[0%] 
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 موا
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.
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.
الرموز
نظراً لتعدد العناصر ولتسهيل دراسة علم الكيمياء أُتبعت طريقة كتابة الرموز:
1- كتابة الحرف الأول من اسم العنصر بالحرف الكبير.
مثل: الهيدروجين H وليس h الكربون C وليس c
2- كتابة الحرف الأول والثاني في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول.
3- كتابة الحرف الأول والثالث في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول والثاني.
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.
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
الصيغ الكيميائية
تزودنا الصيغة الجزيئية للمركب بالمعلومات التالية:
1- نوع الذرات الموجودة في المركب.
2- عدد ذرات كل نوع.
3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة.
فمثلاً : الصيغة الجزيئية لمركب حمض الكبريت هي H2SO4 نستنتج:
1- نوع الذرات الموجودة في المركب: H وَ S وَ O
. 2- عدد ذرات كل نوع: H2 وَ S1 وَ O4
. 3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة 2:1:4
الصيغة البنائية :
(StructuralFormula)
هي صيغة تمثل ترتيب الذرات في الفراغ وعلاقاتها داخل الجزيء .
الصيغة التجريبية:
هي صيغة كيميائية تبين أبسط نسبة عددية صحيحة بين ذرات جزيء المركب
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
الرابطة الأيونية:
Ionic Bond
تنشأ بين العناصر التي يوجد فرق كبير نسبياً في السالبية الكهربية بين ذراتها (فلزات ولا فلزات).
الشبكات البلورية الأيونية
Crystal lattice
سنأخذ كلوريد الصوديوم كمثال, وهو كما علمنا يتركب من أيونات الكلوريد السالبة -Cl وأيونات الصوديوم الموجبة +Na فكلوريد الصوديوم يتواجد على هيئة أعداد متساوية مع الأيونات الموجية والسالبة والتي ينجذب بعضها مع بعضها الآخر بقوى تجاذب كهربائية نظرا لا ختلافها في الشحنة, ولذا فهى ترتب نفسها على شكل صلب يسمى الشبكة البلورية. والنمط الخاص الذي يصف ترتيب أيونات الصوديوم والكلوريد في البلورة موضح بالشكل وهي على شكل مكعب حيث توجد أيونات +Na (باللون الرمادي) عند أركانه وفي وسط كل وجه وتحتل أيونات الكوريد -CI (باللون الأخضر) منتصف الفراغات بين أيونات +Na وعند الانتقال من الطبقة العليا إلى الطبقة التالية سنجد أن أيونات +Na و -CI, قد عكست مواضعها وهكذا بالتبادل.
الرابطة التساهمية
Covalent Bond
هي رابطة ناتجة عن اشتراك الذرتين المرتبطتين بزوج أو أكثر من الإلكترونات بحيث تساهم كل ذرة بنصف عدد الإلكترونات.
الحالات التي تكون فيها الرابطة تساهمية:
1 ـ عند اتحاد ذرات من نفس النوع (لا يوجد فرق في السالبية الكهربائية بينها). مثال: Cl2 ، H2 ، O2. 2 ـ عند اتحاد ذرات مختلفة ويكون الفرق في السالبية الكهربائية بينها صغيراً.
مثال: BrCl ، CH4.
والرابطة التي تتكون من زوج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية أحادية وتمثل بخط يصل بين الذرتين (H-H) ، (Cl-Cl).
والرابطة التي تتكون من زوجين من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثنائية كما في جزيء الأكسجين:
والرابطة التي تتكون من ثلاثة أزواج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثلاثية كما في جزيء النيتروجين:
قطبية الرابطة التساهمية
التفسير: عند وجود فرق كبير في السالبية الكهربائية (0.8 - 1.)
يبقى زوج الإلكترونات المشارك والذي يكون الرابطة أقرب نسبياً إلى الذرة ذات السالبية الكهربائية الأكبر (Cl) فتتولد عليها شحنة سالبة صغيرة -? بينما تتولد على الذرة ذات السالبة الكهربائية الأقل (H) شحنة موجبة صغيرة في هذه الحالة تسمى الرابطة رابطة تساهمية قطبية كما يوصف الجزيء بإنه ثنائي القطب حيث يكون له قطب موجب وقطب سالب.
ونظراً لاختلاف السالبية الكهربائية تظهر شحنتان سالبتان صغيرتان على ذرة الأكسجين الأكثر سالبية كهربائية بينما تظهر شحنة صغيرة موجبة على كل من ذرتي الهيدروجين أي أن لجزيء الماء خاصية قطبية.
قوى الترابط بين الجزئيات
تمثل الروابط الأيونية والتساهمية القوى التي تربط بين الذرات في البلورة أو في الجزيء وتتحكم هذه الروابط في الصفات الكيمائية للمواد, كما توجد قوى روابط أخرى بين الجزيئات تحدد الخواص الفيزيائية للمركبات. وكان أول من أكتشف هذه القوى العالم (فان درفالس) واستطاع أن يفسر بها حيود الغازات عن السلوك المثالي طبقاً للنظرية الحركية للغازات. وهناك ثلاثة أنواع معروفة من هذه القوى :
(1) قوى التجاذب بين الجزيئات ثنائية القطب :
(2) قوى التجاذب بين الجزيئات غير القطبية (قوى لندن) :
(3) الرابطة الهيدروجينية:
قوى التجاذب بين الجزيئات ثنائية القطب
عند اقتراب الجزيئات ثنائية القطب مثل CI : H بعضها من بعض, تظهر تأثيرات متبادلة بينها, وينتج هذا من مواجهة القطب الموجب للجزيئات للقطب السالب لجزيئات اخرى مما يؤدي إلى ظهور قوى تجاذب كهربائي بين الأقطاب غير المتشابهة. وهذه القوى تكون أضعف من قوى التجاذب الكهربائي في الرابطة الأيونية, وعلى الرغم من ضعفها فهي تؤدي إلى تماسك الجزيئات القطبية معا مما يؤدي إلى ارتفاع درجة غليانها.
قوى التجاذب بين الجزيئات غير القطبية (قوى لندن)
هي قوى تجاذب ضعيفة توجد بين الجزيئات غير القطبية نتيجة لحركة الإلكترونات العشوائية فيها حيث يفقد الجزيء في لحظة معينة انتظام توزيع الإلكترونات على سطحه فيصبح قطبياً. يؤثر الجزيء القطبي على جزىء مجاور له فينتج عليه بالتأثير شحنة مخالفة لشحنته, فيتولد بين الجزيئين قوى تجاذب لحظية ضعيفة لا تدوم طويلاً وسرعان ما تختفي, وتعرف قوى لندن بأنها قوى تجاذب ضعيفة بين الجزيئات غير القطبية تتولد لحظياً عندما يتغير انتظام توزيع الشحنات الكهربائية بين بعض هذه الجزيئات.
تبلغ قيمة هذه القوى في المواد الصلبة من 1/20 إلى 1/10 من قيمة الرابطة الأيونية - أو التساهمية وهي ضعيفة أيضاً في السوائل. وتوجد هذه القوى بين جزيئات الغازات النبيلة وكذلك في الهالوجينات التي ترتفع درجة غليانها بزيادة كتلتها الجزيئية.
الرابطة الهيدروجينية
تنشأ الرابطة الهيدروجينية في الماء السائل والثلج، نتيجة لقوى التجاذب الكهربائي بين ذرة الهيدروجين في جزيء وذرة الأكسجين في جزيء آخر مجاور. ويكون لذرة الهيدروجين القدرة على تمركز نفسها بين ذرتي أكسجين ترتبط بإحداها بواسطة رابطة تساهمية قطبية، وبالأخرى بواسطة رابطة هيدروجينية.
توجد هذه الرابطة في المركبات التي تحتوي جزيئاتها على ذرة هيدروجين مرتبطة برابطة تساهمية مع ذرة أخرى ذات سالبية كهربائية عالية مثل الفلور أو الأكسجين أو النيتروجين.
من أمثلة المركبات التي يوجد بين جزيئاتها روابط هيدروجينية. الأمونيا (NH3) وفلوريد الهيدروجين (HF) بالإضافة إلى الماء H2O
وهذه الرابطة تكسب مركباتها خصائص فريدة، فمع أنها رابطة ضعيفة إلا أنها تسبب تغيرات في الخواص الفيزيائية للمركبات.
الرابطة التناسقية (التساندية)
The Co-ordinate Bond
هي إحدى أنواع الروابط التساهمية وتحدث بين ذرتين حيث تقوم فيها إحدى الذرتين المرتبطتين بمنح زوج من الإلكترونات الحرة غير المشاركة في تكوين الرابطة إلى الذرة الأخرى أو الأيون (أو الجزيء) وتسمى الذرة التي تعطي الإلكترونات بالذرة المانحة (donor) والذرة الأخرى بالذرة المستقبلة(acceptor).
