علوم الكيمياء 2
منتديات رياضيات جردة :: ~¤ô¦¦§¦¦ô¤~منتدى مكتبة رياضيات جردة~¤ô¦¦§¦¦ô¤~ :: الموسوعة العلمية الشاملة :: معلومات العلوم
صفحة 1 من اصل 1
علوم الكيمياء 2
المدير العام 7/11/2011, 13:05
الطاقة الكيميائية
هناك طاقة مختزنة في المادة أثناء تكونها، وتعتمد كمية هذه الطاقة على نوع وترتيب الذرات في المادة، وهذه الطاقة إما أن تمتص أو تنطلق أثناء التفاعل الكيميائي ولذا تعتبر الطاقة الكيميائية صورة من صور طاقة الوضع.
مجموع الطاقات الداخلية المختزنة في المادة أثناء تكونها نتيجة لارتباط الذرات مع بعضها البعض.
هناك أنواع من الطاقات تكون مصاحبة لجزيء المادة مثل:
الطاقة الانتقالية: وهي الناتجة عن انتقال الجزيء من مكان لآخر.
الطاقة الدورانية: وهي ناتجة عن دوران الجزيء حول محور أو أكثر في مركزه.
الطاقة الأهتزازية: وهي ناتجة عن ذبذبة الجزيء حول موضع الاتزان وهذه تعتمد على شكل وتركيب الجزيء.
طاقة الترابط: وهذه ناتجة عن انجذاب الأيونات أو الجزيئات أو تنافرها عن بعضها.
الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي
يمكن تقسيم الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي إلى:
أولاً: طرق طبيعية:
ويطلق عليها التحليل الكمي بالطرق الطبيعية (الكمي ـ الطبيعي) والتي تعتمد على قياس بعض الخواص الطبيعية للمادة مثل: درجة الغليان، التجمد، شدة اللون، درجة الامتصاص الضوئي، الانكسار الضوئي وغيرها. وأهم طرق التحليل الكمي الطبيعي هي:
1 ـ التحليل الضوئي.
2 ـ معامل الانكسار.
3 ـ قياس الإشعاع.
4 ـ التحليل الكهربي.
ملاحظات:
1 ـ يتوقف الامتصاص الضوئي لمحلول المادة الملونة على:
أ ـ نوع المادة.
ب ـ درجة تركيزها في المحلول.
ج ـ درجة نقاء المادة.
2 ـ الخاصية الطبيعية للمادة غالباً ما تتناسب مع كتلة المادة أو درجة تركيزها في المحلول.
3 ـ التحليل الضوئي هو عملية تحديد درجة تركيز مادة في محلولها الملون بقياس درجة امتصاصها للضوء.
4 ـ طرق التحليل الضوئي:
(أ) استخدام العين المجردة كما في أنابيب نسلر.
(ب) استخدام جهاز قياس الطيف الضوئي (الإسبكتروفوتوميتر) .
(ح) اختبار النقطة.
5 ـ معامل الانكسار الضوئي لمادة يمكن قياسه باستخدام الإسبكتروفوتوميتر. ومن جداول خاصة تربط معامل الانكسار الضوئي بدرجة التركيز نستطيع معرفة درجة التركيز ودرجة النقاء.
6 ـ تتوقف قيمة معامل الانكسار الضوئي لمحلول مادة على نوعها ودرجة نقائها وعلى درجة تركيزها في المحاليل المائية أو المذيبات العضوية.
7 ـ في حالة المحاليل غير الملونة نصيف مواد كيميائية أخرى تتفاعل مع المادة المذابة في المحلول وتكون مركبات ملونة تتدرج شدة لونها مع تدريج درجة تركيزها في المحلول.
8 ـ الأساس الذي تعتمد عليه طريقة قياس الإشعاع في التحليل الكمي الطبيعي هو قياس شدة الإشعاع الصادر من المواد المشعة وذلك بواسطة عداد جيجر. وباستخدام جداول خاصة يمكن بمعرفة شدة الإشعاع استنتاج درجة تركيز المادة المشعة.
9 ـ يستخدم عداد جيجر في الكشف عن الخامات المشعة وقياس شدة الإشعاع الناتج من تلوث البيئة، كما يستخدم في قياس شدة إشعاع النظائر المشعة والاستفادة منها في الأبحاث العلمية.
10 ـ التحليل الكهربي (الترسيب الكهربي): التحليل أو الترسيب الكهربي هو تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث في المحاليل الإلكتروليتية عند قطبي الخلية الكهربية نتيجة مرور تيار كهربي فيها.
11 ـ الفاراداي هو كمية الكهربية التي ترسب الوزن المكافىء الجرامي لأي عنصر عند إمرارها في محلول ملح من أملاحه وتساوي 96500 كولوم وتحوي عدد أفوجادرو من الإلكترونات وهو 6,023 × 1023إلكترون.
12 ـ يعتمد الحساب الكيميائي في التحليل الكهربي على قانوني فاراداي:
القانون الأول: كمية المادة المنفصلة (و) بالتحليل الكهربي تتناسب طردياً مع كمية الكهربية (ك) المارة في المحلول الإلكتروليتي للمادة.
القانون الثاني: كمية المواد المنفصلة بالتحليل الكهربي وبكمية كهربية واحدة تتناسب طردياً مع أوزانها المكافئة الجرامية.
العامل الحفاز
مادة تسبب تغيراً في سرعة التفاعل، ولكنها لا تتغير عند انتهاء التفاعل ويمكن استعادتها.
أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً موجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً.
وفيما يلي أمثلة على العوامل الحفازة وأهمية كل منها في المختبر والصناعة وفي جسم الإنسان:
هناك طاقة مختزنة في المادة أثناء تكونها، وتعتمد كمية هذه الطاقة على نوع وترتيب الذرات في المادة، وهذه الطاقة إما أن تمتص أو تنطلق أثناء التفاعل الكيميائي ولذا تعتبر الطاقة الكيميائية صورة من صور طاقة الوضع.
مجموع الطاقات الداخلية المختزنة في المادة أثناء تكونها نتيجة لارتباط الذرات مع بعضها البعض.
هناك أنواع من الطاقات تكون مصاحبة لجزيء المادة مثل:
الطاقة الانتقالية: وهي الناتجة عن انتقال الجزيء من مكان لآخر.
الطاقة الدورانية: وهي ناتجة عن دوران الجزيء حول محور أو أكثر في مركزه.
الطاقة الأهتزازية: وهي ناتجة عن ذبذبة الجزيء حول موضع الاتزان وهذه تعتمد على شكل وتركيب الجزيء.
طاقة الترابط: وهذه ناتجة عن انجذاب الأيونات أو الجزيئات أو تنافرها عن بعضها.
الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي
يمكن تقسيم الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي إلى:
أولاً: طرق طبيعية:
ويطلق عليها التحليل الكمي بالطرق الطبيعية (الكمي ـ الطبيعي) والتي تعتمد على قياس بعض الخواص الطبيعية للمادة مثل: درجة الغليان، التجمد، شدة اللون، درجة الامتصاص الضوئي، الانكسار الضوئي وغيرها. وأهم طرق التحليل الكمي الطبيعي هي:
1 ـ التحليل الضوئي.
2 ـ معامل الانكسار.
3 ـ قياس الإشعاع.
4 ـ التحليل الكهربي.
ملاحظات:
1 ـ يتوقف الامتصاص الضوئي لمحلول المادة الملونة على:
أ ـ نوع المادة.
ب ـ درجة تركيزها في المحلول.
ج ـ درجة نقاء المادة.
2 ـ الخاصية الطبيعية للمادة غالباً ما تتناسب مع كتلة المادة أو درجة تركيزها في المحلول.
3 ـ التحليل الضوئي هو عملية تحديد درجة تركيز مادة في محلولها الملون بقياس درجة امتصاصها للضوء.
4 ـ طرق التحليل الضوئي:
(أ) استخدام العين المجردة كما في أنابيب نسلر.
(ب) استخدام جهاز قياس الطيف الضوئي (الإسبكتروفوتوميتر) .
(ح) اختبار النقطة.
5 ـ معامل الانكسار الضوئي لمادة يمكن قياسه باستخدام الإسبكتروفوتوميتر. ومن جداول خاصة تربط معامل الانكسار الضوئي بدرجة التركيز نستطيع معرفة درجة التركيز ودرجة النقاء.
6 ـ تتوقف قيمة معامل الانكسار الضوئي لمحلول مادة على نوعها ودرجة نقائها وعلى درجة تركيزها في المحاليل المائية أو المذيبات العضوية.
7 ـ في حالة المحاليل غير الملونة نصيف مواد كيميائية أخرى تتفاعل مع المادة المذابة في المحلول وتكون مركبات ملونة تتدرج شدة لونها مع تدريج درجة تركيزها في المحلول.
8 ـ الأساس الذي تعتمد عليه طريقة قياس الإشعاع في التحليل الكمي الطبيعي هو قياس شدة الإشعاع الصادر من المواد المشعة وذلك بواسطة عداد جيجر. وباستخدام جداول خاصة يمكن بمعرفة شدة الإشعاع استنتاج درجة تركيز المادة المشعة.
9 ـ يستخدم عداد جيجر في الكشف عن الخامات المشعة وقياس شدة الإشعاع الناتج من تلوث البيئة، كما يستخدم في قياس شدة إشعاع النظائر المشعة والاستفادة منها في الأبحاث العلمية.
10 ـ التحليل الكهربي (الترسيب الكهربي): التحليل أو الترسيب الكهربي هو تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث في المحاليل الإلكتروليتية عند قطبي الخلية الكهربية نتيجة مرور تيار كهربي فيها.
11 ـ الفاراداي هو كمية الكهربية التي ترسب الوزن المكافىء الجرامي لأي عنصر عند إمرارها في محلول ملح من أملاحه وتساوي 96500 كولوم وتحوي عدد أفوجادرو من الإلكترونات وهو 6,023 × 1023إلكترون.
12 ـ يعتمد الحساب الكيميائي في التحليل الكهربي على قانوني فاراداي:
القانون الأول: كمية المادة المنفصلة (و) بالتحليل الكهربي تتناسب طردياً مع كمية الكهربية (ك) المارة في المحلول الإلكتروليتي للمادة.
القانون الثاني: كمية المواد المنفصلة بالتحليل الكهربي وبكمية كهربية واحدة تتناسب طردياً مع أوزانها المكافئة الجرامية.
العامل الحفاز
مادة تسبب تغيراً في سرعة التفاعل، ولكنها لا تتغير عند انتهاء التفاعل ويمكن استعادتها.
أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً موجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً.
