MiLAB™ تجـارب فـي الكيـمـيـــــاء

‫تجـارب فـي الكيـمـيـــــاء‬ ‫في‬

‫اإلصدار األول‬ ‫نشر في نونبر‪ /‬تشرين الثاني ‪2013‬‬

‫توزيع أو إعادة نسخ هذا الكتاب من دون موافقة ‪ Fourier Systems‬ممنوع مناع باثا‪.‬‬ ‫كافة الحقوق محفوظة لـ ©‪Fourier Systems‬‬ ‫|‪|1‬‬

‫فهرس المحتويات‬ ‫فهرس المحتويات‬

‫‪2‬‬

‫التجارب حسب ال ِمجسّات‬

‫‪3‬‬

‫الحامض ‪ -‬معايرة األساس‪ :‬تفاعل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬مع حمض الهيدروكلوريك ‪HCl‬‬

‫‪5‬‬

‫التفاعالت الطاردة للحرارة‪ :‬انحالل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬في المياه‬

‫‪9‬‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫‪9‬‬

‫تفاعالت األكسدة واالختزال‪ :‬كلوريد النحاس مع األلومنيوم‬

‫‪13‬‬

‫التفاعالت الماصّ ة للحرارة‪ :‬انحالل نترات األمونيوم في المياه‬

‫‪17‬‬

‫التفاعالت الماصّ ة للحرارة‪ :‬خلط بلّورات من هيدروكسيد الباريوم مع إيزوثيوسيانات األمونيوم‬

‫‪20‬‬

‫التفاعالت الماصّ ة للحرارة‪ :‬تفاعل محلول حمض الستريك مع بيكربونات الصودا‬

‫‪24‬‬

‫التحفيز الكيميائي‪ :‬تَحلُّل ‪ H2O2‬في وجود ‪MnO2‬‬

‫‪27‬‬

‫آثار التغيرات على ضغط الهواء في درجة الحرارة الجوية‪ :‬قانون الجمع بين الغازات‬

‫‪31‬‬

‫قانون هس‪ :‬حفظ الطاقة في الكيمياء‬

‫‪34‬‬

‫حرارة االحتراق‬

‫‪38‬‬

‫موصلية المياه المالحة‬

‫‪41‬‬

‫استكشاف لهب‬

‫‪44‬‬

‫تجميد وإسالة الماء‬

‫‪46‬‬

‫نظرة أخرى على درجة حرارة التج ّمد‬

‫‪49‬‬

‫محتوى طاقة األطعمة‬

‫‪52‬‬

‫محتوى طاقة الوقود‬

‫‪56‬‬

‫|‪|2‬‬

‫ِجسات‬ ‫التجارب حسب الم ّ‬ ‫الموصلية‬ ‫‪41‬‬

‫‪ .11‬موصلية المياه المالحة‬

‫األس الهيدروجيني ‪pH‬‬ ‫ّ‬ ‫‪ .1‬الحامض ‪ -‬معايرة األساس‪ :‬تفاعل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬مع حمض الهيدروكلوريك ‪HCl‬‬

‫‪14‬‬

‫‪ .2‬التفاعالت الطاردة للحرارة‪ :‬انحالل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬في المياه‬

‫‪18‬‬

‫الضغط (‪ 1150 - 150‬ميلبار)‬ ‫‪ .7‬التحفيز الكيميائي‪:‬تَحلُّل ‪ H2O2‬في وجود ‪MnO2‬‬

‫‪27‬‬

‫‪C:\Users\ketty\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet‬‬ ‫‪ .8Files\Content.Outlook\S4HWEGSC\_Chemical_Catalysis:_Decomposition‬آثار التغيرات على ضغط الهواء في‬

‫درجة الحرارة الجوية‪ :‬قانون الجمع بين الغازات‬

‫‪31‬‬

‫‪ .16‬محتوى طاقة الوقود‬

‫‪65‬‬

‫درجة الحرارة (‪ ºc40-‬إلى ‪)ºc140‬‬ ‫‪ .1‬الحامض ‪ -‬معايرة األساس‪ :‬تفاعل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬مع حمض الهيدروكلوريك ‪HCl‬‬

‫‪14‬‬

‫‪ .2‬التفاعالت الطاردة للحرارة‪ :‬انحالل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬في المياه‬

‫‪18‬‬

‫‪ .3‬تفاعالت األكسدة واالختزال‪ :‬كلوريد النحاس مع األلومنيوم‬

‫‪22‬‬

‫‪ .4‬التفاعالت الماصّة للحرارة‪ :‬انحالل نترات األمونيوم في المياه‬

‫‪17‬‬

‫‪C:\Users\ketty\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet‬‬ ‫‪ .5Files\Content.Outlook\S4HWEGSC\_Endothermic_Reactions:_Dissolution‬التفاعالت الماصّة للحرارة‪ :‬خلط‬ ‫‪28‬‬ ‫بلّورات من هيدروكسيد الباريوم مع إيزوثيوسيانات األمونيوم‬

‫‪ .6‬التفاعالت الماصّة للحرارة‪ :‬تفاعل محلول حمض الستريك مع بيكربونات الصودا‬

‫‪24‬‬

‫‪ .8‬آثار التغيرات على ضغط الهواء في درجة الحرارة الجوية‪ :‬قانون الجمع بين الغازات‬

‫‪31‬‬

‫‪ .9‬قانون هس‪ :‬حفظ الطاقة في الكيمياء‬

‫‪34‬‬

‫|‪|3‬‬

‫‪ .10‬حرارة االحتراق‬

‫‪38‬‬

‫‪ .13‬تجميد وإسالة الماء‬

‫‪55‬‬

‫‪ .14‬نظرة أخرى على درجة حرارة التج ّمد‬

‫‪58‬‬

‫‪ .15‬محتوى طاقة األطعمة‬

‫‪61‬‬

‫درجة الحرارة (‪ ºc0‬إلى ‪)ºc1250‬‬ ‫‪44‬‬

‫‪ .12‬استكشاف لهب‬

‫|‪|4‬‬

‫الفصل‬

‫الحامض ‪ -‬معايرة األساس‪:‬‬ ‫مع حمض‬ ‫تفاعل هيدروكسيد الصوديوم‬ ‫الهيدروكلوريك‬ ‫‪1N HCI‬‬

‫سحاحة‬

‫مجس األس‬ ‫الهيدروجيني‬ ‫مجس الحرارة‬

‫كوب قهوة من‬ ‫البوليسترين‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫في المحاليل المائية‪ ،‬إضافة األساسات إلى الماء يؤدي إلى زيادة في األسّ الهيدروجيني ‪ pH‬للمحلول‪ ،‬في حين أن إضافة األحماض يؤدي‬ ‫إلى انخفاض في األسّ الهيدروجيني‪ .‬التغيرات في األسّ الهيدروجيني يمكن متابعتها باستخدام أصباغ محددة ‪-‬تسمى المؤشرات‪ -‬أو األسّ‬ ‫الهيدروجيني لِقُطب كهربي‪ .‬األحماض واألساسات تقوم بتحييد‪ ،‬أو عكس‪ ،‬تأثير بعضها البعض‪ .‬يمكن تحديد قيمة األساس عن طريق إضافة‬ ‫كمية معروفة من الحمض إلى محلول قاعدي حتى يحيد تماما‪ .‬تسمى هذه العملية‪ :‬الحامض ‪ -‬معايرة األساس‪ .‬أثناء التحييد‪ ،‬تتفاعل األحماض‬ ‫واألساسات مع بعضها البعض إلنتاج مواد أيّونية ُتدعى األمالح‪.‬‬ ‫في هذه التجربة‪ ،‬التغيرات التي َتحْ دُث في األسّ الهيدروجيني وفي درجة الحرارة ‪-‬بينما تتم إضافة حمض (حمض الهيدروكلوريك) إلى‬ ‫محلول أساس (هيدروكسيد الصوديوم)‪ -‬يتم اتباعها باستخدام األسّ الهيدروجيني للقطب ومِجسّ درجة الحرارة‪.‬‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫مِجسّ األس الهيدروجيني وال ُقطب الكهربي‬

‫‪‬‬

‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬

‫‪‬‬

‫|‪|5‬‬

‫| الحامض ‪ -‬معايرة األساس‪ :‬تفاعل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬مع حمض الهيدروكلوريك ‪| HCl‬‬

‫‪‬‬

‫كوب قهوة من البوليسترين‬

‫‪‬‬

‫سحاحة ماصة ‪ 50‬مل‬

‫‪‬‬

‫ِقمْع زجاجي‬

‫‪‬‬

‫‪ 50‬مل من ‪ N0,5‬هيدروكسيد الصوديوم ‪( NaOH‬تقريبا)‬

‫‪‬‬

‫‪ 100‬مل من محلول حمض الهيدروكلوريك ‪N1 HCl‬‬ ‫نظارات و ُقفازات السالمة‬

‫‪‬‬

‫محرك مغناطيسي وقضيب تحريك‬

‫‪‬‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل قُطب األسّ الهيدروجيني إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫قم بتحديد ِمجسّات األُسّ الهيدروجيني ودرجة الحرارة‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫س الهيدروجيني ‪pH‬‬ ‫األ ُ ّ‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 2000‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بإعداد غطاء البوليسترين لكوب القهوة من البوليسترين‪ .‬يجب أن يكون الغطاء ُمسطّحا وأكبر من محيط كوب القهوة (انظر الشكل ‪.)1‬‬ ‫‪ .2‬قُم بعمل ثالثة ثقوب في الغطاء‪ :‬واحد لقطب األُسّ الهيدروجيني‪ ،‬واحد ل ِمجسّ الحرارة‪ ،‬وواحد للقِ ْمع الزجاجي‪.‬‬ ‫‪ .3‬ضع قضيب التحريك المغناطيسي في كوب القهوة‪.‬‬ ‫ضف ‪ 50‬مل من ‪ N0,5‬محلول هيدروكسيد الصوديوم إلى كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪ .4‬أ َ ِ‬ ‫‪ .5‬ضع كوب القهوة على المحرك المغناطيسي‪.‬‬ ‫‪ .6‬ضع غطاء على الكوب‪.‬‬ ‫‪ .7‬اِبدأ تحريك محلول هيدروكسيد الصوديوم في كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪.8‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫‪.9‬‬ ‫‪.10‬‬ ‫‪.11‬‬ ‫‪.12‬‬

‫اِنتظر حتى تصبح القراءات من ال ِمجسّات مستقرة‪.‬‬ ‫أضف قطرة تلو قطرة‪ ،‬من ‪ N1‬محلول حمض الهيدروكلوريك من السحاحة إلى الكوب‪ ،‬عبر القِمع الزجاجي‪.‬‬ ‫تابع التغيرات في األُسّ الهيدروجيني ودرجة الحرارة في نافذة الرسم البياني لـ ‪.MultiLab‬‬ ‫ما أن يبدأ األُسّ الهيدروجيني في التغيّر‪ ،‬أوقف التنقيط من حمض الهيدروكلوريك والحظ حجم حمض الهيدروكلوريك ال ُمضاف حتى‬ ‫تلك النقطة‪.‬‬ ‫جدِّد إضافة حمض الهيدروكلوريك قطرة تلو قطرة‪ ،‬مع متابعة تغييرات األُسّ الهيدروجيني بعناية فائقة‪.‬‬ ‫أوقف تدفق حمض الهيدروكلوريك بمجرد ما يستقر مستوى الرقم الهيدروجيني‪.‬‬

‫‪.13‬‬ ‫‪.14‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪ .15‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫|‪|6‬‬

‫| الحامض ‪ -‬معايرة األساس‪ :‬تفاعل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬مع حمض الهيدروكلوريك ‪| HCl‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫على الرسم البياني‪ ،‬حدّد قيمة األُسّ الهيدروجيني األولية من المحلول وقيمة األُسّ الهيدروجيني النهائية‪.‬‬ ‫ُ‬ ‫كيف تغيرت قيمة األُسّ الهيدروجيني أثناء عملية التحييد؟ كم كان حجم حمض الهيدروكلوريك عندما بدأ األسّ الهيدروجيني في‬ ‫التغيير؟ قم بمقارنته مع حجم حمض الهيدروكلوريك عندما تم تحييد هيدروكسيد الصوديوم تماما‪.‬‬ ‫على الرسم البياني‪ ،‬حدّد الوقت الذي بدأ فيه األُسّ الهيدروجيني بالتغير ومن ثم حدّد نقطة التحييد‪ .‬كم أخذت من الوقت؟‬ ‫على الرسم البياني‪ ،‬قم بتحديد درجة الحرارة األولية ودرجة الحرارة النهائية‪ .‬كيف تغيرت درجة الحرارة؟‬ ‫حساب حرارة تفاعل ‪Q‬‬ ‫‪(1) Q  mcT‬‬

‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = m‬كتلة الماء‬ ‫‪ = Cp‬قدرة حرارة الماء عند ضغط ثابت‬ ‫‪ = ΔT‬التغير في درجة الحرارة‬ ‫مالحظة‪ :‬قدرة حرارة الماء المع ّينة عند درجة حرارة ‪ C°25‬هي ‪.)J/g*°C( 4,18‬‬ ‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬ ‫̶ ‪30‬‬

‫األُسّ الهيدروجيني ‪pH‬‬

‫̶ ‪28‬‬ ‫̶ ‪26‬‬ ‫درجة الحرارة‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫األُسّ الهيدروجيني ‪pH‬‬