* كيفية تكوّن الرابطة التساهمية التناسقية:
(1) تتكون الرابطة بين ذرتين إحداهما لديها زوج أو أكثر من الأزواج الحرة والأخرى لديها نقص في الإلكترونات.
(2) الذرة التي تمنح الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المانحة ولذلك تحمل شحنة موجبة.
(3) الذرة التي تستقبل الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المستقبلة ولذلك تحمل شحنة سالبة.
(4) يرمز للرابطة التناسقية بسهم يتجه من الذرة المانحة إلى الذرة المستقبلة.
الرابطة الفلزية
,,,,licBond
تفقد ذرات الفلزات مثل الصوديوم والبوتاسيوم إلكترونات مستواها الخارجي لتصبح أيونات موجبة، حيث أن سالبيتها الكهربائية منخفضة. وتتماسك ذرات الفلز مع بعضها البعض في شكل بلوري صلب
ويحتوي هذا الشكل البلوري على الأيونات الموجبة والإلكترونات الحرة والتي تتحرك حركة عشوائية خلال الشبكة البلورية، وتوصف هذه الإلكترونات بسحابة سالبة متحركة في الفراغات الموجودة بين الأيونات الموجبة.
وتزداد قوة الرابطة الفلزية كلما ازداد عدد الإلكترونات الحرة في الفلز أي كلما ازداد عدد الإلكترونات الخارجية المتحركة. كذلك يعتمد على هذه الرابطة الكثير من الخواص الفلزية التي تتفاوت من فلز لآخر تبعاً لاختلاف قوة الرابطة الفلزية.
أكسدة واختزال
تمثل تفاعلات الأكسدة والاختزال نوعاً مهماً من العمليات الكيميائية التي تحدث في حياتنا اليومية، فالطعام الذي نأكله يتأكسد في أجسامنا ليمدنا بالطاقة اللازمة للحركة والعمل، والسيارة والطائرة تتحركان بالطاقة الناتجة عن أكسدة الوقود، وكذلك نحصل على التيار الكهربائي من البطاريات بعمليات الأكسدوالاختزال والحديد يصدأ نتيجة تعرضه لعملية أكسدة. كما أن استخلاص الفلزات مثل الحديد والألومنيوم يتم باختزال خاماتها.
عملية الأكسدة هي عملية يتم فيها فقد الإلكترونات.
عملية الاختزال هي عملية يتم فيها اكتساب الإلكترونات
العناصر عديدة التكافؤ
نميز تكافؤ العنصر في العناصر التي لها أكثر من تكافؤ في مركباتها المختلفة بطريقتين:
1- رقم روماني (IV,V,VI,III,II,I).
2- إضافة المقطع "وز ous" للتكافؤ الأقل, المقطع "يك ic" للتكافؤ الأعلى في نهاية الإسم.
فمثلاً عند اتحاد الحديد مع الكلور ينتج إما مركب FeCl2 ويسمى كلوريد الحديد (II) أو كلوريد الحديدوز , أو ينتج مركب FeCl3 ويسمى كلوريد الحديد (III) أو كلوريد الحديديك
قواعد أعداد الأكسدة:
1- إن عدد الأكسدة للعناصر النقية، هو دائماً صفر. فعدد الأكسدة لكل من H2 وَNa هو صفر.
2- إن عدد الأكسدة للأكسِجين (O) في جميع مركباته هو -2.
ما عدا في فوق الأكاسيد (Peroxides) ) (مثل:H2O2 وَ BaO2) فهو -1.
وما عدا عند اتحاده مع الفلور لتكوين F2O فهو +2.
3- إن عدد الأكسدة للهيدروجين (H) في جميع مركباته هو +1.
ما عدا مركباته مع الفلزات لتكوين الهيدريدات (hydrides) مثل:NaH وَ CaH2 فهو-1.
4- عدد الأكسدة لجميع العناصر الأخرى بحيث يكون مجموع أعداد الأكسدة للذرات المكوّنة للمركب يساوي صفراً وللذرات المكونة للأيون مساوياً لشحنة الأيون.
الأحماض والقواعد
الأحماض هي المواد التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي بروتونات.
القواعد هي المواد التي تتفكك في المحاليل المائية لتعطي أيونات الهيدروكسيد، أو التي تتفاعل مع البروتونات المائية.
المواد المترددة: هي المواد التي تحمل خواص الحمض والقاعدة معاً.
الملح هو المادة الناتجة من تفاعل حمض مع قاعدة.
نظريات الأحماض والقواعد:
لافوازيه (1777 م):
اقترح أن الأحماض تحتوي أكسجين.
ديفي (1816 م):
اكتشف أن حمض الهيدروكلوريك (HCl) لا يحتوي على الأكسجين، فهذا يعني قصور نظرية لافوازيه. واقترح ديفي أن الأحماض تحتوي على هيدروجين.
ليبج (1838م):
عرف الحمض بأنه المركب الكيميائي الذي يحتوي على الهيدروجين الذي يمكن أن يحل محله عنصر فلزي.
وهناك ثلاث نظريات حديثة لتعريف الحمض والقاعدة، هي نظرية أرينيوس ونظرية برونشتد-لوري ونظرية لويس.
ويمكن المقارنة بين النظريات الثلاث لتعريف الأحماض والقواعد كما يلي:
النظرية و تعريف الحمض ومع تعريف القاعدة
أرهينوس مادة تذوب في الماء وتعطي أيون الهيدروجين (بروتون)مادة تذوب في الماء وتتفكك معطية أيون هيدروكسيد
برونشتد-لوري :مادة تمنح بروتون أو أكثرمادة تستقبل بروتون أو أكثر
لويس :مادة تستقبل زوج أو أكثر من الإلكترونات مادة تمنح زوج أو أكثر من الإلكترونات
وتنقسم الأحماض حسب طبيعتها إلى قسمين:
أ ـ الأحماض العضوية:
يتكون جزيء هذه الأحماض من عناصر الهيدروجين والكربون والأكسجين، ويمكن تقسيم هذه الأحماض حسب عدد مجموعات الكربوكسيل في الصيغة الكيميائية إلى الأقسام التالية: أحادية الكربوكسيل وثنائية الكربوكسيل وثلاثية الكربوكسيل وعديدة الكربوكسيل.
ب ـ الأحماض المعدنية (غير العضوية).
تقسم هذه الأحماض بدورها حسب عدد أيونات الهيدروجين التي تعطيها الصيغة الكيميائية للحمض في أي مذيب مناسب كالماء إلى: أحادية البروتون وثنائية البروتون وعديدة البروتون.
- تحضير الأحماض:
في الصناعة:
أ ـ تحضر الأحماض ثنائية العنصر غالباً بالاتحاد المباشر بين الهيدروجين والعنصر اللافلزي ثم إذابة المركب الناتج (غاز) في الماء.
ب ـ تحضر الأحماض ثلاثية العنصر (الأكسجينية) بالاتحاد المباشر بين الأكسجين والعنصر اللافلزي للحصول على أنهيدريد الحمض ثم إذابته في الماء.
في المختبر:
يمكن تحضير الحمض الأقل ثباتاً بتفاعل ملحه مع حمض أكثر ثباتاً.
طرق أخرى:
أ _ التحليل المائي لهاليدات اللافلزات وبعض الفلزات.
ب _ أكسدة العناصر اللافلزية في محلول مائي خال من القلويات.
- تحضير الأملاح:
توجد عدة طرق لتحضير الأملاح منها:
(1) الاتحاد المباشر بين العناصر المكونة للملح.
(2) بالنسبة للأملاح التي تذوب في الماء فإنها تحضر بتفاعل الحمض المخفف مع الفلز أو أكسيده أو كربوناته. وكذلك مع هيدروكسيد الفلز أو كربوناته.
(3) بالنسبة للأملاح التي لا تذوب في الماء فتحضر بالتبادل المزدوج وبالترسيب وعادة تستخدم نيترات الفلز المراد تحضير ملحه مع ملح الصوديوم الذي يحتوي على الشق الحمضي للملح المطلوب فيترسب الملح الذي لا يذوب في الماء ويفصل بالترشيح.
وتقسم القواعد إلى عدة مجموعات كالتالي:
أ ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية للمجموعتين (IIA-IA) من الجدول الدوري وهي قابلة للذوبان في الماء:
ب ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية التي لا تذوب في الماء.
جـ ـ المركبات الهيدروجينية لبعض عناصر (VA) من الجدول الدوري.
د ـ الأمينات العضوية والقواعد النيتروجينية.
* ويمكن تقسيم القواعد بالنسبة لعدد مولات أنيونات الهيدروكسيد التي تعطيها الصيغة الكيميائية للقاعدة عند ذوبانها في الماء إلى أحادية الحمضية وثنائية الحمضية وثلاثية الحمضية وعديدة الحمضية.
