Upload
awal-rs
View
283
Download
17
Embed Size (px)
DESCRIPTION
الكمياء2 kemyaa2
Citation preview
الطبعة الثانية
1431هـ ــ 1432هـ
2010م ــ 2011م
م 2
01
1 -
م 2
01
0 /
هـ 1
43
2 -
هـ 1
43
1 ة
نيثا
ل ا
ةعبط
ل ا
)
كرت
�شامل
ج م
نارب
ل)ا
ي و
انلث
ام
ليعلت
ا )
2(
ء ــا
يــــمـــ
يــكـــ
رقــــــم الإيـــــــــداع : 14٢7/3781
ردمك : 6 - ٢31 - 48 - 9960
اال�ســـــــــــــــــم : ......................................................................................
الـمــدر�ســـــــة : ......................................................................................
2كيمياء) م�سار العلوم الطبيعية (
لجنة التطوير والتعديل
اأميـــــــــة بنـت عمــــــــر جـــــــــــــــان نــورة محمــد عيـــــد الحربــي
ابت�سام عبد الكريم جوهري وجدان نايف زامل ال�سريف
لجنة المراجعة
خليل فراج الــــــــــــــــــــــــــــــــوافي عبدالرحمن عبدالملك كمال
عمر عبداهلل مغربي
راجعه واأ�سرف على الت�سميم الفني والتعليمي
خالد بن �سالح القري�سي
الطبعة الثانية
1431هـ ــــ 1432هـ
2010م ــــ 2011م
وزارة التربية والتعليمموقع
www.moe.gov.sa
البوابة التعليمية للتخطيط والتطوير موقع
http://www.ed.edu.sa
اإدارة التعليم الثانويموقع
www.hs.gov.sa
البريد الإلكتروني لإدارة التعليم الثانوي
له���ذا الكتاب قيم���ة مهمة وفائدة كبي���رة فحافظ عليه واجع���ل نظافته ت�شهد على
ح�شن �شلوكك معه .
اإذا ل���م تحتفظ بهذا الكتاب في مكتبتك الخا�شة في اآخر العام لال�شتفادة فاجعل
مكتبة مدر�شتك تحتفظ به .
حقوق الطبع والن�شر محفوظة لوزارة التربية والتعليم � المملكة العربية ال�شعودية
فهر�شة مكتبة الملك فهد الوطنية اأثناء الن�شر
وزارة التربية والتعليم
كيمياء 2 )التعليم الثانوي ( - الريا�ض ، 1427 ه�
320 �ض ؛ x 21 27 �شم
ردمك : 6 � 231 � 48 � 9960
1� الكيمياء � كتب درا�شية 2� التعليم الثانوي � ال�شعودية � كتب درا�شية
اأ. العنوان
ديوي 540،712 3781/ 1427
رقم الإيداع : 3781 / 1427
ردمك : 6 ـــ 231 ـــ 48 ـــ 9960
وزارة التربية والتعليم ، 1427 ه�
الحم���د هلل رب العالمي���ن وال�شالة وال�ش���الم على اأ�شرف الأنبياء والمر�شلي���ن نبينا محمد �شلى اهلل
علي���ه و�شل���م وعلى اآله و�شحبه اأجمعين. اإن من اأهم اأهداف تدري�ض الكيمياء تعميق العقيدة الإ�شالمية ،
وتر�شي���خ الإيمان باهلل وعبادته على الوجه الذي يليق به -�شبحانه وتعالى- واإك�شاب التالميذ العديد من
المهارات والتجاهات المنا�شبة .
اإن عل���م الكيمي���اء عل���م تجريبي مبني عل���ى التجربة والم�شاه���دة ودقة المالحظة ؛ ليت���م ال�شتنتاج
والتف�شي���ر ال���ذي يمكن تطبيق نتائج���ه في مج���الت عدي���دة كال�شناعة،والزراعة،والهند�ش���ة، والطب،
خذ بعين العتبار ف���ي اختيار كتب الكيمياء للنظام الثان���وي الجديد بالمملكة وال�شيدل���ة وغيرها.وق���د اأ
العربي���ة ال�شعودية التجاهات التربوية الحديثة في مج���ال تطوير مناهج الكيمياء، والرجوع اإلى م�شادر
المعلومات المتنوعة من كتب ور�شائل علمية ودوريات ون�شرات مختلفة .
ي�شمل كتاب الكيمياء)2( �شت وحدات؛ تحتوي الوحدة الأولى)خ�شائ�ض المادة في حالتها الثالثة(
على ف�شل واحد هو : الف�شل الأول )الغازات وخ�شائ�شها (. والوحدة الثانية ) المحاليل ( تحتوي على
ف�ش���ل واحد ه���و : الف�شل الثاني )اأنواع المحاليل وخ�شائ�شها وط���رق التعبير عن تركيزها( ، والوحدة
الثالثة )الكيمياء الحرارية ( وتحتوي على الف�شل الثالث )حرارة التفاعل الكيميائي ( . والوحدة الرابعة
)حركي���ة التفاع���ل ( وتحتوي على ف�شلين هم���ا: الف�شل الرابع ) �شرعة التفاع���ل الكيميائي ( والف�شل
الخام�ض )التزان الكيميائي( . والوحدة الخام�شة ) الأحما�ض والقواعد والأمالح وح�شابات التزان في
محاليله���ا ( وتحتوي على ثالثة ف�شول هي: الف�ش���ل ال�شاد�ض ) الأحما�ض والقواعد ( ، والف�شل ال�شابع
) ح�شاب���ات متعلقة بالمحالي���ل المائية لالأحما�ض والقواعد ( . والف�شل الثامن ) الأمالح وح�شاباتها (،
والوحدة ال�شاد�شة ) الكيمياء الكهربائية( وتحتوي على الف�شل التا�شع ) الأك�شدة والختزال ( . وينتهي
كل ف�ش���ل بالأ�شئل���ة المتنوعة التي تقي����ض العديد من م�شتوي���ات المعرفة. ولتو�شي���ح الن�شو�ض وتقريب
الفكرة اإلى ذهن الطالب ا�شتخدمت الر�شوم التو�شيحية وال�شور والجداول والتجارب العملية ، وجميعها
مرق���م بت�شل�ش���ل ح�شب رقم الف�شل التابع له . فمث���ال �شكل ) 1-2 ( يعني الف�شل الأول - ال�شكل الثاني ،
وانت�شرت في ال�شفحات بع�ض التعليقات برموز مختلفة وهى كما يلي
هـ
ه���ي اأنواع م���ن الأ�شئل���ة المحلولة عل���ى الفك���رة اأو المفهوم
المعرو����ض يهدف اإلى تر�شيخها ويقي����ض عليها المتعلم عند
تنفيذ التدريبات اأوحل تمارين اآخر الف�شل.
ه���ي اأنواع م���ن األأ�شئلة تعر�ض في ثناي���ا المو�شوع المدرو�ض
تطبيق���ا لفك���رة اأو مفهوم علمي م���ر به للتو ، بغي���ة التدريب
عليها داخل ال�شف وبالإ�شراف والتقويم من قبل المعلم
ويق�ش���د بها تلك المعلوم���ات الإ�شافية ح���ول المو�شوع قيد
الدرا�ش���ة اأو فقرات منه يقف المتعل���م ال�شغوف على المزيد
حولها دون اأن يدخل ما ت�شمنته في عمليات تقويم المتعلمين
اأ�شئل���ة ذات عالق���ة بمو�شوع الدر�ض ويت���رك فر�شة للطالب
لالإجابة عليها داخل الف�شل.
وه���و عبارة عن الن�شاط���ات التجريبية العملي���ة التي يجريها
المتعلم���ون داخل غرفة المختب���ر اأو يجريها المعلم فى حالة
عدم توفر الأدوات والمواد الكافية اأو لخطورتها عليهم.
هو محاولة يتم من خاللها ممار�شة المتعلم لمهارات البحث
العلم���ي واأ�شاليب���ه ب�ش���ورة مب�شط���ة م�شتخدم���ا الم�ش���ادر
المعرفية المختلف���ة المتوفرة بين يدي���ه ) المكتبة العلمية(
البرام���ج الحا�شوبي���ة ال�شبك���ة المعلوماتي���ة ، وغيرها ، دون
مطالبته بها في عمليات التقويم النهائية .
بع�ض الفقرات فى هذا الكتاب
ومدلولتها ورموزها
مدلولتهاالفقرةالرمز
مثال
تدريب
معلومات
اإثرائية
�سوؤال
ن�ساط عملي
بحث
و
وهي تلك الت�شاوؤلت الت���ي ت�شهم في تنمية مهارات التفكير لدى
المتعلمي���ن وترتبط ارتباطا وثيقا بمو�ش���وع الدر�ض ويطالب بها
في عمليات التقويم المختلفة .
ي���راد به���ا تذكير المتعل���م ببع����ض المفاهي���م اأو العالقات ذات
العالقة بالمو�شوع دون اأن ت�شتهدف بذاتها في عمليات التقويم.
ويق�ش���د بها التطبيقات الحياتية للمو�ش���وع اأو فقرات منة تزيد
من دافعية التعلم لدى المتعلمين وت�شعرهم باأهمية الكيمياء في
الحياة بكافة منا�شطها وم�شتلزماتها .
لعر�ض منجزات علماء العرب والم�شلمين في الما�شي والحا�شر
بهدف تنمية روح العتزاز باأمتنا وبيان اأثر العلوم الإ�شالمية في
تنوير العال���م خا�شة في مجال العلوم التجريبية ، ورفع م�شتوى
الثقة بالذات واأن بالإمكان المناف�شة في عالم يعج بالمبتكرات .
يو�ش���ى ال�ش���ف خ���ارج الحيوي���ة الن�شاط���ات م���ن ن���وع ه���و
بتنفيذهاجماعي���ا اأو فردي���ا ، يت���م خالله���ا ت�شجي���ل التقاري���ر
الو�شفي���ة والت�ش���اوؤلت ث���م تت���م مناق�شته���ا م���ع المعل���م وباقي
الط���الب ، دون مطالبته���م بها ف���ي عمليات التقوي���م النهائية .
لتوظي���ف التقنية الحديث���ة وم�شادر المعلوم���ات واأدوات تطوير
المهارات لدى المتعلمين ، في مزيد من التعلم الفردي والجماعي.
مدلولتهاالفقرةالرمز
مناق�سة
تذكر اأن
الكيمياء في
حياتنا
علماء
زيارة ميدانية
ت�سميم عر�ض
وقفة تاأمل
عر�ض فيديو
ز
للفت النتباه اإلى ما ي�شتدعي التاأمل والتفكر مما يعزز التجاهات
الوجدانية وينمي التجاهات الإيمانية .
ن���وع م���ن معين���ات التعل���م ال�شمعي���ة الب�شري���ة المتحركة ذات
العالق���ة بالمو�شوع ، يوؤدي توظيفها اإلى مزيد من تحقيق التعلم
وتعزيزه.
الوحدة الأولى: خ�سائ�ض المادة في حالتها الثالثة
الف�سل الأول : ) الغازات وخ�سائ�سها (
مقارنة بين حالت المادة الثالث
التغيرات في حالة المادة
قانون بويل
قانون �شارل
القانون العام للغازات
معادلة الحالة الغازية
قانون جاي لو�شاك
مبداأ اأفوجادرو
قانون دالتون
اأ�شئلة الف�شل
الوحدة الثانية: المحاليل
الف�سل الثاني : ) اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها (
......................................................
...........................................................
.........................................................................
........................................................................
...............................................................
................................................................
..................................................................
......................................................................
........................................................................
.......................................................................
اأنواع المحاليل
محاليل الغازات في ال�شوائل
محاليل المواد ال�شلبة في ال�شوائل
التو�شيل الكهربائي للمحاليل
الن�شبة المئوية الكتلية
الن�شبة المئوية الحجمية
المولرية
.....................................................................
.......................................................
.................................................
.......................................................
..............................................................
............................................................
............................................................................
5
6
9
12
14
15
17
18
24
27
33
34
41
49
52
53
55
حـ
الف�سل الثالث : ) حرارة التفاعل الكيميائي (
التفاعالت الطاردة للحرارة
التفاعالت الما�شة
المحتوى الحراري
المعادلة الحرارية
ح�شاب حرارة التفاعل
قانون ه�ض
طاقة الرابطة الكيميائية
اأ�شئلة الف�شل
الف�سل الرابع : )�سرعة التفاعل الكيميائي (
مفهوم �شرعة التفاعل الكيميائي
العوامل الموؤثرة على �شرعة التفاعل
قانون �شرعة التفاعل
خطوات �شير التفاعل
نظرية الت�شادم
نظرية الحالة النتقالية
اأ�شئلة الف�شل
الوحدة الثالثة: الكيمياء الحرارية
108
111
122
124
134
138
141
.......................................................
................................................................
.................................................................
.................................................................
.............................................................
.........................................................................
...........................................................
......................................................................
...................................................
................................................
...............................................................
الموللية
الرتفاع في درجة الغليان
النخفا�ض في درجة التجمد
اأ�شئلة الف�شل
60
64
69
73
الوحدة الرابعة: حركية التفاعل الكيميائي
..........................................................
.......................................................
.....................................................................
.........................................................................
79
82
85
87
90
97
99
103
...............................................................
....................................................................
..............................................................
.......................................................................
ط
الف�سل الخام�ض : )التزان الكيميائي (
طبيعة حالة التزان
التزان الكيميائي
خوا�ض التزان
ثابت التزان
العوامل الموؤثرة على حالة التزان
ح�شابات متعلقة بالتزان
رائز التفاعل
اأ�شئلة الف�شل
146
150
151
151
158
165
169
171
................................................................
..................................................................
.....................................................................
.......................................................................
..................................................
...........................................................
الف�سل ال�ساد�ض : ) الأحما�ض والقواعد (
الخوا�ض العامة لالأحما�ض والقواعد
المواد المترددة
تعريف اأرهينيو�ض لالأحما�ض والقواعد
تعريف برون�شتد ولوري لالأحما�ض والقواعد
اأحما�ض وقواعد لوي�ض
التعادل
المعايرة
الأدلة
اأ�شئلة الف�شل
176
182
185
189
195
198
200
200
203
الوحدة الخام�سة:
الأحما�ض والقواعد والأمالح وح�سابات التزان في محاليلها
.......................................................................
......................................................................
................................................
....................................................................
.............................................
........................................
.............................................................
.............................................................................
...........................................................................
..............................................................................
.......................................................................
ي
الف�سل ال�سابع : )الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد(
التاأين الذاتي للماء
الرقم ) الأ�ض( الهيدروجيني
ح�شاب تركيز اأيون الهيدرونيوم في محاليل الأحما�ض القوية
ح�شاب تركيز اأيون الهيدرونيوم في محاليل الأحما�ض ال�شعيفة
ح�شاب تركيز اأيون الهيدروك�شيد في محاليل القواعد القوية
ح�شاب تركيز اأيون الهيدروك�شيد في محاليل القواعد ال�شعيفة
اأ�شئلة الف�شل
205
210
215
217
222
224
227
................................................................
......................................................
.......................
....................
.......................
.....................
.....................................................................
الف�سل الثامن : ) الأمالح وح�ساباتها (
تعريف الأمالح
خوا�ض الأمالح
ت�شنيف الأمالح
تميوؤ الأمالح
تاأثير الأيون الم�شترك
المحاليل المنظمة
اأ�شئلة الف�شل
232
234
234
238
245
246
250
....................................................................
...................................................................
..................................................................
......................................................................
.............................................................
................................................................
.....................................................................
س
الوحدة ال�ساد�سة: الكيمياء الكهربائية
الف�سل التا�سع : ) الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية (
الأك�شدة والختزال
الأك�شدة والختزال قديما
الأك�شدة والختزال حديثا
اأعداد الأك�شدة
ن�شفا التفاعل في معادلت الأك�شدة والختزال
وزن معادلت الأك�شدة والختزال
الخاليا الكهروكيميائية
الخاليا الجلفانية ) الفولتية (
الجهد القيا�شي للخلية
جهد القطب القيا�شي
قطب الهيدروجين
ال�شل�شلة الكهروكيميائية
العوامل الموؤثرة على جهد الخلية الجلفانية
خاليا التحليل الكهربائي
اأ�شئلة الف�شل
254
254
256
258
266
269
277
278
284
285
286
289
297
300
305
...............................................................
.........................................................
.........................................................
...................................................................
....................................
..................................................
...........................................................
....................................................
............................................................
.............................................................
................................................................
.............................................................
........................................
..........................................................
.....................................................................
ل
يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :
1- تقارن بين الخوا�ض الفيزيائية للحالة ال�شلبة ، وال�شائلة ، والغازية .
2- تحدد الكميات الأربع التي تعتمد عليها الخوا�ض الفيزيائية للغاز .
3- ت�شتنتج العالقة بين حجم الغاز و �شغطه عند ثبوت درجة الحرارة .
4- ت�شتنتج العالقة بين حجم الغاز و درجة الحرارة عند ثبوت ال�شغط .
5- ت�شتنتج العالقة بين درجة حرارة الغاز و �شغطه عند ثبوت حجمه .
6- ت�شتنت���ج العالق���ة العام���ة الت���ي ترب���ط بين درجة ح���رارة الغ���از و حجم���ه و �شغطه و ع���دد مولته .
7- ت�شتنتج مبداأ اأفوجادرو.
8- تحل م�شائل ح�شابية م�شتخدما قوانين الغازات .
9- تح�شب �شغط مزيج من الغازات التي ل تتفاعل مع بع�شها و الموجودة في اإناء مغلق .
10- تتاأمل اإبداع اهلل �شبحانه وتعالى في خلق الغازات وما ميزها به من خوا�ض عن الحالت الأخرى .
2
الغازات و خ�صائ�صها
المقدمةالمقدمة
تعلم���ت فيم���ا �شبق اأن المادة هي كل �ش���يء يحيط بنا وي�شغل حيزا و اأنها في حال���ة تغير دائم فالظواهر
الطبيعية تحدث على المادة و توؤثر فيها و تتاأثر بها .
فعند درا�شة اأي مادة يجب اأن نالحظ اأول حالتها فالمواد توجد على �شطح الأر�ض في الظروف العادية
) �شغ���ط ج���وي واحد و درجة حرارة 25°م (اإما في الحالة ال�شلب���ة مثل الحديد، الخ�شب اأو الحالة ال�شائلة
مث���ل الم���اء ، الزئبق اأو الحالة الغازية مث���ل الأك�شجين ، الهيدروجين، و يمكن تحوي���ل المادة من حالة اإلى
اأخرى عند تغير ظروف ال�شغط و درجة الحرارة . وت�شنيف المواد يعتبر هاما نظرا لأن كثيرا من الخوا�ض
التي تظهرها المواد تكون خا�شة لكل مادة .
ولق���د ح���اول العلماء درا�شة وتف�شي���ر �شلوك المادة وحالته���ا وتغيراتها وبناء على م���ا تراكم لديهم من
المعلوم���ات و �شع���وا نظرية مقبولة حت���ى الآن هي نظرية الحرك���ة الجزيئية التي تف�ش���ر ال�شلوك الفيزيائي
للم���واد ف���ي حالتها الثالث، وتتلخ�ض ه���ذه النظرية في اأن اأي مادة تتكون من ع���دد �شخم من الج�شيمات
ال�شغي���رة اإم���ا ذرات مثل غ���از الهيليوم اأو جزيئات مثل الم���اء اأو اأيونات مثل ملح الطع���ام، ول يمكن روؤيتها
بالعين المجردة ، وتكون دقائق هذه المادة ) ذراتها اأو جزيئاتها ( في حالة حركة م�شتمرة ول تتوقف اأبدا
و ي���زداد معدل الطاقة الحركي���ة بازدياد درجة الحرارة وتتنا�شب �شرعة حركة الدقائق )ذرات اأو جزيئات(
عك�شي���ا م���ع ثقلها . واأن كثيرا مم���ا نفهمه بخ�شو�ض الجزيئات يكون تاما فقط ف���ي حالة الغازات . و�شوف
ندر����ض في هذا الف�شل مقدمة عن حالت الم���ادة وخ�شائ�شها ونركز البحث في اإحدى هذه الحالت وهي
الحالة الغازية ،وندر�ض ب�شيء من التف�شيل الغازات والقوانين التي تحكم �شلوكها .
3
حالت المادة
4كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
حالت المـادة
تتكون جميع حالت المادة بموجب النظرية الحركية الجزيئية من ج�شيمات �شغيرة �شريعة الحركة ، اإن
بخار الماء في الهواء ) الذي ن�شعر به كرطوبة ( ، والماء في بحيرة ماء والماء المتجمد في نهر جليدي كلها
اأ�شكال لنف�ض المادة الكيميائية ، فكل منها يتكون من جزيئات ماء لها نف�ض الخوا�ض الكيميائية وما يجعلها
تبدو مختلفة اإلى هذا الحد هو خوا�شها الفيزيائية كما يظهر من ال�شكل )1-1(.
�شكل ) 1-1 ( اختالف الم�شافات بين الجزيئات في حالت المادة الثالثة
H2O
H2O
H2O
جامد
�شائل
غاز
و�شندر�ض من خ���الل الجدول التالي الخوا�ض الفيزيائية للمادة ومدى الختالف بين الغازات وال�شوائل
والمواد ال�شلبة .
جزيء م��اء
جزيء م��اء
جزيء م��اء
حالت المادة
5كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
مقارنة بين حالت المادة الثالث
الحالة الغازيةالحالة ال�سائلةالحالة ال�سلبةوجه المقارنة
الم�سافة بين
الجزيئات
ال�سكل
الحجم
ال�سفافية
الحركة
قوى التجاذب
بين الجزيئات
قابلية امتزاج
المادة الواحدة
بالأخرى
جدول ) 1-1 ( مقارنة بين حالت المادة الثالث )الم�شدر مو�شوعة الكيمياء �شالي اأبو �شاور / 2004م (
�شغيرة اإلى حد كبير
ثابت
قد تكون �شفافة اأو ن�شف
�شفافة اأو معتمة
ثابت
تتحرك الجزيئات حول
نقطة ثباتها حركة
محدودة جدا
كبيرة جدا و هذا يف�شر
ثبات �شكلها وحجمها
ي�شعب امتزاجها اإذا
كانت على �شكل حبيبات
كبيرة و تحتاج اإلى قوة
لمزجها عندما تكون
حبيباتها �شغيرة .
�شغيرة ولكن اأكبر قليال مما
هي عليه في الحالة ال�شلبة
متغير ح�شب �شكل الوعاء
الذي تو�شع فيه
ثابت
كالمواد ال�شلبة
تتحرك الجزيئات حركة
انزلقية على بع�شها البع�ض
كبيرة و هذا يف�شر ثبات
حجمها اأما تغير �شكلها
ف�شببه انزلق الجزيئات
على بع�شها دون انفالت
بع�ض اأنواعها يمتزج بجميع
الن�شب و بع�شها الآخر
بن�شبة محدودة و بع�شها ل
يمتزج .
كبيرة جدا اأكبر بكثير من
حجم الجزيئات نف�شها
ل �شكل لها فهي تتوزع
ع�شوائيا في الأوعية التي
تحتويها
متغير فيمكن نقل الغاز من
وعاء كبير اإلى وعاء �شغير
ب�شهولة
كلها �شفافة بالرغم من اأن
الكثير منها له لون
تتحرك حركة ع�شوائية
وفي جميع التجاهات
قوى التجاذب �شغيرة ج���دا
و نعتبرها في حالة الغاز المثالي
معدومة و هذا يف�شر عدم وجود
�شكل و حجم ثابت لها
تمتزج الغازات كلها
ببع�شها بجميع الن�شب فهي
ل تعرف حدودا كالمواد
ال�شلبة و ال�شائلة
حالت المادة
6كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
�شم���م عر�شا عن �شور تو�شح التنوع في
حالت المادة في الكون .
التغيرات في حالة المادة :
كم���ا عرفن���ا �شابق���ا اأن للمادة ث���الث حالت
) �شلب���ة ، �شائل���ة ، غازي���ة ( عند درج���ة الحرارة
العادي���ة ويمكن في ح���الت اأن تتحول ال�شوائل اإلى
غازات اأو اأج�شام �شلبة ، واأن ت�شيل الأج�شام ال�شلبة اأو تتحول اإلى غازات وت�شمى مثل هذه التغيرات تحولت
الم���ادة . ولمثل هذه التغيرات اأهمية عملية ف���ي كثير من التفاعالت الكيميائية . ولكن كيف يحدث التحول
في المادة ؟
بع���د اأن تعرفن���ا على حالت الم���ادة الثالث ) ال�شلب���ة ، ال�شائلة ، الغازية ( وكيف يمك���ن تحويل المادة
م���ن حالة لأخ���رى اإما بتغير درجة الح���رارة اأو ال�شغط وفي كل ه���ذه الحالت تك���ون ذرات المادة محتفظة
باإلكتروناته���ا مرتبط���ة بها بقوى تجاذب كهربية . ولكن هناك حالة رابع���ة للمادة وهي تكون على �شورة غاز
ولك���ن هذا الغ���از يحتوي على خليط من اأع���داد مت�شاوية من الأيون���ات موجبة ال�شحن���ة واإلكتروناتها �شالبة
ال�شحنة ، وهذا الغاز ي�شمى بالغاز المتاأين اأو البالزما Plasma فما هي البالزما ؟
البالزمـــا : غ���از متاأي���ن اأو خلي���ط منه يحت���وي عل���ى ج�شيم���ات م�شحونة بالإ�شاف���ة اإل���ى اإلكترونات
ناق�ض مع زمالئك نوع التحولت التي تظهر في الأمثلة التالية ,ثم ف�سر كيفية حدوثها .
- ماذا يحدث لكمية �شغيرة من الجازولين الم�شكوب )المراق( ؟
- ماذا يحدث لمزيل �شبغة الأظافر عند ترك القارورة دون غطاء ؟
- ماذا يحدث لبرك المطر ال�شغيرة التي تتكون بعد هطول الأمطار ؟
- ما م�شير بلورات النفثالين التي تنثرها في الدرج ؟
- لماذا تتكون قطرات الماء على زجاج نافذة باردة ؟
- ماذا يحدث عند تعر�ض الحديد لدرجة حرارة عالية ؟
- ماذا يحدث لكوب من ع�شير الليمون عند تعر�شه لدرجة حرارة منخف�شة ؟
حالت المادة
7كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
وج�شيم���ات متعادلة جميعه���ا حرة الحركة بحيث ت�شلك �شلوكا مميزا له���ا يختلف عن حالت المادة الثالث
الأخرى . وتوجد هذه المادة عادة عند درجات الحرارة العالية جداحيث يمكن اأن تتاأين ذرات الغاز مكونة
اأيون���ات موجبة )كاتيونات(عن طريق فقدان اإلكترون اأو اأكثر لكل ذرة
بحيث يتكون خليط من الأيونات الموجبة والإلكترونات حرة الحركة .
قوانين الغازات :
لقد ذكرنا �شابقا اأن الجزيئات في الحالة الغازية تكون متباعدة واأن قوى التجاذب بينهما �شبه معدومة
واأنه���ا تتحرك حركة ع�شوائية في جميع التجاهات في الحيز الذي توجد فيه . كانت�شار رائحة العطر والغاز
المت�شرب من اأنبوبة الغاز المنزلي . ونظرا لح�شا�شية حجوم الغازات للتغيرات التي تحدث في درجة الحرارة
اأو في ال�شغط فاإن لهذه التغيرات قوانين خا�شة تحكمها تعرف با�شم قوانين الغازات و هي عالقات ريا�شية
ت�ش���ف �شلوك الغ���ازات و تنطبق هذه القوانين تماما على ما يعرف بالغ���از المثالي و لكنها تنطبق في حدود
معينة على الغازات الحقيقية . فما الفرق بينهما ؟
Ideal Gases : 1ـ الغازات المثالية
الغاز المثالي: هو غاز افترا�شي يتبع مجموعة قوانين الغازات
في ظروف قيا�شية وا�شعة المدى و ل يمكن ت�شييله مهما
ارتفع ال�شغط الواقع عليه اأو انخف�شت درجة حرارته .
�شكل ) 2-1 (
الحالة الرابعة للمادة
اكت���ب مو�شوع���ا م���زودا بال�شور عن اأهمي���ة البالزما مبينا الف���رق بين البالزم���ا والحالة الغازية
مو�شحا ا�شتخدام البالزما في نواحي الحياة .
�شكل ) 1-3 ( يقترب �شلوك الغاز الحقيقي من
�شلوك الغاز المثالي عند �شغط منخف�ض ) قانون بويل (
غاز مثالي
غاز حقيقي
نموذجي
وتعتبر البالزما وهي الحالة ال�شائعة للمادة في الكون وت�شكل %99
من الم���ادة اإل اأنها نادرة جدا على الأر����ض اإل في الحالت التي يقوم
الإن�شان ب�شنعها مثل م�شابيح الفلور�شنت والنيون .
حالت المادة
8كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
Real Gases : 2ـ الغازات الحقيقية
و هي الغازات التي تتبع قوانين الغازات في ظروف محددة من ال�شغط و درجة الحرارة و غالبا ما
يكون ذلك عند ال�شغوط المنخف�شة و عند درجات الحرارة العالية .
وبم���ا اأن الغازات جميعها تت�شابه في �شلوكها الفيزيائي مهما اختلفت مكوناتها وتركيبها الكيميائي ولأن
جمي���ع الغ���ازات يكون الترابط بين جزئياتها �شعيفا جدا لذلك ف���اإن جميعها ت�شلك نف�ض ال�شلوك الفيزيائي
وتخ�شع لنف�ض القوانين الفيزيائية . و لدرا�شة المتغيرات الف���يزيائية الثالث���ة ال�ش�غط و درجة ال���حرارة
و الحجم فاإنه يلزم اإبقاء واحدا منها ثابتا حتى يمكن ا�شتنتاج تاأثير المتغير الثاني على المتغير الثالث .
الكميات الأربع التي تعتمد عليها الخوا�ض الفيزيائية للغاز
Volume الحجم
)V( يعرف الحجم باأنه الحيز من الفراغ الذي ت�شغله المادة. و يرمز له بالرمز
و الوحدة الم�شتخدمة هي اللتر )اللتر= 1 د�شم3= 1000 �شم3 = 1000 مل(
Pressure ال�سغط
) P ( و يع���رف ال�شغ���ط باأن���ه الق���وة الموؤث���رة على وح���دة الم�شاحة م���ن �شطح م���ا و يرمز له بالرم���ز
و الوح���دة الم�شتخدم���ة ت�شم���ى )ج���و: atmosphere( وق���د ا�شطل���ح عل���ى اأن ال�شغ���ط الج���وي
ي�شمى بال�شغط القيا�شي .
ال�شغط القيا�شي = 1 جو = 76�شم زئبق = 760 مليمتر زئبق
طبقا لمعلوماتك عن الغازات الحقيقية والمثالية ما ا�ستنتاجك عن الترابط بين جزئياتهما ؟
..................................................................................
..................................................................................
..................................................................................
حالت المادة
9كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
Temperature درجة الحرارة
و تعرف باأنها مقيا�ض �شدة الحرارة لأي مادة . و الوحدة الدولية لدرجة
الحرارة ت�شمى ) كلفن ( اأو درجة الحرارة المطلقة ) T ( و في هذا
النظام تعتبر درجة تجمد الماء = 273 كلفن .
و بما اأن درجة تجمد الماء في النظام المئوي هي �شفر 5م فاإن :
T = t + 273
حيث اأن t هي درجة الحرارة في النظام المئوي
كمية المادة:
تقدر كمية مادة ما في النظام الدولي بوحدة المول .
و يعرف المول باأنه كمية المادة التي تحتوي على عدد اأفوجادرو
( من الوحدات .23
10×6.02 (
و �شوف ن�شتعر�ض فيما يلي و�شف القوانين التي تبين �شلوك المادة تجاه المتغيرات ال�شابقة .
ما العالقة بين الحجم و ال�شغط عند ثبوت درجة الحرارة ؟
اأمعن النظر في الجدول)1-2(، المقابل ثم اأجب :
P.VVP
26.2
2620
262
65.5
26.2
0.01
0.1
0.4
1.0
- من خالل قراءتك لقيم ال�شغط والحجم في الجدول
ماذا تالحظ ؟
- ما الذي ت�شتنتجه عند �شرب قيم حجم الغاز في �شغطه ؟
لقد در�ض العالم الأيرلندي روبرت بويل عام 1662م العالقة بين التغير في حجم كمية معينة من الغاز مع
ال�شغ���ط الواق���ع عليه عند ثبوت درجة الحرارة وقد وجد بوي���ل اأن حجم الغاز يقل كلما زاد ال�شغط الواقع
عليه و�شاغ هذا القانون الذي ين�ض على اأنه :
)عند ثبوت درجة الحرارة يتنا�سب حجم مقدار معين من الغاز مع ال�سغط الواقع عليه تنا�سبا عك�سيا(
و يمكن التعبير عنه ريا�شيا كما يلي :
-0273م
بخار
كلفندرجة
مئوية
ال�شفر
المطلق
ك 273
ك 0100م373
00مثلج
ك 0
V ∞ 1
P
�شكل )1-4 ( العالقة بين درجة
الحرارة في النظام المئوي والمطلق
Boyles Law : قانون بويل
جدول )2-1 (
قيم ال�شغط والحجم لغاز عند ثبوت درجة حرارته
حالت المادة
10كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
مج
حال
ال�شغط
اأي اأن حا�شل �شرب قيمة حجم الغاز في �شغطه
ي�ش���اوي مقدارا ثابت���ا ب�شرط ثبات درج���ة الحرارة
و يمك���ن تمثي���ل قانون بوي���ل بيانيا كما ف���ي ال�شكل
)1� 6 ( ف���اإذا كان لدين���ا عينة م���ن غاز ما حجمها
V1 لتر و �شغطهاP1 �شغط جوي على درجة حرارة
P2 معين���ة ثم اأثرن���ا عليها بق���وة زادت �شغطه اإلى
ف���اإن الحجم الجدي���د للعينة �شي�شب���ح V2 ، وعليه
يكون :
P1 × V1 = K
P1 × V1 = P2 × V2 : لذا فاإن
و ي�شح هذا القانون لأغلب الغازات عندما
يكون ال�شغط منخف�شا و درجة الحرارة
عالية ن�شبيا
�شكل ) 1-5 ( قانون بويل
�شكل ) 1-6( تمثيل قانون بويل بيانيا
اإذا كان حجم عينة من غاز النيتروجين 0.5لتر و�سغطها 2 �سغط جوي؛ كم
يكون �سغطها اإذا تمددت و اأ�سبح حجمها 1.5 لتر عند نف�ض درجة الحرارة؟
الحل :
P1 × V1 = P2 × V2
0.5 ×2 = P2 × 1.5
=P2
1.5
0.5 ×2
PV = K عند ثبات درجة الحرارة فاإن
= 0.67 �شغط جوي .
P2 × V2 = K
حالت المادة
11كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
• يمثل الجدول التالي مجموعة من نتائج الختبارات على غاز . اأكمل الجدول من خالل درا�ستك لقانون بويل :
الحجم ) لتر ( 0.5 1 ؟ 0.33
ال�شغط ) جوي ( 60 ؟ 15.28 1.5
م �سفر درجة حرارة عند 400 مل اإناء حجمه في 2 �سغط جوي غاز �سغطها • عينة من فكم يبلغ حجمها عند نف�ض درجة الحرارة اإذا تغير ال�سغط اإلى 4 �سغط جوي .
• اإذا تـــم �ســـغط عينـــة مـــن الغـــاز من حجـــم 450 مل اإلى 320 مل فاإذا كان ال�ســـغط الأول475ملم زئبق فما هو ال�سغط النهائي .
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
�شكل ) 1-7 ( م�شخة هواء لنفخ عجلة دراجة
اإن اأي �شخ�ض ي�شتعمل منفاخ الدراجات الهوائية
�شيدرك العالقة العك�شية بين �شغط وحجم الغاز
فعندما يدفع المكب����ض بقوة اإلى اأ�شفل ، ين�شغط
الغ���از اإلى حجم اأ�شغر بينما يرتفع �شغطه واإذا
�شمح للغاز الم�شغ���وط بالنطالق ارتفع المكب�ض
اإلى اأعلى وت�شتعمل هذه الطريقة في نفخ الإطار.
حالت المادة
12كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
مج
حال
درجة الحرارة
Charles's Law قانون �سارل
م���ا العالق���ة بين الحج���م و درجة الح���رارة عند
ثبوت ال�شغط ؟
من خالل م�شاهدتك لل�شكل )1-8(؛ماذا تالحظ ؟
نجد اأنه عند حب�ض كتلة ثابتة من غاز في ا�شطوانة
مزودة بمكب�ض منزلق كما هو مبين بال�شكل )1-8( وحيث اأن الكتلة فوق قمة المكب�ض ثابتة فاإن العينة من
الغ���از تبقى عن���د �شغط ثابت ويالحظ اأنه كلما �شخن الغاز فاإن المكب����ض يتحرك للخارج ويزداد الحجم .
نعلم اأن جميع المواد تتمدد عند ت�شخينها و يتفاوت هذا التمدد من مادة اإلى اأخرى و لكن هذا التمدد يكون
ملحوظا ب�شفة خا�شة في حالة الغازات .
وق���د در�ض العال���م الفرن�شي �شارل ع���ام 1778م
العالق���ة بين حجم كمية من الغاز والتغير في درجة
الح���رارة عن���د ثب���وت ال�شغط فوج���د اأن حجم هذه
الكمي���ة م���ن الغاز ت���زداد بانتظ���ام مع زي���ادة درجة
الحرارة ب�شرط بقاء �شغط الغاز ثابت .
�شكل ) 1 - 8( قانون �شارل
�شكل )1-9( تمثيل قانون �شارل بيانيا
مكب�ض
غاز
باأ
وعن���د ر�ش���م العالق���ة بياني���ا نح�ش���ل عل���ى خط
م�شتقيم كالمبين بال�شكل )9-1(.
و ين�ض قانون �سارل على اأنه:
) عنـــد ثبوت ال�ســـغط يتنا�ســـب حجم كتلـــة معينة من الغاز تنا�ســـبا طرديا مع درجة الحـــرارة المطلقة (
V T : و يعبر عن هذا القانون ريا�شيا كما يلي
V T
اأي اأن حا�ش���ل ق�شم���ة الحجم عل���ى درجة الحرارة المطلقة لكمية معينة من غ���از ما ي�شاوي دائما قيمة
ثابتة عند ثبوت ال�شغط و يمكن اأن ياأخذ قانون �شارل ال�شورة التالية :
V1 = V2
T1 T2
V = KT = K
= K
حالت المادة
13كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
يبلغ حجم كمية معينة من غاز 2.24 لتر عند �سغط ي�ساوي 1 �سغط جوي ودرجة
حرارة �سفر5م ما حجم نف�ض الكمية عند نف�ض ال�سغط عند درجة حرارة 25 5م؟
الحل :
درجة الحرارة المطلقة T 1= 273 + �شفر = 273 كالفن .
درجة الحرارة المطلقة T2 = 273 + 25 = 298 كالفن .
= K : بتطبيق قانون �شارل
V1 V2
T1 T2
2.24 V2
273 298
= V2273
) 2.24 ×298(
طبقا لمعلوماتك عن الغازات الحقيقية والمثالية ما ا�ستنتاجك عن الترابط بين جزيئاتهما ؟
..................................................................................
..................................................................................
..................................................................................
..................................................................................
..................................................................................
..................................................................................
=
=
= 2.44لتر
حالت المادة
14كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
وبتطبيق القانون العام للغازات :
P1 × V1 P2 × V2
General Gas's Law : القانون العام للغازات
يمك���ن و�ش���ع قانون بويل و�شارل في عالقة ريا�شية واحدة تعرف بالقانون العام للغازات ) وهو جمع بين
المتغيرات الثالث في قانون واحد( . فاإذا اعتبرنا عينة من غاز حجمها V1 و �شغطها P1 و درجة حرارتها
P2 و اأجرين���ا تغييرا عليها ي�شم���ل ال�شغط اأو درجة الحرارة اأو الحج���م بحيث ي�شبح �شغطها T1 المطلق���ة
وحجمها V2 و درجة حرارتها T2 اإن العالقة بين حالة العينة الأولى و حالتها الثانية هي :
و ه���ذا القان���ون لكمي���ة محددة من الغ���از حيث K ثابت ف���اإذا غيرنا من كمي���ة العينة ) كتلته���ا اأو عدد
جزيئاتها( فلي�ض بالإمكان ال�شتفادة من هذه العالقة
P1×V1 P2 × V2
= K =
اإذا كان حجم عينة من غاز الأك�ســـجين 5 لتر, و �ســـغطها 1 �ســـغط جوي ودرجة
حرارتها 27°م ,كم ي�سبح حجمها اإذا زاد ال�سغط اإلى 100 �سم زئبق و اأ�سبحت
درجة الحرارة �سفر° م
الحل :
لت���ر 5= V1 ، زئب���ق �ش���م 76=P1 ، T1 = 273 + 27 = 300 مطلق���ة
T2 = 273 = 273 + =�شفرمطلق���ة ، P2= 100 �ش���م زئب���ق ، V2 = ؟
=
T1 T2
=
76 × 5 100× V2
300 273
V2 = = 3.46 لتر
) 100 × 300 (
273 × 76 ×5
T2T1
حالت المادة
15كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
1.15جـــو قـــدره و�ســـغط 35°م حـــرارة درجـــة عنـــد غـــاز مـــن �ســـم3 462 لدينـــا كان اإذا -1
اح�سب حجم هذا الغاز عند درجة حرارة �سفر°م و �سغط جوي واحد .
2- اإذا كان �سغـط كمية معينة من اأحد الغـازات ي�سـاوي 30 �سغـط جوي و ذلك في اإناء �سـعته
150 مللترا عند درجة حرارة 200 مطلقة؛ كم يبلغ �سغطه عند درجة حرارة 300 مطلقة
اإذا نقل اإلى اإناء �سعته 250مللتر .
..................................................................................................
..................................................................................................
State Equation Gases معادلة الحالة الغازية
در�شت �شابقا اأن المتغيرات التي توؤثر على ال�شلوك الفيزيائي للغاز هي الحجم ودرجة الحرارة وال�شغط
حيث يمكن كتابة القانون العام للغازات على هذه ال�شورة
PV = KT
و تعتمد قيمة هذا الثابت K )ثابت الغاز The Gas Constant(على عاملين هما :
1- كمية الغاز الم�شتخدمة .
P وال�شغط T 2- المتغي���رات الثالث���ة و هي ال�شغط و الحجم و درجة الحرارة، فعند ثبات درجة الحرارة
مم���ا الغ���از ه���ذا حج���م ف���ي زي���ادة تتبعه���ا الم�شتخ���دم الغ���از كمي���ة ف���ي زي���ادة اأي ف���اإن
تتنا�ش���ب طردي���ا K الثاب���ت قيم���ة اأن ذل���ك م���ن ينت���ج و K الثاب���ت قيم���ة ف���ي زي���ادة يعن���ي
مع عدد مولت الغاز الم�شتخدمة عند ثبات كل من ال�شغط و درجة الحرارة :
n K n = عدد مولت الغاز الم�شتخدم
R K = nR = الثابت العام للغازات
ول تعتمد قيمة K على نوع الغاز .
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
حالت المادة
16كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلن�شتنت���ج مم���ا �شب���ق اأن حال���ة اأي غ���از يمك���ن تحديدها بدلل���ة كال من كميت���ه ) n ( و حجم���ه )V (ا
و �شغط���ه ) P ( و درج���ة حرارت���ه ) T ( و ت�شم���ى المعادلة التي ت�شف حالة غاز م���ا بدللة هذه الخوا�ض
بمعادلة الحالة الغازية و التي يمكن تمثيلها ريا�شيا كما يلي :
P × V = n × R × T
و تعرف هذه المعادلة بمعادلة الغاز المثالي
ما حجم 32 جراما من غاز الأك�سجين ) O2 ( اإذا كان ال�سغط 1 �سغط جوي ودرجة
الحرارة �سفر°م و ثابت الغاز = 0.082 لتر �سغط جوي درجة مطلقة مول ؟
الحل :
T= 273 + �شفر = 273 مطلقة P= 1 �شغط جوي
n 0.082 = R = = 1 مول
p × v = n × R × T بتطبيق معادلة الحالة الغازية
n × R × T
P
273 × 0.082 ×1
1
32
32
=V
V= 22.4 لتر =
حالت المادة
17كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
1 - اح�ســـب �ســـغط 0.25 مول من غاز الهيدروجين ) H2 ( الذي ي�ســـغل حجما مقداره 10لتر
عند 10°م ؟
....................................................................................................
....................................................................................................
2- اح�ســـب عدد مولت غاز اأول اأك�ســـيد الكربون CO الذي ي�ســـغل حجما مقداره 500 �ســـم3 عند
درجة حرارة 50°م و �سغط ي�ساوي 1.5 جو ؟
....................................................................................................
....................................................................................................
3- اح�ســـب الحجـــم الـــذي ي�ســـغله 10 كيلو جرام مـــن غاز ثاني اأك�ســـيد الكربـــون CO2 عند 27°م
و�سغط 2 جو .
Gay Lusac' Law : قانون جاي لو�ساك
HH H
H OH H
HO
O
O
H
حجمان من غازالهيدروجينحجم من غاز الأك�شجين حجمان من بخار الماء
�شكل ) 1 – 10( قانون جاى - لو�شاك
2H2 O2 2H2O
....................................................................................................
....................................................................................................
حالت المادة
18كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
من خالل ال�شكل ال�شابق )1-10( ماذا تالحظ على حجوم الغازات ؟
ما العالقة بين حجم الغاز وكميته ؟
لق���د وج���د العال���م جاي � لو�ش���اك اأنه عن���د تفاعل حجم معي���ن من غاز الكل���ور مع نف�ض الحج���م من غاز
الهيدروجي���ن ينتج �شع���ف ذلك الحجم من غاز كلوريد الهيدروجين مع مالحظ���ة قيا�ض تلك الحجوم تحت
نف�ض الظروف من ال�شغط ودرجة الحرارة؛ اأي اأن :
1 حجم من غاز الكلور + 1حجم من غاز الهيدروجين 2 حجم من غاز كلوريد الهيدروجين
وذل���ك تك���ون الن�شب بين حجوم الغازات عددي���ا هي 1 : 1 : 2 وهي ن�شبة عددي���ة �شحيحة وب�شيطة . وعند
تفاع���ل حج���م من غاز الأك�شجين مع حجمين من غاز الهيدروجين ينت���ج حجمان من بخار الماء تحت نف�ض
الظروف من ال�شغط ودرجة الحرارة؛ اأي اأن :
ا حجم من غاز الأك�سجين + 2 حجم من غاز الهيدروجين 2 حجم من بخار الماء
ون�شبة الحجوم 1 : 2 : 2 هي اأي�شا ن�شبة عددية �شحيحة وب�شيطة.
و قـــد تو�ســـل اإلـــى قانـــون يعرف بقانـــون الحجوم المتحدة الـــذي ين�ض على ) عند �ســـغط و درجة حرارة
ثابتتين فاإن حجوم الغازات التي تتفاعل مع بع�سها البع�ض تكون بن�سبة عددية ب�سيطة (
Avogadro's قام العالم اأفوجادرو بتف�شير مالحظات جاي � لو�شاك فاقترح ما يعرف بنظرية اأفوجادرو
Theory و الت���ي تن����ض على اأن: ) الحجوم المت�ســـاوية مـــن الغازات المختلفة عند ظـــروف متماثلة من
ال�ســـغط ودرجـــة الحـــرارة تحتـــوي على نف�ض العدد مـــن الجزيئـــات ( . اأي اأن جميع الغازات المثالية التي
ت�شتم���ل على نف����ض العدد من المولت عند ظروف واحدة من ال�شغط ودرج���ة الحرارة �شوف ت�شغل حجوما
مت�شاوية كما في �شكل )1- 11( .
Avogadro's principle مبداأ اأفوجادرو
اكتب معادلة تكوين غاز الن�سادر ومان�سب حجوم الغازات بع�سها اإلى بع�ض ؟
....................................................................................................
حالت المادة
19كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
ف���اإذا وجد في لت���ر الهيدروجين مثال ) �ض ( جزيئا فاإنها تحتاج لنف�ض العدد ) �ض ( من جزيئات الكلور
لينت���ج 2 ����ض جزيء م���ن كلوري���د الهيدروجين و نتيجة لم���ا تو�شل اإليه اأفوج���ادرو ن�شتطيع اعتب���ار المعادلة
الكيميائية الموزونة و التي تمثل تفاعل مواد غازية على اأنها تبين ن�شب الحجوم المتفاعلة فالمعادلة ال�شابقة
ت���دل عل���ى اأن حجم���ا من الهيدروجين يتفاع���ل مع نف�ض الحجم م���ن الكلور ليعطي �شع���ف ذلك الحجم من
كلوريد لهيدروجين .
بنف�ض الطريقة يمكننا تمثيل تفاعل غاز الهيدروجين مع غاز الأك�شجين ليعطي بخار الماء
O2)g( + 2H2)g( 2H2O)g(
2لتر 2 لتر + 1 لتر
�شكل )1-11 ( نظرية اأفوجادرو
H2 جزيء الهيدروجين O2 جزيء الأك�شجين
و قد و�شح اأفوجادرو هذه العالقة من خالل تفاعالت مواد غازية فمثال وجد اأن لترا من غاز الهيدروجين
يتفاع���ل م���ع لتر م���ن غاز الكل���ور لينتج لترين م���ن غاز كلوري���د الهيدروجي���ن و نحن نعل���م اأن الجزيء من
الهيدروجين يتفاعل مع جزيء من الكلور لينتج جزيئين من غاز كلوريد الهيدروجين وفق المعادلة:
H2)g( + Cl2)g( 2HCl)g(
CO2 جزيء ثاني اأك�شيد الكربون
حالت المادة
20كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فل1- ما حجم غاز اأول اأك�ســـيد الكربون الناتج من تفاعل لترين من غاز الأك�ســـجين مع ا
فائ�ض من الكربون ؟
الحل :
2C 1- معادلة التفاعل)s(
+ O2)g( 2CO)g(
ن�شتدل من المعادلة على اأن 1 لترمن الأك�شجين ينتج 2 لتر من اأول اأك�شيد الكربون
2 لتر من الأك�شجين ينتج �ض لتر من اأول اأك�شيد الكربون
) �ض ( لتر من غازاأول اأك�شيد الكربون الناتج = = 4 لتر من غاز اأول اأك�شيد الكربون
2 × 2
1
2- م���ن المعادل���ة : نجد اأن اللت���ر من غاز الأك�شجين يتفاعل مع لتري���ن من غاز اأول اأك�شيد
الكربون ولذلك فاإن لترين من غازالأك�شجين يتفاعالن مع 4 لتر من غازاأول اأك�شيد الكربون
لينت���ج عن ذلك 4 لترات من غازثاني اأك�شيد الكرب���ون . اإذا بقي من اأول اأك�شيد الكربون
5 – 4 = 1 لتر
مجموع الحجوم بعد التفاعل = 4 لترات من CO2 + 1 لتر من CO = 5 لترات
الظروف المعيارية :
اتفق الكيميائيون على اعتبار الظروف الآتية ظروفا معيارية للغازات
ال�سغط = 1 �سغط جوي , درجة الحرارة = 0°م = 273 كلفن
2- اإذا مزجنـــا 5لتـــرات مـــن اأول اأك�ســـيد الكربـــون و لترين من غاز الأك�ســـجين و جرى بين
المادتين التفاعل التالي
فما حجم الخليط الناتج اإذا بقي الحجم و درجة الحرارة ثابتتين ؟
2CO)g( + O2)g( 2CO2 )g(
) حجم الخليط بعد التفاعل(
حالت المادة
21كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
يتفاعل غاز الهيدروجين مع غاز النيتروجين لينتج غاز الن�سادر ح�سب المعادلة :
فاإذا و�سع 0.5 مول من الهيدروجين مع 0.5 مول من النيتروجين فكم يكون حجم النيتروجين
الفائ�ض في ال�سروط المعيارية ؟ و كم يكون حجم الن�سادر ؟
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
3H2)g( + N2)g(
2NH3)g(
الن�ش���ب عل���ى الترتيب ) 2: 1: 1 ( وهذا الن�شب هي نف�شها بي���ن حجوم الغازات. وحجم الغاز
يتنا�ش���ب مع عدد مولته ب�شرط ثبوت كل من ال�شغط ودرجة الحرارة. وي�شتخدم مبداأ اأفوجادرو
ف���ي تعيي���ن الكتل الجزيئية للغ���ازات ثم الكتل الذري���ة للعنا�شر الداخلة في تكوي���ن هذه الغازات
واعتم���د ف���ي ذلك على اأن الكتلة الذرية للهيدروجين =1 اأن جزيئه يتكون من ذرتين اأي اأن الكتلة
الجزئي���ة ل���ه = 2 ، ثم يتم تعيين كثافة الغاز المراد تعيين كتلت���ه الجزيئية ومقارنتها بكثافة غاز
الهيدروجين تحت نف�ض الظروف وتعرف الن�شبة يبن كثافة الغاز اإلى كثافة الهيدروجين بالكثافة
الن�شبية للغاز وب�شرب هذه الكثافة الن�شبية فى ) 2 ( تنتج الكتلة الجزيئية للغاز.
H2 + Cl2 2HCl
اإن المعامالت التي تو�ســـع اأمام �ســـيغ الغازات في المعادلة الرمزية هي نف�ســـها الن�ســـب بين
حجـــوم هـــذه الغـــازات حيـــث اأن هـــذه المعامـــالت تـــدل علـــى عدد المـــولت فمثـــال تفاعل غاز
الهيدروجين مع غاز الكلور ليتكون غاز كلوريد الهيدروجين:
)g(
)g()g(
حالت المادة
22كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلوجد من خالل التجارب العملية و من خالل قانون اأفوجادرو : اأن حجم اأي كمية من الغاز �شيكون ثابتا ا
عند ثبوت درجة الحرارة و ال�شغط وفيما اإذا كانت تكون هذه الكمية عبارة عن مول واحد فقط فاإن حجمها
ي�شم���ى بالحج���م المولي و يرمز له بالرمز ) Vm ( و لقد وجد اأن حج���م المول الواحد من اأي مادة غازية
جزيئا 23
عند الظروف القيا�شية ) درجة �شفر°م � و �شغط جوي واحد ( هو 22.4 لتر اأي اأن كل 6.02×10
من اأية مادة غازية تحتل 22.4 لترا على درجة �شفر°م و �شغط جوي واحد
عدد المولت =
كتلة المول الواحد من N2= 2 × 14 = 28جم
عدد المولت = = 1مول
من معادلة الحالة الغازية :
1- ما حجم 28 جرام من غاز النيتروجين عند الظروف القيا�سية ؟
2- ما حجم الأك�سجين في ال�سروط المعيارية الالزمة لإنتاج 9 جم من بخار
الماء ؟
الحل :الكتلة بالجرام
كتلة المول الواحد
28
P × V = n× R ×T
28
n . R .T
P =V
)V) 273 × 0.082 × 1 = = 22.4 لتر
1
عدد مولت بخار الماء =
كتلة المول من الماء = 16 + ) 2× 1 ( = 18
-1
-2
الكتلة بالجرام
كتلة المول الواحد
حالت المادة
23كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
عدد مولت الماء= = 0.5 مول 9
18
من معادلة التفاعل :
يت�ب�ي���ن اأن 0.5 م���ول م���ن بخار الماء ينتج م���ن 0.25 مول من الأك�شجي���ن حجم المول من
الأك�شجين في ال�شروط المعيارية = 22.4 لتر
حجم الأك�شجين الالزم = 22.4*0.25
= 5.6 لترا .
2H2)g( + O2)g( 2H2O)g(
1 - ما عدد الجزيئات في لتر من الهيدروجين عند �سفر °م و �سغط جوي واحد؟
................................................................................................
................................................................................................
و�ســـغط 27°م حـــرارة درجـــة عنـــد لتـــر 5 فـــي الكربـــون اأك�ســـيد ثانـــي مـــن كـــم جرامـــا -2
جوي واحد ؟
................................................................................................
................................................................................................
3- ما حجم 3 مول من غاز CO2 في الظروف المعيارية ؟
................................................................................................
................................................................................................
000
حالت المادة
24كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
وحده ي�شغل حجم الإناء و يمكن التعبير عنه ريا�شيا كما يلي :
ف���اإذا كان لدين���ا في وعاء حجمه V خليط م���ن ثالثة غازات ) اأك�شجين و نيتروجي���ن و ثاني اأك�شيد كربون (
ف���اإن ال�شغط الكلي للخلي���ط ) PT( = �شغط الأك�شجين + �شغط النيتروجين + �شغط ثاني اأك�شيد الكربون.
اإن �شغ���ط كل م���ن الغ���ازات يعتمد على ع���دد جزيئاته الموجودة ف���ي الوعاء ولي�ض على نوع ه���ذه الجزيئات
فل���و ا�شتبدلنا جزيئات الأك�شجين بجزيئات الهيدروجي���ن فلن يوؤثر ذلك على ال�شغط الكلي للخليط و يمكن
التاأكد من هذه الحقيقة با�شتخدام معادلة الحالة الغازية
T × R × عدد مولت ثاني اأك�شيد الكربون
V
T × R × مجموع عدد المولت في الوعاء ) n (
V
T × R × عدد مولت الأك�شجين
V
T × R
عدد مولت النيتروجين ×
V
= PO2
=
PN2
= PCO2
) �شغط الخليط (
PT = P1
+ P2
+ P3
...............+ Pn
Daltons' Law at Partial Pressures :قانون دالتون لل�سغوط الجزئية
ف���ي ع���ام 1801م وجد دالت���ون من خالل تجارب���ه على مزيج من غ���ازات ل يوجد بي���ن مكوناتها تفاعل
كيميائ���ي ب���اأن " ال�شغط الكلي لخليط من عدة غ���ازات ي�شاوي مجموع �شغوطها الجزئي���ة" و بعبارة اأخرى
ي�شل���ك كل غ���از من غازات المزيج �شغطه الخا�ض به بغ�ض النظر عن الغ���ازات الموجودة معه و كما لو كان
=
PT
حالت المادة
25كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
الحل :
اإذا جمع 223 مللتر من الهيدروجين فوق الماء و كانت درجة الحرارة 25°م
وال�سغط 74.2 �سم زئبق فكم جراما من الهيدروجين تم جمعه ؟
علما باأن �سغط بخار الماء عند 25°م = 2.4 �سم زئبق
74.2 �شم زئبق هي عبارة عن �شغط الهيدروجين + �شغط بخار الماء
�شغط الهيدروجين = 74.2 – 2.4 = 71.8�شم زئبق ، �شغط جوي 71.8
76
71.8 223
76 1000
كتل���ة الهيدروجي���ن بالج���رام = عدد م���ولت الهيدروجي���ن × كتلة الم���ول من غاز
الهيدروجين = 0.00863 × 2 = 0.01726 جراما
PV = n R T = n
P V
R T
×
) 25 + 273 ( × 0.82
= n
n = 0.00863 مول من الهيدروجين
حالت المادة
26كيمياء )2(
ل و
لأ ا
ل�س
فلا
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
1- ما �سغط خليط مكون من 4 جم من الأك�سجين , 7 جم نيتروجين , 6×10 23 جزيء هيدروجين
و 0.2 مول من ثاني اأك�سيد الكربون في وعاء حجمه 10لتر عند درجة حرارة 27°م ؟
2- اإحدى طرق تح�سير غاز الهيدروجين ت�سمل تفاعل عن�سر من المغني�سيوم اأو الخار�سين
مع حم�ض الكلور اأو حم�ض الكبريت و يجمع الهيدروجين في وعاء فوق الماء .
اأ - اكتب معادلة التفاعل .
ب - اح�سب حجم الهيدروجين الذي يمكن تح�سيره من تفاعل 1جم من المغني�سيوم مع كمية
منا�سبة من محلول حم�ض الكبريت في درجة 25°م و �سغط جوي واحد؛ علما باأن �سغط
بخار الماء هو 2.4 �سم زئبق .
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
27
اأ�صئلة الف�صل الأول
�ض1 : اختر الإجابة ال�سحيحة :
اأ - ال�سكل الذي يمثل �سلوك الغاز المثالي هو:
اأ ( ب( ج( د(
فاإن قيمة �ض ت�ساوي :
اأ ( 3 ب ( 6 ج ( 7 د ( 5
و - برفع درجة حرارة غاز مثالي اإلى ال�سعف و عند ثبات ال�سغط فاإن الحجم :
اأ ( يزيد اإلى ال�شعف ب ( يقل اإلى الن�شف ج ( ل يتغير د ( يتال�شى
ب - اإذا كانت درجة حرارة غاز ت�ساوي 30°م فاإن درجة حرارته المطلقة ت�ساوي :
اأ ( 30 ب ( 273 ج ( 243 د ( 303
جـ - تتنا�سب �سرعة حركة جزيئات الغاز عك�سيا مع :
اأ ( عددها ب ( ثقلها ج ( نوعها د ( ب + ج
د - تعتمد الخوا�ض الفيزيائية للغازات على :
اأ ( الحجم ب ( ال�شغط ج ( درجة الحرارة د ( جميع ما تقدم
هـ - يو�سح الجدول التالي العالقة بين درجة الحرارة المطلقة و حجم الغاز عند ثبات ال�سغط
درجة الحرارة المطلقة
حجم الغاز باللتر
300 400 500
5 4 �ض
28
�ض2 ـ ف�سر الظواهر التالية من خالل قوانين الغازات :
اأ - تزايد حجم الفقاقيع المنطلقة من الغوا�ض كلما اقترب من �شطح الماء .
ب - يقل حجم البالون المملوء بالهواء عند و�شعه في وعاء من النيتروجين ال�شائل درجة
م (. ° حرارته - 196
ج� - يزداد حجم الرئتين في عملية ال�شهيق و يقل في عملية الزفير.
ذ الح�سابات التالية: �ض3 ـ نف
اأ - ما عدد الجزيئات في 1�شم3 من غازالنيتروجين في ال�شروط المعيارية ؟
ب - و �ش���ع خلي���ط م���ن 10 جم من الهيدروجي���ن، 64 جم م���ن الأك�شجين في وعاء حجم���ه 10 لتر في
م :° درجة حرارة 25
1- اح�شب �شغط المزيج.
م كم° 2- اإذا ج���رى تفاع���ل بي���ن الهيدروجي���ن و الأك�شجي���ن لإنت���اج بخ���ار الم���اء على درج���ة 400
يكون ال�شغط بعد انتهاء التفاعل؟
م كم يكون ال�شغط بعد التفاعل ؟° 3- اإذا برد وعاء التفاعل اإلى 25
م و �شغط°ج� - ت�شغل عينة من غاز الميثان الجاف حجما قدره 368�شم3عند درجة حرارة 21
752 مليمت���ر زئب���ق. ف���اإذا م���ررت ه���ذه العين���ة في الم���اء و اأعي���د جمع الغ���از عند نف����ض درجة
ي�شاوي
م°الح���رارة و ال�شغ���ط كم يكون حجم غ���از الميثان علما ب���اأن �شغط بخار الماء عن���د 21
18.7 مليمتر زئبق .
�ض4 ـ ما مقيا�ض درجة الحرارة الواجب ا�ستخدامه في:
اأ - م�شائل قانون �شارل.
ب - م�شائل قانون الحالة الغازية.
ج� - م�شائل القانون العام للغازات.
د - م�شائل قانون بويل.
يتوقع منك بنهاية هذا الف�سل اأن :
تميز بين الأنواع المختلفة للمحاليل. -1
تتعرف العوامل الموؤثرة على عمليات ذوبان الغازات والمواد ال�شلبة وال�شوائل. -2
تقارن بين المحاليل من حيث قابليتها للتو�شيل الكهربائي. -3
ت�شرح الطرق المتبعة للتعبيرعن تركيز المحاليل . -4
تحل تطبيقات ح�شابية للتعبير كميا عن تركيز المحاليل . -5
تطبق عمليات تخفيف المحاليل با�شتخدام الح�شابات الالزمة. -6
تتعرف الخوا�ض التجميعية للمحاليل -7
تح�شب الكتلة الجزيئية للمواد با�شتخدام خا�شيتي الرتفاع في درجة الغليان والنخفا�ض في -8
درجة التجمد .
تذكر اأهمية المحاليل في حياتنا اليومية . -9
الأهداف
30
اأنواع المحاليل وخ�صائ�صها وطرق
التعبير عن تركيزها
تعتب���ر درا�ش���ة المحالي���ل ذات اأهمية في تق���دم الكيمياء ،
فبالنظ���ر اإلى ماحولنا نجد اأنه من النادر جدا اأن نجد مادة نقية
فمعظ���م المواد الطبيعي���ة المحيطة بنا مثل مي���اه البحر والهواء
والأحج���ار الكريم���ة والمع���ادن الطبيعي���ة هي محالي���ل . وتتكون
المحالي���ل عادة من مادة واح���دة اأو اأكثر مذابة في مادة اأخرى .
واأكث���ر المحاليل �شيوعا هي المحالي���ل ال�شائلة المذابة فيها
الجوام���د وال�شوائل . وفي هذا الف�شل �شوف نتعرف على بع�ض اأنواع المحاليل المختلفة واأهميتها والعوامل
الت���ي توؤثر عل���ى ذوبان بع�ض المواد ف���ي مذيبات معينة وخوا����ض المحاليل ) الخوا����ض التجميعية( وطرق
التعبير عن تركيزها كميا .
المقدمة
31
�شكل ) 2-1( ماء البحر
المحلول و مكوناته
- عن���د اإ�شافة كمية معين���ة من ملح الطعام اإلى كمية
معينة من الماء على ماذا نح�شل ؟
- هل هناك اختالف في توزيع الملح في جميع اأجزاء
المحلول ؟
- ادر�ض اإمكانية روؤية دقائق الملح في الماء .
- هل هناك ميل لف�شل المكونات عن بع�شها البع�ض
ب�شهولة ؟
- اأيهما يوجد بن�شبة كبيرة في محلول الملح اأم الماء؟
- ماذا ن�شمي الملح ؟ و ماذا ن�شمي الماء ؟
�شكل ) 2-2 ( ذوبان ملح الطعام في الماء
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
32كيمياء )2(
. اأجزائه جميع في الخوا�ض و التركيب • متجان�ض . ) الإلكتروني المجهر / المجردة العين ( كانت و�شيلة باأية مكوناته دقائق تمييز ال�شعب • من
• ل يمك���ن ف�ش���ل مكونات���ه حي���ث اأن حجم دقائقه يكون �شغي���را جدا وتتوزع بانتظام ف���ي جميع اأنحاء المحلول .