‫̶ ‪24‬‬ ‫̶ ‪22‬‬ ‫̶ ‪20‬‬ ‫̶ ‪18‬‬ ‫̶ ‪16‬‬ ‫̶ ‪14‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫هل الحظت التغيير السريع لألُسّ الهيدروجيني؟ اشرح الفرق في الفترة الزمنية القصيرة الالزمة إلنجاز تغييرات جذرية لألُسّ‬ ‫الهيدروجيني في عملية التحييد بأكملها‪.‬‬ ‫بن استنتاجاتك على التجربة التي قمت بها‪.‬‬ ‫هل تفاعل التحييد هو تفاعل طارد للحرارة أم تفاعل ماصّ للحرارة؟ اِ ِ‬ ‫حاول ت َوقُّع ما سيحدث إذا وضعت الحامض ‪ -‬معايرة األساس مع تركيزات مختلفة من هيدروكسيد الصوديوم في كوب القهوة‪ .‬ماهو‬ ‫التغيير الذي يمكن أن يطرأ على األُسّ الهيدروجيني في كل حالة؟ ما مدى التغيير ال ذي يمكن أن يطرأ على درجة الحرارة؟‬ ‫ماذا سيكون تأثير تفاعل األحماض األخرى (على سبيل المثال حامض الخليك) مع هيدروكسيد الصوديوم؟‬

‫|‪|7‬‬

‫| الحامض ‪ -‬معايرة األساس‪ :‬تفاعل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬مع حمض الهيدروكلوريك ‪| HCl‬‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫‪.3‬‬

‫استخدم تركيزات مختلفة من هيدروكسيد الصوديوم مع تركيز ثابت من حمض الهيدروكلوريك‪.‬‬ ‫قم بحساب التركيزات غير المعروفة من هيدروكسيد الصوديوم ال ُمعايَر (أو حمض الهيدروكلوريك)‪ .‬يمكن القيام بذلك عن طريق وضع‬ ‫دفق الحامض (أو األساس) من السحاحة الماصّة بمعدل ثابت‪ .‬استخ ِدم معدل الدّفق هذا جنبا إلى جنب مع وقت بيانات رسمك البياني من‬ ‫أجل حساب كمية المحلول ال ُمعايَر المضافة إلى المحلول‪.‬‬ ‫قم بإجراء ُمعايَرات حمض قاعدي مع أنواع مختلفة من األحماض و ‪ /‬أو األساسات‪ :‬حمض ضعيف مع أساس قوي والعكس بالعكس‪.‬‬

‫|‪|8‬‬

‫الفصل‬

‫التفاعالت الطاردة للحرارة‪:‬‬ ‫في المياه‬ ‫انحالل هيدروكسيد الصوديوم‬

‫إلكترود األس‬ ‫الهيدروجيني‬

‫مجس الحرارة‬

‫كوب قهوة من‬ ‫البوليسترين‬

‫مــاء‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫تقريبا جميع التفاعالت الكيميائية تشمل إما طرد الحرارة أو امتصاصها‪ ،‬وتصنف هذه التفاعالت إما طاردة أو ماصّة للحرارة‪ .‬عملية طرد‬ ‫للحرارة هي تفاعل كيميائي يتم بواسطته تحرير الحرارة المتولدة‪ ،‬فعندما نقوم بإجراء تفاعل طارد للحرارة في قارورة‪ ،‬مبدئيا فإنها تسخن‪.‬‬ ‫في وقت الحق‪ ،‬حرارة القارورة تتدفق إلى الهواء المحيط حتى تتم إقامة توازن لدرجة الحرارة‪ .‬المُسعّر هو جهاز يستخدم لقياس الحرارة‬ ‫الممتصة أو المتولدة أثناء تفاعل كيميائي‪.‬‬ ‫يمكن حساب حرارة التفاعل من المعادلة التالية‪:‬‬ ‫‪(1) q = Ct‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Q‬كمية الحرارة المطرودة أو الممتصة‪.‬‬ ‫‪ = m‬كتلة المادة‪.‬‬ ‫‪ = C‬قدرة حرارة المادة‪.‬‬ ‫‪ = T‬التغير في درجة الحرارة‪.‬‬ ‫في هذه التجربة سنتابع التغيرات في درجات الحرارة التي تحدث خالل تحلل هيدروكسيد الصوديوم في الماء‪ .‬سوف يستخدم كوب قهوة من‬ ‫البوليسترين بمثابة المُسعِّر‪.‬‬

‫|‪|9‬‬

‫| التفاعالت الطاردة للحرارة‪ :‬انحالل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬في المياه |‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫مِجسّ األُسّ الهيدروجيني‬

‫‪‬‬

‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C° 40-‬إلى ‪)C° 140‬‬

‫‪‬‬

‫كوب قهوة من البوليسترين‬

‫‪‬‬

‫‪10‬غ من هيدروكسيد الصوديوم‬

‫‪‬‬

‫محرك مغناطيسي وقضيب تحريك‬

‫‪‬‬

‫نظارات السالمة‬

‫‪‬‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ األُسّ الهيدروجيني إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫ُ‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪ .einstein™LabMate‬قم بتحديد ِمجسّات األسّ‬ ‫الهيدروجيني ودرجة الحرارة‪.‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫س الهيدروجيني (‪)14-0‬‬ ‫األ ُ ّ‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 5000‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫‪ .1‬قم بإعداد غطاء البوليسترين لكوب القهوة من البوليسترين‪ .‬يجب أن يكون الغطاء ُمسطحا وأكبر من محيط كوب القهوة (انظر الشكل ‪.)1‬‬ ‫‪ .2‬قُم بعمل ثقبين اثنين في الغطاء‪ :‬واحد لقطب األُسّ الهيدروجيني‪ ،‬واحد ل ِمجسّ الحرارة‪.‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫ضع قضيب التحريك المغناطيسي في كوب القهوة‪.‬‬ ‫صبّ ‪ 100‬مل من ماء الصنبور في كوب القهوة‪.‬‬ ‫قم ب َ‬ ‫ضع كوب القهوة على المحرك المغناطيسي‪.‬‬ ‫ضع غطاء على الكأس‪ ،‬ولكن اترك فتحة ضيقة بحيث يمكن أن يُضاف هيدروكسيد الصوديوم‪.‬‬ ‫اِبدأ تحريك الماء في كوب القهوة‪.‬‬ ‫انقر ‪(Run‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪ .9‬اِنتظر حتى تصبح القراءات من ال ِمجسّات مستقرة‪.‬‬ ‫‪ .10‬اِبدأ تحريك الماء في كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪ .11‬قم بإضافة ‪ 2‬غ من هيدروكسيد الصوديوم البلوري إلى الكأس واضبط فورا الغطاء بحيث يتم إحكام غلق الكوب بأفضل شكل ممكن‪.‬‬ ‫‪ .12‬تابع التغيرات في األس الهيدروجيني ودرجة الحرارة المسجلة‪ ،‬حتى تستقر القراءات‪.‬‬ ‫‪ .13‬اختر ‪(Stop‬‬

‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫‪ .14‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫| ‪| 10‬‬

‫| التفاعالت الطاردة للحرارة‪ :‬انحالل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬في المياه |‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬

‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫كيف تغيرت قيمة األُسّ الهيدروجيني أثناء عملية االنحالل؟‬ ‫ُ‬ ‫على الرسم البياني‪ ،‬استخ ِدم المؤشرات لتحديد قيمة األُسّ الهيدروجيني األولية وبعد ذلك قيمة األسّ الهيدروجيني النهائية‪.‬‬ ‫أ‪ .‬الحظ الفرق بين القيمتين‪.‬‬ ‫ُ‬ ‫ب‪ .‬الحظ كم من الوقت تم استغراقه للوصول إلى قيمة األسّ الهيدروجيني النهائية‪.‬‬ ‫ت‪ .‬الحظ الفرق بين قيمت َْي األُسّ الهيدروجيني‪.‬‬ ‫على الرسم البياني‪ ،‬استخ ِدم المؤشرات لتحديد التغير في درجة الحرارة خالل هذه العملية‪.‬‬ ‫قم بحساب حرارة التفاعل باستخدام التغير في درجة الحرارة التي تُحددها أنت (‪ )T‬والمعادلة ‪.1‬‬

‫مالحظة‪ :‬قدرة حرارة الماء المع ّينة عند درجة حرارة ‪ C° 25‬هي ‪.)J/g*°C( 4,18‬‬ ‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬ ‫̶ ‪14‬‬ ‫̶ ‪13‬‬

‫األُسّ الهيدروجيني ‪pH‬‬

‫̶ ‪12‬‬ ‫̶ ‪11‬‬

‫درجة الحرارة‬

‫األُسّ الهيدروجيني ‪pH‬‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫̶ ‪10‬‬ ‫̶ ‪9‬‬ ‫̶ ‪8‬‬ ‫̶ ‪7‬‬ ‫̶ ‪6‬‬ ‫̶ ‪5‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫هل تغير األُسّ الهيدروجيني بسرعة؟ قارن الفترة الزمنية لتغييرات األس الهيدروجيني مع تلك الخاصة بالتغيرات في درجات الحرارة‪.‬‬ ‫اشرح الفرق بين الفترة الزمنية الالزمة لتغيرات األس الهيدروجيني والتغيرات في درجات الحرارة‪.‬‬ ‫هل االنحالل هو تفاعل طارد للحرارة أم تفاعل ماصّ للحرارة؟ هل هو تفاعل قوي؟ ِاب ِن استنتاجاتك على مالحظات التجربة التي قمت‬ ‫بها‪.‬‬ ‫حاول تخمين نتائج التحلل التي ستقع في حالة إضافة كميات مختلفة من هيدروكسيد الصوديوم إلى الماء‪ .‬ماهو التغيير الممكن لألُسّ‬ ‫الهيدروجيني في كل حالة؟ ما مدى التغيير الذي يمكن أن يطرأ على درجة الحرارة؟‬

‫| ‪| 11‬‬

‫| التفاعالت الطاردة للحرارة‪ :‬انحالل هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬في المياه |‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫قم بتذويب كميات مختلفة من هيدروكسيد الصوديوم في الماء‪ .‬تابع التغيرات في األس الهيدروجيني ودرجة الحرارة في كل حالة‪ .‬احسب‬ ‫حرارة التفاعل في كل حالة‪.‬‬ ‫قم بدراسة تأثير درجة األس الهيدروجيني للماء على ذوبان هيدروكسيد الصوديوم‪ .‬تابع حرارة التفاعل في محلول منظم‪ .‬بدال من ذلك‪،‬‬ ‫قم بتذويب ‪ KOH‬أو ‪ NH4OH‬في الماء قبل تذويب هيدروكسيد الصوديوم‪.‬‬ ‫قم بإجراء تفاعل إضافي طارد للحرارة‪ .‬قم بتذويب ‪ CuSO4‬الالمائية (بلورات بيضاء) في الماء‪ .‬ذوبان كبريتات النحاس في الماء يُش ِّكل‬ ‫أيونات نحاسية مائية زرقاء‪.‬‬

‫| ‪| 12‬‬

‫الفصل‬

‫تفاعالت األكسدة واالختزال‪ :‬كلوريد النحاس مع‬ ‫األلومنيوم‬

‫مجس الحرارة‬

‫كوب قهوة من‬ ‫البوليسترين‬ ‫مــاء‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫تشمل تفاعالت األكسدة واالختزال نقل اإللكترونات بين الذرات‪ .‬المُرَ َّكب الذي يفقد إلكترونا ً يقال بأنه تأكسد‪ ،‬اآلخر الذي يكسب إلكترونا ً يقال بأنه‬ ‫اخ ُتزل‪.‬‬ ‫ُختزل‪ ،‬في حين أن المُر َّكب الذي تم تخفيضه يشار إليه على أنه عامل مؤكسِ د‪.‬‬ ‫يشار إلى المُر َّكب الذي تأكسد كعامل م ِ‬ ‫رقم األكسدة هو رقم متطابق مع التكافؤ أو عدد الروابط التي يمكن أن ُتش ّكلها ذرّة ولكن مع إضافة عالمة زائد ‪ +‬لإلشارة إلى اإللكترونات‬ ‫المفقودة‪ ،‬أو عالمة ناقص ‪ -‬لإلشارة إلى إلكترونات إضافية‪ .‬وهكذا‪ ،‬فإن رقم أكسدة الكلور في حمض الهيدروكلوريك هو ‪ ،-1‬في حين أنه هو‬ ‫‪ +1‬في حامض الهيبوكلوروز‪ .‬على نحو مماثل يمكن القول أن رقم أكسدة الكلور في حمض الكلور (‪ )HCIO3‬هو ‪ ،+5‬وحمض البيركلوريك‬ ‫(‪ )HCIO4‬هو ‪.+7‬‬ ‫في هذه التجربة سوف نقوم بمتابعة تغيرات درجات الحرارة التي تحدث أثناء تفاعل األكسدة واالختزال‪:‬‬ ‫‪3+‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2+‬‬

‫‪−‬‬ ‫)‪3Cu(aq) + 6CI(aq‬‬ ‫)‪+ 2Al(s) → 3Cu(s) + 2Al(aq) + 6Cl−(aq‬‬

‫األلومنيوم‪ ،Al ،‬تمت أكسدته إلى ‪ ،Al3+‬بينما ‪ +Cu2‬تم اختزاله إلى ‪.Cu‬‬ ‫يمكن حساب حرارة التفاعل من المعادلة التالية‪:‬‬ ‫‪q = Ct‬‬

‫)‪(2‬‬

‫| ‪| 13‬‬

‫)‪(1‬‬

‫| تفاعالت األكسدة واالختزال‪ :‬كلوريد النحاس مع األلومنيوم |‬

‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Q‬كمية الحرارة المطرودة أو الممتصة‪.‬‬ ‫‪ = m‬كتلة المادة‪.‬‬ ‫‪ = C‬قدرة حرارة المادة‪.‬‬ ‫‪ = T‬التغير في درجة الحرارة‪.‬‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C° 40-‬إلى ‪)C° 140‬‬ ‫كوب قهوة من البوليسترين‬ ‫‪ 5‬غ ‪CuCl2‬‬ ‫محرك مغناطيسي وقضيب تحريك‬ ‫رقائق األلومنيوم‬ ‫نظارات السالمة‬

