن الماء في ال���دورق و�ش���ده بال�شدادة -1

المطاطية .

�شع اإ�شارة بالقلم الأزرق عند م�شتوى الماء . -2

قم بالت�شخين اإلى درجة الغليان . ماذا تالحظ ؟ -3

�ش���ع اإ�ش���ارة اأخ���رى بالقلم الأحم���ر عند الم�شت���وى الذي و�ش���ل اإليه الماء . م���اذا تالحظ ؟ -4

اترك الدورق ليبرد فترة من الزمن ماذا تالحظ ؟ -5

؟ الدورق داخل حدثتا اللتين المت�شادتان العمليتان • ما

؟ التزان حالة عند للعمليتين يحدث • ماذا ..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

149 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

ن�شتنتج من الن�شاطين ال�شابقين اأن الو�شول اإلى حالة

الت���زان ل تعني توقف التغير في العمليتين المت�شادتين

ولك���ن حدوثهم���ا م�شتمر بنف����ض ال�شرعة له���ذا يو�شف

التزان باأنه اتزان ديناميكي ن�شط فهو نظام متزن �شاكن

على الم�شتوى المرئي وديناميكي وم�شتمر في التجاهين

المت�شادين ، وبنف�ض ال�شرعة على الم�شتوى غير المرئي .

�شكل ) 5- 2( كاأ�ض ماء في حالة اتزان

مع بخاره

وبع���د معرفتنا لمفهوم التزان في الأنظم���ة الفيزيائية لنرى كيف تحدث عمليات التزان في التفاعالت

الكيميائية حيث يمكن تق�شيم التفاعالت الكيميائية من حيث التزان اإلى :

1- تفاعالت غير انعكا�سيه )تامة( :

وه���ي تفاع���الت ت�شي���ر في اتجاه واح���د لأن المواد الناتجة م���ن التفاعل ل ت�شتطي���ع اأن تتحد مع بع�شها

لتكوي���ن المواد المتفاعلة تحت ظروف التجربة ب�شبب خروج اإحدى النواتج من حيز التفاعل و)ت�شاعد غاز

اأو تكون را�شب ( .

)NaCl)aq( + AgNO3)aq( AgCl)S( + Na NO3)aqمثال :

Mg)S( + 2HCl)aq( MgCl2)aq( + H2)g(

-2 التفاعالت النعكا�سية ) غير تامة (:

ه���ي تفاعالت غير مكتملة تحدث في التجاهين )الطردي والعك�شي (و تكون المواد المتفاعلة والناتجة

موج���ودة با�شتم���رار في حيز التفاع���ل ) ل يحدث ت�شاعد غاز اأو تكون را�شب ( ويعب���ر عن التفاعل العك�شي

ب�شهمين متعاك�شين اأو بعالمة م�شاواة =

CH3COOH)aq( + C2H5OH)aq( CH2COOC2H5)aq( + H2O)l(

اذكر اأمثلة اأخرى على التزان الديناميكي في حياتك .

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

150 الكيمياء )2(

ال�زم�ن

التفاعل الطردي

حالة التزان

C + D A + Bالتفاعل العك�شي

A + B C + D

التزان الكيميائي

اإذا تفاعلت المادتان A و B وكانت النواتج C ، D كما يلي :

A + B C + D

• ماذا يحدث لتركيز المتفاعالت مع مرور الزمن ؟ • ماذا يحدث لتركيز النواتج مع مرور الزمن ؟ ؟ التراكيز بتغير التفاعل �شرعة تتغير • كيف

ف���ي بداية التفاعل تكون �شرع���ة التفاعل الطردي

كبيرة بينما �شرعة التفاعل العك�شي �شفرا لعدم وجود

النوات���ج D ، C وبا�شتم���رار التفاعل يزداد تركيز كل

م���ن المواد D ،C وبا�شتم���رار التفاعل تزداد �شرعة

التفاعل العك�شي وتقل �شرعة التفاعل الطردي .

وي�شتم���ر ذلك حتى تت�ش���اوى �شرعة التفاعل العك�شي مع �شرعة التفاعل الط���ردي وقد يبدو لنا في فترة

م���ن الوقت اأن التفاعل توق���ف ولكن الحقيقة اأن المواد المتفاعلة تتحد با�شتم���رار لتكوين النواتج وفي نف�ض

الوق���ت وبنف����ض ال�شرعة تتفاع���ل المواد الناتجة لتكوين الم���واد المتفاعلة في�شل النظ���ام اإلى حالة ل يتغير

فيها تركيز المواد المكونة له طالما كان النظام بعيدا على الموؤثرات الخارجية؛ �شكل )5-3(، وتعرف هذه

الحال���ة بحال���ة التزان الكيميائي الديناميك���ي ) الن�شط ( وعليه يمكننا تعريفه باأن���ه : حالة النظام عند ما

تثب���ت تركيزات المواد المتفاعلة والم���واد الناتجة وبالتالي ت�شبح �شرعة التفاع���ل الطردي م�شاوية ل�شرعة

التفاعل العك�شي .

�شكل ) 5-3 ( التغير في �شرعة التفاعل

مع مرور الزمن

بعد اأن تعرفت على اأنواع التفاعالت من حيث التزان تتوقع في اأي منها يحدث التزان الكيميائي ؟

لع

فالت

اةع

ر�ش

151 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

خوا�ض التزان

اإن التزان هو حالة تكون عندها خوا�ض المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن . -1

الت���زان الكيميائ���ي ذو طبيعة ديناميكية ) ن�شط ( اإذ اأنه على الرغم م���ن اأن تركيز المواد المتفاعلة -2

والنوات���ج ل يتغي���ر مع مرور الزمن عند حال���ة التزان اإل اأن التفاعل ل يتوقف ب���ل ي�شير في اتجاهين

متعاك�شين ب�شرعة واحدة .

اإن التفاعالت الكيميائية تتجه تلقائيا نحو تحقيق التزان . -3

اإن خوا�ض المجموعة عند التزان ثابتة في ظروف معينة ول تعتمد على الم�شار الذي �شلكته المجموعة -4

لت�شل اإلى حالة التزان .

ف�سر ثبات �سدة اللون البني عند و�سول التفاعل الآتي اإلى حالة التزان .

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

N2O4)g(

= 2NO2

بني اللون عديم اللون

ثابت التزان

عرفت مما �شبق اأن التزان الكيميائي هو الحالة التي تت�شاوى عندها �شرعتا التفاعلين فهل توجد عالقة

ريا�شي���ة بي���ن تراكيز المواد عند التزان لك���ي يمكن و�شف التزان الكيميائي وتحدي���ده كميا ؟ الآن ادر�ض

حالة التزان لتفاعل تكوين الن�شادر الذي يتم وفق المعادلة التالية :

N2)g( + 3H2)g( = 2NH3)g(

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

152 الكيمياء )2(

ت���م قيا����ض تراكيز الم���واد المتفاعلة والناتجة عند الت���زان في تجارب متعددة عن���د درجة حرارة ثابتة

و�شغط ثابت وكانت النتائج كما يلي :

- اح�شب قيمة الك�شر في العمود الأخير ؟

- ماذا تالحظ على قيمة الك�شر ؟

تالح���ظ من الجدول اأن حا�شل ق�شمة تركيز المادة الناتجة على حا�شل �شرب تراكيز المواد المتفاعلة

يك���ون ثابت���ا اإذا كان تركيز كل ماده مرفوع اإلى اأ�ض ي�شاوي معامل تل���ك المادة في المعادلة الموزونة ويعرف

. K هذا الثابت بثابت التزان ويرمز له بالرمز

ل���كل تفاع���ل كيميائي عك�شي ثابت ات���زان معين خا�ض به نح�ش���ل عليه بالعملي���ات الح�شابية عند حالة

الت���زان، وقيمة هذا الثابت عبارة عن ك�شر ب�شطه حا�شل �شرب تراكيز المواد الناتجة من التفاعل ومقامه

حا�ش���ل �شرب تراكيز المواد المتفاعلة مرفوع تركيز كل مادة منه���ا ) المواد المتفاعلة والناتجة ( اإلى اأ�ض

ي�شاوي معامل المادة في المعادلة الكيميائية الموزونة .

فاإن كان لدينا التفاعل الآتي :.

aA + bB = cC + dD

فيمكن كتابة قانون ثابت التزان له كما يلي :.

K =

C[c D[d

A[a B[b

]H2[ N2[ NH3رقم التجربة

NH3[2

N2[3 H2[

2-

10 × 8.66 1

1.15

1.85

1 -

10×4.12

1.27

0.5

1.35

2.43

1

2

3

153 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

ا�ستقاق قانون ثابت التزان من قانون �سرعة التفاعل

عل���ى الرغ���م من اأن التزان هو حقيقة اأثبتتها التجارب اإل ان���ه بو�شعنا اأي�شا ا�شتنتاجه من قانون �شرعة

التفاعل فاإذا اأخذنا التفاعل العك�شي الآتي .

فنجد اأنه يتكون من التفاعلين الآتيين .

aA + bB = cC + dD

aA + bB cC + dD التفاعل الطردي

cC + Dd aA + bB التفاعل العك�شي

ومن هنا نمكن التو�شل اإلى

× 2

× = ثابت 1

B[b ثابت A[aD[d

C[c

واإذا فر�شن���ا اأن كال من هذين التفاعلين يتم في خط���وة واحدة فيمكن كتابة قانون �شرعة التفاعل لكل

منهما كما يلي :.

1

�شرعة التفاعل الطردي = ثابت

2

�شرعة التفاعل العك�شي = ثابت

وعند حالة التزان تت�شاوى �شرعة التفاعلين

B[b A[a

D[d C[c

C[c D[d

A[a B[b=

1

ثابت

2

ثابت

وحي���ث اأن ه���ي ن�شب���ة مقداري���ن ثابتي���ن فيمكن التعوي����ض عنها بكمية ثابتة هي K وهو ما

تطلق عليه ثابت التزان فاإنه يمكننا كتابة المعادلة ال�شابقة على ال�شورة :

1

ثابت

2

ثابت

=KC[c

D[d

A[a B[b

...

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

154 الكيمياء )2(

ويالح���ظ اأن ثاب���ت التزان يعتمد عل���ى ثابتي �شرعت���ي التفاعلين اللذين يعتم���دان بدورهما على طبيعة

المواد المتفاعلة والناتجة على التوالي ودرجة الحرارة

طرق التعبير عن ثابت التزان

تاأمل طريقة كتابة ثابت التزان للتفاعالت التالية :

معادلة التفاعلثابت التزان

1( Zn)s( + 2Ag+)aq( = Zn+2

)aq( + 2Ag)s(

2( HCl)g(

+ H2O)l( = H3O

+)aq( + Cl-

)aq(

3( 2H2O)g( = O2 )g( + 2H2)g(

KC = Zn+2[Ag+[2

KP =

P)O2(

.

P2)H2(

KC = H3O

+[ Cl[HCl[

اكتب تعبير ثابت التزان لكل من :

1( A + B + C = D + E + F

2( A + 3B = 2C

3( 2A = B ....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

P2)H2O(

155 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

- لماذا ل تظهر تراكيز المادة ال�شلبة في ثابت لتزان ؟

- لم���اذا تم���ت كتابة تركيز الم���اء في ثابت التزان في المعادلة )3 ( ولم يكت���ب في قانون ثابت التزان

في المعادلة ) 2 ( ؟

- ما �شبب التعبير عن ثابت التزان مرة ب� Kp ومرة ب� Kc ؟

من خالل ذلك يمكن تلخي�ض بع�ض القواعد لكتابة قانون ثابت التزان .

يعبر عن ثابت التزان بالرمز Kp اإذا كانت المواد بع�شها اأو كلها المتفاعلة اأو الناتجة في )1

الحالة الغازية للدللة على اأن التركيز معبرا عنه بال�شغط الجزئي .

يعبر عن ثابت التزان بالرمز Kc اإذا كانت المواد المتفاعلة اأو الناتجة بع�شها اأو كلها في حالة )2

المحاليل ال�شائلة للدللة على اأن التركيز معبرا عنه بالمولرية ويتم التعبير عنها بو�شع المادة

بين قو�شين معقوفين ] .

عدم كتابة تراكيز المواد ال�شلبة )s( والمذيبات ال�شائلة كالماء )l( �شواء في الب�شط اأو المقام )3

في قانون التزان الكيميائي لأن قيم التراكيز لهذا المواد ثابتة مهما اختلفت كميتها .

بعد درا�ستك لقواعد كتابة ثابت التزان اكتب قانون ثابت التزان للتفاعالت الآتية :

1( 3H2)g( + N2)g( 2NH3)g(

2( AgBr)s( Ag+)aq( + Cl-

)aq(

3( ½O2)g( + H2)g( H2O)g(

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

156 الكيمياء )2(

Kc و Kp العالقة بين

ه���ل يمكن التحوي���ل من )Kc( ) حين يعبر ع���ن التركيز بالمولرية ( اإلى Kp ) حي���ن يعبر عن التركيز

بال�شغط الجزئي (

لو اأخذنا التفاعل الآتي :

I2)g( + H2)g( = 2HI)g(

P.V = n .R . T من معادلة الحالة الغازية

)1(

P = RT

C =nV

بما اأن

) I2[ RT () HI[ RT (2

Kp =

×) H2[ RT(

nV

K=

P2)HI(

P)I2(. P)H2(

ورمزه المولري ] التركيز

R T C = P ...

بالتعوي�ض عن قيمة ال�شغط) ( لكل مادة في قانون التزان ) 1 ( نجد اأن :

يترتب المعادلة تح�شل على :

Kp = × HI[2

H2[ I2[×)RT(

2

)RT(2

Kc = Kp ...

فاإن :

P

157 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

وج���د اأن قيم���ة Kp تت�شاوى عدديا قيمة Kc اإذا كان التفاعل ل ينتج عن���ه تغير في عدد مولت الغازات

عند تحول المواد المتفاعلة اإلى نواتج نظرا لعدم تغير ال�شغط والعك�ض �شحيح.

دللة ثابت التزان

هل هناك عالقة بين كمية النواتج المتكونة في تفاعل متزن وبين قيمة ثابت التزان ؟

ماال���ذي ت���دل علي���ه القي���م الكبيرة لثاب���ت التزان؟ م���ا الذي تدل علي���ه القي���م ال�شغيرة لثاب���ت التزان ؟

يعتب���ر ثاب���ت الت���زان من المعايي���ر الهامة في علم الكيمي���اء حيث تو�شح قيمت���ة اإلى اأي ح���د تتحول المواد

المتفاعلة اإلى نواتج تفاعل عند حالة التزان .

1-اإذا كان���ت قيم���ة ثابت التزان كبيرة) K <1 ( دل ذلك على اأن معظم المواد الداخلة في التفاعل تتحول

اإلى نواتج عند حالة التزان .

مثال :

Cu)s(

+ 2Ag+

)aq(

= Cu+2)aq(

+ 2Ag)s(

K = = 15

وجد اأن Kc لهذا التفاعل عند 25°م هي 2×10

K = = 10-

10×1.7 Ag+[ × Cl-[

Ag+[2 Cu+2[

مما يدل على اأن معظم المواد المتفاعلة تتحول اإلى نواتج .

2- اإذا كان���ت قيم���ة ثابت التزان �شغيرة) K > 1 ( دل ذلك على اأن معظم المواد المتفاعلة لم تتحول اإلى

نواتج عند حالة التزان .

مثال :

حيث وجد اأن Kc لهذا التفاعل عند 25°م هو :

وهي قيمة �شغيرة جدا مما يدل على عدم قابلية كلوريد الف�شة للذوبان في الماء .

AgCl)s(

Ag+

)aq(

+ Cl-

)aq(

H2O

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

158 الكيمياء )2(

العوامل الموؤثرة على حالة التزان

لو نظرنا اإلى اأج�شامنا نجد اأن جميع العمليات الحيوية فيها تخ�شع لحالة التزان

- ثب���ات ن�شبة ال�شكر والأمالح وثب���ات درجة حرارة الج�شم اأو انتظام �شربات القلب وبقاء �شغط الدم

في معدله الطبيعي ، فما الذي يجري عند حدوث تغيرات فيها مثل :

- ارتفاع درجة حرارة الج�شم .

- ارتفاع اأو انخفا�ض �شغط الدم عن معدله الطبيعي .

- نق�شان ن�شبة ) تركيز ( ال�شكر في الدم .

م���ن الموؤك���د اأن تغير ه���ذه العوامل كال�شغط ودرج���ة الحرارة والتركي���ز يوؤدي اإلى اخت���الل في النظام

البيولوج���ي للج�شم .وقد توؤثر ه���ذه العوامل ) ال�شغط ، درجة الحرارة ، التركيز( اأي�شا على نظام في حالة

اتزان �شواء كان ذلك في الأنظمة الفيزيائية ) الطبيعية ( اأو الكيميائية .

وقد در�ض العالم الفرن�شي لو �شاتلييه عدة اأو�شاع اتزان لتفاعالت كيميائية وتغيرات طفيفة وتو�شل اإلى

مبداأ يعرف با�شمه يمكن بوا�شطته التنبوؤ و�شفيا باأثر العوامل المختلفة على مو�شع التزان وين�ض على اأنه:

)اإذا تعر�ســـت مجموعـــة مـــن المواد في حالـــة اتزان لتغير ما ؛ فـــاإن المجموعة تعتريها عمليات م�ســـادة

للتغير الذي تعر�ست له المجموعة بحيث تقلل من اأثره(.

اأما بالن�شبة للتفاعالت الكيميائية يمكن التعبير عند هذا المبداأ بما يلي ) اإذا اأثر موؤثر ما مثل درجة الحرارة

اأو ال�شغط اأو التركيز على تفاعل في حالة اتزان فاإن التفاعل ي�شير في التجاه الذي يقاوم فعل هذا الموؤثر .

و�شندر����ض ف���ي هذا الق�شم اأثر كل م���ن التركيز وال�شغط ودرجة الحرارة على حال���ة التزان وعلى قيمة

ثابت التزان ب�شيء من التف�شيل .

159 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

بعد اإجرائك للن�شاط ال�شابق تالحظ اأنه عند زيادة تركيز اإحدى مواد النظام المتزن كما في المعادلة .

ي���زداد اللون الأحم���ر و�شوحا بمعنى ان���ه يتفاعل كلوري���د الحديدالثالثي مع

FeCl3 فكلم���ا ذاد تركي���ز

الثيو�شينات لتكوين مزيد من ثيو�شينات الحديد الثالثي وبالتالي تزداد �شرعة التفاعل الطردي وتكون اأكبر

من �شرعة العك�شي ومع ا�شتمرار التفاعل تقل �شرعة التفاعل الطردي وتزداد �شرعة التفاعل العك�شي وت�شتمر

هذه الحالة اإلى اأن تت�شاوى ال�شرعتان ويعود النظام اإلى حالة اتزان جديدة معنى ذلك اأن تغير تركيز المواد في

النظام المتزن ل يغير من قيمة ثابت التزان ) ولكن يزيد من تركيز النواتج ( اأي يزاح التزان ناحية اليمين .

FeCl3 + NH4SCN Fe)SCN(3 + 3NH4Cl ثيو�شينات الحديد الثالثي ثيو�شينات المونيوم

)الأحمر ( )عديم اللون ( )الأ�شفر(

كاأ�ض - محلول كلوريد الحديد

الثالثي - محلول ثيو�سينات

الأمونيوم .

الأدوات والمواد :

)5 - 3( تاأثيـــر التركيـــز علـــى تفاعـــل كيميائـــي متـــزن .

خطوات العمل :

1- اأ�شف محلول كلوريد الحديدالثالثي) لونه اأ�شفر باهت(

بالتدريج اإلى محلول ثيو�شينات الأمونيوم ) عديم

اللون (؛ ماذا تالحظ ؟ .

2- اأ�شف مزيدا من كلوريد الحديد الثالثي � ماذا

تالحظ ؟

�شكل ) 5-4 (3- اكتب معادلة التفاعل ؟

SCN-3تفاعل محلول مع Fe+3

...................................................

...................................................

...................................................

...................................................

...................................................

...................................................

1- اأثر التركيز على حالة التزان وقيمة ثابته:

كلوريد الحديد الثالثي

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

160 الكيمياء )2(

ناق�ض مع زمالئك ماذا يحدث عند زيادة تركيز المواد الناتجة في اإناء التفاعل ؟

التفاعل المتزن

ادر�ض المعادلة الآتية :

N2 )g(

+ 3H2 )g(

= 2NH3 )g(

�شكل )5-5 ( تتغيردرجة التركيز بتغير

ال�شغط في وعاء التفاعل

هل ي�شاحب هذا التفاعل تغير في عدد الجزيئات ؟

هل تتاأثر حالة التزان بتغير ال�شغط الواقع عليه ؟

ما الذي يحدث للتفاعل المتزن التالي :

عند :

2SO2)g( + O2

)g( = 2SO3)g(

1- زيادة تركيز SO2 ؟

2- زيادة تركيز SO3 ؟

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

2-تاأثير ال�سغط على حالة التزان وقيمة ثابته :

161 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

ادر�ض المثال التالي :

- ماذا تالحظ على عدد جزيئات المتفاعالت والنواتج ؟

- هل تتاأثر حالة التزان بتغير ال�شغط الواقع عليه ؟

بم���ا اأن ه���ذا التفاعل غير م�شحوب بتغير في عدد الجزيئات فاإن تغير ال�شغط الواقع عليه لن يوؤثر على

حالة التزان وتنطبق هذه النتيجة على اأي تفاعل غازي ل ي�شاحبه تغير في عدد الجزيئات .

2HI)g( I2)g( + H2)g(

اإن زي���ادة ال�شغط الخارجي �شتوؤدي اإلى نق�ض في الحجم مما يوؤدي اإلى زيادة تراكيز مكونات التفاعل.

وفق���ا لمب���داأ لو�شاتليه �شيتجه التفاعل اإلى الجه���ة التي تقلل من ال�شغط اإلى الجهة الت���ي �شيقل فيها العدد

الكل���ي للجزيئات وذلك ب���اأن تتفاعل بع�ض جزيئات الهيدروجين مع جزيئ���ات النيتروجين لتكوين الن�شادر .

) 4 جزيئ���ات تعط���ي جزيئي���ن ( وبالمثل يوؤدي تقليل ال�شغ���ط الواقع على التفاعل المت���زن اإلى اإزاحته نحو

H2 . N2 الجه���ة الت���ي يزداد فيها ع���دد الجزيئات اإل���ى الجهة التي تتفكك فيه���ا جزيئات الن�ش���ادر لتعطي

) جزيئي���ن تعطي 4 جزيئات ( . ويعود النظ���ام اإلى حالة اتزان جديدة وبالتالي ل تتاأثر قيمة ثابت التزان .

ولنا ان ن�شاأل هل يتاأثر مو�شع التزان بتغير ال�شغط في جميع التفاعالت الغازية ؟

N2O4 )عديم اللون( )g(

2NO2)g (

ما اأثر كل مما يلي على �سدة اللون البني :.

1- زيادة ال�سغط الكلي :

2- زيادة حجم الوعاء :

) لونه بني(

.............................................................................................

.............................................................................................

.............................................................................................

.............................................................................................

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

162 الكيمياء )2(

اأ – كيف تتغير قيم ثابت التزان بارتفاع درجة الحرارة في كال الحالتين ؟

ب – ف�شر ذلك بمبداأ لو�شاتلييه ؟

بدرا�شة المعادلة التالية وقيم ثوابت التزان لها اأثناء رفع درجة الحرارة

نالح���ظ انه اأثن���اء رفع درجة الحرارة فاإن مو�شع التزان يميل نحو الجهة التي تمت�ض الحرارة المعطاة

اأي جه���ة اتح���اد بع����ض جزيئ���ات N2 و O2 و تكوي���ن المزيد من جزيئ���ات NO2 وتوؤدي اإزاح���ة التزان في

التفاعل ال�شابق اإلى اليمين اإلى تناق�ض تركيز N2 و O2 وتزايد تركيز NO2 مقارنة بتركيزها عند درجة

الح���رارة المنخف�شة فت���زداد تبعا لذلك قيمة ثابت التزان K وهذا يتفق م���ع النتائج التجريبية المبينة في

الجدول ال�شابق .

وبدرا�شة التفاعل الآتي :

N2 + 2O2 + 2NO2حرارة

H2 + I2 2HI + حرارة

نجد اأن رفع درجة الحرارة �شيوؤدي اإلى اإزاحة التزان نحو الجهة التي تمت�ض فيها الحرارة المعطاة اأي

نح���و تفكك جزيئات يوديد الهيدروجين ليحق���ق حالة اتزان جديدة تقل فيها قيمة K وهذا يتفق مع النتائج

التجريبية المبينة في الجدول ال�شابق .

3- تاأثير درجة الحرارة على حالة التزان وقيمة ثابته :

ل �شك اأنك در�شت العديد من التفاعالت الكيميائية التي ي�شاحب حدوثها امت�شا�ض اأو انطالق حرارة .

وال�شوؤال الذي يطرح نف�شه : ما اأثر تغيير درجة الحرارة على تفاعل ما في حالة اتزان ؟

دقق النظر في الجدول التالي:

ثابت التزاندرجة الحرارة )م(ثابت التزاندرجة الحرارة )م(

1600

1800

2000

340

380

420

4-10 × 2.5

4-10 × 7.3

4-10×9

70.8

66.9

53.7

)N2+ 2O2 + 2NO2 ( + تفاعل طارد للحرارة ) حرارة H2+I2 2HI(تفاعل ما�ض للحرارة حرارة

163 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

فمثال : يتفاعل الإيثانول مع حم�ض الخل لتكوين الإ�شتر كما يلي:

CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O

ق���د يتطلب هنا التفاعل عدة اأي���ام قبل اأن ي�شل اإلى حالة التزان ولكن اإذا اأ�شيف اإليه عامل حافز فاإن

ه���ذا التفاع���ل ي�شل اإلى حالة اتزان في زمن وجيز ، ولكن هل يتغير تركيز المواد المتفاعلة والناتجة و قيمة

ثابت التزان؟ ل يحدث اأي تاأثير عليها نتيجة وجود المادة الحافزة .

4- تاأثير العامل الحافز على حالة التزان وقيمة ثابته:

حين ت�شاف مادة حافزة اإلى نظام التفاعل فاإن ذلك يوؤدي اإلى تغير في ال�شرعة التي ي�شل بها التفاعل

اإلى حالة التزان ، ولكنه ل يوؤثر على تراكيز المواد في التفاعل . اأي اأن الحافز يوؤثر فقط على ال�شرعة

التي ي�شل بها التفاعل اإلى حالة التزان .

اأكمل الجدول التالي بما ينا�سب :

نوع التفاعل

طارد للحرارة

ما�ض للحرارة

قيمة Kمو�شع التزانالتغير في درجة الحرارة

زيادة

نق�شان

زيادة

نق�شان

....................... .............

.......................

.......................

.......................

.............

.............

.............

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

164 الكيمياء )2(

يعد تلوث الهواء الجوي من الم�شكالت المعا�شرة وتاأتي ملوثات الهواء ب�شكل رئي�شي

NO ، SO2 ، CO2 ،CO : م���ن ع���وادم ال�شي���ارات ودخ���ان الم�شانع في �شكل غ���ازات منه���ا

وه���ي غازات �ش���ارة ، فغاز CO �شام وغاز SO2 ي�شبب المط���ر الحام�شى ، و ينتج غاز NO في

مح���رك ال�شيارة عند درجات حرارة عالية وتحت تاأثير ال�شغط من تفاعل النيتروجين الجوي مع

الأك�شجين

ث���م يتح���د NO مع اأك�شجين الهواء ليعط���ي غاز NO2 الذي يظهر في �ش���كل �شحابة بنية اللون

عن���د تعر�ش���ه ل�شوء ال�شم�ض. ولغاز NO2 اآث���ار بيئية �شارة ، فهو يوؤثر ف���ي طبقة الأوزون وتفكك

بع����ض المنتجات المطاطية وي�شر بالعيني���ن والأغ�شية المخاطية والأن���ف والرئتين وعند خف�ض

درج���ة الح���رارة �شيدفع التزان نح���و الجهة التي تقلل انتاج NO2 ولذل���ك ل بد من خف�ض درجة

الح���رارة في محركات ال�شيارات وهذا يتطلب ت�شميما خا�شا للمحرك ، وهو مو�شوع قيد البحث

والدرا�شة

N2 + O2 + 2NO

حرارة

1- حدد الظروف المنا�سبة لإنتاج الن�سادر �سناعيا بكمية كبيرة باأقل جهد وتكلفة ممكنة

وباأ�سرع وقت ممكن وفقا للتفاعل التالي:

N2 + 3H2 2NH3 + 92KJ

...............................................................................................

...............................................................................................

...............................................................................................

...............................................................................................

165 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

ح�سابات متعلقة بالتزان

يمكن ح�ساب ثابت التزان لتفاعل ما بعدة طرق :

اأول : بدللة ثابت التزان لتفاعل اآخر له عالقة به .

اأ- اإذا �ســـرب تفاعـــل معيـــن بمعامـــل مـــا فـــاإن ثابـــت اتزان التفاعـــل يجب اأن يرفع اإلى اأ�ض ي�ســـاوي

المعامل المذكور .

1- اإ�شافة حفاز .

2- زيادة تركيز المتفاعالت .

3- زيادة تركيز النواتج .

4- نق�شان تركيز المتفاعالت .

5- نق�شان تركيز النواتج .

6- زيادة الحرارة للتفاعالت :

اأ - الطاردة للحرارة .

ب - الما�شة للحرارة

7- انخفا�ض درجة الحرارة :

اأ - الطارد للحرارة .

ب- الما�شة للحرارة .

8- زيادة ال�شغط .

9- انخفا�ض ال�شغط .

2- اأكمل فراغات الجدول التالي بما ينا�سب .

.......................

.......................

.......................

.......................

.......................

.......................

.......................

.......................

.......................

.......................

ثابت التزانمو�شع التزانالعوامل الموؤثرة

ل يتاأثر

يزاح جهة النواتج)طردي (

ل تتغير قيمته

.............................

.............................

.............................

.............................

.............................

.............................

.............................

.............................

.............................

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

166 الكيمياء )2(

فاإذا اأخذنا التفاعل التالي :

H2)g( + ½ O2)g( = H2O)g(

نجد اأن ثابت اتزانه هو:

K1 =

P)H2O(

P)H2(

. P½ ) O2(

K2 =

P2)H2O(

P2)H2(

. P) O2(

فاإذا �سربنا التفاعل في )2( لي�سبح .

2H2)g( + O2 )g( = 2H2O)g(

فاإن ثابت التزان الجديد يكون:

ويالحظ اأن ثابت التزان الجديد ي�ساوي مربع ثابت التزان الأول اأي اأن اأ�ض ثابت

)K2 = ) K1التفاعل الجديد ي�ساوي 2

ب - اإذا عك�ض اتجاه تفاعل معين فاإن ثابت التزان الجديد ي�ساوي عك�ض ثابت التزان الأول:

CO)g( + ½ O2)g( = CO2)g(

يكون ثابت اتزانه :

التفاعل المتزن التالي:

K1 =

P)CO2(

P)H2( . P½) O2(

167 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

جــــ ( اإذا كان التفاعـــل مركبـــا مـــن مجموعـــة تفاعـــالت فاإن ثابـــت التزان التفاعل الكلي ي�ســـاوي حا�ســـل

�سرب ثوابت اتزان كل من التفاعالت المكونة له .

في التفاعالت التالية:

1( C)s( + ½ O2)g( = CO)g(

2( CO)g( + ½ O2)g( = CO2)g(

3( C)s( + O2)g( = CO2)g(

اإذا عك�شنا التفاعل لي�شبح :

CO2)g( = CO)g( + ½ O2)g(

فاإن ثابت التزان الجديد لهذا التفاعل هو:

K2 =

P)CO(

P½)O2(

P)CO2(

×

اأي اأنه في هذه الحالة:

×

فاإن ثابت التزان للتفاعل الأول :

وثابت التزان للتفاعل على الثاني :

K1 =

P)CO(

P½) O2(

K2 =

P)CO2(

P)CO(

. P½) O2(

K3 = K1 × K2

K2 = K2 =)K1 (-1

K1اأو

1

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

168 الكيمياء )2(

وبما اأن التفاعل الثالث هو حا�شل جمع التفاعلين 1و2 بعد اخت�شار ما يمكن اخت�شاره فاإن :

بالتعوي�ض من قيمة K2 ، K1 ثم الخت�شار نح�شل على :

K3 =

P)CO(

P½) O2(

P)CO2(

×P

)CO( . P½

) O2(

K3 =

P)CO2(

P) O2(

اإذا علم اأن ثابت التزان للتفاعل

COCl2 )g(

= CO)g( + Cl2)g(

هو 329 ,0عند درجة حرارة 1000°م وللتفاعل

2CO)g( + O2)g(

= 2CO2)g(

عنـــد الدرجـــة نف�ســـها . فاح�ســـب ثابت التـــزان عند درجة حـــرارة 1000°م 22

هـــو 2.24× 10

للتفاعل .

2COCl2)g( + O2)g( = 2CO2)g( + 2Cl2)g(

................................................................................................

................................................................................................

................................................................................................