اأم���ا المخالي���ط الت���ي يمكن تميي���ز مكوناتها بالعين المج���ردة اأو بالمجهر و يمكن ف�شله���ا ب�شهولة ت�شمى
solvent و المذيـــب solute مخالي���ط غي���ر متجان�ش���ة . ويتك���ون المحل���ول من مكوني���ن هم���ا المـــذاب
وعل���ى الرغ���م م���ن اأن���ه لتوجد قواعد محددة نف���رق على اأ�شا�شها بي���ن المذيب و الم���ذاب اإل اأن النظام
المتفق عليه هو اأن ي�شار اإلى المادة الموجودة بكمية اأكثر بالمذيب و المادة الموجودة بكمية اأقل بالمذاب .
ما الفرق بين محلول ملح الطعام في الماء وم�شحوق الطبا�شير في الماء ؟
خطوة )1(
خطوة )2(
المذيب
المذاب
المحلول
H1
خطوة )3( H3
H2
�شكل ) 2-3 ( تكون المحلول من المذيب والمذاب
يعرف المحلول باأنه خليط يتكون من مادتين اأو اأكثر منت�شرة بع�شها في بع�ض ويمتاز باأنه :
33
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
اأنواع المحاليل
نح���ن نع���رف اأن محلول ملح الطعام يتكون من الماء والملح بينما اله���واء يتكون من الأك�شجين والنيتروجين
وغازات اأخرى . ي�شمى المحلول ثنائيا اإذا كان مكونا من مادتين وثالثيا اإذا تكون من ثالث مواد وهكذا ....
والمحليل الثنائية هي الأكثر �شيوعا و�شوف نقت�شر في درا�شتنا لهذا الف�شل على ت�شنيف المحاليل الثنائية .
ت�شنف المحاليل ح�شب حالة المذيب، وحيث اأن المذيب، يمكن اأن يوجد على ثالث حالت وهي الغازية،
وال�شائل���ة وال�شلبة فاإنه بالإمكان وجود ثالثة اأطوار من المحاليل ويوجد لكل طور من المحاليل ثالثة اأطوار
ح�شب حالة المذاب .
حاول اأن ت�شنف المحاليل التالية : �شكر في الماء ، هيدروجين في البالتين ، ثاني اأك�شيد الكربون
في الماء ، ال�شبائك ، دقائق الغبار في الهواء .
نوع المحلول حالة المذاب حالة المذيب اأمثلة المحاليل
ثاني اأك�شيد الكربون في الماء
الأ�شيتون في الماء
ملح الطعام في الماء
الهيدروجين في البالتين
ال�شبائك كالبرونز
الزئبق في الف�شة
الهواء الجوي
دقائق الغبار في الهواء
جزيئات بخار الماء في الهواء
حدد حالة المذاب ، حالة المذيب ، نوع المحلول من خالل الجدول التالي :
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
34كيمياء )2(
بالرج���وع اإل���ى م�شادر المعلوم���ات المتوفرة لديك ه���ات اأمثلة لمحاليل مختلفة غي���ر التي وردت في
الجدول ال�شابق .
للمحاليل اأهمية كبرى في حياة الإن�شان والحيوان والنبات ، فعمليات تمثيل الغذاء
تعتمد على تحويل المواد الغذائية اإلى محلول كما اأن جميع ال�شوائل الف�شيولوجية الهامة في الج�شم
كالدم واللمف هي من المحاليل .
وعموما فالمحاليل ال�شائ��لة ) �ش���واء اأكان الم�ذاب غازا اأم �شائال اأم �شلبا ( تعتبر اأكثر �ش��يوعا واأهمية
م���ن بقية اأن���واع المحاليل في التغي���رات والح�شاب���ات الكيميائية والظواه���ر الم�شاحبة له���ا، ولهذا �شنقوم
بدرا�شتها ب�شيء من التف�شيل وخا�شة المحاليل المائية التي يكون فيها الماء ال�شائل مذيبا .
محاليل الغازات في ال�سوائل
ف���اإن كذل���ك كاله���واء بع�شه���ا ف���ي الغ���ازات تختل���ط
الغ���ازات يمك���ن اأن ت���ذوب ف���ي ال�شوائ���ل مكونة محل���ول الغاز
ف���ي ال�شائ���ل ويلع���ب ذوبان الغ���از ف���ي ال�شائ���ل دورا ذا اأهمية
حيوي���ة كبيرة، فالمق���دار الب�شيط الذي يذوب���ه الأك�شجين في
مي���اه الأنه���ار والبحار يكف���ي لدوام حي���اة المخلوق���ات الحية
فيه���ا، وقابلية الذوب���ان في الدم ي�ش���رت عملي���ة التنف�ض التي
CO2 يقوم به���ا الأحياء، ول���ول ذوبان ثان���ي اأك�شي���د الكربون
�شكل ) 2-4 ( مخلوقات بحرية
35
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
من خالل النظر اإلى الجدول ال�سابق :
- ما �شبب اختالف ذائبية الغازات ال�شابقة في الماء ؟
- ما المق�شود بطبيعة الغاز ) المذاب ( ؟
- اأي الغازات ال�شابقة قطبي و اأيها غير قطبي ؟
NH3HClSO2H2SCO2O2N2Heالغاز
0.009 0.024 0.05 1.7 4.6 80 500 1300 الذائبية في الماء
جدول ) 2-1( ذائبية بع�ض الغازات المختلفة في )100 ( جرام من الماء عند �شفر°م و�شغط جوي واحد
ف���ي الم���اء لما تك���ون الرخام " المرم���ر " و ال�شخور الكل�شي���ة . و تعـــرف ذائبية الغاز فـــي ال�ســـائل باأنها :
كتلة الغاز التي تذوب في كتلة محددة من ال�سائل )100 جرام ( تحت �سغط معين و درجة حرارة معينة .
العوامل الموؤثرة على ذائبية الغازات في ال�سوائل
تعتمد ذائبية الغازات في ال�سوائل ) كالماء مثال ( على عدة عوامل منها :
1- طبيعة الغاز ) المذاب ( :
وجد اأن هناك اختالفا كبيرا في ذائبية الغازات في الماء كما يت�شح من الجدول الآتي :
- هل الماء مذيب قطبي و لماذا ؟
- متى تكون الغازات �شحيحة الذوبان في الماء و متى تكون عالية الذوبان في الماء ؟
تق�سم الغازات من حيث ذوبانها في الماء اإلى :
اأ- �ســـحيحة الذوبـــان في الماء : و ه���ي التي ل تتفاعل كيميائيا مع الماء مثل الأك�شجين والهيدروجين
و النيتروجي���ن و يع���ود ال�شب���ب في ذل���ك اإلى اأن قوى التجاذب بين دقائ���ق الغاز وجزيئات المذيب
) الماء ( هي قوى �شعيفة ) قوى لندن (.
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
36كيمياء )2(
ب-عاليـــة الذوبـــان : وه���ي التي تتفاعل كيميائيا مع الماء مثل الن�ش���ادر و كلوريد الهيدروجين و ثاني اأك�شيد
الكبريت و يعود ال�شبب في ذلك اإلى اأن قوى التجاذب بين دقائق الغاز ) المذاب ( وجزيئات ) المذيب(
عالية ب�شبب قطبية المذاب والمذيب .
2- طبيعة ال�سائل ) المذيب (
تختل���ف الغ���ازات ف���ي ذائبيته���ا ف���ي المذيب���ات المختلفة كم���ا يت�شح م���ن الج���دول التالي ال���ذي يبين
م .5
ذائبية الأك�شجين في بع�ض المذيبات الم�شهورة عند 20
المذيب
ذائبية الأك�سجين فيه
ثنائي اإيثيل اإيثراأ�سيتوناإيثانولالماء
0.0280.140.2080.416
جدول) 2-2 ( ذائبية الأك�شجين في مذيبات مختلفة عند 20°م0
HCl)g( + H2O)l( H3O+
)aq( + Cl-
)aq(
NH3)g( + H2O)l( NH4+
)aq( + OH-
)aq(
من خالل النظر اإلى الجدول ال�سابق :
- ما �شبب اختالف ذائبية الأك�شجين في المذيبات ال�شابقة ؟
- قارن بين المذيبات ال�شابقة من حيث القطبية ؟
- ف�شر اختالف ذائبية الأك�شجين في المذيبات ال�شابقة ؟
عموم���ا فق���د وج���د اأن اأف�شل مذي���ب لغاز ما هو المذي���ب الذي تكون في���ه القوى الجزيئي���ة مت�شابهة مع
مثيالته���ا ف���ي الغ���از ، فهناك تعمي���م مفيد ي�شت�شه���د به كثيرا ف���ي الكيمياء و ه���و اأن ال�شبيه يذي���ب ال�شبيه
. )likes dissolve likes(
37
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
3- درجة الحرارة
ال�ش���كل التال���ي يو�شح منحن���ى ذائبي���ة الغازات
ف���ي الم���اء عن���د �شغ���ط ج���وي واح���د و درجات
حرارة مختلفة .
دقـــق فـــي ال�ســـكل ال�ســـابق ثـــم اأجب عمـــا يلي :
- قارن بين ذائبية الغازات ال�شابقة عند درجة
و 40°م ؟
20°م
- م���اذا يحدث لذائبية الغ���ازات بارتفاع درجة
الحرارة ؟
عن���د اإذابة غاز في �شائل تتحرر كمية م���ن الطاقة الحرارية توؤدي اإلى خف�ض طاقة حركة جزيئات الغاز
مم���ا ي�شاع���د ال�شائل على الحتفاظ بالغاز ، و عن���د رفع درجة الحرارة تكت�شب جزيئات الغاز طاقة حركية
كافية لخروجها من ال�شائل ، لذا فاإن ذائبية الغازات في ال�شوائل تقل بارتفاع درجة الحرارة .
1- �سائل يحتوي على عدة غازات مذابة اقترح طريقة للتخل�ض من الغازات المذابة فيه .
2- اذكر تف�سيرا منا�سبا لكل مما يلي:
اأ- ظهور فقاقيع �سغيرة عند ت�سخين الماء.
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
CO
O2
CH4
زغا
الن
م )
ر لت
/ل
وم
ي مل
(ة
يبئذا
ال
2.0
1.0
50 40 30 20 10 0
�شكل ) 2-5( منحنى الذائبية لبع�ض الغازات
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
38كيمياء )2(
ب- الطعم عديم النكهة ) الطعم المميز للماء( للماء المغلي.
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
بالرج���وع اإلى م�ش���ادر المعلوم���ات المتوفرة لديك ابحث ع���ن �شبب ارتفاع ذائبي���ة بع�ض الغازات
بارتفاع درجة الحرارة .
4- ال�سغط :
من الجدير بالذكر اأن تاأثير ال�شغط ل يظهر اإل عند اإذابة الغازات في ال�شوائل و يمثل الجدول التالي
تغير ذائبية CO2 في الماء بتغير �شغط الماء عند25°م
جدول ) 2- 3 ( ذائبية CO2 في الماء عند �شغوط مختلفة عند 25°م
0.36�سغط غاز CO2 )جوي(
ذائبية غاز CO2 ) مول / لتر (
0.651.21.61.1.78
0.0120.0220.0410.0540.06
من خالل الجدول ال�سابق :
؟ ال�شغ���ط بازدي���اد CO2 لذائبي���ة يح���دث م���اذا •CO2 و�شغط���ه. ذائبي���ة بي���ن العالق���ة بياني���ا مث���ل •مم���ا �شب���ق نالح���ظ اأن���ه عن���د ثب���وت درج���ة الح���رارة
بزيادة �شغطه فوق �شطح الماء لأن
CO2 تزداد ذائبية
CO2 زيادة ال�شغط توؤدي اإلى زيادة في تركيز جزيئات
ةيبئذا
ال
ال�شغط
39
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
ف���وق �شط���ح الماء وهذا يوؤدي اإل���ى زيادة ذوبان CO2 في الم���اء. وقد لخ�ض العالم هن���ري)Henry ( اأثر
ال�شغ���ط على ذوبان اأي غاز في �شائل في قان���ون ي�شمى بقانون هنري ) Henry،s Law ( الذي ين�ض على
اأنه عند ثبوت درجة الحرارة تتنا�ســـب كتلة الغاز الذي يذوب في كتلة معينة من �ســـائل تنا�ســـبا طرديا مع
�سغط الغاز الواقع فوق �سطح ال�سائل . اأي اأن : -
ذائبية الغاز �شغط الغاز
ذائبية الغاز = ثابت × �شغط الغاز
وهذا المقدار الثابت ي�شمي ثابت هنري وقيمته تعتمد على نوع الغاز :
جدول )2-4( ثابت هنري لبع�ض الغازات
الغاز
ثابت هنري ) مول / لتر. جوي (
N2O2CO2
4-10×7
3-10×1.3
2- 10 × 3.3
م���واد خا�شة ال���رذاذ محالي���ل م�شغوط���ة من عل���ب • تح���وي كمزي���الت الروائ���ح والمبي���دات الح�شري���ة والدهان���ات فعند
تحري���ر ال�شغط بكب�ض ال���زر يتفور المذيب ف���ي العلبة ويدفع
المحلول عب���ر المنفث . وهكذا ينبعث ر�شا����ض )رذاذ( دقيق
من محتويات العلبة كلما كب�ض الزر .
• ي���ذوب اله���واء ال���ذي ي�شتن�شق���ه الغطا�شون في ال���دم مكونا محل���ول . ف���اإذا �شعد الغطا����ض فجاأة اإلى �شط���ح الماء ينطلق
اله���واء من المحل���ول مكونا فقاقيع هوائي���ة وهذه حالة خطرة
تع���رف بالتحني، ولتفادي ح���دوث ذلك ي�شتخ���دم الغطا�شون
مزيج���ا م���ن الأك�شجين والهيلي���وم بدل م���ن النيتروجين لأن
الهيليوم اأقل ذائبية من النيتروجين في الدم.
�شكل )2-6 ( علبة الرذاذ
ال�شغط
مواد مذابة
�شكل ) 2-7 ( غطا�ض ي�شتخدم
مزيج الهيليوم والأك�شجين
...
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
40كيمياء )2(
........................................................
........................................................
........................................................
........................................................
�شكل )2-8 ( م�شروبات غازية
1- عنـــد فتـــح زجاجـــة الم�ســـروبات الغازيـــة ي�ســـمع
�ســـوت ي�ســـبه الفرقعة وتنطلق فقاعـــات غازية .
كيف يمكن تف�سير ذلك ؟
2 - اح�سب ذائبية غاز O2 في ماء البحار الذي يتالءم واحتياجات المخلوقات البحرية اإذا علم اأن
مقدار ما ي�سهم به O2 في ال�سغط الجوي ي�ساوي0.21�سغط جوي ) بالرجوع اإلى ثوابت هنري(.
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
وكبقي���ة قوانين الغازات فاإن قانون هنري ينطبق بدق���ة فقط على الغازات المثالية والمحاليل المخففة.
اأما الغازات التي تكون مركبات مع المذيب اأو تكون لها خا�شية التجمع اأو التفكك عند دخولها الطور ال�شائل
فاإنه���ا تحي���د عن القانون فمثال ل يمكن تطبي���ق القانون على الن�شادر ب�شبب ح���دوث تفاعل بينه وبين الماء
ح�شب المعادلة التالية :
NH3)g( + H2O)l( NH4+
)aq( + OH-
)aq(
ول على كلوريد الهيدروجين ب�شبب تفككه في المحاليل المائية ح�شب التفاعل :
HCl)g( + H2O)l(
H3O+
)aq( + Cl-
)aq(
41
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
الأدوات والمـــواد المطلوبة :
اأنابي���ب اختبار - ماء مقطر-
غول - بنزين - �ش���كر -
- ي���ت ز - م يو د ل�شو ا يد ر كلو
نترات ال�شوديوم - يود
خطوات العمل
-1 �ش���ع ف���ي خم����ض اأنابيب اختب���ار كمي���ات منا�شبة م���ن الماء
المقطر.
-2 اأ�شف كميات منا�شبة من كلوريد ال�شوديوم، وال�شكر ، الزيت،
نترات ال�شوديوم واليود اإلى الأنابيب الخم�ض على التوالي.
3 - رج الأنابيب ولحظ ذوبان المواد الم�شافة في الماء .
-4كرر الخط���وات ال�شابقة مع ا�شتبدال الم���اء بالبنزين ، الغول.
ن مالحظاتك في الجدول التالي : دو
تركيز محلول المادة ال�شلبة في ال�شائل عند درجة حرارة معينة يعد من الخ�شائ�ض المهمة للمحلول ،
وتعرف ذائبية المادة ال�شلبة في �شائل معين ) الماء ( عند درجة حرارة معينة باأنها اأكبر كتلة من المادة
ال�سلبة التي يمكن اأن تذوب في ) 100 جرام ( من ال�سائل ) الماء ( عند تلك الدرجة .اأو هي عدد جرامات
المذاب التي تذوب في 100 جرام من ال�سائل ) الماء ( عند درجة حرارة معينة لنح�سل على محلول م�سبع .
العوامل الموؤثرة على ذائبية المواد ال�سلبة في ال�سوائل
تعتمد ذائبية المواد ال�سلبة في ال�سوائل على عدة عوامل منها :
1- طبيعة المذاب والمذيب :
محاليل المواد ال�سلبة في ال�سوائل
) 2- 1 ( اأثر المذاب على المذيب
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
42كيمياء )2(
المذيب
كلوريد
ال�سوديومالزيتال�سكر
نترات
ال�سوديوماليود
ماء
كحول
بنزين
. الجدول في القطبية وغير القطبية المذيبات • حدد ؟ القطبية المذيبات في تذوب المواد • اأي
؟ الن�شبة بنف�ض المواد هذه تذوب • هل ؟ القطبية المذيبات في ذائبيتها اختالف �شبب • ما
. ؟ القطبية غير المذيبات في تذوب المواد • اأي ؟ ذوبانها ن�شبة على تالحظ • ماذا
؟ القطبية غير المذيبات في ذائبيتها اختالف �شبب • ما
ن�شتنت���ج م���ن ه���ذا الن�ش���اط اأن ذائبي���ة الم���واد ال�شلبة ف���ي ال�شوائ���ل تعتمد عل���ى اأن���واع الروابط في
جزيئ���ات كل م���ن المذيب والمذاب والتجاذب الذي ين�شاأ بينهما . فالجزيئ���ات الأيونية والمركبات الع�شوية
القطبي���ة ت���ذوب ف���ي ال�شوائ���ل القطبي���ة ول تذوب ف���ي ال�شوائ���ل غير القطبي���ة ، اأم���ا الجزيئ���ات الع�شوية
غي���ر القطبي���ة ت���ذوب ف���ي ال�شوائل غي���ر القطبي���ة ول تذوب ف���ي ال�شوائ���ل القطبي���ة ، ومن ه���ذا ن�شتنتج :
.) likes dissolve likes( اأن ال�سبيه يذيب ال�سبيه
43
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
بالتعاون مع زمالئك ، وبالرجوع اإلى م�شادر المعلومات ، حاول اأن ت�شع تف�شيرا علميا دقيقا لكل مما يلي :
. البنزين الماء وعدم ذوبانه في الطعام ( في الأيوني ) ملح المركب • ذوبان
• ذوبان المركب الت�شاهمي القطبي ) ال�شكر ( في الماء .
• ذوب���ان المرك���ب الت�شاهم���ي غير القطبي ) الزيت ( في البنزين وعدم ذوبانه في الماء.
يذوب كل من فيتامين B وفيتامين C في الماء ، ولذلك فاإنهما غير قابلين
للتخزي���ن ف���ي الج�شم مدة منا�شبة لهذا من ال�شروري اأن تك���ون الوجبات اليومية محتوية عليهما ،
بالمقابل فاإن فيتامينات K ، E ، D ، A تذوب في مذيبات غير قطبية كالأن�شجة الدهنية في الج�شم
ويخ���زن بع�شه���ا في الج�شم مدة طويل���ة ، فتحفظ بم�شيئة اهلل من الإ�شاب���ة بالأمرا�ض التي ي�شببها
نق�ض هذه الفيتامينات اإل اأن زيادة تخزين بع�شها في الج�شم �شارة ف�شبحان القائل في كتابه العزيز
2- درجة الحرارة:
عند اإذابة مادة �شلبة في �شائل ما ) كالماء( فاإنه يح�شل تغير في الطاقة ، لذا �شوف ندر�ض التغيرات
الت���ي تح���دث في الطاقة نتيجة لإذابة مادة �شلبة في ال�شائل اأول قبل درا�شة اأثر درجة الحرارة على المادة
ال�شلبة في ال�شائل .
)�شورة الفرقان اآية : 2(
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
44كيمياء )2(
الأدوات والمواد المطلوبة :
ثالث���ة اأنابي���ب اختب���ار - م���اء
ترمومت���رات ثالث���ة مقط���ر-
- ال�شودي���وم هيدروك�شي���د -
نت���رات البوتا�شي���وم - كلوري���د
ال�شوديوم .
) 2-2 ( تاأثير اإذابة مادة �سلبة في �سائل.
خطوات العمل
1- �ش���ع ف���ي ثالثة اأنابي���ب اختب���ار كمية منا�شبة م���ن الماء
المقطر .
2- اأ�ش���ف كمي���ات منا�شبة من الم���واد التالي���ة: هيدروك�شيد
ال�شودي���وم، نت���رات البوتا�شيوم ، كلوري���د ال�شوديوم اإلى
الأنابيب الثالثة على التوالي .
3- رج الأنابيب الثالثة ، وق�ض درجة حرارتها .
ن مالحظاتك في الجدول التالي : 4 - دو
المواد
المالحظة
كلوريد ال�سوديومهيدروك�سيد ال�سوديوم نترات البوتا�سيوم
من الن�شاط ال�شابق ن�شتنتج اأن هناك بع�ض المواد ينتج عند ذوبانها في مذيب معين ارتفاع درجة الحرارة
ف���ي المحل���ول اأي اأن عملية الذوبان ي�شاحبها اإ�شع���اع للحرارة و ت�شمى عملية ذوبان ط���اردة للحرارة ، بينما
ي�شاح���ب ذوب���ان بع�ض المواد امت�شا�ض للحرارة و ت�شمى عملي���ة ذوبان ما�شة للحرارة فكما اأن هناك نوعا
ثالثا من المواد ل ي�شاحب ذوبانها في مذيب معين اإ�شعاع اأو امت�شا�ض للحرارة .
45
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
ف���ي المركب���ات الأيونية تترت���ب الأيونات الموجب���ة و ال�شالبة مع بع�شها في �شبك���ة بلورية نتيجة
للتج���اذب الإلكترو�شتاتيك���ي الق���وي بي���ن الأيونات و يحت���اج ف�شل الأيون���ات الموجب���ة وال�شالبة اإلى
طاق���ة ت�شم���ى طاقة الترتي���ب البلوري ) طب ( فالم���واد ال�شلبة الأيونية لها ) طب (كبي���رة جدا اأما
المواد ال�شلبة الجزيئية فلها ) طب ( �شغيرة ب�شبب قوى التجاذب ال�شعيفة ن�شبيا بين الجزيئات .
لك���ي نفه���م �شب���ب امت�شا�ض الح���رارة اأو انطالقه���ا علينا اأن ن���درك اأن عملي���ة اإذابة مرك���ب اأيوني مثل
)NaCl(تنط���وي عل���ى ن���زع اأيون���ات م���ن الحال���ة ال�شلبة و و�شعهم���ا في محيط حيث تطوقهما
جزيئ���ات الم���اء و لنفتر�ض الآن اأن بمقدورنا ف�شل هاتين الخطوتين ففي الخطوة الأولى يتم ف�شل الأيونات ،
من الحالة ال�شلبة من خالل ك�شر ال�شبكة البلورية، لإبعاد الأيونات عن بع�شها و �شحبها ب�شكل ل
متناه بوا�شطة جزيئات المذيب؛ و تتطلب هذه العملية اإ�شافة مقدار من الطاقة ، اأي اأنها ما�شة للحرارة .
اأيونات معزولة ) طب ( مركب اأيوني �شلب
NaCl )s(
+ Na+
)aq(
+ Cl-)aq(طاقة
Na+
، Cl-
Na+
، Cl-
و في الخطوة الثانية يتم اإحاطة اأيونات ال�شوديوم والكلوريد المعزولة بجزيئات المذيب ) الماء ( بحيث
ت�شب���ح مطوقة بجزيئ���ات المذيب �شكل )2-9 ( اأي تكون مميهة .حيث تتوج���ه ذرات الهيدروجين التي تحمل
�شحنة موجبة جزئية في جزئيات الماء نحو الأيون
ال�شالب )الكلوريد ( وذرات الأك�شجين التي تحمل
�شحن���ة �شالبة جزئية في جزئيات الماء نحو الأيون
الموجب)ال�شوديوم( ب�شبب هذا التجاذب تنطلق
كمية من الطاق���ة تعرف با�شم طاقة التميه )طه(
Hydration Energy عن���د و�ش���ع اأي���ون �شمن
الماء، و يمك���ن الإ�شارة اإلى التغير الذي يحدث في
خطوة التميه هذه كما يلي : �شكل )2-9 ( ذوبان كلوريد ال�شوديوم في الماء
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
46كيمياء )2(
Na+
+ Cl-
+ H2O Na+
)aq( + Cl-
)aq(
حيث نالحظ اأن عددا من جزيئات الماء اأ�شبح مقيدا
باأيونات عند التميه في المحاليل المائية
و تقاب���ل ح���رارة ) طاق���ة ( الذوب���ان تغيي���ر الطاق���ة
النهائي الذي يحدث ، و ت�شاوي الفرق بين كمية الطاقة
الممت�شة ف���ي الخطوة الأولى ) طب ( و كمية الطاقة
المنطلقة خالل الخطوة الثانية ) طه ( .
و يمكن تو�شيح العالقة بين )طه ( و ) طب ( و حرارة
الذوبان من خالل ال�شكل التالي )11-2( :
Na+
، Cl-
�شكل )2-10( تغيرات الطاقة التي تحدث
عندما يذوب NaCl في الماء
عمليات الذوبان
لطارد ول ما�ض للحرارةما�ض للحرارةطارد للحرارة
عملية الذوبان �شعبةعملية الذوبان �شهلة
طب
طبطب طه
A+
+ B-
+ H2O A+
)aq( +B-
)aq( A+
+ B-
+ H2O A+
)aq(+B-
)aq( A+
+ B-
+ H2O + طاقة A+
)aq(+B-
)aq(
طه
طه
ف���ي الحقيق���ة يتغي���ر ذوب���ان الأج�ش���ام ال�شلب���ة في
ال�شوائل م���ع درجة الحرارة ، وم���ن المنا�شب تمثيل هذا
التغي���ر بالط���رق البيانية ع���ن طريق ر�شم كمي���ة المادة
المذابة كتابع لدرجة الحرارة ، و المنحنى الناتج ي�شمى
بمنحنى الذوبان )اأو خطوط الذائبية( .
�شكل) 12-2(
منحنيات الذائبية لعدد من الأمالح في الماء
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
NaNO 3
CaCl 2
NaClKCl
K 2Cr 2
O 7
Ce2)SeO4(3
KClO 3
KNO 3
Pb)NO 3
( 3
�شكل )11-2(
47
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
.............................................................................................
.............................................................................................
.............................................................................................
.............................................................................................
.............................................................................................
.............................................................................................
م���ن منحني���ات الذائبية نالحظ اأن معظم الأمالح تزداد ذائبيتها بزيادة درجة الحرارة ، وهذا يعني اأن
عملي���ة ذوبانها تك���ون ما�شة للحرارة ) المنحنى الت�ســـاعدي ( . و هناك اأمالح قليل���ة تقل ذائبيتها بزيادة
درج���ة الح���رارة و هذا يعني اأن عملي���ة ذوبانها تكون طاردة للحرارة ) المنحنـــى التنازلي ( . كما اأن هناك
اأمالح ل تتغير ذائبيتها بتغير درجة الحرارة و هذا يعني اأن عملية ذوبانها لي�شت ما�شة اأو طاردة للحرارة.
د كافة الفوائد الم�شتخل�شة من درا�شته . من خالل درا�شتك لمنحنيات الذوبان؛ عد
تمعن في ال�سكل ال�سابق و اأجب منه على ما يلي :
�ض°م( .
1- حدد الملح الذي له اأكبر ذائبية عند درجة )10
�ض°م ( .
2- حدد الملح الذي له اأقل ذائبية عند درجة )10
3 - ما هي الأمالح التي تزداد ذائبيتها بزيادة درجة الحرارة ؟ و ما نوع الذوبان في هذه الحالة ؟
4- م���ا هي الأمالح الت���ي تقل ذائبيتها بزيادة درجة الحرارة ؟ وما ن���وع الذوبان في هذه الحالة؟
5- ما ذائبية كل من KCl ،CaCl2 عند درجة 20°م ؟
و NaNO3 عند درجة 70°م ثم برد المحلول اإلى 50°م، اأي
KNO3 ر محلول م�شبع من 6- ح�ش
المحلولين �شوف يتر�شب اأول ؟
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
48كيمياء )2(
اأكيا����ض التبري���د الجاه���زة تحت���وي عل���ى كب�ش���ولت من
و ماء، عندما تك�شر وتمزج
NH4NO3 نت���رات الأمونيوم
محتوياته���ا تذوب النترات في الماء و ي���وؤدي ذوبانها اإلى
تاأثير بارد مثير للده�شة .
ماذا يحدث لذائبية الغاز و المادة ال�شلبة في ال�شائل اإذا وجدت في ال�شائل اأمالح متاأينة ) �شوائب(
خا�شة اإذا كانت تحتوي على اأيون من الأيونات المكونة للمادة المذابة ؟
قارن بين الحالت المختلفة لذوبان المواد ال�ســـلبة في ال�ســـوائل ح�ســـب ما هو مطلوب في
الجدول التالي :
وجه المقارنة
مثال
ذوبان طارد للحرارةذوبان ما�ض للحرارةذوبان ل ما�ض ول
طارد للحرارة
حرارة الذوبان
العالقة بين طه
و طب
اأثر انخفا�ض درجة
الحرارة على الذائبية
�شكل )13-2 (
49
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
التو�سيل الكهربائي للمحاليل المائية
الأدوات والمواد المطلوبة :
بطاري���ة - م�شب���اح كهربائي -
كاأ�شين زجاجيين - محلول ملح
الطعام - محلول �شكر ال�شكروز
- اأ�ش���الك تو�شي���ل - محلول
حم����ض الخ���ل ،محل���ول حم�ض
الكلور .
ن�ساط
1- �شع في كاأ�ض زجاجي محلول ملح الطعام .
ن دائرة كهربائية . 2- كو
3 - اأغل���ق الدائ���رة الكهربائية ع���ن طريق القاط���ع و لحظ ما
يحدث .
4 - كرر الخطوات ال�شابقة با�شتخدام محلول ) �شكر ال�شكروز – ثم
محلول حم�ض الخل – حم�ض الكلور( .
ن مالحظاتك في الجدول التالي : 5 - دو
المحاليل
محلول ملح الطعام
ال�ستنتاجالمالحظة
محلول �سكر ال�سكروز
محلول حم�ض الخل
محلول حم�ض الكلور
)2-3 ( درا�سة التو�سيل الكهربائي لبع�ض المحاليل
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
50كيمياء )2(
محلول ال�شكرمحلول حم�ض الخلمحلول كلوريد ال�شوديوممحلول حم�ض الكلور
- ما المحاليل التي ي�شيء فيها الم�شباح ؟ وماذا ت�شمى ؟
- ما المحاليل التي لم ي�شيء فيها الم�شباح ؟ وماذا ت�شمى ؟
- م���ا المحل���ول ال���ذي يعطي اإ�ش���اءة قوي���ة و المحلول ال���ذي يعطي اإ�ش���اءة �شعيف���ة ؟ وماذا
ي�شمى كل منهما ؟
..........................................................................................
..........................................................................................
..........................................................................................
من الن�ساط ال�سابق نجد اأنه يمكننا تق�سيم المحاليل من حيث قابليتها للتو�سيل الكهربائي اإلى :
: Electrolyte Solutions 1- محاليل اإلكتروليتية
و ه���ي المحاليل التي لها الق���درة على التو�شيل الكهربائي مثل محالي���ل الأحما�ض و محاليل القلويات
والأمالح في الماء و قدرتها على التو�شيل الكهربائي ناتجة من تفكك المذاب مثل كلوريد ال�شوديوم في
الم���اء اإلى ج�شيمات م�شحونة ت�شمى الأيونات )Ions( و ت�شم���ى الج�شيمات الم�شحونة ب�شحنات موجبة
بالكتيون���ات )Cations( اأم���ا ال�شالبة فت�شم���ى بالأنيونات )Anions( و توؤدي حرك���ة هذه الج�شيمات
المكهرب���ة اإلى جعل المحلول ذا قدرة على التو�شيل الكهربائي حيث تنتقل الأيونات الموجبة نحو القطب
ال�شالب و الأيونات ال�شالبة نحو القطب الموجب للبطارية ،وتق�شم المحاليل الإلكتروليتية اإلى :
51
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
Strong Electrolyte Solutions اأ - محاليل اإلكتروليتية قوية
و ه���ي محالي���ل جي���دة التو�شيل للتي���ار الكهربائي ، حيث تتف���كك جزيئات المذاب فيها تف���ككا كليا
ف���ي الم���اء اإلى اأيون���ات موجبة و�شالب���ة ومن اأمثلته���ا الأحما�ض والقواع���د القوية والأم���الح المتعادلة .
Weak Electrolyte Solutions ب- محاليل اإلكتروليتية �سعيفة
Non electrolyte Solution 2- محاليل ل اإلكتروليتية
وهي المحاليل التي ل تو�شل التيار الكهربائي حيث اأن المحلول ل يحوي اأيونات موجبة اأو �شالبة نظرا
لعدم تاأين اأو تفكك جزيئات المذاب اإلى اأيونات ،و من اأمثلتها المحلول المائي لكل من ال�شكر و الغول الإيثيلي.
�سنف المواد التالية ح�سب ما هو مطلوب في الجدول من خالل اإجراء التجارب :
المادة
محلول حم�ض الكلور
ليو�سلرديء التو�سيلجيد التو�سيل
محلول كلوريد الليثيوم
محلول كربونات ال�سوديوم
الماء النقي
محلول هيدروك�سيد البوتا�سيوم
الإيثانول
وهي محاليل رديئة اأو �شعيفة التو�شيل الكهربائي ، حيث تتفكك جزيئات المذاب فيها تفككا جزئيا
الماء ومن �شكل جزيئات ذائبة في المذاب على الأكبر من الجزء ويبقى اأيونات اإلى الماء في
اأمثلتها : الأحما�ض والقواعد ال�شعيفة ) الع�شوية ( والأمالح الحم�شية والقاعدية والماء النقي .
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
52كيمياء )2(
طرق التعبير عن التراكيز
نظرا لأن المحاليل لي�ض لها تركيبات محددة فاإنه ل يمكن اأن يرمز لها بوا�شطة �شيغ كيميائية.لذلك ن�شف
خوا�ض المحاليل با�شتخدام كميات المادة اأو المواد المذابة اإلى كمية المذيب ل على الكميات المطلقة لهذه
المواد . وت�شمى هذه الن�شبة عادة بتركيز المحلول) Concentration ( ومن الأف�شل اأن نحدد الن�شبة التي
نتحدث عنها فاإن كنا نتحدث عن كتلة المذاب اإلى كتلة المذيب اأوحجمة فاإننا نعني تركيز المذاب في المحلول.
اأما اإذا كنا نتحدث عن ن�شبة المذيب اإلى المذاب فاإن ذلك يق�شد به تركيز المذيب في المحلول، وال�شائع هو
اأن ي�شار اإلى تركيز المذاب في المحلول . وي�شمى المحلول مركزا )concentrated (اإذا كانت ن�ش�ب�ة كمي���ة
)dilute ( وي�ش��م��ى مخفف��ا ) الم��ذاب في الم�حلول بالن�ش��ب�ة اإلى المذيب كبي�رة ن���شبيا ) 10 مول / لتر
اإ ذا كانت كمية المذاب اإلى المذيب قليلة ن�شبيا ) 3مول/ لتر ( وتق�شيم المحاليل اإلى مخففة ومركزة غير
دقي���ق وفيه كثير من النطباعي���ة ، ولهذا يجب اأن نبحث عن و�شيلة اأدق للتعبير عن درجة تركيز المحاليل .
اأول : الدللة على التركيز بالطرق الفيزيائية
1- الن�سبة المئوية الكتلية :
زجاج���ات عل���ى المكتوب���ة المئوي���ة الن�شب���ة تعن���ي م���اذا
المواد الكيميائية في ال�شكل )2-14( ؟
ت�شي���ر الن�شب���ة المئوية الكتلية 8% مثال اإل���ى تركيز محلول
Na2CO3 ، حيث يحتوي كل 100 جرام من المحلول على
8 جرام من Na2CO3 والباقي 92 جرام ماء . اإذن يمكننا
اأن نعرف الن�شبة المئوية الكتلية للمذاب باأنها عدد وحدات
الكتلة من المادة المذابة الموجودة في 100 وحدة كتلية من المحلول. وت�شتخدم هذه الطريقة في
عمل ال�شبائك وبع�ض المحاليل الكيميائية في المختبرات وال�شيدليات.
ولح�شاب الن�شبة المئوية الكتلية ن�شتخدم العالقة الريا�شية :
الن�سبة المئوية الكتلية للمذاب = ) ( × 100
�شكل )14-2(
الن�شبةالمئويةالكتلية لبع�ض المواد
%8
Na2CO3
%12
H2SO4
كتلة المذاب
كتلة المحلول
53
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
اح�ســـب الن�ســـبة المئويـــة الكتليـــة للنحا�ـــض فـــي �ســـبيكة البرونـــز) نحا�ـــض –
ق�ســـدير( عنـــد خلط 63.5 جرام مـــن النحا�ض مع كمية من الق�ســـدير بحيث
اأ�سبحت كتلة وزن ال�سبيكة 108 جرام .
الحل :
بتطبيق القانون الن�شبة المئوية للمذاب ) النحا�ض(:
كتلة المذاب ) النحا�ض(
كتلة المحلول) ال�شبيكة(
=100 ×=63.5
108
كم جراما من حم�ض النيتروجين النقي ) HNO3 ( يحتويها لتر من محلول للحم�ض المائي الذي
فيه الن�سبة المئوية الكتلية للمذاب=69.4 % اإذا علمنا اأن كثافة هذا المحلول هي 1.65جم/ مللتر ؟
...................................................................................................
.................................................................................................
2- الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب :
انظر اإل���ى ال�شكل )2-15( وحدد حال���ة المذاب والمذيب
ماالمق�شود بالن�شبة20% حجما للمحلول المكون من غول
وماء؟
ت�شي���ر الن�شب���ة المئوي���ة الحجمي���ة 20% اإل���ى تركي���ز
المحل���ول المائي للغول، حيث يوجد 20 مللتر من الغول
في 100مللتر من الماء .
ف الن�شبة المئوية الحجمية للمذاب باأنها عدد اإذن تعر
وحدات الحجم من المادة المذابة الموجودة في 100
وحدة حجوم من المذيب.
غول وماء
20% حجما
اإيثر وبنزين
5% حجما
%58.8 = 100× ) (
�شكل)15-2 (
الن�شبةالمئوية الحجمية لبع�ض المواد
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
54كيمياء )2(
و ت�شتخدم هذه الطريقة عند التعبير عن محاليل ال�شوائل في ال�شوائل. والعالقة الريا�شية الم�شتخدمة
لح�شاب الن�شبة المئوية الحجمية للمذاب هي :
الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب = ) ( × 100
حجم المذاب
حجم المذيب
اإذا كان لديك محلول مكون من 20 لترا من الإيثر مذاب في كمية من البنزين
بحيث ي�سبح حجم المحلول 100 لتر . ما الن�سبة المئوية الحجمية للمذاب ؟
الحل :
بتطبيق قانون الن�شبة المئوية للمذاب ) الإيثر(
الن�شبة المئوية الحجمية للمذاب = × 100
حجم المذيب= حجم المحلول – حجم المذاب = 100 – 20 = 80 لتر
الن�شبة المئوية الحجمية لالإيثر = ) ( ×100 = %25
حجم المذاب ) الإيثر(
حجم المذيب ) البنزين (
20
80
مـــا حجـــم الميثانـــول )CH4O ( الـــالزم اإ�ســـافته لعمـــل 90 مللترا مـــن الماء لتكويـــن محلول
الن�سبة المئوية له 13% حجما ؟
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
55
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
ثانيا : الدللة على التركيز بالوحدات الكيميائية
. )) M( Molarity المولرية ) الجزيئية الحجمية
ه���ذا التعبير هو اأكثر وحدات تركي���ز المحاليل �شيوعا ويعرف باأنه: عدد مولت المذاب في لتر واحد
) 1000 مل ( من المحلول . اأي اأن المولرية تربط بين حدين من مكونات المحلول ) المحلول و المذاب(.
ويمكن ربط عدد مولت المذاب وحجم المحلول بالعالقة الريا�شية
الجزيئية الحجمية) المولرية( =
ومن ال�شهل ا�شتعمال هذا التعبير في الكيمياء العملية خا�شة عند ا�شتعمال محاليل المواد ال�شلبة في ال�شوائل
اإذ يكفي اأن تزن كمية من المذاب ون�شيفها اإلى حجم معين من المذيب لنح�شل على محلول معلوم التركيز .
عدد مولت المذاب
حجم المحلول باللتر
؟ علميا العبارة هذه تعني " ماذا مولر واحد تركيزه لديك قنينة زجاجية مكتوب عليها " محلول
بالتعاون مع زمالئك ناق�ض العوامل الموؤثرة على التركيز المولري .
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
56كيمياء )2(
1-ما مولرية محلول يحتوي على 3 مولت من �ســـكر الجلوكوز ) C6H12O6 ( مذابة في
كمية من الماء بحيث ي�سبح حجم المحلول 750 مللتر ؟
الحل :
المولرية =
حجم المحلول باللتر = = 0.75 لتر
المولرية = = 4 مولر ) مول/ لتر(
عدد مولت المذاب ) �شكر الجلوكوز(
حجم المحلول باللتر
750
1000
3
0.75
كتلة المول من NaCl= 35.5 + 23 = 58.5 جم / مول
عدد مولت للملح = = = 0.05 مول
كتلة المحلول = كتلة المذاب + كتلة المذيب= 2.93 + 499.07 = 502 جم
حجم المحلول = = = 500 مللتر = 0.5 لتر
الجزيئية الحجمية ) المولرية ( = = = 0.1 مولر
كتلة الملح بالجرام
كتلة المول من الملح
2.93
58.5
كتلة المحلول
كثافة المحلول
502
1.004
عدد مولت المذاب
حجم المحلول باللتر
0.05
0.5
-1
-2
2 – ح�ســـر محلـــول باإذابـــة 2.93 جـــم مـــن كلوريد ال�ســـوديوم ) NaCl ( فـــي 499.07 جم من
الماء فكانت كثافة المحلول 1.004جم/ مللتر . اح�سب الجزيئية الحجمية للمحلول .
57
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
هيدروك�ســـيد مـــن مـــول 0.25 علـــى يحتـــوي مللتـــر 300 حجمـــه مائـــي محلـــول -1
ال�ســـوديوم ) NaOH ( اح�ســـب الجزيئيـــة الحجميـــة ) المولريـــة ( لهـــذا المحلـــول .
..................................................................................................
..................................................................................................
2- كم تكون كتلة برمنجنات البوتا�ســـيوم )KMnO4 ( الالزمة لتح�ســـير 0.3 لتر من محلول
برمنجنات البوتا�سيوم الذي مولريته 0.2 مولر ؟
..................................................................................................
..................................................................................................
الأدوات والمواد المطلوبة :
مي���زان ح�شا�ض - كاأ����ض زجاجية �شعتها
100 مل - �شاق زجاجية - قمع �شغير -
دورق قيا�شي �شعته 1000مللتر - كبريتات
النحا�ض الثنائي )CuSO4( - ماء مقطر
خطوات العمل :
1- زن بدق���ة 15.95ج���رام م���ن كبريت���ات النحا�ض
الثنائي في كاأ�ض زجاجي
2-اأذب كبريتات النحا�ض الثنائي في قليل من الماء
المقطر ثم حرك المحلول با�شتخدام �شاق زجاجية
حتى تذوب المادة تماما
كبريتات النحا�ض الثنائي �شلب
)15.95 ( جم
) 2-4 ( تح�سير محلول مولري ذي تركيز معين
المطل���وب تح�شير محل���ول من كبريت���ات النحا�ض
الثنائي تركيزه 0.1 مولر
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
58كيمياء )2(
3- انق���ل المحلول بحر�ض �شديد با�شتخ���دام القمع اإلى دورق
الحجم القيا�شي .
4- اغ�ش���ل الكاأ����ض عدة م���رات بالم���اء المقط���ر و انقل ماء
الغ�شيل اإلى الدورق
5- اأكمل الدورق بالماء المقطر اإلى �شطح العالمة الموجودة
على الدورق .
6- رج الدورق حتى يتجان�ض المحلول .
7- اكتب على الدورق محلول �شكل )16-2 (
تح�شير محلول 0.1 مولر من
كبريتات النحا�ض الثنائي
CuSO4
) 0.1 molar ( ) 0.1M(
تخفيف المحاليل
طلب الأ�شتاذ من �شعيد اإجراء تجربة كيميائية
في المعمل فاحتاج اإلى محلول لحم�ض الكبريتيك
تركيزه 0.04 مولر. بحث �شعيد في المختبر و لم يجد
اإل محلول تركيزه 6مولر فوقف حائرا ماذا يفعل ؟
- ه���ل ت�شتطيع م�شاعدته على تنفيذ ما طلب منه ؟
- �شجل كافة المحاولت التي يمكن اأن يقوم بها �شعيد .
لالأحما����ض المخفف���ة المحالي���ل لتح�شي���ر
المرك���زة و بخا�ش���ة حم����ض الكبريتي���ك فاإن
الحم����ض ي�ش���اف للم���اء ببطء م���ع التحريك
الم�شتمر ولي�ض العك�ض ، اإذ اإن الحرارة الناتجة
تكفي لغلي���ان الماء على �شط���ح الحم�ض مما
يوؤدي اإلى فوران الحم�ض و تناثره خارج الإناء
الم�شتخدم للتخفيف .
ل�ش���ك اأن اإح���دى المحاولت التي يق���وم بها �شعيد هي اإ�شافة كمية من محل���ول حم�ض الكبريتيك اإلى
كمي���ة م���ن الماء،العملية التي ق���ام بها �شعيد ت�شمى تخفي���ف ، ولكي نفهم ما يحدث عن���د تخفيف المحاليل
المركزة قم بالن�شاط التالي :
59
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
الأدوات والمواد المطلوبة :
كاأ�ض زجاجية - ماء مقطر - برمنجنات
البوتا�شيوم - �شاق زجاجية
خطوات العمل :
1- �شع كمية من برمنجنات البوتا�شيوم في
20 مللتر من الماء لتح�شل على محلول
مركز ، ماذا تالحظ؟.
2- اأ�شف حجما مماثال من الماء المقطر اإلى
كاأ�ض البرمنجنات .
- ماذا تالحظ على درجة اللون في الحالتين ؟
- هل تغيرت كتلة برمنجنات البوتا�شيوم في
المحلولين ؟
- لماذا ؟
- هل تغير عدد مولتها ؟
�شكل )17-2(
محلول البرمنجنات بعد التخفيف
يالح���ظ عن���د التخفيف بقاء كتلة المادة المذابة ثابتة ، و بالتالي عدد مولتها لكن المادة المذابة تنت�شر في
حج���م اأكبر باإزدياد حجم المذي���ب ، مما يوؤدي اإلى نق�ض في تركيز المحلول المخفف عن المحلول الأ�شلي
ومن ذلك يمكن ا�شتنتاج العالقة التالية :
عدد المولت قبل التخفيف = عدد المولت بعد التخفيف
و لكن تعلمت �شابقا اأن عدد المولت = الحجم × التركيز .
على التوالي ولحجمه و تركيزه بعد التخفيف1
، ت1
اإذا رمزنا لحجم المحلول و تركيزه قبل التخفيف ب� ح
على التوالي فاإن : 2
، ت2
ب� ح
تركيز المحلول قبل التخفيف × حجمه قبل التخفيف = تركيز المحلول بعد التخفيف × حجمه بعد التخفيف
2 × ت
2 = ح
1 × ت
1ح
) 2-5 ( تخفيف المحاليل المركزة
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
60كيمياء )2(
عند تخفيف 250 مللترا من حم�ض الكلور المركز الذي جزيئيتة الحجمية
) المولريـــة ( 11مـــولر اإلـــى حجـــم قـــدره 500 مللتـــر فكـــم تكـــون جزيئيتـــه
الحجمية بعد التخفيف ؟
2
× ت2
= ح1
× ت1
ح
2
250 × 11 = 500 × ت
( = = 5.5 مولر2
مولرية المحلول الجديد ) ت
) 11 × 250(
500
اإذا كان لدينا 250 مللترا من محلول تركيزه 1.25 مولر؛ فكم حجم الماء الذي يلزم اإ�سافته
لتكوين محلول تركيزه 0.5 مولر ؟
..................................................................................................
..................................................................................................
2 - الجزيئية الكتلية اأوالموللية :
يعـــرف التركيـــز الموللـــي باأنـــه عـــدد مـــولت المـــذاب فـــي 1 كجـــم ) 1000 جـــرام( مـــن المذيـــب
اأي اأن الموللي���ه ترب���ط بي���ن حدين من مكونات المحل���ول ) مذيب ، مذاب ( . ويمك���ن ربط عدد مولت
المذاب وكتلة المذيب بالعالقة الريا�شية التالية :
الجزئية الكتلية ) الموللية ( =
عدد مولت المذاب
كتلة المذيب بالكيلوجرام
الحل :
61
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
ماذا تعني عبارة " محلول تركيزه 1 مولل " ؟
ناق�ض مع زمالئك هل للتركيز الموللي عالقة بدرجة الحرارة؟
عند اإذابة 20 جرام من كلوريد ال�شوديوم ) NaCl ( في كمية من الماء بحيث
ت�شبح كتلة المحلول 90 جرام ؛اح�شب موللية المحلول .
الحل :
كتلة مول واحد من كلوريد ال�شوديوم = 23 + 35.5 = 58.5 جرام / مول
عدد مولت كلوريد ال�شوديوم = = = 0.34 مول
كتلة المذيب ) الماء ( = كتلة المحلول – كتلة المذاب ) كلوريد ال�شوديوم (= 90 – 20 = 70 جرام
كتلة المذيب بالكيلوجرام = = 0.07 كيلو جرام
التركيز بالموللية = = = 4.86 مولل
الكتلة بالجرام
كتلة المول الواحد
20
58.5
70
1000
عدد مولت المذاب
كتلة المذيب بالكيلو جرام
0.34
0.07
اح�ســـب الجزيئية الكتلية ) الموللية ( للغول الإيثيلي ) C2H6O ( الناتج عن اإذابة 3 مولت
من الغول في 45 مول من الماء .
..................................................................................................
..................................................................................................
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
62كيمياء )2(
للمحاليل اأهمية كبرى في حياة الإن�شان و الحيوان و النبات فماذا كان حال
الحي���اة على الأر�ض لو اأن محل���ول الهواء " المكون من الأك�شجين و النيتروجين و غازات اأخرى"
اختلف���ت في���ه ن�شبة الأك�شجي���ن و النيتروجين عما هي عليه الآن ؟ بل هل لن���ا اأن نتوقع حياة على
الياب�ش���ة لو نق�شت ن�شبة الأك�شجين عن 20% اإلى مدى بعيد ؟ اأولم يذب هذا الأك�شجين في مياه
البحار ؟ ف�شبحان الذي خلق كل ؛�شيء القائل في كتابه
خوا�ض المحاليل) الخوا�ض التجميعية (
عن���د اإذاب���ة مادة �شلب���ة ) غير متطايرة ( ف���ي مذيب ما ينتج عنه تغي���ر كبير في الخوا����ض الفيزيائية
له���ذا المذي���ب ، و ت�شت���رك المحالي���ل بوج���ه ع���ام ف���ي خوا����ض تع���رف بالخوا����ض التجميعي���ة للمحل���ول
Colligativ Properties و منها : التغير في كل من ال�شغط البخاري و درجة الغليان ، ودرجة التجمد،ال�شغط
الأ�شم���وزي للمحلول عن ال�شائ���ل ) المذيب ( النقي و تعتمد هذه الخوا�ض على عدد الدقائق ) الأيونات اأو
الجزيئات ( المذابة في المحلول و لي�ض على نوع هذه الدقائق ، و للعديد من هذه الخوا�ض تطبيقات مفيدة
ج���دا مث���ل تحديد الكتل الجزيئية للم���واد ، كما لها العديد من التطبيقات العملي���ة مثل تكرير النفط الخام
واإزالة ملوحة ماء البحر
و �سنتناول فيما يلي درا�سة بع�ض الخوا�ض التجميعية للمحاليل:
1- النخفا�ض في ال�سغط البخاري :
يعرف ال�سغط البخاري باأنه �سغط البخار الذي يكون في حالة توازن مع ال�سائل المنتج له . اأي
عندما يقف التبخر الظاهري لل�سائل .
)الرعد:8(
63
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
ال�شكل )18-2(
دقق في ال�ســـكل الموجود اأمامك ثم اأجب عن الأ�ســـئلة :
- هل هناك اختالف في عدد جزيئات البخار عند ال�شطح
في كال الدورقين ؟
- ما ال�شبب في ذلك الختالف؟
عند اإذابة مادة غير متطايرة في مذيب �شائل فاإن ال�شغط
البخ���اري للمحلول يك���ون دائما اأقل م���ن ال�شغط البخاري
لل�شائل النقي عند الدرجة نف�شها .
ناق�ض مع زمالئك :
ال�شب���ب ف���ي انخفا����ض ال�شغ���ط البخ���اري لل�شائل النق���ي عند اإذابة م���ادة غير متطاي���رة فيه .
ما اأثر ارتفاع درجة الحرارة على ال�شغط البخاري ؟
و قد اأوجد راوؤلت عالقة بين النخفا�ض الن�شبي في ال�شغط البخاري و عدد ج�شيمات المذاب الموجودة
في المحلول . و ين�ض قانون راوؤلت على اأن :" النخفا�ض الن�سبي في ال�سغط البخاري يتنا�سب طرديا
مع عدد الج�ســـيمات للمذاب الموجودة في المحلول ) التركيز ( و ل يعتمد على طبيعة هذه المادة
المذابـــة " اأي اأنه كلم���ا زاد عدد ج�شيمات المادة المذابة غير المتطايرة)تركيزها( يزيد النخفا�ض في
ال�شغط البخاري للمحلول . وهذا يوؤدي اإلى اأن ال�شغط البخاري لل�شائل النقي عند درجة حرارة معينة يكون
اأكبر من ال�شغط البخاري للمحلول المخفف وهذا بدوره يكون اأكبر من ال�شغط البخاري للمحلول المركز .
و لكل �شائل نقي �شغط بخاري مميز عند درجة حرارة معينة ، اأما ال�شغط البخاري للمادة ال�شلبة
غير المتطايرة في المحلول في�شاوي �شفرا عند نف�ض الدرجة .
مذيب نقيمحلول يحتوي على
مذاب غير متطاير
بخار بخار
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
64كيمياء )2(
- كم تبلغ درجة غليان الماء عند 1 �شغط جوي ؟
- عرف���ت اأن ال�شغ���ط البخاري لل�شائ���ل ينخف�ض عند اإذابة مادة �شلبة) غير متطاي���رة ( فيه ، فهل يوؤثر
ذلك على درجة غليانه ؟
- ماذا يحدث لدرجة غليان ال�شائل عند اإذابة مادة �شلبة غير متطايرة ) مثل كلوريد البوتا�شيوم ( فيه .
الأدوات والمواد المطلوبة :
كاأ�ش���ان متماث���الن - 1000 جرام من
الماءالمقط���ر - 1 مول )75.5جرام(
من كلوريد البوتا�شيوم - ترمومتران .
خطوات العمل :
1- �ش���ع ف���ي كاأ�شين ف���ي كل كاأ����ض 500 جرام من
الماء المقطر .
2 - اأذب ف���ي اأح���د الكاأ�شي���ن 1 م���ول م���ن كلوري���د
البوتا�شيوم .
3- �شع في كال الكاأ�شين ترمومترا .
4- �شخن و لحظ درجة الغليان في الكاأ�شين
و �شجل مالحظاتك في الجدول الآتي :
�شكل )19-2(
ماء نقيمحلول كلوريد البوتا�شيوم
2- الرتفاع في درجة الغليان :
تع���رف درجة الغليان باأنها درجة الح���رارة لل�شائل التي يكون عندها �شغطه البخاري م�شاويا لل�شغط
) 1atom ( الجوي
)2- 6( اأثر اإذابة مادة �سلبة غير متطايرة على
درجة غليان ال�سائل.
65
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
- ماذا حدث لدرجة غليان الماء النقي عندما اأذيبت فيه مادة �شلبة ) كلوريد البوتا�شيوم ( ؟
- ما مقدار الزيادة التي ح�شلت ؟
وج���د بالتجرب���ة اأن درجة غليان المحلول الناتج عن اإذابة م���ادة �شلبة غير متطايرة اأعلى من درجة
غليان ال�شائل النقي .
بالتع���اون مع زمالئ���ك ، و �شح �شبب ارتفاع درجة غليان ال�شائل النق���ي عند اإذابة مادة �شلبة غير
متطايرة فيه.
والآن لنا اأن نت�ساءل : على ماذا يعتمد الرتفاع في درجة الغليان ؟
لديك الجدول الآتي :
جدول ) -2 5 ( درجة غليان محلول ال�شكر واليوريا .
المحلول المائي
محلول ال�سكر
محلول اليوريا
التركيز الموللي
1 مول في 1 جم ماءدرجة الغليان / Oم
1 مولل
1100.52 مولل
100.52
المادة
الماء النقي
درجة الغليان
محلول كلوريد البوتا�سيوم
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
66كيمياء )2(
اأي اأن : الرتفاع في درجة الغليان التركيز الموللي للمحلول
الرتفاع في درجة الغليان = ثابت الرتفاع في درجة الغليان × التركيز الموللي للمحلول
و يعتمد ثابت الرتفاع في درجة الغليان على طبيعة ال�شائل المذيب فقط ، و لهذا فاإن كل �شائل يتميز بثابت
ارتفاع خا�ض لدرجة غليانه ، و يبين الجدول التالي ثابت الرتفاع لدرجة الغليان لبع�ض ال�شوائل المعروفة :
جدول ) 2-6( ثوابت ارتفاع درجة غليان بع�ض المذيبات المعروفة
المذيب
الماء
ثابت الرتفاع في درجة الغليان
) درجة . كجم / مول (درجة الغليان ) Oم (
البنزين
حم�ض الخل
الكلوروفورم
رابع كلوريد الكربون
الغول الإيثيلي
2.53
0.513100
80.2
3.63
2.93118.1
61.2
1.22
5.0276.8
78.4
� ماذا تالحظ على درجة غليان محلول ال�شكر ومحلول اليوريا ؟
� على ماذا يدل عدم اختالفها بالرغم من اأن ال�شكر و اليوريا مادتان مختلفتان ؟
� ما �شبب ت�شاوي درجة غليان المحلولين ؟
م���ن الوا�ش���ح اأن الرتفاع ف���ي درجة غليان المذي���ب ل يعتمد على طبيع���ة المذاب و لكن يعتم���د على تركيز
الم���ذاب ) ع���دد الدقائق في المحل���ول ( و قد وجد اأن هذا الرتف���اع يتنا�شب طرديا م���ع تركيز المذاب في
المحلول معبرا عنه بالموللية :
67
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
مم���ا �شبق ن�شتنتج اأن الرتفاع في درجة الغلي���ان ل يعتمد على تركيز المذاب فح�شب بل يعتمد اأي�شا على ما
اإذا كان���ت جزيئ���ات المذاب ت�شبح عند ذوبانها على �شكل جزيئات كامل���ة دون تفكك ) كما في ال�شكر ( ، اأو
اأنه���ا تتفكك لينتج عن كل جزيء اأكثر م���ن ج�شيم ) اأيون مثال ( كما هو الحال في محلول ملح الطعام حيث
ي�شبح التركيز الفعلي للمذاب اأكثر من قيمته
NaCl)s( + H2O)l( Na+
)aq( + Cl-
)aq(
و ف���ي هذه الحالة يجب اأن تع���دل العالقة بين تركيز المذاب في المحلول و الرتفاع في درجة الغليان ليوؤخذ
تفكك المذاب في العتبار . اأي اأن :
التركيز الفعلي للمحلول = التركيز الموللي للمحلول × عدد الج�سيمات المتفككة من الجزيء الواحد .
- كم تبلغ درجة غليان كل من محلول ال�شكر
و محلول ملح الطعام ؟
- ما الفرق بين ذوبان ال�شكر في الماء وذوبان
الملح في الماء ؟
- ما �شبب اختالف درجة غليان المحلولين
بالرغم من تماثل التركيز .
�شكل )20-2 (
C12H22O11 + H2ONaCl + H2O
ف���ي حياتنا اليومية نقوم باإ�شافة الملح ) كلوريد ال�شوديوم ( اإلى الطعام لعمل وجبة ما، و ال�شكر
اإل���ى الماء لعمل ال�شاي اأو غي���ره . فاإذا كونا محلول باإذابة مول من ملح الطعام في كيلو جرام من
الم���اء و محل���ول اآخر باإذابة مول من ال�شكر في كيلو جرام م���ن الماء و قمنا بقيا�ض درجة حرارة
كال من المحلولين كما هو مو�شح بال�شكل )20-2(.
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
68كيمياء )2(
اأذيـــب 12 جـــرام مـــن مادة ع�ســـوية في 100 جرام مـــن الماء فوجـــد اأن المحلول
يغلـــي عند 100.34°م . اح�ســـب الكتلة الجزيئية لهـــذه المادة . اإذا علمت اأن ثابت
ارتفاع درجة الغليان للماء هو 0.51 درجة /مولل .
الحل :
الرتفاع في درجة غليان المحلول = درجة غليان المحلول – درجة غليان الماء
= 100.34 – 100 = 0.34°م
التركيز الموللي للمحلول = = = 0.67 مولل
الرتفاع في درجة غليان المحلول
ثابت ارتفاع درجة غليان الماء
0.34
0.51
عدد المولت = التركيز بالموللية × كتلة المذيب ) بالكجم (
= 0.67 × ) ( = 0.067 مول
100
1000
الكتلة الجزيئية للمادة الع�شوية = = = 179.1 جرام/مول
كتلة المادة بالجرام
عدد المولت
12
0.067
التركيز بالموللية =
الكتلة الجزيئية الجراميه) كتلة المول ( =
عدد مولت المذاب
كتلة المذيب بالكيلو جرام
كتلة المادة بالجرام
عدد المولت
69
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
3- النخفا�ض في درجة التجمد :
تعرف درجة التجمد باأنها درجة الحرارة التي يكون ال�ســـائل و المادة ال�ســـلبة عندها في حالة اتزان
اأي يكون لهما نف�ض ال�سغوط البخارية .
- كم تبلغ درجة تجمد الماء عند 1 �شغط جوي ؟
- ما اأثر انخفا�ض ال�شغط البخاري لل�شائل عند اإذابة مادة �شلبة غير متطايرة فيه على درجة التجمد ؟
ذيب فيه مادة �شلبة عديمة التطاير، من خالل التجارب العملية وجد اأنه تنخف�ض درجة تجمد ال�شائل اإذا اأ
فمثال عند اإذابة مول واحد من ال�شكر في كيلو جرام واحد من الماء فاإن المحلول المتكون يتجمد عند )-
1،86°م( ، فيما تبلغ درجة تجمد الماء النقي �شفر°م .
بالرجوع اإلى م�شادر المعلومات ، ف�شر ال�شبب في انخفا�ض درجة تجمد
ال�شائل عند اإذابة مادة �شلبة غير متطايرة فيه .
و كما هو الحال في الرتفاع في درجة الغليان فاإن النخفا�ض في درجة تجمد ال�شائل المذيب يعتمد على
التركي���ز المولل���ي للمذاب في المحلول دون اأن يعتمد على طبيعة الم���ذاب ، كما اأن هذا النخفا�ض يتنا�شب
طرديا مع التركيز الموللي للمذاب في المحلول اأي اأن :
النخفا�ض في درجة التجمد التركيز الموللي للمحلول
النخفا�ـــض فـــي درجـــة التجمـــد = ثابـــت النخفا�ض فـــي درجة التجمـــد × التركيـــز الموللـــي للمحلول
ويعتمد ثابت النخفا�ض في درجة التجمد على طبيعة ال�شائل المذيب فقط ، و لهذا فاإن كل �شائل يتميز بثابت
انخفا�ض خا�ض لدرجة تجمده . و يبين الجدول )2-7( ثابت انخفا�ض درجة التجمد لبع�ض ال�شوائل المعروفة .
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
70كيمياء )2(
و يعتمد مقدار النخفا�ض في درجة التجمد كما هو الحال في ارتفاع درجة الغليان بالإ�شافة اإلى تركيز
الم���ذاب ، عل���ى درجة تفكك جزيئ���ات المذاب عند ذوبانه؛ لذل���ك يجب اأن توؤخذ درج���ة التفكك هذه بعين
العتب���ار عن���د ح�شاب الموللية الكلي���ة اأو الفعالة لالأيونات في المحلول . وت�شتعم���ل خا�شية النخفا�ض في
درجة التجمد اأي�شا في تحديد الكتلة الجزيئية للمواد اإل اأن هذه الخا�شية اأكثر تطبيقا من خا�شية الرتفاع
في درجة الغليان لأن قيا�ض درجة التجمد اأ�شهل من قيا�ض درجة الغليان .