‫مُعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ثانية‬

‫عيّنة‪:‬‬

‫‪ 200‬عيّنة‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بإعداد غطاء البوليسترين لكوب القهوة من البوليسترين‪ .‬يجب أن يكون الغطاء ُمسطّحا وأكبر من محيط كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪ .2‬قم بإنشاء ثقب في الغطاء من أجل ِمجسّ الحرارة‪( .‬انظر الشكل ‪)1‬‬ ‫‪ .3‬ضع قضيب التحريك المغناطيسي في كوب القهوة‪.‬‬ ‫ض ْع الشريط المغناطيسي في الكوب‪.‬‬ ‫و‬ ‫‪ .4‬قم بصب ‪ 50‬مل من ماء الصنبور في كوب القهوة َ‬ ‫‪ .5‬ضع كوب القهوة على المحرك المغناطيسي‪.‬‬ ‫‪ .6‬ضع غطاء على الكأس‪ ،‬ولكن اترك فتحة ضيقة بحيث يمكن أن يُضاف ‪.CuCl2‬‬ ‫‪ .7‬اِبدأ تحريك الماء في كوب القهوة‪.‬‬

‫| ‪| 14‬‬

‫| تفاعالت األكسدة واالختزال‪ :‬كلوريد النحاس مع األلومنيوم |‬

‫‪.8‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪ .‬اِنتظر حتى تصبح القراءات من ال ِمجسّات مستقرة‪.‬‬

‫‪ .9‬قم بإضافة ‪ 5‬غ من ‪ CuCl2‬البلوري إلى الكوب واضبط فورا الغطاء بحيث يتم إحكام غلق الكوب بأفضل شكل ممكن‪.‬‬ ‫‪ .10‬قم بإضافة رقائق األلمنيوم إلى الكوب واضبط فورا الغطاء بحيث يتم إحكام غلق الكوب بأفضل شكل ممكن‪.‬‬ ‫‪ .11‬تابع التغيرات في درجات الحرارة المسجلة على الشاشة‪ ،‬حتى ال تتبقى تغييرات مال َحظة في درجات الحرارة‪.‬‬ ‫‪ .12‬اختر ‪(Stop‬‬

‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫‪ .13‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫على الرسم البياني‪ ،‬قم بتحديد درجات حرارة البداية والنهاية‪ .‬ما هو الفرق بينهما؟ كيف تغيرت درجات الحرارة أثناء تفاعل األكسدة‬ ‫واإلختزال؟ كم استغرق التفاعل من الوقت للوصول إلى درجة الحرارة النهائية؟‬ ‫قم بحساب حرارة التفاعل باستعمال المعادلة ‪.2‬‬

‫مالحظة‪ :‬قدرة حرارة الماء المع ّينة عند درجة حرارة ‪ C°25‬هي ‪.)J/g*°C( 4,18‬‬ ‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني للحرارة مقابل المدة الزمنية الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫؟ ما هي التغييرات التي حدثت في لون رقائق األلومنيوم؟‬ ‫اكتب التفاعالت التي حدثت واكتب معادالت التفاعالت الفردية لألكسدة واالختزال على النحاس واأللومنيوم‪.‬‬ ‫أي األنواع تم اختزالها وأي تمت أكسدتها؟‬

‫| ‪| 15‬‬

‫| تفاعالت األكسدة واالختزال‪ :‬كلوريد النحاس مع األلومنيوم |‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫قم بإسقاط قطعة من الحديد في محلول كلوريد النحاس‪ .‬اكتب التفاعل الذي يقع‪ ،‬ومعادالت األكسدة واالختزال الفردية‪.‬‬ ‫قم بإسقاط قطعة من معدن الزنك في حمض الهيدروكلوريك المخفّف‪ .‬يتم إطالق الهيدروجين (‪.)H2‬‬ ‫اكتب معادلة التفاعل العامة ومعادالت األكسدة واالختزال الفردية لهذا التفاعل‪ .‬أي األنواع تم اختزالها؟ أي األنواع تمت أكسدتها؟‬

‫| ‪| 16‬‬

‫الفصل‬

‫صة للحرارة‪ :‬انحالل نترات األمونيوم‬ ‫التفاعالت الما ّ‬ ‫في المياه‬

‫مجس الحرارة‬

‫كوب قهوة من‬ ‫البوليسترين‬ ‫مــاء‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫عملية امتصاص الحرارة هي تفاعل كيميائي يتم بواسطته امتصاص الحرارة‪ .‬عندما نقوم بإجراء تفاعل ماصّ للحرارة في قارورة‪ ،‬مبدئيا‬ ‫فإنها تبرد‪ .‬في وقت الحق‪ ،‬حرارة الهواء المحيط تتدفق إلى القارورة حتى تتم إقامة توازن لدرجة الحرارة‪.‬‬ ‫في هذه التجربة سنتابع تغيرات درجات الحرارة التي تحدث خالل تحلل نترات األمونيوم البلورية في الماء‪.‬‬ ‫يمكن حساب حرارة التفاعل من المعادلة التالية‪:‬‬ ‫‪(1) q = Ct‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Q‬كمية الحرارة المطرودة أو الممتصة‪.‬‬ ‫‪ = m‬كتلة المادة‪.‬‬ ‫‪ = C‬قدرة حرارة المادة‪.‬‬ ‫‪ = T‬التغير في درجة الحرارة‪.‬‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)°140‬‬ ‫‪ 5‬غ ‪NH4NO3‬‬ ‫كوب قهوة من البوليسترين‬

‫| ‪| 17‬‬

‫صة للحرارة‪ :‬انحالل نترات األمونيوم في المياه |‬ ‫| التفاعالت الما ّ‬

‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫محرك مغناطيسي وقضيب تحريك‬ ‫نظارات السالمة‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 500‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بإعداد غطاء البوليسترين لكوب القهوة من البوليسترين‪ .‬يجب أن يكون الغطاء ُمسطّحا وأكبر من محيط كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪ .2‬قم بإنشاء ثقب في الغطاء ثم أدخل ِمجسّ الحرارة‪.‬‬ ‫‪ .3‬ضع قضيب التحريك المغناطيسي في كوب القهوة‪.‬‬ ‫صبّ ‪ 50‬مل من ماء الصنبور في كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪ .4‬قم ب َ‬ ‫‪ .5‬ضع كوب القهوة على المحرك المغناطيسي‪.‬‬ ‫‪ .6‬ضع غطاء على الكأس‪ ،‬ولكن اترك فتحة ضيقة بحيث يمكن أن يُضاف ‪.NH4NO3‬‬ ‫‪ .7‬اِبدأ تحريك الماء في كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪.8‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪ .9‬اِنتظر حتى تصبح القراءات من ال ِمجسّ مستقرة‪.‬‬ ‫‪ .10‬قم بإضافة ‪ 5‬غ من ‪ NH4NO3‬إلى الكوب واضبط فورا الغطاء بحيث يتم إحكام غلق الكوب بأفضل شكل ممكن‪.‬‬ ‫‪ .11‬تابع التغيرات في درجات الحرارة المسجلة على الشاشة‪ ،‬حتى ال تتبقى تغييرات مال َحظة في درجات الحرارة‪.‬‬ ‫‪ .12‬اختر ‪(Stop‬‬

‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫‪ .13‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫على الرسم البياني‪ ،‬استخ ِدم المؤشرات لتحديد الحرارة األولية والحرارة النهائية‪.‬‬ ‫كيف تغيرت الحرارة أثناء تحلّل نترات األمونيوم البلورية في الماء؟‬ ‫ما هو الفرق بين القيمتين؟‬ ‫كم استغرق التفاعل من الوقت للوصول إلى درجة الحرارة النهائية؟‬ ‫قم بحساب حرارة التفاعل باستعمال المعادلة ‪.1‬‬

‫مالحظة‪ :‬قدرة حرارة الماء المع ّينة عند درجة حرارة ‪ C° 25‬هي ‪.)J/g*°C( 4,18‬‬ ‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني للحرارة مقابل المدة الزمنية الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬

‫| ‪| 18‬‬

‫صة للحرارة‪ :‬انحالل نترات األمونيوم في المياه |‬ ‫| التفاعالت الما ّ‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫بن استنتاجاتك على مالحظاتك أثناء التجربة التي قمت بها‪.‬‬ ‫ما هو نوع التفاعل الكيميائي لتحلّل نترات األمونيوم في الماء؟ اِ ِ‬ ‫حاول توقع نتائج تحلّل كميات مختلفة من ‪ NH4NO3‬في الماء‪ .‬كيف ستتم التغيرات في درجة الحرارة؟‬ ‫ماذا سيكون تأثير تدفئة الماء قبل تحلّل ?‪NH4NO3‬؟ ماذا سيكون تأثير تبريد الماء؟‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫قم بتذويب كميات مختلفة من ‪ NH4NO3‬في الماء‪ .‬تابع تغيرات درجة الحرارة في كل حالة‪ .‬احسب حرارة التفاعل في كل حالة‪.‬‬ ‫افحص تأثير زيادة وانخفاض درجة الحرارة األولية للماء على تحلّل ‪.NH4NO3‬‬

‫| ‪| 19‬‬

‫الفصل‬

‫الماصة للحرارة‪:‬‬ ‫التفاعالت‬ ‫ّ‬ ‫خلط بلّورات من هيدروكسيد الباريوم مع‬ ‫إيزوثيوسيانات األمونيوم‬

‫قضيب زجاجي‬ ‫مجس الحرارة‬

‫‪Ba(OH)2·8H2O‬‬

‫طبقــة رقيقـة‬ ‫من الماء‬

‫لــوحــــة‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫عندما يتم خلط جيد الثنين من المواد البلورية ‪ Ba(OH)2  8HO‬و ‪ NH4SCN‬في قارورة‪ ،‬يُطوِّ ر امتصاص للحرارة أو تفاعل ماصّ‬ ‫للحرارة ما يلي‪:‬‬ ‫‪Ba(OH)2 ∙ 84H2 O+2NH4 SCN ⟶Ba(SCN)2+2NH3+10H2 O‬‬

‫)‪(1‬‬

‫مادة األمونيا الغازية (‪ ،)NH3‬التي تشكلت في هذا التفاعل‪ ،‬يمكن كشفها بسهولة نظرا لرائحتها النفاذة‪.‬‬ ‫إذا تم وضع القارورة‪ ،‬التي تعطي إحساسا باردا جدا عند الملمس‪ ،‬على لوحة مغطاة بطبقة رقيقة من الماء‪ ،‬فإن القارورة واللوحة يتجمدان‬ ‫معا‪.‬‬ ‫في هذه التجربة نتابع تغيرات درجات الحرارة التي تحدث أثناء خلط أوكتاهيدرات هيدروكسيد الباريوم البلورية وثيوسيانات األمونيوم‬ ‫وتجربة تفاعل القارورة وتجمُّد اللوحة معا‪.‬‬ ‫يمكن حساب حرارة التفاعل من المعادلة التالية‪:‬‬ ‫‪(2) q = Ct‬‬

‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Q‬كمية الحرارة المطرودة أو الممتصة‪.‬‬ ‫‪ = m‬كتلة المادة‪.‬‬

‫| ‪| 20‬‬

‫| التفاعالت الماصّة للحرارة‪ :‬خلط بلّورات من هيدروكسيد الباريوم مع إيزوثيوسيانات األمونيوم |‬

‫‪ = C‬قدرة حرارة المادة‪.‬‬ ‫‪ = T‬التغير في درجة الحرارة‪.‬‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C° 40-‬إلى ‪)° 140‬‬ ‫‪2‬غ من ‪Ba(OH)2 ·8H2O‬‬ ‫‪4‬غ من ‪NH4SCN‬‬ ‫لوحة خشبية أو بالستيكية‪ ،‬حوالي ‪5‬سم × ‪5‬سم‬ ‫قارورة زجاجية ‪ 10‬مل‬ ‫قضيب زجاجي‬ ‫نظارات السالمة‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 200‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بصب الماء على لوحة حتى يتم تغطيتها بطبقة رقيقة من الماء‪.‬‬ ‫‪ .2‬قم بوزن ‪ 2‬غرام من ‪ Ba(OH)2  8H2O‬في قارورة زجاجية ‪ 100‬مل‪.‬‬ ‫أدخل ِمجسّ درجة الحرارة في بلورات هيدروكسيد الباريوم داخل القارورة‪.‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫ِ‬ ‫‪ .4‬قم بوزن ‪ 4‬غرام من ثيوسيانات األمونيوم‪.‬‬ ‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫اِنتظر حتى تصبح القراءات من ِمجسّ الحرارة مستقرة‪.‬‬ ‫قم بإضافة ‪ NH4SCN‬التي تم وزنها إلى القارورة التي تحتوي على ‪.Ba(OH)2  8H2O‬‬ ‫ضع القارورة على اللوحة المغطاة بالمياه‪ ،‬كما هو موضح في الشكل ‪.a1‬‬

‫| ‪| 21‬‬

‫| التفاعالت الماصّة للحرارة‪ :‬خلط بلّورات من هيدروكسيد الباريوم مع إيزوثيوسيانات األمونيوم |‬

‫قضيب زجاجي‬ ‫مجس الحرارة‬

‫‪Ba(OH)2·8H2O‬‬ ‫طبقــة رقيقـة‬ ‫من الماء‬ ‫لــوحــــة‬

‫الشكل ‪a1‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫امزج المواد بشكل دقيق في القارورة مستعمال قضيبا زجاجيا‪.‬‬ ‫تابع تغيرات درجات الحرارة بالقارورة‪ ،‬حتى ال تتبقى تغييرات مال َحظة في درجات الحرارة‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫عندما تستقر درجة الحرارة‪ ،‬اضغط ‪(Stop‬‬