169 الكيمياء )2(

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

التزان الكيميائي

: Q ثانيا : رائز التفاعل

وهو قيمة افترا�شية لثابت التزان تح�شب في لحظة ما خالل التفاعل للتنبوؤ بو�شوله اإلى حالة التزان اأي

اأن���ه ي�شتخ���دم لمعرفة اتجاه التفاعل في لحظة ما اأثناء التفاع���ل اأو بمعنى اآخر لمعرفة هل التفاعل في حالة

اتزان اأم ل عند تلك اللحظة . وذلك من خالل ح�شاب قيمة ثابت التزان في تلك اللحظة ) ويرمز له بالرمز

Q( ومقارنتها بقيمة ثابت التزان K بثابت Q فاإذا كان :

K = Q -1 فاإن هذا يعني اأن التفاعل في حالة اتزان عند هذه اللحظة

2- اإذا كان K ≠ Q فله حالتان :

ف���اإن التفاعل لي�ض بحالة اتزان لذا �شيتجه التفاعل اإلى التجاه الذي يقلل من K > Q اأ - اإذا كان���ت

قيمة Q اأي نحو المتفاعالت .

ب - اإذا كانت K < Q فاإن التفاعل لي�ض بحالة اتزان لذا �شيتجه التفاعل اإلى التجاة الذي يزيد

من قيمة Q اأي نحو النواتج

H2)g( + I2)g( = 2HI)g(

اإذا كان لديك مزيج يحتوي في البداية على 0.2 �سغطا جويا من كل :

H2, I2 و 0.7 �سغطا جويا من يوديد الهيدروجين عند درجة حرارة 430°م فاإذا كانت قيمة ثابت التزان لهذا التفاعل = 54.3 عند تلك الدرجة.

قيمة ثابت التزان عند القيم المعطاة. -1

هل التفاعل في هذه اللحظة في حالة اتزان ؟ -2

اح�سب ما يلي:

الحل :

1- قيمة ثابت التزان عند القيم المعطاة.

Q =

P2)HI(

P)H2 (

. P)I2(

=

0.02 × 0.02

2) 0.7(

=

0.0004

0.49

= 1225

لديك التفاعل التالي:

التزان الكيميائي

ض �م

خال ا

ل�س

فلا

170 الكيمياء )2(

. K > Q 2- التفاعل لي�ض في حالة اتزان لأن

الب�ش���ط قيم���ة بنق�ش���ان ذل���ك ويت���م الت���زان اإل���ى تلقائي���ا يتج���ة التفاع���ل ف���اإن وله���ذا

وزيادة قيمة المقام

اأن لب���د الناتج���ة الم���ادة تركي���ز ف���ي الحا�ش���ل فالنق����ض متالزمت���ان العمليت���ان وهات���ان

الهيدروجي���ن يودي���د كمي���ة ف���اإن علي���ه وبن���اء المتفاع���الت تركي���ز ف���ي زي���ادة ي�شاحب���ه

. الهيدروجي���ن يودي���د تف���كك باتج���اه التفاع���ل وي�شي���ر والي���ود الهيدروجي���ن تق���ل ل�شال���ح

Br2 + H2 = 2HBr 50.5 اإذا علمت اأن ثابت التزان للتفاعل الغازي التالي ي�ساوي

عند درجة حرارة 448°م فعين التجاة الذى �ســـوف ي�ســـلكه التفاعل لي�ســـل اإلى حالة التزان ,

اإذا كان مزيـــج التفاعـــل يتكـــون في البداية من 0.01 مولر مـــن بروميد الهيدروجين , 0.005

مولر من الهيدروجين , 0.015 مولر من البروم .

...................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

.....................................................................................................

171

�ض1: تنباأ بتاأثير زيادة درجة الحرارة وزيادة ال�سغط على حالة التزان لكل من التفاعالت

التالية :

1- CO)g( + H2O)g( = CO2)g( + H2)g(

2- 2SO2)g( + O2)g( = 2SO3)g( + حرارة

)N2O4 = 2NO2)g + حرارة -3

�ض2 : ما المق�سود بكل من :

اأ- التفاعالت التامة .

ب- التفاعالت النعكا�شية.

ج�- قاعدة لو�شاتليه .

�ـــض3 : مـــا اأثر كل من التغيرات التالية على كميـــة كلوريد الهيدروجين المتكونة عند

التزان للتفاعل :

H2)g( + Cl2)g( = 2HCl)g( + حرارة

اأ – ارتفاع درجة الحرارة

ب – ا�شتخدام وعاء اأ�شغر حجما

ج – اإ�شافة المزيد من غاز الكلور

د – �شحب الهيدروجين من و�شط التفاعل

�ض4 : اإذا كان ثابت التزان للتفاعل التالي :

2SO2)g( + O2)g( = 2SO3)g(

ي�ش���اوي 0.14 عند درجة ح���رارة 900°م في حجم معين، ف���اإذا كان ال�شغط الجزئي 0.20 �شغط

جوي لكل مادة من مواد التفاعل. فهل التفاعل في حالة اتزان ؟ علل، واإذا كانت الإجابة بالنفي فعين

التجاه الذي �شوف ي�شلكه التفاعل لي�شل اإلى حالة اتزان .

اأ�صئلة الف�صل الخام�س

172

�ض5 : اإذا كان ثابت اتزان التفاعل

H2O)g( = H2)g( +½O2)g(

فما هو ثابت التزان لكل من التفاعلين التاليين عند 800°م6-

عند درجة حرارة 800°م هو 6×10

2H2O)g( = 2H2)g( + O2)g(

O2)g( + 2H2)g( = 2H2O)g(

�ض6 : ما اأثر المواد ال�سامة للمادة الحافزة على خوا�ض حالة التزان الكيميائي ؟

الأحما�ض والقواعد والأمالح

وح�سابات التزان في محاليلها

يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :

1- تتعرف اأهمية الأحما�ض والقواعد في حياتنا .

2- تميز بين الأحما�ض والقواعد عن طريق خوا�شها .

3- تعرف الحم�ض والقاعدة ح�شب نظرية اأرهينيو�ض.

4- ت�شتنتج تعريف الحم�ض والقاعدة ح�شب نظرية لوري وبرون�شتد .

5- تميز بين اأحما�ض وقواعد لوي�ض .

6- تو�شح بالمعادلت الخا�شية المترددة لبع�ض المواد.

7- تقوم بعملية معايرة الحم�ض والقاعدة في المختبر .

8- تبين اأهمية الدقة والإتقان في الكون من خالل قيامك بعملية المعايرة .

الأهداف

174

االأحما�ض والقواعد

المقدمة

175

تعتبر الأحما�ض والقواعد من اأهم المركبات الكيميائية التي لها

في حياتنا فحم�ض الهيدروكلوريك �شروري له�شم الطعام دور هام

وحم�ض الخليك ) الخل (ي�شاف اإلى اأنواع عديدة من الطعام وحم�ض

ال�شكورييك ascorbic ) فيتامين C(الذي نحتاج اإليه في غذائنا

وحم����ض ال�شتريك الموجود في الحم�شي���ات) البرتقال والليمون (

وكذلك حم�ض ا�شتيل �شالي�شاليك ) الأ�شبرين ( الم�شتخدم م�شكنا

لالآلم وحم�ض الكبريتيك الم�شتخدم في البطاريات ال�شائلة لل�شيارات .

كم���ا اأن القواع���د تدخل ف���ي كثير من ال�شناع���ات كالمنظفات

الم�ش���اد وال���دواء وال�شاب���ون، المن���زل ف���ي الم�شتخدم���ة

المع���روف Mg )OH(2 المغني�شي���وم للحمو�شة)هيدروك�شي���د

بحليب المغني�شيا والمنظفات ال�شائعة للم�شاريف التي تحتوي على

هيدروك�شي���د ال�شوديوم و�شناعة الزجاج وغير ذلك مما ن�شتخدمه

في حياتنا.

)Acidus ( م�شتق���ة من الكلم���ة الالتيني���ة Acid وكلم���ة حم����ض

ومعناه���ا حم�ش���ي الطع���م لأن جمي���ع الأحما����ض ت�شت���رك في هذه

الخا�شي���ة . وكلم���ة قل���وي م�شتق���ة م���ن الكلم���ة العربي���ة ) القلي (

وه���ي الرم������اد المتبق��ي م���ن ح��رق الم������واد النباتية وق���د �ش���ميت

بالق�واع���د ) Bases( لأنه���ا ت�شتخدم لإبطال مفع���ول الحم�ض كما

تعتبر الأحما����ض والقواعد من اأكثر المواد الكيميائية �شهرة لكونها

م���ن اأكثر الم���واد التي �شاهمت ف���ي التو�شل اإلى كثي���ر من الحقائق

والنظري���ات والعالق���ات الكيميائية الت���ي في متن���اول الإن�شان هذا

�شكل ) 6-1 اأ (

�شكل )6-1ب (

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

176 الكيمياء )2(

اليوم ، ولهذا ال�شبب فقد حظيت منذ فترة طويلة بالهتمام والدرا�شة

حي���ث �شهد تاريخ الكيمياء تطورا لمفهوم الحم�ض والقاعدة وو�شعت

تعريفات عدة لت�شنيفها وتف�شير �شلوكها الكيميائي .

وف���ي هذا الف�شل �شوف ندر�ض اأهم خوا����ض الأحما�ض والقواعد

و�شننظ���ر اإلى م���دى ات�شاع مفه���وم الأحما�ض القواع���د والذي يمكن

امت���داده ب�شهولة فيم���ا وراء الو�شط المائي وحتى اإل���ى المواد التي ل

تحت���وي على الهيدروجين وبهذه الطريقة ننظم ونو�شح عددا �شخما

�شكل ) 6-2 ( حم�ض الكلور من الحقائق الكيميائية المتعلقة بالأحما�ض .

وهيدروك�شيد ال�شوديوم

الخوا�ض العامة لالأحما�ض القواعد

الأحما����ض والقواعد م���ن اأكثر الموا�شيع التي دار البحث حولها ، ولقد تم���ت المحاولت الأولى لتعريف

الأحما�ض والقواعد باإيجاد الخوا�ض الطبيعية التي ت�شترك فيها الأحما�ض وتعريف كل مادة تتوفر فيها هذه

الخوا�ض باأنها حام�ض وكذلك الحال بالن�شبة للقواعد .

ولدرا�شة خوا�ض الأحما�ض والقواعد في المحاليل المائية �شوف نقوم بالأن�شطة الآتية :

اكتب اأكبر عدد ممكن من الأحما�ض والقواعد التي ت�شتعملها في حياتك اليومية مع ذكر ا�شتخدامها.

DiluteNaOH

NaOH

sodium Hydroxide

177 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

اختبر بع�ض خوا�ض المحاليل المائيـة لالأحما�ض التالية

ح�سب ما هو مطلوب في الجدول و�سجل نتائجك :

CH3COOH , H2SO4 , HCl ليمون ,

المواد الأدوات :

اأو خار�ســـين - اختبـــار اأنابيـــب

مغني�سيوم - دائرة كهربائية - ورق

تباع ال�سم�ض - كربونات ال�سوديوم

�شكل ) 6-3 ( بع�ض خوا�ض الأحما�ض

�سجل النتائج في الجدول التالي :

الخا�سية التي يراد اختبارها

التاأثير على ورق تباع ال�سم�ض

التو�سيل الكهربائي

التفاعل مع الخار�سين

التفاعل مع كربونات ال�سوديوم

HClH2SO4ليمون CH3COOH

اأجب عن الأ�سئلة التالية :

م���ا الغاز المت�شاعد عن���د تفاعل محاليل الأحما����ض ال�شابقة مع الخار�شي���ن . كيف يمكن -1

التاأكد من ذلك ؟

................................................................................................

) 6 - 1 ( درا�سة خوا�ض الأحما�ض

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

178 الكيمياء )2(

ن�ستنتج من خالل الن�ساط اأن الأحما�ض ت�سترك في الخوا�ض التالية :

مذاق المحاليل المخففة لهذه المواد حم�سي ول داعي للتاأكد من ذلك عمليا لأن بع�ض الأحما�ض -1

�سامة .

ول لون تباع ال�سم�ض اإلى اللون الأحمر . تح -2

تتفاعل مع بع�ض الفلزات مثل Mg - Zn وينطلق غاز الهيدروجين . -3

2HCl)l( + Zn)S( ZnCl2)aq( + H2)g(

H2SO4)l( + Mg)S( MgSO4 )aq( + H2)g(

تتفاعل مع الكربونات اأو البيكربونات وتنتج غاز ثاني اأك�سيد الكربون وملح وماء . -4

2Na2CO3)S( + 2HCl)l( 2CO2)g( + H2O + 2NaCl)aq(

تحتوي كل هذه المواد على عن�سر الهيدروجين . -5

2- ما العن�شر الم�شترك في الأحما�ض ؟

ما الغاز المت�شاعد من تفاعل الأحما�ض ال�شابقة مع كربونات ال�شوديوم . كيف يمكنك -3

التاأكد من ذلك ؟

4- �شف مذاق الأحما�ض من خالل تناولك لبع�ض الحم�شيات المنزلية )ل تتذوق اأي مادة

كيميائية غير غذائية(.

5- اأثناء اختبارك للتو�شيل الكهربائي لحظت اأن هناك اختالفا في �شدة التو�شيل للمحاليل،

ما �شبب ذلك ؟.

................................................................................................

................................................................................................

................................................................................................

................................................................................................

179 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

تذوب في الماء ومحاليلها المائية تو�سل الكهرباء بدرجات متفاوتة وذلك ب�سبب تفككها اإلى اأيونات -6

في الماء . والأحما�ض التي تتفكك كليا تو�سل التيار الكهربائي ب�سورة جيدة اأما التي تتفكك جزئيا

فاإنها تو�سل التيار الكهربائي بدرجة اأقل .

�شكل ) 4-6 (

عينة من المخلالت

تعتب���ر الأحما�ض مهلك���ة للمخلوق���ات الحية لذا يمك���ن ا�شتخدامها

كم���واد حافظة قاتلة للبكتريا ، عندم���ا نحفظ العديد من الماأكولت

كالب�ش���ل وال�شمن���در واللف���ت وغيره���ا ف���ي الخل )حم����ض الخل(

ويع���رف هذا بالتخلي���ل ، فالحام����ض بقتله كاف���ة المخلوقات الحية

المجهري���ة ف���ي محل���ول التخلي���ل يحفظ الأطعم���ة من الف�ش���اد وقد

ا�شتخ���دم التخليل على نطاقات اأو�شع قبل اخت���راع اأجهزة التبريد .

اختبـــر خوا�ض المحاليل المائية للقواعد التالية ح�ســـب

ما هو مطلوب في الجدول و�سجل نتائجك:

المواد الأدوات :

اأنابيب اختيار - ورق تباع ال�شم�ض

اأحمر - دارة كهربائية - خار�شين

اأو األومينيوم Na2CO3 , NaOH , Ba)OH(2 �سابون ,

�سابونNaOHBa)OH(2Na2CO3 الخا�سية المراد اختبارها

التاأثير على ورق تباع ال�سم�ض

التو�سيل الكهربائي

التفاعل مع الخار�سين

HCl التفاعل مع

)6 - 2( درا�سة خوا�ض القواعد

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

180 الكيمياء )2(

اأجب عن الأ�سئلة التالية :

1- ما �شبب اختالف �شدة التو�شيل الكهربائي لمحاليل القواعد ؟

2- ما هو الأيون الم�شترك في جميع هذه القواعد ؟

3- �ش���ف ملم�ض المحاليل المخففة للقواع���د ال�شابقة وذلك عن طريق فرك قطرة واحدة من

كل محلول بين اإ�شبعيك ال�شبابة والو�شط .

................................................................................................

................................................................................................

................................................................................................

ت�ستنتج من خالل الن�ساط اأن القواعد ت�سترك في الخوا�ض التالية :

1- مذاق المحاليل المائي�ة المخففة لهذه المواد مر ول داعي للتاأكد من ذلك لأن بع�ض القواعد �شامة

ملم�ض المحاليل المائية لهذه المواد انزلقي ) �شابوني ( -2

المحاليل المائي�ة لهذه المواد تلون �شبغة ورق تباع ال�شم�ض باللون الأزرق . -3

تتفاعل مع بع�ض الفلزات مثل الخار�شين اأو الألومينيوم . -4

تذوب جميع هذه المواد في الماء ومحاليلها المائية تو�شل الكهرباء بدرجات متفاوتة )لماذا (؟ -5

6-تتفاعل القواعد مع الأحما�ض في الو�شط المائي ويتكون ملح و ماء، ماذا ت�شمي هذا التفاعل ؟

2NaOH)aq( + Zn)S( Na2ZnO2)aq( + H2)g(

NaOH)aq( + HCl)aq( Na Cl)aq( + H2O)l(

حيث يفقد الحم�ض خوا�شه المميزة ماعدا خا�شية تو�شيل المحلول للكهرباء ) اإل اإذا كان الملح

. BaSO4 الناتج عديم الذوبان في الماء مثل

-OH غالبا.

7- تحتوي على اأيونات الهيدروك�شيد

181 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

في القرن ال�شابع ع�شر عام 1665م اجتاح مر�ض الطاعون مدينة لندن فقتل

حوال���ي 80000 ن�شم���ة وكانت الجثث تدفن في مقابر جماعية تغطى بالكل�ض) الجير الحي ( وهو

قلي قوي لت�شريع انحاللها .

من خالل درا�ستك لخوا�ض الأحما�ض والقواعد اأعط تعريفا مب�سطا لكل منها ؟

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

،)OH -

من خالل درا�شتك لخوا�ض القواعد لحظت اأنها مواد تحتوي على اأيونات الهيدروك�شيد ال�شالبة )

ولكن لحظت خالل اإجراء الن�شاط ) 6 – 2 ( اأن كربونات ال�شوديوم لها خوا�ض القواعد بالرغم من عدم

OH( فكيف تف�شر ذلك ؟ -

احتوائها على )

اإذا نظرن���ا اإل���ى كربونات ال�شوديوم وهي مادة لها الخوا�ض الممي���زة للقواعد لوجدنا اأنها مادة عندما

تتفكك في الماء فاإنها ل تعطي اأيونات الهيدروك�شيد مبا�شرة ولكنها تعطي اأيونات الكربونات كما يلي :

Na2CO3)s( + H2O 2Na+

)aq( + CO3 -2

)aq(

غير اأن اأيونات الكربونات لتلبث اأن تتفاعل مع الماء لتعطي اأيونات الهيدروك�شيد المميزة للقواعد وفقا

للمعادلة التالية :

CO3 -2

)aq( + H2O HCO3-

)aq( + OH-

)aq(

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

182 الكيمياء )2(

CO3 -2

)aq( + H+

HCO3-

)aq(

Amphoteric : المواد المترددة

دعنا نقوم بالن�شاط التالي لنكت�شف مفهوم المواد المترددة.

كم���ا تتفاعل مع البروتونات وتزيلها من المحلول الحم�شي وهذه اأي�شا خا�شية مميزة للقواعد مكونة في

هذه الحالة اأيونات البيكربونات

. ) OH-يعتبر الن�سادر مادة قاعدية بالرغم من عدم احتوائه على )

ف�سر ذلك مو�سحا اإجابتك بالمعادلت الموزونة

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

Al)OH(3 ما ال�سلوك الكيميائي لهيدورك�سيد الألومينيوم

عند تفاعله مع الحم�ض والقاعدة ؟

الخطوات :

1- �ش���ع قليال من حم�ض الكلور المخفف في اأنبوبة اختبار ثم

اأ�شف اإليه قليال من محلول هيدروك�شيد الألومينيوم ، ماذا

تالحظ ؟

................................................................................

المواد الأدوات المطلوبة :

هيدروك�شيد الألومينيوم حم�ض

الكلور - هيدروك�شيد ال�شوديوم

- اأنابي���ب اختيار - ماء مقطر .

) 6-3 ( درا�سة خوا�ض المواد المترددة.

183 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

فل���زات القواعد التي تتخذ �شكل هيدروك�شيدات الفلزات تكون عادة من عنا�شر المجوعات التي يقع

ترتيبها في الجزء الأي�شر من الجدول الدوري للعنا�شر ، اإذ نجد اأن هيدروك�شيدات عنا�شر المجموعتين

الأول���ى والثاني���ة قاعدية كلها في حين اأن هيدروك�شيدات عنا�شر الج���زء الأيمن من الجدول الدوري

مثال هو في الواقع

HNO3 با�شتثناء مجموعة العنا�شر النادرة حم�شية جميعها . فحم�ض النيتروجين

من خالل القيام بالن�شاط ال�شابق نالحظ اأن هناك مواد و�شطية تمتاز باأنها تت�شرف كاأحما�ض وقواعد

وفقا للظروف التي تقع فيها ، فتزيل ال�شفة الحم�شية لالأحما�ض عند تفاعلها معها وتزيل ال�شفة القاعدية

.) Amphoteric( للقواعد عند تفاعلها معها وت�شمى بالمواد المترددة

من خالل ما تجمع لديك من معلومات عرف باأ�شلوبك الخا�ض المواد المترددة .

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

- اكتب معادلة التفاعل :

2- �ش���ع قليال م���ن القاعدة هيدروك�شيد ال�شودي���وم في اأنبوبة اختبار ثم اأ�ش���ف اإليها محلول

هيدروك�شيد الألومينيوم،ماذا تالحظ؟ .

- اكتب معادلة التفاعل :

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

184 الكيمياء )2(

تعاريف اأخرى لالأحما�ض والقواعد

مر مفهوم الحم�ض والقاعدة بمراحل عديدة فقد لحظ العالم الفرن�شي لفوازيية Lavoisiea اأنه عند

حرق بع�ض العنا�شر في الأك�شجين فاإن الأك�شيد الناتج له خوا�ض الأحما�ض مثل اكا�شيد الكربون والف�شفور

والكبريت ، وعزي ذلك اإلى الأك�شجين الموجود في مثل تلك الأحما�ض . وفي بداية القرن الثامن ع�شر لحظ

همف���ري ديفي Hamphrypavy وجود حام�ض ل يحتوي عل���ى الأك�شجين مثل حم�ض كلوريد الهيدروجين

HCl ، وبه���ذا اأ�شب���ح تعريف الحام�ض على اأن���ه مادة تحتوي على الهيدروجين ثم تط���ور تعريف الأحما�ض

والقواع���د م���ع تطور علم الكيمي���اء ، ولعلك لحظت اأن المح���اولت الأولى لتعريفهما تم���ت باإيجاد الخوا�ض

الطبيعية لكل منهما لكن التعريف الذي يعك�ض كيمياء الأحما�ض والقواعد جاء نتيجة لمحاولة اإيجاد و�شيلة

لمقارنة قوة حم�ض بقوة حم�ض اآخر اأو قوة قاعدة بقوة قاعدة اأخرى لهذا و�شعت تعاريف ونظريات لكل من

الأحما�ض والقواعد اأهمها ما يلي :

1- تعريف ارهينيو�ض لالأحما�ض والقواعد .

HONO2 وحم����ض البيركلوريك HClO4القوي ه���و HOClO3 ، اأما حم�ض الكبريتH2SO4 هو

.) HO(2SO2

وم���ن المتوقع اأن تختلط الخوا�ض القاعدي���ة والحم�شية في هيدروك�شي���دات العنا�شر الواقعة في

منت�شف الجدول الدوري وهذا ما ن�شاهده فعال في بع�ض العنا�شر على الأقل .

تدريب : و�سح ال�سفة المترددة للمادتين الآتيتين بالمعادلت الكيميائية الموزونة:

SnO2 . Zn )OH(2

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

185 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

2- تعريف برون�شتد ولوري لالأحما�ض والقواعد .

3- تعريف لوي�ض لالأحما�ض والقواعد .

The Arrhenius Definition of Acide and Bases. 1( تعريف اأرهينيو�ض لالأحما�ض والقواعد

عندما طور اأرهينيو�ض نظريته الأيونية للمحاليل اأعطى اأي�شا تعريفا لكل من الحم�ض والقاعدة

وللو�شول اإلى هذا التعريف تاأمل المعادلت التالية التي تمثل تفكك بع�شا من الأحما�ض والقواعد

في الماء

1- الأحما�ض :

HCl )g(

H2O H+

)aq( + Cl-

)aq(

CH3COOH

H2O H+

)aq( + CH3COO-

)aq(

اأيون الكلوريد اأيون الهيدروجين حم�ض الكلور

اأيون خالت اأيون الهيدروجين حم�ض الخل

القواعد : -2

NaOH)s(

H2O Na+

)aq( + OH-

)aq(

اأيون هيدروك�شيد اأيون ال�شوديوم هيدروك�شيد ال�شوديوم

Ca)OH(2)s(

H2O Ca+2

)aq( + 2OH -

)aq(

اأيون هيدروك�شيد اأيون كال�شيوم هيدروك�شيد الكال�شيوم

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

186 الكيمياء )2(

من خالل مالحظتك للمعادلت ال�سابقة :

- ما الأيون الم�شترك في تفكك الأحما�ض في الماء ؟

- ما الأيون الم�شترك في تفكك القواعد في الماء ؟

يمكن تعريف الحم�ض والقاعدة ح�سب نظرية اأرهينيو�ض كما يلي:

الحم�ض :

H )البروتونات المائية (. +هو المادة التي ينتج عند ذوبانها في الماء اأيونات الهيدروجين الموجبة

القاعدة :

هي المادة التي ينتج عند اإذابتها في الماء اأيونات الهيدروك�سيد ال�سالبة

�ض : والآن لنا اأن نت�ساءل لماذا �سمي اأيون الهيدروجين بروتونا ؟

+H عند اإذابتها في

ع���رف اأرهينيو�ض الحم�ض باأنة المادة التي تعطي اأيون���ات الهيدروجين

الماء ومن المعروف اأن ذرة الهيدروجين تحوي بروتونا واحدا بالإ�شافة اإلى اإلكترون يدور حولها

عن���د تكوين اأي���ون الهيدروجين تخ�شر هذه الذرة اإلكترونها الوحي���د ويتبقى فيها البروتون فقط .

+H. وقد وجد اأن كثافة ال�شحنة الموجبة على البروتون

بمعنى اآخر اأيون الهيدروجين هو بروتون

م 13-

عالي���ة جدا لأن ن�شبة �شحنته اإلى ن�شف القطر عالي���ة جدا اإذ يقدر ن�شف قطره بحوالي 10

�شم تقريبا لأن�شاف اأقطار بنية الأيونات الموجبة .8-

مقارنة مع 10

فهل نتوقع اأن يوجد هذا البروتون منفردا في الو�شط المائي ؟

بما اأن هذا البروتون �شغير الحجم فاإن كثافة ال�شحنة عليه عالية جدا لذلك ي�شتبعد اأن يوجد

ب�ش���ورة حرة في المحلول ب���ل مرتبطا برابطة م�شترك���ة تنا�شقية بعدد من جزيئ���ات الماء اأقلها

H3O وي�شمى اأيون الهيدرنيوم ويمكن تو�شيح كيفية +

ج���زيء واح���د ، لذلك يكتب على ال�شورة

تكوينه كما يلي :

187 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

�شكل )6-5 ( اأيون الهيدرنيوم

اأوجه الق�سور في تعريف اأرهينيو�ض:

لقد ا�شتطاع اأرهينيو�ض اأن يف�شر الخوا�ض القاعدية و الحم�شية

ف���ي المحالي���ل المائي�ة وهذا التعريف ل يمك���ن الحكم بخطئه ولكن

يعيبه المحدودية التي ل تجعله �شامال، و من نواحي الق�شور:

يقت�شر تطبيق هذه النظرية على المحاليل المائية فقط -1

لالأحما����ض والقواع���د فق���ط وبناء على ذلك ل يعد غ���از HCl حم�ض وغاز NH3 قاع���دة مالم يذوبا

ف���ي الماء . فمن المعروف اأن هاتي���ن المادتين تتفاعالن في الو�شط غير المائي وتنتجان ملح كلوريد

الأمونيوم حيث يفقد كل منهما خوا�شه :

NH3)g( + HCl)g( NH4Cl)S(

H+

+ H2O: H3O+

HA + H2O: H3O+

+ A-

اأيون �شالب اأيون الهيدرينيوم ماء حم�ض

وبناء عليه فاإن معادلة تاأين اأي حم�ض في الماء تكتب كما يلي :

HCl , CH3COOH اكتب معادلت تاأين الأحما�ض التالية ب�سورة �سحيحة

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

Hydronium ion، H3O+

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

188 الكيمياء )2(

قوة الحم�ض والقاعدة ح�سب نظرية اأرهينيو�ض :

عند اختبار قدرة محلول حم�ض لكلور على تو�شيل الكهرباء مقارنة بحم�ض الخل نجد اأن الأول اأقوى من الثاني.

كيف تف�شر اختالف اإ�شاءة الم�شباح في المحلولين ؟

. CH3COOH ، HCl ماذا تالحظ على عدد الجزيئات التى تاأينت من

اأيهما يعطي عددا اأكبر من ايونات الهيدروجين ؟

بماذا يو�شف تفكك حم�ض CH3COOH ،HCl في الماء ؟

اإن تفاوت التو�شيل الكهربائي لمحاليل الأحما�ض اأو القواعد قد مكن اأرهينيو�ض من التمييز بين الحم�ض

القوي والحم�ض ال�شعيف . فالحم�ض القوي اأو) القاعدة القوية ( يتاأين في الماء اإلى درجة كبيرة تاأينا كليا

تاما ) تفاعل غير عكو�ض ( مثل :

NH3 مثل OH -

2- ل���م ي�شتط���ع تف�شير قاعدية بع�ض الم���واد التي ل تحتوي على اأيون���ات الهيدروك�شيد

Na2CO3 اأو الأم���الح القاعدي���ة مث���ل KCN. كذلك ل���م ي�شتطع تف�شير حم�شية بع����ض المواد التي ل

تحت���وي عل���ى اأيون���ات الهيدروجين مثل CO2 وبع�ض الأم���الح الحم�شية مث���ل NH4Cl . وبناء على هذا

الق�شور فقد تم تعديل هذه النظرية حيث اأ�شبح تعريف الحم�ض والقاعدة حديثا على النحو التالي :

H3O( في المحاليل المائية .+الحم�ض : هو المادة التي تزيد اأيونات الهيدرنيوم )

OH( في المحاليل المائية اأو التي تتفاعل -القاعدة : هي المادة التى تزيد اأيونات الهيدروك�ســـيد )

مع الحم�ض وتفقده خوا�سه .

NaOH)s(

H2O Na+

)aq( + OH

-

)aq(

HCl)l (

H2O H3O

+

)aq( + Cl -)aq(

189 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

والحم����ض ال�شعي���ف ) القاعدة ال�شعيفة ( ال���ذي يتاأين بدرجة قليلة في الماء كحم����ض الخل تاأينا غير تام

)تفاعل معكو�ض (،مثل

Brohstecl -Lowry Definition at Acidsancl Basaes :2( تعريف برون�ستد ولوري لالأحما�ض والقواعد

يعتبر تعريف الأحما�ض والقواعد على اأ�شا�ض مفهوم اأيون الهيدرنيوم واأيون الهيدروك�شيد في الماء )نظرية

اأرهينيو����ض( مقيدا جدا لأنه يح�شر مناق�شتنا لظاه���رة الأحما�ض والقواعد في المحاليل المائية لذا تمكن

كل م���ن الكيميائ���ي الدانمركي برون�شتد والبريطاني لوري كال على حدة ولكن في وقت متزامن عام 1923م

من التو�شل اإلى مفهوم اآخر لالأحما�ض والقواعد ل يتعار�ض مع مفهوم اأرهينيو�ض ولكن ي�شتمل عليه بمعنى

اأن مفهومهم���ا اأكث���ر �شمول من مفهوم اأرهينيو�ض وللتو�شل اإلى تعريف كل من الحم�ض والقاعدة ح�شب هذه

النظرية . انظر اإلى المعادلت التالية : حيث HA حم�ض و B قاعدة .

CH3COOH

H2O H3O

+

)aq( + CH3COO -

)aq(

NH3

H2O NH4

+

)aq( + OH -

)aq(

اكتب معادلت المواد الآتية في الماء :

H2SO4 . HCN KOH . NaHCO3

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

190 الكيمياء )2(

HA H+ + A-

B + H+ B H+

HA + B A- + BH+

قاعدة حم�ض

- ما دور الحم�ض في التفاعل ال�شابق ؟

- ما دور القاعدة في التفاعل ال�شابق ؟

اإذن ح�شب نظرية برون�شتد ولوري يعرف

الحم�ض : هو المادة التي لديها قابلية لمنح اأو اإعطاء بروتون اأو اأكثر .

القاعدة : هي المادة التي لديها القابلية ل�ستقبال بروتون اأو اأكثر .

1- ادر�ض التفاعالت الآتية وحدد الحم�ض والقاعدة ح�ســـب نظرية برون�ســـتد ولوري في

كل منها :

............................................................................................

1( HNO3 + H2O H3O+ + NO3

-

2( NH4+

+ H2O H3O+ + NH3

3( F - + H2O OH- + HF

............................................................................................

............................................................................................

هل تعتبر قواعد اأرهينيو�ض مثل KOH قواعد اأي�سا ح�سب تعريف برون�ستد ولوري؟

....................................................................................................

....................................................................................................