ال�سائل المذيب
الماء
م (درجة التجمد)
ثابت انخفا�ض درجة التجمد
) درجة / مول (
البنزين
حم�ض الخل
الكلوروفورم
رابع كلوريد الكربون
الغول الإيثيلي
5.4
1.86�شفر
5.12
63.5-
173.90
4.68
39.7
النفثالين
الكافور
114.6-
22.8 -
80.2
29.8
1.99
6.8
179
جدول ) 2-7( درجة تجمد وثابت التجمد لبع�ض المواد
71
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
كيمياء )2(
اإذا علمت اأن النخفا�ض في درجة تجمد محلول يحتوي 18 جرام من مادة غير
(مذابـــة فـــي200 جـــرام مـــن الماء هـــي 0,93°م اح�ســـب الكتلة
AX2( متطايـــرة
الجزيئية للمادة المذابه علما باأن ثابت التجمد للماء ي�ساوي 1,86°م / مولل ,
واأن المادة اإلكتروليت قوي يتفكك في الماء كما يلي :
الحل :
التركيز بالموللية للمحلول = = = 0.5 مولل
النخفا�ض في درجة التجمد
ثابت النخفا�ض في درجة التجمد
0.93
1.86
و بما اأن المادة اإلكتروليت قوي يتفكك في الماء كليا فالبد من ح�شاب التركيز الفعلي للمحلول،
و من المعادلة يت�شح اأنه عند تفكك المادة المذابة في الماء فاإن عدد الج�شيمات المتفككه = 3
اإذا : التركي���ز الفعلي للمحل���ول = التركيز بالموللية للمحلول × عدد الج�شيمات المتفككة
= 0.5 × 3 = 1.5 مولل
AX2 + H2O A+
)aq(
+ 2X-
)aq(
عدد المولت للمذاب = التركيز الفعلي )بالموللية( * كتلة المذيب)بالكلجم(
× 1.5 =
= 0.3 مول
200
1000
الكتلة الجزيئية الجرامية للمادة = = = 60 جرام /مول
كتلة المادة بالجرام
عدد المولت
18
0.3
اأنواع المحاليل وخ�سائ�سها وطرق التعبير عن تركيزها
ي نثا
ل ا
ل�س
فلا
72كيمياء )2(
اح�ســـب النخفا�ـــض فـــي درجة تجمد النفثالين نتيجة اإذابة 1 جـــرام من الكبريت )S8( في 20
جـــرام مـــن النفثاليـــن اإذا علمت اأن ثابـــت انخفا�ض درجة تجمد النفثاليـــن 6.8 درجة / مولل ,
و اأن الكتلة الذرية للكبريت = 32 جرام
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
من التطبيقات الحياتية لخا�شيتي الرتفاع في درجة الغليان و النخفا�ض
في درجة التجمد ما نلحظه في البالد الباردة حيث يعمد �شائقو ال�شيارات اإلى اإ�شافة مادة اإيثيلين
جاليكول اإلى جهاز تبريد ال�شيارة ) الرديتر ( حيث تنخف�ض درجة التجمد في ماء الرديتر و تمنع
تجم���ده عن���د انخفا�ض درجة الحرارة ، و ترف���ع اأي�شا درجة الغليان بحيث اأن���ه ل يغلي ب�شهولة في
الطق����ض الحار جدا؛ و من التطبيقات اأي�شا نثر الأمالح مث���ل CaCl2 في بع�ض البلدان المتجمدة
عل���ى الطرق���ات لمنع حدوث التجم���د و تجنب النزلقات عليه���ا ، و اأي�شا اإ�شافة المل���ح اإلى الثلج
لخف�ض درجات الحرارة في عمليات التبريد .
72
اأ�صئلة الف�صل الثاني
�ض1 : اختر الإجابة ال�سحيحة فيما يلي :
اأ – تحدث نقطة الغليان عندما يكون ال�شغط البخاري لل�شائل بالن�شبة لل�شغط الجوي
1- �شعفه 2- اأقل منه 3 – اأكبر منه 4 – م�شاويا له
ب – تقل ذائبية الغاز في ال�شائل اإذا:
1- اأذيبت فيه مادة �شلبة غير متطايرة.
3 – انخف�شت درجة حرارة ال�شائل .
2- ارتفعت درجة حرارة ال�شائل.
4 – حدث كل ) 1 + 2 ( معا .
ج����- عن���د اإذاب���ة 20 جرام م���ن NaOH ف���ي الم���اء لتكوين لتر م���ن المحل���ول يكون تركي���ز المحلول
اأ – 0.5 مولر ب – 1 مولر ج�- 2 مولر د- 4 مولر
�ض2 : علل لما يلي :
اأ – اإ�شافة جاليكول الإيثليين اإلى الماء الموجود فى نظام تبريد ال�شيارات .
ب –الرتف���اع في درجة الغليان لمحالي���ل المواد المتاأينة في الماء اأعلى من���ه لمحاليل المواد الجزيئية
التى لها التركيز نف�شه .
ج� – يذوب كلوريد ال�شوديوم في الماء ول يذوب في الجازولين
�ض3 : تذوب الكتل التالية من الأمالح في 100 جرام من الماء عند درجات حرارة
مختلفة :
73
ABدرجة الحرارة25 جرام10°م
30°م
50°م
15 جرام
5 جرام
10 جرام
20 جرام
30 جرام
. A، B للمركب الذائبية منحني ار�شم •؟ للحرارة طارد واأيها ما�ض المحاليل اأي •
A ، B في الماء عند 25°م ؟ من كل ذائبية ما •)B ( ف���ي 100 ج���رام م���ن درج���ة ح���رارة 40°م اإل���ى المرك���ب م���ن م�شبع���ا محل���ول بردن���ا اإذا •
20°م فما كتلة الملح المتر�شب ؟
�ـــض4 : اح�ســـب التركيـــز بالمولريـــة والموللية لمحلـــول مائي مكون مـــن 20 جرام من
كربونات الليثيوم Li2CO3 و100 جرام من الماء اإذا علمت اأن كثافة المحلول
1.12جرام / لتر.
الق�ســـب �ســـكر مـــن جـــرام اإذابـــة مـــن الناتـــج المحلـــول غليـــان درجـــة مـــا : �ـــض5
C12H22O11 في كمية من الماء قدرها 25 جرام ؟
�ض6 : كم مللترا من الماء يجب اأن ي�ساف اإليها 250 مللترا من محلول حم�ض الكبريت
الـــذي تركيـــزه 19.6% وزنـــا وكثافتـــه 1.96 جرام / مللتر لكي نح�ســـل على محلول
تركيزه ) 2 مولر ( ؟
�ض7: اإذا كانت كمية الماء في مبرد ال�سيارة 4.5 كجم فاح�سب كتلة جاليكول الإيثليين
C2H6O2 الالزم اإ�سافتها لت�سمن عدم تجمد الماء في المبرد حتى درجة -5°م .
74
يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :
1- تميز بين التفاعالت الما�شة والتفاعالت الطاردة للحرارة
.∆H وحرارة التفاعل الكيميائي H 2- تتعرف المحتوى الحراري
3- تعبر بيانيا عن التفاعالت الما�شة والطاردة للحرارة اعتمادا على المحتوى الحراري للمواد.
4- تعدد قواعد كتابة المعادلة الكيميائية الحرارية .
5- تحدد العالقة بين المحتوى الحراري وتلقائية التفاعل .
Hº وكيفية ح�شابها بمعرفة حرارة التفاعل . f 6- تتعرف حرارة التكوين القيا�شية
7- ت�شرح العالقة بين حرارة التكوين والثبات الحراري للمركبات .
8- تطبق قانون ه�ض لح�شاب حرارة التفاعل .
9- تجري ح�شابات كيميائية لح�شاب حرارة التفاعل باعتماد طاقة الروابط .
10- تبين اأهمية الطاقة في الحياة اليومية وكيفية المحافظة عليها .
الأهداف
76
حرارة التفاعل الكيميائي
المقدمة
77
اإن درا�ش���ة الكيمي���اء ل تعني التركيز عل���ى درا�شة ما يطراأ عل���ى التفاعل الكيميائي م���ن تغيرات للمواد
فح�ش���ب، بل م���ا ي�شاحب تلك التفاعالت م���ن تغيرات في الطاق���ة ب�شورها المختلف���ة كالطاقة الحرارية
وال�شوئي���ة والميكانيكية )طاقة حركية وطاقة الو�شع ( والكهربائي���ة ، وال�شوئية والكيميائية والمغناطي�شية
...... وغيرها ، ومن المعلوم اأن كل �شورة من �شور الطاقة يمكن تحويلها اإلى �شورة اأخرى وفق قانون حفظ
الطاقة الذي �شنتطرق اإليه اأثناء درا�شتنا لهذا الف�شل اإن �شاء اهلل.
اإن معظم التغيرات في الطاقة التي ن�شاهدها �شرورية ل�شتمرار الحياة على هذه الأر�ض فنب�شات قلوبنا
والح���ركات التي تقوم بها ع�شالت اأج�شامنا ناتجة عن تحول الطاقة الكيميائية اإلى طاقة حركية ، و�شعورنا
بالدفء عندما نقف في �شوء ال�شم�ض ناتج عن تحول الطاقة ال�شوئية اإلى طاقة حرارية ، والمحركات الكهربائية
ف���ي الأدوات المنزلية مثل الخالط والغ�شالة والمروحة تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية اإلى طاقة ميكانيكية
اإل���ى طاق���ة �شوئي���ة الكهربائي���ة الطاق���ة تحوي���ل يت���م الكهربائ���ي الم�شب���اح ف���ي بينم���ا ) ) حركي���ة
وهك���ذا ......... . ؛ وتعتب���ر التفاع���الت الكيميائي���ة م���ن اأه���م م�ش���ادر الطاق���ة الت���ي ي�شتف���اد منه���ا في
مج���الت كثي���رة في الحياة ، فمث���ال احتراق الفحم والنف���ط والغاز الطبيعي ي�شاحب���ه انطالق كمية كبيرة
م���ن الطاق���ة الحراري���ة ) لذل���ك ت�شتخدم ه���ذه الم���واد كوق���ود ( ، وهناك تفاع���الت كيميائي���ة تولد طاقة
كهربائي���ة كم���ا يح���دث للم���واد الم�شتخدم���ة في العم���ود الب�شي���ط والعم���ود الج���اف والمرك���م الر�شا�شي
) بطارية ال�شيارة ( لذلك ت�شتخدم كم�شادر للكهرباء في مجالت عديدة . وبما اأننا في هذا الف�شل ندر�ض
الكيمي���اء الحرارية فاإننا لن نتعر�ض اإلى جميع اأن���واع التغيرات في الطاقة بل �شنح�شر اهتمامنا في درا�شة
التغي���رات في الطاقة الحرارية الم�شاحبة للتفاعالت الكيميائية ) �شواء كانت منبعثة اأم ممت�شة ( وكيفية
ح�شاب كميات هذه الطاقة دون الحاجة اإلى اإجراء تجارب عملية .
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
78كيمياء )2(
اكتب تقريرا مدعما بال�شور عن الطاقة والطعام .
تغيرات الطاقة الحرارية في التفاعالت الكيميائية
معظم الطاقة الحرارية التي نحتاجها في �شتى مجالت حياتنا ناتجة عن تفاعل كيميائي .
وهن���اك الكثي���ر م���ن التفاع���الت الكيميائي���ة الت���ي غالب���ا م���ا ي�شاحبه���ا امت�شا����ض اأو انبع���اث ح���رارة
للحـــرارة الطـــاردة بالتفاعـــالت حـــرارة انبعـــاث ي�ســـاحبها التـــي الكيميائيـــة التفاعـــالت وت�ســـمى
Exothermic Reactions والتفاعالت التي ي�ســـاحبها امت�ســـا�ض طاقة بالتفاعالت الما�سة للحرارة
Endothermic Reactions. والآن هـــل يمكنـــك ت�ســـنيف التفاعليـــن فـــي ال�ســـكلين )1-3 ( , )3- 2(
اإلى ما�ض اأو طارد للحرارة ؟
ولنا اأن نت�ساءل ما الذي نريد معرفته عن الطاقة الحرارية الم�ساحبة للتفاعل الكيميائي ؟
بالطبع اأننا نريد اأن نعرف كمية الطاقة الحرارية الناتجة والم�شتهلكة اأثناء التفاعل ، فالتجارب العملية
توؤك���د لن���ا اأن كمية الطاقة الحراري���ة الناتجة اأو الم�شتهلكة ف���ي اأي تفاعل كيميائي تعتم���د على كمية المواد
المتفاعل���ة ، ولك���ن كي���ف نربط بين كمية الم���واد المتفاعلة وكمية الطاق���ة الحرارية الناتج���ة اأو الم�شتهلكة
�شكل ) 3 – 1 (
ما العمليات الالزمة لنطالق ال�شاروخ ؟
�شكل ) 3 – 2 (
مم ت�شتمد النباتات الطاقة الالزمة لها
في عملية البناء ال�شوئي ؟
79
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
اأثن���اء التفاع���ل . ل �شك اأن الو�شيلة الرئي�شية لذلك هي المعادلة الكيميائية الموزونة التي تمثل التفاعل فهي
تبي���ن العالق���ات الكمية بين المواد المتفاعل���ة والمواد الناتجة كما تبين كمية الطاق���ة الحرارية الم�شاحبة
للتفاع���ل الكيميائي ، فالطاقة جزء من المعادلة ، وتعام���ل كما تعامل المواد المتفاعلة والمواد الناتجة فاإذا
نتج���ت طاقة عن التفاع���ل تكتب الطاقة مع المواد الناتجة واإذا ا�شتهلكت الطاقة خالل التفاعل فاإنها تكتب اأ
م���ع المتفاعالت ، وعلين���ا اأن نراعي في المعادلة الكيميائية قانون حفظ الطاق���ة بالإ�شافة اإلى قانون حفظ
الم���ادة . ولندر����ض الآن التفاعالت الما�ش���ة للحرارة والتفاع���الت الطاردة للحرارة ب�شيء م���ن التف�شيل .
التفاعالت الطاردة للحرارة
هي التفاعالت الكيميائية الم�شحوبة بانطالق طاقة حرارية) E( كناتج
من نواتج التفاعل ومن الأمثلة عليها :
احتراق الكربون في الهواء وتكوين غاز ثاني اأك�شيد الكربون :
C)s( + O2)g( CO2)g( + E
تكوين الماء من تفاعل غاز الهيدروجين والأك�شجين
H2)g( + ½ O2)g( H2O)l( + Eوللتعرف على هذا النوع من التفاعالت اأكثر قم بالن�شاط التالي: -
�شكل ) 3-3 ( تفاعل
ال�شوديوم مع الماء طارد للحرارة
المواد والأدوات المطلوبة:
كاأ�ض زجاجي – اأنبوب زجاجي بطول
30�ش���م وف���ي موؤخرته انتف���اخ )دورق
م�شتدير بعمق حوالي 30�شم( – اإيثر
. المركز الكبريت – حم�ض
خطوات التجربة :
1-اأ�شف حوالي 0.5 ملل م���ن الإيثر في الإناء
الزجاجي واغمر الج���زء المنتفخ من الإناء
الزجاجي في حوالي 50 ملل من الماء داخل
الكاأ�ض الزجاجي .
) 3 – 1 ( : تفاعل طارد للحرارة
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
80كيمياء )2(
2- انقل حوالي 5 ملل من حم�ض الكبريت واأ�شفه اإلى كاأ�ض الماء بحيث ينزلق الحم�ض ببطء على
جدار الكاأ�ض )كن حذرا فحم�ض الكبريت المركز قد يت�شبب في تطاير الماء(.
3- عندما يبداأ اليثر داخل النتفاخ الزجاجي بالغليان ، اأ�شعل عود الثقاب وقربه من فوهة الأنبوبة
الزجاجية. �شجل كافة مالحظاتك ؟
4- هل تفاعل الماء مع حم�ض الكبريت طارد اأم ما�ض للحرارة ؟
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
ف���ي ه���ذا التفاعالت نجد اأن هناك حرارة قد انبعثت وتنتقل الطاقة الحرارية من التفاعل اإلى المحيط
الخارجي وترتفع درجة حرارته ، وبالتالي تكون طاقة الو�شع للنواتج اأقل منها للمواد المتفاعلة وعلى النقي�ض
فاإن طاقة الحركة للنواتج تكون اأعلى من المواد المتفاعلة .
يتفاعل الكربون مع الأك�سجين لينتج اأول اأك�سيد الكربون وكمية من الحرارة
كما هو مبين في المعادلة التالية :
ما مقدار الحرارة الناتجة من تفاعل 4 جم من الكربون ؟
2C )s(
+ O2 )g(
2CO)g(
+ 393.5 Kj
كتلة المول من الكربون = 12 جم / مول
عدد مولت الكربون = = = 0.33 مول
الحل :
4
12
كتلة بالجرام
) C ( كتلة المول الواحد من
81
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
2 مول من الكربون 393.5 كيلو جول
0.33 مول �ض كيلو جول
كمية الحرارة الناتجة = = 64.92 كيلو جول
) 0.33 × 393.5 (
2
اإذا كان مركب الهيدرازين يحترق ح�ســـب المعادلة الكيميائية الحرارية التالية :
فاح�سب كمية الطاقة المنطلقة نتيجة احتراق جرام واحد من الهيدرازين .
N2H4 + O2 N2 + 2H2O + 622.4 KJ
....................................................................................................
....................................................................................................
�شكل ) 3- 4 ( احتراق الخ�شب
لقد خلق اهلل �شبحانه وتعالى الكربون والأك�شجين بخوا�ض
مالئمة كثيرة لحياة الإن�شان فحياتنا مليئة بمركبات الكربون
المالئم���ة لالحتراق ، فمن المعل���وم اأن الحرارة الناتجة من
النار هي اأحد اأ�شباب التقدم العلمي والتقني الذي يعتمد ع�لى
ت�شني���ع المواد )ومنها المعدنية (؛ فبدون الحرارة المنبعثة
من ال�نار لن تكون هناك اإمكانية لتنقية المعادن اأو ت�شنيعها
كم���ا اأنه���ا �شبب �شعورن���ا بالدفء وه���ذا ما يو�ش���ح اأن النار
والم���واد الالزمة لها خلقت خ�شي�شا لتالئ���م حياة الإن�شان
ينتج
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
82كيمياء )2(
وهناك اإ�شارة في القراآن الكريم اإلى هذه الظاهرة في قول اهلل تعالى :
التفاعالت الما�سة للحرارة
هي التفاعالت الكيميائية التي يتطلب حدوثها امت�سا�ض طاقة حرارية؛ ومن الأمثلة عليها:
1- تفاعل الكربون مع الهيدروجين لتكوين غاز الإيثين :
2C )S(
+ 2H2)g(
+ E C2H4)g(
2- تحلل بخار الماء اإلى هيدروجين واأك�شجين :
ولكي تتعرف على هذا النوع من التفاعالت قم بالن�شاط التالي :
H2O)g(
+ E ½ O2)g(
+ H2)g(
�شكل ) 3-5 ( ت�شخين اأك�شيد الزئبق تفاعل
ما�ض للحرارة
) 3 – 2 ( تفاعل ما�ض للحرارة
الأدوات والمواد الم�ستخدمة : خطوات التجربة :
1-اأ�شف حوالي 2 مل من الماء المقطر اإلى �شطح
قطعة الخ�شب .
دورق �شعته 250 �شم وله �شداد - هيدروك�شيد
الباريوم Ba)OH(2 ال�شلب - ثيو�شيانات
الأموني���وم NH4SCN ال�شلب - قطعة من
الخ�شب )15 × 15 × 1.5( - قارورة غ�شيل
بها ماء مقطر
)80 �شورة ي�ض(
83
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
2-اأ�ش���ف حوالي 32 جم م���ن هيدروك�شيد الباريوم وحوالي
16جم من ثيو�شيانات الأمونيوم اإلى الدورق الزجاجي .
3-اأغلق الدورق باإحكام ورجه بقوة حتى تبداأ المواد ال�شلبة
داخله بالتميع ) ت�شبح على �شكل مائع ( .
4- �ش���ع الدورق ف���وق قطرات الم���اء التي ت���م و�شعها على
�شطح قطعة الخ�شب؛ �شجل كافة مالحظاتك .
ماذا ح�شل للحرارة اأثناء التفاعل ؟
5-اكتب معادلة كيميائية حرارية تمثل التفاعل ال�شابق .
�شكل ) 3-6 ( اأ
�شكل ) 3- 6 ( ب
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
ف���ي هذه التفاعالت يت���م امت�شا�ض الطاقة الحراري���ة من المحيط الخارجي فتنخف����ض درجة حرارته
وهذا يدل على اأن طاقة الو�شع للمواد الناتجة من التفاعل اأكبر من طاقة الو�شع للمواد المتفاعلة .
ي�شتخدم الريا�شيون كمادات مبردة لتخفيف األم الإ�شابات
فال�شغط على الكمادة المب���ردة ي�شق الكي�ض بداخلها فيذوب
محت���واه من نت���رات الأمونيوم في م���اء الكي�ض منتج���ا محلول
ب���اردا جدا . فتكون الحرارة الممت�شة الالزمة لتفكيك روابط
المتفاع���الت في هذا التفاع���ل اأكبر من تل���ك المنطلقة اأثناء
تكوين روابط النواتج.
�شكل )3-7 ( كمادات نترات الأمونيوم
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
84كيمياء )2(
اجم���ع اأكبر قدر من ال�ش���ور والمعلومات ع���ن التفاعالت الما�شة والط���اردة للحرارة ثم �شمم
عر�شا لذلك .
م ( O
اإذا م���رر بخار ماء �شاخن على فحم في درجة حرارة عالية ) حوالي 600
فاإن تفاعال يحدث وينتج عن ذلك مزيج من اأول اأك�شيد الكربون والهيدروجين
ح�شب المعادلة التالية :
C)S( + H2O)g(
+ 131.4 KJ CO)g( + H2)g(
ما مقدار الحرارة الالزمة لتفاعل 27 جم من بخار الماء ؟
الحل :
كتلة مول واحد من بخار الماء = ) x 2 1 ( + 16 = 18 جم / مول .
عدد مولت الماء = كتلة المول الواحد = = 1.5جم / مول
من المعادلة نالحظ اأن :
1 مول من الماء يلزمه للتفاعل 131.4 كيلو جول
1.5 مول من الماء يلزمه للتفاعل �ض كيلو جول
كمية الطاقة الحرارية = 1.5 × 131.4 = 197.1كيلو جول
تقوم ال�ســـجرة الخ�ســـراء بتحويل 65 جراما يوميا من ثاني اأك�ســـيد الكربون اإلى �ســـكر جلوكوز
خالل عملية البناء ال�سوئي ح�سب المعادلة :
6CO2 + 6H2O + 2880 KJ C6H12O6+ 6O2
27
18
1
85
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
المحتوى الحراري ) H ( و حرارة التفاعل
يمثل المحتوى الحراري ) Enthalpy( للمادة مقدارا من الطاقة الحرارية المختزنة في مول واحد من
هذه المادة وبما اأن جزيئات المواد المختلفة تختلف في نوع الذرات وعددها ونوع الرابطة لذلك نجد اأن لكل
م���ادة محتوى حراري يميزها عن غيرها وبرمز له بالرم���ز ) H ( ول يمكن عمليا قيا�ض المحتوى الحراري
لم���ادة معينة ولكن يمكن قيا�ض حرارة التفاعل ) التغير في المحتوى الحراري ( اأثناء التغيرات التي تحدث
للمادة وتعرف حرارة التفاعل باأنها كمية التغير في الطاقة الحرارية الم�شاحبة للتفاعل ) اأي كمية الحرارة
الممت�ش���ة اأو المنبعثة اأثناء التفاع���ل الكيميائي ( ويرمز لها بالرمز H∆ . وتمثل حرارة التفاعل الفرق بين
المحتوى الحراري للمواد الناتجة من التفاعل والمحتوى الحراري للمواد المتفاعلة .
اأي اأن :
حرارة التفاعل = المحتوى الحراري للنواتج – المحتوى الحراري للمتفاعالت
) ∆H(
اح�سب مقدار الطاقة التي ت�ستهلكها ال�سجرة يوميا للقيام بعملية البناء ال�سوئي .
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
اأو يمكن تمثيله بال�سورة الآتية :
حرارة التفاعل H = ∆H ) للنواتج ( – H ) للمتفاعالت (
قيم���ة H∆ يمكن اأن تكون موجبة اأو �شالبة وهذا يعتمد على العملية نف�شها فمثال في التفاعالت الما�شة
للح���رارة يك���ون المجموع الجبري للمحتوى الحراري للنواتج اأكبر م���ن المتفاعالت وتكون قيمة H∆ موجبة
) اأكب���ر من ال�شفر ( ، بينما ف���ي التفاعالت الطاردة للحرارة فيكون المجم���وع الجبري للمحتوى الحراري
للمتفاعالت اأكبر من النواتج وتكون قيمة H∆ �شالبة ) اأقل من ال�شفر ( .
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
86كيمياء )2(
�سع عنوانا يتنا�سب مع كل منحنى .
�سيرالتفاعل �سيرالتفاعل
نواتج
نواتج
متفاعالت
متفاعالت
المحتوى
الحراري
المحتوى
الحراري
بعد اأن تعرفنا على التفاعالت الما�سة والطاردة لنا اأن نت�ساءل :
من اأين تاأتي الحرارة الناتجة واإلى اأين تذهب الحرارة الم�ستهلكة ؟
اإن قانون حفظ الطاقة يوؤكد اأن الطاقة ) كالحرارة ( تتحول من �شكل لآخر فالحرارة التي تنطلق من تفاعل
م���ا يج���ب اأن تكون مخزونة ب�شكل ما في الم���واد المتفاعلة والحرارة التي تمت�شها الم���واد المتفاعلة لتعطي
نواتج ت�شبح طاقة مخزونة في المواد الناتجة .
والآن هل يمكنك التعرف على التفاعالت الما�سة والطاردة للحرارة من خالل الر�سم ؟
............................................................................
اإن تطبي���ق قانون حف���ظ الطاقة على المعادلت الكيميائية يعني اأن الطاق���ة ) �شواء كانت طاقة مخزونة في
المواد اأو داخلة في التفاعل ( في الطرف الأي�شر من المعادلة ت�شاوي الطاقة في الطرف الأيمن من المعادلة.
وب�سكل عام يمكن تمثيل ذلك كالتالي : -
في التفاعل الما�ض للحرارة : طاقة المواد المتفاعلة + طاقة ت�ساف اإلى التفاعل = طاقة المواد الناتجة .
في التفاعل الطارد للحرارة : طاقة المواد المتفاعلة = طاقة المواد الناتجة – طاقة ناتجة من التفاعل .
87
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
المعادلة الحرارية
ل �ش���ك اأن���ك لحظت اأنن���ا ا�شتخدمنا المعادلة الكيميائي���ة كي نربط بين كمية الم���ادة المتفاعلة وكمية
الطاقة الحرارية الناتجة اأو الممت�شة اأثناء التفاعل ، وهي ما ت�شمى بالمعادلة الحرارية ، فما الذي تو�شحه
لنا المعادلة الحرارية ؟
1- تكتب الحالة الفيزيائية للمواد الموجودة في التفاعل وذلك بو�شع الحروف
بعد رمز المادة . كما تعلمنا �شابقا.
2 – تنطل���ق كمي���ة م���ن الح���رارة ف���ي حال���ة التفاعالت الط���اردة للح���رارة واإ�ش���ارة H∆ تك���ون �شالبة اأما
ف���ي التفاع���الت الما�ش���ة للح���رارة فاإن التفاعل يمت����ض كمية من الحرارة واإ�ش���ارة H∆ تكون موجبة .
)aq( ، )g( ، )l( ، )s(
C)S( + O2)g(
CO2)g( ∆H = - 393.5 KJ
HgO)s( Hg)l( + ½O2)g( ∆H = + 90.8 KJ
-3 تعط���ي قي���م H∆ التفاعل معين عند ال�شروط القيا�شية اأي )°25م ( و�شغط واحد جوي ما لم ين�ض على
خالف ذلك .
-4 معام���الت المواد ف���ي المعادلة الكيميائي���ة تبين عدد المولت ل���كل مادة م�شتركة ف���ي التفاعل )ويمكن
ا�شتخدام الك�شور( وقيم H∆ تتبع كميات تلك المواد فمثال :
H2O)l( H2)g( + ½O2)g( ∆H = + 285.8 KJ
تعن���ي اأن ح���رارة التفاعل هي 285.8 كيلو جول لكل م���ول واحد من H2O وهي 285.8 كيلو جول لكل
H2 هي 285.8 كيلو جول لكل مول من O2 ن�شف مول من
5 –اإذا �شرب���ت اأو ق�شم���ت معام���الت المواد برقم ف���اإن قيمة )H∆ ( يجب اأن ت�ش���رب اأو تق�شم على نف�ض
الرقم، مثال:
H2O)l( H2)g( + ½O2)g( ∆H = + 285.8 KJ
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
88كيمياء )2(
عند �شرب المعادلة في ) 2( فاإن قيمة H∆ ت�شرب في ) 2 ( كما يلي :
6- يج���ب اأن تتغي���ر اإ�شارة )H∆( اإذا عك�ش���ت المعادلة الكيميائية لأن قيم���ة )H∆( لتفاعل معين ت�شاوي
)H∆ ( لنف�ض التفاعل في التجاه المعاك�ض ولكن تختلف في الإ�شارة
2H2O
)l( 2H2)g( + O2)g( ∆H = + 572 KJ
اإذا اذيـــب كميـــة مـــن كلورات الباريوم �ســـيغتها Ba ) ClO3(2 في مقدار مـــن الماء عند 25°م
فاإن درجة حرارة المحلول ت�سبح اأقل من 25°م .
- فهل عملية الذوبان ما�سة اأم طاردة للحرارة ؟
- اكتب المعادلة الحرارية للتفاعل .
..................................................................................................
- ما اإ�سارة H∆ ؟
..................................................................................................
..................................................................................................
2- تفاعل تكوين الن�سادر يمثل بالمعادلة الحرارية الآتية:
N2)g( + 3H2)g( 2NH3)g( ∆H= - 92.2
H2O )l( H2)g( + ½O2)g( ∆H = + 285.8 KJ
H2)g(+ ½O2)g( H2O
)l( ∆H =- 285.8 KJ
- اكتب المعادلة الكيميائية الحرارية لتكوين 4 مول من الن�سادر
..................................................................................................
89
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
- ماذا حدث لقيمة H∆ ؟
..................................................................................................
تلقائية التفاعالت وعالقتها بحرارة التفاعل
تاأمل الأمثلة التالية :
. تلقائيا يحدث اأن يمكن ل ذلك عك�ض ولكن بارد ج�شم اإلى حار ج�شم من الحرارة • تنتقل
اإلى المواقع اأن ت�شعد اإلى المنخف�شة ولكنها ل يمك���ن • تتدح���رج الأج�ش���ام من المواق���ع المرتفعة المرتفعة تلقائيا.
• تتفاع���ل قطعة ال�شودي���وم ب�شدة مع الماء والأك�شجين ويتكون هيدروك�شيد ال�شوديوم وهيدروجين ولكن الهيدروجين ل يتفاعل مع هيدروك�شيد ال�شوديوم ليكون الماء وال�شوديوم .
• ي�ش���داأ الحدي���د تلقائي���ا عندما يتعر����ض للماء والأك�شجين ولكن �شداأ الحدي���د ل يمكن اأن يتحول تلقائيا اإلى حديد .
اإن ه���ذه الأمثل���ة واأمثلة كثيرة غيرها تحدث تلقائيا وفي اتجاه واحد ولكنها ل يمكن اأن تحدث تلقائيا في
التج���اه المعاك����ض . وهذه المالحظة تقودنا اإلى �شوؤال مهم جدا وهو : ما ال�شبب الذي يجعل بع�ض العمليات
اأو هذه التفاعالت تحدث تلقائيا ؟
هن���اك عوامل كثيرة توؤثر ف���ي عملية اإتمام التفاعالت التلقائية ، ومن اأه���م هذه العوامل في التفاعالت
الحراري���ة اأن التفاع���ل ي�شير في اتج���اه تقليل المحتوى الح���راري للنظام ، اأي في اتج���اه تكوين المواد ذات
المحتوى الحراري الأقل حيث يكون التفاعل طاردا للحرارة وبمعنى اآخر :
1-اإذا كانت قيمة حرارة التفاعل ) التغير في المحتوى الحراري H∆( للتفاعل باإ�شارة �شالبة فاإن التفاعل
يتم تلقائيا )طارد للحرارة( .
2-اإذا كانت قيمة حرارة التفاعل ) التغير في المحتوى H∆( للتفاعل باإ�شارة موجبة فاإن التفاعل ل يتم
تلقائيا ) ما�ض للحرارة ( .
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
90كيمياء )2(
ح�ساب حرارة التفاعل الكيميائي
تعتمد قيمة حرارة التفاعل H∆ على ظروف درجة الحرارة وال�شغط والحالة الفيزيائية للمواد )غازية،
�شائل���ة ، �شلبة ، بلورية ( لذل���ك عند مقارنة تغيرات حرارة التفاعل للتفاع���الت الكيميائية المختلفة ب�شكل
عمل���ي ، فاإنه من المهم تثبيت الظروف الت���ي يحدث فيها التفاعل ويجب التاأكد من اأن هذه الظروف واحدة
قبل وبعد التفاعل ، ولقد اتفق على اأن الظروف القيا�شية هي :
1- درجة الحرارة : 25°م ) وبالكالفن 25 + 273 = 298 كالفن (
2- ال�سغط : ي�شاوي 1�شغط جوي .
3- الحالة القيا�ســـية للمواد هي الحالة الفيزيائية التي توجد عندها المادة ب�شكل تكون فيه اأكثر ا�شتقرارا
عند )25°م و1 �شغط جوي ( فمثال عند هذه الظروف نجد اأن الأك�شجين والنيتروجين عبارة عن غازات
فيم���ا البوتا�شي���وم والر�شا����ض مواد �شلبة والزئب���ق �شائل وبالن�شب���ة للمركبات فالم���اء �شائل وكربونات
ال�شودي���وم م���ادة �شلبة وثاني اأك�شيد الكربون مادة غازية ، اأما العنا�ش���ر التي يمكن اأن تكون لها اأ�شكال
بلورية مختلفة مثل الكربون له �شورة مبتكرة ) األما�ض ، جرافيت ( فاإنه يجب اختيار ال�شورة الأكثر ثباتا
في الظروف القيا�شية وهي الجرافيت .
HO∆ ولقد
وحرارة التفاعل المقا�شة تحت هذه الظروف ت�شمى حرارة التفاعل القيا�شية ويرمز لها بالرمز
تم التفاق دوليا على التعبير عن وحدات حرارة التفاعل بالجول اأو الكيلو جول بدل من ال�شعر اأو الكيلو �شعر
ويمكننا ب�شهولة التحويل بين وحدات الجول و ال�شعر ب�شرعة وبدون م�شقة حيث اأن :
1 �سعر = 4.184 جول
HO∆ للعديد من التفاعالت الكيميائية من خالل :
ومن الممكن ح�ساب حرارة التفاعل القيا�سية
1- معرفة حرارة التكوين القيا�شية للمواد المتفاعلة والناتجة .
2- تطبيق قانون ه�ض لعدد من التفاعالت الكيميائية
3- معرفة طاقات الروابط للمواد المتفاعلة والناتجة .
91
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
كل تغيـــر كيميائـــي يعبـــر عنـــه بمعادلة , يكون له حرارة تفاعل , وت�ســـنف حـــرارة التفاعل
ح�سب نوع التغير الكيميائي الذي يحدث في الأ�سكال الآتية :
1- حرارة التكوين كما في التفاعل الآتي :
2- حرارة الحتراق كما في التفاعل الآتي :
3- حرارة التعادل كما في التفاعل الآتي :
4- حرارة التر�شيب كما في التفاعل الآتي :
2H2)g( + O2)g( 2H2O)l( ∆H = -571.6 KJ
4Al)s( + 3O2)g( 2Al2O3)s( ∆H = -3339.6 KJ
HCl)aq( + NaOH)aq( 2NaCl)aq( + H2O)l(
∆H = -177.7kJ
∆H = -148.5kJ
AgNO3)aq( + NaCl)aq( NaNO3)aq( + AgCl)s(
وغير ذلك من الأ�شكال ، ولكننا في هذا الف�شل �شوف ندر�ض حرارة التكوين فقط كمثال لتو�شيح
كيفية ح�شاب حرارة التفاعل بمعلومية حرارة التكوين القيا�شية للمواد المتفاعلة والناتجة
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
92كيمياء )2(
اأول : حرارة التكوين القيا�سية
تعرف حرارة التكوين القيا�شية للمادة : باأنها كمية الحرارة المنطلقة اأوالممت�شة عند تكوين مول واحد
م���ن المادة من عنا�شره���ا الأولية ) والأ�شا�شية ( في حالتها القيا�شي���ة ، وبرمز لها بالرمز º∆Hf فمثال
في التفاعل التالي :
∆H= -393.5 KJ º C + 2O2 CO2
م���ن المعادل���ة يت�شح اأن تكون مول واحد من غاز CO2 من عنا�ش���ره الأولية في الظروف القيا�شية ينتج
عن���ه كمي���ة من الطاقة قدرها 393.5 كيلو جول . اأي اأن حرارة التكوي���ن القيا�شية = - 393.5 ولقد اتفق
العلم���اء عل���ى اأن ح���رارة التكوين القيا�شي���ة º∆Hf لجميع العنا�شر ف���ي حالتها الفيزيائي���ة الثابتة الأكثر
ا�شتقرارا تحت الظروف القيا�شية ت�شاوي �شفرا .
ون�شتطيع ح�شاب حرارة التفاعل من حرارة التكوين القيا�شية للمواد المتفاعلة والناتجة كما يلي :
حرارة التفاعل ) حرارة التكوين ( =مجموع حرارة تكوين للنواتج – مجموع حرارة التكوين للمتفاعالت
∆ºH = مجموع ºHf ) للنواتج ( – مجموع ºHf ) للمتفاعالت (
�شكل ) 3 -8 ( اأ
حرارة احتراق
�شكل ) 3 -8 ( ب
حرارة تعادل
93
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
وفيما يلي جدول يبين حرارة التكوين لبع�ض المركبات
حرارة التكوينالموادحرارة التكوينالمواد
CaCO3
CaO
Ca)OH(2
CO2
CH4
C2H2
C2H4
C2H6
NH3
N2H4
NO
NO2
H2O )g(
H2O )l(
HCl
O2
H2O2
HBr
HF
HI
C
C3H8
C2H5OH
Fe2O3
CuSO4
SO2
SO3
H2SO4
HNO3
Al2O3
-1207
-635.5
-986.6
-393.5
74.8 -
+226.7
+52.7
-84.7
-46.1
+50.6
+90.4
+33.9
-241.8
-285.8
-92.3
0
-187.6
-36.2
-268.8
+25.9
0
103.8
-277.6
-822.2
769.9 -
-296.1
-395.2
-811.3
-173.2
-1669.8
جدول ) 3-1 ( حرارة التكوين لبع�ض المركبات
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
94كيمياء )2(
العالقة بين حرارة التكوين والثبات الحراري للمركبات
؟ للمركبات الحراري بالثبات عالقة التكوين لحرارة • هل
عند احتراق 5.2 جم اإيثيلين في كمية من الأك�سجين عند درجة حرارة 25°م و�سغط جوي
واحد ينتج 242 كيلو جول , اح�سب حرارة التفاعل لمول واحد من الإيثيلين ح�سب المعادلة :
C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O....................................................................................................
....................................................................................................
حرارة التفاعل )التكوين( = مجموع حرارة التكوين للنواتج – مجموع حرارة التكوين للمتفاعالت
CH4)g( + 2O2)g( CO2)g( + 2H2O)g(
من خالل النظر في الجدول نجد اأن :
حرارة تكوين بخار الماء = ) - 241.8 × 2 ( = - 483.6 كيلو جول
حرارة تكوين ثاني اأك�شيد الكربون = - 393.5 × 1 = -393.5 كيلوجول
حرارة تكوين الأك�شجين = �شفر .
حرارة تكوين الميثان = - 74.8 × 1 =- 74.8 كيلو جول
اإذن حرارة التفاعل ) التكوين ( = ] - 483.6 + ) - 393.5 ( - ] ) 0 ( + ) - 74.8 (
= ])- 877.1 ( – ) - 74.8 ( = - 802.3 كيلوجول
هذا التفاعل طارد للحرارة لأن اإ�شارة H∆ �شالبة
الحل :
اح�سب حرارة التفاعل ) التكوين ( القيا�سية للتفاعل التالي :
)g()g()g()g(
95
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
لمرك���ب م���ا قيمة �شالبة كبي���رة ) حرارة تكوين قيا�شية منطلق���ة كبيرة ( فاإن المركب يك���ون اأكثر ثباتا لأنه
كلم���ا زادت قيمة الطاق���ة المنطلقة كلما دل ذلك على قوى الروابط الكيميائية ف���ي المواد الناتجة . اأما اإذا
كانت حرارة التكوين القيا�شية لمركب ما قيمة موجبة كبيرة ) حرارة تكوين قيا�شية ممت�شة ( فاإن المركب
يك���ون اأقل ثباتا تج���اه التحلل الحراري ، وذلك ب�شبب �شعف الروابط الكيميائي���ة بين الذرات في الجزيء .
وكلما زادت الطاقة الحرارية الممت�شة الم�شاحبة لتكوين المركب كلما قل ثبات المركب . اأي اأن المركبات
المتكون���ة بوا�شطة تفاعالت طاردة للحرارة تكون اأكثر ثباتا من تلك المتكونة من تفاعالت ما�شة للحرارة .
فحين النظر اإلى المعادلة الآتية نجد اأن :
H2)g( + Cl2)g( 2HCl )g( ∆H = - 92.3 KJ
تك���ون ح���رارة تكوين HCl القيا�شية = - 92.3 كيلو جول / مول وهي حرارة منطلقة ويمكن كتابة
هذا التفاعل معكو�شا .
HCl)g( ½H2)g( + ½ Cl2)g( ∆H = + 92.3 KJ
ومن ذلك يت�شح اأنه لتفكيك مول واحد من غاز HCl اإلى عنا�شره الأولية فاإنه يلزم ) تمت�ض ( طاقة قدرها
92.3 كيلو جول اأي اأن غاز HCl ثابت حراريا عند درجة حرارة الغرفة ) م�شتقر ( ول ينحل اإلى عنا�شره
عن���د درج���ة حرارة الغرفة، ويزداد المركب ثباتا تجاه التحلل الحراري كلما زادت قيمة الحرارة المنطلقة .
لتفاعـــل تكويـــن كل مـــن -1 اإذا كانـــت حـــرارة التكويـــن القيا�ســـية
, N2O4 مـــن عنا�ســـرها الأ�سا�ســـية ت�ســـاوي)9.2( , NO2 , NO , Na2O
)90.4(, )33.9(, )81.5( كيلوجول / مول على الترتيب .
رتب هذه الأكا�سيد ت�ساعديا ح�سب ثباتها الحراري .
∆ Hºf
يتبي���ن لن���ا اأن حرارة التكوين القيا�شية للمركبات من اأهم العوامل الت���ي تحدد مدى ثباتها تجاه التحلل
الح���راري اإلى عنا�شرها الأولية عند درجة حرارة الغرفة . وب�شفة عامة اإذا كانت حرارة التكوين القيا�شية
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
96كيمياء )2(
اأكثرها ثباتا هو N2O4 ويكون على الترتيب ت�شاعديا ح�شب الثبات الحراري كما يلي :
N2O4 – NO2 – Na2O - NO
2- اإذا كانـــت حـــرارة التكويـــن القيا�ســـية لتفاعـــل تكويـــن الأحما�ـــض الآتيـــة : الفورميـــك
والكبريتيك والهيدروكلوريك والخليك من عنا�ســـرها الأ�سا�ســـية ت�ســـاوي ,)- 487( ,
)- 168( ,)- 907.5( ,)- 410( كيلوجول / مول على الترتيب .
رتب هذه الأحما�ض ت�ساعديا ح�سب ثباتها الحراري
الحل :
Hº∆ �سالبة , اإذن الحرارة تنطلق اأثناء التفاعل . f نالحظ اأن قيمة
بمـــا اأن ثبـــات المركب تجـــاه التحلل الحراري يزداد بزيـــادة الحرارة المنطلقة اأثنـــاء تكوينه فاإن
حم�ـــض الكبريتيـــك يكـــون اأكثرهـــا ثباتـــا حراريا وحم�ـــض الهيدروكلوريـــك اأقلها ثباتـــا حراريا .
ويكون الترتيب الت�ساعدي ح�سب الثبات الحراري كما يلي :
حم�ـــض الهيدركلوريـــك ثـــم حم�ـــض الفورميـــك ثـــم حم�ـــض الخليـــك ثـــم حم�ـــض الكبريتيـــك .
HF - HBr - HCl - HI : اإذا كانـــت حـــرارة التكويـــن القيا�ســـية لتفاعل تكوين المركبات التاليـــة
من عنا�سرها الأولية هي : +25.9 , -92.3 , -36.2 , -268.2 على التوالي رتب هذه المركبات
تنازليا ح�سب ثباتها الحراري.
....................................................................................................
....................................................................................................
بما اأن ثبات المركبات حراريا يقل كلما زادت الطاقة الحرارية الممت�شة اأثناء تكوينها
لذلك فاإن اأكثر هذه الأكا�شيد انحالل عند درجة حرارة الغرفة هو NO واأقلها انحالل اأو
الحل :
97
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
) Hess,s Law( ثانيا: قانون ه�ض
تعتم���د العدي���د من ح�شابات الكيمياء على قانون و�شعه العالم الرو�شي ه�ض و ين�ض هذا القانون على اأن
قيمة حرارة التفاعل )التغير في المحتوى الحراري H∆( لأي تفاعل كيميائي تحت �شغط ثابت ي�شاوي كمية
ثابت���ة �شواء تم التفاع���ل في خطوة واحدة اأو عدة خطوات ، وهذا يعني اأن حرارة التفاعل تعتمد على خوا�ض
المواد المتفاعلة والمواد الناتجة من التفاعل اأي على الحالتين البتدائية والنهائية ول تتاأثر بالطريق الذي
ي�شلكه التفاعل .
وتت�ش���ح اأهمية هذا القانون في ح�شاب حرارة التفاعل للتفاع���الت التي ل يمكن قيا�شها بطرق تجريبية
مخبري���ة ب�شب���ب حدوثها ببطء �شدي���د بحيث تتعذر درا�شته���ا اأو اأن تحدث تفاعالت جانبي���ة تنتج مواد غير
مرغوب فيها بجانب المواد المطلوبة ، ولكي نطبق قانون ه�ض على التفاعالت الكيميائية الحرارية علينا اأن
ن�شتخدم القواعد التي تعرفنا عليها اأثناء درا�شة المعادلة الكيميائية الحرارية والمثال الآتي يو�شح ذلك :
C + D A + B
E + Fمركب و�شيط
A + B C + D = ∆H3 E + F C + D = ∆H2 A + B E + F = ∆H1
الطريق 1
الطريق 2
∆H1
∆H3
∆H2
اإذا علمت حرارة التفاعل للتفاعالت التالية :
1( 2C2H2)g( + 5O2)g( 4 CO2)g( + 2H2O)l( ∆H1= -2602 KJ
2( 2C2H6)g( + 7O2)g( 4CO2)g( + 6H2O)l( ∆H2= -3123 KJ
نواتج متفاعالتنواتج مركب و�شيطمركب و�شيط متفاعالت
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
98كيمياء )2(
3( H2)g( + ½ O2)g( H2O)l( ∆H3= -286 KJ
4( C2H2)g( + 2H2)g( C2H6)g( ∆H4= ?
فاح�شب حرارة التفاعل للمعادلة الآتية :
الحل :
نالحظ اأنه يمكن الح�شول على المعادلة )4( عند جمع المعادلت ) 1و2 و 3 ( ولكن بعد
اأن نقوم بالعمليات التالية :
نق�ش���م المعادلة الأولى على 2 ونعك�ض المعادلة الثانية ثم نق�شمها على 2 ون�شرب المعادلة
الثالثة في 2 لت�شبح المعادلت كما يلي :
C2H2 )g(+ 5/ 2 O2 )g( 2CO2 )g( + H2O)l(
∆ H1= -1301 KJ
2H2 )g( + O2)g( H2O )l(
∆ H2= -572 KJ
2CO2)g( + 3H2O)l( C2H6 )g( + 7 /2 O2 )g(
∆H3= +1561.5 KJ
عند جمع المعادلت الثالثة ال�شابقة نح�شل على التفاعل :
C2H2)g( + 2H2)g( C2H6)g(
∆H4= ∆H1 + ∆H2 + ∆H3
∆H4= -1301 KJ + )-572 KJ( + )1561KJ( = -312 KJ
اأي اأن التفاعل طارد للحرارة لأن اإ�سارة H4∆ �سالبة
99
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
ثالثا : طاقة الرابطة الكيميائية
عرفن���ا �شابق���ا اأن المواد مكونة م���ن جزيئات واأن الذرات ف���ي الجزيء مرتبطة مع بع����ض بروابط قوية
ل���ذا فاإن ف�ش���ل ذرتين مرتبطتين ع���ن بع�شهما البع�ض يحتاج اإل���ى كمية من الطاقة ت�شم���ى طاقة الرابطة
Bond Energy كما اأن تكون رابطة بين ذرتين يطلق كمية من الطاقة ، ويمكن تعريف طاقة الرابطة على
اأنه���ا الطاقة الالزمة لك�شر م���ول من الروابط بين ذرتين وهي الطاقة نف�شه���ا التي تنتج عن تكوين مول من
الروابط بين ذرتين .
الآن لنـــا اأن نت�ســـاءل : مـــا لذي ن�ســـتفيده من معرفتنا لطاقة الروابط ؟ اإنه���ا تفيدنا في معرفة متى يكون
التفاع���ل الكيميائ���ي ط���اردا للحرارة ومتى يكون ما�شا له���ا ، فاإذا تتبعنا تفاع���ل الهيدروجين مع الأك�شجين
لإنت���اج الم���اء ، نجد اأن في جزيء الهيدروجين رابطة بين ذرتيه و يقت���رن بهذه الرابطة مقدار من الطاقة
ولك�شره���ا نحت���اج اإلى اإمداد الجزيء بمقدار من الطاقة ، وكذلك الأم���ر بالن�شبة لجزيئات الأك�شجين فاإننا
نحت���اج اإل���ى طاقة لك�شر الرابط���ة بين ذرتي الأك�شجين في ج���زيء الأك�شجين ، وعندم���ا يحدث تفاعل بين
الأك�شجين والهيدروجين فاإن ذرات الأك�شجين ت�شبح مرتبطة بذرات الهيدروجين وتكوين مثل هذه الروابط
ينت���ج طاق���ة والفرق بي���ن ما يلزم من طاق���ة لك�شر الروابط وما ينت���ج من طاقة عند تكوي���ن الروابط هو ما
نالحظ���ه م���ن حرارة ناتجة اأو م�شتهلكة وهو ما ي�شمى بحرارة التفاع���ل الكيميائي)H∆( وبناء عليه يمكننا
ح�شاب حرارة التفاعل بالعتماد على طاقة الروابط كما يلي :
حرارة التفاعل )H∆( = الطاقة الناتجة عند تكوين الروابط للنواتج – الطاقة الالزمة لك�سر الروابط المتفاعالت
فاإذا كان مجموع الطاقة الالزمة لك�شر الروابط اأكبر من مجموع الطاقة الناتجة عند تكوين الروابط فالتفاعل
يكون ما�شا للحرارة ، اأما اإذا كان مجموع الطاقة الالزمة لك�شر الروابط اأقل من مجموع الطاقة الناتجة عن
تكوين الروابط لتفاعل يكون طاردا للحرارة .
والجدول التالي يو�شح قيم طاقات الروابط لبع�ض المواد :
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
100كيمياء )2(
نوع الرابطة
H—H
طاقة الرابطة
) كيلوجول / مول (
نوع الرابطةطاقة الرابطة
) كيلوجول / مول (
H—C
H—N
H—O
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
C-C
C = C
C = C
C – O
C = O
C – N
O = O
C – F
C – Cl
C – Br
C – I
F – F
Cl – Cl
Br–Br
436
413
389
464
565
432
368
297
347
611
837
347
799
268
498
427
330
276
218
158
243
192
جدول ) 3-2 ( طاقة الرابطة لبع�ض المواد
101
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
حرارة التفاعل
كيمياء )2(
يحت���رق الميث���ان في كمي���ة كافية من غ���از الأك�شجي���ن منتجا غاز ثان���ي اأك�شيد
الكربون وبخار الماء :
CH4 + H2O2)g(
+ 131.4 KJ CO2)g( + 2H2O)g(
اح�شب مقدار التغير في المحتوى الحراري للتفاعل ؟ هل التفاعل ما�ض اأم طارد للطاقة ؟
و اأيهما اأكبر طاقة: النواتج اأم المتفاعالت؟
الحل :
يتفاعل البروم مع الهيدروجين ليكون بروميد الهيدروجين ح�سب المعادلة :
اح�سب حرارة التفاعل ؟ هل التفاعل ما�ض اأم طارد ؟
H2 + Br2 2HBr
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
H∆ = طاقة تكوين الروابط في النواتج – طاقة ك�شر الروابط في المتفاعالت
طاقة تكوين الروابط =) 2 × 799 ( + ) 4 × 464 ( =3454 كيلو جول
طاقة ك�شر الروابط = ) 2 × 498 ( + ) 4 × 413 ( = 2648 كيلو جول
H∆ = 3454 - 2648 = 806 كيلو جول .
تظهر على �شكل طاقة منبعثة يكون التفاعل في هذه الحالة طاردا للحرارة .
)g(
حرارة التفاعل
ثلثا
ل ا
ل�س
فلا
102كيمياء )2(
اإن معظم الطاقة التي ي�شتخدمها الإن�شان تاأتي من م�شادر غير طبيعية مثل الوقود ) الفحم
الحجري ، النفط ( وهناك الدول ال�شناعية الكبرى التي ت�شتخدم الطاقة النووية كم�شدر لتوليد
الكهربية التي ت�شتخدمها في اإدارة م�شانعها .
وتعتب���ر م�ش���ادر الطاقة ال�شابق���ة الذكر من م�شادر الطاق���ة غير النظيف���ة ، والتي ينتج عن
ا�شتخدامه���ا كثي���ر من المواد ال�ش���ارة بالبيئة وب�شحة الإن�شان ، لذا فهن���اك اتجاه عالمي خا�شة
ل���دى الدول ال�شناعية الكبرى نح���و ا�شتخدام الم�شادر الطبيعية للح�شول على الطاقة والحفاظ
على البيئة في نف�ض الوقت وعلى �شبيل المثال ا�شتخدام طاقة الرياح في توليد الكهرباء ، وكذلك
ال�شتف���ادة الق�شوى م���ن الطاقة ال�شم�شية وتحويلها اإلى العديد من �ش���ور الطاقة الالزمة للحياة
العملية لبنى الإن�شان .
كم���ا اأن هن���اك اتجاها اآخر للعمل عل���ى تر�شيد ا�شتهالك الطاقة في كثي���ر من مناحي الحياة
م���ع اإعادة توجيه �شل���وك ونمط الإن�شان في ا�شتخدامه للطاقة المتع���ددة من ال�شلوكيات التي لبد
واأن يتبعه���ا الإن�ش���ان لكي يحافظ عل���ى بيئة نظيفة وه���ي التر�شيد في ا�شتخ���دام اأجهزة التكييف
وع���دم ا�شتخدام ال�شي���ارات ال�شخ�شية با�شتمرار كو�شيلة للموا�ش���الت اإذ يمكن ا�شتخدام و�شائل
الموا�ش���الت الجماعية والدراج���ات كو�شيلة للموا�شالت ، من اأجل الحف���اظ على الطاقة والعمل
على وجود بيئة نظيفة خالية من التلوث والأمرا�ض.
اأ�صئلة الف�صل الثالث
�ض1: اأي من التفاعالت الآتية منتج للحرارة واأيها م�ستهلك للحرارة :
اأ( تحلل كلورات البوتا�سيوم .
ب(
ج( احتراق مادة بال�ستيكية .
د(
�ـــض 2: تحلـــل الن�ســـادر اإلـــى هيدروجيـــن ونيتروجين يحتـــاج اإلى 14.5 كيلو �ســـعر لكل
مول يتكون من الهيدروجين.
. ال�سابق للتفاعل حرارية كيميائية معادلة • اكتب
. العك�سي للتفاعل حرارية كيميائية معادلة • اكتب
؟ الن�سادر من جرام 34 تكون من الناتجة الحرارة مقدار • ما
�ض3 : اح�سب حرارة التكوين للميثان من التفاعالت الآتية :
2C)graphits(+ 2H2 )g( C2H4 ∆H=52،3KJ
H2 +Cl2 2HCl ∆ H= -185KJ
C)s( + O2 )g( CO2)g(
H2O)l( H2 + ½O2
CO2 + 2H2O CH4 + 2O2
علما باأن H∆ للتفاعالت على التوالي هي :
) - 394 , +286 , + 892 ( كيلوجول لكل مول .
�ـــض4: ا�ســـرح معنى التلقائية وكيف يمكنك تحديـــد تلقائية اأو ل تلقائية التفاعالت ؟
103
)g(
)g(
)g()g(
)g()g(
)g()g(
�ض5 : اذكر ن�ض قانون ه�ض ثم و�سح اأهميته في الكيمياء الحرارية مدعما اإجابتك بمثال ؟
�ض6 :ا�ستخدم قيم طاقة الروابط في جدول )3-2 ( لح�ساب التغير في حرارة التفاعل
)H∆( للتفاعل الآتي :
CH4 + Cl2 CH3Cl + H Cl
�ض7 : لحظ التفاعل التالي واأجب عن المطلوب :
2CH3OH + 3O2 4H2O + 2CO2 ∆ Hº= -1453KJ
ما قيمة H∆ اإذا :
. 2 × المعادلة �شربت •
. والعك�ض متفاعلة مواد الناتجة المواد اأ�شبحت بحيث التفاعل اتجاه عك�ض •
H2O بدل من الماء ال�شائل كمنتج . الماء بخار تكون •
º
104
يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :
1- تتعرف مفهوم �شرعة التفاعل الكيميائي .
2- تعدد العوامل الموؤثرة على �شرعة التفاعل الكيميائي .
3- ت�شتنتج عمليا اأثر العوامل المختلفة على �شرعة التفاعل الكيميائي .
4- تتعرف نظرية الت�شادم و نظرية الحالة النتقالية .
5- تف�ش���ر اأث���ر العوام���ل المختلف���ة عل���ى �شرع���ة التفاع���ل الكيميائ���ي ف���ي �ش���وء نظريت���ي الت�ش���ادم
و الحالة النتقالية .
6- تر�شم منحنى يو�شح اأثر المواد الحافزة على الطاقة المن�شطة و المركب الن�شط في التفاعل الكيميائي .
7- ت�شتق قانون التفاعل من الخطوة المحددة لل�شرعة لعدد من التفاعالت الكيميائية .
8- تتاأمل قدرة اهلل �شبحانه و تعالى في وجود مواد حافزة في اأج�شام المخلوقات الحية .
الأهداف
106
�صرعة التفاعل الكيميائي
المقدمة
الكيمي���اء الحركي���ة هي درا�شة مع���دل و ميكانيكية التفاع���الت الكيميائية. فمعادل���ة التفاعل الكيميائي
تو�ش���ح المواد الداخلة والناتجة من التفاعل و العالقة بينهم���ا، و ل���كن ل تو�شح عدد خط��وات الت���فاعل
و تتاب���ع التفاع���الت الب�شيطة الت���ي قد تحدث عند تح���ول المواد المتفاعل���ة اإلى المواد الناتج���ة . و ترتبط
الكيمي���اء الحركية بمعدل هذه الخط���وات و العوامل الموؤثرة على �شير التفاعل مثل التركيز و درجة الحرارة
و العوامل الحافزة ) الم�شاعدة ( .
وتب���دو بع����ض التفاع���الت اأنه���ا ت�ش���ري ب�شرع���ة كبي���رة بينم���ا تت���م اأخ���رى بب���طء ، و تدلن���ا الكيمي���اء
الحركي���ة ع���ل كيفي���ة تغي���ر ظ���روف التفاع���ل و توجيهه���ا نح���و اإمكاني���ة الح�ش���ول عل���ى مرك���ب معي���ن ،
و كي���ف يمكن الإ�شراع ببع�ض التفاع���الت اأو اإبطاوؤها اأو منع بع�شها . فالمهم���ة الأ�شا�شية للكيمياء الحركية
ه���ي توجي���ه التفاعالت الكيميائية بحيث ت�شري ب�شرعة كبيرة و ينتج عنها اأف�شل ن�شبة من النواتج النهائية،
لذل���ك تعتب���ر �شرعة التفاعل الكيميائي م���ن المعايير الأ�شا�شية في علم الكيمي���اء . و في هذا الف�شل �شوف
نتعرف على مفهوم �شرعة التفاعل و كيفية قيا�شها و العوامل الموؤثرة عليها و تف�شير هذه العوامل با�شتخدام
نظريتي الت�شادم و الحالة النتقالية لن�شتطيع بعد ذلك ا�شتقاق قانون �شرعة التفاعل من الخطوة المحددة
لل�شرعة لعدد من التفاعالت الكيميائية .
107
�سرعة التفاعل الكيميائي
عند حدوث بع�ض التفاعالت الكيميائية نجدها تختلف عن بع�شها تماما في زمن التفاعل اأي اأنها ل تتم
ب�شرع���ة واحدة فبع�شها يتم لحظي���ا و بع�شها بطيء ن�شبيا ، و هناك تفاعالت بطيئة جدا قد ت�شتمر ماليين
ال�شنين .
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
108كيمياء )2(
�سنف التفاعالت التالية من حيث �سرعتها في الجدول التالي:
التفاعالت الكيميائية
احتراق الف�سفور الأبي�ض
بطيئة�سريعة
�سداأ م�سمار من الحديد
تكوين النفط
اأك�سدة الغذاء
ه���ذه الأمثل���ة دليل على تف���اوت التفاعالت الكيميائية في �شرعة حدوثها، فما ه���ي �شرعة التفاعل؟ و كيف
تقا�ض؟ و ما اأهمية درا�شتها؟ وما العوامل الموؤثرة عليها؟ هذا ما �شنتناوله في هذا الف�شل باإذن اهلل تعالى.
مفهوم �سرعة التفاعل الكيميائي و كيفية قيا�سها
- كم تبلغ �شرعة �شيارة تقطع م�شافة ) 90 كيلو متر ( في �شاعة واحدة .
- كيف يمكن تحديد �شرعة التفاعل الكيميائي ؟
تقا����ض �شرع���ة حدث م���ا بمقدار التغير ال���ذي يحدث خالل فترة زمني���ة محددة ، و بالمثل فاإن �ســـرعة
التفاعـــل الكيميائـــي هي معدل التغير في كميات ) تركيز ( المواد المتفاعلة اأو الناتجة في وحدة الزمن
) ثانية اأو �ســـاعة اأو يوم ( . و يعبر عن �شرعة التفاعل بالتغير في وحدات التركيز لكل وحدة زمنية في حالة
المحالي���ل ال�شائل���ة اأو التغير في ال�شغط الجزئي لكل وحدة زمنية في الحالة الغازية فلو عبرنا عن تفاعل ما
A + B C + Dبالمعادلة الآتية: ) Products( مواد ناتجة ) Reactants (مواد متفاعلة
109
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
�شكل )4 -1( تغير
تركيزالمواد المتفاعلة مع الزمن
- م���ا تركي���ز الم���واد الناتج���ة ف���ي بداي���ة التفاع���ل
) عند الزمن �شفر ( ؟
ماذا يح���دث لتركيز الم���واد الناتجة م���ع الزمن ؟
- م���ا تركي���ز الم���واد متفاعل���ة ف���ي بداي���ة التفاع���ل
) عند الزمن �شفر ( ؟
- ماذا يحدث لتركيز المواد المتفاعلة مع مرور الزمن ؟
يمكن نظريا ح�شاب �شرعة التفاعل بقيا�ض مدى �شرعة
تغي���ر تركيز اإحدى المواد المتفاعل���ة اأو الناتجة مع
الزمن.ف���ي بداية التفاعل) عن���د الزمن �شفر ( ل
توجد اأي كمية من المواد الناتجة و لكن بمرور الوقت يزداد تركيز المواد الناتجة مع انخفا�ض في تركيز
الم���واد المتفاعلة و بمقارنة التركيز في زمنين مختلفين اأثن���اء التفاعل يمكن معرفة التغير فيها بالن�شبة
للزمن و من ثم تحديد �شرعة التفاعل .
و عملي���ا يمك���ن قيا�ض �شرعة التفاعل بقيا�ض معدل اختفاء م���ادة متفاعلة اأو تكوين مادة ناتجة ، و عادة يتم
تتبع ذلك بتتبع التغير في اإحدى الخوا�ض الجزيئية للمادة كاللون مثال .
C + D تركيز المواد الناتجة
A+B تركيز المواد المتفاعلة
الزمن
فاإن���ه يمك���ن تتبع �شي���ر عملية التفاع���ل بمراقبة مع���دل اختفاء الل���ون البني المحمر لثان���ي اأك�شيد
النيتروجين عند تفاعله مع اأول اأك�شيد الكربون كما في ال�شكل التالي :
فلو اأخذنا تفاعل اأول اأك�شيد الكربون CO مع ثاني اأك�شيد النيتروجين NO2 ليكونا ثاني اأك�شيد
الكربون CO2 و اأول اأك�شيد النيتروجين NO وفقا لما يلي :
CO)g( + NO2)g( CO2)g( + NO)g(
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
110كيمياء )2(
و مم���ا كان وا�شح���ا من التفاعل ف���ي المعادلة
ال�شابق���ة اأن اختف���اء كل ج���زيء من ثان���ي اأك�شيد
النيتروجين يكون م�شحوب���ا باختفاء جزيء واحد
م���ن اأول اأك�شي���د الكربون و ظهور ج���زيء من ثاني
اأك�شيد الكربون و جزيء من اأول اأك�شيد النيتروجين .
�شكل ) 4-2( تفاعل ثاني اأك�شيد النيتروجين
واأول اأك�شيد الكربون
غاز ثاني
اأك�شيد
النيتروجين
غاز اأول
اأك�شيد
النيتروجين
فاإنه يمكن القول باأن :
�ســـرعة التفاعل = معدل اختفاء ثاني اأك�ســـيد النيتروجين = معدل اختفاء اأول اأك�ســـيد الكربون
= معدل تكون اأول اأك�سيد النيتروجين = معدل تكون ثاني اأك�سيد الكربون
و يمك���ن ا�شتعم���ال اأي من هذه القيم لقيا�ض �شرعة التفاعل و يتم اختيار اإحدى هذه القيم بناء
عل���ى �شهول���ة قيا�ض معدل تغير اإحدى خوا�ض مادة متكون���ة اأو مختفية و التي تتنا�شب مع كمية هذه
المادة ) كلون ثاني اأك�شيد النيتروجين ( .