‫‪.4‬‬

‫قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫‪.5‬‬

‫حاول إزالة القاروة من فوق اللوح‪.‬‬

‫) لوقف تجميع البيانات‪.‬‬ ‫)‪.‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫على الرسم البياني‪ ،‬حدِّد درجة الحرارة األولية‪ ،‬ثم حدِّد درجة الحرارة النهائية‪ .‬كيف تغيرت درجات الحرارة أثناء هذا التفاعل‬ ‫الكيميائي؟ ما هو الفرق بين القيمتين؟‬ ‫كم استغرق التفاعل من الوقت للوصول إلى درجة الحرارة النهائية؟‬ ‫احسب حرارة التفاعل‪.‬‬

‫مالحظة‪ :‬قدرة حرارة الماء المع ّينة عند درجة حرارة ‪ C° 25‬هي ‪.)J/g*°C( 4,18‬‬ ‫‪.3‬‬

‫قم بوصف ما حدث عندما حاولت التقاط القارورة‪.‬‬

‫| ‪| 22‬‬

‫| التفاعالت الماصّة للحرارة‪ :‬خلط بلّورات من هيدروكسيد الباريوم مع إيزوثيوسيانات األمونيوم |‬

‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني للحرارة مقابل المدة الزمنية الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫ما هي تغييرات درجات حرارة القارورة التي الحظتها؟ اشرح نتائجك‪.‬‬ ‫ما هو نوع التفاعل الكيميائي الذي حصل في القارورة؟‬ ‫قم بوصف ما حدث عندما حاولت انتشال القارورة‪.‬‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫قم بتغيير المقادير النسبية لـ ‪ Ba(OH)2  8H2O‬و ‪ ،NH4SCN‬ثم تابع تغير درجة الحرارة في كل حالة‪.‬‬ ‫قم بإجراء تفاعل إضافي طارد للحرارة‪ .‬تحلّل ‪ KNO3‬في الماء (‪ 25‬غرام في ‪ 50‬مل من الماء)‪.‬‬ ‫تابع معدل إطالق األمونيوم في التفاعل وذلك باستخدام ِمجسّ الضغط‪ .‬بهذه الطريقة يمكن قياس معدل التفاعل‪.‬‬

‫| ‪| 23‬‬

‫الفصل‬

‫صة للحرارة‪ :‬تفاعل محلول حمض‬ ‫التفاعالت الما ّ‬ ‫الستريك مع بيكربونات الصودا‬

‫مجس الحرارة‬

‫كوب قهوة من‬ ‫البوليسترين‬ ‫مــاء‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫عملية امتصاص الحرارة هي تفاعل كيميائي يتم بواسطته امتصاص الحرارة‪ .‬عندما نقوم بإجراء تفاعل ماصّ للحرارة في قارورة‪ ،‬مبدئيا فإنها‬ ‫تبرد‪ .‬في وقت الحق‪ ،‬حرارة الهواء المحيط تتدفق إلى القارورة حتى تتم إقامة توازن لدرجة الحرارة‪.‬‬ ‫في هذه التجربة نتابع تغيرات درجات الحرارة التي تحدث أثناء عملية التفاعل بين محلول حمض الستريك وبيكربونات الصودا‪.‬‬ ‫)‪(1) H3 C6 H5 O7 (aq) + 3NaHCO3 (s) ⟶ 3CO2(g) + 3H2 O + Na3 C6 H5 O7(aq‬‬ ‫يمكن حساب حرارة التفاعل من المعادلة التالية‪:‬‬ ‫‪)2( q = Ct‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Q‬كمية الحرارة المطرودة أو الممتصة‪.‬‬ ‫‪ = m‬كتلة المادة‪.‬‬ ‫‪ = C‬قدرة حرارة المادة‪.‬‬ ‫‪ = T‬التغير في درجة الحرارة‪.‬‬

‫| ‪| 24‬‬

‫التفاعالت الماصّة للحرارة‪ :‬تفاعل محلول حمض الستريك مع بيكربونات الصودا |‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C° 40-‬إلى ‪)° 140‬‬ ‫‪ 25‬مل من محلول حمض الستريك (‪)H3C6H5O7‬‬ ‫‪15‬غ بيكربونات الصودا (‪)NaHCO3‬‬ ‫كوب قهوة من البوليسترين‬ ‫محرك مغناطيسي وقضيب تحريك‬ ‫نظارات السالمة‬

‫مُعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 500‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫ّ‬ ‫‪ .1‬قم بإعداد غطاء البوليسترين لكوب القهوة من البوليسترين‪ .‬يجب أن يكون الغطاء ُمسطحا وأكبر من محيط كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫قم بإنشاء ثقب في الغطاء ثم أدخل ِمجسّ الحرارة‪.‬‬ ‫ضع قضيب التحريك المغناطيسي في كوب القهوة‪.‬‬ ‫صبّ ‪ 25‬مل من حمض الستريك في كوب القهوة‪.‬‬ ‫قم ب َ‬ ‫ضع كوب القهوة على المحرك المغناطيسي‪.‬‬ ‫ضع غطاء على الكأس‪ ،‬ولكن اترك فتحة ضيقة بحيث يمكن أن تُضاف بيكربونات الصودا (‪.)NaHCO3‬‬ ‫اِبدأ تحريك الماء في كوب القهوة‪.‬‬ ‫انقر ‪(Run‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪ .‬اِنتظر حتى تصبح القراءات من ال ِمجسّ مستقرة‪.‬‬

‫‪ .9‬بعد ‪ 20‬ثانية أضف بيكربونات الصودا (‪ )NaHCO3‬إلى الكوب‪ ،‬وأغلق على الفور الغطاء لضمان أن الكأس ُمحكمة اإلغالق‪.‬‬ ‫‪ .10‬تابع التغيرات في درجات الحرارة المسجلة على الشاشة‪ ،‬حتى ال تتبقى تغييرات مال َحظة في درجات الحرارة‪.‬‬ ‫‪ .11‬اختر ‪(Stop‬‬

‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫‪ .12‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫| ‪| 25‬‬

‫التفاعالت الماصّة للحرارة‪ :‬تفاعل محلول حمض الستريك مع بيكربونات الصودا |‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫على الرسم البياني‪ ،‬حدِّد درجة الحرارة األولية‪ ،‬ثم حدِّد درجة الحرارة النهائية‪ .‬كيف تغيرت درجات الحرارة أثناء هذا التفاعل الكيميائي؟ ماذا‬ ‫كان الفرق بين القيمتين؟‬ ‫كم استغرق التفاعل من الوقت للوصول إلى درجة الحرارة النهائية؟‬ ‫احسب حرارة التفاعل‪.‬‬

‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني للحرارة مقابل المدة الزمنية الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫بن استنتاجاتك على مالحظاتك للتجربة التي‬ ‫ما هو نوع التفاعل الكيميائي الذي يحدث عند خلط محلول حمض الستريك وبيكربونات الصودا؟ اِ ِ‬ ‫قمت بها‪.‬‬ ‫حاول توقع نتائج خلط كميات مختلفة من بيكربونات الصودا في محلول حامض الستريك‪ .‬ما مدى التغير الذي سيكون في درجة الحرارة؟‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫قم بتغيير المقادير النسبية لحمض الستريك وبيكربونات الصودا‪ .‬تابع تغيرات درجة الحرارة في كل حالة‪ .‬احسب حرارة التفاعل في كل حالة‪.‬‬ ‫تابع معدل إطالق ‪ CO2‬في التفاعل وذلك باستخدام ِمجسّ ‪.CO2‬‬

‫| ‪| 26‬‬

‫الفصل‬

‫التحفيز الكيميائي‪َ :‬تحلُّل‬

‫في وجود‬

‫مجس الضغط‬ ‫محقنة‬

‫سـدادة فلينـيــة‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫المُح ِّفز هو مادة كيميائية تزيد من معدل التفاعل‪ ،‬وتسمى هذه العملية بالتحفيز الكيميائي‪ .‬المُح ِّفز يشارك في تفاعل لكنه ال يُستهلك من طرف‬ ‫التفاعل‪ .‬المُح ِّفز يدخل التفاعل في خطوة واحدة ويتم إعادة توليده في خطوة أخرى‪.‬‬ ‫‪+2‬‬ ‫محلول نقي من ‪ H2O2‬هو مستقر‪ .‬ولكن عندما تتم إضافة مُح ِّفز‪ ،‬مثل ‪ ،MnO2‬معدن البالتين أو أيونات ‪ ،Fe‬فإنه يتحلل بسرعة إلى ماء‬ ‫وجزيئات األوكسجين‪.‬‬ ‫‪MnO2‬‬ ‫‪2H2O + O2‬‬

‫‪H2OO2‬‬

‫في هذه التجربة نتابع طرد جزيئات األكسجين الناتجة عن تحلل ‪ H2O2‬في وجود ‪ ،MnO2‬وذلك باستخدام مِجسّات الضغط‪.‬‬

‫| ‪| 27‬‬

‫)‪(1‬‬

‫| التحفيز الكيميائي‪َ :‬تحلُّل ‪ H2O2‬في وجود ‪| MnO2‬‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫اثنان من مِجسّات الضغط (‪ 150 - 150‬ميلبار)‬ ‫اثنان من الصّمامات الثالثية‬ ‫قارورتان زجاجيتان ‪ 10‬مل‬ ‫سدادتان فلينيتان اثنتان‪ ،‬واحدة لكل قارورة‬ ‫محقنة بالستيكية واحدة سعة ‪ 2‬مل‬ ‫ثالث إبر للمحقنة عيار ‪20‬‬ ‫ثالثة أنابيب مطاطية قصيرة‬ ‫‪ ٪3‬محلول ‪H2O2‬‬ ‫عدد قليل من بلورات ‪MnO2‬‬ ‫نظارات السالمة‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّات الضغط إلى المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.LabMate‬‬ ‫قم بتحديد ِمجسّات الضغط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬ ‫يتم إدخال إبرة محقنة (عيار ‪ )20‬من خالل الفلين‪ ،‬حتى ينبثق طرفها خارجا قليال‪.‬‬ ‫في الطرف اآلخر من إبرة المحقنة‪ ،‬وأنت تدفع خارجا الجانب العلوي من الفلين‪ ،‬قم بربط الصمام الثالثي ب ِمجسّ الضغط‪.‬‬ ‫أدر الصمام حتى تصبح فتحته متوجهة عموديا‪ .‬في هذه الوضعية‪ ،‬يمكن للهواء أن يتدفق من خالل الصمام‪.‬‬ ‫أدخل إبرة إضافية في واحدة من الفلينات‪ .‬محقنة مليئة بـ ‪ ٪3‬محلول ‪ H2O2‬سيتم ربطها إلى هذه اإلبرة الحقا‪.‬‬ ‫في هذه التجربة يجب غلق القوارير بإحكام‪ .‬لمزيد من المعلومات راجع‪ :‬إحكام الغلق‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعدادات التالية‪:‬‬ ‫الضغط (‪ 1150 - 150‬ميلبار)‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 500‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬أ ِّشر على القوارير بالتسميات ‪ 1‬و ‪.2‬‬ ‫‪ .2‬امأل المحقنة البالستيكية بـ ‪ 2‬مل من محلول ‪.H2O2 ٪3‬‬ ‫‪ .3‬أضف ‪ 8‬مل ماء و ‪ 2‬مل من محلول ‪ H2O2 ٪3‬إلى القارورة ‪.1‬‬ ‫‪ .4‬أضف ‪ 8‬مل ماء و بعض بلورات ‪ MnO2‬إلى القارورة ‪ .2‬قم بخلط المحلول بلُطف‪.‬‬ ‫‪ .5‬أح ِكم بإغالق القارورات بالسدادات الفلينية‪.‬‬ ‫‪ .6‬اربط المحقنة المملوءة بمحلول ‪ H2O2‬مع القارورة ‪ 2‬من خالل اإلبرة اإلضافية التي تم إدخالها عبر الفلين‪.‬‬ ‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪.7‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫‪.8‬‬

‫تابع مستوى الضغط المسجَّل على شاشة الكمبيوتر‪.‬‬

‫| ‪| 28‬‬

‫| التحفيز الكيميائي‪َ :‬تحلُّل ‪ H2O2‬في وجود ‪| MnO2‬‬

‫‪ .9‬تأكد من أن الهواء في القوارير هو في ضغط جوي (حوالي ‪ 1000‬مليبار)‪.‬‬ ‫‪ .10‬قم بحقن محلول ‪ H2O2‬في القارورة ‪ ،2‬وعلى الفور أَ ِدر صمامات القارورتين االثنتين لوقف تدفق الهواء من خاللهما‪.‬‬ ‫‪ .11‬تابع تغيرات الضغط المسجلة على شاشة الكمبيوتر أثناء التجربة‪.‬‬ ‫‪ .12‬اختر ‪(Stop‬‬

‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫‪ .13‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫على رسم بياني‪ ،‬حدِّد الضغط األولي والضغط النهائي‪ .‬افعل نفس الشيء للرسم البياني الثاني‪.‬‬ ‫كيف تغير الضغط في كل قارورة؟‬ ‫أوجد الفرق بين مجموعتي القيم‪.‬‬ ‫نشئ رسم بياني تفاضلي عن طريق طرح الرسم البياني لضغط قارورة التحكم من ذلك الذي بالقارورة‬ ‫احسب معدل تفاعل تحلل ‪ .H2O2‬أَ ِ‬ ‫التجريبية‪:‬‬ ‫‪ .a‬استخ ِدم المؤشر لتحديد نقاط بداية ونهاية خط الرسم البياني من القارورة التي تم إضافة ‪ MnO2‬إليها‪.‬‬ ‫‪.b‬‬

