منهاج موهبة اإلضايف املتقدم

الكيميـاءكتاب الطالب

الصف األول الثانوي

6كيفية ا�ستعمال هذا الكتاب

7الوحدة الأوىل: طبيعية الكيمياء8نظرة عامة

9 تاريخ الكيمياء الن�شاط الأول10 تطوير مهارات البحث الن�شاط الثاين11 تطور الكيمياء احلديثة الن�شاط الثالث12 مواد ت�شنيع ال�شيارات الن�شاط الرابع

13 تق�شي املواد الن�شاط اخلام�س13 ت�شميم �شيارة الن�شاط ال�شاد�س

14 طبقة الأوزون الن�شاط ال�شابع15 تخطيط التق�شي الن�شاط الثامن16 تاأثري ال�شوء يف املادة القا�رصة للألوان الن�شاط التا�شع16 حتليل عينات مادة قا�رصة للألوان الن�شاط العا�رص

17 تف�شري النتائج الن�شاط احلادي ع�رص17 عملية ن�شوب طبقة الأوزون الن�شاط الثاين ع�رص19 التحليل الكهربائي ملحاليل �شائعة الن�شاط الثالث ع�رص20 التحليل الكهربائي لكربيتات النحا�س الن�شاط الرابع ع�رص

20 ت�شجيل الأدلة الن�شاط اخلام�س ع�رص21 تف�شري النتائج الن�شاط ال�شاد�س ع�رص

22 تاأثري احلرارة يف كربونات الكال�شيوم الن�شاط ال�شابع ع�رص23 ا�شتخل�س املعادن الن�شاط الثامن ع�رص24 حتليل غبار الف�شاء الن�شاط التا�شع ع�رص

25 جمع الأدلة الن�شاط الع�رصون25 الأفكار العلمية الن�شاط احلادي والع�رصون

27الوحدة الثانية: املادة – خ�سائ�سها وتغرياتها28نظرة عامة

29 جمع الأدلة الن�شاط الأول30 حتليل �شوائل اجل�شم الن�شاط الثاين31 تق�شي الغرويات الن�شاط الثالث33 ذوبان املذاب الن�شاط الرابع

34 ذائبية املواد املختلفة الن�شاط اخلام�س36 ف�شل املاء الن�شاط ال�شاد�س

36 ت�شجيل البيانات الن�شاط ال�شابع36 حتلية املاء الن�شاط الثامن37 تر�شيد ا�شتهلك املياه الن�شاط التا�شع

املحتويات

38الوحدة الثالثة: الرتكيب الذري39نظرة عامة

40 تق�شي الأ�شخا�س الن�شاط الأول41 اكت�شاف الن�شاط الإ�شعاعي الن�شاط الثاين41 م�رصوع مانهاتن الن�شاط الثالث43 م�رصوعات العلوم الكبرية وم�رصوعات العلوم ال�شغرية الن�شاط الرابع

44 تعريف النظام ال�شم�شي الن�شاط اخلام�س45 الألوان والذرات الن�شاط ال�شاد�س

45 الدليل الطيفي الن�شاط ال�شابع46 تاأين الهيدروجني الن�شاط الثامن47 مطياف الكتلة الن�شاط التا�شع48 فهم ال�شور الطيفية الن�شاط العا�رص

49 تف�شري ال�شور الطيفية الن�شاط احلادي ع�رص49 تو�شيع النطاق الن�شاط الثاين ع�رص50 ال�شتقرار الذري الن�شاط الثالث ع�رص51 التاأريخ الكربوين الن�شاط الرابع ع�رص

51 حتديد العمر بطريقة �شحيحة الن�شاط اخلام�س ع�رص53 كم يبلغ عمر الأحافري؟ الن�شاط ال�شاد�س ع�رص

54 النظائر والهيدروجني الن�شاط ال�شابع ع�رص55 اأبطال التليمارك الن�شاط الثامن ع�رص56 النظائر يف املخترب الن�شاط التا�شع ع�رص

58الوحدة الرابعة: اجلدول الدوري59نظرة عامة

60 الأمناط الدورية الن�شاط الأول61 طاقات التاأين الن�شاط الثاين62 الرتكيب الإلكرتوين للذرة الن�شاط الثالث63 عنا�رص املجموعة الأوىل الن�شاط الرابع

64 عنا�رص املجموعة ال�شابعة الن�شاط اخلام�س65 الهالوجينات يف املحاليل الن�شاط ال�شاد�س

66 اإحلل الهالوجينات الن�شاط ال�شابع67 ال�شوء وهاليدات الف�شة )I( الن�شاط الثامن68 العنا�رص النتقالية الن�شاط التا�شع69 متاآ�شلت الكربون الن�شاط العا�رص

69 عامل النانو الن�شاط احلادي ع�رص

72الوحدة اخلام�سة: الروابط الكيميائية73نظرة عامة

74 الرابطة الأيونية الن�شاط الأول75 الروابط الت�شاهمية الن�شاط الثاين76 اأ�شكال اجلزيئات الن�شاط الثالث77 القوى بني اجلزيئات الن�شاط الرابع

78 الرابطة الفلزية الن�شاط اخلام�س

6

الوحدة الأولىطبيعة الكيمياء

حـول هـذه الوحــدة

كم من ال�شهل ل�شخ�س ما اأن يعرف عند زيارة مدر�شتك، اأين يذهب بالتحديد، عند وجود خارطة اأو مخطط يبين مواقع الأماكن المختلفة ب�شمن المدر�شة. هل هناك اأي تعليمات لم�شاعدة الزوار؟

تدور هذه الوحدة حول عمل دليل لزيارة المدر�شة. �شوف تتعلم طرقا مختلفة باإعطاء وا�شتلم التعليمات.

8

الأهداف التعلمية للوحدةالبحث والمقارنة بين الكيمياء بالعهود القديمة والحديثة. ا�شتك�شاف خ�شائ�س وا�شتعمالت المواد الحديثة، في �شياق ت�شميم وت�شنيع ال�شيارات. ا�شتق�شاء تاأثير ال�شوء في انهيار مادة التبيي�س. التفكير بم�شاألة ا�شتنفاذ طبقة الأوزون �شرح عملية التحليل بالكهرباء من حيث حركة اليونات و»معدلت اأن�شاف التفاعل«. البحث في التحلل الحراري لكربونات الكال�شيوم لعمل اأك�شيد الكال�شيوم واختزال اأك�شيد الكال�شيوم في الماء. ا�شتك�شاف عملية ا�شتخراج المعادن واآثارها على البيئة والمجتمع والقت�شاد. التفكير بالأ�شلوب الذي يتخذه العلماء في جمع الأدلة من خلل المراقبة وو�شع النماذج والتحقيق.

نظرة عامةتبداأ هذه الوحدة بمقارنة الكيميائيين القدماء بالجدد. ينظر الطلب في كيف يعتمد ا�شتخدام مواد طبقا اإلى خ�شائ�س

تلك المواد، في �شياق ت�شميم وت�شنيع ال�شيارات. ي�شتق�شون انهيار مادة التبيي�س باأ�شعة ال�شم�س. وذلك بتحليل وتف�شير البيانات وعمل مقارنة مع م�شاألة طبقة الأوزون. كما وي�شتك�شف الطلب عملية التحليل بالكهرباء لمحاليل مختلفة،

و�شرح ملحظاتهم من حيث نقل ال�شحنة واليونات و«معدلت اأن�شاف التفاعل«. وي�شتك�شف الطلب الق�شايا المحيطة با�شتخراج المعادن في المملكة العربية ال�شعودية وبحث اآثارها المحتملة.

9

ما اأهمية درا�سة الكيمياء؟

ل يعرف اأ�شل وا�شح لكلمة الكيمياء، وتفتر�س اإحدى الأفكار اأن اأ�شلها كلمة م�شرية قديمة )كيمي( ومعناها الأ�شود، وهذا

يت�شل بال�شخور ال�شوداء التي اأنتجت منها المعادن. وهناك فكرة اأخرى تقول اإنها جاءت من الكلمة اليونانية )كيميا(

والتي تعني الن�شهار، وت�شير اإلى فن اإنتاج المعادن الثمينة من الذهب والف�شة. وتعتقد بع�س الم�شادر اأنها قد جاءت من الكلمة

الفار�شية القديمة )كيميا( ومعناها الذهب. وت�شير فكرة اأخرى اإلى اأنها جاءت من كلمة )الخيمياء(، وهي كلمة اأوروبية م�شتقة من الكلمة العربية )الكيميا(. ولقد كان م�شقط راأ�س الخيمياء، وفقا

لمعظم المراجع، هو م�شر القديمة، حيث ازدهرت في الوقت نف�شه مدر�شة الكيمياء المتقدمة في ال�شين.

فكيف اأ�شبحت الكلمة كيمياء؟ لقد اأ�شقط عالم المعادن الألماني اأجريكول »ال« العربية )1494-1555، 899-962 في التقويم

الهجري( في كتاباته لأول مرة وبداأ با�شتخدام كيمياء وكيم�شتا، في اأعماله اللتينية منذ عام 1530 ف�شاعدا بدل من كلمتي

الكيمياء والكيمي�شتا الم�شتخدمتين �شابقا.ويبدو اأن الكلمة الحديثة ظهرت عند اإعادة ن�شر ن�شخ من اأعماله في الن�شف الثاني من القرن ال�شاد�س ع�شر. وقد وجدت

الكلمات )chimie( الفرن�شية، )chemie( الألمانية، )chimica( الإيطالية، و)chemistry( الإنجليزية كاأ�شماء للكيمياء في هذه الترجمات في وقت مبكر.

ثم تطورت الكيمياء على مرحلتين رئي�شتين: الأولى مرحلة ما قبل القرن 19م )ما قبل 1215 وفق التقويم الهجري(، حيث كان الكيميائيون يقومون بالملحظات ويدونونها، اأما مرحلة التطور الثانية، فقد بداأت عندما قام الكيميائيون

بعمليات القيا�س والتحليل حيث بداأت الكيمياء الحديثة وبداأنا بفهم طبيعة المادة.

الن�ساط الأولتاريخ الكيمياء

اأجر بحثا يف تاريخ الكيمياء يتناول احلقبة امل�رصية حتى بداية الع�رص احلديدي، واأن�شئ خمططا زمنيا لكل ع�رص. ويعد مثل هذا البحث و�شيلة جلمع الأفكار عند قراءة الن�شو�س وي�شاعد على تنظيم وجهات النظر والأفكار وال�شتجابات من

خلل جتميع معلومات املحتوى اأو ت�شنيفها. ويطلق على م�شطلح »املخطط املتقارب« بكلمة »التجميع« اأو »الألفة« اأي جمع مواد

ا بتقنية املجموعة ال�شمية. متماثلة يف املجموعة نف�شها. ويعرف اأي�شابحث يف �شناعة ال�شابون با�شتخدام الزيت والقلويات. اإىل متى

يرجع تاريخ هذه ال�شناعة؟ ومن الذي كتب حول ذلك؟ ويف اأي زمن تطورت �شناعة ال�شابون؟

ما الأمبيق؟ وماذا يعني يف الكيمياء احلديثة؟ ا�رصح كيفية عمله، مبينا خلل اأي فرتة زمنية مت تطويره؟

10

الن�ساط الثانيتطوير مهارات البحث

تحتاج اأول اإلى اإن�شاء �شناديق الجمع من خلل ر�شم اأربعة مربعات كبيرة على قطعة من الورق، حيث ترتبط هذه المربعات بالمجموعات الرئي�شة التي �شتبحث عنها والتي قد تتناول:

النا�س اأو الح�شارات والتواريخ الأحداث المهمة المواد الم�شتخدمة ال�شفات ال�شخ�شية للنا�س التي �شاعدتهم على النجاح

يمكنك من خلل هذا البحث في تاريخ الكيمياء ا�شتخدام مربعات الت�شنيف لجمع النتائج. لذا ابحث عن معلومات محددة عن ال�شعب اأو الح�شارة، مثل الأحداث المهمة التي وقعت، والمواد الم�شتعملة اأو ال�شفات ال�شخ�شية للنا�س. ودون هذه

المعلومات على قطعة من الورق وال�شقها فوق المربع المنا�شب:النا�س اأو الح�شارات والتواريخ

الأحداث المهمةالمواد الم�شتخدمة

ال�شفات ال�شخ�شية للنا�س التي �شاعدتهم على النجاح

دع مجموعات الطلب الثلثية تتبادل الإجابات فيما بينها. وهل كانت الإجابات المتعلقة بالنا�س والأحداث والمواد هي نف�شها؟

ما ال�شفات ال�شخ�شية التي قمت بتحديدها؟ دع اأفراد المجموعة يتناق�شون في قائمة ال�شفات التي قدموها واإعداد قائمة موحدة من هذه ال�شفات التي �شاعدت على تطور الكيمياء الحديثة. ثم حدد المو�شوعات الم�شتركة في هذه

ال�شفات ال�شخ�شية التي تم تعرفها، منها على �شبيل المثال: ال�شجاعة وعدم الخوف، حب المعرفة، مناق�شة الفر�شيات، الإبداعية.

وهل تعتقد اأن هذه ال�شفات ل تزال مهمة؟

11

الن�ساط الثالثتطور الكيمياء الحديثة

ار�شم جدول زمنيا يو�شح كيف اأدت الكيمياء المبكرة اإلى تطور الكيمياء الحديثة. فقد ت�شمل الحقبة المبكرة الفترة الزمنية الواقعة ما بين 1700-1850م )1112-1266هـ(.

ويبين الر�شم البياني اأدناه كيفية بدء الخط الزمني. لذا فقبل اإ�شافة مقيا�س الر�شم، تحتاج اإلى تحديد اأول واآخر تاريخ على هذا الخط لو�شعه عند بداية الخط ونهايته.

ق�س الخط و�شع عليه علمات يبعد بع�شها عن بع�س م�شافات مت�شاوية ولتكن 1 �شم على �شبيل المثال، ثم �شع تاريخا محددا لكل منها وليكن 50 عاما لكل علمة.

اأ�شف الحدث اأو ال�شخ�س اإلى موقع الزمن ال�شحيح على ال�شطر، كما يمكنك اإ�شافة الر�شوم اأو المخططات للم�شاعدة. وتبادل الإجابات مع طلب اآخرين. هل اأن�شاأ الجميع الخط الزمني نف�شه؟ ادر�س الجدول الزمني الذي اأعددته، وناق�س

الزمن الذي ا�شتغرقه حدوث هذه التطورات. وهل هناك ترتيب محدد للأحداث؟

اآخر الأحداث اأول الأحداث

اآخر الأحداث التاريخاأول الأحداث التاريخ التاريخ التاريخ التاريخ التاريخ

الن�ساط الرابعمواد ت�سنيع ال�سيارات

ادر�س هذه ال�شورة ل�شيارة حديثة. ما المواد التي �شنعت منها هذه ال�شيارة؟والألمنيوم ب�شورة خا�شة. كالمعادن مثل، ثم تعرف على الفولذ تعرف اأول على هذه المواد ب�شورة عامة

12

اأهمية �سناعة ال�سيارات

مقالة من جريدة اأزمان الخليج الإلكترونية بتاريخ مايو 2009 تتحدث عن انخفا�س ا�شتيراد ال�شيارات.

الريا�س – �شهدت المملكة العربية ال�شعودية في عام 2009، وهي واحدة من اأكبر اأ�شواق اأول انخفا�س الأو�شط، ال�شرق ال�شيارات في �شنوات، 10 منذ ال�شيارات واردات في الدول على القت�شادية الأزمة اأثرت حيث التجار قول بح�شب النفط على المعتمدة

والمحللين.

اإذ قامت هذه ال�شناعة، التي بلغت مبيعاتها الناتج من المئة في ثلثة نحو 2008 عام اإجمالي القومي لأكبر اقت�شاد عربي محلي تجميد طريق عن التكاليف بخف�س التجاري البنك وقال الجديدة. الم�شتريات مذكرة في الدولة، تملكه الذي الأهلي اتجاهات ب�شاأن »المخاوف بعنوان بحثية على ثقلها ترمي 2009 لعام القت�شاد كان ما اأ�شعاف ال�شعودي ال�شيارات �شوق

متوقعا«.

التنفيذي المدير ر�شا، علي قال وقد اإن و�شركاوؤه ر�شا علي ح�شين لحاجي في انخف�شت قد الجديدة ال�شيارات واردات حوالي اإلى لت�شل %22 بمقدار 2009 عام

350.000 �شيارة.

مدير مبارك، �شلطان وقال في الأوروبية ال�شيارات معر�س الريا�س، اإن معظم الزوار ي�شاألون القادمة، التخفي�شات موعد عن منهم المئة في 15 اأن حين في نهاية في بال�شراء يقومون فقط

المطاف.

واأ�شاف يقول: »قبل عام... وقعنا �شفقات بيع مع 45 في المئة من على بال�شغط نقوم وكنا الزوار الدفعات مواعيد بت�شريع الإدارة

انخفا�س اإلى ي�شر لم ولكنه الجديدة. في المئة في 25 بن�شبة ال�شيارات مبيعات

الربع الأول.«

القيمة التجاري الأهلي البنك ويقدر الإجمالية لمبيعات ال�شيارات الجديدة والتي بلغت 620.000 �شيارة في عام 2008 بمبلغ

42 مليار ريال )11.2 مليار دولر(.

تخ�شر »قد قائل: مبارك �شلطان واأ�شاف واردات انخفا�س ب�شبب اإيراداتها البنوك من الممولة ال�شيارات من الخا�س القطاع

بنوك محلية حيث اإن هذا القطاع يمثل الجزء الأكبر من اأرباحها.«

التجاري الأهلي البنك يقول جهته، ومن ال�شيارات من الخا�س القطاع واردات اإن الثماني ال�شنوات في تقريبا ت�شاعف قد في ريال مليار 25.6 اإلى لت�شل الما�شية خطابات قيمة اأن اإلى م�شيرا ،2008 عام الربع خلل انخف�شت قد الجديدة العتماد المئة في 15.2 اإلى 2009 عام من الأول تمثل حيث ال�شابق، العام في م�شتواها عن ال�شركات اليابانية الجزء الأكبر من مبيعات

ال�شيارات في المملكة.

الن�ساط ال�ساد�ست�سميم �سيارة

تخيل اأنك م�شمم ل�شيارة جديدة.�شف المكونات اأو القطع التي قد تحتاج اإلى تعديل اأو اإعادة ت�شميم. اآخذا في الح�شبان ج�شم ال�شيارة، والأجزاء الكهربائية والوقود ال�شروري بالإ�شافة اإلى اأية تعديلت اأخرى تجعل ال�شيارة جميلة المظهر وقابلة للت�شويق

و�شديقة للبيئة.�شف الأجزاء التي تحتاج اإلى تعديل اأو اإعادة ت�شميم، و�شف

الموا�شفات المتوقعة من كل جزء.و�شف اأي نوع من المواد )اأو مزيج من المواد( مثل المعادن، البوليمر، ال�شيراميك و ⁄ اأو المواد المركبة – التي �شت�شتعملها ل�شنع كل قطعة اأو

جزء.وحاول اإيجاد اأمثلة واقعية من الحياة على المواد التي ت�شتخدم حاليا

في ال�شناعة، واربط موا�شفات هذه المواد بما يتطلبه �شنع ال�شيارة.

13

الن�ساط الخام�ستق�سي المواد

المنتجات التي ت�شتخدم في ت�شنيع ال�شيارات جميعها من المواد الخام. وهناك اأربعة اأنواع من المواد المهمة وهي: المعادن، والبوليمرات وال�شيراميك والمواد المركبة. ويحتاج الكيميائيون اإلى معرفة كيف تتطابق خ�شائ�س المواد

الم�شنعة مع تركيبها وا�شتخداماتها.لذا اأعد خريطة مفاهيمية لو�شف خ�شائ�س الأنواع الأربعة لهذه

المواد بما في ذلك خ�شائ�شها الفيزيائية والكيميائية وا�شتخداماتها، واذكر ما ل يقل عن اأ�شماء ثلثة اأمثلة مختلفة لكل نوع.