كيف يمكن قيا�ض �سرعة التفاعالت التالية :
...............................................................................................
...............................................................................................
2NOCl 2NO + Cl 2
H2O H2 + O212
)a(
)b(
111
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
NO + O3 NO2 + O2
...............................................................................................
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
...............................................................................................
العوامل الموؤثرة على �سرعة التفاعل الكيميائي
للتفاع���الت الكيميائي���ة تطبيقات �شناعية مهمة مثل �شناعة مادة الن�ش���ادر المهمة في �شناعة الأ�شمدة
و �شناع���ة المنظفات و الأ�شب���اغ و الألياف ، و هناك تفاعالت �شارة تحدث اأثرا �شلبيا غير مرغوب فيه مثل
تحل���ل طبق���ة الأوزون و التفاع���الت التي تت�شبب في نم���و الفطريات و البكتيريا التي ت���وؤدي اإلى ف�شاد و تعفن
الأطعم���ة ، لذا قام الكيميائي���ون بدرا�شة العوامل الموؤثرة على �شرعة التفاعل الكيميائي لمعرفة ما يمكن اأن
يزي���د �شرع���ة اإنتاج ما نحتاج اإلي���ه و نرغب فيه من تلك التفاعالت و ما يمك���ن اأن يثبط اأو يوقف اإنتاج ما ل
نحتاج اإليه اأو نرغب في التخل�ض منه من تلك التفاعالت .
و الآن دقق النظر في الم�ساهد الآتية :
- يذوب ال�شكر في محلول ال�شاي ال�شاخن اأ�شرع من محلول ال�شاي البارد .
- يتحل���ل الن�ش���ا في و�شط مائ���ي في ج�شم الإن�ش���ان اأ�شرع من تحلله ف���ي المختبر عند نف����ض الدرجة .
- تتفاع���ل قطع���ة الخار�شي���ن م���ع حم����ض الهيدروكلوري���ك المخف���ف اأبط���اأ م���ن تفاعله���ا م���ع حم�ض
الهيدروكلوريك المركز .
من الم�ساهدات ال�سابقة نالحظ اأن �سرعة التفاعل تعتمد على عدد من العوامل هي :
1- طبيعة المواد الداخلة في التفاعل
2- تركيز المواد الداخلة في التفاعل
3- درجة الحرارة
4- المواد الحافزة
)c(
)d(
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
112كيمياء )2(
و لكي تتم درا�شة تاأثير اأحد هذه العوامل عمليا فاإننا نتتبع �شير التفاعل مع الزمن مع تثبيت بقية العوامل
الأخرى بقدر الم�شتطاع .
اأول :طبيعة المواد الداخلة في التفاعل
تتاأثر �شرعة التفاعل الكيميائي باختالف طبيعة المواد المتفاعلة و يق�شد بطبيعة المواد المتفاعلة
عدة اأمور منها :
اأ / عدد الروابط في المواد الداخلة في التفاعل :
محلول حم����ض الكبريت ) 6 مولر(
ال�شودي���وم اأك�ش���الت محل���ول -
) 0.1 م���ولر ( - اأو محل���ول حم�ض
ك�شاليك ) 0.1 مولر ( - محلول الأ
كلوريد الحديد الثنائي )0.1 مولر(
- محل���ول برمنجن���ات البوتا�شي���وم
) 0.1 م���ولر ( - اأنابي���ب اختب���ار
الأدوات والمواد :
)4 - 1( تفاعل محلول برمنجنات البوتا�سيوم مع اأيونات
الحديد )II( واأيونات الأك�سالت.
خطوات العمل :
)II(1- �شع 2 مل من محلول كلوريد الحديد الثنائي
، ) اأ ( اختب���ار اأنبوب���ة ف���ي التح�شي���ر حدي���ث
و 2 م���ل من محلول اأك�شالت ال�شوديوم اأو حم�ض
ك�شاليك في اأنبوبة اختبار ) ب ( . الأ
ل���كل الكبري���ت م���ن حم����ض اأ�ش���ف قطرتي���ن -2
م���ن الأنبوبي���ن ) اأ ( و ) ب ( ، وح���رك المزي���ج .
3- اأ�شف 1 مل من برمنجنات البوتا�شيوم اإلى المزيج في كل من الأنبوبين ) اأ ( و ) ب ( .
4- لحظ �شرعة اختفاء لون البرمنجنات في كل من الأنبوبين .
. الأنبوبين من كل في البرمنجنات لون اختفاء �شرعة بين • قارن
...........................................................................................
113
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
ماذا تتوقع اأن يكون �شبب اختالف اللون .
. ) II ( ما ال�شيغة الكيميائية لكل من الأك�شالت و الحديد الثنائي
• ق���ارن بي���ن عدد الروابط الت���ي يتم ك�شرها في تفاعل الأك�شالت م���ع البرمنجنات و في ) II ( تفاعل الأك�شالت مع الحديد الثنائي
.................................................................................................
.................................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
�شكل ) 4-3 (اأيون الأك�شالت
لحظ���ت عملي���ا اأن �شرع���ة تفاع���ل البرمنجنات م���ع اأيونات
الحدي���د الثنائ���ي II اأ�شرع منها م���ع اأيون���ات الأك�شالت في
المحاليل المائية ح�شب المعادلت التالية :
5C2O4--
+ 2MnO4-
+ 16H +
10CO2 + 2Mn++
+ 8H2O
5Fe++
+ MnO4-
+ 8H +
5Fe++
+ Mn++
+ 4H2O
C
C
O
O
O
O
-2
ناق����ض مع زمالئ���ك �شبب اختفاء الل���ون الأرجواني لبرمنجن���ات البوتا�شيوم عند تفاعله���ا مع اأيونات
)II (الأك�شالت واأيونات الحديد الثنائي
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
114كيمياء )2(
و من المعلوم اأن التفاعالت الكيميائية ي�شاحبها تفكك بع�ض الروابط الكيميائية و تكون روابط جديدة،
و لم���ا كانت الرواب���ط الكيميائية ت�شكل و�شعا ثابت���ا ) م�شتقرا ( فاإن تفكك ه���ذه الروابط اأمر غير مرغوب
في���ه و له���ذا فاإنه من المعقول اأن نتوق���ع اأن تكون �شرعة التفاعالت الكيميائية الت���ي ي�شاحبها تفكك روابط
كيميائي���ة كثي���رة اأقل من �شرع���ة التفاعالت التي ي�شاحبها تف���كك عدد اأقل من تلك الرواب���ط الكيميائية .
اأي التفاعلين التاليين تتوقع اأن يكون اأ�سرع و لماذا ؟
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
ب / نوع الروابط في المواد الداخلة في التفاعل :
CH4 + O2 CO2 + 2H2O
2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O
الأدوات والمواد الم�ستخدمة :
)4 - 2( تاأثير نوع الروابط على �سرعة التفاعل.
محل���ول نت���رات الف�ش���ة - محل���ول
كلوريد ال�شودي���وم - غول اإيثيلي -
حم�ض الخل - اأنابيب اختبار
خطوات العمل :
1- �شع 1 مل م���ن محلول كلوريد ال�شوديوم في اأنبوبة
اختبار ) اأ ( ، ثم اأ�شف اإلى الأنبوبة 1 مل من محلول
نترات الف�شة . ماذا تالحظ ؟ �شجل مالحظاتك .
...................................................................................................
115
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
-2 �ش���ع 2 م���ل م���ن الغ���ول الإيثيل���ي ف���ي اأنبوب���ة اختب���ار ) ب ( ، ث���م اأ�شف اإل���ى الأنبوب���ة 2 مل
من حم�ض الخل و قطرات من حم�ض الكبريتيك المركز، ماذا تالحظ . �شجل مالحظاتك .
. ) ب ( و ) اأ ( الأنبوبتين في التفاعل فيها تم التي الزمنية الفترة بين • قارن
؟ الأنبوبتين في المتفاعلة المواد في الرابطة نوع • ما
؟ الن�شاط من ت�شتنتج • ماذا
..............................................................................................
..............................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
نج���د اأن الم���واد المتفاعل���ة عندم���ا تك���ون اأيوني���ة الرابط���ة ف���اإن التفاع���ل يكون لحظي���ا و �شري���ع جدا
ل�شهول���ة و �شرع���ة تب���ادل الأيون���ات بمجرد خلطها مع���ا مثل: تفاع���ل نترات الف�ش���ة مع كلوري���د ال�شوديوم
AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3
بطيئ���ة تك���ون التفاع���الت ف���اإن ت�شاهمي���ة برواب���ط مرتبط���ة المتفاعل���ة الم���واد كان���ت اإذا اأم���ا
ع���ادة لأنه���ا ل تتف���كك اأيوني���ا و التفاع���الت تت���م بي���ن الجزيئ���ات مث���ل: تفاع���الت المركب���ات الع�شوي���ة
ومن���ه ف���اإن تفاعل الأيون���ات اأ�شرع من تفاعل ال���ذرات و الجزيئ���ات ، و تفاعل الذرات اأ�ش���رع من تفاعل
الجزيئات ، و تفاعل الأيونات الب�شيطة اأ�شرع من تفاعل الأيونات الحاوية على روابط ت�شاهمية يلزم تفكيكها .
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2OH+
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
116كيمياء )2(
...................................................................................................
...................................................................................................
من خالل معلوماتك ال�ســـابقة , مثل لتفاعالت تتم بين اأيونات , و تفاعالت تتم بين مركبات
ت�ساهمية .
ج / الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة :
التفاعالت الكيميائية
1- �ش���ع في اأنبوبة اختب���ار 0.5 جرام من
كبريت���ات البوتا�شي���وم ال�شل���ب ثم �شع
عليه كمية من نترات الباريوم ال�شلب .
ال�ستنتاجالمالحظة
2 � �شع في اأنبوب اختبار 1 مل من محلول
كبريت���ات البوتا�شيوم ثم �شع عليه
1 مل من محلول نترات الباريوم.
اكتب معادلة التفاعل :
كمي���ة �شلب���ة و جاف���ة م���ن كل م���ن كبريت���ات
البوتا�شيوم و نترات الباريوم ، محلول كبريتات
البوتا�شيوم ) 1 مولر ( ، محلول نترات الباريوم
) 1 مولر ( � اأنابيب اختبار .
) 4-3 ( اأثر الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة
على �سرعة التفاعل.
الأدوات والمواد :
117
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
تعتم���د �شرع���ة التفاع���ل على الحال���ة الفيزيائية للم���واد المتفاعلة حيث نج���د اأن بع�ض الم���واد ل يمكن
اأن تتفاع���ل م���ع بع�شه���ا في الحال���ة ال�شلب���ة بينما محاليله���ا تتفاع���ل ب�شهولة ، كم���ا في الن�ش���اط ال�شابق
د/ ال�سفات الكيميائية للمواد المتفاعلة :
الأدوات والمواد :
- اختب���ار مرقم���ة اأنابي���ب ث���الث
- )HCl( حم�ض الكل���ور المخفف
�شاعة اإيقاف - قطعة من كل من :
فلز الخار�شين و فلز الر�شا�ض
و فلز الق�شدير لها نف�ض الكتلة .
خطوات العمل :
1- �ش����ع في كل اأنبوب����ة اختبار من الأنابيب الثالث 2 مل
من حم�ض الكلور المخفف .
2- �ش���ع في الأنبوب���ة الأولى قطع���ة خار�شين و �شجل
الزمن الالزم لحدوث التفاعل .
3- �شع في الأنبوبة الثانية قطعة من الر�شا�ض و �شجل الزمن الالزم لحدوث التفاعل .
4- �شع في الأنبوبة الثالثة قطعة من الق�شدير و �شجل الزمن الالزم لحدوث التفاعل .
5- �شجل نتائجك في الجدول التالي ثم قارن �شرعة التفاعل في الأنابيب الثالث و رتب
: HCl الفلزات ح�شب �شرعة تفاعلها مع
ال�ستنتاج الزمن الالزم لحدوث التفاعل الفلز رقم الأنبوبة
1
2
3
الخار�شين
الر�شا�ض
الق�شدير
)4 - 4( اأثر ال�سفات الكيميائية للمواد المتفاعلة
على �سرعة التفاعل.
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
118كيمياء )2(
...................................................................................................
...................................................................................................
م���ن خ���الل الن�شاط ن�شتنتج اأن �شرعة التفاعل تعتمد على ال�شفات الكيميائية للمواد فكلما كانت المادة
المتفاعلة اأكثر ن�شاطا و فاعلية كان التفاعل اأ�شرع و العك�ض �شحيح .
ثانيا : تركيز المواد الداخلة في التفاعل
قب���ل الحدي���ث عن اأثر تركيز المواد المتفاعل���ة على �شرعة التفاعل يجب اأن نمي���ز بين اأنواع التفاعالت
الكيميائية ح�شب الحالة التي توجد عليها المواد اأثناء التفاعل حيث تنق�شم اإلى :
Homogeneaus Reactions 1- التفاعالت المتجان�سة
هي التفاعالت التي تتم في و�شط متجان�ض حيث تكون فيها المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل
ف���ي حال���ة واحدة من حالت المادة . و من اأمثلتها تفاعل غاز الهيدروجين مع اأول اأك�شيد النيتروجين
و الذي يتم في الحالة الغازية
كذلك تفاعل محلول هيدروك�شيد ال�شوديوم مع حم�ض الكلور لإنتاج محلول كلوريد ال�شوديوم والماء
حيث يتم التفاعل بين محاليل �شائلة .
و تعتمد �شرعة التفاعل في هذا النوع من التفاعالت على درجة تركيز المواد المتفاعلة و يعبر عن هذا
التركيز بالمولرية في حالة المحاليل ال�شائلة و بال�شغط الجزئي في حالة المحاليل الغازية .
2H2)g(
+ 2NO)g(
800°C
2H2O)g(
+ N2)g(
NaOH)aq(
+ HCl)aq(
NaCl)aq(
+ H2O)l(
التفاعـــل �ســـرعة بيـــن العالقـــة مبينـــا متجان�ســـة اأخـــرى تفاعـــالت علـــى اأمثلـــة اذكـــر
و تركيز المواد الداخلة في التفاعل .
119
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
Heterogenaus Reactions 2- التفاعالت غير المتجان�سة
و هي التفاعالت التي تتم في و�شط غير متجان�ض من حالت المادة )�شلب � �شائل،�شلب � غاز، .... (و من
الأمثلة على ذلك : تفاعل غاز الأك�شجين مع الحديد ليكون �شداأ الحديد، تفاعل الفلزات ال�شلبة مع الأحما�ض
لتكون اأمالح الأحما�ض و غاز الهيدروجين .
الأدوات والمواد :
)4 - 5( اأثر التركيز على �سرعة التفاعل.
اأرب���ع اأنابي���ب اختب���ار - �شري���ط
HClمغني�شي���وم - حم�ض الكلور
بتراكي���ز مختلف���ة) 0.1 م���ولر،
1 م���ولر ، 3 م���ولر ، 6م���ولر( -
�شاعة اإيقاف
خطوات العمل :
1- خذ اأربع اأنابيب اختبار نظيفة و �شع في الأولى 5 مل من
حم�ض الكلور تركيزه ) 0.1 مولر ( و في الأنبوبة الثانية
5 مل من حم�ض الكلور تركيزه ) 1 مولر ( ، و في الأنبوبة
الثالثة 5 مل من حم�ض الكلور تركيزه ) 3 مولر ( و في
الرابع���ة 5 مل من حم�ض الكل���ور تركيزه ) 6 مولر ( .
2- زن بدق���ة اأرب���ع قط���ع م���ن �شري���ط المغني�شي���وم ط���ول كل منه���ا 2�ش���م ) مت�شاوي���ة الكتل���ة ( .
3- �ش���ع اإح���دى قطع المغني�شيوم في الأنبوب���ة الأولى و ابداأ في ح�شاب الزمن اإل���ى اأن تختفي قطعة
المغني�شيوم تماما و �شجل الزمن الذي ا�شتغرقه التفاعل بالثانية .
4- كرر ما قمت به في الخطوة ال�شابقة في الأنابيب الثالث الأخرى .
5- دون نتائج التجربة في الجدول التالي :
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
120كيمياء )2(
الزمن الذي ا�ستغرقه التفاعل )ثانية(كتلة المغني�سيوم )جرام( تركيز HCl) مولر (
- كيف تف�شر اختالف الزمن الالزم لإنهاء التفاعل بين الحالت الأربع ؟
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
�شكل ) 4-4 ( تفاعل
المغني�شيوم مع حم�ض الكلور
الأدوات والمواد :
حم����ض الكلور، كتلتي���ن مت�شاويتين
من الخار�شين اأحدهما على �شورة
م�شحوق و الأخرى على �شورة قطعة
�شلبة متما�شكة - اأنبوبتي اختبار .
خطوات العمل :
الخار�شي���ن قطع���ة اختب���ار اأنبوب���ة ف���ي �ش���ع -1
. الكل���ور حم����ض م���ن م���ل 1 اإليه���ا اأ�ش���ف ث���م
2- �ش���ع في اأنبوبة اختبار اأخ���رى م�شحوق الخار�شين
. الكل���ور حم����ض م���ن م���ل 1 عليه���ا اأ�ش���ف ث���م
)4 - 6( اأثر م�ساحة منطقة تالم�ض المواد
المتفاعلة في �سرعة التفاعل.
121
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
�شكل ) 4-5( تفاعل حم�ض
الكلور مع قطع الخار�شين
..........................................................
..........................................................
..........................................................
..........................................................
..........................................................
- لحظ �شرعة التفاعل في الأنبوبتين .
• اأي الأنبوبتين يتم فيها التفاعل ب�شورة كبيرة ؟
• كيف تف�شر اختالف �شرعة التفاعل في الأنبوبتين ؟
م���ن خ���الل الن�شاطين ال�شابقين ن�شتنتج اأن �شرع���ة التفاعل في التفاعالت غي���ر المتجان�شة تعتمد على
م�شاحة منطقة التالم�ض بين المواد المتفاعلة بالإ�شافة اإلى تركيز المواد المتفاعلة حيث اأن :
1� �شرعة التفاعل تزداد بازدياد تركيز المواد المتفاعلة .
2� �شرع���ة التفاع���ل تزداد كلما ازدادت م�شاحة ال�شطح المعر����ض للتفاعل و ذلك نتيجة لتفاعل جزيئات
اأكثر في زمن معين اأما في حالة الكتلة ال�شلبة المتما�شكة فالتفاعل يحدث على ال�شطح الخارجي فقط .
م�شاح���ة ال�شطح لج�ش���م جامد هي مجم���ل م�شاحة �شطوحه
الخارجي���ة و هذه توؤثر في �شرعة التفاعل ف�شرائح البطاط�ض
مث���ال اأ�شرع ن�شجا عند القلي م���ن القطع الكبيرة لأن �شطوح
الج�شيم���ات المعر�شة فيه���ا للتفاعل مع الزي���ت الحار اأكثر
�شكل ) 4-6( �شرائح البطاط�ضم�شاحة بكثير .
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
122كيمياء )2(
قارن بين كل مما يلي مع ذكر ال�سبب :
1- احتـــراق قطعـــة مـــن الخ�ســـب في جو مـــن غاز الأك�ســـجين النقـــي, واحتراقها فـــي الهواء
الجوي الذي ي�سكل الأك�سجين 20% منه .
2- تفاعل كل من قطعة الفحم و دقائق الفحم مع الهواء .
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
بع���د اأن عرفن���ا اأنواع التفاعالت الكيميائية ، يمكننا الحديث عن اأثر تركيز المواد المتفاعلة على �شرعة
التفاعل الكيميائي فقد وجد عمليا اأن �شرعة التفاعل تزداد غالبا بازدياد تركيز بع�ض اأو كل المواد الداخلة
في التفاعل و لكنها في بع�ض التفاعالت ل تتاأثر بتركيز تلك المواد المتفاعلة كما �شنرى ذلك لحقا بم�شيئة
اهلل تعالى عند درا�شة نظرية الت�شادم .
ولتحدي���د العالق���ة بين التركيز و �شرعة التفاع���ل ب�شورة دقيقة لبد من اإيج���اد العالقة الريا�شية التي
تربط بينهما و هي ما ت�شمى ) بقانون �شرعة التفاعل ( .
Rate Law قانون �سرعة التفاعل
و�ش���ع ه���ذا القانون العالمان جولد برج و فاج ن�ش���ه : عند ثبوت درجة الحرارة تتنا�شب �شرعة التفاعل
�ض معين . الكيميائ���ي تنا�شب���ا طرديا مع حا�شل �شرب تراكيز المواد المتفاعلة مرف���وع تركيز كل منها اإلى اأ
لنفر�ض اأن تفاعال تم بين المادتين A ،B ليكونا المادة C ح�شب التفاعل التالي :
xA + yB zC
123
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
و لنفر����ض اأي�شا اأننا وجدن���ا اأن �شرعة التفاعل تتنا�شب طرديا مع تركيز الم���واد المتفاعلة لذلك يمكن
التعبير عن �شرعة التفاعل كما يلي :
�ش����رعة التفاع����ل و لتحويل هذه العالقة اإلى م�شاواة لبد من ا�شتخدام
مقدار ثابت :
حيث ت�شير الأقوا�ض ] اإلى التركيز بالمولرية للمواد المتفاعلة و ي�شمى الثابت بثابت �شرعة التفاعل.
و ل���كل تفاع���ل كيميائي قانون يحك���م �شرعته و يجب التاأكيد عل���ى اأنه ل يمكن التنبوؤ بقان���ون �شرعة التفاعل
بمج���رد النظر اإلى المعادلة الكيميائية لأنها ق���د تكون مح�شلة لتفاعالت مرحلية مختلفة و لكن يتم تحديد
قان���ون �شرع���ة التفاع���ل من خالل درا�شة اأث���ر التركيز على �شرع���ة التفاعل درا�شة علمية بن���اء على تجارب
مخبرية اأو من خالل معرفة خطوات التفاعل ) ميكانيكية التفاعل ( التي تتفق مع ما تم التو�شل اإليه عمليا.
B [y × A [ x
درا�سة اأثر التركيز على �سرعة التفاعل درا�سة عملية
لدرا�سة اأثر تركيز المواد المتفاعلة على �سرعة التفاعل درا�سة عملية نتبع الخطوات الآتية :
1- نثبت العوامل الأخرى ) طبيعة المواد المتفاعلة و درجة الحرارة ( .
2- نثبت تركيز المواد المتفاعلة ما عدا واحدة منها .
3- يتم تغيير درجة تركيزها و قيا�ض �شرعة التفاعل المقابلة لكل تركيز لن�شاهد كيفية تنا�شب �شرعة
التفاعل مع تركيز هذه المادة .
4- نكرر التجربة نف�شها مع مادة اأخرى من المواد المتفاعلة ) اإن وجدت ( و نقي�ض �شرعة التفاعل عند
كل تركيز لنرى كيف تتنا�شب �شرعة التفاعل مع تركيز المادة الثانية و هكذا ..
الج���دول التالي يو�شح العالقة بين تركيز المواد المتفاعلة و �شرعة التفاعل في
عدة تجارب للتفاعل الآتي :
2H2)g( + 2NO)g( 2H2O)g( + N2)g(
] B �شرعة التفاعل = ثابت *y × A [ x .
..
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
124كيمياء )2(
�سرعة التفاعل]H2 البتدائي]NO رقم التجربة
0.006
0.006
0.006
0.001
0.002
0.003
0.001
0.002
0.003
0.009
0.009
0.009
0.025
0.050
0.075
0.0063
0.0250
0.0560
1
2
3
4
5
6
Reation Mechanism خطوات �سير التفاعل
تعبر معادلت التفاعل الكيميائية كما و كيفا عن طبيعة التفاعالت و النواتج ، و لكنها ل تمثل بال�شرورة
م�شار التفاعل اإل اإذا نوه بذلك ، و كما نعلم فاإن التفاعالت الكيميائية ل تتم كلها في خطوة واحدة . اأما عند
معرفة الخطوات المكونة للتفاعل الكلي ب�شورة تتفق مع قانون �شرعة التفاعل المح�شوب تجريبيا ، فاإن هذه
الخطوات ت�شكل ما ي�شمى " خطوات التفاعل اأو ميكانيكية التفاعل " و تختلف �شرعة هذه الخطوات بع�شها
H2 [ ثابتا فاإن م�شاعفة NO [ تو�ش���ح البيان���ات بالن�شبة للتجارب )1( و)3( اأن���ه عندما يكون
ت�شاع���ف المع���دل ، و تو�شح التج���ارب )1( و )3( اأن زيادة ] H2 اإلى ثالثة اأ�شعاف يزيد ال�شرعة اإلى
ثالثة اأ�شعاف و بذلك فقد تبين اأن �شرعة التفاعل تتنا�شب طرديا مع ] H2 . و تو�شح البيانات بالن�شبة
للتجارب )4( و )6( اأنه عندما يكون] H2 ثابتا فاإن م�شاعفة ] NO يزيد المعدل اإلى اأربعة اأمثال،
كم���ا اأن التج���ارب )4( و )6( تو�ش���ح اأن زيادة ] NO اإلى ثالثة اأمثال يزيد ال�شرعة اإلى ت�شع اأمثال .
و بذلك فقد تبين اأن �شرعة التفاعل تتنا�شب مع مربع ] NO اإذن يمكننا كتابة قانون �شرعة التفاعل
للتفاعل ال�شابق كما يلي :
H2 [ × NO[² × شرعة التفاعل = ثابت�
125
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
عن بع�ض فمنها ما هو بطيء و منها ما هو �شريع .
اأي خط���وة م���ن خطوات �شير تفاعل ما تعتبر محددة ل�شرعة التفاعل؛ الخطوة ال�شريعة اأم البطيئة ؟ لمعرفة
الخطوة المحددة ل�شرعة التفاعل الكيميائي دعنا ننظر اإلى المثال التالي :
لنفر����ض اأن هناك مجموعة م���ن ال�شيارات ت�شير
عل���ى �شفت���ي نه���ر و ي�شتوع���ب الم�ش���ار الواح���د اأربع
�شي���ارات في وقت واح���د و في جزء من ه���ذا الج�شر
يوجد اأعمال �شيانة بحيث ي�شيق الج�شر و ل ي�شمح اإل
بم���رور �شيارة واحدة فقط ففي ه���ذه الحالة الخطوة
التي تحدد �شرعة انتقال ال�شيارات اإلى ال�شفة الأخرى
م���ن النهر هي المنطقة التي ي�شيق فيها الطريق لأنها
هي اأبطاأ خطوة يتم فيها تدفق ال�شيارات .
و من الأمثلة على التفاعالت التي تتم في عدة خطوات التفاعل الآتي :
2H2 + 2NO N2 + 2H2O
H2 [ × NO[² × شرعة التفاعل = ثابت�
حيث وجد بالتجربة اأن قانون �شرعة هذا التفاعل هو :
ونالح���ظ اأن ه���ذا القانون ل يتفق مع المعادلة الرئي�شية للتفاع���ل ، مما يعني اأن التفاعل ل يحدث في خطوة
واحدة و لقد وجد اأنه يحدث في خطوتين هما :
ناق�ض مع زمالئك اأبطاأ خطوة تحدد �شرعة و�شولك للمدر�شة .
�شكل )7-4(
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
126كيمياء )2(
اقترح ميكانيكية للتفاعل التالي :
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
NO + O3 NO2 + O2
�شكل )8-4(
فوران فيتامين C في ماء بارد وماء �شخن
ثالثا : درجة الحرارة
)C( م���اذا يحدث عند اإ�شافة قر�ض من فيتامين -
الفوار اإلى ن�شف كاأ�ض ماء بارد؟
)C( م���اذا يحدث عند اإ�شافة قر�ض من فيتامين -
الفوار اإلى ن�شف كاأ�ض ماء �شاخن ؟
- اأيهما اأ�شرع فورانا ؟
- ما العامل المتغير الذي نتوقع اأن يكون موؤثرا في
اختالف ال�شرعتين ؟
دعنا نقوم بالن�شاط التالي ل�شتك�شاف
اأثر درجة الحرارة على �سرعة التفاعل :
O3 [ × الذي يخ�سع لقانون �سرعة التفاعل التالي : �سرعة التفاعل = ثابت[
H2 + 2NO N2O + H2O
H2 + N2O N2 + H2Oو منه نجد اأن قانون �شرعة التفاعل يتفق مع الخطوة البطيئة و هي الخطوة المحددة ل�شرعة التفاعل .
127
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
الأدوات والمواد :
)4 - 7( اأثر درجة الحرارة على �سرعة التفاعل.
ح���رارة، مقيا����ض ، اختب���ار اأنابي���ب
�شاع���ة اإيق���اف ، حم���ام مائ���ي داف���يء
)درج���ة حرارة50°م(، حم���ام ماء يغلي
حم����ض ، ) 100°م حرارت���ه )درج���ة
محل���ول م���ولر(، 0.2 ( الأك�شالي���ك
،)0.01( البوتا�شي���وم برمنجن���ات
م���ولر ) 0.3 ( الكبري���ت حم����ض �
خطوات العمل :
1- �شع 2 مل من حم�ض الأ ك�شاليك في اأنبوبة اختبار
. ) 1 (
2- �شع 1 مل من برمنجنات البوتا�شيوم و اأ�شف اإليها
ب�شع قطرات من حم�ض الكبريت في اأنبوبة اختبار
.) 2 (
البوتا�شي���وم برمنجن���ات محل���ول اإل���ى )1( الأنبوب���ة ف���ي الأك�شالي���ك حم����ض اأ�ش���ف -3
و حم����ض الكبري���ت ف���ي الأنبوب���ة ) 2 ( ث���م اب���داأ ف���ي ح�ش���اب الزم���ن م���ن لحظ���ة الإ�شافة .
4- ح���رك المحل���ول جي���دا و �شج���ل درجة الح���رارة و اتركه جانبا حت���ى اختفاء ل���ون البرمنجنات
الأرجواني ثم �شجل الزمن الالزم لختفاء اللون .
5- كرر الخطوات ال�شابقة و لكن بو�شع الأنابيب قبل مزجها لمدة خم�ض دقائق مرة في حمام مائي
درجة حرارته 50°م و مرة اأخرى في حمام مائي درجة حرارته100°م
6- �شجل نتائج التجربة في الجدول الآتي :
رقم التجربة
1
2
3
الزمن الالزم لختفاء لون
البرمنجنات بالثانية
درجة حرارة المحلول
) درجة مئوية (
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
128كيمياء )2(
الزمن و الحرارة درجات بين بيانيا العالقة • ار�شم بالثانية على ورقة ر�شم بياني بحيث يمثل الزمن على
المحور ال�شيني .
تتاأثر �شرعة التفاعل • من خالل التجربة و �شح كيف بتغير درجة الحرارة .
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
الزمن
ةررا
حال
ة ج
رد
لحظ الكيميائيون اأن �شرعة التفاعالت الكيميائية تزداد ب�شكل عام مع ارتفاع درجة حرارة التفاعل ، اإل اأن
العالق���ة الكمي���ة بين �شرعة التفاعل و درجة الحرارة تختلف من تفاعل لآخر و �شنفهم اأ�شباب ازدياد �شرعة
التفاعل بارتفاع درجة الحرارة حين ندر�ض نظرية الت�شادم .
تق���راأ على مل�شقة الدواء ن�شائ���ح ال�شركة ال�شانعة
له���ذا ال���دواء ، منه���ا : " يحف���ظ ال���دواء ف���ي درجة
ح���رارة اأق���ل من ..... " ما اأهمي���ة حفظ الدواء في
درجة الحرارة التي تن�شح بها ال�شركة ال�شانعة ؟
�شكل ) 4– 9 ( غالف دواء يبين
درجة الحرارة التي يحفظ عندها الدواء
129
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
هناك الكثير من ال�شواهد في حياتنا اليومية تو�شح اأثر درجة الحرارة في
�شرع���ة التفاعل ، فعلى �شبيل المثال �شخر اهلل �شبحان���ه و تعالى الحرارة لالإن�شان لي�شتفيد منه
ف���ي تح�شير طعامه و�شرابه حيث تعمل الحرارة على طهو الطعام و كلما ارتفعت درجة الحرارة
اأدى ذل���ك اإل���ى ت�شريع عملية ن�شج الطعام لأن زيادة درجة الح���رارة تزيد من �شرعة التفاعالت
الكيميائي���ة و بالتال���ي من �شرعة ن�شج الطعام و بف�شل اهلل عز وجل ابتكر الإن�شان اأواني خا�شة
ت�ش���رع من عملي���ة طهو الطعام و ت�شمى اأواني ال�شغط كذلك م���ن المالحظات اليومية على ذلك
حف���ظ الأطعم���ة داخل الثالجة ، حيث تك���ون درجة الحرارة بداخل الثالج���ة منخف�شة جدا مما
يوؤدي اإلى التقليل من معدل �شرعة تفاعالت التحلل التي تحدث لالأطعمة و ت�شبب ف�شادها لذلك
تبقى الأطعمة مدة طويلة داخل الثالجة دون اأن تف�شد.
�شكل ) 4-12( قدر �شغط�شكل )4-11 (اأطعمة مبردة عمره���ا 4-10(جث���ة ( �ش���كل
الح���رارة درج���ة 5000�شن���ة
المنخف�ش���ة بط���اأت م���ن تحللها
بالتعاون مع زمالئك , اذكر تف�سيرا علميا لكل مما يلي :
1- ا�شتخدام اأواني ال�شغط لإ�شراع عملية طهو الطعام .
2- يف�شد الطعام في ال�شيف اأ�شرع من ال�شتاء .
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
130كيمياء )2(
Catalysts رابعا : المواد الحافزة
هن���اك تفاع���الت كيميائية كثيرة تتم ببطء عند مزج المواد المتفاعلة ، لكن �شرعتها تزداد بدرجة ملحوظة
اإذا اأ�شيف اإلى المواد المتفاعلة مواد اأخرى تعرف بالمواد الحافزة .
؟ المواد هذه عمل تعيق مواد هناك هل و التفاعل �شرعة على اأثرها ما و ، الحافزة المواد هي • فما الن�شاط التالي ي�شاعدنا على فهم اأثر المواد الحافزة على �شرعة التفاعل الكيميائي :
H2O2 يتفـــكك اأو ينحـــل فـــوق اأك�ســـيد الهيدروجين
اإلى غاز الأك�سجين و ماء
2H2O2 2H2O + O2
.............................................................
.............................................................
�شكل )4-13(اأ
تفكك H2O2 بدون عامل م�شاعد
كاأ�ش���ان زجاجيان ب�شع���ة 250 مل ،
H2O2 ف���وق اأك�شي���د الهيدروجين
بتركي���ز 3% ، م�شح���وق ثاني اأك�شيد
MnO2 المنجنيز
الأدوات والمواد الم�ستخدمة :
)4 - 8( اأثر المواد الحافزة على �سرعة التفاعل الكيميائي.
خطوات العمل :
1- �شع حوالي 15 مل من فوق اأك�شيد الهيدروجين في كل من
الكاأ�شين .
2- اأ�شف حوالي 2 ج���رام من م�شحوق ثاني اأك�شيد المنجنيز
اإلى اأحد الكاأ�شين . ماذا تالحظ ؟
فهل يوؤثر وجود المادة الحافزة على �سرعة تحلله ؟
131
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
�شكل )4– 13(ب
تفكك H2O2 في وجود عامل م�شاعد
ب - م���ا �شب���ب ازدياد توه���ج ال�شظية عن���د تقريبها اإلى
اأحد الكاأ�شين ؟
.........................................................
ج- و �شح تاأثير وجود ثاني اأك�شيد المنجنيز على تحلل فوق اأك�شيد الهيدروجين
....................................................................................................
3� قرب من كال الكاأ�شين �شظية م�شتعلة.
اأ - ف���ي اأي م���ن الكاأ�شي���ن ي���زداد توه���ج ال�شظي���ة عن���د
تقريبها اإليه؟
.........................................................
لحظ���ت م���ن خالل الن�شاط ال�شابق اأنه عن���د اإ�شافة مادة حافزة لو�شط التفاع���ل اأدى اإلى زيادة �شرعة
التفاع���ل فالم���ادة الحافزة اإذن هي : مادة تزيد من �شرعة التفاعل الكيميائي دون اأن ت�شتهلك ، فبعد انتهاء
التفاع���ل يمك���ن ا�شتعادتها من المزيج المتفاع���ل دون اأن تتعر�ض لتغير كيميائي ، و بم���ا اأن المادة الحافزة
تم���زج م���ن التفاعل بدون حدوث اأي تغير كيميائي لها فهي ل تظهر كاإح���دى المواد المتفاعلة اأو الناتجة في
المعادل���ة الكيميائية المتوازن���ة الإجمالية و اإنما يتم الدللة على و جودها عن طريق كتابة ا�شمها اأو �شيغتها
ف���وق ال�شهم فمثال تحلل ف���وق اأك�شيد الهيدروجين ) في الن�شاط ال�شابق ( يتم ب�شرعة في وجود ثاني اأك�شيد
المنجنيز ، فيمكن كتابة معادلة التفاعل المحفزة كما يلي :
2H2O2 MnO2 2H2O + O2
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
132كيمياء )2(
تت�ش���ح اأهمي���ة وج���ود العوامل الحف���ازة في حق���ل ال�شناع���ات الكيميائية ،
ن الن�شادر بالتفاعل المبا�شر بين النيتروجين و الهيدروجين فاإن �شرعة التفاعل تزداد فعند تكو
ب�ش���كل كبير ج���دا عند اإ�شافة الحدي���د اأو اأحد مركبات���ه ) اأك�شيد الحديد الثالث���ي ( اإلى حيز
التفاع���ل لتفاع���ل حفاز كم���ا تعتمد معظم التفاع���الت الع�شوية و ال�شناع���ات البتر وكيميائية
عل���ى العوامل الحفازة . و ل تقت�شر اأهمية العوامل الحفازة على ال�شناعة والتجارب المخبرية
فق���ط ب���ل ت�شمل جمي���ع الأحياء عل���ى �شطح الأر����ض فمثال ج�ش���م الإن�شان يحوي ه���ذه المواد
الحف���ازة و تع���رف بالأنزيم���ات و التي ي���وؤدي كل منها وظيف���ة حيوية خا�شة و م���ن التطبيقات
الأخ���رى للم���واد الحافزة تزوي���د ال�شيارات بمح���ولت محف���زة للتحكم في الغ���ازات ال�شادرة
م���ن عادم ال�شيارة حيث تق���وم هذه المحفزات باأك�ش���دة غاز اأول اأك�شيد الكرب���ون المنبعث من
الع���ادم و تحويل���ه اإل���ى غاز ثان���ي اأك�شيد الكرب���ون و كذلك اأك�ش���دة الهيدروكربون���ات اإلى ثاني
اأك�شي���د الكرب���ون و بخار الماء و ذلك رغبة في الحد م���ن تلوث الهواء الجوي بالغازات ال�شارة .
اكت���ب بحثا تو�شح في���ه دور الأنزيمات كمادة حاف���زة ت�شاعد على اإتمام العملي���ات الحيوية في
ج�شم الإن�شان .
133
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
ق���م بزي���ارة اإلى اأحد الم�شانع في منطقت���ك ) اإن كان متوفر فيها ( مث���ل م�شنع �شناعة الأ�شمدة
الكيميائي���ة و اكت���ب تقريرا عن تلك الزيارة و العوامل الم�شاع���دة الم�شتخدمة في التفاعالت التي
تتم في تح�شير المواد التي ينتجها الم�شنع و ناق�ض معلمك عند الحاجة لذلك .
تجدر الإ�شارة اإلى وجود مواد تعوق عمل المواد الحافزة اإذا وجدت في و�شط التفاعل وتعرف هذه المواد
بال�شم���وم فالكبريت مث���ال من �شاأنه اأن يعيق عم���ل اأكا�شيد الحديد كمادة حافزة ت�شاع���د على زيادة �شرعة
تفاع���ل النيتروجين مع الهيدروجي���ن في �شناعة الن�شادر ، كذلك وجود الر�شا����ض في وقود ال�شيارات يعيق
عمل المادة الحافزة التي تزود بها بع�ض ال�شيارات للتحكم بغازات العوادم.
تحوي م�شاحيق الغ�شيل البيولوجية حفازات اأنزيمية ت�شاعد في تفكيك البقع و اإزالتها .
و هذه الم�شاحيق غير فعالة في الماء الحار لأن درجات الحرارة العالية تقتل الأنزيمات .
ع���ادة ت�شتعم���ل الحفازات لزي���ادة �شرعة التفاع���ل و ي�شمى محفز موجب ، لكن يمك���ن ا�شتخدامها
اأي�شا لتثبيط التفاعل عن طريق تقليل �شرعة التفاعل و ي�شمى محفز �شالب فمثال ت�شاف كيماويات
م�شادة للتاأك�شد كمواد حافظة اإلى الأطعمة لحفظها من التعفن ال�شريع .
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
134كيمياء )2(
: Collision Theory اأول : نظرية الت�سادم
تتاألف نظرية الت�سادم من فر�سين اأ�سا�سيين :
الفر�ـــض الأول: لكـــي يتفاعـــل جـــزيء مـــن مادة معينـــة مع جزيء من مـــادة اأخرى فـــاإن عليهما اأن
يت�سادما اأي اأن ت�سادمهما �سرط اأ�سا�سي لحدوث التفاعل .
لديك التفاعل الآتي :
A + B مواد ناتجة
ح�ش���ب الفر����ض الأول م���ن نظرية الت�شادم لكي تتفاعل الم���ادة ) A ( مع المادة ) B ( فاإنه من
ال�شروري بالن�شبة لجزيئات المادة A اأن تت�شادم مع جزيئات المادة B ، وبذلك نجد اأن معدل �شرعة
التفاع���ل تتنا�ش���ب طرديا مع عدد الت�شادمات بين جزيئات المواد المتفاعل���ة ) اأو ذراتها اأو اأيوناتها (
�سرعة التفاعل عدد الت�سادمات / الثانية
و بو�شعك اأن ت�شتنتج اأن زيادة تركيز المواد المتفاعلة ) اأو م�شاحة ال�شطح المعر�ض للتفاعل ( يزيد
من عدد جزيئات المواد المتفاعلة و بالتالي يزداد احتمال الت�شادم بين جزيئات المواد المتفاعلة مما
يزيد من �شرعة التفاعل الكيميائي . و ال�شكل التالي يو�شح ذلك :
تف�سير اأثر العوامل المختلفة على �سرعة التفاعل الكيميائي
در�شت �شابقا اأنه لتف�شير المالحظات و نتائج التجارب تو�شع نظرية قوامها عدة فرو�ض يعمل بموجبها
عل���ى تف�شير هذه المالحظات و النتائج ، و نحاول بموجبها اأي�شا اأن نتوقع نتائج بع�ض التجارب الأخرى قبل
اإجرائه���ا . و يقا�ض م���دى �شحة النظرية المتبعة بمقدار تطابق نتائج التج���ارب المتوقعة مع النتائج الفعلية
الت���ي يت���م الح�شول عليها في المختب���ر ، و لتف�شير اأثر العوامل المختلفة على �شرع���ة التفاعالت الكيميائية
و�شعت نظريتان : نظرية الت�شادم و نظرية الحالة النتقالية .
135
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
�شكل )4-14 ( يزداد عدد الت�شادمات بزيادة التركيز
)اأ(
B B
A
B
A A A
B A
)ج()ب(
لديك التفاعل التالي :) نواتج 2A + B ( ار�سم كافة الحتمالت المختلفة لت�سادم
الجزيئان A , B عند زيادة تركيز المادة B اأربعة اأ�سعاف التركيز الأ�سلي
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
الفر�ـــض الثانـــي : لي�ـــض من ال�ســـروري اأن يوؤدي كل ت�ســـادم بين جزيئيـــن اإلى حدوث تفاعـــل كيميائي
بينهما فهناك ت�سادمات غير مثمرة ل ينتج عنها اأي تفاعل .
اإذن لنا اأن نت�شاءل الآن : متى يكون الت�شادم مثمرا ؟
لكي يكون الت�شادم بين الجزيئات مثمرا يوؤدي اإلى تكوين نواتج لبد اأن تتوفر بع�ض ال�شروط:
اأربعة ت�شادماتت�شادمانت�شادم واحد
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
136كيمياء )2(
�شكل ) 4-15 ( احتمالت الت�شادم بين جزئيات A ، B ونواتج الت�شادم
)اأ(
)ب(
نوع الت�شادم :
ال�شبب :
نوع الت�شادم :
ال�شبب :
............................
..................................
............................
..................................
A A A A A A B A A ABBBABBBBBB
ال�ســـرط الأول : اأن تتخ���ذ الوح���دات المت�شادم���ة ) ذرات � جزيئات � اأيون���ات ( اأو�شاعا منا�شبة من حيث
الم�شافة و التجاه لحظة الت�شادم ، فمثال لو كان لدينا التفاعل الآتي :
فلكي يتم اإنتاج النواتج A2 ، B2 يجب اأن تقترب ذرتان من A من بع�شهما و ذرتان من B من بع�شهما ،
اإلى حد كبير بحيث يكون من الممكن تكوين روابط A-A و B-B ) حيث الم�شافة بين الذرتين عبارة عن
ن�شفي قطري الذرتين ( كما في �شكل ) 4 – 14 اأ ، 4 – 14 ب ( .
2AB A2 + B2
+B
BAA
+++
ت�سادم غير
مثمر
ت�سادم مثمر
137
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
�شكل )4-16( توزيع الطاقة الحركية في جزئيات
مادة ما عند درجتي الحرارة د1 ، د2
ال�ســـرط الثاني : لبد اأن تتوفر للوحدات المت�شادمة
كمية م���ن الطاقة كح���د اأدنى تكفي لح���دوث التفاعل
اتف���ق عل���ى ت�شميته���ا بالطاق���ة المن�شط���ة و يرمز لها
بالرم���ز )ط م ( اإذ لي�ض جميع الجزيئات تمتلك قدرا
متماث���ال من الطاق���ة . اإذن كل ت�ش���ادم بين جزيئين
ل تتوف���ر لهم���ا كمية م���ن الطاق���ة المن�شط���ة المتوقع
ح���دوث ت�شادم غي���ر مثم���ر ل ينتج عن���ه اأي تفاعل .
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
الطاقة
تئا
يز
جل ا
دد
ع
1د
2د
مط
( نجد اأن هناك عدد محدد من الجزيئات عند 1
فمثال لو اأخذنا كمية من الغازات عند درجة الحرارة )د
هذه الدرجة لديه طاقة كافية للتفاعل) المنطقة المظللة في ال�سكل)4-16 ( و لكن عند رفع درجة الحرارة
(تزداد الطاقة الحركية للجزيئات مما يزيد من عدد الجزيئات التي تمتلك ذلك الحد الأدنى من 2اإلى )د
الطاقة ) ط م ( و بالتالي تزداد احتمالت الت�سادمات المثمرة فتزداد �سرعة التفاعل كما في ال�سكل ال�سابق :
في مزيج من الميثان و الهواء ي�شطدم كل جزيء من الميثان باألف مليون جزيء من الأك�شجين
109 ت�شادمات في الثانية بالرغم من ذلك ل يتم التفاعل ب�شرعة ملحوظة عند درجة الحرارة
( تزداد �شرعة التفاعل.2
( و لكن عند رفع درجة الحرارة اإلى ) د1
العادية ) د
ف�شر ذلك في �شوء نظرية الت�شادم .
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
138كيمياء )2(
Transition State Theory ثانيا : نظرية الحالة النتقالية
عن���د مناق�شتنا لنظرية الت�شادم ركزنا اهتمامنا ب�شكل رئي�ش���ي على العالقة بين �شرعة التفاعل و عدد
الت�شادم���ات بي���ن جزيئات المواد المتفاعلة في الثاني���ة . اأما نظرية الحالة النتقالي���ة فتهتم ب�شكل رئي�شي
بم���ا يح�شل فعليا خالل ح���دوث الت�شادمات عن طريق تتبع طاقة و اتجاه جزيئ���ات المادة المتفاعلة عند
ت�شادمه���ا، فكما عرف���ت �شابقا اأنه لكي ت�شطدم الجزيئات ا�شطداما مثم���را وجب عليها اأن تتخذ اأو�شاعا
منا�شب���ة بالن�شب���ة لبع�شها البع����ض من حيث الم�شاف���ة و التجاه ، ه���ذه الأو�شاع ذات طاقة عالي���ة ن�شبيا و
ي�ش���كل اتخاذه���ا حاجزا من الطاق���ة على جزيئات الم���واد المتفاعلة اأن تتخطاها كي ت�ش���كل نواتج التفاعل
و عن���د قمة ه���ذا الحاجز ترتب���ط الوحدات المت�شادم���ة لفترة وجيزة ج���دا ارتباطا اأقل ا�شتق���رارا من كل
الم���واد المتفاعل���ة و الناتجة و ت�شمى هذه الحال���ة بالحالة النتقالية اأو الن�شط���ة و التي يتكون عندها مركب
ن�ش���ط) و�شط���ي ( غير ثابت يك���ون تركيبه و�شط بي���ن المواد المتفاعل���ة و المواد الناتج���ة و ل يمكن ف�شله
م���ن التفاع���ل و طاقة ه���ذا المركب اأكبر من طاق���ة المواد المتفاعل���ة اأو الناتجة و يع���رف بالمركب الن�شط
Activated Complex، كم���ا اأن تك���ون هذا المركب ل يعن���ي بال�شرورة �شير عملي���ة التفاعل اإلى النهاية
لتكوي���ن النوات���ج لأن هن���اك احتمال اأن يتف���كك ليعطي المواد المتفاعل���ة اأ�شال عو�شا ع���ن نواتج التفاعل .
من حكمة اهلل �شبحانه وتعالى اأنه لم تكن كل الت�شادمات التي تحدث في حيز التفاعل
ت�شادم���ات مثم���رة فل���و كان���ت جمي���ع الت�شادم���ات الحا�شل���ة �شم���ن حي���ز التفاع���ل مثم���رة
ف���ي اإح���داث تغي���ر كيميائ���ي ف���اإن جمي���ع التفاع���الت الكيميائي���ة تنته���ي بم���ا فيه���ا التفاع���الت
الكيميائي���ة الحياتي���ة ب�ش���كل لحظ���ي و بم���ا اأن للمخلوق���ات الحي���ة فت���رة زمني���ة مح���ددة تعي�ض
بق���درة اهلل �شبحان���ه اأو ربم���ا مجموع���ة عوام���ل ( م���ا ) اأن عام���ال الوا�ش���ح خالله���ا فم���ن
وتعال���ى تتدخ���ل لتخفي����ض �شرع���ات التفاع���ل اإلى م�شت���وى معق���ول ف�شبح���ان اهلل رب العالمين .
139
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
�سرعة التفاعل الكيميائي
كيمياء )2(
A B A – A
A B B – B A – B
+
مواد ناتجة المركب الن�شط )الو�شطي( مواد متفاعلة
حي���ث ترمز الخطوط المت�شلة للروابط الت�شاهمي���ة العتبارية ، و اأما الخطوط المنقطة ترمز للروابط
المكونة جزئيا اأو المك�شرة جزئيا الموجودة في الحالة النتقالية المح�شورة بين الأقوا�ض .
يمكن تمثيل هذا الو�سع بيانيا لتفاعل ما�ض و اآخر طارد للحرارة كما يلي :
�شكل )4 -17( ب تفاعل طارد للحرارة�شكل )4-17( اأ تفاعل ما�ض للحرارة
المواد الناتجة
د المتفاعلةالموا
الطاقة
)1( )2(
الطاقة المن�شطة
المركب المن�شط
المواد الناتجة
المواد المتفاعلة
الطاقة
)1( )2(
الطاقة المن�شطة
المركب المن�شط
فالمرك���ب الن�ش���ط Activated Complex هو مركب يتكون لحظيا عندم���ا تكت�شب المواد المتفاعلة كمية
من الطاقة المن�شطة و قد يوؤدي اإلى نواتج تفاعل اأو يتفكك اإلى متفاعالت .
اأما الطاقة المن�شطة Activation Energy فهي الطاقة ال�شرورية لتحويل المواد المتفاعلة اإلى المركب
الن�شط . و لتو�شيح ذلك نفتر�ض اأن لدينا تفاعل تفكك لجزيئات المركب AB لإنتاج A2 ، B2 فمن الممكن
تمثيله كما يلي :
+
A - B
�سرعة التفاعل الكيميائي
ع اب
رل ا
ل�س
فلا
140كيمياء )2(
( 4-19)
ط م
ع�ش
وال
ة قطا
∆H
المتفاعالت
النواتج
م�شار التفاعل
= الطاقة المن�شطة قبلط م
تحفيز التفاعل .
= الطاقة المن�شطة بعدط م
تحفيز التفاعل .
لحظ اأن : طم > ط م
ط م
�شكل ) 4-19( اأثر المادة الحافز على �شرعة التفاعل
و الآن لنا اأن نت�شاءل : هل هناك عالقة بين
�شرعة التفاع��ل و كمية الطاقة المن�شطة الالزمة
لإتمام التفاعل؟ تجدر الإ�شارة اإلى اأنه اإذا كانت
طاق���ة الو�شع للحال���ة النتقالية عالية ف���اإن قدرا
كبيرا من الطاقة يجب اأن يتوافر في الت�شادم بين
الجزيئات لتكوين المركب الن�شط و ينتج عن ذلك
طاقة من�شطة عالية و بالتالي تفاعل بطيء ، اأما لو
كان من الممكن ب�شكل ما اإنتاج مركب ن�شط بطاقة
تقارب تلك للمواد المتفاعلة فاإن الطاقة المن�شطة
تك���ون منخف�ش���ة و بالتال���ي التفاعل �شري���ع . اإذا
ت���زداد �شرعة التفاعل كلما قلت الطاقة المن�شطة
الالزم���ة لإتمام التفاع���ل ، وهذا هو بال�شبط دور
العام���ل الحافز ف���ي التفاع���الت الكيميائية حيث
اأن���ه يوف���ر طريقا يحت���اج اإلى طاق���ة من�شطة اأقل
م���ن الطاق���ة المن�شط���ة الالزم���ة بغي���اب العامل
الحافز وبالتالي تزداد �ش���رعة الت��فاعل . وال�ش�كل
)4 - 18( يو�شح ذلك .
ما اأثر المادة الحافزة على حرارة التفاعل H∆ ؟
�شكل ) 4 -18 ( يوفر العامل الحافز
طريقا يحتاج اإلى طاقة من�شطة اأقل
اأ�صئلة الف�صل الرابع
141
�ض1: �سع دائرة حول حرف الإجابة ال�سحيحة فيما يلي :
1-اأك�سدة اأك�سيد النيتريك اأ�سرع من اأك�سدة الميثان ) في نف�ض الظروف ( لأن :
اأ ( عدد الروابط في اأك�شيد النيتريك اأقل
ب ( عدد الروابط في اأك�شيد النيتريك اأكثر.
ج ( الرابطة في اأك�شيد النيتريك اأيونية
د ( الرابطة في الميثان ت�شاهمية .
2- التفاعالت المتجان�سة :
اأ ( تكون فيها المواد المتفاعلة و الناتجة في حالة واحدة من حالت المادة .
ب ( تعتمد �شرعة التفاعل فيها على م�شاحة منطقة التما�ض .
ج ( تعتمد �شرعة التفاعل فيها على تركيز المواد المتفاعلة .
د ( اأ ، ج كالهما �شحيح .
3- تقا�ض �سرعة التفاعل الآتي 2H2O 2H2 + O2 باإحدى الطرق الآتية :
H2O اأ ( �شعف معدل اختفاء
H2O ب ( ن�شف معدل تكون
H2Oج ( ن�شف معدل اختفاء
H2O د ( �شعف معدل تكون
�ض2: اأ ( ار�سم منحنى يمثل طاقة الو�سع للمواد اأثناء التفاعل التالي :
حرارة + A + B C + D مو�شحا على الر�شم ما يلي :
. الناتجة و المتفاعلة المواد طاقة • م�شتوى
142
. الن�شط المركب طاقة م�شتوى • . المن�شطة الطاقة و التفاعل حرارة مقدار •
ب ( و �سح على الر�سم التغيرات التي تطراأ عند اإ�سافة مادة حافزة اإلى و�سط التفاعل .
�ض3 : اذكر تف�سيرا علميا دقيقا لما يلي :
اأ - تحترق قطعة خ�شب كتلتها 100 جرام بمعدل اأقل من احتراق ن�شارة خ�شب لها نف�ض الكتلة .
ب - حرق ال�شكر في ج�شم الإن�شان يتم عند 37 °م بينما يحتاج احتراقه في المختبر اإلى درجة حرارة اأعلى.
ج- ل توؤدي جميع ال�شطدامات بين دقائق المواد المتفاعلة اإلى حدوث تفاعل .
�ض4 : في اأي التجارب الآتية يكون التفاعل بين حم�ض الكلور والخار�سين اأ�سرع ما
يمكن ؟ ف�سر اإجابتك .
�ض5 : يتم تفاعل NO مع Cl2 بموجب المعادلة :
2NO + Cl2 2NOCl و قـــد تـــم جمـــع المعلومـــات التاليـــة حولـــه :
رقم التجربة
1
NO [ Cl2 [معدل ال�سرعة
2
3
4
0.1
0.1
0.2
0.3
0.1
0.2
0.1
0.1
6-10 ×2.35
6-10 ×5.06
6-10 ×10.1
6-10 ×22.8
تركيز حم�ض الهيدروكلوريكحالة فلز الخار�سيندرجة الحرارة Oمالتجربة
1
2
3
4
5
30
30
90
90
90
حبيبات
م�سحوق
م�سحوق
م�سحوق
حبيبات
مخفف
مخفف
مركز
مخفف
مركز
143
من خالل المعلومات ال�شابقة ، اكتب قانون ال�شرعة لهذا التفاعل .
�ـــض6 : ت�ســـبح الح�ســـرات - و هـــي من المخلوقات الحيـــة ذات الدم البـــارد و التي تتغير
درجة اأج�سامها بتغير درجة حرارة محيطها ـ بطيئة الحركة في الطق�ض البارد .
ف�سر هذه الظاهرة بناء على درا�ستك للعوامل الموؤثرة في �سرعة التفاعل .
�ض7 : لنفتر�ض اقتراح الت�سل�سل التالي من التفاعالت لتفاعل ما :
اأ- ما التفاعل الكيميائي الإجمالي ال�شافي ؟
ب- ما قانون �شرعة التفاعل المتوقع اإذا كانت الخطوة ) 1 ( بطيئة والخطوة ) 2 ( �شريعة ؟
ج - ما قانون �شرعة التفاعل المتوقع اإذا كانت الخطوة ) 2 ( بطيئة والخطوة ) 1 ( �شريعة ؟
�ض8 : اإذا مزجت كمية معينة من غاز اليود مع كمية اأخرى من غاز الهيدروجين في
وعاء �سعته لتر واحد . واإذا علم اأن الغازين يتفاعالن ليكونا غاز يوديد الهيدروجين
)I2( وتتنا�سب طرديا مع ) H2 ( فاإن �ســـرعة التفاعل تتنا�ســـب طرديا مع , )HI(
فاكتب قانون �سرعة التفاعل , ثم بين اأثر ما يلي على �سرعة التفاعل.
اأ- ارتفاع درجة الحرارة .
ب -اإ�شافة مادة حافزة اإلى و�شط التفاعل .
ج- اإ�شافة كمية من غاز الهيدروجين .
د- �شحب كمية من غاز اليود اأثناء عملية التفاعل .
ه� - زيادة حجم وعاء التفاعل .
النظر بمجرد كتابته يمكن ول �سرعته يحكم قانون كيميائي تفاعل �ض9 : " لكل
لمعادلة التفاعل " ف�سر العبارة ال�سابقة في �سوء درا�ستك .
)1( 2A A2
)2( A2 + B C + 2D
يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :
1- تتاأمل قدرة اهلل �شبحانه وتعالى في اإيجاد التوازن في الكون .
2- ت�شرح طبيعة حالة التزان .
3- تحدد التفاعالت الكيميائية التي يحدث فيها اتزان كيميائي .
4- تتعرف التزان الكيميائي .
5- تكتب قانون ثابت التزان لتفاعل ما من معادلته الموزونة ب�شورة �شحيحة .
6- تذكر العوامل الموؤثرة في حالة التزان وثابت التزان .
7- تف�شر اأثر العوامل الموؤثرة على حالة التزان وقيمة ثابته بناء على مبداأ لو�شاتليه .
8- تجري بع�ض الح�شابات المتعلقة بالتزان الكيميائي .
9- تتعرف بع�ض التطبيقات العملية لالتزان في حياتنا .
الأهداف
144
االتزان الكيميائي
المقدمة
يلع���ب الت���زان دورا هام���ا ف���ي حياتنا على �شط���ح الأر�ض . فق���د جع���ل اهلل �شبحانه كثيرا م���ن العمليات
النعكا�شية ) التزانية ( تتم في الطبيعة للمحافظة على حياة المخلوقات الحية ، فاإذا اختل هذا التوازن
فاإن ا�شطرابا عظيما يمكن اأن يحدث في الحياة. ويمكن اعتبار اأي نظام في حالة توازن عندما ل تالحظ
علي���ه اأي تغيرات مع م���رور الزمن و التوازن نوعان الأول يعرف بالتوازن ال�ســـاكن الذي يمتاز بعدم حدوث
تغي���رات �شواء على الم�شتوى العيني اأو الجزيئي من النظام والثاني ما يعرف بالتوازن الديناميكي والذي
يمت���از بعدم حدوث تغيرات عل���ى الم�شتوى العيني للنظام المتوازن ديناميكي���ا ولكن تحدث تغيرات ن�شطة
عل���ى الم�شت���وى الجزيئي والجدي���ر بالذكر اأن التوازن���ات الكيميائية هي توازن���ات ديناميكية ويتم التعامل
معه���ا عل���ى هذا الأ�شا�ض و�شوف ن�شتعر�ض في هذا الف�شل اأنواع التفاعالت من حيث التزان والتزان في
التفاعالت النعكا�شية والعوامل الموؤثرة عليها وكذلك �شندر�ض ح�شابات متعلقة بالتزان .
التزان في الكون :
خل���ق اهلل ع���ز وج���ل الكون بقوانين غاي���ة في الدقة والإح���كام تحكم جمي���ع الظواهر الكونية
وتجعله���ا في حالة اتزان وهناك كثير من الظواهر الطبيعية لكوكب الأر�ض الذي نعي�ض فيه تو�شح
مفه���وم الت���زان ومن اأهم هذه الظواهر دورات العنا�شر في الطبيع���ة " الأك�شجين ، النيتروجين،
دورت الم���اء في الطبيع���ة " كذلك فالعملي���ات الكيميائية الحيوية التي تحدث ف���ي ج�شم الإن�شان
تخ�ش���ع ه���ي الأخرى لتزان دقيق فمثال نجد اأن ن�شبة ال�شكر ف���ي دم ال�شخ�ض ال�شليم تظل ثابتة
عند حد معين ويعزى ذلك اإلى حدوث عمليتين متقاربتين الأولى هي :
145
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
146 الكيمياء )2(
اختزان ال�شكر الزائد عن حاجة الج�شم على هيئة ن�شا حيواني )جاليكوجين ( في الكبد والأخرى
هي عملية تحول جزء من الن�شا الحيواني المختزن اإلى �شكر ين�شاب في الدم . اإن كل ذلك يجعلنا
نت�ش���اءل اإج���الل وتقديرا لواه���ب الحياة و�شير الأحي���اء و الجمادات ونتذكر عندئ���ذ قوله تعالى:
م���ن خالل معرفتك بالتزان في الكون الف�شيح من حولنا تجد اأن كال منها يتعر�ض لقوى م�شادة تحاول
التاأثي���ر علي���ه ف���ي اتجاه معين والت���زان كمفهوم عام هو حالة تك���ون القوى والعوامل الموؤث���رة على �شيء ما
معادله للقوى والعوامل الم�شادة التي توؤثر على نف�ض ال�شيء .
�شمم عر�شا عن التزان الفيزيائي ] الدورات الطبيعية والتزان البيولوجي في ج�شم الإن�شان
مزودا بال�شور .
ناق����ض مع زمالئك ماذا يحدث لو اختلت ن�شبة الكال�شيوم في البالزما وال�شائل بين الخلوي في
ج�شم الإن�شان.
طبيعة حالة التزان
يت�شح مما �شبق اأن جميع الأنظمة �شواء الفيزيائية اأو البيولوجية دائما في حالة تغير لت�شل اإلى التزان
ولفهم طبيعة حالة التزان . قم باإجراء الن�شاط التالي :
)الفرقان :2(.
147 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
ف���ي حالة اتزان الم���ادة ال�شلبة مع محلولها المائي نالحظ اأن هن���اك عمليتان مت�شادتان وهما عمليتي
الذوبان والتر�شب تتم ب�شرعة واحدة عند حالة التزان . فيبدو للناظر وكاأن �شيئا لم يتغير اأي اأن:
�سرعة الذوبان = �سرعة التر�سيب
ملح برمنجنات البوتا�شيوم
ال�شلب- كبريتات النحا�ض
ال�شلب -اأطباق بتري- ماء مقطر
الأدوات والمواد :
)5 - 1( طبيعة حالة التزان.
خطوات العمل :
1- اأ�شف قليال من ملح برمنجنات البوتا�شيوم ال�شلب
اإلى قليل من الماء في طبق بتري . ثم قم بتحريكه .
ماذا تالحظ ؟
2- اأ�ش���ف مزي���دا م���ن مل���ح برمنجن���ات البوتا�شي���وم اإل���ى الطبق
ماذا تالحظ ؟
- ماذا يحدث لدرجة لون المحلول ؟
- هل هناك تر�شب لجزيئات الملح ؟ " ف�شر ذلك "
�شكل ) 1-5 (
ذوبان برمنجنات البوتا�شيوم في
الماء
3- كرر خطوات التجربة با�شتخدام ملح كبريتات النحا�ض ال�شلب.
- ما هي النتائج التي تو�شلت اإليها ؟
..............................................................................................
..............................................................................................
........................................................
........................................................
........................................................
........................................................
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
148 الكيمياء )2(
)5 - 2( اتزان �سائل مع بخاره.
عن���د اتزان �شائل م���ع بخاره هناك عمليتان مت�شادتان تحدث وهي التبخر والتكثف وتتم ب�شرعة واحدة
عند التزان ويبدو للناظر كاأن �شيئا لم يتغير اأي اأن :
�سرعة التبخر = �سرعة التكثف
دورق - �ش���دادة مطاطي���ة - م���اء
مقط���ر - قل���م اأزرق - قلم اأحمر -
موقد )لهب(.
الأدوات والمواد :
خطوات العمل :
�ش���ع قليال م���ن الماء في ال���دورق و�ش���ده بال�شدادة -1
المطاطية .