‫قم بتحديد ‪(Function‬‬

‫‪.c‬‬

‫من القائمة المنسدلة لـ ‪ Functions‬قم بتحديد زر ‪(Setup‬‬

‫‪.d‬‬

‫من القائمة المنسدلة لـ ‪ G1‬قم بتحديد ‪( Pressure‬من القارورة التي بها ‪ .)MnO2‬من القائمة المنسدلة لـ ‪ G2‬قم بتحديد‬ ‫‪( Pressure‬من قارورة التحكم)‪.‬‬ ‫حدد الخط الجديد للرسم البياني‬ ‫قم بتحديد ‪Function‬‬ ‫حدد ‪ Linear Fit‬انطالقا من قائمة ‪Function‬‬ ‫انحدار خط التناسب هو معدل التفاعل الصافي‪.‬‬

‫‪.e‬‬ ‫‪.f‬‬ ‫‪.g‬‬ ‫‪.h‬‬

‫)‪.‬‬

‫| ‪| 29‬‬

‫) قرب ‪..Subtract equation‬‬

‫| التحفيز الكيميائي‪َ :‬تحلُّل ‪ H2O2‬في وجود ‪| MnO2‬‬

‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬

‫الضغط (ميلبار)‬

‫الشكل ‪3‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫كيف يتأثر الضغط بتحلل ‪H2O2‬؟‬ ‫قارن التغيرات في الضغط بالقارورتين االثنتين‪ .‬هل الحظت تغييرا في القارورة ‪1‬؟ في القارورة ‪2‬؟ اشرح الفروقات‪.‬‬ ‫أي من القارورتين هي بمثابة المتح ِّكمة؟ اشرح‪.‬‬ ‫لماذا نحتاج إلى نظام تحكم في التجربة؟‬ ‫ما هو تأثير إضافة بلورات ‪ MnO2‬إلى القوارير؟‬ ‫ماذا سيكون تأثير إضافة كميات متزايدة من ‪ MnO2‬على معدل التفاعل؟‬ ‫ّ‬ ‫ماذا سيكون تأثير ارتفاع درجة الحرارة في القوراير أثناء التجربة على معدل تفاعل تَحوُّ ل ال ُمركب إلى عنصرين ‪ H2O2‬؟‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫وتابع التفاعالت‪.‬‬ ‫أضف كميات متزايدة من ‪ MnO2‬إلى خليط التفاعل ِ‬ ‫احسب معدل التفاعل ال ُمحصَّل عليه في كل تجربة‪.‬‬ ‫قارن تأثير أنواع مختلفة من المحفزات الكيميائية‪ ،HBr ،HI :‬أيونات ‪ ،Fe+2‬معدن البالتين‪.‬‬ ‫غيِّر تركيز ‪ H2O2‬ال ُمضاف إلى خليط التفاعل‪ ،‬وقارن تأثير التركيزات المتفاعلة على معدل التفاعل مع تأثير المحفز‪.‬‬ ‫تابع التغيرات في درجات الحرارة التي تحدث أثناء عملية التفاعل‪ ،‬ثم قم بتقييم تأثير درجة الحرارة على معدل تحلل ‪.H2O2‬‬

‫| ‪| 30‬‬

‫الفصل‬

‫آثار التغيرات على ضغط الهواء في درجة الحرارة‬ ‫الجوية‪ :‬قانون الجمع بين الغازات‬

‫مجس الحرارة‬ ‫مجس‬ ‫الضغط‬

‫قارورة زجاجية‬ ‫مــاء‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫حجم الغازات‪ ،V ،‬يتأثر بدرجة حرارتها‪ .T ،‬كما جاء في قانون تشارلز‪ ،‬عيّنة من الغاز على ضغط ثابت تتزايد خطيا في الحجم مع درجة‬ ‫الحرارة‪:‬‬ ‫(‪)1‬‬ ‫‪V∝T‬‬ ‫(‪)2‬‬ ‫‪V/T=constant‬‬

‫يمكن التعبير عن قانون تشارلز جنبا إلى جنب مع قانون بويل بعبارة واحدة‪ :‬قانون الغاز المشترَك‪.‬‬ ‫ينص هذا القانون على أن الحجم الذي َتشغله كمية معينة من الغاز يتناسب مع درجة الحرارة المطلقة‪ ،‬مقسوما على الضغط‪:P ،‬‬ ‫‪PV/T=constant‬‬

‫(‪)3‬‬

‫في هذه التجربة نقوم بدراسة العالقة بين الضغط ودرجة الحرارة‪ ،‬وتأثيرهما على سلوك الغاز‪ ،‬من خالل قياس تسخين حجم ثابت من الهواء‬ ‫‪-‬المحبوس في قارورة مغلقة‪ -‬على الضغط الخاص به‪.‬‬

‫| ‪| 31‬‬

‫| آثار التغيرات على ضغط الهواء في درجة الحرارة الجوية‪ :‬قانون الجمع بين الغازات |‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫قارورة زجاجية ‪ 50‬مل‬ ‫سدادة فلينية‬ ‫إبرتان اثنتان للمحقنة‪ ،‬عيار ‪20‬‬ ‫ثالثة أنابيب مطاطية قصيرة‬ ‫صمام ثالثي‬ ‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫مِجسّ الضغط (‪ 1150 - 150‬ميلبار)‬ ‫حامل‬ ‫محرك مغناطيسي‬ ‫نظارات السالمة‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الضغط إلى أحد المنافذ على ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪ 2‬أسفله‪.‬‬ ‫يتم إدخال إبرة محقنة (عيار ‪ )20‬من خالل الفلين‪ ،‬حتى ينبثق طرفها قليال خارج الفلين (الشكل ‪.)1‬‬ ‫في الطرف اآلخر من إبرة المحقنة‪ ،‬وأنت تدفع خارجا الجانب العلوي من الفلين‪ ،‬قم بربط صمام ثالثي‪ ،‬ثم قم بإرفاق ِمجّس الضغط على‬ ‫الطرف اآلخر من الصمام‪.‬‬ ‫في الطرف اآلخر من إبرة المحقنة‪ ،‬وأنت تدفع خارجا الجانب العلوي من الفلين‪ ،‬قم بربط صمام ثالثي‪ ،‬ثم قم بإرفاق ِمجّس الضغط على‬ ‫الطرف اآلخر من الصمام‪.‬‬ ‫أدر الصمام حتى تصبح فتحته متوجهة أفقيا‪ .‬في هذه الوضعية‪ ،‬يمكن للهواء أن يتدفق عبر الصمام من القارورة إلى المناطق المحيطة ‪.‬‬ ‫في هذه التجربة يجب غلق القوارير بإحكام‪ .‬لمزيد من المعلومات راجع‪ :‬إحكام الغلق‪.‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫الضغط (‪ 1150 - 150‬ميلبار)‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 500‬ثانية‬

‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 500‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪ 1‬في األعلى‪.‬‬ ‫‪ .2‬قم بإحداث ثقب في الفلين‪ ،‬يكون كبيرا بما يكفي إلدخال رأس ِمجسّ الحرارة‪.‬‬ ‫بشكل آخر‪ ،‬قم بإحداث شق ضيق على الجانب من الفلين‪.‬‬ ‫‪ .3‬ضع قضيب التحريك المغناطيسي في القارورة‪.‬‬ ‫‪ .4‬اِمأل القارورة الزجاجية بالماء‪ .‬اترك كمية صغيرة من الهواء في القارورة‪ ،‬لمنع المياه من الوصول إلى اإلبر‪.‬‬ ‫| ‪| 32‬‬

‫| آثار التغيرات على ضغط الهواء في درجة الحرارة الجوية‪ :‬قانون الجمع بين الغازات |‬

‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫أَدخل ِمجسّ الحرارة في الثقب أو الفتحة المحدثة بالفلين‪.‬‬ ‫أغلق القارورة بالفلينة وابدأ في التحريك‪.‬‬ ‫تأكد من أن الضغط في القارورة يساوي الضغط الجوي (حوالي ‪ 1000‬مليبار) ثم أ ِدر الصمام لمنع الهواء من دخول القارورة‪.‬‬ ‫انقر ‪(Run‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪ .9‬تابع تغيرات الضغط المسجلة على الشاشة‪.‬‬ ‫‪ .10‬ابدأ تسخين القارورة‪ .‬أدر زر التسخين بالمحرك مغناطيسي ناحية الوسط‪ ،‬وتابع التغيرات في الضغط لمدة تناهز ‪ 5‬دقائق‪.‬‬ ‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫‪ .11‬اختر ‪(Stop‬‬

‫‪ .12‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫قارن بين نمط التغيرات في الضغط مع ذلك الخاص بدرجة الحرارة‪ :‬هل وجدت أي تشابه بين االثنين؟‬ ‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬

‫̶ ‪1350‬‬ ‫̶ ‪1300‬‬ ‫̶ ‪1250‬‬

‫الضغط (ميلبار)‬

‫̶ ‪1200‬‬ ‫̶ ‪1150‬‬ ‫̶ ‪1100‬‬ ‫̶ ‪1000‬‬ ‫̶ ‪950‬‬ ‫̶ ‪900‬‬ ‫̶ ‪850‬‬ ‫̶ ‪800‬‬

‫الشكل ‪3‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫التغيرات في درجة الحرارة وفي الضغط أظهرت شك َل ُمنحنى غير خ ِّ‬ ‫طي‪ .‬لماذا؟‬ ‫كيف سيكون شكل المنحنيات إذا تم تسخين القارورة في حمام؟‬ ‫ماذا سيكون تأثير تبريد القارورة على الضغط؟‬ ‫لنفترض أنه تم تخفيض حجم المياه في القارورة‪ .‬ماذا سيكون تأثير تسخين القارورة مقارنة مع النتائج في التجربة الحالية؟‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫قم بتسخين القارورة لمدة زمنية وجيز‪ ،‬بعد ذلك‪ ،‬أوقف عملية تسخين القارورة‪ .‬بينما تبدأ درجة حرارة القارورة في االستقرار‪ ،‬ابدأ تبريد‬ ‫القارورة ثم تابع تغيرات الضغط التي تم قياسها بالقارورة‪.‬‬ ‫قارن تأثير التسخين أو التبريد على الضغط في كل حالة‪.‬‬ ‫قم بإجراء التجربة مع أحجام مختلفة للماء في القارورة‪ِ .‬‬

‫| ‪| 33‬‬

‫الفصل‬

‫قانون هس‪ :‬حفظ الطاقة في الكيمياء‬

‫مجس الحرارة‬

‫كوب قهوة من‬ ‫البوليسترين‬ ‫مــاء‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫وفقا لقانون هس‪ ،‬إذا كان ممكنا إجراء تفاعل في سلسلة من الخطوات‪ ،‬فإن مجموع اإلنثالبيات (الطاقة الكلية) للخطوات الفردية يجب أن‬ ‫يساوي إنثالبية التفاعل الكلي‪ .‬التفاعالت التي سنستخدم في هذه التجربة هي‪:‬‬ ‫‪ .1‬هيدروكسيد الصوديوم الصلب الذائب في الماء لتكوين محلول مائي من األيونات‪.‬‬ ‫)‪NaOH(s‬‬ ‫(‪Na+(aq) + OH-(aq) )1‬‬ ‫‪ .2‬هيدروكسيد الصوديوم الصلب يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك المائي لتكوين الماء ومحلول مائي من كلوريد الصوديوم‪.‬‬ ‫)‪NaOH(s) + H+(aq) + Cl-(aq‬‬ ‫(‪H2O(l) + Na(aq) + Cl-(aq) )2‬‬ ‫‪ .3‬محاليل هيدروكسيد الصوديوم المائي وحمض الهيدروكلوريك تتفاعل لتشكيل كلوريد صوديوم مائي بأيّونات مائية‪.‬‬ ‫)‪Na+(aq) + OH- (aq) + H+(aq) + Cl-(aq‬‬

‫(‪H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq))3‬‬ ‫يمكن حساب حرارة التفاعل باستعمال المعادلة التالية‪:‬‬ ‫‪)4( Q = mC∆T‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Q‬كمية الحرارة المطرودة أو الممتصة‪.‬‬ ‫‪ = m‬كتلة المادة‪.‬‬ ‫‪ = C‬قدرة حرارة المادة‪.‬‬ ‫‪ = T‬التغير في درجة الحرارة‪.‬‬

‫| ‪| 34‬‬

‫| قانون هس‪ :‬حفظ الطاقة في الكيمياء |‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪ ‬جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫‪ ‬مِجسّ درجة الحرارة (‪ C° 40-‬إلى ‪)° 140‬‬ ‫‪ ‬دورق ‪ 250‬مل‬ ‫‪ ‬كوب قهوة من البوليسترين‬ ‫‪ ‬محرك مغناطيسي وقضيب تحريك‬ ‫‪ 50 ‬مل من هيدروكسيد الصوديوم ‪M1.0‬‬ ‫‪ 50 ‬مل من حمض الهيدروكلوريك ‪M1.0‬‬ ‫‪ 100 ‬مل من حمض الهيدروكلوريك ‪M0.5‬‬ ‫‪ 100 ‬مل من الماء‬ ‫‪4 ‬غ من هيدروكسيد الصوديوم الصلب‬ ‫‪ ‬نظارات و ُقفازات السالمة‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 500‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بإعداد غطاء البوليسترين لكوب القهوة من البوليسترين‪ .‬يجب أن يكون الغطاء ُمسطّحا وأكبر من محيط كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪ .2‬قم بإنشاء ثقب في الغطاء ثم أدخل ِمجسّ الحرارة‪.‬‬ ‫‪ .3‬ضع قضيب التحريك المغناطيسي في كوب القهوة‪.‬‬ ‫صبّ ‪ 100‬مل من ماء الصنبور في كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪ .4‬قم ب َ‬ ‫‪ .5‬ضع كوب القهوة على المحرك المغناطيسي‪.‬‬ ‫‪ .6‬ضع غطاء على الكأس‪ ،‬ولكن اترك فتحة ضيقة بحيث يمكن أن يُضاف هيدروكسيد الصوديوم‪.‬‬ ‫‪ .7‬اِبدأ تحريك الماء في كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪.8‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪ .9‬اِنتظر حتى تصبح القراءات من ال ِمجسّ مستقرة‪.‬‬ ‫‪ .10‬تفاعل رقم ‪:1‬‬ ‫أ‪ .‬قم بإضافة ‪ 2‬غ من هيدروكسيد الصوديوم البلوري إلى الكأس وأعد وضع الغطاء فورا مع التأكد أنه مغلق‪.‬‬ ‫ب‪ .‬تابع تغيرات الحرارة حتى تستقر درجة الحرارة‪.‬‬