- الخواص العامة للأحماض والقواعد:
أ- معظم الأحماض تذوب في الماء وتكوَّن محاليل مخففة، ولها طعم حامض.
ب- بعض الأحماض خصوصاً المركزة مثل حمض الكبريتيك تأثيرها متلف وحارق لجلد الإنسان والملابس.
جـ تؤثر محاليل الأحماض والقواعد على بعض الصبغات فتغير من ألوانها، فمثلاً تؤثر الأحماض في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى اللون الأحمر وكذلك تؤثر القواعد في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى الأزرق.
د ـ تتفاعل الأحماض المخففة مع الفلزات التي تسبق الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية وينتج ملح الحمض ويتصاعد غاز الهيدروجين.
هـ تتفاعل الأحماض مع القواعد وينتج ملح الحمض والماء غالباً.
و- تتفاعل الأحماض مع أملاح الكربونات والكربونات الهيدروجينية وينتج ملح الحمض وماء وغاز ثاني أكسيد الكربون ز- تتفاعل محاليل القواعد القلوية مع أملاح الأمونيوم وينتج ملح وماء وغاز الأمونيا ذو الرائحة المميزة، وهذا يستخدم للكشف عن أملاح الأمونيوم.
حـ - تتفاعل بعض القواعد مع الأملاح وينتج هيدروكسيد الفلز وملح.
ط - تتميز هيدروكسيدات بعض الفلزات بصفة التردد حيث يمكنها التفاعل مع الأحماض كقواعد ومع القواعد كأحماض منتجة ملحاً وماء. مثل هيدروكسيد الخارصين وهيدروكسيد الألومنيوم.
الأحماض القوية
الاسم و الصيغة
حمض الهيدروكلوريكHCl
حمض الهيدروبروميكHBr
حمض الهيدرويوديكHI
حمض البيركلوريكHClO4
حمض النيتريكHNO3
حمض الكبريتيكH2SO4
القواعد القوية
الاسم و الصيغة
هيدروكسيد الصوديومNaOH
هيدروكسيد البوتاسيومKOH
هيدروكسيد الكالسيومCa(OH)2
هيدروكسيد الباريومBa(OH)2
هيدروكسيد الإسترانشيومSr(OH)2
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 المختب
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.
التفاعلات الانعاكسية وغير الانعكاسية
التفاعلات غير الإنعكاسية:
تحدث في اتجاه واحد، حيث لا تتفاعل المواد الناتجة مع بعضها البعض لتعطي المواد المتفاعلة. وغالباً ما يتصاعد غاز ويترك حيز التفاعل أو يتكون راسب لا يتفاعل مع النواتج الأخرى.
التفاعلات الإنعكاسية:
تحدث في اتجاهين، المواد الناتجة من التفاعل تتفاعل مع بعضها البعض لتكون المواد المتفاعلة، أي يوجد تفاعلان:
أحدهما أمامي في اتجاه تكون المواد الناتجة والآخر عكسي في اتجاه تكون المواد المتفاعلة.
يعبر عن التفاعل بمعادلة واحدة تحوي سهمين.
وتقسم التفاعلات الإنعكاسية إلى:
(أ) تفاعلات إنعكاسية متجانسة Homogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في حالة واحدة من حالات المادة.
(ب) تفاعلات إنعكاسية غير متجانسة Heterogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في أكثر من حالة واحدة من حالات المادة وتتم في حيز مغلق
الاتزان الكيميائي الديناميكي
تعريفه: حالة النظام عندما تثبت تركيزات المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، وبالتالي تكون سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي.
ولكي يصل أي نظام للاتزان الكيميائي الديناميكي يشترط فيه ما يلي:
(1) وجود تفاعلين متعاكسين.
(2) عند حدوث الاتزان يظل التفاعلان الطردي والعكسي جاريين وبنفس السرعة.
(3) يؤدي أي تغيير في اتزان النظام, كالتغير في درجة الحرارة أو التركيز أو الضغط إلى الإخلال بالاتزان.
خواص الاتزان الكيميائي:
يمكننا تلخيص المبادىء والخواص المتعلقة بالاتزان الكيميائي فيما يلي:
1) أن الاتزان هو حالة تكون عندها خواص المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن.
2) الاتزان الكيميائي ذو طبيعة ديناميكية (نشط),إذ إنه على الرغم من أن تركيز المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل لا يتغير مع مرور الزمن عند حالة الاتزان, إلا أن التفاعل لا يتوقف, بل يسير في اتجاهين متعاكسين وبسرعة واحدة.
3) إن التفاعلات الكيميائية تتجه تلقائياً نحو تحقيق الاتزان.
4) إن خواص المجموعة عند الاتزان ثابتة في الظروف المعينة, ولا تعتمد على المسار الذي سلكته المجموعة لتصل إلى حالة الاتزان.
5) إذا اختل الاتزان بفعل مؤثر خارجي, فإن المجموعة تغير من خواصها بحيث تعاكس فعل المؤثر الخارجي, وتقلل من أثره ما أمكن, وتعود إلى حالة الاتزان.
6) ثابت الاتزان هو طريقة لوصف المجموعة عند حالة الاتزان, ويعتمد على خواص المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل ودرجة الحرارة
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
1- 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
الزجاج
محلول جامد وغير متبلر من سليكات مزدوج للصوديوم والكلسيوم Na2 OCaO 6SiO2أقدم قطعة من الزجاج تم اكتشافها بالعراق يرجع تاريخها إلى 2700 سنة قبل الميلاد. ويحضر الزجاج بصهر مخلوط المواد الأولية عند درجة حرارة 1600° م سلزيوس في وجود كميات قليلة من الفلسبار ويتم تشكيله بالنفخ أو الصب أو السحب أو الكبس وتضاف أملاح المعادن الثقيلة للتلوين. وتختلف خواصه باختلاف نسب العناصر التي تدخل في تركيبه وظروف التحضير وأفران الصهر، ففي وجود نسبة مرتفعة من السليكا (99,8%) ينتج نوع شفاف غاية في النقاء يسمح بمرور الأشعة فوق البنفسجية ويستخدم في صناعة الأجهزة الضوئية البصرية والتلسكوبات، وفي صناعة مصابيح الزئبق.
وفي مجال انتاج زجاج البصريات يميز بين نوعين هما (1) الكرون وبه 32 ـ 72% من ثاني أكسيد السليكون وأكاسيد البورون والعناصر القلوية، ويستعمل في صنع العدسات والخلايا الضوئية. (2) الفلينت ويحتوى على 26 ـ 65% من أكسيد الرصاص، ويستخدم في إنتاج المصابيح الكهربية والرادار، وشاشات التليفزيون والدروع الواقية من الإشعاع. ويدخل أكسيد الأنتيمون في تركيب زجاج النظارات.
ويحتوي الزجاج البلورى «الكريستال» على 80% أكسيد رصاص وبإضافة عناصر الألومنيوم أو الباريوم أو الأنتيمون تنتج أنواع من الزجاج تتحمل درجات الحرارة العالية. أما زجاج المرايا البصرية الضخمة المستخدمة في صناعة التلسكوبات الفضائية العملاقة فهو ينتج باضافة أكسيد التيتانيوم. ويتم إنتاج النوع السيراميكى بإضافة بلورات من أكسيد الزركزنيوم ـ أو أكسيد الكروم أو أكسيد التيتانيوم أو خامس أكسيد الفسفور إلى خام الزجاج المنصهر، ثم تجرى المعالجة الحرارية أو الإشعاعية، وهو يستخدم في صناعة الأجهزة الالكترونية وبدائل للأنسجة البشرية التالفة. وبإضافة عناصر الفلور والزنك والألومنيوم يتم إنتاج زجاج أبيض غير شفاف، هو حجر الأوبال، وهو يستخدم في صناعة المصابيح الضوئية.
ويتم الآن انتاج ألياف من الزجاج يدخل في تركيبها أكسيد الاسترونشيوم وتستخدم على نطاق واسع في العزل الحراري في الثلاجات وأجهزة التكييف.
ويتكون الزجاج الرقائقي من ألياف زجاجية خفيفة الوزن تضمها مادة رابطة، وهو يدانى الفولاذ في متانته ويستعمل في صناعة الطائرات وسفن الفضاء.
وينتج الزجاج الرغوى بإضافة الفحم المنصهر عند درجات الحرارة المرتفعة حيث تتولد الغازات والفراغات الهوائية التي تكسب الزجاج صفة العزل الصوتي والحراري. وهو يستخدم في البناء حيث يمكن قطعه بمنشار ودق المسامير فيه.