وفيما يلي أمثلة على العوامل الحفازة وأهمية كل منها في المختبر والصناعة وفي جسم الإنسان:
| العامل الحفاز | الأهمية والاستخدام |
| ثاني أكسيد المنجنيزMnO2 | يساعد على سرعة تحلل كلورات البوتاسيوم عند تحضير غاز الأكسجين في المختبر |
| الحديد والموليبدنيوم | يستخدمان عند تفاعل النتيروجين مع الهيدروجين لتحضير غاز الأمونيا |
| خامس أكسيد الفاناديومV2O5 | يستخدم لتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الأكسجين لتكوين ثالث أكسيد الكبريت في تحضير حمض الكبريتيك في الصناعة |
| النيكل | يستخدم في تفاعل إضافة الهيدروجين إلى الروابط الثنائية في الزيوت النباتية غير المشبعة وبذلك تتحول إلى زبدة نباتية صالحة للأكل |
| إنزيم التيالين في اللعاب، وإنزيم الببسين في العصارة المعدية | زيادة سرعة الهضم |
وتجدر الإشارة هنا إلى وجود مواد تعوق عمل المواد الحافزة إذا وجدت في وسط التفاعل وتعرف هذه المواد بالسموم. فالكبريت مثلاً من شأنه أن يعيق عمل أكاسيد الحديد كمادة حافزة تساعد على زيادة سرعة تفاعل النيتروجين مع الهيدروجين في صناعة النشادر, كذلك وجود الرصاص في وقود السيارات يعيق عمل المادة الحافزة التي تزود بها بعض السيارات للتحكم بغازات العادم. لذا يجب استخدام الوقود الخالي من الرصاص في السيارات المزودة بهذا النوع من المحفزات المقاومة للتلوث.
وتوجد للعامل الحفاز بعض الخواص المشتركة منها:
1 ـ يغير من سرعة التفاعل، ولكنه لا يؤثر على بدء أو إيقاف التفاعل.
2 ـ لا يحدث له أي تغيير كيميائي أو نقص في الكتلة قبل وبعد التفاعل، ولكنه يرتبط أثناء التفاعل بالمواد المتفاعلة، ثم ينفصل عنها بسرعة لتكوين النواتج في نهاية التفاعل.
3 ـ يقلل من الطاقة اللازمة للتفاعل.
4 ـ لكل عامل حفاز درجة حرارة مناسبة تكون عندها كفاءته أكبر ما يمكن.
5 ـ غالباً ما تكفي كمية صغيرة من العامل الحفاز لاتمام التفاعل.
الفروع الرئيسية للكيمياء
الكيمياء التحليلية تختص بتعيين خواص المواد الكيميائية والصيغ الكيميائية للمركبات والمخاليط وتركيبها
التحليل الكمي يقدر كميات الكيميائيات المختلفة التي تتكون منها المواد
التحليل النوعي يكشف عن نوع العناصر والمركبات التي تتكون منها المواد
الكيمياء الراديوية تختص بتعيين وإنتاج العناصر المشعة واستخداماتها في دراسة العمليات الكيميائية
الكيمياء التطبيقية تعنى بالتطبيق العملي بالمواد والعمليات الكيميائية
الكيمياء الزراعية تهتم بتطوير الأسمدة والمبيدات وتدرس العمليات الكيميائية التي تحدث داخل التربة والعمليات التي تتعلق بنمو المحاصيل
كيمياء البيئة تدرس وتراقب وتحاول ضبط العمليات الكيميائية والعوامل البيئية الأخرى وعلاقتها بالكائنات الحية
الكيمياء الصناعية تختص بإنتاج المواد الخام كيميائياً وتطوير العمليات والمنتجات الكيميائية الصناعية ودراستها ومراقبتها
الكيمياء الحيوية تتعامل مع التراكيب والعمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية
الكيمياء اللاعضوية تتعامل مع العمليات الكيميائية التي لا تحتوي على روابط بين ذرتي كربون (كربون - كربون)
الكيمياء العضوية تعنى بدراسة المواد الكيميائية التي تحتوي على روابط بين ذرات الكربون
الكيمياء الفيزيائية تترجم وتفسر العمليات الكيميائية اعتماداً على الخواص الفيزيائية للمادة, مثل الكتلة والحركة والحرارة والكهرباء والأشعاع
الحركية الكيميائية تدرس الخطوات في التفاعلات الكيميائية, والعوامل التي تؤثر على معدل سرعة التفاعلات الكيميائية
الدينامية الحرارية الكيميائيةتتعامل مع تغير الطاقة الذي يحدث أثناء التفاعلات الكيميائية وكيف يؤثر اختلاف الضغط والحرارة على التفاعلات
الكيمياء النووية تستخدم الطرق الكيميائية في دراسة التفاعلات النووية
كيمياء الكم تحلل توزيع الإلكترونات في الجزيئات وتفسر السلوك الكيميائي للجزيئات اعتماداً على البناء الإلكتروني
الكيمياء الإشعاعية تهتم بالآثار الكيميائية للأشعة العالية الطاقة على المواد
كيمياء حالة الصلابة تتعامل مع التركيب الكيميائي للمواد الصلبة, والتغير الذي يحدث داخل هذه المواد وفيما بينها. الكيمياء الفراغية تدرس ترتيب الذرات في الجزيئات والخواص التي تنتج عن هذا الترتيب
كيمياء السطوح تهتم باختبار الخواص السطحية للمواد الكيميائية
كيمياء البوليمرات تهتم بالبلاستيك والجزيئات السلسلية الأخرى المتشابكة التي تتكون بتشابك الجزيئات الصغيرة بعضها ببعض
الكيمياء الاصطناعية تختص باتحاد العناصر الكيميائية والمركبات لإنتاج مواد مماثلة لمواد موجودة في الطبيعة, أو تشكيل مواد
الكيمياء الإشعاعية
مجال كيميائي يعني بدارسة العناصر المشعة. كما يعالج إنتاج وتعريف واستخدام مثل تلك العناصر ونظائرها. وقد أفادت الكيمياء الإشعاعية، علم الأثار وعلم الكيمياء الحيوية والمجالات العلمية الأخرى. وتستخدم التقنيات الإشعاعية الكيميائية في الغالب في مجال الطب للمساعدة في تشخيص المرض، وفي العديد من الدراسات البيئية.
يوجد قليل من العناصر المشعة في الطبيعة كالثوريوم واليورانيوم أما العناصر الأخرى فتنتج صناعياً، حيث يمكن إنتاجها بداخل أجهزة تُسمى معجلات الجسيمات، وذلك بقذف العناصر غير المشعة بجسيمات عالية الطاقة. كما يمكن جعل العناصر مشعة بتعريضها لأعداد كبيرة من النيوترونات داخل المفاعلات النووية.
وتسمّى نظائر العناصر المشعة النويدات المشعة أو النظائر المشعة. وتُستخدم هذه النظائر بمثابة عناصر استشفافية في أنواع معينة من البحوث، وبالأخص في دراسة العمليات الأحيائية المعقدة. ويقوم هذا النوع من الدراسة، بتتبع النويدات المشعة، من خلال التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. وتتم عملية التتبع هذه باستخدام عدّادات جايجر، والعدادات النسبية وأجهزة الكشف الأخرى.
ويتم إنتاج النويدة المشعة، بكميات صغيرة، ولهذا فهي تميل للتراكم على جدران الإناء الذي يحتويها قبل التمكن من استخدامها. ويتم منع حدوث هذه العملية بإضافة عنصر ناقل (عنصر غير مشع) للنويدة المشعة.
وهناك تقنية إشعاعية كيميائية مهمة أخرى، تُسمى تحليل حفز النيوترون. وفي هذه الطريقة يعرض جسم لنيوترونات، لتحويل بعض العناصر فيه إلى عناصر مشعة. تقوم هذه العناصر بعد ذلك، بإطلاق إشعاع له طاقات معينة. وأحد استخدامات هذه الطريقة، هو توضيح مدى موثوقية اللوحات الفنية القديمة. فالدهان المستخدم في الأعمال الفنية القديمة، يختلف في تركيبه عن الدهان الذي يستخدم في اللوحات الفنية الحالية، ولهذا فهو يعطي إشعاعات مختلفة.
الكيمياء التحليلية:
تهتم الكيمياء التحليلية بتعرف نوعية المكونات المختلفة للمادة وكمياتها وذلك بواسطة التحليل الكيميائي. تسمى الطرق الكيميائية التحليلية المستعملة في معرفة نوعية المكونات الكيميائية للمادة بالكيمياء التحليلية النوعية أو التحليل النوعي. أما الطرق التي تستعمل في تعيين كمية هذه المكونات فتسمى بالتحليل الكيميائي الكمي أو التحليل الكمي. وعادة ما يكون التحليل الكمي مسبوقاً بالتحليل النوعي.
الكيمياء التحليلية في حياتنا:
تستخدم الكيمياء التحليلية كوسيلة مهمة في إجراء البحوث العلمية النظرية والتطبيقية في المجالات التالية:
الطب صناعة الأدوية المختلفة والتحاليل اللازمة لتشخيص الأمراض مثل تحليل الدم والبول ..
علم الجريمة تحليل ما يتركه المجرمون من آثار كالدم والشعر. وامكانبة الكشف عن السموم والمواد المستخدمة في الحرق أو التفجير أو غيرها
الآثار والأنثروبولوجيا معرفة أعمار الحضارات القديمة وتركيب الصخور لتتبع العصور الجيولوجية
الصناعة التحقق من نوعية المصنوعات ومدى جودتها ونقاوتها ومدى ملاءمتها للاستخدام ومطابقتها لمعايير الجودة والصحة العامة
البيئة التعرف على مدى خطورة ملوثات الماء والهواء والتربة ثم العمل على تجنبها وتصنيع مضاداتها
الزراعة تحليل درجة خصوبة التربة ونوع وكمية الأسمدة اللازمة لرفع انتاجيتها، وتصنيع المبيدات اللازمة لمكافحة الآفات الزراعية
الغذاء تحديد التركيب الكيميائي وتحديد القيمة الغذائية والمكونات المساعدة على حفظ الأطعمة
الكيمياء الحركية
بسبب تفاوت التفاعلات الكيميائية في سرعتها تبرز أهمية دراسة سرعة التفاعلات للحاجة في بعض الأحيان إلى تسريع بعضها للحصول على نواتج مفيدة في مدة زمنية معقولة، وفي بعض الأحيان إلى تقليل سرعة بعض التفاعلات الأخرى (كصدأ الحديد). فكيف يمكن القيام بذلك؟ وما العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل؟ وتعرف سرعة التفاعل الكيميائي على أنها: معدل التغير في كميات المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن.
وعملياً يتم تحديد سرعة التفاعل باختيار إحدى مواد التفاعل بحيث يسهل تتبع تركيزها من خلال تغير إحدى خواصها الفيزيائية مثل التغير في اللون.
وتؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي (إما بالزيادة أو النقصان) عدة عوامل هي:
وتوجد للعامل الحفاز بعض الخواص المشتركة منها:
1 ـ يغير من سرعة التفاعل، ولكنه لا يؤثر على بدء أو إيقاف التفاعل.