‫| ‪| 35‬‬

‫| قانون هس‪ :‬حفظ الطاقة في الكيمياء |‬

‫ت‪ .‬اختر ‪(Stop‬‬

‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫ث‪ .‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫‪ .11‬تفاعل رقم ‪:2‬‬ ‫كرِّ ر تفاعل الذوبان (الخطوات ‪ )9-1‬باستخدام ‪ 100‬مل من حمض الهيدروكلوريك ‪ M0.5‬بدال من الماء‪.‬‬ ‫تنبيه‪ :‬تعامل مع حمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد الصوديوم بعناية كبيرة‪.‬‬ ‫‪ .12‬تفاعل رقم ‪:3‬‬ ‫كرر الخطوات من ‪ ،9-1‬في البداية بقياس ‪ 50‬مل من حمض الهيدروكلوريك ‪ M1.0‬في الدورق‪.‬‬ ‫في الخطوة ‪ ،9‬بدال من هيدروكسيد الصوديوم الصلب‪ ،‬أضف ‪ 50‬مل من هيدروكسيد الصوديوم ‪.M1.0‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫لكل تفاعل‪ ،‬استخدم المؤشرات لتحديد درجات الحرارة األولية والنهائية‪.‬‬ ‫اعثر على التغير في درجة الحرارة (‪ )T‬لكل تفاعل‪.‬‬ ‫حدِّد كتلة ‪ 100‬مل من المحلول لكل تفاعل (اِفترض أن كثافة كل محلول هي ‪ 1‬غرام‪/‬مل)‪.‬‬ ‫احسب الحرارة الصادرة عن كل تفاعل‪ :‬استخدم المعادلة ‪ 4‬والحرارة النوعية للماء (‪ )Cp = 4.18 J/g ˚C‬لحساب الحرارة ‪.Q‬‬ ‫جد التغييرات في اإلنثالبي )‪H (H = - Q‬‬ ‫احسب جزيئات هيدروكسيد الصوديوم المستخدمة في كل تفاعل‪.‬‬ ‫حدِّد ‪( mol NaOH/H‬جزيئة هيدروكسيد الصوديوم) لكل من التفاعالت الثالثة‪.‬‬ ‫اِدمج بين حرارات التفاعل (‪ )mol/H‬من الخطوتين ‪ 1‬و ‪.3‬‬

‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫| ‪| 36‬‬

‫| قانون هس‪ :‬حفظ الطاقة في الكيمياء |‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫وفقا لبياناتك‪ ،‬هل حرارة كل التفاعالت مساوية لمجموع حرارة التفاعالت الفردية؟‬ ‫اعثر على نسبة خطأ التجربة‪.‬‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫قم بتذويب كميات مختلفة من هيدروكسيد الصوديوم‪ .‬تابع التغير في درجة الحرارة‪.‬‬ ‫‪ .1‬تابع تغيرات األس الهيدروجيني في كل تفاعل‪.‬‬ ‫‪ .2‬قم بتذويب ‪ CuSO4‬المائي في المياه و )‪ CuSO4 x 5H2O(s‬في الماء واحسب قانون هس لـ‪:‬‬ ‫‪CuSO4(s) + 5H2O‬‬ ‫(‪CuSO4 x 5H2O )1‬‬

‫| ‪| 37‬‬

‫الفصل‬

‫حرارة االحتراق‬

‫مجس الحرارة‬

‫كوب قهوة من‬ ‫البوليسترين‬ ‫مــاء‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫وفقا لقانون هس‪ ،‬إذا كان ممكنا إجراء تفاعل في سلسلة من الخطوات‪ ،‬فإن مجموع اإلنثالبيات (الطاقة الكلية) للخطوات الفردية يجب أن يساوي‬ ‫تغير إنثالبية التفاعل الكلي‪ .‬في هذه التجربة سوف نستخدم قانون هس لتحليل تفاعل سيكون من الصعب فهمه‪ ،‬وذلك فقط عن طريق القياس‬ ‫المباشر‪ .‬سندرس حرارة االحتراق لشريط المغنيسيوم‪:‬‬ ‫‪Mg‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪O‬‬ ‫½‬ ‫‪MgO‬‬ ‫)‪(1‬‬ ‫‪(s) 2‬‬ ‫)‪(g‬‬ ‫)‪(s‬‬ ‫يمكن الحصول على المعادلة عن طريق دمج‪:‬‬ ‫)‪MgO(s) + 2HCl (aq‬‬ ‫‪MgCl2(aq) + H2O‬‬ ‫)‪(2‬‬ ‫)‪Mg(s) + 2HCl(aq‬‬ ‫)‪MgCl2(aq) + H2(g‬‬ ‫(‪)3‬‬ ‫)‪H2(g) +2O ½ (g‬‬ ‫)‪H2O(l‬‬ ‫(‪)4‬‬ ‫يمكن حساب حرارة التفاعل باستعمال المعادلة التالية‪:‬‬ ‫)‪(3‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Q‬كمية الحرارة المطرودة أو الممتصة‪.‬‬ ‫‪ = m‬كتلة المادة‪.‬‬ ‫‪ = C‬قدرة حرارة المادة‪.‬‬ ‫‪ = T‬التغير في درجة الحرارة‪.‬‬

‫‪Q = mC∆T‬‬

‫| ‪| 38‬‬

‫(‪)5‬‬

‫| حرارة االحتراق |‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪ ‬جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬ ‫‪ ‬مِجسّ درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪(°140‬‬ ‫‪ ‬دورق ‪ 250‬مل‬ ‫‪ ‬كوب قهوة من البوليسترين‬ ‫‪ - Mg(s) ‬شريط المغنزيوم ‪0,5‬غ‬ ‫‪1 ‬غ ‪MgO‬‬ ‫‪ 500 ‬مل من حمض الهيدروكلوريك ‪1‬‬ ‫‪ ‬محرك مغناطيسي وقضيب تحريك‬ ‫‪ ‬نظارات السالمة‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 500‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‬ ‫ّ‬ ‫‪ .1‬قم بإعداد غطاء البوليسترين لكوب القهوة من البوليسترين‪ .‬يجب أن يكون الغطاء ُمسطحا وأكبر من محيط كوب القهوة‪.‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫قم بإنشاء ثقب في الغطاء من أجل ِمجسّ الحرارة‪.‬‬ ‫ضع قضيب التحريك المغناطيسي في كوب القهوة‪.‬‬ ‫صبّ ‪ 100‬مل من حمض الهيدروكلوريك ‪ M1.0‬في كوب القهوة‪.‬‬ ‫قم ب َ‬ ‫ضع كوب القهوة على المحرك المغناطيسي‪.‬‬ ‫ضع غطاء على الكوب‪ ،‬ولكن اترك فتحة ضيقة بحيث يمكن أن يُضاف ‪.MgO‬‬ ‫اِبدأ تحريك حمض الهيدروكلوريك في كوب القهوة‪.‬‬ ‫انقر ‪( Run‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪ .9‬اِنتظر حتى تصبح القراءات من ال ِمجسّات مستقرة‪.‬‬ ‫‪ .10‬تفاعل رقم ‪:1‬‬ ‫أ‪ .‬قم بإضافة ‪ 1‬غ من أوكسيد المغنسيوم البلوري إلى الكأس واضبط فورا الغطاء بحيث يتم إحكام غلق الكوب‪.‬‬ ‫ب‪ .‬تابع تغيرات درجة الحرارة المسجلة على الشاشة‪ ،‬حتى ال تتبقى أي تغييرات مال َحظة‪.‬‬ ‫ت‪ .‬اختر ‪(Stop‬‬

‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫ث‪ .‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫‪ .11‬تفاعل رقم ‪:2‬‬ ‫كرِّ ر التفاعل (الخطوات ‪ )9-3‬باستخدام ‪ 0,5‬غ من شريط المغنيسيوم بدال من مسحوق أوكسيد المغنيسيوم‪.‬‬

‫| ‪| 39‬‬

‫| حرارة االحتراق |‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫لكل تفاعل‪ ،‬استخدم المؤشرات لتحديد درجات الحرارة األولية والنهائية‪.‬‬ ‫اعثر على التغير في درجة الحرارة (‪ )T‬لكل تفاعل‪.‬‬ ‫استخدم المعادلة ‪ 5‬والحرارة النوعية للماء (‪ )Cp = 4.18 J/g ˚C‬لحساب حرارة ‪( Q‬افترض أن كثافة محلول حمض الهيدروكلوريك هي‬ ‫‪1‬غ‪/‬مل)‪.‬‬ ‫جد التغييرات في اإلنثالبية )‪H (H = - Q‬‬ ‫قم بتحويل الجول إلى الكيلوجول في إجابتك النهائية‪.‬‬ ‫حدد جزيئات أوكسيد المغنيسيوم والمغنيسيوم المستخدمة‪.‬‬ ‫احسب ‪ mol/ΔH‬ألوكسيد المغنيسيوم وللمغنيسيوم‪.‬‬

‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪ .1‬حدّد ‪ mol/H‬المغنيسيوم للتفاعل‪:‬‬ ‫)‪Mg(s) +2O ½ (g‬‬ ‫)‪MgO(s‬‬ ‫)‪(H for H2(g) +2O ½ (g‬‬ ‫)‪H2O(l) = -285.8 kJ‬‬ ‫‪ .2‬حدّد نسبة الخطأ للجواب الذي حصلت عليه من اللسؤال رقم ‪ .1‬القيمة المقبولة هي ‪ 602‬كيلوجول‪.‬‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫حدّد حرارة التفاعل التي يمكن أن تنتج عن المعادلة التالية‪:‬‬ ‫)‪CuSO4 x 5H2O(s‬‬

‫‪+ 5H2O‬‬

‫| ‪| 40‬‬

‫)‪)1(CuSO4(s‬‬

‫)‪(1‬‬ ‫)‪(2‬‬

‫الفصل‬

‫موصلية المياه المالحة‬

‫موصلية‬

‫مــاء‬

‫وعاء زجاجي‬

‫محرك مغناطيسي‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫تذويب كلوريد الصوديوم الصلب في الماء يُطلق أيونات وفقا للمعادلة التالية‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫‪Na‬‬ ‫)‪(3‬‬ ‫)‪(aq) + Cl (aq‬‬ ‫في هذه التجربة سوف ندرس تأثير زيادة تركيز كلوريد الصوديوم على الموصلية‪.‬‬ ‫سوف نقوم بقياس الموصلية بحكم أن تركيز أيون المحلول الذي يجري رصده‪ ،‬يزداد تدريجيا بإضافة قطرات مركزة من كلوريد الصوديوم‪.‬‬ ‫)‪NaCl(s‬‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬

‫‪‬‬

‫مِجسّ الموصلية (‪)mS 20-0‬‬ ‫‪ 200‬مل ماء م ّ‬ ‫ُقطر‬

‫‪‬‬

‫قارورة زجاجية ‪ 50‬مل‬

‫‪‬‬

‫‪ 50‬مل محلول كلوريد الصوديوم‬

‫‪‬‬

‫محرك مغناطيسي وقضيب تحريك‬

‫‪‬‬

‫نظارات السالمة‬

‫‪‬‬

‫| ‪| 41‬‬

‫| موصلية المياه المالحة |‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الموصلية إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الموصلية فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫الموصلية‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫‪ / 25‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 1‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬ضع قضيب التحريك المغناطيسي في القارورة‪.‬‬ ‫‪ .2‬قم بصب ‪ 40‬مل من الماء المقطر في قارورة وضعه على محرك مغناطيسي‪.‬‬ ‫‪ .3‬أدرج قطب الموصلية في القارورة‪.‬‬ ‫‪ .4‬اِبدأ تحريك الماء في القارورة‪.‬‬ ‫‪.5‬‬

‫انقر لتُفعِّل ‪(Run‬‬

‫‪.6‬‬

‫) في كل مرة تريد تسجيل نموذح بيانات‪.‬‬ ‫قم بتجميع البيانات يدويا‪ :‬انقر ‪(Run‬‬ ‫ًّ‬ ‫ّ‬ ‫أضف قطرة واحدة من محلول كلوريد الصوديوم إلى الماء المقطر‪ .‬قم بالتحريك لضمان خلط دقيق‪.‬‬

‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫)تسجيل موصلية المحلول في القارورة‪.‬‬

‫) لقياس موصلية المحلول في القارورة‪.‬‬

‫‪ .9‬كرر هذه العملية ‪ 9‬مرات حتى تقوم بإضافة ما مجموعه ‪ 10‬قطرات من الماء‪.‬‬ ‫‪ .10‬قم بتغيير معدل التحريك خالل التجربة وتابع تأثيرها على معدل التغيير في التوصيل الكهربي‪.‬‬ ‫‪ .11‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫احسب معدل التغيير في التوصيل الكهربي المحصل عليه في هذه العملية‪:‬‬ ‫حدد خط الرسم البياني‪.‬‬