تعد الخريطة المفاهيمية و�شيلة لتمثيل العلقات بين الأفكار، وال�شور اأو الكلمات حيث ترتبط الكلمات والعبارات في هذه الخريطة بالفكرة

الأ�شلية، كما اأنها تعد و�شيلة لتطوير التفكير المنطقي ومهارات الدرا�شة من خلل هذه الروابط وكيفية ت�شكل الأفكار الكلية من

الأفكار الفردية.م�سدر الم�سادر

ما الم�شكلت الرئي�شة التي تواجه ت�شميم �شيارة جديدة؟ وهل الموارد التي يتطلبها �شنع ال�شيارة متوفرة في بلد واحد؟ واإذا لم يكن الحال

كذلك، فما الم�شكلت المرتبطة بالتجارة مع البلدان الأخرى؟انظر اإلى خريطة العالم، هل ترتبط بع�س البلدان بموارد محددة

خا�شة بتكنولوجيا ال�شيارات؟فعلى �شبيل المثال، المملكة العربية ال�شعودية غنية بالنفط ال�شروري

ل�شناعة الجازولين، ولكن قد تتوفر لدى بلدان اأخرى الموارد والتقنيات المختلفة المتاحة لت�شميم ال�شيارات وت�شنيعها. لذا حدد المملكة العربية ال�شعودية غنية بالنفط الذي هذه الموارد المختلفة وو�شائل التكنولوجيا م�شتخدما خريطة العالم.

ي�شتخدم ل�شنع الجازولين. ولكن من اأين تاأتي الموارد الأخرى؟

14

المواد وخ�سائ�سها

الأ�شلوب العلمي هو العملية التي يكت�شب من خللها العلماء فهم العالم من حولهم. ويعتمد الأ�شلوب العلمي على التجريب، اإذ يقوم العلماء باقتراح

فر�شيات لتعليل الظواهر، ثم ت�شميم التجارب لختبار تلك الفر�شيات على اأن تكون هذه الخطوات قابلة للتكرار من اأجل الح�شول على النتائج نف�شها

في الم�شتقبل.خطوات الأ�شلوب العلمي تتمثل في: �شياغة الفر�شية، تخطيط التق�شي، الح�شول على النتائج، عر�س النتائج وتف�شيرها، وتقويم دقة التجربة

وموثوقيتها، وا�شتخدام هذه الخطوات في مواقف اأخرى.يعد ابن الهيثم )الخازن، 965-1039(، اأحد ال�شخ�شيات الرئي�شة في تطوير

المنهج العلمي، اإذ كان يركز في البحث على الو�شول اإلى الحقيقة، وكان يقول: »تلتم�س الحقيقة لذاتها، واأولئك الذين يعملون لل�شعي عن اأي �شيء في

ذاته هم غير مهتمين بالأمور الأخرى. فالعثور على الحقيقة اأمر �شعب والطريق اإلى ذلك وعر«.

جابر بن حيان )721-815هـ / 103-200م( المعروف با�شم »اأبو الكيمياء الحديثة«، عرف التركيب الكيميائي على اأنه اتحاد العنا�شر معا في جزيئات �شغيرة جدا ل ت�شتطيع العين المجردة

ا اأول من و�شف الكثير من العمليات الكيميائية، فقد اأجرى عددا من عمليات روؤيتها دون اأن تخ�شر �شفاتها. وكان اأي�شا باأنه »منهج علمي«. الف�شل الفيزيائية والكيميائية المهمة، وتميز منهجه اأي�ش

ابن الهيثم

Sheila Terry / Science Photo Library

الن�ساط ال�سابعطبقة الأوزون

تعد طبقة الأوزون حاجزا واقيا للغلف الجوي يحول دون و�شول كميات كبيرة من الأ�شعة فوق البنف�شجية اإلى �شطح

الأر�س. ومن المعروف اأن المواد الكيميائية التي ت�شمى مركبات الكلوروفلوروكربون تدمر طبقة الأوزون، وقد نجم عن ا�شتخدامها حدوث ثقبين في هذه الطبقة يوجدان فوق القطبين

ال�شمالي والجنوبي لكوكب الأر�س.والطريقة التي يتفاعل بها الأوزون، ومركبات

الكلوروفلوروكربون وال�شوء معقدة جدا ول يمكن تق�شيها عمليا ب�شهولة في مختبر المدر�شة. ومع ذلك، ي�شمل المنهج

العلمي عملية النمذجة وتطبيق معلومات النموذج على حالت اأخرى.

فهل يمكنك و�شف عملية ا�شتنفاد طبقة الأوزون؟�شتقوم بتق�شي تاأثير اأ�شعة ال�شم�س في مادة كيميائية قيا�شية، وت�شتخدم المعلومات لتعرف كيف ت�شاعد اأ�شعة ال�شم�س

على تحليل المواد الكيميائية الموجودة في طبقة الأوزون وتدميرها.

15

الن�ساط الثامنتخطيط التق�سي

المبي�س هو مادة كيميائية �شائعة مكونها الرئي�شي مادة ت�شمى كلورات ال�شوديوم )I(. وكلورات ال�شوديوم )I( ح�شا�شة

لل�شوء وتتحلل عند تعر�شها لأ�شعة ال�شم�س اأو الأ�شعة فوق البنف�شجية. و�شتدر�س في هذا الن�شاط تاأثير ال�شوء في تركيز

كلورات ال�شوديوم )I( من اأجل تو�شيح عملية الأ�شلوب العلمي. لذا اأعد مجموعة من محاليل التبيي�س بتركيز ن�شبته %10،

و�شعها في الظلم حيث �شتقوم بتعري�س كل عينة لكمية محددة من ال�شوء ال�شادر من م�شباح كهربائي، و�شع هذه

العينات على م�شافة ثابتة من الم�شباح.والفكرة هي اأن اأيونات الكلورات ح�شا�شة لل�شوء و�شتتحلل

بالطريقة نف�شها التي ي�شبب فيها ال�شوء تفاعلت كيميائية توؤدي في نهاية المطاف اإلى تحلل طبقة الأوزون.

فر�شية: �شع فر�شية للتق�شي على النحو الآتي مثل، »اأتوقع األ يتاأثر تركيز كلورات ال�شوديوم )ال�شائل( ب�شبب التعر�س لأ�شعة ال�شم�س«. يعد التنبوؤ اأ�شا�س البحث العلمي، ويحدد كل من المتغيرات الم�شتقلة والثابتة في اإطار التق�شي.

فكلورات ال�شوديوم )I( محلول عديم اللون، ولكن عند تفاعلها مع اأيونات اليوديد في ظل الظروف الحم�شية، تنتج محلول بنيا محمرا.

ClO-(aq) + 2I-

(aq) + 2H+(aq) = Cl-

(aq) + I2(aq) + H2O(l)

ويمكن تحديد كمية اليود المتحررة من خلل عملية تعرف بالمعايرة، اإذ ت�شتخدم مادة كيميائية ت�شمى ثيوكبريتات ال�شوديوم للتفاعل مع اليود المتحرر وح�شاب كميته.

2S2032-

(aq) + I2(aq) = S4062-

(aq) + 2I-(aq)

وعند تحديد كمية اليود، يمكن ح�شاب تركيز كلورات ال�شوديوم )I( في المبي�س. ولتب�شيط العملية فاإنه يمكن ربط تركيز كلورات ال�شوديوم )I( في عينة من المبي�س بحجم ثيوكبريتات ال�شوديوم الم�شتخدمة. والعلقة مو�شحة على النحو

الآتي:

]كلورات ال�سوديوم (I) في محلول التبيي�س الأ�سلي[ =(حجم ثيو�سلفات ال�سوديوم) ÷ 50

م في المعادلة اأعله حجم كبريتات ال�شوديوم على 50؟ كيف يقا�س تركيز مادة كيميائية في محلول؟ ولماذا ق�شحدد المتغيرات الم�شتقلة والتابعة في هذا التق�شي، و�شف الختلفات بين الموثوقية والدقة. وكيف يمكن تحقيق كل

منهما في هذه التجربة؟

16

الن�ساط التا�سعتاأثير ال�سوء في المادة القا�سرة للألوان

خفف 25�شم3 من محلول التبيي�س حتى ي�شبح حجمها 250 �شم3 و�شعها في القارورة الحجمية.

�شع 25�شم3 من هذا المحلول في دورق مخروطي با�شتخدام الما�شة.

اأ�شف اإلى هذا الدورق 20�شم3 من محلول يوديد البوتا�شيوم تركيزه 0.5 مل، و 20�شم3 من حم�س الكبريتيك تركيزه1 مل.

دع المحاليل تتفاعل ب�شورة كاملة، اإلى اأن يتحول لون المحلول اإلى اللون الأ�شفر البني ب�شبب تكون اليود.

عاير محلول اليود مع محلول كبريتات ال�شوديوم الذي تركيزه 0.1 مل حيث ت�شاف كبريتات ال�شوديوم ببطء من ال�شحاحة حتى ي�شبح لون المحلول كلون الق�س.

وعندما ي�شبح لون المحلول كلون الق�س، اأ�شف ب�شع قطرات من محلول الن�شا بتركيز 1%، والذي �شيغير لون المحلول اإلى اللون الأزرق المائل اإلى الأ�شود.

اأكمل المعايرة مع ثيوكبريتات ال�شوديوم حيث تعد نقطة نهاية المعايرة عند تغيير اللون الأزرق المائل اإلى ال�شواد اإلى �شفاف باإ�شافة قطرة واحدة.

كرر التجربة ثلث مرات و�شجل متو�شط النتائج.

الن�ساط العا�سرتحليل عينات مادة قا�سرة للألوان

العيار)�شم3(3 2 1

المتو�شط )�شم3(

)T( حجم ثيوكبريتات ال�شوديوم

تركيز كلورات ال�شوديوم )I( في التبيي�س على اأ�شا�س متو�شط حجم العيار .]T/50[

M

حلل كل من العينات بالطريقة نف�شها المذكورة اأعله، ثم اأجر ثلث عمليات معايرة منف�شلة، واح�شب متو�شط القيم، وكذلك اح�شب تركيز كلورات ال�شوديوم )I( في كل من عينات المبي�س بعد تعر�شها لأ�شعة ال�شم�س، حيث يمكن ا�شتعمال

جداول البيانات للقيام بالح�شابات كلها وتحديد النتائج.

17

الن�ساط الحادي ع�سرتف�سير النتائج

مثل بيانيا يو�شح تركيز كلورات ال�شوديوم )I( مع زمن تعر�س العينة لأ�شعة ال�شم�س. وهل هناك علقة بين هذين المتغيرين؟ اإذا كان الجواب »نعم« ف�شف هذه العلقة. وهل توؤيد النتائج �شحة الفر�شية اأم تدح�شها؟

ما الن�شبة المئوية للخطاأ في تجاربك؟ واإلى اأي مدى تثق ب�شحة نتائجك؟ اإذا كان الجواب نعم، فهل توؤيد النتائج الآن الفر�شية اأم تدح�شها؟

الن�ساط الثاني ع�سرعملية ن�سوب طبقة الأوزون

من الوا�شح باأن ال�شوء يلعب دورا مهما في عملية ا�شتنزاف طبقة الأوزون. لذا حاول الآن تطبيق ما تعرفه حول تاأثير ال�شوء في المواد الكيميائية التي تحتوي على الكلور، ثم ركز بعدها على م�شاألة طبقة الأوزون. ثم �شف عملية ا�شتنفاذ

ا ل�شرح هذه )ن�شوب( طبقة الأوزون با�شتخدام بيانات حقيقية تف�شر هذه الظاهرة، واأعد وثيقة موجزة، اأو مل�شقا اأو عر�شالعملية وكيف يمكن التقليل من ذلك.

18

المنهج المنتظم

النحا�س هو معدن قليل التفاعل ويمكن ا�شتخل�شه ب�شهولة من الخام عن طريق اختزاله بو�شاطة الكربون، بيد اأن هناك حاجة في بع�س الأحيان اإلى

ا�شتخل�س النحا�س ب�شكل نقي جدا، وهذا يتطلب التحليل الكهربائي. ي�شتعمل النحا�س النقي جدا في المو�شلت الكهربائية، وتقلل ال�شوائب من قدرته

على تو�شيل الكهرباء، غير اأنه يمكن اإنتاج نحا�س عالي التو�شيل باإزالة تلك ال�شوائب.

تنقية النحا�سينقى النحا�س من خاماته )المعروفة با�شم ال�شخرة( بو�شاطة التحليل الكهربائي، حيث يو�شع النحا�س غير النقي على

القطب الموجب )الم�شعد( ويو�شع محلول كبريتات النحا�س في وعاء التحليل، ثم يمرر تيار كهربائي في جهاز التحليل. وتو�شع قطعة رقيقة من النحا�س النقي مقام القطب ال�شالب )المهبط(، وتتحرك اأيونات النحا�س الموجبة خلل المحلول

وتتر�شب على �شطح المهبط نحا�شا نقيا.

حركة الإلكترونات في الدائرة الخارجية

نحا�س غير نقي ي�شتخدم م�شعدا )القطب الموجب(

محلول كبريتات النحا�س يعمل عمل محلول كهربي ي�شمح بمرور التيار الكهربائي من خلل الخلية

قطعة رقيقة من النحا�س تعمل كمهبط )القطب ال�شالب(

يوؤدي التيار الكهربائي على الم�شعد اإلى تفكك النحا�س غير النقي لي�شكل اأيونات النحا�س:

Cu(s) = Cu2+(aq) + 2e-

فتتحرك اأيونات النحا�س خلل محلول كبريتات النحا�س حيث تنجذب اإلى المهبط )القطب ال�شالب( م�شتقبلة الإلكترونات ثم تتحول اإلى معدن النحا�س النقي.

Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s)

19

الن�ساط الثالث ع�سرالتحليل الكهربائي لمحاليل �سائعة

اأجر تحليل كهربائيا لبع�س المحاليل المعروفة با�شتخدام اأقطاب الجرافيت حتى تتمكن من الك�شف عن الغازات الناتجة، ولكن احذر

من ا�شتن�شاقها مبا�شرة كون بع�شها �شاما حيث يقوم غاز الكلور بق�شر لون ورقة تباع ال�شم�س الرطبة فورا.

�شل الدائرة للمحلول الأول كما في ال�شكل. �شف ما يجري ت�شكله على القطب الموجب. واإذا كان هناك

غاز، فاختبره مع ورقة تباع ال�شم�س الرطبة، وذلك لأن غاز الكلور يق�شر لون ورقة تباع ال�شم�س فورا، واإذا لم يكن الكلور،

ف�شيكون الأك�شجين، ثم �شجل النتائج في الجدول.�شف ما يجري ت�شكله على القطب ال�شالب. فاإذا كان هناك غاز،

ف�شوف يكون الهيدروجين. ثم �شجل النتائج في الجدول.اغ�شل الدورق وكرر الخطوات ال�شابقة مع المحلول الثاني

و�شائر المحاليل الأخرى.

الأيونات في المحلولالمحلول

القطب معادلة ن�سف التفاعلالنواتجالكهربائي

كلوريد النحا�س +

-

كلوريد البوتا�شيوم +

-

نترات المغني�شيوم +

-

كبريتات ال�شوديوم +

-

كبريتات النحا�س +

-

محلول يجري اختباره

اأقطاب جرافيت

20

الن�ساط الرابع ع�سرالتحليل الكهربائي لكبريتات النحا�س

يتم في هذه التجربة تحليل كبريتات النحا�س كهربائيا با�شتخدام اأقطاب من النحا�س. والهدف من هذا التق�شي هو معرفة تاأثير تغيير

حجم التيار الكهربائي في كتلة النحا�س المفقود من القطب الموجب، حيث يفقد النحا�س خلل عملية التحليل الكهربائي من القطب

الموجب ويتر�شب معدن النحا�س النقي على القطب ال�شالب.

�شمم تجربة لمعرفة تاأثير تغيير حجم التيار الكهربائي في كتلة النحا�س المفقود من القطب الموجب.

حلل بع�س المحاليل المعروفة كهربائيا با�شتخدام اأقطاب من النحا�س، واختبر الغازات المنبعثة، ولكن تجنب ا�شتن�شاقها مبا�شرة

حيث اإن غاز الكلور يبي�س ورقة تباع ال�شم�س الرطبة على الفور.

ادر�س بع�س الأمثلة على تطبيقات واقعية للتحليل الكهربائي، و�شفها مبينا اأهميتها للمجتمع على ال�شعيد المحلي اأو الوطني اأو

العالمي.

محلول كبريتات النحا�س

اأقطاب نحا�س على بعد 2 �شم

عن بع�شها

الن�ساط الخام�س ع�سرت�سجيل الأدلة

�شجل نتائجك في جدول منا�شب، واعر�شها با�شتخدام الر�شوم البيانية. ما الذي كنت تحاول معرفته من خلل التق�شي الخا�س بك؟ كيف قمت بتغيير المتغير الم�شتقل؟ اأي الكلمات التالية تعد اأف�شل و�شف للتيارات المختلفة؟ )�شع اإ�شارة في المكان ال�شحيح(

قاطعمنظم

م�شتمر منف�شل

و�شح ثلثة متغيرات ل ترغب في تغييرها. اأي الخيارات التالية قد يح�شن من دقة النتائج؟ )�شع اإ�شارة في المكان ال�شحيح(

تكرار النتائجتغيير المتغير التابع

تغيير المتغير الم�شتقلا�شتخدام اأقطاب كهربائية مختلفة

ما مجموعة المتغيرات التابعة؟ هل ح�شلت على ما يكفي من الأدلة لقتراح ال�شتنتاج المنا�شب؟ و�شح اإجابتك. ماذا ت�شتنتج من هذه التجربة؟

21

الن�ساط ال�ساد�س ع�سرتف�سير النتائج

اأجرى الطلب تحليل كهربائيا لكبريتات النحا�س با�شتخدام اأقطاب من النحا�س، وكانوا يحاولون معرفة تاأثير تغيير مقدار التيار الكهربائي في كتلة النحا�س المتكونة على القطب ال�شالب، حيث يفقد معدن النحا�س خلل التحليل

الكهربائي من القطب الموجب ويت�شكل على القطب ال�شالب.

اأعاد الطلب اإجراء تجربة مماثلة، ثم قا�شوا كتلة النحا�س المتر�شبة على القطب ال�شالب. والجدول التالي يبين نتائج تجاربهم.

التيار الكهربائي (A) (اأمبير)

الكتلة المكت�سبة (الجرام)

المتو�سطالتجربة 3 التجربة 2التجربة 1

0.20.0210.0210.020

0.40.0380.0410.042

0.60.0620.0600.061

0.80.0790.0830.081

1.00.0800.0980.097

ما المتغيرات الم�شتقلة والتابعة في هذه التجربة؟ ما النتيجة التي تختلف عن �شائر نتائج التيار الذي قوته 1 اأمبير؟ وهل

تعتقد اأن هذه النتيجة هي ب�شبب خطاأ ع�شوائي اأو خطاأ منهجي؟ علل اإجابتك.

اأكمل الجدول بح�شاب متو�شط الكتلة المكت�شبة لكل عينة من التيار. ولكن ل ت�شتعمل النتيجة المختلفة في المعدلت. وما الذي ينبغي فعله اإزاء هذه

النتيجة ال�شاذة؟ا�شرح لماذا ل ينا�شب ا�شتعمال ميزان بمقيا�س مقدار ح�شا�شيته 0. 1 جم

لهذا التق�شي؟ وما ح�شا�شية الميزان الم�شتخدم؟ بالنظر اإلى النتائج في الجدول، اأي تيار نتائجه هي الأقل موثوقية؟

وهل هي نتائج 0.2، 0.4، 0.6، 0.8 اأو 1.0 اأمبير؟ و�شح اإجابتك.ما اأف�شل و�شيلة لعر�س هذه النتائج؟

�شريط الر�شمالخط البياني

القطاع الدائريالمدرج الإح�شائي

قال الطلب: اإن نتائجهم اأظهرت تنا�شب كتلة النحا�س المكت�شبة طرديا مع التيار. و�شح ماذا يعني ذلك.