191 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

NH4+

+ OH-

H2O + NH3

عك�شي

اأمامي

ن�ستنتج من ذلك :

اأن انتقال البروتون يحول الحم�ض اإلى قاعدة جديدة كما يحول القاعدة اإلى حم�ض جديد وللتمييز

conjugate بين هذه الأ�سناف ا�سطلح على ت�سمية الحم�ض بعد فقده للبروتونات با�سم قاعدة مقترنة

Base وت�سمية القاعدة بعد اكت�سابها للبروتونات حم�سا مقترنا conjugate Acid وي�سمى كل حم�ض

وقاعدته المقترنة بالزوج المقترن وكل قاعدة وحم�سها المقترن بالزوج المقترن , حيث اأنهما يختلفان

عن بع�سهما ببروتون واحد

كما في المثال التالي :

NH4+

+ OH -

NH3 + H2Oحم�ض مقترن ) 2 ( قاعدة مقترنة )2 ( قاعدة )1( حم�ض )1(

الآن اإذا كان لديك التفاعل :

حدد الحم�ض والقاعدة ح�شب تعريف برون�شتد ولوري في التفاعل الأمامي

اأنظر اإلى التفاعل العك�شي ، هل يمكنك تحديد الحم�ض والقاعدة ح�شب تعريف برون�شتد ولوري ؟

ما الفرق بين و وبين و ؟

OH وبذلك -

NH4 يمنح بروتونا اإلى اأيون الهيدروك�شيد +

نالح���ظ في التفاعل ال�شابق اأن اأيون الأموني���وم

-OH هو القاعدة ح�شب تعريف برون�شتد ولوري .

NH4 هو الحم�ض و +

يكون

وبذلك يكون

NH3 اإلى الن�شادر H2O واإذا نظرنا اإلى التفاعل العك�شي نالحظ اأن البروتون ينتقل من الماء

الماء حم�شا والن�شادر قاعدة ح�شب تعريف برون�شتد ولوري .

NH3NH4+H2OOH -

)يعتبر الم���اء مادة مترددة( ناق�ض هذه العبارة في �شوء نظرية برون�شتد ولوري مو�شح اإجابتك

بالمعادلت.

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

192 الكيمياء )2(

قوة الأحما�ض والقواعد ح�سب نظرية برون�ستد ولوري .

تقا����ض ق���وة الحم�ض وفقا لتعريف برون�شتد ولوري بقدرته على اإعطاء ) منح ( بروتون ، فالحم�ض الذي

يعطي بروتونا ب�شهولة يعتبر حم�شا قويا والعك�ض �شحيح ، وتقا�ض قوة القاعدة بقدرتها على ا�شتقبال بروتون

فالقاعدة القوية هي التي ت�شتقبل اأو تجذب البروتون ب�شهولة .

اإذن تبي���ن ه���ذه النظرية اأن قوة الحم����ض ل تعتمد على قابلية الحم�ض لمن���ح البروتون اأو فقده فقط بل

وعل���ى قابلية القاعدة التي يتفاع���ل معها لتقبل هذا البروتون . فمثال يعتبر كلوريد الهيدروجين حم�شا قويا

في الماء لأن قابلية كلوريد الهيدروجين لفقد البروتون عالية وقابلية الماء لتقبل البروتون عالية .

2 – اأوجد الحم�ض والقاعدة المقترنة للمواد الآتية اإن اأمكن ذلك

الحم�ض المقترن القاعدة المقترنةالمواد

S -

-

H2O

HCO3-

1( H2S)aq( + H2O)l( ................ + HS -

)aq(

2( CO3

-2)aq( + H2O)l( OH

-)aq( + ..................

3( SO- 2

+ ................ HSO4-

+ H2O

1 - اأكمل الفراغات فيما يلي ثم حدد الحم�ض والقاعدة واأزواجها المقترنة

)aq( )aq(4

193 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

HCl وف���ي مذيبات اأخرى ل يكون انتقال البروت���ون بهذه ال�شهولة لذا فاإنه في هذه المذيبات يعتبر محلول

حام�شا �شعيفا .

HCl + H2O H3O+

+ Cl -

لماذا يعتبر الن�شادر اأكثر قاعدية من الماء ؟

والآن لنا اأن نت�ساءل: ما العالقة بين قوة الحم�ض وقاعدته المقترنة وقوة القاعدة وحم�سها المقترن ؟

ح�سب نظرية برون�ستد ولوري يعتبر حم�ض الخل حم�سا �سعيفا في الماء ولكنه حم�ض قوي

في الن�سادر؛ و�سح ذلك مدعما اإجابتك بالمعادلت .

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

يعتب���ر حم����ض HCl من الأحما����ض القوية التي تتفكك ف���ي الماء حيث يفق���د البروتون ب�شهولة

ليعط���ي القاعدة المقترنة - Cl وفي الوق���ت نف�شه ي�شلك الماء كقاعدة لأنه يتقبل البروتون ب�شهولة

. H3O +

ليعطي الحم�ض المقترن

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

194 الكيمياء )2(

HCl + H2O H3O+

+ Cl-

اإن HCl يتفكك كليا في الماء فقد وجد عمليا عدم وجود جزيئات HCl في محلول الحم�ض

) HCl ، H2O(وه���ذا يعن���ي اأن الحم����ض والقاعدة في الجان���ب الأي�ش���ر لمعادلة التفاع���ل

) H3O+

، Cl(اأق���وى م���ن الحم����ض المقت���رن والقاع���دة المقترن���ة ف���ي الجان���ب الأيم���ن

وعند مقارنة القاعدتين نجد اأن الماء هو القاعدة الأقوى لأنه اأكثر ميال

لتقبل البروتون وكذلك عند مقارنة الحم�شين نجد اأن HCl هو الأقوى

لأن���ه اأكث���ر ميال لمن���ح البروتون ولهذا و�شع ال�شه���م ) ( باتجاه واح���د لي�شير اإلى الجهة

الت���ي يرجحه���ا التفاع���ل . والعك�ض �شحيح في حال���ة الأحما�ض ال�شعيفة فمث���ال حم�ض الخل

CH3COOH حم�ض �شعيف يتاأين جزئيا في الماء كما يلي :

CH3COOH

+ H2O H3O+

+ CH3COO قاعدة مقترنة حم�ض مقترن قاعدة حم�ض

+H3O ه���و اأقوى من

وبم���ا اأن اتج���اه ال�شه���م نح���و الي�ش���ار فهذا ي���دل عل���ى اأن الحم����ض

. H2O اأقوى من CH3COO -

CH3COOH والقاعدة ����ض : ه���ل يمكن���ك معرف���ة اأي القاعدتي���ن الأق���وى CN اأم CH3COO اإذا علمت اأن

CH3COOH حم�ض اأ�شعف من HCN

) H2O، Cl-

(

) HCl ، H3O+

(

-

--

من خالل ما �سبق ن�ستنتج اأن :

الحم�ض القوي تكون قاعدته المرافقة �سعيفة والعك�ض �سحيح .

القاعدة القوية يكون حم�سها المقترن �سعيف والعك�ض �سحيح .

195 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

Lewis Acids and Bases 3- اأحما�ض وقواعد لوي�ض

لديك التفاعل التالي :

BFF

F

F BFF

F

F+-

الآن تاأمل التفاعالت الآتية للتو�شل اإلى تعريف لوي�ض لالأحما�ض والقواعد :

حدد الحم�ض والقاعدة في التفاعل ال�شابق ح�شب نظرية اأرهينيو�ض؛ هل يمكنك ذلك؟ ولماذا ؟

حدد الحم�ض والقاعدة في التفاعل ال�شابق ح�شب نظرية برون�شتد ولوري؛ هل يمكنك ذلك؟ ولماذا ؟

راأينا �شابقا اأن تعريف برون�شتد ولوري الأحما�ض والقواعد يعتبر اأكثر �شمول من تعريف اأرهينيو�ض لأنه

ل يتقي���د بالأو�ش���اط المائية و اأنه ل���م ي�شتطع تف�شير ال�شلوك الحم�شي اأو القاع���دي لبع�ض التفاعالت التي

تت���م دون انتق���ال البروتون لذلك اقت���رح الكيميائي الأمريكي جلبرت لوي�ض في ع���ام 1937م مفهوما جديدا

لالأحما�ض والقواعد ل يتعار�ض مع مفهوم برون�شتد ولوري ولكنه ي�شتمل عليه بمعنى اأن مفهومه اأكثر �شمول

من مفهوم برون�شتد ولوري و يعتمد هذا المفهوم على النظرية الإلكترونية للتكافوؤ .

لتمثي���ل تراكي���ب ) بن���اءات ( لوي�ض نكت���ب ال�شيغة الذري���ة للعن�شر محاطة بعدد م���ن النقاط ) اأو

عالمات * اأو دوائر ... ( يمثل كل منها اإلكترونا واحدا في غالف التكافوؤ للذرة .

-

Cl Cl*

* *

* *

* *

00

00

00 0 اأو

اأيون الأمونيوم

H . N : + H+ H . N : H +H

H

H

H[. .

.

قاعدة حم�ض

*

*

*.

*

* *

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

196 الكيمياء )2(

لنرجع اإلى التفاعل ال�شابق

HH O + H+

H

HO

قاعدة حم�ض: :

: [+H

ماذا تالحظ على القاعدتين ال�شابقتين ؟

ما دور القاعدة في التفاعلين ال�شابقين ؟

ماذا تالحظ على الحم�شين ال�شابقين ؟

ما دور الحم�ض في التفاعلين ال�شابقين ؟

ما نوع الرابطة الجديدة في الأيون المتكون ؟

من خالل ما �شبق يمكنك ا�شتنتاج تعريف لوي�ض للحم�ض والقاعدة كما يلي :

الحم�ض : هو المادة ] جزيء اأو اأيون التي لها القدرة على ا�ستقبال زوج اأو اأكثر من الإلكترونات لتكوين رابطة .

القاعدة : هي المادة ] جزيء اأو اأيون التي لها القدرة على منح زوج اأو اأكثر من الإلكترونات لتكوين رابطة .

ومن المالحظ اأن جميع قواعد لوي�ض يوجد بينها خا�شية رئي�شية م�شتركة وهي امتالكها زوجا اإلكترونيا

اأو اأكث���ر من الإلكترونات الحرة ) غير الرابطة ( وجمي���ع اأحما�ض لوي�ض اأي�شا بينها خا�شة رئي�شية م�شتركة

وهي اأنه يوجد مجال مدار اإلكتروني فارغ ي�شتطيع اكت�شاب زوج من الإلكترونات .

رابع فلوريد البورون اأيون الفلور ثالث فلوريد البورون

تعتبر الأيونات الموجبة الأحادية اأحما�ض لوي�ض بينما الأيونات ال�شالبة الأحادية قواعد لوي�ض ف�شر ذلك .

..

BFF

F

F BFF

F

F+

- -

::..

::..

::..

*

.. *

. *

..::

197 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

هل يمكنك تحديد الحم�ض والقاعدة ح�شب تعريف لوي�ض ؟

يمكن تف�شير التفاعل ال�شابق وفق تعريف لوي�ض كما يلي :

تعتب���ر ذرة الب���ورون في جزيء BF3 ذرة مركزي���ة وعدد الإلكترونات ف���ي م�شتوى تكافوؤها �شت���ة اإلكترونات

) ل���م تحق���ق القاع���دة الثمانية ( ويعن���ي ذلك اأنه يوجد ف���ي ذرة البورون مج���ال اإلكترون���ي فارغ.اأما اأيون

الفلور يمتلك اأزواجا من الإلكترونات غير الرابطة ، وعند حدوث التفاعل بينهما يمنح اأيون الفلور زوجا من

الإلكترونات ت�شتقبله ذرة البورون في BF3 فتتكون بذلك رابطة ت�شاهمية تنا�شقية بين الفلور والبورون وبناء

- F قاعدة لأنه منح الزوج الإلكتروني . على تعريف لوي�ض يعتبر BF3 حم�ض لأنه تقبل زوج الإلكترونات و

اإن المواد التي تنطبق عليها نظرية لوي�ض تطبق عليها اأي�شا نظرية كل من اأرهينيو�ض ويرون�شتد لوري .

ناق�ض مع زمالئك العبارة ال�شابقة مع تو�شيح اإجابتك بالأمثلة .

حدد الحم�ض والقاعدة ح�سب تعريف لوي�ض في التفاعالت التالية :

1( H + + :OH- H2O

2( BF3 + :NH3 F3B- NH3

3( Ag+ + 2NH3 NH3 – Ag – NH3[ +

4( B)OH(3 + H2O B)OH(4 -2

+ H +

5( NH2-

+ H2O NH3 + OH -.

قوة الأحما�ض والقواعد ح�سب نظرية لوي�ض .

يمكن مقارنة قوة اأحما�ض وقواعد لوي�ض بفح�ض ميولها لتكوين رابطة ت�شاهمية تنا�شقية ، فعندما تتكون

الرابطة ، ت�شحب الكثافة الإلكترونية على القاعدة في اتجاه الذرة ناق�شة الإلكترونات في المادة )التي لديها

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

198 الكيمياء )2(

HCl + NaOH NaCl + H2O

Neutralization : التعادل

لديك التفاعل الآتي :

مج���ال اإلكتروني ف���ارغ ( لذلك فاإن القاعدة القوية تحتوي على ذرة ذات �شحابة اإلكترونية يمكن ا�شتقطابها

ب�شهولة ومن المعروف اأن الذرات كبيرة الحجم يمكن ا�شتقطابها ب�شهولة اأكثر من الذرات �شغيرة الحجم.

وتتح���دد ق���وة حام�ض لوي�ض بقوة ج���ذب الإلكترونات الذي تقوم به الذرة ناق�ش���ة الإلكترونات في الحام�ض

وم���ن المعروف اأن الذرة �شغيرة الحجم اأف�شل في ج���ذب الإلكترونات من الذرات كبيرة الحجم لأن غالف

التكاف���وؤ لل���ذرة ال�شغي���رة اأقرب اإلى نواته���ا وتكون الإلكترون���ات المقتربة من هذا الغ���الف منجذبة بقوة .

2 - اأيهما تتوقع اأن يكون حم�ض اأقوى عند لوي�ض ) AlCl3 ، BCl3 (؟ مع ذكر ال�شبب .

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

ماذا يمثل التفاعل ال�شابق ؟

من خالل درا�شتك لخوا�ض الأحما�ض والقواعد ماذا يحدث لخوا�شهما عندما يتفاعالن مع بع�شهما ؟

. ال�شبب ذكر مع (؟ )CH3(2O ، )CH3 (2S ( 1 - اأيهما تتوقع اأن يكون قاعدة اأقوى عند لوي�ض

199 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

ما ناتج تفاعل الحم�ض مع القاعدة ؟

ماذا ت�شمى عملية تفاعل حم�ض وقاعدة ؟

عرفن���ا �شابق���ا اأن���ة عند اتحاد القاعدة م���ع الحم�ض تزول ال�شف���ة الحم�شية من الحم����ض وتتال�شى كذلك

ال�شفة القاعدية للقاع���دة وت�شمى هذه العملية بعملية التعادل )Neutralization (ويعرف المحلول

الناتج من معادلة الحم�ض والقاعدة والذي يخلو في هذه الحالة من �شفات الحم�ض اأو القاعدة باأنه محلول

متع���ادل . ف���اإذا تمت معادلة محلول حم�ض الكلور بمحلول هيدروك�شي���د ال�شوديوم نتج عن تعادلهما محلول

متعادل هو محلول " ملح الطعام " الذي ل يحوي على اأيونات الهيدروك�شيد اأو البروتونات المائية اإل بمقدار

ما ينتج عند تحلل الماء النقي لهذه الأيونات .

H+

)aq(+ Cl-

)aq( + Na+

)aq( + OH -)aq( Na+

)aq( + Cl-

)aq( + H2O)l(

نالحـــظ : اأن اأيونـــات ال�ســـوديوم والكلوريـــد ل يطـــراأ عليهـــا اأي تغيـــر " اأيونات متفرجـــة " وبهذا يمكن

اعتبار تفاعل الحم�ض مع القاعدة هو تفاعل بين اأيونات الهيدروجين و اأيونات الهيدروك�سيد .

H+

)aq( + OH -)aq( H2O)l(

عن���د معادلة محل���ول هيدروك�شيد الباريوم مع محل���ول حم�ض الكبريتيك يتك���ون را�شب اأبي�ض

وتنق�ض قدرة المحلول على التو�شيل الكهربائي . بينما اإذا تعادل محلول هيدروك�شيد ال�شوديوم مع

محلول حم�ض الكبريتيك ل يتكون را�شب ول تنق�ض قدرة المحلول الناتج على التو�شيل الكهربائي .

ف�شر ذلك مع تو�شيح اإجابتك بمعادلت كيميائية موزونة .

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

200 الكيمياء )2(

Indicator: الأدلة

ه���ي م���واد ل توؤثر في �شير التفاعل اإنما يتغير لونها في مجال مح���دد من درجة تركيز اأيون الهيدروجين

للو�شط الذي اأدخلت فيه . ومن اأ�شهر الأدلة دليل تباع ال�شم�ض ، الفينولفثالين ، الميثيل البرتقالي، الميثيل

الأحمر . وت�شتخدم هذه الأدلة في معايرات الأحما�ض والقواعد للتعرف على نقطة التعادل ) التكافوؤ ( التي

عنده���ا يت���م تعادل الحم�ض مع القاعدة تعادل تاما وذلك من خالل تغي���ر لون الدليل . يمكنك التعرف على

الكل����ض م�شح���وق الترب���ة اإل���ى المزارع���ون ي�شي���ف

لتخفي���ف حمو�ش���ة الكال�شي���وم ( وذل���ك )هيدروك�شي���د

التربة التي ت���زداد بفعل المطر الحم�ش���ي وهذه الحم�شية

الزائ���دة تزيل بع����ض المغذيات الأ�شا�شية م���ن التربة فعند

اإ�شاف���ة الكل�ض) قاعدة قوية ( تبط���ل مفعول الحمو�شة في

�شكل )6-6 (الترب���ة وبذلك يخف ال�شرر الناتج ع���ن المطر الحم�شي .

اإ�شافة هيدروك�شيد الكال�شيوم للتربة

Titration : المعايرة

عرفنا اأن عملية التعادل يتم فيها اتحاد كمية من الحم�ض مع كمية من القاعدة .

ولكن اإذا اأخذنا كمية معينة من حم�ض ذي تركيز معروف وعادلناها بكمية من القاعدة ذات تركيز مجهول

. Titration اأو العك�ض فاإن العملية ت�شبح معايرة

تع���د المعاي���رة من اأهم طرق التحالي���ل الكيميائية فهي ت�شتخدم لقيا�ض تركيز الم���واد الذائبة في المحاليل

)مث���ل الأحما�ض والقواعد في المحاليل المائية ( وتتم عملي���ا با�شتخدام محلول قيا�شي )معلوم التركيز (

لقيا�ض تركيز المادة الأخرى في المحلول الآخر .عن طريق تطبيق العالقة الآتية .

2

× ت2

= ح1

× ت1

ح

ولكي نتمكن من معايره محلول ما اإلى اأن ي�شبح متعادل تاما باإ�شافة الكمية الكافية من الحم�ض ) اإذا كان

قاعديا ( اأو من القاعدة ) اإذا كان حم�شيا ( فاإننا نعمد اإلى ا�شتعمال الأدلة . فماهي الأدلة ؟

201 الكيمياء )2(

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

الأحما�ض والقواعد

الألوان المميزة لالأدلة في الأو�شاط الحم�شية والقاعدية من خالل الن�شاط التالي:

اختبر لون الكوا�شف التالية في الأو�شاط الحم�شية ، القاعدية ، المتعادلة

الدليل

تباع ال�سم�ض

اللون في الو�سط

الحم�سي

اللون في الو�سط

القاعدي

اللون عند نقطة

التعادل

الميثيل البرتقالي

الميثيل الأحمر

الفينوفثاليين

الأدل���ة عب���ارة عن اأحما����ض ع�شوية �شعيف���ة اأو قواعد ع�شوي���ة �شعيفة يتغير لونه���ا مع تحول

المحل���ول م���ن الو�شط الحام�شى اإلى الو�شط القاعدي ) اأو العك�ض ( كما اأنها اأ�شباغ ع�شوية تمتاز

ب���اأن األوانها تتغير ح�شب مقدار تركي���ز البروتونات في المحلول الموجود فيه ويمكن ال�شتفادة من

ه���ذه الأ�شباغ كاأدلة اأو م�شع���رات عبر تغير األوانها عند بدء الحجم الم�ش���اف من ال�شحاحة اأثناء

عملي���ة المعايرة الذي يعتب���ر كافيا لمعادلة الموجود في الدورق المخروطي؛ غير اأنه من ال�شروري

الإ�شارة اإلى اأنه لي�ض اأي دليل ي�شلح لأي معايرة بين حم�ض وقاعدة واإنما هناك اأدلة معينة لكل نوع

من اأنواع معايرات الأحما�ض والقواعد .

)6 - 4( درا�سة تغير لون الكوا�سف في الأو�ساط

الحم�سية والقاعدية والمتعادلة.

الأحما�ض والقواعد

ض �دسا

�ل ا

ل�س

فلا

202 الكيمياء )2(

HCl بحم�ض NaOH 6-5 ( معايرة قاعدة (

المواد الأدوات :

�شحاح���ة - دورق مخروط���ي -

ما�شة - حامل - محلول قيا�شي

من HCl) ذي تركيز معروف(

)مجه���ول NaOH محل���ول -

التركيز ( - دليل الفينولفثالين .

خطوات العمل .

.HCl بمحلول ال�شحاحة • امالأ NaOH با�شتخدام الما�شة 10 مللتر من محل���ول • انق���ل اإل���ى الدورق المخروطي واأ�ش���ف اليها ثالث نقط من دليل

الفينولفثالين .

كم حجم الحم�ض الالزم للتفاعل مع كامل الكمية من القاعدة في الدورق المخروطي ؟

..........................................................

.......................................................................................................

HCl م���ن ال�شحاح���ة اإل���ى الدورق باإ�شاف���ة محل���ول • اب���داأ المخروط���ي قط���رة ، قطرة اإلى اأن ت�شل اإل���ى نقطة التعادل

)التكافوؤ (؛ ماذا تالحظ ؟

�شكل ) 6- 7 ( خطوات معايرة قاعدة وحم�ض

= ؟ 1

= 10مللتر ت1

حجم القاعدة ح

= 0.25 مولر 2

= من التجربة ت2

حجم الحم�ض ح

2

× ح2

= ت1

× ح1

بتطبيق العالقة ) التخفيف ( ت

) 2

× ح2

) ت

1

ت

= 1

ح

اأ�صئلة الف�صل ال�صاد�س

203

�ض1 : �سع دائرة حول الإجابة ال�سحيحة فيما يلي :.

اأ – المحلول المائي لهيدروك�شيد البوتا�شيوم KOH يمتاز بما يلي .

1-جيد التو�شيل للكهرباء

2- رديء التو�شل للكهرباء

3- يحول ورق تباع ال�شم�ض اإلى الأزرق

) 2 + 1 ( -4

ب – العملي���ة الت���ي يتم خاللها اتحاد كمية معلومة التركيز م���ن الحم�ض مع كمية مجهولة التركيز من

القاعدة ت�شمي :

1- تعادل 2 - تاأين 3- معايرة 4 - تبادل

�ض2 : قارن بين تعريف الحم�ض والقاعدة ح�سب النظريات الثالثة التي در�ست في جدول.

�ض3 : ف�سر ما يلي تف�سيرا علميا مع التو�سيح بالمعادلت .

1- ي�شلك NH3 كقاعدة في المحاليل المائية .

2- التو�شيل الرديء للكهرباء في محلول حم�ض الخل .

3- ي�شمى تفاعل الحم�ض والقاعدة بالتعادل .

�ض4 : اكتب القاعدة المرافقة لكل من الأحما�ض التالية :

�ض5 : اكتب الحم�ض المقترن لكل من القواعد الآتية :

�ـــض6 : بيـــن ما اإذا كانت المركبات التالية من المتوقع اأن تعمل اإما كحام�ض لوي�ض اأو

قاعدة لوي�ض .

H3PO4 ، HNO2 ، CH3 COOH ،H2O ، H2PO4-

، NH4+

، H2SO4 ، H2S HNO3

Fe+3 ، NO-

، OH-

، NH3 ، H2O ، AlCl3 ، )CH3(2S ، CO2 ، Br-

NH3 ، HS-

، OH-

، HCO-

، H2PO4-

،PO-3

SO-2

، SO -2

، CH3COO-

4 4 33

يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :

.Kw 1- تتعرف ثابت تاأين الماء

2- ت�شتنج العالقة بين تركيز اأيون الهيدرنيوم واأيون الهيدروك�شيد للماء النقي .

. H3O+ [ 3- تحدد اأنواع المحاليل المائية بدللة

4- تبين اأهمية الأو�شاط الحم�شية والقاعدية في اإتمام بع�ض التفاعالت الحيوية.

. pOH والأ�ض الهيدروك�شيدي pH 5- تتعرف الأ�ض ) الرقم ( الهيدروجيني

6- تعبر عن قيمة الأ�ض ) الرقم ( الهيدروجيني والهيدروك�شيدي ريا�شيا .

. pKW . pOH . pH 7- ت�شتنج العالقة بين

8- تقي�ض الأ�ض ) الرقم ( الهيدروجيني عمليا لبع�ض المحاليل .

9- تجري الح�شابات المختلفة على الأ�ض الهيدروجيني في محاليل الأحما�ض والقواعد القوية .

10- ت�شتنج العالقات الريا�شية الأ�شا�شية لح�شاب ] + H3O و ]-OH لمحاليل الأحما�ض والقواعد ال�شعيفة.

11- تجري الح�شابات المختلفة حول تركيز الأحما�ض والقواعد ال�شعيفة .

204

الح�صابات المتعلقة بالمحاليل المائـية

للأحمــا�ض والــقواعــد

الأهداف

[

[[

راأيت في الف�شل ال�شابق اأن العديد من التفاعالت التي تهمنا تحدث في المحاليل المائية ، كما اأن معظم

التفاعالت الكيميائية ب�شكل عام ل تتقدم نحو الإكمال واإنما بدل من ذلك تقترب من حالة التزان الديناميكي.

وهناك العديد من التزانات الأيونية التي يمكن اأن تحدث في المحاليل المائية ولكن في هذا الف�شل �شوف

ندر����ض التزانات التي تحدث للمحالي���ل المائية لالأحما�ض والقواعد، واأهم الح�شاب���ات المتعلقة بها . وبما

اأن ه���ذه التزان���ات تتم في و�شط مائي فال�ش���وؤال الذي يتبادر اإلى الذهن هو: هل يح���دث تاأين ذاتي للماء ؟

205

Ionization of water : التاأين الذاتي للماء

بين���ت الأجه���زة الدقيقة لقيا����ض التو�شيل الكهربائي للمحالي���ل اأن الماء النقي يو�ش���ل الكهرباء بدرجة

�شعيف���ة ج���دا ، وهذا دليل على وجود عدد قليل جدا من الأيونات الموجب���ة وال�شالبة م�شوؤولة عن ذلك ، فما

م�شدر تلك الأيونات ؟

تاأم���ل المعادلة الآتية ولحظ اأنه يمكن لجزيء الم���اء اأن يمنح بروتونا لجزيء ماء اآخر في عملية تعرف

بالتاأين الذاتي

H2O)l(

+ H2O)l(

H3O +

)aq(

+ OH -)aq(

ويمكن التعبير عن ثابت التزان لهذا التفاعل على النحو التالي :

- OH قليل جدا مقارنة بتركيز

H3O و +

ونظ���را لأن تركي���ز كل من اأيوني

الم���اء ف���اإن التاأين الذاتي للماء �شعي���ف جدا ول ي�شبب تغي���را ملمو�شا في تركيز

الم���اء ، وهكذا يمكن اعتبار تركيز الماء ثابتا في�شب���ح التعبير ال�شابق عن ثابت

اتزان الماء كما يلي :

OH-[ * H3O+[

H2O[2K =

المقدمة

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

206كيمياء )2(

H2O[2 × K = H3O+[ × OH-[

]-K = H3O+[ × OH × مقدار ثابت

فاإذا عو�شنا عن المقدار الثابت )K× مقدار ثابت ( بKw فاإن

Kw = H3O+[ × OH-[ ) ionization consant of water( ثابت تاأين الماء Kw وي�شمي

عند درجة 25°م وتعتمد على درجة الحرارة .14–

وتبلغ قيمته 1 × 10

OH و1 مول من ]- H3O + [ ومن معادلة التاأين الذاتي للماء نجد اأن تاأين الماء ينتج عنة 1 مول من

اأي اأن ]+OH - [= H3O وعليه فاإن

OH -[2 = H3O+[2

=Kw

وباأخذ الجذر التربيعي للطرفين نجد اأن

OH -[2 = H3O+[2

=Kw

= ]+OH - [ = H3O ومنه 14–

10 × 1

مولر= ]+OH - [ = H3O عند 25°م 7–

10 × 1

وي�شمي المحلول الذي يكون محلول متعادل.

من خالل ما�شبق ت�شتنتج اأنه في اأية م�شاألة متعلقة باإيجاد تركيز اأيون الهيدرنيوم ] + H3O يتم اإيجاد

( با�شتخدام العالقة 14–

10 × 1 (Kw تلقائيا من معرفة قيمة OH تركيز اأيونات الهيدروك�شيد ] -

Kw = H3O+[ × OH-[

�ش���كل ) 7-1 ( العالق���ة بي���ن تركيز

الهيدروك�شيد واأيون الهيدرنيوم اأيون

في المحاليل المتعادلة

OH-

H+

207كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

H3O+ [ 7–

10 × 2.5 OH-[

14–

10 × 1 Kw [

مولر === 7–

10 × 0.4

اح�ش���ب تركي���ز ] +H3O ف���ي محل���ول مائ���ي تركيز ]-OH في���ه ي�شاوي

مولر عند درجة حرارة °25م . 7–

10 × 2.5

الحل

بما اأن درجة حرارة المحلول 25°م فاإن

OH للمحلول . مولر فكم يبلغ ]-

6-10× 6.2 ي�ساوي محلول H3O+[ اإذا كان تركيز

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

العالقة بين ]+OH - [ = H3O في المحاليل المائية المختلفة

م���ولر في المحاليل المائية المتعادلة ولكن كيف 7–

10 × 1 = OH - [ = H3O+[ عرفن���ا �شابق���ا اأن

يتغي���ر تركي���ز هذين الأيونين باإذابة حم�ض اأو قاعدة في الماء ؟ اإن حال���ة التزان تبقى موجودة بين اأيونات

OH من جه���ة وجزيئات الماء من جهة اأخ���رى في المحاليل -

+H3O واأيون���ات الهيدروك�شي���د

الهيدرني���وم

المائي���ة �شواء اأكانت متعادلة اأوحم�شي���ة اأو قاعدية ، وباإ�شافة الحم�ض اإلى الماء �شوف يزيد ]+H3O عن

=]+OH - [ × H3O ومنه 14–

10 × 1 =Kw

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

208كيمياء )2(

H3O+ [ شكل )7-1 ( مدرج الحمو�شة بدللة�

ازدياد الحمو�شة ازدياد القاعدية

14-

10×1 7-

10× 1 1-

10× 1

[من خالل ال�شكل ت�شل اإلى اأنه اإذا كان :

يكون المحلول حم�شيا . 7-H3O < 10

) اأ ( ]+

يكون المحلول قاعديا . 7-H3O > 10

)ب ( ]+

يكون المحلول متعادل . 7-H3O = 10

)ج ( ]+

[[[

�شكل ) 7-2 ( العالقة بين تركيز اأيون الهيدرونيوم وتركيز اأيون الهيدروك�شيد

H3O+ H3O+ H3O+

OH -OH -

محلول حام�شي

OH -

محلول متعادل محلول قاعدي

مولر وفقا لذلك ، 7–

OH �شيقل ع���ن 1 × 10 م���ولر وحت���ى يبق���ى Kw ثابتا فاإن تركيز] -

7– 10 × 1

مولر مما يوؤدى اإلى انخفا�ض 7–

OH عن 1 × 10 وبالمثل عند اإ�شافة القاعدة اإلى الماء �شوف يزيد ] -

مولر وال�شكل التالي يو�شح ذلك :7–

]+H3O عن 1 × 10

OH - [ ار�شم مدرجا يو�شح تغير نوع المحاليل المائية بتغير

209كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

يوجد في داخل اأج�ســـامنا بع�ض الأنزيمات الها�ســـمة والتي تعمل على ت�ســـريع عملية اله�سم

حيث اأن بع�ض هذه النزيمات ليعمل اإل في و�ســـط حم�ســـي وبع�ســـها ليعمل الإ في و�ســـط

: قاعدي فمثال

اأنزيم اأميليز اللعاب والذي يفرز مع اللعاب في الفم يقوم بوظيفة ه�شم المواد الكربوهيدراتيه

ل يعمل اإل في الو�شط القاعدي

اأنزي���م البب�شي���ن والذي يفرز في المعدة ويقوم بوظيفة ه�شم الم���واد الروتينية ليعمل اإل في

الو�شط الحم�شي .