�شع اإ�شارة بالقلم الأزرق عند م�شتوى الماء . -2
قم بالت�شخين اإلى درجة الغليان . ماذا تالحظ ؟ -3
�ش���ع اإ�ش���ارة اأخ���رى بالقلم الأحم���ر عند الم�شت���وى الذي و�ش���ل اإليه الماء . م���اذا تالحظ ؟ -4
اترك الدورق ليبرد فترة من الزمن ماذا تالحظ ؟ -5
؟ الدورق داخل حدثتا اللتين المت�شادتان العمليتان • ما
؟ التزان حالة عند للعمليتين يحدث • ماذا ..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
..............................................................................................
149 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
ن�شتنتج من الن�شاطين ال�شابقين اأن الو�شول اإلى حالة
الت���زان ل تعني توقف التغير في العمليتين المت�شادتين
ولك���ن حدوثهم���ا م�شتمر بنف����ض ال�شرعة له���ذا يو�شف
التزان باأنه اتزان ديناميكي ن�شط فهو نظام متزن �شاكن
على الم�شتوى المرئي وديناميكي وم�شتمر في التجاهين
المت�شادين ، وبنف�ض ال�شرعة على الم�شتوى غير المرئي .
�شكل ) 5- 2( كاأ�ض ماء في حالة اتزان
مع بخاره
وبع���د معرفتنا لمفهوم التزان في الأنظم���ة الفيزيائية لنرى كيف تحدث عمليات التزان في التفاعالت
الكيميائية حيث يمكن تق�شيم التفاعالت الكيميائية من حيث التزان اإلى :
1- تفاعالت غير انعكا�سيه )تامة( :
وه���ي تفاع���الت ت�شي���ر في اتجاه واح���د لأن المواد الناتجة م���ن التفاعل ل ت�شتطي���ع اأن تتحد مع بع�شها
لتكوي���ن المواد المتفاعلة تحت ظروف التجربة ب�شبب خروج اإحدى النواتج من حيز التفاعل و)ت�شاعد غاز
اأو تكون را�شب ( .
)NaCl)aq( + AgNO3)aq( AgCl)S( + Na NO3)aqمثال :
Mg)S( + 2HCl)aq( MgCl2)aq( + H2)g(
-2 التفاعالت النعكا�سية ) غير تامة (:
ه���ي تفاعالت غير مكتملة تحدث في التجاهين )الطردي والعك�شي (و تكون المواد المتفاعلة والناتجة
موج���ودة با�شتم���رار في حيز التفاع���ل ) ل يحدث ت�شاعد غاز اأو تكون را�شب ( ويعب���ر عن التفاعل العك�شي
ب�شهمين متعاك�شين اأو بعالمة م�شاواة =
CH3COOH)aq( + C2H5OH)aq( CH2COOC2H5)aq( + H2O)l(
اذكر اأمثلة اأخرى على التزان الديناميكي في حياتك .
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
150 الكيمياء )2(
ال�زم�ن
التفاعل الطردي
حالة التزان
C + D A + Bالتفاعل العك�شي
A + B C + D
التزان الكيميائي
اإذا تفاعلت المادتان A و B وكانت النواتج C ، D كما يلي :
A + B C + D
• ماذا يحدث لتركيز المتفاعالت مع مرور الزمن ؟ • ماذا يحدث لتركيز النواتج مع مرور الزمن ؟ ؟ التراكيز بتغير التفاعل �شرعة تتغير • كيف
ف���ي بداية التفاعل تكون �شرع���ة التفاعل الطردي
كبيرة بينما �شرعة التفاعل العك�شي �شفرا لعدم وجود
النوات���ج D ، C وبا�شتم���رار التفاعل يزداد تركيز كل
م���ن المواد D ،C وبا�شتم���رار التفاعل تزداد �شرعة
التفاعل العك�شي وتقل �شرعة التفاعل الطردي .
وي�شتم���ر ذلك حتى تت�ش���اوى �شرعة التفاعل العك�شي مع �شرعة التفاعل الط���ردي وقد يبدو لنا في فترة
م���ن الوقت اأن التفاعل توق���ف ولكن الحقيقة اأن المواد المتفاعلة تتحد با�شتم���رار لتكوين النواتج وفي نف�ض
الوق���ت وبنف����ض ال�شرعة تتفاع���ل المواد الناتجة لتكوين الم���واد المتفاعلة في�شل النظ���ام اإلى حالة ل يتغير
فيها تركيز المواد المكونة له طالما كان النظام بعيدا على الموؤثرات الخارجية؛ �شكل )5-3(، وتعرف هذه
الحال���ة بحال���ة التزان الكيميائي الديناميك���ي ) الن�شط ( وعليه يمكننا تعريفه باأن���ه : حالة النظام عند ما
تثب���ت تركيزات المواد المتفاعلة والم���واد الناتجة وبالتالي ت�شبح �شرعة التفاع���ل الطردي م�شاوية ل�شرعة
التفاعل العك�شي .
�شكل ) 5-3 ( التغير في �شرعة التفاعل
مع مرور الزمن
بعد اأن تعرفت على اأنواع التفاعالت من حيث التزان تتوقع في اأي منها يحدث التزان الكيميائي ؟
لع
فالت
اةع
ر�ش
151 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
خوا�ض التزان
اإن التزان هو حالة تكون عندها خوا�ض المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن . -1
الت���زان الكيميائ���ي ذو طبيعة ديناميكية ) ن�شط ( اإذ اأنه على الرغم م���ن اأن تركيز المواد المتفاعلة -2
والنوات���ج ل يتغي���ر مع مرور الزمن عند حال���ة التزان اإل اأن التفاعل ل يتوقف ب���ل ي�شير في اتجاهين
متعاك�شين ب�شرعة واحدة .
اإن التفاعالت الكيميائية تتجه تلقائيا نحو تحقيق التزان . -3
اإن خوا�ض المجموعة عند التزان ثابتة في ظروف معينة ول تعتمد على الم�شار الذي �شلكته المجموعة -4
لت�شل اإلى حالة التزان .
ف�سر ثبات �سدة اللون البني عند و�سول التفاعل الآتي اإلى حالة التزان .
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
N2O4)g(
= 2NO2
بني اللون عديم اللون
ثابت التزان
عرفت مما �شبق اأن التزان الكيميائي هو الحالة التي تت�شاوى عندها �شرعتا التفاعلين فهل توجد عالقة
ريا�شي���ة بي���ن تراكيز المواد عند التزان لك���ي يمكن و�شف التزان الكيميائي وتحدي���ده كميا ؟ الآن ادر�ض
حالة التزان لتفاعل تكوين الن�شادر الذي يتم وفق المعادلة التالية :
N2)g( + 3H2)g( = 2NH3)g(
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
152 الكيمياء )2(
ت���م قيا����ض تراكيز الم���واد المتفاعلة والناتجة عند الت���زان في تجارب متعددة عن���د درجة حرارة ثابتة
و�شغط ثابت وكانت النتائج كما يلي :
- اح�شب قيمة الك�شر في العمود الأخير ؟
- ماذا تالحظ على قيمة الك�شر ؟
تالح���ظ من الجدول اأن حا�شل ق�شمة تركيز المادة الناتجة على حا�شل �شرب تراكيز المواد المتفاعلة
يك���ون ثابت���ا اإذا كان تركيز كل ماده مرفوع اإلى اأ�ض ي�شاوي معامل تل���ك المادة في المعادلة الموزونة ويعرف
. K هذا الثابت بثابت التزان ويرمز له بالرمز
ل���كل تفاع���ل كيميائي عك�شي ثابت ات���زان معين خا�ض به نح�ش���ل عليه بالعملي���ات الح�شابية عند حالة
الت���زان، وقيمة هذا الثابت عبارة عن ك�شر ب�شطه حا�شل �شرب تراكيز المواد الناتجة من التفاعل ومقامه
حا�ش���ل �شرب تراكيز المواد المتفاعلة مرفوع تركيز كل مادة منه���ا ) المواد المتفاعلة والناتجة ( اإلى اأ�ض
ي�شاوي معامل المادة في المعادلة الكيميائية الموزونة .
فاإن كان لدينا التفاعل الآتي :.
aA + bB = cC + dD
فيمكن كتابة قانون ثابت التزان له كما يلي :.
K =
C[c D[d
A[a B[b
]H2[ N2[ NH3رقم التجربة
NH3[2
N2[3 H2[
2-
10 × 8.66 1
1.15
1.85
1 -
10×4.12
1.27
0.5
1.35
2.43
1
2
3
153 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
ا�ستقاق قانون ثابت التزان من قانون �سرعة التفاعل
عل���ى الرغ���م من اأن التزان هو حقيقة اأثبتتها التجارب اإل ان���ه بو�شعنا اأي�شا ا�شتنتاجه من قانون �شرعة
التفاعل فاإذا اأخذنا التفاعل العك�شي الآتي .
فنجد اأنه يتكون من التفاعلين الآتيين .
aA + bB = cC + dD
aA + bB cC + dD التفاعل الطردي
cC + Dd aA + bB التفاعل العك�شي
ومن هنا نمكن التو�شل اإلى
× 2
× = ثابت 1
B[b ثابت A[aD[d
C[c
واإذا فر�شن���ا اأن كال من هذين التفاعلين يتم في خط���وة واحدة فيمكن كتابة قانون �شرعة التفاعل لكل
منهما كما يلي :.
1
�شرعة التفاعل الطردي = ثابت
2
�شرعة التفاعل العك�شي = ثابت
وعند حالة التزان تت�شاوى �شرعة التفاعلين
B[b A[a
D[d C[c
C[c D[d
A[a B[b=
1
ثابت
2
ثابت
وحي���ث اأن ه���ي ن�شب���ة مقداري���ن ثابتي���ن فيمكن التعوي����ض عنها بكمية ثابتة هي K وهو ما
تطلق عليه ثابت التزان فاإنه يمكننا كتابة المعادلة ال�شابقة على ال�شورة :
1
ثابت
2
ثابت
=KC[c
D[d
A[a B[b
...
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
154 الكيمياء )2(
ويالح���ظ اأن ثاب���ت التزان يعتمد عل���ى ثابتي �شرعت���ي التفاعلين اللذين يعتم���دان بدورهما على طبيعة
المواد المتفاعلة والناتجة على التوالي ودرجة الحرارة
طرق التعبير عن ثابت التزان
تاأمل طريقة كتابة ثابت التزان للتفاعالت التالية :
معادلة التفاعلثابت التزان
1( Zn)s( + 2Ag+)aq( = Zn+2
)aq( + 2Ag)s(
2( HCl)g(
+ H2O)l( = H3O
+)aq( + Cl-
)aq(
3( 2H2O)g( = O2 )g( + 2H2)g(
KC = Zn+2[Ag+[2
KP =
P)O2(
.
P2)H2(
KC = H3O
+[ Cl[HCl[
اكتب تعبير ثابت التزان لكل من :
1( A + B + C = D + E + F
2( A + 3B = 2C
3( 2A = B ....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
P2)H2O(
155 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
- لماذا ل تظهر تراكيز المادة ال�شلبة في ثابت لتزان ؟
- لم���اذا تم���ت كتابة تركيز الم���اء في ثابت التزان في المعادلة )3 ( ولم يكت���ب في قانون ثابت التزان
في المعادلة ) 2 ( ؟
- ما �شبب التعبير عن ثابت التزان مرة ب� Kp ومرة ب� Kc ؟
من خالل ذلك يمكن تلخي�ض بع�ض القواعد لكتابة قانون ثابت التزان .
يعبر عن ثابت التزان بالرمز Kp اإذا كانت المواد بع�شها اأو كلها المتفاعلة اأو الناتجة في )1
الحالة الغازية للدللة على اأن التركيز معبرا عنه بال�شغط الجزئي .
يعبر عن ثابت التزان بالرمز Kc اإذا كانت المواد المتفاعلة اأو الناتجة بع�شها اأو كلها في حالة )2
المحاليل ال�شائلة للدللة على اأن التركيز معبرا عنه بالمولرية ويتم التعبير عنها بو�شع المادة
بين قو�شين معقوفين ] .
عدم كتابة تراكيز المواد ال�شلبة )s( والمذيبات ال�شائلة كالماء )l( �شواء في الب�شط اأو المقام )3
في قانون التزان الكيميائي لأن قيم التراكيز لهذا المواد ثابتة مهما اختلفت كميتها .
بعد درا�ستك لقواعد كتابة ثابت التزان اكتب قانون ثابت التزان للتفاعالت الآتية :
1( 3H2)g( + N2)g( 2NH3)g(
2( AgBr)s( Ag+)aq( + Cl-
)aq(
3( ½O2)g( + H2)g( H2O)g(
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
156 الكيمياء )2(
Kc و Kp العالقة بين
ه���ل يمكن التحوي���ل من )Kc( ) حين يعبر ع���ن التركيز بالمولرية ( اإلى Kp ) حي���ن يعبر عن التركيز
بال�شغط الجزئي (
لو اأخذنا التفاعل الآتي :
I2)g( + H2)g( = 2HI)g(
P.V = n .R . T من معادلة الحالة الغازية
)1(
P = RT
C =nV
بما اأن
) I2[ RT () HI[ RT (2
Kp =
×) H2[ RT(
nV
K=
P2)HI(
P)I2(. P)H2(
ورمزه المولري ] التركيز
R T C = P ...
بالتعوي�ض عن قيمة ال�شغط) ( لكل مادة في قانون التزان ) 1 ( نجد اأن :
يترتب المعادلة تح�شل على :
Kp = × HI[2
H2[ I2[×)RT(
2
)RT(2
Kc = Kp ...
فاإن :
P
157 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
وج���د اأن قيم���ة Kp تت�شاوى عدديا قيمة Kc اإذا كان التفاعل ل ينتج عن���ه تغير في عدد مولت الغازات
عند تحول المواد المتفاعلة اإلى نواتج نظرا لعدم تغير ال�شغط والعك�ض �شحيح.
دللة ثابت التزان
هل هناك عالقة بين كمية النواتج المتكونة في تفاعل متزن وبين قيمة ثابت التزان ؟
ماال���ذي ت���دل علي���ه القي���م الكبيرة لثاب���ت التزان؟ م���ا الذي تدل علي���ه القي���م ال�شغيرة لثاب���ت التزان ؟
يعتب���ر ثاب���ت الت���زان من المعايي���ر الهامة في علم الكيمي���اء حيث تو�شح قيمت���ة اإلى اأي ح���د تتحول المواد
المتفاعلة اإلى نواتج تفاعل عند حالة التزان .
1-اإذا كان���ت قيم���ة ثابت التزان كبيرة) K <1 ( دل ذلك على اأن معظم المواد الداخلة في التفاعل تتحول
اإلى نواتج عند حالة التزان .
مثال :
Cu)s(
+ 2Ag+
)aq(
= Cu+2)aq(
+ 2Ag)s(
K = = 15
وجد اأن Kc لهذا التفاعل عند 25°م هي 2×10
K = = 10-
10×1.7 Ag+[ × Cl-[
Ag+[2 Cu+2[
مما يدل على اأن معظم المواد المتفاعلة تتحول اإلى نواتج .
2- اإذا كان���ت قيم���ة ثابت التزان �شغيرة) K > 1 ( دل ذلك على اأن معظم المواد المتفاعلة لم تتحول اإلى
نواتج عند حالة التزان .
مثال :
حيث وجد اأن Kc لهذا التفاعل عند 25°م هو :
وهي قيمة �شغيرة جدا مما يدل على عدم قابلية كلوريد الف�شة للذوبان في الماء .
AgCl)s(
Ag+
)aq(
+ Cl-
)aq(
H2O
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
158 الكيمياء )2(
العوامل الموؤثرة على حالة التزان
لو نظرنا اإلى اأج�شامنا نجد اأن جميع العمليات الحيوية فيها تخ�شع لحالة التزان
- ثب���ات ن�شبة ال�شكر والأمالح وثب���ات درجة حرارة الج�شم اأو انتظام �شربات القلب وبقاء �شغط الدم
في معدله الطبيعي ، فما الذي يجري عند حدوث تغيرات فيها مثل :
- ارتفاع درجة حرارة الج�شم .
- ارتفاع اأو انخفا�ض �شغط الدم عن معدله الطبيعي .
- نق�شان ن�شبة ) تركيز ( ال�شكر في الدم .
م���ن الموؤك���د اأن تغير ه���ذه العوامل كال�شغط ودرج���ة الحرارة والتركي���ز يوؤدي اإلى اخت���الل في النظام
البيولوج���ي للج�شم .وقد توؤثر ه���ذه العوامل ) ال�شغط ، درجة الحرارة ، التركيز( اأي�شا على نظام في حالة
اتزان �شواء كان ذلك في الأنظمة الفيزيائية ) الطبيعية ( اأو الكيميائية .
وقد در�ض العالم الفرن�شي لو �شاتلييه عدة اأو�شاع اتزان لتفاعالت كيميائية وتغيرات طفيفة وتو�شل اإلى
مبداأ يعرف با�شمه يمكن بوا�شطته التنبوؤ و�شفيا باأثر العوامل المختلفة على مو�شع التزان وين�ض على اأنه:
)اإذا تعر�ســـت مجموعـــة مـــن المواد في حالـــة اتزان لتغير ما ؛ فـــاإن المجموعة تعتريها عمليات م�ســـادة
للتغير الذي تعر�ست له المجموعة بحيث تقلل من اأثره(.
اأما بالن�شبة للتفاعالت الكيميائية يمكن التعبير عند هذا المبداأ بما يلي ) اإذا اأثر موؤثر ما مثل درجة الحرارة
اأو ال�شغط اأو التركيز على تفاعل في حالة اتزان فاإن التفاعل ي�شير في التجاه الذي يقاوم فعل هذا الموؤثر .
و�شندر����ض ف���ي هذا الق�شم اأثر كل م���ن التركيز وال�شغط ودرجة الحرارة على حال���ة التزان وعلى قيمة
ثابت التزان ب�شيء من التف�شيل .
159 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
بعد اإجرائك للن�شاط ال�شابق تالحظ اأنه عند زيادة تركيز اإحدى مواد النظام المتزن كما في المعادلة .
ي���زداد اللون الأحم���ر و�شوحا بمعنى ان���ه يتفاعل كلوري���د الحديدالثالثي مع
FeCl3 فكلم���ا ذاد تركي���ز
الثيو�شينات لتكوين مزيد من ثيو�شينات الحديد الثالثي وبالتالي تزداد �شرعة التفاعل الطردي وتكون اأكبر
من �شرعة العك�شي ومع ا�شتمرار التفاعل تقل �شرعة التفاعل الطردي وتزداد �شرعة التفاعل العك�شي وت�شتمر
هذه الحالة اإلى اأن تت�شاوى ال�شرعتان ويعود النظام اإلى حالة اتزان جديدة معنى ذلك اأن تغير تركيز المواد في
النظام المتزن ل يغير من قيمة ثابت التزان ) ولكن يزيد من تركيز النواتج ( اأي يزاح التزان ناحية اليمين .
FeCl3 + NH4SCN Fe)SCN(3 + 3NH4Cl ثيو�شينات الحديد الثالثي ثيو�شينات المونيوم
)الأحمر ( )عديم اللون ( )الأ�شفر(
كاأ�ض - محلول كلوريد الحديد
الثالثي - محلول ثيو�سينات
الأمونيوم .
الأدوات والمواد :
)5 - 3( تاأثيـــر التركيـــز علـــى تفاعـــل كيميائـــي متـــزن .
خطوات العمل :
1- اأ�شف محلول كلوريد الحديدالثالثي) لونه اأ�شفر باهت(
بالتدريج اإلى محلول ثيو�شينات الأمونيوم ) عديم
اللون (؛ ماذا تالحظ ؟ .
2- اأ�شف مزيدا من كلوريد الحديد الثالثي � ماذا
تالحظ ؟
�شكل ) 5-4 (3- اكتب معادلة التفاعل ؟
SCN-3تفاعل محلول مع Fe+3
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
...................................................
1- اأثر التركيز على حالة التزان وقيمة ثابته:
كلوريد الحديد الثالثي
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
160 الكيمياء )2(
ناق�ض مع زمالئك ماذا يحدث عند زيادة تركيز المواد الناتجة في اإناء التفاعل ؟
التفاعل المتزن
ادر�ض المعادلة الآتية :
N2 )g(
+ 3H2 )g(
= 2NH3 )g(
�شكل )5-5 ( تتغيردرجة التركيز بتغير
ال�شغط في وعاء التفاعل
هل ي�شاحب هذا التفاعل تغير في عدد الجزيئات ؟
هل تتاأثر حالة التزان بتغير ال�شغط الواقع عليه ؟
ما الذي يحدث للتفاعل المتزن التالي :
عند :
2SO2)g( + O2
)g( = 2SO3)g(
1- زيادة تركيز SO2 ؟
2- زيادة تركيز SO3 ؟
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
2-تاأثير ال�سغط على حالة التزان وقيمة ثابته :
161 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
ادر�ض المثال التالي :
- ماذا تالحظ على عدد جزيئات المتفاعالت والنواتج ؟
- هل تتاأثر حالة التزان بتغير ال�شغط الواقع عليه ؟
بم���ا اأن ه���ذا التفاعل غير م�شحوب بتغير في عدد الجزيئات فاإن تغير ال�شغط الواقع عليه لن يوؤثر على
حالة التزان وتنطبق هذه النتيجة على اأي تفاعل غازي ل ي�شاحبه تغير في عدد الجزيئات .
2HI)g( I2)g( + H2)g(
اإن زي���ادة ال�شغط الخارجي �شتوؤدي اإلى نق�ض في الحجم مما يوؤدي اإلى زيادة تراكيز مكونات التفاعل.
وفق���ا لمب���داأ لو�شاتليه �شيتجه التفاعل اإلى الجه���ة التي تقلل من ال�شغط اإلى الجهة الت���ي �شيقل فيها العدد
الكل���ي للجزيئات وذلك ب���اأن تتفاعل بع�ض جزيئات الهيدروجين مع جزيئ���ات النيتروجين لتكوين الن�شادر .
) 4 جزيئ���ات تعط���ي جزيئي���ن ( وبالمثل يوؤدي تقليل ال�شغ���ط الواقع على التفاعل المت���زن اإلى اإزاحته نحو
H2 . N2 الجه���ة الت���ي يزداد فيها ع���دد الجزيئات اإل���ى الجهة التي تتفكك فيه���ا جزيئات الن�ش���ادر لتعطي
) جزيئي���ن تعطي 4 جزيئات ( . ويعود النظ���ام اإلى حالة اتزان جديدة وبالتالي ل تتاأثر قيمة ثابت التزان .
ولنا ان ن�شاأل هل يتاأثر مو�شع التزان بتغير ال�شغط في جميع التفاعالت الغازية ؟
N2O4 )عديم اللون( )g(
2NO2)g (
ما اأثر كل مما يلي على �سدة اللون البني :.
1- زيادة ال�سغط الكلي :
2- زيادة حجم الوعاء :
) لونه بني(
.............................................................................................
.............................................................................................
.............................................................................................
.............................................................................................
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
162 الكيمياء )2(
اأ – كيف تتغير قيم ثابت التزان بارتفاع درجة الحرارة في كال الحالتين ؟
ب – ف�شر ذلك بمبداأ لو�شاتلييه ؟
بدرا�شة المعادلة التالية وقيم ثوابت التزان لها اأثناء رفع درجة الحرارة
نالح���ظ انه اأثن���اء رفع درجة الحرارة فاإن مو�شع التزان يميل نحو الجهة التي تمت�ض الحرارة المعطاة
اأي جه���ة اتح���اد بع����ض جزيئ���ات N2 و O2 و تكوي���ن المزيد من جزيئ���ات NO2 وتوؤدي اإزاح���ة التزان في
التفاعل ال�شابق اإلى اليمين اإلى تناق�ض تركيز N2 و O2 وتزايد تركيز NO2 مقارنة بتركيزها عند درجة
الح���رارة المنخف�شة فت���زداد تبعا لذلك قيمة ثابت التزان K وهذا يتفق م���ع النتائج التجريبية المبينة في
الجدول ال�شابق .
وبدرا�شة التفاعل الآتي :
N2 + 2O2 + 2NO2حرارة
H2 + I2 2HI + حرارة
نجد اأن رفع درجة الحرارة �شيوؤدي اإلى اإزاحة التزان نحو الجهة التي تمت�ض فيها الحرارة المعطاة اأي
نح���و تفكك جزيئات يوديد الهيدروجين ليحق���ق حالة اتزان جديدة تقل فيها قيمة K وهذا يتفق مع النتائج
التجريبية المبينة في الجدول ال�شابق .
3- تاأثير درجة الحرارة على حالة التزان وقيمة ثابته :
ل �شك اأنك در�شت العديد من التفاعالت الكيميائية التي ي�شاحب حدوثها امت�شا�ض اأو انطالق حرارة .
وال�شوؤال الذي يطرح نف�شه : ما اأثر تغيير درجة الحرارة على تفاعل ما في حالة اتزان ؟
دقق النظر في الجدول التالي:
ثابت التزاندرجة الحرارة )م(ثابت التزاندرجة الحرارة )م(
1600
1800
2000
340
380
420
4-10 × 2.5
4-10 × 7.3
4-10×9
70.8
66.9
53.7
)N2+ 2O2 + 2NO2 ( + تفاعل طارد للحرارة ) حرارة H2+I2 2HI(تفاعل ما�ض للحرارة حرارة
163 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
فمثال : يتفاعل الإيثانول مع حم�ض الخل لتكوين الإ�شتر كما يلي:
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O
ق���د يتطلب هنا التفاعل عدة اأي���ام قبل اأن ي�شل اإلى حالة التزان ولكن اإذا اأ�شيف اإليه عامل حافز فاإن
ه���ذا التفاع���ل ي�شل اإلى حالة اتزان في زمن وجيز ، ولكن هل يتغير تركيز المواد المتفاعلة والناتجة و قيمة
ثابت التزان؟ ل يحدث اأي تاأثير عليها نتيجة وجود المادة الحافزة .
4- تاأثير العامل الحافز على حالة التزان وقيمة ثابته:
حين ت�شاف مادة حافزة اإلى نظام التفاعل فاإن ذلك يوؤدي اإلى تغير في ال�شرعة التي ي�شل بها التفاعل
اإلى حالة التزان ، ولكنه ل يوؤثر على تراكيز المواد في التفاعل . اأي اأن الحافز يوؤثر فقط على ال�شرعة
التي ي�شل بها التفاعل اإلى حالة التزان .
اأكمل الجدول التالي بما ينا�سب :
نوع التفاعل
طارد للحرارة
ما�ض للحرارة
قيمة Kمو�شع التزانالتغير في درجة الحرارة
زيادة
نق�شان
زيادة
نق�شان
....................... .............
.......................
.......................
.......................
.............
.............
.............
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
164 الكيمياء )2(
يعد تلوث الهواء الجوي من الم�شكالت المعا�شرة وتاأتي ملوثات الهواء ب�شكل رئي�شي
NO ، SO2 ، CO2 ،CO : م���ن ع���وادم ال�شي���ارات ودخ���ان الم�شانع في �شكل غ���ازات منه���ا
وه���ي غازات �ش���ارة ، فغاز CO �شام وغاز SO2 ي�شبب المط���ر الحام�شى ، و ينتج غاز NO في
مح���رك ال�شيارة عند درجات حرارة عالية وتحت تاأثير ال�شغط من تفاعل النيتروجين الجوي مع
الأك�شجين
ث���م يتح���د NO مع اأك�شجين الهواء ليعط���ي غاز NO2 الذي يظهر في �ش���كل �شحابة بنية اللون
عن���د تعر�ش���ه ل�شوء ال�شم�ض. ولغاز NO2 اآث���ار بيئية �شارة ، فهو يوؤثر ف���ي طبقة الأوزون وتفكك
بع����ض المنتجات المطاطية وي�شر بالعيني���ن والأغ�شية المخاطية والأن���ف والرئتين وعند خف�ض
درج���ة الح���رارة �شيدفع التزان نح���و الجهة التي تقلل انتاج NO2 ولذل���ك ل بد من خف�ض درجة
الح���رارة في محركات ال�شيارات وهذا يتطلب ت�شميما خا�شا للمحرك ، وهو مو�شوع قيد البحث
والدرا�شة
N2 + O2 + 2NO
حرارة
1- حدد الظروف المنا�سبة لإنتاج الن�سادر �سناعيا بكمية كبيرة باأقل جهد وتكلفة ممكنة
وباأ�سرع وقت ممكن وفقا للتفاعل التالي:
N2 + 3H2 2NH3 + 92KJ
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
165 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
ح�سابات متعلقة بالتزان
يمكن ح�ساب ثابت التزان لتفاعل ما بعدة طرق :
اأول : بدللة ثابت التزان لتفاعل اآخر له عالقة به .
اأ- اإذا �ســـرب تفاعـــل معيـــن بمعامـــل مـــا فـــاإن ثابـــت اتزان التفاعـــل يجب اأن يرفع اإلى اأ�ض ي�ســـاوي
المعامل المذكور .
1- اإ�شافة حفاز .
2- زيادة تركيز المتفاعالت .
3- زيادة تركيز النواتج .
4- نق�شان تركيز المتفاعالت .
5- نق�شان تركيز النواتج .
6- زيادة الحرارة للتفاعالت :
اأ - الطاردة للحرارة .
ب - الما�شة للحرارة
7- انخفا�ض درجة الحرارة :
اأ - الطارد للحرارة .
ب- الما�شة للحرارة .
8- زيادة ال�شغط .
9- انخفا�ض ال�شغط .
2- اأكمل فراغات الجدول التالي بما ينا�سب .
.......................
.......................
.......................
.......................
.......................
.......................
.......................
.......................
.......................
.......................
ثابت التزانمو�شع التزانالعوامل الموؤثرة
ل يتاأثر
يزاح جهة النواتج)طردي (
ل تتغير قيمته
.............................
.............................
.............................
.............................
.............................
.............................
.............................
.............................
.............................
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
166 الكيمياء )2(
فاإذا اأخذنا التفاعل التالي :
H2)g( + ½ O2)g( = H2O)g(
نجد اأن ثابت اتزانه هو:
K1 =
P)H2O(
P)H2(
. P½ ) O2(
K2 =
P2)H2O(
P2)H2(
. P) O2(
فاإذا �سربنا التفاعل في )2( لي�سبح .
2H2)g( + O2 )g( = 2H2O)g(
فاإن ثابت التزان الجديد يكون:
ويالحظ اأن ثابت التزان الجديد ي�ساوي مربع ثابت التزان الأول اأي اأن اأ�ض ثابت
)K2 = ) K1التفاعل الجديد ي�ساوي 2
ب - اإذا عك�ض اتجاه تفاعل معين فاإن ثابت التزان الجديد ي�ساوي عك�ض ثابت التزان الأول:
CO)g( + ½ O2)g( = CO2)g(
يكون ثابت اتزانه :
التفاعل المتزن التالي:
K1 =
P)CO2(
P)H2( . P½) O2(
167 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
جــــ ( اإذا كان التفاعـــل مركبـــا مـــن مجموعـــة تفاعـــالت فاإن ثابـــت التزان التفاعل الكلي ي�ســـاوي حا�ســـل
�سرب ثوابت اتزان كل من التفاعالت المكونة له .
في التفاعالت التالية:
1( C)s( + ½ O2)g( = CO)g(
2( CO)g( + ½ O2)g( = CO2)g(
3( C)s( + O2)g( = CO2)g(
اإذا عك�شنا التفاعل لي�شبح :
CO2)g( = CO)g( + ½ O2)g(
فاإن ثابت التزان الجديد لهذا التفاعل هو:
K2 =
P)CO(
P½)O2(
P)CO2(
×
اأي اأنه في هذه الحالة:
×
فاإن ثابت التزان للتفاعل الأول :
وثابت التزان للتفاعل على الثاني :
K1 =
P)CO(
P½) O2(
K2 =
P)CO2(
P)CO(
. P½) O2(
K3 = K1 × K2
K2 = K2 =)K1 (-1
K1اأو
1
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
168 الكيمياء )2(
وبما اأن التفاعل الثالث هو حا�شل جمع التفاعلين 1و2 بعد اخت�شار ما يمكن اخت�شاره فاإن :
بالتعوي�ض من قيمة K2 ، K1 ثم الخت�شار نح�شل على :
K3 =
P)CO(
P½) O2(
P)CO2(
×P
)CO( . P½
) O2(
K3 =
P)CO2(
P) O2(
اإذا علم اأن ثابت التزان للتفاعل
COCl2 )g(
= CO)g( + Cl2)g(
هو 329 ,0عند درجة حرارة 1000°م وللتفاعل
2CO)g( + O2)g(
= 2CO2)g(
عنـــد الدرجـــة نف�ســـها . فاح�ســـب ثابت التـــزان عند درجة حـــرارة 1000°م 22
هـــو 2.24× 10
للتفاعل .
2COCl2)g( + O2)g( = 2CO2)g( + 2Cl2)g(
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
169 الكيمياء )2(
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
التزان الكيميائي
: Q ثانيا : رائز التفاعل
وهو قيمة افترا�شية لثابت التزان تح�شب في لحظة ما خالل التفاعل للتنبوؤ بو�شوله اإلى حالة التزان اأي
اأن���ه ي�شتخ���دم لمعرفة اتجاه التفاعل في لحظة ما اأثناء التفاع���ل اأو بمعنى اآخر لمعرفة هل التفاعل في حالة
اتزان اأم ل عند تلك اللحظة . وذلك من خالل ح�شاب قيمة ثابت التزان في تلك اللحظة ) ويرمز له بالرمز
Q( ومقارنتها بقيمة ثابت التزان K بثابت Q فاإذا كان :
K = Q -1 فاإن هذا يعني اأن التفاعل في حالة اتزان عند هذه اللحظة
2- اإذا كان K ≠ Q فله حالتان :
ف���اإن التفاعل لي�ض بحالة اتزان لذا �شيتجه التفاعل اإلى التجاه الذي يقلل من K > Q اأ - اإذا كان���ت
قيمة Q اأي نحو المتفاعالت .
ب - اإذا كانت K < Q فاإن التفاعل لي�ض بحالة اتزان لذا �شيتجه التفاعل اإلى التجاة الذي يزيد
من قيمة Q اأي نحو النواتج
H2)g( + I2)g( = 2HI)g(
اإذا كان لديك مزيج يحتوي في البداية على 0.2 �سغطا جويا من كل :
H2, I2 و 0.7 �سغطا جويا من يوديد الهيدروجين عند درجة حرارة 430°م فاإذا كانت قيمة ثابت التزان لهذا التفاعل = 54.3 عند تلك الدرجة.
قيمة ثابت التزان عند القيم المعطاة. -1
هل التفاعل في هذه اللحظة في حالة اتزان ؟ -2
اح�سب ما يلي:
الحل :
1- قيمة ثابت التزان عند القيم المعطاة.
Q =
P2)HI(
P)H2 (
. P)I2(
=
0.02 × 0.02
2) 0.7(
=
0.0004
0.49
= 1225
لديك التفاعل التالي:
التزان الكيميائي
ض �م
خال ا
ل�س
فلا
170 الكيمياء )2(
. K > Q 2- التفاعل لي�ض في حالة اتزان لأن
الب�ش���ط قيم���ة بنق�ش���ان ذل���ك ويت���م الت���زان اإل���ى تلقائي���ا يتج���ة التفاع���ل ف���اإن وله���ذا
وزيادة قيمة المقام
اأن لب���د الناتج���ة الم���ادة تركي���ز ف���ي الحا�ش���ل فالنق����ض متالزمت���ان العمليت���ان وهات���ان
الهيدروجي���ن يودي���د كمي���ة ف���اإن علي���ه وبن���اء المتفاع���الت تركي���ز ف���ي زي���ادة ي�شاحب���ه
. الهيدروجي���ن يودي���د تف���كك باتج���اه التفاع���ل وي�شي���ر والي���ود الهيدروجي���ن تق���ل ل�شال���ح
Br2 + H2 = 2HBr 50.5 اإذا علمت اأن ثابت التزان للتفاعل الغازي التالي ي�ساوي
عند درجة حرارة 448°م فعين التجاة الذى �ســـوف ي�ســـلكه التفاعل لي�ســـل اإلى حالة التزان ,
اإذا كان مزيـــج التفاعـــل يتكـــون في البداية من 0.01 مولر مـــن بروميد الهيدروجين , 0.005
مولر من الهيدروجين , 0.015 مولر من البروم .
...................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
.....................................................................................................
171
�ض1: تنباأ بتاأثير زيادة درجة الحرارة وزيادة ال�سغط على حالة التزان لكل من التفاعالت
التالية :
1- CO)g( + H2O)g( = CO2)g( + H2)g(
2- 2SO2)g( + O2)g( = 2SO3)g( + حرارة
)N2O4 = 2NO2)g + حرارة -3
�ض2 : ما المق�سود بكل من :
اأ- التفاعالت التامة .
ب- التفاعالت النعكا�شية.
ج�- قاعدة لو�شاتليه .
�ـــض3 : مـــا اأثر كل من التغيرات التالية على كميـــة كلوريد الهيدروجين المتكونة عند
التزان للتفاعل :
H2)g( + Cl2)g( = 2HCl)g( + حرارة
اأ – ارتفاع درجة الحرارة
ب – ا�شتخدام وعاء اأ�شغر حجما
ج – اإ�شافة المزيد من غاز الكلور
د – �شحب الهيدروجين من و�شط التفاعل
�ض4 : اإذا كان ثابت التزان للتفاعل التالي :
2SO2)g( + O2)g( = 2SO3)g(
ي�ش���اوي 0.14 عند درجة ح���رارة 900°م في حجم معين، ف���اإذا كان ال�شغط الجزئي 0.20 �شغط
جوي لكل مادة من مواد التفاعل. فهل التفاعل في حالة اتزان ؟ علل، واإذا كانت الإجابة بالنفي فعين
التجاه الذي �شوف ي�شلكه التفاعل لي�شل اإلى حالة اتزان .
اأ�صئلة الف�صل الخام�س
172
�ض5 : اإذا كان ثابت اتزان التفاعل
H2O)g( = H2)g( +½O2)g(
فما هو ثابت التزان لكل من التفاعلين التاليين عند 800°م6-
عند درجة حرارة 800°م هو 6×10
2H2O)g( = 2H2)g( + O2)g(
O2)g( + 2H2)g( = 2H2O)g(
�ض6 : ما اأثر المواد ال�سامة للمادة الحافزة على خوا�ض حالة التزان الكيميائي ؟
يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :
1- تتعرف اأهمية الأحما�ض والقواعد في حياتنا .
2- تميز بين الأحما�ض والقواعد عن طريق خوا�شها .
3- تعرف الحم�ض والقاعدة ح�شب نظرية اأرهينيو�ض.
4- ت�شتنتج تعريف الحم�ض والقاعدة ح�شب نظرية لوري وبرون�شتد .
5- تميز بين اأحما�ض وقواعد لوي�ض .
6- تو�شح بالمعادلت الخا�شية المترددة لبع�ض المواد.
7- تقوم بعملية معايرة الحم�ض والقاعدة في المختبر .
8- تبين اأهمية الدقة والإتقان في الكون من خالل قيامك بعملية المعايرة .
الأهداف
174
االأحما�ض والقواعد
المقدمة
175
تعتبر الأحما�ض والقواعد من اأهم المركبات الكيميائية التي لها
في حياتنا فحم�ض الهيدروكلوريك �شروري له�شم الطعام دور هام
وحم�ض الخليك ) الخل (ي�شاف اإلى اأنواع عديدة من الطعام وحم�ض
ال�شكورييك ascorbic ) فيتامين C(الذي نحتاج اإليه في غذائنا
وحم����ض ال�شتريك الموجود في الحم�شي���ات) البرتقال والليمون (
وكذلك حم�ض ا�شتيل �شالي�شاليك ) الأ�شبرين ( الم�شتخدم م�شكنا
لالآلم وحم�ض الكبريتيك الم�شتخدم في البطاريات ال�شائلة لل�شيارات .
كم���ا اأن القواع���د تدخل ف���ي كثير من ال�شناع���ات كالمنظفات
الم�ش���اد وال���دواء وال�شاب���ون، المن���زل ف���ي الم�شتخدم���ة
المع���روف Mg )OH(2 المغني�شي���وم للحمو�شة)هيدروك�شي���د
بحليب المغني�شيا والمنظفات ال�شائعة للم�شاريف التي تحتوي على
هيدروك�شي���د ال�شوديوم و�شناعة الزجاج وغير ذلك مما ن�شتخدمه
في حياتنا.
)Acidus ( م�شتق���ة من الكلم���ة الالتيني���ة Acid وكلم���ة حم����ض
ومعناه���ا حم�ش���ي الطع���م لأن جمي���ع الأحما����ض ت�شت���رك في هذه
الخا�شي���ة . وكلم���ة قل���وي م�شتق���ة م���ن الكلم���ة العربي���ة ) القلي (
وه���ي الرم������اد المتبق��ي م���ن ح��رق الم������واد النباتية وق���د �ش���ميت
بالق�واع���د ) Bases( لأنه���ا ت�شتخدم لإبطال مفع���ول الحم�ض كما
تعتبر الأحما����ض والقواعد من اأكثر المواد الكيميائية �شهرة لكونها
م���ن اأكثر الم���واد التي �شاهمت ف���ي التو�شل اإلى كثي���ر من الحقائق
والنظري���ات والعالق���ات الكيميائية الت���ي في متن���اول الإن�شان هذا
�شكل ) 6-1 اأ (
�شكل )6-1ب (
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
176 الكيمياء )2(
اليوم ، ولهذا ال�شبب فقد حظيت منذ فترة طويلة بالهتمام والدرا�شة
حي���ث �شهد تاريخ الكيمياء تطورا لمفهوم الحم�ض والقاعدة وو�شعت
تعريفات عدة لت�شنيفها وتف�شير �شلوكها الكيميائي .
وف���ي هذا الف�شل �شوف ندر�ض اأهم خوا����ض الأحما�ض والقواعد
و�شننظ���ر اإلى م���دى ات�شاع مفه���وم الأحما�ض القواع���د والذي يمكن
امت���داده ب�شهولة فيم���ا وراء الو�شط المائي وحتى اإل���ى المواد التي ل
تحت���وي على الهيدروجين وبهذه الطريقة ننظم ونو�شح عددا �شخما
�شكل ) 6-2 ( حم�ض الكلور من الحقائق الكيميائية المتعلقة بالأحما�ض .
وهيدروك�شيد ال�شوديوم
الخوا�ض العامة لالأحما�ض القواعد
الأحما����ض والقواعد م���ن اأكثر الموا�شيع التي دار البحث حولها ، ولقد تم���ت المحاولت الأولى لتعريف
الأحما�ض والقواعد باإيجاد الخوا�ض الطبيعية التي ت�شترك فيها الأحما�ض وتعريف كل مادة تتوفر فيها هذه
الخوا�ض باأنها حام�ض وكذلك الحال بالن�شبة للقواعد .
ولدرا�شة خوا�ض الأحما�ض والقواعد في المحاليل المائية �شوف نقوم بالأن�شطة الآتية :
اكتب اأكبر عدد ممكن من الأحما�ض والقواعد التي ت�شتعملها في حياتك اليومية مع ذكر ا�شتخدامها.
DiluteNaOH
NaOH
sodium Hydroxide
177 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
اختبر بع�ض خوا�ض المحاليل المائيـة لالأحما�ض التالية
ح�سب ما هو مطلوب في الجدول و�سجل نتائجك :
CH3COOH , H2SO4 , HCl ليمون ,
المواد الأدوات :
اأو خار�ســـين - اختبـــار اأنابيـــب
مغني�سيوم - دائرة كهربائية - ورق
تباع ال�سم�ض - كربونات ال�سوديوم
�شكل ) 6-3 ( بع�ض خوا�ض الأحما�ض
�سجل النتائج في الجدول التالي :
الخا�سية التي يراد اختبارها
التاأثير على ورق تباع ال�سم�ض
التو�سيل الكهربائي
التفاعل مع الخار�سين
التفاعل مع كربونات ال�سوديوم
HClH2SO4ليمون CH3COOH
اأجب عن الأ�سئلة التالية :
م���ا الغاز المت�شاعد عن���د تفاعل محاليل الأحما����ض ال�شابقة مع الخار�شي���ن . كيف يمكن -1
التاأكد من ذلك ؟
................................................................................................
) 6 - 1 ( درا�سة خوا�ض الأحما�ض
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
178 الكيمياء )2(
ن�ستنتج من خالل الن�ساط اأن الأحما�ض ت�سترك في الخوا�ض التالية :
مذاق المحاليل المخففة لهذه المواد حم�سي ول داعي للتاأكد من ذلك عمليا لأن بع�ض الأحما�ض -1
�سامة .
ول لون تباع ال�سم�ض اإلى اللون الأحمر . تح -2
تتفاعل مع بع�ض الفلزات مثل Mg - Zn وينطلق غاز الهيدروجين . -3
2HCl)l( + Zn)S( ZnCl2)aq( + H2)g(
H2SO4)l( + Mg)S( MgSO4 )aq( + H2)g(
تتفاعل مع الكربونات اأو البيكربونات وتنتج غاز ثاني اأك�سيد الكربون وملح وماء . -4
2Na2CO3)S( + 2HCl)l( 2CO2)g( + H2O + 2NaCl)aq(
تحتوي كل هذه المواد على عن�سر الهيدروجين . -5
2- ما العن�شر الم�شترك في الأحما�ض ؟
ما الغاز المت�شاعد من تفاعل الأحما�ض ال�شابقة مع كربونات ال�شوديوم . كيف يمكنك -3
التاأكد من ذلك ؟
4- �شف مذاق الأحما�ض من خالل تناولك لبع�ض الحم�شيات المنزلية )ل تتذوق اأي مادة
كيميائية غير غذائية(.
5- اأثناء اختبارك للتو�شيل الكهربائي لحظت اأن هناك اختالفا في �شدة التو�شيل للمحاليل،
ما �شبب ذلك ؟.
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
179 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
تذوب في الماء ومحاليلها المائية تو�سل الكهرباء بدرجات متفاوتة وذلك ب�سبب تفككها اإلى اأيونات -6
في الماء . والأحما�ض التي تتفكك كليا تو�سل التيار الكهربائي ب�سورة جيدة اأما التي تتفكك جزئيا
فاإنها تو�سل التيار الكهربائي بدرجة اأقل .
�شكل ) 4-6 (
عينة من المخلالت
تعتب���ر الأحما�ض مهلك���ة للمخلوق���ات الحية لذا يمك���ن ا�شتخدامها
كم���واد حافظة قاتلة للبكتريا ، عندم���ا نحفظ العديد من الماأكولت
كالب�ش���ل وال�شمن���در واللف���ت وغيره���ا ف���ي الخل )حم����ض الخل(
ويع���رف هذا بالتخلي���ل ، فالحام����ض بقتله كاف���ة المخلوقات الحية
المجهري���ة ف���ي محل���ول التخلي���ل يحفظ الأطعم���ة من الف�ش���اد وقد
ا�شتخ���دم التخليل على نطاقات اأو�شع قبل اخت���راع اأجهزة التبريد .
اختبـــر خوا�ض المحاليل المائية للقواعد التالية ح�ســـب
ما هو مطلوب في الجدول و�سجل نتائجك:
المواد الأدوات :
اأنابيب اختيار - ورق تباع ال�شم�ض
اأحمر - دارة كهربائية - خار�شين
اأو األومينيوم Na2CO3 , NaOH , Ba)OH(2 �سابون ,
�سابونNaOHBa)OH(2Na2CO3 الخا�سية المراد اختبارها
التاأثير على ورق تباع ال�سم�ض
التو�سيل الكهربائي
التفاعل مع الخار�سين
HCl التفاعل مع
)6 - 2( درا�سة خوا�ض القواعد
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
180 الكيمياء )2(
اأجب عن الأ�سئلة التالية :
1- ما �شبب اختالف �شدة التو�شيل الكهربائي لمحاليل القواعد ؟
2- ما هو الأيون الم�شترك في جميع هذه القواعد ؟
3- �ش���ف ملم�ض المحاليل المخففة للقواع���د ال�شابقة وذلك عن طريق فرك قطرة واحدة من
كل محلول بين اإ�شبعيك ال�شبابة والو�شط .
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
ت�ستنتج من خالل الن�ساط اأن القواعد ت�سترك في الخوا�ض التالية :
1- مذاق المحاليل المائي�ة المخففة لهذه المواد مر ول داعي للتاأكد من ذلك لأن بع�ض القواعد �شامة
ملم�ض المحاليل المائية لهذه المواد انزلقي ) �شابوني ( -2
المحاليل المائي�ة لهذه المواد تلون �شبغة ورق تباع ال�شم�ض باللون الأزرق . -3
تتفاعل مع بع�ض الفلزات مثل الخار�شين اأو الألومينيوم . -4
تذوب جميع هذه المواد في الماء ومحاليلها المائية تو�شل الكهرباء بدرجات متفاوتة )لماذا (؟ -5
6-تتفاعل القواعد مع الأحما�ض في الو�شط المائي ويتكون ملح و ماء، ماذا ت�شمي هذا التفاعل ؟
2NaOH)aq( + Zn)S( Na2ZnO2)aq( + H2)g(
NaOH)aq( + HCl)aq( Na Cl)aq( + H2O)l(
حيث يفقد الحم�ض خوا�شه المميزة ماعدا خا�شية تو�شيل المحلول للكهرباء ) اإل اإذا كان الملح
. BaSO4 الناتج عديم الذوبان في الماء مثل
-OH غالبا.
7- تحتوي على اأيونات الهيدروك�شيد
181 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
في القرن ال�شابع ع�شر عام 1665م اجتاح مر�ض الطاعون مدينة لندن فقتل
حوال���ي 80000 ن�شم���ة وكانت الجثث تدفن في مقابر جماعية تغطى بالكل�ض) الجير الحي ( وهو
قلي قوي لت�شريع انحاللها .
من خالل درا�ستك لخوا�ض الأحما�ض والقواعد اأعط تعريفا مب�سطا لكل منها ؟
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
،)OH -
من خالل درا�شتك لخوا�ض القواعد لحظت اأنها مواد تحتوي على اأيونات الهيدروك�شيد ال�شالبة )
ولكن لحظت خالل اإجراء الن�شاط ) 6 – 2 ( اأن كربونات ال�شوديوم لها خوا�ض القواعد بالرغم من عدم
OH( فكيف تف�شر ذلك ؟ -
احتوائها على )
اإذا نظرن���ا اإل���ى كربونات ال�شوديوم وهي مادة لها الخوا�ض الممي���زة للقواعد لوجدنا اأنها مادة عندما
تتفكك في الماء فاإنها ل تعطي اأيونات الهيدروك�شيد مبا�شرة ولكنها تعطي اأيونات الكربونات كما يلي :
Na2CO3)s( + H2O 2Na+
)aq( + CO3 -2
)aq(
غير اأن اأيونات الكربونات لتلبث اأن تتفاعل مع الماء لتعطي اأيونات الهيدروك�شيد المميزة للقواعد وفقا
للمعادلة التالية :
CO3 -2
)aq( + H2O HCO3-
)aq( + OH-
)aq(
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
182 الكيمياء )2(
CO3 -2
)aq( + H+
HCO3-
)aq(
Amphoteric : المواد المترددة
دعنا نقوم بالن�شاط التالي لنكت�شف مفهوم المواد المترددة.
كم���ا تتفاعل مع البروتونات وتزيلها من المحلول الحم�شي وهذه اأي�شا خا�شية مميزة للقواعد مكونة في
هذه الحالة اأيونات البيكربونات
. ) OH-يعتبر الن�سادر مادة قاعدية بالرغم من عدم احتوائه على )
ف�سر ذلك مو�سحا اإجابتك بالمعادلت الموزونة
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
Al)OH(3 ما ال�سلوك الكيميائي لهيدورك�سيد الألومينيوم
عند تفاعله مع الحم�ض والقاعدة ؟
الخطوات :
1- �ش���ع قليال من حم�ض الكلور المخفف في اأنبوبة اختبار ثم
اأ�شف اإليه قليال من محلول هيدروك�شيد الألومينيوم ، ماذا
تالحظ ؟
................................................................................
المواد الأدوات المطلوبة :
هيدروك�شيد الألومينيوم حم�ض
الكلور - هيدروك�شيد ال�شوديوم
- اأنابي���ب اختيار - ماء مقطر .
) 6-3 ( درا�سة خوا�ض المواد المترددة.
183 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
فل���زات القواعد التي تتخذ �شكل هيدروك�شيدات الفلزات تكون عادة من عنا�شر المجوعات التي يقع
ترتيبها في الجزء الأي�شر من الجدول الدوري للعنا�شر ، اإذ نجد اأن هيدروك�شيدات عنا�شر المجموعتين
الأول���ى والثاني���ة قاعدية كلها في حين اأن هيدروك�شيدات عنا�شر الج���زء الأيمن من الجدول الدوري
مثال هو في الواقع
HNO3 با�شتثناء مجموعة العنا�شر النادرة حم�شية جميعها . فحم�ض النيتروجين
من خالل القيام بالن�شاط ال�شابق نالحظ اأن هناك مواد و�شطية تمتاز باأنها تت�شرف كاأحما�ض وقواعد
وفقا للظروف التي تقع فيها ، فتزيل ال�شفة الحم�شية لالأحما�ض عند تفاعلها معها وتزيل ال�شفة القاعدية
.) Amphoteric( للقواعد عند تفاعلها معها وت�شمى بالمواد المترددة
من خالل ما تجمع لديك من معلومات عرف باأ�شلوبك الخا�ض المواد المترددة .
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
- اكتب معادلة التفاعل :
2- �ش���ع قليال م���ن القاعدة هيدروك�شيد ال�شودي���وم في اأنبوبة اختبار ثم اأ�ش���ف اإليها محلول
هيدروك�شيد الألومينيوم،ماذا تالحظ؟ .
- اكتب معادلة التفاعل :
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
184 الكيمياء )2(
تعاريف اأخرى لالأحما�ض والقواعد
مر مفهوم الحم�ض والقاعدة بمراحل عديدة فقد لحظ العالم الفرن�شي لفوازيية Lavoisiea اأنه عند
حرق بع�ض العنا�شر في الأك�شجين فاإن الأك�شيد الناتج له خوا�ض الأحما�ض مثل اكا�شيد الكربون والف�شفور
والكبريت ، وعزي ذلك اإلى الأك�شجين الموجود في مثل تلك الأحما�ض . وفي بداية القرن الثامن ع�شر لحظ
همف���ري ديفي Hamphrypavy وجود حام�ض ل يحتوي عل���ى الأك�شجين مثل حم�ض كلوريد الهيدروجين
HCl ، وبه���ذا اأ�شب���ح تعريف الحام�ض على اأن���ه مادة تحتوي على الهيدروجين ثم تط���ور تعريف الأحما�ض
والقواع���د م���ع تطور علم الكيمي���اء ، ولعلك لحظت اأن المح���اولت الأولى لتعريفهما تم���ت باإيجاد الخوا�ض
الطبيعية لكل منهما لكن التعريف الذي يعك�ض كيمياء الأحما�ض والقواعد جاء نتيجة لمحاولة اإيجاد و�شيلة
لمقارنة قوة حم�ض بقوة حم�ض اآخر اأو قوة قاعدة بقوة قاعدة اأخرى لهذا و�شعت تعاريف ونظريات لكل من
الأحما�ض والقواعد اأهمها ما يلي :
1- تعريف ارهينيو�ض لالأحما�ض والقواعد .
HONO2 وحم����ض البيركلوريك HClO4القوي ه���و HOClO3 ، اأما حم�ض الكبريتH2SO4 هو
.) HO(2SO2
وم���ن المتوقع اأن تختلط الخوا�ض القاعدي���ة والحم�شية في هيدروك�شي���دات العنا�شر الواقعة في
منت�شف الجدول الدوري وهذا ما ن�شاهده فعال في بع�ض العنا�شر على الأقل .
تدريب : و�سح ال�سفة المترددة للمادتين الآتيتين بالمعادلت الكيميائية الموزونة:
SnO2 . Zn )OH(2
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
185 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
2- تعريف برون�شتد ولوري لالأحما�ض والقواعد .
3- تعريف لوي�ض لالأحما�ض والقواعد .
The Arrhenius Definition of Acide and Bases. 1( تعريف اأرهينيو�ض لالأحما�ض والقواعد
عندما طور اأرهينيو�ض نظريته الأيونية للمحاليل اأعطى اأي�شا تعريفا لكل من الحم�ض والقاعدة
وللو�شول اإلى هذا التعريف تاأمل المعادلت التالية التي تمثل تفكك بع�شا من الأحما�ض والقواعد
في الماء
1- الأحما�ض :
HCl )g(
H2O H+
)aq( + Cl-
)aq(
CH3COOH
H2O H+
)aq( + CH3COO-
)aq(
اأيون الكلوريد اأيون الهيدروجين حم�ض الكلور
اأيون خالت اأيون الهيدروجين حم�ض الخل
القواعد : -2
NaOH)s(
H2O Na+
)aq( + OH-
)aq(
اأيون هيدروك�شيد اأيون ال�شوديوم هيدروك�شيد ال�شوديوم
Ca)OH(2)s(
H2O Ca+2
)aq( + 2OH -
)aq(
اأيون هيدروك�شيد اأيون كال�شيوم هيدروك�شيد الكال�شيوم
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
186 الكيمياء )2(
من خالل مالحظتك للمعادلت ال�سابقة :
- ما الأيون الم�شترك في تفكك الأحما�ض في الماء ؟
- ما الأيون الم�شترك في تفكك القواعد في الماء ؟
يمكن تعريف الحم�ض والقاعدة ح�سب نظرية اأرهينيو�ض كما يلي:
الحم�ض :
H )البروتونات المائية (. +هو المادة التي ينتج عند ذوبانها في الماء اأيونات الهيدروجين الموجبة
القاعدة :
هي المادة التي ينتج عند اإذابتها في الماء اأيونات الهيدروك�سيد ال�سالبة
�ض : والآن لنا اأن نت�ساءل لماذا �سمي اأيون الهيدروجين بروتونا ؟
+H عند اإذابتها في
ع���رف اأرهينيو�ض الحم�ض باأنة المادة التي تعطي اأيون���ات الهيدروجين
الماء ومن المعروف اأن ذرة الهيدروجين تحوي بروتونا واحدا بالإ�شافة اإلى اإلكترون يدور حولها
عن���د تكوين اأي���ون الهيدروجين تخ�شر هذه الذرة اإلكترونها الوحي���د ويتبقى فيها البروتون فقط .
+H. وقد وجد اأن كثافة ال�شحنة الموجبة على البروتون
بمعنى اآخر اأيون الهيدروجين هو بروتون
م 13-
عالي���ة جدا لأن ن�شبة �شحنته اإلى ن�شف القطر عالي���ة جدا اإذ يقدر ن�شف قطره بحوالي 10
�شم تقريبا لأن�شاف اأقطار بنية الأيونات الموجبة .8-
مقارنة مع 10
فهل نتوقع اأن يوجد هذا البروتون منفردا في الو�شط المائي ؟
بما اأن هذا البروتون �شغير الحجم فاإن كثافة ال�شحنة عليه عالية جدا لذلك ي�شتبعد اأن يوجد
ب�ش���ورة حرة في المحلول ب���ل مرتبطا برابطة م�شترك���ة تنا�شقية بعدد من جزيئ���ات الماء اأقلها
H3O وي�شمى اأيون الهيدرنيوم ويمكن تو�شيح كيفية +
ج���زيء واح���د ، لذلك يكتب على ال�شورة
تكوينه كما يلي :
187 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
�شكل )6-5 ( اأيون الهيدرنيوم
اأوجه الق�سور في تعريف اأرهينيو�ض:
لقد ا�شتطاع اأرهينيو�ض اأن يف�شر الخوا�ض القاعدية و الحم�شية
ف���ي المحالي���ل المائي�ة وهذا التعريف ل يمك���ن الحكم بخطئه ولكن
يعيبه المحدودية التي ل تجعله �شامال، و من نواحي الق�شور:
يقت�شر تطبيق هذه النظرية على المحاليل المائية فقط -1
لالأحما����ض والقواع���د فق���ط وبناء على ذلك ل يعد غ���از HCl حم�ض وغاز NH3 قاع���دة مالم يذوبا
ف���ي الماء . فمن المعروف اأن هاتي���ن المادتين تتفاعالن في الو�شط غير المائي وتنتجان ملح كلوريد
الأمونيوم حيث يفقد كل منهما خوا�شه :
NH3)g( + HCl)g( NH4Cl)S(
H+
+ H2O: H3O+
HA + H2O: H3O+
+ A-
اأيون �شالب اأيون الهيدرينيوم ماء حم�ض
وبناء عليه فاإن معادلة تاأين اأي حم�ض في الماء تكتب كما يلي :
HCl , CH3COOH اكتب معادلت تاأين الأحما�ض التالية ب�سورة �سحيحة
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
Hydronium ion، H3O+
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
188 الكيمياء )2(
قوة الحم�ض والقاعدة ح�سب نظرية اأرهينيو�ض :
عند اختبار قدرة محلول حم�ض لكلور على تو�شيل الكهرباء مقارنة بحم�ض الخل نجد اأن الأول اأقوى من الثاني.
كيف تف�شر اختالف اإ�شاءة الم�شباح في المحلولين ؟
. CH3COOH ، HCl ماذا تالحظ على عدد الجزيئات التى تاأينت من
اأيهما يعطي عددا اأكبر من ايونات الهيدروجين ؟
بماذا يو�شف تفكك حم�ض CH3COOH ،HCl في الماء ؟
اإن تفاوت التو�شيل الكهربائي لمحاليل الأحما�ض اأو القواعد قد مكن اأرهينيو�ض من التمييز بين الحم�ض
القوي والحم�ض ال�شعيف . فالحم�ض القوي اأو) القاعدة القوية ( يتاأين في الماء اإلى درجة كبيرة تاأينا كليا
تاما ) تفاعل غير عكو�ض ( مثل :
NH3 مثل OH -
2- ل���م ي�شتط���ع تف�شير قاعدية بع�ض الم���واد التي ل تحتوي على اأيون���ات الهيدروك�شيد
Na2CO3 اأو الأم���الح القاعدي���ة مث���ل KCN. كذلك ل���م ي�شتطع تف�شير حم�شية بع����ض المواد التي ل
تحت���وي عل���ى اأيون���ات الهيدروجين مثل CO2 وبع�ض الأم���الح الحم�شية مث���ل NH4Cl . وبناء على هذا
الق�شور فقد تم تعديل هذه النظرية حيث اأ�شبح تعريف الحم�ض والقاعدة حديثا على النحو التالي :
H3O( في المحاليل المائية .+الحم�ض : هو المادة التي تزيد اأيونات الهيدرنيوم )
OH( في المحاليل المائية اأو التي تتفاعل -القاعدة : هي المادة التى تزيد اأيونات الهيدروك�ســـيد )
مع الحم�ض وتفقده خوا�سه .
NaOH)s(
H2O Na+
)aq( + OH
-
)aq(
HCl)l (
H2O H3O
+
)aq( + Cl -)aq(
189 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
والحم����ض ال�شعي���ف ) القاعدة ال�شعيفة ( ال���ذي يتاأين بدرجة قليلة في الماء كحم����ض الخل تاأينا غير تام
)تفاعل معكو�ض (،مثل
Brohstecl -Lowry Definition at Acidsancl Basaes :2( تعريف برون�ستد ولوري لالأحما�ض والقواعد
يعتبر تعريف الأحما�ض والقواعد على اأ�شا�ض مفهوم اأيون الهيدرنيوم واأيون الهيدروك�شيد في الماء )نظرية
اأرهينيو����ض( مقيدا جدا لأنه يح�شر مناق�شتنا لظاه���رة الأحما�ض والقواعد في المحاليل المائية لذا تمكن
كل م���ن الكيميائ���ي الدانمركي برون�شتد والبريطاني لوري كال على حدة ولكن في وقت متزامن عام 1923م
من التو�شل اإلى مفهوم اآخر لالأحما�ض والقواعد ل يتعار�ض مع مفهوم اأرهينيو�ض ولكن ي�شتمل عليه بمعنى
اأن مفهومهم���ا اأكث���ر �شمول من مفهوم اأرهينيو�ض وللتو�شل اإلى تعريف كل من الحم�ض والقاعدة ح�شب هذه
النظرية . انظر اإلى المعادلت التالية : حيث HA حم�ض و B قاعدة .
CH3COOH
H2O H3O
+
)aq( + CH3COO -
)aq(
NH3
H2O NH4
+
)aq( + OH -
)aq(
اكتب معادلت المواد الآتية في الماء :
H2SO4 . HCN KOH . NaHCO3
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
190 الكيمياء )2(
HA H+ + A-
B + H+ B H+
HA + B A- + BH+
قاعدة حم�ض
- ما دور الحم�ض في التفاعل ال�شابق ؟
- ما دور القاعدة في التفاعل ال�شابق ؟
اإذن ح�شب نظرية برون�شتد ولوري يعرف
الحم�ض : هو المادة التي لديها قابلية لمنح اأو اإعطاء بروتون اأو اأكثر .
القاعدة : هي المادة التي لديها القابلية ل�ستقبال بروتون اأو اأكثر .
1- ادر�ض التفاعالت الآتية وحدد الحم�ض والقاعدة ح�ســـب نظرية برون�ســـتد ولوري في
كل منها :
............................................................................................
1( HNO3 + H2O H3O+ + NO3
-
2( NH4+
+ H2O H3O+ + NH3
3( F - + H2O OH- + HF
............................................................................................
............................................................................................
هل تعتبر قواعد اأرهينيو�ض مثل KOH قواعد اأي�سا ح�سب تعريف برون�ستد ولوري؟
....................................................................................................
....................................................................................................
191 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
NH4+
+ OH-
H2O + NH3
عك�شي
اأمامي
ن�ستنتج من ذلك :
اأن انتقال البروتون يحول الحم�ض اإلى قاعدة جديدة كما يحول القاعدة اإلى حم�ض جديد وللتمييز
conjugate بين هذه الأ�سناف ا�سطلح على ت�سمية الحم�ض بعد فقده للبروتونات با�سم قاعدة مقترنة
Base وت�سمية القاعدة بعد اكت�سابها للبروتونات حم�سا مقترنا conjugate Acid وي�سمى كل حم�ض
وقاعدته المقترنة بالزوج المقترن وكل قاعدة وحم�سها المقترن بالزوج المقترن , حيث اأنهما يختلفان
عن بع�سهما ببروتون واحد
كما في المثال التالي :
NH4+
+ OH -
NH3 + H2Oحم�ض مقترن ) 2 ( قاعدة مقترنة )2 ( قاعدة )1( حم�ض )1(
الآن اإذا كان لديك التفاعل :
حدد الحم�ض والقاعدة ح�شب تعريف برون�شتد ولوري في التفاعل الأمامي
اأنظر اإلى التفاعل العك�شي ، هل يمكنك تحديد الحم�ض والقاعدة ح�شب تعريف برون�شتد ولوري ؟
ما الفرق بين و وبين و ؟
OH وبذلك -
NH4 يمنح بروتونا اإلى اأيون الهيدروك�شيد +
نالح���ظ في التفاعل ال�شابق اأن اأيون الأموني���وم
-OH هو القاعدة ح�شب تعريف برون�شتد ولوري .