2 ـ لا يحدث له أي تغيير كيميائي أو نقص في الكتلة قبل وبعد التفاعل، ولكنه يرتبط أثناء التفاعل بالمواد المتفاعلة، ثم ينفصل عنها بسرعة لتكوين النواتج في نهاية التفاعل.
3 ـ يقلل من الطاقة اللازمة للتفاعل.
4 ـ لكل عامل حفاز درجة حرارة مناسبة تكون عندها كفاءته أكبر ما يمكن.
5 ـ غالباً ما تكفي كمية صغيرة من العامل الحفاز لاتمام التفاعل.
الفروع الرئيسية للكيمياء
الكيمياء التحليلية تختص بتعيين خواص المواد الكيميائية والصيغ الكيميائية للمركبات والمخاليط وتركيبها
التحليل الكمي يقدر كميات الكيميائيات المختلفة التي تتكون منها المواد
التحليل النوعي يكشف عن نوع العناصر والمركبات التي تتكون منها المواد
الكيمياء الراديوية تختص بتعيين وإنتاج العناصر المشعة واستخداماتها في دراسة العمليات الكيميائية
الكيمياء التطبيقية تعنى بالتطبيق العملي بالمواد والعمليات الكيميائية
الكيمياء الزراعية تهتم بتطوير الأسمدة والمبيدات وتدرس العمليات الكيميائية التي تحدث داخل التربة والعمليات التي تتعلق بنمو المحاصيل
كيمياء البيئة تدرس وتراقب وتحاول ضبط العمليات الكيميائية والعوامل البيئية الأخرى وعلاقتها بالكائنات الحية
الكيمياء الصناعية تختص بإنتاج المواد الخام كيميائياً وتطوير العمليات والمنتجات الكيميائية الصناعية ودراستها ومراقبتها
الكيمياء الحيوية تتعامل مع التراكيب والعمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية
الكيمياء اللاعضوية تتعامل مع العمليات الكيميائية التي لا تحتوي على روابط بين ذرتي كربون (كربون - كربون)
الكيمياء العضوية تعنى بدراسة المواد الكيميائية التي تحتوي على روابط بين ذرات الكربون
الكيمياء الفيزيائية تترجم وتفسر العمليات الكيميائية اعتماداً على الخواص الفيزيائية للمادة, مثل الكتلة والحركة والحرارة والكهرباء والأشعاع
الحركية الكيميائية تدرس الخطوات في التفاعلات الكيميائية, والعوامل التي تؤثر على معدل سرعة التفاعلات الكيميائية
الدينامية الحرارية الكيميائيةتتعامل مع تغير الطاقة الذي يحدث أثناء التفاعلات الكيميائية وكيف يؤثر اختلاف الضغط والحرارة على التفاعلات
الكيمياء النووية تستخدم الطرق الكيميائية في دراسة التفاعلات النووية
كيمياء الكم تحلل توزيع الإلكترونات في الجزيئات وتفسر السلوك الكيميائي للجزيئات اعتماداً على البناء الإلكتروني
الكيمياء الإشعاعية تهتم بالآثار الكيميائية للأشعة العالية الطاقة على المواد
كيمياء حالة الصلابة تتعامل مع التركيب الكيميائي للمواد الصلبة, والتغير الذي يحدث داخل هذه المواد وفيما بينها. الكيمياء الفراغية تدرس ترتيب الذرات في الجزيئات والخواص التي تنتج عن هذا الترتيب
كيمياء السطوح تهتم باختبار الخواص السطحية للمواد الكيميائية
كيمياء البوليمرات تهتم بالبلاستيك والجزيئات السلسلية الأخرى المتشابكة التي تتكون بتشابك الجزيئات الصغيرة بعضها ببعض
الكيمياء الاصطناعية تختص باتحاد العناصر الكيميائية والمركبات لإنتاج مواد مماثلة لمواد موجودة في الطبيعة, أو تشكيل مواد
الكيمياء الإشعاعية
مجال كيميائي يعني بدارسة العناصر المشعة. كما يعالج إنتاج وتعريف واستخدام مثل تلك العناصر ونظائرها. وقد أفادت الكيمياء الإشعاعية، علم الأثار وعلم الكيمياء الحيوية والمجالات العلمية الأخرى. وتستخدم التقنيات الإشعاعية الكيميائية في الغالب في مجال الطب للمساعدة في تشخيص المرض، وفي العديد من الدراسات البيئية.
يوجد قليل من العناصر المشعة في الطبيعة كالثوريوم واليورانيوم أما العناصر الأخرى فتنتج صناعياً، حيث يمكن إنتاجها بداخل أجهزة تُسمى معجلات الجسيمات، وذلك بقذف العناصر غير المشعة بجسيمات عالية الطاقة. كما يمكن جعل العناصر مشعة بتعريضها لأعداد كبيرة من النيوترونات داخل المفاعلات النووية.
وتسمّى نظائر العناصر المشعة النويدات المشعة أو النظائر المشعة. وتُستخدم هذه النظائر بمثابة عناصر استشفافية في أنواع معينة من البحوث، وبالأخص في دراسة العمليات الأحيائية المعقدة. ويقوم هذا النوع من الدراسة، بتتبع النويدات المشعة، من خلال التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. وتتم عملية التتبع هذه باستخدام عدّادات جايجر، والعدادات النسبية وأجهزة الكشف الأخرى.
ويتم إنتاج النويدة المشعة، بكميات صغيرة، ولهذا فهي تميل للتراكم على جدران الإناء الذي يحتويها قبل التمكن من استخدامها. ويتم منع حدوث هذه العملية بإضافة عنصر ناقل (عنصر غير مشع) للنويدة المشعة.
وهناك تقنية إشعاعية كيميائية مهمة أخرى، تُسمى تحليل حفز النيوترون. وفي هذه الطريقة يعرض جسم لنيوترونات، لتحويل بعض العناصر فيه إلى عناصر مشعة. تقوم هذه العناصر بعد ذلك، بإطلاق إشعاع له طاقات معينة. وأحد استخدامات هذه الطريقة، هو توضيح مدى موثوقية اللوحات الفنية القديمة. فالدهان المستخدم في الأعمال الفنية القديمة، يختلف في تركيبه عن الدهان الذي يستخدم في اللوحات الفنية الحالية، ولهذا فهو يعطي إشعاعات مختلفة.
الكيمياء التحليلية:
تهتم الكيمياء التحليلية بتعرف نوعية المكونات المختلفة للمادة وكمياتها وذلك بواسطة التحليل الكيميائي. تسمى الطرق الكيميائية التحليلية المستعملة في معرفة نوعية المكونات الكيميائية للمادة بالكيمياء التحليلية النوعية أو التحليل النوعي. أما الطرق التي تستعمل في تعيين كمية هذه المكونات فتسمى بالتحليل الكيميائي الكمي أو التحليل الكمي. وعادة ما يكون التحليل الكمي مسبوقاً بالتحليل النوعي.
الكيمياء التحليلية في حياتنا:
تستخدم الكيمياء التحليلية كوسيلة مهمة في إجراء البحوث العلمية النظرية والتطبيقية في المجالات التالية:
الطب صناعة الأدوية المختلفة والتحاليل اللازمة لتشخيص الأمراض مثل تحليل الدم والبول ..
علم الجريمة تحليل ما يتركه المجرمون من آثار كالدم والشعر. وامكانبة الكشف عن السموم والمواد المستخدمة في الحرق أو التفجير أو غيرها
الآثار والأنثروبولوجيا معرفة أعمار الحضارات القديمة وتركيب الصخور لتتبع العصور الجيولوجية
الصناعة التحقق من نوعية المصنوعات ومدى جودتها ونقاوتها ومدى ملاءمتها للاستخدام ومطابقتها لمعايير الجودة والصحة العامة
البيئة التعرف على مدى خطورة ملوثات الماء والهواء والتربة ثم العمل على تجنبها وتصنيع مضاداتها
الزراعة تحليل درجة خصوبة التربة ونوع وكمية الأسمدة اللازمة لرفع انتاجيتها، وتصنيع المبيدات اللازمة لمكافحة الآفات الزراعية
الغذاء تحديد التركيب الكيميائي وتحديد القيمة الغذائية والمكونات المساعدة على حفظ الأطعمة
الكيمياء الحركية
بسبب تفاوت التفاعلات الكيميائية في سرعتها تبرز أهمية دراسة سرعة التفاعلات للحاجة في بعض الأحيان إلى تسريع بعضها للحصول على نواتج مفيدة في مدة زمنية معقولة، وفي بعض الأحيان إلى تقليل سرعة بعض التفاعلات الأخرى (كصدأ الحديد). فكيف يمكن القيام بذلك؟ وما العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل؟ وتعرف سرعة التفاعل الكيميائي على أنها: معدل التغير في كميات المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن.
وعملياً يتم تحديد سرعة التفاعل باختيار إحدى مواد التفاعل بحيث يسهل تتبع تركيزها من خلال تغير إحدى خواصها الفيزيائية مثل التغير في اللون.
وتؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي (إما بالزيادة أو النقصان) عدة عوامل هي:
العامل | تأثيره على سرعة التفاعل |
طبيعة المواد الداخلة في التفاعل. أ-عدد الروابط. ب-نوع الروابط. جـالنشاط الكيميائي. د-الحالة الفيزيائية | أ-كلما قلت الروابط التي يلزم تفكيكها كلما كان التفاعل أسرع. ب-المركبات الأيونية أسرع تفككاً من المركبات التساهمية. جـالمادة ذات النشاط الكيميائي الأكبر تتفاعل بشكل أسرع. د-بعض المواد لا يمكن أن تتفاعل مع بعضها في الحالةالصلبة بينما محاليلها تتفاعل بسهولة |
تركيز المواد الداخلة في التفاعل | تزداد سرعة التفاعل بزيادة تركيز المواد الداخلة في التفاعل،والعكس صحيح |
التغير في درجة الحرارة | تزداد سرعة التفاعل برفع درجة الحرارة، والعكس صحيح |
وجود العوامل الحفازة | أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاًموجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً |
الكيمياء الضوئية
فرع من الكيمياء يتناول التفاعلات الكيميائية التي تنتج عندما تمتصّ جزيئات مادة الضوء. تتغير الجزيئات على نحو كيميائي ضوئي، في حالة امتصاص الضوء فقط وليس إذ مرّ الضوء خلالها أو انعكس.
يمتص الضوء في شكل كميات صغيرة من الطاقة المشعة فوتونات. وتعتمد طاقة الفوتون على طول موجة الضوء. وبعد امتصاص أحد الفوتونات، تزداد طاقة الجزيء ويكون في حالة إثارة. في معظم الحالات، يبقى الجزيء على هذه الحالة فقط واحداً على مليون من الثانية أو أقل. وأحياناً يعود الجزيء مباشرة لحالته العادية بِفقْد الطاقة المكتسبة في التصادمات مع الذرات الأخرى، أو بإطلاقها على هيئة ضوء. لكن إذا كان الطور الموجي لفوتون الضوء الممتص قصير ـ كما في الضوء المرئيّ ـ فإن الجزيء رُبَّما يكون قد تلقى طاقة كافية ليمر بالتفاعلات الكيميائية غير العادية، بينما هو في حالة إثارة.