ف�شبحان اهلل القائل في كتابة العزيز :

] جميع التراكيز عند 25°م اأكمل الجدول التالي :

المحلول

HCl

H2CO3

Ca)OH(2

H3O+[OH طبيعة المحلول] -

5-

10 × 2

6-

10 × 3

2-

قاعدي 5 × 10

[

[[

)الذاريات : 20 -21(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

210كيمياء )2(

The Power of Hydrogen Value الرقم )الأ�ض ( الهيدروجيني

H3O+ [ لو - =

1

pH = لو H3O+ [

وبهذه الطريقة يمكن التعبير عن درجة حمو�شة المحاليل باأرقام موجبة من ال�شفر اإلى 14

لعل���ك لحظ���ت اأن قي���م تراكي���ز اأيون���ات الهيدروني���وم واأيون���ات الهيدروك�شيد ف���ي المحالي���ل المائية

قلي���ل ن�شبي���ا ويعب���ر عن���ه باأرقام �شغي���رة ت�شم���ل اأ�ش�شا �شالب���ة ي�شعب التعام���ل معها . فقد اقت���رح العالم

ال�شوي���دي �شورن����ض ع���ام 1909م مقيا�ش���ا اأ�شه���ل يعبر بموجب���ه عن تركي���ز اأيون���ات الهيدروني���وم باأرقام

ب�شيط���ة ويطل���ق عل���ى ه���ذا المقيا����ض ا�ش���م الأ����ض الهيدروجين���ي )PH( اأو الرق���م الهيدروجين���ي وه���و

عب���ارة ع���ن اللوغاريت���م ال�شالب لتركيز اأي���ون الهيدروني���وم لالأ�شا����ض )10 ( و يعبر عنه ريا�شي���ا كما يلي

H3Oاح�ســـب قيمـــة pH لمحلول حم�ســـي تركيز اأيون الهيدرونيـــوم فيه ]+

مولر . 2-

ي�ساوي 1.5 × 10

H3O في الع�سير.وجد اأن قيمة pH لعينة من البرتقال ت�ساوي 3.8 فما قيمة ]+

..................................................................................................

..................................................................................................

[

H3O= - لو ]+ pH بتطبيق العالقة

الحل :

=- ]لو 1.5 +)-2 لو 10( =- ]0.18 +)-2 × 1( 2-

= - لو ] 1.5 × 10

1.82 = -1.82[ - = -2 0.18 [ -=

[

211كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

والآن لنا اأن نت�ساءل : كيف يمكن الربط بين pH و pOH في عالقة واحدة ؟

لنعود اإلى ثابت تاأين الماء النقي عند درجة حرارة 25°م

باأخذ اللوغاريتم ال�شالب للطرفين نجد اأن

pOH + pH = pKw

) 14 =14 -

حيث اأن pKw = 14 ) لأن –لو 1× 10

pOH + pH = 14

14 -

10 ×1 = H3O+[ × OH-[ =Kw

) OH- [ لو -( + H3O+ [ لو - =Kw لو-

امالأ الفراغات التالية :

...................................................................................................

...................................................................................................

1- اإذا كانت قيمة pH لمحلول ت�شاوي 7.2 فاإن قيمة pOH لنف�ض المحلول ت�شاوي :

مولر فاإن :11-

2- اإذا كان]- OH لمحلول ي�شاوي 1× 10

pOH ي�شاوي :

و pH ي�شاوي :

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

212كيمياء )2(

ويمكن تحديد ما اإذا كان المحلول حم�شيا اأو قاعديا با�شتخدام الرقم الهيدروجيني كما في ال�شكل الآتي :

pH شكل يو�شح اأنواع المحاليل المائية بدللة�

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

حم�شي متعادل قاعدي

تزداد قوة المحلول الحم�شي تزداد قوة المحلول القاعدي

من خالل ال�شكل ال�شابق نجد اأن :

7 < pH الحم�شية المحاليل • في 7 > pH قيمة تكون القاعدية المحاليل • في 7 = pH قيمة تكون المتعادلة المحاليل • في

وغالب���ا يقا����ض pH للمحاليل ب�شهول���ة بوا�شطة جهاز اإلكترون���ي ي�شتخدم لقيا�ض pH حي���ث تغمر الأقطاب

المت�شل���ة بالجه���از ف���ي المحلول المطل���وب قيا�شه وتق���راأ قيمة pH مبا�ش���رة من الجهاز كما ف���ي الن�شاط

التالي:

المواد الأدوات المطلوبة :

جه���از قيا����ض الأ����ض الهيدروجيني ، اأوراق قيا����ض pH محاليل بع�ض الم���واد ) ع�شير البندورة ،

خ���ل، قه���وة ، �شاي ، منظفات منزلية ، م���اء البحر ، ع�شير البرتقال ، HCl ، NaOH ، كوؤو�ض

زجاجية، اأنابيب اختبار، ماء مقطر .

) 7-1 ( قيا�ض الأ�ض الهيدروجيني لبع�ض المواد

213كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

خطوات العمل .

�شكل ) 7- 4(اأوارق

قيا�ض الأ�ض الهيدروجيني

ثانيا : قيا�ض pH بوا�شطة ورق قيا�ض الأ�ض الهيدروجيني .

1- �ش���ع قليال من المحلول الم���واد قيا�ض ال� pH له في

اأنبوبة اختيار .

2- اغم����ض ورقة قيا�ض الأ�ض الهيدروجيني في المحلول

وتاأك���د م���ن غم���ره المنطق���ة الملونة م���ن الورقة في

المحلول .

ات���رك الورقة ف���ي المحلول لع���دة ثوان ث���م اأخرجها -3

المرجعي���ة بالأل���وان للورق���ة اللون���ي التغي���ر ق���ارن -4

" القيا�شي���ة " ث���م ق���راءة قيم���ة pH المقابل���ة لل���ون .

كرر الخطوات ال�شابقة مع باقي المحاليل . -5

�شجل النتائج في الجدول . -6

�شكل ) 7- 3 (جهاز

مقيا�ض الأ�ض الهيدروجيني

اأول : قيا����ض ال���� pH بوا�شط���ة جه���از مقيا����ض الأ����ض

الهيدروجيني .

1- �ش���ع كمية منا�شبة من المحلول المراد قيا�ض ال� pH له

في كاأ�ض منا�شب .

اغم����ض في���ه القطب الزجاج���ي للجهاز . ك���رر الخطوات -2

ال�شابق���ة مع بقية المحاليل مع مالحظه غ�شل القطب في

ماء مقطر كل مرة حتى ي�شتقر الموؤ�شر .

�شجل قراءة ال� pH التي ظهرت على الجهاز في الجدول . -3

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

214كيمياء )2(

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

قراءة جهاز مقيا�ض ا�سم المحلول

pH

pH قراءة الـ

نوع محلول قراءة ورق قيا�ض

pH

م

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

قارن بين قراءة مقيا�ض pH وقراءة " المقيا�ض الورقي " هل بينهما فرق وا�شح؟ اأيهما اأكثر دقة ؟

215كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

NaOH NH3ماء البحر

،

منظفات منزلية

الدم الماء

النقي

البول ع�شير

البندورة

ع�شير

برتقال

HClع�شارة

المعدة

اأكمل الفراغ في الجدول الآتي

H3O+ [pHنوع المحلول

6-10×2

1.8

التزان في المحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد والح�سابات المتعلقة بها

در�ش���ت في الف�شل ال�شابق اأن تفاوت التو�شي���ل الكهربائي للمحاليل المائية لالأحما�ض مكن اأرهينيو�ض

من التمييز بين نوعين من الأحما�ض وهما الأحما�ض القوية والأحما�ض ال�شعيفة .

H3O في محاليل الأحما�ض القوية وال�شعيفة ؟والآن لنا اأن نت�شاءل : كيف يمكن ح�شاب] +

H3O في محاليل الأحما�ض القوية . اأول: ح�ساب ]+

تمت���از الأحما����ض القوية باأنها مو�شل���ة جيدة للتيار الكهربائي حيث اأنها تتاأي���ن اأو تتفكك في الماء

اإلى اأيونات موجبة و�شالبة اأي اأن ثابت اتزانها ) تاأينها ( كبير جدا لدرجة اأن التفاعل يكاد يكون غير

[

الأ�ض الهيدروجيني )pH( لبع�ض المواد

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

216كيمياء )2(

الحل :

H3OpH = - لو ] +

1 =1-

pH = - لو 1× 10بما اأن المحلول حم�شي اإن ]-OH م�شدره من تفكك الماء

13-

10 ×1 = = = OH-[ 1-

10 × 1 H3O +

pKw = pH + pOH

مالحظـــة : بم���ا اأن الحم����ض قوي فاإن ] +H3O م�شدرها الوحيد الحم�ض القوي وتركيز

اأيونات ] +H3O الناتج من الماء يهمل ل�شغره .

14-

10 × 1 Kw

[

13=1 -14 = pOH ...

بال�شيغة HA فاإنه يمكن تمثيل تاأينه في الماء كما يلي :

HA)aq( + H2O)l( H3O+

)aq( + A-

)aq(

H3O لذلك يمكن +

،A يالح���ظ اأن م���ول من الحم�ض القوي يتفكك كلي���ا ليعطي مول واحدا من الأيوني���ن

م�شاويا للتركيز الأ�شلي للحم�ض اأي اأن : H3O+

اعتبار تركيز

A-[ = التركيز الأ�شلي للحم�ض القوي[ = H3O+ [

عك�ش���ي وي�شي���ر في اتجاه واحد نح���و النواتج ومن الأمثلة عل���ى هذه الأحما�ض حم����ض الكلور HCl وحم�ض

النيتري���ك HNO3 وحم����ض البيركلوري���ك HClO4 وغيره���ا . وب�ش���ورة عام���ة اإذا مثلن���ا حم�ش���ا قوي���ا

-

[[[

اح�شب pH ، pOH لمحلول حم�ض النيتريك الذي تركيزه 0.1 مولر .

) حم�ض النيتريك يتفكك كليا في الماء (

[

217كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

ثانيا: ح�ساب ] +H3O في محاليل الأحما�ض ال�سعيفة

تعتبر الأحما�ض ال�شعيفة رديئة التو�شيل الكهربائي حيث اأنها تتاأين اأو تتفكك جزئيا في الماء اأي اأن ثابت

CH3COOH )تاأينها ) تفككها ( �شغير جدا ، ومن الأمثلة على هذه الأحما�ض حم�ض الإيثانويك )الخل

، وحم�ض الهيدرو�شيانيك HCN وغيرها .

وب�شكل عام يمكن تمثيل تاأين الحم�ض ال�شعيف )HA( في الماء كما يلي :

HA + H2O H3O+

+ A-

نالحظ اأن التفاعل ي�شير في اتجاهين متعاك�شين فهذا يعني اأن معظم جزيئات الحم�ض تبقى في �شورة غير

متفكك���ة ) غي���ر متاأينة ( مما يوؤدي اإلى حالة اتزان بين هذه الجزيئ���ات غير المتاأينة وبين الأيونات الناتجة

.A-

، H3O +

عن التاأين

ويمكن التعبير عن ثابت التزان لتاأين حم�ض �شعيف بالعالقة الآتي :

[

-OH , لمحلول حم�ض الكلور HCl البالغ تركيز 0.05 مولر علما باأن حم�ض , pOH اح�ســـب

HCl حم�ض قوي.

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

وبم���ا اأن تركي���ز ) H2O ( ف���ي المحاليل ليتغير بدرجة كبيرة فيمكن اعتبار تركي���زه قيمة ثابتة ودمجه في

. Ka ثابت جديد وهو

= K HA[

H3O+

[ A-[ H2O[.

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

218كيمياء )2(

Ka وكلما زادت قيمة ) acid اخت�شار لكلمة حم�ض a( هو ثابت تفكك اأو تاأين الحم�ض ال�شعيف Ka حيث

ازداد تركيز اأيون االهيدرنيوم ] +H3O وزادت قوة الحم�ض

م 5

والجدول التالي يبين ثوابت التفكك لبع�ض الأحما�ض الماألوفة عند درجة حرارة 25

جدول ) 7-1 ( يبين ثوابت الإتزان لبع�ض الأحما�ض

= Ka AH[

H3O+

[ A-[

ثابت التفككتفاعل التفككالحم�ض

HClحم�ض الكلور

HNO3 حم�ض النيتريك

H2SO4 حم�ض الكبريتيك

HSO4-

HF حم�ض الهيدروفلوريك

CH3COOHحم�ض الخل

H2CO3حم�ض الكربون

H2S حم�ض

مرتفع جدا

مرتفع

مرتفع جدا

3-10×1.3

4-10×6.7

5-10×1.8

7-10×4.4

7-10×1

HCl + H2O = H3O+

)aq(

+ Cl-

)aq(

HNO3 + H2O = H3O+

)aq(

+ NO3-

)aq(

H2SO4 + H2O = H3O+

)aq(

+ HSO4-

)aq(

HSO4-

+ H2O = H3O+

)aq(

+ SO4-

)aq(

HF + H2O = H3O +

)aq(

+ F -)aq(

CH3COOH + H2O = H3O+

)aq(

+ CH3COO-

)aq(

H2CO3 + H2O = H3O +

)aq(

+HCO3-

)aq(

H2S)g(

+ H2O = H3O+

)aq(

+ HS-

)aq(

كبريتيد الهيدروجين

-

219كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

رتب الأحما�ض الآتية ترتيبا ت�ساعديا ح�سب ازدياد قوتها بالرجوع اإلى الجدول ال�سابق

....................................................................................................

....................................................................................................

H2S , H2CO3 , CH3COOH

وبما اأن معظم جزيئات الحم�ض ال�شعيف تبقى في �شورة غير متاأينة فاإن

+H3O ≠ تركيز الحم�ض الأ�شلي [

CH3COOH ف���ي محالي���ل الأحما�ض ال�شعيفة �ش���وف ناأخذ مثال حم����ض الخل H3O+ [ ولح�ش���اب

يتفكك حم�ض الخل ) حم�ض �شعيف ( في الماء ح�شب المعادلة التالية:

CH3COOH -

)aq(

+ H2O-

)l(

CH3COO-

)aq(

+ H3O+

)aq(

ثابت التفكك لهذا التفاعل هو :

5-

10 × 1.8 = = Ka

CH3COO -[

CH3COO - [H3O+ [ =

H3O+ [

CH3COOH[

CH3COO ي�شاوي مقدار -

من المعادلة الموزونة لتفكك الحم�ض فاإن مقدار ما ينتج من اأيونات الخالت

+H3O اأي ان : ما ينتج من اأيونات الهيدريوم

ومنه فاإن قيمة ثابت التزان Ka ت�شبح على النحو التالي :

= Ka

H3O+

[2

CH3COOH[

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

220كيمياء )2(

( فاإن جزء ب�شيطا م���ن حم�ض الخل يتفكك ومعظم 5-

10 × 1.8( Ka ونظ���را ل�شغ���ر قيمة ثابت الت���زان

حم�ض الخل الموجود في المحلول يبقى على �شكل جزيئات غير متفككة من ذلك ن�شتنتج اأن :

]CH3COOH عند التزان = Ca ) التركيز الأ�شلي للحم�ض(وبالتعوي�ض في قانون ثابت التزان :

Ka × Ca = H3O+

[2اإذن

= Ka

Ca

H3O+

[2

باأخذ الجذر التربيعي للطرفين فاإن تركيز اأيون الهيدرنيوم الناتج عن تفكك حم�ض �شعيف ي�شاوي

+ H3O الناتج عن تفكك الم���اء نظرا ل�شغر قيمته حيث اإنه ل يزيد

ول ب���د م���ن الإ�شارة اإلى انه تم اإهمال

مولر 7-

عن 1 × 10

Ka × Ca = H3O+

التركيز ال�شلى )Ca( للحم�ض =

حجم المحلول با للتر = = 0.25 لتر

:. Ca للحم�ض = = 0.02 مول / لتر

= H3O+[

عدد المولت

حجم المحلول باللتر

250

1000

0.005

0.25

4-

10 × 1.7 × 0.02 = Ka × Ca

اأذي���ب 0.005 م���ول م���ن حم����ض الفورميك ) حم�ض �شعي���ف ( في كمية من

pH الماء بحيث اأ�شبح حجم المحلول 250 مللتر ، اح�شب الأ�ض الهيدروجيني

4-

10 × 1.7 = Ka للمحلول علما باأن ثابت التفكك للحم�ض

الحل :

221كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

=- ) لو0.184 – 2 لو 10 ( =1.26

................................................................................................

................................................................................................

................................................................................................

ت�شن���ف الأحما�ض وفق عدد البروتونات التي يمك���ن اأن يمنحها الجزيء الواحد من الحم�ض عند

التفكك اإلى :

NH3 ، HCl : البروتون مثل اأحادية • اأحما�ض : • اأحما�ض عديدة البروتون قد تكون

H2CO3 ، H2SO4 ثنائية : مثل

H3PO4 ثالثية : مثل

مولر2-

10 × 0.184 =

2-

pH = -لو ]+H3O = - لو 0.184 × 10

الأ�سبرين حم�ض ع�سوي �سعيف )HC9 H7O4 ( ويتاأين وفق المعادلة التالية :

فاإن اأذيب منه كتله مقدارها 325 جم في الماء وكان حجم المحلول الناتج = 200مل فما هي قيمة

والكتلة الجزيئية لالأ�سبرين = 180 جرام / مول ؟4-

10 × 3.27 = Ka للمحلول علما بان pH

HC9 H7 O4 + H2O = C9 H7 O4-

+ H3O+

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

222كيمياء )2(

وكذلك الحال بالن�شبة للقواعد ت�شنف وفق عدد اأيونات الهيدروك�شيد التي تمنحها اإلى عدة اأنواع:

NaOH ، KOH : اأحادية الهيدروك�شيل مثل • قواعد • قواعد عديدة الهيدروك�شيل قد تكون : Mg)OH(2 ، Ba)OH(2 ثنائية مثل

Cr )OH(3 ، Al)OH(3 ثالثية مثل

OH-[ ، H3O يوؤخذ في العتبار عدد اأيونات ويمكنن���ا مالحظة اأنه عند ح�شاب تركي���ز ]+

OH ، الناتجة عن التفكك . -

. H3O +

التزان في المحاليل المائية للقواعد والح�سابات المتعلقة بها

تتف���اوت القواعد في التو�شيل الكهربائي لذا يمكن التمييز بي���ن نوعين من القواعد هما القواعد القوية

والقواعد ال�شعيفة، ويمكن ح�شاب] -OH في المحاليل المائية للقواعد القوية وال�شعيفة بنف�ض الطريقة

التي ذكرت عند درا�شة الأحما�ض كما يلي :

اأول: ح�ساب ] -OH في محاليل القواعد القوية

من اأهم مميزات القواعد القوية اأنها مو�شلة جيدة للتيار الكهربائي حيث اأنها تتاأين ) تتفكك( كليا في

الم���اء اأي اأن ثاب���ت اتزانه���ا ) تاأينها ( كبير جدا لدرجة اأن التفاعل يكاد يك���ون غير عك�شي وي�شير في اتجاه

واحد نحو النواتج ومن الأمثلة على هذه القواعد هيدروك�شيد ال�شوديوم NaOH ، هيدروك�شيد البوتا�شيوم

KOH ، هيدروك�شيد الباريوم Ba)OH(2 وغيرها .

وب�شكل عام نمثل تاأين القاعدة القوية B في الماء كما يلي :

B)aq( + H2O)l( BH+

)aq( + OH-

)aq(

م���ن المعادل���ة ال�شابقة يت�ش���ح اأنه كلما تفاعل مول واحد م���ن القاعدة B مع الماء ينت���ج عنه مول واحد من

+BH اأي اأن :

- OH ومول واحد من

B+[ = BH[ التركيز الأ�شلي للقاعدة القوية = OH- [

[[

223كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

بما اأن المحلول قاعدة قوية فاإنها تتفكك كليا في الماء

NaOH)aq(

+ H2O Na+

)aq(

+ OH-

)aq(

-OH - [ = NaOH[ 3 = تركيز القاعدة الأ�شلية مولر

10×1

= H3O+[KwOH-[

= H3O+[ 14-

10 × 1

3-

10 ×1

مولر 11

10- ×1 =

مالحظة : بما اأن المحلول لقاعدة قوية فاإن م�شدر ]+H3O هو تفكك جزيئات الماء واأيونات

م�شدرها القاعدة القوية اأما ]-OH الناتج عن الماء يتم اإهماله ل�شغره . OH -[

الحل :

OH و ]+H3O لمحلول مائي من هيدروك�شيد ال�شوديوم اح�ش���ب قيم���ة ] -

تركيزه 0.001مولر

اح�سب pH لمحلول ح�سر باإذابة 0.13 مول من KOH في الماء بحيث اأ�سبح حجم المحلول 200

مللتر )KOH يتفكك كليا في الماء ( .

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

224كيمياء )2(

ثانيا : ح�ساب ]- OH في محاليل القواعد ال�سعيفة

القواع���د ال�شعيف���ة رديئة التو�شيل للتيار الكهربائ���ي حيث اإنها تتفكك اأو تتاأين جزئي���ا في الماء اأي اأن

وغيرها ويمكن

N2H4 الهيدرازين ، NH3 ثاب���ت تاأينها ) تفككه���ا ( �شغير جدا ومن الأمثلة عليها الن�شادر

تمثيل تاأين القاعدة ال�شعيفة )B( في الماء كما يلي :

B)aq(

+ H2O)l(

= B H)aq(

+

+ OH-

)aq(

ويمكن التعبير عن ثابت التزان لتاأين القاعدة ال�شعيفة كما يلي :

وبما اأن تركيز الماء في المحاليل ل يتغير بدرجة كبيرة ، فيمكن اعتبار تركيزه قيمة ثابتة ودمجه في ثابت

Kb جديد هو

= K

OH-[ * BH+[

B[ * H2O[

= Kb

OH-[ . BH+[

B[

) base اخت�شار لكلمة b( هو ثابت تفكك اأو تاأين القاعدة ال�شعيفة Kb حيث

�ض : ما العالقة بين Kb و ]-OH وقوة القاعدة ؟

م . 5

والجدول التالي يبين ثوابت التفكك لبع�ض القواعد الماألوفة عند درجة حرارة 25

225كيمياء )2(

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

جدول ) 7-2 ( ثوابت التزان لبع�ض القواعد

ثابت التفككتفاعل التفككالقاعدة

NaOH

KOH

Ba)OH(2

CH3NH2

NH3

N2H4

NH2OH

مرتفع جدا

مرتفع

مرتفع جدا

4-10×3.7

5-10×1.8

6-10×1

8-10×1.1

NaOH + H2O Na+

+ OH -

KOH + H2O K+

+ OH -

Ba)OH(2 + H2O Ba++

+ OH -

CH3NH2 + H2O CH3NH3+

+ OH -

NH3 + H2O = NH4+

+ OH -

N2H4 + H2O = N2H5+

+ OH-

NH2OH + H2O = NH3 + OH-

وبما اأن معظم جزيئات القاعدة ال�شعيفة تبقى في �شورة جزيئات غير متاأينة ) غير متفككة( فاإن

الأ�شلي القاعدة تركيز = OH- [ولح�ش���اب تركي���ز اأيون الهيدروك�شيد ] -OH في محاليل القواعد ال�شعيفة نتبع نف�ض الخطوات المتبعة

. ال�شعيفة الأحما�ض محاليل في H3O+[ لح�شاب

يتفكك الن�سادر في الماء كما يلي :

O H-

[2= Kb x Cb

اأثبت اأن

NH3)aq( + H2O)l( NH4+ + OH-

)aq(

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد

ع اب

�سل ا

ل�س

فلا

226كيمياء )2(

Kb لمحل���ول الهيدوك�شيل اأمين تركي���زه 0.01 مولر علما باأن PH ، POH اح�ش���ب

8-

للهيدروك�شيل اأمين = 1.1 × 10

الحل :

البيريدي���ن قاعدة �شعيف���ة اكت�شفت في قطران الفحم و�شيغته���ا C5H5N . اح�شب PH لمحلول

9-

10 × 1.5 = Kb البيريدين الذي تركيزه 0.1 مولر علما باأن ثابت تاأين

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

Kb× Cb[ = OH-[ مولر

5-

10 × 1 = 0.01 × 8-

10 × 1.1 =

OH-[ لو- = POH5 = 1 ×

5-

= -لو 10

= PH + POH = PKw

PH = 14 – 5 = 9

227

�ض1 : �سع دائرة حول الحرف الذي يمثل الإجابة ال�سحيحة فيما يلي :

اأ – تكون قيمة pH لمحلول حم�ض HCl الذي تركيزه 0.1 مولر .

1( 14 2( 13 3( 1 4( �شفر

ب – اإذا كانـــت قيمـــة pH ت�ســـاوي )3( لمحلول حم�ض �ســـعيف)HA( تركيزه 0.1 مولر

فاإن قيمة Ka لهذا الحم�ض ت�ساوي .

8-

10×1 )4 7-

10×1 )3 6-

10×1 )2 5-

10×1 )1

OH [ ت�ساوي : -

جـ– اإذا كانت قيمة pH لمحلول = 7 فاإن ]

مولر4-

مولر 4(0.5×102-

مولر 3 ( 6×10 7-

مولر 2( 1×1010-

10×1 )1

د – الحم�ض جيد التو�سيل الكهربائي من بين الأحما�ض التالية .

NH+

4)4 HNO2)3 H2N)2 HNO3 )1

هـ – لديك محاليل تراكيزها مت�ســـاوية لحمو�ض افترا�ســـية )HC . HB . HA ( وكانت

فاإن الترتيب الت�ســـاعدي 6-

10×1 , 4-

10×3 , 5-

قيمـــة Ka لهـــا على الترتيب 1×10

للحمو�ض ح�سب قيم pH لها تكون : -

HC<HB<HA )1

HC<HA<HB )2

HB<HA<HC )3

HA<HC<HB )4

و– لديـــك محاليـــل تراكيزها مت�ســـاوية لقواعد افترا�ســـية )A , B ( وكانـــت قيم Kb لها على

فاإن الترتيب الت�ساعدي للقواعد ح�سب قيم pH لها تكون : - 7-

10×1 , 5-

الترتيب 1×10

B للمحلول OH < )A ( للمحلول OH- [ )1

B للمحول pH < A للمحلول pH )2

3( قيمة pH للمحلولين مت�شاوية

B للمحلول H3O+[ < A لمحلول H3O

+ [)4

�ـــض2: اح�ســـب فـــي محلـــول تـــم تح�ســـيره بمـــزج 50 مللتـــرا مـــن

محلول حم�ض الكلور تركيز 0.2 مولر و49 مللترا من محلول هيدروك�سيد ال�سوديوم

تركيزه 0.25مولر .

8- 10 ×3.5 = Ka تركيزة 0.1 مولر وعلمت اأن HOCl ـــض3 : اإذا كان لديـــك محلـــول�

اح�شب

�ض4 : �سنف المحاليل الآتية اإلى : محاليل حم�سية اأو قاعدية اأو متعادلة

2.25 = pOH )10.43 د = pOH ) �7.00 ج = pOH )3.54 ب =pH ) اأ

�ض5 : رتب المحاليل في ال�سوؤال ال�سابق ح�سب زيادة حام�سيتها .

�ض6 : م�ستخدما الرقم الهيدروجيني اأي مما يلي يكون محلول حم�سيا واأيها قاعديا :

NaOH اأ( 0.5 مول من

HCl ب ( 0.2 مول من حم�ض

H3O+

مولر من 10-

ج� ( 1.25 × 10

228

[ [ [-

[

OH-[ , H3O+[[[

HOCl [ ، OCl-[ ، H3O+[ [[[

[

229

�ض 7 : ار�ســـم مخططا يتم فيه ت�ســـنيف الأحما�ض والقواعد اإلى اأنواعها المختلفة

مو�ســـحا اأنـــواع الأيونـــات التـــي تنتج فـــي محاليلها المائيـــة . والعالقات الريا�ســـية

الم�ستخدمة في ح�ساباتها.

يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :

تذكر المقيا�ض الن�شبي لح�شاب الكتل الن�شبية للذرات . -1

تفرق بين الكتل الذرية والذرية الجرامية . -2

تعرف المول . -3

ت�شتنتج العالقة بين المول والكتل الجرامية وعدد اأفوجادرو . -4

تح�شب الكتل الجزيئية الجرامية لبع�ض المركبات . -5

تجري الح�شابات الكيميائية با�شتخدام المول والمعادلة الكيميائية . -6

ت�شتنتج العالقة بين المولت ون�شب الحجوم في المعادلة الغازية . -7

تقدر اأهمية الح�شابات في حياة الإن�شان . -8

الأهداف

االأملح وح�صاباتها

230

Cu +2 SO4 -2

المقدمة

231

در�ش���ت �شابق���ا الأحما����ض والقواع���د وتعرف���ت على

اأه���م خوا�شه���ا وعرف���ت نوعا اآخ���ر من الم���واد ينتج

م���ن تفاعل الحم����ض والقاع���دة معا وه���ي الأمالح .

فالأم���الح مركبات وا�شع���ة النت�شار متع���ددة الأنواع

اأكثره���ا �شهرة ملح الطع���ام ) NaCl ( الموجود في

م���اء البحر ، وكذلك تحتوي المي���اه المعدنية اأمالحا

تتك���ون عندم���ا تذيب مي���اه المط���ر �شخ���ور الحجر

الجيري )CaCO3(، وت�ش���كل جميع الأمالح بلورات

جميلة منها الفلوراي���ت ، كبريتات النحا�ض الزرقاء.

وه���ي ف���ي الواق���ع م���واد كيميائي���ة مفي���دة متنوع���ة

ال�شتعمالت تدخل في الأدوية والجب�ض وملح البارود،

والطبا�شير، ومبيدات الح�ش���رات والأ�شمدة . و�شوف

نتعر����ض في هذا الف�شل لدرا�ش���ة الأمالح وخوا�شها

واأنواعها والتزانات التي تحدث في محاليلها المائية

�شكل ) 8-2 (والح�شابات المتعلقة بها .

بلورات كبريتات النحا�ض

�شكل ) 1-8 (

بلورات الفلورايت

الأمالح وح�ساباتها

نم

ثال ا

ل�س

فلا

232كيمياء )2(

Definition of salts : تعريف الأمالح

Ca)NO3(2 . K2SO4

. MgCl2 : شم المركبات التالية� -

- اإلى كم �شق ينق�شم كل من المركبات ال�شابقة ؟

- ما المواد الداخلة في تكوينها ؟

مم���ا �شب���ق نجد اأن المركبات ال�شابقة هي على الترتيب ، كلوريد المغني�شيوم ، كبريتات البوتا�شيوم ، نترات

الكال�شيوم ؛ وكل منها يتكون من �شقين �شق موجب م�شدره من القاعدة و�شق �شالب م�شدره من الحم�ض .

�شكل )8- 3 ( تكون الأمالح

ومن خالل ذلك يمكن اأن نعطي تعريفا محددا للملح :

الملح : هو المادة التي تنتج من اتحاد ال�سق الموجب من القاعدة بال�سق ال�سالب من الحم�ض .

تح�شير الأمالح : توجد عدة طرق لتح�شير الأمالح :

1- تفاعل الحام�ض مع القاعدة :

HI + KOH KI + H2Oمثال :

2- تفاعل الفلز مع الالفلز

2Li + Cl2 2LiClمثال :

NH4+ Cl- CU

+2 SO4-2

جذر حم�شي اأيون فلزياأيون فلزي جذر حم�شي

Ca+2 / NO-

. K+

/SO4- -

. Mg+ +

/Cl-

من الحم�ض من القاعدةمن الحم�ض من القاعدةمن الحم�ض من القاعدة3

233كيمياء )2(

نم

ثال ا

ل�س

فلا

الأمالح وح�ساباتها

3-تفاعل اأك�شيد الفلز مع الالفلز في وجود الماء

HgO + 2Cl + H2O HgCl2 + 2HCl + O2

4- اإحالل فلز محل هيدروجين الحام�ض :

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

5- بالتبادل المزدوج بين ال�شقوق :

Na2SO4 + Mg)NO3(2 MgSO4 + 2NaNO3

اكتب مو�شوعا عن اأهم الأمالح الموجودة في المملكة العربية ال�شعودية وال�شناعات القائمة عليها .

ج�سمك والأمالح

يعتب���ر الملح م���ادة حيوية لقيام الج�شم بوظائفه على الوجه ال�شحيح فعندما تعرق تفقد بع�شا من

المل���ح م���ن الج�شم وفقدانه قد يوؤدي اإلى الجفاف فالإنهيار ، ول���ذا ين�شح الأطباء الم�شافرين اإلى

الب���الد الحارة باأخذ اأقرا�ض ملحية تعو�ض ما يفقدونه من الأم���الح بالتعرق . اأي�شا تنقل الر�شائل

في الج�شم كاإ�شارات اأو دفعات كهربائية على طول الألياف الع�شبية . وتعبر هذه الإ�شارات الفجوة

+ Na الموجودة في �شائل الخاليا . وهذه

+ K وال�شوديوم

بي���ن ليفين بوا�شطة اأيون���ات البوتا�شيوم

الأيونات م�شدرها الأمالح التي نتناولها في الطعام .

الأمالح وح�ساباتها

نم

ثال ا

ل�س

فلا

234كيمياء )2(

خوا�ض الأمالح

تمتاز الأمالح بمثل ما تمتاز به الأحما�ض والقواعد من ناحية التفكك اإلى اأيونات متى اأذيبت في مذيب

كالم���اء ، فلق���د وجد اأن ال�شبب الكام���ن وراء تفككها اإلى اأيونات هو اأنها في الأ�شا����ض وقبل الذوبان اأي وهي

بحالتها الجزيئية المركبة عبارة عن مركبات مت�شكلة من ترابط اأيونات بوا�شطة الرابطة الأيونية وهذا يعني

اأن ما يوؤدي اإليه ذوبانها في المذيب هو تفكيك جزيء المركب اإلى مكوناته الأيونية كما في المثال التالي :

NaCl)S( + H2O)l( Na+

)aq( + Cl-

)aq(

والمل���ح الذائ���ب في الم���اء ل يوجد بعد الذوبان اإل على هيئة اأيونات ل يمك���ن اأن توجد فيه جزيئات غير

متفكك���ة لذل���ك ل يوج���د اأمالح �شعيف���ة .وتجدر الإ�شارة اإل���ى اأن بع�ض الأمالح ل تذوب في الم���اء ، كما اأن

الخوا�ض الكيميائية لالأمالح تحددها قوة الحم�ض وقوة القاعدة المكونتين للملح .