NH4 هو الحم�ض و +
يكون
وبذلك يكون
NH3 اإلى الن�شادر H2O واإذا نظرنا اإلى التفاعل العك�شي نالحظ اأن البروتون ينتقل من الماء
الماء حم�شا والن�شادر قاعدة ح�شب تعريف برون�شتد ولوري .
NH3NH4+H2OOH -
)يعتبر الم���اء مادة مترددة( ناق�ض هذه العبارة في �شوء نظرية برون�شتد ولوري مو�شح اإجابتك
بالمعادلت.
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
192 الكيمياء )2(
قوة الأحما�ض والقواعد ح�سب نظرية برون�ستد ولوري .
تقا����ض ق���وة الحم�ض وفقا لتعريف برون�شتد ولوري بقدرته على اإعطاء ) منح ( بروتون ، فالحم�ض الذي
يعطي بروتونا ب�شهولة يعتبر حم�شا قويا والعك�ض �شحيح ، وتقا�ض قوة القاعدة بقدرتها على ا�شتقبال بروتون
فالقاعدة القوية هي التي ت�شتقبل اأو تجذب البروتون ب�شهولة .
اإذن تبي���ن ه���ذه النظرية اأن قوة الحم����ض ل تعتمد على قابلية الحم�ض لمن���ح البروتون اأو فقده فقط بل
وعل���ى قابلية القاعدة التي يتفاع���ل معها لتقبل هذا البروتون . فمثال يعتبر كلوريد الهيدروجين حم�شا قويا
في الماء لأن قابلية كلوريد الهيدروجين لفقد البروتون عالية وقابلية الماء لتقبل البروتون عالية .
2 – اأوجد الحم�ض والقاعدة المقترنة للمواد الآتية اإن اأمكن ذلك
الحم�ض المقترن القاعدة المقترنةالمواد
S -
-
H2O
HCO3-
1( H2S)aq( + H2O)l( ................ + HS -
)aq(
2( CO3
-2)aq( + H2O)l( OH
-)aq( + ..................
3( SO- 2
+ ................ HSO4-
+ H2O
1 - اأكمل الفراغات فيما يلي ثم حدد الحم�ض والقاعدة واأزواجها المقترنة
)aq( )aq(4
193 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
HCl وف���ي مذيبات اأخرى ل يكون انتقال البروت���ون بهذه ال�شهولة لذا فاإنه في هذه المذيبات يعتبر محلول
حام�شا �شعيفا .
HCl + H2O H3O+
+ Cl -
لماذا يعتبر الن�شادر اأكثر قاعدية من الماء ؟
والآن لنا اأن نت�ساءل: ما العالقة بين قوة الحم�ض وقاعدته المقترنة وقوة القاعدة وحم�سها المقترن ؟
ح�سب نظرية برون�ستد ولوري يعتبر حم�ض الخل حم�سا �سعيفا في الماء ولكنه حم�ض قوي
في الن�سادر؛ و�سح ذلك مدعما اإجابتك بالمعادلت .
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
يعتب���ر حم����ض HCl من الأحما����ض القوية التي تتفكك ف���ي الماء حيث يفق���د البروتون ب�شهولة
ليعط���ي القاعدة المقترنة - Cl وفي الوق���ت نف�شه ي�شلك الماء كقاعدة لأنه يتقبل البروتون ب�شهولة
. H3O +
ليعطي الحم�ض المقترن
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
194 الكيمياء )2(
HCl + H2O H3O+
+ Cl-
اإن HCl يتفكك كليا في الماء فقد وجد عمليا عدم وجود جزيئات HCl في محلول الحم�ض
) HCl ، H2O(وه���ذا يعن���ي اأن الحم����ض والقاعدة في الجان���ب الأي�ش���ر لمعادلة التفاع���ل
) H3O+
، Cl(اأق���وى م���ن الحم����ض المقت���رن والقاع���دة المقترن���ة ف���ي الجان���ب الأيم���ن
وعند مقارنة القاعدتين نجد اأن الماء هو القاعدة الأقوى لأنه اأكثر ميال
لتقبل البروتون وكذلك عند مقارنة الحم�شين نجد اأن HCl هو الأقوى
لأن���ه اأكث���ر ميال لمن���ح البروتون ولهذا و�شع ال�شه���م ) ( باتجاه واح���د لي�شير اإلى الجهة
الت���ي يرجحه���ا التفاع���ل . والعك�ض �شحيح في حال���ة الأحما�ض ال�شعيفة فمث���ال حم�ض الخل
CH3COOH حم�ض �شعيف يتاأين جزئيا في الماء كما يلي :
CH3COOH
+ H2O H3O+
+ CH3COO قاعدة مقترنة حم�ض مقترن قاعدة حم�ض
+H3O ه���و اأقوى من
وبم���ا اأن اتج���اه ال�شه���م نح���و الي�ش���ار فهذا ي���دل عل���ى اأن الحم����ض
. H2O اأقوى من CH3COO -
CH3COOH والقاعدة ����ض : ه���ل يمكن���ك معرف���ة اأي القاعدتي���ن الأق���وى CN اأم CH3COO اإذا علمت اأن
CH3COOH حم�ض اأ�شعف من HCN
) H2O، Cl-
(
) HCl ، H3O+
(
-
--
من خالل ما �سبق ن�ستنتج اأن :
الحم�ض القوي تكون قاعدته المرافقة �سعيفة والعك�ض �سحيح .
القاعدة القوية يكون حم�سها المقترن �سعيف والعك�ض �سحيح .
195 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
Lewis Acids and Bases 3- اأحما�ض وقواعد لوي�ض
لديك التفاعل التالي :
BFF
F
F BFF
F
F+-
الآن تاأمل التفاعالت الآتية للتو�شل اإلى تعريف لوي�ض لالأحما�ض والقواعد :
حدد الحم�ض والقاعدة في التفاعل ال�شابق ح�شب نظرية اأرهينيو�ض؛ هل يمكنك ذلك؟ ولماذا ؟
حدد الحم�ض والقاعدة في التفاعل ال�شابق ح�شب نظرية برون�شتد ولوري؛ هل يمكنك ذلك؟ ولماذا ؟
راأينا �شابقا اأن تعريف برون�شتد ولوري الأحما�ض والقواعد يعتبر اأكثر �شمول من تعريف اأرهينيو�ض لأنه
ل يتقي���د بالأو�ش���اط المائية و اأنه ل���م ي�شتطع تف�شير ال�شلوك الحم�شي اأو القاع���دي لبع�ض التفاعالت التي
تت���م دون انتق���ال البروتون لذلك اقت���رح الكيميائي الأمريكي جلبرت لوي�ض في ع���ام 1937م مفهوما جديدا
لالأحما�ض والقواعد ل يتعار�ض مع مفهوم برون�شتد ولوري ولكنه ي�شتمل عليه بمعنى اأن مفهومه اأكثر �شمول
من مفهوم برون�شتد ولوري و يعتمد هذا المفهوم على النظرية الإلكترونية للتكافوؤ .
لتمثي���ل تراكي���ب ) بن���اءات ( لوي�ض نكت���ب ال�شيغة الذري���ة للعن�شر محاطة بعدد م���ن النقاط ) اأو
عالمات * اأو دوائر ... ( يمثل كل منها اإلكترونا واحدا في غالف التكافوؤ للذرة .
-
Cl Cl*
* *
* *
* *
00
00
00 0 اأو
اأيون الأمونيوم
H . N : + H+ H . N : H +H
H
H
H[. .
.
قاعدة حم�ض
*
*
*.
*
* *
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
196 الكيمياء )2(
لنرجع اإلى التفاعل ال�شابق
HH O + H+
H
HO
قاعدة حم�ض: :
: [+H
ماذا تالحظ على القاعدتين ال�شابقتين ؟
ما دور القاعدة في التفاعلين ال�شابقين ؟
ماذا تالحظ على الحم�شين ال�شابقين ؟
ما دور الحم�ض في التفاعلين ال�شابقين ؟
ما نوع الرابطة الجديدة في الأيون المتكون ؟
من خالل ما �شبق يمكنك ا�شتنتاج تعريف لوي�ض للحم�ض والقاعدة كما يلي :
الحم�ض : هو المادة ] جزيء اأو اأيون التي لها القدرة على ا�ستقبال زوج اأو اأكثر من الإلكترونات لتكوين رابطة .
القاعدة : هي المادة ] جزيء اأو اأيون التي لها القدرة على منح زوج اأو اأكثر من الإلكترونات لتكوين رابطة .
ومن المالحظ اأن جميع قواعد لوي�ض يوجد بينها خا�شية رئي�شية م�شتركة وهي امتالكها زوجا اإلكترونيا
اأو اأكث���ر من الإلكترونات الحرة ) غير الرابطة ( وجمي���ع اأحما�ض لوي�ض اأي�شا بينها خا�شة رئي�شية م�شتركة
وهي اأنه يوجد مجال مدار اإلكتروني فارغ ي�شتطيع اكت�شاب زوج من الإلكترونات .
رابع فلوريد البورون اأيون الفلور ثالث فلوريد البورون
تعتبر الأيونات الموجبة الأحادية اأحما�ض لوي�ض بينما الأيونات ال�شالبة الأحادية قواعد لوي�ض ف�شر ذلك .
..
BFF
F
F BFF
F
F+
- -
::..
::..
::..
*
.. *
. *
..::
197 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
هل يمكنك تحديد الحم�ض والقاعدة ح�شب تعريف لوي�ض ؟
يمكن تف�شير التفاعل ال�شابق وفق تعريف لوي�ض كما يلي :
تعتب���ر ذرة الب���ورون في جزيء BF3 ذرة مركزي���ة وعدد الإلكترونات ف���ي م�شتوى تكافوؤها �شت���ة اإلكترونات
) ل���م تحق���ق القاع���دة الثمانية ( ويعن���ي ذلك اأنه يوجد ف���ي ذرة البورون مج���ال اإلكترون���ي فارغ.اأما اأيون
الفلور يمتلك اأزواجا من الإلكترونات غير الرابطة ، وعند حدوث التفاعل بينهما يمنح اأيون الفلور زوجا من
الإلكترونات ت�شتقبله ذرة البورون في BF3 فتتكون بذلك رابطة ت�شاهمية تنا�شقية بين الفلور والبورون وبناء
- F قاعدة لأنه منح الزوج الإلكتروني . على تعريف لوي�ض يعتبر BF3 حم�ض لأنه تقبل زوج الإلكترونات و
اإن المواد التي تنطبق عليها نظرية لوي�ض تطبق عليها اأي�شا نظرية كل من اأرهينيو�ض ويرون�شتد لوري .
ناق�ض مع زمالئك العبارة ال�شابقة مع تو�شيح اإجابتك بالأمثلة .
حدد الحم�ض والقاعدة ح�سب تعريف لوي�ض في التفاعالت التالية :
1( H + + :OH- H2O
2( BF3 + :NH3 F3B- NH3
3( Ag+ + 2NH3 NH3 – Ag – NH3[ +
4( B)OH(3 + H2O B)OH(4 -2
+ H +
5( NH2-
+ H2O NH3 + OH -.
قوة الأحما�ض والقواعد ح�سب نظرية لوي�ض .
يمكن مقارنة قوة اأحما�ض وقواعد لوي�ض بفح�ض ميولها لتكوين رابطة ت�شاهمية تنا�شقية ، فعندما تتكون
الرابطة ، ت�شحب الكثافة الإلكترونية على القاعدة في اتجاه الذرة ناق�شة الإلكترونات في المادة )التي لديها
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
198 الكيمياء )2(
HCl + NaOH NaCl + H2O
Neutralization : التعادل
لديك التفاعل الآتي :
مج���ال اإلكتروني ف���ارغ ( لذلك فاإن القاعدة القوية تحتوي على ذرة ذات �شحابة اإلكترونية يمكن ا�شتقطابها
ب�شهولة ومن المعروف اأن الذرات كبيرة الحجم يمكن ا�شتقطابها ب�شهولة اأكثر من الذرات �شغيرة الحجم.
وتتح���دد ق���وة حام�ض لوي�ض بقوة ج���ذب الإلكترونات الذي تقوم به الذرة ناق�ش���ة الإلكترونات في الحام�ض
وم���ن المعروف اأن الذرة �شغيرة الحجم اأف�شل في ج���ذب الإلكترونات من الذرات كبيرة الحجم لأن غالف
التكاف���وؤ لل���ذرة ال�شغي���رة اأقرب اإلى نواته���ا وتكون الإلكترون���ات المقتربة من هذا الغ���الف منجذبة بقوة .
2 - اأيهما تتوقع اأن يكون حم�ض اأقوى عند لوي�ض ) AlCl3 ، BCl3 (؟ مع ذكر ال�شبب .
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
ماذا يمثل التفاعل ال�شابق ؟
من خالل درا�شتك لخوا�ض الأحما�ض والقواعد ماذا يحدث لخوا�شهما عندما يتفاعالن مع بع�شهما ؟
. ال�شبب ذكر مع (؟ )CH3(2O ، )CH3 (2S ( 1 - اأيهما تتوقع اأن يكون قاعدة اأقوى عند لوي�ض
199 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
ما ناتج تفاعل الحم�ض مع القاعدة ؟
ماذا ت�شمى عملية تفاعل حم�ض وقاعدة ؟
عرفن���ا �شابق���ا اأن���ة عند اتحاد القاعدة م���ع الحم�ض تزول ال�شف���ة الحم�شية من الحم����ض وتتال�شى كذلك
ال�شفة القاعدية للقاع���دة وت�شمى هذه العملية بعملية التعادل )Neutralization (ويعرف المحلول
الناتج من معادلة الحم�ض والقاعدة والذي يخلو في هذه الحالة من �شفات الحم�ض اأو القاعدة باأنه محلول
متع���ادل . ف���اإذا تمت معادلة محلول حم�ض الكلور بمحلول هيدروك�شي���د ال�شوديوم نتج عن تعادلهما محلول
متعادل هو محلول " ملح الطعام " الذي ل يحوي على اأيونات الهيدروك�شيد اأو البروتونات المائية اإل بمقدار
ما ينتج عند تحلل الماء النقي لهذه الأيونات .
H+
)aq(+ Cl-
)aq( + Na+
)aq( + OH -)aq( Na+
)aq( + Cl-
)aq( + H2O)l(
نالحـــظ : اأن اأيونـــات ال�ســـوديوم والكلوريـــد ل يطـــراأ عليهـــا اأي تغيـــر " اأيونات متفرجـــة " وبهذا يمكن
اعتبار تفاعل الحم�ض مع القاعدة هو تفاعل بين اأيونات الهيدروجين و اأيونات الهيدروك�سيد .
H+
)aq( + OH -)aq( H2O)l(
عن���د معادلة محل���ول هيدروك�شيد الباريوم مع محل���ول حم�ض الكبريتيك يتك���ون را�شب اأبي�ض
وتنق�ض قدرة المحلول على التو�شيل الكهربائي . بينما اإذا تعادل محلول هيدروك�شيد ال�شوديوم مع
محلول حم�ض الكبريتيك ل يتكون را�شب ول تنق�ض قدرة المحلول الناتج على التو�شيل الكهربائي .
ف�شر ذلك مع تو�شيح اإجابتك بمعادلت كيميائية موزونة .
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
200 الكيمياء )2(
Indicator: الأدلة
ه���ي م���واد ل توؤثر في �شير التفاعل اإنما يتغير لونها في مجال مح���دد من درجة تركيز اأيون الهيدروجين
للو�شط الذي اأدخلت فيه . ومن اأ�شهر الأدلة دليل تباع ال�شم�ض ، الفينولفثالين ، الميثيل البرتقالي، الميثيل
الأحمر . وت�شتخدم هذه الأدلة في معايرات الأحما�ض والقواعد للتعرف على نقطة التعادل ) التكافوؤ ( التي
عنده���ا يت���م تعادل الحم�ض مع القاعدة تعادل تاما وذلك من خالل تغي���ر لون الدليل . يمكنك التعرف على
الكل����ض م�شح���وق الترب���ة اإل���ى المزارع���ون ي�شي���ف
لتخفي���ف حمو�ش���ة الكال�شي���وم ( وذل���ك )هيدروك�شي���د
التربة التي ت���زداد بفعل المطر الحم�ش���ي وهذه الحم�شية
الزائ���دة تزيل بع����ض المغذيات الأ�شا�شية م���ن التربة فعند
اإ�شاف���ة الكل�ض) قاعدة قوية ( تبط���ل مفعول الحمو�شة في
�شكل )6-6 (الترب���ة وبذلك يخف ال�شرر الناتج ع���ن المطر الحم�شي .
اإ�شافة هيدروك�شيد الكال�شيوم للتربة
Titration : المعايرة
عرفنا اأن عملية التعادل يتم فيها اتحاد كمية من الحم�ض مع كمية من القاعدة .
ولكن اإذا اأخذنا كمية معينة من حم�ض ذي تركيز معروف وعادلناها بكمية من القاعدة ذات تركيز مجهول
. Titration اأو العك�ض فاإن العملية ت�شبح معايرة
تع���د المعاي���رة من اأهم طرق التحالي���ل الكيميائية فهي ت�شتخدم لقيا�ض تركيز الم���واد الذائبة في المحاليل
)مث���ل الأحما�ض والقواعد في المحاليل المائية ( وتتم عملي���ا با�شتخدام محلول قيا�شي )معلوم التركيز (
لقيا�ض تركيز المادة الأخرى في المحلول الآخر .عن طريق تطبيق العالقة الآتية .
2
× ت2
= ح1
× ت1
ح
ولكي نتمكن من معايره محلول ما اإلى اأن ي�شبح متعادل تاما باإ�شافة الكمية الكافية من الحم�ض ) اإذا كان
قاعديا ( اأو من القاعدة ) اإذا كان حم�شيا ( فاإننا نعمد اإلى ا�شتعمال الأدلة . فماهي الأدلة ؟
201 الكيمياء )2(
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
الأحما�ض والقواعد
الألوان المميزة لالأدلة في الأو�شاط الحم�شية والقاعدية من خالل الن�شاط التالي:
اختبر لون الكوا�شف التالية في الأو�شاط الحم�شية ، القاعدية ، المتعادلة
الدليل
تباع ال�سم�ض
اللون في الو�سط
الحم�سي
اللون في الو�سط
القاعدي
اللون عند نقطة
التعادل
الميثيل البرتقالي
الميثيل الأحمر
الفينوفثاليين
الأدل���ة عب���ارة عن اأحما����ض ع�شوية �شعيف���ة اأو قواعد ع�شوي���ة �شعيفة يتغير لونه���ا مع تحول
المحل���ول م���ن الو�شط الحام�شى اإلى الو�شط القاعدي ) اأو العك�ض ( كما اأنها اأ�شباغ ع�شوية تمتاز
ب���اأن األوانها تتغير ح�شب مقدار تركي���ز البروتونات في المحلول الموجود فيه ويمكن ال�شتفادة من
ه���ذه الأ�شباغ كاأدلة اأو م�شع���رات عبر تغير األوانها عند بدء الحجم الم�ش���اف من ال�شحاحة اأثناء
عملي���ة المعايرة الذي يعتب���ر كافيا لمعادلة الموجود في الدورق المخروطي؛ غير اأنه من ال�شروري
الإ�شارة اإلى اأنه لي�ض اأي دليل ي�شلح لأي معايرة بين حم�ض وقاعدة واإنما هناك اأدلة معينة لكل نوع
من اأنواع معايرات الأحما�ض والقواعد .
)6 - 4( درا�سة تغير لون الكوا�سف في الأو�ساط
الحم�سية والقاعدية والمتعادلة.
الأحما�ض والقواعد
ض �دسا
�ل ا
ل�س
فلا
202 الكيمياء )2(
HCl بحم�ض NaOH 6-5 ( معايرة قاعدة (
المواد الأدوات :
�شحاح���ة - دورق مخروط���ي -
ما�شة - حامل - محلول قيا�شي
من HCl) ذي تركيز معروف(
)مجه���ول NaOH محل���ول -
التركيز ( - دليل الفينولفثالين .
خطوات العمل .
.HCl بمحلول ال�شحاحة • امالأ NaOH با�شتخدام الما�شة 10 مللتر من محل���ول • انق���ل اإل���ى الدورق المخروطي واأ�ش���ف اليها ثالث نقط من دليل
الفينولفثالين .
كم حجم الحم�ض الالزم للتفاعل مع كامل الكمية من القاعدة في الدورق المخروطي ؟
..........................................................
.......................................................................................................
HCl م���ن ال�شحاح���ة اإل���ى الدورق باإ�شاف���ة محل���ول • اب���داأ المخروط���ي قط���رة ، قطرة اإلى اأن ت�شل اإل���ى نقطة التعادل
)التكافوؤ (؛ ماذا تالحظ ؟
�شكل ) 6- 7 ( خطوات معايرة قاعدة وحم�ض
= ؟ 1
= 10مللتر ت1
حجم القاعدة ح
= 0.25 مولر 2
= من التجربة ت2
حجم الحم�ض ح
2
× ح2
= ت1
× ح1
بتطبيق العالقة ) التخفيف ( ت
) 2
× ح2
) ت
1
ت
= 1
ح
اأ�صئلة الف�صل ال�صاد�س
203
�ض1 : �سع دائرة حول الإجابة ال�سحيحة فيما يلي :.
اأ – المحلول المائي لهيدروك�شيد البوتا�شيوم KOH يمتاز بما يلي .
1-جيد التو�شيل للكهرباء
2- رديء التو�شل للكهرباء
3- يحول ورق تباع ال�شم�ض اإلى الأزرق
) 2 + 1 ( -4
ب – العملي���ة الت���ي يتم خاللها اتحاد كمية معلومة التركيز م���ن الحم�ض مع كمية مجهولة التركيز من
القاعدة ت�شمي :
1- تعادل 2 - تاأين 3- معايرة 4 - تبادل
�ض2 : قارن بين تعريف الحم�ض والقاعدة ح�سب النظريات الثالثة التي در�ست في جدول.
�ض3 : ف�سر ما يلي تف�سيرا علميا مع التو�سيح بالمعادلت .
1- ي�شلك NH3 كقاعدة في المحاليل المائية .
2- التو�شيل الرديء للكهرباء في محلول حم�ض الخل .
3- ي�شمى تفاعل الحم�ض والقاعدة بالتعادل .
�ض4 : اكتب القاعدة المرافقة لكل من الأحما�ض التالية :
�ض5 : اكتب الحم�ض المقترن لكل من القواعد الآتية :
�ـــض6 : بيـــن ما اإذا كانت المركبات التالية من المتوقع اأن تعمل اإما كحام�ض لوي�ض اأو
قاعدة لوي�ض .
H3PO4 ، HNO2 ، CH3 COOH ،H2O ، H2PO4-
، NH4+
، H2SO4 ، H2S HNO3
Fe+3 ، NO-
، OH-
، NH3 ، H2O ، AlCl3 ، )CH3(2S ، CO2 ، Br-
NH3 ، HS-
، OH-
، HCO-
، H2PO4-
،PO-3
SO-2
، SO -2
، CH3COO-
4 4 33
يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :
.Kw 1- تتعرف ثابت تاأين الماء
2- ت�شتنج العالقة بين تركيز اأيون الهيدرنيوم واأيون الهيدروك�شيد للماء النقي .
. H3O+ [ 3- تحدد اأنواع المحاليل المائية بدللة
4- تبين اأهمية الأو�شاط الحم�شية والقاعدية في اإتمام بع�ض التفاعالت الحيوية.
. pOH والأ�ض الهيدروك�شيدي pH 5- تتعرف الأ�ض ) الرقم ( الهيدروجيني
6- تعبر عن قيمة الأ�ض ) الرقم ( الهيدروجيني والهيدروك�شيدي ريا�شيا .
. pKW . pOH . pH 7- ت�شتنج العالقة بين
8- تقي�ض الأ�ض ) الرقم ( الهيدروجيني عمليا لبع�ض المحاليل .
9- تجري الح�شابات المختلفة على الأ�ض الهيدروجيني في محاليل الأحما�ض والقواعد القوية .
10- ت�شتنج العالقات الريا�شية الأ�شا�شية لح�شاب ] + H3O و ]-OH لمحاليل الأحما�ض والقواعد ال�شعيفة.
11- تجري الح�شابات المختلفة حول تركيز الأحما�ض والقواعد ال�شعيفة .
204
الح�صابات المتعلقة بالمحاليل المائـية
للأحمــا�ض والــقواعــد
الأهداف
[
[[
راأيت في الف�شل ال�شابق اأن العديد من التفاعالت التي تهمنا تحدث في المحاليل المائية ، كما اأن معظم
التفاعالت الكيميائية ب�شكل عام ل تتقدم نحو الإكمال واإنما بدل من ذلك تقترب من حالة التزان الديناميكي.
وهناك العديد من التزانات الأيونية التي يمكن اأن تحدث في المحاليل المائية ولكن في هذا الف�شل �شوف
ندر����ض التزانات التي تحدث للمحالي���ل المائية لالأحما�ض والقواعد، واأهم الح�شاب���ات المتعلقة بها . وبما
اأن ه���ذه التزان���ات تتم في و�شط مائي فال�ش���وؤال الذي يتبادر اإلى الذهن هو: هل يح���دث تاأين ذاتي للماء ؟
205
Ionization of water : التاأين الذاتي للماء
بين���ت الأجه���زة الدقيقة لقيا����ض التو�شيل الكهربائي للمحالي���ل اأن الماء النقي يو�ش���ل الكهرباء بدرجة
�شعيف���ة ج���دا ، وهذا دليل على وجود عدد قليل جدا من الأيونات الموجب���ة وال�شالبة م�شوؤولة عن ذلك ، فما
م�شدر تلك الأيونات ؟
تاأم���ل المعادلة الآتية ولحظ اأنه يمكن لجزيء الم���اء اأن يمنح بروتونا لجزيء ماء اآخر في عملية تعرف
بالتاأين الذاتي
H2O)l(
+ H2O)l(
H3O +
)aq(
+ OH -)aq(
ويمكن التعبير عن ثابت التزان لهذا التفاعل على النحو التالي :
- OH قليل جدا مقارنة بتركيز
H3O و +
ونظ���را لأن تركي���ز كل من اأيوني
الم���اء ف���اإن التاأين الذاتي للماء �شعي���ف جدا ول ي�شبب تغي���را ملمو�شا في تركيز
الم���اء ، وهكذا يمكن اعتبار تركيز الماء ثابتا في�شب���ح التعبير ال�شابق عن ثابت
اتزان الماء كما يلي :
OH-[ * H3O+[
H2O[2K =
المقدمة
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
206كيمياء )2(
H2O[2 × K = H3O+[ × OH-[
]-K = H3O+[ × OH × مقدار ثابت
فاإذا عو�شنا عن المقدار الثابت )K× مقدار ثابت ( بKw فاإن
Kw = H3O+[ × OH-[ ) ionization consant of water( ثابت تاأين الماء Kw وي�شمي
عند درجة 25°م وتعتمد على درجة الحرارة .14–
وتبلغ قيمته 1 × 10
OH و1 مول من ]- H3O + [ ومن معادلة التاأين الذاتي للماء نجد اأن تاأين الماء ينتج عنة 1 مول من
اأي اأن ]+OH - [= H3O وعليه فاإن
OH -[2 = H3O+[2
=Kw
وباأخذ الجذر التربيعي للطرفين نجد اأن
OH -[2 = H3O+[2
=Kw
= ]+OH - [ = H3O ومنه 14–
10 × 1
مولر= ]+OH - [ = H3O عند 25°م 7–
10 × 1
وي�شمي المحلول الذي يكون محلول متعادل.
من خالل ما�شبق ت�شتنتج اأنه في اأية م�شاألة متعلقة باإيجاد تركيز اأيون الهيدرنيوم ] + H3O يتم اإيجاد
( با�شتخدام العالقة 14–
10 × 1 (Kw تلقائيا من معرفة قيمة OH تركيز اأيونات الهيدروك�شيد ] -
Kw = H3O+[ × OH-[
�ش���كل ) 7-1 ( العالق���ة بي���ن تركيز
الهيدروك�شيد واأيون الهيدرنيوم اأيون
في المحاليل المتعادلة
OH-
H+
207كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
H3O+ [ 7–
10 × 2.5 OH-[
14–
10 × 1 Kw [
مولر === 7–
10 × 0.4
اح�ش���ب تركي���ز ] +H3O ف���ي محل���ول مائ���ي تركيز ]-OH في���ه ي�شاوي
مولر عند درجة حرارة °25م . 7–
10 × 2.5
الحل
بما اأن درجة حرارة المحلول 25°م فاإن
OH للمحلول . مولر فكم يبلغ ]-
6-10× 6.2 ي�ساوي محلول H3O+[ اإذا كان تركيز
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
العالقة بين ]+OH - [ = H3O في المحاليل المائية المختلفة
م���ولر في المحاليل المائية المتعادلة ولكن كيف 7–
10 × 1 = OH - [ = H3O+[ عرفن���ا �شابق���ا اأن
يتغي���ر تركي���ز هذين الأيونين باإذابة حم�ض اأو قاعدة في الماء ؟ اإن حال���ة التزان تبقى موجودة بين اأيونات
OH من جه���ة وجزيئات الماء من جهة اأخ���رى في المحاليل -
+H3O واأيون���ات الهيدروك�شي���د
الهيدرني���وم
المائي���ة �شواء اأكانت متعادلة اأوحم�شي���ة اأو قاعدية ، وباإ�شافة الحم�ض اإلى الماء �شوف يزيد ]+H3O عن
=]+OH - [ × H3O ومنه 14–
10 × 1 =Kw
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
208كيمياء )2(
H3O+ [ شكل )7-1 ( مدرج الحمو�شة بدللة�
ازدياد الحمو�شة ازدياد القاعدية
14-
10×1 7-
10× 1 1-
10× 1
[من خالل ال�شكل ت�شل اإلى اأنه اإذا كان :
يكون المحلول حم�شيا . 7-H3O < 10
) اأ ( ]+
يكون المحلول قاعديا . 7-H3O > 10
)ب ( ]+
يكون المحلول متعادل . 7-H3O = 10
)ج ( ]+
[[[
�شكل ) 7-2 ( العالقة بين تركيز اأيون الهيدرونيوم وتركيز اأيون الهيدروك�شيد
H3O+ H3O+ H3O+
OH -OH -
محلول حام�شي
OH -
محلول متعادل محلول قاعدي
مولر وفقا لذلك ، 7–
OH �شيقل ع���ن 1 × 10 م���ولر وحت���ى يبق���ى Kw ثابتا فاإن تركيز] -
7– 10 × 1
مولر مما يوؤدى اإلى انخفا�ض 7–
OH عن 1 × 10 وبالمثل عند اإ�شافة القاعدة اإلى الماء �شوف يزيد ] -
مولر وال�شكل التالي يو�شح ذلك :7–
]+H3O عن 1 × 10
OH - [ ار�شم مدرجا يو�شح تغير نوع المحاليل المائية بتغير
209كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
يوجد في داخل اأج�ســـامنا بع�ض الأنزيمات الها�ســـمة والتي تعمل على ت�ســـريع عملية اله�سم
حيث اأن بع�ض هذه النزيمات ليعمل اإل في و�ســـط حم�ســـي وبع�ســـها ليعمل الإ في و�ســـط
: قاعدي فمثال
اأنزيم اأميليز اللعاب والذي يفرز مع اللعاب في الفم يقوم بوظيفة ه�شم المواد الكربوهيدراتيه
ل يعمل اإل في الو�شط القاعدي
اأنزي���م البب�شي���ن والذي يفرز في المعدة ويقوم بوظيفة ه�شم الم���واد الروتينية ليعمل اإل في
الو�شط الحم�شي .
ف�شبحان اهلل القائل في كتابة العزيز :
] جميع التراكيز عند 25°م اأكمل الجدول التالي :
المحلول
HCl
H2CO3
Ca)OH(2
H3O+[OH طبيعة المحلول] -
5-
10 × 2
6-
10 × 3
2-
قاعدي 5 × 10
[
[[
)الذاريات : 20 -21(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
210كيمياء )2(
The Power of Hydrogen Value الرقم )الأ�ض ( الهيدروجيني
H3O+ [ لو - =
1
pH = لو H3O+ [
وبهذه الطريقة يمكن التعبير عن درجة حمو�شة المحاليل باأرقام موجبة من ال�شفر اإلى 14
لعل���ك لحظ���ت اأن قي���م تراكي���ز اأيون���ات الهيدروني���وم واأيون���ات الهيدروك�شيد ف���ي المحالي���ل المائية
قلي���ل ن�شبي���ا ويعب���ر عن���ه باأرقام �شغي���رة ت�شم���ل اأ�ش�شا �شالب���ة ي�شعب التعام���ل معها . فقد اقت���رح العالم
ال�شوي���دي �شورن����ض ع���ام 1909م مقيا�ش���ا اأ�شه���ل يعبر بموجب���ه عن تركي���ز اأيون���ات الهيدروني���وم باأرقام
ب�شيط���ة ويطل���ق عل���ى ه���ذا المقيا����ض ا�ش���م الأ����ض الهيدروجين���ي )PH( اأو الرق���م الهيدروجين���ي وه���و
عب���ارة ع���ن اللوغاريت���م ال�شالب لتركيز اأي���ون الهيدروني���وم لالأ�شا����ض )10 ( و يعبر عنه ريا�شي���ا كما يلي
H3Oاح�ســـب قيمـــة pH لمحلول حم�ســـي تركيز اأيون الهيدرونيـــوم فيه ]+
مولر . 2-
ي�ساوي 1.5 × 10
H3O في الع�سير.وجد اأن قيمة pH لعينة من البرتقال ت�ساوي 3.8 فما قيمة ]+
..................................................................................................
..................................................................................................
[
H3O= - لو ]+ pH بتطبيق العالقة
الحل :
=- ]لو 1.5 +)-2 لو 10( =- ]0.18 +)-2 × 1( 2-
= - لو ] 1.5 × 10
1.82 = -1.82[ - = -2 0.18 [ -=
[
211كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
والآن لنا اأن نت�ساءل : كيف يمكن الربط بين pH و pOH في عالقة واحدة ؟
لنعود اإلى ثابت تاأين الماء النقي عند درجة حرارة 25°م
باأخذ اللوغاريتم ال�شالب للطرفين نجد اأن
pOH + pH = pKw
) 14 =14 -
حيث اأن pKw = 14 ) لأن –لو 1× 10
pOH + pH = 14
14 -
10 ×1 = H3O+[ × OH-[ =Kw
) OH- [ لو -( + H3O+ [ لو - =Kw لو-
امالأ الفراغات التالية :
...................................................................................................
...................................................................................................
1- اإذا كانت قيمة pH لمحلول ت�شاوي 7.2 فاإن قيمة pOH لنف�ض المحلول ت�شاوي :
مولر فاإن :11-
2- اإذا كان]- OH لمحلول ي�شاوي 1× 10
pOH ي�شاوي :
و pH ي�شاوي :
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
212كيمياء )2(
ويمكن تحديد ما اإذا كان المحلول حم�شيا اأو قاعديا با�شتخدام الرقم الهيدروجيني كما في ال�شكل الآتي :
pH شكل يو�شح اأنواع المحاليل المائية بدللة�
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
حم�شي متعادل قاعدي
تزداد قوة المحلول الحم�شي تزداد قوة المحلول القاعدي
من خالل ال�شكل ال�شابق نجد اأن :
7 < pH الحم�شية المحاليل • في 7 > pH قيمة تكون القاعدية المحاليل • في 7 = pH قيمة تكون المتعادلة المحاليل • في
وغالب���ا يقا����ض pH للمحاليل ب�شهول���ة بوا�شطة جهاز اإلكترون���ي ي�شتخدم لقيا�ض pH حي���ث تغمر الأقطاب
المت�شل���ة بالجه���از ف���ي المحلول المطل���وب قيا�شه وتق���راأ قيمة pH مبا�ش���رة من الجهاز كما ف���ي الن�شاط
التالي:
المواد الأدوات المطلوبة :
جه���از قيا����ض الأ����ض الهيدروجيني ، اأوراق قيا����ض pH محاليل بع�ض الم���واد ) ع�شير البندورة ،
خ���ل، قه���وة ، �شاي ، منظفات منزلية ، م���اء البحر ، ع�شير البرتقال ، HCl ، NaOH ، كوؤو�ض
زجاجية، اأنابيب اختبار، ماء مقطر .
) 7-1 ( قيا�ض الأ�ض الهيدروجيني لبع�ض المواد
213كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
خطوات العمل .
�شكل ) 7- 4(اأوارق
قيا�ض الأ�ض الهيدروجيني
ثانيا : قيا�ض pH بوا�شطة ورق قيا�ض الأ�ض الهيدروجيني .
1- �ش���ع قليال من المحلول الم���واد قيا�ض ال� pH له في
اأنبوبة اختيار .
2- اغم����ض ورقة قيا�ض الأ�ض الهيدروجيني في المحلول
وتاأك���د م���ن غم���ره المنطق���ة الملونة م���ن الورقة في
المحلول .
ات���رك الورقة ف���ي المحلول لع���دة ثوان ث���م اأخرجها -3
المرجعي���ة بالأل���وان للورق���ة اللون���ي التغي���ر ق���ارن -4
" القيا�شي���ة " ث���م ق���راءة قيم���ة pH المقابل���ة لل���ون .
كرر الخطوات ال�شابقة مع باقي المحاليل . -5
�شجل النتائج في الجدول . -6
�شكل ) 7- 3 (جهاز
مقيا�ض الأ�ض الهيدروجيني
اأول : قيا����ض ال���� pH بوا�شط���ة جه���از مقيا����ض الأ����ض
الهيدروجيني .
1- �ش���ع كمية منا�شبة من المحلول المراد قيا�ض ال� pH له
في كاأ�ض منا�شب .
اغم����ض في���ه القطب الزجاج���ي للجهاز . ك���رر الخطوات -2
ال�شابق���ة مع بقية المحاليل مع مالحظه غ�شل القطب في
ماء مقطر كل مرة حتى ي�شتقر الموؤ�شر .
�شجل قراءة ال� pH التي ظهرت على الجهاز في الجدول . -3
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
214كيمياء )2(
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
قراءة جهاز مقيا�ض ا�سم المحلول
pH
pH قراءة الـ
نوع محلول قراءة ورق قيا�ض
pH
م
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
قارن بين قراءة مقيا�ض pH وقراءة " المقيا�ض الورقي " هل بينهما فرق وا�شح؟ اأيهما اأكثر دقة ؟
215كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
NaOH NH3ماء البحر
،
منظفات منزلية
الدم الماء
النقي
البول ع�شير
البندورة
ع�شير
برتقال
HClع�شارة
المعدة
اأكمل الفراغ في الجدول الآتي
H3O+ [pHنوع المحلول
6-10×2
1.8
التزان في المحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد والح�سابات المتعلقة بها
در�ش���ت في الف�شل ال�شابق اأن تفاوت التو�شي���ل الكهربائي للمحاليل المائية لالأحما�ض مكن اأرهينيو�ض
من التمييز بين نوعين من الأحما�ض وهما الأحما�ض القوية والأحما�ض ال�شعيفة .
H3O في محاليل الأحما�ض القوية وال�شعيفة ؟والآن لنا اأن نت�شاءل : كيف يمكن ح�شاب] +
H3O في محاليل الأحما�ض القوية . اأول: ح�ساب ]+
تمت���از الأحما����ض القوية باأنها مو�شل���ة جيدة للتيار الكهربائي حيث اأنها تتاأي���ن اأو تتفكك في الماء
اإلى اأيونات موجبة و�شالبة اأي اأن ثابت اتزانها ) تاأينها ( كبير جدا لدرجة اأن التفاعل يكاد يكون غير
[
الأ�ض الهيدروجيني )pH( لبع�ض المواد
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
216كيمياء )2(
الحل :
H3OpH = - لو ] +
1 =1-
pH = - لو 1× 10بما اأن المحلول حم�شي اإن ]-OH م�شدره من تفكك الماء
13-
10 ×1 = = = OH-[ 1-
10 × 1 H3O +
pKw = pH + pOH
مالحظـــة : بم���ا اأن الحم����ض قوي فاإن ] +H3O م�شدرها الوحيد الحم�ض القوي وتركيز
اأيونات ] +H3O الناتج من الماء يهمل ل�شغره .
14-
10 × 1 Kw
[
13=1 -14 = pOH ...
بال�شيغة HA فاإنه يمكن تمثيل تاأينه في الماء كما يلي :
HA)aq( + H2O)l( H3O+
)aq( + A-
)aq(
H3O لذلك يمكن +
،A يالح���ظ اأن م���ول من الحم�ض القوي يتفكك كلي���ا ليعطي مول واحدا من الأيوني���ن
م�شاويا للتركيز الأ�شلي للحم�ض اأي اأن : H3O+
اعتبار تركيز
A-[ = التركيز الأ�شلي للحم�ض القوي[ = H3O+ [
عك�ش���ي وي�شي���ر في اتجاه واحد نح���و النواتج ومن الأمثلة عل���ى هذه الأحما�ض حم����ض الكلور HCl وحم�ض
النيتري���ك HNO3 وحم����ض البيركلوري���ك HClO4 وغيره���ا . وب�ش���ورة عام���ة اإذا مثلن���ا حم�ش���ا قوي���ا
-
[[[
اح�شب pH ، pOH لمحلول حم�ض النيتريك الذي تركيزه 0.1 مولر .
) حم�ض النيتريك يتفكك كليا في الماء (
[
217كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
ثانيا: ح�ساب ] +H3O في محاليل الأحما�ض ال�سعيفة
تعتبر الأحما�ض ال�شعيفة رديئة التو�شيل الكهربائي حيث اأنها تتاأين اأو تتفكك جزئيا في الماء اأي اأن ثابت
CH3COOH )تاأينها ) تفككها ( �شغير جدا ، ومن الأمثلة على هذه الأحما�ض حم�ض الإيثانويك )الخل
، وحم�ض الهيدرو�شيانيك HCN وغيرها .
وب�شكل عام يمكن تمثيل تاأين الحم�ض ال�شعيف )HA( في الماء كما يلي :
HA + H2O H3O+
+ A-
نالحظ اأن التفاعل ي�شير في اتجاهين متعاك�شين فهذا يعني اأن معظم جزيئات الحم�ض تبقى في �شورة غير
متفكك���ة ) غي���ر متاأينة ( مما يوؤدي اإلى حالة اتزان بين هذه الجزيئ���ات غير المتاأينة وبين الأيونات الناتجة
.A-
، H3O +
عن التاأين
ويمكن التعبير عن ثابت التزان لتاأين حم�ض �شعيف بالعالقة الآتي :
[
-OH , لمحلول حم�ض الكلور HCl البالغ تركيز 0.05 مولر علما باأن حم�ض , pOH اح�ســـب
HCl حم�ض قوي.
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
وبم���ا اأن تركي���ز ) H2O ( ف���ي المحاليل ليتغير بدرجة كبيرة فيمكن اعتبار تركي���زه قيمة ثابتة ودمجه في
. Ka ثابت جديد وهو
= K HA[
H3O+
[ A-[ H2O[.
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
218كيمياء )2(
Ka وكلما زادت قيمة ) acid اخت�شار لكلمة حم�ض a( هو ثابت تفكك اأو تاأين الحم�ض ال�شعيف Ka حيث
ازداد تركيز اأيون االهيدرنيوم ] +H3O وزادت قوة الحم�ض
م 5
والجدول التالي يبين ثوابت التفكك لبع�ض الأحما�ض الماألوفة عند درجة حرارة 25
جدول ) 7-1 ( يبين ثوابت الإتزان لبع�ض الأحما�ض
= Ka AH[
H3O+
[ A-[
ثابت التفككتفاعل التفككالحم�ض
HClحم�ض الكلور
HNO3 حم�ض النيتريك
H2SO4 حم�ض الكبريتيك
HSO4-
HF حم�ض الهيدروفلوريك
CH3COOHحم�ض الخل
H2CO3حم�ض الكربون
H2S حم�ض
مرتفع جدا
مرتفع
مرتفع جدا
3-10×1.3
4-10×6.7
5-10×1.8
7-10×4.4
7-10×1
HCl + H2O = H3O+
)aq(
+ Cl-
)aq(
HNO3 + H2O = H3O+
)aq(
+ NO3-
)aq(
H2SO4 + H2O = H3O+
)aq(
+ HSO4-
)aq(
HSO4-
+ H2O = H3O+
)aq(
+ SO4-
)aq(
HF + H2O = H3O +
)aq(
+ F -)aq(
CH3COOH + H2O = H3O+
)aq(
+ CH3COO-
)aq(
H2CO3 + H2O = H3O +
)aq(
+HCO3-
)aq(
H2S)g(
+ H2O = H3O+
)aq(
+ HS-
)aq(
كبريتيد الهيدروجين
-
219كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
رتب الأحما�ض الآتية ترتيبا ت�ساعديا ح�سب ازدياد قوتها بالرجوع اإلى الجدول ال�سابق
....................................................................................................
....................................................................................................
H2S , H2CO3 , CH3COOH
وبما اأن معظم جزيئات الحم�ض ال�شعيف تبقى في �شورة غير متاأينة فاإن
+H3O ≠ تركيز الحم�ض الأ�شلي [
CH3COOH ف���ي محالي���ل الأحما�ض ال�شعيفة �ش���وف ناأخذ مثال حم����ض الخل H3O+ [ ولح�ش���اب
يتفكك حم�ض الخل ) حم�ض �شعيف ( في الماء ح�شب المعادلة التالية:
CH3COOH -
)aq(
+ H2O-
)l(
CH3COO-
)aq(
+ H3O+
)aq(
ثابت التفكك لهذا التفاعل هو :
5-
10 × 1.8 = = Ka
CH3COO -[
CH3COO - [H3O+ [ =
H3O+ [
CH3COOH[
CH3COO ي�شاوي مقدار -
من المعادلة الموزونة لتفكك الحم�ض فاإن مقدار ما ينتج من اأيونات الخالت
+H3O اأي ان : ما ينتج من اأيونات الهيدريوم
ومنه فاإن قيمة ثابت التزان Ka ت�شبح على النحو التالي :
= Ka
H3O+
[2
CH3COOH[
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
220كيمياء )2(
( فاإن جزء ب�شيطا م���ن حم�ض الخل يتفكك ومعظم 5-
10 × 1.8( Ka ونظ���را ل�شغ���ر قيمة ثابت الت���زان
حم�ض الخل الموجود في المحلول يبقى على �شكل جزيئات غير متفككة من ذلك ن�شتنتج اأن :
]CH3COOH عند التزان = Ca ) التركيز الأ�شلي للحم�ض(وبالتعوي�ض في قانون ثابت التزان :
Ka × Ca = H3O+
[2اإذن
= Ka
Ca
H3O+
[2
باأخذ الجذر التربيعي للطرفين فاإن تركيز اأيون الهيدرنيوم الناتج عن تفكك حم�ض �شعيف ي�شاوي
+ H3O الناتج عن تفكك الم���اء نظرا ل�شغر قيمته حيث اإنه ل يزيد
ول ب���د م���ن الإ�شارة اإلى انه تم اإهمال
مولر 7-
عن 1 × 10
Ka × Ca = H3O+
التركيز ال�شلى )Ca( للحم�ض =
حجم المحلول با للتر = = 0.25 لتر
:. Ca للحم�ض = = 0.02 مول / لتر
= H3O+[
عدد المولت
حجم المحلول باللتر
250
1000
0.005
0.25
4-
10 × 1.7 × 0.02 = Ka × Ca
اأذي���ب 0.005 م���ول م���ن حم����ض الفورميك ) حم�ض �شعي���ف ( في كمية من
pH الماء بحيث اأ�شبح حجم المحلول 250 مللتر ، اح�شب الأ�ض الهيدروجيني
4-
10 × 1.7 = Ka للمحلول علما باأن ثابت التفكك للحم�ض
الحل :
221كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
=- ) لو0.184 – 2 لو 10 ( =1.26
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
ت�شن���ف الأحما�ض وفق عدد البروتونات التي يمك���ن اأن يمنحها الجزيء الواحد من الحم�ض عند
التفكك اإلى :
NH3 ، HCl : البروتون مثل اأحادية • اأحما�ض : • اأحما�ض عديدة البروتون قد تكون
H2CO3 ، H2SO4 ثنائية : مثل
H3PO4 ثالثية : مثل
مولر2-
10 × 0.184 =
2-
pH = -لو ]+H3O = - لو 0.184 × 10
الأ�سبرين حم�ض ع�سوي �سعيف )HC9 H7O4 ( ويتاأين وفق المعادلة التالية :
فاإن اأذيب منه كتله مقدارها 325 جم في الماء وكان حجم المحلول الناتج = 200مل فما هي قيمة
والكتلة الجزيئية لالأ�سبرين = 180 جرام / مول ؟4-
10 × 3.27 = Ka للمحلول علما بان pH
HC9 H7 O4 + H2O = C9 H7 O4-
+ H3O+
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
222كيمياء )2(
وكذلك الحال بالن�شبة للقواعد ت�شنف وفق عدد اأيونات الهيدروك�شيد التي تمنحها اإلى عدة اأنواع:
NaOH ، KOH : اأحادية الهيدروك�شيل مثل • قواعد • قواعد عديدة الهيدروك�شيل قد تكون : Mg)OH(2 ، Ba)OH(2 ثنائية مثل
Cr )OH(3 ، Al)OH(3 ثالثية مثل
OH-[ ، H3O يوؤخذ في العتبار عدد اأيونات ويمكنن���ا مالحظة اأنه عند ح�شاب تركي���ز ]+
OH ، الناتجة عن التفكك . -
. H3O +
التزان في المحاليل المائية للقواعد والح�سابات المتعلقة بها
تتف���اوت القواعد في التو�شيل الكهربائي لذا يمكن التمييز بي���ن نوعين من القواعد هما القواعد القوية
والقواعد ال�شعيفة، ويمكن ح�شاب] -OH في المحاليل المائية للقواعد القوية وال�شعيفة بنف�ض الطريقة
التي ذكرت عند درا�شة الأحما�ض كما يلي :
اأول: ح�ساب ] -OH في محاليل القواعد القوية
من اأهم مميزات القواعد القوية اأنها مو�شلة جيدة للتيار الكهربائي حيث اأنها تتاأين ) تتفكك( كليا في
الم���اء اأي اأن ثاب���ت اتزانه���ا ) تاأينها ( كبير جدا لدرجة اأن التفاعل يكاد يك���ون غير عك�شي وي�شير في اتجاه
واحد نحو النواتج ومن الأمثلة على هذه القواعد هيدروك�شيد ال�شوديوم NaOH ، هيدروك�شيد البوتا�شيوم
KOH ، هيدروك�شيد الباريوم Ba)OH(2 وغيرها .
وب�شكل عام نمثل تاأين القاعدة القوية B في الماء كما يلي :
B)aq( + H2O)l( BH+
)aq( + OH-
)aq(
م���ن المعادل���ة ال�شابقة يت�ش���ح اأنه كلما تفاعل مول واحد م���ن القاعدة B مع الماء ينت���ج عنه مول واحد من
+BH اأي اأن :
- OH ومول واحد من
B+[ = BH[ التركيز الأ�شلي للقاعدة القوية = OH- [
[[
223كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
بما اأن المحلول قاعدة قوية فاإنها تتفكك كليا في الماء
NaOH)aq(
+ H2O Na+
)aq(
+ OH-
)aq(
-OH - [ = NaOH[ 3 = تركيز القاعدة الأ�شلية مولر
10×1
= H3O+[KwOH-[
= H3O+[ 14-
10 × 1
3-
10 ×1
مولر 11
10- ×1 =
مالحظة : بما اأن المحلول لقاعدة قوية فاإن م�شدر ]+H3O هو تفكك جزيئات الماء واأيونات
م�شدرها القاعدة القوية اأما ]-OH الناتج عن الماء يتم اإهماله ل�شغره . OH -[
الحل :
OH و ]+H3O لمحلول مائي من هيدروك�شيد ال�شوديوم اح�ش���ب قيم���ة ] -
تركيزه 0.001مولر
اح�سب pH لمحلول ح�سر باإذابة 0.13 مول من KOH في الماء بحيث اأ�سبح حجم المحلول 200
مللتر )KOH يتفكك كليا في الماء ( .
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
224كيمياء )2(
ثانيا : ح�ساب ]- OH في محاليل القواعد ال�سعيفة
القواع���د ال�شعيف���ة رديئة التو�شيل للتيار الكهربائ���ي حيث اإنها تتفكك اأو تتاأين جزئي���ا في الماء اأي اأن
وغيرها ويمكن
N2H4 الهيدرازين ، NH3 ثاب���ت تاأينها ) تفككه���ا ( �شغير جدا ومن الأمثلة عليها الن�شادر
تمثيل تاأين القاعدة ال�شعيفة )B( في الماء كما يلي :
B)aq(
+ H2O)l(
= B H)aq(
+
+ OH-
)aq(
ويمكن التعبير عن ثابت التزان لتاأين القاعدة ال�شعيفة كما يلي :
وبما اأن تركيز الماء في المحاليل ل يتغير بدرجة كبيرة ، فيمكن اعتبار تركيزه قيمة ثابتة ودمجه في ثابت
Kb جديد هو
= K
OH-[ * BH+[
B[ * H2O[
= Kb
OH-[ . BH+[
B[
) base اخت�شار لكلمة b( هو ثابت تفكك اأو تاأين القاعدة ال�شعيفة Kb حيث
�ض : ما العالقة بين Kb و ]-OH وقوة القاعدة ؟
م . 5
والجدول التالي يبين ثوابت التفكك لبع�ض القواعد الماألوفة عند درجة حرارة 25
225كيمياء )2(
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
جدول ) 7-2 ( ثوابت التزان لبع�ض القواعد
ثابت التفككتفاعل التفككالقاعدة
NaOH
KOH
Ba)OH(2
CH3NH2
NH3
N2H4
NH2OH
مرتفع جدا
مرتفع
مرتفع جدا
4-10×3.7
5-10×1.8
6-10×1
8-10×1.1
NaOH + H2O Na+
+ OH -
KOH + H2O K+
+ OH -
Ba)OH(2 + H2O Ba++
+ OH -
CH3NH2 + H2O CH3NH3+
+ OH -
NH3 + H2O = NH4+
+ OH -
N2H4 + H2O = N2H5+
+ OH-
NH2OH + H2O = NH3 + OH-
وبما اأن معظم جزيئات القاعدة ال�شعيفة تبقى في �شورة جزيئات غير متاأينة ) غير متفككة( فاإن
الأ�شلي القاعدة تركيز = OH- [ولح�ش���اب تركي���ز اأيون الهيدروك�شيد ] -OH في محاليل القواعد ال�شعيفة نتبع نف�ض الخطوات المتبعة
. ال�شعيفة الأحما�ض محاليل في H3O+[ لح�شاب
يتفكك الن�سادر في الماء كما يلي :
O H-
[2= Kb x Cb
اأثبت اأن
NH3)aq( + H2O)l( NH4+ + OH-
)aq(
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
الح�سابات المتعلقة بالمحاليل المائية لالأحما�ض والقواعد
ع اب
�سل ا
ل�س
فلا
226كيمياء )2(
Kb لمحل���ول الهيدوك�شيل اأمين تركي���زه 0.01 مولر علما باأن PH ، POH اح�ش���ب
8-
للهيدروك�شيل اأمين = 1.1 × 10
الحل :
البيريدي���ن قاعدة �شعيف���ة اكت�شفت في قطران الفحم و�شيغته���ا C5H5N . اح�شب PH لمحلول
9-
10 × 1.5 = Kb البيريدين الذي تركيزه 0.1 مولر علما باأن ثابت تاأين
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
Kb× Cb[ = OH-[ مولر
5-
10 × 1 = 0.01 × 8-
10 × 1.1 =
OH-[ لو- = POH5 = 1 ×
5-
= -لو 10
= PH + POH = PKw
PH = 14 – 5 = 9
227
�ض1 : �سع دائرة حول الحرف الذي يمثل الإجابة ال�سحيحة فيما يلي :
اأ – تكون قيمة pH لمحلول حم�ض HCl الذي تركيزه 0.1 مولر .
1( 14 2( 13 3( 1 4( �شفر
ب – اإذا كانـــت قيمـــة pH ت�ســـاوي )3( لمحلول حم�ض �ســـعيف)HA( تركيزه 0.1 مولر
فاإن قيمة Ka لهذا الحم�ض ت�ساوي .
8-
10×1 )4 7-
10×1 )3 6-
10×1 )2 5-
10×1 )1
OH [ ت�ساوي : -
جـ– اإذا كانت قيمة pH لمحلول = 7 فاإن ]
مولر4-
مولر 4(0.5×102-
مولر 3 ( 6×10 7-
مولر 2( 1×1010-
10×1 )1
د – الحم�ض جيد التو�سيل الكهربائي من بين الأحما�ض التالية .
NH+
4)4 HNO2)3 H2N)2 HNO3 )1
هـ – لديك محاليل تراكيزها مت�ســـاوية لحمو�ض افترا�ســـية )HC . HB . HA ( وكانت
فاإن الترتيب الت�ســـاعدي 6-
10×1 , 4-
10×3 , 5-
قيمـــة Ka لهـــا على الترتيب 1×10
للحمو�ض ح�سب قيم pH لها تكون : -
HC<HB<HA )1
HC<HA<HB )2
HB<HA<HC )3
HA<HC<HB )4
و– لديـــك محاليـــل تراكيزها مت�ســـاوية لقواعد افترا�ســـية )A , B ( وكانـــت قيم Kb لها على
فاإن الترتيب الت�ساعدي للقواعد ح�سب قيم pH لها تكون : - 7-
10×1 , 5-
الترتيب 1×10
B للمحلول OH < )A ( للمحلول OH- [ )1
B للمحول pH < A للمحلول pH )2
3( قيمة pH للمحلولين مت�شاوية
B للمحلول H3O+[ < A لمحلول H3O
+ [)4
�ـــض2: اح�ســـب فـــي محلـــول تـــم تح�ســـيره بمـــزج 50 مللتـــرا مـــن
محلول حم�ض الكلور تركيز 0.2 مولر و49 مللترا من محلول هيدروك�سيد ال�سوديوم
تركيزه 0.25مولر .
8- 10 ×3.5 = Ka تركيزة 0.1 مولر وعلمت اأن HOCl ـــض3 : اإذا كان لديـــك محلـــول�
اح�شب
�ض4 : �سنف المحاليل الآتية اإلى : محاليل حم�سية اأو قاعدية اأو متعادلة
2.25 = pOH )10.43 د = pOH ) �7.00 ج = pOH )3.54 ب =pH ) اأ
�ض5 : رتب المحاليل في ال�سوؤال ال�سابق ح�سب زيادة حام�سيتها .
�ض6 : م�ستخدما الرقم الهيدروجيني اأي مما يلي يكون محلول حم�سيا واأيها قاعديا :
NaOH اأ( 0.5 مول من
HCl ب ( 0.2 مول من حم�ض
H3O+
مولر من 10-
ج� ( 1.25 × 10
228
[ [ [-
[
OH-[ , H3O+[[[
HOCl [ ، OCl-[ ، H3O+[ [[[
[
229
�ض 7 : ار�ســـم مخططا يتم فيه ت�ســـنيف الأحما�ض والقواعد اإلى اأنواعها المختلفة
مو�ســـحا اأنـــواع الأيونـــات التـــي تنتج فـــي محاليلها المائيـــة . والعالقات الريا�ســـية
الم�ستخدمة في ح�ساباتها.
يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :
تذكر المقيا�ض الن�شبي لح�شاب الكتل الن�شبية للذرات . -1
تفرق بين الكتل الذرية والذرية الجرامية . -2
تعرف المول . -3
ت�شتنتج العالقة بين المول والكتل الجرامية وعدد اأفوجادرو . -4
تح�شب الكتل الجزيئية الجرامية لبع�ض المركبات . -5
تجري الح�شابات الكيميائية با�شتخدام المول والمعادلة الكيميائية . -6
ت�شتنتج العالقة بين المولت ون�شب الحجوم في المعادلة الغازية . -7
تقدر اأهمية الح�شابات في حياة الإن�شان . -8
الأهداف
االأملح وح�صاباتها
230
Cu +2 SO4 -2
المقدمة
231
در�ش���ت �شابق���ا الأحما����ض والقواع���د وتعرف���ت على
اأه���م خوا�شه���ا وعرف���ت نوعا اآخ���ر من الم���واد ينتج
م���ن تفاعل الحم����ض والقاع���دة معا وه���ي الأمالح .
فالأم���الح مركبات وا�شع���ة النت�شار متع���ددة الأنواع
اأكثره���ا �شهرة ملح الطع���ام ) NaCl ( الموجود في
م���اء البحر ، وكذلك تحتوي المي���اه المعدنية اأمالحا
تتك���ون عندم���ا تذيب مي���اه المط���ر �شخ���ور الحجر
الجيري )CaCO3(، وت�ش���كل جميع الأمالح بلورات
جميلة منها الفلوراي���ت ، كبريتات النحا�ض الزرقاء.
وه���ي ف���ي الواق���ع م���واد كيميائي���ة مفي���دة متنوع���ة
ال�شتعمالت تدخل في الأدوية والجب�ض وملح البارود،
والطبا�شير، ومبيدات الح�ش���رات والأ�شمدة . و�شوف
نتعر����ض في هذا الف�شل لدرا�ش���ة الأمالح وخوا�شها
واأنواعها والتزانات التي تحدث في محاليلها المائية
�شكل ) 8-2 (والح�شابات المتعلقة بها .
بلورات كبريتات النحا�ض
�شكل ) 1-8 (
بلورات الفلورايت
الأمالح وح�ساباتها
نم
ثال ا
ل�س
فلا
232كيمياء )2(
Definition of salts : تعريف الأمالح
Ca)NO3(2 . K2SO4
. MgCl2 : شم المركبات التالية� -
- اإلى كم �شق ينق�شم كل من المركبات ال�شابقة ؟
- ما المواد الداخلة في تكوينها ؟
مم���ا �شب���ق نجد اأن المركبات ال�شابقة هي على الترتيب ، كلوريد المغني�شيوم ، كبريتات البوتا�شيوم ، نترات
الكال�شيوم ؛ وكل منها يتكون من �شقين �شق موجب م�شدره من القاعدة و�شق �شالب م�شدره من الحم�ض .
�شكل )8- 3 ( تكون الأمالح
ومن خالل ذلك يمكن اأن نعطي تعريفا محددا للملح :
الملح : هو المادة التي تنتج من اتحاد ال�سق الموجب من القاعدة بال�سق ال�سالب من الحم�ض .
تح�شير الأمالح : توجد عدة طرق لتح�شير الأمالح :
1- تفاعل الحام�ض مع القاعدة :
HI + KOH KI + H2Oمثال :
2- تفاعل الفلز مع الالفلز
2Li + Cl2 2LiClمثال :
NH4+ Cl- CU
+2 SO4-2
جذر حم�شي اأيون فلزياأيون فلزي جذر حم�شي
Ca+2 / NO-
. K+
/SO4- -
. Mg+ +
/Cl-
من الحم�ض من القاعدةمن الحم�ض من القاعدةمن الحم�ض من القاعدة3
233كيمياء )2(
نم
ثال ا
ل�س
فلا
الأمالح وح�ساباتها
3-تفاعل اأك�شيد الفلز مع الالفلز في وجود الماء
HgO + 2Cl + H2O HgCl2 + 2HCl + O2
4- اإحالل فلز محل هيدروجين الحام�ض :
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
5- بالتبادل المزدوج بين ال�شقوق :
Na2SO4 + Mg)NO3(2 MgSO4 + 2NaNO3
اكتب مو�شوعا عن اأهم الأمالح الموجودة في المملكة العربية ال�شعودية وال�شناعات القائمة عليها .
ج�سمك والأمالح
يعتب���ر الملح م���ادة حيوية لقيام الج�شم بوظائفه على الوجه ال�شحيح فعندما تعرق تفقد بع�شا من
المل���ح م���ن الج�شم وفقدانه قد يوؤدي اإلى الجفاف فالإنهيار ، ول���ذا ين�شح الأطباء الم�شافرين اإلى
الب���الد الحارة باأخذ اأقرا�ض ملحية تعو�ض ما يفقدونه من الأم���الح بالتعرق . اأي�شا تنقل الر�شائل
في الج�شم كاإ�شارات اأو دفعات كهربائية على طول الألياف الع�شبية . وتعبر هذه الإ�شارات الفجوة
+ Na الموجودة في �شائل الخاليا . وهذه
+ K وال�شوديوم
بي���ن ليفين بوا�شطة اأيون���ات البوتا�شيوم
الأيونات م�شدرها الأمالح التي نتناولها في الطعام .
الأمالح وح�ساباتها
نم
ثال ا
ل�س
فلا
234كيمياء )2(
خوا�ض الأمالح
تمتاز الأمالح بمثل ما تمتاز به الأحما�ض والقواعد من ناحية التفكك اإلى اأيونات متى اأذيبت في مذيب
كالم���اء ، فلق���د وجد اأن ال�شبب الكام���ن وراء تفككها اإلى اأيونات هو اأنها في الأ�شا����ض وقبل الذوبان اأي وهي
بحالتها الجزيئية المركبة عبارة عن مركبات مت�شكلة من ترابط اأيونات بوا�شطة الرابطة الأيونية وهذا يعني
اأن ما يوؤدي اإليه ذوبانها في المذيب هو تفكيك جزيء المركب اإلى مكوناته الأيونية كما في المثال التالي :
NaCl)S( + H2O)l( Na+
)aq( + Cl-
)aq(
والمل���ح الذائ���ب في الم���اء ل يوجد بعد الذوبان اإل على هيئة اأيونات ل يمك���ن اأن توجد فيه جزيئات غير
متفكك���ة لذل���ك ل يوج���د اأمالح �شعيف���ة .وتجدر الإ�شارة اإل���ى اأن بع�ض الأمالح ل تذوب في الم���اء ، كما اأن
الخوا�ض الكيميائية لالأمالح تحددها قوة الحم�ض وقوة القاعدة المكونتين للملح .