بلورات كبريتات النحا�س

الوحدة الثانية

المواد والمعادن

لل�شخور والمعادن مجموعة وا�شعة من ال�شتخدامات، فهي ت�شتعمل في المجوهرات )حيث، ي�شتعمل اأك�شيد الألمنيوم ب�شورة ياقوت وال�شفير(، وتوفير م�شادر للعنا�شر الفلزية )اإذ يعد معدن الهيماتيت م�شدرا للحديد(.

وت�شتمل ا�شتعمالت ال�شخور والمعادن الأخرى على ما ياأتي:�شناعة الفخار من الطين. �شناعة الحجارة والأ�شمنت والجير في الزراعة من الحجر الجيري )كربونات الكال�شيوم(. اإنتاج الكلور وهيدروك�شيد ال�شوديوم من الملح ال�شخري )كلوريد ال�شوديوم(. �شناعة الزجاج والح�شى اللذين ي�شتعملن ل�شناعة الخر�شانة وعمليات التزجيج من الرمل )ثاني اأك�شيد

ال�شيليكون(.�شناعة الألمنيوم من البوك�شيت )اأك�شيد الألومنيوم(.

الحجر الجيري هو كربونات الكال�شيوم )CaCO3( وي�شتخرج )من محاجر في الأر�س على �شورة حفر المناجم المفتوحة الكبيرة(، وهو ي�شتخدم مادة للبناء اأو لتحويلها اإلى الجير )اأك�شيد الكال�شيوم CaO(، والذي ي�شتخدم بدوره

ل�شناعة الجير المطفاأ اأو هيدروك�شيد الكال�شيوم )Ca)OH(2(. كما ت�شتخدم كربونات الكال�شيوم في �شناعة الأ�شمنت والملط والخر�شانة والزجاج.

وي�شار اإلى اأك�شيد الكال�شيوم بالجير الحي وهو قاعدي التاأثير مثل كربونات الكال�شيوم، ويتفاعل مع الحمو�س لإنتاج اأملح الكال�شيوم. وبهذه الطريقة يمكن اإ�شافة كل من كربونات الكال�شيوم واأك�شيد الكال�شيوم اإلى التربة الحم�شية اأو

الماء لزيادة درجة الحمو�شة اإلى قيمة اأكثر حيادا. وي�شتخدم اأك�شيد الكال�شيوم في ال�شناعة لمعادلة حم�شية المحاليل )فعلى �شبيل المثال في مجال ا�شتخراج وتنقية ال�شكر من مح�شول البنجر(.

الن�ساط ال�سابع ع�سرتاأثير الحرارة في كربونات الكال�سيوم

الطريقةتق�شي تاأثير الحرارة في كربونات الكال�شيوم.

ما العوامل التي يجب اأخذها في الح�شبان عند ت�شخين المواد؟كيف يمكنك معرفة ما اإذا كان التفاعل قد انتهى؟

اختبر النتائج باإ�شافتها اإلى المياه لإنتاج محلول.�شع اأنبوب ت�شخين يحتوي عينه من كربونات الكال�شيوم، واأ�شف اإليها 10 �شم3 من حم�س الهيدروكلوريك المخفف. ثم

اجمع الغاز الناتج با�شتخدام ما�شة ومرره في المحلول الأول.

النتائجماذا حدث لكتلة كربونات الكال�شيوم عند ت�شخينها؟ ما الذي يدل على ذلك؟ وما ا�شم هذه العملية؟ ما ا�شم الناتج عندما

ت�شخن كربونات الكال�شيوم ب�شدة؟ماذا يحدث عندما ت�شاف المخلفات ال�شلبة اإلى الماء؟ وما المركب الناتج؟

ما الغاز الناتج عند اإ�شافة حم�س اإلى قطع كربونات الكال�شيوم؟ما الذي يحدث في المحلول عند تمرير فقاقيع الغاز بداخله؟ وما المركب الناتج؟

22

الن�ساط الثامن ع�سرا�ستخل�س المعادن

يوؤدي ا�شتخراج المعادن على نطاق وا�شع اإلى العديد من التاأثيرات الكبيرة والمهمة في البيئة. لقد عثر على

الفو�شفات في منطقة الجلميد اإلى ال�شرق من بلدة طريف، وتقدر الكميات بنحو 213 مليون طن، وبتركيز

21 في المئة من اأك�شيد الفو�شفور. ومن المتوقع اأن ي�شل اإنتاج الفو�شفات المركز اإلى 4.5 مليين طن

�شنويا.وقد عثر على خام البوك�شايت في منطقة الزبيرة اإلى

ال�شرق من حائل، بكميات تقدر بنحو 173 مليون طن. كما عثر على خام المنجنيز اإلى الغرب من حائل

بكميات تتجاوز 4 مليين طن. اأما رمل ال�شيليكا فيوجد في منطقة البوطين، �شرق الريا�س، على امتداد

م�شاحة 75 كيلومترا مربعا، وبكميات تقدر بنحو 10 مليين طن، مما يكفي لتزويد م�شنعين للزجاج

قيد الإن�شاء في المنطقة. وقد حددت وزارة البترول والثروة المعدنية اأكثر من 2000 موقع تحتوي على المواد الخام ال�شرورية لمجموعة وا�شعة من ال�شناعات.

عينات معدنية من منجم الذهب

23

اختر موقعا ل�شتخراج المعادن في المملكة العربية ال�شعودية واأجر الح�شبان ما يلي: درا�شة علمية حول هذا الموقع، ثم دون نتائج بحثك اآخذا في

الأثر ال�شلبي ل�شتخراج المعادن: الخ�شارة اأو الأ�شرار التي لحقت بالأرا�شي الزراعية والحياة

البرية.فقدان جمال المناظر الطبيعية، وزيادة المناظر غير المرغوب

فيها.التلوث ال�شوتي. الزيادة في الطلب على �شبكة المرور )الزدحام(.

الأثر الإيجابي ل�شتخراج المعادن:الح�شول على الموارد المهمة. حدوث تح�شن في القت�شاد المحلي، بما في ذلك توفير فر�س

العمل الآنية والم�شتدامةا�شت�شلح المواقع بعد ال�شتخدام لتوفير الموائل الخ�شبة الجديدة

لإعادة ا�شتيطان الأنواع الجديدة من الحيوانات البرية.

24

الوحدة الثانية

القانون العلمي

في البداية كان هناك الهيدروجين، وهو العن�شر الأكثر �شيوعا في هذا الكون وهو حجر

الأ�شا�س لتكوين المواد جميعها.تت�شكل النجوم في بدايتها من �شحب من الغبار

والغاز اللذين ي�شكلن دوامة معا تحت تاأثير قوة الجاذبية. وعند اقتراب الغبار والغاز معا،

تتحول طاقة الجاذبية الموجودة اإلى طاقة حرارية وتبداأ حرارة المواد بالرتفاع ليتكون

نجم »بروتو«. وعندما ترتفع درجة الحرارة اإلى درجة كافية،

تبداأ نوى الهيدروجين بالندماج معا في عملية تعرف با�شم الندماج النووي، التي تنتج

ت�شكيل نواة عن�شر الهيليوم مطلقة كميات هائلة من الحرارة والطاقة ال�شوئية. وتوؤدي

الطاقة الحرارية اإلى توازن قوة الجاذبية، وي�شبح النجم م�شتقرا ن�شبيا. و�شم�شنا مثال جيد لذلك، على الرغم من اأنها بالفعل في منت�شف طريق فترة حياتها المتوقعة. وفي نهاية المطاف، يبداأ الهيدروجين في النجم بالنفاد، وياأخذ النجم يبرد ويت�شخم. وفي هذه الحالة يبداأ التغيير في المظهر وي�شبح معروفا با�شم العملق الأحمر. ويعتمد م�شير العملق الأحمر على حجمه الن�شبي. وال�شم�س ال�شغيرة التي ت�شبح

عملقا اأحمر وت�شرع في البرودة والنكما�س اإلى كيان اأ�شغر يعرف با�شم القزم الأبي�س، وفي النهاية تبرد اأكثر ويتل�شى ال�شوء المنبعث منها وت�شبح قزما اأ�شود.

ثم تبداأ ال�شمو�س الكبيرة في التوهج لت�شبح اأكثر اإ�شراقا، بعد اأن اأ�شبحت عملقا اأحمر، وتنتقل بين عملية النكما�س لة عنا�شر اأثقل عن طريق الندماج النووي. وفي نهاية المطاف، تنفجر هذه ال�شمو�س في ظاهرة تعرف والتو�شع، م�شك

با�شم »�شوبر نوفا« حيث يلقي النفجار كميات هائلة من الغبار والغاز والطاقة في الف�شاء، مخلفا وراءه مجموعة كثيفة جدا من المواد ت�شمى النجم النيوتروني، الذي قد يتحول اإلى »ثقب اأ�شود« اإذا كان كبيرا بدرجة كافية.

الن�ساط التا�سع ع�سرتحليل غبار الف�ساء

اأجر بحوثا حول الأنواع الكيميائية الموجودة في �شحب الغبار والغاز الذي بين النجوم. وكم يوجد من هذه الأنواع المختلفة من المواد على

الأر�س؟ وكيف يمكن اأن توجد بع�س المواد الكيميائية في الف�شاء غير اأنها ل توجد على الأر�س في ظل ظروف عادية؟

اكتب جدول يبين اأوجه الختلف بين المواد الموجودة في الف�شاء وتلك التي الموجودة على الأر�س.

مجموعة نجوم في كوكبة بر�شاو�س

25

الن�ساط الع�سرونجمع الأدلة

ما الأدلة التي يعتمد عليها العلماء عند النظر اإلى الطبيعة الكيميائية للكون؟ اأعد قائمة من الأنواع المختلفة من الأدلة وحدد مزايا وم�شاوئ كل نوع من اأنواع التقنية.

فعلى �شبيل المثال، يح�شل العلماء على الأفكار عن هيكل الأج�شام ال�شماوية با�شتخدام التل�شكوبات الأر�شية. ولكن لهذه التل�شكوبات قوة ف�شل محدودة ب�شبب تدخل الغلف الجوي للأر�س. اقترح كيف يمكن التغلب على بع�س هذه العيوب،

وكيف تحقق ذلك بالفعل. اأعد جدول زمنيا ي�شير اإلى مدى تغير فهمنا لبنية الكون. واح�شل على اأدلة تمثل وجهات نظر مختلفة لكل من الديانات

والح�شارات من اأجل اإنتاج تاريخ عام لتطور فهمنا للكون. ومن الأمثلة الجيدة على الأفراد الذين اأ�شهموا في تغيير فهمنا عن الكون هم: كوبرنيكو�س، دافن�شي، كيبلر، هبل. ويمكنك تقديم عملك على �شورة عر�س غير خطي با�شتخدام

الحا�شوب.

الن�ساط الحادي والع�سرونالأفكار العلمية

في 1950م/1369هـ، قام عالم اأمريكي يدعى �شتانلي ميلر باإجراء تجربة لإثبات اأن الجزيئات

الب�شيطة التي نحتاج اإليها من اأجل الحياة على الأر�س يمكن ت�شنيعها في المختبر. وفي الحقيقة،

ما قام به هو اإعادة اإن�شاء الظروف الدقيقة التي كانت موجودة على الأر�س منذ مليين ال�شنين. وقد اأثبت نتائجه اأنه بالإمكان تح�شير وحدات الحياة في »الح�شاء البدائي« للمواد الكيميائية.

اكتب مقال �شحفيا حول تجربة �شتانلي ميلر ونتائجه. وما ردة الفعل المتوقعة من هذه المقالة؟

ومن الذي �شيتفق مع الآثار المترتبة على نتائج ميلر، ومن الذي �شيعار�شها؟

هذا مثال على اأن الدليل العلمي قد يختلف مع وجهات النظر الأخرى، وخا�شة المعتقدات الدينية. اختر فكرة اأخرى علمية اأحدثت جدل عندما ن�شرت لأول مرة وما نوع الأدلة المطلوبة من اأجل تغيير

هذه الأفكار العلمية لوجهة نظر العالم؟ وماذا يحتاج العلماء اإلى القيام به لإقناع النا�س الآخرين

ب�شحة اأفكارهم، و�شرورة قبولها؟

ليوناردو دا فين�شي1452-1519م

نيكول�س كوبرنيكو�س1473-1543م

اإدوين هابل1889-1953م

وملعل

ور ال�ش

بة امكت

س/غ�

بورمي

جيرور

دكتال

وملعل

ور ال�ش

بة امكت

ي/تير

يل �ش

بة مكت

ء/زيا

لفيي ل

ريكلأم

هد امع

/الرية

ب�شت ال

ظاحفو

الميو

ميلS ا

egre

وملعل

ور ال�ش

ا

اإلى م�شخة تفريغ

اأنبوب العينة

ماء )المحيط(

م�شدر حراري

محب�س

ماء مبرد )يحتوي على مواد ع�شوية(

ماء بارد

غازات )غلف جوي بدائي(

مكثف

�شرارة كهربائية)البرق(

H2O CH4 NH3H2 CO

+الأقطاب

-

26

مراجعة الوحدة والتاأمل فيهابعد اإكمال الوحدة، فكر بما يلي:

ما ينبغي اأن يعمل العلماء حول ال�شرر الذي لحق بطبقة الأوزون؟ ما هي العلقة بين التحليل الكهربائي واكت�شاف عنا�شر جديدة؟ ما هي الموارد المعدنية الموجودة في المملكة العربية ال�شعودية واأي منها تم ا�شتخراجه؟ ما هي المواد الحديثة التي تعتمد اأكثر على النفط كمادة خام لت�شنيعها؟ ماذا �شنفعله عندما ين�شب النفط؟

تحدى نف�سكما هي محا�شن ا�شتك�شافات الف�شاء؟ هل التكلفة ت�شتحق كل هذا العناء؟

� �����

الوحدة الثانيةالمادة – خ�صائ�صها وتغيراتها

نظرة عامةتبداأ هذه الوحدة بالنظر اإلى العنا�شر الرئي�شية لج�شم الإن�شان وتوفرها الن�شبي. ي�شتك�شف الطلب مكونات الدم وكيفية

عزلها. ويتبع ذلك درا�شة المواد ال�شبه غروية. ومن ثم النظر بعملية الذوبان وبيانات الذوبان، وبعهدها ا�شتك�شاف عمليات تحلية المياه والحاجة اإلى المحافظة على المياه.

حـول هـذه الوحــدة

كم من ال�شهل ل�شخ�س ما اأن يعرف عند زيارة مدر�شتك، اأين يذهب بالتحديد، اإذا توفرت خارطة اأو مخطط يبين مواقع الأماكن المختلفة داخل المدر�شة. هل لديك اأي تعليمات لم�شاعدة الزوار؟

تدور هذه الوحدة حول عمل دليل لزيارة المدر�شة. �شوف تتعلم طرقا مختلفة باإعطاء وا�شتلم التعليمات.

الأهداف التعلمية للوحدةالنظر في كيمياء الأنظمة البيولوجية المعقدة من حيث العنا�شر الرئي�شية ووفرتهم الن�شبية. و�شف الدم ومكوناته وكيفية عزل مكوناته. ا�شتق�شاء و و�شف المجموعات المختلفة من المواد ال�شبه غروية. ا�شتق�شاء قابلية ذوبان المواد المذابة المختلفة وتحليل بيانات الذوبان. ا�شتق�شاء كيفية ا�شتخراج الماء النقي من ماء البحر والق�شايا المتعلقة بمو�شوع تحلية المياه والمحافظة

على المياه.

28

المــواد

ج�شم الإن�شان هو عبارة عن مجموعة معقدة، ولكن درجة عالية من على الرغم من اأن ج�شم الإن�شان معقد، اإل اأنه يت�شف بدرجة عالية من التنظيم، حيث توؤدي جميع المواد الكيميائية فيه عملها بان�شجام تام.

فهناك تعريف �شائع يقول: اإن ج�شم الإن�شان هو المظهر المادي له، وهو مجموعة من العنا�شر الكيميائية، ومجموعة من الإلكترونات

المتحركة والمجالت الكهرومغناطي�شية الموجودة خارج الخلية والمواد والمكونات الخلوية المنظمة هرميا في الخليا والأن�شجة والأجهزة،

واأنظمة الأع�شاء.

كما اأن الإن�شان كائن حي معقد يتكون من الخليا والأن�شجة والأع�شاء والأجهزة التي تعمل معا في ان�شجام رائع. وقد جرى تو�شيع معنى م�شطلح »ج�شم الإن�شان«

لي�شتمل، في الطب ال�شرقي، على ال�شبكات غير المادية والم�شارات العقلية اأو الحيوية، مما يوؤدي اإلى فهم �شامل لعلقة الج�شم بالعقل.

الن�ساط الأولجمع الأدلة

ي�شتمل الجدول اأدناه على العنا�شر الع�شرة الأكثر �شيوعا في ج�شم الرجل، وكمية كل عن�شر منها في رجل يزن 70 كجم.

الكمية (المول)الكمية (كجم)العن�سر432.700الأك�شجين

161.300الكربون

77.000الهيدروجين

1.8130النيتروجين

1.025الكال�شيوم

0.7825الف�شفور

0.144.4الكبريت0.143.6البوتا�شيوم0.104.3ال�شوديوم

0.0952.7الكلور

29

30

الن�ساط الثانيتحليل �سوائل الج�سم

كثيرا ما يو�شف الماء بالمذيب العالمي. والمذيب هو اأي مادة كيميائية ت�شمح لآخر )ي�شمى المذاب( بالذوبان فيها، ويطلق على الخليط الناتج المحلول. ويعد الج�شم الب�شري مجموعة معقدة من المحاليل ترتكز جميعها على الماء. لناأخذ

المحلول الأكثر اأهمية في الج�شم، وهو الدم على �شبيل المثال.�شف التركيب الكيميائي للدم، وحدد المواد المذابة فيه

بالإ�شافة اإلى المذيب الرئي�س.هل ي�شبه التركيب الكيميائي للدم التركيب العام للج�شم

الب�شري؟ واإن لم يكن كذلك، فلماذا؟ كيف يحلل التركيب الكيميائي للدم؟ �شف الأ�شاليب

التقنية التي يمكن بو�شاطتها ف�شل الدم وتحليله. لذا قد يكون من المفيد في هذه المرحلة الرجوع مرة اأخرى

اإلى الوحدة )1(، ودرا�شة تقنيات الف�شل فيها.هل الماء هو المذيب الوحيد في الج�شم؟ ل، اإذ يوجد في

الج�شم مذيبات اأخرى تذيب غيرها من المواد. لماذا يعد وجود المذيبات المختلفة في الج�شم �شروريا؟

ولماذا ل تذوب المواد المذابة فيها في الماء؟

ار�شم مخططا دائريا لتمثيل مقدار كل عن�شر )بالكجم(.وار�شم مخططا اآخر لتمثيل مقدار كل عن�شر بالمولت.