ت�سنيف الأمالح

تختلف الأمالح بع�شها عن بع�ض نتيجة لختالف الأحما�ض والقواعد التي اأنتجت هذه الأمالح وحيث اأن

الأحما�ض والقواعد نوعان قوي و�شعيف فاإن الأمالح �شتكون على هذا الأ�شا�ض اأربعة اأنواع :

اأمالح م�شتقة من اأحما�ض قوية وقواعد قوية مثل كلوريد ال�شوديوم -1

NaCl HCl حم�ض قوي NaOH قاعدة قوية

بالتعاون مع اأفراد مجموعتك ابحث في مختبر المدر�سة عن الأمالح التي تذوب في الماء ثم

�سمها واكتب �سيغها ؟

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

235كيمياء )2(

نم

ثال ا

ل�س

فلا

الأمالح وح�ساباتها

اأمالح م�شتقة من اأحما�ض قوية وقواعد �شعيفة مثل كلوريد الأمونيوم -2

اأمالح م�شتقة من حمو�ض �شعيفة وقواعد قوية مثل خالت ال�شوديوم -3

NH4Cl HCl حم�ض قوي NH3 قاعدة �شعيفة

CH3COONa NaOH قاعدة قوي CH3COOH ح�ض �شعيف

4- اأمالح م�شتقة من حمو�ض �شعيفة وقواعد �شعيفة مثل خالت الأمونيوم

CH3COO NH4 NH3 قاعدة �شعيفة CH3COOH ح�ض �شعيف

) 8- 1 ( تاأثير محاليل الأمالح على الكوا�سف .

خطوات العمل :

- �ش���ع ف���ي الأنبوب���ة الأول محل���ول NaCl والثاني���ة

NH4Cl والثالثة محلول CH3COONa محلول

.

CH3COONH4 والرابعة محلول

- اختب���ر تاأثير محاليل الأمالح ال�شابقة على ورق تباع

ال�شم�ض ودون النتائج في الجدول التالي .

المواد والأدوات :

NH4Cl ( : مح��ال��ي���ل الأم������الح

CH3COONa - CH3COONH4

NaCl( ، ورق تباع �شم�ض ) اأحمر ،

اأزرق(، اأنابيب اختبار ، ماء مقطر .

CH3COONH4

الملح

NaClCH3COONa

NH4Cl

نوع المحلولاأثر محلول الملح على ورق تباع ال�سم�ض

الأمالح وح�ساباتها

نم

ثال ا

ل�س

فلا

236كيمياء )2(

ن�شتنتج مما �شبق اأن تاأثير محاليل الأمالح على الكوا�شف المختلفة غير متماثل؛ اإذ يعتمد على نوع الحم�ض

والقاعدة الم�شتق منها الملح فهناك :

1- اأمالح متعادلة ) م�شتقة من حم�ض قوى وقاعدة قوية ( PH = 7 في محاليلها المائية

2- اأم���الح حم�شي���ة ) م�شتق���ة م���ن حم�ض قوي وقاع���دة �شعيفة ( PH > 7 ف���ي محاليلها المائية

3- اأم���الح قاعدي���ة )م�شتق���ة م���ن حم�ض �شعيف وقاع���دة قوية ( PH < 7 ف���ي محاليلها المائية

الأمالح الم�ستقة من اأحما�ض �سعيفة وقواعد �سعيفة فاإنها قد تكون

Ka = Kb • محاليل متعادلة : عند ما تت�شاوي قوة الحم�ض والقاعدة Ka < Kb • محاليل حم�شية : اإذا كان الحم�ض اأقوى من القاعدة Ka > Kb • محاليل قاعدية : اإذا كانت القاعدة اأقوى من الحم�ض

كرر الن�شاط ال�شابق على كوا�شف اأخرى .ماذا تالحظ ؟

ماذا ت�شتنتج ؟

........................................................

........................................................

........................................................

مـــا نـــوع ملـــح كربونـــات البوتا�ســـيوم K2CO3 ,ثم ا�ســـتنتج تاأثيـــر محلول هذا

الملح على ورق تباع ال�سم�ض ؟

الحل :

لمعرفة نوع ملح ل بد من معرفة نوع الحم�ض والقاعدة الم�شتق منها .

اأول :نقوم بف�شل اأيونات الملح اإلى ال�شق ال�شالب وال�شق الموجب كمايلي

�شكل ) 8-4 ( مجموعة من الكوا�شف

........................................................

237كيمياء )2(

نم

ثال ا

ل�س

فلا

الأمالح وح�ساباتها

اكتب تقريرا عن اأهمية الأمالح وا�شتخداماتها في حياتك العامة مزودا بال�شور التو�شيحية .

+H لنح�شل على الحم�ض الم�شت���ق منه الملح وفي هذا

ثاني���ا : ن�شي���ف لل�شق ال�شالب بروت���ون

المث���ال �شوف يكون الحم����ض الم�شتق منه الملح هو H2CO3 )حم�ض الكربونيك( وهو حم�ض

�شعي���ف . ثم ن�شيف لل�ش���ق الموجب اأي���ون الهيدروك�شيد لنح�شل على القاع���دة الم�شتق منها

المل���ح وفي ه���ذا المثال �شوف تك���ون القاعدة الم�شت���ق منها الملح ه���ي KOH )هيدروك�شيد

البوتا�شي���وم (وهي قاعدة قوية :. الملح K2CO3 م�شتق م���ن حم�ض �شعيف وقاعدة قوية فاإن

المحل���ول المائي لهذا الملح ذو تاأثير قاعدي اأي يح���ول ورق تباع ال�شم�ض الأحمر اإلى الأزرق .

K2CO3 2K+

+ CO3- -

�سنف الأمالح التالية : ) متعادلة , حم�سية , قاعدية (

Fe)NO3(2 , K2S , C6H5COONa , KNO3

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

.....................................................................................................

...............................................................................................

الأمالح وح�ساباتها

نم

ثال ا

ل�س

فلا

238كيمياء )2(

Salt hydrolysis: تميوؤ الأمالح

حينم���ا ي���ذوب ملح في الماء فاإنه يتفكك اإلى اأيوناته الموجبة وال�شالبة تفككا تاما با�شتثناء الأمالح التي

ل تذوب في الماء )BaSO4 ، AgCl ( وعندئذ يوجد في المحلول :

جزيئات الماء . 1-

الأيونات ال�شالبة ) ال�شق الحم�شي للملح ( 2-

الأيونات الموجبة ) ال�شق القاعدي للملح ( 3-

فماذا يحدث بين جزئيات الماء والأيونات ال�شالبة والموجبة ؟

نج���د اأنه يحدث تفاعل بين الم���اء والأيونات الذائبة فيه .ولكن طبيعة هذا التفاعل لن تعتمد اإل على طبيعة

) Hydrolysis ( الأيون الذائب وهذا الأ�شا�ض الذي تعتمد عليه عملية التميوؤ

وللتو�سل اإلى تعريف التميوؤ تاأمل الأمثلة التالية :

ما الأيونات الناتجة من تفاعل ال�شق الموجب وال�شالب من الملح مع الماء ؟

H3O اأو +م���ن خالل ذلك نتو�ش���ل اإلى اأن التميوؤ هو تفاعل الأيونـــات مع الماء لإنتاج اأيونـــات الهيدرنيوم

.OH -اأيونات الهيدروك�سيد

وبما اأن تفاعل الأيونات ) الناتجة من حم�ض �شعيف اأو قاعدة �شعيفة( مع الماء يتم في اتجاهين متعاك�شين

اإذن يمكن التعبير عن ثابت التزان للتفاعلين ال�شابقين على التوالي :

NH4 �شق موجب من ملح+

+ H2O NH3 + H3O+

-CH3COO �شق �شالب من ملح

+ H2O CH3COOH + OH-

= K NH3[ H3O+[

NH4+[ . H2O[

239كيمياء )2(

نم

ثال ا

ل�س

فلا

الأمالح وح�ساباتها

= KCH3COOH[ OH -[

CH3COO-

[ H2O[

. Kh وبما اأن تركيز الماء ثابت فيمكن دمجه في ثابت جديد هو

= KhCH3COOH[ OH-[

CH3COO -[

حي���ث Kh ي�شم���ى ثابت التميوؤ ) h اخت�شار لكلم���ة Hydrolysis ( . وفيما يلي �ش���وف نناق�ض تميوؤ لأمالح

ال�شابقة لمعرفة �شبب كون محاليلها المائية حم�شية اأو قاعدية اأو متعادلة .

1( تميوؤ ملح م�ستق من حم�ض قوي وقاعدة قوية :

مثل كلوريد ال�شوديوم )NaCl( عندما يذوب في الماء فاإنه يتفكك كليا اإلى اأيونات موجبة و�شالبة ح�شب

المعادلة التالية :

NaCl)aq(

Na+

)aq(

+ Cl-

)aq(

-Cl ( فاإنها ل تميل) م�شدرها حم�ض ق���وي وقاعدة قوية (

، Na+

ونظ���را لثب���ات الأيون���ات الناتج���ة )

للتفاع���ل م���ع الماء لذا يبقى محلول هذا الملح والأمالح الأخرى التابع���ة لهذا النوع من الأمالح ذات اأثر

= PH متعادل اأي

2( تميوؤ ملح م�ستق من حم�ض �سعيف وقاعدة قوية :

مثل خالت ال�شوديوم )CH3COONa ( عندما يذوب في الماء فاإنه يتفكك كليا اإلى اأيونات موجبة

واأيونات �شالبة ح�شب المعادلة:

CH3COONa )aq(

CH3COO-

)aq(

+ Na+

)aq(

= Kh NH3[+

H3O+

[

NH4+[

7

الأمالح وح�ساباتها

نم

ثال ا

ل�س

فلا

240كيمياء )2(

+Na( الم�شتق من قاعدة قوية للتفاعل مع الماء اأما اليون ال�شالب الم�شتق

ول يميل الأيون الموجب )

CH3COO فاإنه يتفاعل مع الم���اء ليعطي حم�ض الخل واأي���ون الهيدروك�شيد -

م���ن حم����ض �شعي���ف

ح�شب المعادلة :

CH3COO-

)aq(

+ H2O CH3COOH)aq(

+ OH-

)aq(

7 > PH لذلك يكت�شب الو�شط اأثرا قاعديا اأي اأن

Kh ويمك���ن اأن نتعامل مع تمي���وؤ اأيون الخالت كميا كما نتعامل مع محلول قاعدة �شعيفة ويكون ثابت التميوؤ

له كما يلي :

وبطريقة ريا�شية مماثلة لما ثم درا�شته �شابقا يمكن ح�شاب تركيز اأيون الهيدروك�شيد الناتج عن تميوؤ اأيون

�شالب والتو�شل اإلى

CS × Kh

) salt اخت�شار لكلمة s ( التركيز الأ�شلي لمحلول المل���ح = CS ثاب���ت التمي���وؤ للمل���ح =Kh : حي���ث اأن

ويمكن ايجاد ثابت التميوؤ Kh للملح الم�شتق من حم�ض �شعيف وقاعدة قوية من العالقة:

CH3COOH[ . OH-[ CH3COO -[

= Kh

Kw

Ka

= Kh

= [ OH-[

241كيمياء )2(

نم

ثال ا

ل�س

فلا

الأمالح وح�ساباتها

اإثبات اأن

=Kh

Kw

Ka

=Ka

[OH-[ . [ H3O +[ =

وبق�شمة ثابت تفكك الماء النقى على ثابت تفكك حم�ض الخل :

Kw

Ka =

OH [ . H3O+[

CH3COO-[H3O+[

CH3COOH [

CH3COOH[ × OH-[ × H3O+[

H3O+[× CH3COO- [

Kw

Ka

=

CH3COOH[× OH- [

CH3COO-[

Kw

Ka =

14-

10 × 1

5 -

10 × 1.8

م5

عند 25 10-

10 × 5.6 =

[ CH3COO[ -

. H3O+[

CH3COOH [

Kw

)حم�ض الخل(

)ثابت تفكك الماء(

=

=Kh

Kh =

.:

الأمالح وح�ساباتها

نم

ثال ا

ل�س

فلا

242كيمياء )2(

3- تميوؤ ملح م�ستق من حم�ض قوي وقاعدة �سعيفة :

مثل كلوريد الأمونيوم عندما يذوب في الماء فاإنه يتفكك كليا اإلى اأيونات موجبة و�شالبة

NH4Cl )s(

NH4+

)aq(

+ Cl-

)aq (

ح�شب المعادلة

اأم���ا الأيون الموجب الماء للتفاع���ل مع -Cl( الم�شتق م���ن حم�ض قوي ول يمي���ل الأي���ون ال�شال���ب )

NH4 ( الم�شت���ق م���ن قاع���دة �شعيفة فاإن���ه يتفاعل مع الماء ليعط���ي الن�شادر واأي���ون الهيدرونيوم+

(

ح�شب المعادلة

لذل���ك يكت�ش���ب الو�شط اأثرا حم�شيا اأي اأن PH > 7 ويمكن اأن نتعامل مع تميوؤ اأيون الأمونيوم كميا

كما نتعامل مع محلول حم�ض �شعيف ويكون ثابت التميوؤ Kh له كما يلي :

NH4+

+ H2O NH3 +H3O+

NH4+[

NH3[ H3O+[

اح�ســـب تركيـــز ] - OH في محلول تم تح�ســـيره باإذابـــة 0.25 مول من خالت

م علما 5ال�سوديوم في كمية من الماء تكفي لعمل 0.5لتر من المحلول عند 25

. 10-

باأن Kh للخالت = 5.6 × 10

الحل :

عدد المولت

حجم المحلول باللتر

0.25

0.5

مولر 5-

10× 1.7 = 0.5 × 10-10× 5.6 = OH-[

CH3COONa + H2O CH3 COO - + Na+

CH3COO - + H2O CH3COOH + OH -

OH-[ = Kh × Cs[ الملح ذو تاأثير قاعدي

التركيز الأ�سلي )Cs ( = = = 0.5 مولر

=Kh

2

243كيمياء )2(

نم

ثال ا

ل�س

فلا

الأمالح وح�ساباتها

ويمكن اإيجاد ثابت التميوؤ Kh للملح الم�شتق من حم�ض قوي وقاعدة �شعيفة من العالقة:

= Kh

Kw

Kb

+H3O الناتج عن

وبطريق���ة ريا�شية مماثلة لما تم درا�شته �شابقا يمكن ح�شاب تركيز اأيون الهيدرنيوم

تميوؤ اأيون موجب والتو�شل اإلى :

Cs × Kh = H3O+[

اأوجد قيمة الأ�ض الهيدروجيني pH لمحلول تم تح�شيره باإذابة 0.02 مول من

كلوري���د الأموني���وم )NH4Cl ( في كمية من الماء بحي���ث كان حجم المحلول

. 5-

10×1.8 =Kb 400 مللتر . علما بان

NH4Cl NH4+

+ Cl

NH4+

+ H2O NH3 + H3O+

]+Cs × Kh = H3O:. الملح ذو تاأثير حم�شي

الحل :

= ) Cs (التركيز الأ�شلي

عدد المولت

حجم المحلول باللتر

حجم المحلول باللتر = = 0.4لتر

400

1000

التركيز = = 0.05 مولر

0.02

0.4

الأمالح وح�ساباتها

نم

ثال ا

ل�س

فلا

244كيمياء )2(

4 - تميوؤ الأمالح الناتجة من تفاعل حم�ض �سعيف وقاعدة �سعيفة:

مث���ل CH3COONH4 عندم���ا يذوب في الم���اء فاإنه يتفكك كلي���ا اإلى اأيونات موجب���ة واأيونات �شالبة.

CH3COONH4)aq(

CH3COO-

)aq(

+ NH+

4)aq(

ويمك���ن لالأيون���ات الناتج���ة الموجبة وال�شالب���ة اأن تتفاعل مع الماء مول���دة اأيونات الهيدروني���وم واأيونات

الهيدروك�شيد في نف�ض الوقت :

CH3COO-

)aq(

+ H2O)l(

CH3COO-

)aq(

+ OH-

)aq(

NH4+

)aq(

+ H2O)l(

NH3)aq(

+ H3O+

)aq(

ويتوق���ف نوع محلول الملح ) حم�شي – قاع���دي ، متعادل ( كما ذكرنا �شابقا على قوة الحم�ض ال�شعيف

والقاعدة ال�شعيفة .

1- اكتب معادلت التميوؤ لالأمالح التالية :

AlCl3 . KNO3 . Li2CO3

....................................................................................................

....................................................................................................

= Kh

Kw

Kb

=

14-

10 ×1

5-

10 × 1.8

= -11

10 × 5.6

6-

10 × 5.3 = 10-

10 × 5.6 × 0.05 = H3O+[

6.7 =-6

pH = - لو ]+H3O = - لو 5.3 × 10

245كيمياء )2(

نم

ثال ا

ل�س

فلا

الأمالح وح�ساباتها

The common Ion Effect : تاأثير الأيون الم�سترك

تمثل المعادلة التالية تاأين حم�ض �شعيف في حالة اتزان :

CH3COOH + H2O = CH3COO-

+ H3O+

-CH3COO( مثل ملح خالت

لنفر�ض اأنه اأ�شيف اإلى المواد المتوازنة كمية معينة من ملح �شقه الحم�شي )

ال�شوديوم CH3COONa ماذا يحدث لحالة التزان وقيمة ثابت التزان ح�شب مبداأ لو�شاتلييه ؟ حينما

توجد المواد الكيميائية في حالة اتزان كيميائي فاإن قيمة ثابت التزان ل تتغير اإل بتغير درجة الحرارة، اأما

تغي���ر تركيز بع�ض اأو كل المواد المتوازنة فلن ي���وؤدي اإل اإلى تغير مو�شع التوازن نحو الي�شار اأو اليمين ح�شب

مب���داأ لو�شاتلي���ه، فعند اإ�شافة خالت ال�شوديوم اإلى التفاعل المتوازن ال�شابق فاأنها تتفكك ح�شب المعادلة .

CH3COONa CH3COO

-

+ Na+

4-10 × 5.9 = Kh الذي تركيزه 0.1 مولر علما بــان ) N2H5Cl( لمحلول PH 2- ما قيمة

عند 25م واأن الملح م�ستق من حم�ض قوي وقاعدة �سعيفة ؟

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

3- اح�سب pOH لمحلول ملح فورمات ال�سوديوم )HCOONa( الناتج من اإذابة 0.07 مول

منه في كمية من الماء بحيث اأ�سبح حجم المحلول 400 مللتر

م5 عند 25

4-10 × 1.7 = Ka علـما بان

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

الأمالح وح�ساباتها

نم

ثال ا

ل�س

فلا

246كيمياء )2(

مـــا تاأثير اإ�ســـافة ملح كلوريد الأمونيوم NH4Cl اإلـــى محلول NH3 في حالة اتزان على حالة

التزان وقيمة pH للمحلول ؟

Buffer Solutions : المحاليل المنظمة

للمحالي���ل المنظمة اأهمية كبيرة فكثير من التفاع���الت الكيميائية ل تحدث اإل في و�شط تكون فيه قيمة

الرقم الهيدروجيني )pH( ثابتة اإلى حد ما كذلك هناك كثير من العمليات الحيوية التي تحدث في اأج�شام

المخلوق���ات الحية تحتاج اإلى مثل هذه المحاليل المنظمة . كذل���ك عمليات الكيمياء التحليلية مثل التر�شب

ودباغة الجلود والطالء بالكهرباء تحدث عند قيم معينة من الرقم الهيدروجيني فما هو المحول المنظم ؟

ومم يتركب ؟ وكيف يعمل ؟

CH3COO ( في الو�ش���ط �شيزيد على ما كان علي���ه قبل اإ�شافة المل���ح و�شينحرف مو�شع -

ف���اإن تركي���ز )

التوازن نحو الي�شار ح�شب مبداأ لو�شاتليية ، بالتالي يقلل من تاأين حم�ض الخل اأي يقلل من حم�شية المحلول

CH3COO( اأيون -

H3O (، اإن ما حدث للتوازن يعزى لكون اأي���ون الخالت)+

) اأي يقل���ل م���ن تركي���ز

- CH3COO( ا�شم

م�شترك بين الملح الم�شاف )CH3COONa ( والمواد المتوازنة ويطلق على اأيون )

اليون الم�شترك .

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

....................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

247كيمياء )2(

نم

ثال ا

ل�س

فلا

الأمالح وح�ساباتها

1- من خالل معرفتك بالأحما�ض والقواعد ال�سعيفة اذكر اأمثلة لمحاليل منظمة .

كيفية عمل المحلول المنظم ؟

يق���اوم المحلول المنظم التغير الناتج عن وجود م���ادة معينة ) حم�ض قوي اأو قاعدة قوية (في المحلول

- OH الم�شافة .

+ H الم�شافة للنظام اأو يزيل اأيونات

حيث ي�شتطيع اأن يزيل اأيونات

CH3COOH / CH3COONa 1- حم�ض الخل + خالت ال�سوديوم

NH4OH / NH4Cl 2- هيدروك�سيد الأمونيوم + كلوريد الأمونيوم

H2CO3 / Na2CO3 3- حم�ض الكربون + كربونات ال�سوديوم

..................................................................................................

...................................................................................................

...................................................................................................

..................................................................................................

...................................................................................................

..................................................................................................

ويعرف المحلول المنظم على اأنه محلول يقاوم التغير المفاجئ في الرقم الهيدروجيني )pH( وبالتالي

]+H3O عندما ت�شاف اإليه كميات من حم�ض قوى اأو قاعدة قوية . ويتك���ون م���ن خليط من مادتين اإحداهما عبارة عن حم�ض �شعيف والأخرى ملح من اأمالح هذا الحم�ض ، اأو

يتكون من قاعدة �شعيفة مع اأحد اأمالحها . ومن الأمثلة على المحاليل المنظمة .

الأمالح وح�ساباتها

نم

ثال ا

ل�س

فلا

248كيمياء )2(

رون" )الذاريات:21( تب�ش فال اأ نف�شكم

اأ قال تعالى : "وفي

لق���د جع���ل اهلل �شبحانه وتعالى في الدم مواد كيميائية تحافظ على قيمة pH بحيث تتراوح ما بين

7.3 –7.5 ف���اإذا زادت ه���ذه القيمة اأو قلت عن هذا المدى تح���دث ا�شطرابات توؤدي اإلى حدوث

تجلط في الدم اأو الوفاة. ف�شبحان الذي خلق كل �شيء فقدره تقديرا .

H3O وللتخل�ض من +

1- عن���د اإ�شاف���ة كمية ب�شيطة من حم�ض قوي تحدث زيادة ف���ي تركيز

ه���ذه الزيادة تتحد اأيونات الهيدرونيوم مع اأيونات الخ���الت ذات ال�شفة القاعدية فيتكون

CH3COO-

+ H3O+

= CH3COOH + H2O حم�ض ح�شب المعادلة الآتية

- OH وللتخل�ض من

2- عن���د اإ�شاف���ة كمية ب�شيطة من قاع���دة قوية تحدث زيادة في تركي���ز

هذه الزيادة تتحد اأيونات الهيدروك�شيد مع حم�ض الخل ذي ال�شفة الحم�شية لتكوين اأيون

الخالت ح�شب المعادلة الآتية :

CH3COOH + OH-

= CH3COO-

+ H2O

وهكذا فاإن المحلول المنظم ي�شتطيع اأن يلغي اأثر اإ�شافة اأي حم�ض اأو قاعدة وتبقي pH ثابتة

تقريبا للمحلول .

CH3COOH / CH3COONa كي���ف يعمل المحلول المنظم المك���ون من

OH (اإلى هذا المحلول ؟ -

( اأو قاعدة قوية ) H3O+

عند اإ�شافة حم�ض قوي )

249كيمياء )2(

نم

ثال ا

ل�س

فلا

الأمالح وح�ساباتها

اأهمية المحاليل المنظمة في حياتنا :

للمحالي���ل المنظمة اأدوار ذات اأهمية بالغة ل�شحة الأج�شام الحية ونموها ، فوجودها �شروري

ل�شم���ان النتظ���ام الفيزيائي لعم���ل اأجهزة الأج�شام الحي���ة و�شير العمليات الحيوي���ة فيها . فمثال

pH ف���ي ج�ش���م الإن�شان تحت���وي الع�شارة المعدية عل���ى محاليل منظمة ذات حم�شي���ة قوية قيمة

فيه���ا ت�ش���اوي 1،4 وهي تق���ارن بحم�شية محلول من حم����ض الهيدوكلوريك تركي���زه .01 مولري،

ه���ذه الحم�شية العالية مهمة ج���دا لجعل عملية التحلل المائي للبروتين���ات وتحويلها اإلى حوام�ض

اأميني���ه اأكفاأ ما يمكن . وعملية التحلل المائي للبروتينات لزمة لأن جزيئاتها كبيرة بحيث ل يمكن

امت�شا�شه���ا من ج���دران الأمعاء ، اأما جزيئات الأحما�ض الأميني���ة الناتجة فت�شتطيع اأن تنفذ من

ج���دران الأمع���اء و يمكن امت�شا�شها بوا�شطة التي���ارات الدموية . كما اأنه���ا �شرورية في تح�شير

اأطعمة اأمينية واأنواع ال�شراب وفي تح�شير التربة المالئمة لنمو المحا�شيل اإ�شافة اإلى اأهميتها في

الأغرا�ض الكيميائية وال�شناعية المختلفة وفي البحث الطبي .

و�ســـح بالمعادلت عمل المحلول المنظم )NH3/ NH4Cl( عند اإ�ســـافة كميات ب�ســـيطة من

حم�ض وقاعدة قوية اإليه .

...................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

.....................................................................................................

....................................................................................................

250

�ض 1 : بين ما �سيطراأ على الرقم الهيدروجيني pH عند اإ�سافة :

1- خالت البوتا�شيوم اإلى محلول حم�ض الخل .

2- نترات الأمونيوم اإلى محلول الن�شادر .

ن محلول منظما مو�ســـحا بالمعـــادلت طريقة عمل المحلول �ـــض 2 : اأي مما يلي يكو

المنظم ؟

HCl مع KCl محلول -

NH3 مع NH4OH محلول -

NaCl مع NaOH محلول -

NaCN مع HCN محلول -

�ض 3 : ما تاأثير محاليل الأمالح التالية على ورق تباع ال�سم�ض؟ و�سح بالمعادلت .

KNO2 . LiBr . N2H5Cl

�ض 4 : اح�سب pH لمحلول بنزوات �سوديوم تركيز 0.02 مولر .

) C6H5COOH( 5-

علما باأن Ka لحم�ض البنزويك 6.5 × 10

- OH لمحول كلوريد الأمونيوم في محلول �ض 5 : اح�سب تركيز اأيون الهيدروك�سيد

تركيزه 0.01 مولر علما باأن Kb للن�شادر = 1.8 × 5-10

�ـــض6 : رتب المحاليل التالية ت�ســـاعديا ح�ســـب قيمة ) pH ( لهـــا علما باأن المحاليل

لها نف�ض التركيز:

. ) HCl ، NaCl ، Na2CO3 ، NH4Cl (

اأ�صئلة الف�صل الثامن

الكيمياء الكهربية

يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :

1- تحدد مفهوم الأك�شدة والختزال .

2- تميز العامل الموؤك�شد والعامل المختزل في تفاعالت الأك�شدة والختزال.

3- تزن المعادلت في تفاعالت الأك�شدة والختزال .

4- ت�شرح طريقة عمل الخاليا الجلفانية و اأن�شاف التفاعل فيها .

5- ت�شتنتج فوائد ال�شل�شلة الكهروكيميائية وعالقتها بتكوين الخاليا الجلفانية.

6- تجري الح�شابات الم�شاحبة لجهود الخاليا وعالقتها بتلقائية التفاعل في الخلية .

7- ت�شتنتج العوامل الموؤثرة في جهد الخلية الفولتية .

8- ت�شرح طريقة عمل الخاليا ) التحليلية( .

9- تتعرف بع�ض التطبيقات الحياتية للخاليا الكهروكيميائية.

10- تقارن بين الخاليا التحليلية والخاليا الجلفانية .

الأهداف

252

تفاعلت االأك�صدة واالختزال

والخليا الكهروكيميائية

المقدمة

تع���د جميع التفاع���الت الكيميائية ذات طبيعة كهربي���ة ، وذلك لأن جميع اأنواع الرواب���ط الكيميائية تتم

دائم���ا ع���ن طريق الإلكترونات الموجودة في المجالت الخارجية لل���ذرات . والكيمياء الكهربية في حقيقتها

درا�شة لظواهر الأك�شدة والختزال حيث تتناول درا�شة التحول المتبادل بين الط����اقة الكيميائية والط�����اقة

253

• حي���ن نت���رك قطعة م���ن الحديد في جو رط���ب لمدة من الزمن ماذا تالحظ عليها ؟

في لدقائق وتتركها الكمثرى اأو التفاح ثم���رة تقطع • حين الجو، ماذا تالحظ اأي�شا ؟

�شكل )9- 2 ( تكون الأمالح

�شكل ) 9-1 ( �شداأ الحديد

الكهربي���ة �شم���ن اإطار تفاع���الت الأك�شدة والخت���زال التي

ت�شم���ل ق�شما هام���ا جدا م���ن التفاع���الت الكيميائية ، وقد

اأمك���ن ال�شتف���ادة من الطاق���ة الكهربية الناتج���ة من بع�ض

التفاعالت الكيميائية في كثير من نواحي الحياة . فالخاليا

الكهروكيميائي���ة ت�شتخ���دم ب�شكل وا�شع في الحي���اة اليومية

وفي هذا الف�شل �شوف نتعرف تفاعالت الأك�شدة والختزال

والمفاهيم الأ�شا�شية الم�شتملة عليها وطرق وزن معادلتها،

واأه���م تطبيقاته���ا الكهروكيميائي���ة للخالي���ا نتط���رق ث���م

الحياتية.

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

254كيمياء )2(

الطاقة ؟ هذه م�شدر فما بطاقة ت�شعر طعام وجبة تتناول • وحين اإن م���ا ح���دث في كل تل���ك الم�شاهدات ال�شابقة لب���د واأن يكون تفاعال كيميائي���ا ، اأحدث تغيرات ظاهرة

للمادة �شبب اإحداث تغيرات في تركيبها، هذا النوع من التفاعالت يمر بنا كثيرا في حياتنا دون اأن يعرف

الكثي���ر منا ما هو ؟ وكيف يحدث ؟ هذه التفاعالت تع���رف بتفاعالت الأك�شدة والختزال .فما هو مفهوم

الأك�شدة والختزال ؟

تطور مفهوم الأك�سدة والختزال

اأول : مفهوم الأك�سدة والختزال قديما

التفاعالت الآتية تمثل تفاعالت اأك�سدة :

مجموعة )ب(مجموعة )اأ(

Zn)s(

+ H2SO4)aq(

ZnSO4)s(

+ H2)g(

2Na)s(

+ 2H2O)l(

2NaOH)aq(

+ H2)g(

2Mg)s(

+ O2)g(

2MgO )s(

2SnO)s(

+2C)s(

2 Sn)s(

+ 2CO)g(

من خالل تمعنك في التفاعالت ال�سابقة :

؟ ) )اأ المجموعة تفاعالت في المتفاعالت في الم�شترك العن�شر • ما

؟ )ب( المجموعة تفاعالت في النواتج في الم�شترك العن�شر • ما

؟ الأك�شدة تفاعالت عليه ت�شتمل الذي • ما

كان ينظ���ر لعملي���ة الأك�شدة على اأنها اإدخال ذرة اأك�شجين اأو اأكثر في جزيء المادة �شواء كان ذلك بالتفاعل

المبا�ش���ر م���ع الأك�شجين اأو بالتفاعل مع مادة تحتوي علي���ه ) كما لحظت ذلك في تفاعالت المجموعة اأ ( .

�شكل ) 9 -3 ( احتراق الخ�شب

• وحي���ن ت�شع���ل قطعة من الخ�شب ينت���ج قدر كبير من الطاقة الحرارية وال�شوئية ويتغير �شكل الخ�شب .

255كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ث���م ات�ش���ع مفهوم عملية الأك�ش���دة لي�شمل نزع ذرة هيدروجين اأو اأكثر من ج���زيء المادة ) كما في تفاعالت

المجموع���ة ب ( ، بالإ�شاف���ة اإلى المفه���وم ال�شابق .وبالمثل لمفهوم عملية الخت���زال . فماذا تتوقع اأن تكون

�شيغة ذلك المفهوم . لكي يمكنك التو�شل اإلى ذلك تمعن في التفاعالت التالية التي تمثل تفاعالت اختزال

مجموعة )ب(مجموعة )اأ(

2HgO)s(

Hg)s(

+ O2)g(

2KClO3 )s(

2KCl)s(

+ 3O2

Cl2 )g(

+ H2)g(

2HCl)g(

C2H2)g(

+ H2)g(

C2H4)g(

كان ينظ���ر لعملي���ة الختزال على اإنه���ا اإدخال ذرة هيدروجين اأو اأكثر في ج���زيء المادة ) كما في تفاعالت

المجموعة اأ ( ، ثم ات�شع مفهوم عملية الختزال لي�شمل نزع ذرة اأك�شجين اأو اأكثر من جزيء المادة) كما في

تفاعالت المجموعة ب ( ، بالإ�شافة اإلى المفهوم ال�شابق .

مما �شبق نالحظ اأن الحكم على التفاعل هل هو اأك�شدة اأو اختزال يتم من خالل النظر اإلى ذرتي الأك�شجين

والهيدروجين ودورهما في التفاعل .