ت�سنيف الأمالح
تختلف الأمالح بع�شها عن بع�ض نتيجة لختالف الأحما�ض والقواعد التي اأنتجت هذه الأمالح وحيث اأن
الأحما�ض والقواعد نوعان قوي و�شعيف فاإن الأمالح �شتكون على هذا الأ�شا�ض اأربعة اأنواع :
اأمالح م�شتقة من اأحما�ض قوية وقواعد قوية مثل كلوريد ال�شوديوم -1
NaCl HCl حم�ض قوي NaOH قاعدة قوية
بالتعاون مع اأفراد مجموعتك ابحث في مختبر المدر�سة عن الأمالح التي تذوب في الماء ثم
�سمها واكتب �سيغها ؟
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
235كيمياء )2(
نم
ثال ا
ل�س
فلا
الأمالح وح�ساباتها
اأمالح م�شتقة من اأحما�ض قوية وقواعد �شعيفة مثل كلوريد الأمونيوم -2
اأمالح م�شتقة من حمو�ض �شعيفة وقواعد قوية مثل خالت ال�شوديوم -3
NH4Cl HCl حم�ض قوي NH3 قاعدة �شعيفة
CH3COONa NaOH قاعدة قوي CH3COOH ح�ض �شعيف
4- اأمالح م�شتقة من حمو�ض �شعيفة وقواعد �شعيفة مثل خالت الأمونيوم
CH3COO NH4 NH3 قاعدة �شعيفة CH3COOH ح�ض �شعيف
) 8- 1 ( تاأثير محاليل الأمالح على الكوا�سف .
خطوات العمل :
- �ش���ع ف���ي الأنبوب���ة الأول محل���ول NaCl والثاني���ة
NH4Cl والثالثة محلول CH3COONa محلول
.
CH3COONH4 والرابعة محلول
- اختب���ر تاأثير محاليل الأمالح ال�شابقة على ورق تباع
ال�شم�ض ودون النتائج في الجدول التالي .
المواد والأدوات :
NH4Cl ( : مح��ال��ي���ل الأم������الح
CH3COONa - CH3COONH4
NaCl( ، ورق تباع �شم�ض ) اأحمر ،
اأزرق(، اأنابيب اختبار ، ماء مقطر .
CH3COONH4
الملح
NaClCH3COONa
NH4Cl
نوع المحلولاأثر محلول الملح على ورق تباع ال�سم�ض
الأمالح وح�ساباتها
نم
ثال ا
ل�س
فلا
236كيمياء )2(
ن�شتنتج مما �شبق اأن تاأثير محاليل الأمالح على الكوا�شف المختلفة غير متماثل؛ اإذ يعتمد على نوع الحم�ض
والقاعدة الم�شتق منها الملح فهناك :
1- اأمالح متعادلة ) م�شتقة من حم�ض قوى وقاعدة قوية ( PH = 7 في محاليلها المائية
2- اأم���الح حم�شي���ة ) م�شتق���ة م���ن حم�ض قوي وقاع���دة �شعيفة ( PH > 7 ف���ي محاليلها المائية
3- اأم���الح قاعدي���ة )م�شتق���ة م���ن حم�ض �شعيف وقاع���دة قوية ( PH < 7 ف���ي محاليلها المائية
الأمالح الم�ستقة من اأحما�ض �سعيفة وقواعد �سعيفة فاإنها قد تكون
Ka = Kb • محاليل متعادلة : عند ما تت�شاوي قوة الحم�ض والقاعدة Ka < Kb • محاليل حم�شية : اإذا كان الحم�ض اأقوى من القاعدة Ka > Kb • محاليل قاعدية : اإذا كانت القاعدة اأقوى من الحم�ض
كرر الن�شاط ال�شابق على كوا�شف اأخرى .ماذا تالحظ ؟
ماذا ت�شتنتج ؟
........................................................
........................................................
........................................................
مـــا نـــوع ملـــح كربونـــات البوتا�ســـيوم K2CO3 ,ثم ا�ســـتنتج تاأثيـــر محلول هذا
الملح على ورق تباع ال�سم�ض ؟
الحل :
لمعرفة نوع ملح ل بد من معرفة نوع الحم�ض والقاعدة الم�شتق منها .
اأول :نقوم بف�شل اأيونات الملح اإلى ال�شق ال�شالب وال�شق الموجب كمايلي
�شكل ) 8-4 ( مجموعة من الكوا�شف
........................................................
237كيمياء )2(
نم
ثال ا
ل�س
فلا
الأمالح وح�ساباتها
اكتب تقريرا عن اأهمية الأمالح وا�شتخداماتها في حياتك العامة مزودا بال�شور التو�شيحية .
+H لنح�شل على الحم�ض الم�شت���ق منه الملح وفي هذا
ثاني���ا : ن�شي���ف لل�شق ال�شالب بروت���ون
المث���ال �شوف يكون الحم����ض الم�شتق منه الملح هو H2CO3 )حم�ض الكربونيك( وهو حم�ض
�شعي���ف . ثم ن�شيف لل�ش���ق الموجب اأي���ون الهيدروك�شيد لنح�شل على القاع���دة الم�شتق منها
المل���ح وفي ه���ذا المثال �شوف تك���ون القاعدة الم�شت���ق منها الملح ه���ي KOH )هيدروك�شيد
البوتا�شي���وم (وهي قاعدة قوية :. الملح K2CO3 م�شتق م���ن حم�ض �شعيف وقاعدة قوية فاإن
المحل���ول المائي لهذا الملح ذو تاأثير قاعدي اأي يح���ول ورق تباع ال�شم�ض الأحمر اإلى الأزرق .
K2CO3 2K+
+ CO3- -
�سنف الأمالح التالية : ) متعادلة , حم�سية , قاعدية (
Fe)NO3(2 , K2S , C6H5COONa , KNO3
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
...............................................................................................
الأمالح وح�ساباتها
نم
ثال ا
ل�س
فلا
238كيمياء )2(
Salt hydrolysis: تميوؤ الأمالح
حينم���ا ي���ذوب ملح في الماء فاإنه يتفكك اإلى اأيوناته الموجبة وال�شالبة تفككا تاما با�شتثناء الأمالح التي
ل تذوب في الماء )BaSO4 ، AgCl ( وعندئذ يوجد في المحلول :
جزيئات الماء . 1-
الأيونات ال�شالبة ) ال�شق الحم�شي للملح ( 2-
الأيونات الموجبة ) ال�شق القاعدي للملح ( 3-
فماذا يحدث بين جزئيات الماء والأيونات ال�شالبة والموجبة ؟
نج���د اأنه يحدث تفاعل بين الم���اء والأيونات الذائبة فيه .ولكن طبيعة هذا التفاعل لن تعتمد اإل على طبيعة
) Hydrolysis ( الأيون الذائب وهذا الأ�شا�ض الذي تعتمد عليه عملية التميوؤ
وللتو�سل اإلى تعريف التميوؤ تاأمل الأمثلة التالية :
ما الأيونات الناتجة من تفاعل ال�شق الموجب وال�شالب من الملح مع الماء ؟
H3O اأو +م���ن خالل ذلك نتو�ش���ل اإلى اأن التميوؤ هو تفاعل الأيونـــات مع الماء لإنتاج اأيونـــات الهيدرنيوم
.OH -اأيونات الهيدروك�سيد
وبما اأن تفاعل الأيونات ) الناتجة من حم�ض �شعيف اأو قاعدة �شعيفة( مع الماء يتم في اتجاهين متعاك�شين
اإذن يمكن التعبير عن ثابت التزان للتفاعلين ال�شابقين على التوالي :
NH4 �شق موجب من ملح+
+ H2O NH3 + H3O+
-CH3COO �شق �شالب من ملح
+ H2O CH3COOH + OH-
= K NH3[ H3O+[
NH4+[ . H2O[
239كيمياء )2(
نم
ثال ا
ل�س
فلا
الأمالح وح�ساباتها
= KCH3COOH[ OH -[
CH3COO-
[ H2O[
. Kh وبما اأن تركيز الماء ثابت فيمكن دمجه في ثابت جديد هو
= KhCH3COOH[ OH-[
CH3COO -[
حي���ث Kh ي�شم���ى ثابت التميوؤ ) h اخت�شار لكلم���ة Hydrolysis ( . وفيما يلي �ش���وف نناق�ض تميوؤ لأمالح
ال�شابقة لمعرفة �شبب كون محاليلها المائية حم�شية اأو قاعدية اأو متعادلة .
1( تميوؤ ملح م�ستق من حم�ض قوي وقاعدة قوية :
مثل كلوريد ال�شوديوم )NaCl( عندما يذوب في الماء فاإنه يتفكك كليا اإلى اأيونات موجبة و�شالبة ح�شب
المعادلة التالية :
NaCl)aq(
Na+
)aq(
+ Cl-
)aq(
-Cl ( فاإنها ل تميل) م�شدرها حم�ض ق���وي وقاعدة قوية (
، Na+
ونظ���را لثب���ات الأيون���ات الناتج���ة )
للتفاع���ل م���ع الماء لذا يبقى محلول هذا الملح والأمالح الأخرى التابع���ة لهذا النوع من الأمالح ذات اأثر
= PH متعادل اأي
2( تميوؤ ملح م�ستق من حم�ض �سعيف وقاعدة قوية :
مثل خالت ال�شوديوم )CH3COONa ( عندما يذوب في الماء فاإنه يتفكك كليا اإلى اأيونات موجبة
واأيونات �شالبة ح�شب المعادلة:
CH3COONa )aq(
CH3COO-
)aq(
+ Na+
)aq(
= Kh NH3[+
H3O+
[
NH4+[
7
الأمالح وح�ساباتها
نم
ثال ا
ل�س
فلا
240كيمياء )2(
+Na( الم�شتق من قاعدة قوية للتفاعل مع الماء اأما اليون ال�شالب الم�شتق
ول يميل الأيون الموجب )
CH3COO فاإنه يتفاعل مع الم���اء ليعطي حم�ض الخل واأي���ون الهيدروك�شيد -
م���ن حم����ض �شعي���ف
ح�شب المعادلة :
CH3COO-
)aq(
+ H2O CH3COOH)aq(
+ OH-
)aq(
7 > PH لذلك يكت�شب الو�شط اأثرا قاعديا اأي اأن
Kh ويمك���ن اأن نتعامل مع تمي���وؤ اأيون الخالت كميا كما نتعامل مع محلول قاعدة �شعيفة ويكون ثابت التميوؤ
له كما يلي :
وبطريقة ريا�شية مماثلة لما ثم درا�شته �شابقا يمكن ح�شاب تركيز اأيون الهيدروك�شيد الناتج عن تميوؤ اأيون
�شالب والتو�شل اإلى
CS × Kh
) salt اخت�شار لكلمة s ( التركيز الأ�شلي لمحلول المل���ح = CS ثاب���ت التمي���وؤ للمل���ح =Kh : حي���ث اأن
ويمكن ايجاد ثابت التميوؤ Kh للملح الم�شتق من حم�ض �شعيف وقاعدة قوية من العالقة:
CH3COOH[ . OH-[ CH3COO -[
= Kh
Kw
Ka
= Kh
= [ OH-[
241كيمياء )2(
نم
ثال ا
ل�س
فلا
الأمالح وح�ساباتها
اإثبات اأن
=Kh
Kw
Ka
=Ka
[OH-[ . [ H3O +[ =
وبق�شمة ثابت تفكك الماء النقى على ثابت تفكك حم�ض الخل :
Kw
Ka =
OH [ . H3O+[
CH3COO-[H3O+[
CH3COOH [
CH3COOH[ × OH-[ × H3O+[
H3O+[× CH3COO- [
Kw
Ka
=
CH3COOH[× OH- [
CH3COO-[
Kw
Ka =
14-
10 × 1
5 -
10 × 1.8
م5
عند 25 10-
10 × 5.6 =
[ CH3COO[ -
. H3O+[
CH3COOH [
Kw
)حم�ض الخل(
)ثابت تفكك الماء(
=
=Kh
Kh =
.:
الأمالح وح�ساباتها
نم
ثال ا
ل�س
فلا
242كيمياء )2(
3- تميوؤ ملح م�ستق من حم�ض قوي وقاعدة �سعيفة :
مثل كلوريد الأمونيوم عندما يذوب في الماء فاإنه يتفكك كليا اإلى اأيونات موجبة و�شالبة
NH4Cl )s(
NH4+
)aq(
+ Cl-
)aq (
ح�شب المعادلة
اأم���ا الأيون الموجب الماء للتفاع���ل مع -Cl( الم�شتق م���ن حم�ض قوي ول يمي���ل الأي���ون ال�شال���ب )
NH4 ( الم�شت���ق م���ن قاع���دة �شعيفة فاإن���ه يتفاعل مع الماء ليعط���ي الن�شادر واأي���ون الهيدرونيوم+
(
ح�شب المعادلة
لذل���ك يكت�ش���ب الو�شط اأثرا حم�شيا اأي اأن PH > 7 ويمكن اأن نتعامل مع تميوؤ اأيون الأمونيوم كميا
كما نتعامل مع محلول حم�ض �شعيف ويكون ثابت التميوؤ Kh له كما يلي :
NH4+
+ H2O NH3 +H3O+
NH4+[
NH3[ H3O+[
اح�ســـب تركيـــز ] - OH في محلول تم تح�ســـيره باإذابـــة 0.25 مول من خالت
م علما 5ال�سوديوم في كمية من الماء تكفي لعمل 0.5لتر من المحلول عند 25
. 10-
باأن Kh للخالت = 5.6 × 10
الحل :
عدد المولت
حجم المحلول باللتر
0.25
0.5
مولر 5-
10× 1.7 = 0.5 × 10-10× 5.6 = OH-[
CH3COONa + H2O CH3 COO - + Na+
CH3COO - + H2O CH3COOH + OH -
OH-[ = Kh × Cs[ الملح ذو تاأثير قاعدي
التركيز الأ�سلي )Cs ( = = = 0.5 مولر
=Kh
2
243كيمياء )2(
نم
ثال ا
ل�س
فلا
الأمالح وح�ساباتها
ويمكن اإيجاد ثابت التميوؤ Kh للملح الم�شتق من حم�ض قوي وقاعدة �شعيفة من العالقة:
= Kh
Kw
Kb
+H3O الناتج عن
وبطريق���ة ريا�شية مماثلة لما تم درا�شته �شابقا يمكن ح�شاب تركيز اأيون الهيدرنيوم
تميوؤ اأيون موجب والتو�شل اإلى :
Cs × Kh = H3O+[
اأوجد قيمة الأ�ض الهيدروجيني pH لمحلول تم تح�شيره باإذابة 0.02 مول من
كلوري���د الأموني���وم )NH4Cl ( في كمية من الماء بحي���ث كان حجم المحلول
. 5-
10×1.8 =Kb 400 مللتر . علما بان
NH4Cl NH4+
+ Cl
NH4+
+ H2O NH3 + H3O+
]+Cs × Kh = H3O:. الملح ذو تاأثير حم�شي
الحل :
= ) Cs (التركيز الأ�شلي
عدد المولت
حجم المحلول باللتر
حجم المحلول باللتر = = 0.4لتر
400
1000
التركيز = = 0.05 مولر
0.02
0.4
الأمالح وح�ساباتها
نم
ثال ا
ل�س
فلا
244كيمياء )2(
4 - تميوؤ الأمالح الناتجة من تفاعل حم�ض �سعيف وقاعدة �سعيفة:
مث���ل CH3COONH4 عندم���ا يذوب في الم���اء فاإنه يتفكك كلي���ا اإلى اأيونات موجب���ة واأيونات �شالبة.
CH3COONH4)aq(
CH3COO-
)aq(
+ NH+
4)aq(
ويمك���ن لالأيون���ات الناتج���ة الموجبة وال�شالب���ة اأن تتفاعل مع الماء مول���دة اأيونات الهيدروني���وم واأيونات
الهيدروك�شيد في نف�ض الوقت :
CH3COO-
)aq(
+ H2O)l(
CH3COO-
)aq(
+ OH-
)aq(
NH4+
)aq(
+ H2O)l(
NH3)aq(
+ H3O+
)aq(
ويتوق���ف نوع محلول الملح ) حم�شي – قاع���دي ، متعادل ( كما ذكرنا �شابقا على قوة الحم�ض ال�شعيف
والقاعدة ال�شعيفة .
1- اكتب معادلت التميوؤ لالأمالح التالية :
AlCl3 . KNO3 . Li2CO3
....................................................................................................
....................................................................................................
= Kh
Kw
Kb
=
14-
10 ×1
5-
10 × 1.8
= -11
10 × 5.6
6-
10 × 5.3 = 10-
10 × 5.6 × 0.05 = H3O+[
6.7 =-6
pH = - لو ]+H3O = - لو 5.3 × 10
245كيمياء )2(
نم
ثال ا
ل�س
فلا
الأمالح وح�ساباتها
The common Ion Effect : تاأثير الأيون الم�سترك
تمثل المعادلة التالية تاأين حم�ض �شعيف في حالة اتزان :
CH3COOH + H2O = CH3COO-
+ H3O+
-CH3COO( مثل ملح خالت
لنفر�ض اأنه اأ�شيف اإلى المواد المتوازنة كمية معينة من ملح �شقه الحم�شي )
ال�شوديوم CH3COONa ماذا يحدث لحالة التزان وقيمة ثابت التزان ح�شب مبداأ لو�شاتلييه ؟ حينما
توجد المواد الكيميائية في حالة اتزان كيميائي فاإن قيمة ثابت التزان ل تتغير اإل بتغير درجة الحرارة، اأما
تغي���ر تركيز بع�ض اأو كل المواد المتوازنة فلن ي���وؤدي اإل اإلى تغير مو�شع التوازن نحو الي�شار اأو اليمين ح�شب
مب���داأ لو�شاتلي���ه، فعند اإ�شافة خالت ال�شوديوم اإلى التفاعل المتوازن ال�شابق فاأنها تتفكك ح�شب المعادلة .
CH3COONa CH3COO
-
+ Na+
4-10 × 5.9 = Kh الذي تركيزه 0.1 مولر علما بــان ) N2H5Cl( لمحلول PH 2- ما قيمة
عند 25م واأن الملح م�ستق من حم�ض قوي وقاعدة �سعيفة ؟
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
3- اح�سب pOH لمحلول ملح فورمات ال�سوديوم )HCOONa( الناتج من اإذابة 0.07 مول
منه في كمية من الماء بحيث اأ�سبح حجم المحلول 400 مللتر
م5 عند 25
4-10 × 1.7 = Ka علـما بان
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
الأمالح وح�ساباتها
نم
ثال ا
ل�س
فلا
246كيمياء )2(
مـــا تاأثير اإ�ســـافة ملح كلوريد الأمونيوم NH4Cl اإلـــى محلول NH3 في حالة اتزان على حالة
التزان وقيمة pH للمحلول ؟
Buffer Solutions : المحاليل المنظمة
للمحالي���ل المنظمة اأهمية كبيرة فكثير من التفاع���الت الكيميائية ل تحدث اإل في و�شط تكون فيه قيمة
الرقم الهيدروجيني )pH( ثابتة اإلى حد ما كذلك هناك كثير من العمليات الحيوية التي تحدث في اأج�شام
المخلوق���ات الحية تحتاج اإلى مثل هذه المحاليل المنظمة . كذل���ك عمليات الكيمياء التحليلية مثل التر�شب
ودباغة الجلود والطالء بالكهرباء تحدث عند قيم معينة من الرقم الهيدروجيني فما هو المحول المنظم ؟
ومم يتركب ؟ وكيف يعمل ؟
CH3COO ( في الو�ش���ط �شيزيد على ما كان علي���ه قبل اإ�شافة المل���ح و�شينحرف مو�شع -
ف���اإن تركي���ز )
التوازن نحو الي�شار ح�شب مبداأ لو�شاتليية ، بالتالي يقلل من تاأين حم�ض الخل اأي يقلل من حم�شية المحلول
CH3COO( اأيون -
H3O (، اإن ما حدث للتوازن يعزى لكون اأي���ون الخالت)+
) اأي يقل���ل م���ن تركي���ز
- CH3COO( ا�شم
م�شترك بين الملح الم�شاف )CH3COONa ( والمواد المتوازنة ويطلق على اأيون )
اليون الم�شترك .
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
....................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
247كيمياء )2(
نم
ثال ا
ل�س
فلا
الأمالح وح�ساباتها
1- من خالل معرفتك بالأحما�ض والقواعد ال�سعيفة اذكر اأمثلة لمحاليل منظمة .
كيفية عمل المحلول المنظم ؟
يق���اوم المحلول المنظم التغير الناتج عن وجود م���ادة معينة ) حم�ض قوي اأو قاعدة قوية (في المحلول
- OH الم�شافة .
+ H الم�شافة للنظام اأو يزيل اأيونات
حيث ي�شتطيع اأن يزيل اأيونات
CH3COOH / CH3COONa 1- حم�ض الخل + خالت ال�سوديوم
NH4OH / NH4Cl 2- هيدروك�سيد الأمونيوم + كلوريد الأمونيوم
H2CO3 / Na2CO3 3- حم�ض الكربون + كربونات ال�سوديوم
..................................................................................................
...................................................................................................
...................................................................................................
..................................................................................................
...................................................................................................
..................................................................................................
ويعرف المحلول المنظم على اأنه محلول يقاوم التغير المفاجئ في الرقم الهيدروجيني )pH( وبالتالي
]+H3O عندما ت�شاف اإليه كميات من حم�ض قوى اأو قاعدة قوية . ويتك���ون م���ن خليط من مادتين اإحداهما عبارة عن حم�ض �شعيف والأخرى ملح من اأمالح هذا الحم�ض ، اأو
يتكون من قاعدة �شعيفة مع اأحد اأمالحها . ومن الأمثلة على المحاليل المنظمة .
الأمالح وح�ساباتها
نم
ثال ا
ل�س
فلا
248كيمياء )2(
رون" )الذاريات:21( تب�ش فال اأ نف�شكم
اأ قال تعالى : "وفي
لق���د جع���ل اهلل �شبحانه وتعالى في الدم مواد كيميائية تحافظ على قيمة pH بحيث تتراوح ما بين
7.3 –7.5 ف���اإذا زادت ه���ذه القيمة اأو قلت عن هذا المدى تح���دث ا�شطرابات توؤدي اإلى حدوث
تجلط في الدم اأو الوفاة. ف�شبحان الذي خلق كل �شيء فقدره تقديرا .
H3O وللتخل�ض من +
1- عن���د اإ�شاف���ة كمية ب�شيطة من حم�ض قوي تحدث زيادة ف���ي تركيز
ه���ذه الزيادة تتحد اأيونات الهيدرونيوم مع اأيونات الخ���الت ذات ال�شفة القاعدية فيتكون
CH3COO-
+ H3O+
= CH3COOH + H2O حم�ض ح�شب المعادلة الآتية
- OH وللتخل�ض من
2- عن���د اإ�شاف���ة كمية ب�شيطة من قاع���دة قوية تحدث زيادة في تركي���ز
هذه الزيادة تتحد اأيونات الهيدروك�شيد مع حم�ض الخل ذي ال�شفة الحم�شية لتكوين اأيون
الخالت ح�شب المعادلة الآتية :
CH3COOH + OH-
= CH3COO-
+ H2O
وهكذا فاإن المحلول المنظم ي�شتطيع اأن يلغي اأثر اإ�شافة اأي حم�ض اأو قاعدة وتبقي pH ثابتة
تقريبا للمحلول .
CH3COOH / CH3COONa كي���ف يعمل المحلول المنظم المك���ون من
OH (اإلى هذا المحلول ؟ -
( اأو قاعدة قوية ) H3O+
عند اإ�شافة حم�ض قوي )
249كيمياء )2(
نم
ثال ا
ل�س
فلا
الأمالح وح�ساباتها
اأهمية المحاليل المنظمة في حياتنا :
للمحالي���ل المنظمة اأدوار ذات اأهمية بالغة ل�شحة الأج�شام الحية ونموها ، فوجودها �شروري
ل�شم���ان النتظ���ام الفيزيائي لعم���ل اأجهزة الأج�شام الحي���ة و�شير العمليات الحيوي���ة فيها . فمثال
pH ف���ي ج�ش���م الإن�شان تحت���وي الع�شارة المعدية عل���ى محاليل منظمة ذات حم�شي���ة قوية قيمة
فيه���ا ت�ش���اوي 1،4 وهي تق���ارن بحم�شية محلول من حم����ض الهيدوكلوريك تركي���زه .01 مولري،
ه���ذه الحم�شية العالية مهمة ج���دا لجعل عملية التحلل المائي للبروتين���ات وتحويلها اإلى حوام�ض
اأميني���ه اأكفاأ ما يمكن . وعملية التحلل المائي للبروتينات لزمة لأن جزيئاتها كبيرة بحيث ل يمكن
امت�شا�شه���ا من ج���دران الأمعاء ، اأما جزيئات الأحما�ض الأميني���ة الناتجة فت�شتطيع اأن تنفذ من
ج���دران الأمع���اء و يمكن امت�شا�شها بوا�شطة التي���ارات الدموية . كما اأنه���ا �شرورية في تح�شير
اأطعمة اأمينية واأنواع ال�شراب وفي تح�شير التربة المالئمة لنمو المحا�شيل اإ�شافة اإلى اأهميتها في
الأغرا�ض الكيميائية وال�شناعية المختلفة وفي البحث الطبي .
و�ســـح بالمعادلت عمل المحلول المنظم )NH3/ NH4Cl( عند اإ�ســـافة كميات ب�ســـيطة من
حم�ض وقاعدة قوية اإليه .
...................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
.....................................................................................................
....................................................................................................
250
�ض 1 : بين ما �سيطراأ على الرقم الهيدروجيني pH عند اإ�سافة :
1- خالت البوتا�شيوم اإلى محلول حم�ض الخل .
2- نترات الأمونيوم اإلى محلول الن�شادر .
ن محلول منظما مو�ســـحا بالمعـــادلت طريقة عمل المحلول �ـــض 2 : اأي مما يلي يكو
المنظم ؟
HCl مع KCl محلول -
NH3 مع NH4OH محلول -
NaCl مع NaOH محلول -
NaCN مع HCN محلول -
�ض 3 : ما تاأثير محاليل الأمالح التالية على ورق تباع ال�سم�ض؟ و�سح بالمعادلت .
KNO2 . LiBr . N2H5Cl
�ض 4 : اح�سب pH لمحلول بنزوات �سوديوم تركيز 0.02 مولر .
) C6H5COOH( 5-
علما باأن Ka لحم�ض البنزويك 6.5 × 10
- OH لمحول كلوريد الأمونيوم في محلول �ض 5 : اح�سب تركيز اأيون الهيدروك�سيد
تركيزه 0.01 مولر علما باأن Kb للن�شادر = 1.8 × 5-10
�ـــض6 : رتب المحاليل التالية ت�ســـاعديا ح�ســـب قيمة ) pH ( لهـــا علما باأن المحاليل
لها نف�ض التركيز:
. ) HCl ، NaCl ، Na2CO3 ، NH4Cl (
اأ�صئلة الف�صل الثامن
يتوقع منك في نهاية هذا الف�سل اأن :
1- تحدد مفهوم الأك�شدة والختزال .
2- تميز العامل الموؤك�شد والعامل المختزل في تفاعالت الأك�شدة والختزال.
3- تزن المعادلت في تفاعالت الأك�شدة والختزال .
4- ت�شرح طريقة عمل الخاليا الجلفانية و اأن�شاف التفاعل فيها .
5- ت�شتنتج فوائد ال�شل�شلة الكهروكيميائية وعالقتها بتكوين الخاليا الجلفانية.
6- تجري الح�شابات الم�شاحبة لجهود الخاليا وعالقتها بتلقائية التفاعل في الخلية .
7- ت�شتنتج العوامل الموؤثرة في جهد الخلية الفولتية .
8- ت�شرح طريقة عمل الخاليا ) التحليلية( .
9- تتعرف بع�ض التطبيقات الحياتية للخاليا الكهروكيميائية.
10- تقارن بين الخاليا التحليلية والخاليا الجلفانية .
الأهداف
252
تفاعلت االأك�صدة واالختزال
والخليا الكهروكيميائية
المقدمة
تع���د جميع التفاع���الت الكيميائية ذات طبيعة كهربي���ة ، وذلك لأن جميع اأنواع الرواب���ط الكيميائية تتم
دائم���ا ع���ن طريق الإلكترونات الموجودة في المجالت الخارجية لل���ذرات . والكيمياء الكهربية في حقيقتها
درا�شة لظواهر الأك�شدة والختزال حيث تتناول درا�شة التحول المتبادل بين الط����اقة الكيميائية والط�����اقة
253
• حي���ن نت���رك قطعة م���ن الحديد في جو رط���ب لمدة من الزمن ماذا تالحظ عليها ؟
في لدقائق وتتركها الكمثرى اأو التفاح ثم���رة تقطع • حين الجو، ماذا تالحظ اأي�شا ؟
�شكل )9- 2 ( تكون الأمالح
�شكل ) 9-1 ( �شداأ الحديد
الكهربي���ة �شم���ن اإطار تفاع���الت الأك�شدة والخت���زال التي
ت�شم���ل ق�شما هام���ا جدا م���ن التفاع���الت الكيميائية ، وقد
اأمك���ن ال�شتف���ادة من الطاق���ة الكهربية الناتج���ة من بع�ض
التفاعالت الكيميائية في كثير من نواحي الحياة . فالخاليا
الكهروكيميائي���ة ت�شتخ���دم ب�شكل وا�شع في الحي���اة اليومية
وفي هذا الف�شل �شوف نتعرف تفاعالت الأك�شدة والختزال
والمفاهيم الأ�شا�شية الم�شتملة عليها وطرق وزن معادلتها،
واأه���م تطبيقاته���ا الكهروكيميائي���ة للخالي���ا نتط���رق ث���م
الحياتية.
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
254كيمياء )2(
الطاقة ؟ هذه م�شدر فما بطاقة ت�شعر طعام وجبة تتناول • وحين اإن م���ا ح���دث في كل تل���ك الم�شاهدات ال�شابقة لب���د واأن يكون تفاعال كيميائي���ا ، اأحدث تغيرات ظاهرة
للمادة �شبب اإحداث تغيرات في تركيبها، هذا النوع من التفاعالت يمر بنا كثيرا في حياتنا دون اأن يعرف
الكثي���ر منا ما هو ؟ وكيف يحدث ؟ هذه التفاعالت تع���رف بتفاعالت الأك�شدة والختزال .فما هو مفهوم
الأك�شدة والختزال ؟
تطور مفهوم الأك�سدة والختزال
اأول : مفهوم الأك�سدة والختزال قديما
التفاعالت الآتية تمثل تفاعالت اأك�سدة :
مجموعة )ب(مجموعة )اأ(
Zn)s(
+ H2SO4)aq(
ZnSO4)s(
+ H2)g(
2Na)s(
+ 2H2O)l(
2NaOH)aq(
+ H2)g(
2Mg)s(
+ O2)g(
2MgO )s(
2SnO)s(
+2C)s(
2 Sn)s(
+ 2CO)g(
من خالل تمعنك في التفاعالت ال�سابقة :
؟ ) )اأ المجموعة تفاعالت في المتفاعالت في الم�شترك العن�شر • ما
؟ )ب( المجموعة تفاعالت في النواتج في الم�شترك العن�شر • ما
؟ الأك�شدة تفاعالت عليه ت�شتمل الذي • ما
كان ينظ���ر لعملي���ة الأك�شدة على اأنها اإدخال ذرة اأك�شجين اأو اأكثر في جزيء المادة �شواء كان ذلك بالتفاعل
المبا�ش���ر م���ع الأك�شجين اأو بالتفاعل مع مادة تحتوي علي���ه ) كما لحظت ذلك في تفاعالت المجموعة اأ ( .
�شكل ) 9 -3 ( احتراق الخ�شب
• وحي���ن ت�شع���ل قطعة من الخ�شب ينت���ج قدر كبير من الطاقة الحرارية وال�شوئية ويتغير �شكل الخ�شب .
255كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ث���م ات�ش���ع مفهوم عملية الأك�ش���دة لي�شمل نزع ذرة هيدروجين اأو اأكثر من ج���زيء المادة ) كما في تفاعالت
المجموع���ة ب ( ، بالإ�شاف���ة اإلى المفه���وم ال�شابق .وبالمثل لمفهوم عملية الخت���زال . فماذا تتوقع اأن تكون
�شيغة ذلك المفهوم . لكي يمكنك التو�شل اإلى ذلك تمعن في التفاعالت التالية التي تمثل تفاعالت اختزال
مجموعة )ب(مجموعة )اأ(
2HgO)s(
Hg)s(
+ O2)g(
2KClO3 )s(
2KCl)s(
+ 3O2
Cl2 )g(
+ H2)g(
2HCl)g(
C2H2)g(
+ H2)g(
C2H4)g(
كان ينظ���ر لعملي���ة الختزال على اإنه���ا اإدخال ذرة هيدروجين اأو اأكثر في ج���زيء المادة ) كما في تفاعالت
المجموعة اأ ( ، ثم ات�شع مفهوم عملية الختزال لي�شمل نزع ذرة اأك�شجين اأو اأكثر من جزيء المادة) كما في
تفاعالت المجموعة ب ( ، بالإ�شافة اإلى المفهوم ال�شابق .
مما �شبق نالحظ اأن الحكم على التفاعل هل هو اأك�شدة اأو اختزال يتم من خالل النظر اإلى ذرتي الأك�شجين
والهيدروجين ودورهما في التفاعل .
حدد تفاعالت الأك�سدة وتفاعالت الختزال وفق المفهوم القديم لهما .
...................................................................................................
4Al + 3O2 2Al2O3
Br2 + H2 2HBr
C2H4O + H2 C2H6O
...................................................................................................
...................................................................................................
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
256كيمياء )2(
C + O2 CO2
...................................................................................................
ثانيا : مفهوم الأك�سدة والختزال حديثا
نظرا لقابلية المعرفة العلمية للتجدد والتطور وفق ما تم عليها من بحوث ودرا�شات فقد تطور مفهوم عمليتي
الأك�شدة والختزال فكيف تم ذلك ؟
لح���ظ العلماء اأن���ه في كل عملية اأك�شدة ) وف���ق المفهوم القديم ( يحدث تغير ف���ي اإلكترونات بع�ض المواد
اأثناء التفاعل ، كما لوحظ تغير في اإلكترونات المواد اأثناء عملية الختزال وبدرا�شة تلك التفاعالت وجد اأن
الم���ادة التي تتاأك�شد ) تتحد بالأك�شجين ( تفق���د �شيئا من الكتروناتها بينما تكت�شب تلك المادة التي يحدث
لها عملية اختزال ) تتحد مع الهيدروجين ( �شيئا من اللكترونات .فمثال لحظ في التفاعل التالي :
20Ca : 1s2 ، 2s2
، 2p6، 3s2
، 3p6، 4s2
Ca++
: 1s2 ، 2s2
، 2p6 ، 3s2
، 3p6
8O : 1s2
، 2s2 ، 2p4
O--
: 1s2 ، 2s2
، 2p6
2Ca + O2 2CaO
اأك�شدة
فقد اإلكترونات
اختزال
هن���اك تفاع���الت كثي���رة ل تحت���وى عل���ى الأك�شجي���ن اأو الهيدروجين ومع ذل���ك تعد من تفاع���الت الأك�شدة
Znوالختزال مثل)s(
+ Cu ++
)aq(
Zn ++
)aq(
+ Cu)s(
Zn)s(
+ Cu ++
Zn++
)aq(
+ Cu)s(
يت�سمن هذا التفاعل حدوث عمليتين في اآن واحد هما :
1- فقد اإلكترونيين من فلز الخار�شين وتحوله اإلى اأيون ثنائي موجب.
2- ك�شب اإلكترونين اإلى اأيون النحا�ض الثنائي وتحوله اإلى فلز النحا�ض .
اكت�شاب اإلكترونات
257كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ت�شمي عملية فقدان الإلكترونات في التفاعل الكيميائي الأك�شدة .
كما ت�شمى عملية ك�شب الإلكترونات في التفاعل الكيميائي الختزال .
�شكل ) 9-4( تفاعل الخار�شين
واأيونات النحا�ض
Zn)s(
+ Cu ++
Zn++
)aq(
+ Cu)s(
اأك�شدة
فقد الكترونات
اختزال
اكت�شاب اإلكترونات
اإذن ت�شم���ى التفاع���الت التي يحدث فيه���ا انتقال الإلكترونات بي���ن المواد المتفاعل���ة والناتجة تفاعالت
الأك�شدة والختزال .
++Cu( على فلز الخار�شين )Zn ( ؟
والآن لنا اأن نت�شاءل : ما تاأثير اأيون النحا�ض )
++Cu( ؟
وما تاأثير فلز الخار�شين )Zn ( على اأيون النحا�ض )
++Zn( بفعل اأيونات
نالحظ في التفاعل ال�شابق اأن الخار�شين تاأك�شد اإلى اأيونات الخار�شين الثنائي )
++Cu ( . واأيونات النحا�ض الثنائية اختزلت اإلى ذرات نحا�ض بفعل ذرات الخار�شين.
النحا�ض الثنائية )
اأي اأن اأيونات النحا�ض اأك�شدت ذرات فلز الخار�شين ،وذرات فلز الخار�شين اختزلت اأيونات النحا�ض .
ت�شمى اأيونات النحا�ض التي تختزل ) تكت�شب اإلكترونات ( في هذا التفاعل عامل موؤك�شد . وت�شمى ذرات
الخار�شين التي تتاأك�شد ) تفقد اإلكترونات ( في هذا التفاعل عامل مختزل .
هل يمكن اأن تحدث عملية الأك�شدة منف�شلة عن عملية الختزال ؟ و�شح ذلك .
عامل مختزلعامل موؤك�شد
Zn)s(
+ Cu++
Zn ++
+ Cu)s()aq( )aq(
)aq(
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
258كيمياء )2(
اأعداد الأك�سدة
اأدخ���ل الكيميائي���ون مفهوم عدد الأك�شدة لنتمك���ن من تحديد المادة التي تتاأك�ش���د والتي تختزل في اأي
تفاعل يمر بنا ، فما المق�شود بعدد الأك�شدة ؟ وكيف يمكن ح�شاب عدد الأك�شدة للذرات ؟
يعرف عدد الأك�شدة باأنه عدد الإلكترونات التي يمكن اأن تفقدها اأو تكت�شبها اأو ت�شاهم بها ذرة العن�شر
خ���الل التفاعل. وبا�شتقراء اأعداد الأك�ش���دة للعنا�شر الأكثر تداول في درا�شة الكيمياء ا�شتنتج العلماء بع�ض
القواعد لتحديد اأعداد الأك�شدة لبع�ض العنا�شر والأيونات .
1- اأكمل الفراغات التالية :
اأ – العام���ل الموؤك�ش���د .............. الم���ادة الت���ي يتفاع���ل معه���ا وتح���دث ل���ه عملي���ة
......................... و ................. بع�ض الإلكترونات .
ل���ه عملي���ة وتح���دث يتفاع���ل معه���ا الت���ي الم���ادة ......... المخت���زل – العام���ل ب
....................... و ...................... بع�ض الإلكترونات .
2- حدد العامل الموؤك�سد والعامل المختزل والمادة التي تاأك�سدت والمادة التي اختزلت في
التفاعالت التالية
Sn++
)aq( + 2Ag)s( Sn)s( + 2Ag+
)aq(
2Li)s( + Cl2)g( 2Li +
)aq( + 2Cl-
)aq(
التفاعلالمادة التي
تاأك�شدت
المادة التي
اختزلت
عامل مختزلعامل موؤك�شد
1
2
259كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
قواعد تحديد اأعداد الأك�سدة لبع�ض العنا�سر والأيونات
يتم تحديد اأعداد الأك�شدة للعنا�شر في المركبات وفق القواعد التالية :
1- عدد الأك�سدة لأي عن�سر حر )غير متحد( ي�ساوي �سفرا �سواء كان العن�سر ذرة مفردة
اأوجزيئا عديد الذرات فمثال :
عدد الأك�شدة للعنا�شر N2 ، O2 ، S8 ، Na، Cl2 .... = �شفرا
2- عدد الأك�سدة لالأيونات المكونة من ذرة واحدة ) الأيونات اأحادية الذرة ( ي�ساوي
ال�سحنة التي يحملها الأيون نوعا ومقدرا فمثال:
عدد اأك�شدة كل من الأيونات التالية كما يلي :
عدد الأك�شدة لأيون +3 =Al
+3 ، -2 = O-2
، +1 = K+
.… Li , Na ,K ( مثل ) 3- عدد الأك�سدة لعنا�سر المجموعة الأولى) اأ (في مركباتها = ) +1
ولعنا�سر المجموعة الثانية ) اأ ( في مركباتها مثل ) Ca , Mg , Ba ,…. ( = +2 فمثال :
اأمثلةالمجموعة
1اأ
2اأ
عدد الأك�شدة لل�شوديوم في المركبات التالية = +1
NaCl و NaOH و NaNO3
عدد الأك�شدة للكال�شيوم في المركبات التالية = +2
CaSO4 و CaCl2 و Ca)OH(2
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
260كيمياء )2(
4– عدد الأك�سدة لعنا�سر المجموعة ال�سابعة ) الهالوجينات ( في معظم المركبات = -1
ع���دا مركباته���ا م���ع الأك�شجي���ن فتاأخذ اأع���داد اأك�شدة موجب���ة لأن الأك�شجي���ن اأعلى �شالبي���ة كهربية من
الهالوجين���ات ما عدا الفلور لينطبق علية ذلك حيث ياأخذ اأعداد اأك�شدة �شالبة دائما في مركباته لأنه اأعلى
العنا�شر في ال�شالبية الكهربائية في الجدول الدوري .
عدد الأك�شدة للكلور في المركبات التالية
) 7+ = Cl ( وعدد الأك�شدة للكلور ، Cl2O في مركب )1 + =Cl ( وعدد الأك�شدة للكلور
KClO4 في مركب
OF2 1 ( في مركب -= F (عدد الأك�شدة للفلور
NaCl ، HCl ، CaCl2
:
) -1=Cl (
، 1+ = NaOH ، HCl ، H2O 1( في المركبات التالية+ = H( عدد الأك�شدة للهيدروجين
وعدد الأك�شدة للهيدروجين )H = -1( في المركبات الآتية
6- عدد الأك�ســـدة لالأك�ســـجين في مركباته = -2 وي�ســـتثنى من ذلك عندما يرتبط الأك�ســـجين
بالأك�سجين في المركبات التي تعرف بفوق الأكا�سيد فاإن عدد الأك�سدة لالأك�سجين = -1 فمثال :
NaOH ، H2O ، H2CO3: 2 ( في المركبات التالية-=O(عدد الأك�شدة لالأك�شجين
H2O2 ، Na2O2 : 1 (في المركبات الآتية-=O (وعدد الأك�شدة لالأك�شجين
5– عدد الأك�سدة للهيدروجين في مركباته = +1 ماعدا الهيدريدات ) مركبات الهيدروجين
مع الفلزات ( وبع�ض مركبات الهيدروجين المعقدة = -1 فمثال
NaBH4
LiAlH4 ، NaH ، CaH2
261كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
7– المجموع الجبري لأعداد الأك�سدة للعنا�سر في جزيء متعادل = �سفرا فمثال :
في مركب H2O عدد الأك�شدة لالأك�شجين = -2 ، عدد الأك�شدة لذرة واحدة من الهيدروجين =+1،
للذرتين = +1 × 2 = + 2
المجموع الجبري لأعداد الأك�شدة = ) -2 ( + ) +2 ( = �شفرا
8 – مجموع اأعداد اأك�سدة ذرات اأيون الجزيء ) الجذر ( = �سحنته نوعا ومقدارا فمثال
1+ =
NH4+
NO3 = -1 والأيون -
مجموع اأعداد اأك�شدة ذرات الأيون
ويتم تعيين اأعداد الأك�شدة لذرات العنا�شر في المركبات والأيونات المختلفة بتطبيق القواعد ال�شابقة كما
يت�شح في الأمثلة التالية :
K2Cr2O7 ، H2SO4 ، Fe)OH(2+
اح�شب عدد الأك�شدة للعنا�شر التي تحتها خط في المركبات التالية :
الحل :
:
H2SO4 1 المركب-
بما اأن مجموع اأعداد الأك�شدة للذرات في المركب المتعادل = �شفرا
اإذن : ) 4× عدد اأك�شدة ذرة الأك�شجين ( + ) عدد اأك�شدة ذرة الكبريت ( +
) 2× عدد اأك�شدة ذرة الهيدروجين ( = �شفر .
4)2- ( + عدد اأك�شدة ذرة الكبريت + 2)1+ ( = �شفر
H2SO4= +6 اإذن : عدد اأك�شدة ذرة الكبريت في المركب
K2Cr2O7
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
262كيمياء )2(
2 – المركب :
بما اأن اأعداد الأك�شدة للذرات في الأيون عديد الذرات = �شحنة الأيون اإذن
)2 × عدد اأك�شدة ذرة الهيدروجين ( + ) 2× عدد اأك�شدة ذرة الأك�شجين ( +
) عدد اأك�شدة ذرة الحديد( = +1
2)+1( +2)-2( + عدد اأك�شدة ذرة الحديد = +1 +2-4 + عدد اأك�شدة
ذرة الحديد = +3
اإذن عدد اأك�شدة ذرة الحديد = +3
3- في المركب
بما اأن مجموع اأعداد الأك�شدة للذرات في المركب المتعادل = �شفرا
Fe )OH( +
K2Cr2O7
اإذن
)7 × عدد اأك�شدة ذرة الأك�شجين ( + ) 2× عدد اأك�شدة ذرة الكروم ( + ) 2× عدد اأك�شدة
ذرة البوتا�شيوم( = �شفر
)7×)-2( + )2×عدد اأك�شدة ذرة الكروم + 2) +1 ( = �شفر -14 + 2× عدد
اأك�شدة ذرة الكروم +2 = �شفر
2× عدد اأك�شدة ذرة الكروم = +12
اإذن عدد اأك�شدة ذرة الكروم = = + 6
12+
2
2
263كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
اح�سب عدد الأك�سدة للعنا�سر التي تحتها خط فيما يلي وفقا للقواعد ال�سابقة.
N2O2
KMnO4
SO4- 2
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
NaH
Al+3
CO2
N2
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
264كيمياء )2(
NaH
Al+3
CO2
الأك�سدة والختزال في �سوء مفهوم عدد الأك�سدة
تحديد اأعداد الأك�شدة للعنا�شر في تفاعل ما ت�شاعدنا على معرفة ما اإذا كان هذا التفاعل من تفاعالت
الأك�ش���دة والخت���زال اأم ل . وذل���ك من خالل مالحظة التغي���ر الذي يحدث في اأعداد اأك�ش���دة الذرات اأثناء
التفاع���ل ، فالتفاع���الت التي ل ي�شاحبه���ا تغير في اأعداد اأك�ش���دة الذرات اأثناء التفاع���ل ل تعتبر تفاعالت
اأك�شدة واختزال فمثال
KCl)s( K+
)aq( + Cl - )aq(
H2O
+1+1
-1-1
N2
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
265كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
بعد تحديد اأعداد الأك�شدة نالحظ اأن البوتا�شيوم فقد اإلكترون ) تاأك�شد ( ونتج من ذلك زيادة في عدد اك�شدته
) من �شفر اإلى +1 ( ، بينما غاز الكلور اكت�شب اإلكترون ) اختزل ( ونتج من ذلك نق�شان في عدد اأك�شدته) من
�شفر اإلى -1 ( . اإذا يمكننا اإعادة تعريف عملية الأك�شدة والختزال من خالل مفهوم اأعدادالأك�شدة كما يلي
الأك�ســـدة : ه���ي العملية التي يزداد فيها ع���دد اأك�شدة ذرة العن�شر نتيجة لفقده���ا الكترون اأو اأكثر
اأثناء التفاعل .
الختـــزال : ه���ي العملية التي يقل فيه���ا عدد اأك�شدة ذرة العن�ش���ر نتيجةلإكت�شابها الكترون اأو اأكثر
اأثناء التفاعل .
يمكن ال�شتعانة بالمخطط الآتي في معرفة التغيرات في اأعداد الأك�شدة .
اأك�شدة ) زيادة في عدد الأك�شدة (
5 - 4 - 3 - 2 - 1 �شف���ر - 1 + 2 + 3 + 4 + 5 +
اختزال ) نق�شان في عدد الأك�شدة (
والآن لنا اأن نت�شاءل : كيف تتغير اأعداد اأك�شدة الذرات التي تتاأك�شد اأو تختزل في تفاعل ما ؟
دقق النظر في معادلة التفاعل الآتي :
2K)s( + Cl2)g( 2KCl)s(
�شفر) اأك�شدة ( زيادة في عدد الأك�شدة
�شفر) اختزال ( نق�شان في عدد الأك�شدة
1+
1-
نالح���ظ اأن���ه في التفاع���ل ال�شابق لم يحدث اأي تغير في اأع���داد اأك�شدة الذرات خ���الل التفاعل وبالتالي
ليمك���ن اعتباره تفاعل اأك�شدة واختزال . اأما التفاعالت التي ي�شاحبها تغير في اأعداد اأك�شدة الذرات اأثناء
التفاعل تعتبر تفاعالت اأك�شدة واختزال .
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
266كيمياء )2(
ن�سفا التفاعل في معادلت الأك�سدة والختزال
�شب���ق واأن عرفن���ا اأن كل عملية اأك�ش���دة لبد واأن ترفقها عملي���ة اختزال ، اأي اأنهم���ا عمليتان متالزمتان
ومتزامنتان ، حيث يمكننا نظريا ولأغرا�ض التب�شيط اأن نق�شم كل تفاعل من هذا النوع اإلى ق�شمين ا�شطلح
عل���ى ت�شمي���ة كل منهما ن�شفا تفاعل ، حيث يمث���ل كل واحد منهما اإحدى العمليتي���ن الحادثتين في التفاعل
الكلي . ولتو�شيح ذلك انظر اإلى المثال الآتي :
اأعد تعريف العامل الموؤك�شد والعامل المختزل في �شوء مفهوم عدد الأك�شدة .
1- لديك التفاعليين الآتيين:
1- Fe2O3)s( +3C)s( 2Fe)s( + 3CO)g(
2- Cr2O7- 2
)aq( +S)s( Cr2O3)aq( + SO2)g(
اأ – حدد الذرات التي تاأك�سدت والتي اختزلت في التفاعليين .
ب – حدد الذرات التي ل يتغير عدد اأك�سدتها خالل التفاعل اإن وجدت .
2 – هل التفاعل الآتي يمثل تفاعل اأك�سدة واختزال مع تو�سيح ال�سبب :
KOH)aq( + HBr )l( KBr)aq( + H2O)l(
..................................................................................................
..................................................................................................
267كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
Ni )s( + Cu++
)aq( Ni ++
)aq( + Cu )s(
ولمعرف���ة الم���ادة التي تتاأك�ش���د والمادة التي تخت���زل نحدد اأعداد اأك�ش���دة الذرات والأيون���ات الم�شمولة في
التفاعل
يمكنن���ا اأن نق�ش���م هذا التفاعل اإلى ن�شفين يمث���الن العمليتين اللتين حدثتا فيهم���ا ) الأك�شدة والختزال (
وذلك بربط كل مادة وناتج التفاعل الذي حدث لها ) اأك�شدة اأو اختزال ( وو�شعها في ن�شف تفاعل ، وبتاأمل
التفاعل نجد اأن عن�شر النيكل يتاأك�شد اإلى اأيوناته الثنائية ويمكن كتابة المعادلة كما يلي :-
ولكي نو�شح التغير في الإلكترونات التى تفقدها ذرة النيكل يجب اأن نعدل المعادلة اإلى
نج���د اأن ال�شحنات الكهربائية في طرفي التفاعل متوازنة وت�شم���ى المعادلة ال�شابقة ن�شف تفاعل الأك�شدة.
وم���ن جهة اأخرى نجد اأن اأيون���ات النحا�ض الثنائية اختزلت اإلى ذرات متعادل���ة فيمكننا كتابة ما حدث على
ال�شورة الآتية :
ولكي نو�شح التغير في الإلكترونات التي تكت�شبها اأيونات النحا�ض الثنائية يجب اأن نعدل المعادلة اإلى ال�شورة
الآتية :
Ni)s( Ni ++
)aq(
Cu++
)aq( + Cu)s(
Cu++
)aq( + 2e-
Cu)s(
Ni)s( Ni ++
)aq( + 2 e-
Ni)s( + Cu++)aq( Ni ++
)aq( + Cu)s(
�شفر) اأك�شدة ( زيادة في عدد الأك�شدة
اختزال �شفر
2+
2+
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
268كيمياء )2(
نج���د اأن ال�شحن���ات الكهربائي���ة في طرفي التفاع���ل اأي�شا متوازن���ة وت�شمى المعادلة ال�شابق���ة ن�شف تفاعل
الخت���زال . وبالنظر اإلى ن�شفي التفاعل نجد اأن عدد الإلكترونات المفقودة في عملية الأك�شدة ت�شاوي عدد
الإلكترونات المكت�شبة في عملية الختزال ، كما نالحظ اأن حا�شل جمع الن�شفين يعطي التفاعل الكلي الذي
يحدث بين اأيونات النحا�ض الثنائي وذرات النيكل
اكتب ن�شفي تفاعل الأك�شدة والختزال للتفاعل التالي مع وزن اإلكترونات الن�شفين:
Ag+
)aq( + Al)s( Ag)s( + Al+3)aq(
1- نحدد اأعداد الأك�شدة للذرات والأيونات لمعرفة المادة التي تتاأك�شد والمادة التي تختزل
Ag+
)aq( + Al)s( Ag)s( + Al+3)aq(
�شفراأك�شدة
اختزال �شفر
2- نق�شم التفاعل اإلى ن�شفين كمايلي
ن�شف تفاعل الأك�شدة
ن�شف تفاعل الختزال
Al)s( 3e-+ Al+3
)aq(
Ag+
)aq(+ e- Ag)s(
ولك���ن نالحظ اأن ع���دد الإلكترونات المفقودة في الأك�شدة ل ت�شاوي عدد الإلكترونات
المكت�شب���ة ف���ي عملية الخت���زال ، ولجعلها متكافئ���ة يلزمنا اأن ن�ش���رب ن�شف تفاعل
الختزال في 3 لنح�شل على ال�شورة التالية
3Ag+
)aq( + 3e-
3Ag)s(
وبجم���ع ن�شفي تفاع���ل الأك�شدة والختزال اأعاله بع���د وزن الإلكترونات فيهما نح�شل
على التفاعل الموزون :-
3Ag+
)aq( + Al)s( 3Ag)s( + Al+3)aq(
3+
1+
الحل :
269كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
وزن المعادلت في تفاعالت الأك�سدة والختزال
عرفن���ا اأن المعادلة الكيميائية الموزونة هي و�شف موج���ز ودقيق للتعبير عن تفاعل كيمائي معين ت�شمل
على رموز تو�شع المواد المتفاعلة والناتجة والعالقات الكمية فيما بينهما ، فهل هناك �شروط يجب توافرها
في المعادلة الموزونة ؟
ولكي تكون المعادلت موزونة لبد اأن تحقق �شرطين وهما :
قانون حفظ )الكتلة( المادة : -1
اأي اأن مجموع عدد الذرات لكل عن�شر متماثل في كل من المواد المتفاعلة والنواتج .
قانون حفظ ال�سحنة : -2
اأي اأن مجم���وع ال�شحن���ات الكهربي���ة الت���ي تظهر على الم���واد المتفاعلة ي�ش���اوي مجموع ال�شحنات
الكهربائية التي تظهر على المواد الناتجة .
وت�شمى المعادلة التي يتوفر فيها ال�شرطان ال�شابقان بالمعادلة الكيميائية الموزونة .
وق���د كنا فيم���ا م�شي نح���اول وزن المعادل���ة الكيميائية بمج���رد النظر اإليه���ا ) نظرية المحاول���ة والخطاأ(
اأكتب ن�سفي الأك�سدة والختزال للتفاعلين التاليين مع وزن اإلكترونات الن�سفين اإن لزم الأمر
1- Au+3)aq( + Mg)s( Au)s( + Mg +2
)aq(
2- F2)g( + H2)g( F -)aq( + H +)aq(
...................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
.....................................................................................................
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
270كيمياء )2(
هل يمكنك ذلك ، ما ال�شعوبة التي تواجهك ؟
لي�ض جميع اأنواع معادلت الأك�شدة والختزال يمكن وزنها بمجرد النظر فهناك تفاعالت اأك�شدة واختزال
اأكثر تعقيدا وي�شعب موازنتها . لذا فكر العلماء في طرق اأخري لموازنتها ومن اأهم هذه الطرق : -
طريقة ن�شف التفاعل ) طريقة الأيون – اإلكترون ( . 1-
طريقة اأعداد الأك�شدة . 2-
ومن المالحظ اأن معظم تفاعالت الأك�شدة والختزال تتم في و�شط مائي وقد يكون هذا الو�شط حم�شيا
اأو قاعديا ويمكن التعرف على طريقة موازنة المعادلت في هذه الحالت كما يلي : -
اأول :وزن معادلت الأك�سدة والختزال بطريقة ن�سف التفاعل) طريقة الأيون – اإلكترون ( :
تعتمد هذه الطريقة على كتابة ن�شفي التفاعل الأك�شدة والختزال ب�شورة م�شتقلة موزونة ثم جمعهما
بعد م�شاواة عدد الإلكترونات المفقودة والمكت�شبة .
اأ – موازنة المعادلت في و�سط حم�سي : ويمكن التعرف على خطوات الوزن من خالل المثال التالي :
وتطبي���ق مب���داأ حفظ الكتلة حيث نتاأكد من ت�شاوي ع���دد ذرات كل نوع في طرفي المعادلة فتكون موزونة
عندئ���ذ ، وه���ذه الطريقة ت�شل���ح لوزن معظم مع���ادلت التفاعالت الت���ي ليحدث خالله���ا تاأك�شد واختزال
) انتق���ال اإلكترونات ( كما يمكن اأن تطبق على بع�ض معادلت تفاعالت الأك�شدة والختزال الب�شيطة ومثال
على ذلك
C)s( + O2)g( CO)g(
وتكون موازنتها كالآتي :
2C)s( + O2)g( 2CO)g(
والآن وازن المعادلة الآتية باإتباع الطريقة ال�شابقة ) المحاولة والخطاأ (
Fe2O3)s( + CO)g( Fe)s( + CO2)g(
271كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
Cr2O7 -2
+ Fe+2 Cr+3
+ Fe+3
الحل :
لموازنة هذه المعادلة نتبع الخطوات التالية :
1- نق�ش���م المعادلة اإلى ن�شفين يدل اأحدهما على التاأك�شد والآخر على الختزال .، نجد
ف���ي المعادل���ة ال�شابقة اأن ع���دد تاأك�شد الك���روم ) Cr ( يتغير من +6 اإل���ى +3 اأي اأنه
اخت���زل . بينم���ا يتغير ع���دد الأك�شدة للحدي���د ) Fe( من +2 اإل���ى +3 اأي اأنه يتاأك�شد
وبذلك يمكن كتابة ن�شفي التفاعل على النحو التالي
اختزال
اأك�شدة
2 – نوازن ذرات العنا�شر ماعدا الأك�شجين والهيدروجين
3 – ن���وازن ذرات الأك�شجين باإ�شافة جزئ واحد من الماء لكل ذرة اأك�شجين ناق�شة اإلى
الطرف الذي به نق�ض في ذرات الأك�شجين كمايلي
4 – ن���وازن ذرات الهيدروجين الناق�شة ف���ي اأحد طرفي المعادلة باإ�شافة العدد المطلوب
- : يلي كما ) H+
من اأيونات الهيدروجين )
5 – ن���وازن ال�شحنة الكهربائية باإ�شافة عدد م���ن الإلكترونات لأحد طرفي المعادلة على
اأن ي�شبح المجموع الجبري لل�شحنات على طرفيها مت�شاويا
المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأي�شر = +14 + 1 × ) -2 ( = +12
المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأيمن = 7 × ) 0 ( + 2 × ) +3 ( = +6
Cr2O7
Cr+2
Fe+2 Fe+3
Cr2O7
2Cr+3
Cr2O7 2Cr+3 + 7H2O
14H +
+ Cr2O7
2Cr+3 + 7H2O
وازن التفاعل التالي في و�سط حم�سي :
-2
-2
-2
-2
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
272كيمياء )2(
لموازنة هذه المعادلة من حيث ال�شحنة ن�شيف- 6e اإلكترون للطرف الأي�شر فت�شبح المعادلة
6 – نكرر الخطوات ال�شابقة على ن�شف التفاعل التالي :
Fe+2 Fe +3
فنالحظ اأن موازنة ال�شحنة تتم باإ�شافة اإلكترون واحد اإلى جانب النواتج
Fe+2 Fe +3
+ e-
7 – نجع���ل عدد الإلكترون���ات المفقودة في ن�شف تفاعل الأك�شدة م�شاوي���ا لعدد الإلكترونات
المكت�شب���ة ف���ي ن�شف تفاعل الختزال وذل���ك ب�شرب معادلة الأك�شدة ف���ي ) 6 ( ومعادلة
الختزال في ) 1 ( فت�شبح
اختزال
اأك�شدة
1 × )14H+
+ Cr2O7
+ 6e-
2Cr +3 + 7H2O (
6 × ) Fe+2 Fe +3
+ e - (
8 - نجمع ن�شفي التفاعل للح�شول على المعادلة النهائية الموزونة مع مراعاة حذف الأنواع
الم�شتركة
14H+
+ Cr2O7
+ 6e- 2Cr +3 + 7H2O
6Fe+2 6 Fe +3
+ 6e-
6Fe +2 + 14H+
+ Cr2O7 -2
6Fe +3 + 2Cr+3
+7H2O
وللتحقق من �شحة الموازنة تاأكد من موازنة الذرات وال�شحنات
) H+
( 14 ، ) O ( 7 ، )Fe (6 ، ) Cr ( 2 عدد الذرات في طرفي المعادلة هو
المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأيمن = 7 × 0 + 2 × ) +3 ( + 6 × ) +3 ( = +24
المجموع الجبري لل�شحنات في الطرف الأي�شر = 1 × ) -2 ( +14 × ) +1( + 6 × )+2 ( = +24
14H+
+ Cr2O7
+ 6e- 2Cr +3 + 7H2O
-2
-2
-2
273كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ب- موازنة المعادلت في الو�سط القاعدي :
لموازنة معادلت الأك�شدة والختزال في و�شط قاعدي نتبع نف�ض خطوات الموازنة في الو�شط الحم�شي
مع اختالف في خطوة وزن ذرات الهيدروجين والمثال التالي يو�شح ذلك .
2H2O)l(+5SO2)aq(+2MnO4-
)aq( 2Mn++
)aq(+5SO4- -
)aq(+4H+
)aq(
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
2- وازن التفاعل الآتي في و�سط حم�سي بطريقة ن�سف التفاعل
1- تمثـــل المعادلـــة التاليـــة النتيجـــة النهائيـــة التي تم التو�ســـل اإليهـــا بعـــد وزن المعادلة, هل
المعادلة موزونة ب�سورة �سحيحة , ولماذا ؟
NO2)g( + ClO-)aq( NO3
-)aq( + Cl-
)aq(
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
274كيمياء )2(
الحل :
نتبع الخطوات نف�شها في موازنة معادلة الو�شط الحم�شي حتى ن�شل اإلى
MnO4- + 3Fe+2
MnO2 + 3Fe+3 + 2H2O
ثم نتبع الخطوات التالية لموازنة الهيدروجين في الو�شط القاعدي :
1- ي�شاف جزئ ماء عن كل ذرة هيدروجين ناق�شة اإلى الطرف الذي ينق�شه ذرات
هيدروجين
- OH عن كل جزي ماء ت���م اإ�شافته وبنف�ض العدد
2- ف���ي الطرف المقابل ي�ش���اف اأيون
وبحذف جزئيات الماء الزائدة من اأحد طرفي المعادلة ت�شبح المعادلة النهائية :
MnO4-
+ 3Fe+2+ 2H2O MnO2 + 3Fe+3
+ 4OH-
تاأكد اأن المعادلة موزونة من حيث الذرات وال�شحنات الكهربائية .
2- وازن معادلة التفاعل الآتي في و�شط قاعدي
MnO4-
)aq( + Fe+2)aq( MnO2)aq( + Fe+3
)aq(
وازن التفاعل الآتي في و�سط قاعدي بطريقة ن�سف التفاعل :
CrO2-
)aq( +ClO-)aq( CrO4
-2)aq( + Cl-
)aq(
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
MnO4- + 3Fe+2
+ 4H2O MnO2 + 3Fe+3 + 2H2O + 4OH-
275كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
طريق���ة اأخرى لموازنة معادلت تفاعالت الأك�شدة والخت���زال بطريقة ن�شف التفاعل في و�شط
قاع���دي، لموازنة مع���ادلت الأك�شدة والخت���زال للتفاعالت في و�شط قاعدي تت���م موازنتها اأول
وكاأنه���ا تجري في و�ش���ط حم�شي ثم نحولها اإلى و�شط قاعدي ولتو�شيح ذلك ادر�ض المثال الآتي
وازن معادلة التفاعل الآتي في و�شط قاعدي
MnO4-
)aq( + Fe+2)aq( MnO2)aq( + Fe+3
)aq(
الحل :
وازن المعادل���ة بافترا����ض اأن الو�شط حم�شي وباإتب���اع الخطوات نف�شه���ا الم�شتخدمة لموازنة
معادلت الأك�شدة والختزال للتفاعالت التي تتم في و�شط حم�شي ت�شل اإلى النتيجة التالية :
MnO4-
+ 3Fe+2 + 4H+
MnO2+ 3Fe+3 + 2H2O
ولنح���ول المعادل���ة ال�شابق���ة اإلى معادلة تمثل التفاع���ل الذي يتم في و�شط قاع���دي اتبع مايلي
H اإلى كل م���ن طرفي المعادلة+
-OH ي�شاوي ع���دد ايونات
-1 اأ�ش���ف ع���ددا م���ن اأيونات
MnO4- + 3Fe+2
+ 4H++ 4OH-
MnO2 + 3Fe+3 + 2H2O + 4OH-
ماء جزيئات �شكل على H+
و OH-
-2 اأجمع اأيوني
MnO4-
+ 3Fe+2 + 4H2O MnO2 + 3Fe+3
+ 2H2O + 4OH-
وبحذف جزيئات الماء الزائدة من اأحد طرفي المعادلة ت�شبح المعادلة النهائية :
MnO4- + 3Fe+2
+ 2H2O MnO2 + 3Fe+3 +4OH -
تاأكد اأن المعادلة موزونة من حيث الذرات وال�شحنات الكهربائية .