وهناك أنواع أخرى من الزجاج مثل زجاج الجير والصودا، وهو يقاوم الانصهار وتصنع منه النوافذ والمرايا الرخيصة، وزجاج الينا والبايركس، وله معامل تمدد صغير، ويصنع منه زجاج الترمومترات أو أجهزة المعامل. ويدخل فيه عناصر البورون والألومنيوم.
أما الزجاج العضوى المعروف باسم «البرسبكس» أو «اللوسيت»، فهو مادة متبلمرة شفافة عديمة اللون تحضر ببلمرة استر مثيل حمض ميثاكريليك (CH2 C (CH3) COOCH3) وتستعمل على هيئة رقائق في صناعة الطائرات وفي إنتاج السلع المنزلية.
زجاج البوروسليكات
يعتبر أكسيد البورون (B2 O3) من المواد المكونة للزجاج. وهو يعمل كمادة صهَّارة عند إضافته إلى أكسيد السليكون (SiO2) ويتميز عن مواد الصهارة الأخرى (أكاسيد المجموعة الأولى والثانية في الجدول الدورى) في أنه لا يتسبب في زيادة معامل التمدد الحراري لزجاج السليكا كما تفعل تلك المواد. أما إذا ارتفعت نسبة أكسيد البورون بدرجة كبيرة، فإن المقاومة الكيميائية تصبح هي المشكلة في الزجاج الناتج. وتسمح إضافة المواد القلوية يخفض كميات أكسيد البورون المستخدمة، كما تحسن من المقاومة الكيميائية في حالة التراكيب متعددة المواد. ويؤدي الانخفاض في معامل التمدد الحراري لزجاج البوروسليكات ذي المحتوى المنخفض من المواد القلوية إلى مقاومة الزجاج للصدمات الحرارية مما يجعله مفيداً في تصنيع الأدوات المعملية وأواني الطهي وزجاج لحام الموليبدنوم ومرايا التلسكوبات. ومن أشهر أنواع زجاج البوروسليكات هو ما أنتجته شركات كورننج للزجاج تحت الاسم التجاري «بايركس» كما أن النظام الثلاثي Na2 O-B2 O3-SiO2 من زجاج البوروسليكات المحتوى على أكسيد الصوديوم يتميز بإمكانية انفصاله إلى طورين عند معالجته حرارياً بين 500° و650° سلزيوس ويتكون الطور الأول أساساً من أكسيد السليكون. وعند إذابة الطور الأول في أحد الأحماض يتبقى الطور الثاني فقط حيث يبلغ محتواه من أكسيد السليكون 96% وبتلبيد هذا الطور ينتج ما يعرف بزجاج «الفيكور» (Vycor 69/SiO2) ويتميز بمعامل تمدد حراري منخفض للغاية.
ويمكن تصنيع أنواع من الزجاج البصرى التي تتميز بانخفاض قيم معامل الانكسار والتشتت، من بعض أنواع زجاج البوروسليكات التي تحتوى على أكاسيد الفلزات القلوية أحادية التكافؤ، كما يمكن تحضير الزجاج المستخدم في أغراض اللحام من بعض هذه الأنواع من زجاج البوروسليكات القلوية.
زجاج السليكات Silica Glass: أهم زجاج أحادي الأكسيد وهو يعد زجاجاً مثالياً لكثير من الاعتبارات، فجزيئاته مترابطة في ثلاثة اتجاهات، ويمكن استعماله في درجات الحرارة العالية كما أن له معامل تمدد حراري منخفضاً وامتصاصه للموجات فوق السمعية ultrasonic ضئيل للغاية. وهو عازل ممتاز بالنسبة للكهرباء وله مقاومة عالية ضد الكيماويات، ولا يسبب تعرضه لاثنين مليون إلكترون فولت أي تأثيرات ملحوظة فيه بينما تتلون وقد تنكسر الأنواع الأخرى من الزجاج عند تعرضها لهذه الكمية من الطاقة. ويسمح زجاج السليكات للاطول الموجية للاشعة فوق البنفسجية بالنفاذ من خلاله بصورة ممتازة حتى الطول الموجى 180 نانومتر حيث تبلغ درجة نفاذيته في هذه الحالة أكثر قليلاً من 90%. ويستخدم زجاج السليكا في عمل خطوط إعاقة الموجات فوق السمعية ونوافذ أنفاق التيارات فوق السمعية، وفي عمل النظم الضوئية للأجهزة مثل أجهزة المطياف الضوئي وأجهزة القياس في الكيمياء الحيوية. كما يستخدم في عمل بواتق تنمية بلورات الجرمانيوم أو السليكون. وإذا كانت الصفات التي يتمتع بها زجاج السليكا تسبغ عليه المناعة عند استخدامه فهي أيضاً تجعله صعب التحضير بالطرف التقنية المتداولة. فهو ينفرد بطرق خاصة للتحضير، فعلى سبيل المثال يمكن أن يحضر بتقنية ترسيب البخار vapour deposition
زجاج سليكات الرصاص: يعتبر أكسيد الرصاص من الأكاسيد المعدلة لصفات الزجاج. وهو مادة صهارة جيدة لأكسيد السليكون لا تسبب ـ عند مقارنتها بغيرها من مواد الصهارة مثل الأكاسيد الفلزية ـ انخفاضاً في المقاومة الكهربائية للزجاج الناتج ويستخدم زجاج سليكات الرصاص في إنتاج النوافذ المدرعة الحاجبة للإشعاعات، وزجاج مصابيح الفلوريسنت، والزجاج البصرى، والزجاج الكريستال خاصة للقطع الفنية وفي إنتاج الزجاج المستخدم في اللحام ذي الحرارة المنخفضة.
الأوزون
غاز سام يتكون جُزَيؤُه من ثلاث ذرات من الأكسجين 3° ويوجد الأوزون في طبقتين من طبقات الغلاف الجوي: طبقة التروبوسفير التي تمتد من سطح الأرض حتى ارتفاع 12 كيلومتراً، وطبقة الاستراتوسفير التي تعلوها وتمتد حتى ارتفاع 50 كيلومتراً.
ويتكون الأوزون في التروبوسفير ـ أي عند سطح الأرض ـ نتيجة التفاعل الكيميائي الضوئي بين الملوثات المنبعثة من وسائل النقل بخاصة بين أكاسيد النيتروجين والهيدروكربوبات، عند تكوين ما يعرف بالضباب الدخاني. وهذا النوع من الأوزون يشكل خطراً على البيئة وصحة الإنسان. أما في طبقة الجو العليا (الاستراتوسفير) فيتكون الأوزون من التفاعلات الطبيعية بين جزيئات الأكسجين وذراته، التي تنتج من انشطار جزيئات الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذو الطول الموجى الأقل من 242 نانومتر. وفي الوقت نفسه تتفكك جزيئات الأوزون إلى جزيئات وذرات من الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذي الأطوال الموجية فيما بين 280 ـ 320 نانومتر (الإشعاع فوق البنفسجي ب) . وتوجد حالة من الأتزان بين هذه التفاعلات، أي بين تكوين أوزون الاستراتوسفير من جزيئات الأكسجين وتفكك جزيئاته بالأشعة فوق البنفسجية. وتوجد أغلب كميات الأوزون في طبقة معينة من ارتفاع بين 25 و40 كيلومتراً (طبقة الأوزون) ولا يتعدى تركيزه أكثر من 10 أجزاء في المليون حجماً. وتعد طبقة الأوزون ضرورية لحماية الحياة على الأرض، فهي تعمل مرشحاً طبيعياً يمتص الأشعة فوق البنفسجية ب التي تقضى على الكثير من أشكال الحياة، وتلحق أضراراً بالغة بصحة الإنسان.
الكيمياء العضوية
المركب العضوي
هو مركب كيميائي ـ حيث يدخل عنصر الكربون بصفة أساسية ـ متحداً مع غيره من العناصر ـ أهمها الهيدروجين
مميزات المركبات العضوية
1 ـ التركيب: جميعها تشترك في وجود عنصر الكربون كعنصر أساسي داخل في تركيبها.
2 ـ نوع الروابط: الروابط في المركبات العضوية روابط تساهمية ولذلك فمركباتها غالباً لا تتأين ولا توصل التيار الكهربي.
3 ـ الحساسية: شديدة الحساسية فتغير درجة الحرارة أو العامل المساعد في نواتج التفاعل.
4 ـ سرعة التفاعلات: بطيئة نسبياً لوجود الرابطة التساهمية.
5 ـ التماثل والتشابه الجزئي: تتشابه بعض المركبات في الصيغة الجزيئية ولكنها تختلف عن بعضها في الصيغة البنائية.
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 موا
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.
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.
الرموز
نظراً لتعدد العناصر ولتسهيل دراسة علم الكيمياء أُتبعت طريقة كتابة الرموز:
1- كتابة الحرف الأول من اسم العنصر بالحرف الكبير.