هل تبدو الر�شوم البيانية الدائرية مختلفة؟ علل ذلك. لو كانت الر�شوم البيانية الدائرية تمثل الن�شبة المئوية للكمية الإجمالية للمادة، فهل �شتكون مت�شابهة؟

ل الكتلة اإلى مولت، اأ�شر اإلى الفرق بين الكتلة وكمية المادة بالمولت. وكيف تحووالمولت اإلى كتلة؟ اكتب تقريرا ت�شرح فيه مفهوم المول لغير العلماء و�شمنه بع�س

المعلومات حول ثابت اأفوجادرو، وكيف �شيتم التحويل اإلى مولت. ل ي�شم ج�شم الإن�شان عنا�شر منفردة، بل متحدة معا بطرق متنوعة لإنتاج جزيئات

ومركبات. حدد ما ل يقل عن ثلثة مركبات مختلفة لكل عن�شر من العنا�شر المدرجة في

ال�شفحة ال�شابقة توجد في ج�شم الإن�شان. فمثل، يوجد الفو�شفور على �شورة فو�شفات في الحم�س النووي DNA، ثم �شع هذه المعلومات في جدول اآخر اأو في جدول

البيانات.

31

الن�ساط الثالثتق�سي الغرويات

عندما يذوب الملح في الماء، يت�شكل محلول �شاف على �شورة وا�شحة، وهذا المحلول ال�شافي هو خليط تنت�شر فيه الأيونات ال�شغيرة، التي يت�شكل منها الملح الأيوني بالت�شاوي في جميع اأنحاء الماء في المحلول. ول يمكن روؤية هذه

الأيونات لأنها �شغيرة جدا، غير اأنه اإذا اأزيل الماء تبقى بلورات الملح. يتكون مزيج �شبابي عندما يخلط الطين بالماء. وعند ف�شل ال�شائل عن الروا�شب )الروا�شب ال�شلبة التي تتر�شب في الجزء ال�شفلي من الخليط(، فاإنه �شيظل �شبابيا يوؤدي اإلى بقاء قطع من الطين 'العائم' في الماء. والمادة المذابة من الطين اأكبر بكثير من جزيئات الملح في المحلول الملحي. وبما اأنها ل تذوب في الماء لذا يبدو الماء �شبابيا. وهذا

ال�شائل ال�شبابي هو مثال للغرويات. تتاألف الغرويات جميعها من مادتين ل يمكن خلطهما ب�شورة �شحيحة اأو تامة بع�شهما ببع�س. وتحتوي الغرويات

على قطع، اأو قطرات اأو كريات من اإحدى المواد )المذابة( منت�شرة في المادة الأخرى )المذيبة(. وقد تكون هذه القطع من ا �شلبا اأو �شائل اأو غازيا. المادة المذابة �شلبة اأو �شائلة اأو غازية، وقد يكون الو�شط الذي تنت�شر فيه المواد اأي�ش

هناك ثمانية اأنواع مختلفة من المحاليل الغروية:

المادة المبعثرة الأمثلةنوع المحلولالمادة المبعثرة (المذاب)(المذيب)

ال�شباب، الندى والغيومالهباء الجوي�شائلغازدخانالهباء الجوي�شلبغاز

فقاعة �شابونرغوةغاز�شائلالحليب واللبن ال�شائلم�شتحلب�شائل�شائلالمياه الموحلة، والطلءمحلول�شلب�شائلالمو�شع البولي�شتيرينرغوة �شلبة غاز�شلبالزبدة، والجبنم�شتحلب �شلب/هلم�شائل�شلبكعكة زبيبمحلول �شلب�شلب�شلب

الحليب وال�شباب هما من الأمثلة على الغرويات ال�شائعة. ففي الحليب، تتعلق كريات الدهون بال�شائل المائي. واأما في ال�شباب، فتتعلق قطرات الماء بالهواء.

32

الغرويات في الطبخلي�س الماء المذيب الوحيد في المطبخ، اإذ يمكن ا�شتخدام الدهون والزيوت في اإنتاج مواد ت�شمى الم�شتحلبات تمتزج فيها

المواد على �شورة دقائق �شغيرة جدا، وذلك با�شتخدام عامل ال�شتحلب لم�شاعدتها على الذوبان. وخير مثال على ذلك، الم�شتحلب الذي يعتمد ب�شورة اأ�شا�شية على

الزيت وهو المايونيز.

المكونات�شفار بي�شتين

340 مل من زيت الخ�شراوات اأو زيت الزيتون

1 ملعقة كبيرة من ع�شير الليمونالتوابل )الملح والفلفل(

حدد من خلل البحث طريقة اآمنة ل�شنع المايونيز م�شتخدما المكونات اأعله، وحاول تطبيق ذلك في المنزل.

ويعد المايونيز مثال جيدا للغرويات. فما المادة الغروية التي يتكون منها؟اأعط بع�س الأمثلة على محاليل غروية اأخرى، وا�شرح تركيب كل من: المحلول، المعلق، الهلم، الم�شتحلب، الرغوة والهباء

الجوي.

ت�سنيف المواد

�شنف المواد اأدناه وفقا لما ينطبق عليها من المحاليل التالية: )محلول، معلق، هلم، م�شتحلب، اأو رغوة اأو هباء جوي(، م�شتخدما جدول اأو اأي �شكل اآخر منا�شب:

الكول الغراءالمجوهرات م�شتح�شرات التجميل

الزبدة الدهانات مزيل العرق معجون الأ�شنان

رغوة الحلقة جل ال�شعر الأدوية

33

التغيرات الفيزيائية

يحتوي المحلول على مادة �شلبة اأو غازية تعرف با�شم المذاب تذوب في �شائل اأو في مذيب. ويحتوي المحلول الم�شبع على الكمية كلها التي يمكن

اأن يذيبها المذيب عند درجة حرارة ما.ويعتمد ذوبان المادة على جزيئاتها والقوى التي تم�شك بها. ودرجة

الحرارة هي مقيا�س للحركة اأو الطاقة الحركية للج�شيمات في المادة، فاإذا زادت درجة حرارة المذيب تزداد الطاقة الحركية للج�شيمات، وعندئذ

تتحرك جزيئات المذيب في التجاهات جميعها وب�شرعة اأكبر مما ينتج عن ذلك ا�شطدامات بين جزيئات المذيب والمذاب.

ويمكن اأن توؤثر درجة الحرارة في كمية المذاب، ولكن هل تت�شاوى هذه الكمية الذائبة في المواد جميعها؟

الن�ساط الرابعذوبان المذاب

فيما ياأتي نوعان من الجداول، اأولهما يتعلق بذائبية المواد ال�شلبة، واأما الآخر فيتعلق بذائبية الغازات.ار�شم نوعين من الر�شوم البيانية ت�شتمل على النتائج التالية، وحدد �شكل الر�شم والطريقة التي ينبغي اأن تثبت بها

المحاور. )كما يمكنك ا�شتخدام تقنية منا�شبة لعر�س الر�شوم البيانية من خلل الحزم الخا�شة على اأن تبرر اختيارك(.

ملح فلزي عدد الجرامات الذائبة في الماء عند درجات الحرارة

10203040506070809010036373839404142434445كلوريد ال�سوديوم

12216058504846444240كبريتات ال�سوديوم

-- 2031406895118151182نترات البوتا�سيوم 8101317222836455769كلورات البوتا�سيوم

425058687990102116133153نترات الر�سا�س

الغازالذائبية في 100�سم3 من الماء عند درجات الحرارة

102040602.41.61.31.0نتروجين4.83.32.51.9اأك�سجين

17192.356.636.0ثاني اأك�سيد الكربون-7،9804،2502،170ثاني اأك�سيد الكبريت50،50047،40044،50042،000كلوريد الهيدروجين

34

ا�شتخدم المعلومات المعطاة ل�شرح ما يحدث في كل محلول.ما الذي تخبرنا به نتائج ذوبان الأملح الفلزية حول القوى الداخلية بين الجزيئات في بع�س المواد ال�شلبة؟

يذوب ال�شكر ببطء �شديد في المياه عند درجة حرارة 20 مئوية، غير اأن التحريك ي�شاعد على عملية الذوبان، لماذا؟ما الآثار المترتبة على مقدار ذائبية الأك�شجين وثاني اأك�شيد الكربون في الكائنات الحية في الماء؟

ما الآثار المترتبة على مقدار ذائبية ثاني اأك�شيد الكبريت في الكائنات الحية والمباني داخل المدن حيث يكون ثاني ا في ذوبان الغازات في الماء، وعندما نغو�س اإلى اأك�شيد الكبريت ناتجا ثانويا من عوادم ال�شيارات؟ يوؤثر ال�شغط اأي�ش

اأعماق بعيدة تذوب كمية اأكبر من النيتروجين في الدم.ابحث عما يحدث عندما نخرج من الأعماق ب�شرعة كبيرة، وماذا ت�شمى هذه الظروف؟ ولماذا يو�شع النا�س الذين يعانون

من هذه الحالة في غرفة تخفي�س ال�شغط؟

الن�ساط الخام�سذائبية المواد المختلفة

اإذا كان المخطط المجاور يمثل الر�شم البياني الخا�س بك، .M1.M2 فا�شرح ماذا تعني

عند T1.T2، وا�شرح ما نوع المحلول المتكون عند النقاط .)E ،C ،B ،A(

ت�شاهد فقاقيع عندما ي�شخن الماء، فما هذه الفقاقيع في راأيك؟

ف�شر �شبب ظهور هذه الفقاقيع، ولماذا تتكون ب�شرعة عند ارتفاع درجات الحرارة؟

التق�سي: التغيرات التي تحدث عندما تذوب المواد ال�سلبة.خذ 100�شم3 من الماء عند درجة حرارة 25 مئوية، و�شعها في دورق مدرج �شعة 250�شم3. زن 10 جرامات من

كلوريد ال�شوديوم، و�شعها في دورق مدرج �شعة 100�شم3.لحظ حجم كلوريد ال�شوديوم. �شع الآن المخبار المدرج الذي يحتوي على الماء عند درجة حرارة 25 مئوية على كفة ميزان ذي الكفتين و�شجل

كتلة الماء.اأ�شف بعناية كلوريد ال�شوديوم اإلى الماء وحرك الماء بلطف حتى يذوب

كلوريد ال�شوديوم.ما الذي يجب اأن تكون عليه الكتلة الكلية؟ �شع الكتلة مرة اأخرى على

الميزان للتحقق من ذلك.ما الذي يجب اأن يكون عليه مجموع الحجم؟ انظر اإلى التدريج الموجود

على جانب الدورق للتحقق.ا�شرح اأي اختلفات يمكن اأن ت�شاهدها. وما الذي تخبرنا به النتائج حوله

عملية ذوبان الدقائق في المحلول؟

الذائبيةدرجة احلرارة

35

المخاليط

يمكن و�شف المواد الكيميائية بالمواد الع�شوية وغير الع�شوية، وذلك اعتمادا على تكوينها. والمركبات الع�شوية هي التي تحتوي على عن�شر الكربون، با�شتثناء الكربونات، والكربونات الهيدروجينية، والكربيدات، وثاني اأك�شيد الكربون

واأول اأك�شيد الكربون. وت�شمل المركبات غير الع�شوية بقية المجال الكيميائي. وبغ�س النظر عن تكوينها، يمكن ا�شتخدام بع�س المواد الكيميائية، مثل الذهب والكبريت، والحجر الجيري والرخام، مبا�شرة من البيئة، ويرجع ذلك اإلى �شعف

ن�شاطها الكيميائي في الأ�شل.ولكن تحتاج بع�س المواد الكيميائية اإلى

ف�شلها قبل ا�شتخدامها. واأما بالن�شبة للكيميائي الذي يعمل في ال�شناعة فمن

المهم اأن يطور التقنيات ال�شرورية لف�شل المواد وي�شتخدمها. ويظهر التطبيق الجيد

للمهارات العملية الأ�شا�شية في اإزالة الملح من الماء.

تحلى المياه للح�شول على المياه العذبة ال�شالحة لل�شتهلك الب�شري اأو الحيواني

اأو للري، وذلك اإذا اأزيل اأغلب الملح منه. وينتج عن هذه العملية في بع�س الأحيان

ملح الطعام باعتباره منتجا ثانويا وهو ي�شتخدم في ال�شفن والغوا�شات. ويتركز

معظم الهتمام الحديث في تحلية المياه على تطوير و�شائل فعالة من حيث التكلفة لتوفير مياه عذبة لل�شتخدام الب�شري في

المناطق التي تندر فيها المياه.وتتطلب تحلية المياه على نطاق وا�شع كميات كبيرة من الطاقة بالإ�شافة اإلى المعدات المتخ�ش�شة والمكلفة مما يجعل

البنى التحتية باهظة التكاليف مقارنة با�شتخدام المياه العذبة من الأنهار اأو المياه الجوفية. ولذلك تعد تقنية تحلية المياه عملية ممكنة في المناطق القريبة من �شواحل الدول الغنية، ولكنها لي�شت خيارا بالن�شبة للمناطق التي تعاني من

الفقر، اأو الأماكن التي تقع على ارتفاع �شاهق اأو تكون بعيدة عن البحار. وبالإ�شافة اإلى ذلك، يمكن للمياه العادمة الناجمة عن محطات التحلية اأن توؤثر �شلبا في الأنظمة الإيكولوجية البحرية المحلية ما لم يوؤخذ في الح�شبان اأن تكون

درجة حرارة مياه ال�شرف العادمة وملوحتها ل تختلف كثيرا عن درجة حرارة مياه المحيط وملوحتها.وقد اأدت احتياطات الطاقة الكبيرة في العديد من البلدان في ال�شرق الأو�شط، بالإ�شافة اإلى الندرة الن�شبية للمياه، اإلى

انت�شار وا�شع لمحطات تحلية المياه في هذه المنطقة. وتمثل محطات تحلية المياه في المملكة العربية ال�شعودية نحو 24 في المئة من اإجمالي الطاقة العالمية. ويوجد اأكبر م�شنع في العالم لتحلية المياه في محطة »جبل علي« لتحلية المياه )المرحلة 2( في المملكة العربية ال�شعودية. ولهذه المحطة غر�س مزدوج فهي ت�شتخدم التقطير متعدد المراحل )فل�س(،

ا. وفي الوقت نف�شه قادرة على اإنتاج 300 مليون متر مكعب من المياه �شنوي

محطة لتحلية المياه

36

الن�ساط ال�ساد�سف�سل الماء

هب اأن قد تقطعت بك ال�شبل فوق جزيرة �شحراوية، واأ�شبحت معزول ول يوجد لديك اأي اإمدادات للمياه اأو م�شدر �شوى البحر،

ومع ذلك، فالمياه ل تحتوي على الملح فقط ولكنها مختلطة بالرمال، غير اأنك تمتلك مختبرا مجهزا جيدا.

وعليك اإعداد خطة لإيجاد م�شدر غير ملوث لمياه ال�شرب النظيفة. ولكن مما يوؤ�شف له اأن هناك فترة 90 دقيقة لإتمام العملية قبل

الوفاة نظرا اإلى اآثار الجفاف ال�شديد.

تو�سعكيف يمكن تغيير هذا الأ�شلوب لو كان الملح النقي هو المطلوب اأن يكون المنتج النهائي ولي�س الماء؟

الن�ساط ال�سابعت�سجيل البيانات

�شع خطة كاملة بحيث، اإذا حدث لل�شخ�س في الن�شاط ال�شابق حادث ما، دون اأن تنجح الخطة، ف�شيحاول اأي �شخ�س في الظروف نف�شها اإعادة التجربة على اأمل اإنقاذ حياتهم. برر كل مرحلة من مراحل العمل، بدءا با�شتخراج الملح، وانتهاء باختبار عينة المياه للح�شول على المياه العذبة النقية. كما يجب اأن يتوفر في نهاية التجربة دليل على اأنها ما زالت

تعمل، لذا، يجب تقديم عينات من الرمل المف�شول، والملح والماء.

الن�ساط الثامنتحلية الماء

يجب اأن تكون تحلية المياه على نطاق وا�شع حتى تكون قابلة للتطبيق وعملية واقت�شادية.اأجر بحوثا حول اأ�شاليب تحلية المياه المختلفة الم�شتعملة. وما اأنواع تقنية التحلية الم�شتعملة في هذه العملية؟

ما العوامل التي تحدد راأ�س المال وتكاليف الت�شغيل لمحطة تحلية المياه؟ وكيف يمكن تعوي�س هذه التكاليف )انظر للتوليد الم�شترك للطاقة(؟

ما الآثار البيئية الناجمة عن تحلية المياه على نطاق وا�شع؟ ادر�س مواقع هذه المحطات، وال�شرر الذي �شتلحقه بالبيئة المحلية.

37

الن�ساط التا�سعتر�سيد ا�ستهلك المياه

اح�شب ال�شتهلك ال�شنوي من المياه لأ�شرتك، ثم اح�شب متو�شط ا�شتهلك الفرد الواحد. واإذا علمت اأن عدد �شكان المملكة نحو 29 مليون ن�شمة، فما قيمة

ال�شتهلك الكلي للدولة؟اقترح خطة لخف�س ا�شتهلك الأ�شرة من المياه،

وكيفية اإعادة تدويرها من اأجل خف�س ال�شتهلك العام. قد تقترح اإمكانية الغ�شل دون ا�شتعمال

ال�شابون حتى يت�شنى اإعادة ا�شتعمال الماء لري الحدائق العامة مما يحد من كمية المياه التي

ت�شخ في نظام ال�شرف ال�شحي، حتى يمكن اإعادة تدويرها.

كن مبدعا عند اقتراح الخطط.ا�شتنادا اإلى خطة العمل هذه، اأعد تقريرا يمكن اأن يقدم للحكومة تقترح فيه كيفية خف�س ا�شتهلك

المياه في المنزل، محليا ووطنيا، مت�شمنا بع�س التو�شيات حول طرق التغيير والتنفيذ.

تحدى نف�سككيف تاأثر قابلية ذوبان الأملح المختلفة على تركيبة الروا�شب المتكونة من عملية التبخر؟

مراجعة الوحدة والتاأمل فيهابعد اإكمال الوحدة، فكر بما يلي:

�شنف الغرويات المختلفة ح�شب فوائدها وم�شارها. ف�شر لماذا ل يمكن وجود غروي غاز – بغاز. هل اأن العا�شفة الرملية هي مادة غروية؟ كيف يعمل م�شحوق اإطفاء الحريق؟

6

الوحدة الثالثةتركيب الذرة

39

نظرة عامةيدر�س الطلب في هذه الوحدة م�شاهمة بع�س العلماء الرئي�شيين خلل التاريخ، وكيف تحول النهج العلمي نحو م�شاريع

علمية "كبيرة". كما �شيدر�س الطلب اأطياف النبعاث الذري وتحليل اأهميتها من ناحية تحولت الإلكترون التكميمي داخل الذرات. و�شوف ي�شتك�شفوا نظرية وتطبيق الطيف الكتلي، ومن ثم تطبيق ما تعلموه لتحليل البيانات.

ثم يدر�س الطلب الجوانب المتعلقة بمو�شوع الن�شاط الإ�شعاعي، وا�شتك�شاف العوامل التي ت�شاهم في عدم ا�شتقرار النظائر الم�شعة ومفهوم "العمر الن�شفي". و�شوف يوؤدي هذا اإلى درا�شة "الراديومترية التاريخية". و�شيركز الجزء الأخير

من هذه الوحدة على النظائر الم�شعة الثلثة للهيدروجين، وال�شتخدام التاريخي لمادة الديوتريوم في تطوير الأ�شلحة النووية

.

حـول هـذه الوحــدة

الأهداف التعلمية للوحدةتقييم الم�شاهمة التي قدمها مختلف العلماء خلل التاريخ. مقارنة نهج العلوم "الكبيرة" مع العلوم "ال�شغيرة". عمل نموذج للنظام ال�شم�شي، وا�شتخدم ذلك بم�شابهته مع الهيكل اللكتروني للذرة. ا�شتك�شاف و�شرح خط انبعاث الأطياف لذرات معدن من ناحية تحولت الإلكترون. ا�شتعمال طيف انبعاث الهيدروجين لح�شاب طاقة التاأين با�شتخدام معادلة "بلنك". ا�شتك�شاف هيكل الطيف الكتلي وتحليل وتف�شير �شكل الطيف الكتلي. تحديد كيف يتاأثر ا�شتقرار النظائر الم�شعة بن�شبة النيوترون ⁄ بروتون، وعددها الذري. تطبيق مفهوم "العمر الن�شفي" على تقنية "الراديومترية التاريخية". بحث خ�شائ�س وا�شتخدامات النظائر الم�شعة الثلثة للهيدروجين. ا�شتك�شاف الأحداث المحيطة بغارة الحلفاء في منطقة "تليمارك" في الحرب العالمية الثانية والأهمية

الإ�شتراتيجية لنتيجة الحرب.