حدد تفاعالت الأك�سدة وتفاعالت الختزال وفق المفهوم القديم لهما .

...................................................................................................

4Al + 3O2 2Al2O3

Br2 + H2 2HBr

C2H4O + H2 C2H6O

...................................................................................................

...................................................................................................

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

256كيمياء )2(

C + O2 CO2

...................................................................................................

ثانيا : مفهوم الأك�سدة والختزال حديثا

نظرا لقابلية المعرفة العلمية للتجدد والتطور وفق ما تم عليها من بحوث ودرا�شات فقد تطور مفهوم عمليتي

الأك�شدة والختزال فكيف تم ذلك ؟

لح���ظ العلماء اأن���ه في كل عملية اأك�شدة ) وف���ق المفهوم القديم ( يحدث تغير ف���ي اإلكترونات بع�ض المواد

اأثناء التفاعل ، كما لوحظ تغير في اإلكترونات المواد اأثناء عملية الختزال وبدرا�شة تلك التفاعالت وجد اأن

الم���ادة التي تتاأك�شد ) تتحد بالأك�شجين ( تفق���د �شيئا من الكتروناتها بينما تكت�شب تلك المادة التي يحدث

لها عملية اختزال ) تتحد مع الهيدروجين ( �شيئا من اللكترونات .فمثال لحظ في التفاعل التالي :

20Ca : 1s2 ، 2s2

، 2p6، 3s2

، 3p6، 4s2

Ca++

: 1s2 ، 2s2

، 2p6 ، 3s2

، 3p6

8O : 1s2

، 2s2 ، 2p4

O--

: 1s2 ، 2s2

، 2p6

2Ca + O2 2CaO

اأك�شدة

فقد اإلكترونات

اختزال

هن���اك تفاع���الت كثي���رة ل تحت���وى عل���ى الأك�شجي���ن اأو الهيدروجين ومع ذل���ك تعد من تفاع���الت الأك�شدة

Znوالختزال مثل)s(

+ Cu ++

)aq(

Zn ++

)aq(

+ Cu)s(

Zn)s(

+ Cu ++

Zn++

)aq(

+ Cu)s(

يت�سمن هذا التفاعل حدوث عمليتين في اآن واحد هما :

1- فقد اإلكترونيين من فلز الخار�شين وتحوله اإلى اأيون ثنائي موجب.

2- ك�شب اإلكترونين اإلى اأيون النحا�ض الثنائي وتحوله اإلى فلز النحا�ض .

اكت�شاب اإلكترونات

257كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ت�شمي عملية فقدان الإلكترونات في التفاعل الكيميائي الأك�شدة .

كما ت�شمى عملية ك�شب الإلكترونات في التفاعل الكيميائي الختزال .

�شكل ) 9-4( تفاعل الخار�شين

واأيونات النحا�ض

Zn)s(

+ Cu ++

Zn++

)aq(

+ Cu)s(

اأك�شدة

فقد الكترونات

اختزال

اكت�شاب اإلكترونات

اإذن ت�شم���ى التفاع���الت التي يحدث فيه���ا انتقال الإلكترونات بي���ن المواد المتفاعل���ة والناتجة تفاعالت

الأك�شدة والختزال .

++Cu( على فلز الخار�شين )Zn ( ؟

والآن لنا اأن نت�شاءل : ما تاأثير اأيون النحا�ض )

++Cu( ؟

وما تاأثير فلز الخار�شين )Zn ( على اأيون النحا�ض )

++Zn( بفعل اأيونات

نالحظ في التفاعل ال�شابق اأن الخار�شين تاأك�شد اإلى اأيونات الخار�شين الثنائي )

++Cu ( . واأيونات النحا�ض الثنائية اختزلت اإلى ذرات نحا�ض بفعل ذرات الخار�شين.

النحا�ض الثنائية )

اأي اأن اأيونات النحا�ض اأك�شدت ذرات فلز الخار�شين ،وذرات فلز الخار�شين اختزلت اأيونات النحا�ض .

ت�شمى اأيونات النحا�ض التي تختزل ) تكت�شب اإلكترونات ( في هذا التفاعل عامل موؤك�شد . وت�شمى ذرات

الخار�شين التي تتاأك�شد ) تفقد اإلكترونات ( في هذا التفاعل عامل مختزل .

هل يمكن اأن تحدث عملية الأك�شدة منف�شلة عن عملية الختزال ؟ و�شح ذلك .

عامل مختزلعامل موؤك�شد

Zn)s(

+ Cu++

Zn ++

+ Cu)s()aq( )aq(

)aq(

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

258كيمياء )2(

اأعداد الأك�سدة

اأدخ���ل الكيميائي���ون مفهوم عدد الأك�شدة لنتمك���ن من تحديد المادة التي تتاأك�ش���د والتي تختزل في اأي

تفاعل يمر بنا ، فما المق�شود بعدد الأك�شدة ؟ وكيف يمكن ح�شاب عدد الأك�شدة للذرات ؟

يعرف عدد الأك�شدة باأنه عدد الإلكترونات التي يمكن اأن تفقدها اأو تكت�شبها اأو ت�شاهم بها ذرة العن�شر

خ���الل التفاعل. وبا�شتقراء اأعداد الأك�ش���دة للعنا�شر الأكثر تداول في درا�شة الكيمياء ا�شتنتج العلماء بع�ض

القواعد لتحديد اأعداد الأك�شدة لبع�ض العنا�شر والأيونات .

1- اأكمل الفراغات التالية :

اأ – العام���ل الموؤك�ش���د .............. الم���ادة الت���ي يتفاع���ل معه���ا وتح���دث ل���ه عملي���ة

......................... و ................. بع�ض الإلكترونات .

ل���ه عملي���ة وتح���دث يتفاع���ل معه���ا الت���ي الم���ادة ......... المخت���زل – العام���ل ب

....................... و ...................... بع�ض الإلكترونات .

2- حدد العامل الموؤك�سد والعامل المختزل والمادة التي تاأك�سدت والمادة التي اختزلت في

التفاعالت التالية

Sn++

)aq( + 2Ag)s( Sn)s( + 2Ag+

)aq(

2Li)s( + Cl2)g( 2Li +

)aq( + 2Cl-

)aq(

التفاعلالمادة التي

تاأك�شدت

المادة التي

اختزلت

عامل مختزلعامل موؤك�شد

1

2

259كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

قواعد تحديد اأعداد الأك�سدة لبع�ض العنا�سر والأيونات

يتم تحديد اأعداد الأك�شدة للعنا�شر في المركبات وفق القواعد التالية :

1- عدد الأك�سدة لأي عن�سر حر )غير متحد( ي�ساوي �سفرا �سواء كان العن�سر ذرة مفردة

اأوجزيئا عديد الذرات فمثال :

عدد الأك�شدة للعنا�شر N2 ، O2 ، S8 ، Na، Cl2 .... = �شفرا

2- عدد الأك�سدة لالأيونات المكونة من ذرة واحدة ) الأيونات اأحادية الذرة ( ي�ساوي

ال�سحنة التي يحملها الأيون نوعا ومقدرا فمثال:

عدد اأك�شدة كل من الأيونات التالية كما يلي :

عدد الأك�شدة لأيون +3 =Al

+3 ، -2 = O-2

، +1 = K+

.… Li , Na ,K ( مثل ) 3- عدد الأك�سدة لعنا�سر المجموعة الأولى) اأ (في مركباتها = ) +1

ولعنا�سر المجموعة الثانية ) اأ ( في مركباتها مثل ) Ca , Mg , Ba ,…. ( = +2 فمثال :

اأمثلةالمجموعة

1اأ

2اأ

عدد الأك�شدة لل�شوديوم في المركبات التالية = +1

NaCl و NaOH و NaNO3

عدد الأك�شدة للكال�شيوم في المركبات التالية = +2

CaSO4 و CaCl2 و Ca)OH(2

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

260كيمياء )2(

4– عدد الأك�سدة لعنا�سر المجموعة ال�سابعة ) الهالوجينات ( في معظم المركبات = -1

ع���دا مركباته���ا م���ع الأك�شجي���ن فتاأخذ اأع���داد اأك�شدة موجب���ة لأن الأك�شجي���ن اأعلى �شالبي���ة كهربية من

الهالوجين���ات ما عدا الفلور لينطبق علية ذلك حيث ياأخذ اأعداد اأك�شدة �شالبة دائما في مركباته لأنه اأعلى

العنا�شر في ال�شالبية الكهربائية في الجدول الدوري .

عدد الأك�شدة للكلور في المركبات التالية

) 7+ = Cl ( وعدد الأك�شدة للكلور ، Cl2O في مركب )1 + =Cl ( وعدد الأك�شدة للكلور

KClO4 في مركب

OF2 1 ( في مركب -= F (عدد الأك�شدة للفلور

NaCl ، HCl ، CaCl2

:

) -1=Cl (

، 1+ = NaOH ، HCl ، H2O 1( في المركبات التالية+ = H( عدد الأك�شدة للهيدروجين

وعدد الأك�شدة للهيدروجين )H = -1( في المركبات الآتية

6- عدد الأك�ســـدة لالأك�ســـجين في مركباته = -2 وي�ســـتثنى من ذلك عندما يرتبط الأك�ســـجين

بالأك�سجين في المركبات التي تعرف بفوق الأكا�سيد فاإن عدد الأك�سدة لالأك�سجين = -1 فمثال :

NaOH ، H2O ، H2CO3: 2 ( في المركبات التالية-=O(عدد الأك�شدة لالأك�شجين

H2O2 ، Na2O2 : 1 (في المركبات الآتية-=O (وعدد الأك�شدة لالأك�شجين

5– عدد الأك�سدة للهيدروجين في مركباته = +1 ماعدا الهيدريدات ) مركبات الهيدروجين

مع الفلزات ( وبع�ض مركبات الهيدروجين المعقدة = -1 فمثال

NaBH4

LiAlH4 ، NaH ، CaH2

261كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

7– المجموع الجبري لأعداد الأك�سدة للعنا�سر في جزيء متعادل = �سفرا فمثال :

في مركب H2O عدد الأك�شدة لالأك�شجين = -2 ، عدد الأك�شدة لذرة واحدة من الهيدروجين =+1،

للذرتين = +1 × 2 = + 2

المجموع الجبري لأعداد الأك�شدة = ) -2 ( + ) +2 ( = �شفرا

8 – مجموع اأعداد اأك�سدة ذرات اأيون الجزيء ) الجذر ( = �سحنته نوعا ومقدارا فمثال

1+ =

NH4+

NO3 = -1 والأيون -

مجموع اأعداد اأك�شدة ذرات الأيون

ويتم تعيين اأعداد الأك�شدة لذرات العنا�شر في المركبات والأيونات المختلفة بتطبيق القواعد ال�شابقة كما

يت�شح في الأمثلة التالية :

K2Cr2O7 ، H2SO4 ، Fe)OH(2+

اح�شب عدد الأك�شدة للعنا�شر التي تحتها خط في المركبات التالية :

الحل :

:

H2SO4 1 المركب-

بما اأن مجموع اأعداد الأك�شدة للذرات في المركب المتعادل = �شفرا

اإذن : ) 4× عدد اأك�شدة ذرة الأك�شجين ( + ) عدد اأك�شدة ذرة الكبريت ( +

) 2× عدد اأك�شدة ذرة الهيدروجين ( = �شفر .

4)2- ( + عدد اأك�شدة ذرة الكبريت + 2)1+ ( = �شفر

H2SO4= +6 اإذن : عدد اأك�شدة ذرة الكبريت في المركب

K2Cr2O7

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

262كيمياء )2(

2 – المركب :

بما اأن اأعداد الأك�شدة للذرات في الأيون عديد الذرات = �شحنة الأيون اإذن

)2 × عدد اأك�شدة ذرة الهيدروجين ( + ) 2× عدد اأك�شدة ذرة الأك�شجين ( +

) عدد اأك�شدة ذرة الحديد( = +1

2)+1( +2)-2( + عدد اأك�شدة ذرة الحديد = +1 +2-4 + عدد اأك�شدة

ذرة الحديد = +3

اإذن عدد اأك�شدة ذرة الحديد = +3

3- في المركب

بما اأن مجموع اأعداد الأك�شدة للذرات في المركب المتعادل = �شفرا

Fe )OH( +

K2Cr2O7

اإذن

)7 × عدد اأك�شدة ذرة الأك�شجين ( + ) 2× عدد اأك�شدة ذرة الكروم ( + ) 2× عدد اأك�شدة

ذرة البوتا�شيوم( = �شفر

)7×)-2( + )2×عدد اأك�شدة ذرة الكروم + 2) +1 ( = �شفر -14 + 2× عدد

اأك�شدة ذرة الكروم +2 = �شفر

2× عدد اأك�شدة ذرة الكروم = +12

اإذن عدد اأك�شدة ذرة الكروم = = + 6

12+

2

2

263كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

اح�سب عدد الأك�سدة للعنا�سر التي تحتها خط فيما يلي وفقا للقواعد ال�سابقة.

N2O2

KMnO4

SO4- 2

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

NaH

Al+3

CO2

N2

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

264كيمياء )2(

NaH

Al+3

CO2

الأك�سدة والختزال في �سوء مفهوم عدد الأك�سدة

تحديد اأعداد الأك�شدة للعنا�شر في تفاعل ما ت�شاعدنا على معرفة ما اإذا كان هذا التفاعل من تفاعالت

الأك�ش���دة والخت���زال اأم ل . وذل���ك من خالل مالحظة التغي���ر الذي يحدث في اأعداد اأك�ش���دة الذرات اأثناء

التفاع���ل ، فالتفاع���الت التي ل ي�شاحبه���ا تغير في اأعداد اأك�ش���دة الذرات اأثناء التفاع���ل ل تعتبر تفاعالت

اأك�شدة واختزال فمثال

KCl)s( K+

)aq( + Cl - )aq(

H2O

+1+1

-1-1

N2

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

..................................................................................................

265كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

بعد تحديد اأعداد الأك�شدة نالحظ اأن البوتا�شيوم فقد اإلكترون ) تاأك�شد ( ونتج من ذلك زيادة في عدد اك�شدته

) من �شفر اإلى +1 ( ، بينما غاز الكلور اكت�شب اإلكترون ) اختزل ( ونتج من ذلك نق�شان في عدد اأك�شدته) من

�شفر اإلى -1 ( . اإذا يمكننا اإعادة تعريف عملية الأك�شدة والختزال من خالل مفهوم اأعدادالأك�شدة كما يلي

الأك�ســـدة : ه���ي العملية التي يزداد فيها ع���دد اأك�شدة ذرة العن�شر نتيجة لفقده���ا الكترون اأو اأكثر

اأثناء التفاعل .

الختـــزال : ه���ي العملية التي يقل فيه���ا عدد اأك�شدة ذرة العن�ش���ر نتيجةلإكت�شابها الكترون اأو اأكثر

اأثناء التفاعل .

يمكن ال�شتعانة بالمخطط الآتي في معرفة التغيرات في اأعداد الأك�شدة .

اأك�شدة ) زيادة في عدد الأك�شدة (

5 - 4 - 3 - 2 - 1 �شف���ر - 1 + 2 + 3 + 4 + 5 +

اختزال ) نق�شان في عدد الأك�شدة (

والآن لنا اأن نت�شاءل : كيف تتغير اأعداد اأك�شدة الذرات التي تتاأك�شد اأو تختزل في تفاعل ما ؟

دقق النظر في معادلة التفاعل الآتي :

2K)s( + Cl2)g( 2KCl)s(

�شفر) اأك�شدة ( زيادة في عدد الأك�شدة

�شفر) اختزال ( نق�شان في عدد الأك�شدة

1+

1-

نالح���ظ اأن���ه في التفاع���ل ال�شابق لم يحدث اأي تغير في اأع���داد اأك�شدة الذرات خ���الل التفاعل وبالتالي

ليمك���ن اعتباره تفاعل اأك�شدة واختزال . اأما التفاعالت التي ي�شاحبها تغير في اأعداد اأك�شدة الذرات اأثناء

التفاعل تعتبر تفاعالت اأك�شدة واختزال .

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

266كيمياء )2(

ن�سفا التفاعل في معادلت الأك�سدة والختزال

�شب���ق واأن عرفن���ا اأن كل عملية اأك�ش���دة لبد واأن ترفقها عملي���ة اختزال ، اأي اأنهم���ا عمليتان متالزمتان

ومتزامنتان ، حيث يمكننا نظريا ولأغرا�ض التب�شيط اأن نق�شم كل تفاعل من هذا النوع اإلى ق�شمين ا�شطلح

عل���ى ت�شمي���ة كل منهما ن�شفا تفاعل ، حيث يمث���ل كل واحد منهما اإحدى العمليتي���ن الحادثتين في التفاعل

الكلي . ولتو�شيح ذلك انظر اإلى المثال الآتي :

اأعد تعريف العامل الموؤك�شد والعامل المختزل في �شوء مفهوم عدد الأك�شدة .

1- لديك التفاعليين الآتيين:

1- Fe2O3)s( +3C)s( 2Fe)s( + 3CO)g(

2- Cr2O7- 2

)aq( +S)s( Cr2O3)aq( + SO2)g(

اأ – حدد الذرات التي تاأك�سدت والتي اختزلت في التفاعليين .

ب – حدد الذرات التي ل يتغير عدد اأك�سدتها خالل التفاعل اإن وجدت .

2 – هل التفاعل الآتي يمثل تفاعل اأك�سدة واختزال مع تو�سيح ال�سبب :

KOH)aq( + HBr )l( KBr)aq( + H2O)l(

..................................................................................................

..................................................................................................

267كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

Ni )s( + Cu++

)aq( Ni ++

)aq( + Cu )s(

ولمعرف���ة الم���ادة التي تتاأك�ش���د والمادة التي تخت���زل نحدد اأعداد اأك�ش���دة الذرات والأيون���ات الم�شمولة في

التفاعل

يمكنن���ا اأن نق�ش���م هذا التفاعل اإلى ن�شفين يمث���الن العمليتين اللتين حدثتا فيهم���ا ) الأك�شدة والختزال (

وذلك بربط كل مادة وناتج التفاعل الذي حدث لها ) اأك�شدة اأو اختزال ( وو�شعها في ن�شف تفاعل ، وبتاأمل

التفاعل نجد اأن عن�شر النيكل يتاأك�شد اإلى اأيوناته الثنائية ويمكن كتابة المعادلة كما يلي :-

ولكي نو�شح التغير في الإلكترونات التى تفقدها ذرة النيكل يجب اأن نعدل المعادلة اإلى

نج���د اأن ال�شحنات الكهربائية في طرفي التفاعل متوازنة وت�شم���ى المعادلة ال�شابقة ن�شف تفاعل الأك�شدة.

وم���ن جهة اأخرى نجد اأن اأيون���ات النحا�ض الثنائية اختزلت اإلى ذرات متعادل���ة فيمكننا كتابة ما حدث على

ال�شورة الآتية :

ولكي نو�شح التغير في الإلكترونات التي تكت�شبها اأيونات النحا�ض الثنائية يجب اأن نعدل المعادلة اإلى ال�شورة

الآتية :

Ni)s( Ni ++

)aq(

Cu++

)aq( + Cu)s(

Cu++

)aq( + 2e-

Cu)s(

Ni)s( Ni ++

)aq( + 2 e-

Ni)s( + Cu++)aq( Ni ++

)aq( + Cu)s(

�شفر) اأك�شدة ( زيادة في عدد الأك�شدة

اختزال �شفر

2+

2+

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

268كيمياء )2(

نج���د اأن ال�شحن���ات الكهربائي���ة في طرفي التفاع���ل اأي�شا متوازن���ة وت�شمى المعادلة ال�شابق���ة ن�شف تفاعل

الخت���زال . وبالنظر اإلى ن�شفي التفاعل نجد اأن عدد الإلكترونات المفقودة في عملية الأك�شدة ت�شاوي عدد

الإلكترونات المكت�شبة في عملية الختزال ، كما نالحظ اأن حا�شل جمع الن�شفين يعطي التفاعل الكلي الذي

يحدث بين اأيونات النحا�ض الثنائي وذرات النيكل

اكتب ن�شفي تفاعل الأك�شدة والختزال للتفاعل التالي مع وزن اإلكترونات الن�شفين:

Ag+

)aq( + Al)s( Ag)s( + Al+3)aq(

1- نحدد اأعداد الأك�شدة للذرات والأيونات لمعرفة المادة التي تتاأك�شد والمادة التي تختزل

Ag+

)aq( + Al)s( Ag)s( + Al+3)aq(

�شفراأك�شدة

اختزال �شفر

2- نق�شم التفاعل اإلى ن�شفين كمايلي

ن�شف تفاعل الأك�شدة

ن�شف تفاعل الختزال

Al)s( 3e-+ Al+3

)aq(

Ag+

)aq(+ e- Ag)s(

ولك���ن نالحظ اأن ع���دد الإلكترونات المفقودة في الأك�شدة ل ت�شاوي عدد الإلكترونات

المكت�شب���ة ف���ي عملية الخت���زال ، ولجعلها متكافئ���ة يلزمنا اأن ن�ش���رب ن�شف تفاعل

الختزال في 3 لنح�شل على ال�شورة التالية

3Ag+

)aq( + 3e-

3Ag)s(

وبجم���ع ن�شفي تفاع���ل الأك�شدة والختزال اأعاله بع���د وزن الإلكترونات فيهما نح�شل

على التفاعل الموزون :-

3Ag+

)aq( + Al)s( 3Ag)s( + Al+3)aq(

3+

1+

الحل :

269كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

وزن المعادلت في تفاعالت الأك�سدة والختزال

عرفن���ا اأن المعادلة الكيميائية الموزونة هي و�شف موج���ز ودقيق للتعبير عن تفاعل كيمائي معين ت�شمل

على رموز تو�شع المواد المتفاعلة والناتجة والعالقات الكمية فيما بينهما ، فهل هناك �شروط يجب توافرها

في المعادلة الموزونة ؟

ولكي تكون المعادلت موزونة لبد اأن تحقق �شرطين وهما :

قانون حفظ )الكتلة( المادة : -1

اأي اأن مجموع عدد الذرات لكل عن�شر متماثل في كل من المواد المتفاعلة والنواتج .

قانون حفظ ال�سحنة : -2

اأي اأن مجم���وع ال�شحن���ات الكهربي���ة الت���ي تظهر على الم���واد المتفاعلة ي�ش���اوي مجموع ال�شحنات

الكهربائية التي تظهر على المواد الناتجة .

وت�شمى المعادلة التي يتوفر فيها ال�شرطان ال�شابقان بالمعادلة الكيميائية الموزونة .

وق���د كنا فيم���ا م�شي نح���اول وزن المعادل���ة الكيميائية بمج���رد النظر اإليه���ا ) نظرية المحاول���ة والخطاأ(

اأكتب ن�سفي الأك�سدة والختزال للتفاعلين التاليين مع وزن اإلكترونات الن�سفين اإن لزم الأمر

1- Au+3)aq( + Mg)s( Au)s( + Mg +2

)aq(

2- F2)g( + H2)g( F -)aq( + H +)aq(

...................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

.....................................................................................................

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

270كيمياء )2(

هل يمكنك ذلك ، ما ال�شعوبة التي تواجهك ؟

لي�ض جميع اأنواع معادلت الأك�شدة والختزال يمكن وزنها بمجرد النظر فهناك تفاعالت اأك�شدة واختزال

اأكثر تعقيدا وي�شعب موازنتها . لذا فكر العلماء في طرق اأخري لموازنتها ومن اأهم هذه الطرق : -

طريقة ن�شف التفاعل ) طريقة الأيون – اإلكترون ( . 1-

طريقة اأعداد الأك�شدة . 2-

ومن المالحظ اأن معظم تفاعالت الأك�شدة والختزال تتم في و�شط مائي وقد يكون هذا الو�شط حم�شيا

اأو قاعديا ويمكن التعرف على طريقة موازنة المعادلت في هذه الحالت كما يلي : -

اأول :وزن معادلت الأك�سدة والختزال بطريقة ن�سف التفاعل) طريقة الأيون – اإلكترون ( :

تعتمد هذه الطريقة على كتابة ن�شفي التفاعل الأك�شدة والختزال ب�شورة م�شتقلة موزونة ثم جمعهما

بعد م�شاواة عدد الإلكترونات المفقودة والمكت�شبة .

اأ – موازنة المعادلت في و�سط حم�سي : ويمكن التعرف على خطوات الوزن من خالل المثال التالي :

وتطبي���ق مب���داأ حفظ الكتلة حيث نتاأكد من ت�شاوي ع���دد ذرات كل نوع في طرفي المعادلة فتكون موزونة

عندئ���ذ ، وه���ذه الطريقة ت�شل���ح لوزن معظم مع���ادلت التفاعالت الت���ي ليحدث خالله���ا تاأك�شد واختزال

) انتق���ال اإلكترونات ( كما يمكن اأن تطبق على بع�ض معادلت تفاعالت الأك�شدة والختزال الب�شيطة ومثال

على ذلك

C)s( + O2)g( CO)g(

وتكون موازنتها كالآتي :

2C)s( + O2)g( 2CO)g(

والآن وازن المعادلة الآتية باإتباع الطريقة ال�شابقة ) المحاولة والخطاأ (

Fe2O3)s( + CO)g( Fe)s( + CO2)g(

271كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

Cr2O7 -2

+ Fe+2 Cr+3

+ Fe+3

الحل :

لموازنة هذه المعادلة نتبع الخطوات التالية :

1- نق�ش���م المعادلة اإلى ن�شفين يدل اأحدهما على التاأك�شد والآخر على الختزال .، نجد

ف���ي المعادل���ة ال�شابقة اأن ع���دد تاأك�شد الك���روم ) Cr ( يتغير من +6 اإل���ى +3 اأي اأنه

اخت���زل . بينم���ا يتغير ع���دد الأك�شدة للحدي���د ) Fe( من +2 اإل���ى +3 اأي اأنه يتاأك�شد

وبذلك يمكن كتابة ن�شفي التفاعل على النحو التالي

اختزال

اأك�شدة

2 – نوازن ذرات العنا�شر ماعدا الأك�شجين والهيدروجين

3 – ن���وازن ذرات الأك�شجين باإ�شافة جزئ واحد من الماء لكل ذرة اأك�شجين ناق�شة اإلى

الطرف الذي به نق�ض في ذرات الأك�شجين كمايلي

4 – ن���وازن ذرات الهيدروجين الناق�شة ف���ي اأحد طرفي المعادلة باإ�شافة العدد المطلوب

- : يلي كما ) H+

من اأيونات الهيدروجين )

5 – ن���وازن ال�شحنة الكهربائية باإ�شافة عدد م���ن الإلكترونات لأحد طرفي المعادلة على

اأن ي�شبح المجموع الجبري لل�شحنات على طرفيها مت�شاويا

المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأي�شر = +14 + 1 × ) -2 ( = +12

المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأيمن = 7 × ) 0 ( + 2 × ) +3 ( = +6

Cr2O7

Cr+2

Fe+2 Fe+3

Cr2O7

2Cr+3

Cr2O7 2Cr+3 + 7H2O

14H +

+ Cr2O7

2Cr+3 + 7H2O

وازن التفاعل التالي في و�سط حم�سي :

-2

-2

-2

-2

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

272كيمياء )2(

لموازنة هذه المعادلة من حيث ال�شحنة ن�شيف- 6e اإلكترون للطرف الأي�شر فت�شبح المعادلة

6 – نكرر الخطوات ال�شابقة على ن�شف التفاعل التالي :

Fe+2 Fe +3

فنالحظ اأن موازنة ال�شحنة تتم باإ�شافة اإلكترون واحد اإلى جانب النواتج

Fe+2 Fe +3

+ e-

7 – نجع���ل عدد الإلكترون���ات المفقودة في ن�شف تفاعل الأك�شدة م�شاوي���ا لعدد الإلكترونات

المكت�شب���ة ف���ي ن�شف تفاعل الختزال وذل���ك ب�شرب معادلة الأك�شدة ف���ي ) 6 ( ومعادلة

الختزال في ) 1 ( فت�شبح

اختزال

اأك�شدة

1 × )14H+

+ Cr2O7

+ 6e-

2Cr +3 + 7H2O (

6 × ) Fe+2 Fe +3

+ e - (

8 - نجمع ن�شفي التفاعل للح�شول على المعادلة النهائية الموزونة مع مراعاة حذف الأنواع

الم�شتركة

14H+

+ Cr2O7

+ 6e- 2Cr +3 + 7H2O

6Fe+2 6 Fe +3

+ 6e-

6Fe +2 + 14H+

+ Cr2O7 -2

6Fe +3 + 2Cr+3

+7H2O

وللتحقق من �شحة الموازنة تاأكد من موازنة الذرات وال�شحنات

) H+

( 14 ، ) O ( 7 ، )Fe (6 ، ) Cr ( 2 عدد الذرات في طرفي المعادلة هو

المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأيمن = 7 × 0 + 2 × ) +3 ( + 6 × ) +3 ( = +24

المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأي�شر = 1 × ) -2 ( +14 × ) +1( + 6 × )+2 ( = +24

14H+

+ Cr2O7

+ 6e- 2Cr +3 + 7H2O

-2

-2

-2

273كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ب- موازنة المعادلت في الو�سط القاعدي :

لموازنة معادلت الأك�شدة والختزال في و�شط قاعدي نتبع نف�ض خطوات الموازنة في الو�شط الحم�شي

مع اختالف في خطوة وزن ذرات الهيدروجين والمثال التالي يو�شح ذلك .

2H2O)l(+5SO2)aq(+2MnO4-

)aq( 2Mn++

)aq(+5SO4- -

)aq(+4H+

)aq(

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

2- وازن التفاعل الآتي في و�سط حم�سي بطريقة ن�سف التفاعل

1- تمثـــل المعادلـــة التاليـــة النتيجـــة النهائيـــة التي تم التو�ســـل اإليهـــا بعـــد وزن المعادلة, هل

المعادلة موزونة ب�سورة �سحيحة , ولماذا ؟

NO2)g( + ClO-)aq( NO3

-)aq( + Cl-

)aq(

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

274كيمياء )2(

الحل :

نتبع الخطوات نف�شها في موازنة معادلة الو�شط الحم�شي حتى ن�شل اإلى

MnO4- + 3Fe+2

MnO2 + 3Fe+3 + 2H2O

ثم نتبع الخطوات التالية لموازنة الهيدروجين في الو�شط القاعدي :

1- ي�شاف جزئ ماء عن كل ذرة هيدروجين ناق�شة اإلى الطرف الذي ينق�شه ذرات

هيدروجين

- OH عن كل جزي ماء ت���م اإ�شافته وبنف�ض العدد

2- ف���ي الطرف المقابل ي�ش���اف اأيون

وبحذف جزئيات الماء الزائدة من اأحد طرفي المعادلة ت�شبح المعادلة النهائية :

MnO4-

+ 3Fe+2+ 2H2O MnO2 + 3Fe+3

+ 4OH-

تاأكد اأن المعادلة موزونة من حيث الذرات وال�شحنات الكهربائية .

2- وازن معادلة التفاعل الآتي في و�شط قاعدي

MnO4-

)aq( + Fe+2)aq( MnO2)aq( + Fe+3

)aq(

وازن التفاعل الآتي في و�سط قاعدي بطريقة ن�سف التفاعل :

CrO2-

)aq( +ClO-)aq( CrO4

-2)aq( + Cl-

)aq(

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

MnO4- + 3Fe+2

+ 4H2O MnO2 + 3Fe+3 + 2H2O + 4OH-

275كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

طريق���ة اأخرى لموازنة معادلت تفاعالت الأك�شدة والخت���زال بطريقة ن�شف التفاعل في و�شط

قاع���دي، لموازنة مع���ادلت الأك�شدة والخت���زال للتفاعالت في و�شط قاعدي تت���م موازنتها اأول

وكاأنه���ا تجري في و�ش���ط حم�شي ثم نحولها اإلى و�شط قاعدي ولتو�شيح ذلك ادر�ض المثال الآتي

وازن معادلة التفاعل الآتي في و�شط قاعدي

MnO4-

)aq( + Fe+2)aq( MnO2)aq( + Fe+3

)aq(

الحل :

وازن المعادل���ة بافترا����ض اأن الو�شط حم�شي وباإتب���اع الخطوات نف�شه���ا الم�شتخدمة لموازنة

معادلت الأك�شدة والختزال للتفاعالت التي تتم في و�شط حم�شي ت�شل اإلى النتيجة التالية :

MnO4-

+ 3Fe+2 + 4H+

MnO2+ 3Fe+3 + 2H2O

ولنح���ول المعادل���ة ال�شابق���ة اإلى معادلة تمثل التفاع���ل الذي يتم في و�شط قاع���دي اتبع مايلي

H اإلى كل م���ن طرفي المعادلة+

-OH ي�شاوي ع���دد ايونات

-1 اأ�ش���ف ع���ددا م���ن اأيونات

MnO4- + 3Fe+2

+ 4H++ 4OH-

MnO2 + 3Fe+3 + 2H2O + 4OH-

ماء جزيئات �شكل على H+

و OH-

-2 اأجمع اأيوني

MnO4-

+ 3Fe+2 + 4H2O MnO2 + 3Fe+3

+ 2H2O + 4OH-

وبحذف جزيئات الماء الزائدة من اأحد طرفي المعادلة ت�شبح المعادلة النهائية :

MnO4- + 3Fe+2

+ 2H2O MnO2 + 3Fe+3 +4OH -

تاأكد اأن المعادلة موزونة من حيث الذرات وال�شحنات الكهربائية .