مثل: الهيدروجين H وليس h الكربون C وليس c
2- كتابة الحرف الأول والثاني في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول.
3- كتابة الحرف الأول والثالث في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول والثاني.
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.
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
الصيغ الكيميائية
تزودنا الصيغة الجزيئية للمركب بالمعلومات التالية:
1- نوع الذرات الموجودة في المركب.
2- عدد ذرات كل نوع.
3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة.
فمثلاً : الصيغة الجزيئية لمركب حمض الكبريت هي H2SO4 نستنتج:
1- نوع الذرات الموجودة في المركب: H وَ S وَ O
. 2- عدد ذرات كل نوع: H2 وَ S1 وَ O4
. 3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة 2:1:4
الصيغة البنائية :
(StructuralFormula)
هي صيغة تمثل ترتيب الذرات في الفراغ وعلاقاتها داخل الجزيء .
الصيغة التجريبية:
هي صيغة كيميائية تبين أبسط نسبة عددية صحيحة بين ذرات جزيء المركب
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
الرابطة الأيونية:
Ionic Bond
تنشأ بين العناصر التي يوجد فرق كبير نسبياً في السالبية الكهربية بين ذراتها (فلزات ولا فلزات).
الشبكات البلورية الأيونية
Crystal lattice
سنأخذ كلوريد الصوديوم كمثال, وهو كما علمنا يتركب من أيونات الكلوريد السالبة -Cl وأيونات الصوديوم الموجبة +Na فكلوريد الصوديوم يتواجد على هيئة أعداد متساوية مع الأيونات الموجية والسالبة والتي ينجذب بعضها مع بعضها الآخر بقوى تجاذب كهربائية نظرا لا ختلافها في الشحنة, ولذا فهى ترتب نفسها على شكل صلب يسمى الشبكة البلورية. والنمط الخاص الذي يصف ترتيب أيونات الصوديوم والكلوريد في البلورة موضح بالشكل وهي على شكل مكعب حيث توجد أيونات +Na (باللون الرمادي) عند أركانه وفي وسط كل وجه وتحتل أيونات الكوريد -CI (باللون الأخضر) منتصف الفراغات بين أيونات +Na وعند الانتقال من الطبقة العليا إلى الطبقة التالية سنجد أن أيونات +Na و -CI, قد عكست مواضعها وهكذا بالتبادل.
الرابطة التساهمية
Covalent Bond
هي رابطة ناتجة عن اشتراك الذرتين المرتبطتين بزوج أو أكثر من الإلكترونات بحيث تساهم كل ذرة بنصف عدد الإلكترونات.
الحالات التي تكون فيها الرابطة تساهمية:
1 ـ عند اتحاد ذرات من نفس النوع (لا يوجد فرق في السالبية الكهربائية بينها). مثال: Cl2 ، H2 ، O2. 2 ـ عند اتحاد ذرات مختلفة ويكون الفرق في السالبية الكهربائية بينها صغيراً.
مثال: BrCl ، CH4.
والرابطة التي تتكون من زوج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية أحادية وتمثل بخط يصل بين الذرتين (H-H) ، (Cl-Cl).
والرابطة التي تتكون من زوجين من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثنائية كما في جزيء الأكسجين:
والرابطة التي تتكون من ثلاثة أزواج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثلاثية كما في جزيء النيتروجين:
قطبية الرابطة التساهمية
التفسير: عند وجود فرق كبير في السالبية الكهربائية (0.8 - 1.)
يبقى زوج الإلكترونات المشارك والذي يكون الرابطة أقرب نسبياً إلى الذرة ذات السالبية الكهربائية الأكبر (Cl) فتتولد عليها شحنة سالبة صغيرة -? بينما تتولد على الذرة ذات السالبة الكهربائية الأقل (H) شحنة موجبة صغيرة في هذه الحالة تسمى الرابطة رابطة تساهمية قطبية كما يوصف الجزيء بإنه ثنائي القطب حيث يكون له قطب موجب وقطب سالب.
ونظراً لاختلاف السالبية الكهربائية تظهر شحنتان سالبتان صغيرتان على ذرة الأكسجين الأكثر سالبية كهربائية بينما تظهر شحنة صغيرة موجبة على كل من ذرتي الهيدروجين أي أن لجزيء الماء خاصية قطبية.
قوى الترابط بين الجزئيات
تمثل الروابط الأيونية والتساهمية القوى التي تربط بين الذرات في البلورة أو في الجزيء وتتحكم هذه الروابط في الصفات الكيمائية للمواد, كما توجد قوى روابط أخرى بين الجزيئات تحدد الخواص الفيزيائية للمركبات. وكان أول من أكتشف هذه القوى العالم (فان درفالس) واستطاع أن يفسر بها حيود الغازات عن السلوك المثالي طبقاً للنظرية الحركية للغازات. وهناك ثلاثة أنواع معروفة من هذه القوى :
(1) قوى التجاذب بين الجزيئات ثنائية القطب :
(2) قوى التجاذب بين الجزيئات غير القطبية (قوى لندن) :
(3) الرابطة الهيدروجينية:
قوى التجاذب بين الجزيئات ثنائية القطب
عند اقتراب الجزيئات ثنائية القطب مثل CI : H بعضها من بعض, تظهر تأثيرات متبادلة بينها, وينتج هذا من مواجهة القطب الموجب للجزيئات للقطب السالب لجزيئات اخرى مما يؤدي إلى ظهور قوى تجاذب كهربائي بين الأقطاب غير المتشابهة. وهذه القوى تكون أضعف من قوى التجاذب الكهربائي في الرابطة الأيونية, وعلى الرغم من ضعفها فهي تؤدي إلى تماسك الجزيئات القطبية معا مما يؤدي إلى ارتفاع درجة غليانها.
قوى التجاذب بين الجزيئات غير القطبية (قوى لندن)
هي قوى تجاذب ضعيفة توجد بين الجزيئات غير القطبية نتيجة لحركة الإلكترونات العشوائية فيها حيث يفقد الجزيء في لحظة معينة انتظام توزيع الإلكترونات على سطحه فيصبح قطبياً. يؤثر الجزيء القطبي على جزىء مجاور له فينتج عليه بالتأثير شحنة مخالفة لشحنته, فيتولد بين الجزيئين قوى تجاذب لحظية ضعيفة لا تدوم طويلاً وسرعان ما تختفي, وتعرف قوى لندن بأنها قوى تجاذب ضعيفة بين الجزيئات غير القطبية تتولد لحظياً عندما يتغير انتظام توزيع الشحنات الكهربائية بين بعض هذه الجزيئات.
تبلغ قيمة هذه القوى في المواد الصلبة من 1/20 إلى 1/10 من قيمة الرابطة الأيونية - أو التساهمية وهي ضعيفة أيضاً في السوائل. وتوجد هذه القوى بين جزيئات الغازات النبيلة وكذلك في الهالوجينات التي ترتفع درجة غليانها بزيادة كتلتها الجزيئية.
الرابطة الهيدروجينية
تنشأ الرابطة الهيدروجينية في الماء السائل والثلج، نتيجة لقوى التجاذب الكهربائي بين ذرة الهيدروجين في جزيء وذرة الأكسجين في جزيء آخر مجاور. ويكون لذرة الهيدروجين القدرة على تمركز نفسها بين ذرتي أكسجين ترتبط بإحداها بواسطة رابطة تساهمية قطبية، وبالأخرى بواسطة رابطة هيدروجينية.
توجد هذه الرابطة في المركبات التي تحتوي جزيئاتها على ذرة هيدروجين مرتبطة برابطة تساهمية مع ذرة أخرى ذات سالبية كهربائية عالية مثل الفلور أو الأكسجين أو النيتروجين.
من أمثلة المركبات التي يوجد بين جزيئاتها روابط هيدروجينية. الأمونيا (NH3) وفلوريد الهيدروجين (HF) بالإضافة إلى الماء H2O
وهذه الرابطة تكسب مركباتها خصائص فريدة، فمع أنها رابطة ضعيفة إلا أنها تسبب تغيرات في الخواص الفيزيائية للمركبات.
الرابطة التناسقية (التساندية)
The Co-ordinate Bond
هي إحدى أنواع الروابط التساهمية وتحدث بين ذرتين حيث تقوم فيها إحدى الذرتين المرتبطتين بمنح زوج من الإلكترونات الحرة غير المشاركة في تكوين الرابطة إلى الذرة الأخرى أو الأيون (أو الجزيء) وتسمى الذرة التي تعطي الإلكترونات بالذرة المانحة (donor) والذرة الأخرى بالذرة المستقبلة(acceptor).
* كيفية تكوّن الرابطة التساهمية التناسقية:
(1) تتكون الرابطة بين ذرتين إحداهما لديها زوج أو أكثر من الأزواج الحرة والأخرى لديها نقص في الإلكترونات.