40

الأفكار الأولى عن المادة

يعد النمو في النطاق، والحجم، وتكلفة التطبيق من اأ�شخم التغييرات التي �شهدها عالم العلوم اليوم.

عرف العالم العربي جابر بن حيان التحاد الكيميائي على اأنه اتحاد العنا�شر داخل جزيئات �شغيرة دون اأن تفقد هذه

العنا�شر خ�شائ�شها. لقد اكت�شف جون دالتون الإنجليزي، عالم الكيمياء والفيزياء الأمر نف�شه بعد ذلك بع�شرة قرون،

مطورا ما عرف بالنظرية الذرية.ويعد دالتون اأول عالم و�شف عمليات التكلي�س، والختزال،

والطرائق المح�شنة للتبخير، والت�شامي، والن�شهار، والتبلور. ر حمو�س الأ�شتيك، والكبريتيك، والنيتريك، ف�شل كما ح�ش

عن خليط من الحم�شين الأخيرين اأمكن ا�شتخدامه في اإذابة الذهب والف�شة. وقد اكت�شف العديد من المركبات الكيميائية،

ونجح في ف�شل الأنتيمون والزرنيخ من كبريتيداتها. وعلى الرغم من اأن عمله كان مفيدا في تطوير الكيمياء الحديثة، اإل اأنه يعد �شغير الحجم بالنظر اإلى مقايي�س هذه الأيام.

ت�شم وحدة ال�شتك�شاف )UA1(، التي كلفت المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية مليارات الدولرات، مئات الأ�شخا�س الذين يعملون معا في بيئة تقنية فريدة من نوعها.

العلوم في ع�شر جابر بن حيان )102–199 هـ /721–815 م(

Scie

nce

Phot

o Li

brar

y

الن�ساط الأولتق�سي الأ�سخا�س

ة، نظرا اإلى دورهم الفاعل في �شرح بنية الذرة: يحظى العلماء الثلثة التالية اأ�شماوؤهم باأهمية خا�ش

ا م ملف م ا، وقدموا اأمثلة متوا�شعة من العلم المحلي الم�شغر. �ش لقد عمل العلماء الثلثة على نطاق �شغير الحجم ن�شبيلكل منهم ي�شمل �شيرته الذاتية، ويلخ�س اأهم التجارب التي قام بها، محلل اإ�شهاماته المتوا�شعة في مجال العلوم في

ذلك الوقت.ا�شتعمل اأ�شلوب »مقعد الم�شاءلة« لكت�شاف اأهمية كل عالم من هوؤلء العلماء، ومدى اإ�شهامه في تطور تركيب الذرة. �شع ا و�شط غرفة ال�شف، وحدد لكل فرد دوره في الجلو�س على الكر�شي، متظاهرا اأنه رذرفورد، اأو كروك�س، اأو توم�شون. كر�شي

ا�شتفد من المعلومات التي اأعددتها عن العالم الذي اخترته، ثم اأجب عن الأ�شئلة التي تطرحها بقية المجموعة.

وليام كروك�س)1248-1337 هـ /

1832-1919 م(

اإرن�شت رذرفورد)1288-1356 هـ /

1871-1937 م(

جوزيف جون طوم�شون)1272-1359 هـ /

1856-1940 م(

Scie

nce

Phot

o Li

brar

41

الن�ساط الثانياكت�ساف الن�ساط الإ�سعاعي

اأدى العمل الذي قام به العالمان بيير، وماري كوري )1275–1324 هـ/1859–1906 م، و1353–1284هـ/ 1867–1934م( اإلى اكت�شاف عن�شرين م�شعين.

ف العمل الذي قام به العالمان بيير، وماري كوري، ثم ابحث في اأثر اكت�شافاتهما في العالم في ذلك الوقت، وفي �شالمجتمع المعا�شر.

كيف تغير ا�شتعمال المواد الم�شعة منذ اكت�شاف الراديوم؟ كيف تغير القبول الثقافي ل�شتعمال المواد الم�شعة؟ ما الفترات التي علت فيها اأ�شوات الموؤيدين للن�شاط الإ�شعاعي؟ وما الفترات التي قل فيها قبول الراأي العام لهذا

الن�شاط؟

الن�ساط الثالثم�سروع مانهاتن

في درا�شة حديثة، عد ال�شحفيون والراأي العام ا�شتعمال القنبلة النووية اأحد اأهم الأحداث الإخبارية خلل المئة عام الما�شية. لقد ا�شتعملت التكنولوجيا النووية، التي ظهرت بف�شل م�شروع مانهاتن، ب�شفتها مرجعا في توجيه الع�شر

ا على »العلوم الكبيرة«. الذري الحديث. ويعد م�شروع مانهاتن نموذجا ومثال حقيقياأجر بحثا منف�شل حول هذا الم�شروع. اأكمل مربعات العلقة باأكبر قدر ممكن من المعلومات. ار�شم اأربعة مربعات كبيرة

على قطعة من الورق، ثم �شم كل منها با�شتعمال العناوين التالية:الأ�شخا�س الم�شاركون والتواريخ

التاأثير المحليالمواد الم�شتعملة

التاأثير العالمي

ا�شتعمال اأذرع اآلية للتعامل مع المواد الم�شعة في المعمل اليومماري كوري في اأثناء العمل

Ria

Nov

osti/

Scie

nce

Phot

o Li

brar

y

Pasc

al G

oetg

helu

ck/S

cien

ce P

hoto

Lib

rary

�شيكون �شهل تعبئة مربع )الأ�شخا�س الم�شاركون( و)المواد الم�شتعملة(، على اأن يت�شمن مربع )التاأثير المحلي( معلومات عن تاأثير م�شروع مانهاتن في المجتمع المحلي والقومي. اأما مربع )التاأثير العالمي(، فيجب اأن يت�شمن

معلومات عن اأثر هذا الم�شروع في حدوث تحول في العالم. كيف اأثر م�شروع مانهاتن في التطورات الم�شتقبلية ل�شتعمال الطاقة الذرية؟

ح المراحل التي مر بها الع�شر الذري الحديث ا زمنيا من عام )1369هـ/1950 م( حتى الع�شر الحديث، يو�ش اأن�شئ خطبفعل تطور الأبحاث الذرية، وا�شتعمال الطاقة الذرية.

تاأثيرات الإ�سعاع

لقد جرى توثيق تاأثير الإ�شعاع جيدا، واأجريت الكثير من الختبارات حول تاأثير الإ�شعاع في البيئة والكائنات الحية.

حدد تاأثير الإ�شعاع في البيئة. ما تاأثير الختبارات الذرية في البيئة العالمية؟ اكتب بحثا

عن النظائر ال�شناعية التي وجدت ب�شبب ا�شتعمال الأ�شلحة الذرية والتكنولوجيا الذرية.

ناق�س الختبارات التي اأجرتها الحكومة الأمريكية على توزع الغبار النووي في اأعقاب النفجار الذري.

في عام )1406هـ/1986م(، انفجر المفاعل الرابع في محطة ت�شيرنوبل للطاقة النووية قرب مدينة بريبيات، باأوكرانيا.

وقد اأجريت في اأثناء الع�شرين عاما الما�شية درا�شة دقيقة حول تاأثير الغبار الذري في البيئة وتوزيعه، واأظهرت بع�س النتائج حقائق مروعة.

هل يكون للإ�شعاع دائما تاأثير �شلبي في الأنظمة البيولوجية والبيئية؟

ا، عط اأمثلة تدعم فكرة اأن للإ�شعاع تاأثيرا �شلبيواأمثلة اأخرى تعار�س هذه الفكرة

42

�شحابة الغبار التي تكونت بفعل القنبلة الذرية التي اأ�شقطت على ناجازاكي في اليابان،

عام )1364هـ /1945م(.

اأخليت المنطقة بعد كارثة ت�شيرنوبل مبا�شرة.

43

الن�ساط الرابعم�سروعات العلوم الكبيرة وم�سروعات العلوم ال�سغيرة

كانت الأبحاث ال�شابقة المرتبطة بدرا�شة الذرة محدودة خلفا للأبحاث المرتبطة بم�شروع مانهاتن. قارن �شمات »العلوم ال�شغيرة« ب�شمات »العلوم الكبيرة«.

ما مزايا كل النهجين وعيوبهما؟ ما التغييرات التي اأ�شهمت في و�شول عدد كبير من العلماء اإلى »العلوم الكبيرة«؟ عد »العلوم الكبيرة« الطريقة الف�شلى لتحقيق النجاح في الم�شاريع الكبيرة؟ لماذا ت

اختر م�شروعا اآخر يمكن اعتباره مثال على »العلوم الكبيرة«. على �شبيل المثال، م�شروع الجينوم الب�شري، اأو �شادم ا يمكن ا�شتعماله لطرح هذا النوع من الهدرون الكبير في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية. اأعد تقريرا اإخباري

الأبحاث على الراأي العام. احر�س على اإدراج معلومات كافية في تقريرك لجذب انتباه الراأي العام، وتبرير كل من اإن�شاء الم�شروع، وكلفته.

من اأمثلة العلوم الكبيرة، �شادم الهدرون الكبير، وهو جهاز لت�شريع الجزيئات عالية الطاقة بطول )27( كلم.

الن�ساط الخام�ستعريف النظام ال�سم�سي

ارتبطت العلوم العربية ارتباطا وثيقا بعلم الفلك على مر الع�شور. لم يكن يعرف العالم في ع�شور ما قبل الإ�شلم �شوى خم�شة كواكب، وتعرف علماء

مت هذه الفلك العرب الكوكب ال�شاد�س من ترجمة العلوم اليونانية. ق�شالكواكب اإلى كواكب داخلية، واأخرى خارجية. فالكواكب الداخلية هي التي

يمكن روؤيتها في ال�شماء ليل في منطقة قريبة من الأر�س، وبعيدة عن ال�شم�س. اأما الكواكب الخارجية، فهي التي يمكن روؤيتها وراء ال�شم�س، اأو

ا عن الأر�س. ومن الملحظات المثيرة للهتمام اأن اأبعد الكواكب بعيدا جدالمكت�شفة هو بلوتو، الذي ذكره العالم العربي جعفر �شادق قبل اختراع

التكنولوجيا التي اأ�شهمت في اكت�شاف هذا الكوكب. اعمل ن�شخة من الجدول ع بلوتو التالي، ثم املأه بمعلومات حول تركيب النظام ال�شم�شي. لقد و�ش

في قائمة الكواكب الت�شعة، على الرغم من اإعادة ت�شنيفه لي�شبح »كويكبا« �شغيرا، وذلك عام )1427هـ/2006م(.

44

تعريف الذرة

و�شع الفيزيائي الدنماركي نيلز بور نظرية حول تركيب الذرة، ح�شل من خللها على جائزة نوبل في الفيزياء عام ح هذه النظرية اأن الذرة تتاألف من نواة مركزية موجبة ال�شحنة، محاطة باإلكترونات �شالبة 1340 هـ/1922م، وتو�ش

ال�شحنة، تدور حول النواة في مدارات على م�شافات ثابتة، بطريقة م�شابهة للنظام ال�شم�شي.

القطر الكوكب(بالكيلومتر)

الكتلة الن�سبية (كتلة الأر�س)

البعد عن ال�سم�س زمن الدورة(بالمليون كيلو متر)

عطاردالزهرةالأر�سالمريخ

الم�شتريزحل

اأورانو�سنيبتون

بلوتو

ار�شم خريطة للنظام ال�شم�شي، مع مراعاة مقيا�س ر�شم الم�شافات والحجوم الن�شبية للكواكب. ل تحاول اإدراج ال�شم�س في هذه الخريطة، حدد مكانها في الجهة الي�شرى البعيدة من الخريطة فقط.

ما القوة التي تبقي الكواكب في مدارات ثابتة حول ال�شم�س؟ما النماذج الأخرى التي طرحت ل�شرح بنية الكون؟

ما الملحظات التي �شاهدتها؟ ما اأوجه الت�شابه والختلف بين طيفي ال�شوء الأبي�س والمركبات

المعدنية المختلفة في لهب بن�شن؟ما وجه ال�شبه بين اختبارات اللهب وبنية المجموعة ال�شم�شية؟

45

الن�ساط ال�ساد�سالألوان والذرات

ا�شتعمل مطيافا لمراقبة ال�شوء الأبي�س. ماذا ترى؟ ا�شتعمل الأدوات اأدناه، وتفح�س اأطياف مجموعة من اأملح العنا�شر في لهب بن�شن.

تعطى العديد من المواد لونا معينا عند و�شع عينة من مركباتها على لهب بن�شن.

مطياف مو�شوع على نحو اأفقي، وب�شكل مواز للهب بن�شن

حلقة في نهاية ال�شلك للم�شاعدة على اغتراف المركب

�شلك ملفوف حول الفلين

قطعة فلين

تفاعلت مختلفة للهب

الن�ساط ال�سابعالدليل الطيفي

ة يعد اختبار اللهب نموذجا مب�شطا لظاهرة تعرف بطيف النبعاث الخطي. ويحظى طيف الهيدروجين باأهمية خا�شفي علم الفلك، نظرا اإلى اأن معظم الكون يتاألف من الهيدروجين. توؤدي عمليات انبعاث الطاقة وامت�شا�شها في

ذرات الهيدروجين اإلى ظهور »�شل�شلة« من الخطوط، تتطابق مع التحولت الذرية، حيث تبداأ وتنتهي كل منها بحالة الهيدروجين الذرية نف�شها.

ح كيف ين�شاأ طيف النبعاث الخطي. و�شح هذه العملية؟ هل يمكنك اإن�شاء نموذج من الر�شوم المتحركة يو�شما الذي يمكن اأن يكت�شفه العلماء من طيف النبعاث الخطي حول تركيب الذرة؟

400 نانو متر 500 نانو متر 600 نانو متر 700 نانو متر

طيف النبعاث الخطي للهيدروجين

انبعاث

(خلفية �سوء ابي�س)امت�سا�س

46

الن�ساط الثامنتاأين الهيدروجين

توجد الإلكترونات في م�شتويات ثابتة للطاقة داخل الذرة. وكي ينتقل الإلكترون بين م�شتويات الطاقة، يجب اإثارته اإلى م�شتوى طاقة اأعلى. وعندما يعود هذا الإلكترون اإلى م�شتوى طاقته الأ�شلي، تنطلق حزمة

مكافئة من الطاقة على هيئة كمية من الطاقة الإلكترومغناطي�شية تبعا لمكان حدوث هذا النتقال. ويمكن روؤية هذه الطاقة في �شورة

�شوء مرئي، يظهر على هيئة حزم من الألوان عند النظر اإليها عبر جهاز المطياف. في حال تعري�س الإلكترون لطاقة كافية، فاإنه يمكن

اإثارته خارج اأعلى م�شتويات الطاقة في الذرة. وفي هذه الحالة، ينطلق الإلكترون، وت�شبح الذرة متاأينة.

يقابل اأعلى م�شتوى ممكن للطاقة في الذرة التردد الذي تتحد عنده خطوط الطيف. ويمكن تحديد طاقة تاأين العن�شر عن طريق تحديد

التردد الذي تتحد عنده الخطوط معا، مما يوفر معلومات مفيدة عن ن�شاط العن�شر. يعر�س الجدول التالي تردد الطاقة المتحررة عندما

يعود اإلكترون من اأعلى م�شتوى للطاقة اإلى حالته الأر�شية. على �شبيل المثال، تنطلق حزمة من الإ�شعاع بتردد 1014 × 24.66 هرتز عند عودة اإلكترون من م�شتوى الطاقة الثاني اإلى م�شتوى الطاقة الأول في ذرة هيدروجين.

الإلكترون يدور حول نواةالبروتونات والنيوترونات

النتقال المقابل للترددالتردد n/1014 هرتز24.66n = 1 اإلى n = 2 29.23 n = 1 اإلى n = 3 30.83 n = 1 اإلى n = 4 31.57 n = 1 اإلى n = 5 31.97 n = 1 اإلى n = 6 32.21 n = 1 اإلى n = 7 32.37 n = 1 اإلى n = 8

معادلة بلنكتعرف العلقة بين الطاقة وتردد الإ�شعاع بمعادلة بلنك، وتكتب هذه المعادلة على النحو التالي:

الطاقة = ثابت بلنك × تردد الإ�سعاعE = h x v

وت�شاوي قيمة ثابت بلنك 13-10 × 4 كيلوجول/ مول.ا�شتعمل القيمة المقدرة عندما ي�شبح فرق التردد n∆ �شفرا، ومعادلة بلنك، لح�شاب الطاقة المطلوبة لتاأين

الهيدروجين. حول اإجابتك اإلى كيلوجول/ مول.

ح الفرق في التردد )n∆( بين الخطوط و�شالمتتالية في �شل�شلة )ليمان( للهيدروجين.

ار�شم مخطط الفرق في التردد )n∆( مقابل .n با�شتعمال اأقل قيمة تردد لر�شم ،n

ا�شتعمل المخطط لتقدير متى ي�شبح الفرق )n∆( �شفرا. وهذا الفرق هو تردد الطاقة

اللزمة لتاأين الهيدروجين.

47

الن�ساط التا�سعمطياف الكتلة

بنية الذرة

يعد زيت الزيتون اأحد المكونات الأ�شا�شية في العديد من الأطعمة العربية. وعادة ما تت�شمن زراعة الزيتون

ا�شتعمال مبيدات ح�شرية، ومواد كيميائية اأخرى قد يكون لها خطر على ال�شحة.

يمكن تحديد وجود المبيدات الح�شرية في المنتوجات الم�شنعة من الزيتون عن طريق مجموعة من تقنيات

التحليل والف�شل، اأ�شهرها مطياف الكتلة.يعد مطياف الكتلة تقنية تحليلية ت�شتعمل لتحديد الكتل

الن�شبية لنظائر ذرات العن�شر. وفي الأنظمة الع�شوية ا الأكثر تعقيدا، يمكن ا�شتعمال مطياف الكتلة اأي�ش

لتحديد الكتل الجزيئية الن�شبية للجزيئات، ومعرفة بع�س المعلومات عن ال�شيغة البنائية للجزيئات.

ح العمليات الرئي�شية التي تحدث في مقيا�س طيف الكتلة، اعتمادا على المخطط اأعله. و�ش

�شبكة ت�شريع

�شلك ت�شخين

مغناطي�س

�شعاع من الأيونات الموجبة

ف�شل الأيونات، اعتمادا على كتلها

37 lC+

اأداة ك�شف.فتحة

35 lC+

اإلى م�شخة التفريغ

B

�شعاع الإلكترونات الموؤين

)+(37 lC+ عينة نظير

)-()-(

N

S

C اأ

48

الن�ساط العا�سرفهم ال�سور الطيفية

طيف الكتلة التالي هو خا�س بعينة من الزركونيوم. كم عدد نظائر الزركونيوم الموجودة في هذه العينة؟

ح القمم الخم�س في طيف الكتلة وجود خم�شة نظائر من الزركونيوم، بن�شب كتلة/�شحنة 90، 91، 92، 96، 98. ونظرا تو�شاإلى اأن كل من هذه الجزيئات يحمل �شحنة 1+، فاإن ن�شب الكتلة/ال�شحنة ترتبط بكتلة النظير الن�شبية لكل ذرة. تعتمد

ة به. وهذا يعني الكتلة الذرية الن�شبية للزركونيوم على المتو�شط المرجح لكل نظير ناتج من ن�شبة الوفرة الن�شبية الخا�شاأن عينة من ذرات الزركونيوم، تحتوي على ن�شبة 51.5% من الزركونيوم -90، ون�شبة 11.2% من الزركونيوم -91،

ح في الجدول التالي: وهكذا كما هو مو�ش

الكتلة الذرية الن�شبية = )51.5/100 x 90( + )11.2/100 x 91( + )17.1/100 x 92( + )17.4/100 x 94( + )2.8/100 x 96(

الكتلة الذرية الن�شبية = 91.3.