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

276كيمياء )2(

ثانيا : طريقة اأعداد الأك�سدة

في هذه الطريقة يتم وزن المعادلة بنف�ض الخطوات ال�شابقة بدون ف�شل التفاعل اإلى ن�شفين

و�شوف ن�شتعر�ض هذه الطريقة من خالل المثال التالي :-

وازن التفاعل التالي بطريقة اأعداد الأك�شدة

Cu +NO3-

= Cu+2 + NO

1- نحدد العنا�شر التي تغيرت اأعداد اأك�شدتها

Cu +NO3-

= Cu+2+ NO

-3e+ 2 اختزال+

�شفر -2e

-

+2 اأك�شدة

2- نزن الذرات التي تغيرت اأعداد اأك�شدتها ، نجد في هذا التفاعل اأن الذرات لتحتاج

اإلى اإعادة وزن لأن عددها مت�شاوي في كال الطرفين .

3 – تحديد التغير الكلي لعدد الأك�شدة لعمليتي الأك�شدة والختزال

Cu + NO3-

= Cu+2 + NO

�شفر -2e

-

+2 اأك�شدة

5+ -3e

-

+2 اختزال

5+

277كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

Electro chemical cells : الخاليا الكهروكيميائية

عرفنا بع�ض التفاعالت الكيميائية التي ي�شاحبها انتقال الإلكترونات وهي تفاعالت الأك�شدة والختزال ،

ومن المعلوم اأن التيار الكهربائي ما هو الإ �شيل من الإلكترونات يتحرك بانتظام ومن هنا تو�شل الكيميائيون

اإل���ى اأن هن���اك عالقة بين ه���ذا النوع من التفاعالت والتي���ار الكهربائي . ومن خ���الل التجريب والم�شاهدة

والبح���ث تو�ش���ل العلماء اإلى اأن تفاعالت الأك�شدة والختزال منها ما يتولد عن حدوثه تيار كهربائي ، ومنها

تفاع���الت اأخرى ل تت���م الإ عند اإمدادها بالتيار الكهربائي ، وتتم ه���ذه التفاعالت في اأجهزة خا�شة ت�شمى

الخالي���ا الكهروكيميائي���ة . و�ش���وف نقوم بدرا�ش���ة نموذجين للخالي���ا الكهروكيميائية يمث���الن نمطين من

العالقات بين التفاعل الكيميائي والتيار الكهربائي هما : ���

4 – م�شاواة عدد الإلكترونات المفقودة والمكت�شبة

Cu + NO3-

= Cu+2 + NO

) -2e -

(

2 -3e -

اختزال

5- نوزن ذرات الأك�شجين ثم الهيدروجين بنف�ض الطريقة التي اتبعت في طريقة ن�شف التفاعل

8H++ 3Cu + 2NO3

- = 3Cu+2

+ 2NO + 4H2O

6 – نتاأكد من وزن ال�شحنات في طرفي المعادلة

8H++3Cu + 2NO3

- = 3Cu+2

+ 2NO + 4H2O

الطرف الأيمن : +2 × 3 = +6 الطرف الأي�شر : 8 × ) +1 (-2 = +6

والآن وازن التفاعل الآتي في و�شط قاعدي بطريقة اأعداد الأك�شدة

ClO-)ag( + CrO-

)ag( = Cl-)ag( + CrO-2

)ag(

Cu + NO3-

= Cu+2 + NO

�شفر

5+ 3e

-

2+

+2 اأك�شدة

اختزال

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

278كيمياء )2(

1- الخالي���ا الجلفاني���ة ) الفولتي���ة ( : ويتم فيها اإنتاج طاقة كهربائية نتيج���ة لحدوث تفاعالت كيميائية

) تفاعالت الأك�شدة والختزال (.

2- خالي���ا اللكتروليتي���ة ) تحليلي���ة (و ت�شتخ���دم فيها الطاق���ة الكهربائية من م�ش���در خارجي لإحداث

تفاعالت كيميائية .

Golvanic Cells ) اأول : الخاليا الجلفانية ) الفولتية

يطل���ق م�شطلح خلية لكل م�شهد يتكون من مجموعة من الأ�شياء تقوم باأدوار متنا�شقة ومتفاعلة دون اأي

تعار�ض بينها ، واأبرز الأمثلة الطبيعية عليها خلية النحل ، وخلية النمل وا�شتعير التعبير نف�شه لالأجهزة التي

ندر�شها هنا لما لمكوناتها من تكامل وتنا�شق وانتظام .

در�شنا �شابقا تفاعل الأك�شدة والختزال الآتي

Zn)s( + Cu ++)aq( Zn ++

)aq( + Cu)s(

لماذا �سمي هذا النوع من الخاليا بالخالياالجلفانية ؟

كان العالم .... جلفاني اأ�شتاذ الطب في جامعة بولونيا

في اإيطاليا هو الذي اكت�شف هذا النوع من الخاليا من غير

ق�شد عام 1786م اأثن���اء تجاربه حول فعل الكهرباء على

ع�شالت �شف���دع حيث لحظ ارتعا�ض ال�شفدع في اإحدى

تجارب���ه عن���د لم�ض طرف���اه معدنين مختلفي���ن في دائرة

كهربية مكتملة ، وظن عندها اأن م�شدر الكهرباء يرجع اإلى حيوانية اإلى اأن جاء اأ�شتاذ الفيزياء العالم

الي�شاندرو فولتا حيث عزى ظهور الكهرباء اإلى المعدنين المختلفين ، وا�شتطاع فولتا بعد ذلك اأن ي�شنع

بطاري���ة م���ن هذا النوع �شميت هذه الخاليا با�شم اأول من اكت�شف تلك الظاهرة وهو العالم جلفاني .

�شكل ) 5-9 (

279كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

وعرفن���ا اأن تفاع���الت الأك�شدة والخت���زال ي�شاحبها انتق���ال الكترونات خالل التفاع���ل ، ففي التفاعل

ال�شاب���ق تنتق���ل الإلكترونات من الخار�شين اإلى اأيونات النحا�ض)II( خ���الل تفاعل اأك�شدة واختزال ) حيث

يتاأك�ش���د الخار�شين اإلى اأيونات الخار�شين )II( وتختزل اأيون���ات النحا�ض)II( اإلى ذرات النحا�ض ( ومن

الناحي���ة النظري���ة نتوقع اأن يكون لكل تفاعل اأك�شدة واخت���زال اأثر كهربائي ولكن هذا الأثر ل يت�شح في كثير

من الأحيان، ولنفهم ذلك نقوم بالن�شاط الآتي

)9 -1( اأثر التيار الكهربائي في تفاعل اأك�سدة واختزال.

المواد الأدوات المطلوبة :

�سفيحة من الخار�سين - محلول

كبريتات النحا�ض الثنائي تركيزه

) 1 مولر ( - كاأ�ض زجاجي) �سعة

250 ملل (

�شكل ) 6-9 (

..................................................

4- ماذا تالحظ على لون المحلول ؟

5- ه���ل يظه���ر اأث���ر للتي���ار الكهربائ���ي نتيج���ة لنتق���ال

الإلكترونات ؟ و�شح اإجابتك .

الخطوات : -

1- �شع محلول كبريتات النحا�ض II في كاأ�ض ليمالأ ثلثيه.

2- اغم�ض فيه �شفيحة الخار�شين .

3- ماذا يحدث ل�شفيحة الخار�شين ؟

..................................................

.................................................

.................................................

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

280كيمياء )2(

ف���ي الن�شاط ال�شابق نجد حدوث انتقال لالإلكترونات ، ونظرا لتالم�ض المادتين فاإن حدوث التفاعل يتم

مبا�ش���رة دون اإتاحة الفر�ش���ة للكهرباء اأن تظهر واإنما يظهر اأثرها في �شورة طاق���ة حرارية ن�شعر بها اأثناء

ح���دوث التفاعل ، ولكي نح�شل على التي���ار الكهربائي وجب علينا اأن نفكر باإجراء التفاعل بطريقة ليحدث

فيها اإهدار للطاقة الكهربائية في �شورة حرارة ناتجة عند تالم�ض المواد المتفاعلة مع بع�شها . فهل يمكنك

اأن تقترح طريقة لذلك ؟

حاول العالم ) دانيال ( البحث في الأثر الكهربائي للتفاعل الكيمائي موا�شلة لمالحظات العالم جلفاني

ف�شمم جهازا ) خلية ( لدرا�شة التفاعل في الن�شاط ال�شابق ، وقام باإجرائه ب�شورة لت�شمح بتالم�ض المواد

المتفاعلة و�شوف نقوم بت�شميم تجربة دانيال خالل الن�شاط التالي :

) 9 - 2( الخلية الجلفانية

المواد الأدوات المطلوبة :

كاأ�شين زجاجتين ) �شعة 250مللتر(

II النحا����ض كبريت���ات محل���ول -

كبريت���ات محل���ول - ) ام���ولر (

الخار�شي���ن ) ا م���ولر ( - اأ�ش���الك

فولتامت���ر - �شفيحتي���ن - تو�شي���ل

اإحداهم���ا نحا�ض والأخرى خار�شين

- اأنب���وب زجاج���ي عل���ى �شكل حرف

كلوري���د م���ن م�شب���ع محل���ول - U

ال�شوديوم - قطن .

خطوات التجربة :

�ش���ع محلول كبريتات النحا�ض II في اأحد الكاأ�شين -1

واغم�ض فيه �شفيحة النحا�ض .

2- �شع محلول كبريت���ات الخار�شين في الكاأ�ض الآخر

واغم�ض فيه �شفيحة الخار�شين .

بمحلول U ام���الأ الأنب���وب الذي عل���ى �شكل ح���رف -3

كلوريد ال�شوديوم و�شد طرفيه بالقطن

4- ركب الجهاز كما هو في ال�شكل اأغلق الدائرة الكهربية

راقب ما يحدث لموؤ�شر جهاز الفولتامتر وحدد اتجاه . -

- ار�شم �شهما يمثل اتجاه حركة الإلكترونات من اأحد

ال�شفيحتي���ن اإل���ى الأخ���رى على ال�ش���كل المقابل .

281كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

يتبي���ن م���ن الن�شاط ال�شابق انه عند اإغالق الدائرة الكهربائية يتح���رك موؤ�شر الفولتاميتر مما يدل على

م���رور تي���ار كهربائي ، وي�شير اتجاه تح���رك الموؤ�شر اإلى اأن الألكترونات ت�شري م���ن �شفيحة الخار�شين اإلى

�شفيحة النحا�ض . وهذا يعني تولد تيار كهربي .فكيف تم ذلك ؟

لقد حدث تفاعل تاأك�شد واختزال بين الخار�شين واأيونات النحا�ض دون حدوث تما�ض مبا�شر بينهما حيث

جرى كل ن�شف تفاعل في كاأ�ض منف�شل عن الآخر فتاأك�شدت بع�ض ذرات الخار�شين) بفقدها الإلكترونات(

) الخار�شين �شفيحة تاآكل اإلى يوؤدي مما ( المحلول في Zn ++

وتحولت اإلى اأيونات

وانتقل���ت ه���ذه الإلكترونات الناتجة عند �شفيح���ة الخار�شين عبر �شلك التو�شي���ل اإلى �شفيحة النحا�ض

فاختزل���ت اأيونات النحا����ض في الكاأ�ض الآخر ) باكت�شابه���ا اإلكترونات ( اإل���ى ذرات متعادلة ) متر�شبة على

�شطح �شفيحة النحا�ض (

Zn)S( Zn+2 + 2e-

Cu+2 )ag( + 2e-

Cu)S(

قادمة من قطب الخار�شين

تنحل في المحلول

تتجة اإلى ال�شلك

قادمة من ال�شلك

قادمة من المحلول

تتر�شب على قطب النحا�ض

ن�شف تفاعل الختزال

ن�شف تفاعل الأك�شدة

�شكل ) 9 -7(

خلية نحا�ض / خار�شين

6- ارفع الأنبوب الذي ي�شل المحلولين معا .

هل ي�شتمر �شريان التيار الكهربائي ؟ �شجل مالحظاتك

.............................................................

اكتب ن�شفي التفاعل في الكاأ�شين ، والتفاعل الكلي للخلية .

..........................................................

..........................................................

..........................................................

فولتميتر

ج�شر ملحي

م�شعدمهبط

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

282كيمياء )2(

ولم���ا كان ع���دد الإلكترونات المفق���ودة والمكت�شبة في ن�شفي التفاعل مت�شاويا فاإن���ه يمكن كتابة معادلة

التفاعل الكلي الحا�شل في الخلية بجمع ن�شفي التفاعل

Zn)s( + Cu ++

)aq( Zn ++

)aq( + Cu)s(

وت�شم���ى كل م���ن �شفيحتي الخار�شي���ن والنحا�ض في الخلي���ة الجلفانية ) قطبا ( وي�شم���ى القطب الذي

تح���دث عن���ده عملية الأك�شدة الم�شعد ) الآنود Anode ( ، اأما القطب الذي تحدث عنده عملية الختزال

في�شم���ي المهبط ) كاثود Cathode ( ، ويكت�شب الم�شعد في الخلية الجلفانية �شحنة �شالبة نتيجة تجمع

الإلكترونات �شالبة ال�شحنة عليه ، اأما المهبط ف�شحنته موجبة لأنه القطب الذي ت�شري منه الإلكترونات .

Cu مع ا�شتمرار التفاعل ؟++

Zn و ++

ما الذى يحدث لتركيز اأيونات

Cu نتيجة اختزاله���ا وتحولها اإلى ذرات ++

اإن م���ا نالحظ���ه با�شتم���رار التفاعل هو نق����ض تركيز اأيون���ات

Zn نتيج���ة لتاأك�شد ذرات الخار�شين وتحولها اإلى اأيونات ++

نحا����ض وزيادة في تركيز اأيونات الخار�شين

Zn وهذا ي�شبب اختالل في التوازن الكهربائي في الخلية .++

خار�شين

فكيف تتم المحافظة على التوازن الكهربائي في الخلية ؟

ي�شم���ي الأنب���وب الذي على �ش���كل حرف U بالقنط���رة الملحية

Salt bridge وتعم���ل القنطرة على اإغ���الق الدائرة الكهربائية

واإزالتها يوؤدي اإلى توقف �شريان التيار لكهربائي وتحتوي القنطرة

عل���ى محلول م�شبع لملح متاأين ) مثل كلوريد ال�شوديوم( ي�شمح

بالتما�ض الكهربائي بين اأيوناتها واأيونات محلول الخلية مما يجعل

الدائرة الكهربائية تكتمل . كما اأن لها دورا بارزا في الحفاظ على

توازن الأيونات في وعاء ) ن�شفي ( الخلية حيث ت�شمح لالأيونات الموجبة وال�شالبة لالنتقال اإلى الوعاء

ال���ذي يختل فيه ات���زان ال�شحنات خالل التفاعل فعندما يختل الت���وازن الكهربائي في كل من ن�شفي الخلية

Cu اأثناء التفاعل تتحرك اأيونات ++

Zn ونق�ض تركي���ز ++

ال�شابق���ة ) خلي���ة دانيال ( نتيجة لزيادة تركيز

Zn الزائدة ++

Cl الموج���ودة ف���ي القنطرة الملحي���ة باتجاه ن�شف خلي���ة الخار�شين لكي تعادل اأيون���ات -

�شكل)9 -8(

خلية خار�شين / نحا�ض

CuSo4ZnSo4)محلول()محلول(

قنطرة ملحية م�شعد -مهبط +

فولتميتر

�شدادة

قطن

283كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

SO4 الزائدة في ن�شف خلي���ة النحا�ض باإتجاة القنط���رة الملحية لتتعادل -2

فيه���ا ولذل���ك تتحرك اأيون���ات

+Na القادم���ة منها ، وبهذا تحافظ الخلية على توازنه���ا الكهربائي . ويمكن تمثيل الخلية

م���ع بع�ض اأيونات

ال�شابقة بالرمز ال�شطالحي الآتي :

Zn)s( / Zn+2)aq( )1M( // Cu+2

)aq( )1M( / Cu)s(

حيث يمثل الخط الراأ�شي المفرد )/ ( الحدود الفا�شلة بين الأ�شناف اأو حالتي تاأك�شد العن�شر اأما الخطان

الراأ�شي���ان )// ( فيمث���الن القنطرة الملحية والرق���م المكتوب بين الأقوا�ض بعد كل ن���وع مبا�شرة يدل على

تركيز الأيونات في المحلول ، كما يكتب ن�شف الخلية الذي يمثل الم�شعد اإلى الي�شار ، والذي يمثل المهبط

اإلى اليمين .

1- تمثل المعادلة النهائية التفاعل الحادث في اإحدى الخاليا الجلفانية

Zn)s( + 2Ag)aq( 2Ag)s( + Zn+2)aq(

اأ - اكتب معادلة ن�سفي التفاعل عند كل قطب

..................................................................................................

..................................................................................................

ب- ار�ســـم الخلية ال�ســـابقة مو�سحا على الر�سم �ســـحنة الأقطاب واتجاه حركة الإلكترونات

في الدائرة الخارجية واتجاه حركة الأيونات ال�سالبة عبر القنطرة الملحية .

جـ- حدد الم�سعد والمهبط في الخلية .

د – ماذا يحدث بمرور الزمن بعد ت�سغيل الخلية ال�سابقة لكل من قطب الخار�سين, قطب

الف�سة , اأيونات الف�سة , اأيونات الخار�سين ؟

..................................................................................................

..................................................................................................

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

284كيمياء )2(

الجهد القيا�سي للخلية )القوة الدافعة المحركة ( الكهربائية

E0 Standard Potential Cell

اإن التي���ار الكهربائ���ي الذي يتم الح�ش���ول عليه من اأي خلية جلفانية ، ما ه���و اإل نتيجة دفع الإلكترونات

من القطب الذي تحدث عنده عملية الأك�شدة ) الم�شعد ( عبر الدائرة الخارجية اإلى القطب الذي تحدث

عنده عملية الختزال ) المهبط(ويطلق على القوة التي ت�شبب حركة الإلكترونات في �شلك التو�شيل المعدني

بالقوة الدافعة ) المحركة(الكهربائية . وتقا�ض بوحدة الفولت وي�شتخدم لقيا�شها جهاز الفولتمتر .

وت�شم���ى القوة الدافع���ة الكهربائية التي ي�شجله���ا الفولتميتر بين قطبي خلية جلفاني���ة جهد تلك الخلية

Cell Potential وتتاأث���ر قيمته بتركيز الأيونات ودرجة الحرارة و�شغوط الغازات الم�شتركة في التفاعل ) اإن وجدت ( وحتى ي�شهل اإجراء مقارنة بين جهد الخاليا الجلفانية المختلفة فقد اتفق العلماء على اختيار

ظ���روف موحدة تعرف بالظروف القيا�شية وهي تركيز 1مول /لتر ) 1 مولر ( لالأيونات و�شغط جوي واحد

للغ���ازات ، ودرجة حرارة 25˚م وي�شمى جهد الخلية المقا�ض ف���ي هذه الظروف جهد الخلية القيا�شي وي�شار

E0له بالرمز

2- الرمز ال�سطالحي التالي يمثل خلية جلفانية

اأ - و�سح اتجاه �سريان الإلكترونات في الدائرة الخارجية .

اكتب معادلة ن�سفي التفاعل.

ب - اكتب معادلة التفاعل الكلي للخلية .

Mg)s( / Mg+2)aq( )1M( // Al+3

)aq( )1M( / Al)s(

...............................................................................................

...............................................................................................

...............................................................................................

...............................................................................................

...............................................................................................

...............................................................................................

285كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ويعرف جهد الخلية القيا�سي باأنة مقيا�ض لقدرة الخلية على اإنتاج تيار كهربائي , ويمثل في واقع

الأم���ر قابلية تفاعل الأك�شدة والختزال للحدوث . فكلما زاد ميل ن�شفي تفاعل الأك�شدة والختزال للحدوث

E0 ( للخلية الجلفانية اأكبر ، وبذلك فاإن لكل خلية جلفانية جهد قيا�شي يختلف عن الخلية الأخرى كانت قيمة)

، وت�شمي قابلية مواد الأقطاب لعملية الأك�شدة والختزال ) اأي قابلية مادة الم�شعد لالأك�شدة اأو قابلية مادة

Potential Electrode Standard المهبط لالختزال ( عند الظروف القيا�شية بجهد القطب القيا�شي

: Potential Electrode Standard جهد القطب القيا�سي

عرفنا �شابقا اأن جهاز الفولتامتر المت�شل بين قطبي الخلية الجلفانية يو�شح قيمة مميزة لجهد هذه الخلية،

ولكن ما هو من�شاأ جهد الخلية الجلفانية ؟

لالإجابة على هذا ال�شوؤال �شن�شتعمل خلية خار�شين/ نحا�ض ) خلية دانيال ( ال�شابقة ففي هذه الخلية يوجد

Cu حول القطب ++

Zn ح���ول اأحد الأقطاب ومحل���ول يحتوي على اأيون���ات ++

محل���ول يحت���وي على اأيونات

الآخر ولكل من هذه الأيونات ميال معينا لكت�شاب الكترونات ) اأي ميل لالختزال ( ويعرف هذا الميل بجهد

الختزال Reducton Potential وبذلك يكون هناك ن�شفا تفاعل يتناف�شان على الحدوث

Zn++

+ 2e- Zn)s(

Cu ++

)aq(

+ 2e- Cu )s(

وكلم���ا زاد مي���ل الأيون الموجب لكت�ش���اب الإلكترون���ات زادت قيمة جهد الختزال ل���ه ، وكما عرفت اأن

الإلكترون���ات ف���ي هذه الخلية تنتقل من قطب الخار�شين اإلى قط���ب النحا�ض هذا النتقال يدل على اأن جهد

Zn الختزال لأيونات النحا�ض اأكبر من جهد الختزال لأيونات الخار�شين لذلك تتاأك�شد ذرات الخار�شين

. Cu++

وتختزل اأيونات النحا�ض

والجه���د المقا����ض لأي خلية يمثل الفرق في مي���ول الأيونيين لي�شبحا مختزلي���ن وي�شاوي جهد الختزال

للمادة التي تختزل مطروحا منه جهد الختزال للمادة التي تتاأك�شد اأي اأن

E0 = جهد الختزال القيا�شي لقطب الختزال – جهد الختزال القيا�شي لقطب الأك�شدة جهد الخلية القيا�شي

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

286كيمياء )2(

وبالن�شبة للخلية ال�شابقة ) خلية دانيال ( نجد اأن جهد الخلية القيا�شي

E0= جهد الختزال القيا�شي للنحا�ض – جهد الختزال القيا�شي للخار�شين

وبم���ا اأن عملية الختزال عك�ض عملية الأك�شدة فاإن جهد الأك�شدة ي�شاوي جهد الختزال عدديا ويخالفه

ف���ي الإ�شارة فمث���ال اإذا كان جهد الختزال لقطب ما ي�شاوي )+0.75 فولت( ف���اإن جهد الأك�شدة له ي�شاوي

)-0.75فولت ( ومن الناحية العملية فاإنه يمكن فقط قيا�ض الجهود الكلية للخاليا وهذا يعني اأننا ن�شتطيع

فق���ط الح�ش���ول على الفروق بين جهودالخت���زال لأي ن�شفي تفاعل وبعد ذلك يبرز الت�ش���اوؤل التالي : كيف

يمكننا الح�شول على جهد الختزال لقطب ما بمفرده ؟ اإن قيا�ض جهد الختزال لقطب ما منفردا غير ممكن

من الناحية العملية اإل اإذا اقترن مع قطب اآخر له جهد معلوم ) قطب مرجع Refernce Electrode( وعن

طريق قيا�ض الفرق في الجهد بين القطبين ن�شتطيع ح�شاب جهد القطب المجهول . فما هو القطب المرجع

الذي اتخذ اأ�شا�شا للمقارنة ؟

ف���ي الحقيق���ة هن���اك كثير م���ن الأقطاب الت���ي يمكن اأن تك���ون مرجعي���ة ، ولكن اتف���ق عالميا عل���ى اختيار

اأح���د ه���ذه الأقط���اب لقيا����ض جه���ود الأقط���اب الأخ���رى بالن�شب���ة ل���ه وه���و قط���ب الهيدروجي���ن القيا�شي

Standand Hydrogen Electrode وقد ا�شطلح الكيمائيون على اعتبار جهد ) �شفرا ( في الظروف

القيا�شية

قطب الهيدروجين القيا�سي

م���ن البديه���ي اأن���ه ليمك���ن ا�شتخدام �ش���اق م���ن الهيدروجين

عل���ى تحت���وي خلي���ة م���ن الهيدروجي���ن قط���ب يتك���ون ولذل���ك

المج���زاأ الأ�ش���ود المر�ش���ب بالبالتي���ن مغل���ف بالتي���ن قط���ب

اأيون���ات عل���ى يحت���وي محل���ول ف���ي ومغم���ور دقيق���ا تجزيئ���ا

في���ه H +

اأيون���ات تركي���ز ) حم�ش���ي محل���ول ( الهيدروجي���ن

1 مولر ويمرر فوقه ب�شورة م�شتمرة تيار من غاز الهيدروجين تحت

�شغط جوي واحد وعند درجة حرارة 25˚م واعتبر جهد هذا القطب

)جهد التاأك�شد اأو جهد الختزال ( تحت هذه الظروف ي�شاوي �شفرا .

�شكل ) 9 - 9( قطب

الهيدروجين

�ض : ما الذي يحدث عند اقتران قطب الهيدروجين القيا�سي مع قطب اآخر في خلية جلفانية ؟

1M HCL

H2 gas1 atm

pt black

287كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

عندم���ا يتم اقت���ران قطب الهيدروجين م���ع ن�شف خلية جلفاني���ة يمكن اأن يتعر�ض قط���ب الهيدروجين

لالأك�شدة اأو الختزال تبعا لجهد الختزال في ن�شف الخلية الآخر ، فاإذا كان جهد الختزال للقطب الموجود

في ن�شف الخلية الآخر اأكبر من الجهد القيا�شي لقطب الهيدروجين فاإن قطب الهيدروجين يتاأك�شد ويكون

ن�شف التفاعل كما يلي :

H2)g( 2H+

)aq( +2e-

ويمكن تمثيله بالرمز ال�شطالحي الآتي :

Pt / H2 ) 1atm( / H+

)aq( )1M (

اأم���ا اإذا كان جهد الخت���زال للقطب الموجود في ن�شف الخلية الآخر اأقل م���ن الجهد القيا�شي للهيدروجين

فاإن قطب الهيدروجين يختزل ويكون ن�شف التفاعل كما يلي :

2H+

)aq( +2e- H2)g(

ويمكن تمثيله بالرمز ال�شطالحي الآتي :

H +)aq( )1M (/ Pt / H2 ) 1atm(

ولتو�شيح ذلك دعنا نقوم بالن�شاط الآتي :

) 9 - 3( خلية كهروكيميائية خار�سين / هيدروجين.

المواد الأدوات المطلوبة :

كوؤو����ض زجاجي���ة �شع���ة )250مللت���ر( ، محلول كبريت���ات النحا����ض II ) ا مولر ( محل���ول كبريتات

الخار�شين )ا مولر( ، اأ�شالك تو�شيل ، فولتامتر ، �شفيحتين اإحداهما نحا�ض والأخرى خار�شين،

قنطرة ملحية ، قطب الهيدروجين .

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

288كيمياء )2(

E0عند و�شل قطب الهيدروجين القيا�شي مع ن�شف خلية خار�شين وجد عمليا اأن جهد الخلية القيا�شي

ال���ذي ي�شجله الفولتميتر ي�شاوي 0.76 فولت وبما اأن الجه���د القيا�شي لقطب الهيدروجين ي�شاوي �شفر فاإن

ما ي�شجله الفولتمير يمثل جهد الختزال القيا�شي لقطب الخار�شين ، ولعلك لحظت من خالل الن�شاط اأن

الإلكترون���ات تنتق���ل من قطب الخار�شين ) الم�شعد ( اإلى قطب الهيدروجين ) لمهبط ( وهذا يدل على اأن

+H وتتاأك�شد

+ H اأكبر من جهد الختزال لأيونات الخار�شين لذلك تختزل اأيونات

جه���د الختزال لأيون���ات

ذرات الخار�شين Zn اإذن

3-اكتب ن�شفي التفاعل والتفاعل الكلي

..................................................................................................

..................................................................................................

4- كون خلية كهر وكيميائية هيدروجين / نحا�ض كما تعلمت �شابقا .

5- راقب ما يحدث لموؤ�شر جهاز الفولتامتر وحدد اتجاه .

6- اكتب ن�شفي التفاعل والتفاعل الكلي

..................................................................................................

..................................................................................................

7- ماذا تالحظ على اتجاه موؤ�شر الفولتميتر في الخليتين ؟ حاول اأن تف�شر ال�شبب .

..................................................................................................

..................................................................................................

خطوات التجربة :

1-كون خلية كهر وكيميائية خار�شين / هيدروجين كما تعلمت �شابقا .

2-راقب ما يحدث لموؤ�شر الفولتميتر و�شجل قراءته ، وحدد اتجاه التيار .

..................................................................................................

..................................................................................................

289كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

E0= جهد الختزال للهيدروجين – جهد الختزال للخار�شينجهد الخلية القيا�شي

0.76 = �شفر - جهد الختزال للخار�شين

اإذن جهد الختزال للخار�شين = -0.76 فولت

الذي ي�شجله E0

اأم���ا عن���د و�شل قطب الهيدروجين مع ن�ش���ف خلية النحا�ض فاإن جهد الخلي���ة القيا�شي

الفولتميت���ر ي�ش���اوي 0.34فول���ت . واأن الإلكترون���ات تنتقل من قط���ب الهيدروجين ) الم�شع���د ( اإلى قطب

Cu اأكب���ر من جهد الختزال +2

النحا����ض ) المهب���ط( وهذا ي���دل على اأن جهد الخت���زال لأيونات النحا�ض

Cu اإلى ذرات نحا�ض وتتاأك�شد جزئيات غاز الهيدروجين اإذن +2

+H لذلك تختزل اأيونات النحا�ض

لأيونات

جهدالخلية القيا�شي

E0= جهد الختزال للنحا�ض – جهد الختزال للهيدروجين

0.34 = جهد الختزال للنحا�ض - �شفر

اإذن جهد الختزال للنحا�ض = +0.34 فولت

Electro chemical Series : ال�سل�سلة الكهروكيميائية

ق���ام الكيمائي���ون بقيا�ض الجهود القيا�شي���ة لالأقطاب المختلفة ن�شبة اإلى قط���ب الهيدروجين القيا�شي ،

لك���ي ت�شه���ل مقارنة اأن�شاف التفاع���الت المختلفة من حيث الجهد ، اتفق التح���اد العالمي للكيمياء البحتة

التطبيقي���ة IUPAC على اأن نكتب اأن�ش���اف التفاعالت جميعها كعمليات اختزال وترت���ب ترتيبا ت�شاعديا

وفقا لجهود الختزال في جدول خا�ض يعرف بال�شل�شلة الكهروكيميائية

من خالل م�شادر المعلومات المتوفرة لديك ، اكتب تقريرا عن اأقطاب مرجعية اأخرى غير قطب

الهيدروجين ثم قارن بينها وبين قطب الهيدروجين ) من حيث المزايا والعيوب (

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

290كيمياء )2(

E0 فولت

3.05-

2.93-

2.87-

2.71-

2.37-

1.66-

1.18-

0.76-

0.74-

0.44-

0.40-

0.25-

0.14-

0.13-

�شفر

0.34+

0.53+

0.77+

0.80+

0.85+

1.06+

1.33+

1.36+

1.51+

2.87+

ن�شف التفاعل

Li+

)aq( + e - Li

)s(

K+

)aq( + e - K

)s(

Ca+2)aq(

+ 2e Ca)s(

Na+

)aq( + e-

Na)s(

Mg+2)aq(

+ 2e Mg)s(

Al+3)aq(

+3e Al)s(

Mn+2)aq(

+ 2e-

Mn)s(

Zn+2)aq(

+2e-

Zn)s(

Cr+3)aq(

+3e-

Cr)s(

Fe+2)aq(

+2e-

Fe)s(

Cd+2)aq(

+2e-

Cd)s(

Ni+2)aq(

+2e-

Ni)s(

Sn+2)aq(

+2e-

Sn)s(

Pb+2)aq(

+2e-

Pb)s(

2H+

)aq( +2e-

H2)g(

Cu+2)aq(

+2e-

Cu)s(

I2)s(

+2e-

2I-

)aq(

Fe+3)aq(

+3e-

Fe+2)aq(

Ag+

)aq( +e-

Ag)s(

Hg+2)aq(

+2e Hg)l(

Br2)l( +2e-

2Br-)aq(

Cr2O7 -2

)aq( +6e-

+14H+

)aq( 2Cr+3

)aq( +7H2O

)l(

Cl2)g( +2e-

2Cl-)aq(

MnO4-

)aq( +5e-

+8H+

)aq( Mn+2

)aq( +4H2O

F2)g( +2e-

2F-

)aq(

جدول ) 9-1 ( جهود الختزال بع�ض العنا�شر

ل ز

ختم

الل

معا

الة

وق

ةد

ياز

د �ش

كوؤم

الل

معا

الة

وق

ةد

ياز

291كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

من خالل النظر في ال�شل�شلة الكهروكيميائية نالحظ : -

-1 يتف���ق ه���ذا الترتيب مع الن�شاط الكيميائي للم���واد اأي قدرتها على ك�شب الإلكترون���ات وفقدها فاأن�شاف

التفاع���الت الموج���ودة في اأعل���ى ال�شل�شلة ذات جهد اخت���زال �شغير ، بينما الموج���ودة اأ�شفله ذات جهد

اختزال كبير واأن جهد اختزال الهيدروجين يتو�شط ال�شل�شلة .