التفاعلات الضو كيميائية جزء من عمليات طبيعية كثير. ففي التركيب الضوئي، على سبيل المثال، تمتص النباتات الخضراء ضوء الشمس، ثم تستخدم هذه الطاقة الضوئية لإنتاج الغذاء، من ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومن ماء التربة. انظر: التركيب الضوئي: وهكذا يحول النبات الطاقة المشعة للضوء إلى طاقة كيميائية للغذاء. ومن خلال عمليات جيولوجية، تتحول النباتات إلى فحم حجري أو نفط. وعند احتراق هذا الوقود، تنطلق طاقة الضوء التي اخُتزنت في النباتات منذ ملايين السنيين.
تشمل العمليات الصناعية الكثير أيضاً تغيرات ضو كيميائية. ففي التصوير الضوئي، على سبيل المثال، تمتص بعضُ أملاح الفضة في فيلم التصوير الضَّوءَ عند التقاط الصورة. ويغيّر الضوءُ الممتصّ هذه الأملاح كيميائياً. وعندما يُحمَّض الفيلم تُصدر الأملاح المتغيرة صوراً مظلمة على السالب.
يتضمن البحث في الكيمياء الضوئية هذه الأيام تطوير الاستخدمات التقنية للطاقة الشمسية. ويسعى بعض علماء الكيمياء الضوئية إلى إيجاد طرق لتقليد عملية التركيب الضوئي بذرات مُخَلَّقة اصطناعياً. ويأمل هؤلاء الكيميائيون في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بطريقة أكثر كفاءة مما هو ممكن الآن. ويدرس كيميائيون آخرون سبلاً لاستخدام ضوء الشمس في إنتاج أنواع من الوقود، مثل غاز الهيدروجين والميثانول. وتشمل بعض هذه الطرق تفتيت ذرات الماء مع الطاقة الشمسية.
الكيمياء العضوية
تُعد الكيمياء العضوية فرعاً هاماً من فروع علم الكيمياء.
تعريف المادة العضوية قديما: المادة المشتقة من اصل كائن حي.
كان الاعتقاد السائد ان هذه المواد لا يمكن تركيبها خارج نطاق الكائن الحي وذلك لاعتقادهم بأن هناك قوة حيوية داخل الحيوان او النبات تتدخل في صناعة هذه المواد. (حتى عام 1750م)
اعلن العالم لافوازيه (عام 1777م) ان الجزء الاكبر من اي مادة عضوية يتكون من كربون وهيدروجين واكسجين, ثم اكد بعض العلماء ان بعض المركبات العضوية تحتوي على الكبريت والنيتروجين والفسفور والهالوجينات.
دعا العالم برزيليوس الى تقسيم الكيمياء الى عضوية و غير عضوية و اعتبر ان القوانين التي تخضع لها المواد العضوية تختلف عن تلك التي تخضع لها المواد غير العضوية.
في عام 1828م، استطاع العالم "فوهلر" تحضير اليوريا مخبرياً، وقد شكل هذا انطلاقاً لتحضير الكثير من المركبات العضوية مثل العطور و الشحوم و الاحماض.
تغير مفهوم المادة واصبح يعتمد على تركيب المادة وليس أصلها.
تعريف المادة العضوية حديثا: المادة التي تحتوي على كربون كعنصر رئيسي في تركيبها.
المصادر الرئيسية للمركبات العضوية على الارض: البترول و الفحم و الخشب والمنتوجات الزراعية.
تتميز المركبات العضوية بكثرتها حتى أن عدد مركبات الكربون المعروفة يفوق عدد مركبات العناصر الأخرى مجتمعة.
تؤدي المركبات العضوية دوراً بالغ الأهمية في حياتنا، فهي المادة الأساسية في غذائنا . فالمواد النشوية والبروتينية، والدهنية، والفيتامينات والإنزيمات وغيرها ما هي إلا مركبات عضوية، كذلك الملابس بأنواعها ومكونات البترول والغاز الطبيعي مركبات عضوية هامة للإنسان، وقد تمكن العلماء من تصنيع كثير من المركبات العضوية التي لها دور أساسي في حياتنا اليومية مثل الأدوية، والمبيدات، والأسمدة، والبلاستيك والمنظفات الصناعية وغيرها مما كان له أكبر الأثر في تقدم البشرية.
الكيمياء الكهربائية
تعنى الكيمياء الكهربائية بدراسة تفاعلات التأكسد والاختزال التي:
1- ينتج عنها طاقة كهربائية.
2- تحدث بفعل الطاقة الكهربائية.
وتتم هذه التفاعلات في أجهزة خاصة تسمى الخلايا الكهروكيميائية.
اللاكتوز
يعد اللاكتوز من المكونات الرئيسية للبن الأم، (5-8%) ويسمى سكر اللبن، لأنه يوجد في ألبان جميع الثدييات، (في الحليب البقري 4-5%) وهو أقل حلاوة من سكر القصب، وأقل قابلية للذوبان في الماء، وينتج جزيء اللاكتوز من تكاثف جزيء جلوكوز وجزيء جالاكتوز، والرابطة في جزيء اللاكتوز تشبه الرابطة في جزيء المالتوز (رابطة 1-4).
مميزات سكر اللاكتوز في لبن الأم:
- لا يتخمر فلا يُنتج غازات في أمعاء الطفل.
- يساعد على نمو بضع أنواع البكتيريا النافعة في أمعاء الطفل وهذه تكوِّن فيتامين (ب المركب) اللازم لجسم الطفل.
- ملين طبيعي للطفل.
- درجة حلاوته قليلة، لذلك يستطيع الطفل تناول كمية كبيرة من لبن الأم.
كما أن لبن الأم يحتوي على فيتامينات ومضادات حيوية طبيعية، وأن تركيبه يتغير ليتلاءم مع عمر الطفل.
المادة
المادة هي كل ما يشغل حيزاً في الكون وله ثقل: مثل الماء والهواء والتراب...
أشكال المادة
هناك ثلاثة أشكال للمادة:
1- العنصر
element:
التعريف: هو مادة أولية لا يمكن تحليلها إلى مواد أبسط منها بالطرق الكيميائية أو الفيزيائية.
مثال: الأُكسجين والذهب.
بلغ مجموع العناصر الكيميائية المكتشفة في الطبيعة والمصنعة في المختبرات 115 عنصراً.
حالات المادة
المركب: ينتج عن اتحاد عنصرين أو أكثر (ملح الطعام) من الصوديوم والكلور. يمكن أن يتحلل إلى مواد أبسط منه بالوسائل الكيميائية (الماء).
المخلوط: هو مجموعة من العناصر أو المركبات مجتمعة مع بعضها دون أن تتحد كيميائياً.
ملخص
المجموعة الوظيفية (المجموعة الفعالة)
(Functional Group
هي ترتيب لمجموعة صغيرة من الذرات في جزيء المركب العضوي تكسبه خواص كيميائية مميزة».
وتستخدم المجموعات الوظيفية لوضع المركبات ذات الخصائص المتشابهة في عائلة واحدة, تسهيلاً لدراستها, عوضاً عن دراسة كل مركب على حدة. فإذا عرفت خصائص مجموعة وظيفية ما وتفاعلاتها, فإنك بذلك تكون قد تعرفت على خصائص وتفاعلات الآلاف من المركبات التي تحتوي على تلك المجموعة.
المركب العضوي
هو مركب كيميائي ـ حيث يدخل عنصر الكربون بصفة أساسية ـ متحداً مع غيره من العناصر ـ أهمها الهيدروجين.
مقارنة بين المركبات العضوية وغير العضوية
فرع من الكيمياء يتناول التفاعلات الكيميائية التي تنتج عندما تمتصّ جزيئات مادة الضوء. تتغير الجزيئات على نحو كيميائي ضوئي، في حالة امتصاص الضوء فقط وليس إذ مرّ الضوء خلالها أو انعكس.
يمتص الضوء في شكل كميات صغيرة من الطاقة المشعة فوتونات. وتعتمد طاقة الفوتون على طول موجة الضوء. وبعد امتصاص أحد الفوتونات، تزداد طاقة الجزيء ويكون في حالة إثارة. في معظم الحالات، يبقى الجزيء على هذه الحالة فقط واحداً على مليون من الثانية أو أقل. وأحياناً يعود الجزيء مباشرة لحالته العادية بِفقْد الطاقة المكتسبة في التصادمات مع الذرات الأخرى، أو بإطلاقها على هيئة ضوء. لكن إذا كان الطور الموجي لفوتون الضوء الممتص قصير ـ كما في الضوء المرئيّ ـ فإن الجزيء رُبَّما يكون قد تلقى طاقة كافية ليمر بالتفاعلات الكيميائية غير العادية، بينما هو في حالة إثارة.
التفاعلات الضو كيميائية جزء من عمليات طبيعية كثير. ففي التركيب الضوئي، على سبيل المثال، تمتص النباتات الخضراء ضوء الشمس، ثم تستخدم هذه الطاقة الضوئية لإنتاج الغذاء، من ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومن ماء التربة. انظر: التركيب الضوئي: وهكذا يحول النبات الطاقة المشعة للضوء إلى طاقة كيميائية للغذاء. ومن خلال عمليات جيولوجية، تتحول النباتات إلى فحم حجري أو نفط. وعند احتراق هذا الوقود، تنطلق طاقة الضوء التي اخُتزنت في النباتات منذ ملايين السنيين.
تشمل العمليات الصناعية الكثير أيضاً تغيرات ضو كيميائية. ففي التصوير الضوئي، على سبيل المثال، تمتص بعضُ أملاح الفضة في فيلم التصوير الضَّوءَ عند التقاط الصورة. ويغيّر الضوءُ الممتصّ هذه الأملاح كيميائياً. وعندما يُحمَّض الفيلم تُصدر الأملاح المتغيرة صوراً مظلمة على السالب.
يتضمن البحث في الكيمياء الضوئية هذه الأيام تطوير الاستخدمات التقنية للطاقة الشمسية. ويسعى بعض علماء الكيمياء الضوئية إلى إيجاد طرق لتقليد عملية التركيب الضوئي بذرات مُخَلَّقة اصطناعياً. ويأمل هؤلاء الكيميائيون في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بطريقة أكثر كفاءة مما هو ممكن الآن. ويدرس كيميائيون آخرون سبلاً لاستخدام ضوء الشمس في إنتاج أنواع من الوقود، مثل غاز الهيدروجين والميثانول. وتشمل بعض هذه الطرق تفتيت ذرات الماء مع الطاقة الشمسية.
الكيمياء العضوية
تُعد الكيمياء العضوية فرعاً هاماً من فروع علم الكيمياء.
تعريف المادة العضوية قديما: المادة المشتقة من اصل كائن حي.