الوفرة الن�شبية )%(

ن�شبة الكتلة/ال�شحنة

100

50

51.5%الزركونيوم -90 11.2%الزركونيوم -91 17.1%الزركونيوم -92 17.4%الزركونيوم -94 2.8%الزركونيوم -96

88 90 92 94 96 98

49

الن�ساط الحادي ع�سرتف�سير ال�سور الطيفية

ح طيف الكتلة ال�شابق تكون اأ�شجار الزيتون المزروعة في بيئة غير ع�شوية اأكثر عر�شة للتلوث بالمعادن الثقيلة. يو�شوجود نوعين من الملوثات المعدنية.

ا�شتنتج من طيف الكتلة الكتل الذرية الن�شبية لهذه الملوثات، وتعرف كل معدن موجود با�شتعمال هذه القيمة.

بيةن�ش

ة الوفر

ال

ن�شبة الكتلة/ال�شحنة

100

80

60

40

20

0

51.35 48.65

29.50

70.50

الن�ساط الثاني ع�سرتو�سيع النطاق

يعد ا�شتعمال المبيدات الح�شرية ال�شناعية م�شدرا اآخر للتلوث ي�شيب اأ�شجار الزيتون.

كيف يمكن ا�شتعمال مطياف الكتلة لتعرف تلوث الزيتون بالمبيدات الح�شرية؟

هل توفر المعلومات الم�شتنتجة من مطياف الكتلة تفا�شيل كافية حول التركيب الكيميائي؟

كيف تحدد كتلة الجزيئات الكبيرة والأكثر تعقيدا، اعتمادا على التقنية الم�شتخدمة في تحديد كتلة النظائر؟

ما الختلفات الرئي�شة بين نوعي قيا�شات مطياف الكتلة؟ راجع اثنتين، على الأقل، من التقنيات الأخرى الم�شتخدمة في تحديد التركيب

الكيميائي وبنية الجزيئات. على �شبيل المثال، مطياف الأ�شعة تحت الحمراء، ومطياف الرنين المغناطي�شي النووي. اكتب ح فيها ا�شتعمالت كل تقنية، ومزاياها، وعيوبها مع التمثيل. مقالة مخت�شرة تو�ش

عمال ر�س مبيدات الآفات الزراعية على ال�شتلت

107 109 203 205

50

الن�ساط الثالث ع�سرال�ستقرار الذري

.A=2Z ا يمثل ار�شم مخطط انت�شار للعدد الكتلي للنظير )A( مقابل العدد الذري )Z(، على اأن يت�شمن هذا المخطط خطكيف تتغير ن�شبة النيترون/البروتون للنظائر الم�شتقرة مع زيادة العدد الذري؟ ما الذي ي�شير اإليه المخطط ب�شاأن ا�شتقرار النظائر مع زيادة العدد الكتلي للذرة والعدد الذري؟ ي�شير و�شع النظير بالن�شبة اإلى الخط A = 2Z اإلى نوع النحلل الإ�شعاعي الذي يمر به العن�شر. ناق�س هذه العلقة

با�شتعمال انحلل بيتا واألفا كاأمثلة.ا، هي: انحلل بيتا، والتقاط توجد ثلث طرائق يمكن ا�شتعمالها لت�شبح النواة غير الم�شتقرة اأكثر ا�شتقرارا ن�شبي

�س هذه العمليات على ثلث الإلكترونات، وا�شمحلل األفا. لخبطاقات، اعتمادا على العدد الذري.

ا�شرح كيف توؤثر هذه الأنواع الثلثة من ال�شمحلل في النظائر الم�شعة.

النواة غير الم�ستقرة

يحدد التاأريخ بالكربون الم�شع عمر المخلوقات البائدة بقيا�س مقدار الكربون -14 المتبقي في كل منها. اإن هذه التقنية التي ابتكرها عالم الكيمياء الفيزيائية الأمريكي ويلرد ليبي، الحا�شل على جائزة نوبل في الكيمياء عام

)1380هـ/1960م(، تعد اأكثر الطرائق ا�شتعمال لتحديد العمر في مجال الآثار.بعد درا�شة اأجراها خبراء في التاريخ الطبيعي من جامعة يال، اكت�شف عدد من الأحافير في مدينة اأبوظبي، حيث كانت اأعمار المواقع تحت الدرا�شة تتراوح بين �شتة وثمانية مليين �شنة، وقد حوت مخلوقات �شبيهة في العمر بتلك التي عثر ا. وقد حددت اأعمارها عليها في اآ�شيا، واإفريقية، واأوروبا. والأهم من ذلك، هو اكت�شاف عدد من المخلوقات الجديدة اأي�ش

بدقة عن طريق ا�شتعمال تقنية التاأريخ الكربوني.

محاكاة �شل�شلة ا�شمحلل األفا لنوى العن�شر 112 الثقيلة )اأعلى الي�شار( بو�شاطة الحا�شوب.

Prof

. K. S

eddo

n &

Dr.

T. E

vans

، Que

en’s

Uni

vers

ity B

elfa

st/S

cien

ce P

hoto

Lib

rary

51

الن�ساط الرابع ع�سرالتاأريخ الكربوني

التاأريخ الكربوني تحوي بع�س العنا�شر الكيميائية العديد من اأنواع الذرات. وت�شمى الذرات المختلفة

للعن�شر نف�شه النظائر. يمتلك الكربون ثلثة نظائر رئي�شة، هي: الكربون-12، والكربون -13،

والكربون-14. وي�شكل الكربون -12 ما ن�شبته %99 من ذرات العن�شر جميعها، وي�شكل الكربون -13 ما

ن�شبته 1%. اأما الكربون -14، في�شكل ما ن�شبته 1 جزء ا، وهذا من المليون. ويعد الكربون-14 عن�شرا م�شع

الإ�شعاع هو الم�شتخدم في قيا�س العمر.كون جدول يلخ�س التركيب الذري في �شوء: العدد

الذري، والعدد الكتلي، وعدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات لنظائر الكربون الثلثة.

ح مزايا تقنيات التاأريخ الكربوني وعيوبه. و�شما محددات التاأريخ الكربوني؟ كيف يمكن التغلب

عليها؟تتحلل الذرات الم�شعة اإلى ذرات م�شتقرة بو�شاطة عملية

ح�شابية ب�شيطة، حيث يتغير ن�شف الذرات المتوافرة خلل فترة محددة، تعرف بفترة عمر الن�شف. على �شبيل المثال، اإذا كانت فترة عمر الن�شف لـ 1000 ذرة ع�شر �شنوات، عندئذ، وبعد مرور ع�شر �شنوات، �شيتبقى 500 ذرة فقط، وبعد ع�شر �شنوات اأخرى، �شوف ي�شل العدد اإلى 250 ذرة، وبعد

ع�شر �شنوات ثالثة، �شوف ي�شبح العدد 125 ذرة، وهكذا.

الن�ساط الخام�س ع�سرتحديد العمر بطريقة �سحيحة

يمكن لعلماء الآثار ح�شاب عمر المخلوقات البائدة، اأو المدة التي انق�شت منذ موتها عن طريق عد ذرات الكربون -14 الموجودة فيها.

وللقيام بذلك، يجب معرفة فترة عمر الن�شف للكربون -14، وعدد ذرات الكربون -14 التي كانت موجودة في ج�شم المخلوق قبل موته. ت�شل فترة عمر الن�شف للكربون -14 اإلى 5730 عاما. ومع ذلك، فاإن معرفة عدد ذرات الكربون

-14، التي كانت موجودة في ج�شم الكائن قبل وفاته، تعد اأحد الأمور التي ل يمكن تحديدها اإل بالتخمين. ويمكن ال�شتدلل على اأن ج�شم مخلوق الأحفورة كان يحوي قبل وفاته مقدار الكربون -14 نف�شه الذي تحويه اأج�شام

المخلوقات الحية هذه الأيام. ومن هنا، يمكن افترا�س اأن ن�شبة الكربون 14- في اأي مخلوق حي: هي ن�شبة ثابتة.وبما اأن فترة عمر الن�شف للكربون -14 هي 5730 عاما، فاإن علماء الآثار ا�شتطاعوا تحديد تاريخ البقايا الأثرية كلها،

حيث يمكن اأن تعود التواريخ الم�شتقة من عينات الكربون اإلى 50000 عام خلت تقريبا. ت�شتخدم نظائر البوتا�شيوم اأو اليورانيوم، التي تتميز بطول فترة عمر الن�شف، في تحديد تاريخ الأحداث الجيولوجية القديمة، التي تقا�س بمليين اأو

مليارات ال�شنين.

ي�شتخدم م�شارع طيف الكتلة في التاأريخ بالكربون الم�شع.

Jam

es K

ing-

Hol

mes

/Sci

ence

Pho

to L

ibra

ry

52

تاأريخ الأحافيرتوجد حقيبة مملوءة بالخرزات مختلفة الألوان، تمثل محتوى

النظير الإ�شعاعي لإحدى الأحافير. وتمثل الحقيبة نف�شها الأحفورة، في حين تمثل الخرزات بداخلها مليين الذرات التي

ت�شكلها. تحتوي الحقيبة على 100خرزة، بحيث تمثل:15 خرزة زرقاء نظير اليورانيوم الأ�شلي 235.

45 خرزة حمراء نظير الر�شا�س الفرعي207.

40 خرزة اأخرى ملونة مجموعة من النظائر الم�شعة المختلفة.

ت�شل فترة عمر الن�شف لليورانيوم 235 اإلى704 مليون �شنة.وظف معرفتك بالنحلل الإ�شعاعي وخ�شائ�س فترة عمر الن�شف

في ح�شاب عمر خم�س »اأحافير« مختلفة في الغرفة.اح�شب عدد ذرات النظائر الأ�شلية والفرعية في كل حقيبة.

اح�شب عدد فترات عمر الن�شف التي مرت على النظير، ثم حدد عمر ال�شخرة، اعتمادا على البيانات التي جمعت.

يمكنك ال�ستعانة بالمعلومات التالية:ن�شبة النظير الأ�شلي المتبقية = عدد النظائر الأ�شلية / )عدد النظائر الأ�شلية + عدد النظائر

الفرعية( × %100د عمر العينة ب�شرب عدد فترات عمر الن�شف في عمر الن�شف للنظير الإ�شعاعي. ولم�شاعدتك على يحد

حة اأعله ي�شل اإلى 1.408 مليار �شنة. معرفة الناتج، فاإن عمر العينة المو�شح ال�شكل التالي عدد فترات عمر الن�شف المكافئ لن�شبة النظير الأ�شلي المتبقية. يو�ش

النحلل الإ�شعاعي المتوقع للنظير بمرور الوقت

0 1 2 3 4 5 6

100908070605040302010

0

قيةمتب

س الئي�

الرظير

النشبة

ن�

ن�شف العمر

عينة ماأخوذة من عظمة لإجراء تاأريخ كربوني

الن�ساط ال�ساد�س ع�سركم يبلغ عمر الأحافير؟

توجد حقائب مملوءة بالخرز، تمثل عينات لأربع اأحافير اأخرى. اح�شب عمر كل عينة اأحفورية.الأحفورة 1

تحتوي الحقيبة على 100 خرزة، بحيث تمثل:5 خرزات زرقاء نظير اليورانيوم الأ�شلي -235. 35 خرزة حمراء نظير الر�شا�س الفرعي-207. 60 خرزة اأخرى ملونة مجموعة من النظائر الم�شعة المختلفة.

ت�شل فترة عمر الن�شف لليورانيوم -235 اإلى 704 مليون �شنة.

الأحفورة 2تحتوي الحقيبة على 100 خرزة، بحيث تمثل:

30 خرزة خ�شراء نظير اليورانيوم الأ�شلي -238. 10 خرزات برتقالية نظير الر�شا�س الفرعي -206. 60 خرزة اأخرى ملونة مجموعة من النظائر الم�شعة المختلفة.

ت�شل فترة عمر الن�شف لليورانيوم -238 اإلى 4.5 مليارات �شنة.

الأحفورة 3تحتوي الحقيبة على 100 خرزة، بحيث تمثل:

25 خرزة خ�شراء نظير اليورانيوم الأ�شلي -238. 25 خرزة برتقالية نظير الر�شا�س الفرعي -206. 50 خرزة اأخرى ملونة مجموعة من النظائر الم�شعة المختلفة.

ت�شل فترة عمر الن�شف لليورانيوم -238 اإلى 4.5 مليارات �شنة.

الأحفورة 4تحتوي الحقيبة على 100 خرزة، بحيث تمثل:

45 خرزة �شفراء نظير الثوريوم الأ�شلي -232. 5 خرزات بنف�شجية نظير الر�شا�س الفرعي -208. 50 خرزة اأخرى ملونة مجموعة من النظائر الم�شعة المختلفة.

ت�شل فترة عمر الن�شف للثوريوم -232 اإلى 14 مليار �شنة.

ان�شخ الجدول التالي ثم اأكمله لتحديد عمر كل عينة من عينات »الأحافير«.

عدد ذرات النظير 'رقم الأحفورةعمر الأحفورةعدد فترات ن�سف العمرعدد ذرات النظير الفرعيالرئي�سي

1234

53

54

الن�ساط ال�سابع ع�سرالنظائر والهيدروجين

كون جدول لتحديد الختلفات بين نظائر الهيدروجين الثلثة. كون جدول اآخر لمقارنة الخ�شائ�س الفيزيائية للماء والماء الثقيل، على اأن يت�شمن هذا الجدول نقطة الن�شهار،

ونقطة الغليان، والكثافة، وبيانات الذائبية، واللزوجة، وثوابت العزل الكهربائي.ا اإذا افتر�شنا اأن الهيدروجين في الطبيعة يحتوي على ذرة ديتروم من بين كل 6000 ذرة، واأن هذه الن�شب تنطبق اأي�ش

على ذرات الهيدروجين الموجودة في المياه الطبيعية، فاح�شب ن�شبة جزيئات D2O، وHDO، وH2O في المياه الطبيعية.

ا في ف�شل النظائر هو عملية معقدة، نظرا اإلى الختلفات الب�شيطة جدالخ�شائ�س الكيميائية والفيزيائية. ا�شرح كيفية ت�شنيع الديتروم،

وطريقة اإنتاج »الماء الثقيل«. ما الم�شكلت المرتبطة بهذا النوع من تقنيات الف�شل؟

لماذا ي�شهل ف�شل نظائر الهيدروجين بخلف نظائر العنا�شر الأخرى؟

ح لماذا يتحرر الهيدروجين على الكاثود ب�شرعة تفوق تحرره على و�شالديتروم ب�شت مرات، عند التحليل الكهربائي للماء، حتى في حالة

وجود H2O وD2O بتركيز م�شاو؟

النظائر

يوجد ثلثة نظائر لعن�شر الهيدروجين )H(، هي: البروتيوم )وعادة ما ن�شميه الهيدروجين(، والديتروم )D(، والتريتيوم. ا، وتختلف في خ�شائ�شها الفيزيائية، نظرا اإلى اختلف كتلتها. تتماثل هذه النظائر كيميائي

توجد معظم ذرات الهيدروجين في ق�شرة الأر�س متحدة ،H2O ب�شورة مياه. تحتوي المياه في العادة على جزيئات

وHDO، وD2O، وتبلغ ن�شبة ذرات الديتروم قرابة %0.015، اأو نحو 1 جزيء من بين كل 6000 جزيء. وعلى الرغم من اأن الخ�شائ�س الكيميائية لـ H2O، وD2O مت�شابهة )حيث يمكن

ا من خ�شائ�شها الفيزيائية �شرب D2O باأمان(، اإل اأن بع�شتختلف على نحو ملحوظ. ونظرا اإلى تمتع D2O بكثافة اأعلى

من كثافة H2O، في�شار اإليه با�شم »الماء الثقيل«.

55

الن�ساط الثامن ع�سراأبطال التليمارك

عرفت ظاهرة الن�شطار النووي جيدا قبل الحرب العالمية الثانية، حيث اأدركت كل من الدول الحليفة والنازية قدراتها نع قنبلة نووية. وحتى مطلع عام )1362هـ/1943م(، كانت الدول الحليفة توا�شل العمل الدوؤوب، الكامنة، واإمكانية �شا اأن العلماء الألمان ل اإلى حل. واأ�شبح من الوا�شح اأي�ش �شعيا اإلى تحقيق مبتغاها، لكنها كانت بعيدة المنال عن التو�ش

يبذلون ما في و�شعهم لتطوير ان�شطار نووي.

في محاولة ل�شنع قنبلة نووية. وكان الماء الثقيل، الذي يعد اأحد العنا�شر الحا�شمة ل�شتكمال العمل،

مطلوبا كو�شيط لإتمام التفاعل الن�شطاري. وعلى مدى �شنوات عدة، كان الماء الثقيل ينتج- على نحو رئي�س -

في العالم، في )رجوكان( بجبال تيليمارك النرويجية، حيث كان الموقع قريبا من محطة طاقة مائية. وفي

مطلع عام )1361هـ/ 1942م(، احتل النازيون النرويج، وبدا وا�شحا اأنه لمنع الألمان من تطوير قنبلة نووية،

فل بد من تدمير م�شنع )رجوكان(.

لخ�س الحملة التي قامت بها الدول الحليفة في محاولتها منع ا�شتمرار اإنتاج الماء الثقيل في

تيليمارك. ابحث عن مقالت تتحدث عن اأبطال تيليمارك.لماذا كان م�شنع الماء الثقيل يقبع في جبال تيليمارك؟ هل تعتقد اأن الدول الحليفة كانت محقة عندما منعت الألمان من اإنتاج قنبلة نووية، في حين قامت

هي باإنتاج هذه القنبلة وا�شتعملتها فورا؟اعر�س اأفكارك، مبررا ردودك واإجاباتك.

رجوكان بجبال تيليمارك

ن�شب ال�شلم في هيرو�شيما، رت اأول قنبلة نووية حيث فج

مبا�شرة فوق القبة.

56

الن�ساط التا�سع ع�سرالنظائر في المختبر

يعد �شلوك الماء الثقيل من الناحية الكيميائية م�شابها ل�شلوك الماء العادي، H2O. با�شتعمال معرفتك للكيمياء العملية، ح طريقة تح�شير كل مما يلي: وبدءا بـ D2O كم�شدر وحيد لذرات الديتروم، و�ش

NaOD D2SO4 DCl ND3 D2SO4 CH3COOD CH3CH2OD

يتفاعل الإيثانول مع حم�س الإيثانويك لإنتاج اأ�شيتات الإثيل )اإ�شتر( والماء.

C2H5OH + CH3COOH = CH3COOC2H5 + H2O

لإجراء م�شح اإ�شعاعي للمخ؟ كيف ت�شتعمل التوابع الم�شعة

يوجد احتمالن لهذا التفاعل: الأول، يمكن اأن يتفاعل الإيثانول مع حم�س الإيثانويك، حيث تنتزع مجموعة )OH( من الإيثانول، وتتحد مع

الهيدروجين الموجود في الحم�س لإنتاج الماء. الثاني، يمكن اأن يتحد الحم�س الذي يفقد مجموعة )OH( مع الهيدروجين الموجود في الإيثانول.