-2 الم���واد الأق���وى اختزال من الهيدروجين يعطي جهدها اإ�ش���ارة �شالبة مثل الخار�شين ) 0.76- فولت (

اأما التي اختزالها اأقل من الهيدروجين يعطي جهدها اإ�شارة موجبة مثل النحا�ض ) + 0.34 فولت (

الحل :

وم���ن خالل معادلة التفاع���ل نالحظ اأن قطب الختزال هو الف�ش���ة بينما قطب الأك�شدة هو

الخار�شين

E0 = جهد الختزال للف�شة– جهد الختزال للخار�شينالجهد القيا�شي للخلية

= + 0.8 - )-0.76( = + 0.8 + 0.76= 1.56 فولت

E0( الآتية بالرجوع اإلى ال�سل�سلة الكهروكيميائية اح�سب الجهد القيا�سي للخلية)

بالرجوع اإلى ال�سل�سلة الكهروكيميائية نجد اأن الجهود القيا�سية لالأقطاب كما يلي

E0 للف�سة = + 0.8 فولتE0 للخار�سين = -0.76 فولت ,

Zn)s( + 2Ag+)aq( Zn+2

)aq( + 2Ag)s(

فـــوائــد ال�سل�سلة الكهروكيميائية :

E0 هما : - 1 – ح�ساب جهد الخلية القيا�سي

لها و�شنتعرف على E0

تمك���ن معرفة جهود الخت���زال القيا�شية لقطبي الخلية من ح�شاب الجه���د القيا�شي

هما : E0

طريقتين لح�شاب الجهد القيا�شي

اأ – با�شتخدام العالقة الريا�شية الآتية

E0= جهد الختزال القيا�شي ) لقطب الختزال ( – جهد الختزال القيا�شي الجهد القيا�شي للخلية

)لقطب الأك�شدة (.

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

292كيمياء )2(

ب – ع���ن طريق الجمع الجب���ري لن�شفي التفاعل والجهود المرافقة لها هن���اك بع�ض المالحظات لبد من

مراعاته���ا عن���د تطبيق هذه الطريقة وهي عن���د كتابة ن�شف تفاعل ما على �شكل ن�ش���ف تفاعل اأك�شدة بدل

E0 للقطب لآن جهد الأك�شدة ي�شاوي عدديا جهد من ن�شف تفاعل اختزال فاإنه لبد من عك�ض اإ�شارة جهد

الختزال ويخالفه في الإ�شارة .

E0 لن�شف التفاعل بالمعامل نف�شه عند �شرب ن�شف تفاعل بمعامل معين فال يترتب على ذلك �شرب قيمة

لأن جهود الختزال من الخوا�ض النوعية للمادة التي ل تعتمد على كمية المادة

E0 ( با�ستخدام طريقة الجمع الجبري اح�سب الجهد القيا�سي للخلية )

Zn)s( + 2Ag+)aq( Zn+2

)aq( + 2Ag )s(

بالرجوع اإلى ال�سل�سة الكهروكيميائية نجد اأن

Zn+2علما باأن :)aq( + 2e-

Zn )s(

Ag+ )aq( + e-

Ag )s( فولت = E00.8

-E00.76 = فولت

الحل :

+Ag تختزل اإلى Ag لذا يجب عك�ض

Zn واأيونات +2

يت�شح من المعادلة اأن Zn يتاأك�شد اإلى

E0ن�شف تفاعل الخار�شين لي�شبح ن�شف تفاعل اأك�شدة وفي نف�ض الوقت نف�شه عك�ض اإ�شارة

E0 Zn)s( Zn+2

)aq( + 2e-E0 = +0.76 فولت

ولم�ش���اواة ع���دد الإلكترونات المفقودة وع���دد الإلكترونات المكت�شبة لب���د من �شرب ن�شف

E0 في نف�ض المعامل تفاعل الف�شة في ) 2( ول يلزم �شرب :

2Ag+)aq( + 2e-

2Ag)s(

-1

E0 = 0.8 فولت 2-

والآن نجم���ع ن�شفي التفاعل)1(و )2( وفي الوقت نف�شه نجم���ع الجهود المرافقة لها فتح�شل على

Zn)s( + 2Ag+)aq( Zn+2

)aq( + 2Ag)s(

E0 للخلية = +0.76 + 0.8 = 1.56 فولت

293كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

E0 للخليـــة الجلفانية التي يحدث فيها التفاعـــل التالي بالرجوع 1- اح�ســـب الجهد القيا�ســـي

اإلى ال�سل�سلة الكهروكيميائية

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

لقطـــب مجهول )X( فـــي خلية �ســـكلت بالتفاعـــل التالي فكان E0

2- اح�ســـب الجهـــد القيا�ســـي

E0 0.276 فولتجهدها القيا�سي

X وبالرجوع اإلي ال�سل�سلة الكهروكيميائية حدد نوع القطب

2- مقارنة قوة العوامل الموؤك�سدة والمختزلة :

در�ش���ت �شابق���ا اأن المادة تكون عام���ال موؤك�شدا اإذا حدث لها اختزال في تفاع���ل كيميائي وتكون عامال

مختزل اإذا حدث لها اأك�شدة في تفاعل كيميائي لذا فاإن : -

• اأي م���ادة في ال�شل�شة الكهروكيميائية تكون عامال موؤك�ش���دا اإذا حدث لها اختزال في تفاعل كيميائي E0 تزداد من اأعلى اإل���ى اأ�شفل ال�شل�شل���ة ) اأي يزداد ميلها

وبم���ا اأن قي���م جه���ود الختزال القيا�شي���ة

لالخت���زال ( فه���ذا يعني اأن قوته���ا كعوامل اأك�شدة ت���زداد اأي�شا ولذلك يعد الفل���ور F2 اأقوى العوامل

Li( اأ�شعفها .+

الموؤك�شدة بينما اأيون الليثيوم )

2Cr+3)aq( +3Ni)s( 2Cr)s( +3Ni+3

)aq(

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

• واأي م���ادة في ال�شل�شة الكهروكيميائية تكون عام���ال مختزل اإذا حدث لها اأك�شدة في تفاعل كيميائي ولم���ا كان���ت المواد في اأ�شفل ال�شل�ش���ة الكهروكيميائية ي�شعب تاأك�شدها اأكثر م���ن تلك الموجودة في

Cd)s( + X+2)aq( Cd+2

)aq( +X)s(

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

294كيمياء )2(

)Li( اأعل���ى ال�شل�شة فه���ذا يعني اأن قوتها كعوامل مختزلة تقل من الأعلى اإل���ى الأ�شفل ولذلك يكون الليثيوم

–F اأ�شعفها

اأقوي العوامل المختزلة بينما اأيون الفلوريد

رتب المواد الآتية ت�شاعديا ح�شب قوتها كعوامل موؤك�شدة

Ag+

، Ni+2 ، Sn+2

( الخا�شة بكل

E0

بالرج���وع اإلى ال�شل�ش���ة الكهروكيميائية نكت���ب اأن�شاف التفاعالت وقي���م )

E = -0.25 فولت0

ن�شف تفاعل كما يلي

Ni+2)aq( + 2e-

Ni)s(

Sn+2)aq( + 2e-

Sn)s(

Ag+

)aq( + e-

Ag)s(

E زاد ميل المادة لالختزال اأي زادت قوتها كعامل 0

كلما زادت قيمة جهد الختزال القيا�شي

موؤك�شد وبذلك يكون ترتيبها ت�شاعديا كعوامل موؤك�شدة على النحو التالي

Ag+

، Sn+2 ، Ni+2

تزداد قوتها كعوامل موؤك�شدة

E للخلية الجلفانية التي يحدث فيها التفاعل التالي بالرجوع اإلى 0

1- اح�سب الجهد القيا�سي

+Liال�سل�سلة الكهروكيميائية

, Mn+2 , Al+3

....................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

295كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

3 - التنبوؤ بالتفاعالت :

يمك���ن التنبوؤ باإمكانية حدوث تفاعالت الأك�شدة والختزال ف���ي خلية ما في الظروف المعيارية عن طريق

E0 للخلية فاإذا كانت : ح�شاب الجهد القيا�شي

ما م�شدر الألم الذي ي�شعر به ال�شخ�ض عند و�شع رقاقة من الألومينيوم بين

اأ�شرا�شه المح�شوة ؟

�شكل )9-10 ( ح�شوه الأ�شنان

ي�شتخ���دم الأطب���اء لح�شوة الأ�شنان النخ���رة مادة تتكون

من محل���ول �شلب للق�شدير والف�شة ف���ي الزئبق وتوجد

Sn8Hg ، Ag3Sn هذه المادة في ث���الث �شور تقريبية

Ag2Hg3 ، وه���ذه ال�شور يمكن اأن تح���دث لها تفاعالت

E0 0.85 ف��ول��ت ، ك���ه��روكي��م��يائ�ي��ة جه�ود الختزال لها

-0.5 فولت -0.13 فولت على الترتيب ولما كان الألومينيوم

E0 = -1.66 فولت ( ف���اإن تالم�ض رقاقة عام���ال مخت���زل اأق���وى من اأي من مكونات المحل���ول )

الألوميني���وم بح�ش���وه الأ�شن���ان ولوجود اللعاب الذي يعم���ل كقنطرة ملحية ي���وؤدي اإلى تكوين خلية

جلفانية تولد تيارا كهربائيا �شغيرا ينتقل خالل الأع�شاب م�شبب الألم .

E0 للخلية باإ�ش���ارة موجبة دل ذلك على اإمكانية ح���دوث التفاعل تلقائيا كما هو القيا�شي الجه���د • قيم���ة

مكتوب) من الي�شار اإلى اليمين ( واأن الخلية تعطي كمية من التيار جهدها ي�شاوي تلك القيمة الموجبة .

للخلية باإ�ش���ارة �شالبة دل ذلك عل���ى اأن التفاعل ليحدث كم���ا تلقائيا ) اأي E0

القيا�ش���ي • قيم���ة الجه���د ليح���دث كم���ا هو مكتوب ( ب���ل يحتاج اإلى كمية من التي���ار الكهربائي الخارجي جهده���ا اأكبر من القيمة

العددية لجهد الخلية اأو يحد بعد عك�شه .

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

296كيمياء )2(

هل التفاعل الآتي يحدث ب�شورة تلقائية

Fe+3)aq( + Fe )s( 3Fe+2

)aq(

اأك�شدة

الحل :

بالرجوع E0

للتنبوؤ باإمكانية حدوث التفاعل ال�شابق ب�شورة تلقائية نح�شب الجهد القيا�شي

اإلى ال�شل�شة الكهروكيميائية

) Fe( جهد الختزال – )Fe+3E0 = جهد اختزال )

الجهد القيا�شي

= )+0.77( – ) -0.44 ( = +0.77 + 0.44 = +1.21 فولت

للتفاعل موجبة فاإن التفاعل يحدث تلقائيا في الظروف E0

وبم���ا اأن الإ�شارة الح�شابية لقيمة

المعيارية

Fe+2 ومن���ع تاأك�شده���ا بفع���ل اأك�شجين الجو وي�شتف���اد م���ن هذه النتيج���ة في حف���ظ محاليل

Fe+3 ع���ن طري���ق اإ�شاف���ة ب���رادة الحدي���د Fe اإل���ى المحل���ول اإذ يعم���ل عل���ى اخت���زال اإل���ى

. Fe+2اأيون���ات اإل���ى الجوي���ة ( ويحوله���ا الأك�ش���دة بفع���ل تتك���ون الت���ي ( Fe+3

اأيون���ات

+2 �شفر

3+ 2+

اختزال

297كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

العوامل الموؤثرة على جهد الخلية الجلفانية

من خالل التجارب وجد اأن جهد الخلية يعتمد على عدد من العوامل تتغير قيمتها بتغير اأي منها ، ومن

اأهم هذه العوامل ما يلي :

1- نوع مادة قطبي الخلية :

م���ن خ���الل مالحظتنا لجهود الأقطاب المختلفة نجد اختالفا بي���ن قيمها وهذا الختالف يرجع اإلى

اخالف الن�شاط الكيميائي ) قابلية الفقد والكت�شاب ( لمواد الأقطاب وحيث اأن ح�شاب جهد الخلية

يتم من قيم جهود اأقطابها فاإننا نتوقع اأن يتاأثر جهد الخلية بنوع مادة كل من القطبين المكونين لها.

Cl بوا�سطة البروم Br2 ح�سب التفاعل الآتي -هل يمكن تح�سير Cl2 باأك�سدة اأيونات

...................................................................................................

....................................................................................................

....................................................................................................

.....................................................................................................

2Cl-

)aq( + Br2)l( 2Br -

+ Cl2)g(

تم ت�سكيل خليتين جلفا نيتين تحت نف�ض الظروف ) ولتكن الظروف القيا�سية ( اح�سب الجهد

E

0القيا�سي

1 - Pb)aq( + Cu+2)aq( Pb+2

)aq( + Cu)s(

Cu+2 = + 0.34 فولت علما باأن /Cu E

0

, 0.13 - = Pb+2/Pb E

0

فولت

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

298كيمياء )2(

لعلك لحظت اأنه بالرغم من توحيد كافة الظروف للخليتين وتثبيت اأحد قطبي الخليتين اإل اأن قيمة

Eفي الخلية الأولى تختلف عن الثانية وهذا يرجع اإلى اخالف الن�ساط الكيميائي للقطب الآخر في الخلية 0

2 – تراكيز المحاليل :

در�ست �سابقا خلية خار�سين / نحا�ض ) خلية دانيال ( الممثلة بالتفاعل الآتي

Zn)s( + Cu+2)aq( Zn+2

)aq( + Cu)s(

E فولت , اأي اأن جهد 0حيـــث يتـــم فيهـــا التفاعل ب�ســـورة تلقائية وينتج عنـــة تيار كهربائي له جهـــد 1.1 =

الخليـــة يمكـــن اأن يتعامـــل معـــه كمـــا لو كان مـــادة ناتجـــة وعليه يمكـــن كتابة المعادلـــة ال�ســـابقة كما يلي

Zn)s( + Cu+2)aq( Zn+2

)aq( + Cu)s( + E0

ولكن , هل تبقى قيمة جهد الخلية ) 1.1 فولت ( ثابتة مع ا�ستمرار التفاعل ؟ ماذا نتوقع اأن يحدث لها؟

؟ Cu+2

Zn+2 و وهل هناك عالقة بين قيمة جهد الخلية واأيونات

فـــي الواقـــع اأن قيمـــة الجهد ) 1.1 فولت ( ل تبقي ثابتة اإل لوقت ق�ســـير , اإذا تبـــداأ في التناق�ض بمجرد

Zn+2 في التزايد اإلى اأن ن�ســـل اإلى ال�ســـفر عندما Cu+2 في التناق�ض واأيونات

اأن يبداأ تركيز اأيونات

. Cu+2يذوب جميع الخار�سين اأو عندما تن�سب اأيونات

ويمكن التو�سل اإلى النتيجة ال�سابقة بتطبيق مبداأ لو�ساتليية .

2 - Cu)s( / Cu+2)1M( // Au+3

)aq( )1M( / Au)s(

Au+3 = + 1.5 فولت علما باأن /Au E

0

Cu+2 = + 0.34 فولت , /Cu E

0

299كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

�شكل ) 9 - 12(

بطارية اأك�شيد الف�شة

( 9 - 10

�شكل ) 9 - 11(

بع�ض البطاريات الجافة

وم���ن الأمثلة على الخالي���ا الجلفانية خاليا الوقود التي

يتوق���ع اأن يك���ون له���ا دور هام ف���ي م�شتقب���ل الطاقة في

الع�شر الحا�شر .

وهن���اك بطاريات تق���وم باإنتاج التي���ار الكهربائي تعرف

بم�شادر التيار الم�شتمر ي�شتفاد منها في ت�شغيل الأجهزة

والمع���دات كالبطاريات الجافة التي ت�شتخدم في ت�شغيل

الرادي���و والم�شجل وبع����ض الآلت الحا�شب���ة الم�شابيح

اليدوية وغيرها .

بطاريات اأك�ســـيد الف�ســـة : تتميز ب�شغ���ر حجمها الذي

يتنا�ش���ب مع الأجه���زة الكهربائية ال�شغي���رة كال�شاعات

اأجهزة الت�شوي���ر اأفالم الليزر وهن���اك بطاريات اأخرى

�شائعة ال�شتخدام ت�شهم في ت�شهيل �شوؤون الحياة .

اأه���م التطبيق���ات الحياتي���ة للخاليا الجلفاني���ة بتقد العلم يوما بع���د يوم يزداد

اعتم���اد الإن�شان عل���ى م�شادر الطاق���ة وخ�شو�شا الكهرباء فكل م���ا لنا يعتمد

اعتماد كلي اأومبا�شر على الطاقة الكهربائية الم�شتخدمة في البطاريات .

1- مـــن الأمثلـــة على الخاليـــا الجلفانية البطاريات الجافة , ما �ســـبب تناق�ـــض الكهرباء الناتجة

عنها مع مرور الزمن ؟

2 - عندما ت�ســـتري البطاريات الجافة باأنواعها فاإنك تحر�ض على �ســـراء بطاريات حديثة ال�ســـنع

ما ال�سبب الذي يدفعك لذلك ؟

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

300كيمياء )2(

Electrolytic Cells ) ثانيا : خاليا التحليل الكهربي ) الإلكتروليتية

لديك التفاعل الآتي

2H+)aq( + 2I-

)aq( H2)g( + I2)g(

لدرا�سة اإمكانية حدوث التفاعل ال�سابق تلقائيا ) كما هو مكتوب ( دعنا نقوم بالن�ساط التالي :

وهـــب اهلل عـــز وجل الإن�ســـان قدرة على التفكيـــر والإبداع لالإنتاج الإيجابـــي المثمر المفيد له

في �ســـهيل اأمور حياته مثل �ســـائل النقل اكتب مقال تتناول فيه بطاريات ال�ســـيارات ) المركم

الر�سا�سي ( وكيفية عملها .

فـــي بع�ـــض مـــدن المملكـــة العربية ال�ســـعودية م�ســـانع ت�ســـتخدم التطبيـــق ال�ســـناعي للخاليا

الكهروكيميائية ح�سب ما يتوفر في منطقتك قم بزيارة لأحد هذه الم�سانع , ثم اكتب تقررا

عن كيفية ا�ستخدامها وتطبيقاتها مدعما ذلك بال�سور .

) 9-4 ( خلية تحليل كهربائي.

المواد الأدوات المطلوبة :

كا����ض �شعت���ه 250 مل���ل ، قطبان من

اأ�ش���الك ، الفح���م( ( الجرافي���ت

تو�شي���ل ، م�ش���در للتي���ار )بطاري���ة

جافة ( ، محلول يوديد الهيدروجين

خطوات التجربة :

1- �شع محلول يوديد الهيدروجين في الكاأ�ض

2- اغم�ض القطبين في المحلول

3- �ش���ل بي���ن القطبي���ن بالأ�ش���الك الخارجية م���رورا

بالفولتميتر

301كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

لعلك لحظت من الن�ساط اأن التفاعل في الخلية ال�سابقة ليتم ب�سورة تلقائية وهذا يعني اأن الإ�سارة

E0 للتفاعل ال�سابق E0 للخلية �ســـالبة وللتاأكد من ذلك نقوم بح�ســـاب قيمة

ال�ســـالبة للجهد القيا�ســـي

كما يلي من معادلة التفاعل يت�ســـح اأن اأيونات الهيدروجين تختزل واأيونات اليوديد تتاأك�ســـد وبالرجوع

اإلى ال�سل�سة الكهروكيميائية نجد اأن

= جهد قطب الهيدروجين – جهد قطب اليود = �سفر – ) +0.54 ( = -0.54 فولت E0

جهد الخلية

هذا يدل على اأن التفاعل ليحدث تلقائيا ) كما هو مكتوب ( ولكي يجري لبد من اإجباره على ذلك بامداده

بتيـــار كهربائـــي مقـــداره اأكبر مـــن 0.54 فولت وهذا ما يحدث بالفعل كما لحظنا في الن�ســـاط ال�ســـابق .

�شكل ) 9-14(خلية تحليل كهربائي

كيف حدث التفاعل في خلية التحليل الكهربائي ال�سابقة ؟

ال�ســـالب البطاريـــة قطـــب مـــن الإلكترونـــات ت�ســـري -1

اإلـــى قطـــب الكربون الـــذي ي�ســـكل المهبط فـــي الخلية

التحليليةوتكون �سحنته �سالبة.

- هل يتحرك موؤ�شر الفولتميتر ؟

�شكل ) 13-9(

خلية تحليل كهربائي

.............................................................

.............................................................

4- اربط مكان الفولتميتر بم�شدر للتيار الم�شتمر

)بطارية( - ماذا تالحظ ؟

- على ماذا يدل ذلك ؟

- على ماذا يدل ذلك ؟

.............................................................

.............................................................

+H = �سفر

)aq(/H2)g( E0 -I2 / I= +0.45 فولت ,

)aq( E0

+

-

+

+ -

Na

+

Cl

-

+

-

+++++

-----

-

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

302كيمياء )2(

3 – تنجـــذب اأيونـــات اليوديـــد فـــي المحلـــول اإلـــى قطب الكربـــون المت�ســـل بالقطب الموجـــب للبطارية

)الم�ســـعد وياأخـــذ الإ�ســـارة الموجبـــة ( فتفقـــد اإلكتروناتها ) تتاأك�ســـد (مكونة ذرات اليـــود التي تتحد

مكونة جزئيات اليود .

4 – ت�ســـري الإلكترونـــات من الم�ســـعد في الخلية التحليلية عبر ال�ســـلك الخارجـــي اإلى قطب البطارية

الموجب لتكتمل الدائرة وي�ستمر التفاعل حتى تفرغ طاقة البطارية اأو تنتهي اأيونات المحلول .

2I-)aq( I2)g( + 2e

2H+)aq( +2e-

H2)g(

2- تنجـــذب اأيونـــات الهيدروجيـــن فـــي المحلـــول اإلى قطـــب الكربون ال�ســـالب ) المهبط ( فتكت�ســـب منه

اإلكترونات )تختزل ( مكونة غاز الهيدروجين .

لخ�ض في الجدول التالي اأهم الفروقات بين الخلية الجلفانية وخلية التحليل الكهربائي .

الخلية الإلكتروليتيةالخلية الجلفانيةاأوجه المقارنة

303كيمياء )2(

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

اأهم التطبيقات الحياتية للخاليا التحليلية )تحليل كهربائي( : -

لقد بذل الكيميائيون محاولت كبيرة لال�شتفادة من المظهر الجميل لبع�ض المواد والح�شول

عل���ى �شفات متعددة مرغوب���ة ل يمنع �شكلها الظاهري من ا�شتخدامه���ا اأو المحافظة عليها ومن

ذلك طالء بع�ض الفلزات الرخي�شة كالنحا�ض والحديد بمعادن جميلة كالذهب والف�شة والكروم

خا�شة اأدوات الزينة، حيث يعد طالء الفلزات اأحد اأهم تطبيقات الخاليا التحليلية وتعتمد الفكرة

علىاإمكانية تر�شيب مادة فلزي���ة على اأخرى با�شتخدام التيار

الكهربائي لخلية قيا�شية في خلية تحليل كهربائي ويعرف هذا

الن���وع بطالء الفلزات اأو تلبي�ض المع���ادن اأو الطالء بالكهرباء

ومن فوائد الطالء الفلزي ما يلي

اأ – تجميل مظهر الأدوات المعدنية

ب- وقاية المواد من التاآكل

وتعتم���د فكرة الط���الء بالفلزات على تكون طبق���ة رقيقة ومن

فل���زات معينة في خلية ) تحلي���ل كهربائي(حيث يكون الج�شم

الم���راد طالئه ) الكاثود( وي�ش���كل فلز الطالء الأنود ويحوي الإلكترولي���ت كاتيونات فلز الطالء

والكاتيونات الفلزية ت�شبح ذرات على الكاثود وتكون طبقة �شطحية من الفلز النقي .

�شكل )15-9(

طالء ري�شة قلم بالذهب

) 9 - 5( طالء ملعقة من الحديد بفلز النحا�ض

الأدوات والمواد المطلوبة :

كاأ����ض �شعة 250ملل ، قطب نحا�ض ، ملعقة طعام، محل���ول مخفف من هيدروك�شيد ال�شوديوم ، ماء

مقطر، حمام مائي ، �شوف �شخري ) اأ�شالك حديدية ناعمة ( محلول يحوي اأيونات النحا�ض الثنائية .

الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية

ع �س

تال ا

ل�س

فلا

304كيمياء )2(

خطوات العمل :

1- نظف ملعقة الطعام في الحمام المائي ال�شاخن ثم في محلول حم�ض الكلور ال�شاخن

)50˚م( ثم نظفها جيدا بال�شوف ال�شخري .

2- كرر خطوة )1 ( مع هيدروك�شيد ال�شوديوم ثم الماء المقطر وجفف الملعقة جيدا .

3- �شع محلول اأيونات النحا�ض الثنائي في الكاأ�ض .

4- اأغم�ض الملعقة في الكاأ�ض من الجهة المقابلة لقطب النحا�ض ) دون اأن يتالم�شا ( و�شل

طرفه الأعلى ب�شلك .

5- �شل طرفي ال�شلكين بم�شدر التيار الكهربائي بحيث يرتبط قطب النحا�ض بالقطب الموجب

للبطارية بينما ترتبط الملعقة بالقطب ال�شالب لها .

6- راقب ما يحدث لفترة وجيزة .

تعمل التقنيه الكهربائية على تنقية الفلزات بوا�سطة التحليل الكهربي . اكتب مو�سوعا تتناول

فيه كيفية تنقية الفلزات من خاماتها مزودا بال�سور التو�سيحية .

اأ�صئلة الف�صل التا�صع

305

�ض1 : اح�سب عدد الأك�سدة لما يلي :

K2O2 ج� - الأك�شجين في Cr2O3 اأ – الكروم في

MnO4 د- المجنيز في HClO3 ب – الكلور في

Na2B4O7 ه� - البورون في K2UO4 و – البوتا�شيوم في

�ض2 : وازن التفاعالت التالية

1- Mg + NO3-

Mg +2 + N2 و�شط حم�شي

2- MnO4-

+ Fe+2 MnO2 + Fe+3

و�شط قاعدي

3- ClO-

+ Fe)OH(3 Cl- + FeO4 -2

و�شط قاعدي

4- MnO4-

+ Sn+2 + H+

Mn+2 + Sn+4

+H2O

�ض3 : ادر�ض جهود الختزال لأن�ساف التفاعالت الآتية واأجب عن الأ�سئلة :

-1 Fe+2)ag(+2e-

Fe)s( 0.44فولت -= E0

-2 Sn+2)ag(+2e-

Sn)s( 0.14 فولت-= E0

-3 Hg+2 + 2e-

Hg)l( 0.85 فولت + = E0

-4 Ag+

+ e-

Ag)s( 0.80 فولت+ =E0

اأ – حدد اأقو ى عامل موؤك�شد واأقوى عامل مختزل .

ب- الأيونات التي يمكن اأن تختزل بالحديد و التي تتاأك�شد بالف�شة .

�ض4 : و�ســـح المق�ســـود بكل مما يلي : ال�سل�ســـلة الكهروكيمائية , التحليل الكهربائي ,

المهبط , الم�سعد .

المراجع

القران الكريم

1- جي���رول ، اإيب�شتاين . )2001م ( الكيمي���اء العامة ) ملخ�شات �شوم ( . ترجمة : اأحمد اإ�شالم ،

الدار الدولية لالإ�شتثمارات الثقافية ، القاهرة ، م�شر

2- ب���رادى ، جم�ض . )1992م(. الكيمياء العامة والمبادئ والبنية .ترجمة: �شليمان �شع�شع ، مركز

الكتب ، عمان ، الأردن.

3- الخليلي ، فواز .)1997م( . الكيمياء العامة . دار ال�شياء للن�شر والتوزيع ، عمان ، الردن.

4- الخويطر ، �شليمان . )1425ه�( . الكيمياء العامة .دار الخريجى ، الريا�ض ، المملكة العربية ال�شعودية.

5- ديرانت ، ب.ج . )1939م( . الكيمياء العامة وغير الع�شوية . ترجمة: عزت خيري ، مطبعة عين

�شم�ض، القاهرة، م�شر

6- وزارة التربي���ة والتعلي���م . )1417ه����( . منه���ج المرحلة الثانوية لتعليم ) البن���ات – البنين ( .

الوكالة الم�شاعدة للتطوير التربوي . مطابع نجد ، الريا�ض ، المملكة العربية ال�شعودية.

7- �شينك���و ، مي�شيل . )1981م( . الكيمي���اء . ترجمة: ال�شيد ح�شن . دار المريخ للن�شر ، ا لريا�ض،

المملكة العربية ال�شعودية

8- الخطيب ، خير اهلل . )1998م( . المو�شوعة العلمية ال�شاملة . مكتبة لبنان نا�شرون ، بيروت ، لبنان .

9- فردريك لونجو. ) 1401ه� ( . الكيمياء العامة . مجمع اللغة العربية الردنى . الأردن

10- د. اإبراهيم الخطيب ، د. م�شطفى تركى .) 2000م ( . الكيمياء العامة . دار الم�شرة ، عمان ، الأردن

11 – د. اأحم���د ا�ش���الم ، د. م�شطف���ى عمارة . اأ�ش����ض الكيمياء العامة وغير الع�شوي���ة . دار الفكر

12- ديفيد اإ.غولدبرغ .)2001( . الكيمياء الجامعية . اأكاديميا اإنترنا�شيونال . بيروت . لبنان

13- ترجمة د. محمد دب�ض . ) 2002 ( معجم الكيمياء الم�شور. اأكاديميا اإنترنا�شزنال. بيروت . لبنان

14- د. محمد على خليفة . ) 1417ه� ( . كيمياء المجموعات الرئ�شية . مطابع جامعة الملك �شعود. الريا�ض

15- د. محم���د عم���اد ع�ش���ام الدين . ) 1424ه����( . الإبداع ف���ى تدري�ض العلوم. مكتب���ة المتنبي .

الدمام . المملكة العربية ال�شعودية

16- مكت���ب التربي���ة العربى لدول الخليج ) 1997م (. كيمياء ال�شف الحادي ع�شر ، الثاني ع�شر .

المركز العربي للبحوث التربوية لدول الخليج

17 – العوي����ض ،د. المعي���وف . )1995م ( . الكيمي���اء الكهربائية . دار الخريج���ى للتوزيع والن�شر.

الريا�ض . المملكة العربية ال�شعودية

18- د. مهدي الزكوم . )1986م ( . مقدمة في الكيمياء التحليلية والفيزيائية .

19 – د. اأحم���د اإ�ش���الم ، د. م�شطف���ى عمارة . )2005م ( . اأ�ش�ض الكيمي���اء الفيزيائية .دار الفكر

العربي . القاهرة . م�شر

20 – د. الخويط���ر . )1419ه���� ( . الحركي���ة الكيميائي���ة وميكانيكيات التفاع���الت .دار الخريجي

للن�شر والتوزيع .الريا�ض . المملكة العربية ال�شعودية

21- د. اأب���و المج���د ، د. فاطمة محم���د .)2005م ( . اأ�شا�شي���ات الكيمياء الفيزيائي���ة . دار الن�شر

للجامعات .القاهرة . م�شر .

22- د. الزام���ل ، الحجاجي ، الطمرة ، بان���ة . ) 1998م ( . الكيمياء التحليلية ) التحليل الحجمي

والوزني( . دار الخريجي للن�شر والتوزيع . الريا�ض . المملكة العربية ال�شعودية .

23- د. ن�شوان . )1984م ( . الكيمياء التحليلية . دار الفرقان .عمان . الأردن .

24- د . ن�شوان )1988م( . مقدمة في الكيمياء العامة . دار الفرقان .عمان . الأردن .

25- د. عبد الرزاق جعفر . )2002م ( . اأ�شا�شيات الكيمياء العامة . جهينة للن�شر والتوزيع . عمان . الأردن .

26- د. دي���اب ، د. خي���ر اهلل . )2000م ( . الكيمياء ) مو�شوعة الم�شاهدة العيانية ( . مكتبة لبنان

. بيروت . لبنان . ترجمة د. جورج قا�شي . )2002م ( . مو�شوعة لرو�ض ) الطاقة والمادة ( .

عويدات للن�شر والتوزيع .بيروت . لبنان .

27 – عدنان الخر�شان . ) 2003 م ( . المب�شط في الكيمياء . دار ومكتبة الهالل . بيروت . لبنان .

28 – العجلون���ي واآخ���رون ، بره���م واآخ���رون . ) 2005م ( . منه���ج المرحلة الثانوي���ة في الكيمياء

)ال�ش���ف العا�ش���ر ، عل���وم الأر�ض ، الفرع العلم���ي ( . وزارة التربية والتعلي���م المملكة الأردنية

الها�شمية . عمان . الأردن .

المراجع الأجنبية

1- Thomas ، Keith ، Salvatore . chemistry ) Holt ( . AHarcourt Education

company .

2- Henry ، Peter ، Dorothyl . prentice hall chemistry . prentice hall،Inc . New

jersey .

3- Kenneth، Raymond ، M. Larry . General chemistry . sanders college

publishing .