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
276كيمياء )2(
ثانيا : طريقة اأعداد الأك�سدة
في هذه الطريقة يتم وزن المعادلة بنف�ض الخطوات ال�شابقة بدون ف�شل التفاعل اإلى ن�شفين
و�شوف ن�شتعر�ض هذه الطريقة من خالل المثال التالي :-
وازن التفاعل التالي بطريقة اأعداد الأك�شدة
Cu +NO3-
= Cu+2 + NO
1- نحدد العنا�شر التي تغيرت اأعداد اأك�شدتها
Cu +NO3-
= Cu+2+ NO
-3e+ 2 اختزال+
�شفر -2e
-
+2 اأك�شدة
2- نزن الذرات التي تغيرت اأعداد اأك�شدتها ، نجد في هذا التفاعل اأن الذرات لتحتاج
اإلى اإعادة وزن لأن عددها مت�شاوي في كال الطرفين .
3 – تحديد التغير الكلي لعدد الأك�شدة لعمليتي الأك�شدة والختزال
Cu + NO3-
= Cu+2 + NO
�شفر -2e
-
+2 اأك�شدة
5+ -3e
-
+2 اختزال
5+
277كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
Electro chemical cells : الخاليا الكهروكيميائية
عرفنا بع�ض التفاعالت الكيميائية التي ي�شاحبها انتقال الإلكترونات وهي تفاعالت الأك�شدة والختزال ،
ومن المعلوم اأن التيار الكهربائي ما هو الإ �شيل من الإلكترونات يتحرك بانتظام ومن هنا تو�شل الكيميائيون
اإل���ى اأن هن���اك عالقة بين ه���ذا النوع من التفاعالت والتي���ار الكهربائي . ومن خ���الل التجريب والم�شاهدة
والبح���ث تو�ش���ل العلماء اإلى اأن تفاعالت الأك�شدة والختزال منها ما يتولد عن حدوثه تيار كهربائي ، ومنها
تفاع���الت اأخرى ل تت���م الإ عند اإمدادها بالتيار الكهربائي ، وتتم ه���ذه التفاعالت في اأجهزة خا�شة ت�شمى
الخالي���ا الكهروكيميائي���ة . و�ش���وف نقوم بدرا�ش���ة نموذجين للخالي���ا الكهروكيميائية يمث���الن نمطين من
العالقات بين التفاعل الكيميائي والتيار الكهربائي هما : ���
4 – م�شاواة عدد الإلكترونات المفقودة والمكت�شبة
Cu + NO3-
= Cu+2 + NO
) -2e -
(
2 -3e -
اختزال
5- نوزن ذرات الأك�شجين ثم الهيدروجين بنف�ض الطريقة التي اتبعت في طريقة ن�شف التفاعل
8H++ 3Cu + 2NO3
- = 3Cu+2
+ 2NO + 4H2O
6 – نتاأكد من وزن ال�شحنات في طرفي المعادلة
8H++3Cu + 2NO3
- = 3Cu+2
+ 2NO + 4H2O
الطرف الأيمن : +2 × 3 = +6 الطرف الأي�شر : 8 × ) +1 (-2 = +6
والآن وازن التفاعل الآتي في و�شط قاعدي بطريقة اأعداد الأك�شدة
ClO-)ag( + CrO-
)ag( = Cl-)ag( + CrO-2
)ag(
Cu + NO3-
= Cu+2 + NO
�شفر
5+ 3e
-
2+
+2 اأك�شدة
اختزال
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
278كيمياء )2(
1- الخالي���ا الجلفاني���ة ) الفولتي���ة ( : ويتم فيها اإنتاج طاقة كهربائية نتيج���ة لحدوث تفاعالت كيميائية
) تفاعالت الأك�شدة والختزال (.
2- خالي���ا اللكتروليتي���ة ) تحليلي���ة (و ت�شتخ���دم فيها الطاق���ة الكهربائية من م�ش���در خارجي لإحداث
تفاعالت كيميائية .
Golvanic Cells ) اأول : الخاليا الجلفانية ) الفولتية
يطل���ق م�شطلح خلية لكل م�شهد يتكون من مجموعة من الأ�شياء تقوم باأدوار متنا�شقة ومتفاعلة دون اأي
تعار�ض بينها ، واأبرز الأمثلة الطبيعية عليها خلية النحل ، وخلية النمل وا�شتعير التعبير نف�شه لالأجهزة التي
ندر�شها هنا لما لمكوناتها من تكامل وتنا�شق وانتظام .
در�شنا �شابقا تفاعل الأك�شدة والختزال الآتي
Zn)s( + Cu ++)aq( Zn ++
)aq( + Cu)s(
لماذا �سمي هذا النوع من الخاليا بالخالياالجلفانية ؟
كان العالم .... جلفاني اأ�شتاذ الطب في جامعة بولونيا
في اإيطاليا هو الذي اكت�شف هذا النوع من الخاليا من غير
ق�شد عام 1786م اأثن���اء تجاربه حول فعل الكهرباء على
ع�شالت �شف���دع حيث لحظ ارتعا�ض ال�شفدع في اإحدى
تجارب���ه عن���د لم�ض طرف���اه معدنين مختلفي���ن في دائرة
كهربية مكتملة ، وظن عندها اأن م�شدر الكهرباء يرجع اإلى حيوانية اإلى اأن جاء اأ�شتاذ الفيزياء العالم
الي�شاندرو فولتا حيث عزى ظهور الكهرباء اإلى المعدنين المختلفين ، وا�شتطاع فولتا بعد ذلك اأن ي�شنع
بطاري���ة م���ن هذا النوع �شميت هذه الخاليا با�شم اأول من اكت�شف تلك الظاهرة وهو العالم جلفاني .
�شكل ) 5-9 (
279كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
وعرفن���ا اأن تفاع���الت الأك�شدة والخت���زال ي�شاحبها انتق���ال الكترونات خالل التفاع���ل ، ففي التفاعل
ال�شاب���ق تنتق���ل الإلكترونات من الخار�شين اإلى اأيونات النحا�ض)II( خ���الل تفاعل اأك�شدة واختزال ) حيث
يتاأك�ش���د الخار�شين اإلى اأيونات الخار�شين )II( وتختزل اأيون���ات النحا�ض)II( اإلى ذرات النحا�ض ( ومن
الناحي���ة النظري���ة نتوقع اأن يكون لكل تفاعل اأك�شدة واخت���زال اأثر كهربائي ولكن هذا الأثر ل يت�شح في كثير
من الأحيان، ولنفهم ذلك نقوم بالن�شاط الآتي
)9 -1( اأثر التيار الكهربائي في تفاعل اأك�سدة واختزال.
المواد الأدوات المطلوبة :
�سفيحة من الخار�سين - محلول
كبريتات النحا�ض الثنائي تركيزه
) 1 مولر ( - كاأ�ض زجاجي) �سعة
250 ملل (
�شكل ) 6-9 (
..................................................
4- ماذا تالحظ على لون المحلول ؟
5- ه���ل يظه���ر اأث���ر للتي���ار الكهربائ���ي نتيج���ة لنتق���ال
الإلكترونات ؟ و�شح اإجابتك .
الخطوات : -
1- �شع محلول كبريتات النحا�ض II في كاأ�ض ليمالأ ثلثيه.
2- اغم�ض فيه �شفيحة الخار�شين .
3- ماذا يحدث ل�شفيحة الخار�شين ؟
..................................................
.................................................
.................................................
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
280كيمياء )2(
ف���ي الن�شاط ال�شابق نجد حدوث انتقال لالإلكترونات ، ونظرا لتالم�ض المادتين فاإن حدوث التفاعل يتم
مبا�ش���رة دون اإتاحة الفر�ش���ة للكهرباء اأن تظهر واإنما يظهر اأثرها في �شورة طاق���ة حرارية ن�شعر بها اأثناء
ح���دوث التفاعل ، ولكي نح�شل على التي���ار الكهربائي وجب علينا اأن نفكر باإجراء التفاعل بطريقة ليحدث
فيها اإهدار للطاقة الكهربائية في �شورة حرارة ناتجة عند تالم�ض المواد المتفاعلة مع بع�شها . فهل يمكنك
اأن تقترح طريقة لذلك ؟
حاول العالم ) دانيال ( البحث في الأثر الكهربائي للتفاعل الكيمائي موا�شلة لمالحظات العالم جلفاني
ف�شمم جهازا ) خلية ( لدرا�شة التفاعل في الن�شاط ال�شابق ، وقام باإجرائه ب�شورة لت�شمح بتالم�ض المواد
المتفاعلة و�شوف نقوم بت�شميم تجربة دانيال خالل الن�شاط التالي :
) 9 - 2( الخلية الجلفانية
المواد الأدوات المطلوبة :
كاأ�شين زجاجتين ) �شعة 250مللتر(
II النحا����ض كبريت���ات محل���ول -
كبريت���ات محل���ول - ) ام���ولر (
الخار�شي���ن ) ا م���ولر ( - اأ�ش���الك
فولتامت���ر - �شفيحتي���ن - تو�شي���ل
اإحداهم���ا نحا�ض والأخرى خار�شين
- اأنب���وب زجاج���ي عل���ى �شكل حرف
كلوري���د م���ن م�شب���ع محل���ول - U
ال�شوديوم - قطن .
خطوات التجربة :
�ش���ع محلول كبريتات النحا�ض II في اأحد الكاأ�شين -1
واغم�ض فيه �شفيحة النحا�ض .
2- �شع محلول كبريت���ات الخار�شين في الكاأ�ض الآخر
واغم�ض فيه �شفيحة الخار�شين .
بمحلول U ام���الأ الأنب���وب الذي عل���ى �شكل ح���رف -3
كلوريد ال�شوديوم و�شد طرفيه بالقطن
4- ركب الجهاز كما هو في ال�شكل اأغلق الدائرة الكهربية
راقب ما يحدث لموؤ�شر جهاز الفولتامتر وحدد اتجاه . -
- ار�شم �شهما يمثل اتجاه حركة الإلكترونات من اأحد
ال�شفيحتي���ن اإل���ى الأخ���رى على ال�ش���كل المقابل .
281كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
يتبي���ن م���ن الن�شاط ال�شابق انه عند اإغالق الدائرة الكهربائية يتح���رك موؤ�شر الفولتاميتر مما يدل على
م���رور تي���ار كهربائي ، وي�شير اتجاه تح���رك الموؤ�شر اإلى اأن الألكترونات ت�شري م���ن �شفيحة الخار�شين اإلى
�شفيحة النحا�ض . وهذا يعني تولد تيار كهربي .فكيف تم ذلك ؟
لقد حدث تفاعل تاأك�شد واختزال بين الخار�شين واأيونات النحا�ض دون حدوث تما�ض مبا�شر بينهما حيث
جرى كل ن�شف تفاعل في كاأ�ض منف�شل عن الآخر فتاأك�شدت بع�ض ذرات الخار�شين) بفقدها الإلكترونات(
) الخار�شين �شفيحة تاآكل اإلى يوؤدي مما ( المحلول في Zn ++
وتحولت اإلى اأيونات
وانتقل���ت ه���ذه الإلكترونات الناتجة عند �شفيح���ة الخار�شين عبر �شلك التو�شي���ل اإلى �شفيحة النحا�ض
فاختزل���ت اأيونات النحا����ض في الكاأ�ض الآخر ) باكت�شابه���ا اإلكترونات ( اإل���ى ذرات متعادلة ) متر�شبة على
�شطح �شفيحة النحا�ض (
Zn)S( Zn+2 + 2e-
Cu+2 )ag( + 2e-
Cu)S(
قادمة من قطب الخار�شين
تنحل في المحلول
تتجة اإلى ال�شلك
قادمة من ال�شلك
قادمة من المحلول
تتر�شب على قطب النحا�ض
ن�شف تفاعل الختزال
ن�شف تفاعل الأك�شدة
�شكل ) 9 -7(
خلية نحا�ض / خار�شين
6- ارفع الأنبوب الذي ي�شل المحلولين معا .
هل ي�شتمر �شريان التيار الكهربائي ؟ �شجل مالحظاتك
.............................................................
اكتب ن�شفي التفاعل في الكاأ�شين ، والتفاعل الكلي للخلية .
..........................................................
..........................................................
..........................................................
فولتميتر
ج�شر ملحي
م�شعدمهبط
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
282كيمياء )2(
ولم���ا كان ع���دد الإلكترونات المفق���ودة والمكت�شبة في ن�شفي التفاعل مت�شاويا فاإن���ه يمكن كتابة معادلة
التفاعل الكلي الحا�شل في الخلية بجمع ن�شفي التفاعل
Zn)s( + Cu ++
)aq( Zn ++
)aq( + Cu)s(
وت�شم���ى كل م���ن �شفيحتي الخار�شي���ن والنحا�ض في الخلي���ة الجلفانية ) قطبا ( وي�شم���ى القطب الذي
تح���دث عن���ده عملية الأك�شدة الم�شعد ) الآنود Anode ( ، اأما القطب الذي تحدث عنده عملية الختزال
في�شم���ي المهبط ) كاثود Cathode ( ، ويكت�شب الم�شعد في الخلية الجلفانية �شحنة �شالبة نتيجة تجمع
الإلكترونات �شالبة ال�شحنة عليه ، اأما المهبط ف�شحنته موجبة لأنه القطب الذي ت�شري منه الإلكترونات .
Cu مع ا�شتمرار التفاعل ؟++
Zn و ++
ما الذى يحدث لتركيز اأيونات
Cu نتيجة اختزاله���ا وتحولها اإلى ذرات ++
اإن م���ا نالحظ���ه با�شتم���رار التفاعل هو نق����ض تركيز اأيون���ات
Zn نتيج���ة لتاأك�شد ذرات الخار�شين وتحولها اإلى اأيونات ++
نحا����ض وزيادة في تركيز اأيونات الخار�شين
Zn وهذا ي�شبب اختالل في التوازن الكهربائي في الخلية .++
خار�شين
فكيف تتم المحافظة على التوازن الكهربائي في الخلية ؟
ي�شم���ي الأنب���وب الذي على �ش���كل حرف U بالقنط���رة الملحية
Salt bridge وتعم���ل القنطرة على اإغ���الق الدائرة الكهربائية
واإزالتها يوؤدي اإلى توقف �شريان التيار لكهربائي وتحتوي القنطرة
عل���ى محلول م�شبع لملح متاأين ) مثل كلوريد ال�شوديوم( ي�شمح
بالتما�ض الكهربائي بين اأيوناتها واأيونات محلول الخلية مما يجعل
الدائرة الكهربائية تكتمل . كما اأن لها دورا بارزا في الحفاظ على
توازن الأيونات في وعاء ) ن�شفي ( الخلية حيث ت�شمح لالأيونات الموجبة وال�شالبة لالنتقال اإلى الوعاء
ال���ذي يختل فيه ات���زان ال�شحنات خالل التفاعل فعندما يختل الت���وازن الكهربائي في كل من ن�شفي الخلية
Cu اأثناء التفاعل تتحرك اأيونات ++
Zn ونق�ض تركي���ز ++
ال�شابق���ة ) خلي���ة دانيال ( نتيجة لزيادة تركيز
Zn الزائدة ++
Cl الموج���ودة ف���ي القنطرة الملحي���ة باتجاه ن�شف خلي���ة الخار�شين لكي تعادل اأيون���ات -
�شكل)9 -8(
خلية خار�شين / نحا�ض
CuSo4ZnSo4)محلول()محلول(
قنطرة ملحية م�شعد -مهبط +
فولتميتر
�شدادة
قطن
283كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
SO4 الزائدة في ن�شف خلي���ة النحا�ض باإتجاة القنط���رة الملحية لتتعادل -2
فيه���ا ولذل���ك تتحرك اأيون���ات
+Na القادم���ة منها ، وبهذا تحافظ الخلية على توازنه���ا الكهربائي . ويمكن تمثيل الخلية
م���ع بع�ض اأيونات
ال�شابقة بالرمز ال�شطالحي الآتي :
Zn)s( / Zn+2)aq( )1M( // Cu+2
)aq( )1M( / Cu)s(
حيث يمثل الخط الراأ�شي المفرد )/ ( الحدود الفا�شلة بين الأ�شناف اأو حالتي تاأك�شد العن�شر اأما الخطان
الراأ�شي���ان )// ( فيمث���الن القنطرة الملحية والرق���م المكتوب بين الأقوا�ض بعد كل ن���وع مبا�شرة يدل على
تركيز الأيونات في المحلول ، كما يكتب ن�شف الخلية الذي يمثل الم�شعد اإلى الي�شار ، والذي يمثل المهبط
اإلى اليمين .
1- تمثل المعادلة النهائية التفاعل الحادث في اإحدى الخاليا الجلفانية
Zn)s( + 2Ag)aq( 2Ag)s( + Zn+2)aq(
اأ - اكتب معادلة ن�سفي التفاعل عند كل قطب
..................................................................................................
..................................................................................................
ب- ار�ســـم الخلية ال�ســـابقة مو�سحا على الر�سم �ســـحنة الأقطاب واتجاه حركة الإلكترونات
في الدائرة الخارجية واتجاه حركة الأيونات ال�سالبة عبر القنطرة الملحية .
جـ- حدد الم�سعد والمهبط في الخلية .
د – ماذا يحدث بمرور الزمن بعد ت�سغيل الخلية ال�سابقة لكل من قطب الخار�سين, قطب
الف�سة , اأيونات الف�سة , اأيونات الخار�سين ؟
..................................................................................................
..................................................................................................
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
284كيمياء )2(
الجهد القيا�سي للخلية )القوة الدافعة المحركة ( الكهربائية
E0 Standard Potential Cell
اإن التي���ار الكهربائ���ي الذي يتم الح�ش���ول عليه من اأي خلية جلفانية ، ما ه���و اإل نتيجة دفع الإلكترونات
من القطب الذي تحدث عنده عملية الأك�شدة ) الم�شعد ( عبر الدائرة الخارجية اإلى القطب الذي تحدث
عنده عملية الختزال ) المهبط(ويطلق على القوة التي ت�شبب حركة الإلكترونات في �شلك التو�شيل المعدني
بالقوة الدافعة ) المحركة(الكهربائية . وتقا�ض بوحدة الفولت وي�شتخدم لقيا�شها جهاز الفولتمتر .
وت�شم���ى القوة الدافع���ة الكهربائية التي ي�شجله���ا الفولتميتر بين قطبي خلية جلفاني���ة جهد تلك الخلية
Cell Potential وتتاأث���ر قيمته بتركيز الأيونات ودرجة الحرارة و�شغوط الغازات الم�شتركة في التفاعل ) اإن وجدت ( وحتى ي�شهل اإجراء مقارنة بين جهد الخاليا الجلفانية المختلفة فقد اتفق العلماء على اختيار
ظ���روف موحدة تعرف بالظروف القيا�شية وهي تركيز 1مول /لتر ) 1 مولر ( لالأيونات و�شغط جوي واحد
للغ���ازات ، ودرجة حرارة 25˚م وي�شمى جهد الخلية المقا�ض ف���ي هذه الظروف جهد الخلية القيا�شي وي�شار
E0له بالرمز
2- الرمز ال�سطالحي التالي يمثل خلية جلفانية
اأ - و�سح اتجاه �سريان الإلكترونات في الدائرة الخارجية .
اكتب معادلة ن�سفي التفاعل.
ب - اكتب معادلة التفاعل الكلي للخلية .
Mg)s( / Mg+2)aq( )1M( // Al+3
)aq( )1M( / Al)s(
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
285كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ويعرف جهد الخلية القيا�سي باأنة مقيا�ض لقدرة الخلية على اإنتاج تيار كهربائي , ويمثل في واقع
الأم���ر قابلية تفاعل الأك�شدة والختزال للحدوث . فكلما زاد ميل ن�شفي تفاعل الأك�شدة والختزال للحدوث
E0 ( للخلية الجلفانية اأكبر ، وبذلك فاإن لكل خلية جلفانية جهد قيا�شي يختلف عن الخلية الأخرى كانت قيمة)
، وت�شمي قابلية مواد الأقطاب لعملية الأك�شدة والختزال ) اأي قابلية مادة الم�شعد لالأك�شدة اأو قابلية مادة
Potential Electrode Standard المهبط لالختزال ( عند الظروف القيا�شية بجهد القطب القيا�شي
: Potential Electrode Standard جهد القطب القيا�سي
عرفنا �شابقا اأن جهاز الفولتامتر المت�شل بين قطبي الخلية الجلفانية يو�شح قيمة مميزة لجهد هذه الخلية،
ولكن ما هو من�شاأ جهد الخلية الجلفانية ؟
لالإجابة على هذا ال�شوؤال �شن�شتعمل خلية خار�شين/ نحا�ض ) خلية دانيال ( ال�شابقة ففي هذه الخلية يوجد
Cu حول القطب ++
Zn ح���ول اأحد الأقطاب ومحل���ول يحتوي على اأيون���ات ++
محل���ول يحت���وي على اأيونات
الآخر ولكل من هذه الأيونات ميال معينا لكت�شاب الكترونات ) اأي ميل لالختزال ( ويعرف هذا الميل بجهد
الختزال Reducton Potential وبذلك يكون هناك ن�شفا تفاعل يتناف�شان على الحدوث
Zn++
+ 2e- Zn)s(
Cu ++
)aq(
+ 2e- Cu )s(
وكلم���ا زاد مي���ل الأيون الموجب لكت�ش���اب الإلكترون���ات زادت قيمة جهد الختزال ل���ه ، وكما عرفت اأن
الإلكترون���ات ف���ي هذه الخلية تنتقل من قطب الخار�شين اإلى قط���ب النحا�ض هذا النتقال يدل على اأن جهد
Zn الختزال لأيونات النحا�ض اأكبر من جهد الختزال لأيونات الخار�شين لذلك تتاأك�شد ذرات الخار�شين
. Cu++
وتختزل اأيونات النحا�ض
والجه���د المقا����ض لأي خلية يمثل الفرق في مي���ول الأيونيين لي�شبحا مختزلي���ن وي�شاوي جهد الختزال
للمادة التي تختزل مطروحا منه جهد الختزال للمادة التي تتاأك�شد اأي اأن
E0 = جهد الختزال القيا�شي لقطب الختزال – جهد الختزال القيا�شي لقطب الأك�شدة جهد الخلية القيا�شي
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
286كيمياء )2(
وبالن�شبة للخلية ال�شابقة ) خلية دانيال ( نجد اأن جهد الخلية القيا�شي
E0= جهد الختزال القيا�شي للنحا�ض – جهد الختزال القيا�شي للخار�شين
وبم���ا اأن عملية الختزال عك�ض عملية الأك�شدة فاإن جهد الأك�شدة ي�شاوي جهد الختزال عدديا ويخالفه
ف���ي الإ�شارة فمث���ال اإذا كان جهد الختزال لقطب ما ي�شاوي )+0.75 فولت( ف���اإن جهد الأك�شدة له ي�شاوي
)-0.75فولت ( ومن الناحية العملية فاإنه يمكن فقط قيا�ض الجهود الكلية للخاليا وهذا يعني اأننا ن�شتطيع
فق���ط الح�ش���ول على الفروق بين جهودالخت���زال لأي ن�شفي تفاعل وبعد ذلك يبرز الت�ش���اوؤل التالي : كيف
يمكننا الح�شول على جهد الختزال لقطب ما بمفرده ؟ اإن قيا�ض جهد الختزال لقطب ما منفردا غير ممكن
من الناحية العملية اإل اإذا اقترن مع قطب اآخر له جهد معلوم ) قطب مرجع Refernce Electrode( وعن
طريق قيا�ض الفرق في الجهد بين القطبين ن�شتطيع ح�شاب جهد القطب المجهول . فما هو القطب المرجع
الذي اتخذ اأ�شا�شا للمقارنة ؟
ف���ي الحقيق���ة هن���اك كثير م���ن الأقطاب الت���ي يمكن اأن تك���ون مرجعي���ة ، ولكن اتف���ق عالميا عل���ى اختيار
اأح���د ه���ذه الأقط���اب لقيا����ض جه���ود الأقط���اب الأخ���رى بالن�شب���ة ل���ه وه���و قط���ب الهيدروجي���ن القيا�شي
Standand Hydrogen Electrode وقد ا�شطلح الكيمائيون على اعتبار جهد ) �شفرا ( في الظروف
القيا�شية
قطب الهيدروجين القيا�سي
م���ن البديه���ي اأن���ه ليمك���ن ا�شتخدام �ش���اق م���ن الهيدروجين
عل���ى تحت���وي خلي���ة م���ن الهيدروجي���ن قط���ب يتك���ون ولذل���ك
المج���زاأ الأ�ش���ود المر�ش���ب بالبالتي���ن مغل���ف بالتي���ن قط���ب
اأيون���ات عل���ى يحت���وي محل���ول ف���ي ومغم���ور دقيق���ا تجزيئ���ا
في���ه H +
اأيون���ات تركي���ز ) حم�ش���ي محل���ول ( الهيدروجي���ن
1 مولر ويمرر فوقه ب�شورة م�شتمرة تيار من غاز الهيدروجين تحت
�شغط جوي واحد وعند درجة حرارة 25˚م واعتبر جهد هذا القطب
)جهد التاأك�شد اأو جهد الختزال ( تحت هذه الظروف ي�شاوي �شفرا .
�شكل ) 9 - 9( قطب
الهيدروجين
�ض : ما الذي يحدث عند اقتران قطب الهيدروجين القيا�سي مع قطب اآخر في خلية جلفانية ؟
1M HCL
H2 gas1 atm
pt black
287كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
عندم���ا يتم اقت���ران قطب الهيدروجين م���ع ن�شف خلية جلفاني���ة يمكن اأن يتعر�ض قط���ب الهيدروجين
لالأك�شدة اأو الختزال تبعا لجهد الختزال في ن�شف الخلية الآخر ، فاإذا كان جهد الختزال للقطب الموجود
في ن�شف الخلية الآخر اأكبر من الجهد القيا�شي لقطب الهيدروجين فاإن قطب الهيدروجين يتاأك�شد ويكون
ن�شف التفاعل كما يلي :
H2)g( 2H+
)aq( +2e-
ويمكن تمثيله بالرمز ال�شطالحي الآتي :
Pt / H2 ) 1atm( / H+
)aq( )1M (
اأم���ا اإذا كان جهد الخت���زال للقطب الموجود في ن�شف الخلية الآخر اأقل م���ن الجهد القيا�شي للهيدروجين
فاإن قطب الهيدروجين يختزل ويكون ن�شف التفاعل كما يلي :
2H+
)aq( +2e- H2)g(
ويمكن تمثيله بالرمز ال�شطالحي الآتي :
H +)aq( )1M (/ Pt / H2 ) 1atm(
ولتو�شيح ذلك دعنا نقوم بالن�شاط الآتي :
) 9 - 3( خلية كهروكيميائية خار�سين / هيدروجين.
المواد الأدوات المطلوبة :
كوؤو����ض زجاجي���ة �شع���ة )250مللت���ر( ، محلول كبريت���ات النحا����ض II ) ا مولر ( محل���ول كبريتات
الخار�شين )ا مولر( ، اأ�شالك تو�شيل ، فولتامتر ، �شفيحتين اإحداهما نحا�ض والأخرى خار�شين،
قنطرة ملحية ، قطب الهيدروجين .
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
288كيمياء )2(
E0عند و�شل قطب الهيدروجين القيا�شي مع ن�شف خلية خار�شين وجد عمليا اأن جهد الخلية القيا�شي
ال���ذي ي�شجله الفولتميتر ي�شاوي 0.76 فولت وبما اأن الجه���د القيا�شي لقطب الهيدروجين ي�شاوي �شفر فاإن
ما ي�شجله الفولتمير يمثل جهد الختزال القيا�شي لقطب الخار�شين ، ولعلك لحظت من خالل الن�شاط اأن
الإلكترون���ات تنتق���ل من قطب الخار�شين ) الم�شعد ( اإلى قطب الهيدروجين ) لمهبط ( وهذا يدل على اأن
+H وتتاأك�شد
+ H اأكبر من جهد الختزال لأيونات الخار�شين لذلك تختزل اأيونات
جه���د الختزال لأيون���ات
ذرات الخار�شين Zn اإذن
3-اكتب ن�شفي التفاعل والتفاعل الكلي
..................................................................................................
..................................................................................................
4- كون خلية كهر وكيميائية هيدروجين / نحا�ض كما تعلمت �شابقا .
5- راقب ما يحدث لموؤ�شر جهاز الفولتامتر وحدد اتجاه .
6- اكتب ن�شفي التفاعل والتفاعل الكلي
..................................................................................................
..................................................................................................
7- ماذا تالحظ على اتجاه موؤ�شر الفولتميتر في الخليتين ؟ حاول اأن تف�شر ال�شبب .
..................................................................................................
..................................................................................................
خطوات التجربة :
1-كون خلية كهر وكيميائية خار�شين / هيدروجين كما تعلمت �شابقا .
2-راقب ما يحدث لموؤ�شر الفولتميتر و�شجل قراءته ، وحدد اتجاه التيار .
..................................................................................................
..................................................................................................
289كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
E0= جهد الختزال للهيدروجين – جهد الختزال للخار�شينجهد الخلية القيا�شي
0.76 = �شفر - جهد الختزال للخار�شين
اإذن جهد الختزال للخار�شين = -0.76 فولت
الذي ي�شجله E0
اأم���ا عن���د و�شل قطب الهيدروجين مع ن�ش���ف خلية النحا�ض فاإن جهد الخلي���ة القيا�شي
الفولتميت���ر ي�ش���اوي 0.34فول���ت . واأن الإلكترون���ات تنتقل من قط���ب الهيدروجين ) الم�شع���د ( اإلى قطب
Cu اأكب���ر من جهد الختزال +2
النحا����ض ) المهب���ط( وهذا ي���دل على اأن جهد الخت���زال لأيونات النحا�ض
Cu اإلى ذرات نحا�ض وتتاأك�شد جزئيات غاز الهيدروجين اإذن +2
+H لذلك تختزل اأيونات النحا�ض
لأيونات
جهدالخلية القيا�شي
E0= جهد الختزال للنحا�ض – جهد الختزال للهيدروجين
0.34 = جهد الختزال للنحا�ض - �شفر
اإذن جهد الختزال للنحا�ض = +0.34 فولت
Electro chemical Series : ال�سل�سلة الكهروكيميائية
ق���ام الكيمائي���ون بقيا�ض الجهود القيا�شي���ة لالأقطاب المختلفة ن�شبة اإلى قط���ب الهيدروجين القيا�شي ،
لك���ي ت�شه���ل مقارنة اأن�شاف التفاع���الت المختلفة من حيث الجهد ، اتفق التح���اد العالمي للكيمياء البحتة
التطبيقي���ة IUPAC على اأن نكتب اأن�ش���اف التفاعالت جميعها كعمليات اختزال وترت���ب ترتيبا ت�شاعديا
وفقا لجهود الختزال في جدول خا�ض يعرف بال�شل�شلة الكهروكيميائية
من خالل م�شادر المعلومات المتوفرة لديك ، اكتب تقريرا عن اأقطاب مرجعية اأخرى غير قطب
الهيدروجين ثم قارن بينها وبين قطب الهيدروجين ) من حيث المزايا والعيوب (
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
290كيمياء )2(
E0 فولت
3.05-
2.93-
2.87-
2.71-
2.37-
1.66-
1.18-
0.76-
0.74-
0.44-
0.40-
0.25-
0.14-
0.13-
�شفر
0.34+
0.53+
0.77+
0.80+
0.85+
1.06+
1.33+
1.36+
1.51+
2.87+
ن�شف التفاعل
Li+
)aq( + e - Li
)s(
K+
)aq( + e - K
)s(
Ca+2)aq(
+ 2e Ca)s(
Na+
)aq( + e-
Na)s(
Mg+2)aq(
+ 2e Mg)s(
Al+3)aq(
+3e Al)s(
Mn+2)aq(
+ 2e-
Mn)s(
Zn+2)aq(
+2e-
Zn)s(
Cr+3)aq(
+3e-
Cr)s(
Fe+2)aq(
+2e-
Fe)s(
Cd+2)aq(
+2e-
Cd)s(
Ni+2)aq(
+2e-
Ni)s(
Sn+2)aq(
+2e-
Sn)s(
Pb+2)aq(
+2e-
Pb)s(
2H+
)aq( +2e-
H2)g(
Cu+2)aq(
+2e-
Cu)s(
I2)s(
+2e-
2I-
)aq(
Fe+3)aq(
+3e-
Fe+2)aq(
Ag+
)aq( +e-
Ag)s(
Hg+2)aq(
+2e Hg)l(
Br2)l( +2e-
2Br-)aq(
Cr2O7 -2
)aq( +6e-
+14H+
)aq( 2Cr+3
)aq( +7H2O
)l(
Cl2)g( +2e-
2Cl-)aq(
MnO4-
)aq( +5e-
+8H+
)aq( Mn+2
)aq( +4H2O
F2)g( +2e-
2F-
)aq(
جدول ) 9-1 ( جهود الختزال بع�ض العنا�شر
ل ز
ختم
الل
معا
الة
وق
ةد
ياز
د �ش
كوؤم
الل
معا
الة
وق
ةد
ياز
291كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
من خالل النظر في ال�شل�شلة الكهروكيميائية نالحظ : -
-1 يتف���ق ه���ذا الترتيب مع الن�شاط الكيميائي للم���واد اأي قدرتها على ك�شب الإلكترون���ات وفقدها فاأن�شاف
التفاع���الت الموج���ودة في اأعل���ى ال�شل�شلة ذات جهد اخت���زال �شغير ، بينما الموج���ودة اأ�شفله ذات جهد
اختزال كبير واأن جهد اختزال الهيدروجين يتو�شط ال�شل�شلة .
-2 الم���واد الأق���وى اختزال من الهيدروجين يعطي جهدها اإ�ش���ارة �شالبة مثل الخار�شين ) 0.76- فولت (
اأما التي اختزالها اأقل من الهيدروجين يعطي جهدها اإ�شارة موجبة مثل النحا�ض ) + 0.34 فولت (
الحل :
وم���ن خالل معادلة التفاع���ل نالحظ اأن قطب الختزال هو الف�ش���ة بينما قطب الأك�شدة هو
الخار�شين
E0 = جهد الختزال للف�شة– جهد الختزال للخار�شينالجهد القيا�شي للخلية
= + 0.8 - )-0.76( = + 0.8 + 0.76= 1.56 فولت
E0( الآتية بالرجوع اإلى ال�سل�سلة الكهروكيميائية اح�سب الجهد القيا�سي للخلية)
بالرجوع اإلى ال�سل�سلة الكهروكيميائية نجد اأن الجهود القيا�سية لالأقطاب كما يلي
E0 للف�سة = + 0.8 فولتE0 للخار�سين = -0.76 فولت ,
Zn)s( + 2Ag+)aq( Zn+2
)aq( + 2Ag)s(
فـــوائــد ال�سل�سلة الكهروكيميائية :
E0 هما : - 1 – ح�ساب جهد الخلية القيا�سي
لها و�شنتعرف على E0
تمك���ن معرفة جهود الخت���زال القيا�شية لقطبي الخلية من ح�شاب الجه���د القيا�شي
هما : E0
طريقتين لح�شاب الجهد القيا�شي
اأ – با�شتخدام العالقة الريا�شية الآتية
E0= جهد الختزال القيا�شي ) لقطب الختزال ( – جهد الختزال القيا�شي الجهد القيا�شي للخلية
)لقطب الأك�شدة (.
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
292كيمياء )2(
ب – ع���ن طريق الجمع الجب���ري لن�شفي التفاعل والجهود المرافقة لها هن���اك بع�ض المالحظات لبد من
مراعاته���ا عن���د تطبيق هذه الطريقة وهي عن���د كتابة ن�شف تفاعل ما على �شكل ن�ش���ف تفاعل اأك�شدة بدل
E0 للقطب لآن جهد الأك�شدة ي�شاوي عدديا جهد من ن�شف تفاعل اختزال فاإنه لبد من عك�ض اإ�شارة جهد
الختزال ويخالفه في الإ�شارة .
E0 لن�شف التفاعل بالمعامل نف�شه عند �شرب ن�شف تفاعل بمعامل معين فال يترتب على ذلك �شرب قيمة
لأن جهود الختزال من الخوا�ض النوعية للمادة التي ل تعتمد على كمية المادة
E0 ( با�ستخدام طريقة الجمع الجبري اح�سب الجهد القيا�سي للخلية )
Zn)s( + 2Ag+)aq( Zn+2
)aq( + 2Ag )s(
بالرجوع اإلى ال�سل�سة الكهروكيميائية نجد اأن
Zn+2علما باأن :)aq( + 2e-
Zn )s(
Ag+ )aq( + e-
Ag )s( فولت = E00.8
-E00.76 = فولت
الحل :
+Ag تختزل اإلى Ag لذا يجب عك�ض
Zn واأيونات +2
يت�شح من المعادلة اأن Zn يتاأك�شد اإلى
E0ن�شف تفاعل الخار�شين لي�شبح ن�شف تفاعل اأك�شدة وفي نف�ض الوقت نف�شه عك�ض اإ�شارة
E0 Zn)s( Zn+2
)aq( + 2e-E0 = +0.76 فولت
ولم�ش���اواة ع���دد الإلكترونات المفقودة وع���دد الإلكترونات المكت�شبة لب���د من �شرب ن�شف
E0 في نف�ض المعامل تفاعل الف�شة في ) 2( ول يلزم �شرب :
2Ag+)aq( + 2e-
2Ag)s(
-1
E0 = 0.8 فولت 2-
والآن نجم���ع ن�شفي التفاعل)1(و )2( وفي الوقت نف�شه نجم���ع الجهود المرافقة لها فتح�شل على
Zn)s( + 2Ag+)aq( Zn+2
)aq( + 2Ag)s(
E0 للخلية = +0.76 + 0.8 = 1.56 فولت
293كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
E0 للخليـــة الجلفانية التي يحدث فيها التفاعـــل التالي بالرجوع 1- اح�ســـب الجهد القيا�ســـي
اإلى ال�سل�سلة الكهروكيميائية
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
لقطـــب مجهول )X( فـــي خلية �ســـكلت بالتفاعـــل التالي فكان E0
2- اح�ســـب الجهـــد القيا�ســـي
E0 0.276 فولتجهدها القيا�سي
X وبالرجوع اإلي ال�سل�سلة الكهروكيميائية حدد نوع القطب
2- مقارنة قوة العوامل الموؤك�سدة والمختزلة :
در�ش���ت �شابق���ا اأن المادة تكون عام���ال موؤك�شدا اإذا حدث لها اختزال في تفاع���ل كيميائي وتكون عامال
مختزل اإذا حدث لها اأك�شدة في تفاعل كيميائي لذا فاإن : -
• اأي م���ادة في ال�شل�شة الكهروكيميائية تكون عامال موؤك�ش���دا اإذا حدث لها اختزال في تفاعل كيميائي E0 تزداد من اأعلى اإل���ى اأ�شفل ال�شل�شل���ة ) اأي يزداد ميلها
وبم���ا اأن قي���م جه���ود الختزال القيا�شي���ة
لالخت���زال ( فه���ذا يعني اأن قوته���ا كعوامل اأك�شدة ت���زداد اأي�شا ولذلك يعد الفل���ور F2 اأقوى العوامل
Li( اأ�شعفها .+
الموؤك�شدة بينما اأيون الليثيوم )
2Cr+3)aq( +3Ni)s( 2Cr)s( +3Ni+3
)aq(
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
• واأي م���ادة في ال�شل�شة الكهروكيميائية تكون عام���ال مختزل اإذا حدث لها اأك�شدة في تفاعل كيميائي ولم���ا كان���ت المواد في اأ�شفل ال�شل�ش���ة الكهروكيميائية ي�شعب تاأك�شدها اأكثر م���ن تلك الموجودة في
Cd)s( + X+2)aq( Cd+2
)aq( +X)s(
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
294كيمياء )2(
)Li( اأعل���ى ال�شل�شة فه���ذا يعني اأن قوتها كعوامل مختزلة تقل من الأعلى اإل���ى الأ�شفل ولذلك يكون الليثيوم
–F اأ�شعفها
اأقوي العوامل المختزلة بينما اأيون الفلوريد
رتب المواد الآتية ت�شاعديا ح�شب قوتها كعوامل موؤك�شدة
Ag+
، Ni+2 ، Sn+2
( الخا�شة بكل
E0
بالرج���وع اإلى ال�شل�ش���ة الكهروكيميائية نكت���ب اأن�شاف التفاعالت وقي���م )
E = -0.25 فولت0
ن�شف تفاعل كما يلي
Ni+2)aq( + 2e-
Ni)s(
Sn+2)aq( + 2e-
Sn)s(
Ag+
)aq( + e-
Ag)s(
E زاد ميل المادة لالختزال اأي زادت قوتها كعامل 0
كلما زادت قيمة جهد الختزال القيا�شي
موؤك�شد وبذلك يكون ترتيبها ت�شاعديا كعوامل موؤك�شدة على النحو التالي
Ag+
، Sn+2 ، Ni+2
تزداد قوتها كعوامل موؤك�شدة
E للخلية الجلفانية التي يحدث فيها التفاعل التالي بالرجوع اإلى 0
1- اح�سب الجهد القيا�سي
+Liال�سل�سلة الكهروكيميائية
, Mn+2 , Al+3
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
295كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
3 - التنبوؤ بالتفاعالت :
يمك���ن التنبوؤ باإمكانية حدوث تفاعالت الأك�شدة والختزال ف���ي خلية ما في الظروف المعيارية عن طريق
E0 للخلية فاإذا كانت : ح�شاب الجهد القيا�شي
ما م�شدر الألم الذي ي�شعر به ال�شخ�ض عند و�شع رقاقة من الألومينيوم بين
اأ�شرا�شه المح�شوة ؟
�شكل )9-10 ( ح�شوه الأ�شنان
ي�شتخ���دم الأطب���اء لح�شوة الأ�شنان النخ���رة مادة تتكون
من محل���ول �شلب للق�شدير والف�شة ف���ي الزئبق وتوجد
Sn8Hg ، Ag3Sn هذه المادة في ث���الث �شور تقريبية
Ag2Hg3 ، وه���ذه ال�شور يمكن اأن تح���دث لها تفاعالت
E0 0.85 ف��ول��ت ، ك���ه��روكي��م��يائ�ي��ة جه�ود الختزال لها
-0.5 فولت -0.13 فولت على الترتيب ولما كان الألومينيوم
E0 = -1.66 فولت ( ف���اإن تالم�ض رقاقة عام���ال مخت���زل اأق���وى من اأي من مكونات المحل���ول )
الألوميني���وم بح�ش���وه الأ�شن���ان ولوجود اللعاب الذي يعم���ل كقنطرة ملحية ي���وؤدي اإلى تكوين خلية
جلفانية تولد تيارا كهربائيا �شغيرا ينتقل خالل الأع�شاب م�شبب الألم .
E0 للخلية باإ�ش���ارة موجبة دل ذلك على اإمكانية ح���دوث التفاعل تلقائيا كما هو القيا�شي الجه���د • قيم���ة
مكتوب) من الي�شار اإلى اليمين ( واأن الخلية تعطي كمية من التيار جهدها ي�شاوي تلك القيمة الموجبة .
للخلية باإ�ش���ارة �شالبة دل ذلك عل���ى اأن التفاعل ليحدث كم���ا تلقائيا ) اأي E0
القيا�ش���ي • قيم���ة الجه���د ليح���دث كم���ا هو مكتوب ( ب���ل يحتاج اإلى كمية من التي���ار الكهربائي الخارجي جهده���ا اأكبر من القيمة
العددية لجهد الخلية اأو يحد بعد عك�شه .
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
296كيمياء )2(
هل التفاعل الآتي يحدث ب�شورة تلقائية
Fe+3)aq( + Fe )s( 3Fe+2
)aq(
اأك�شدة
الحل :
بالرجوع E0
للتنبوؤ باإمكانية حدوث التفاعل ال�شابق ب�شورة تلقائية نح�شب الجهد القيا�شي
اإلى ال�شل�شة الكهروكيميائية
) Fe( جهد الختزال – )Fe+3E0 = جهد اختزال )
الجهد القيا�شي
= )+0.77( – ) -0.44 ( = +0.77 + 0.44 = +1.21 فولت
للتفاعل موجبة فاإن التفاعل يحدث تلقائيا في الظروف E0
وبم���ا اأن الإ�شارة الح�شابية لقيمة
المعيارية
Fe+2 ومن���ع تاأك�شده���ا بفع���ل اأك�شجين الجو وي�شتف���اد م���ن هذه النتيج���ة في حف���ظ محاليل
Fe+3 ع���ن طري���ق اإ�شاف���ة ب���رادة الحدي���د Fe اإل���ى المحل���ول اإذ يعم���ل عل���ى اخت���زال اإل���ى
. Fe+2اأيون���ات اإل���ى الجوي���ة ( ويحوله���ا الأك�ش���دة بفع���ل تتك���ون الت���ي ( Fe+3
اأيون���ات
+2 �شفر
3+ 2+
اختزال
297كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
العوامل الموؤثرة على جهد الخلية الجلفانية
من خالل التجارب وجد اأن جهد الخلية يعتمد على عدد من العوامل تتغير قيمتها بتغير اأي منها ، ومن
اأهم هذه العوامل ما يلي :
1- نوع مادة قطبي الخلية :
م���ن خ���الل مالحظتنا لجهود الأقطاب المختلفة نجد اختالفا بي���ن قيمها وهذا الختالف يرجع اإلى
اخالف الن�شاط الكيميائي ) قابلية الفقد والكت�شاب ( لمواد الأقطاب وحيث اأن ح�شاب جهد الخلية
يتم من قيم جهود اأقطابها فاإننا نتوقع اأن يتاأثر جهد الخلية بنوع مادة كل من القطبين المكونين لها.
Cl بوا�سطة البروم Br2 ح�سب التفاعل الآتي -هل يمكن تح�سير Cl2 باأك�سدة اأيونات
...................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
.....................................................................................................
2Cl-
)aq( + Br2)l( 2Br -
+ Cl2)g(
تم ت�سكيل خليتين جلفا نيتين تحت نف�ض الظروف ) ولتكن الظروف القيا�سية ( اح�سب الجهد
E
0القيا�سي
1 - Pb)aq( + Cu+2)aq( Pb+2
)aq( + Cu)s(
Cu+2 = + 0.34 فولت علما باأن /Cu E
0
, 0.13 - = Pb+2/Pb E
0
فولت
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
298كيمياء )2(
لعلك لحظت اأنه بالرغم من توحيد كافة الظروف للخليتين وتثبيت اأحد قطبي الخليتين اإل اأن قيمة
Eفي الخلية الأولى تختلف عن الثانية وهذا يرجع اإلى اخالف الن�ساط الكيميائي للقطب الآخر في الخلية 0
2 – تراكيز المحاليل :
در�ست �سابقا خلية خار�سين / نحا�ض ) خلية دانيال ( الممثلة بالتفاعل الآتي
Zn)s( + Cu+2)aq( Zn+2
)aq( + Cu)s(
E فولت , اأي اأن جهد 0حيـــث يتـــم فيهـــا التفاعل ب�ســـورة تلقائية وينتج عنـــة تيار كهربائي له جهـــد 1.1 =
الخليـــة يمكـــن اأن يتعامـــل معـــه كمـــا لو كان مـــادة ناتجـــة وعليه يمكـــن كتابة المعادلـــة ال�ســـابقة كما يلي
Zn)s( + Cu+2)aq( Zn+2
)aq( + Cu)s( + E0
ولكن , هل تبقى قيمة جهد الخلية ) 1.1 فولت ( ثابتة مع ا�ستمرار التفاعل ؟ ماذا نتوقع اأن يحدث لها؟
؟ Cu+2
Zn+2 و وهل هناك عالقة بين قيمة جهد الخلية واأيونات
فـــي الواقـــع اأن قيمـــة الجهد ) 1.1 فولت ( ل تبقي ثابتة اإل لوقت ق�ســـير , اإذا تبـــداأ في التناق�ض بمجرد
Zn+2 في التزايد اإلى اأن ن�ســـل اإلى ال�ســـفر عندما Cu+2 في التناق�ض واأيونات
اأن يبداأ تركيز اأيونات
. Cu+2يذوب جميع الخار�سين اأو عندما تن�سب اأيونات
ويمكن التو�سل اإلى النتيجة ال�سابقة بتطبيق مبداأ لو�ساتليية .
2 - Cu)s( / Cu+2)1M( // Au+3
)aq( )1M( / Au)s(
Au+3 = + 1.5 فولت علما باأن /Au E
0
Cu+2 = + 0.34 فولت , /Cu E
0
299كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
�شكل ) 9 - 12(
بطارية اأك�شيد الف�شة
( 9 - 10
�شكل ) 9 - 11(
بع�ض البطاريات الجافة
وم���ن الأمثلة على الخالي���ا الجلفانية خاليا الوقود التي
يتوق���ع اأن يك���ون له���ا دور هام ف���ي م�شتقب���ل الطاقة في
الع�شر الحا�شر .
وهن���اك بطاريات تق���وم باإنتاج التي���ار الكهربائي تعرف
بم�شادر التيار الم�شتمر ي�شتفاد منها في ت�شغيل الأجهزة
والمع���دات كالبطاريات الجافة التي ت�شتخدم في ت�شغيل
الرادي���و والم�شجل وبع����ض الآلت الحا�شب���ة الم�شابيح
اليدوية وغيرها .
بطاريات اأك�ســـيد الف�ســـة : تتميز ب�شغ���ر حجمها الذي
يتنا�ش���ب مع الأجه���زة الكهربائية ال�شغي���رة كال�شاعات
اأجهزة الت�شوي���ر اأفالم الليزر وهن���اك بطاريات اأخرى
�شائعة ال�شتخدام ت�شهم في ت�شهيل �شوؤون الحياة .
اأه���م التطبيق���ات الحياتي���ة للخاليا الجلفاني���ة بتقد العلم يوما بع���د يوم يزداد
اعتم���اد الإن�شان عل���ى م�شادر الطاق���ة وخ�شو�شا الكهرباء فكل م���ا لنا يعتمد
اعتماد كلي اأومبا�شر على الطاقة الكهربائية الم�شتخدمة في البطاريات .
1- مـــن الأمثلـــة على الخاليـــا الجلفانية البطاريات الجافة , ما �ســـبب تناق�ـــض الكهرباء الناتجة
عنها مع مرور الزمن ؟
2 - عندما ت�ســـتري البطاريات الجافة باأنواعها فاإنك تحر�ض على �ســـراء بطاريات حديثة ال�ســـنع
ما ال�سبب الذي يدفعك لذلك ؟
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
300كيمياء )2(
Electrolytic Cells ) ثانيا : خاليا التحليل الكهربي ) الإلكتروليتية
لديك التفاعل الآتي
2H+)aq( + 2I-
)aq( H2)g( + I2)g(
لدرا�سة اإمكانية حدوث التفاعل ال�سابق تلقائيا ) كما هو مكتوب ( دعنا نقوم بالن�ساط التالي :
وهـــب اهلل عـــز وجل الإن�ســـان قدرة على التفكيـــر والإبداع لالإنتاج الإيجابـــي المثمر المفيد له
في �ســـهيل اأمور حياته مثل �ســـائل النقل اكتب مقال تتناول فيه بطاريات ال�ســـيارات ) المركم
الر�سا�سي ( وكيفية عملها .
فـــي بع�ـــض مـــدن المملكـــة العربية ال�ســـعودية م�ســـانع ت�ســـتخدم التطبيـــق ال�ســـناعي للخاليا
الكهروكيميائية ح�سب ما يتوفر في منطقتك قم بزيارة لأحد هذه الم�سانع , ثم اكتب تقررا
عن كيفية ا�ستخدامها وتطبيقاتها مدعما ذلك بال�سور .
) 9-4 ( خلية تحليل كهربائي.
المواد الأدوات المطلوبة :
كا����ض �شعت���ه 250 مل���ل ، قطبان من
اأ�ش���الك ، الفح���م( ( الجرافي���ت
تو�شي���ل ، م�ش���در للتي���ار )بطاري���ة
جافة ( ، محلول يوديد الهيدروجين
خطوات التجربة :
1- �شع محلول يوديد الهيدروجين في الكاأ�ض
2- اغم�ض القطبين في المحلول
3- �ش���ل بي���ن القطبي���ن بالأ�ش���الك الخارجية م���رورا
بالفولتميتر
301كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
لعلك لحظت من الن�ساط اأن التفاعل في الخلية ال�سابقة ليتم ب�سورة تلقائية وهذا يعني اأن الإ�سارة
E0 للتفاعل ال�سابق E0 للخلية �ســـالبة وللتاأكد من ذلك نقوم بح�ســـاب قيمة
ال�ســـالبة للجهد القيا�ســـي
كما يلي من معادلة التفاعل يت�ســـح اأن اأيونات الهيدروجين تختزل واأيونات اليوديد تتاأك�ســـد وبالرجوع
اإلى ال�سل�سة الكهروكيميائية نجد اأن
= جهد قطب الهيدروجين – جهد قطب اليود = �سفر – ) +0.54 ( = -0.54 فولت E0
جهد الخلية
هذا يدل على اأن التفاعل ليحدث تلقائيا ) كما هو مكتوب ( ولكي يجري لبد من اإجباره على ذلك بامداده
بتيـــار كهربائـــي مقـــداره اأكبر مـــن 0.54 فولت وهذا ما يحدث بالفعل كما لحظنا في الن�ســـاط ال�ســـابق .
�شكل ) 9-14(خلية تحليل كهربائي
كيف حدث التفاعل في خلية التحليل الكهربائي ال�سابقة ؟
ال�ســـالب البطاريـــة قطـــب مـــن الإلكترونـــات ت�ســـري -1
اإلـــى قطـــب الكربون الـــذي ي�ســـكل المهبط فـــي الخلية
التحليليةوتكون �سحنته �سالبة.
- هل يتحرك موؤ�شر الفولتميتر ؟
�شكل ) 13-9(
خلية تحليل كهربائي
.............................................................
.............................................................
4- اربط مكان الفولتميتر بم�شدر للتيار الم�شتمر
)بطارية( - ماذا تالحظ ؟
- على ماذا يدل ذلك ؟
- على ماذا يدل ذلك ؟
.............................................................
.............................................................
+H = �سفر
)aq(/H2)g( E0 -I2 / I= +0.45 فولت ,
)aq( E0
+
-
+
+ -
Na
+
Cl
-
+
-
+++++
-----
-
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
302كيمياء )2(
3 – تنجـــذب اأيونـــات اليوديـــد فـــي المحلـــول اإلـــى قطب الكربـــون المت�ســـل بالقطب الموجـــب للبطارية
)الم�ســـعد وياأخـــذ الإ�ســـارة الموجبـــة ( فتفقـــد اإلكتروناتها ) تتاأك�ســـد (مكونة ذرات اليـــود التي تتحد
مكونة جزئيات اليود .
4 – ت�ســـري الإلكترونـــات من الم�ســـعد في الخلية التحليلية عبر ال�ســـلك الخارجـــي اإلى قطب البطارية
الموجب لتكتمل الدائرة وي�ستمر التفاعل حتى تفرغ طاقة البطارية اأو تنتهي اأيونات المحلول .
2I-)aq( I2)g( + 2e
2H+)aq( +2e-
H2)g(
2- تنجـــذب اأيونـــات الهيدروجيـــن فـــي المحلـــول اإلى قطـــب الكربون ال�ســـالب ) المهبط ( فتكت�ســـب منه
اإلكترونات )تختزل ( مكونة غاز الهيدروجين .
لخ�ض في الجدول التالي اأهم الفروقات بين الخلية الجلفانية وخلية التحليل الكهربائي .
الخلية الإلكتروليتيةالخلية الجلفانيةاأوجه المقارنة
303كيمياء )2(
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
اأهم التطبيقات الحياتية للخاليا التحليلية )تحليل كهربائي( : -
لقد بذل الكيميائيون محاولت كبيرة لال�شتفادة من المظهر الجميل لبع�ض المواد والح�شول
عل���ى �شفات متعددة مرغوب���ة ل يمنع �شكلها الظاهري من ا�شتخدامه���ا اأو المحافظة عليها ومن
ذلك طالء بع�ض الفلزات الرخي�شة كالنحا�ض والحديد بمعادن جميلة كالذهب والف�شة والكروم
خا�شة اأدوات الزينة، حيث يعد طالء الفلزات اأحد اأهم تطبيقات الخاليا التحليلية وتعتمد الفكرة
علىاإمكانية تر�شيب مادة فلزي���ة على اأخرى با�شتخدام التيار
الكهربائي لخلية قيا�شية في خلية تحليل كهربائي ويعرف هذا
الن���وع بطالء الفلزات اأو تلبي�ض المع���ادن اأو الطالء بالكهرباء
ومن فوائد الطالء الفلزي ما يلي
اأ – تجميل مظهر الأدوات المعدنية
ب- وقاية المواد من التاآكل
وتعتم���د فكرة الط���الء بالفلزات على تكون طبق���ة رقيقة ومن
فل���زات معينة في خلية ) تحلي���ل كهربائي(حيث يكون الج�شم
الم���راد طالئه ) الكاثود( وي�ش���كل فلز الطالء الأنود ويحوي الإلكترولي���ت كاتيونات فلز الطالء
والكاتيونات الفلزية ت�شبح ذرات على الكاثود وتكون طبقة �شطحية من الفلز النقي .
�شكل )15-9(
طالء ري�شة قلم بالذهب
) 9 - 5( طالء ملعقة من الحديد بفلز النحا�ض
الأدوات والمواد المطلوبة :
كاأ����ض �شعة 250ملل ، قطب نحا�ض ، ملعقة طعام، محل���ول مخفف من هيدروك�شيد ال�شوديوم ، ماء
مقطر، حمام مائي ، �شوف �شخري ) اأ�شالك حديدية ناعمة ( محلول يحوي اأيونات النحا�ض الثنائية .
الأك�سدة والختزال والخاليا الكهروكيميائية
ع �س
تال ا
ل�س
فلا
304كيمياء )2(
خطوات العمل :
1- نظف ملعقة الطعام في الحمام المائي ال�شاخن ثم في محلول حم�ض الكلور ال�شاخن
)50˚م( ثم نظفها جيدا بال�شوف ال�شخري .
2- كرر خطوة )1 ( مع هيدروك�شيد ال�شوديوم ثم الماء المقطر وجفف الملعقة جيدا .
3- �شع محلول اأيونات النحا�ض الثنائي في الكاأ�ض .
4- اأغم�ض الملعقة في الكاأ�ض من الجهة المقابلة لقطب النحا�ض ) دون اأن يتالم�شا ( و�شل
طرفه الأعلى ب�شلك .
5- �شل طرفي ال�شلكين بم�شدر التيار الكهربائي بحيث يرتبط قطب النحا�ض بالقطب الموجب
للبطارية بينما ترتبط الملعقة بالقطب ال�شالب لها .
6- راقب ما يحدث لفترة وجيزة .
تعمل التقنيه الكهربائية على تنقية الفلزات بوا�سطة التحليل الكهربي . اكتب مو�سوعا تتناول
فيه كيفية تنقية الفلزات من خاماتها مزودا بال�سور التو�سيحية .
اأ�صئلة الف�صل التا�صع
305
�ض1 : اح�سب عدد الأك�سدة لما يلي :
K2O2 ج� - الأك�شجين في Cr2O3 اأ – الكروم في
MnO4 د- المجنيز في HClO3 ب – الكلور في
Na2B4O7 ه� - البورون في K2UO4 و – البوتا�شيوم في
�ض2 : وازن التفاعالت التالية
1- Mg + NO3-
Mg +2 + N2 و�شط حم�شي
2- MnO4-
+ Fe+2 MnO2 + Fe+3
و�شط قاعدي
3- ClO-
+ Fe)OH(3 Cl- + FeO4 -2
و�شط قاعدي
4- MnO4-
+ Sn+2 + H+
Mn+2 + Sn+4
+H2O
�ض3 : ادر�ض جهود الختزال لأن�ساف التفاعالت الآتية واأجب عن الأ�سئلة :
-1 Fe+2)ag(+2e-
Fe)s( 0.44فولت -= E0
-2 Sn+2)ag(+2e-
Sn)s( 0.14 فولت-= E0
-3 Hg+2 + 2e-
Hg)l( 0.85 فولت + = E0
-4 Ag+
+ e-
Ag)s( 0.80 فولت+ =E0
اأ – حدد اأقو ى عامل موؤك�شد واأقوى عامل مختزل .
ب- الأيونات التي يمكن اأن تختزل بالحديد و التي تتاأك�شد بالف�شة .
�ض4 : و�ســـح المق�ســـود بكل مما يلي : ال�سل�ســـلة الكهروكيمائية , التحليل الكهربائي ,
المهبط , الم�سعد .
المراجع
القران الكريم
1- جي���رول ، اإيب�شتاين . )2001م ( الكيمي���اء العامة ) ملخ�شات �شوم ( . ترجمة : اأحمد اإ�شالم ،
الدار الدولية لالإ�شتثمارات الثقافية ، القاهرة ، م�شر
2- ب���رادى ، جم�ض . )1992م(. الكيمياء العامة والمبادئ والبنية .ترجمة: �شليمان �شع�شع ، مركز
الكتب ، عمان ، الأردن.
3- الخليلي ، فواز .)1997م( . الكيمياء العامة . دار ال�شياء للن�شر والتوزيع ، عمان ، الردن.
4- الخويطر ، �شليمان . )1425ه�( . الكيمياء العامة .دار الخريجى ، الريا�ض ، المملكة العربية ال�شعودية.
5- ديرانت ، ب.ج . )1939م( . الكيمياء العامة وغير الع�شوية . ترجمة: عزت خيري ، مطبعة عين
�شم�ض، القاهرة، م�شر
6- وزارة التربي���ة والتعلي���م . )1417ه����( . منه���ج المرحلة الثانوية لتعليم ) البن���ات – البنين ( .
الوكالة الم�شاعدة للتطوير التربوي . مطابع نجد ، الريا�ض ، المملكة العربية ال�شعودية.
7- �شينك���و ، مي�شيل . )1981م( . الكيمي���اء . ترجمة: ال�شيد ح�شن . دار المريخ للن�شر ، ا لريا�ض،
المملكة العربية ال�شعودية
8- الخطيب ، خير اهلل . )1998م( . المو�شوعة العلمية ال�شاملة . مكتبة لبنان نا�شرون ، بيروت ، لبنان .
9- فردريك لونجو. ) 1401ه� ( . الكيمياء العامة . مجمع اللغة العربية الردنى . الأردن
10- د. اإبراهيم الخطيب ، د. م�شطفى تركى .) 2000م ( . الكيمياء العامة . دار الم�شرة ، عمان ، الأردن
11 – د. اأحم���د ا�ش���الم ، د. م�شطف���ى عمارة . اأ�ش����ض الكيمياء العامة وغير الع�شوي���ة . دار الفكر
12- ديفيد اإ.غولدبرغ .)2001( . الكيمياء الجامعية . اأكاديميا اإنترنا�شيونال . بيروت . لبنان
13- ترجمة د. محمد دب�ض . ) 2002 ( معجم الكيمياء الم�شور. اأكاديميا اإنترنا�شزنال. بيروت . لبنان
14- د. محمد على خليفة . ) 1417ه� ( . كيمياء المجموعات الرئ�شية . مطابع جامعة الملك �شعود. الريا�ض
15- د. محم���د عم���اد ع�ش���ام الدين . ) 1424ه����( . الإبداع ف���ى تدري�ض العلوم. مكتب���ة المتنبي .
الدمام . المملكة العربية ال�شعودية
16- مكت���ب التربي���ة العربى لدول الخليج ) 1997م (. كيمياء ال�شف الحادي ع�شر ، الثاني ع�شر .
المركز العربي للبحوث التربوية لدول الخليج
17 – العوي����ض ،د. المعي���وف . )1995م ( . الكيمي���اء الكهربائية . دار الخريج���ى للتوزيع والن�شر.
الريا�ض . المملكة العربية ال�شعودية
18- د. مهدي الزكوم . )1986م ( . مقدمة في الكيمياء التحليلية والفيزيائية .
19 – د. اأحم���د اإ�ش���الم ، د. م�شطف���ى عمارة . )2005م ( . اأ�ش�ض الكيمي���اء الفيزيائية .دار الفكر
العربي . القاهرة . م�شر
20 – د. الخويط���ر . )1419ه���� ( . الحركي���ة الكيميائي���ة وميكانيكيات التفاع���الت .دار الخريجي
للن�شر والتوزيع .الريا�ض . المملكة العربية ال�شعودية
21- د. اأب���و المج���د ، د. فاطمة محم���د .)2005م ( . اأ�شا�شي���ات الكيمياء الفيزيائي���ة . دار الن�شر
للجامعات .القاهرة . م�شر .
22- د. الزام���ل ، الحجاجي ، الطمرة ، بان���ة . ) 1998م ( . الكيمياء التحليلية ) التحليل الحجمي
والوزني( . دار الخريجي للن�شر والتوزيع . الريا�ض . المملكة العربية ال�شعودية .
23- د. ن�شوان . )1984م ( . الكيمياء التحليلية . دار الفرقان .عمان . الأردن .
24- د . ن�شوان )1988م( . مقدمة في الكيمياء العامة . دار الفرقان .عمان . الأردن .
25- د. عبد الرزاق جعفر . )2002م ( . اأ�شا�شيات الكيمياء العامة . جهينة للن�شر والتوزيع . عمان . الأردن .
26- د. دي���اب ، د. خي���ر اهلل . )2000م ( . الكيمياء ) مو�شوعة الم�شاهدة العيانية ( . مكتبة لبنان
. بيروت . لبنان . ترجمة د. جورج قا�شي . )2002م ( . مو�شوعة لرو�ض ) الطاقة والمادة ( .
عويدات للن�شر والتوزيع .بيروت . لبنان .
27 – عدنان الخر�شان . ) 2003 م ( . المب�شط في الكيمياء . دار ومكتبة الهالل . بيروت . لبنان .
28 – العجلون���ي واآخ���رون ، بره���م واآخ���رون . ) 2005م ( . منه���ج المرحلة الثانوي���ة في الكيمياء
)ال�ش���ف العا�ش���ر ، عل���وم الأر�ض ، الفرع العلم���ي ( . وزارة التربية والتعلي���م المملكة الأردنية
الها�شمية . عمان . الأردن .