لقد در�شت اآلية هذه التجربة في الأ�شا�س با�شتعمال و�شم النظائر الم�شعة. وفي كلتا الحالتين، فاإن الأك�شجين الم�شع ينطلق مع الإيثانول اأو حم�س الإيثانويك. وقد اأدى وجود الأك�شجين الم�شع

في الماء اإلى فهم مكان انطلق الأك�شجين، كما �شمح للكيميائيين بفهم اآلية التفاعل ب�شيء من التف�شيل.

ا�شرح المق�شود من تجربة تتبع النظائر الم�شعة مع التمثيل. �شمم تجربة لدرا�شة تفاعل الإيثانول مع حم�س الإيثانويك. ح كيف ي�شمح ا�شتعمال الجزيئات المعالجة بالديتروم بتحديد اآلية و�ش

التفاعل.ما المق�شود بتتبع النظائر الم�شعة مع التمثيل؟ كيف ت�شتخدم في مجال

الطب؟لماذا تعطي التجارب البيولوجية التي ت�شتعمل الديتروم كتابع نتائج غير

موثوق بها؟

O

O-HR-C + R’OH

O

O-R’R-C + H2O

57

تحدى نف�سكاأختر عالم واحد خلل التاريخ تعتقد اأنه قدم اأكبر م�شاهمة للعلم، وبرر اختيارك.

مراجعة الوحدة والتاأمل فيهابعدما تكمل هذه الوحدة عليك بالتفكير فيما يلي:

ما مزايا وم�شاوئ م�شاريع العلوم "الكبيرة" والعلوم "ال�شغيرة"؟لماذا ل ينبعث الطيف الخطي من م�شباح الفتيلة؟ ما هو التحول الأحمر في طيف انبعاث النجمة، وماذا يدل ذلك؟ تفتر�س عملية التاأريخ بالكربون ن�شبة مئوية ثابتة من كربون - 14 في الأن�شجة الحية. ما هي العوامل التي

قد توؤثر على هذه الن�شبة المئوية؟كيف يعمل م�شحوق اأجهزة اإطفاء الحريق؟

5

الوحدة الرابعةالجدول الدوري

59

يعد الجدول الدوري الطريقة الأب�شط والأو�شح لت�شنيف العنا�شر وتجميعها معا على اأ�شا�س خ�شائ�شها المعروفة. كما يعد اآلية لتوقع خ�شائ�س العنا�شر التي لم تكت�شف بعد.

ويمكن و�شف كل عن�شر من عنا�شر الجدول با�شتخدام رقمي األمجموعه والدورة اللتين ينتمي اإليهما، على اأن يعتمد الرقمان على

التوزيع الإلكتروني للعن�شر.يدل رقم الدورة على عدد الم�شتويات التي تتوزع فيها اإلكترونات

العن�شر، اإ�شافة اإلى بيان ال�شف الذي يظهر فيه العن�شر في الجدول الدوري.

يرمز عدد المجموعة اإلى عدد اإلكترونات الم�شتوى الأخير )الخارجي( للذرة، كما يبين العمود الذي يظهر فيه العن�شر في

الجدول الدوري.يعتمد ترتيب العنا�شر في الجدول الدوري على الزيادة في العدد

الذري )اأي عدد البروتونات في نواة الذرة(. ومع ذلك، فاإن الأنماط التي ي�شتدل عليها في الجدول الدوري هي في الواقع لة. دالة على التوزيع الإلكتروني للعن�شر. لذا، فمن المهم فهم التوزيع الإلكتروني للعنا�شر ب�شورة وا�شحة، ومف�ش

�شتتعرف في هذه الوحدة على اأنماط ترتيب العنا�شر في الجدول الدوري واتجاهاتها، والمجموعات الكيميائية الرئي�شية.

حـول هـذه الوحــدة

الأهداف التعلمية للوحدةتلم بالمعرفة والمفاهيم والمهارات في المجالت الكيميائية المختلفة، وتطبقها على �شياقات مختلفة،

معبرا عن الأفكار تعبيرا وا�شحا وم�شتخدما مفردات متخ�ش�شة منا�شبة.تفهم التوزيع الإلكتروني للعنا�شر الأربعين الأولى في الجدول الدوري. تطور فهما لطاقات التاأين. تحلل اأنماط ترتيب العنا�شر في الدورة والمجموعة، من حيث: ن�شف القطر الذري، وطاقة التاأين الأولى. ت�شتق�شي الخ�شائ�س الفيزيائية والكيميائية لعنا�شر المجموعتين: الأولى، وال�شابعة وت�شرحها. تدرك الخ�شائ�س الفيزيائية والكيمائية لمتاأ�شلت الكربون، وت�شكيل الأنابيب النانونية. تفكر في م�شامين العي�س في عالم تقنية النانو، والتطبيقات الحالية والم�شتقبلية لهذه التقنية.

60

الن�ساط الأولالأنماط الدورية

كيف يعتمد ن�شف القطر الذري على العدد الذري، في راأيك؟ا�شرح فر�شيتك واختبرها م�شتعينا بالبيانات المت�شمنة في الجدول الذي زودك به المعلم.

ا عبر مجموعة. وهل يمكنك اقتراح كيفية تقديم هذه الأنماط ا عبر دورة، وعمودي ا�شرح اأنماط ترتيب العنا�شر، اأفقيا؟ ب�شري

اختبر فر�شيتك م�شتعينا بالر�شم البياني، وناق�س اإلى اأي مدى يدعم الر�شم هذا تفكيرك، اأو يفنده.ا�شتخدم مهارات تقنية المعلومات والت�شالت، و�شمم ن�شخة طبق الأ�شل للجدول الدوري تبين ن�شف القطر الذري

للعنا�شر مر�شومة ر�شما قيا�شيا مماثل للجدول المو�شح اأدناه.

61

الن�ساط الثانيطاقات التاأين

يمكن تحديد التركيب الإلكتروني لذرة ما، بنزع الإلكترونات من الذرة واحدا تلو الآخر.ويتطلب نزع الإلكترون طاقة يمكن قيا�شها.

رف طاقة التاأين للعن�شر على اأنها: الطاقة التي يتطلبها نزع اأحد اإلكترونات العن�شر وفقا للمعادلة الآتية: وتع

M )g( è M+ )g( + e-

توقع العلقة بين طاقة التاأين الأولى لعن�شر ما وعدده الذري، وتفح�س جدول البيانات الذي قدمه اإليك المعلم، مو�شحا العلقة بين طاقة التاأين، والعدد الذري بيانيا. وهل يوؤكد الر�شم البياني الذي ر�شمته ما توقعته؟ ا�شرح �شكل الر�شم.

�شف النمط العام في الدورات الثلث الممثلة في الر�شم البياني )الهيدروجين - الهيليوم، الليثيوم - النيون، ال�شوديوم - الأرجون(. وهل هناك اأي حالت حيود )حالت �شاذة(؟ ا�شتخدم ما تعرفه عن التركيب الإلكتروني في

تف�شير هذه الحالت.

62

طاقة التاأين الإلكترون المنتزع(kJmol-1)

496 الأول

4.563الثاني

6.913الثالث

9.544الرابع

13.352الخام�س

16.611ال�شاد�س

20.115ال�شابع

25.491الثامن

28.934التا�شع

141.367العا�شر

159.079الحادي ع�شر

ا�شتعن بالبيانات الواردة في الجدول، وار�شم خطا بيانيا يمثل طاقة التاأين )كيلو جول مول1-( على المحور ال�شادي، يقابلها رقم الإلكترون المنزوع على المحور ال�شيني، على اأن يكون الر�شم خطيا تو�شل فيه النقاط بخطوط م�شتقيمة.

ا�شرح التوزيع الإلكتروني لذرة ال�شوديوم با�شتخدام اأدلة من الجدول، والر�شم البياني، وما تعرفه عن ترتيب الإلكترونات. ا�شرح الترتيب اللكتروني لذرة ال�شوديوم.

الن�ساط الثالثالتركيب الإلكتروني للذرة

يبين الجدول الآتي الطاقة التي يتطلبها نزع اإلكترونات من ذرة �شوديوم..

لماذا تقل طاقة التاأين الأولى عن طاقة التاأين الحادية ع�شرة كثيرا؟

الن�ساط الرابععنا�سر المجموعة الأولى

ت�شمى عنا�شر المجموعة الأولى في الجدول الدوري بالفلزات القلوية، وهي: الليثيوم، وال�شوديوم، والبوتا�شيوم، والروبيديوم، وال�شيزيوم، والفران�شيوم.

وبما اأن الرابيديوم وال�شيزيوم �شديدا التفاعل، ونظرا اإلى وجود الفران�شيوم على �شورة كميات �شغيرة م�شعة، لذا فاإن درا�شة عنا�شر هذه المجموعة تقت�شر على عنا�شر الليثيوم، وال�شوديوم، والبوتا�شيوم.

تتفاعل فلزات المجموعة الأولى مع اللفلزات لت�شكيل مركبات اأيونية يحمل الأيون فيها �شحنة 1+. فكلوريد ال�شيزيوم- على �شبيل المثال- يحتوي على الأيونات +Cs و –Cl متحدة معا في �شورة �شبكة اأيونية.

تتفاعل فلزات المجموعة الأولى جميعها مع الماء لتحرير الهيدروجين )يتفاعل ق�شم منها ب�شدة(. كما اأنها تكون هيدروك�شيدات ذائبة �شديدة القلوية رقمها الهيدروجيني ما بين 12-14 )لذا فاإنها تعرف با�شم الفلزات القلوية(.

2Na)s( + 2H2O)l( = 2NaOH )aq( + H2 )g(

تتفاعل فلزات المجموعة الأولى جميعها مع الهواء لتكوين الأكا�شيد، لذا فاإنها تخزن تحت الزيت لمنع ات�شالها المبا�شر بالهواء. فهل يمكن تخزين عنا�شر المجموعة الأولى في الكيرو�شين؟ ولماذا؟

تق�سي الن�ساط الكيميائيانتبه جيدا للمعلم وهو ي�شرح تفاعلت فلزات الليثيوم، وال�شوديوم،

والبوتا�شيوم مع الهواء والماء. ولحظ �شرعة هذه التفاعلت، وما ينتج عنها. وتعرف على نوع الغاز المنبعث، وطبيعة المحلول المتكون عند تفاعل كل فلز

مع الماء، و�شجل ملحظاتك.رتب الفلزات القلوية في قائمة وفقا لن�شاطها الكيميائي بدءا باأ�شدها ن�شاطا.

ح اأ�شباب هذا التجاه اعتمادا على التركيب الإلكتروني. وا�شتخدم وو�شالمعلومات التي ت�شمنها جدول البيانات الذي زودك به المعلم، لتقديم تف�شير

�شامل حول الن�شاط الكيميائي لعنا�شر المجموعة الأولى.هل ت�شتطيع اأن تتنباأ بمظهر كل من الروبيديوم اأو ال�شيزيوم وخ�شائ�شهما

الكيميائية والفيزيائية؟

63

تفاعل الليثيوم مع الماء

الن�ساط الخام�سعنا�سر المجموعة ال�سابعة

ت�شمى عنا�شر المجموعة ال�شابعة في الجدول الدوري بالهالوجينات، وهي: الفلور، والكلور، والبروم، واليود، والأ�شتاتين.وبما اأن الفلور �شديد التفاعل، والأ�شتاتين عن�شر نادر، لذا ف�شتقت�شر درا�شة عنا�شر هذه المجموعة على الكلور، والبروم

واليود. حيث ي�شتخرج البروم من ماء البحر، كما يوفر ماء البحر كلوريد ال�شوديوم الذي ي�شتخرج منه عن�شر الكلور. ويمكن الح�شول على اليود والفلور من معادن كثيرة.

رتب اأ�شماء الهالوجينات وفقا لن�شاطها الكيميائي مبتدئا باأكثرها ن�شاطا، وا�شرح هذا التجاه اعتمادا على التركيب الإلكتروني لهذه العنا�شر.

وا�شتخدم المعلومات الواردة في جدول البيانات الذي زودك به المعلم لتقديم تف�شير �شامل عن الخ�شائ�س الكيميائية، والفيزيائية لعنا�شر المجموعة ال�شابعة.

هل ت�شتطيع اأن تتوقع مظهر الأ�شتاتين وخ�شائ�شه الكيميائية والفيزيائية؟يمتاز كلوريد ال�شوديوم بدرجة ان�شهار عالية جدا، ومع ذلك فاإنه يذوب ب�شهولة عند اإ�شافته اإلى الماء ليكون اأيونات

ال�شوديوم والكلوريد. لماذا تعتقد اأن المادة ال�شلبة تذوب عند درجة حرارة الغرفة دون اأن تن�شهر؟

64

And

rew

Lam

bert

Pho

togr

aphy

/ Sc

ienc

e Ph

oto

Libr

ary

65

الن�ساط ال�ساد�سالهالوجينات في المحاليل

�شع 2 �شم3 من ماء الكلور، وماء البروم، ومحلول اليود )يود مذاب في يوديد البوتا�شيوم( في ثلثة اأنابيب اختبار منف�شلة، ثم اأ�شف 2 �شم3 من مذيب هيدروكربوني )ي�شتعمل عادة الهك�شان اأو ال�شيكلوهيك�شين( اإلى كل اأنبوب. ثم دون ملحظاتك حول مظهر هذه المحاليل في الو�شط المائي، وعند اإ�شافة المذيب الهيدروكربوني. هل هناك فرق في ذلك؟

وما تف�شيره؟

66

الن�ساط ال�سابعاإحلل الهالوجينات

�شع 1�شم3 من محلول كلوريد البوتا�شيوم تركيزه 0.2 مل، و1�شم3 من محلول بروميد البوتا�شيوم تركيزه 0.2 مل، و1�شم3 من محلول يوديد البوتا�شيوم تركيزه 0.2 مل في ثلثة اأنابيب اختبار منف�شلة. واأ�شف قطرة واحدة من ماء الكلور

اإلى كل اأنبوب، ورج المزيج لخلط المحتويات. ثم دون ملحظاتك حول اأي تغير يحدث في اللون، واإذا لم تلحظ حدوث تفاعل، فتابع اإ�شافة قطرات ماء الكلور واحدة تلو الأخرى، حتى ي�شل مجموع ما اأ�شفته اإلى 1�شم3. واإذا لم يحدث

التفاعل، فاكتب عبارة »ل تفاعل« في جدول النتائج.

ولم�شاعدتك على تعرف نواتج التفاعل، اأ�شف 1�شم3 من مذيب هيدروكربوني في نهاية الختبار، اإذ قد ت�شاعدك الألوان المتكونة في كل طبقة على تعرف الهاليد الناتج.

ثم تق�س تاأثير ماء البروم، ومحلول اليود في محاليل هاليدات البوتا�شيوم الثلثة.ي ال�شابق المتعلقة بالإحلل، ثم اكتب ا نتائج التق�ش وا�شرح م�شطلح »الإحلل« من حيث ن�شاطه الكيميائي، وا�شرح اأي�ش

معادلت بالكلمات، والرموز، ل�شرح تفاعلت الإحلل التي لحظته.

تفاعل يوديد البوتا�شيوم مع غاز الكلور

Andrew

Lambert Photography / Science Photo Library

67

الن�ساط الثامن(I) ال�سوء وهاليدات الف�سة

�شع 1�شم3 من محلول كلوريد البوتا�شيوم 0.2 مل، 1�شم3 من محلول بروميد البوتا�شيوم 0.2 مل، و 1�شم3 من محلول يوديد البوتا�شيوم 0.2 مل في ثلثة اأنابيب اختبار منف�شلة.

ثم اأ�شف 5 اإلى 10 قطرات من نترات الف�شة 0.2مل اإلى كل اأنبوب اختبار، ولحظ اأي تغيرات في المحاليل. واترك اأنابيب الختبار في �شوء ال�شم�س المبا�شر مدة 15 دقيقة، ولحظ بعد ذلك، اأي تغييرات على المحاليل.

ا�شرح المق�شود بم�شطلح »التر�شيب«. واكتب معادلت بالكلمات، والرموز، لتف�شير تفاعلت التر�شيب.وما اأهمية �شلوك هاليدات الف�شة عند تعر�شها اإلى ال�شوء؟

68

الن�ساط التا�سعالعنا�سر النتقالية

تحتل العنا�شر النتقالية المنطقة الو�شطى من الجدول الدوري. ولكي يعد العن�شر انتقاليا حقيقيا، يجب اأن ي�شكل مركبا يكون فيه م�شتوى الطاقة d م�شغول جزئيا.

اكتب التركيب الإلكتروني للعنا�شر النتقالية الع�شرة الأولى، من ال�شكانديوم اإلى الزنك. وا�شتخدم المعلومات الواردة في جدول البيانات الذي زودك به المعلم لتوقع اأية اأنماط في الخ�شائ�س الفيزيائية للعنا�شر.

تفقد المعادن الإلكترونات من اأعلى م�شتويات الطاقة الم�شغولة اأول. فمثل، التركيب الإلكتروني للعن�شر الحادي والع�شرين، ال�شكانديوم هو:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

ويكون ال�شكانديوم اأيونا واحدا فقط، هو +sc3، مما يعني اأنه يفقد ثلثة اإلكترونات لتكوين الأيون. وتوؤخذ هذه الإلكترونات من اأعلى المدارات الم�شغولة اأول، وهي 3d1، 4 s2، وعليه فيكون التركيب الإلكتروني لأيون +Sc3، هو:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

اأما معدن الزنك فيكون اأيون +Zn2. اكتب التركيب الإلكتروني لهذا الأيون.

انتقالية اأم غير انتقالية؟لم ل يعد ال�شكانديوم والزنك من العنا�شر النتقالية؟

،)IV( الفاناديوم ،)III( الفاناديوم ،)II( محاليل عنا�شر انتقالية. من الي�شار اإلى اليمين: التيتانيوم .)II( النحا�س ،)II( النيكل ،)II( الكوبالت ،)III( البرمنجنات، الحديد ،)II( ثنائي الكرومات، المنجنيز ،)III( الكروم

ابحث في الخ�شائ�س الكيميائية والفيزيائية للعنا�شر النتقالية وقارن بين خ�شائ�س وتفاعلت الزنك وال�شكانديوم اللذين يعدان عن�شرين غير انتقاليين، والعنا�شر التي تعد عنا�شر انتقالية.

ا في اأحدث ا�شتخدامات العنا�شر النتقالية في مجال الطب، كا�شتخدامها في علج مر�س ال�شرطان مثل. وابحث اأي�شوكيف ت�شتخدم المعادن النتقالية في ال�شناعة بو�شفها عوامل م�شاعدة؟ وهل كان للمعادن النتقالية ومركباتها دور

في حدوث اأي كوارث بيئية؟ اإذا كان كذلك، فما دورها؟ وماذا كان تاأثير التلوث في ذلك المعدن النتقالي؟

And

rew

Lam

bert

Pho

togr

aphy

/ Sc

ienc

e Ph

oto

Libr

ary

69

الن�ساط العا�سرمتاآ�سلت الكربون

ترتبط ذرات الكربون برابطة ت�شاهمية. ويوجد الكربون في ثلثة اأ�شكال متبلورة تعرف بالمتاآ�شلت هي: الألما�س، والجرافيت، والبكمن�شتوفوليرين. وينفرد الكربون في قدرته على الرتباط بنف�شه لتكوين جزيئات طويلة ال�شل�شلة.

مقارنة متاآ�سلت الكربون�شمم جدول من ثلثة اأعمدة بالعناوين الآتية: الجرافيت، الألما�س، والبكمن�شترفوليرين، واأملأه بو�شف تف�شيلي

ا. للخ�شائ�س الفيزيائية لكل مادة، و�شمنه ر�شما لكل منها، و�شف الروابط فيها اأي�شثم اقرن بين روابط هذه المواد وخ�شائ�شها المميزة، وف�شر- على وجه الخ�شو�س- �شبب قدرة الجرافيت على تو�شيل

الكهرباء )على الرغم من اأنه ل فلزي( مع اأن المادتين الأخريين غير مو�شلتين للكهرباء.