(2) الذرة التي تمنح الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المانحة ولذلك تحمل شحنة موجبة.
(3) الذرة التي تستقبل الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المستقبلة ولذلك تحمل شحنة سالبة.
(4) يرمز للرابطة التناسقية بسهم يتجه من الذرة المانحة إلى الذرة المستقبلة.
الرابطة الفلزية
,,,,licBond
تفقد ذرات الفلزات مثل الصوديوم والبوتاسيوم إلكترونات مستواها الخارجي لتصبح أيونات موجبة، حيث أن سالبيتها الكهربائية منخفضة. وتتماسك ذرات الفلز مع بعضها البعض في شكل بلوري صلب
ويحتوي هذا الشكل البلوري على الأيونات الموجبة والإلكترونات الحرة والتي تتحرك حركة عشوائية خلال الشبكة البلورية، وتوصف هذه الإلكترونات بسحابة سالبة متحركة في الفراغات الموجودة بين الأيونات الموجبة.
وتزداد قوة الرابطة الفلزية كلما ازداد عدد الإلكترونات الحرة في الفلز أي كلما ازداد عدد الإلكترونات الخارجية المتحركة. كذلك يعتمد على هذه الرابطة الكثير من الخواص الفلزية التي تتفاوت من فلز لآخر تبعاً لاختلاف قوة الرابطة الفلزية.
أكسدة واختزال
تمثل تفاعلات الأكسدة والاختزال نوعاً مهماً من العمليات الكيميائية التي تحدث في حياتنا اليومية، فالطعام الذي نأكله يتأكسد في أجسامنا ليمدنا بالطاقة اللازمة للحركة والعمل، والسيارة والطائرة تتحركان بالطاقة الناتجة عن أكسدة الوقود، وكذلك نحصل على التيار الكهربائي من البطاريات بعمليات الأكسدوالاختزال والحديد يصدأ نتيجة تعرضه لعملية أكسدة. كما أن استخلاص الفلزات مثل الحديد والألومنيوم يتم باختزال خاماتها.
عملية الأكسدة هي عملية يتم فيها فقد الإلكترونات.
عملية الاختزال هي عملية يتم فيها اكتساب الإلكترونات
العناصر عديدة التكافؤ
نميز تكافؤ العنصر في العناصر التي لها أكثر من تكافؤ في مركباتها المختلفة بطريقتين:
1- رقم روماني (IV,V,VI,III,II,I).
2- إضافة المقطع "وز ous" للتكافؤ الأقل, المقطع "يك ic" للتكافؤ الأعلى في نهاية الإسم.
فمثلاً عند اتحاد الحديد مع الكلور ينتج إما مركب FeCl2 ويسمى كلوريد الحديد (II) أو كلوريد الحديدوز , أو ينتج مركب FeCl3 ويسمى كلوريد الحديد (III) أو كلوريد الحديديك
قواعد أعداد الأكسدة:
1- إن عدد الأكسدة للعناصر النقية، هو دائماً صفر. فعدد الأكسدة لكل من H2 وَNa هو صفر.
2- إن عدد الأكسدة للأكسِجين (O) في جميع مركباته هو -2.
ما عدا في فوق الأكاسيد (Peroxides) ) (مثل:H2O2 وَ BaO2) فهو -1.
وما عدا عند اتحاده مع الفلور لتكوين F2O فهو +2.
3- إن عدد الأكسدة للهيدروجين (H) في جميع مركباته هو +1.
ما عدا مركباته مع الفلزات لتكوين الهيدريدات (hydrides) مثل:NaH وَ CaH2 فهو-1.
4- عدد الأكسدة لجميع العناصر الأخرى بحيث يكون مجموع أعداد الأكسدة للذرات المكوّنة للمركب يساوي صفراً وللذرات المكونة للأيون مساوياً لشحنة الأيون.
الأحماض والقواعد
الأحماض هي المواد التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي بروتونات.
القواعد هي المواد التي تتفكك في المحاليل المائية لتعطي أيونات الهيدروكسيد، أو التي تتفاعل مع البروتونات المائية.
المواد المترددة: هي المواد التي تحمل خواص الحمض والقاعدة معاً.
الملح هو المادة الناتجة من تفاعل حمض مع قاعدة.
نظريات الأحماض والقواعد:
لافوازيه (1777 م):
اقترح أن الأحماض تحتوي أكسجين.
ديفي (1816 م):
اكتشف أن حمض الهيدروكلوريك (HCl) لا يحتوي على الأكسجين، فهذا يعني قصور نظرية لافوازيه. واقترح ديفي أن الأحماض تحتوي على هيدروجين.
ليبج (1838م):
عرف الحمض بأنه المركب الكيميائي الذي يحتوي على الهيدروجين الذي يمكن أن يحل محله عنصر فلزي.
وهناك ثلاث نظريات حديثة لتعريف الحمض والقاعدة، هي نظرية أرينيوس ونظرية برونشتد-لوري ونظرية لويس.
ويمكن المقارنة بين النظريات الثلاث لتعريف الأحماض والقواعد كما يلي:
النظرية و تعريف الحمض ومع تعريف القاعدة
أرهينوس مادة تذوب في الماء وتعطي أيون الهيدروجين (بروتون)مادة تذوب في الماء وتتفكك معطية أيون هيدروكسيد
برونشتد-لوري :مادة تمنح بروتون أو أكثرمادة تستقبل بروتون أو أكثر
لويس :مادة تستقبل زوج أو أكثر من الإلكترونات مادة تمنح زوج أو أكثر من الإلكترونات
وتنقسم الأحماض حسب طبيعتها إلى قسمين:
أ ـ الأحماض العضوية:
يتكون جزيء هذه الأحماض من عناصر الهيدروجين والكربون والأكسجين، ويمكن تقسيم هذه الأحماض حسب عدد مجموعات الكربوكسيل في الصيغة الكيميائية إلى الأقسام التالية: أحادية الكربوكسيل وثنائية الكربوكسيل وثلاثية الكربوكسيل وعديدة الكربوكسيل.
ب ـ الأحماض المعدنية (غير العضوية).
تقسم هذه الأحماض بدورها حسب عدد أيونات الهيدروجين التي تعطيها الصيغة الكيميائية للحمض في أي مذيب مناسب كالماء إلى: أحادية البروتون وثنائية البروتون وعديدة البروتون.
- تحضير الأحماض:
في الصناعة:
أ ـ تحضر الأحماض ثنائية العنصر غالباً بالاتحاد المباشر بين الهيدروجين والعنصر اللافلزي ثم إذابة المركب الناتج (غاز) في الماء.
ب ـ تحضر الأحماض ثلاثية العنصر (الأكسجينية) بالاتحاد المباشر بين الأكسجين والعنصر اللافلزي للحصول على أنهيدريد الحمض ثم إذابته في الماء.
في المختبر:
يمكن تحضير الحمض الأقل ثباتاً بتفاعل ملحه مع حمض أكثر ثباتاً.
طرق أخرى:
أ _ التحليل المائي لهاليدات اللافلزات وبعض الفلزات.
ب _ أكسدة العناصر اللافلزية في محلول مائي خال من القلويات.
- تحضير الأملاح:
توجد عدة طرق لتحضير الأملاح منها:
(1) الاتحاد المباشر بين العناصر المكونة للملح.
(2) بالنسبة للأملاح التي تذوب في الماء فإنها تحضر بتفاعل الحمض المخفف مع الفلز أو أكسيده أو كربوناته. وكذلك مع هيدروكسيد الفلز أو كربوناته.
(3) بالنسبة للأملاح التي لا تذوب في الماء فتحضر بالتبادل المزدوج وبالترسيب وعادة تستخدم نيترات الفلز المراد تحضير ملحه مع ملح الصوديوم الذي يحتوي على الشق الحمضي للملح المطلوب فيترسب الملح الذي لا يذوب في الماء ويفصل بالترشيح.
وتقسم القواعد إلى عدة مجموعات كالتالي:
أ ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية للمجموعتين (IIA-IA) من الجدول الدوري وهي قابلة للذوبان في الماء:
ب ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية التي لا تذوب في الماء.
جـ ـ المركبات الهيدروجينية لبعض عناصر (VA) من الجدول الدوري.
د ـ الأمينات العضوية والقواعد النيتروجينية.
* ويمكن تقسيم القواعد بالنسبة لعدد مولات أنيونات الهيدروكسيد التي تعطيها الصيغة الكيميائية للقاعدة عند ذوبانها في الماء إلى أحادية الحمضية وثنائية الحمضية وثلاثية الحمضية وعديدة الحمضية.
- الخواص العامة للأحماض والقواعد:
أ- معظم الأحماض تذوب في الماء وتكوَّن محاليل مخففة، ولها طعم حامض.