كان الاعتقاد السائد ان هذه المواد لا يمكن تركيبها خارج نطاق الكائن الحي وذلك لاعتقادهم بأن هناك قوة حيوية داخل الحيوان او النبات تتدخل في صناعة هذه المواد. (حتى عام 1750م)
اعلن العالم لافوازيه (عام 1777م) ان الجزء الاكبر من اي مادة عضوية يتكون من كربون وهيدروجين واكسجين, ثم اكد بعض العلماء ان بعض المركبات العضوية تحتوي على الكبريت والنيتروجين والفسفور والهالوجينات.
دعا العالم برزيليوس الى تقسيم الكيمياء الى عضوية و غير عضوية و اعتبر ان القوانين التي تخضع لها المواد العضوية تختلف عن تلك التي تخضع لها المواد غير العضوية.
في عام 1828م، استطاع العالم "فوهلر" تحضير اليوريا مخبرياً، وقد شكل هذا انطلاقاً لتحضير الكثير من المركبات العضوية مثل العطور و الشحوم و الاحماض.
تغير مفهوم المادة واصبح يعتمد على تركيب المادة وليس أصلها.
تعريف المادة العضوية حديثا: المادة التي تحتوي على كربون كعنصر رئيسي في تركيبها.
المصادر الرئيسية للمركبات العضوية على الارض: البترول و الفحم و الخشب والمنتوجات الزراعية.
تتميز المركبات العضوية بكثرتها حتى أن عدد مركبات الكربون المعروفة يفوق عدد مركبات العناصر الأخرى مجتمعة.
تؤدي المركبات العضوية دوراً بالغ الأهمية في حياتنا، فهي المادة الأساسية في غذائنا . فالمواد النشوية والبروتينية، والدهنية، والفيتامينات والإنزيمات وغيرها ما هي إلا مركبات عضوية، كذلك الملابس بأنواعها ومكونات البترول والغاز الطبيعي مركبات عضوية هامة للإنسان، وقد تمكن العلماء من تصنيع كثير من المركبات العضوية التي لها دور أساسي في حياتنا اليومية مثل الأدوية، والمبيدات، والأسمدة، والبلاستيك والمنظفات الصناعية وغيرها مما كان له أكبر الأثر في تقدم البشرية.
الكيمياء الكهربائية
تعنى الكيمياء الكهربائية بدراسة تفاعلات التأكسد والاختزال التي:
1- ينتج عنها طاقة كهربائية.
2- تحدث بفعل الطاقة الكهربائية.
وتتم هذه التفاعلات في أجهزة خاصة تسمى الخلايا الكهروكيميائية.
اللاكتوز
يعد اللاكتوز من المكونات الرئيسية للبن الأم، (5-8%) ويسمى سكر اللبن، لأنه يوجد في ألبان جميع الثدييات، (في الحليب البقري 4-5%) وهو أقل حلاوة من سكر القصب، وأقل قابلية للذوبان في الماء، وينتج جزيء اللاكتوز من تكاثف جزيء جلوكوز وجزيء جالاكتوز، والرابطة في جزيء اللاكتوز تشبه الرابطة في جزيء المالتوز (رابطة 1-4).
مميزات سكر اللاكتوز في لبن الأم:
- لا يتخمر فلا يُنتج غازات في أمعاء الطفل.
- يساعد على نمو بضع أنواع البكتيريا النافعة في أمعاء الطفل وهذه تكوِّن فيتامين (ب المركب) اللازم لجسم الطفل.
- ملين طبيعي للطفل.
- درجة حلاوته قليلة، لذلك يستطيع الطفل تناول كمية كبيرة من لبن الأم.
كما أن لبن الأم يحتوي على فيتامينات ومضادات حيوية طبيعية، وأن تركيبه يتغير ليتلاءم مع عمر الطفل.
المادة
المادة هي كل ما يشغل حيزاً في الكون وله ثقل: مثل الماء والهواء والتراب...
أشكال المادة
هناك ثلاثة أشكال للمادة:
1- العنصر
element:
التعريف: هو مادة أولية لا يمكن تحليلها إلى مواد أبسط منها بالطرق الكيميائية أو الفيزيائية.
مثال: الأُكسجين والذهب.
بلغ مجموع العناصر الكيميائية المكتشفة في الطبيعة والمصنعة في المختبرات 115 عنصراً.
حالات المادة
المركب: ينتج عن اتحاد عنصرين أو أكثر (ملح الطعام) من الصوديوم والكلور. يمكن أن يتحلل إلى مواد أبسط منه بالوسائل الكيميائية (الماء).
المخلوط: هو مجموعة من العناصر أو المركبات مجتمعة مع بعضها دون أن تتحد كيميائياً.
ملخص
المجموعة الوظيفية (المجموعة الفعالة)
(Functional Group
هي ترتيب لمجموعة صغيرة من الذرات في جزيء المركب العضوي تكسبه خواص كيميائية مميزة».
وتستخدم المجموعات الوظيفية لوضع المركبات ذات الخصائص المتشابهة في عائلة واحدة, تسهيلاً لدراستها, عوضاً عن دراسة كل مركب على حدة. فإذا عرفت خصائص مجموعة وظيفية ما وتفاعلاتها, فإنك بذلك تكون قد تعرفت على خصائص وتفاعلات الآلاف من المركبات التي تحتوي على تلك المجموعة.
المركب العضوي
هو مركب كيميائي ـ حيث يدخل عنصر الكربون بصفة أساسية ـ متحداً مع غيره من العناصر ـ أهمها الهيدروجين.
مقارنة بين المركبات العضوية وغير العضوية
| المجموعة | الخاصبة | المركبات العضوية | المركبات غير العضوية |
| 1 | التركيب | الكربون عنصر أساسي في تركيبها | الكربون غير أساسي |
| 2 | نوع الروابط | تساهمية غالباً لا توصل التيار الكهربي في محاليلها لعد تأينها | روابط أيونية ـ محاليلها موصلة للتيار الكهربي ـ لتأينها |
| 3 | سرعة التفاعل | بطيئة ـ يسبب الروابط التساهمية | سريعة بسبب تأينها |
| 4 | الحساسية | أكثر حساسية ـ حيث تختلف نواتج التفاعل باختلاف ظروف التفاعل | لا توجد هذه الحساسية في تفاعلات المواد غير العضوية |
| 5 | التماثل | توجد مركبات عضوية تتشابه في الصيغة الجزيئية وتختلف في الصيغة البنائية (الكحول الإيثيلي ـ الأثير ثنائي الميثيل) | لا يوجد هذا التماثل في المركبات غير العضوية |
| 6 | التعقد | الكثير من المركبات العضوية معقد التركيب ـ تتكون من اتحاد عدد كبير من الجزيئات (النشا ـ السليلوز ـ البروتينات) | لا توجد هذه الخاصية في المركبات غير العضوية |
أولاً: تذكر أن ذرة الكربون دائماً رباعية التكافؤ ـ وتتحد مع غيرها من ذرات الكربون أو العناصر الأخرى بروابط تساهمية.
تتخذ ذرات الكربون مع بعضها بثلاث طرق:
أ ـ رابطة أحادية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوج من الإلكترونات يمثل برابطة واحدة مثل جزئي غاز الإيثان (C2H2 .
ب ـ رابطة ثنائية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوجين من الإلكترونات يمثلان برابطة مزدوجة مثل جزئي غاز الإيثيلين (C2H4) .
ج ـ رابطة ثلاثية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بثلاث أزواج من الإلكترونات تمثل برابطة مثل جزئي غاز الإستيلين (C2H6) .
المركبات المشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الأحاديثة مثل غاز الميثان والإيثان حيث تتفاعل بالاستبدال وتحل ذرة أو أكثر من عنصر أحادي محل ذرة أو أكثر من الأيدروجين.
المركبات الغير مشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الثنائية والثلاثية حيث تتفاعل غالباً بالإضافة مثل غاز الإيثيلين والاستيلين.
الصيغة الجزيئية: الصيغة الجزيئية لأي مركب هي الصيغة التي تحدد نوع العناصر الداخلة في تركيب المركب والنسبة بينها.
القانون الأولي: هو القانون الذي يوضح نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وأبسط نسبة بينها.
القانون الجزيئي: هو القانون الذي يوضج نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وعدد ذراتها في الجزئي بالضبط.
الصيغة البنائية: هي الصيغة التي تدل على نظام ارتباط ذات العناصر مع بعضها في الجزيء.
المركبات العضوية وغير العضوية
تتخذ ذرات الكربون مع بعضها بثلاث طرق:
أ ـ رابطة أحادية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوج من الإلكترونات يمثل برابطة واحدة مثل جزئي غاز الإيثان (C2H2 .
ب ـ رابطة ثنائية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوجين من الإلكترونات يمثلان برابطة مزدوجة مثل جزئي غاز الإيثيلين (C2H4) .
ج ـ رابطة ثلاثية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بثلاث أزواج من الإلكترونات تمثل برابطة مثل جزئي غاز الإستيلين (C2H6) .
المركبات المشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الأحاديثة مثل غاز الميثان والإيثان حيث تتفاعل بالاستبدال وتحل ذرة أو أكثر من عنصر أحادي محل ذرة أو أكثر من الأيدروجين.
المركبات الغير مشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الثنائية والثلاثية حيث تتفاعل غالباً بالإضافة مثل غاز الإيثيلين والاستيلين.
الصيغة الجزيئية: الصيغة الجزيئية لأي مركب هي الصيغة التي تحدد نوع العناصر الداخلة في تركيب المركب والنسبة بينها.
القانون الأولي: هو القانون الذي يوضح نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وأبسط نسبة بينها.
القانون الجزيئي: هو القانون الذي يوضج نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وعدد ذراتها في الجزئي بالضبط.
الصيغة البنائية: هي الصيغة التي تدل على نظام ارتباط ذات العناصر مع بعضها في الجزيء.
المركبات العضوية وغير العضوية
| المركبات العضوية | المركبات غير العضوية |
| تحتوي على عدد قليل من العناصر أهمها الكربون كعنصر أساسي | يدخل في تركيبها جميع العناصر |
| الروابط بين الذرات تساهمية | أغلب الروابط بين الذرات أيونية |
| تنطبق عليها خواص المركبات التساهمية | ينطبق على أغلبها خواص المركبات الأيونية |
| تفاعلاتها بطيئة وتحتاج إلى عوامل مساعدة لتنشيط التفاعل (لعدم تأين مركباتها) | تتفاعل بسرعة كبيرة نسبياً لأن التفاعلات تكون بين الأيونات |
| تحتاج إلى طاقة تكوين عالية | لا تحتاج إلى مثل هذه الطاقة غالباً |
| معظمها تحترق وينتج عن احتراقها غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وغازات أخرى وقد تتفحم | معظمها لا يحترق مهما بلغت شدة الحرارة |
| ترمز الصيغة الجزيئية الواحدة لأكثر من مركب | ترمز الصيغة الجزيئية لمركب واحد فقط |
| تتميز ذرات الكربون بقدرتها على عمل سلاسل طويلة وجزيئات عملاقة (البوليمرات) | لا توجد هذه الظاهرة في تلك المركبات |
المعادلة الكيميائية
- المعادلة الكيميائية هي تعبير موجز يمثل التفاعل الكيميائي وصفاً وكماً.