الن�ساط الحادي ع�سرعالم النانو

في عام 1427هـ )2006م(، تبرع خادم الحرمين ال�شريفين الملك عبداهلل بن عبدالعزيز بمبلغ 36 مليون ريال للجامعات الثلث الرائدة في المملكة من اأجل اإجراء الدرا�شات البحثية في مجال تقنية النانو. وفي ت�شريح لوكالة الأنباء

ال�شعودية، قال وزير التعليم العالي الدكتور خالد العنقري: »لقد تبرع خادم الحرمين ال�شريفين الملك عبداهلل بمبلغ 36 مليون ريال من ح�شابه ال�شخ�شي ل�شتكمال تجهيز المختبرات المتطورة لتقنية النانو في جامعة الملك عبدالعزيز،

وجامعة الملك �شعود، وجامعة الملك فهد للبترول والمعادن بمعدل 12 مليون ريال لكل جامعة«.ياأتي تبرع خادم الحرمين اإقرارا باأهمية تقنية النانو، والم�شاريع البحثية ذات ال�شلة. وتمثل علوم النانو اإنجازا جديدا

ومثيرا للعلم على م�شتوى الجزيئات والخليا. قد تكون م�شطلحات »�شنتي« )جزء من مئة( وميلي )جزء من األف( ماألوفة لديك، اأما النانوميتر في�شاوي جزءا من األف مليون من المتر )اأو 1/1.000.000.000(.

ابحث عن المزيد من الأعمال التي تجريها جامعة الملك عبدالعزيز، وجامعة الملك �شعود، وجامعة الملك فهد للبترول والمعادن في مجال تقنية النانو.

70

الكربون وعلوم النانويلعب الكربون دورا مركزيا في علوم النانو. وقد عرفنا في

الن�شاط 10، اأن الكربون ينفرد في قدرته على الرتباط بنف�شه لتكوين جزيئات طويلة ال�شل�شلة. وتعرف هذه الخا�شية

بال�شل�شال، وهي اأ�شا�شية لبناء الجزيئات النانوية.»تعد الأنابيب النانوية الكربونية تراكيب نانوية فريدة

من نوعها، وذات خ�شائ�س اإلكترونية ميكانيكية مذهلة. وقد ان�شب تركيز المجتمعات البحثية في البداية على

خ�شائ�شها الإلكترونية الغريبة، وذلك لأنه يمكن اعتبار الأنابيب النانوية نموذجا لل�شلك الكمي اأحادي البعد.

ومع اكت�شاف خ�شائ�س اأخرى مفيدة، وخا�شة القوة التي تتمتع بها الأنابيب النانوية، فقد تزايد الهتمام بتطبيقات

محتملة اأخرى. اإذ يمكن اأن ت�شتخدم اأنابيب النانو الكربونية في �شناعة اإلكترونيات بحجم النانوميتر، اأو لتعزيز مواد

البوليمرات.«)مجلة عالم الفيزياء ، عدد رم�شان 1418هـ/يناير 1998(

وقد �شهدت علوم النانو تطورا كبيرا منذ كتابة هذا البحث الأخير، فاأ�شبح ما كان البارحة مجرد خيال علمي، حقيقة واقعة اليوم. فالبث عبر الأقمار ال�شطناعية، والهاتف المحمول، والإنترنت، كانت كلها موا�شيع �شالحة لق�ش�س

الخيال العلمي. ولكن، كم اأمنية من اأماني العلماء اليوم �شتتحول اإلى حقيقة واقعة في غ�شون �شنوات قليلة من الآن؟

اأنابيب نانوية – �شفائح ملفوفة من ذرات الكربون. يمكن ملحظة ذرات فردية على �شكل نتوءات

ظاهرة على �شطح الأنبوب.

Eye

of S

cien

ce /

Scie

nce

Phot

o Li

brar

y

خيال علمي بالأم�س، واقع اليوم

عالم علوم تقنية النانوتق�س عالم علوم تقنية النانو، واكتب تقريرا يت�شمن تفا�شيل حول:

المجالت البحثية الرئي�شة في الوقت الراهن.العلماء الم�شاركين. ما يمكن تحقيقه فعل في الوقت الحالي. توقعات ب�شاأن الم�شتقبل.

71

ا�شتعن بما لديك من معرفة وخيال، وقدم اقتراحاتك عما يمكن اأن يتحقق خلل 50 اإلى 100 �شنة قادمة. ولكن يتعين عليك اأن تكون واقعيا، وتكون توقعاتك مبنية على اأبحاث علمية حديثة. حاول اأن تبرر توقعاتك- مع الإفادة من الو�شع

الحالي في مجال العلوم التقنية لر�شم �شورة واقعية لتقنية النانو في الم�شتقبل.كيف �شيوؤثر تقدم تقنية النانو في المجتمعات المحلية والقومية والعالمية؟

ا وا�شع الخيال، وواقعيا في الوقت ذاته. قدم عملك على �شورة مل�شقات، اأو عر�س تقديمي على الحا�شوب. وكن خلقوا�شتعن بالمجلت العلمية الدورية، وو�شائل الإعلم على م�شتوى العالم لدعم اآرائك، واحر�س على ذكر م�شادر

المعلومات التي رجعت اإليها.

مراجعة الوحدة والتاأمل فيهافكر فيما ياأتي عند النتهاء من درا�شة هذه الوحدة:

ما مزايا ا�شتخدام الر�شوم البيانية لتف�شير المعلومات، وعر�شها؟ ما ميزة ا�شتخدام المذيبات الهيدروكربونية لتكوين محاليل مخففة من البروم واليود؟ لماذا يميل الكيميائيون على الأغلب اإلى تمثيل تفاعلت الإحلل بتبيان الجزيئات والأيونات المتفاعلة فقط؟ ما العنا�شر الأخرى التي يمكن ا�شتخدامها بدل من الف�شة لإنتاج مواد ح�شا�شة لل�شوء؟ لماذا تعد العنا�شر النتقالية "معادن نموذجية"؟ لماذا لم يكت�شف البكمن�شترفوليرين اإل منذ وقت قريب؟ اإلم تعزو اأهمية ال�شتثمار في التقنية الحديثة؟

تحدى نف�سكا�شتعن بفهمك للتركيب الذري على توقع الخ�شائ�س الكيميائية والفيزيائية لعنا�شر اأخرى.

وتخيل اأنك تقل�شت اإلى حجم نانوي، فماذا يمكن اأن تلحظ؟ كيف �شيبدو لك عالم النانو؟ وما الم�شكلت التي يمكن اأن يواجهها �شخ�س بهذا الحجم على الم�شتوى النانوي؟

18

الوحدة ال�ساد�سةالروابط الكيميائية

73

�شتعد في هذه الوحدة، م�شادر مثيرة ومحفزة ل�شرح الروابط الكيميائية لطلب اآخرين. ويتطلب القيام بذلك معرفة وفهما عميقين حول المو�شوعات الآتية: الرابطة الأيونية، الرابطة الت�شاهمية، اأ�شكال الجزيئات، القوى بين الجزيئات، الرابطة

الفلزية.ومن غير المرجح اأن تتمكن من تنفيذ الأن�شطة الخم�شة جميعها في هذه

)اأو اأن�شطة( محددة للتركيز عليها. الوحدة. لذا، �شيق�شم المعلم الطلب اإلى مجموعات، ويعين لك ن�شاطا ويتعين عليك اأن ت�شمم المواد ل�شتخدامها في منتدى على �شبكة

الإنترنت، اأو على الموقع الإلكتروني للمدر�شة حتى يتمكن الآخرون من التعليق على عملك، وتقييمه، وتقديم الردود حوله.

ا�شتخدم معرفتك الخا�شة، وم�شادر اأخرى منا�شبة لت�شميم الأن�شطة العملية اأو ال�شتراك فيها، حتى:

رها، تتعرف اأي اأخطار للمواد الكيميائية التي �شت�شتخدمها اأو تح�شاأو الإجراءات التي �شتتبعها.

تقوم اأي �شرر فعلي قد ينجم عن اأخطار ا�شتخدام المواد الكيميائية، ومدى خطورة هذا ال�شرر. ت�شتخدم التدابير المنا�شبة )مثل: خزانة حفظ المواد، نظارات واقية، قفافيز، اإطفاء النيران المك�شوفة(.

لذا يجب عليك اإجراء التجارب المخبرية في غرفة ال�شف قبل ن�شرها على موقع المنتدى في �شبكة الإنترنت.

حـول هـذه الوحــدة

الأهداف التعلمية للوحدةتلم بالمعرفة والمفاهيم والمبادئ من مجالت كيميائية مختلفة، وتطبقها على �شياقات مختلفة، مع

التعبير عن الأفكار تعبيرا وا�شحا، م�شتخدما مفردات متخ�ش�شة منا�شبة.ت�شتخدم مهارات الكيمياء في �شياقات تجمع بين مجالت مختلفة في المو�شوع. تجري تقييمات تنطوي على م�شتوى اأخطار المواد الكيميائية التي �شت�شتخدم اأو ت�شنع، اأو للإجراءات

التي �شتتبع عند ا�شتخدام اأو ت�شنيع تلك المواد.تدرك طبيعة قوى الجذب بين الجزيئات. تدرك تاأثير قوى الجذب بين الجزيئات )الترابط بين الجزيئات( وفي داخلها )الترابط بين الذرات داخل

الجزء( في الخ�شائ�س الكيميائية والفيزيائية للعنا�شر.ت�شرح اأ�شكال الجزيئات والأيونات، وزوايا الروابط فيها م�شتخدما النموذج النوعي للتنافر بين اأزواج

الإلكترونات وحتى اأربعة اأزواج من الإلكترونات )بما في ذلك اأزواج وحيدة(، ومثال ذلك: BF3 )ثلثي .)V شكل�( H2O ،)هرمي( NH3 ،)رباعي الأوجه( NH4+ و CH4 و ،)خطي( CO2 ،)الزوايا

تتوقع اأ�شكال الروابط وزواياها في جزئيات واأيونات مماثلة لما هو مذكور اأعله.

74

الن�ساط الأولالرابطة الأيونية

ح الأمثلة على ت�شكل الأيونات والرابطة الأيونية. ثم �شف الخ�شائ�س الفيزيائية ر �شل�شلة من العرو�س التي تو�ش ح�شللمركبات الأيونية وا�شرحها، منها على �شبيل المثال:

درجتا الن�شهار والغليان المو�شلية الكهربائية الذائبية

ا�شرح هذه الخ�شائ�س من حيث: النوع، والحركة، وترتيب الجزيئات )الذرات، والجزيئات، والأيونات( والقوى بينها.

ا الرابطة الأيونية في كلوريد ال�شوديوم واأك�شيد المغني�شيوم، وا�شرح اأي�شبا�شتخدام مخططات النقاط والعلمات. و�شف التركيب ال�شبكي لكلوريد

ال�شوديوم.ثم �شمم ا�شتق�شاء يهدف اإلى اإنتاج ملح مزدوج الأيونية، مثل كبريتات

الأمونيوم والحديد، والمعروف با�شم ملح )مور(، مع الأخذ في الح�شبان اأنه ح نمو البلورات بالعر�س يمكنك ا�شتخدام لقطات الفيديو التتابعية لتو�ش

البطيء، اأو المتقطع لتعزيز العر�س التقديمي.

ا�ستخدام تقنية المعلومات والت�سالتتركز هذه الوحدة ب�شورة خا�شة على ا�شتخدام تقنية المعلومات والت�شالت لإعداد:

عرو�س تقديمية. وثائق ت�شم اقتراحات للمهام العملية، والواجبات المنزلية، والأن�شطة التو�شعية )ويمكن اأن ت�شتمل على ر�شوم بيانية

و�شور فوتوغرافية(.جداول بيانات يمكن تفح�شها لتحديد الأنماط والخ�شائ�س. عرو�س ر�شوم كرتونية ومج�شمات. ملفات �شوتية )بودكا�شت( اأو مرئية )فيديو كليب(.

يلخ�س الجدول التالي الفر�س المتاحة ل�شتخدام تقنية المعلومات والت�شالت في كل ن�شاط.

بلورات كلوريد ال�شوديوم

ملف فيديور�سوم متحركةجدول بياناتوثيقةعر�س تقديميالن�ساط

الن�شاط الأول: الرابطة الأيونية

الن�شاط الثاني: الرابطة الت�شاهمية

الن�شاط الثالث: اأ�شكال الجزيئات

الن�شاط الرابع: القوى بين الجزيئات

الن�شاط الخام�س: الرابطة الفلزية

الن�ساط الثانيالروابط الت�ساهمية

ر �شل�شلة من النماذج، وال�شور المتحركة، اأو الر�شوم الكرتونية التي تو�شح تكوين الجزيئات المرتبطة ت�شاهميا. ح�شوا�شرح تكوين الروابط الت�شاهمية با�شتخدام مخططات النقاط والعلمات. كما يمكن اأن ت�شم الأمثلة الم�شتخدمة

الهيدروجين، والكلور، والأك�شجين، وكلوريد الهيدروجين، والماء، والأمونيا، والميثان، وثاني اأك�شيد الكربون، وغاز الإيثان.

واأن�شىء جدول بيانات يمكن اأن ي�شتخدمه الطلب الآخرون، لتف�شير الخ�شائ�س الفيزيائية لمجموعة من المواد المترابطة ت�شاهميا، والتنبوؤ بها.

ثم اكتب تقريرا حول الجزيئات الت�شاهمية تبين فيه الخ�شائ�س النموذجية لأنواع اأخرى من المواد. فيمكنك مثل اأن تبحث في جزيئات

ت�شاهمية مو�شلة للكهرباء، اأو جزيئات ت�شاهمية حلت محل الفلزات. وما مزايا هذه المواد مقارنة بمزايا المواد التي حلت محلها؟

75

76

الن�ساط الثالثاأ�سكال الجزيئات

ح الأ�شكال ثنائية وثلثية الأبعاد للجزيئات المحددة اأعله. ر �شل�شلة من المج�شمات، اأو الر�شوم المتحركة التي تو�ش ح�شوادعم هذه النماذج اأو الر�شوم المتحركة بملحظاتك المتعلقة باأ�شكال الجزيئات، وزوايا الروابط فيها.

ا تقديميا لإي�شاح اأ�شكال هذه الجزيئات وفقا لنظرية تنافر اأزواج الإلكترونات في م�شتوى التكافوؤ واأعد عر�ش.)VSEPR(

ا �شل�شلة من الختبارات التفاعلية التي من �شاأنها م�شاعدة طلب اآخرين على تعرف اأ�شكال الجزيئات، ر اأي�ش ثم ح�شوت�شميتها، و�شرحها. كما يمكنك ا�شتخدام هذه الختبارات كتمارين للتقييم الذاتي.

77

الن�ساط الرابعالقوى بين الجزيئات

مم ا�شتق�شاء للمقارنة بين العزوم الدائمة لثنائي القطب في مجموعة من الجزيئات. ومن المفيد اأن تعرف اأن المحاليل �شالتي تحتوي عزوما ثنائية القطب، تنحني نحو ق�شيب م�شحون اإذا اأطلقت نفثة من ال�شائل من قعر ال�شحاحة. ويمكنك اأن

ت�شجل مقاطع فيديو �شوتية لعر�س بع�س خ�شائ�س المواد التي ت�شتمل على هذا النوع من القوى بين الجزيئات.اجمع بيانات حول الخ�شائ�س الكيميائية والفيزيائية للجزيئات، على اأن ت�شمل اأنواعا مختلفة من القوى بين الجزيئات. ح كيف توؤثر قوى الجذب بين الجزيئات في الخ�شائ�س الفيزيائية لهذه الجزيئات. ويمكنك جمع هذه البيانات على وو�ش�شورة جداول، اأو قاعدة بيانات. كما يمكن ا�شتخدامها في اإنتاج مجموعة من ن�شرات المعلومات، اأو الر�شوم البيانية التي

تبين كيف يمكن التنبوؤ بالخ�شائ�س الفيزيائية لمواد مختلفة وتف�شيرها.واأخيرا اكتب تقريرا حول خ�شائ�س الماء الكيميائية والفيزيائية، وا�شرح الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات التي

ا اأن تورد اأمثلة اأخرى على الرابطة تحتوي على مجموعات – OH و–NH، ممثلة بالماء والأمونيا. كما يمكنك اأي�شالهيدروجينية في الأنظمة البيولوجية، مثل تركيب الحم�س النووي اأو البروتينات.

اكتب تقريرا تقوم فيه خ�شائ�س الماء الحيودية الناتجة عن الرابطة الهيدروجينية، ومثال ذلك كثافة الجليد مقارنة بالماء، والرتفاع الن�شبي لدرجة تجمد الماء وغليانه.

وتخيل كيف يمكن اأن تكون الحياة، لو لم توجد الروابط الهيدروجينية؟

78

الن�ساط الخام�سالرابطة الفلزية

�شمم �شل�شلة من المج�شات، اأو الر�شوم المتحركة لتو�شيح الترابط في الفلزات.

قدم تفا�شيل عن خ�شائ�س الفلزات من خلل خرائط مفاهيم م�شممة با�شتخدام اإحدى البرمجيات الآتية:

مايكرو�شوفت باور بوينت، اأو مايكرو�شوفت وورد، اأو مايكرو�شوفت النا�شر.

تحدى نف�سكما نقاط القوة في المواد التي اأنتجتها؟ ما نقاط ال�شعف في المواد التي اأنتجتها؟ ما الفر�س التي يمكن اأن ت�شاعدك على تح�شين موادك وتنفيذها؟ ما المعيقات التي يمكن اأن تقف في �شبيل تح�شين هذه المواد وتنفيذها؟ على �شوء التحليلت المذكورة اأعله، قيم المواد الخا�شة بك بالرجوع اإلى الأهداف التعلمية لكل ن�شاط. ما الذي تحتاج اإليه لحقا لتح�شين هذه المواد وتنفيذها؟

مراجعة الوحدة والتاأمل فيهافكر فيما ياأتي عند النتهاء من درا�شة هذه الوحدة:

ما المهارات التي طورتها في هذه الوحدة؟ وكيف طورت مهاراتك؟ هات مثال واحدا على تطور حدث في مهاراتك في كل من المجالت الآتية: حل الم�شكلة، التعاون مع الآخرين، المجازفة عند العمل ب�شورة فردية،

تقييم اأ�شاليبك وتعديلها في �شوء الخبرة المكت�شبة.اأي هذه المجالت �شكلت ال�شعوبة الأكبر بالن�شبة اإليك؟ وكيف يمكنك تح�شين مهاراتك في هذا المجال؟ لماذا تحول بع�س العقاقير الطبية اإلى اأملح الهيدروكلوريد الأكثر قابلية للذوبان؟ ما الذي يجعل الأك�شجين يذوب في الماء، مع اأنه مادة غير قطبية؟ لماذا يعد �شكل الجزيئات مهما جدا في النظم البيولوجية؟ لماذا ي�شمى الماء "المذيب العام"؟ ما ال�شبائك؟ وما ال�شبائك الذكية. لماذا لم يكت�شف البكمن�شترفوليرين اإل منذ وقت قريب؟ اإلم تعزو اأهمية ال�شتثمار في التقنية الحديثة؟

موهبة بوابة عالم واكتشف التجربة شاركنا العربي العالم في واالبتكار واإلبداع للموهبة الرئيسي المرجع

والعالم السعودية العربية المملكة في والمبدعين الموهوبين تربية أسس إرساء في متخصصة علمية بوابة اإللكترونية موهبة بوابة ا متجددا ومجاال تفاعليا للمشاركة المجتمعية. العربي. تقدم خدمات متنوعة للموهوبين والقائمين على رعايتهم، وتعتبر مصدرا معرفي

I n f o @ m a w h i b a . o r g . s a8 0 0 6 1 2 3 3 3 3 المجاني: الرقم

بوابة موهبة اإللكترونية

1111.indd 3 8/22/2010 11:38:36 AM