ب- بعض الأحماض خصوصاً المركزة مثل حمض الكبريتيك تأثيرها متلف وحارق لجلد الإنسان والملابس.
جـ تؤثر محاليل الأحماض والقواعد على بعض الصبغات فتغير من ألوانها، فمثلاً تؤثر الأحماض في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى اللون الأحمر وكذلك تؤثر القواعد في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى الأزرق.
د ـ تتفاعل الأحماض المخففة مع الفلزات التي تسبق الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية وينتج ملح الحمض ويتصاعد غاز الهيدروجين.
هـ تتفاعل الأحماض مع القواعد وينتج ملح الحمض والماء غالباً.
و- تتفاعل الأحماض مع أملاح الكربونات والكربونات الهيدروجينية وينتج ملح الحمض وماء وغاز ثاني أكسيد الكربون ز- تتفاعل محاليل القواعد القلوية مع أملاح الأمونيوم وينتج ملح وماء وغاز الأمونيا ذو الرائحة المميزة، وهذا يستخدم للكشف عن أملاح الأمونيوم.
حـ - تتفاعل بعض القواعد مع الأملاح وينتج هيدروكسيد الفلز وملح.
ط - تتميز هيدروكسيدات بعض الفلزات بصفة التردد حيث يمكنها التفاعل مع الأحماض كقواعد ومع القواعد كأحماض منتجة ملحاً وماء. مثل هيدروكسيد الخارصين وهيدروكسيد الألومنيوم.
الأحماض القوية
الاسم و الصيغة
حمض الهيدروكلوريكHCl
حمض الهيدروبروميكHBr
حمض الهيدرويوديكHI
حمض البيركلوريكHClO4
حمض النيتريكHNO3
حمض الكبريتيكH2SO4
القواعد القوية
الاسم و الصيغة
هيدروكسيد الصوديومNaOH
هيدروكسيد البوتاسيومKOH
هيدروكسيد الكالسيومCa(OH)2
هيدروكسيد الباريومBa(OH)2
هيدروكسيد الإسترانشيومSr(OH)2
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 المختب
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.
التفاعلات الانعاكسية وغير الانعكاسية
التفاعلات غير الإنعكاسية:
تحدث في اتجاه واحد، حيث لا تتفاعل المواد الناتجة مع بعضها البعض لتعطي المواد المتفاعلة. وغالباً ما يتصاعد غاز ويترك حيز التفاعل أو يتكون راسب لا يتفاعل مع النواتج الأخرى.
التفاعلات الإنعكاسية:
تحدث في اتجاهين، المواد الناتجة من التفاعل تتفاعل مع بعضها البعض لتكون المواد المتفاعلة، أي يوجد تفاعلان:
أحدهما أمامي في اتجاه تكون المواد الناتجة والآخر عكسي في اتجاه تكون المواد المتفاعلة.
يعبر عن التفاعل بمعادلة واحدة تحوي سهمين.
وتقسم التفاعلات الإنعكاسية إلى:
(أ) تفاعلات إنعكاسية متجانسة Homogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في حالة واحدة من حالات المادة.
(ب) تفاعلات إنعكاسية غير متجانسة Heterogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في أكثر من حالة واحدة من حالات المادة وتتم في حيز مغلق
الاتزان الكيميائي الديناميكي
تعريفه: حالة النظام عندما تثبت تركيزات المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، وبالتالي تكون سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي.
ولكي يصل أي نظام للاتزان الكيميائي الديناميكي يشترط فيه ما يلي:
(1) وجود تفاعلين متعاكسين.
(2) عند حدوث الاتزان يظل التفاعلان الطردي والعكسي جاريين وبنفس السرعة.
(3) يؤدي أي تغيير في اتزان النظام, كالتغير في درجة الحرارة أو التركيز أو الضغط إلى الإخلال بالاتزان.
خواص الاتزان الكيميائي:
يمكننا تلخيص المبادىء والخواص المتعلقة بالاتزان الكيميائي فيما يلي:
1) أن الاتزان هو حالة تكون عندها خواص المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن.
2) الاتزان الكيميائي ذو طبيعة ديناميكية (نشط),إذ إنه على الرغم من أن تركيز المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل لا يتغير مع مرور الزمن عند حالة الاتزان, إلا أن التفاعل لا يتوقف, بل يسير في اتجاهين متعاكسين وبسرعة واحدة.
3) إن التفاعلات الكيميائية تتجه تلقائياً نحو تحقيق الاتزان.
4) إن خواص المجموعة عند الاتزان ثابتة في الظروف المعينة, ولا تعتمد على المسار الذي سلكته المجموعة لتصل إلى حالة الاتزان.
5) إذا اختل الاتزان بفعل مؤثر خارجي, فإن المجموعة تغير من خواصها بحيث تعاكس فعل المؤثر الخارجي, وتقلل من أثره ما أمكن, وتعود إلى حالة الاتزان.
6) ثابت الاتزان هو طريقة لوصف المجموعة عند حالة الاتزان, ويعتمد على خواص المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل ودرجة الحرارة
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
1- 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
الزجاج
محلول جامد وغير متبلر من سليكات مزدوج للصوديوم والكلسيوم Na2 OCaO 6SiO2أقدم قطعة من الزجاج تم اكتشافها بالعراق يرجع تاريخها إلى 2700 سنة قبل الميلاد. ويحضر الزجاج بصهر مخلوط المواد الأولية عند درجة حرارة 1600° م سلزيوس في وجود كميات قليلة من الفلسبار ويتم تشكيله بالنفخ أو الصب أو السحب أو الكبس وتضاف أملاح المعادن الثقيلة للتلوين. وتختلف خواصه باختلاف نسب العناصر التي تدخل في تركيبه وظروف التحضير وأفران الصهر، ففي وجود نسبة مرتفعة من السليكا (99,8%) ينتج نوع شفاف غاية في النقاء يسمح بمرور الأشعة فوق البنفسجية ويستخدم في صناعة الأجهزة الضوئية البصرية والتلسكوبات، وفي صناعة مصابيح الزئبق.
وفي مجال انتاج زجاج البصريات يميز بين نوعين هما (1) الكرون وبه 32 ـ 72% من ثاني أكسيد السليكون وأكاسيد البورون والعناصر القلوية، ويستعمل في صنع العدسات والخلايا الضوئية. (2) الفلينت ويحتوى على 26 ـ 65% من أكسيد الرصاص، ويستخدم في إنتاج المصابيح الكهربية والرادار، وشاشات التليفزيون والدروع الواقية من الإشعاع. ويدخل أكسيد الأنتيمون في تركيب زجاج النظارات.
ويحتوي الزجاج البلورى «الكريستال» على 80% أكسيد رصاص وبإضافة عناصر الألومنيوم أو الباريوم أو الأنتيمون تنتج أنواع من الزجاج تتحمل درجات الحرارة العالية. أما زجاج المرايا البصرية الضخمة المستخدمة في صناعة التلسكوبات الفضائية العملاقة فهو ينتج باضافة أكسيد التيتانيوم. ويتم إنتاج النوع السيراميكى بإضافة بلورات من أكسيد الزركزنيوم ـ أو أكسيد الكروم أو أكسيد التيتانيوم أو خامس أكسيد الفسفور إلى خام الزجاج المنصهر، ثم تجرى المعالجة الحرارية أو الإشعاعية، وهو يستخدم في صناعة الأجهزة الالكترونية وبدائل للأنسجة البشرية التالفة. وبإضافة عناصر الفلور والزنك والألومنيوم يتم إنتاج زجاج أبيض غير شفاف، هو حجر الأوبال، وهو يستخدم في صناعة المصابيح الضوئية.
ويتم الآن انتاج ألياف من الزجاج يدخل في تركيبها أكسيد الاسترونشيوم وتستخدم على نطاق واسع في العزل الحراري في الثلاجات وأجهزة التكييف.
ويتكون الزجاج الرقائقي من ألياف زجاجية خفيفة الوزن تضمها مادة رابطة، وهو يدانى الفولاذ في متانته ويستعمل في صناعة الطائرات وسفن الفضاء.
وينتج الزجاج الرغوى بإضافة الفحم المنصهر عند درجات الحرارة المرتفعة حيث تتولد الغازات والفراغات الهوائية التي تكسب الزجاج صفة العزل الصوتي والحراري. وهو يستخدم في البناء حيث يمكن قطعه بمنشار ودق المسامير فيه.
وهناك أنواع أخرى من الزجاج مثل زجاج الجير والصودا، وهو يقاوم الانصهار وتصنع منه النوافذ والمرايا الرخيصة، وزجاج الينا والبايركس، وله معامل تمدد صغير، ويصنع منه زجاج الترمومترات أو أجهزة المعامل. ويدخل فيه عناصر البورون والألومنيوم.