- يمكن الاستفادة من المعادلة الكيميائية في:
أ ـ معرفة المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل والحالة الفيزيائية لكل منها وظروف التفاعل الكيميائي (الضغط، درجة الحرارة، العامل الحفاز).
ب ـ معرفة عدد مولات كل من المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
جـ ـ معرفة عدد الذرات، أو الجزيئات، أو الأيونات، أو عدد الصيغ للمواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
د ـ حساب كتلة كل مادة دخلت التفاعل أو نتجت منه.
هـ ـ حساب حجوم الغازات الداخلة في التفاعل والناتجة منه بناءً على أن المول من الغاز يشغل حجماً مقداره 22.4 لتراً في الظروف القياسية.
المعايرة
التعريف:طريقة عملية لتقدير تركيز مادة في محلول بوساطة محلول آخر معلوم التركيز يسمى المحلول القياسي.
الخطوات:
1- يتفاعل حجم من المحلول القياسي مع حجم معلوم من محلول المادة المجهولة التركيز.
2- يستدل على تمام التفاعل بين المحلولين بوساطة كاشف يسمى الدليل، الذي يتميز لونه عند انتهاء التفاعل.
3- تجري عمليات حسابية يتم فيها حساب تركيز المادة المجهولة.
المميزات:
1- بسيطة وسريعة ودقيقة.
2- يتم تنفيذها باستخدام أدوات بسيطة.
الأدوات والمواد المستخدمة عند المعايرة:
ـ أوعية لقياس الحجوم مثل السحاحة والماصة والدورق القياسي ذو السعة المحددة.
ـ دليل لوني أو طريقة آلية لمعرفة نقطة انتهاء التفاعل.
ـ مادة ذات درجة نقاوة عالية لتحضير المحلول القياسي.
أنواع المعايرة تقسم عمليات التحليل الحجمي "عمليات المعايرة" حسب نوعية المواد المتفاعلة إلى:
أولاً: تفاعلات تعتمد على اتحاد الأيونات:
ـ تعادل حمض وقاعدة Acid-Base Neutraliasation يتم فيها معايرة حمض بقاعدة أو العكس، والتفاعل الأساسي في هذه الحالة هو اتحاد كاتيونات الهيدرونيوم من الحمض مع أنيونات الهيدروكسيد من القاعدة لتكوين جزيئات الماء.
قياس القاعدية: تطلق على معايرة محلول حمضي بواسطة محلول قاعدي معلوم التركيز.
قياس الحموضة: تطلق على معايرة محلول قاعدي بواسطة محلول حمضي معلوم التركيز.
ـ عمليات الترسيب:
وهي تعتمد على اتحاد الأيونات (عدا أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد) لتكوين راسب لمركب بسيط.
يستخدم في معظم تفاعلات الترسيب، محلول قياسي من نترات الفضة وذلك لتقدير تركيز أيونات الكلوريد والبروميد واليوديد.
ثانياً: تفاعلات تعتمد على انتقال الالكترونات:
هذا النوع من التفاعلات يكون مصحوباً بتغير في أعداد التأكسد، أو انتقال للإلكترونات بين المواد المتفاعلة، ويكون المحلول القياسي إما عاملاً مؤكسداً أو عاملاً مختزلاً.
المول
- المول: كمية من المادة تحتوي على عدد معين من الوحدات يقدر بـ 6.02 × 2310 ( 000 000 000 000 000 000 000 602 وحدة). وقد تكون هذه الوحدات ذرات أو جزيئات أو أيونات. ويطلق على العدد 6.02 × 2310 «عدد أفوجادرو» نسبة إلى العالم الإيطالي أميدو أفوجادرو (1811م).
2- حسابات المول :
المول الواحد من أي غاز يشغل حجماً قدره 22.4 ليتراً في الظروف القياسية.
ويطلق على الظروف القياسية: «معدل الضغط ودرجة الحرارة» أو «م.ض.د».
وهي تعني قياس حجم الغاز عند الضغط الجوي العادي, أي 76 سم زئبق ، ودرجة حرارة = صفر°س (273 درجة مطلقة).
حجم الغاز في الظروف القياسية = عدد المولات × 22.4 لتر/مول
الميثان
(CH 4)
1 ـ مصادره: يُعتبر غاز الميثان أبسط الألكانات، ويكون 90% من غاز المستنقعات حيث ينتج عن تحلل المواد العضوية، ويوجد أيضاً ضمن غاز الفحم الناتج من التقطير الإتلافي للفحم الحجري، وهو أحد المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي المتصاعد من آبار النفط، كما ينتج في كثير من المزارع نتيجة عملية التحلل هذه لإنتاج "البيوجاز" الذي يحتوي على نسبة كبيرة من غاز الميثان لاستخدامه كوقود.
التقطير الإتلافي للفحم الحجري: تسخينه بمعزل عن الهواء.
2 ـ تحضيره:
يحضر غاز الميثان في المختبر بتأثير الماء المحمض بحمض الهيدروكلوريك على كربيد الألومنيوم.
3 - الخواص الفيزيائية لغاز الميثان :
(1) غاز شفاف عديم اللون والرائحة.
(2) كثافته أقل من كثافة الهواء الجوي.
(3) شحيح الذوبان في الماء.
(4) قابل للإسالة بالضغط والتبريد الشديدين (إلى سائل يغلي عند -161.7 س ويتجمد عند درجة -182.6 س.)
4 - الخواص الكيميائية للميثان:
(1) يحترق الغاز في الهواء بلهب أزرق (غير مضيء) وينتج عن احتراقه بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وتنطلق طاقة حرارية.
(2) يتحلل الغاز إلى عنصريه عند إمراره في أنابيب معدنية مسخنة لدرجة الاحمرار، والكربون الناتج يسمى أسود الكربون.
(3) يتفاعل الغاز مع بخار الماء في وجود أكاسيد بعض الفلزات كعامل حفاز عند درجة حرارة عالية وضغط جوي كبير للحصول على غاز يسمى غاز الاصطناع، وهو مزيج من غازي الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وله استخدامات صناعية عديدة.
(4) نظراً لأن الميثان مركب مشبع فإنه غير نشط كيميائياً، ولذلك فإنه لا يتأثر بالأحماض المعدنية أو القلويات، ولكن يمكن إحلال ذرة عنصر أو أكثر محل ذرة هيدروجين أو أكثر، وكمثال على ذلك تفاعل الغاز مع الكلور أو البروم، وهذا النوع من التفاعلات يُسمى تفاعلات الإحلال أو الاستبدال الذي يُميز الألكانات، والتفاعلات التالية توضح ذلك:
(أ) يتفاعل الميثان مع غاز الكلور بالإحلال (الاستبدال) في ضوء الشمس غير المباشر على مراحل كالتالي:
(ب) في الظلام التام وفي درجة الحرارة العادية لا يتفاعل غاز الميثان مع الكلور.
(جـ) إذا أجري التفاعل في ضوء الشمس المباشر فإنه يحدث انفجاراً ويتكون كلوريد الهيدروجين والكربون.
5 ـ استخدامات الميثان:
(1) تحضر منه كثير من المركبات العضوية مثل الكلوروفورم (مخدر ومذيب) ورابع كلوريد الكربون الذي يستخدم في اطفاء الحرائق وكمذيب أيضاً، كما يدخل في صناعات كثيرة مثل صناعة البلاستيك والنايلون والكحولات والفورمالدهيد... إلخ.
(2) يكون حوالي 80% من الغاز الطبيعي المستخدم كوقود.
(3) يستخدم في الاحتراق للحصول على الطاقة، فالكيلوجرام منه يعطي 13300 كيلو سعر.
(4) يحضر منه أسود الكربون الذي يستخدم في حبر الطباعة.
(5) يحضر منه النيتروميثان الذي يستخدم في عمل العقاقير الطبية والمبيدات الحشرية والمفرقعات.
النشا
Starch
يتكون النشا من مكونين هما الأميلوز Amylose (02% ) والأميلوبكتين (80%)، وكلاهما ناتج من تكاثف وحدات الجلوكوز، ولكن الاختلاف بينهما في شكل السلسلة المكونة للجزيء فالأميلوز سلسلته مستقيمة والأميلوبكتين سلسلته متفرعة.
ملاحظة: يذوب الأميلوز في الماء بينما الأميلوبكتين لا يذوب.
وجود النشا وأهميته:
يوجد النشا كحبيبات بيضاء في معظم النباتات وهو يخزن في كثير من الحبوب مثل القمح والذرة والأرز ودرنات البطاطس وغيرها، ويعد النشا غذاءً مخزناً تستخدمه النباتات عند النمو، كما أن النشا هو الغذاء الرئيس لمعظم الشعوب حيث يصنع منه الخبز والمعجنات وغيرها كما في الصورة:
خواص النشا:
- النشا قليل الذوبان في الماء البارد (20% تقريباً)، وفي الماء الساخن تنتفخ حبيبات النشا وتنفجر جدرانها معطية محلولاً لزجاً لامعاً وعندما يبرد يتحول إلى مادة هلامية لاصقة.
- يعطي النشا مع محلول اليود لوناً أزرق، ويعد هذا الكشف مميزاً للنشا.
نستنتج من التجربة المجاورة: وجود النشا في البطاطا والخبز.
الهيدروكربونات
هي مجموعة كبيرة من المركبات العضوية يدخل في تركيبها عنصري الكربون والهيدروجين فقذ وتنقسم إلى فرعين أساسيين هما:
أ ـ هيدروكربونات اليفاتية:
وينقسم هذا النوع من المركبات إلى فرعين أساسيين 1 ـ هيدروكربونات مشبعة (بارافينات)
2 ـ هيدروكربونات غير مشبعة وتشمل أوليفينات (ألكينات) وأسيتلينات (ألكانيات)
ب ـ هيدروكربونات أروماتية (عطرية)
وهذه تكون عبارة عن حلقات غير مشبعة وكل حلقة تحتوي عادة على ست ذرات كربون، قد تكون حلقة واحدة مثل البنزين العطري ومشتقاته مثل التلوين والآنيلين.
أولاً: الهيدروكربونات المشبعة (البارافينات أو الألكانات) تتميز بالآتي:
أ ـ الروابط: وفيها ترتبط ذات الكربون ببعضها برابطة أحادية وهي أثبت الروابط.
2 ـ الصيغة العامة:[CnH2n+2].
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو الميثان CH4.
4 ـ البارافينات خاملة كيميائياً إذا ما قورنت بغيرها من المركبات العضوية فهي خاملة تجاهالعوامل المختزلة والمؤكسدة العادية وكذلك القلويات والأحماض الهالوجينية.