‫‪.3‬‬

‫قم بتحديد ‪(Function‬‬

‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬

‫حدد ‪ Linear fit‬انطالقا من قائمة ‪.Function‬‬ ‫انحدار خط التناسب هو معدل التغيير في التوصيل الكهربي‪.‬‬ ‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني للموصلية والتوصيل الكهربي الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪ :‬الخط المستقيم هو التناسب‬ ‫الخطي‪.‬‬

‫)‪.‬‬

‫| ‪| 42‬‬

‫| موصلية المياه المالحة |‬

‫الموصلية (‪)mS‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫صف التغيير في الموصلية أثناء زيادة تركيز محلول كلوريد الصوديوم‪.‬‬ ‫ِ‬ ‫أي نوع من العالقة الرياضية يبدو أنه متواجد هناك بين الموصلية والتركيز؟‬

‫المزيد من االقتراحات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫أضف محلول ‪( CaCl2‬مع نفس التركيز) بدال من كلوريد الصوديوم‪.‬‬ ‫حاول هذه التجربة مرة أخرى ولكن غيِّر معدل التحريك‪ .‬ما هو التأثير على الموصلية؟‬ ‫اشرح هذه الظاهرة‪.‬‬

‫| ‪| 43‬‬

‫الفصل‬

‫استكشاف لهب‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫ال يتوفر اللهب على درجة حرارة مُوحّ دة‪ ،‬حيث يمكن تعيين االختالفات في درجة الحرارة داخل لهب مع المزدوجة الحرارية (مِجسّ عالي‬ ‫الحساسية‪ ،‬وذو استجابة سريعة الستشعار درجة الحرارة يتراوح بين ‪ 0‬درجة مئوية إلى ‪ 1250‬درجة مئوية)‪ .‬في التجربة التالية‪ ،‬سوف‬ ‫نستكشف لهب شمعة في ثالثة مجاالت مميزة نصنفها تحت رقم ‪ 2 ،1‬و ‪ 3‬في الشكل ‪.1‬‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬

‫‪‬‬

‫شمعة‬

‫‪‬‬

‫أعواد ثقاب‬

‫‪‬‬

‫مزدوجة حرارية نوع ‪ 0( K‬درجة مئوية إلى ‪ 1250‬درجة مئوية)‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ المزدوجة الحرارية إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ المزدوجة الحرارية فقط‪.‬‬

‫| ‪| 44‬‬

‫| استكشاف لهب |‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّ لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°0‬إلى ‪)C°1250‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫‪ / 10‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 100‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫شعل شمعة واتركها تحترق لمدة دقيقتين تقريبا قبل بدء التجربة‪.‬‬ ‫أَ ِ‬ ‫انقر ‪(Run‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫قم بتسجيل درجة حرارة الغرفة قبل أن تجلب المِجسّ إلى اللهب (الحظ أن المزدوجة الحرارية هي حساسة جدا وتستجيب بسرعة)‪.‬‬ ‫قم برصد درجات الحرارة في ثالث مناطق مختلفة من اللهب (انظر الشكل ‪:)1‬‬ ‫أ‪ .‬الجزء العلوي من المنطقة السوداء حول الفتيل ‪.3‬‬ ‫ب‪ .‬وسط المنطقة الصفراء‪.‬‬ ‫ت‪ .‬أعلى المنطقة الصفراء ‪.1‬‬ ‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫اختر ‪(Stop‬‬

‫‪.5‬‬

‫قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫تخطيط درجة الحرارة مقابل الوقت يبين لنا أن اللهب هو أكثر سخونة في الجزء العلوي ويبدأ في البرودة كلما غمست المِجسّ في األسفل‪:‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪1‬‬ ‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫ما هي درجات الحرارة في كل منطقة من مناطق اللهب؟ (‪ 2 ،1‬و ‪.)3‬‬ ‫حاول تفسير االختالفات في درجات الحرارة داخل اللهب‪.‬‬

‫| ‪| 45‬‬

‫الفصل‬

‫تجميد وإسالة الماء‬

‫مجس الحرارة‬

‫أنبوب اختبار به ‪5‬‬ ‫مل ماء‬

‫دورق ‪ 250‬مل به ‪150‬‬ ‫مل من الماء المثلج‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫التجميد هو عملية تحويل الشيء من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة‪ ،‬أما اإلسالة فهي عملية تحول المواد الصلبة إلى الحالة السائلة‪ .‬يحدث‬ ‫هذا في ما يسمى بدرجة حرارة التجمد أو اإلسالة على التوالي‪ .‬في هذه التجربة‪ ،‬س ُنح ّقق في تجميد وذوبان درجة حرارة الماء‪.‬‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬

‫‪‬‬

‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)°140‬‬

‫‪‬‬

‫حامل مع ملقاط مساعد‬

‫‪‬‬

‫مخبار مدرج‬

‫‪‬‬

‫دورق (‪ 250‬مل)‬

‫‪‬‬

‫أنبوب اختبار‬

‫‪‬‬

‫قضيب من الزجاج للتحريك‬

‫‪‬‬

‫ماء‬

‫‪‬‬

‫قطع ثلجية‬

‫‪‬‬

‫ملح‬

‫‪‬‬

‫نظارات السالمة‬

‫| ‪| 46‬‬

‫| تجميد وإسالة الماء |‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 10‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 2000‬ثانية‬

‫عملية تجريبية (الجزء ‪ ،I‬التجميد)‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بصب ‪ 150‬مل على األقل من مكعبات الثلج والماء البارد في دورق ‪ 250‬مل‪.‬‬ ‫‪ .2‬ضع ‪ 1‬مل من الماء في أنبوب اختبار ‪ 5‬مل وألصقه مع الحامل باستعمال الملقاط‪ .‬يجب عليك ضبط أنبوب االختبار بحيث تكون العينة‬ ‫تحت مستوى الماء المثلج‪.‬‬ ‫‪ .3‬ضع ِمجسّ درجة الحرارة في الماء داخل أنبوب االختبار‪.‬‬ ‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪.4‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫‪.5‬‬

‫أضف حوالي خمس مالعق من الملح إلى الدورق وحرِّك بواسطة القضيب الزجاجي‪.‬‬ ‫) إليقاف التسجيل مع الحفاظ على أنبوب االختبار في حمام الماء المثلج‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫بعد حوالي ‪ 15‬دقيقة انقر ‪(Stop‬‬

‫‪.7‬‬

‫قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫عملية تجريبية (الجزء ‪ ،II‬اإلسالة)‬ ‫‪.1‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات مرة أخرى‪ ،‬ارفع أنبوب االختبار واجعله في وضعية يكون فيها فوق حمام الماء المثلج‪ .‬تخلص‬

‫من الماء المثلج وأضف ‪ 150‬مل من ماء الصنبور الدافئ إلى الدورق‪.‬‬ ‫قم بخفض أنبوب االختبار في الماء الدافئ‪.‬‬ ‫) على شريط األدوات العلوي إليقاف تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪.2‬‬

‫بعد ‪ 15‬دقيقة أخرى انقر ‪(Stop‬‬

‫‪.3‬‬

‫قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫| ‪| 47‬‬

‫| تجميد وإسالة الماء |‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫في األسفل توجد أمثلة على الرسومات البيانية التي تم الحصول عليها في هذه التجارب‪:‬‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫‪.5‬‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الجزء ‪ :I‬تجميد الماء‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫الجزء ‪ :II‬إسالة الماء ال ُمج َّمد‬

‫ماذا حدث لدرجة حرارة الماء خالل مرحلة التجمد وخالل مرحلة اإلسالة؟‬ ‫ما هي نقطة التجمد وما هي نقطة اإلسالة للماء؟‬ ‫ماذا تفعل نقطة تجمد الماء مقارنة مع نقطة اإلسالة؟‬ ‫ما هو سلوك الطاقة الحركية للماء داخل أنبوب االختبار؟ هل يزداد‪ ،‬ينقص أم يبقى على حاله‪ ،‬عندما‪:‬‬ ‫أ‪ .‬تتغير درجة الحرارة في بداية ونهاية الجزء ‪.I‬‬ ‫ب‪ .‬تبقى درجة الحرارة ثابتة في الجزء ‪.I‬‬ ‫ت‪ .‬تتغير درجة الحرارة في بداية ونهاية الجزء ‪.II‬‬ ‫ث‪ .‬تبقى درجة الحرارة ثابتة في الجزء ‪.II‬‬ ‫هل تزداد الطاقة الكامنة أم تنقص في تلك األجزاء من السؤال ‪ ،4‬أين تظل الطاقة الحركية ثابتة؟‬

‫| ‪| 48‬‬

‫الفصل‬

‫نظرة أخرى على درجة حرارة التج ّمد‬ ‫مجس الحرارة‬

‫دورق سعة ‪ 1‬لتر‬ ‫أنبوب اختبار مع ‪2‬غ من‬ ‫ساليسيالت الفينيل‬

‫حمض البنزويك‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫في التجربة ‪ :15‬تجميد وإسالة الماء‪ ،‬رأينا أن درجة حرارة المياه النقية تبقى ثابتة عند درجة حرارة تجمدها أثناء عملية التجميد واإلسالة‪.‬‬ ‫اآلن سوف نقوم بمراقبة عملية تجميد ساليسالت الفينيل‪ ،‬عالوة على ذلك‪ ،‬فإننا سوف نالحظ التأثير على نقطة التجمد‪ ،‬عندما تذوب كمية‬ ‫صغيرة من مادة أخرى (مثل حمض البنزويك) في ساليسيالت الفينيل‪.‬‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬

‫‪‬‬

‫‪ 3‬مِجسّات درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)°140‬‬

‫‪‬‬

‫دورق سعة ‪ 1‬لتر (أو أكبر)‬

‫‪‬‬

‫أنبوب اختبار مع ‪2‬غ من ساليسيالت الفينيل‬

‫‪‬‬

‫أنبوب اختبار مع ‪2‬غ من ساليسيالت الفينيل وبضع ملغرامات من حمض البنزويك‬

‫‪‬‬

‫قضيب من الزجاج للتحريك‬

‫‪‬‬

‫نظارات السالمة‬

‫| ‪| 49‬‬

‫| نظرة أخرى على درجة حرارة التجمّد |‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّات الحرارة إلى المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّات الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 1000‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بصب حوالي ‪ 1‬لتر من الماء في الدورق‪ .‬يجب أن يكون الماء في حوالي ‪ .C°30‬أدرج أحد ِمجسّات درجة الحرارة في هذا الدورق‬ ‫لمراقبة درجة حرارة الماء‪.‬‬ ‫‪ .2‬إلذابة العينات الخاصة بك‪ ،‬قم بإعداد دورق ثاني به ماء ساخن (‪ 80-60‬درجة مئوية)‪.‬‬ ‫‪ .3‬ضع اثنين من أنابيب اختبار العينة في الماء الساخن حتى تشاهد سائال واضحا في كل من أنبوبي االختبار‪.‬‬ ‫‪ .4‬ضع ِمجسّ درجة الحرارة في ِكال أنبوبي اختبار العينة وانقلهما بسرعة إلى دورق يحتوي على مياه بحرارة ‪.C°30‬‬ ‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪.5‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫‪.6‬‬ ‫‪.7‬‬

‫قم بتحريك عيّناتك قليال طالما هي ذائبة‪.‬‬ ‫قم بإيالء االهتمام ألنابيب االختبار ‪-‬ألن السائل الواضح سيحتوي قريبا على كميات متزايدة من الرواسب البيضاء‪ -‬حتى يصبح السائل‬ ‫متجمدا تماما‪.‬‬

‫‪.8‬‬

‫قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬

‫ما كانت نقطة تجمد ساليسيالت الفينيل الخالصة وفقا لبياناتك؟‬ ‫ما كانت نقطة تجمد خليط حمض البنزويك‪-‬فينيل الساليسيالت؟‬ ‫في األسفل يوجد مثال على الرسم البياني الذي تم الحصول عليه في هذه التجربة‪:‬‬

‫| ‪| 50‬‬

‫| نظرة أخرى على درجة حرارة التجمّد |‬

‫درجة حرارة تجمد فينيل الساليسيالت‬ ‫الخالصة‬ ‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫درجة حرارة تجمد خليط حمض البنزويك‪-‬فينيل‬ ‫الساليسيالت‬

‫الشكل ‪2‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫بناء على هذه التجربة ونتائجها‪ ،‬ما الطريقة التي يمكن أن يستخدمها الكيميائي للتحقق ما إذا كان سائل مجهول نقيا؟‬ ‫لماذا تتغير نقطة التجمد عن طريق إذابة مكون آخر في حمض فينيل الساليسيليك؟‬ ‫هل تعتمد طبيعة هذا التغيير على نقطة تجمد المر َّكب المنحل؟‬

‫| ‪| 51‬‬

‫الفصل‬

‫محتوى طاقة األطعمة‬ ‫مجس الحرارة‬

‫دورق به ‪ 50‬مل ماء‬

‫علبة طعام مع عينة‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫كل األنشطة البشرية تتطلب حرق السعرات الحرارية لتوليد الطاقة الالزمة‪ .‬في هذه التجربة‪ ،‬سوف نقوم بتحديد الطاقة المنطلقة (في كج‪/‬غ)‬ ‫من خالل ثالث عينات من الطعام ُّ‬ ‫(الذرة الصفراء‪ ،‬حلوى الخطمي والفول السوداني) عن طريق حرقهم‪ .‬الطاقة المنطلقة ُتسخن كمية معروفة‬ ‫من الماء‪ ،‬ويمكن حسابها انطالقا من المعادلة ‪ .1‬يمكنك الحصول على محتوى الطاقة من خالل تقسيم الحرارة المُحصّل عليها‪ ،‬على كتلة‬ ‫الطعام المحترق (المعادلة ‪:)2‬‬ ‫‪Q = mCp ∆T‬‬