أما الزجاج العضوى المعروف باسم «البرسبكس» أو «اللوسيت»، فهو مادة متبلمرة شفافة عديمة اللون تحضر ببلمرة استر مثيل حمض ميثاكريليك (CH2 C (CH3) COOCH3) وتستعمل على هيئة رقائق في صناعة الطائرات وفي إنتاج السلع المنزلية.
زجاج البوروسليكات
يعتبر أكسيد البورون (B2 O3) من المواد المكونة للزجاج. وهو يعمل كمادة صهَّارة عند إضافته إلى أكسيد السليكون (SiO2) ويتميز عن مواد الصهارة الأخرى (أكاسيد المجموعة الأولى والثانية في الجدول الدورى) في أنه لا يتسبب في زيادة معامل التمدد الحراري لزجاج السليكا كما تفعل تلك المواد. أما إذا ارتفعت نسبة أكسيد البورون بدرجة كبيرة، فإن المقاومة الكيميائية تصبح هي المشكلة في الزجاج الناتج. وتسمح إضافة المواد القلوية يخفض كميات أكسيد البورون المستخدمة، كما تحسن من المقاومة الكيميائية في حالة التراكيب متعددة المواد. ويؤدي الانخفاض في معامل التمدد الحراري لزجاج البوروسليكات ذي المحتوى المنخفض من المواد القلوية إلى مقاومة الزجاج للصدمات الحرارية مما يجعله مفيداً في تصنيع الأدوات المعملية وأواني الطهي وزجاج لحام الموليبدنوم ومرايا التلسكوبات. ومن أشهر أنواع زجاج البوروسليكات هو ما أنتجته شركات كورننج للزجاج تحت الاسم التجاري «بايركس» كما أن النظام الثلاثي Na2 O-B2 O3-SiO2 من زجاج البوروسليكات المحتوى على أكسيد الصوديوم يتميز بإمكانية انفصاله إلى طورين عند معالجته حرارياً بين 500° و650° سلزيوس ويتكون الطور الأول أساساً من أكسيد السليكون. وعند إذابة الطور الأول في أحد الأحماض يتبقى الطور الثاني فقط حيث يبلغ محتواه من أكسيد السليكون 96% وبتلبيد هذا الطور ينتج ما يعرف بزجاج «الفيكور» (Vycor 69/SiO2) ويتميز بمعامل تمدد حراري منخفض للغاية.
ويمكن تصنيع أنواع من الزجاج البصرى التي تتميز بانخفاض قيم معامل الانكسار والتشتت، من بعض أنواع زجاج البوروسليكات التي تحتوى على أكاسيد الفلزات القلوية أحادية التكافؤ، كما يمكن تحضير الزجاج المستخدم في أغراض اللحام من بعض هذه الأنواع من زجاج البوروسليكات القلوية.
زجاج السليكات Silica Glass: أهم زجاج أحادي الأكسيد وهو يعد زجاجاً مثالياً لكثير من الاعتبارات، فجزيئاته مترابطة في ثلاثة اتجاهات، ويمكن استعماله في درجات الحرارة العالية كما أن له معامل تمدد حراري منخفضاً وامتصاصه للموجات فوق السمعية ultrasonic ضئيل للغاية. وهو عازل ممتاز بالنسبة للكهرباء وله مقاومة عالية ضد الكيماويات، ولا يسبب تعرضه لاثنين مليون إلكترون فولت أي تأثيرات ملحوظة فيه بينما تتلون وقد تنكسر الأنواع الأخرى من الزجاج عند تعرضها لهذه الكمية من الطاقة. ويسمح زجاج السليكات للاطول الموجية للاشعة فوق البنفسجية بالنفاذ من خلاله بصورة ممتازة حتى الطول الموجى 180 نانومتر حيث تبلغ درجة نفاذيته في هذه الحالة أكثر قليلاً من 90%. ويستخدم زجاج السليكا في عمل خطوط إعاقة الموجات فوق السمعية ونوافذ أنفاق التيارات فوق السمعية، وفي عمل النظم الضوئية للأجهزة مثل أجهزة المطياف الضوئي وأجهزة القياس في الكيمياء الحيوية. كما يستخدم في عمل بواتق تنمية بلورات الجرمانيوم أو السليكون. وإذا كانت الصفات التي يتمتع بها زجاج السليكا تسبغ عليه المناعة عند استخدامه فهي أيضاً تجعله صعب التحضير بالطرف التقنية المتداولة. فهو ينفرد بطرق خاصة للتحضير، فعلى سبيل المثال يمكن أن يحضر بتقنية ترسيب البخار vapour deposition
زجاج سليكات الرصاص: يعتبر أكسيد الرصاص من الأكاسيد المعدلة لصفات الزجاج. وهو مادة صهارة جيدة لأكسيد السليكون لا تسبب ـ عند مقارنتها بغيرها من مواد الصهارة مثل الأكاسيد الفلزية ـ انخفاضاً في المقاومة الكهربائية للزجاج الناتج ويستخدم زجاج سليكات الرصاص في إنتاج النوافذ المدرعة الحاجبة للإشعاعات، وزجاج مصابيح الفلوريسنت، والزجاج البصرى، والزجاج الكريستال خاصة للقطع الفنية وفي إنتاج الزجاج المستخدم في اللحام ذي الحرارة المنخفضة.
الأوزون
غاز سام يتكون جُزَيؤُه من ثلاث ذرات من الأكسجين 3° ويوجد الأوزون في طبقتين من طبقات الغلاف الجوي: طبقة التروبوسفير التي تمتد من سطح الأرض حتى ارتفاع 12 كيلومتراً، وطبقة الاستراتوسفير التي تعلوها وتمتد حتى ارتفاع 50 كيلومتراً.
ويتكون الأوزون في التروبوسفير ـ أي عند سطح الأرض ـ نتيجة التفاعل الكيميائي الضوئي بين الملوثات المنبعثة من وسائل النقل بخاصة بين أكاسيد النيتروجين والهيدروكربوبات، عند تكوين ما يعرف بالضباب الدخاني. وهذا النوع من الأوزون يشكل خطراً على البيئة وصحة الإنسان. أما في طبقة الجو العليا (الاستراتوسفير) فيتكون الأوزون من التفاعلات الطبيعية بين جزيئات الأكسجين وذراته، التي تنتج من انشطار جزيئات الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذو الطول الموجى الأقل من 242 نانومتر. وفي الوقت نفسه تتفكك جزيئات الأوزون إلى جزيئات وذرات من الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذي الأطوال الموجية فيما بين 280 ـ 320 نانومتر (الإشعاع فوق البنفسجي ب) . وتوجد حالة من الأتزان بين هذه التفاعلات، أي بين تكوين أوزون الاستراتوسفير من جزيئات الأكسجين وتفكك جزيئاته بالأشعة فوق البنفسجية. وتوجد أغلب كميات الأوزون في طبقة معينة من ارتفاع بين 25 و40 كيلومتراً (طبقة الأوزون) ولا يتعدى تركيزه أكثر من 10 أجزاء في المليون حجماً. وتعد طبقة الأوزون ضرورية لحماية الحياة على الأرض، فهي تعمل مرشحاً طبيعياً يمتص الأشعة فوق البنفسجية ب التي تقضى على الكثير من أشكال الحياة، وتلحق أضراراً بالغة بصحة الإنسان.
الكيمياء العضوية
المركب العضوي
هو مركب كيميائي ـ حيث يدخل عنصر الكربون بصفة أساسية ـ متحداً مع غيره من العناصر ـ أهمها الهيدروجين
مميزات المركبات العضوية
1 ـ التركيب: جميعها تشترك في وجود عنصر الكربون كعنصر أساسي داخل في تركيبها.
2 ـ نوع الروابط: الروابط في المركبات العضوية روابط تساهمية ولذلك فمركباتها غالباً لا تتأين ولا توصل التيار الكهربي.
3 ـ الحساسية: شديدة الحساسية فتغير درجة الحرارة أو العامل المساعد في نواتج التفاعل.
4 ـ سرعة التفاعلات: بطيئة نسبياً لوجود الرابطة التساهمية.
5 ـ التماثل والتشابه الجزئي: تتشابه بعض المركبات في الصيغة الجزيئية ولكنها تختلف عن بعضها في الصيغة البنائية.
موسوعة البرمجة بلغة C++.pdf
» برامج البروكسي لتخطي الحجب
» ممكن تساعدونى
» ساعات - ملابس طبية- ملابس فندقية - ملابس امن - ساعات - طباعة تيشرتات <<<
» أسرار البحث في جوجل – لم تعرفها من قبل(ما لا تعرفه عن جوجل)
» ما هو تقيمك للمنتدى؟
» صور رسم جميلة
» صوره طريفه جدا
» اقتراح
» التنقيب عن البيانات Data Mining