5 ـ يعزى خمول البارافينات إلى صعوبة كسر الروابط التساهمية الموجودة بين الكربون والهيدروجين أو الكربون والكربون فكسر هذه الروابط يحتاج إلى ظروف خاصة مثل استخدام ضوء الشمس أو استخدام درجات الحرارة العالية.
6 ـ تتفاعل بالاستبدال.
ثانياً: الهيدروكربونات غير المشبعة:
1 ـ الأوليفينات (الألكينات)
وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:
1 ـ الروابط يحتوي على مركب فيها على رابطة ثنائية (مزدوجة) بين ذرتي الكربون وباقي الروابط بين ذرات الكربون فردية.
2 ـ الصيغة العامة[CnH2n].
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الإيثيلين C2H4.
4 ـ الأوليفينات تتحد مع العوامل المختزلة والمؤكسدة والأحماض الهالوجينية والهالوجينات تحت الظروف العادية على عكس البارافينات فهي خامل كيميائياً.
5 ـ يعزى النشاط الكيميائي في الأوليفينات إلى وجود عدم تشبع ممثلاً في الرابطة المزدوجة ويسعى الجزيء إلى أن يصل إلى حالة التشبع باتحاده بالإضافة.
6 ـ من أهم خصائص التفاعلات في الأوليفينات أنها تتم بالإضافة وليست بالاستبدال كما هو الحال في البارافينات والإضافة هنا عبارة عن إضافة جزيء أي ذرتين.
2 ـ الأسيتيلينات (الألكانيات)
وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:
1 ـ الروابط يحتوي كل مركب فيها على رابطة ثلاثية بين ذرتي كربون وباقي الروابط بين الكربون فردية.
2 ـ الصيغة العامة CnH2n-2.
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الأسيتليين C2H2.
4 ـ تتفاعل بالإضافة حيث تنفك الرابطة الثلاثية بين ذرتي الكربون، كما أنها تتأكسد وتتبلمر، ويمكنها أن تتفاعل بالاستبدال مع الفلزات بشرط أن تكون الرابطة الثلاثية في الجزيء طرفيه.
- المعادلة الكيميائية هي تعبير موجز يمثل التفاعل الكيميائي وصفاً وكماً.
- يمكن الاستفادة من المعادلة الكيميائية في:
أ ـ معرفة المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل والحالة الفيزيائية لكل منها وظروف التفاعل الكيميائي (الضغط، درجة الحرارة، العامل الحفاز).
ب ـ معرفة عدد مولات كل من المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
جـ ـ معرفة عدد الذرات، أو الجزيئات، أو الأيونات، أو عدد الصيغ للمواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
د ـ حساب كتلة كل مادة دخلت التفاعل أو نتجت منه.
هـ ـ حساب حجوم الغازات الداخلة في التفاعل والناتجة منه بناءً على أن المول من الغاز يشغل حجماً مقداره 22.4 لتراً في الظروف القياسية.
المعايرة
التعريف:طريقة عملية لتقدير تركيز مادة في محلول بوساطة محلول آخر معلوم التركيز يسمى المحلول القياسي.
الخطوات:
1- يتفاعل حجم من المحلول القياسي مع حجم معلوم من محلول المادة المجهولة التركيز.
2- يستدل على تمام التفاعل بين المحلولين بوساطة كاشف يسمى الدليل، الذي يتميز لونه عند انتهاء التفاعل.
3- تجري عمليات حسابية يتم فيها حساب تركيز المادة المجهولة.
المميزات:
1- بسيطة وسريعة ودقيقة.
2- يتم تنفيذها باستخدام أدوات بسيطة.
الأدوات والمواد المستخدمة عند المعايرة:
ـ أوعية لقياس الحجوم مثل السحاحة والماصة والدورق القياسي ذو السعة المحددة.
ـ دليل لوني أو طريقة آلية لمعرفة نقطة انتهاء التفاعل.
ـ مادة ذات درجة نقاوة عالية لتحضير المحلول القياسي.
أنواع المعايرة تقسم عمليات التحليل الحجمي "عمليات المعايرة" حسب نوعية المواد المتفاعلة إلى:
أولاً: تفاعلات تعتمد على اتحاد الأيونات:
ـ تعادل حمض وقاعدة Acid-Base Neutraliasation يتم فيها معايرة حمض بقاعدة أو العكس، والتفاعل الأساسي في هذه الحالة هو اتحاد كاتيونات الهيدرونيوم من الحمض مع أنيونات الهيدروكسيد من القاعدة لتكوين جزيئات الماء.
قياس القاعدية: تطلق على معايرة محلول حمضي بواسطة محلول قاعدي معلوم التركيز.
قياس الحموضة: تطلق على معايرة محلول قاعدي بواسطة محلول حمضي معلوم التركيز.
ـ عمليات الترسيب:
وهي تعتمد على اتحاد الأيونات (عدا أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد) لتكوين راسب لمركب بسيط.
يستخدم في معظم تفاعلات الترسيب، محلول قياسي من نترات الفضة وذلك لتقدير تركيز أيونات الكلوريد والبروميد واليوديد.
ثانياً: تفاعلات تعتمد على انتقال الالكترونات:
هذا النوع من التفاعلات يكون مصحوباً بتغير في أعداد التأكسد، أو انتقال للإلكترونات بين المواد المتفاعلة، ويكون المحلول القياسي إما عاملاً مؤكسداً أو عاملاً مختزلاً.
المول
- المول: كمية من المادة تحتوي على عدد معين من الوحدات يقدر بـ 6.02 × 2310 ( 000 000 000 000 000 000 000 602 وحدة). وقد تكون هذه الوحدات ذرات أو جزيئات أو أيونات. ويطلق على العدد 6.02 × 2310 «عدد أفوجادرو» نسبة إلى العالم الإيطالي أميدو أفوجادرو (1811م).
2- حسابات المول :
المول الواحد من أي غاز يشغل حجماً قدره 22.4 ليتراً في الظروف القياسية.
ويطلق على الظروف القياسية: «معدل الضغط ودرجة الحرارة» أو «م.ض.د».
وهي تعني قياس حجم الغاز عند الضغط الجوي العادي, أي 76 سم زئبق ، ودرجة حرارة = صفر°س (273 درجة مطلقة).
حجم الغاز في الظروف القياسية = عدد المولات × 22.4 لتر/مول
الميثان
(CH 4)
1 ـ مصادره: يُعتبر غاز الميثان أبسط الألكانات، ويكون 90% من غاز المستنقعات حيث ينتج عن تحلل المواد العضوية، ويوجد أيضاً ضمن غاز الفحم الناتج من التقطير الإتلافي للفحم الحجري، وهو أحد المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي المتصاعد من آبار النفط، كما ينتج في كثير من المزارع نتيجة عملية التحلل هذه لإنتاج "البيوجاز" الذي يحتوي على نسبة كبيرة من غاز الميثان لاستخدامه كوقود.
التقطير الإتلافي للفحم الحجري: تسخينه بمعزل عن الهواء.
2 ـ تحضيره:
يحضر غاز الميثان في المختبر بتأثير الماء المحمض بحمض الهيدروكلوريك على كربيد الألومنيوم.
3 - الخواص الفيزيائية لغاز الميثان :
(1) غاز شفاف عديم اللون والرائحة.
(2) كثافته أقل من كثافة الهواء الجوي.
(3) شحيح الذوبان في الماء.
(4) قابل للإسالة بالضغط والتبريد الشديدين (إلى سائل يغلي عند -161.7 س ويتجمد عند درجة -182.6 س.)
4 - الخواص الكيميائية للميثان:
(1) يحترق الغاز في الهواء بلهب أزرق (غير مضيء) وينتج عن احتراقه بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وتنطلق طاقة حرارية.
(2) يتحلل الغاز إلى عنصريه عند إمراره في أنابيب معدنية مسخنة لدرجة الاحمرار، والكربون الناتج يسمى أسود الكربون.
(3) يتفاعل الغاز مع بخار الماء في وجود أكاسيد بعض الفلزات كعامل حفاز عند درجة حرارة عالية وضغط جوي كبير للحصول على غاز يسمى غاز الاصطناع، وهو مزيج من غازي الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وله استخدامات صناعية عديدة.
(4) نظراً لأن الميثان مركب مشبع فإنه غير نشط كيميائياً، ولذلك فإنه لا يتأثر بالأحماض المعدنية أو القلويات، ولكن يمكن إحلال ذرة عنصر أو أكثر محل ذرة هيدروجين أو أكثر، وكمثال على ذلك تفاعل الغاز مع الكلور أو البروم، وهذا النوع من التفاعلات يُسمى تفاعلات الإحلال أو الاستبدال الذي يُميز الألكانات، والتفاعلات التالية توضح ذلك:
(أ) يتفاعل الميثان مع غاز الكلور بالإحلال (الاستبدال) في ضوء الشمس غير المباشر على مراحل كالتالي:
(ب) في الظلام التام وفي درجة الحرارة العادية لا يتفاعل غاز الميثان مع الكلور.
(جـ) إذا أجري التفاعل في ضوء الشمس المباشر فإنه يحدث انفجاراً ويتكون كلوريد الهيدروجين والكربون.
5 ـ استخدامات الميثان:
(1) تحضر منه كثير من المركبات العضوية مثل الكلوروفورم (مخدر ومذيب) ورابع كلوريد الكربون الذي يستخدم في اطفاء الحرائق وكمذيب أيضاً، كما يدخل في صناعات كثيرة مثل صناعة البلاستيك والنايلون والكحولات والفورمالدهيد... إلخ.
(2) يكون حوالي 80% من الغاز الطبيعي المستخدم كوقود.
(3) يستخدم في الاحتراق للحصول على الطاقة، فالكيلوجرام منه يعطي 13300 كيلو سعر.
(4) يحضر منه أسود الكربون الذي يستخدم في حبر الطباعة.
(5) يحضر منه النيتروميثان الذي يستخدم في عمل العقاقير الطبية والمبيدات الحشرية والمفرقعات.
النشا
Starch
يتكون النشا من مكونين هما الأميلوز Amylose (02% ) والأميلوبكتين (80%)، وكلاهما ناتج من تكاثف وحدات الجلوكوز، ولكن الاختلاف بينهما في شكل السلسلة المكونة للجزيء فالأميلوز سلسلته مستقيمة والأميلوبكتين سلسلته متفرعة.
ملاحظة: يذوب الأميلوز في الماء بينما الأميلوبكتين لا يذوب.
وجود النشا وأهميته:
يوجد النشا كحبيبات بيضاء في معظم النباتات وهو يخزن في كثير من الحبوب مثل القمح والذرة والأرز ودرنات البطاطس وغيرها، ويعد النشا غذاءً مخزناً تستخدمه النباتات عند النمو، كما أن النشا هو الغذاء الرئيس لمعظم الشعوب حيث يصنع منه الخبز والمعجنات وغيرها كما في الصورة:
خواص النشا:
- النشا قليل الذوبان في الماء البارد (20% تقريباً)، وفي الماء الساخن تنتفخ حبيبات النشا وتنفجر جدرانها معطية محلولاً لزجاً لامعاً وعندما يبرد يتحول إلى مادة هلامية لاصقة.