‫)‪(2‬‬

‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Q‬كمية الحرارة المطرودة أو الممتصة‪.‬‬ ‫‪ = m‬كتلة الماء‬ ‫‪ = Cp‬قدرة حرارة الماء عند ضغط ثابت‪.‬‬ ‫‪ = T‬تغير درجة حرارة الماء‪.‬‬ ‫) ‪Efood = Q / (mfood‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Efood‬محتوى طاقة الطعام‬ ‫‪ = mfood‬كتلة الطعام المحروق‬

‫| ‪| 52‬‬

‫(‪)2‬‬

‫| محتوى طاقة األطعمة |‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬

‫‪‬‬

‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)°140‬‬

‫‪‬‬

‫حامل مع حلقة الحامل‬

‫‪‬‬

‫غطاء أو علبة صغيرة (‪ 50 ‬مل) الستيعاب الطعام‬

‫‪‬‬

‫علبة صغيرة (‪ 200 - 100‬مل) الستيعاب الماء‬ ‫ثالثة عينات من الطعام‪ُّ :‬‬ ‫الذرة الصفراء‪ ،‬حلوى الخطمي والفول السوداني‬

‫‪‬‬

‫مقياس‬

‫‪‬‬

‫قضبان اثنان للتحريك‬

‫‪‬‬

‫مخبار مدرج‬

‫‪‬‬

‫ماء بارد‬

‫‪‬‬

‫أعواد ثقاب‬

‫‪‬‬

‫نظارات السالمة‬

‫‪‬‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 200‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قُم دائما بارتداء نظارات السالمة‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بتحديد كتلة العينة الغذائية التي ستقوم بقياسها عن طريق وزنها‪.‬‬ ‫‪ .2‬أضف ‪ 50‬مل من الماء البارد إلى علبة المياه وحدِّد كتلته الدقيقة عن طريق وزنها‪.‬‬ ‫‪ .3‬ضع العينة الغذائية األولى في علبة الغذاء‪ .‬الحظ أن العينات سوف تشتعل بسهولة أكثر إذا كانت مطحونة؛ وخاصة الفول السوداني‪.‬‬ ‫‪ .4‬ضع علبة الطعام مع العينة مباشرة تحت علبة الماء‪.‬‬ ‫‪ .5‬أدرج ِمجسّ درجة الحرارة في الماء (يجب أن ال يلمس القاع)‪.‬‬ ‫‪ .6‬اِبدأ تحريك عينة الماء في علبة الماء‪.‬‬ ‫‪.7‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫انتظر حوالي دقيقة واحدة قبل أن تشعل عينة الغذاء باستخدام عود ثقاب‪.‬‬ ‫واصل تحريك عينة المياه حتى يتوقف ارتفاع درجة الحرارة‪.‬‬

‫‪ .10‬اختر ‪(Stop‬‬

‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫) إليقاف تجميع البيانات‪.‬‬

‫‪ .11‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫)‪.‬‬

‫ِّنتي الطعام االثنتين األخريتين‪.‬‬ ‫‪ .12‬كرر اإلجراءات ‪ 12-1‬ل َعي ْ‬

‫| ‪| 53‬‬

‫| محتوى طاقة األطعمة |‬

‫في األسفل توجد أمثلة على الرسومات البيانية التي تم الحصول عليها في هذه التجربة‪:‬‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الشكل ‪ :2‬احتراق ‪ 4,4‬غ من الفول السوداني‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الشكل ‪ :3‬احتراق ‪ 0,5‬غ من الذرة الصفراء‬

‫| ‪| 54‬‬

‫| محتوى طاقة األطعمة |‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الشكل ‪ :4‬احتراق ‪ 3,6‬غ من حلوى الخطمي‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫‪.1‬‬

‫‪.2‬‬

‫حدِّد درجة حرارة الماء في بداية التجربة‪ ،‬ثم تحديد أعلى درجة حرارة سجلت‪.‬‬ ‫أ‪ .‬ما كان تغير درجة حرارة المياه (‪ )T‬لكل عينة طعام؟‬ ‫ب‪ .‬احسب الحرارة (‪ )Q‬الممتصَّة من المياه وفقا للمعادلة األولى‪.‬‬ ‫ت‪ .‬قم بوزن ما تبقى من العينات الغذائية لتحديد كتلة ما تبقى منها‪.‬‬ ‫اطرح هذا من الوزن األصلي للطعام حتى تصل إلى ‪ : mfood‬كتلة الطعام الذي احترق‪.‬‬

‫مالحظة‪ :‬قدرة حرارة الماء المع ّينة عند درجة حرارة ‪ C°25‬هي ‪.)J/g°i( 4,18‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫ما هو الطعام الذي ض ّم أعلى محتوى من الطاقة (في كج‪/‬غ)؟‬ ‫يُعبَّر عن الطاقة الغذائية بوحدة تسمى السعرات الحرارية (‪ 4,18‬كج)‪ .‬كم عدد السعرات الحرارية التي سيحتوي عليها كيس ‪ 50‬غ من‬ ‫الفول السوداني ؟‬ ‫الفول السوداني يحتوي على نسبة عالية من الدهون‪ ،‬أما حلوى الخطمي والذرة الصفراء يحتويان على محتوى عالي من الكربوهيدرات‪.‬‬ ‫ما التعميم الذي يمكنك أن تُقدِّمه انطالقا من نتائج بحثك في محتوى الطاقة النسبية للدهون والكربوهيدرات؟‬

‫| ‪| 55‬‬

‫الفصل‬

‫محتوى طاقة الوقود‬ ‫مجس الحرارة‬

‫دورق به ‪ 100‬مل من الماء‬

‫شمعة‬

‫الشكل ‪1‬‬

‫مقدّمة‬ ‫في هذه التجربة‪ ،‬سوف تجد وتقارن الحرارة المتولدة من قبل نوعين اثنين مختلفين من الوقود‪ :‬شمع البارافين والميثانول؛ البارافين هو عضو‬ ‫في مجموعة من المُر َّكبات تسمى األلكانات‪ .‬األلكانات الهامة المستخدمة كوقود هي البنزين وزيت الديزل‪.‬‬ ‫يستخدم الميثانول واإليثانول كإضافات بنزين وبدائل بنزين‪.‬‬ ‫في هذه التجربة‪ ،‬سوف نقوم بمقارنة محتوى الطاقة من البارافين والميثانول عن طريق قياس حرارة احتراقهما‪.‬‬ ‫لتحديد حرارة االحتراق‪ ،‬نقوم أوال بحرق البارافين ثم الميثانول‪ ،‬ونحسب الحرارة المتولدة من هذين النوعين االثنين من الوقود عن طريق‬ ‫قياس الحرارة الممتصَّة بواسطة كمية معروفة من الماء‪:‬‬ ‫‪Q = mCp ∆T‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫‪ = Q‬كمية الحرارة المطرودة أو الممتصة‪.‬‬ ‫‪ = m‬كتلة الماء‪.‬‬ ‫‪ = Cp‬قدرة حرارة الماء عند ضغط ثابت‪.‬‬ ‫‪ = T‬التغير في درجة الحرارة‪.‬‬

‫| ‪| 56‬‬

‫)‪(1‬‬

‫| محتوى طاقة الوقود |‬

‫ال ُمعدّات‬ ‫‪‬‬

‫جهاز لوحي ‪ einstein™Tablet‬مع ‪ MiLAB‬أو جهاز لوحي أندرويد‪/‬إيوس مع ‪ MiLAB‬و ‪einstein™LabMate‬‬

‫‪‬‬

‫مِجسّ درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)°140‬‬

‫‪‬‬

‫حامل مع حلقة الحامل‬

‫‪‬‬

‫دورق أو علبة صغيرة (‪ 250‬مل)‬

‫‪‬‬

‫مقياس‬

‫‪‬‬

‫مخبار مدرج‬

‫‪‬‬

‫ماء بارد‬

‫‪‬‬

‫قضيب تحريك‬

‫‪‬‬

‫شمعة‬

‫‪‬‬

‫موقد الميثانول (على سبيل المثال موقد من مجموعة مواقد فوندو)‬

‫‪‬‬

‫أعواد ثقاب‬

‫‪‬‬

‫نظارات السالمة‬

‫ُمعدّات إعداد العملية‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬

‫)‪.‬‬ ‫قم بتشغيل ‪( ™MiLAB‬‬ ‫قم بوصل ِمجسّ الحرارة إلى أحد المنافذ على الجهاز اللوحي ‪ einstein™Tablet‬أو ‪.einstein™LabMate‬‬ ‫تأكد من أنه تم تحديد ِمجسّ الحرارة فقط‪.‬‬ ‫قم بتجميع المعدّات كما هو موضح في الشكل ‪.1‬‬

‫سجل البيانات‬ ‫إعداد ُم ِّ‬ ‫قم ببرمجة المِجسّات لتسجيل البيانات وفقا لإلعداد التالية‪:‬‬ ‫درجة الحرارة (‪ C°40-‬إلى ‪)C°140‬‬ ‫المعدَّل‪:‬‬

‫كل ‪ 1‬ثانية‬

‫المدّة‪:‬‬

‫‪ 200‬ثانية‬

‫عملية تجريبية‬ ‫قم بارتداء نظارات السالمة وحدِّد كتلة وعاء الماء الفارغ‪.‬‬ ‫‪ .1‬قم بصب ‪ 100‬مل من الماء البارد في الدورق وقم بوزنه لتحديد كتلته بالضبط‪.‬‬ ‫‪ .2‬قم بوزن الشمعة لتحديد كتلتها‪.‬‬ ‫‪ .3‬استخدم الحامل لتلتقط الكأس فوق الشمعة‪.‬‬ ‫‪ .4‬أدرج ِمجسّ درجة الحرارة في الماء (يجب أن ال يلمس القاع)‪.‬‬ ‫‪ .5‬اِبدأ تحريك عينة الماء في علبة الماء‬ ‫) لبدء تسجيل البيانات‪.‬‬

‫‪.6‬‬

‫انقر ‪(Run‬‬

‫‪.7‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪.9‬‬

‫انتظر حوالي ‪ 30‬ثانية قبل إشعال الشمعة‪.‬‬ ‫واصل تحريك عينة الماء بينما يواصل ارتفاع حرارته‪.‬‬ ‫أخ ِمد اللهب عندما تصل درجة حرارة الماء إلى ‪.C°40‬‬

‫‪ .10‬بعد توقف ارتفاع درجات الحرارة انقر ‪(Stop‬‬ ‫‪ .11‬قم بحفظ بياناتك عن طريق اختيار ‪(Save‬‬

‫) إليقاف تسجيل البيانات‪.‬‬ ‫)‪.‬‬

‫‪ .12‬قم بوزن كل ما تبقى من الشمعة (بما في ذلك قطرات الشمع المتساقطة) لتحديد كتلة الشمعة‪.‬‬

‫| ‪| 57‬‬

‫| محتوى طاقة الوقود |‬

‫‪.13‬‬ ‫‪.14‬‬ ‫‪.15‬‬ ‫‪.16‬‬

‫قم بوزن موقد الميثانول لتحديد كتلته‪.‬‬ ‫استبدل الشمعة بموقد الميثانول وكرِّ ر التجربة مع ‪ 200‬مل من الماء‪.‬‬ ‫قم بتغطية الموقد بقطعة من المعدن بعد إطفائه و َد ْعه يبرد حتى يصل إلى درجة حرارة الغرفة‪.‬‬ ‫قم بوزنه لتحديد كتلة موقد الميثانول والوقود المتبقي‪.‬‬

‫تحليـل البيانــات‬ ‫في األسفل توجد أمثلة على الرسومات البيانية التي تم الحصول عليها في هذه التجربة‪:‬‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫‪.6‬‬

‫قم بتحديد درجة الحرارة البداية وأعلى درجة حرارة تم الوصول إليها لكل من الرسمين البيانيين‪.‬‬ ‫حدد كتلة الماء الذي تم تسخينه‪.‬‬ ‫كم هو مقدار تغير درجة حرارة الماء (‪)T‬؟‬ ‫احسب الحرارة (‪ )Q‬الممتصَّة من المياه وفقا للمعادلة ال ُمعطاة‪.‬‬ ‫قم بتحديد كتلة البارافين المحترق والميثانول‪.‬‬ ‫قم بحساب نسبة الكفاءة لكال التجربتين‪ .‬قم بتقسيم قيمتك التجريبية [كج‪/‬غ] على القيمة األدبية المناسبة‪ ،‬ثم قم بضرب حاصل الجواب في‬ ‫‪ .100‬القيم األدبية هي ‪ 41,5‬كج‪/‬غ (البارافين) و‪ 30,0‬كج‪/‬غ (اإليثانول)‪.‬‬

‫أسئلـة‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬

‫سد‪ ،‬بينما‬ ‫ما هو الوقود الذي ينتج المزيد من الطاقة في كل غرام أُحرق؟ أعط تفسيرا للفرق (تلميح‪ :‬الميثانول ‪ CH3OH‬هو جزيء مؤك َ‬ ‫البارافين ‪ C25H52‬ال يحتوي على األكسجين)‪.‬‬ ‫اقترح بعض مزايا استخدام اإليثانول (أو البارافين) كوقود‪.‬‬ ‫ناقش عوامل فقدان الحرارة التي تسهم في عدم كفاءة التجربة‪.‬‬

‫| ‪| 58‬‬

‫درجة الحرارة (‪)C0‬‬

‫الشكل ‪2‬‬