- يعطي النشا مع محلول اليود لوناً أزرق، ويعد هذا الكشف مميزاً للنشا.
نستنتج من التجربة المجاورة: وجود النشا في البطاطا والخبز.
الهيدروكربونات
هي مجموعة كبيرة من المركبات العضوية يدخل في تركيبها عنصري الكربون والهيدروجين فقذ وتنقسم إلى فرعين أساسيين هما:
أ ـ هيدروكربونات اليفاتية:
وينقسم هذا النوع من المركبات إلى فرعين أساسيين 1 ـ هيدروكربونات مشبعة (بارافينات)
2 ـ هيدروكربونات غير مشبعة وتشمل أوليفينات (ألكينات) وأسيتلينات (ألكانيات)
ب ـ هيدروكربونات أروماتية (عطرية)
وهذه تكون عبارة عن حلقات غير مشبعة وكل حلقة تحتوي عادة على ست ذرات كربون، قد تكون حلقة واحدة مثل البنزين العطري ومشتقاته مثل التلوين والآنيلين.
أولاً: الهيدروكربونات المشبعة (البارافينات أو الألكانات) تتميز بالآتي:
أ ـ الروابط: وفيها ترتبط ذات الكربون ببعضها برابطة أحادية وهي أثبت الروابط.
2 ـ الصيغة العامة:[CnH2n+2].
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو الميثان CH4.
4 ـ البارافينات خاملة كيميائياً إذا ما قورنت بغيرها من المركبات العضوية فهي خاملة تجاهالعوامل المختزلة والمؤكسدة العادية وكذلك القلويات والأحماض الهالوجينية.
5 ـ يعزى خمول البارافينات إلى صعوبة كسر الروابط التساهمية الموجودة بين الكربون والهيدروجين أو الكربون والكربون فكسر هذه الروابط يحتاج إلى ظروف خاصة مثل استخدام ضوء الشمس أو استخدام درجات الحرارة العالية.
6 ـ تتفاعل بالاستبدال.
ثانياً: الهيدروكربونات غير المشبعة:
1 ـ الأوليفينات (الألكينات)
وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:
1 ـ الروابط يحتوي على مركب فيها على رابطة ثنائية (مزدوجة) بين ذرتي الكربون وباقي الروابط بين ذرات الكربون فردية.
2 ـ الصيغة العامة[CnH2n].
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الإيثيلين C2H4.
4 ـ الأوليفينات تتحد مع العوامل المختزلة والمؤكسدة والأحماض الهالوجينية والهالوجينات تحت الظروف العادية على عكس البارافينات فهي خامل كيميائياً.
5 ـ يعزى النشاط الكيميائي في الأوليفينات إلى وجود عدم تشبع ممثلاً في الرابطة المزدوجة ويسعى الجزيء إلى أن يصل إلى حالة التشبع باتحاده بالإضافة.
6 ـ من أهم خصائص التفاعلات في الأوليفينات أنها تتم بالإضافة وليست بالاستبدال كما هو الحال في البارافينات والإضافة هنا عبارة عن إضافة جزيء أي ذرتين.
2 ـ الأسيتيلينات (الألكانيات)
وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:
1 ـ الروابط يحتوي كل مركب فيها على رابطة ثلاثية بين ذرتي كربون وباقي الروابط بين الكربون فردية.
2 ـ الصيغة العامة CnH2n-2.
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الأسيتليين C2H2.
4 ـ تتفاعل بالإضافة حيث تنفك الرابطة الثلاثية بين ذرتي الكربون، كما أنها تتأكسد وتتبلمر، ويمكنها أن تتفاعل بالاستبدال مع الفلزات بشرط أن تكون الرابطة الثلاثية في الجزيء طرفيه.
| نوع المركب | نوع الروابط | التفاعل مع الهالوجينات |
| البارافينات | فردية | تتفاعل فقط بالاستبدال ـ لأنها مشبعة |
| الأوليفينات | زوجية | تتفاعل بالإضافة في الظروف العادية (غير مشبعة) |
| الاستيلينات | ثلاثية | تتفاعل بالإضافة ـ كما تتفاعل بالاستبدال مع الفلزات |
وبناءً على ما سبق يمكن تقسيم المركبات الهيدروكربونية كالتالي:
أنواع التفاعلات العضوية
تشتمل التفاعلات العضوية التي تحدث بين روابط ذرات الكربون على ما يلي:
(1) تفاعلات استبدال (إحلال) Substitution Reactions في هذا النوع من التفاعلات تحل ذرة أو مجموعة ذرية محل ذرة أو مجموعة أخرى متصلة بذرة كربون كما يلي:
(2) تفاعلات الإضافة Addition Reactions وتشمل إضافة جزيء إلى آخر غير مشبع كما في المثال التالي:
(3) تفاعلات الحذف Elimination Reactions وفيها تحذف ذرتان أو مجموعتان من ذرتي كربون متجاورتين مثل انتزاع جزيء ماء من الإيثانول ليتكون الإيثين.
بلّورة Crystal
إذا تمكنت ذرات مركب كيميائي معين من أن تنتظم لِتُكَوِّن ترتيباً ثابتاً، فإن هذا المركب يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة ويصبح المركب الصلب في الحالة البلورية Crystalline state. فالبلورة جسم صلب متجانس تحده أسطح مستوية تكونت بفعل عوامل طبيعية تحت ظروف مناسبة من الضغط والحرارة، والأسطح المستوية التي تحد البلورة هي الأوجه البلورية، وهي انعكاس للترتيب الذري الداخلي المنتظم لأية مادة متبلورة. وتوجد المواد المتبلورة في الطبيعة إما في حالة بلورات منفردة أو مجموعات بلورية crystalline aggregates.
تواريخ هامة في الكيمياء
ق.متعلم الإنسان صنع البرونز
القرن الخامس عشر قبل الميلادقدم ديموقريطس نظرية الذرة
القرن السابع الميلاديبدأت الخيمياء في الانتشار من مصر إلى شبه الجزيرة العربية ووصلت إلى غرب اوروبا في القرن الثاني عشر الميلادي
800 محضر جابر بن حيان لأول مرو حمض الكبريتيك بالتقطير من الشب, واكتشف الصودا الكاوية
805 مأدخل الكيميائيون العرب المنهج التجريبي في العلوم التطبيقية وعلى رأسها الكيمياء
أوائل القرن الثامن عشر الميلاديطور جورج أيرنست ستال نظرية اللاهوب
في الخمسينيات من القرن الثامن عشرالميلادي تعرف جوزيف بلاك على ثاني أكسيد الكربون
1766 ماكتشف هنري كافندش الهيدروجين
في السبعينات من القرن الثامن عشرالميلادي اكتشف كارل شيل وجوزيف بريستلي الأكسجين
أواخر القرن الثامن عشر الميلاديعرف أنطوان لافوازيه قانون حفظ الكتلة وافتراض نظرية الأكسجين في الاحتراق
1803 مأعلن جون دالتون نظريته الذرية
1811 مقرر إميديو أفوجادرون أن الحجوم المتساوية لجميع الغازات تحت نفس الضغط والحرارة تحتوي على اعداد متساوية من الجسيمات
أوائل القرن التاسع عشر الميلادياستطاع جونز جاكوب ... حساب الأوزان الذرية بدقة لعدد من العناصر
1828 ماستطاع فريدريك فولر تحضير أول مادة عضوية
أنواع التفاعلات العضوية
تشتمل التفاعلات العضوية التي تحدث بين روابط ذرات الكربون على ما يلي:
(1) تفاعلات استبدال (إحلال) Substitution Reactions في هذا النوع من التفاعلات تحل ذرة أو مجموعة ذرية محل ذرة أو مجموعة أخرى متصلة بذرة كربون كما يلي:
(2) تفاعلات الإضافة Addition Reactions وتشمل إضافة جزيء إلى آخر غير مشبع كما في المثال التالي:
(3) تفاعلات الحذف Elimination Reactions وفيها تحذف ذرتان أو مجموعتان من ذرتي كربون متجاورتين مثل انتزاع جزيء ماء من الإيثانول ليتكون الإيثين.
بلّورة Crystal
إذا تمكنت ذرات مركب كيميائي معين من أن تنتظم لِتُكَوِّن ترتيباً ثابتاً، فإن هذا المركب يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة ويصبح المركب الصلب في الحالة البلورية Crystalline state. فالبلورة جسم صلب متجانس تحده أسطح مستوية تكونت بفعل عوامل طبيعية تحت ظروف مناسبة من الضغط والحرارة، والأسطح المستوية التي تحد البلورة هي الأوجه البلورية، وهي انعكاس للترتيب الذري الداخلي المنتظم لأية مادة متبلورة. وتوجد المواد المتبلورة في الطبيعة إما في حالة بلورات منفردة أو مجموعات بلورية crystalline aggregates.
تواريخ هامة في الكيمياء
ق.متعلم الإنسان صنع البرونز
القرن الخامس عشر قبل الميلادقدم ديموقريطس نظرية الذرة
القرن السابع الميلاديبدأت الخيمياء في الانتشار من مصر إلى شبه الجزيرة العربية ووصلت إلى غرب اوروبا في القرن الثاني عشر الميلادي
800 محضر جابر بن حيان لأول مرو حمض الكبريتيك بالتقطير من الشب, واكتشف الصودا الكاوية
805 مأدخل الكيميائيون العرب المنهج التجريبي في العلوم التطبيقية وعلى رأسها الكيمياء
أوائل القرن الثامن عشر الميلاديطور جورج أيرنست ستال نظرية اللاهوب
في الخمسينيات من القرن الثامن عشرالميلادي تعرف جوزيف بلاك على ثاني أكسيد الكربون
1766 ماكتشف هنري كافندش الهيدروجين
في السبعينات من القرن الثامن عشرالميلادي اكتشف كارل شيل وجوزيف بريستلي الأكسجين
أواخر القرن الثامن عشر الميلاديعرف أنطوان لافوازيه قانون حفظ الكتلة وافتراض نظرية الأكسجين في الاحتراق
1803 مأعلن جون دالتون نظريته الذرية
1811 مقرر إميديو أفوجادرون أن الحجوم المتساوية لجميع الغازات تحت نفس الضغط والحرارة تحتوي على اعداد متساوية من الجسيمات
أوائل القرن التاسع عشر الميلادياستطاع جونز جاكوب ... حساب الأوزان الذرية بدقة لعدد من العناصر
1828 ماستطاع فريدريك فولر تحضير أول مادة عضوية
المدير العام- مراقب
- تاريخ التسجيل : 07/11/2010
-
مواضيع مماثلةمنتديات رياضيات جردة :: ~¤ô¦¦§¦¦ô¤~منتدى مكتبة رياضيات جردة~¤ô¦¦§¦¦ô¤~ :: الموسوعة العلمية الشاملة :: معلومات العلوم
صفحة 1 من اصل 1
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى