كيمياء

‫جمهورية العراق‬ ‫وزارة الرتبية‬ ‫املديرية العامة للمناهج‬

‫الكيمياء‬

‫‪CHEMISTRY‬‬ ‫لل�صف ال�ساد�س العلمي‬ ‫ت أ�‬

‫التأليف‬ ‫ليف‬

‫أ‪ .‬د ‪ .‬عمـــــــار هاني الدجيلـــي‬ ‫د ‪ .‬سمير حــــــكـيم كـــــــرمي‬

‫خليـــــل رحيـــــم علـــــــــي‬

‫الطبعة الثانية‬

‫أ‪ .‬د ‪ .‬سرمد بهجت ديكران‬ ‫ماجــــــد حســــــني خلـــف‬ ‫هـدى صـــــــــــالح كـــرمي‬

‫‪ 1434‬هـ ‪ 2013 /‬م‬

™‫∏≈ الطب‬Y »ª∏‫ الع‬±ô°ûŸ‫ا‬ »ª‫لي‬ó‫… ال‬ó¡e Oƒ∏N ™‫∏≈ الطب‬Y »æØ‫ ال‬±ô°ûŸ‫ا‬ ™W‫ا‬c IO‫ا‬°ù‫ ال‬ó‫ب‬Y A‫ا‬ª‫ي‬°T

º‫ي‬ª°üà‫ال‬ ™W‫ا‬c IO‫ا‬°ù‫ ال‬ó

‫ب‬Y A‫ا‬ª‫ي‬°T

2

‫الفﻬرﺱ‬ ‫ال‪¡ªà‬ي‪ó‬‬

‫‪9‬‬

‫ال‪ π°üØ‬ا’‪ôW : ∫h‬ا‪ ≥F‬ال‪∏ëà‬ي‪ π‬ال‪µ‬ي‪ª‬يا‪»F‬‬

‫‪19‬‬

‫‪ 1-1‬املقدمة‬

‫‪20‬‬

‫‪ 2-1‬طرائق التحليل الوصفي (النوعي)‬

‫‪20‬‬

‫‪ 3-1‬التحليل الكمي‬

‫‪23‬‬

‫‪ 4-1‬التحليل الوزني‬

‫‪25‬‬

‫‪ 5-1‬طرائق الترسيب‬

‫‪28‬‬

‫‪ 6-1‬التحليل احلجمي‬

‫‪34‬‬

‫املعادالت الرئيسية‬

‫‪48‬‬

‫املفاهيم االساسية‬

‫‪48‬‬

‫االسئلة‬

‫‪50‬‬

‫ال‪ π°üØ‬الثا‪ : Ê‬ال‪µ‬ي‪ª‬يا‪ A‬ال‪æà‬ا‪≤°S‬ية‬

‫‪55‬‬

‫‪ 1-2‬مقدمة‬

‫‪56‬‬

‫‪ 2-2‬امللح املزدوج واملركب التناسقي‬

‫‪57‬‬

‫‪ 3-2‬تطور الكيمياء التناسقية‬

‫‪59‬‬

‫‪ 4-2‬انواع الليكندات‬

‫‪67‬‬

‫‪ 5-2‬قاعدة العدد الذري الفعال‬

‫‪68‬‬

‫‪ 6-2‬تسمية املركبات التناسقية‬

‫‪70‬‬

‫‪ 7-2‬نظريات التﺄصر في املركبات التناسقية‬

‫‪73‬‬

‫‪ 8-2‬االعداد التناسقية واالﺷكال الهندسية املتوقعة‬

‫‪79‬‬

‫املعادالت الرئيسية‬

‫‪81‬‬

‫املفاهيم االساسية‬

‫‪81‬‬

‫االسئلة‬

‫‪82‬‬

‫‪3‬‬

‫الفﻬرﺱ‬

‫‪85‬‬

‫ال‪ π°üØ‬الثال‪ : å‬ال‪OƒeÌ‬ا‪∂ªæj‬‬ ‫‪ 1-3‬مقدمة‬ ‫‪ 2-3‬وحدات الطاقة ودرجة احلرارة‬ ‫‪ 3-3‬بعض املصطلحات الثرموداينمكية‬ ‫‪ 4-3‬احلرارة‬ ‫‪ 5-3‬حرارة التفاعل (التغير في االنثالبي)‬ ‫‪ 6-3‬دالة احلالة‬ ‫‪ 7-3‬اخلواص العامة للمواد‬ ‫‪ 8-3‬الكيمياء احلرارية‬ ‫‪ 9-3‬قياس انثالبي التفاعل‬ ‫‪ 10-3‬املعادلة الكيميائية احلرارية‬ ‫‪ 11-3‬انثالبي التفاعل القياسية‬ ‫‪ 12-3‬انواع االنثالبيات‬ ‫‪ 13-3‬طرائق حساب انثالبي التفاعل القياسية‬ ‫‪ 14-3‬العمليات التلقائية‬ ‫‪ 15-3‬االنتروبي‬ ‫‪ 16-3‬طاقة كبس احلرة‬ ‫‪ 17-3‬حساب انتروبي التغيرات الفيزيائية‬ ‫املعادالت الرئيسية‬ ‫املفاهيم االساسية‬ ‫االسئلة‬

‫‪86‬‬ ‫‪87‬‬ ‫‪87‬‬ ‫‪88‬‬ ‫‪90‬‬ ‫‪91‬‬ ‫‪92‬‬ ‫‪92‬‬ ‫‪93‬‬ ‫‪95‬‬ ‫‪97‬‬ ‫‪98‬‬ ‫‪103‬‬ ‫‪108‬‬ ‫‪110‬‬ ‫‪115‬‬ ‫‪120‬‬ ‫‪122‬‬ ‫‪122‬‬ ‫‪125‬‬

‫ال‪ π°üØ‬ال‪ô‬ا‪ : ™H‬ا’‪õJ‬ا¿ ال‪µ‬ي‪ª‬يا‪»F‬‬ ‫‪ 1-4‬التفاعالت غير االنعكاسية واالنعكاسية‬ ‫‪ 2-4‬التفاعالت االنعكاسية وحالة االتزان‬ ‫‪ 3-4‬التفاعالت االنعكاسية املتجانسة وغير املتجانسة‬ ‫‪ 4-4‬حالة االتزان وقانون فعل الكتلة‬ ‫‪ 5-4‬ثابت االتزان‬ ‫‪ 6-4‬حساب ثابت االتزان ‪Keq‬‬ ‫‪ 7-4‬العالقة بني ثابتي االتزان ‪ Kc‬و ‪Kp‬‬

‫‪131‬‬ ‫‪132‬‬ ‫‪134‬‬ ‫‪134‬‬ ‫‪135‬‬ ‫‪136‬‬ ‫‪141‬‬ ‫‪145‬‬

‫‪4‬‬

‫الفﻬرﺱ‬ ‫‪ 8-4‬اهمية ثابت االتزان‬ ‫‪ 9-4‬حاصل التفاعل‬ ‫‪ 10-4‬العالقة بني الطاقة احلرة وقيمة حاصل التفاعل‬ ‫‪ 11-4‬قاعدة لو ﺷاتليه‬ ‫‪ 12-4‬العوامل املﺆثرة على قيمة ثابت االتزان‬ ‫املعادالت الرئيسية‬ ‫املفاهيم االساسية‬ ‫االسئلة‬

‫‪146‬‬ ‫‪150‬‬ ‫‪151‬‬ ‫‪153‬‬ ‫‪157‬‬ ‫‪159‬‬ ‫‪159‬‬ ‫‪161‬‬

‫ال‪ π°üØ‬ا‪ÿ‬ا‪ : ¢ùe‬ا’‪õJ‬ا¿ ا’‪ʃj‬‬ ‫‪ 1-5‬مقدمة‬ ‫‪ 2-5‬املواد االلكتروليتية واملواد غير االلكتروليتية‬ ‫‪ 3-5‬تفكك االلكتروليتات الضعيفة‬ ‫‪ 4-5‬التﺄين الذاتي للماء‬ ‫‪ 5-5‬املواد االمفوتيرية‬ ‫‪ 6-5‬االس الهيدروجيني التمذوب‬ ‫‪ 7-5‬تﺄثير االيون املشترك‬ ‫‪ 8-5‬احملاليل املنظمة (محاليل بفر)‬ ‫‪ 9-5‬الذوبانية وثابت حاصل الذوبان‬ ‫املعادالت الرئيسية‬ ‫املفاهيم االساسية‬ ‫االسئلة‬

‫‪169‬‬ ‫‪170‬‬ ‫‪170‬‬ ‫‪174‬‬ ‫‪183‬‬ ‫‪186‬‬ ‫‪188‬‬ ‫‪195‬‬ ‫‪197‬‬ ‫‪203‬‬ ‫‪212‬‬ ‫‪213‬‬ ‫‪215‬‬

‫ال‪ π°üØ‬ال‪°ù‬ا‪ØJ : ¢SO‬ا‪ äÓY‬ال‪C à‬ا‪h ó°ùc‬ا’‪õàN‬ا∫ ‪h‬ال‪µ‬ي‪ª‬يا‪h A‬ال‪Hô¡µ‬ا‪F‬ية‬ ‫‪ 1-6‬مقدمة‬ ‫‪ 2-6‬اعداد التﺄكسد‬ ‫‪ 3-6‬تفاعالت التﺄكسد واالختزال‬ ‫‪ 4-6‬العوامل املﺆكسدة واملختزلة‬ ‫‪ 5-6‬موازنة معادالت تفاعالت التﺄكسد واالختزال‬ ‫‪ 6-6‬اخلاليا الكلفانية‬ ‫‪ 7-6‬جهد اخللية الكلفانية‬

‫‪219‬‬ ‫‪220‬‬ ‫‪220‬‬ ‫‪222‬‬ ‫‪225‬‬ ‫‪226‬‬ ‫‪227‬‬ ‫‪230‬‬

‫‪5‬‬

‫‪ 8-6‬اخلاليا االلكتروليتية‬ ‫‪ 9-6‬قوانني فاراداي‬ ‫‪ 10-6‬البطاريات (النضائد) وخاليا الوقود‬ ‫املعادالت الرئيسية‬ ‫املفاهيم االساسية‬ ‫االسئلة‬

‫الفﻬرﺱ‬

‫ال‪ π°üØ‬ال‪°ù‬ا‪ : ™H‬ال‪µ‬ي‪ª‬يا‪ A‬الع†‪jƒ°‬ة ل∏¡ي‪chQó‬ا‪ƒHQ‬نا‪ ä‬ا‪Ÿ‬ع‪°Vƒ‬ة‬ ‫‪ 1-7‬مقدمة‬ ‫‪ 2-7‬هاليدات االلكيل‬ ‫‪ 3-7‬الكحوالت‬ ‫‪ 4-7‬االيثرات‬ ‫‪ 5-7‬االلديهايدات والكيتونات‬ ‫‪ 6-7‬احلوامض الكاربوكسيلية‬ ‫‪ 7-7‬االسترات‬ ‫‪ 8-7‬االمينات‬ ‫املفاهيم االساسية‬ ‫االسئلة‬ ‫ال‪ π°üØ‬الثا‪ : øe‬ال‪µ‬ي‪ª‬يا‪ A‬ا◊يا‪J‬ية‬ ‫‪ 1-8‬مقدمة‬ ‫‪ 2-8‬الكاربوهيدرات‬ ‫‪ 3-8‬البروتينات‬ ‫‪ 4-8‬االنزميات‬ ‫‪ 5-8‬الدهون (اللبيدات)‬ ‫‪ 6-8‬الصابون‬ ‫املفاهيم االساسية‬ ‫االسئلة‬

‫‪6‬‬

‫‪244‬‬ ‫‪246‬‬ ‫‪249‬‬ ‫‪250‬‬ ‫‪251‬‬ ‫‪252‬‬ ‫‪257‬‬ ‫‪258‬‬ ‫‪260‬‬ ‫‪265‬‬ ‫‪271‬‬ ‫‪275‬‬ ‫‪281‬‬ ‫‪285‬‬ ‫‪287‬‬ ‫‪291‬‬ ‫‪293‬‬ ‫‪297‬‬ ‫‪298‬‬ ‫‪298‬‬ ‫‪302‬‬ ‫‪305‬‬ ‫‪306‬‬ ‫‪306‬‬ ‫‪308‬‬ ‫‪310‬‬ ‫‪311‬‬

‫مقدمة‬ ‫ميثل كتاب الكيمياء – للصﻒ السادس العلمي بطبعته االولى احللقة االخيرة في سلسلة كتب الكيمياء‬ ‫للمرحلة الثانوية – ﲟستويها املتوسﻂ واالعدادي‪ -‬حيث استقر الرأي في الوزارة‪ -‬تربوي ًا وعلمياً‪ -‬على البدء‬ ‫بتدريس علم الكيمياء في عراقنا اجلديد من الصﻒ االول املتوسﻂ كمقرر دراسي نظري وعملي مواكبة للركب‬ ‫العلمي العاملي في هذا املجال‪.‬‬ ‫وقد بذلت اللجنة املكلفة بتﺄليﻒ هذا الكتاب جهد ًا لتنفيذ مانصت عليه االهداف واملفردات بشﺄن اﻵتي‪-:‬‬ ‫اوالً‪ :‬ان يكون محتوى الكتاب صل ًة مباﺷرة وثقى بني مناهﺞ الكيمياء في املرحلة الثانوية ومثيالتها في املرحلة اجلامعية‬ ‫االولية بشتى الفروع‪ .‬ﲟا تضمنه الكتاب من نظريات ومبادئ حديثة‪ .‬وتطبيقات عملية ورياضية ملعظمها‪.‬‬ ‫ثانياً‪ :‬متابعة النمو التدريجي املتئد حملتوى املفردة علمي ًا وتربوي ًا مع النمو االنفعالي واملعرفي للطالب منذ الصﻒ‬ ‫االول املتوسﻂ مرور ًا بالسنوات الالحقة وما رافقها من تراكم خلزين احتياطي من املعلومات الكيميائية املتجددة‪.‬‬ ‫ثالثاً‪ :‬دقة التنسيق في املعلومات املوازنة واملقاربة مع العلوم االخرى‪ .‬سيما الفيزياء والرياضيات‪ ..‬حيث التغيرات‬ ‫املتسارعة والتطور الناﰋ عن االكتشافات والبحوث املتتالية يفرض دقة فائقة في التنسيق بني هذه العلوم فض ً‬ ‫ال‬ ‫عن علم االحياء ومايحتويه من فروع حديثة ذات صلة عضوية مباﺷرة بالكيمياء‪.‬‬ ‫رابعاً‪ :‬التوسع االفقي في محتوى اغلب املفردات ﲟا ينسجم وحاجات املجتمع بﺄسلوب اليدخل امللل والسقم‬ ‫للطالب‪ .‬وفي الوقت نفسه يشجع املدرس على فتح افاق جديدة امام الطلبة وتشويقهم ملتابعة جزء ولو بسيﻂ‬ ‫من التقدم العلمي العاملي في الكيمياء عن طريق وسائل االتصال احلديثة‪.‬‬ ‫خامساً‪ :‬ﰎ االكثار من االمثلة احمللولة والتمارين واالسئلة في نهاية الفصل ‪ ...‬املني من االخوة املدرسني االبتعاد‬ ‫كلي ًا عن اقحام افكار علمية جديدة غير مطروقة ضمن الفصل في هذه املرحلة‪ ...‬تقلي ً‬ ‫ال لالجتهادات الفردية‬ ‫التي تنعكس سلب ًا على الطالب وسيما ضمن موضوعي االتزان االيوني والعضوية‪ ..‬تيسير ًا للطلبة في اجتياز‬ ‫مريح لهذه املرحلة احلرجة التي ﲤثل انعطاف ًا في حياة الطلبة وبعبارة اكثر تركيزاً‪ :‬تﺄمل اللجنة من االخوة‬ ‫املدرسني األفاضل االكتفاء بحدود مادة املنهﺞ الرسمي املقرر‪.‬‬ ‫سادساً‪ :‬اجلانب العملي تود اللجنة التﺄكيد على تعليم الطلبة على استخدام االدوات املختبرية واالجهزة احلديثة‪،‬‬ ‫لترسيﺦ االفكار واملفاهيم النظرية من جهة واﺷباع ﺷوق الطالب ﲟتابعة النتائﺞ العملية من جهة اخرى‪ ..‬وكي‬

‫‪7‬‬

‫نرسله للجامعة ﲟﺆهل اولي يسيطر عن املختبر ودوره في التقدم العلمي مع التﺄكيد على التواصل املستمر‬ ‫بني املدارس ومديرية التقنيات التربوية واالقسام والشعب التابعة لها في بغداد واحملافظات‪ .‬ان استثمار موارد‬ ‫البيئة احمللية يذلل بعض ًا من صعوبات النقص في بعض املواد الكيميائية‪ .‬علم ًا ان االستخدام االمثل للمختبر‬ ‫يوفر الوقت واجلهد للمدرس ويسهل خطة اكمال املنهﺞ املقرر‪.‬‬ ‫سابعاً‪ :‬ان الكتاب بطبعته االولى بعد ان استكمل متطلبات االﳒاز اليستغني ابد ًا عن اراء املدرسني من ذوي اخلبرة‬ ‫واولياء امور الطلبة واالختصاصيني واساتذة اجلامعة برفد الطبعات الالحقة ﲟا يرونه مالئم ًا ألستمرار تطوير‬ ‫الكتاب وحتديثه وهذه سنة احلياة‪.‬‬ ‫يتضمن هذا الكتاب ﲤهيد للعالقات الرياضية في الكيمياء التي استخدمها الطلبة في السنوات السابقة‪ ،‬كما‬ ‫تضمن ثمانية فصول‪ ،‬يتناول الفصل االول طرائق التحليل الكيميائي النوعي والكمي وتفرعاتها من عمليات‬ ‫التحليل الوزني واحلجمي‪ .‬يختص الفصل الثاني ﲟوضوع الكيمياء التناسقية حيث يشرح مبادئ هذا املوضوع من‬ ‫املعقدات التناسقية وتسمياتها ونظرياتها‪ .‬يتناول الفصل الثالث كيمياء الثرموداينمك وقوانينها الثالث التي‬ ‫تختص بالطاقة واالتزان والدوال الثرموداينمكية‪ .‬يشرح الفصل الرابع موضوع االتزان الكيميائي الذي ميهد‬ ‫ملوضوع االتزان االيوني الذي يتناوله الفصل اخلامس‪ .‬اما الفصل السادس فقد تناول موضوع التﺄكسد واالختزال‬ ‫والكيمياء الكهربائية حيث قدم ﺷرح وافي للخاليا الكهروكيميائية وانواعها‪ .‬تناول الفصلني االخيرين‬ ‫موضوعي الكيمياء العضوية للمركبات املعوضة والكيمياء احلياتية‪ .‬لقد غطت فصول الكتاب فروع الكيمياء‬ ‫املختلفة‪ ،‬التحليلية والالعضوية والفيزيائية والعضوية واحلياتية لتﺄهل الطلبة للدخول الى املرحلة اجلامعية وهم‬ ‫ميتلكوا قاعدة علمية رصينة ليكملوا فيها مشوارهم العلمي‪.‬‬ ‫وتثمن اللجنة جهود اخلبيريني العلميني الدكتور فاضل سليم متي والدكتور تقي الدين هادي حمدان‪ .‬كما‬ ‫وتقدم اللجنة الشكر للسيدة خلود مهدي سالم لتقدميها املساعدة الﳒاز هذا العمل‪.‬‬ ‫لذا تﺄمل اللجنة مخلصة موافاة املديرية العامة للمناهﺞ في موقعها على ﺷبكة االنترنت بكل مامن ﺷﺄنه‬ ‫املساهمة اجلادة برفع املستوى العلمي في الكيمياء لطلبتنا االعزاء‪....‬‬

‫ومن اﷲ التوفيق‬ ‫ا‪DƒŸ‬ل‪¿ƒØ‬‬

‫‪8‬‬

‫التمهيد‬

‫‪Preface‬‬

‫بعد االنتهاء من دراسة التمهيد يكون الطالب قادر ًا على أن ‪:‬‬

‫يتمكن من حساب الكتلة املولية للجزيئات‪.‬‬ ‫يتعرف على العالقة بني عدد املوالت والكتلة والكتلة املولية ويتمكن من حساب‬ ‫جميع هذه الدوال‪.‬‬ ‫ُيعرف املوالرية ويتمكن من حسابها باستخدام عدد املوالت وحجم احمللول‪.‬‬ ‫ُيعرف اللوغاريتم العشري واللوغاريتم الطبيعي والعالقة بينهما والقوانني‬ ‫اخلاصة بها‪.‬‬ ‫يتمكن من حساب اللوغاريتم العشري والطبيعي لالعداد ولوغاريتم االعداد‬ ‫املقابلة باستخدام احلاسبة اليدوية‪.‬‬

‫ ‬

‫مراجعة لما سبقت دراسته‬

‫من الضروري معرفة بعض العالقات الرياضية والرموز واملصطلحات‬ ‫املستخدمة في حسابات الكيميائية والتي عرفها الطالب في السنوات‬ ‫السابقة‪ .‬ان هذه العالقات تستخدم بشكل واسع في حسابات االمثلة‬ ‫والتمارين واملسائل احلسابية التي حتتويها فصول هذا الكتاب وال سيما‬ ‫املوضوعات التي تخص الكيمياء التحليلية والكيمياء الفيزيائية‪.‬‬

‫او ًال ‪ :‬الوحدات حسب النظام الدولي للوحدات (‪)SI‬‬ ‫يوضح اجلدول التالي الوحدات االساسية ورموزها حسب النظام الدولي‬ ‫للوحدات (‪. )SI‬‬ ‫اجلدول ‪1‬‬

‫الكمية الفيزيائية‬

‫اسم الوحدة‬

‫رمز الكمية‬

‫الكتلة (‪) mass‬‬

‫كيلو غرام (‪)kilogram‬‬

‫كغم (‪)kg‬‬

‫الطول (‪)length‬‬

‫متر (‪)meter‬‬

‫متر (‪)m‬‬

‫الزمن ( ‪)time‬‬

‫ثانية (‪)second‬‬

‫ثا (‪)s‬‬

‫درجة الحرارة (‪)temperature‬‬

‫كلفن (‪)Kelven‬‬

‫كلفن (‪)K‬‬

‫كمية المادة (‪)quantity‬‬

‫مول (‪)mole‬‬

‫مول (‪)mol‬‬

‫التيارالكهربائي (‪)electric current‬‬

‫امبير (‪)Ampere‬‬

‫امبير (‪)A‬‬

‫وميكن استخدام الوحدات املشـتقة من هذه الوحدات مثل الغرام (‪)gram) (g‬‬ ‫والسنتيمتر (‪ )centimeter) (cm‬اذا تطلبت احلسابات استخدامها‪.‬‬

‫ثاني ًا ‪ :‬بعض القوانين المستخدمة للحسابات في هذا الكتاب‬ ‫‪ -1‬حساب الكتلة املولية (‪Molar mass (M‬‬

‫‪10‬‬

‫تعرف الكتلة املولية للجزيئات والتي يرمز لها بالرمز (‪ )M‬بانها عدد‬ ‫الغرامات التي يحتويها املول الواحد من اجلزيئات‪ ،‬لذا تكون وحدة الكتلة‬ ‫املولية هــي ( ‪ .)g/mole‬تســـــــــاوي الكتلة املولية مجموع الكتل الذرية‬ ‫للعناصر في اجلزيء الواحد مضروبة بعدد ذرات تلك العناصر‪ .‬وسنوضح‬ ‫طريقة احلساب باالمثلة االتية‪:‬‬

‫مثال ‪1‬‬ ‫احسب الكتلة املولية ملركب كاربونات الصوديوم ‪ Na2CO3‬و‬ ‫فوسفات الكالسيوم ‪ .Ca3)PO4(2‬الكتل الذرية للعناصر‪:‬‬ ‫‪Na = 23 ; C = 12 ; O = 16 ; Ca = 40 ; P = 31‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫‪M )Na2CO3( = 2 × 23 + 1 × 12 + 3 × 16 = 106 g/mol‬‬ ‫‪M [Ca3)PO4(2] = 3 × 40 + 2 × 1 × 31 + 2 × 4 × 16‬‬ ‫‪= 310 g/mol‬‬

‫‪ -2‬حساب عدد املوالت‬

‫ﲤرين ‪1‬‬ ‫احسب الكتلة املولية للمركبات‬ ‫االتية‪ KMnO4 :‬و ‪NaOH‬‬ ‫و ‪ K2Cr2O7‬و ‪ H2SO4‬و‬ ‫‪ .MgCl2‬ميكن احلصول على الكتل‬ ‫الذرية للعناصر من اجلدول املوجود في‬ ‫نهاية الكتاب ‪.‬‬

‫(‪Number of moles )n‬‬

‫حلساب عدد املوالت (‪ )n‬نستخدم العالقة التالية التي استخدمناها في‬ ‫السنوات السابقة كثيرا‪.‬‬ ‫عدد املوالت ( مول) =‬

‫الكتلة (‪( )m‬غم)‬

‫الكتلة املولية ( ‪ ( ) M‬غم \ مول )‬

‫ويفضل دائما استخدام العالقة باللغة االنكليزية على الصورة االتية‪:‬‬ ‫(‪m )g‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــ = ( ‪n )mol‬‬ ‫(‪M )g/mol‬‬

‫مثال ‪2‬‬ ‫احسب عدد موالت كاربونات البوتاسيوم‬ ‫‪ 22 g‬من هذا املركب‪.‬‬

‫‪ K2CO3‬املوجودة في‬

‫احلـــــل‪:‬‬ ‫نحسب اوال الكتلة املولية للمركب ‪K2CO3‬‬ ‫‪M )K2CO3( = 2 × 39 + 1× 12 + 3 × 16 = 138 g/mol‬‬ ‫(‪ )n‬نستخدم العالقة اعاله حلساب عدد املوالت ‪n‬‬

‫(‪22 )g‬‬ ‫‪= 0.16 mol‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــ =‬ ‫(‪138 )g/mol‬‬

‫(‪m )g‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــ = ( ‪n )mol‬‬ ‫(‪M )g/mol‬‬

‫‪11‬‬

‫ﲤرين ‪2‬‬ ‫احسب عدد موالت كبريتات‬ ‫الصوديوم ‪ Na2SO4‬املوجودة في‬ ‫‪ 14.21g‬من هذا املركب‪.‬‬ ‫ج‪0.11mol :‬‬

‫ﲤرين ‪3‬‬ ‫أجر احلسابات االتية‪:‬‬ ‫ِ‬ ‫أ‪ -‬احسب عدد موالت حامض‬ ‫الفسفوريك ‪ H3PO4‬املوجودة‬ ‫في ‪ 721g‬من هذا املركب‪.‬‬

‫ميكن استخدام عالقة عدد املوالت حلساب الكتلة ايضا وذلك بترتيب املعادلة على‬ ‫الشكل االتي‪:‬‬ ‫(‪m)g( = n )mol( × M )g/mol‬‬ ‫مثال ‪3‬‬ ‫احسب عدد الغرامات املوجودة في ‪ 0.15 mole‬من ‪.NaCl‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫نحسب اوال الكتلة املولية للمركب ‪NaCl‬‬ ‫‪M )NaCl( = 1 × 23 + 1 × 35.5 = 58.5 g/mol‬‬ ‫ثم نطبق العالقة التالية حلساب ‪m‬‬

‫(‪m )g( = n )mol( × M )g/mol‬‬ ‫‪m )g( = 0.15 )mol( × 58.5 )g/mol( = 8.78 g‬‬

‫ب ‪ -‬احسب عدد الغرامات املوجودة ‪ -3‬حساب املوالرية (‪Molarity *)M‬‬

‫التركيز املوالري هو احد طرق التعبير عن التركيز ‪ ،‬وتعرف املوالرية بانها‬ ‫في ‪ 0.751mole‬مــــــــــــن‬ ‫عدد موالت املادة املذابة في لتر واحد من احمللول‪ .‬حلساب املوالرية (‪)M‬‬ ‫‪. Na3PO4‬‬ ‫نستخدم العالقة التالية التي استخدمناها في املرحلة اخلامسة‪.‬‬ ‫ج‪ :‬أ) ‪0.731mol‬‬ ‫ب) ‪1231g‬‬

‫انتبه !‬

‫املوالرية (مول ‪ /‬لتر) =‬

‫عدد املوالت (مول)‬ ‫احلجم (لتر)‬

‫* ان رمز التركيز املوالري (‪ )M‬يختلﻒ ويفضل دائما استخدام العالقة باللغة االنكليزية على الصورة االتية‪:‬‬ ‫عن رمز الكتلة املولية (‪)M‬‬

‫(‪n)mol‬‬ ‫(‪V)L‬‬

‫= (‪M )mol /L‬‬

‫وكما نعرف ان عدد املوالت (‪ ) n‬تعرف بالعالقة االتية ‪:‬‬ ‫(‪m)g‬‬ ‫= (‪n )mol‬‬ ‫(‪M)g/mol‬‬ ‫وميكن التعويض عن عدد املوالت ﲟا يساويها ونحول احلجم من وحدة اللتر ‪L‬‬ ‫الى وحدة املللتر ‪ mL‬لنحصل على العالقة االتية‪:‬‬ ‫(‪m )g‬‬ ‫(‪M )g/mol‬‬ ‫(‪V )mL‬‬

‫‪12‬‬

‫(‪1000 )mL/L‬‬

‫= (‪M )mol /L‬‬

‫او بشكل ابسﻂ على الصورة االتية‪:‬‬

‫(‪m)g(×1000 )mL/L‬‬

‫(‪M)g/mol( × V )mL‬‬

‫= (‪M )mol /L‬‬

‫مثال ‪4‬‬ ‫ﰎ اذابة ‪ 53 g‬من كاربونات الصوديوم ‪ Na2CO3‬في دورق‬ ‫حجمي سعته ‪ . 5 L‬احسب التركيز املوالري لهذا احمللول‪.‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫نحسب اوال الكتلة املولية للمركب ‪Na2CO3‬‬ ‫‪M )Na2CO3( = 2 × 23 + 1 × 12 + 3 × 16 = 106 g/mol‬‬

‫ان وحدة احلجم قد تكون بوحدة اللتر‬ ‫(‪ )L‬او املللتر (‪ )mL‬او السنتمتر‬

‫نستخدم العالقة ادناه حلساب عدد املوالت (‪)n‬‬

‫الوحدات هي كاالتي ‪:‬‬

‫‪= 0.5 mol‬‬

‫(‪53)g‬‬

‫(‪106)g/mol‬‬

‫=‬

‫(‪m)g‬‬

‫(‪M)g/mol‬‬

‫انتبه !‬

‫مكعب (‪ ، )cm3‬والعالقة بني هذه‬ ‫‪1 L = 1000 mL‬‬

‫= ( ‪n )mol‬‬

‫‪1 L = 1000 cm3‬‬ ‫‪1 mL = 1 cm3‬‬

‫نحسب املوالرية باستخدام العالقة االتية‪:‬‬ ‫‪= 0.1 mol/L‬‬

‫(‪0.5 )mol‬‬ ‫(‪5 )L‬‬

‫=‬

‫(‪n)mol‬‬ ‫(‪V )L‬‬

‫= (‪M )mol /L‬‬

‫في اغلب االحيان نستبدل الوحدة ‪ mole/ L‬برمز املوالرية ‪ M‬نفسها لذا‬ ‫نكتب النتيجة هذه على الصورة االتية‪:‬‬ ‫‪M )mol/L( = 0.1 mol/L = 0.1 M‬‬ ‫مثال ‪5‬‬ ‫احسب عدد الغرامات من هيدروكسيد الكالسيوم ‪ Ca)OH(2‬الالزمة‬ ‫لتحضير محلول تركيزه ‪ 0.1 M‬وحجمه ‪. 250 mL‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫نحسب اوال الكتلة املولية للمركب ‪Ca)OH(2‬‬ ‫‪M [Ca)OH(2] = 1 × 40 + 2 × 16 + 2 × 1‬‬ ‫‪= 74 g/mol‬‬ ‫ميكن حساب املوالربة ‪ M‬بالعالقة االتية‪:‬‬ ‫(‪m)g(×1000 )mL/L‬‬

‫(‪M)g/mol( × V )mL‬‬

‫ﲤرين ‪4‬‬ ‫ﰎ اذابة ‪ 151g‬من حامض‬ ‫اخلليك‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫في‬

‫‪ 1501mL‬من املاء وضعت في‬ ‫دورق حجمي سعته نصﻒ لتر‬ ‫واكمل احلجم حلد العالمة‪ .‬احسب‬ ‫موالرية هذا احمللول‪.‬‬ ‫ج‪0.51M :‬‬

‫= (‪M )mol /L‬‬

‫وبترتيب هذه املعادلة نحصل منها على كتلة النموذج ‪:m‬‬

‫‪13‬‬

‫ﲤرين ‪5‬‬ ‫اذيب ‪ 41g‬من هيدروكسيد‬ ‫الصوديوم ‪ NaOH‬في حجم معني‬ ‫من املاء وﰎ قياس موالرية احمللول‬ ‫وكانتتساوي ‪.0.051mole/L‬‬

‫(‪M )mol /L(× M)g/mol( × V )mL‬‬

‫(‪1000 )mL/L‬‬

‫(‪0.1 )mol /L(× 74)g/mol( × 250 )mL‬‬ ‫(‪1000 )mL/L‬‬

‫= (‪m)g‬‬

‫‪m)g( = 1.85 g‬‬

‫احسب حجم املاء باللتر الذي‬ ‫اذيبت فيه العينة‪.‬‬ ‫ج‪20001mL :‬‬

‫= (‪m)g‬‬

‫‪ -4‬العﻼﻗة بﲔ عدد اﳉﺰيﺌات او الذرات واملوﻝ‬

‫ميثل عدد افوكادرو الذي يرمز له بالرمز ‪ NA‬عدد االﺷياء (ذرات او جزيئات)‬ ‫التي يحتويها املول الواحد وقيمته تساوي‪:‬‬ ‫‪NA = 6.023 × 1023 atoms or molecules / mol‬‬ ‫حيث (‪ )atoms‬تعني ذرات و ( ‪ ) molecules‬تعني جزيئات‪ .‬والعالقة بني‬

‫عدداملوالت (‪ n )mole‬وعددافوكادرووعدداجلزيئاتأوالذراتهيكاالتي‪:‬‬

‫عدد اجلزيئات او الذرات = عدد املوالت (‪ × )mol‬عدد افوكادرو (‪) atoms or molecules / mol‬‬

‫وللسهولة تكتب على الصورة االتية‪:‬‬ ‫(‪No. )atoms or molecules( = n )mol( × NA ) atoms or molecules / mol‬‬ ‫مثال ‪6‬‬ ‫ماهي عدد الذرات واجلزيئات املوجودة في ‪ 0.1 mole‬من غاز الهيدروجني ‪H2‬‬ ‫احلـــل‪:‬‬ ‫حلساب عدد اجلزيئات نستخدم العالقة االتية ‪:‬‬ ‫(‪No. molecules = n )mol( × NA )molecules/ mol‬‬ ‫ﲤرين ‪6‬‬ ‫احسب عدد الذرات واجلزيئات‬ ‫املوجودة فـــــــــي ‪0.16 mole‬‬ ‫من غاز االوكسجني ‪.O2‬‬ ‫ج‪0.96 × 1022 molecules :‬‬ ‫‪1.82 × 1022 atoms‬‬

‫‪14‬‬

‫(‪= 0.1 )mol( × 6.023 × 1023 )molecules/ mol‬‬ ‫‪= 6.023 × 1022 molecules‬‬ ‫وﲟا ان كل جزيء هيدروجني يحتوي على ‪ 2‬ذرة من الهيدروجني لذا فعدد الذرات‬ ‫يساوي ‪:‬‬ ‫‪No. atoms = No. molecules × 2‬‬ ‫‪No. atoms = 6.023 × 1022 × 2 = 12.046 × 1022 atoms‬‬

‫‪ -5‬اللوغاريتمات‬

‫هنالك نوعان من اللوغاريتمات في الرياضيات هما اللوغاريتم ال ُعشري‬ ‫(اللوغاريتم االعتيادي)‪ .‬وقد اتفق على عدم كتابة االساس (‪ )10‬حني استعماله‪.‬‬ ‫حيث ‪ log10 y‬يكتب بشكل ‪ . log y‬والذي ميكن تعريفه ‪:‬‬ ‫‪log y = x ⇒ y = 10 x‬‬ ‫فمث ً‬ ‫ال ‪ log10 7 :‬يكتب بشكل ‪ log 7‬وكذلك ‪ log10 0.05‬يكتب بشكل‬ ‫‪ log 0.05‬ومن املفيد هنا ان نذكر بعض اللوغاريتمات لالعداد الصحيحة للعدد‬ ‫‪ 10‬معتمدين على أن ‪ log 10n = n :‬فمثالً‪:‬‬ ‫‪ log 107 = 7‬و ‪ .... log 104 = 4‬الى اخره ل ُ‬ ‫ألسس املوجبة‪.‬‬ ‫‪ log 0.01 = log 10-2 = -2‬و ‪log 0.00001 = log 10-5 = -5‬‬ ‫‪ .....‬الى اخره ل ُ‬ ‫ألسس السالبة‪.‬‬ ‫اما النوع الثاني من اللوغاريتمات فيسمى باللوغاريتم الطبيعي ويرمز له‬ ‫بالرمز ‪ lne y‬الذي اساسه ‪ e‬ذو القيمة ‪ 2.718‬والذي ميكن تعريفه بالعالقة‪:‬‬ ‫‪ln y = x ⇒ y = e x‬‬ ‫والقوانني التالية تنطبق على كليهما ‪:‬‬ ‫‪ -1‬لوغارتيم حاصل ضرب عددين يساوي مجموع لوغاريتمات هذين العددين‪:‬‬ ‫‪log Z × Y = log Z + log Y‬‬ ‫‪log 5 × 6 = log 5 + log 6‬‬ ‫‪ -2‬لوغارتيم حاصل قسمة عددين يساوي الفرق بني لوغاريتميهما‬

‫‪Z‬‬ ‫‪ = log Z - log Y‬ـــــ ‪log‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪ = log 8 - log 3‬ـــــ ‪log‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪ -3‬لوغارتيم عدد مرفوع ُألس معني يساوي حاصل ضرب ا ُألس في لوغاريتم هذا‬ ‫العدد‪.‬‬ ‫‪log ZY = Y × log Z‬‬ ‫‪log 29 = 9 × log 2‬‬ ‫بعد دراستنا للوغاريتمات العشرية والطبيعية وبعض قوانني اللوغاريتمات‪،‬‬ ‫سندرس االن كيفية استخدام احلاسبة اليدوية (‪ )Calculator‬اليجاد لوغاريتم‬ ‫عدد ولوغاريتمات االعداد املقابلة وكتطبيق ملا درسناه سابقاً‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫او ًال‪ :‬ايﺠاد لوغاريتم العدد‬ ‫‪ -1‬في حالة اللوغاريتمات العﺸرية (‪)log‬‬

‫نكتب العدد املراد إيجاد لوغاريتمه ثم نضغﻂ على املفتاح ‪ log‬فيظهر الناﰋ ‪.‬‬

‫مثال ‪7‬‬ ‫جد‪:‬‬ ‫(أ) ‪( ، log 7‬ب) ‪( ، log 13‬جـ) ‪( ، log 0.08‬د) ‪log 1.5‬‬ ‫ﲤرين ‪7‬‬ ‫جد قيم‬

‫أ)‪log 26.7‬‬ ‫ب) ‪log 0.89‬‬

‫جـ) ‪ln 93‬‬

‫د) ‪ln 0.02‬‬ ‫باستخدام احلاسبة اليدوية‪.‬‬

‫احلــــل‪:‬‬ ‫(أ) نكتب ‪ 7‬ثم نضغﻂ على ‪ log‬فيكون الناﰋ ‪ 0.84509804‬اي‬ ‫‪log 7 = 0.84509804‬‬ ‫(ب) نكتب العدد ‪ 13‬ثم نضغﻂ ‪ log‬فيكون الناﰋ ‪1.11394335‬‬ ‫(جـ) نكتب العدد ‪ 1.5‬ثم نضغﻂ ‪ log‬فيكون الناﰋ ‪0.176091259‬‬ ‫(د) نكتب العدد ‪ 0.08‬ثم نضغﻂ ‪ log‬فيكون الناﰋ ‪- 1.096910013‬‬

‫(‪ )2‬في حالة اللوغاريتمات الﻄبيعية (‪)ln‬‬

‫نكتب العدد املراد إيجاد لوغاريتمه ثم نضغﻂ على املفتاح ‪ ln‬فيظهر الناﰋ‬ ‫ﲤرين ‪8‬‬

‫جد قيم ‪ y‬في العالقات التالية‬ ‫باستخدام احلاسبة اليدوية‪ ،‬اي جد‬

‫مثال ‪8‬‬ ‫جد‪:‬‬ ‫(أ) ‪ln 7‬‬

‫(ب) ‪ln 13‬‬

‫(جـ) ‪ln 0.08‬‬

‫(د) ‪ln 1.5‬‬

‫اللوغاريتم املقابل‪.‬‬ ‫أ) ‪log y = 2.6‬‬

‫ب) ‪log y = -1.2‬‬

‫جـ) ‪ln y = 0.7‬‬

‫د) ‪ln y = -3.9‬‬

‫احلــــل‪:‬‬ ‫(أ) نكتب العدد ‪ 7‬ثم نضغﻂ على ‪ ln‬فيكون الناﰋ ‪1.94510149‬‬ ‫(ب) نكتب العدد ‪13‬ثم نضغﻂ على ‪ ln‬فيكون الناﰋ ‪2.564949357‬‬ ‫(جـ) نكتب العدد ‪ 0.08‬ثم نضغﻂ على ‪ ln‬فيكــــــــون الناﰋ‬ ‫ ‪2.525728644‬‬‫(د) نكتب العدد ‪1.5‬ثم نضغﻂ على ‪ ln‬فيكون الناﰋ ‪0.405465108‬‬

‫‪16‬‬

‫ثاني ًا ‪ :‬ﺇيﺠاد العدد المقابﻞ اﺫا علم لوغاريتم ُه‬

‫‪ -1‬في حالة اللوغاريتمات العﺸرية‬

‫نكتب لوغاريتم العدد (املعطى) ونضغﻂ على مفتاح ‪ 2ndF‬ويكون مغاير‬ ‫لالســـود (اصفر ‪ ،‬ازرق‪ )...‬ثم نضغﻂ على مفتاح ‪ log‬فيظهر العدد املطلوب‪.‬‬ ‫مثال ‪9‬‬ ‫جد االعداد املقابلة لالعداد التي لوغاريتماتها العشرية هي ‪:‬‬ ‫(أ) ‪0.84509804‬‬ ‫(ب) ‪1.113943352‬‬ ‫(جـ) ‪1.096910013 -‬‬ ‫(د) ‪0.176091259‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫(أ) نكتب ‪ 0.84509804‬ثم نضغﻂ على ‪ 2nd F‬ثم نضغﻂ على مفتاح ‪log‬‬ ‫فيظهر ‪7‬‬ ‫(ب) نكتب ‪ 1.113943352‬ثم نضغﻂ على ‪ 2ndF‬ثم نضغﻂ على مفتاح‬ ‫‪ log‬فيظهر ‪13 ≃ 12.99999999‬‬ ‫(جـ) نكتب ‪ -1.096910013‬ثم نضغﻂ ‪ 2nd F‬ثم نضغﻂ على مفتاح ‪log‬‬ ‫فيظهر ‪0.08‬‬ ‫(د) نكتب ‪ 0.176091259‬نضغﻂ على ‪ 2nd F‬ثم نضغﻂ على مفتاح ‪log‬‬ ‫فيظهر ‪1.5‬‬

‫‪ -2‬في حالة اللوغاريتمات الﻄبيعية‬ ‫نطبق نفس اخلطوات املذكور في (‪.)1‬‬ ‫مثال ‪10‬‬ ‫جد االعداد املقابلة لالعداد التي لوغاريتماتها الطبيعية هي ‪:‬‬ ‫(أ) ‪3.22‬‬ ‫(ب) ‪-1.78‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫(أ) نكتب ‪ 3.22‬ثم نضغﻂ على ‪ 2nd F‬ثم نضغﻂ على مفتاح ‪ ln‬فيظهر ‪25‬‬ ‫(ب) نكتب ‪ -1.78‬ثم نضغﻂ على ‪ 2ndF‬ثم نضغﻂ على مفتاح ‪ln‬‬ ‫فيظهر ‪0.17‬‬

‫‪17‬‬

‫المعادالت الرئيسية‬ ‫العالقة بني عدد املوالت والكتلة املولية (‪)n‬‬

‫رقم الصفحة ‪11‬‬

‫التركيز املوالري (‪)M‬‬

‫رقم الصفحة ‪12‬‬

‫عدد الذرات او اجلزيئات‬

‫رقم الصفحة ‪14‬‬

‫)‪m (g‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــ = ) ‪n (mol‬‬ ‫)‪M (g/mol‬‬ ‫)‪n(mol‬‬ ‫)‪V(L‬‬

‫= )‪M (mol /L‬‬

‫)‪No. (atoms or molecules) = n (mol) × NA ( atoms or molecules / mol‬‬

‫المفاهيم االساسية‬ ‫الكتلة المولية (‪Molar mass )M‬‬ ‫هي كتلة ‪ 1‬مول من اي مركب كيميائي وحتسب من مجموع الكتل الذرية لذرات العناصر املكونة للمركب‬ ‫مضروبة في عددها في هذا املركب‪.‬‬ ‫الموالرية (‪Molarity )M‬‬ ‫عدد موالت املادة املذابة في لتر واحد من احمللول‬ ‫عدد افوكادرو )‪Avogadroُs Numder (NA‬‬ ‫عدد الذرات او االيونات او اجلزيئات التي يحتويها املول الواحد وقيمته تساوي ‪. 6.023 × 1023 mol-1‬‬

‫‪18‬‬

‫الفصل االول‬

‫‪1‬‬

‫طرائق التحليل الكيميائي‬ ‫‪Chemical Analysis‬‬

‫بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على اآلتي ‪:‬‬

‫يفهم االنواع املختلفة من طرائق التحليل الكيميائي‪.‬‬ ‫مييز بني التحليل النوعي والتحليل الكمي ‪.‬‬ ‫يستطيع ان يتعامل في الكشف عن بعض االيونات املوجبة‪.‬‬ ‫يدرك اهمية التحليل الوزني ملعرفة كمية املواد املجهولة بطرائقها املختلفة ‪.‬‬ ‫يفهم اسلوب اجناز عملية التحليل الوزني واخلطوات التي تتضمنها هذه‬ ‫العملية‪.‬‬ ‫يستطيع حساب املعامل الوزني واجراء احلسابات الالزمة في عملية التحليل‬ ‫الوزني‪.‬‬ ‫مييز اهمية التحليل احلجمي في معرفة تراكيز احملاليل املجهولة وحساب كميات‬ ‫املواد املذابة فيها‪.‬‬ ‫يدرك اهمية حساب الكتل املكافئة للمواد املختلفة وعالقة ذلك بنوع التفاعل‬ ‫الكيميائي الذي تسكلة في عملية التحليل‪.‬‬ ‫مييز بني بعض االدوات املهمة التي تستعمل في عملية التحليل احلجمي‪.‬‬ ‫يدرك كيفية ايجاد نقطة نهاية التفاعل باالعتماد على استعمال الدالئل اللونية‬ ‫وعالقة هذه النقطة بنقطة التكافؤ‪.‬‬

‫‪19‬‬

‫‪ 1-1‬مقدمة‬

‫لعمليات التحليل الكيميائي تطبيقات واسعة في مجاالت مختلفة صناعية‬ ‫وكيميائية و بيولوجية وجيولوجية ومجاالت علمية أخرى‪ .‬فعلى سبيل املثال‪،‬‬ ‫عند دراسة تلوث الهواء تكون هناك ضرورة لقياس كميات الهيدروكاربونات‬ ‫املختلفة و اكاسيد النتروجني وغاز أحادي اوكسيد الكاربون املنبعثة من عوادم‬ ‫السيارات‪ .‬ومن ناحية أخرى تكون املعرفة الدقيقة حملتوى دم اإلنسان من كمية‬ ‫الكالسيوم املتأين ضرورية لتشخيص اإلصابة مبرض الغدة الدرقية املفرط‪ .‬وفي‬ ‫مجال األغذية التي يستهلكها االنسان‪ ،‬ميكن الربط بني محتوى النتروجني في أي‬ ‫منتج غذائي مباشرة مبحتوى الغذاء من البروتني‪ .‬اما في مجال الصناعة مثال‪ ،‬فإن‬ ‫إجراء عمليات التحليل الكمي وبشكل دوري متكن من السيطرة على مواصفات‬ ‫احلديد املنتج من حيث القوة والصالبة وقابليته على مقاومة التآكل‪ .‬وهناك أمثلة‬ ‫كثيرة أخرى ألهمية عمليات التحليل الكيميائي في كل مجال من مجاالت احلياة ‪.‬‬ ‫تهتم الكيمياء التحليلية بتشخيص العينة املراد حتليلها (التحليل الوصفي)‬ ‫وكذلك بتعيني محتواها من املكونات (التحليل الكمي)‪.‬‬

‫‪2-1‬‬

‫‪20‬‬

‫طرائق التحليل الوصفي (النوعي) ‪Qualitative Analysis‬‬ ‫تهدف عملية التحليل الوصفي للعينة إلى معرفة هوية مكون واحد أو أكثر‬ ‫من مكونات املادة أو مزيج من املواد أو احملاليل ومعرفة األسلوب الذي ترتبط به‬ ‫هذه املكونات (العناصر أو مجموعة العناصر) بعضها بالبعض األخر‪ .‬تتم عملية‬ ‫تشخيص املادة املراد حتليلها من خالل حتويلها عادة مبساعدة مادة أخرى معروفة‬ ‫التركيب (تدعى الكاشف) بوساطة تفاعل كيميائي إلى مركب جديد ذو خواص‬ ‫معروفة ومميزة ومثال ذلك‪ ،‬ميكن إجراء عملية حتليل وصفي ملزيج مكون من‬ ‫مجموعة االيونات املوجبة األكثر شيوعا‪ ،‬حيث تتضمن عملية التحليل الوصفي‬ ‫هذه خطوتني االولى هي فصل االيونات بعضها عن البعض االخر والثانية هي‬ ‫الكشف عن وجود كل ايون من عدمه من خالل اجراء تفاعالت كيميائية معروفة‬ ‫تستعمل لهذا الغرض‪ .‬والجل اجناز عمليات التحليل الوصفي لهذه االيونات‬ ‫تقسم عادة إلى عدد من املجاميع متتاز كل مجموعة منها بأن لها عام ً‬ ‫ال مرسب ًا معين ًا‬ ‫تؤدي عملية إضافته للمحلول الذي يضم مزيج االيونات إلى ترسيب مجموعة‬ ‫االيونات اخلاصة بتلك املجموعة وبالتالي فصلها (بطريقة ترشيح الراسب الذي‬ ‫يحتويها) عن بقية االيونات األخرى في املزيج وثم إجراء عمليات الكشف‬ ‫عنها‪ ،‬وتقسم االيونات املوجبة (االكثر شيوعاً) الى خمسة مجاميع متتاز ايونات‬ ‫كل مجموعة منها بان لها نفس العامل املرسب كما هو مبني في اجلدول‪.1-1‬‬ ‫تنجز عملية الفصل املبينة بحسب اجلدول أعاله باإلضافة النظامية للعوامل‬ ‫املرسبة للمجاميع (أي حسب الترتيب) ابتداء من املجموعة األولى (‪ )I‬والى‬

‫املجاميع اخلمس من االيونات املوجبة وعواملها املرسبة والصيغ الكيميائية‬ ‫للرواسب الناجتة‪.‬‬

‫اجلدول ‪1-1‬‬

‫املجموعة العامل املرسب للمجموعة‬

‫أيونات املجموعة‬

‫‪I‬‬

‫حامض ‪ HCl‬املخفف‬

‫‪II‬‬

‫كبريتيد الهيدروجني بوجود‬ ‫‪ HCl‬املخفف‬

‫‪Hg2+، Cu2+،Bi3+،‬‬ ‫‪Cd2+ ،Pb2+،‬‬ ‫‪Sn2+،As3+، Sb3+‬‬

‫هيدروكسيد االمونيوم‬ ‫‪A III‬‬ ‫مع كلوريد االمونيوم‬ ‫(‪ NH OH‬و ‪)NH Cl‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪Al3+،Cr3+،Fe3+‬‬

‫‪B‬‬ ‫‪IV‬‬

‫كبريتيد الهيدروجني بوجود‬ ‫‪ NH4OH‬و ‪NH4Cl‬‬ ‫‪ )NH ) CO‬بوجود‬ ‫‪3‬‬

‫‪4 2‬‬

‫‪ NH4OH‬و ‪NH4Cl‬‬

‫‪V‬‬

‫صيغة الراسب‬

‫‪AgCl، Hg2Cl2 ،PbCl2 Ag+، Hg22+، Pb2+‬‬ ‫‪HgS، CuS ،Bi2S3،‬‬ ‫‪CdS،PbS، As2S3،‬‬ ‫‪Sb2S3، SnS‬‬ ‫‪Al(OH)3، Cr(OH)3،‬‬ ‫)‪Fe(OH‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪NiS، ZnS، CoS، MnS Ni2+، Zn2+، Co2+،‬‬ ‫‪Mn2+‬‬ ‫ ‪Ca2+، Ba2+، Sr2+‬‬

‫‪CaCO3، BaCO3،‬‬ ‫‪SrCO3‬‬

‫تبقى في احمللول النهائي بدون ‪Mg2+، Na+، K+، NH4+‬‬ ‫ترسيب‬

‫املجموعة الرابعة (‪ )IV‬وهذا يعني ان يضاف محلول حامض الهيدروكلوريك‬ ‫املخفف إلى مزيج االيونات أوال وبعد فصل ايونات املجموعة األولـــــــى (‪Ag+،‬‬ ‫‪ ) Hg22+ ،Pb2+‬من محلول املزيج‪ ،‬على شكل راسب لكلوريدات هذه‬ ‫العناصر بعملية الترشيح‪ ،‬ميرر غاز كبريتيد الهيدروجني على الراشح (الذي‬ ‫يحوي ايونات املجاميع االخرى) لترسيب وفصل ايونات املجموعة الثانية‬ ‫)‪ (Hg2+،Cu2+،Bi3+،Cd2+ ،Pb2+،Sn2+، As3+، Sb3+‬ثم يضاف‬

‫محلول ملزيج من كلوريد االمونيوم ومحلول هيدروكسيد االمونيوم إلى الراشح الناجت‬ ‫لترسيب وفصل ايونات املجموعة ‪ ،IIIA‬وتستمر عملية الفصل على هذا املنوال‪.‬‬ ‫بعد امتام عملية فصل االيونات املوجبة حسب مجاميعها يتم التعامل مع‬

‫انتبه !‬

‫يصنف ايون الرصاص ضمن‬

‫املجموعتني ‪ I‬و ‪ II‬وذلك لكون‬ ‫ذوبانية كلوريد الرصاص كبيرة‬ ‫نسيب ًا مما يسبب في بعض االحيان‬ ‫عدم ترسبه بشكل تام عند اضافة‬ ‫حامض ‪ HCl‬املخفف‪.‬‬

‫الرواسب الناجتة لكل مجموعة لغرض إكمال عملية التحليل من خالل الكشف‬ ‫عن وجود كل ايون من عدمه في كل مجموعة‪.‬وسنكتفي هنا بفصل ايونات‬ ‫املجموعة (‪ )I‬عن بقية املجاميع وطرائق الكشف عن كل ايون فيها وعلى الصورة‬ ‫املبينة في التجربة االتية‪:‬‬

‫‪21‬‬

‫‪ 1-2-1‬جتربة عملية لفصل وحتليل ايونات املجموعة األولى‬

‫كما سبق واشرنا اعاله انه يتم فصل ايونات املجموعة األولى (‪Ag+‬و ‪Hg22+‬‬

‫و ‪ )Pb2+‬من احمللول وذلك بترسيبها على هيئة كلوريدات(‪ AgCl‬و ‪Hg2Cl2‬‬ ‫و ‪ )PbCl2‬ثم يتم الكشف عن كل ايون على وفق األسس االتية‪:‬‬ ‫‪ -1‬يذوب راسب ‪ PbCl2‬في املاء املغلي بينما ال يتأثر راسب ‪ AgCl‬و ‪Hg2Cl2‬‬ ‫بذلك‪ ،‬فعند إضافة املاء املغلي إلى مزيج الرواسب يتم إزالة ‪ PbCl2‬عنها‬ ‫بسبب ذوبانه وفصله بعملية الترشيح ويتم الكشف عن وجود الرصاص في‬ ‫الراشح بإضافة محلول كاشف كرومات البوتاسيوم ‪ K2CrO4‬اليه ليكون‬ ‫راسبا اصفر من كرومات الرصاص ‪ PbCrO4‬في حال وجود الرصاص‬ ‫وحسب املعادلة االتية‪:‬‬ ‫‪PbCl2 + K2CrO4‬‬ ‫‪PbCrO4 + 2KCl‬‬

‫راسب اصفر‬

‫‪ -2‬يضاف محلول االمونيا املخفف الى الراسب املتبقي (‪ AgCl‬و ‪)Hg Cl‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫بعد فصل كلوريد الرصاص‪ ،‬حيث يذوب كلوريد الفضة ‪ AgCl‬في محلول‬ ‫االمونيا املخفف لينتج مركب معقد ذائب هو كلوريد الفضة االمونياكي‬ ‫‪ Ag(NH3)2Cl‬يتم فصله بالترشيح‪ ،‬ميكن التأكد من وجود الفضة في الراشح‬ ‫الناجت من خالل اضافة محلول حامض النتريك ‪ HNO3‬املخفف ليعطي راسبا‬ ‫ابيض أو اضافة محلول يوديد البوتاسيوم ‪ KI‬ليعطي راسبا اصفر وكمايأتي ‪:‬‬ ‫‪AgCl + 2NH3‬‬ ‫‪[Ag(NH3)2]Cl‬‬ ‫كلوريد الفضة االمونياكي‬ ‫‪AgCl + 2NH4NO3‬‬ ‫راسب ابيض‬ ‫‪AgI‬‬ ‫‪+ KCl + 2NH3‬‬ ‫راسب اصفر‬

‫‪[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3‬‬ ‫‪[Ag(NH3)2]Cl + KI‬‬

‫بينما يتفاعل كلوريد الزئبق (‪ Hg2Cl2 )I‬مع محلول االمونيا املضاف ليتحول‬ ‫إلى مزيج غير ذائب ذي لون اسود داللة على وجود الزئبق وحسب املعادلة االتية‪:‬‬ ‫‪Hg(NH2)Cl + Hg + NH4Cl‬‬ ‫راسب اسود راسب ابيض‬

‫‪22‬‬

‫‪Hg2Cl2 + 2NH3‬‬

‫ثم يضاف املاء امللكي ( مزيج مكون من ‪ )3HCl + HNO3‬إليه لتحويله الى‬ ‫ملح ذائب (‪ )HgCl2‬ثم ميكن الكشف عن وجود الزئبق بإضافة محلول كلوريد‬ ‫القصدير(‪ )SnCl2( ) II‬الذي يحول احمللول إلى راسب ابيض ثم يتحول‬ ‫بالتدريج إلى راسب اسود حسب املعادلتني االتيتني‪:‬‬

‫‪SnCl4 + Hg2Cl2‬‬ ‫راسب ابيض‬

‫‪2HgCl2 + SnCl2‬‬

‫‪SnCl4 + 2Hg‬‬ ‫راسب اسود‬

‫‪Hg2Cl2 + SnCl2‬‬

‫مثال ‪1-1‬‬ ‫كيف ميكن الفصل بني ايونات الفضة و الكادميوم واحلديد (‪)III‬؟‬ ‫احلــــل ‪:‬‬ ‫مبا أن أيون الفضة ‪ Ag+‬يصنف ضمن املجموعة االولى وأيون الكادمييوم‬ ‫‪ Cd2+‬يصنف ضمن املجموعة الثانية وأيون احلديد (‪ Fe3+ )III‬يصنف ضمن‬ ‫املجموعة الثالثة ‪ ،A‬لذلك ميكن الفصل بني هذه اآليونات حسب االضافة النظامية‬ ‫مترين ‪1-1‬‬ ‫للعوامل املرسبة لهذه املجاميع وكاالتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬يضاف العامل املرسب للمجموعة االولى (حامض ‪ HCl‬املخفف) فيتفاعل أكمل املعادالت االتية‪:‬‬ ‫مع ايون الفضة فقط ويرسبه على هيئة ‪ AgCl‬بينما ال تترسب ايونات‬ ‫‪Hg22+ + HCl‬‬ ‫مخفف‬ ‫الكادمييوم واحلديد (‪ )III‬بل تبقى ذائبة في احمللول‪ .‬وهكذا ميكن فصل‬ ‫‪HCl‬‬ ‫راسب كلوريد الفضة عن بقية مكونات احمللول بعملية الترشيح‪.‬‬ ‫‪Bi3+ + H S‬‬

‫‪ -2‬ميرر غاز كبريتيد الهيدروجني على احمللول احملمض ملزيج أيوني الكادمييوم‬ ‫واحلديد (‪ )III‬فيترسب أيون الكادمييوم على هيئة كبريتيد الكادمييوم‬ ‫‪ CdS‬ويفصل عن احمللول بالترشيح‪.‬‬ ‫‪ -3‬يبقى أيون احلديد (‪ )III‬في احمللول لوحده بعد ترسيب أيون الفضة‬ ‫وأيون الكادمييوم‪ ،‬حيث ميكن جمعه ايض ًا بترسيبه على هيئة هيدروكسيد‬ ‫احلديد (‪ Fe)OH(3 )III‬وذلك باضافة محلول هيدروكسيد االمونيوم‬ ‫ومحلول كلوريد االمونيوم‪.‬‬

‫مخفف‬

‫‪2‬‬

‫‪Al3+ + NH4OH NH4Cl‬‬

‫‪NH4OH‬‬ ‫‪NH4Cl‬‬

‫‪Mn2+ + H2S‬‬

‫‪ 3-1‬التحليل الكمي ‪Quantitative Analysis‬‬

‫تهدف عملية التحليل الكمي إلى احلصول على معلومات تخص كمية‬ ‫املكون (املادة املراد حتليلها ) في كمية معينة من النموذج ومثال ذلك تعيني‬ ‫النسبة املئوية للحديد في منوذج صخري‪ .‬يتم التعبير عن ذلك بداللة األجزاء‬ ‫من املكون املراد قياسه املوجود في مائه جزء (نسبة مئوية) أو ألف جزء أو‬ ‫مليون جزء أو رمبا بليون جزء من النموذج وميكن التعبير عن نتيجة التحليل‬ ‫أيضا بداللة كتلة أو حجم املكون املراد قياسه املتواجد في حجم معني من‬ ‫النموذج أو بداللة الكسر املولي‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫ميكن إجناز عملية التحليل الكمي وذلك بإجراء عمليتي قياس األولى تتعلق‬ ‫بكمية النموذج قيد الدراسة والثانية تخص كمية املكون املراد قياسه والذي‬ ‫يحتويه النموذج‪ .‬واألمثلة على الكميات التي يتم قياسها في إثناء عملية التحليل‬ ‫هي الكتلة أو احلجم أوالشدة اللونية أو االمتصاصية أوكمية الكهربائية أو أي‬ ‫صفة كيميائية أو فيزيائية متعلقة بكمية املادة‪ .‬ولكننا سنركز على القياسات‬ ‫التي تتضمن كمية املادة بداللة عدد املوالت وعدد املكافأت الغرامية والكتلة‬ ‫واحلجم‪ .‬وهناك خطوات أخرى تسبق عملية التحليل الكمي وتتضمن‪:‬‬ ‫‪ -1‬النمذجة‪ :‬ويقصد بها طريقة احلصول على منوذج ميثل العينة بشكل صحيح‬ ‫خصوصا إذا كانت العينة غير متجانسة‪.‬‬ ‫‪ -2‬إعداد النموذج‪ :‬يعد النموذج مختبريا لغرض التحليل ويشمل ذلك طحن‬ ‫ومزج ومجانسة النموذج الصلب والتخلص من الرطوبة املوجودة فيه‪.‬‬ ‫‪ -3‬قياس النموذج ‪ :‬لغرض التعبير الصحيح عن كمية املكون املراد تقديره بداللة‬ ‫كمية النموذج و يكون من الضروري معرفة كتلة وحجم النموذج الذي سوف‬ ‫جترى عليه عملية التحليل وبشكل دقيق‪.‬‬ ‫‪ -4‬إذابة النموذج ‪ :‬مبا أن معظم عمليات التحليل الكيميائي جترى على محاليل‬ ‫النماذج‪ ،‬لذلك يحضر عادة محلول النموذج باستعمال مذيب مناسب له القابلية‬ ‫على إذابة جميع أجزاء النموذج (وليس املادة املراد تقديرها فقط ) وبشكل‬ ‫تام حتت ظروف معتدلة بدون إحداث خسارة في كمية املكون املراد تقديره‪.‬‬ ‫‪ -5‬فصل املواد املتداخلة‪ :‬هناك عدد محدود من املواد لها صفات فيزيائية أو كيميائية‬ ‫ميكن االعتماد عليها في اجراء عمليات القياس عليها بشكل دقيق في التحليل‬ ‫الكمي ولذلك ميكن تقديرها بشكل مباشر‪ .‬ولكن في معظم االحيان‪ ،‬الميكن‬ ‫تقدير املواد باجراء عمليات قياس الحدى صفاتها بشكل مباشر بل تعتمد‬ ‫عمليات التقدير الكمي على اجراء تفاعالت كيميائية للمكون املراد تقديره‬ ‫لغرض اجناز عملية القياس‪ .‬وفي احلقيقة تكون معظم التفاعالت املستعملة‬ ‫واخلواص املقاسة في عمليات التحليل الكيميائي مشتركة لعدد من العناصر‬ ‫واملركبات املوجودة في نفس العينة مما يؤثر في نتائج عملية التحليل‪ .‬تضيف‬ ‫هذه املسألة مشاكل لعمليات التحليل الكيميائي ألنها تعني وجوب إجراء‬ ‫عملية فصل للمكون املراد تقديره عن بقية املكونات املوجودة أصال في العينة‬ ‫والتي يؤثر وجودها على عملية التحليل‪ .‬تعرف املواد او العناصر التي يؤدي‬ ‫وجودها في العينة إلى عدم إمكانية التقدير املباشر الحد مكوناتها باملتداخالت‪،‬‬ ‫وان فصلها قبل إجراء عملية القياس للمكون مهمة في عملية التحليل‪.‬‬ ‫ومن الناحية العملية يتاح للشخص الذي يعمل في مجال التحليل الكمي عدد‬ ‫كبير من طرائق التحليل املختلفة التي ميكن االعتماد عليها للوصول إلى النتائج‪.‬‬

‫‪24‬‬

‫يعتمد اختيار طريقة التحليل املناسبة من بني الطرائق املتاحة على عوامل كثيرة‬ ‫منها السرعة في اجناز عملية التحليل ومالئمة الطريقة ودقتها إضافة إلى توفر‬ ‫املستلزمات من األدوات واألجهزة وعدد النماذج املطلوب حتليلها والكمية املتوفرة‬ ‫من النموذج وتركيز املكون املراد تقديره في النموذج وكلفة عملية التحليل‪ ،‬لذلك‬ ‫يعتمد جناح عملية التحليل من عدمه على حسن اختيار الطريقة التحليلية املناسبة‪.‬‬ ‫يقسم التحليل الكمي إلى عدد من الطرائق واألساليب لكل منها استخدامه‬ ‫وأهميته وبشكل عام ميكن أن يقسم إلى قسمني رئيسيني‪:‬‬

‫‪ 1-3-1‬التحليل الكيميائي الكمي‬

‫‪Quantitative Chemical Analysis‬‬

‫يتضمن هذا النوع طرائق التحليل الكالسيكية وهي ‪:‬‬

‫أ‪ -‬طرائق التحليل الوزني‪ :‬وتعتمد على قياس الكتل في اجناز عملية التحليل‪.‬‬ ‫ب‪ -‬طرائق التحليل احلجمي ‪ :‬وتعتمد على قياس احلجوم في اجناز عملية التحليل‪.‬‬

‫‪ 2-3-1‬التحليل اآللي ‪Instrumental Analysis‬‬

‫تعتمد على استعمال أجهزة متنوعة باجناز عملية التحليل‪ .‬وسوف يتم‬ ‫مناقشة طرائق التحليل الكيميائي الكمي (طرائق التحليل الكالسيكية)‬ ‫في هذا الفصل فقط دون التطرق الى فقرة طرائق التحليل اآللي‪.‬‬

‫‪ 4-1‬التحليل الوزني ‪Gravimetric Analysis‬‬

‫تعتمد عملية التحليل الكمي الوزني على عزل وقياس كتلة مادة (ذات تركيب‬ ‫كيميائي معلوم و تكون ذات صلة كيميائية باملكون املراد تقديره) بشكل نقي‬ ‫وكمي وتتم عملية العزل املقصودة من كتلة معلومة من العينة املراد تقديرها‪.‬‬ ‫وبشكل عام فان معظم عمليات التحاليل الوزنية تعتمد على حتويل املكون املراد‬ ‫تقديره في العينة الى مركب نقي ومستقر كيميائيا ميكن أن يحول إلى هيئة أو‬ ‫صيغة قابلة للوزن بشكل دقيق‪ .‬وبعد اجناز عملية الوزن ميكن حساب كتلة املكون‬ ‫بسهولة من معرفة الصيغة الكيميائية للمادة‪.‬‬ ‫ميكن إجناز خطوة عزل املادة (التي حتتوي املكون املراد تقديره ) في عملية‬ ‫التحليل الوزني بعدد من الطرائق أهمها ‪:‬‬ ‫‪ -1‬طرائق التطاير‪.‬‬ ‫‪ -2‬طريقة الترسيب‪.‬‬ ‫‪ -3‬طرائق الترسيب الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ -4‬طرائق فيزيائية أخرى‪.‬‬ ‫وسوف يتم تناول طرائق التطاير وطرائق الترسيب في هذا الفصل فقط‬ ‫الهميتها في عمليات التحليل الوزني‪.‬‬

‫‪25‬‬

‫‪ 1-4-1‬طرائق التطاير ‪Volatilization Methods‬‬

‫تعتمد هذه الطرائق بشكل أساسي على إزاحة املكون املتطاير ( الذي يتحول‬ ‫الى حالة غازية أو بخارية ) املوجودة في العينة و ميكن عمل ذلك بعدة وسائل‪:‬‬ ‫أ‪ -‬بوساطة عملية احلرق البسيطة (التسخني الى درجات حرارية عالية) التي جترى‬ ‫مع الهواء‪.‬‬ ‫ب‪ -‬معاملة العينة مع كواشف كيميائية حتول جميع أجزاء العينة إلى حالة متطايرة‬ ‫مع ترك املكون املراد حتليله بحالة غير متطايرة‪ .‬وبعد ذلك ميكن أن متتص املادة‬ ‫املتطايرة في وسط مناسب ويتم ايجاد كتلتها وتدعى هذه الطريقة «بطريقة‬ ‫التطايراملباشرة»‪ ،‬أو حتسب كتلة اجلزء املتطاير من العينة من النقص احلاصل‬ ‫في كتلتها قبل وبعد عملية التطاير وتدعى هذه الطريقة «بطريقة التطايرغير‬ ‫املباشرة»‪ .‬فعلى سبيل املثال‪ ،‬ميكن تعيني النسبة املئوية ملاء التبلور في ملح‬ ‫كلوريد الباريوم املائي (‪ )BaCl2.2H2O‬وذلك إما بطريقة التطايراملباشرة‬ ‫وذلك بتسخني كتلة معلومة من العينة‪:‬‬ ‫‪2H2O‬‬ ‫(اجلزء املتطاير)‬

‫‪+‬‬

‫‪BaCl2‬‬

‫تسخني‬

‫‪BaCl2.2H2O‬‬

‫الشكل ‪1-1‬‬ ‫حيث يتم امتصاص بخار املاء املتطاير في وسط مناسب ثم إيجاد كتلته بعد‬ ‫حرق العينة بوساطة الهواء ذلك‪ .‬أو بطريقة التطايرغير مباشر وذلك بإجراء عملية التسخني في جو مفتوح‬ ‫باستخدام فرن كهربائي ذي درجات‬ ‫حيث يسمح لبخار املاء املتطاير بان يتطاير في الهواء ومن ثم يتم وزن اجلزء غير‬ ‫حرارة عالية‪.‬‬ ‫املتطاير (‪ )BaCl2‬وإيجاد كتلة املاء من الفرق احلاصل في كتلة العينة قبل عملية‬ ‫التطاير وبعدها‪.‬‬ ‫و كمثال آخر ميكن حتليل محتوى ثنائي أوكسيد الكربون في عينة من كاربونات‬ ‫الكالسيوم ‪ CaCO3‬وزنيا وذلك مبفاعلة العينة مع حامض الهيدروكلوريك‪.‬‬

‫‪26‬‬

‫‪CaCl2 + CO2 + H2O‬‬ ‫(اجلزء املتطاير)‬

‫‪CaCO3 + 2HCl‬‬

‫بوسط مناسب (مثل قطعة من‬ ‫وبعد ذلك يتم امتصاص غاز ‪ CO2‬املتطاير‬ ‫ٍ‬ ‫االسبستوس املشبعة بـمحلول هيدروكسيد الصوديوم) بعد إمرار الغاز املتحررعلى‬ ‫مادة مجففة (ساحبة للرطوبة) إلزالة الرطوبة ثم إيجاد كتلة ‪ CO2‬من الزيادة‬ ‫احلاصلة في كتلة الوسط املاص‪.‬‬ ‫مثال ‪2-1‬‬ ‫مت حتليل عينة كتلتها ‪ 1.4511g‬من ملح كلوريد الباريوم املائي النقي‬ ‫(‪ ) BaCl2.2H2O‬ملعرفة النسبة املئوية ملاء التبلور فيها وذلك باتباع طريقة‬ ‫التطاير غير املباشرة‪ .‬مت تسخني العينة ملدة كافية عند درجة حرارة ‪،125 °C‬‬ ‫وبعد التبريد في محيط جاف‪ ،‬وجد أن كتلة اجلزء غير املتطاير كانت تساوي‬ ‫‪ .1.2361g‬احسب النسبة املئوية ملاء التبلور في العينة‪.‬‬ ‫احلـــــــل ‪:‬‬ ‫كتلة ماء التبلور‬ ‫النسبة املئوية ملاء التبلور =‬ ‫× ‪%100‬‬

‫كتلة العينة‬

‫حلساب النسبة املئوية ملاء التبلور‪ ،‬يجب معرفة كتلة ماء التبلور الذي فقد في أثناء‬ ‫عملية التطاير وحسب املعادلة التالية‪:‬‬ ‫‪2H2O‬‬

‫(اجلزء املتطاير)‬

‫‪BaCl2 +‬‬

‫(العينة بعد التسخني)‬

‫تسخني‬

‫‪BaCl2.2H2O‬‬

‫(العينة قبل التسخني)‬

‫كتلة ماء التبلور = كتلة العينة قبل التسخني – كتلة العينة بعد التسخني‬ ‫‪mH2O )g( = m BaCl2.2H2O - m BaCl2‬‬ ‫‪mH2O )g( = 1.451 )g( – 1.236 )g( = 0.215 g‬‬

‫النسبة املئوية ملاء التبلور تساوي ‪:‬‬ ‫‪× 100%‬‬

‫(‪mH2O )g‬‬ ‫(‪m BaCl2.2H2O )g‬‬

‫= ‪% H2O‬‬

‫(‪0.215 )g‬‬ ‫‪× 100% = 14.81%‬‬ ‫=‬ ‫(‪1.451 )g‬‬

‫‪27‬‬

‫مترين ‪2-1‬‬ ‫مت حتليل سبيكة النيكروم (سبيكة‬

‫مثال ‪3-1‬‬ ‫مت حتليل مركب عضوي ملعرفة النسبة املئوية للكاربون فيه بطريقة التطاير‬ ‫املباشرة‪ .‬فبعد حرق ‪ 15.24 mg‬من املركب بوجود االوكسجني وامتصاص‬ ‫غاز ‪ CO2‬في وسط مناسب‪ ،‬وجد أن كتلة ‪ CO2‬تساوي ‪ .22.361mg‬احسب‬ ‫النسبة املئوية لعنصر الكاربون في املركب‪.‬‬ ‫احلـــل‪:‬‬ ‫كتلة الكاربون‬ ‫× ‪% 100‬‬ ‫النسبة املئوية للكاربون =‬

‫كتلة العينة‬

‫مكونة من عنصرين اساسيني هما النيكل ميكن حساب كتلة الكاربون من كتلة غاز ‪ CO2‬الناجت الن مصدر هذا الغاز هو‬ ‫والكروم اضافة الى كمية قليلة جد ًا من احتراق عنصر الكاربون املوجود في املركب كما في املعادلة االتية ‪:‬‬ ‫الكاربون) وزني ًا بطريقة التطاير وذلك‬

‫‪CO2‬‬

‫بحرق ‪ 1.4gg‬منها بوجود االوكسجني‪.‬‬

‫حرق بوجود االوكسجني‬

‫‪C‬‬

‫وقد وجد ان كتلة غاز ثنائي اوكسيد ومن املعادلة يظهر أن حرق مول واحد من ‪ C‬ينتج مو ًال واحد ًا من ‪ CO2‬إذن‪:‬‬

‫الكاربون املتحرر الذي مت جمعه بعد انتهاء‬ ‫عملية احلرق كانت تساوي ‪.2.2mmg‬‬ ‫احسب النسبة املئوية لعنصر الكاربون‬ ‫في السبيكة‪.‬‬

‫ج‪% 0.043 :‬‬

‫(‪MC )g/mol‬‬ ‫×‬ ‫(‪M )g/mol‬‬

‫(‪mC = m CO2 )mg‬‬

‫‪CO2‬‬

‫(‪12 )g/mol‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫× ‪mC = 22.36 mg‬‬ ‫‪= 6.1 mg‬‬ ‫(‪44 )g/mol‬‬ ‫(‪6.0 )mg‬‬ ‫= ‪× 100 %‬‬ ‫‪× 100 % = 40%‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫‪15.24 mg‬‬

‫‪mC‬‬ ‫=‪%C‬‬ ‫املركب ‪m‬‬

‫‪ 5-1‬طريقة الترسيب ‪Precipitation Methods‬‬

‫تتضمن طرائق التحليل الوزني املعتمدة على تفاعالت الترسيب عدد ًا من‬ ‫اخلطوات التي يجب أن تنجز بشكل كمي (أي أن ال تكون هناك خسارة أو زيادة‬ ‫ملحوظة في كمية املكون املراد تقديره فيها) وهي على النحو االتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬إذابة كتلة معلومة ومضبوطة من العينة مبذيب مناسب‪.‬يتم الوزن بوساطة‬ ‫موازين تختلف في دقتها من واحد الى آخر‪ ،‬فمنها ماهو دقيق تصل دقته الى‬ ‫اربع مراتب عشرية من الغرام ومنها ما دقته مرتبة عشرية واحدة من الغرام‪.‬‬ ‫‪ -2‬ترسيب املكون املراد تقديره من محلول العينة على هيئة مركب شحيح‬ ‫الذوبان (راسب) وبصيغة كيميائية معلومة تدعى صيغة الترسيب (صيغة‬ ‫بعض انواع املوازين احلساسة‬ ‫الراسب) وذلك مبفاعلته مع كاشف كيميائي مناسب يدعى العامل املرسب‪.‬‬ ‫املستخدمة لوزن العينات املراد حتليلها‬ ‫‪ -3‬فصل وعزل الراسب املتكون من محلول الترسيب ويتم ذلك عادة عن طريق‬ ‫الترشيح‪.‬‬

‫‪28‬‬

‫‪ -4‬غسل الراسب‪ :‬بعد فصل الراسب املتكون عن محلول الترسيب (عادة‬ ‫بعملية الترشيح) واملوجود على ورقة الترشيح‪ ،‬يغسل الراسب باضافة‬ ‫محلول غسيل مالئم على الراسب‪ ،‬للتخلص من كمية من امللوثات العالقة‬ ‫على سطحه وهنالك عدد من الشروط الواجب توفرها في محاليل الغسيل‬ ‫املستعملة وهي‪( :‬أ) أن ال تؤثر على ذوبانية الراسب بل تساعد على ذوبان‬ ‫امللوثات فقط‪( ،‬ب) أن ال تكون مركبات متطايرة مع الراسب‪( ،‬ج) أن يكون‬ ‫احمللول املستعمل لغسل الراسب سهل التطاير للتخلص منه الحقا‪.‬‬ ‫‪ -5‬جتفيف الراسب‪ :‬تعني هذه اخلطوة حتويل صيغة الترسيب (الصيغة الكيميائية‬ ‫للراسب املتكون) إلى صيغة وزنية مالئمة وذلك إما بعملية التجفيف (عند‬ ‫درجات حرارة معتدلة قد تتجاوز ‪ )100°C‬أو بعملية احلرق (عند درجات‬ ‫حرارة عالية قد تصل ‪ )1000°C‬حيث تؤدي ارتفاع درجة احلرارة إلى‬ ‫التخلص من الرطوبة املوجودة في الراسب (جميع أنواع املاء األساسي و املمتز‬ ‫و املكتنى) كما هو في األمثلة االتية‪:‬‬

‫‪CaC2O4 + H2O‬‬ ‫(صيغة وزنية)‬ ‫‪Al2O3 + x H2O‬‬ ‫(صيغة وزنية)‬

‫جتفيف عند درجة ‪130°C‬‬

‫جتفيف عند درجة ‪130°C‬‬

‫حرق عند درجة‬ ‫‪400-490°C‬‬

‫‪CaC2O 4 + H2O‬‬

‫‪CaO + CO2‬‬

‫‪130-225°C‬‬

‫حرق عند درجة ‪840°C‬‬

‫العينة وتكون الراسب‬

‫‪CaC2O4.H2O‬‬ ‫(صيغة الراسب)‬ ‫‪Al2O3. xH2O‬‬ ‫(صيغة الراسب)‬

‫أما عملية احلرق فتؤدي إضافة إلى التخلص من املاء املوجود في الراسب إلى تفكك‬ ‫الراسب (تفاعالت حرارية ) كما هو مبني في املثال االتي‪:‬‬ ‫جتفيف عند درجة‬

‫اضافة العامل املرسب الى محلول‬

‫‪CaC2O4.H2O‬‬

‫فصل الراسب بعملية الترشيح ثم‬ ‫غسله مبحلول مناسب‬

‫‪CaCO3 + CO‬‬

‫‪ -6‬يتم وزن الراسب (وهو على هيئة صيغة وزنية ) اليجاد كتلته بشكل دقيق‪.‬‬ ‫ومن أهم العوامل التي تؤدي إلى جناح عملية التحليل الوزني واحلصول على‬ ‫نتائج دقيقة بهذه الطريقة هي‪:‬‬ ‫‪ -1‬يجب أن يكون الراسب املتكون غير ذائب بدرجة كافية (قابلية ذوبانه قليلة‬ ‫جداً) ألجل عدم حصول خسارة ملحوظة للمكون املراد تقديره عند جمعه‬ ‫بعملية الترشيح‪.‬‬

‫‪29‬‬

‫‪ -2‬يجب أن يتمتع الراسب بصفات فيزيائية مناسبة متكن من فصله عن محلول‬ ‫الترسيب بشكل كمي ومن ثم غسله للتخلص من امللوثات الذائبة‪ ،‬وهذا‬ ‫يتطلب أن تكون دقائق الراسب ذات حجم مناسب (ان يكون الراسب بلوري ًا‬ ‫ذا حجم دقائق كبيرة نسبيا) حيث تكون اقل عرضة للتلوث وال مترمن خالل‬ ‫وسط الترشيح وان ال يتأثر حجم هذه الدقائق بعملية غسل الراسب‪.‬‬ ‫‪ -3‬يجب أن تكون هنالك إمكانية لتحويل الراسب إلى مادة نقية (غير ملوثة )‬ ‫وذات صيغة كيميائية معلومة وثابتة وميكن الوصول إلى ذلك عاد ًة عن طريق‬ ‫التجفيف أو احلرق أو عن طريق معاملة الراسب بكواشف كيميائية مناسبة‪.‬‬ ‫فرن التجفيف يستعمل لتجفيف‬ ‫الراسب عند درجات حرارية عالية قد‬ ‫تصل ‪100°C‬‬

‫‪ 1-5-1‬قابلية فصل الراسب املتكون بالترشيح ونقاوته‬

‫تعتمد عملية فصل الراسب عن محلول الترسيب والسهولة التي جتري بها‬ ‫هذه العملية بشكل أساسي على حجم دقائق الراسب املتكون فالراسب ذو دقائق‬ ‫كبيرة احلجم نسبيا ميكن أن يفصل بشكل تام وبسرعة وسهولة‪ ،‬بينما تكون‬ ‫هناك حاجة إلى استخدام أوساط ترشيح ذات مسامات صغيرة لفصل الراسب‬ ‫ذي دقائق صغيرة احلجم ما يؤدي إلى صعوبة وبطء في عملية الفصل‪ .‬ومن ناحية‬ ‫أخرى‪ ،‬فان العالقة بني حجم دقائق الراسب ونقاوته ليست واضحة بشكل تام‬ ‫ولكن ميكن القول‪ ،‬بشكل عام‪ ،‬أن دقائق الراسب ذات احلجم الكبير تكون اقل‬ ‫عرضة للتلوث من محيط الترسيب‪.‬‬

‫‪ 2-5-1‬العوامل املؤثرة على حجم دقائق الراسب‬

‫فرن احلرق يستعمل حلرق الراسب‬ ‫عند درجات حرارية عالية قد تتجاوز‬ ‫‪1000°C‬‬

‫‪30‬‬

‫هناك عدد من العوامل التي تؤثر على حجم دقائق الراسب املتكون في‬ ‫أثناء عملية الترسيب بعضها يخص نوع الراسب (صفات الراسب) وبعضها‬ ‫األخر يخص الظروف التي جتري بها عملية الترسيب وبالتالي ميكن احلصول‬ ‫أما على راسب بشكل عالق غروي (يتراوح قطر دقائق الراسب املتكون فيها بني‬ ‫‪ )10-4 – 10-6 mm‬حيث تبقى هذه الدقائق عالقة باحمللول وال ميكن فصلها‬ ‫عنه بالترشيح‪ ،‬أو احلصول على راسب بلوري ذو دقائق كبيرة نسبيا تنفصل عن‬ ‫محلول الترسيب وميكن ترشيحها بسهولة‪ .‬إن الغاية من إجراء عملية الترسيب‬ ‫هو احلصول على راسب متبلور وهي حالة مرغوبة للراسب‪ ،‬ومن أهم الشروط‬ ‫املؤثرة في ذلك هي‪:‬‬ ‫‪ -1‬طبيعة الراسب وتركيبه الكيميائي ‪ :‬حيث أن بعض املواد شحيحة الذوبان‬ ‫مثل ‪ BaSO4‬متيل إلى تكوين راسب بلوري عند مقارنتها مع مواد أخرى مثل‬ ‫‪ AgCl‬وحتت نفس الظروف التي جتري بها عملية الترسيب‪.‬‬ ‫‪ -2‬ذوبانية الراسب ‪ :‬فالرواسب ذات الذوبانية العالية نسبيا في محيط الترسيب‬ ‫(كثير الذوبان نسبياً) متيل إلى تكوين رواسب بلورية والعكس صحيح‪.‬‬

‫‪ -3‬درجة احلرارة ‪ :‬إن إجراء عملية الترسيب عند درجات حرارة عالية يؤدي‬ ‫إلى تكوين راسب متبلور وذلك ألنه بشكل عام يؤدي ارتفاع درجة احلرارة‬ ‫إلى زيادة ذوبانية معظم الرواسب في أثناء عملية الترسيب ويعني ذلك‬ ‫بطء الترسيب وإتاحة الوقت الالزم لبناء بلورات‪.‬‬ ‫‪ -4‬تركيز املواد التي تشترك في عملية الترسيب ‪ :‬يفضل إجراء عملية‬ ‫الترسيب من محاليل مخففة (للمكون املراد تقديره وللعامل املرسب)‬ ‫مع إضافة محلول العامل املرسب ببطء وحتريك مستمر حمللول الترسيب‪.‬‬ ‫إن هذه الظروف جميعها تتيح الوقت الكافي لبناء بلورات الراسب‬ ‫واحلصول على راسب متبلور‪.‬‬

‫‪ 3-5-1‬التركيب الكيميائي للراسب واحلسابات في التحليل الكمي الوزني‬

‫تكون اخلطوة النهائية في عملية التحليل الوزني‪ ،‬بعد خطوة التجفيف أو‬ ‫احلرق‪ ،‬هي عملية وزن الراسب بشكل دقيق حيث التكون الكتلة النهائية‬ ‫عادة للمكون املراد تقديره بل في أغلب األحيان ملادة أخرى حتوي في‬ ‫تركيبها الكيميائي هذا املكون‪ .‬فعلى سبيل املثال‪ ،‬في عملية حتليل وزني‬ ‫لتقدير الباريوم (املكون املراد تقديره) في عينة‪ ،‬يتم ترسيب الباريوم على‬ ‫هيئة كبريتات الباريوم ‪ .BaSO4‬وبعد إمتام عملية الترسيب وفصل وغسل‬ ‫وجتفيف الراسب يتم وزنه على هيئة ‪( BaSO4‬صيغة وزنية)‪:‬‬ ‫فصل وجتفيف‬

‫‪BaSO4‬‬ ‫صيغة وزنية‬

‫‪BaSO4‬‬ ‫صيغة الترسيب‬

‫‪Ba2+ + SO42‬‬‫العامل املرسب‬

‫ومثال آخر لتقدير الكالسيوم في عينة على هيئة أوكسيد الكالسيوم‪:‬‬ ‫‪+ CO2‬‬

‫‪CaO + CO‬‬ ‫صيغة وزنية‬

‫فصل وحرق‬

‫‪CaC2O4‬‬ ‫صيغة الترسيب‬

‫ولذلك يكون من الضروري في نهاية كل عملية حتليل وزنية إجراء‬ ‫حسابات ملعرفة كمية املادة املراد تقديرها بعد معرفة الكتلة املضبوطة للصيغة‬ ‫الوزنية باستعمال ميزان حساس يستعمل لهذا الغرض‪ .‬و تعتمد احلسابات‬ ‫هنا على قوانني النسبة والتناسب املعتمدة أساسا على املعادلة الكيميائية‬ ‫املوزونة للتفاعل (أو مجموعة التفاعالت) وكما يأتي‪:‬‬

‫‪Ca2+ + C2O42‬‬‫العامل املرسب‬

‫‪31‬‬

‫الكتلة املولية (ذرية او جزيئية) للمكون املراد تقديره‬ ‫الكتلة املولية للصيغة الوزنية‬

‫=‬

‫كتلة املكون املراد تقديره‬ ‫كتلة الصيغة الوزنية (كتلة الراسب)‬

‫وتدعى النســــــــــــــــبة بني الكتلة املولية للمكون املراد تقديره إلى‬ ‫الكتلة املولية للصــــــيغة الوزنية (الراســــــــــــــــب) باملعامل الوزني ‪Gf‬‬

‫(‪ G‬من ‪ gravimetric‬وتعني وزني و‪ f‬من ‪ factor‬وتعني معامــــــــــــــل )‬ ‫(للمكون في الصيغة الوزنية) على شـــــــــرط أن حتتوي كلتا الصيغتني‬ ‫على نفــس العدد من ذرات العنصر (أو جزيئـــــــــــــات املكون) املــــــــراد‬ ‫تقديره‪ ،‬وميكن التعبير عن املعامل الوزني بشكل عام بالعالقة االتية‪:‬‬

‫(‪ )g/mol‬املكون املراد تقديره‪a M‬‬ ‫×‬ ‫= ‪Gf‬‬ ‫‪b‬‬ ‫(‪ )g/mol‬الصيغة الوزنية‪M‬‬

‫مترين ‪3-1‬‬ ‫أكمل اجلدول االتي‪:‬‬ ‫املكون املراد تقديره‬

‫الصيغة الوزنية‬

‫املعامل الوزني‬ ‫‪Gf‬‬

‫‪I‬‬

‫‪AgI‬‬

‫‪Ni‬‬

‫‪Ni)C4H7N2O2(2‬‬

‫‪Fe3O4‬‬

‫‪Fe2O3‬‬

‫‪MgI2‬‬

‫‪AgI‬‬

‫‪Al2O3 NH4Al)SO4(2‬‬

‫ج ‪0.967 ; 0.203 ; 0.54 :‬‬ ‫‪4.647 ; 0.592‬‬

‫مترين ‪4-1‬‬ ‫احسب املعامل الوزني للحديد‬

‫حيث ان ‪ a‬و ‪ b‬متثالن اصغر االعداد التي لها قيم مناسبة جلعل الصيغتني‬ ‫الكيميائيتني في البسط واملقام حتويان على نفس العدد من املكون املراد‬ ‫تقديره‪ .‬وفيما يلي بعض األمثلة على كيفية حساب املعامل الوزني‪:‬‬ ‫مثال ‪4-1‬‬ ‫احسب املعامل الوزني للكلـــــــــــور (مكون يراد تقديـــــــــــــــــره)‬ ‫(‪ )M = 35.5 g/mole‬في راسب كلوريد الفضة ‪(AgCl‬صيغة وزنية)‬ ‫(‪.)M = 143.5 g/mole‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫في هذا املثال يعدُّ الكلور هو املكون املراد تقديره و يعدُّ ‪ AgCl‬هو‬ ‫الصيغة الوزنية‪:‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫‪M‬‬ ‫‪g/mol‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪Cl‬‬ ‫×‬ ‫= ‪Gf‬‬ ‫(‪b MAgCl )g/mol‬‬

‫ومبا ان كلتا الصيغتني في البسط واملقام حتويان على نفس العدد من ذرات‬ ‫(‪ )M = 56 g/mole‬في‬ ‫الكلور‪ ،‬لذلك تكون قيم ‪ a‬و ‪ b‬متساوية وتساوي الواحد الصحيح‪ ،‬لذلك‬ ‫‪.)M =160 g/mole( Fe2O3‬‬ ‫فان املعامل الوزني للكلور في كلوريد الفضة ‪ Gf‬يحسب كاالتي‪:‬‬ ‫ج‪0.7 :‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫‪35.5 g/mol‬‬ ‫‪= 0.25‬‬ ‫= ‪Gf‬‬ ‫(‪143.5 )g/mol‬‬ ‫ويالحظ من النتيجة ان املعامل الوزني هي قيمة عددية ليس لها وحدات‪.‬‬

‫‪32‬‬

‫ويستفاد من قيمة املعامل الوزني بعد حسابه بشكل صحيح في ايجاد‬ ‫كتلة املكون املراد تقديره بداللة كتلة الراسب الذي مت احلصول عليه عمليا‬ ‫وذلك بضرب قيمته في كتلة الراسب (الصيغة الوزنية) كما هو مبني في‬ ‫العالقة االتية‪:‬‬ ‫(‪)1‬‬ ‫(‪ )g‬الصيغة الوزنية‪ )g( = Gf × m‬املكون املراد تقديره‪m‬‬ ‫أو يستفاد منه حلساب النسبة املئوية للمكون املراد تقديره في العينة‬ ‫باستعمال العالقة االتية‪:‬‬ ‫(‪ )g‬املكون املراد تقديره‪m‬‬ ‫(‪× 100 % )2‬‬ ‫= املكون املراد تقديره ‪%‬‬ ‫(‪ )g‬العينة‪m‬‬ ‫وبتعويض املكون املراد تقديره‪ m‬من املعادلة (‪ )1‬في املعادلة (‪ )2‬نحصل على ‪:‬‬ ‫‪× 100 %‬‬

‫(‪ )g‬الصيغة الوزنية‪Gf × m‬‬ ‫(‪ )g‬العينة‪m‬‬

‫= املكون املراد تقديره ‪%‬‬

‫مثال ‪5-1‬‬ ‫كم هي كتلة أوكسيد الكالسيوم (‪ )CaO‬الناجت من حرق ‪ 3164gg‬من‬ ‫أوكزاالت الكالسيوم ‪ CaC2O4‬بشكل تام‪.‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫تكتب املعادلة الكيميائية املوزونة التي متثل عملية احلرق‬ ‫‪( + CO2 + CO‬صلب) ‪CaO‬‬

‫حرق‬

‫مترين ‪5-1‬‬ ‫متت معاملة ‪1201mg‬من مركب‬ ‫عضوي مع حامض النتريك‪ ،‬ثم اضيف‬ ‫الى محلول النموذج الناجت كمية من‬ ‫نترات الفضة لترسيب محتوى املركب‬ ‫من الكلور كميا على هيئة كلوريد‬ ‫الفضة‪ .‬احسب النسبة املئوية للكلور‬ ‫‪ )M = 35.5 g/mole( Cl‬فــي‬

‫املركب اذا علمت ان كتلة كلوريد‬ ‫الفضة املترسبة بلغت ‪.1531mg‬‬ ‫ج‪% 31.5 :‬‬ ‫مترين ‪6-1‬‬ ‫مت ترسيب محتوى األملنيوم‪،‬‬

‫املوجود في عينة كتلتها ‪ ،0.764 g‬بعد‬

‫إذابتها‪ ،‬على هيئة ‪Al2O3.xH2O‬‬

‫باستعمال زيادة من محلول االمونيا‬

‫املائي ‪ .NH4OH‬وبعد فصل الراسب‬ ‫املتكون وغسله‪ ،‬ثم جتفيفه ليتحول إلى‬ ‫‪. Al2O3‬‬

‫‪ .1‬عني صيغة الترسيب والصيغة الوزنية‬ ‫في عملية التحليل هذه‪.‬‬

‫(صلب)‪ .2 CaC2O4‬هل ميكن استعمال صيغة الترسيب‬ ‫كصيغة وزنية؟‬

‫ثم يحسب املعامل الوزني الوكسيد الكالسيوم ‪)M= 56 g/mole( CaO‬‬ ‫‪ .‬ويتم حتديد ‪ .3‬احســــــــــب النســـــبة املئوية لـ‬ ‫في أوكزاالت الكالسيوم ‪)M= 128 g/mole( CaC2O4‬‬ ‫‪)M= 102 g/mole( Al O‬‬ ‫‪2 3‬‬ ‫قيمة ‪ a = 1‬و قيمة ‪ ( b=1‬الن عدد ذرات الكالسيوم متساوية في الصيغتني)‪.‬‬ ‫في العينة إذا علمت أن الكتلة‬

‫(‪MCaO )g/mol‬‬ ‫(‪56)g/mol‬‬ ‫‪a‬‬ ‫×‬ ‫=‬ ‫‪= 0.4375‬‬ ‫احلصول عليها كان مساوي ًا لـ‬ ‫(‪b MCaC O )g/mol( 128 )g/mol‬‬ ‫‪2 4‬‬ ‫‪ .0.127 g‬ج‪% 16.62 :‬‬ ‫وللحصول على كتلة ‪ CaO‬تضرب قيمة املعامل الوزني احملسوب في كتلة‬ ‫‪ .4‬احسب النســــــبة املئوية لالملنيوم‬ ‫‪ CaC2O4‬و بحسب العالقة االتية‪:‬‬ ‫(‪ )M= 27 g/mole‬في العينة‪.‬‬ ‫(‪mCaO )g( = Gf × m CaC2O4 )g‬‬ ‫ج‪% 8.8 :‬‬ ‫وجند كتلة اوكسيد الكالسيوم الناجتة كاالتي‪:‬‬ ‫‪mCaO )g( = 0.4375 × 3164 )g( =1384.25 g‬‬ ‫= ‪Gf‬‬

‫النهائية للصيغة الوزنية التي مت‬

‫‪33‬‬

‫‪ 6-1‬التحليل الحجمي ‪Volumetric Analysis‬‬ ‫يعدُّ التحليل احلجمي من طرائق التحليل الكيميائي الكمي التي تعتمد‬ ‫باألساس على قياس احلجم الذي يستهلك من محلول لكاشف كيميائي (ذي تركيز‬ ‫معلوم بدقة) عند تفاعله كميا مع محلول املكون املراد تقديره (محلول ذو تركيز‬ ‫مجهول)‪ .‬يدعى احمللول ذو التركيز املعلوم بدقة باحمللول القياسي وهو لذلك يعرف‬ ‫على انه ذلك احمللول الذي يحوي حجم ًا معين ًا منه على كمية محددة ومعلومة من‬ ‫الكاشف (عدد غرامات مكافئة أو عدد موالت و عدد غرامات ‪....‬الخ)‪ .‬وبعد‬ ‫إكمال عملية التحليل احلجمي‪ ،‬ميكن حساب كمية املكون املراد تقديره من معرفة‬ ‫حجم احمللول القياسي املستهلك في التفاعل وحسب قوانني التكافؤ الكيميائي‪.‬‬ ‫ميكن احلصول على محاليل قياسية إما عن طريق التحضير املباشر للمحلول وذلك‬ ‫بإذابة كتلة معلومة من مادة قياسية في حجم معلوم من املذيب (عادة ما يستعمل املاء‬ ‫املقطر كمذيب) ويدعى احمللول الذي نحصل عليه بهذه الطريقة باحمللول القياسي‬ ‫األولي‪ .‬ومن ناحية اخرى‪ ،‬فغالبا ما يتم احلصول على محاليل قياسية بعملية‬ ‫املعايرة وهي تلك العملية التي يتم بواسطتها تعيني تركيز احمللول بشكل مضبوط‬ ‫عن طريق القياس الدقيق للحجم املستهلك منه والذي يتفاعل كميا مع كمية‬ ‫معلومة من مادة قياسية‪ ،‬ويدعى احمللول القياسي عند ذاك باحمللول القياسي الثانوي‪.‬‬ ‫ومن املعلوم أن ليست جميع املواد الكيميائية املستعملة لتحضير احملاليل هي‬ ‫مواد قياسية‪ ،‬فللمواد القياسية شروط معينة هي‪:‬‬ ‫‪ .1‬يجب أن تكون ذات نقاوة عالية‪.‬‬ ‫‪ .2‬يجب أن ال تتفاعل أو متتص مكونات الهواء اجلوي (الرطوبة أو االوكسجني‬ ‫أو ثنائي اوكسيد الكاربون) وال تتأثر بالضوء‪.‬‬ ‫‪ .3‬يفضل أن يكون لها كتلة مكافئة عالية لتقليل اخلطأ الذي قد ينتج في أثناء‬ ‫عملية الوزن الالزمة لتحضير احمللول‪.‬‬ ‫‪ .4‬يجب أن تكون قابلة للذوبان في املذيب املستعمل في عملية التحليل (غالبا‬ ‫ما يكون املاء املقطر)‪.‬‬ ‫‪ .5‬يفضل أن ال تكون سامة‪.‬‬ ‫‪ .6‬يفضل أن تكون رخيصة الثمن ومتوفرة‪.‬‬

‫‪ 1-6-1‬عملية التسحيح ‪Titration‬‬

‫‪34‬‬

‫تنجز ‪ -‬غالباً‪ -‬عملية التحليل احلجمي في املختبر عن طريق قياس حجم احد‬ ‫احملاليل (القياسي مثال) الالزم ليتفاعل كميا مع حجم معني من احمللول املجهول‪،‬‬ ‫ومن ثم يحسب تركيز احمللول املجهول بدقة‪ .‬جترى هذه العملية باإلضافة التدريجية‬ ‫للمحلول القياسي من حاوية على شكل انبوبة زجاجية مدرجة‪ ،‬مصممة لهذا‬ ‫الغرض‪ ،‬تدعى السحاحة (‪ )Burete‬إلى احمللول املجهول املوجود في دورق‬ ‫مخروطي يسمى بدورق ايرلنماير [الشكل (‪ .])1-1‬وتدعى عملية اإلضافة‬

‫هذه والتي تستمر حلني اكتمال التفاعل بني الكاشف الكيميائي املضاف واملكون‬ ‫املراد تقديره بعملية التسحيح‪ ،‬اما النقطة التي يكتمل فيها التفاعل في عملية‬ ‫التسحيح فتدعى من الناحية النظرية بنقطة التكافؤ (‪.)Equivelent point‬‬ ‫حتدد هذه النقطة عمليا من خالل حدوث تغير ما في إحدى صفات احمللول (كتغير‬ ‫لون احمللول أو تكون راسباً) ميكن متييزه بسهولة بالعني املجردة‪ ،‬ولهذا الغرض عادة‬ ‫ما تضاف كواشف كيميائية تساعد في ذلك تدعى الدالئل (‪ )Indicators‬وهي‬ ‫مواد كيميائية التشترك عادة في تفاعل التسحيح بل يتغير لونها أو إحدى صفاتها‬ ‫الفيزيائية بشكل واضح عند نقطة التكافؤ النظرية أو بالقرب منها‪ ،‬ولهذا السبب‬ ‫تدعى النقطة التي يحدث عندها هذا التغير و إيقاف عملية التسحيح (اإلضافة‬ ‫من السحاحة) بنقطة نهاية التفاعل (‪ )End point‬والتي يفترض من الناحية‬ ‫النظرية ان تنطبق مع نقطة التكافؤ النظرية‪ ،‬ولكن قد يحصل اختالف بسيط بني‬ ‫النقطتني (النظرية والعملية) حيث ميثل ذلك خطأ التسحيح‪.‬‬ ‫وفي الكثير من األحيان يستعاض عن مصطلح التحليل احلجمي مبصطلح آخر‬ ‫هو التحليل التسحيحي لكون إن عملية التسحيح هي العملية األكثر شيوعا و‬ ‫استعماال‪ ،‬لكن يبقى مصطلح التحليل احلجمي أكثر شموال يتضمن إضافة الى‬ ‫التحليل باستعمال عمليات التسحيح‪ ،‬عمليات التحليل الكمي التي تتضمن‬ ‫حتليل الغازات أيضا‪.‬‬ ‫يشترط في التفاعالت الكيميائية بني الكواشف القياسية و املكونات املراد‬ ‫تقديرها في عمليات التحليل احلجمي بطريقة التسحيح ان تخضع لشروط معينة هي‪:‬‬ ‫‪ .1‬يجب أن يكون التفاعل بسيط ًا وميكن التعبير عنه مبعادلة كيميائية موزونة‬ ‫متثل تفاعل املكون املراد تقديره كميا مع الكاشف القياسي‪.‬‬ ‫‪ .2‬أن يتجه التفاعل باجتاه واحد( تفاعل غير انعكاسي)‪.‬‬ ‫‪ .3‬يجب أن يحدث التفاعل من الناحية العملية بشكل أني (تفاعل سريع‬ ‫جدا)‪ ،‬وفي بعض األحيان ميكن إضافة عامل مساعد لزيادة سرعة التفاعل‪.‬‬ ‫‪ .4‬يجب أن تتوفر وسيلة لتعيني نقطة نهاية التفاعل من الناحية العملية‪ ،‬وذلك‬ ‫عن طريق حصول تغير ملحوظ في إحدى صفات احمللول‪ ،‬عند نقطة التكافؤ‬ ‫أو بالقرب منها‪ ،‬يؤدي إلى حتديد نقطة انتهاء التفاعل‪.‬‬ ‫وعلى هذا االساس‪ ،‬ميكن تقسيم التفاعالت الكيميائية التي ميكن استعمالها‬ ‫بنجاح في عمليات التسحيح‪ ،‬النطباق الشروط السابقة عليها‪ ،‬إلى أربعة أقسام هي‪:‬‬ ‫‪ .1‬تفاعالت احلوامض والقواعد ( تفاعالت التعادل)‪ :‬يتضمن هذا النوع تسحيح‬ ‫محلول لقاعدة قوية (أو احملاليل الناجتة من التحلل املائي ألمالح احلوامض‬ ‫الضعيفة) مقابل محلول قياسي حلامض قوي أو بالعكس أي تسحيح محلول‬ ‫حلامض قوي (أو احملاليل الناجتة من التحلل املائي ألمالح القواعد الضعيفة)‬ ‫مقابل محلول قياسي لقاعدة قوية‪ ،‬حيث يتحد ايون الهيدروجني مع ايون‬ ‫الهيدروكسيد لتكوين املاء‪.‬‬

‫أ‬ ‫سحاحة‬ ‫حامل حديدي‬

‫دورق ايرلنماير‬ ‫الدليل‬

‫ب‬

‫الشكل ‪1-1‬‬ ‫أ‪ -‬األدوات املستعملة في عملية‬ ‫التسحيح‪.‬‬ ‫ب‪-‬تغيرلوندليلالفينولفثالنيمنعدمي‬ ‫اللون الى الوردي عند ‪.pH ≈ 10‬‬

‫‪35‬‬

‫انتبه !‬

‫سنتعرف الحق ًا على معنى‬

‫مصطلح التحلل املائي لالمالح املشتقة‬ ‫من احلوامض والقواعد الضعيفة‪.‬‬ ‫وكذلك على معنى عمليتي التأكسد‬ ‫واالختزال واالستفادة من تفاعالتها‬

‫‪ .2‬تفاعالت التأكسد و االختزال‪ :‬يتضمن هذا النوع جميع التفاعالت التي‬ ‫يحدث فيها تغير لألعداد التاكسدية للمواد املشتركة فيها (تتضمن انتقال‬ ‫الكترونات)‪ ،‬ويكون فيها احمللول القياسي إما عام ً‬ ‫ال مؤكسد ًا أو عامال‬ ‫مختزالً‪.‬‬ ‫‪ .3‬تفاعالت الترسيب‪ :‬يتضمن هذا النوع احتاد االيونات (عدا ‪ H+‬و ‪)OH-‬‬ ‫لتكوين رواسب بسيطة كما هو في تفاعل ايون الفضة مع ايون الكلوريد‪.‬‬

‫‪AgCl‬‬ ‫راسب‬

‫في عملية التحليل الكيميائي‪.‬‬

‫‪Ag+ + Cl-‬‬

‫‪ .4‬تفاعالت تكوين معقد‪ :‬يتضمن هـــذا النوع احتاد أيونات (عدا ‪ H+‬و ‪)OH-‬‬ ‫لتكوين مركبات معقدة (يتضمن االحتاد تكوين آصرة تناسقية) ذائبة في‬ ‫احمللول ولكنها قليلة التفكك مثل التفاعل االتي‪:‬‬

‫]‪[Ag(CN)2‬‬‫مركب معقد ذائب‬

‫‪2 CN- + Ag+‬‬

‫‪ 2-6-1‬طرائق التعبير عن تراكيز احملاليل املستعملة في عمليات التسحيح‬

‫يعرف احمللول القياسي‪ ،‬كما عرفنا سابقاً‪ ،‬على انه ذلك احمللول الذي يحوي‬ ‫حجم محدد منه على كتلة معلومة من الكاشف املذاب فيه‪ .‬وهناك طرائق كثيرة‬ ‫للتعبير عن تركيز احمللول‪ ،‬ومن اهم تلك الطرائق الشائعة االستعمال في التحليل‬ ‫احلجمي هي‪:‬‬

‫التركيز املوالري (‪)M‬‬

‫احمللول ذو تركيز واحد موالري هو ذلك احمللول الذي يحوي على مول واحد‬ ‫من املذاب في لتر واحد من احمللول‪ ،‬اي ان‪:‬‬ ‫)‪m (g‬‬ ‫)‪M (g/mol‬‬ ‫)‪V(L‬‬

‫)‪n (mmol‬‬ ‫=‬ ‫)‪V(mL‬‬

‫=‬

‫)‪n(mol‬‬ ‫(‬ ‫)‬ ‫= ‪M mol/L‬‬ ‫)‪V(L‬‬

‫حيث ان ‪ n‬عدد املوالت و ‪ M‬الكتلة املولية للمذاب و ‪ V‬حجم احمللول والتي مت‬ ‫ذكرها سابقاً‪.‬‬

‫التركيز العياري (النورمالي) (‪)N‬‬

‫‪36‬‬

‫تعرفت عزيزي الطالب على طرائق مختلفة للتعبير عن تركيز مادة مذابة في‬ ‫محلول‪ ،‬وستتعرف هنا على طريقة جديدة للتعبير عن التركيز تدعى التركيز‬ ‫العياري (النورمالي) وهناك تعابير اخرى مختلفة ستتعرف عليها الحقاً‪.‬‬ ‫احمللول ذو تركيز واحد عياري هو ذلك احمللول الذي يحوي على مكافئ غرامي‬ ‫واحد من املذاب في لتر واحد من احمللول‪ ،‬اي ان‪:‬‬

‫)‪m (g‬‬ ‫)‪EM (g/eq‬‬ ‫)‪V(L‬‬

‫)‪Eq (eq‬‬ ‫)‪Eq (m eq‬‬ ‫=‬ ‫=‬ ‫)‪V(L‬‬ ‫)‪V(mL‬‬

‫= )‪N(eq/L‬‬

‫انتبه !‬

‫الحظ هنا انه مت استخدام الكتلة‬

‫املكافئة )‪ EM (g/eq‬بد ًال من‬

‫حيث ان ‪ Eq‬عدد املكافأت الغرامية و ‪ EM‬الكتلة املكافئة‪.‬‬ ‫وكما هو معلوم فالكتلة املولية ‪ M‬ألي مادة تساوي مجموع الكتل الذرية الكتلة املولية )‪.M (g/mol‬‬ ‫للذرات التي تكون تلك املادة وهي كمية ثابتة ويعبر عنها بوحـدات غرام\مول‬ ‫(‪ ،)g/mole‬اما الكتلة املكافئة ‪ EM‬للمادة فتمثل كتلة املادة التي تنتج او‬ ‫تستهلك مو ًال واحد ًا من املكون الفعال (الذي يشترك في التفاعل) وهي كمية غير‬ ‫ثابتة وقد تتغير مع تغير نوع التفاعل الكيميائي الذي تشترك فيه املادة وهذا يعني‬ ‫انه ميكن أن يكون ملركب واحد أكثر من كتلة مكافئة واحدة تبعا لنوع التفاعل‬ ‫الذي يشترك فيه ويعبر عنها بوحدات غرام\ مكافئ (‪.)g/eq‬‬ ‫يستعمل التركيز العياري (النورمالي) عادة لتجنب االلتباس الذي قد يحصل‬ ‫من احتواء مول واحد من املادة على مول واحد او اكثر من الصنف الفعال (الذي‬ ‫يشترك في التفاعل) فيها‪ ،‬لذلك يفضل استعماله في احلسابات التي تتضمنها‬ ‫طرائق التحليل احلجمي املعتمدة على التسحيح‪.‬‬

‫‪ 3-6-1‬حساب الكتلة املكافئة (‪)EM‬‬

‫تختلف طريقة حساب الكتلة املكافئة ألي مركب تبعا لنوع التفاعل الذي‬ ‫يشترك فيه املركب وكما هو مبني فيما يأتي‪:‬‬ ‫‪ .1‬تفاعالت التعادل‬ ‫تعرف الكتلة املكافئة للحامض على انها كتلة احلامض التي حتوي على‬ ‫مول واحد من ذرات الهيدروجني (‪ 1.008 g‬من الهيدروجني) القابلة لإلبدال‬ ‫(االشتراك) في التفاعل‪ ،‬وميكن التعبير عن ذلك حسابيا‪:‬‬

‫الكتلة املولية للحامض‬

‫الكتلة املكافئه للحامض = عدد ذرات الهيدروجني املتأينة (‪)H+‬‬ ‫‪Ma‬‬ ‫عدد ذرات الهيدروجني املتأينة (‪)H+‬‬

‫= ‪EM‬‬

‫حيث ‪ a‬من ‪ acid‬وتعني حامض‪.‬‬ ‫الكتلة املكافئة للقاعدة هي كتلة القاعدة التي حتوي على مول واحد من مجاميع‬ ‫الهيدروكسيد القابلة لإلبدال (أي على ‪ 17.0081g‬من جذر الهيدروكسيد‬ ‫املتأين)‪.‬‬

‫‪37‬‬

‫‪Mb‬‬

‫عدد مجاميع الهيدروكسيد (‪ )OH-‬املتأينة‬

‫= ‪EM‬‬

‫حيث ‪ b‬من ‪ base‬وتعني قاعدة‪.‬‬

‫أما األمالح املشتقة من حوامض ضعيفة وقواعد قوية او بالعكس‪ ،‬والتي تعاني‬ ‫من حتلل مائي‪ ،‬فيمكن حساب كتلها املكافئة عند اشتراكها في هذا النوع من‬ ‫التفاعالت وذلك بكتابة املعادلة الكيميائية املوزونة لتفاعلها مع احلامض أو‬ ‫القاعدة و إيجاد عدد املوالت التي تكافئها من احلامض أو القاعدة واستعماله‬ ‫لغرض حساب الكتلة املكافئة كما هو في املثال التالي‪:‬‬

‫‪2 NaCl + H2O + CO2‬‬

‫الكتلة املكافئة لـ ‪= Na2CO3‬‬

‫‪Na2CO3 + 2HCl‬‬ ‫ملح حلامض ضعيف‬

‫الكتلة املولية مللح ‪Na2CO3‬‬ ‫عدد موالت اجلزء الفعال من‬ ‫احلامض(عدد موالت‪)H+‬‬

‫=‬

‫الكتلة املولية مللح ‪Na2CO3‬‬

‫‪MNa2CO3‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪ .2‬تفاعالت الترسيب و تفاعالت تكوين املعقد‬

‫‪2‬‬ ‫= ‪EMNa2CO3‬‬

‫الكتلة املكافئة ملادة تشترك في تفاعل الترسيب هي تلك الكتلة من املادة‬ ‫التي حتوي أو تتفاعل مع مول واحد من ايون موجب أحادي الشحنة (الذي يكافئ‬ ‫‪ 1.008 g‬من الهيدروجني) وعليه‪:‬‬

‫الكتلة املكافئة =‬

‫الكتلة املولية للمادة‬

‫عدد االيونات املوجبة ×تكافؤها‬ ‫‪M‬‬

‫عدد االيونات املوجبة ×تكافؤها‬

‫= ‪EM‬‬

‫اما الكتلة املكافئة ملادة تشترك في تفاعل تكوين معقد (الذي يكون فيه اجلزء‬ ‫الفعال من املادة هي املزدوجات االلكترونية) فتمثل كتلة املادة التي تهب او‬ ‫تكتسب مزدوج الكتروني وعليه‪:‬‬

‫‪M‬‬ ‫عدد املزدوجات االلكترونية املوهوبة او املكتسبة‬

‫‪38‬‬

‫= ‪EM‬‬

‫‪ .3‬تفاعالت التأكسد واالختزال‬

‫تعرف الكتلة املكافئة للعامل املؤكسد او العامل املختزل على انها تلك‬ ‫الكتلة من الكاشف التي تتفاعل أو حتتوي على ‪ 1.008 g‬من الهيدروجني او‬ ‫‪ 8.000 g‬من االوكسجني‪ ،‬فعلى سبيل املثال ميكن حساب الكتل املكافئة‬ ‫لبرمنكنات البوتاسيوم وثنائي كرومات البوتاسيوم اللتني تشتركان في تفاعالت‬ ‫التأكسد واالختزال كما يلي‪:‬‬ ‫حلساب الكتلة املكافئة لبرمنكنات البوتاسيوم ‪ KMnO4‬وثنائي كرومات‬ ‫البوتاسيوم ‪ K2Cr2O7‬يكتب تفاعل افتراضي لتعيني كمية االوكسجني الذي‬ ‫يتضمنه تفاعل كل جزيء منهما وكما يأتي‪:‬‬

‫‪2KMnO4‬‬ ‫‪K2Cr2O7‬‬

‫‪K2O + 2MnO + 5O‬‬ ‫‪K2O + Cr2O3 + 3O‬‬

‫وهذا يعني أن جزيئتني من برمنكنات البوتاسيوم تنتج ‪ 5‬ذرات من االوكسجني‬ ‫ولذلك ميكن حساب الكتلة املكافئة لهذه املادة باستعمال العالقة االتية‪:‬‬ ‫الكتلة املكافئة لـ ‪= KMnO4‬‬

‫الكتلة املولية × ‪2‬‬ ‫‪10‬‬

‫وبنفس الطريقة نستنتج إن الكتلة املكافئة لـ ‪: K2Cr2O7‬‬ ‫الكتلة املكافئة لـ ‪= K2Cr2O7‬‬

‫الكتلة املولية‬ ‫‪6‬‬

‫ولتبسيط املسألة‪ ،‬ميكن بشكل عام حساب الكتلة املكافئة ألية مادة تشترك‬ ‫في تفاعالت التأكسد واالختزال على وفق العالقتني احلسابيتني االتيتني‪:‬‬ ‫الكتلة املكافئة للعامل املؤكسد =‬ ‫الكتلة املكافئة للعامل املختزل =‬

‫الكتلة املولية‬

‫عدد االلكترونات املكتسبة‬ ‫الكتلة املولية‬

‫عدد االلكترونات املفقودة‬

‫يتضح مما سبق أن الكتلة املكافئة للمادة تساوي كتلتها املولية مقسومة على‬ ‫عدد (‪ ،)ɳ‬ميثل عدد موالت اجلزء الفعال من املادة (الذي يشترك في التفاعل)‪،‬‬ ‫ولهذا فعند حتديد اجلرء الفعال في املادة (باالعتماد على نوع التفاعل الذي تشترك‬ ‫فيه املادة) ميكن تعيني قيمة (‪ )ɳ‬حيث تكون قيمته ≥ ‪ .1‬وميكن كتابة عالقة‬ ‫عامة تربط بني الكتلة املكافئة و الكتلة املولية للمادة‪.‬‬

‫‪39‬‬

‫مثال‬

‫(‪)g/eq‬‬

‫‪M‬‬ ‫‪ɳ‬‬

‫=‬

‫(‪M)g/mol‬‬ ‫(‪ɳ )eq/mol‬‬

‫(‪)mg/meq‬‬

‫انتبه !‬

‫لقدمت اختيار الرمز (‪ )ɳ‬كعدد‬

‫موالت اجلزء الفعال من املادة للتمييز‬ ‫بينه وبني عدد املوالت (‪.)n‬‬

‫‪M‬‬ ‫‪ɳ‬‬

‫= ‪EM‬‬ ‫=‬

‫مثال ‪6-1‬‬ ‫احسب الكتلة املكافئة لكل من املواد املشتركة في التفاعالت االتية‪:‬‬ ‫(‪1. Pb)NO3(2)aq( + 2KI)aq‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫(‪PbI2)s(+2K)aq( +2NO3 )aq‬‬ ‫(‪2. H2SO4)aq(+2NaOH)aq‬‬ ‫‪+‬‬ ‫(‪2H2O)l(+2Na)aq( + SO42-)aq‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫‪2+‬‬

‫(‪3. 5Fe)aq( + MnO4 )aq( +8H3O)aq‬‬ ‫‪3+‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪5Fe)aq( + Mn)aq( + 12H2O)l‬‬ ‫(‪4. AgNO3)aq( + 2KCN)aq‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‬‫(‪[ Ag)CN(2])aq( + 2 K)aq( + NO3 )aq‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫‪ .1‬حلساب الكتلة املكافئة للمادة يجب معرفة كتلتها املولية و قيمة ‪ɳ‬‬ ‫باالعتماد على نوع التفاعل الذي تشترك فيه‪.‬‬

‫‪MPb)NO3(2‬‬ ‫‪ɳ‬‬ ‫حتسب الكتلة املولية لـ ‪ Pb)NO3(2‬وذلك بجمع الكتل الذرية للذرات‬ ‫املكونة له‪.‬‬ ‫]‪M [Pb)NO3(2] = 1×207+[2×1×14]+[2×3×16‬‬ ‫‪= 331 g/mol‬‬

‫= ‪EMPb)NO3(2‬‬

‫ثم يتم حتديد قيمة ‪ ɳ‬حسب التفاعل الذي متثله املعادلة الكيميائية املوزونة‬ ‫(‪Pb)NO3(2)aq(+2KI)aq‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫(‪PbI2)s(+2K)aq( +2NO3 )aq‬‬ ‫تبني املعادلة ان ‪ Pb)NO3(2‬قد اشترك بتفاعل ترسيب بسبب تكون ملح‬

‫‪40‬‬

‫‪ PbI2‬شحيح الذوبان لذلك فان قيمة ‪ ɳ‬حتسب كاالتي‪:‬‬

‫‪ = 2 × 1= 2 eq/mol‬عدد االيونات املوجبة × تكافؤها = ‪ɳ‬‬ ‫‪MPb)NO3(2‬‬ ‫(‪331 )g/mol‬‬ ‫=‬ ‫‪=165.5 g/eq‬‬ ‫‪ɳ‬‬ ‫(‪2 )eq/mol‬‬

‫=‪EMPb)NO3(2‬‬

‫وبنفس الطريقة حتسب الكتلة املكافئة مللح ‪KI‬‬ ‫‪M)KI( =1×39+1×127=166 g/mol‬‬ ‫‪ =1×1=1 eq/mol‬عدد االيونات املوجبة × تكافؤها = ‪ɳ‬‬ ‫(‪166)g/mol‬‬ ‫‪= 166 g/eq‬‬ ‫=‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫‪1 eq/mol‬‬

‫‪MKI‬‬ ‫= ‪EMKI‬‬ ‫‪ɳ‬‬

‫‪ .2‬التفاعل االتي هو من نوع حامض‪ -‬قاعدة‪:‬‬ ‫‪2-‬‬

‫‪+‬‬

‫(‪2H2O)l( + 2Na)aq( + SO4 )aq‬‬

‫(‪H2SO4)aq( + 2NaOH)aq‬‬

‫الكتلة املكافئة حلامض الكبريتيك‬ ‫‪M )H2SO4( = 2 × 1 + 1 × 32 + 4 × 16 = 98 g/mol‬‬ ‫‪ = 2 eq/mol‬عدد ذرات الهيدروجني املتاينة = ‪ɳ‬‬ ‫‪MH2SO4‬‬ ‫(‪98 )g/mol‬‬ ‫‪= 49 g/eq‬‬ ‫= ‪EMH2SO4‬‬ ‫=‬ ‫‪ɳ‬‬ ‫(‪2 )eq/mol‬‬ ‫الكتلة املكافئة لهيدروكسيد الصوديوم‬ ‫‪M )NaOH( =1 × 23 + 1 × 16 + 1 × 1= 40 g/mol‬‬ ‫‪ =1 eq/mol‬عدد مجاميع الهيدروكسيد املتاينة =� ‪ɳ‬‬ ‫(‪40)g/mol‬‬ ‫=‬ ‫‪= 40 g/eq‬‬ ‫(‪1 )eq/mol‬‬

‫‪MNaOH‬‬ ‫=‬ ‫‪ɳ‬‬

‫‪ .3‬التفاعل االتي هو من نوع تأكسد واختزال‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫(‪+ MnO4 )aq( +8H3O)aq‬‬ ‫‪3+‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪5Fe)aq( + Mn)aq( + 12H2O)l‬‬

‫‪EMNaOH‬‬

‫‪2+‬‬

‫(‪5Fe)aq‬‬

‫الكتلة املكافئة اليون ‪( Fe2+‬يسلك هذا االيون سلوك عامل مختزل في هذا‬ ‫التفاعل)‪.‬‬ ‫‪M )Fe( = 56 g/mol‬‬

‫‪41‬‬

‫‪ = 1 eq/mol‬عدد االلكترونات املفقودة = ‪ɳ‬‬ ‫مترين ‪7-1‬‬ ‫احسب قيم ‪ M‬و ‪ ɳ‬والكتل املكافئه ‪ EM‬عدد االلكترونات املفقودة حتسب من الفرق بني االعداد التأكسدية لـ ‪Fe2+‬‬ ‫و ‪Fe3+‬‬ ‫للمواد املبينة في ادناه‪.‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫‪MFe‬‬ ‫‪56 g/mol‬‬ ‫= ‪EMFe‬‬ ‫=‬ ‫‪= 56 g/eq‬‬ ‫أ‪ AgNO3 -‬بتفاعل الترسيب االتي‪:‬‬ ‫‪ɳ‬‬ ‫(‪1 )eq/mol‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫(‪Ag )aq( +Br )aq‬‬

‫(‪AgBr )s‬‬

‫الكتلة املكافئة اليون ‪ ( MnO4-‬يسلك هذا االيون سلوك عامل مؤكسد في‬ ‫ج ‪170 ; 1 :‬‬ ‫ب‪ BaCl2 -‬بتفاعل الترسيب االتي‪ :‬هذا التفاعل)‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪2‬‬‫‪M )MnO4( =1×55+4×16 = 119 g/mol‬‬ ‫(‪Ba)aq( +SO4 )aq‬‬ ‫(‪BaSO4)s‬‬ ‫‪ = 5 eq/mol‬عدد االلكترونات املكتسبة = ‪ɳ‬‬ ‫ج ‪104 ; 2 :‬‬ ‫عدد االلكترونات املكتسبة حتسب من الفرق بني االعداد التأكسدية لـ‬ ‫جـ‪ Fe2)SO4(3 -‬بتفاعل الترسيب ‪ Mn2+‬و ‪MnO4-‬‬

‫االتي‪:‬‬

‫‪2+‬‬

‫(‪Fe2)SO4(3)aq( +Pb)aq‬‬

‫‪3+‬‬

‫‪= 23.8eg/eq‬‬

‫(‪3PbSO4)s( +Fe)aq‬‬

‫ج ‪66.7 ; 6 :‬‬

‫د‪ Na2CO3 -‬بتفاعل تعادل (حامض ‪+‬‬ ‫قاعدة) االتي‪:‬‬

‫‪+‬‬

‫(‪Na2CO3 +2H)aq‬‬

‫(‪119)g/mol‬‬ ‫(‪5 )eq/mol‬‬

‫=‬

‫‪MMnO4‬‬ ‫‪ɳ‬‬

‫= ‪EMMnO4‬‬

‫‪ .4‬التفاعل االتي هو من نوع تكوين معقد‪:‬‬ ‫(‪AgNO3)aq( + 2KCN)aq‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‬‫(‪[ Ag)CN(2])aq( + 2 K)aq( + NO3 )aq‬‬

‫‪+‬‬

‫(‪2Na)aq( +CO2)g( + H2O)l‬‬

‫الكتلة املكافئة لنترات الفضة ‪AgNO3‬‬ ‫ج ‪53 ; 2 :‬‬ ‫‪M)AgNO3( =1×108+1×14+3×16 = 170 g/mol‬‬ ‫هـ‪ BaI2 -‬بتفاعل تكوين معقد االتي‪:‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪ = ɳ‬عدد املزدوجات االلكترونية املكتسبة ‪= 2 eq/mol‬‬ ‫‪2+‬‬

‫‪2-‬‬

‫(‪2BaI2 +Hg)aq‬‬

‫(‪HgI4 )aq( +Ba)aq‬‬

‫ج ‪195.5 ; 2 :‬‬ ‫و‪ Na2S2O3 -‬بتفاعل تأكسد واختزال‬ ‫االتي‪:‬‬

‫‪2-‬‬

‫(‪S4O6 )aq‬‬ ‫ج ‪158 ; 1 :‬‬

‫‪2-‬‬

‫(‪2S2O3 )aq‬‬

‫‪= 85 g/eq‬‬

‫(‪2 )eq/mol‬‬

‫‪ɳ‬‬

‫= ‪EMAgNO3‬‬

‫الكتلة املكافئة لسيانيد البوتاسيوم ‪KCN‬‬ ‫‪M)KCN( =1×39+1×12+1×14 = 65 g/mol‬‬ ‫‪ = 1 × 1 = 1 eq/mol‬عدد املزدوجات االلكترونية املوهوبة = ‪ɳ‬‬ ‫‪= 65eg/eq‬‬

‫‪42‬‬

‫(‪170 )g/mol‬‬

‫=‬

‫‪MAgNO3‬‬

‫(‪65 )g/mol‬‬ ‫(‪1 )eq/mol‬‬

‫=‬

‫‪MKCN‬‬ ‫‪ɳ‬‬

‫= ‪EMKCN‬‬

‫مثال ‪7-1‬‬

‫مترين ‪8-1‬‬ ‫عند استعمال حامض الكبريتيك في تفاعالت التعادل تكون قيمة ‪ɳ = 2‬‬ ‫ما الكتلة الالزمة من ثنائي‬

‫‪ .eq/mol‬احسب عيارية محلول هذا احلامض تركيزه ‪ .0.231mol/L‬كرومات‬

‫احلــــل‪:‬‬ ‫يتضح من مراجعة مصطلحات مكافئ وكتلة مكافئة وتركيز عياري هي‬ ‫مناظرة ملصطلحات مول و كتلة مولية و تركيز موالري‪ .‬ومن مراجعة العالقتني‬ ‫الرياضيتني اخلاصتني بحساب عيارية و موالرية احمللول‪ ،‬يتبني انه باالمكان‬ ‫ايجاد عيارية محلول بشرط معرفة موالريته و قيمـــــــــة (‪ɳ )eq/mol‬‬ ‫بحسب العالقة التالية‪:‬‬ ‫(‪N )eq/L( = ɳ )eq/mol( × M )mol/L‬‬ ‫لذلك‪:‬‬ ‫‪N = 2 )eq/mol( × 0.23 )mol/L( = 0.46 eq/L.‬‬

‫‪ 4-6-1‬األدوات املستعملة في التحليل احلجمي‬

‫قبل البدء بالتعرف على االدوات املستعملة في التحليل احلجمي البد ان نذكر‬ ‫ان اللتر ( ‪ )L‬يستعمل كوحدة أساسية لقياس حجوم احملاليل املستعملة في عملية‬ ‫التحليل احلجمي‪ ،‬ويستعمل املللتر (‪ )mL‬ايضا وميثل جزء من األلف من اللتر‬ ‫(‪ .)1L = 1000 mL‬وعند إجراء القياسات اخلاصة بحجوم احملاليل بشكل‬ ‫دقيق ( وهي االساس الذي تعتمد عليه عملية التحليل احلجمي) تستعمل أدوات‬ ‫زجاجية معينة‪ ،‬دون غيرها‪ ،‬لهذا الغرض وهي‪:‬‬ ‫‪ .1‬الدورق احلجمي‪ :‬يستعمل لقياس حجم احمللول بشكل دقيق في أثناء عملية حتضيره‪.‬‬ ‫‪ .2‬السحاحة‪ :‬تستعمل لقياس حجم احمللول املستهلك في عملية التسحيح بدقة‪.‬‬ ‫‪ .3‬املاصة‪ :‬تستعمل لقياس حجم معلوم ومضبوط من احمللول لغرض نقله من‬ ‫وعاء إلى وعاءٍ أخر‪.‬‬

‫‪ 5-6-1‬حساب نتائﺞ التحليل احلجمي‬

‫البوتاسيوم‬

‫‪K2Cr2O7‬‬

‫(‪ )M = 294 g/mole‬لتحضير‬

‫محلول بحجم ‪ 2 L‬وتركيز ‪0.12 N‬‬ ‫من هذا الكاشف ليستعمل كعامل‬ ‫مؤكسد بحسب التفاعل التالي؟‬

‫‪Cr2O72-+14H++6Fe2+‬‬

‫‪2Cr3+ + 7H2O + 6Fe3+‬‬ ‫ج ‪11.76 g :‬‬ ‫مترين ‪9-1‬‬

‫ما هي الكتلة الالزمة من هيدروكسيد‬ ‫الصوديوم‬

‫‪ NaOH‬لتحضير‬

‫‪ 500emL‬من محلول تركيــزه‬ ‫‪0.2 M‬؟‬ ‫ج‪4g :‬‬ ‫مترين ‪10-1‬‬ ‫احسب كتلة املذاب املوجود في كل من‬ ‫احملاليل االتية‪:‬‬ ‫‪ 350emL .1‬من ‪0.125eM‬‬ ‫نترات الفضة‪.‬‬ ‫‪ 250emL .2‬من ‪ 0.1N‬محلول‬ ‫البوراكـــــــس ‪Na2B4O7.10H2O‬‬

‫إن الهدف من إجراء أي عملية حتليل حجمية‪ ،‬بطريقة التسحيح‪ ،‬هو إضافة‬ ‫محلول قياسي بكمية مكافئة كيميائيا للمادة مجهولة الكمية‪ ،‬وهذا الشرط (‪)M = 381 g/mole‬‬ ‫يتحقق في عملية التسحيح‪ ،‬كما هو معلوم‪ ،‬فقط عند نقطة معينة في عملية ويستعمل حسب التفاعل االتي‪:‬‬ ‫التسحيح تدعى من الناحية النظرية بنقطة التكافؤ ( النقطة التي تتكافأ عندها‬ ‫كمية املادة القياسة مع كمية املادة املراد تقديرها في تفاعل التسحيح) وميكن‬ ‫‪B4O72- + 2H3O+ + 3H2O‬‬ ‫تعيني هذه النقطة عمليا بتحديد نقطة نهاية التفاعل (نقطة التكافؤ العملية)‬ ‫‪4H3BO3‬‬ ‫وهي النقطة التي تتغير فيها احدى صفات احمللول كاللون مثال‪.‬‬ ‫‪:‬‬ ‫ج‬ ‫‪6.28‬‬ ‫‪g‬‬ ‫; ‪4.76 g .2‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫يستخدم الكيميائيون عادة التركيز العياري (النورمالي) للتعبير عن‬ ‫التراكيز عند حتضير احملاليل املستعملة في عمليات التسحيح‪ ،‬والذي يعتمد في‬

‫‪43‬‬

‫األساس‪ ،‬كما تعلمنا‪ ،‬على الكتلة املكافئة للمواد في احلسابات املتعلقة بالتحليل‬ ‫احلجمي‪.‬‬ ‫يبني املثال االتي عملية حتليل حجمية‪ ،‬باالعتماد على عملية التسحيح‪،‬‬ ‫واحلسابات الالزمة إليجاد كتلة هيدروكسيد الباريوم ‪Ba(OH)2‬‬ ‫)‪ (M= 171 g/mol‬في عينة وذلك باتباع اخلطوات االتية‪:‬‬ ‫‪ .1‬إذابة هذه العينة في املاء املقطر بشكل تام‪ ،‬ثم إكمال حجم احمللول الناجت‬ ‫إلى‪ 251mL‬باملاء املقطر في دورق حجمي ( تستعمل هذه األداة لقياس‬ ‫حجم احمللول احملضر بشكل دقيق)‪.‬‬ ‫‪ .2‬جترى عملية التسحيح وذلك بنقل ‪ 201mL‬من احمللول احملضر للعينة‪،‬‬ ‫باستعمال ماصة (وهي أداة تستعمل لنقل حجم من احمللول مقاس بشكل‬ ‫دقيق)‪ ،‬إلى دورق مخروطي ذي حجم مناسب‪.‬‬ ‫‪ .3‬إضافة بضع قطرات من محلول دليل املثيل األحمر‪ ،‬وهي مادة عضوية خاملة‬ ‫ال تشترك في تفاعل التسحيح‪ ،‬يتغير لونها من األصفر إلى األحمر عند نقطة‬ ‫نهاية هذا التفاعل نتيجة لتغير قيمة ‪ pH‬للمحلول‪ ،‬فيتلون احمللول باللون‬ ‫االصفر‪.‬‬ ‫‪ .4‬بدء عملية تسحيح محلول هيدروكسيد الباريوم (املوجود في الدورق‬ ‫املخروطي) مقابل محلول حامض الهيدروكلوريك القياسي (ذو تركيز‬ ‫‪ 0.0981M‬او ‪ ،)0.0981N‬وذلك باإلضافة التدريجية حمللول هذا احلامض‪،‬‬ ‫املوجود في سحاحة‪ ،‬إلى محلول العينة‪ ،‬املوجود في الدورق املخروطي مع‬ ‫التحريك املستمر ملزج احمللولني بشكل جيد‪ .‬وقد تطلب إضافة ‪22.41mL‬‬ ‫من محلول احلامض حلني تغير لون احمللول (لون الدليل املضاف اليه) من‬ ‫اللون األصفر إلى اللون األحمر ( أي الوصول إلى نقطة نهاية التفاعل)‪.‬‬

‫الشكل ‪1-1‬‬ ‫ادوات مختبرية لقياس حجوم احملاليل‬ ‫بشكل دقيق‬

‫‪44‬‬

‫‪ .5‬احلسابات‪:‬‬

‫من املعلوم انه عند نقطة نهاية التفاعل ( نقطة التكافؤ العملية)‪ ،‬تتكافأ كمية‬ ‫املادة املجهولة (املطلوب قياسها) مع كمية املادة القياسية‪ .‬ميكن التعبير عن كمية‬ ‫أي مادة مذابة في محلول ( معبرا عنها بداللة عدد املوالت او بعدد املكافئات‬ ‫الغرامية ‪ ...‬الخ ) وذلك بضرب حجم احمللـــول (‪ × )mL‬تركيز احمللول ( معبرا‬ ‫عنه بوحدة ‪ mol/L‬أو ‪ eq/L‬على التوالي)‪ ،‬اي ان‪:‬‬

‫)‪ (mL) × M (mmol/mL‬احمللول‪ (mmol) = V‬كمية املادة املذابة في احمللول‬ ‫وان‬

‫)‪ (mL) × N (meq/mL‬احمللول‪ (meq) = V‬كمية املادة املذابة في احمللول‬

‫وبشكل عام وفي اي عملية تسحيح‪ ،‬فعند الوصول الى نقطة نهاية‬ ‫التفاعل ميكن كتابة العالقة االتية‪:‬‬ ‫كمية املادة املجهولة = كمية املادة القياسية‬ ‫عدد ملي مكافئات (‪ )meq‬املادة املجهولة = عدد ملي مكافئات (‪ )meq‬املادة القياسية‬ ‫‪(N × V)HCl = (N × V) Ba(OH)2‬‬ ‫‪NHCl × VHCl‬‬

‫‪= NBa(OH)2 ×VBa(OH)2‬‬

‫)‪0.098 (meq/mL) × 22.4 (mL) = NBa(OH)2 × 20 (mL‬‬ ‫ومن هذه العالقة ميكن حساب التركيز العياري حمللول ‪. Ba(OH)2‬‬ ‫‪= 0.1097 meq/mL = 0.1097 eq/L‬‬

‫)‪0.098 (meq/mL) × 22.4 (mL‬‬

‫= ‪NBa(OH)2‬‬

‫)‪20 (mL‬‬ ‫وحلساب كتلة املادة املذابة في حجم معني من احمللول (احلجم املستعمل‬ ‫الذابة العينة يساوي ‪ ،)251mL‬حتسب اوال الكتلة املكافئة لهيدروكسيد‬ ‫الباريوم كاالتي‪:‬‬ ‫ان وحدة ‪ mmole/mL‬تكافئ‬ ‫التفاعل املستعمل في التسحيح‬ ‫وحدة ‪ mole/L‬وكالهما ميثالن‬ ‫‪Ba(OH)2 + 2HCl‬‬ ‫‪BaCl2 + 2H2O‬‬ ‫وحدة املوالرية ‪. M‬‬ ‫نستنتج من هذا التفاعل ان قيمة ‪ ، ɳ= 2 eq/mol‬لذلك‪:‬‬

‫انتبه !‬

‫‪= 85.51g/eq‬‬

‫)‪171 (g/mol‬‬ ‫)‪2 (eq/mol‬‬

‫=‬

‫‪EMBa(OH)2‬‬ ‫‪ɳ‬‬

‫= )‪EMBa(OH‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪45‬‬

‫(‪m )g‬‬ ‫(‪EM )g/eq‬‬

‫مترين ‪11-1‬‬ ‫تســـــــــــــتعمل برمنكنات البوتاسيوم‬ ‫‪KMnO4‬‬

‫(‪Eq )eq‬‬ ‫= ــــــــــــــــــ = (‪N )eq/L‬‬ ‫(‪V )L‬‬

‫(‪V )mL‬‬ ‫(‪1000 )mL/L‬‬

‫في تفاعالت التأكسد‬

‫واالختزال‪ ،‬فاذا تفاعلت هذه املادة في‬

‫محيط متعادل كعامل مؤكسد لتنتج وباعادة ترتيب حدود املعادلة ينتج‪:‬‬ ‫(‪N)eq/L( × V )mL( × EM )g/eq‬‬ ‫‪ ،MnO2‬ما قيمة ‪ ɳ‬لبرمنكنات‬ ‫البوتاسيوم وكم هي عيارية محلول‬

‫هذه املادة الذي تركيزه املوالري يساوي‬ ‫‪.0.05 M‬‬

‫(‪1000 )mL/L‬‬ ‫(‪0.1097 )eq/L( × 25 )mL( × 85.5 )g/eq‬‬ ‫(‪1000 )mL/L‬‬

‫ج ‪0.15 eq/L ; 3 :‬‬

‫مت تقدير محتوى النيكل في عينة بعملية‬ ‫تسحيح تعتمد على التفاعل االتي‪:‬‬ ‫‪Ni2+ + 4CN‬‬‫فاذا علمت ان‬

‫= (‪m )g‬‬

‫‪m )g( = 0.235 g‬‬

‫مترين ‪12-1‬‬

‫‪Ni)CN(42-‬‬

‫= (‪m )g‬‬

‫مثال ‪8-1‬‬ ‫في عملية تسحيح حامض االوكزاليك ‪ )M = 90 g/mol( H2C2O4‬مع‬ ‫محلول هيدروكسيد الصوديوم‪ ،‬تطلب تسحيح ‪ 0.17431g‬من عينة غير نقية‬ ‫لهذا احلامض إضافة ‪ 39.821mL‬من ‪ 0.091M‬من محلول القاعدة للوصول‬

‫‪160 mg‬من إلى نقطة نهاية التفاعل‪ .‬احسب النسبة املئوية حلامض االوكزاليك في العينة‪.‬‬

‫العينة قد استهلكت في تسحيح احلــــل ‪:‬‬

‫‪ 38.3 mL‬من محلول ‪ KCN‬معادلة التفاعل هي‪:‬‬

‫القياســــــــــــــــــي بتركيز ‪0.137 N‬‬ ‫للوصول الى نقطة نهاية التفاعل‪ .‬احسب‬

‫‪2NaOH + H2C2O4‬‬

‫‪Na2C2O4 + 2H2O‬‬

‫النسبة املئوية ألوكسيد النيكل ‪Ni2O3‬‬

‫(‪)M=165 g/mole‬فـــــــي العينة‪ .‬تظهر املعادلة الكيميائية املوزونة ان مول واحد من احلامض يكافئ مولني من‬ ‫القاعدة‪ ،‬وهذا يعني انه عند نقطة نهاية التفاعل‪:‬‬ ‫ج ‪% 67.5 :‬‬

‫‪× )mmol( NaOH‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬

‫= ‪)mmol( H2C2O4‬‬

‫حتسب كمية (‪ )mmol‬هيدروكسيد الصوديوم املتفاعلة‪:‬‬ ‫(‪ )mL( × M )mmol/mL‬احمللول‪)mmolNaOH( = V‬‬ ‫(‪mmolNaOH = 39.82 )mL( × 0.09 )mmol/mL‬‬

‫‪46‬‬

‫‪= 3.584 mmol‬‬

‫ومن كمية ‪ NaOH‬ميكن حساب كمية حامض االوكزاليك املتفاعل‬ ‫واملكافئ لهيدروكسيد الصوديوم‪:‬‬

‫انتبه !‬

‫عند االعتماد على استعمال التركيز‬ ‫املوالري في حتضير احملاليل املستعملة‬

‫عند نقطة نهاية التفاعل (نقطة التكافؤ العملية)‬

‫في عمليات التسحيح يتم االعتماد‬ ‫على املعادلة الكيميائية املوزونة في‬

‫نصف كمية هيدروكسيد الصوديوم = كمية حامض االوكزاليك‬ ‫كمية هيدروكسيد الصوديوم املتفاعلة‬ ‫‪2‬‬ ‫‪= 1.79 ×10-3 mol‬‬

‫حتديد الكميات املتكافئة من احمللول‬ ‫القياسي و محلول املكون املراد‬ ‫تقديره‪ .‬ولكن عند استعمال التركيز‬

‫= (‪)mmol H2C2O4‬‬

‫‪=1.79 mmol‬‬

‫‪3.584 mmol‬‬

‫(‪m )g‬‬ ‫(‪M )g/mol‬‬ ‫(‪V )mL‬‬

‫‪2‬‬

‫العياري لنفس الغرض ميكن مباشرة‬ ‫تطبيق العالقة االتية عند نقطة نهاية‬ ‫التفاعل دون احلاجة لكتابة املعادلة‬ ‫الكيميائية املوزونة للتفاعل‪:‬‬

‫‪N1 × V1 = N2 × V2‬‬

‫ولهذا السبب يفضل استخدام التركيز‬

‫= (‪M )mol/L‬‬

‫وباعادة ترتيب حدود املعادلة ينتج‪:‬‬ ‫(‪m )g( = M )mol/L(× V )L( × M )g/mol‬‬

‫العياري للتعبير عن تراكيز احملاليل‬ ‫املستعملة في عمليات التسحيح‪.‬‬ ‫مترين ‪13-1‬‬

‫متت معايرة ‪ 0.958 g‬من عينة حتوي‬

‫حامض اخلليــــــــك ‪CH3COOH‬‬

‫يعوض في هذه العالقة عن حاصل ضرب حجم احمللول (‪ × )L‬تركيزه املوالري (‪ )M=60 g/mol‬بالتسحيح مع‬ ‫محلول هيدروكسيد الصوديوم القياسي‬

‫(‪ )mol/L‬بكمية احلامض معبرا عنه بعدد موالته (‪.)mol‬‬

‫بتركيز ‪ ،0.225 N‬فاذا علمت ان حجم‬

‫‪-3‬‬ ‫‪ m )g( = 1.79 × 10 )mol( × 90 )g/mol( = 0.16 g.‬محلول القاعدة املضاف من السحاحة‬

‫وحتسب النسبة املئوية حلامض االوكزاليك في العينة غير النقية بعد ذلك الالزم للوصول الى نقطة نهاية التفاعل‬ ‫بلغ ‪ . 33.6 mL‬احسب النسبة املئوية‬

‫حسب العالقة االتية‪:‬‬

‫حلامض اخلليك في العينة‪.‬‬

‫(‪m H2C2O4 )g‬‬ ‫‪× 100‬‬ ‫(‪ )g‬العينة‪m‬‬ ‫‪× 100 = 91.8 %‬‬

‫(‪0.16 )g‬‬

‫(‪0.1743 )g‬‬

‫=‪% H2C2O4‬‬

‫ج ‪% 47.34 :‬‬

‫=‬

‫‪47‬‬

‫المعادالت الرئيسية‬ ‫املعامل الوزني‬

‫رقم الصفحة ‪32‬‬

‫التركيز املوالري‬

‫رقم الصفحة ‪36‬‬

‫التركيز العياري‬

‫رقم الصفحة ‪36‬‬

‫)‪ (g/mol‬املكون املراد تقديره‪a M‬‬ ‫×‬ ‫= ‪Gf‬‬ ‫‪b‬‬ ‫)‪ (g/mol‬الصيغة الوزنية‪M‬‬ ‫)‪n(mol‬‬ ‫)‪V(L‬‬

‫)‪Eq (eq‬‬ ‫)‪V(L‬‬

‫طرائق التحليل الوصفي (النوعي)‬

‫= )‪M (mol /L‬‬

‫= )‪N(eq/L‬‬

‫المفاهيم االساسية‬

‫هي مجموعة من طرائق حتليل كيميائي تهدف الى معرفة هوية مكون واحد او اكثر من مكونات مادة او مزيج من املواد‬ ‫واالسلوب الذي ترتبط به هذه املكونات بعضها بالبعض االخر‪.‬‬ ‫طرائق التحليل الكمي‬ ‫هي مجموعة من طرائق حتليل كيميائي تهدف الى ايجاد كمية مكون معني في كمية معينة من النموذج‪.‬‬ ‫طرائق التحليل الوزني‬ ‫هي مجموعة من طرائق التحليل الكيميائي الكمي تعتمد على عزل وقياس كتلة مادة معلومة التركيب الكيميائي‬ ‫حتوي املكون املراد تقديره بشكل نقي وكمي عن كتلة معلومة من العينة املراد تقديرها‪.‬‬ ‫طرائق التطاير‬ ‫هي مجموعة من طرائق التحليل الوزني التي تعتمد على ازاحة املكون املتطاير املوجود في العينة ومن ثم ايجاد كتلته‬ ‫بطريقة مباشرة او بطريقة غير مباشرة‪.‬‬ ‫طرائق الترسيب‬ ‫هي مجموعة من طرائق التحليل الوزني املعتمدة على حتويل املكون املراد تقديره في العينة الى مركب نقي ومستقر‬ ‫كيميائي ًا ذو صيغة كيميائية معلومة قابلة للوزن عن طريق تفاعالت الترسيب‪.‬‬ ‫المعامل الوزني‬

‫‪Gravimetric Factor‬‬

‫هو النسبة بني الكتلة املولية للمكون املراد تقديره الى الكتلة املولية للصيغة الوزنية (الراسب) على شرط ان حتوي كلتا‬ ‫الصفتني على نفس العدد من ذرات العنصر (او جزيئات املكون) املراد تقديره‪.‬‬

‫‪48‬‬

‫التسحيح ‪Titration‬‬ ‫هي عملية اضافة تدريجية للمحلول القياسي من السحاحة الى احمللول املجهول في الدورق املخروطي (او بالعكس)‬ ‫وتستمر هذه االضافة حلني الوصول الى نقطة نهاية التفاعل‪ ،‬ويكون الغاية منها هي ايجاد تركيز احمللول املجهول بداللة‬ ‫تركيز احمللول القياسي عن طريق قياس احلجوم املستهلكة في العملية بدقة‪.‬‬ ‫نقطة التكافؤ ‪Equivalent Point‬‬ ‫هي نقطة نظرية (افتراضية) يكون من املفروض عندها ان تتكافئ كمية املادة القياسية املضافة من السحاحة مع كمية‬ ‫املادة املجهولة املوجودة في الدورق املخروطي (او بالعكس)‪.‬‬ ‫نقطة نهاية التفاعل ‪End Point‬‬ ‫هي نقطة ينتهي (يكتمل) عندها التفاعل املستعمل في عملية التسحيح بني املادة القياسية واملادة املجهولة‪ ،‬و ُيحدد‬ ‫موقعها عملي ًا (جتريبياً) باالعتماد على استخدام احد الدالئل املناسبة‪.‬‬ ‫خطأ التسحيح‬ ‫هو مقياس ملدى االختالف بني مواقع نقطة التكافؤ (النظرية) ونقطة نهاية التفاعل املقاسة عملي ًا في عملية التسحيح‪.‬‬ ‫الدليل ‪Indicator‬‬ ‫هي مادة كيميائية ُتضاف عادة الى محلول التسحيح والتشترك عادة في التفاعل بل يتغير لونها او احدى صفاتها‬ ‫الفيزيائية بشكل واضح عند نقطة نهاية التفاعل‪.‬‬ ‫تفاعل التعادل ‪Nutralization Reaction‬‬ ‫هو تفاعل بني حامض وقاعدة يكون ناجته ملح وغالب ًا مايتضمن التفاعل ايض ًا احتاد ايونات الهيدروجني وايونات‬ ‫الهيدروكسيد لتكوين جزيئات املاء‪.‬‬ ‫تفاعل الترسيب‬ ‫هو تفاعل ينتج مادة صلبة غير ذائبة (راسب)‬ ‫تفاعل تأكسد واختزال ‪Redox Reaction‬‬ ‫هو تفاعل يحدث فيه اكسدة واختزال للمواد املتفاعلة‪.‬‬ ‫الملح ‪Salt‬‬ ‫هو مركب مكون من ايون موجب (عدا ‪ )H+‬وايون سالب (عدا ‪ OH-‬او ‪)O2-‬‬ ‫الكتلة المكافئة ‪Equivalent Mass‬‬ ‫هي كمية املادة (كتلة املادة) التي تكافئ متام ًا كمية ثابتة من مادة أخرى مثل ‪ 1.008 g‬من الهيدروجني او ‪17.008‬‬ ‫‪ g‬من جذر الهيدروكسيد او ‪ 8.000 g‬من االوكسجني‪ ،‬في تفاعل معني‪ ،‬والكتلة املكافئة للمادة هي كمية غير ثابتة قد‬ ‫تتغير مع نوع التفاعل الذي تشترك فيه‪.‬‬

‫‪49‬‬

‫اسئلة الفصل االول‬ ‫‪ 1-1‬كيف ميكن الفصل بني االيونات املوجبة األكثر شيوعا؟‬ ‫‪ 2-1‬عدد االيونات املوجبة املصنفة ضمن املجموعة الثانية مع ذكر العامل املرسب لها‪ ،‬ثم بني كيف ميكن فصل أيون‬ ‫النحاس عن أيون احلديديك عند وجودهما في نفس احمللول‪.‬‬ ‫‪ 3-1‬أكمل التفاعالت التالية مع ذكر صفات النواجت في كل مما يأتي‪:‬‬

‫ماء مغلي و ‪K2CrO4‬‬ ‫‪HNO3‬‬ ‫‪SnCl2‬‬

‫‪SnCl2‬‬

‫ماء ملكي‬

‫‪NH3‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪ HCl‬مخفف‬

‫‪PbCl2‬‬ ‫‪AgCl‬‬ ‫‪Hg2‬‬

‫‪2+‬‬

‫‪ 4-1‬كيف ميكن الفصل بني ايوني ‪ Hg2+‬و ‪Hg22+‬‬ ‫‪ 5-1‬احسب املعامل الوزني في كل مما ياتي‪:‬‬

‫املادة املراد تقديرها‬

‫الصيغة الوزنية‬

‫‪MgCl2‬‬

‫‪AgCl‬‬

‫‪Cr‬‬

‫‪Ag2CrO4‬‬

‫‪Pb3O4‬‬

‫‪PbO2‬‬

‫‪K2SO4‬‬

‫‪)C6H5(4BK‬‬

‫ج ‪0.243 ; 0.955 ; 0.157 ; 0.332 :‬‬

‫‪ 6-1‬كم هو عدد غرامات يودات البوتاسيوم ‪ KIO3‬الالزمة لترسيب ‪ 1.67 g‬من يودات الرصاص ‪Pb)IO3(2‬؟‬ ‫ج ‪1.283 g :‬‬

‫‪ 7-1‬عند حرق ‪ 5.71mg‬من مركب عضوي نتج ‪ 14.41mg‬من غاز ثنائي اوكسيد الكاربون و ‪ 2.5 mg‬من‬ ‫بخار املاء‪ .‬احسب النسبة املئوية للكاربون و الهيدروجني في املركب‪.‬‬ ‫ج ‪% 4.9 ; % 68.9 :‬‬

‫‪ 8-1‬ما هي موالرية محلول حامض الهيدروكلوريك ؟ إذا علمت أن ‪ 36.7 mL‬من محلول هذا احلامض تكافئ‬ ‫‪ 43.2 mL‬من محلول ‪ 0.236 M‬هيدروكسيد الصوديوم؟‬ ‫ج ‪0.278 M :‬‬

‫‪50‬‬

‫‪ 9-1‬ما هي موالرية و عيارية محلول هيدروكسيد الباريوم احملضر بإذابة ‪ 9.5 g‬من هذه املادة في ‪ 2 L‬من احمللول‬ ‫واملستعمل في تفاعل حامض‪ -‬قاعدة؟‬ ‫ج ‪0.055 eq/L ; 0.027 M :‬‬ ‫‪ 10-1‬ما تركيز محلول كلوريد الصوديوم الناجت من‪:‬‬ ‫أ‪ .‬مزج ‪ 10 mL‬من محلول ‪ 0.15 M‬كلوريد الصوديوم مع ‪ 10 mL‬من املاء املقطر؟‬ ‫ب‪ .‬مزج ‪ 10 mL‬من محلول ‪ 0.15 M‬كلوريد الصوديوم مع ‪ 10 mL‬من محلول ‪ 0.3 M‬كلوريد الصوديوم؟‬ ‫ج ‪ :‬أ‪ ; 0.075 M .‬ب‪0.225 M .‬‬ ‫‪ 11-1‬ما حجم محلول برمنكنات البوتاسيوم الذي تركيزه ‪ 0.2 M‬الالزم لتسحيح (تفاعل تأكسد واختزال) ‪40‬‬ ‫‪ mL‬من محلول ‪ 0.1 M‬كبريتات احلديد (‪ )II‬في محيط حامضي؟ معادلة تفاعل التسحيح هي‪:‬‬ ‫‪10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4‬‬ ‫‪5Fe2)SO4(3+2MnSO4+K2SO4+8H2O‬‬

‫‪ 12-1‬اختر اجلواب الصحيح في كل ممايأتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬قيمة ‪ ɳ‬مللح كبريتات احلديد (‪ Fe2)SO4(3 )III‬املستعمل في تفاعل ترسيب أيون الرصاص هي‪:‬‬ ‫(أ) ‪.4 eq/mol‬‬ ‫(ب) ‪.5 eq/mol‬‬ ‫(جـ) ‪.6 eq/mol‬‬

‫ج ‪4 mL :‬‬

‫‪ -2‬ميكن فصل ايون ‪ Cu2+‬عن ايون ‪ Zn2+‬وذلك بإضافة‪:‬‬ ‫(أ) حامض ‪ HCl‬املخفف‪.‬‬ ‫(ب) إمرار غاز ‪ H2S‬بوجود ‪ NH4OH‬و ‪ NH4Cl‬في احمللول‪.‬‬ ‫(جـ) إمرار غاز ‪ H2S‬بوجود ‪ HCl‬املخفف في احمللول‪.‬‬ ‫‪ -3‬املعامل الوزني لالملنيوم في ‪ Al2O3‬يساوي‪:‬‬ ‫(أ) ‪.0.265‬‬ ‫(ب)‪.0.529‬‬ ‫(جـ) ‪.1.059‬‬ ‫‪ -4‬النسبة املئوية ملبيد احلشرات (‪ C14H9Cl5 )DDT‬في عينة غير نقية منه‪ ،‬مت حتليل ‪ 0.74 g‬منها وزنيا لتعطي‬ ‫‪ 0.253 g‬من ‪ AgCl‬هي‪:‬‬ ‫(أ) ‪. % 17‬‬ ‫(ب) ‪. % 19‬‬ ‫(جـ)‪. % 21‬‬

‫‪51‬‬

‫‪ -5‬تدعى الطريقة الوزنية املعتمدة على تسخني او حرق كتلة معينة من عينة في جو من الهواء املفتوح ثم ايجاد كتلة املكون‬ ‫املتطاير من الفرق احلاصل في كتلة العينة بـ ‪:‬‬ ‫(أ) طريقة التطاير املباشرة‪.‬‬ ‫(ب) طريقة التطاير غير املباشرة‪.‬‬ ‫(جـ) طريقة الترسيب‪.‬‬ ‫‪ -6‬في عمليات التحليل الوزني املعتمد على تفاعالت الترسيب‪:‬‬ ‫(أ) يفضل ان يتم احلصول على راسب بشكل عالق غروي‪.‬‬ ‫(ب) يفضل ان يتم احلصول على راسب متبلور‪.‬‬ ‫(جـ) ال يهم نوع الراسب الذي يتم احلصول عليه‪.‬‬ ‫‪ -7‬متثل النسبة بني الكتلة املولية للمكون املراد تقديره إلى الكتلة املولية للصيغة الوزنية على شرط أن حتتوي كلتا الصيغتني‬ ‫على نفس العدد من ذرات العنصر (أو جزيئات املكون) املراد تقديره ‪:‬‬ ‫(أ) صيغة الترسيب‪.‬‬ ‫(ب) الصيغة الوزنية‪.‬‬ ‫(جـ) باملعامل الوزني‪.‬‬ ‫‪ -8‬تعرف كتلة املادة التي تنتج او تستهلك مول واحد من املكون الفعال بـ ‪:‬‬ ‫(أ) الكتلة املكافئة‪.‬‬ ‫(ب) الكتلة املولية‪.‬‬ ‫(جـ) الكتلة القياسية‪.‬‬ ‫‪ -9‬عيارية احمللول الناجت من اذابة ‪ 13 g‬من العامل املؤكسد ‪ K2Cr2O7‬في ‪ 500 mL‬من املاء النقي هي‪:‬‬ ‫(أ) ‪. 0.53 mole/L‬‬ ‫(ب) ‪. 0.53 eq/L‬‬ ‫(جـ) ‪. 3.18 eq/L‬‬ ‫‪ -10‬االداة الزجاجية التي تستعمل لقياس حجم احمللول بشكل مضبوط عند حتضيره هي‪:‬‬ ‫(أ) السحاحة‪.‬‬ ‫(ب) الدورق احلجمي‪.‬‬ ‫(جـ) املاصة‪.‬‬

‫‪52‬‬

‫‪ 13-1‬احسب املعامل الوزني لـ ‪ )M = 368 g/mole( Na5P3O10‬في ‪)M= 222 g/mole( Mg2P2O7‬‬ ‫ج ‪1.11 :‬‬

‫‪ 14-1‬متت معايرة ‪ 50 mL‬من محلول حامض ‪ )M = 176 g/mole(HIO3‬بالتسحيح مع محلول‬ ‫هيدروكسيد الصوديوم القياسي بتركيز ‪ ،0.145 N‬فاذا علمت ان حجم محلول القاعدة املضاف من السحاحة الالزم‬ ‫للوصول الى نقطة نهاية التفاعل بلغ ‪ 45.8 mL‬احسب‪:‬‬ ‫أ‪ .‬التركيز العياري حلامض ‪.HIO3‬‬ ‫ب‪ .‬ماهي عيارية محلول احلامض نفسه عند استعماله في تقدير احلديد حسب التفاعل االتي‪.‬‬ ‫‪4FeCl3 + ICl2- + 8H2O‬‬

‫‪HIO3 + 4FeCl2 + 5H3O+ + 6Cl‬‬‫ج ‪ :‬أ‪ ; 0.13 N .‬ب‪0.52 N .‬‬

‫‪ 15-1‬ملعايرة محلول ‪ NaOH‬وايجاد تركيزه بشكل مضبوط‪ ،‬مت تسحيح ‪ 25 mL‬منه مع محلول حامض الكبريتيك‬ ‫‪ H2SO4‬ذو تركيز ‪ 0.08 M‬وكان احلجم املضاف من احلامض الالزم للوصول الى نقطة النهاية هو ‪ .47.1 mL‬احسب‬ ‫التركيز املوالري حمللول هيدروكسيد الصوديوم‪ ،‬ثم جد عدد غرامات ‪ NaOH‬املذابة في‪ 500 mL‬من هذا احمللول‪.‬‬ ‫ج ‪6 g ; 0.3 M :‬‬

‫‪ 16-1‬مت حتليل أحد هاليدات الباريوم ‪( Bx2.2H2O‬حيث ان ‪ x‬تعني هالوجني) بطريقة وزنية وذلك باذابة‬ ‫‪ 0.266 g‬من هذا امللح في ‪ 200 mL‬من املاء واضافة كمية زائدة من حامض الكبريتيك ‪ H2SO4‬المتام ترسيب‬

‫الباريوم ‪ ) M= 137 g/mole ( Ba‬على هيئة كبريتات الباريوم ‪) M= 233 g/mole( BaSO4‬‬ ‫فاذا علمت ان كتلة الراسب الناجتة كانت تساوي ‪ ، 0.254 g‬مانوع الهالوجني الذي متثله ‪ x‬في ملح الباريوم؟‬ ‫ج‪ :‬الكلور‬

‫‪ 17-1‬عند اذابة ‪ 0.5 g‬من ملح غير نقي ليوديد الصوديوم ‪ ) M= 150 g/mole( NaI‬في املاء واضافة زيادة‬ ‫من محلول نترات الفضة ‪ AgNO3‬لترسيب ايون اليوديد بشكل تام‪ ،‬مت احلصول على ‪ 0.744 g‬من يوديد الفضة‬ ‫‪ . ) M= 235 g/mole( AgI‬احسب النسبة املئوية ليوديد الصوديوم في امللح غير النقي‪.‬‬

‫ج ‪% 95 :‬‬

‫‪ 18-1‬يتوفر لديك محلول اليون الكبريتات ‪ SO4-2‬تركيزه ‪ . 0.1 M‬كم ستكون عيارية هذا احمللول عند استعماله‬ ‫في التفاعالت االتية ‪:‬‬ ‫أ‪-‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪2‬‬‫(‪Pb)aq( + SO4 )aq‬‬ ‫(‪PbSO4)s‬‬ ‫ب‪-‬‬ ‫‪2‬‬‫‬‫(‪HCl )aq( + SO4 )aq‬‬ ‫(‪HSO4 )aq( + Cl-)aq‬‬ ‫جـ‪-‬‬ ‫‪2‬‬‫‪SO4 )aq( + 4 H3O+ + 2e‬‬‫(‪H2SO3 )aq( + 5H2O)l‬‬ ‫ج ‪ :‬أ‪ ; 0.2 N .‬ب‪ ; 0.1 N .‬ج‪0.2 N .‬‬

‫‪53‬‬

‫‪ 19-1‬احســـــــــــــب الكتلة املكافئة وعيارية محلول تركيزه ‪ 6.0 M‬من حامض الفسفوريك ‪H3PO4‬‬ ‫(‪ ، ) M= 98 g/mole‬عند اشتراك هذه املادة في التفاعالت االتية‪:‬‬ ‫أ‪-‬‬ ‫‪3‬‬‫(‪H3PO4)aq( + 3OH-)aq‬‬ ‫(‪PO4 )aq( + 3H2O)l‬‬ ‫ب‪-‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪2‬‬‫(‪H3PO4)aq( +2NH3)aq‬‬ ‫(‪HPO4 )aq( + 2NH4)aq‬‬ ‫جـ‪-‬‬ ‫(‪H3PO4)aq( + F-)aq‬‬ ‫(‪H2PO4- + HF)aq‬‬ ‫ج ‪ :‬أ‪ ; 18 N ; 32.7 g/eq .‬ب‪ ; 12 N ; 49 g/eq .‬ج‪6 N ; 98 g/eq .‬‬

‫‪ 20-1‬أذيب ‪ 2.5 g‬من كاربونات فلز ثنائي التكافؤ نقية ‪( M CO3‬حيث ان ‪ M‬متثل فلز) في ‪100 mL‬من‬ ‫محلول حامضي تركيزه ‪ . 0.6 N‬وبعد انتهاء التفاعل بني املادتني وجد ان احمللول الناجت يحتاج الى اضافـــــة ‪50 mL‬‬ ‫من محلول هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬تركيزه ‪ 0.2 N‬ملعادلته ‪ .‬احسب الكتلة املولية للفلز ثم حدد هويته‪.‬‬ ‫ج ‪Ca ; 40 g/mol :‬‬

‫‪ 21-1‬أضيف ‪ 20 mL‬من محلول برمنكنات البوتاسيوم ‪ KMnO4‬تركيزه ‪ 0.3 N‬الى كمية وافية من محلول‬ ‫يوديد البوتاسيوم ‪ KI‬احملمض ‪ ،‬فتحررت كمية من اليود ‪ I2‬التي مت تسحيحها مع محلول ثايوكبريتات الصوديوم‬ ‫‪ ) M= 158 g/mole( Na2S2O3‬حسب التفاعل االتي‪:‬‬ ‫‪2NaI + Na2S4O6‬‬

‫‪I2 + 2Na2S2O3‬‬

‫حيث استهلك ‪ 25 mL‬من هذا احمللول للوصول الى نقطة نهاية التفاعل‪ .‬احسب‪:‬‬ ‫أ‪ -‬عيارية محلول ‪. Na2S2O3‬‬ ‫ب‪ -‬عدد غرامات ثايوكبريتات الصوديوم املذابة في ‪ 1L‬من هذا احمللول ‪.‬‬

‫‪54‬‬

‫ج ‪ :‬أ‪ ; 0.24 N .‬ب‪37.92 g .‬‬

‫الفصل الثاني‬

‫‪2‬‬

‫الكيمياء التناسقية‬ ‫‪Coordination Chemistry‬‬

‫بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا ‪: Bk‬‬

‫مييز بني امللح املزدوج واملركب التناسقي ‪.‬‬ ‫يحدد صفات املركبات التناسقية و َيعرف كيف تطورت الكيمياء التناسقية‪.‬‬ ‫يحسب التكافؤ األولي والتكافؤ الثانوي للمركبات التناسقية ‪.‬‬ ‫َيعرف معنى كل مصطلح من املصطلحات اخلاصة بالكيمياء التناسقية ‪.‬‬ ‫َّ‬ ‫يطلع على أنواع الليكندات ‪.‬‬ ‫يفهم قاعدة العدد الذري الفعال ويتمكن من حسابه ‪.‬‬ ‫يسمي املركبات التناسقية على وفق نظام الـ ‪. IUPAC‬‬ ‫يعدد أنواع النظريات املستخدمة لوصف طبيعة التآصر في املعقدات التناسقية‬ ‫يطبق نظرية آصرة التكافؤ على املركبات التناسقية ‪.‬‬ ‫يحدد األعداد التناسقية واألشكال الهندسية املتوقعة لكل عدد تناسقي ‪.‬‬

‫‪55‬‬

‫‪ 1-2‬ﻣقدﻣة‬

‫الهيموكلوبني‬

‫الكلوروفيل‬

‫التركيب القفصي للهيموكلوبني‬

‫‪56‬‬

‫أصبحت دراسة املركبات التناسقية أو املركبات املعقدة من املجاالت‬ ‫الرئيسة في الكيمياء الالعضوية ملا تتميز به من الوان مختلفة وخواص‬ ‫مغناطيسية وبنيات وتفاعالت كيميائية متعددة‪ .‬حيث تلعب هذه املركبات‬ ‫دورا مهما ومتزايدا في الصناعة والزراعة والطب والصيدلة‪ ،‬وفي انتاج الطاقة‬ ‫النظيفة‪ ،‬التي اختبرت وأكدت أهميتها في احلياة املعاصرة‪ .‬ومن املركبات‬ ‫املعقدة املهمة في حياتنا هي الهيموكلوبني وفيتامني ‪ B12‬والكلوروفيل‪.‬‬ ‫ان ملعظم العناصر الفلزية في اجلدول الدوري القابلية على تكوين مركبات‬ ‫معقدة‪ ،‬ولكن ستقتصر دراستنا في هذا الفصل على املعقدات التي تكونها‬ ‫بعض العناصر االنتقالية التي تكون متخصصة في معظمها لتكوين هذا النوع‬ ‫من املركبات والتي سبق ان تعرفت عليها‪.‬‬ ‫تسمى العناصر التي تقع ضمن اجلدول الدوري بني املجموعتني ‪ IIA‬و‬ ‫‪ IIIA‬بالعناصر االنتقالية‪] ،‬الشكل (‪ [)1-2‬حيث يعد العنصر انتقاليا‬ ‫إذا كان يحتوي على الغالف الثانوي ‪ d‬أو ‪ f‬مملوء جزئيا‪ ،‬أما في حالته احلرة‬ ‫أو في احد مركباته‪ .‬وتقسم العناصر االنتقالية الى قسمني‪:‬‬ ‫‪ -1‬عناصر مجموعة ‪ d‬أو العناصر االنتقالية الرئيسية وتتألف من ثالث‬ ‫دورات كل منها يحتوي على عشرة عناصر‪ ،‬تدعى بالسالسل االنتقالية‬ ‫األولى والثانية والثالثة‪.‬‬ ‫‪-2‬عناصر مجموعة ‪ f‬أو العناصر االنتقالية الداخلية املتكونة من دورتني‬ ‫كل منهما حتتوي على أربعة عشر عنصرا‪ ،‬وتقع أسفل اجلدول الدوري‬ ‫وتسمى الالنثنيدات واالكتنيدات‪.‬‬ ‫ومتتاز العناصر االنتقالية بخواص مشتركة أهمها‪:‬‬ ‫‪ -1‬أن لها حاالت تأكسد متعددة حيث متيل العناصر االنتقالية الى إﻇهار‬ ‫أكثر من حالة تأكسد واحدة مع بعض احلاالت الشاذة‪.‬‬ ‫‪ -2‬تتصف العديد من مركباتها بالصفات البارامغناطيسية حيث إن للعناصر‬ ‫االنتقالية أغلفة ‪ d‬أو ‪ f‬مملوءة جزئيا‪ W‬بااللكترونات ولذلك فان‬ ‫ذرات الفلز حتتوي على الكترونات منفردة متيز هذه املواد بخاصية‬ ‫البارامغناطيسية‪.‬‬ ‫‪ -3‬العديد من مركباتها ملونة‪.‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪IA‬‬

‫‪18‬‬ ‫‪VIIIA‬‬ ‫‪17 2‬‬ ‫‪VIIA He‬‬

‫‪16‬‬ ‫‪VIA‬‬

‫‪15‬‬ ‫‪VA‬‬

‫‪14‬‬ ‫‪IVA‬‬

‫‪13‬‬ ‫‪IIIA‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪IIA‬‬

‫‪1‬‬

‫‪H‬‬

‫‪10‬‬

‫‪9‬‬

‫‪8‬‬

‫‪7‬‬

‫‪6‬‬

‫‪5‬‬

‫‪4‬‬

‫‪3‬‬

‫‪18‬‬

‫‪17‬‬

‫‪16‬‬

‫‪15‬‬

‫‪14‬‬

‫‪13‬‬

‫‪12‬‬

‫‪11‬‬

‫‪36‬‬

‫‪35‬‬

‫‪34‬‬

‫‪33‬‬

‫‪32‬‬

‫‪31‬‬

‫‪30‬‬

‫‪29‬‬

‫‪28‬‬

‫‪27‬‬

‫‪26‬‬

‫‪25‬‬

‫‪24‬‬

‫‪23‬‬

‫‪22‬‬

‫‪21‬‬

‫‪20‬‬

‫‪19‬‬

‫‪52‬‬

‫‪51‬‬

‫‪50‬‬

‫‪49‬‬

‫‪48‬‬

‫‪47‬‬

‫‪46‬‬

‫‪45‬‬

‫‪44‬‬

‫‪43‬‬

‫‪42‬‬

‫‪41‬‬

‫‪40‬‬

‫‪39‬‬

‫‪38‬‬

‫‪37‬‬

‫‪84‬‬

‫‪83‬‬

‫‪82‬‬

‫‪81‬‬

‫‪80‬‬

‫‪79‬‬

‫‪78‬‬

‫‪77‬‬

‫‪76‬‬

‫‪75‬‬

‫‪74‬‬

‫‪73‬‬

‫‪72‬‬

‫‪57‬‬

‫‪56‬‬

‫‪55‬‬

‫‪112‬‬

‫‪111‬‬

‫‪110‬‬

‫‪109‬‬

‫‪108‬‬

‫‪107‬‬

‫‪106‬‬

‫‪105‬‬

‫‪104‬‬

‫‪89‬‬

‫‪88‬‬

‫‪87‬‬

‫‪Ne‬‬

‫‪Ar‬‬ ‫‪Kr‬‬

‫‪54‬‬

‫‪Xe‬‬

‫‪F‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪Br‬‬

‫‪53‬‬

‫‪I‬‬

‫‪86‬‬

‫‪85‬‬

‫‪Rn‬‬

‫‪At‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪S‬‬

‫‪Se‬‬ ‫‪Te‬‬ ‫‪Po‬‬

‫‪N‬‬ ‫‪P‬‬

‫‪As‬‬

‫‪Sb‬‬

‫‪C‬‬ ‫‪Si‬‬

‫‪B‬‬

‫‪Al‬‬

‫‪Be‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪IIB‬‬

‫‪11‬‬ ‫‪IB‬‬

‫‪Cu Zn Ga Ge‬‬ ‫‪Sn‬‬

‫‪Pb Bi‬‬

‫‪9‬‬ ‫‪VIIIB‬‬

‫‪10‬‬

‫‪Co Ni‬‬

‫‪7‬‬ ‫‪VIIB‬‬

‫‪8‬‬

‫‪Mn Fe‬‬

‫‪Ru Rh Pd Ag Cd In‬‬ ‫‪Au Hg Tl‬‬

‫‪Pt‬‬

‫‪Ir‬‬

‫‪Os‬‬

‫‪6‬‬ ‫‪VIB‬‬

‫‪Cr‬‬

‫‪5‬‬ ‫‪VB‬‬

‫‪V‬‬

‫‪Re‬‬

‫‪W‬‬

‫‪Ta‬‬

‫‪Db Sg‬‬

‫‪71‬‬

‫‪70‬‬

‫‪69‬‬

‫‪68‬‬

‫‪67‬‬

‫‪66‬‬

‫‪65‬‬

‫‪64‬‬

‫‪63‬‬

‫‪62‬‬

‫‪61‬‬

‫‪60‬‬

‫‪59‬‬

‫‪58‬‬

‫‪103‬‬

‫‪102‬‬

‫‪101‬‬

‫‪100‬‬

‫‪99‬‬

‫‪98‬‬

‫‪97‬‬

‫‪96‬‬

‫‪95‬‬

‫‪94‬‬

‫‪93‬‬

‫‪92‬‬

‫‪91‬‬

‫‪90‬‬

‫‪Lu‬‬

‫‪Fm Md No Ir‬‬

‫‪2-2‬‬

‫‪Es‬‬

‫‪Cf‬‬

‫‪Nd Pm Sm Eu‬‬

‫‪Np Pu Am Cm Bk‬‬

‫‪4‬‬ ‫‪IVB‬‬

‫‪Ti‬‬

‫‪Zr Nb Mo Tc‬‬

‫‪Bh Hs Mt Uun Uuu Uub‬‬ ‫‪Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb‬‬

‫‪3‬‬ ‫‪IIIB‬‬

‫‪U‬‬

‫‪Pr‬‬

‫‪Ce‬‬

‫‪Th Pa‬‬

‫‪Hf‬‬

‫‪Na Mg‬‬

‫‪Ca Sc‬‬ ‫‪Y‬‬

‫‪La‬‬

‫‪Ac Rf‬‬

‫‪Li‬‬

‫‪Sr‬‬

‫‪Ba‬‬ ‫‪Ra‬‬

‫‪K‬‬

‫‪Rb‬‬ ‫‪Cs‬‬ ‫‪Fr‬‬

‫الشكل ‪1-2‬‬ ‫موقع العناصر االنتقالية في‬ ‫الجدول الدوري‬

‫الملح المزدوج والمركب التناسقي‬

‫عند مزج محلولي امللحني البسيطني املستقرين (كبريتات االمونيوم‬ ‫وكبريتات احلديد (‪ ))II‬التاليني بنسب مولية بسيطة ثم تبخير احمللول‬ ‫الناجت سنحصل على حبيبات مركب جديد يدعـــــى مركب إضافــــــــــــة‬ ‫(‪ .)Addition compound‬كما هو مبني في املعادلة أدناه ‪:‬‬ ‫‪FeSO4. (NH4)2SO4. 6H2O‬‬ ‫ملح مور‬

‫‪(NH4)2SO4 + FeSO4 + 6H2O‬‏‬

‫وعند اذابة كبريتات النحاس‏‪ CuSO4‬في مذيب معني واضافة االمونيا إليه‬ ‫نحصل على مركب االضافة االتي‪:‬‬ ‫‪CuSO4 + 4NH3‬‏‬ ‫‪CuSO4. 4NH3‬‬ ‫وعليه ميكن تقسيم مركبات اإلضافة الى قسمني ‪:‬‬ ‫أ‪ -‬امللح املزدوج ‪Double Salt‬‬ ‫وهو مركب إضافة مستقر يعطي عند إذابته في املاء االيونات املكونة له‬ ‫كافة‪ ،‬وفي هذه احلالة يحتفظ كل ايون بصفاته املستقلة‪ .‬وعلى سبيل املثال‪،‬‬ ‫فعند إذابة ملح مور (‪ )Mohr,s salt‬املزدوج احملضر في املعادلة األولى‬ ‫أعاله يعطي أيونات ‪ Fe2+‬و ‪ NH4+‬و ‪ SO42-‬التي ميكن التأكد من وجودها‬ ‫في احمللول باستخدام الطرائق الشائعة للكشف عنها‪.‬‬

‫‪57‬‬

‫ب‪ -‬املركب التناسقي ‪Coordination Compound‬‬ ‫وهو مركب اضافة مستقر ولكنه ال يعطي كافة االيونات املكونة له عند‬ ‫ذوبانه في املاء‪ .‬وفي هذه احلالة فان الصفات املستقلة لقسم من االيونات‬ ‫املكونة له سوف تختفي‪ .‬وعلى سبيل املثال‪ ،‬فعند إذابة املركب التناسقي‬ ‫‪ CuSO4.4NH3‬واحملضر في املعادلة الثانية أعاله في املاء فانه لن يعطي‬ ‫األيونات التي تكون منها (‪ Cu2+‬و ‪ )SO42-‬بل يعطي ايون ‪ SO42-‬فقط‬ ‫ويكون ايون ‪ Cu2+‬ضمن االيون املعقد ‪ [Cu(NH3)4]2+‬وعلى وفق‬ ‫املعادلة آدناه‪:‬‬ ‫‪[Cu(NH3)4]2+ + SO42-‬‬

‫‪ CuSO4. 4NH3‬‏‬

‫وبالتالي فان هذا املركب في احمللول يعطي كشف ًا لأليون ‪ SO42-‬فقط‬ ‫وال يعطي كشف أليون ‪ ،Cu2+‬لذلك يكتب املركب التناسقي بالشكل‬ ‫‪ .[Cu(NH ) ]SO‬يتكون هذا املركب التناسقي من أيون معقد موجب‬ ‫‪3 4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫(‪2-‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫)‬ ‫]‪ [Cu NH3 4‬وأيون سالب بسيـط ‪ . SO4‬وميكن للمركب‬ ‫التناسقي أيضا أن يتكون من أيون معقد سالب وايون موجب بسيط‪ ،‬أو أيون‬ ‫معقد سالب وأيون معقد موجب‪ ،‬كما في األمثلة اآلتية ‪:‬‬ ‫‪[Fe(CN)6]3‬‬‫أيون سالب معقد‬

‫‪3K+ +‬‬ ‫أيون موجب بسيط‬

‫‪[Co(NH3)6]3+ + 3Cl‬‬‫أيون موجب معقد‬ ‫أيون سالب بسيط‬ ‫‪[Pt(NH3)4]2++ [PtCl4]2‬‬‫أيون سالب معقد أيون موجب معقد‬

‫]‪K3[Fe(CN)6‬‬ ‫مركب تناسقي‬ ‫‪[Co(NH3)6]Cl3‬‬ ‫مركب تناسقي‬ ‫]‪[Pt(NH3)4][PtCl4‬‏‬ ‫مركب تناسقي‬

‫وهناك مركبات تناسقية ال تذوب في املاء لعدم قدرتها على التأين وبالتالي‬ ‫لن تعطي أي أيونات عند وجودها بتماس مع املاء مثل [‪ ]Ni(CO)4‬و‬ ‫[‪( ]Ni(dmg)2‬حيث ‪ dmg‬متثل ‪ dimethylglygoxime‬ومعناها‬ ‫ثنائي مثيل كاليوكسيم) و [‪.]Pt(NH3)2Cl2‬‬

‫‪58‬‬

‫مثال ‪1-2‬‬ ‫وضح ملاذا يصنف املركـب ‪ Fe)NH4(2)SO4(2‬كملح مزدوج بينما‬ ‫يصنف املركب ]‪ K3[Fe)CN(6‬كمركب معقد (مركب تناسقي) ؟‬ ‫احلـــل‪:‬‬ ‫يتكون املركب ‪ Fe)NH4(2)SO4(2‬من مزج محلولي كبريتات احلديد‬ ‫(‪ )II‬وكبريتات االمونيوم وفق املعادلة االتية ‪:‬‬ ‫‪)NH ( SO + FeSO‬‬ ‫‪FeSO4.)NH4(2SO4‬‬ ‫‪4 2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫واملركب الناجت هو ملح مور خالي من املاء‪ ،‬وعند ذوبانه في املاء فإنه يعطي‬ ‫آيونات ‪ Fe2+‬و ‪ NH4+‬و ‪ .SO42-‬ويتم التأكد من وجودها في احمللول‬ ‫باستخدام طرائق الكشف الشائعة لكل أيون منها‪.‬‬ ‫اما عند اذابة املركب ]‪ K3[Fe)CN(6‬في املاء فيكون على وفق املعادلة‪:‬‬ ‫]‪K3[Fe)CN(6‬‬ ‫‪[Fe)CN(6] 3- + 3K+‬‬ ‫حيث يالحظ اختفاء ايونات ‪ Fe3+‬املستقلة النها تكون ضمن األيون املعقد‬ ‫‪ [Fe)CN(6] 3‬وبالتالي فإن احمللول املعقد في املاء يعطي كشف أليون‬‫‪ K+‬فقط وال يعطي كشف أليون ‪ Fe3+‬وأيون ‪ .CN-‬وهذا يعني ان املركب‬ ‫‪ Fe)NH4(2)SO4(2‬هو ملح مزدوج بينما املركب ]‪K3[Fe)CN(6‬‬ ‫هو مركب تناسقي‪.‬‬

‫‪3-2‬‬

‫تﻄﻮر الكيمياﺀ التناسقية‬

‫يعد حتضير املركب كلوريد ســـــــــــــــــــــــــداسي أمني الكوبلت (‪)III‬‬ ‫‪ CoCl3. 6NH3‬في عام (‪ )1798‬البداية احلقيقية للكيمياء التناسقية‪.‬‬ ‫وقد أثار حتضير هذا املركب اهتماما كبيرا ملا له من صفات فريدة كان من‬ ‫الضروري تفسيرها‪ .‬فكيف ميكن لهذا ملركب ‪ CoCl3‬ان يتحد مع االمونيا‬ ‫وكالهما مركبان مستقران ولهما تكافؤ مشبع لتكوين مركب أخر مستقر‬ ‫أيضا‪.‬وتفسير ذلك لم يتم إال بعد مرور قرن من الزمن‪ ،‬مت خاللها حتضير ودراسة‬ ‫خواص العديد منها حيث ﻇهرت عدة نظريات لتفسير تكوين هذه املركبات‬ ‫إال أن مصيرها كان اإلهمال ألنها لم تتمكن من تفسير النتائج العملية‪.‬‬ ‫وكانت احدى هذه النظريات هي نظرية السلسلة (‪)Chain Theory‬‬ ‫والتي اقترحت من قبل احد العلماء في الســــــــــــــــــــــويد الذي انتهج‬

‫‪59‬‬

‫نفس املفهوم الذي عرف عن تكوين سالسل بني ذرات الكاربون في الكيمياء‬ ‫العضوية‪ .‬ونظرا لالعتقاد السائد في ذلك الوقت عن وجود نوع واحد من‬ ‫التكافؤ فقد اقترح هذا العالم إن الكوبلت (‪ )III‬يكون ثالث أواصر فقط‬ ‫في معقداته‪ .‬ولهذا استعملت بنية السلسلة لبيان كيفية ارتباط جزيئات‬ ‫االمونيا الستة في املركب ‪{ CoCl3. 6NH3‬الصيغة(‪ ،})I‬حيث‬ ‫تكون ايونات الكلوريد غير مرتبطة مباشرة بالكوبلت ولهذا فإن ايونات‬ ‫الكلوريد تترسب بسرعة على شكل كلوريد الفضة عند إضافة محلول‬ ‫نترات الفضة الى احمللول املائي لهذا املركب‪ .‬ومتثل هذه النظرية بنية املركب‬ ‫‪ CoCl3. 5NH3‬بالصيغة (‪ )II‬حيث يرتبط ايون كلوريد واحد مباشرة‬ ‫بالكوبلت والذي ال يترسب عند إضافة نترات الفضة‪ ،‬بينما يترسب ايوني‬ ‫الكلوريد اآلخر بسهولة‪.‬‬ ‫‪NH3+Cl‬‬‫‪Co- NH3-NH3-NH3-NH3+Cl-‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪Co- NH3-NH3-NH3-NH3+Cl-‬‬

‫‪NH3+Cl-‬‬

‫‪NH3+Cl-‬‬

‫الصيغة (‪)I‬‬

‫الصيغة (‪)II‬‬

‫ويتخذ املركب ‪ CoCl3. 4NH3‬الصيغة (‪ )III‬التي تتماشى مع‬ ‫التجارب العملية وتؤكد وجود ايونني من الكلوريد متصلني بشكل مباشر‬ ‫بالكوبلت بينما ال يتصل أيون الكلوريد الثالث بشكل مباشر‪ .‬ميكن ان يعبر‬ ‫عن املركب ‪ CoCl3. 3NH3‬بالصيغة (‪.)IV‬‬ ‫‪Cl‬‬ ‫‪Co- NH3-NH3-NH3-NH3+Cl‬‬‫‪Cl‬‬ ‫الصيغة (‪)III‬‬

‫‪60‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪Co- NH3-NH3-NH3+Cl‬‬‫‪Cl‬‬ ‫الصيغة (‪)IV‬‬

‫وميكن أن نتوقع بان سلوك ايونات الكلوريد في الصيغة (‪ )IV‬تكون‬ ‫مشابهة لتلك التي في املركب ‪ .CoCl3.4NH3‬لكن وجد بانه ال يعطي‬ ‫راسب ًا عند اضافة محلول نترات الفضة إليه‪ .‬ولهذا السبب والسباب اخرى‬ ‫لم تنجح هذه النظرية في تفسير اخلواص كافة لهذا النوع من املركبات‪.‬‬

‫‪ 1-3-2‬نظرية فرنر التناسقية‬

‫‪Werner,s Coordination Theory‬‬

‫استنبط فرنر نظريته والتي أصبحت الحق ًا أساسا للنظريات احلديثة‬ ‫باالعتماد على الفرضيات اآلتية‪:‬‬ ‫‪ -1‬متتلك أكثر العناصر نوعني من التكافؤ‪ ،‬تكافؤ أولي متأين ميثل بخط‬ ‫متقطع (‪ )------‬والذي يعرف بحالة التأكسد (‪Oxidation‬‬ ‫‪ ،)state‬وتكافؤ ثانوي غير متأين ميثل بخط متصل (ــــــــــــ) ويعرف‬

‫هل تعلم‬

‫بالعدد التناسقي (‪. )Coordination number‬‬ ‫‪ -2‬يحاول كل عنصر عند اشتراكه في تكوين مركب معقد إشباع كال‬ ‫التكافؤين‪ ،‬حيث تتشبع التكافؤات األولية بايونات سالبة أما التكافؤات‬ ‫الثانوية فتتشبع بايونات سالبة أو جزيئات متعادلة‪.‬‬ ‫‪ -3‬تتجه التكافؤات الثانوية نحو مواقع ثابتة في الفراغ تدعى باملجال‬ ‫التناسقـي (‪ )Coordination sphere‬حول ايون الفلز املركزي‬ ‫وهذا هو أساس الكيمياء الفراغية للمعقدات الفلزية‪.‬‬

‫ان فهمنا لطبيعة املركبات‬ ‫املعقدة في الوقت احلاضر يعود‬ ‫لنظرية فرنر البارعة‪ ،‬عند‬ ‫اقتراحه لنظرية التناسق التي‬ ‫حتمل اسمه وهو في السادسة‬ ‫والعشرين من عمره‪ .‬وهو‬ ‫أول كيميائي يهتم بالكيمياء‬ ‫الالعضوية حصلَ على جائزة‬ ‫نوبل للكيمياء عام ‪.1913‬‬

‫َمثَّلَ فرنر التآصر بني الكوبلت وبني ايونات الكلوريد وجزيئات االمونيا‬ ‫في املركب ‪ CoCl3. 6NH3‬بالصيغة (‪ ،)V‬والتي ميكن التعبير عنها‬ ‫بالصيغة اجلزيئية ‪ .]Co(NH3)6]Cl3‬حيث تكون احلالة التأكسدية‬ ‫(التكافؤ) للكوبلت (‪ )+3‬ولذلك تعمل ايونات الكلوريد الثالثة على‬ ‫اشباع هذه التكافؤات األولية (معادلة شحنة ايون الكوبلت)‪ .‬أما التكافؤ‬ ‫الثانوي أو عدد التناسق فيشبع من قبل جزيئات االمونيا املتعادلة الست‪،‬‬ ‫وبهذا يكون التكافؤ الثانوي للكوبلت (‪ ،)III‬والذي يتمثل بالعدد‬ ‫التناسقي‪ ،‬يساوي (‪.)6‬‬ ‫وتسمى جزيئات االمونيا الســـــــــــــــــــــــت في هذه احلالة بالليكندات‬

‫‪NH3‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪Co‬‬

‫(‪ .)Ligands‬يرتبط اللكيند حسب هذه النظرية مع الفلز بأواصر تناسقية ‪NH3‬‬

‫داخل املجال التناسقي للفلز‪ ،‬وال تعتبر أيونات الكلوريد ليكندات حيث‬ ‫تكون خارج مجال التناسق وترتبط بالفلز بأواصر أيونية‪ .‬و تترسب جميعها‬ ‫عند إضافة محلول نترات الفضة‪.‬‬

‫‪NH3‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪NH3‬‬

‫الصيغة (‪)V‬‬

‫‪61‬‬

‫أما املركب ‪ CoCl3.5NH3‬فقد مثله فرنر بالصيغة (‪ .)VI‬وهنا جند‬ ‫أن احد ايونات الكلوريد قد قا َم باشباع كال التكافؤين األولي والثانوي وعبر‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪NH3‬‬ ‫‪Co‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪NH3‬‬

‫عن اآلصرة التي تربطه بالفلــز باخلطــني املستمر واملتقطع (‪،) ----------‬‬ ‫ولهذا فايون الكلوريد هذا ال يترسب بسهولة عند إضافة محلول نترات‬ ‫الفضة كونه أصبح مرتبطا ارتباطا قويا مباشرا بذرة الكوبلت داخل املجال‬ ‫التناسقي‪ .‬كما أن االيون املعقد املوجب ‪ [Co(NH3)5Cl]2+‬يحمل شحنة‬ ‫مقدارها (‪ )+2‬الن ‪Co3+ + Cl- = (+3) + (-1) = +2 :‬‏ ولهذا ميثل‬

‫الصيغة (‪)VI‬‬

‫املركب ‪ CoCl3. 5NH3‬بالصيغة اجلزيئية ‪ [Co(NH3)5Cl]Cl2‬في‬ ‫الوقت احلاضر‪.‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪NH3‬‬ ‫‪Co‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪NH3‬‬

‫الصيغة (‪)VII‬‬

‫‪Cl‬‬

‫نترات الفضة يترسب ايون كلوريد واحد فقط موجود خارج مجال التناسق‪.‬‬ ‫ويتفكك هذا املركب في احمللول الى ايونات ‪ ]Co(NH3)4Cl2[+‬و ‪Cl-‬‬ ‫ولهذا يرمز له بالصيغة اجلزيئية ‪.[Co(NH3)4Cl2]Cl‬‬ ‫أما املركب ‪ CoCl3.3NH3‬والذي يتمثل حسب هذه النظرية بالصيغة‬

‫‪ )VIII( NH3‬فهو ال يعطي راسب ًا عند إضافة محلول نترات الفضة اليه وميكن‬

‫‪NH3‬‬ ‫‪Co‬‬

‫‪NH3‬‬ ‫الصيغة ( ‪)VIII‬‬

‫‪62‬‬

‫حيث يشبع اثنان من ايونات الكلوريد كال من التكافؤ األولي والتكافؤ‬ ‫‪ Cl‬الثانوي ولهذا فإنهما يرتبطان بقوة في مجال التناسق‪ ،‬وبإضافة محلول‬

‫‪Cl‬‬

‫‪Cl‬‬

‫وميثل املركب ‪ CoCl3. 4NH3‬حسب هذه النظرية بالصيغة (‪)VII‬‬

‫متثيله بالصيغة الكيميائية [‪ .]Co(NH3)3Cl3‬ان عدم ترسب ايونات‬ ‫الكلوريد عنداضافة محلول نترات الفضة يعني ان هذا املركب ال يتأين في‬ ‫‪ Cl‬احمللول وهذا عكس ما توقعته نظرية السلسة‪ .‬وقد بينت النتائج العملية ان‬ ‫مركبات من هذا النوع ال تتأين في احمللول مما برهن على عدم صحة نظرية‬ ‫السلسلة وعزز فرضيات نظرية التناسق‪.‬‬

‫مثال ‪2-2‬‬ ‫ما التكافؤ االولي (حالة التأكسد) والتكافؤ الثانوي (عدد التناسق)‬ ‫للفلز املركزي في املركبني االتيني‪:‬‬ ‫أ‪K4[Fe)CN(6] -‬‬ ‫ب‪[Cr)NH3(6])NO3(3 -‬‬ ‫(معلومة ‪ :‬يسلك ايون السيانيد ‪ CN-‬سلوك ليكند في املعقد‬ ‫]‪.) K4[Fe)CN(6‬‬ ‫احلـــل‪:‬‬ ‫أ‪ -‬نعرف ان كل ايون بوتاسيوم له شحنة ‪+1‬‬ ‫األيون السالب هو ‪ [Fe)CN(6]4-‬اي يحمل شحنة مقدارها (‪ )4-‬وعليه‪:‬‬ ‫‪Fe)x(+ )CN-(6 = -4‬‬ ‫‪x + 6 × )-1( = -4‬‬ ‫‪x = +2‬‬ ‫لذا فالتكافؤ االولي يساوي ‪ +2‬اما التكافؤ الثانوي فيساوي ‪ 6‬وهو عدد‬ ‫الليكندات املتصلة مباشرة بالفلز او التي توضع داخل االقواس املربعة‪.‬‬ ‫ب‪ -‬مبا أن كل ايون نترات يحمل شحنة (‪ )1-‬وأن األمونيا متعادلة‬ ‫االيوناملوجبهو‪ [Cr)NH3(6]3+‬اييحملشحنةمقدارها(‪)3+‬وعليه‪:‬‬ ‫(‪)x‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪ Cr + )NH3 (6 = +3‬مترين ‪1-2‬‬ ‫‪x + 0 × 6 = +3‬‬ ‫كم هو التكافؤ االولي والتكافؤ الثانوي‬ ‫‪x = +3‬‬ ‫للحديدفياملركب ]‪ K3[Fe)CN(6‬؟‬ ‫لذا فالتكافؤ االولي يساوي ‪ +3‬اما التكافؤ الثانوي فيساوي ‪.6‬‬ ‫ج ‪.6 ; +3 :‬‬

‫‪ 2-3-2‬ﺣﻮاﻣﺾ وقﻮاعد لﻮيﺲ‬

‫ميثل كل من جزيء امليثان (‪ )CH4‬وجزيء االمونيا (‪ )NH3‬على وفق‬ ‫رمز لويس بالصيغتني اآلتيتني‪:‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪H N‬‬ ‫‪H‬‬

‫االمونيا‬

‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪C‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫امليثان‬

‫‪63‬‬

‫يظهر رمز لويس لكل من جزيء امليثان واالمونيا أن هناك نقطة اختالف‬ ‫جوهرية مهمة جدا بينهما‪ ،‬وهي وجود مزدوج الكتروني على ذرة النتروجني‬ ‫ال تشترك في تكوين آصرة مع ذرة هيدروجني مما يجعل جزيء االمونيا ذا‬ ‫قابلية للتفاعل مع ذرات أخرى عن طريق اشراك هذا املزدوج االلكتروني‪.‬‬ ‫تسمى االصرة املتكونة نتيجة الشتراك مزدوج الكتروني (مزدوج غير مشترك‬ ‫في تكوين أصرة) كما في ذرة النتروجني مع ذرة اخرى متتلك اوربيتال فارغ مه َّيأ‬ ‫الستقباله باالصرة التناسقية (‪ ،)Coordination bond‬ويعبر عنها‬ ‫) يتجه من الذرة الواهبة الى الذرة املستقبلة للمزدوج االلكتروني‪،‬‬ ‫بسهم (‬ ‫كما هو في تفاعل االمونيا مع البروتون لتكوين ايون االمونيوم املوجب‪.‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪+‬‬

‫]‪[H N→H‬‬

‫]‪[ H N H‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪H N + H‬‬ ‫‪H‬‬

‫كما ميكن لالمونيا إشراك هذا املزدوج االلكتروني مع مركبات أخرى اضافة‬ ‫اليون الهيدروجني‪ ،‬كما في معقد أمني الفلز عندما يهب النتروجني املزدوج‬ ‫االلكتروني الى ايون الفلز كما هو في التفاعالت اآلتية‪:‬‬

‫‪NH3‬‬ ‫‪[H3N :Cu : NH3]2+‬‬ ‫‪NH3‬‬

‫‪Cu2+ + 4 :NH3‬‏‬

‫‪:‬‬

‫‪:‬‬

‫‪[H3N:Ag:NH3]+‬‬

‫‪Ag+ + 2 :NH3‬‏‬

‫‪64‬‬

‫‪NH3‬‬

‫‪3‬‬

‫‪: :‬‬ ‫‪: : NH3‬‬ ‫‪: :‬‬

‫‪NH 3 3+‬‬ ‫]‬ ‫‪NH‬‬

‫‪N‬‬

‫‪Co‬‬

‫‪H‬‬

‫‪3‬‬

‫‪N‬‬ ‫‪H3‬‬

‫[‬

‫‪Co3+ + 6 :NH3‬‏‬

‫ُت َعدُّ هذه التفاعالت تفاعالت حتدث بني حوامض وقواعد مبفهوم لويس‪،‬‬ ‫حيث ُت َعدُّ االمونيا واهبة لاللكترونات ولهذا فهي قاعدة حسب مفهوم لويس‪،‬‬ ‫أما االيون الفلزي الذي استقبل هذا املزدوج االلكتروني فيعد حامض ًا حسب‬ ‫مفهوم لويس‪ .‬ونتيجة لهذا التفاعل تتكون اآلصرة التناسقية‪ ،‬ويدعى ناجت‬ ‫التفاعل املتكون باملعقد التناسقي‪ .‬وباختصار ميكن القول إن هذا التفاعل هو‬ ‫عبارة عن تفاعل قاعدة لويس الذي يسمى الليكند مع حامض لويس والذي‬ ‫يسمى االيون أو الفلز املركزي‪.‬‬

‫مما تقدم‪ ،‬نالحظ استخدام عدد من املصطلحات خاصة باملركبات‬ ‫التناسقية‪ ،‬لهذا يجب أن نتعرف على هذه املصطلحات ومصطلحات أخرى‬ ‫سترد الحقا في هذا الفصل وكاالتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬الليكند‬ ‫جزيء أو أيون سالب الشحنة يرتبط بااليون املركزي من خالل‬ ‫ذرة واحدة او اكثر مانحة للمزدوجات االلكترونية‪ .‬وعندما يهب‬ ‫الليكند مزدوجا واحدا من االلكترونات فانه يدعى أحادي املخلـب‬ ‫(‪ )Monodentate‬وعندما يهب مزدوجني من االلكترونات يدعى ثنائي‬ ‫املخلب (‪ )Bidentate‬وعندما يهب أكثر من مزدوجني من االلكترونات‬ ‫يدعى متعدد املخلـب (‪. )Multidentate‬‬ ‫‪ -2‬االيون املركزي‬ ‫متتاز املركبات التناسقية بوجود ذرة مركزية مستقبلة (‪)Acceptor‬‬ ‫للمزدوجات االلكترونية‪ ،‬وعادة تكون فلزا يرتبط كيميائيا بالليكند بآصرة‬ ‫تناسقية‪ .‬تسمى هذه الذرة املركزية بااليون املركزي‪.‬‬ ‫‪ -3‬املعقد التناسقي ‪Coordinate Complex‬‬ ‫وهو املركب الناجت من احتاد االيون املركزي مع عدد من الليكندات بوساطة‬ ‫أواصر تناسقية ‪.‬‬ ‫‪ -4‬عدد التناسق ‪Coordination Number‬‬ ‫هو عدد اجلزيئات أو االيونات ( الليكندات) التي ترتبط بااليون الفلزي‬ ‫املركزي مضروب ًا في عدد املخالب التي ميلكها الليكند اي انه يساوي عدد‬ ‫اآلواصر التناسقية‪ .‬واكثر أعداد التناسق شيوع ًا هي ‪ 2‬و ‪ 4‬و‪ ،6‬وأما أعداد‬ ‫التناسق الفردية فهي نادرة‪ .‬إن للذرة املركزية في املعقدات التناسقية تكافئني‬ ‫احدهما عدد التأكسد والثاني هو عدد التناسق‪ ،‬في حني يكون لها في‬ ‫املركبات البسيطة تكافؤ واحد هو عدد التأكسد فقط‪ .‬فمثال للحديد في‬ ‫األيون املعقد ‪ [Fe(CN)6]4-‬عدد تأكسدي يساوي (‪ )+2‬وعدد تناسقي‬ ‫يساوي (‪ ،)6‬أما شحنة االيون املعقد فهي ناجت اجلمع اجلبري للشحنات في‬ ‫األيون املعقد وهي تســــــاوي (‪( )-4‬املجموع اجلبري لشحنة ايون احلديد‬ ‫)‪ )2+( (II‬وشحنات ايونات السيانيد (‪ )CN-‬الست (‪.)6-‬‬

‫‪65‬‬

‫‪ -5‬االيون املعقد ‪Complex Ion‬‬ ‫وهو صنف مشحون بشحنة موجبة او سالبة ويحتوي على ذرة فلز مركزية‬ ‫وعدد مناسب من الليكندات حتيط بها‪ .‬وقد تكون الذرة املركزية متعادلة او‬ ‫لها عدد تأكسد موجب او سالب‪ ،‬اما الليكندات فقد تكون جزيئات متعادلة‬ ‫او سالبة الشحنة عموما او االثنني معا ‪ .‬ومن االمثلة على ذلك ‪:‬‬ ‫‪[Fe(CN)6]4‬‬‫الليكند سالب‬

‫‪[Ni(CN)4]4‬‬‫الليكند سالب‬

‫‪[Co(NH3)6]3+‬‬ ‫الليكند متعادل‬

‫‪[Co(NH3)5Cl]2+‬‬ ‫الليكندات سالب ومتعادل‬ ‫‪ -6‬معقد متعادل ‪Neutral Complex‬‬ ‫يسمى املعقد الذي ال يحمل شحنة باملعقد املتعادل وهو ال يتأين في املاء ‪.‬‬ ‫ومن االمثلة على املعقدات املتعادلة هي ‪:‬‬ ‫]‪[Co3+(NH3)3Cl3‬‬ ‫;‬ ‫]‪[Ni0(CO)4‬‬ ‫]‪[Pt2+(NH3)2 Cl2‬‬ ‫;‬ ‫]‪[Ni2+(dmg)2‬‬

‫‪66‬‬

‫‪ -7‬مجال التناسق ‪Coordination Sphere‬‬ ‫يعبر عن املركب املعقد جزيئي ًا بحيث تكون ذرة الفلز املركزية‬ ‫والليكندات املتصلة به داخل أقواس مربعة [ ]‪ .‬تدعى هذه االقواس‬ ‫باملجال التناسقي أو املجال الداخلي (‪ ،)Inner sphere‬بينما يطلق‬ ‫على اجلزء الذي يكتب خارج هذه االقواس املربعة (خارج مجال التناسق‬ ‫للمعقد) مبجال التأين (‪ )Ionisation sphere‬أو املجال اخلارجــي‬ ‫(‪ )Outer sphere‬للمعقد‪ .‬وعلى سبيل املثال يكون املجال التناسقي‬ ‫للمعقد ‪ [Co(NH3)5Cl]Cl2‬مكون من ايون الفلز املركزي ‪Co3+‬‬ ‫وستة ليكندات متكونة من خمــــــــــس جزيئات امونيا وايون كلوريد واحد‬ ‫‪ ،Cl‬أما اجلزء الذي يحتوي على ايونني ‪ Cl-‬فهو املجال األيوني‪ .‬لذلك فان‬‫املكونات التي تكتب داخل املجال األيوني لها القابلية على التأين وبالتالي‬ ‫باإلمكان ترسيبها بأحد كواشف الترسيب املناسبة‪ ،‬بينما املكونات التي‬ ‫تكتب داخل املجال التناسقي فليس لها القابلية على التأين وبالتالي ليس‬ ‫باالمكان ترسيبها ‪ .‬مثال ذلك ‪:‬‬

‫‪[Co)NH3(5Cl]2+ + 2Cl-‬‬

‫‪[Co)NH3(5Cl]Cl2‬‬

‫‪2AgCl‬‬ ‫راسب ابيض‬

‫‪2Ag+ + 2Cl-‬‬

‫أي‪ :‬إن أيوني ‪ Cl-‬املوجودين في مجال التأين ميكن ترسيبهما من محلول‬ ‫املعقد على شكل كلوريد الفضة ( راسب ابيض) بإضافة محلول نترات الفضة‬ ‫(‪ ،)AgNO3‬بينما ايون ‪ Cl-‬املوجود في املجال التناسقي غير متاين في أعاله‪.‬‬ ‫‪ -8‬الكيمياء التناسقية ‪Coordination Chemistry‬‬ ‫وهو ذلك اجلزء من الكيمياء الالعضوية املعني بدراسة املركبات التناسقية‬ ‫وصفاتها‪.‬‬

‫‪4-2‬‬

‫انﻮاﻉ الليكندات‬ ‫ليكندات احادية املخلب‬

‫أ‪ -‬ليكندات أحادية املخلب‬ ‫إن الغالبية العظمى من هذه الليكندات هي عبارة عن ايونات سالبة أو جزيئات‬ ‫متعادلة قادرة على منح مزدوج الكتروني واحد الى ايون الفلز املوجب‪ ،‬وهي‬ ‫حتوي في تركيبها الكيميائي على ذرة واحدة قابلة لالرتباط مع الذرة املركزية‬ ‫للفلز مثل االيونات ‪ Cl-‬و ‪ F-‬و ‪ Br-‬و ‪ CN-‬وجزيئات مثل االمونيا (‪)NH3‬‬ ‫والكيل امني ‪ RNH2‬والبيريدين (‪ )C5H5N‬وجزيئات املاء ‪.H2O‬‬ ‫وتسمى مثل هذه الليكندات بالليكندات أحادية املخلب أو احادية السن‪.‬‬ ‫ب‪ -‬ليكندات ثنائية املخلب‬ ‫هناك العديد من االيونات أو اجلزيئات التي لها القدرة على االرتباط بايون‬ ‫الفلز عبر أكثر من ذرة واحدة (متتلك مزدوج الكتروني غير مشترك في‬ ‫التفاعل) مكونة مركبات حلقية‪ ،‬مثل ايون االوكزاالت ‪ C2O42-‬وجزيئة اثيلني‬ ‫ثنائي أمني ‪ NH2-CH2CH2-NH2‬وايون الكاربوكسيل ‪.RCOO-‬‬ ‫ج‪ -‬ليكندات متعددة املخلب‬ ‫وتشمل ليكندات معقدة حتتوي على ثالث أو أربع وأحيانا حتى أكثر من‬ ‫ذلك من الذرات القادرة على املساهمة في بناء اواصر تناسقية‪ .‬وكمثال على‬ ‫ذلك الليكند اثيلني ثنائي امني رباعي حامض اخلليك (‪ .)EDTA‬وهو‬ ‫ليكند سداسي السن الحتوائه على ست ذرات قادرة على االرتباط التناسقي ‪.‬‬

‫ليكندات ثنائية املخلب‬

‫ليكند متعددة املخلب‬

‫‪67‬‬

‫تسمى الليكندات التي ترتبط في موقعني أو أكثر في آن واحد مع نفس‬ ‫االيون الفلزي بالليكندات الكليتية ( ‪ . )Chelating ligand‬ويوضح‬ ‫اجلدول (‪ )1-2‬امثلة لبعض انواع الليكندات احادية وثنائية املخلب‪.‬‬ ‫اجلدول ‪1-2‬‬

‫امثلة لبعض انواع الليكندات احادية وثنائية المخلب‬ ‫ليكندات احادية املخلب‬

‫اسم الليكند‬

‫تركيب الليكند‬

‫اسم الليكند‬

‫تركيب الليكند‬

‫كاربونيل‬

‫‏‪CO‬‬

‫نايتروسيل‬

‫‏‪NO‬‬

‫اكوا‬

‫‏‪H2O‬‬

‫امني‬

‫‏‪NH3‬‬

‫مثيل امني‬

‫‏‪CH3NH2‬‬

‫بيريدين‬

‫‏‪C5H5N‬‬

‫خالتو‬

‫‏‪CH3COO-‬‬

‫ازيدو‬

‫‏‪N3-‬‬

‫سيانو‬

‫‏‪-‬‏‪CN‬‬ ‫ليكندات ثنائية املخلب‬

‫اثيلني ثنائي امني (‪)en‬‬

‫‏‪NH2CH2CH2NH2‬‬

‫هايدرازين‬

‫‏‪NH2NH2‬‬

‫اسيتيل اسيتونيت‬

‫‏‪CH3COCH2COCH3‬‬

‫اوكزاليت‬

‫‏‪C2O42-‬‬

‫‏‪HONCCH3CH3CNO-‬‬

‫نتراتو‬

‫‏‪NO3-‬‬

‫ثنائي مثيل كاليوكسايد‬ ‫)‪(dmg‬‬ ‫كاربونيتو‬

‫‏‪CO32-‬‬

‫‪ 5-2‬قاعدة العدد الذري الفعال(‪The Effective Atomic Number Rule )EAN‬‬ ‫قدمت أول محاولة لتفسير استقرارية املعقدات التناسقية من قبل‬ ‫سيدجويك (‪ )Sidgwick‬الذي وسع نظرية الثماني للويس لتشمل‬ ‫املركبات التناسقية‪ ،‬حيث افترض أن استقرارية هذه املركبات تتوقف على‬ ‫متاثل ترتيبها االلكتروني مع الترتيب االلكتروني للغازات النبيلة‪ .‬حسب‬ ‫هذه القاعدة يصبح املعقد التناسقي مستقرا إذا كان مجموع االلكترونات‬ ‫املوجودة على الفلز أو االيون املركزي وااللكترونات املمنوحة من قبل‬ ‫الليكندات تساوي العدد الذري ألحد الغازات النبيلة (‪ 36Kr‬أو ‪ 54Xe‬أو‬ ‫‪ .)86Rn‬ويسمى املجموع الكلي لاللكترونات على الذرة املركزية واملمنوحة‬ ‫من الليكندات بالعدد الذري الفعال‪ ،‬وتسمى هذه القاعدة بقاعدة العدد‬

‫‪68‬‬

‫الذري الفعال‪ .‬وتنطبق هذه القاعدة على عدد كبير من املركبات املعقدة‪.‬‬

‫مثال ‪3-2‬‬ ‫ما العدد الذري الفعال للمعقد ‪ [Co)NH3(6]3+‬وهل تنطبق قاعدة‬ ‫(‪ )EAN‬عليه ؟ اذا علمت ان العدد الذري للكوبلت ‪.27‬‬ ‫احلـــل‪:‬‬ ‫يتم احلساب على وفق اآلتي ‪:‬‬

‫مترين ‪2-2‬‬ ‫احسب‬

‫‪Co = 27 e‬‬‫‪Co3+ = 24 e‬‬‫‪6NH3 = 12 e‬‬‫‪---------------‬‬‫‪[Co)NH3(6]3+ = 36 e-‬‬

‫العدد الذري الفعال هنا يساوي ‪ 36‬وهو يساوي العدد الذري للغاز النبيل‬ ‫الكربتون‪ ،‬ولهذا فاملركب املعقد يكون مستقر ًا النه يخضع لقاعدة العدد‬ ‫الذري الفعال ‪.‬‬

‫العدد‬

‫الذري‬

‫الفعال‬

‫للمركبات التالية ثم بني هل تنطبق عليه‬ ‫قاعدة العدد الذري الفعال؟‬ ‫; ‪[Pd)NH3(6]4+ ; [Fe)CN(6]3-‬‬ ‫‪[Ni)en(3]2+‬‬ ‫ج ‪ ; 35 :‬ال تنطبق ; ‪ ; 54‬تنطبق ;‬ ‫‪ ; 38‬ال تنطبق‪.‬‬

‫انتبه !‬

‫على الرغم من وجود عدد كبير‬

‫من املركبات املعقدة التي تتماشى مع‬ ‫قاعدة العدد الذري الفعال‪ ،‬إال أن هناك‬

‫مثال ‪4-2‬‬ ‫ما العدد الذري الفعال للمعقد‪ [CoCl4]2-‬وهل تنطبق قاعدة (‪ )EAN‬الرغم من عدم انطباق قاعدة العدد‬ ‫عليه؟ اذا علمت ان العدد الذري للكوبلت هو ‪.27‬‬ ‫الذري الفعال عليها‪.‬‬ ‫عدد من املعقدات تكون مستقرة على‬

‫احلـــل‪:‬‬

‫‪Co‬‬ ‫‪= 27 e‬‬‫‪Co2+ = 25 e‬‬‫‪4Cl- = 8 e‬‬‫‪----------------‬‬‫‪[CoCl4]2- = 33 e‬‬‫العدد الذري الفعال هنا يساوي ‪ 33‬وهو ال يساوي العدد الذري الي من‬ ‫الغازات النبيلة لذا ال تخضع لقاعدة العدد الذري الفعال ولكن وعلى الرغم‬ ‫من ذلك فإن هذا املعقد مركب مستقر‪.‬‬

‫مترين ‪3-2‬‬ ‫ما هو العدد الذري الفعال للمعقد‬ ‫‪ [Ni)NH3(6]2+‬و ‪[Ag)NH3(4]+‬‬ ‫وهل تنطبق قاعدة (‪ )EAN‬عليهم؟ اذا‬ ‫علمت ان العدد الذري للنيكل هو ‪،28‬‬ ‫والعدد الذري للفضة ‪.47‬‬ ‫ج ‪ ; 38 :‬ال تنطبق ; ‪ ; 54‬تنطبق‪.‬‬

‫‪69‬‬

‫ونتيجة االستثناءات الكثيرة لهذه القاعدة نستنتج بان أهمية هذه القاعدة‬ ‫تعد قليلة‪ ،‬إال أنها مفيدة في مجال محدد من الكيمياء التناسقية وخاصة ملعقدات‬ ‫الكاربونيل الفلزية [‪ ، ]M(CO)x‬ومن األمثلة على ذلك‪:‬‬

‫‪Ni = 28 e‬‬‫‪4CO = 8 e‬‬‫‪--------------‬‬‫‪[Ni(CO)4] = 36‬‬

‫‪ r = 24 e‬‏‬‫‪C‬‬ ‫‪CO = 12 e‬‏‪6‬‬‫‪-------------‬‬‫‪[Cr(CO)6] = 36‬‏‬

‫‪Fe = 26 e‬‬‫‪5CO = 10 e‬‬‫‪-----------------‬‬‫‪[Fe(CO)5] = 36‬‬

‫يتضح من قيمة العدد الذري الفعال لهذه املعقدات بأنها تتبع القاعدة‪ .‬ومن‬ ‫مترين ‪4-2‬‬ ‫احسب العدد الذري الفعال للمعقد ناحية اخرى‪ ،‬ال تتبع الفلزات ذات األعداد الذرية الفردية قاعدة العدد الذري‬ ‫[ )‪ ]Re (CO‬ثم بني هل تنطبق الفعال بإضافة هذا النوع من الليكندات الن الناجت النهائي سيكون عدد ًا فردي ًا‬ ‫‪2‬‬ ‫‪10‬‬ ‫من االلكترونات وبالتالي ال يساوي أي ًا من األعداد ‪ 36‬أو ‪ 54‬أو ‪ 86‬مهما كان‬ ‫قاعدة (‪ )EAN‬عليه؟ اذا علمت ان‬ ‫عدد الكاربونيالت املضافة ‪ .‬لذلك وجد أن مثل هذه املركبات تتواجد بشكل‬ ‫العدد الذري لـ ‪ Re‬هو ‪. 75‬‬ ‫مزدوجات جزيئية (‪ )Dimer‬او متعددات جزيئية (‪ )Polymers‬مثل‬ ‫ج ‪ ; 86 :‬تنطبق ‪.‬‬ ‫املعقدان [‪ ]Mn2(CO)10‬و [‪ . ]Co2(CO)8‬وفي هذه احلالة يكون احتساب‬ ‫العدد الذري الفعال لكل من املعقدين أعاله كما يأتي‪:‬‬ ‫‪CO‬‬

‫‪CO‬‬

‫‪CO‬‬ ‫‪Co‬‬

‫‪CO‬‬

‫‪OC‬‬

‫‪Co‬‬

‫‪OC‬‬ ‫‪CO‬‬

‫‪CO‬‬

‫‪Co = 27 e‬‬‫‪Co – Co =1 e‬‬‫‪4CO = 8 e-‬‬

‫‪------------------‬‬‫‪[Co2(CO)8] = 36‬‬

‫‪6-2‬‬

‫‪70‬‬

‫‪CO‬‬

‫‪CO‬‬ ‫‪Mn‬‬

‫‪CO‬‬ ‫‪CO‬‬

‫‪CO‬‬ ‫‪Mn‬‬

‫‪OC‬‬ ‫‪OC‬‬ ‫‪OC‬‬

‫‪CO‬‬

‫‪CO‬‬

‫‪ n = 25 e‬‏‬‫‪M‬‬ ‫‪Mn – Mn = 1 e‬‬‫‪CO = 10 e-‬‏‪5‬‬

‫‪------------------‬‬‫‪[Mn2(CO)10] = 36‬‬

‫تسمية المركبات التناسقية‬

‫يتم اتباع القواعد التي أوصت باستخدامها الهيئة املختصة في تسمية املركبات‬ ‫الالعضوية في االحتاد الدولي للكيمياء الصرفة والتطبيقية (‪ )IUPAC‬لتسمية‬ ‫املركبات التناسقية وكما يأتي‪:‬‬ ‫‪-1‬عندتسميةمركبايوني‪،‬يســمىااليونالسالبأوالثميتبعبااليوناملوجب‪،‬كما‬ ‫هو احلال في تسـمية األمالح البسيطة (مع مالحظة عند التسمية باللغة االنكليزية‬ ‫يسـمى االيون املوجب أوال ثم يتبع بااليون السالب)‪ .‬فمثال يسمى امللح‬

‫البسيط ‪ NaCl‬بكلوريد الصوديوم (‪)Sodium chloride‬‬ ‫بينما يسمى املعقد التناســــــــــــــــــــــــــــقي ‪[Cr(NH3)6]Cl3‬‬ ‫بكلوريــــــــــــــــــــــــــــــــــد سداســـــــــــــــــــي امني الكروم (‪)III‬‬ ‫(‪.)Hexaammine chromium (III) chloride‬‬ ‫‪ -2‬في املركبات التناسقية‪ ،‬تسمى الليكندات أوال ثم الفلز وفي حالة‬ ‫وجود أكثر من ليكند فإنها تذكر في التسمية حسب الترتيب األبجدي‬ ‫للحروف باللغة االنكليزية‪ ،‬مثل‪:‬‬

‫انتبه !‬

‫عند كتابة االسم العلمي باللغة‬

‫االنكليزية ال توضع فراغات عند‬

‫‪[Cr(H2O)4Cl2]Cl‬‬ ‫كلوريد رباعي أكوا ثنائي كلوروالكروم )‪(III‬‬ ‫‪dichloro chromium(III) chloride‬‏‪Tetraaqua‬‬

‫كتابة االسم العلمي لاليون السالب‬ ‫او االيون املوجب ولكن يوضع فراغ‬ ‫واحد بني اسم االيون املوجب واسم‬ ‫االيون السالب‪ .‬ولكننا لم نتبع هذا‬

‫‪ -3‬تنتهي الليكندات السالبة باحلرف (و) (وباللغة االنكليزية باحلرف‬ ‫السياق العلمي وذلك لتسهيل كتابة‬ ‫(‪ ) )o‬بينما تسمى الليكندات املتعادلة باسم اجلزيئة دون تغيير عدا‬ ‫االسم العلمي باللغة العربية ‪.‬‬ ‫املاء فيسمى أكوا (‪ )aqua‬واالمونيا باألمني و (‪ )ammine‬حيث‬ ‫يتكرر احلرف ‪ m‬عند كتابتها باللغة االنكليزية مرتني عند التعبير عن‬ ‫االمونيا لتفريقها عن األمينات األخرى حيث تكتب باستخدام حرف‬ ‫‪ m‬واحد‪ .‬أما الليكندات املوجبة (والتي هي نادرة) فتنتهي ب (يوم)‬ ‫(‪ .)ium‬يوضح اجلدول (‪ )2 - 2‬أمثلة على اسماء بعض الليكندات‬ ‫السالبة و املوجبة ‪:‬‬ ‫اجلدول ‪2-2‬‬ ‫اسم الليكند باللغة االنكليزية‬ ‫‪Chloro‬‬ ‫‪Cyano‬‬ ‫‪Acetato‬‬ ‫‪Thiocyanato‬‬ ‫‪Ethylenediamine‬‬ ‫‪Hydrazinium‬‬

‫اسماء ورموز عدد من الليكندات‬ ‫اسم الليكند باللغة العربية‬ ‫كلورو‬ ‫سيانو‬ ‫خالتو‬ ‫ثايوسياناتو‬ ‫اثيلني ثنائي امني‬ ‫هايدرازينيوم‬

‫رمز الليكند‬ ‫‪Cl‬‬‫‪CN‬‬‫‪CH3COO‬‬‫‪SCN‬‬ ‫‪NH2CH2CH2NH2‬‬ ‫‪NH2.NH3+‬‬

‫‪71‬‬

‫‪ -4‬تستعمل البادئات ثنائي (‪ )di‬وثالثي (‪ )tri‬ورباعي (‪ ......)tetra‬الخ‬ ‫قبل أسماء الليكندات البسيطة مثل برومو ونايترو وغيرها عندما يوجد‬ ‫أكثر من ليكند من نفس النوع في املعقد‪ ،‬في حني تستخدم البادئات بس‬ ‫(‪ )bis‬وترس (‪ )tris‬قبل أسماء الليكندات املعقدة مثل اثلني ثنائي أمني‬ ‫والذي يرمز له (‪ )en‬واثيلني ثنائي أمني رباعي حامض اخلليك والذي يرمز له‬ ‫(‪ ،)EDTA‬مثل ‪:‬‬ ‫‪ Co(en)2Cl2]2SO4‬‏[‬ ‫كبريتات ثنائي كلورو بس (اثيلني ثنائي امني) الكوبلت (‪)III‬‬ ‫‏‪Dichloro bis (ethylenedi amine) cobalt (III) sulphate‬‬ ‫‪ -5‬يعبر عن حالة التأكسد للذرة املركزية باألرقام الرومانية وحتصر بني قوسني‬ ‫مباشرة بعد اسم الفلز‪ .‬عندما تكون حالة التأكسد مساوية صفر ًا فيستعمل‬ ‫مترين ‪5-2‬‬ ‫الرقم (‪ .)0‬مثل ‪:‬‬ ‫سم املعقدات التناسقية االتية‪:‬‬ ‫‏ [‪]Ni(CO)4‬‬ ‫‪[Co(NH3)5H2O]Cl3 ،‬‬ ‫رباعي كاربونيل نيكل (‪)0‬‬ ‫‪Na[Co(NH3)4 Cl2] ،‬‬ ‫)‪Tetracarbonyl nickel(0‬‏‬ ‫‪K2[PtCl6] ،‬‬

‫‪ -6 [Cr(NH3)6](NO3)3 ،‬عندما يكون املعقد ايونا سالبا ينتهي اسم الفلز املركزي ب (ات) (‪ )ate‬وفي‬ ‫‪[Cu(en)2] Cl2 ،‬‬ ‫أكثر األحيان تستعمل األسماء الالتينية للفلز (مث ً‬ ‫ال احلديد فيرم والصوديوم‬ ‫]‪(NH4)2[Cr(NCS)6‬‬ ‫نتروم والرصاص بلمبم ‪ ..‬الخ)‪ .‬أما في املعقدات األيونية املوجبة أو املتعادلة‬ ‫فيبقى اسم الفلز املركزي دون أي تغيير‪ .‬مثل ‪:‬‬ ‫]‪ a2[Fe(CN)6‬‏‬ ‫‪C‬‬ ‫سداسي سيانو فيرات (‪ )II‬الكالسيوم‬ ‫)‪ alcium hexacyano ferrate(II‬‏‬ ‫‪C‬‬ ‫‏‪]Fe (H2O)6]SO4‬‬ ‫كبريتات سداسي اكوا حديد (‪)II‬‬ ‫‪ exa aqua iron (II) sulphate‬‏‬ ‫‪H‬‬ ‫‏[‪]Ni (dmg)2‬‬ ‫بس ( ثنائي مثيل كاليكسيماتو) نيكل (‪)II‬‬ ‫)‪ is(dimethyl glyoximato) nickel(II‬‏‬ ‫‪B‬‬

‫‪72‬‬

‫‪ 7-2‬نظريات التآصر في المركبات التناسقية‬

‫لقد كانت نظرية السلسلة ونظرية التناسق لفرنر لتفسير بنية املعقدات‬ ‫التناسقية مقدمة بسيطة لفهم التآصر في املركبات التناسقية‪ ،‬تلى ذلك‬ ‫توسعا واهتماما كبيرين نتج عنهما ثالث نظريات تستعمل في الوقت‬ ‫احلاضر لوصف طبيعة التآصر في املعقدات التناسقية هي ‪:‬‬ ‫(‪Valence Bond Theory (VBT‬‬ ‫(‪Crystal Field Theory (CFT‬‬

‫‪ -1‬نظرية أصرة التكافؤ‬ ‫‪ -2‬نظرية املجال البلوري‬ ‫‪ -3‬نظرية االوربيتال اجلزيئي‬ ‫(‪Molecular Orbital Theory (MOT‬‬ ‫وسنقوم في هذه املرحلة الدراسية بشرح مبسط لنظرية أصرة التكافؤ فقط‪،‬‬ ‫تاركني دراسة كل من نظرية املجال البلوري ونظرية االوربيتال اجلزيئي‬ ‫للمراحل اجلامعية‪.‬‬

‫‪ 1 - 7 - 2‬نظرية آصرة التكافؤ‬

‫لقد مت تطبيق مفهوم آصرة التكافؤ على املركبات التناسقية وبنجاح كبير‬ ‫التي يطلق عليها عادة اسم نظرية آصرة التكافؤ للمركبات التناسقية‪ ،‬وهي ذات‬ ‫عالقة وثيقة بالتهجني والشكل الهندسي للذرة املركزية‪ .‬ويعد تكوين املعقد‬ ‫حسب هذه النظرية تفاعال بني قاعدة لويس (الليكند) وحامض لويس (الفلز)‬ ‫مع تكوين آصرة تناسقية بني الليكند والفلز‪ .‬تمُ ثل في هذه النظرية اوربيتاالت‬ ‫الفلز مبربعات (أو في بعض االحيان دوائر) لبيان توزيع الكترونات الغالف‬ ‫اخلارجي للفلز وااللكترونات اآلتية من الليكندات‪ .‬وسنقوم بتطبيق هذه‬

‫النظرية على املركبات التناسقية ذات االعداد التناسقية ‪ 2‬و ‪ 3‬و ‪ 4‬فقط تاركني‬ ‫تطبيق النظرية على االعداد التناسقية االعلى الى املراحل الدراسية القادمة ‪.‬‬ ‫فمثال في حالة األيون املعقد ثنائي امني الفضة (‪ [Ag(NH3)2]+ )I‬يكون‬ ‫الترتيب االلكتروني للغالف اخلارجي للفضة والترتيب االلكتروني في املعقد‬ ‫كاآلتي‪:‬‬

‫‪73‬‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪5p0‬‬

‫‪Ag+ [Kr]36‬‬

‫‪4d10‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪5s0‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪5p0‬‬

‫‪5s1‬‬

‫‪4d10‬‬

‫‪Ag [Kr]36‬‬

‫‪47‬‬

‫‪[Ag(NH3)2]+ [Kr]36‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫الكترونات الفلز وااللكترونات االتية‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫اعتمادا على ‪ VBT‬بني توزيع‬

‫‪:‬‬

‫‪:‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫مترين ‪6-2‬‬

‫‪5p‬‬

‫‪5s‬‬

‫‪4d10‬‬

‫‪NH3 NH3‬‬

‫من الليكندات للمعقد‪[Cu(CN)2]-‬‬

‫ اربعة الكترونات اتية من ليكندين‬‫نوعالتهجني‪sp‬مناشتراكاوربيتالواحدمن‪s‬واوربيتالواحدمن‪p‬فيالتآصر‪.‬‬‫ شكل االيون املعقد خطي (‪.)Linear‬‬‫ صفة االيون املعقد دايامغناطيسي نتيجة عدم وجود الكترونات منفردة فيه‪.‬‬‫أما االيون املعقد ثالثي يودو زئبقات (‪ ]HgI3 ]- (II‬فيكون الترتيب‬ ‫االلكتروني للغالف اخلارجي لفلز الزئبق والترتيب االلكتروني في املعقد‬ ‫كما يأتي‪:‬‬ ‫‪Hg [Xe]54 4F14‬‏‬ ‫‪5d10‬‬ ‫‪6s2‬‬ ‫‪6p0‬‬ ‫‪80‬‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫‪I I‬‬

‫‪I‬‬

‫‪[HgI3]- [Xe]54 4F14‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫‪74‬‬

‫‪: :‬‬

‫‪:‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫‪6p‬‬

‫‪6s‬‬

‫‪5d10‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪6p0‬‬

‫‪6s0‬‬

‫‪5d10‬‬

‫‪Hg2+ [Xe]54 4F14‬‬

‫ ستة الكترونات اتية من ثالث ليكندات‪.‬‬‫ نوع التهجني ‪ sp2‬من اشتراك اوربيتال واحد من ‪ s‬واوربيتالني من ‪ p‬في التآصر‪.‬‬‫مستو (‪.)Trigonal planar‬‬ ‫ شكل االيون املعقد مثلث‬‫ٍ‬ ‫ صفة االيون املعقد دايامغناطيسي نتيجة عدم وجود الكترونات منفردة فيه‪.‬‬‫أما االيون املعقد رباعي كلورو نيكالت (‪ ]Ni(Cl)4]2- (II‬فيكون الترتيب‬ ‫االلكتروني للغالف اخلارجي للنيكل والترتيب االلكتروني في املعقد كما يأتي‪:‬‬

‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪Cl Cl Cl‬‬

‫‪Cl‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪: : :‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫‪4s‬‬

‫‪:‬‬

‫↼‬

‫‪[Ni(Cl)4]2- [Ar]18‬‏‬ ‫‪3d8‬‬ ‫↼‬

‫‪4p‬‬

‫↼‬

‫‪4s0‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4p0‬‬

‫‪3d8‬‬

‫‪Ni2+ [Ar]18‬‏‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4p0‬‬

‫‪3d8‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4s2‬‬

‫‪Ni [Ar]18‬‬

‫‪28‬‬

‫ ثمانية الكترونات آتية من أربع ليكندات‪.‬‬‫ التهجني ‪ sp3‬من اشتراك أوربيتال واحد من ‪ s‬وثالثة أوربيتاالت من ‪ p‬في التآصر‪.‬‬‫ شكل االيون املعقد رباعي االوجه منتظم (‪. )Tetrahedral‬‬‫‪ -‬صفة االيون املعقد بارامغناطيسي نتيجة لوجود الكترونني غير مزدوجني‪.‬‬

‫أما في حالة االيون املعقد رباعي سيانو نيكالت (‪[Ni(CN)4]2- )II‬‬

‫فيكون الترتيب االلكتروني للغالف اخلارجي للنيكل والترتيب االلكتروني في‬ ‫املعقد كما يأتي‪:‬‬

‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬

‫‪3d8‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4p0‬‬

‫‪4s2‬‬

‫‪Ni [Ar]18‬‬

‫‪28‬‬

‫‪75‬‬

‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪CN CN‬‬

‫‪CN‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪: :‬‬

‫‪:‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪:‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4p‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4s‬‬

‫‪[Ni(CN)4]2- [Ar]18‬‏‬ ‫‪3d8‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4p0‬‬

‫‪3d8‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4s0‬‬

‫‪[Ni2+] [Ar]18‬‏‬

‫‪CN‬‬

‫ ثمانية الكترونات آتية من اربعة ليكندات‪.‬‬‫ نوع التهجني ‪ dsp2‬من اشتراك اروبيتال واحد من ‪ d‬واربيتال واحد من ‪s‬‬‫واوربيتالني من ‪ p‬في التآصر‪.‬‬ ‫ شكل االيون املعقد مربع مستوي (‪.)Square planer‬‬‫ صفة االيون املعقد دايامغناطيسي نتيجة عدم وجود الكترونات منفردة فيه‪.‬‬‫نالحظ من املثالني السابقني أن الكترونات ‪ d‬املنفردة بقيت على ما هي عليه في حالة‬ ‫املعقد ‪[Ni(Cl)4]2-‬بينما أصبحت مزدوجة في حالة املعقد ‪،[Ni(CN)4]2-‬‬ ‫أي أن لنوع الليكند تأثير ًا مهم ًا في هذه احلالة حيث أن االيون ‪ُ CN-‬ي َعدُّ ليكند ًا قوياً؛‬ ‫النه يجعل االلكترونات املنفردة في املعقد املتكون تزدوج‪ ،‬بينما يعتبر االيون ‪Cl-‬‬ ‫ليكند ضعيف النه غير قادر على جعل االلكترونات املنفردة تزدوج‪ .‬وعليه تصنف‬ ‫الليكندات املعروفة حسب سلسلة الطيف الكيميائي الى ليكندات قوية وليكندات‬ ‫ضعيفة‪ .‬يوضح اجلدول (‪ )3 - 2‬بعض أنواع الليكندات القوية والضعيفة‪:‬‬

‫بعض انواع الليكندات الضعيفة والقوية‬

‫اجلدول ‪3-2‬‬ ‫ليكندات ضعيفة‬ ‫الرمز‬ ‫االسم‬ ‫‪I‬‬‫يوديد‬ ‫‪Br-‬‬

‫بروميد‬

‫‪F-‬‬

‫فلوريد‬

‫‪Cl-‬‬

‫كلوريد‬

‫‪OH-‬‬

‫هيدروكسيد‬

‫‏‪H2O‬‬

‫‪76‬‬

‫ماء‬

‫ليكندات قوية‬

‫الرمز‬

‫‪CN‬‬‫‏‪NH3‬‬

‫‪NH2CH2CH2NH2‬‬ ‫‏‪NO2-‬‬ ‫‏‪CO‬‬ ‫‏‪C5H5N‬‬

‫االسم‬

‫سيانيد‬ ‫امونيا‬ ‫اثلني ثنائي امني‬ ‫نتريت‬ ‫كاربونيل‬ ‫بيريدين‬

‫أما في حالة عناصر السلسلتني االنتقاليتني الثانية والثالثة فان معقداتها رباعية‬ ‫مستو (تهجني ‪ ) dsp2‬بغض‬ ‫التناسق تكون ذات أشكال هندسية من نوع مربع‬ ‫ٍ‬ ‫النظر عن كون الليكند قوي ًا أو ضعيفاً‪ .‬وفي هذه احلالة يكون السبب هو حجم‬ ‫االيون الكبير مقارنة بحجم االيون في السلسلة االنتقالية األولى‪ ،‬وعليه في حالة‬ ‫املعقد ‪ [PtCl4]2-‬يكون الترتيب االلكتروني للغالف اخلارجي لفلز البالتني‬ ‫والترتيب االلكتروني في املعقد كاألتي‪:‬‬

‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪Cl Cl‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪[PtCl4]2- [Xe]54‬‏‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫‪: :‬‬

‫‪:‬‬

‫‪:‬‬

‫↼‬

‫‪4F14‬‬

‫‪6p‬‬

‫‪6s‬‬

‫‪5d8‬‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬

‫‪5d8‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4F14‬‬

‫‪6p0‬‬

‫‪6s0‬‬

‫‪Pt2+ [Xe]54‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4F14‬‬

‫‪6p0‬‬

‫‪5d8‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫‪6s2‬‬

‫‪Pt [Xe]54‬‏‬

‫‪78‬‬

‫‪Cl‬‬

‫ ثمانية إلكترونات آتية من اربعة ليكندات ‪Cl-‬‬‫ نوع التهجني ‪ dsp2‬من اشتراك اروبيتال واحد من ‪ d‬واربيتال واحد من ‪s‬‬‫واوربيتالني من ‪ p‬في التآصر‪.‬‬ ‫ شكل االيون املعقد مربع مستوي‬‫ صفة االيون املعقد دايامغناطيسي نتيجة عدم وجود إلكترونات منفردة فيه‪.‬‬‫مترين ‪7-2‬‬

‫وميكن معرفة التهجني وبالتالي الشكل الهندسي للمركبات املعقدة وخاصة التي‬ ‫ملاذا املعقد ]‪ ]NiCl4‬بارامغناطيسي‬ ‫تكون ذرتها املركزية ذات عدد ذري مفرد من خالل حساب عدد االلكترونات‬ ‫‪2‬‬‫املنفردة في مركباتها املعقدة‪ .‬يتم ذلك من معرفة الزخم املغناطيسي (‪ )μ‬الناجت بينما املعقد ]‪ ]PtCl4‬دايا مغناطيسي؟‬ ‫وضح ذلك وفق نظرية آصرة التكافؤ‪.‬‬ ‫من برم االلكترونات على وفق املعادلة‪:‬‬ ‫‪2-‬‬

‫‪μ (B.M) = [e(e+2)]1/2‬‏‬ ‫حيث أن ‪ = e‬عدد االلكترونات املنفردة و أن ‪ B.M‬هي وحدة لقياس الزخم‬ ‫املغناطيسي تسمى بور مغنيتون (‪ .)Bohr Magneton‬ولتوضيح ذلك ناخذ‬ ‫املثال ‪. 5-2‬‬

‫‪77‬‬

‫مثال ‪5-2‬‬ ‫لنفرض أن للكوبلت (‪ )II‬املعقد ‪ [Co)L(4]2+‬حيث أن ‪ L‬ميثل ليكند‬ ‫أحادي املخلب‪ .‬اكتب تهجني هذا املعقد‪:‬‬ ‫احلـــــــل‪:‬‬ ‫يتم معرفة التهجني على وفق االتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬احلالة االولى‬ ‫يكون الترتيب االلكتروني للغالف اخلارجي لفلز الكوبلت والترتيب االلكتروني‬ ‫في املعقد كاالتي‪:‬‬

‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫‪L L L‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪:‬‬

‫‪3d7‬‬

‫‪[Co)L(4]2+‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫اعتماد ًا على نظرية آصرة التكافؤ‬

‫‪: : :‬‬

‫‪4s‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4p‬‬

‫مترين ‪8-2‬‬

‫‪3d7‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪4p0‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫↼‬

‫‪4s0‬‬

‫‪Co2+ [Ar]18‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫انه ميكن قياس قيمة‬ ‫الزخم املغناطيسي للمعقدات‬ ‫عملي ًا باستخدام جهاز خاص‬ ‫بذلك يسمى مقياس الزخم‬ ‫املغناطيسي‪.‬‬

‫‪4p0‬‬

‫‪3d7‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫هل تعلم‬

‫‪4s2‬‬

‫‪Co [Ar]18‬‬

‫‪27‬‬

‫‪L‬‬

‫(‪ ، )VBT‬ما نوع التهجني والشكل نالحط على وفق هذا الترتيب ان عدد االلكترونات املنفردة يساوي ‪ ، 3‬وعليه‬

‫الهندسي والصفة املغناطيسية للمعقدين تكون قيمة الزخم املغناطيسي كاالتي‪:‬‬ ‫‪ [PdCl4]2-‬و ‪[Co)H2O(4]2+‬‬

‫‪μ = [e)e+2(]1/2‬‬

‫ثم احسب ‪ μ‬لكل منها‪.‬‬

‫‪μ = [3 ) 3 + 2 ( ]1/2 = 3.87 B.M‬‬

‫‪2‬‬ ‫ج ‪ ;dsp :‬مربع مستوي ; ‪ -2‬احلالة الثانية‬

‫بارامغناطيسية‪.‬‬

‫‪L L‬‬

‫‪L‬‬

‫‪L‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪: :‬‬

‫‪:‬‬

‫‪:‬‬

‫↼‬ ‫↼‬

‫‪78‬‬

‫‪4p0‬‬

‫‪4s0‬‬

‫‪3d7‬‬ ‫↼‬

‫‪ ;sp3‬رباعي االوجه منتظم ;‬

‫‪[Co)L(4]2+‬‬ ‫↼‬ ‫↼‬

‫دايامغناطيسية‪.‬‬

‫يكون الترتيب االلكتروني في املعقد كاالتي‪:‬‬

‫نالحظ على وفق هذا الترتيب ان عدد االلكترونات املنفردة يساوي ‪ ، 1‬وعليه‬ ‫يكون قيمة الزخم املغناطيسي كاالتي‪:‬‬ ‫‪μ = 1) 1 + 2 (1/2 = 1.73 B.M‬‬ ‫أذن من خالل معرفة الزخم املغناطيسي ميكن معرفة نوع التهجني‪ ،‬ففي حالة هذا‬ ‫املعقد يكون التهجني في احلالة االولى اي عندما يكون قيمة الزخم املغناطيسي‬ ‫تساوي ‪ 3.87 B.M‬من نوع ‪ ،sp3‬بينما يكون نوع التهجني عندما تكون قيمة‬ ‫الزخم املغناطيسي ‪ 1.73 B.M‬من نوع ‪.dsp2‬‬

‫‪Sn‬‬

‫‪ 8-2‬اﻷعداد التناسقية واﻷشكال الهندسية المتﻮقعة‬

‫عرفنا سابقا إن العدد التناسقي ميثل عدد الذرات املرتبطة مباشرة بالفلز‬ ‫املركزي وان لهذا العدد عالقة بالشكل الهندسي املتوقع للمعقد التناسقي‪ .‬تتراوح‬ ‫قيم األعداد التناسقية من ‪ 2‬الى ‪ 9‬واكثرها شيوع ًا هي ‪ 4‬و ‪ .6‬وسنتطرق اآلن الى‬ ‫أعداد التناسق من ‪ 2‬الى ‪ 4‬في املركبات التناسقية مع ذكر األشكال الهندسية‬ ‫األكثر شيوعا لكل عدد‪.‬‬ ‫‪ -1‬العدد التناسقي ‪2‬‬ ‫يعد العدد التناسقي ‪ 2‬نادرا‪ ،‬واملعقد ‪ [Ag)NH3(2]+‬من أحسن األمثلة‬ ‫التي تعبر عن هذا العدد التناسقي‪ .‬وكما هو متوقع فان هذا االيون املعقد ميتلك‬ ‫التركيب اخلطي ‪ .[H3N-Ag-NH3]+‬ويكون هذا العدد التناسقي شائع ًا في‬ ‫معقدات النحاس (‪ )I‬والفضة (‪ )I‬والذهب (‪ )I‬وكما يتضح في األمثلة اآلتية‪:‬‬ ‫]‪[NC-Ag- CN ]- ; [Cl – Au – Cl]- ; [CN – Cu – CN‬‬‫‪ -2‬العدد التناسقي ‪3‬‬ ‫املعقدات التي متتلك العدد التناسقي ثالثة نادرة أيضا ‪ ،‬واألمثلة في هذا‬ ‫املجال قليلة ويعد االيون املعقد السالب ‪ [HgI3]-‬من أحسن األمثلة على‬ ‫ذلك ‪ .‬والشكالن الهندسيان املتوقعان لهذا النوع من املعقدات هما شكل‬ ‫املثلث املستوي (‪ )Trigonal Planer‬وشكل الهرم ثالثي القاعدة‬ ‫(‪ .)Trigonal pyramid‬وعلى ســـــــبيل املثال‪ ،‬ميتلك االيون املعقد‬ ‫]‪ [HgI3‬شكل املثلث املستوي بينما يكون شكل االيون املعقد ‪ SnCl3-‬شكل‬‫هرم ثالثي القاعدة ‪.‬‬ ‫‪ -3‬العدد التناسقي ‪4‬‬ ‫ُي َعدُّ العدد التناسقي ‪ 4‬من اكثر االعداد التناسقية شيوع ًا ويكون للمعقدات‬ ‫التناسقية من هذا النوع أهمية كبيرة في الكيمياء التناسقية‪ ،‬حيث تترتب االعداد‬ ‫حول ذرة الفلز املركزية بشكل ينتج عنه معقد تناسقي بشكل رباعي االوجه‬ ‫مسـتو (‪ .)Square planer‬ومن األمثلة‬ ‫منتظم (‪ )Tetrahedral‬اومربع‬ ‫ٍ‬ ‫على املعقدات التناسقية ذات الشكل رباعي االوجه منتظم هي ‪ [CoBr4]2-‬و‬ ‫‪ [FeCl4]-‬و ‪.[MnO4]2-‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪Cl‬‬ ‫‪Sn‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪Cl‬‬

‫‪SnCl3-‬‬

‫‪I‬‬ ‫‪Hg‬‬ ‫‪I‬‬

‫‪I‬‬ ‫‪I‬‬

‫‪Hg‬‬ ‫‪I‬‬

‫‪I‬‬

‫‪[HgI3]-‬‬

‫‪79‬‬

‫‪2-‬‬

‫‪-‬‬

‫‪Br‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪Fe‬‬

‫‪Co‬‬ ‫‪Br‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪Br‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪Cl‬‬

‫‪Br‬‬

‫هل تعلم‬ ‫ان املركب ثنائي امني ثنائي كلورو‬

‫‪4-‬‬

‫بالتني (‪]Pt(NH3)2Cl2] (II‬‬

‫‪O‬‬

‫هو دواء فعال ضد بعض انواع‬ ‫السرطان حيث يقوم هذا املركب‬

‫‪Re‬‬

‫باالرتباط مع احلامض النـــــووي‬

‫‪O‬‬

‫‪ DNA‬حيث يتم إبدال ايوني‬

‫‪O‬‬

‫الكلوريد بذرتي نتروجني مانحة‬ ‫علــــــى جزيء‪ .DNA‬وهذا‬ ‫يؤدي الى خطأ (طفرة) في‬ ‫تكــــــــرار‬

‫ترتيب‬

‫احلوامض‬

‫االمينية في ‪ DNA‬حيث تدمر‬ ‫اخلاليا السرطانية‪.‬‬

‫‪O‬‬

‫مستو فتتكون بصورة خاصة‬ ‫أما املعقدات ذات الشكل الهندسي مربع‬ ‫ٍ‬ ‫مع االيونات ‪ Ni2+‬و ‪ Cu2+‬و ‪ Pd2+‬و ‪ Pt2+‬و ‪ . Au3+‬ومن االمثلة‬ ‫على املعقدات التناسقية ذات الشكل مربع مستوي هي ‪ [PtCl4]2-‬و‬ ‫‪ [Ni(CO)4]2+‬و ‪. [Pd(CN)4]2-‬‬ ‫‪2‬‬‫‪CN‬‬

‫‪CN‬‬

‫‪2+‬‬

‫‪Co‬‬

‫‪Co‬‬

‫‪Pd‬‬

‫‪Ni‬‬

‫‪CN‬‬

‫‪Co‬‬

‫‪CN‬‬ ‫‪[Pd(CN)4]2-‬‬

‫‪2-‬‬

‫‪Co‬‬ ‫‪[Ni(CO)4]2+‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪Pt‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪80‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪[PtCl4]2-‬‬

‫الزخم الزاوي‬

‫المعادالت الرئيسية‬ ‫رقم الصفحة ‪77‬‬

‫‪μ (B.M) = [e(e+2)]1/2‬‏‬

‫المفاهيم االساسية‬ ‫الملح المزدوح والمركب التناسقي‬ ‫عند مزج محلولي ملحني بسيطني بنسب مولية بسيطة نحصل على نوعني من مركبات االضافة هما امللح املزدوج‬ ‫(‪ )Doble Salt‬واملركب التناسقي (‪ .)Coordination Compound‬وامللح املزدوج هو مركب اضافة مستقر‬ ‫يعطي عند اذابته في املاء كافة االيونات املكونة له بحيث يحتفظ كل ايون بصفاته املستقلة‪ .‬اما املركب التناسقي فهو‬ ‫ايضا مركب اضافة مستقر لكنه ال يعطي كافة االيونات املكونة له عند ذوبانه في املاء‪ ,‬أي ان الصفات املستقلة لقسم من‬ ‫االيونات املكونة له سوف تختفي‪.‬‬ ‫نظرية السلسلة ‪Chain Theory‬‬ ‫وهي النظرية التي تفسر تكون املركبات التناسقية بافتراض ان الليكندات ترتبط مع بعضها على شكل سلسلة على‬ ‫غرار تكوين السالسل بني ذرات الكاربون الذي كان معروفا في الكيمياء العضوية وترتبط مع االيون املركزي الشباع نوع‬ ‫واحد من التكافؤ‪.‬‬ ‫‪,‬‬ ‫نظرية فرنر ‪Werner s Theory‬‬ ‫وهي النظرية التي تفسر تكون املركبات التناسقية بافتراض ان اكثر العناصر متتلك نوعني من التكافؤ‪ ,‬تكافؤ اولي‬ ‫يعرف بحالة التاكسد وتكافؤ ثانوي يعرف بعدد التناسق‪ .‬ويحاول كل عنصر عند اشتراكه في تكوين مركب تناسقي‬ ‫اشباع كال التكافئني حيث تتشبع التكافؤات االولية بايونات سالبة اما التكافؤات الثانوية فتتشبع بايونات سالبة او‬ ‫جزيئات متعادلة‪.‬‬ ‫الليكند ‪Ligand‬‬ ‫جزيء او ايون سالب الشحنة يرتبط بااليون املركزي من خالل ذرة مانحة واحدة او اكثر من املزدوجات االلكترونية‪.‬‬ ‫وعندما يهب الليكند مزدوجا واحدا من االلكترونات فانه يدعى احـــــــــــــــــــــادي املخلب (‪)monodentate‬‬ ‫وعندما يهب زوجني من االلكترونات يدعى ثنائي املخلب (‪ )bidentate‬وعندما يهب اكثر من زوجني من االلكترونات‬ ‫يدعى متعدد املخلب (‪.)multidentate‬‬ ‫قاعدة العدد الذري الفعال (‪))EAN) Effective Atomic Number Rule‬‬ ‫تنص هذه القاعدة على ان املعقد التناسقي يصبح مستقرا اذا كان مجموع االلكترونات املوجودة على الفلز وااللكترونات‬ ‫املمنوحة من قبل الليكندات تساوي العدد الذري ألحد الغازات النبيلة ‪ Kr‬او ‪ Xe‬او ‪ . Rn‬ويسمى املجموع الكلي‬ ‫لاللكترونات على الذرة املركزية واملمنوحة من الليكندات بالعدد الذري الفعال‪.‬‬ ‫نظرية اصرة التكافؤ(‪))VBT) Valence Bond Theory‬‬ ‫تعد هذه النظرية تكوين املركبات التناسقية تفاعال بني حامض لويس (الفلز) وقاعدة لويس (الليكند) مع تكوين‬ ‫اصرة تناسقية بينهما‪ .‬وهي ذات عالقة وثيقة بالتهجني والشكل الهندسي للمعقدات‪ .‬ومتثل في هذه النظرية اورب‪d‬‬ ‫تاالت الفلز مبربعات (او في بعض األحيان دوائر) لبيان توزيع الكترونات الغالف اخلارجي للفلز وااللكترونات اآلتية من‬ ‫الليكندات‪.‬‬ ‫االعداد التناسقية واالشكال الهندسية‬ ‫ان للعدد التناسقي «عدد الليكندات التي ترتبط بااليون املركزي باواصر تناسقية» عالقة بالشكل الهندسي املتوقع‬ ‫للمعقد التناسقي‪ .‬فاذا كان العدد التناسقي يساوي ‪ 2‬فان الشكل الهندسي املتوقع يكون ذو تركيب خطي‪ ،‬اما اذا كان‬ ‫العدد التناسقي يساوي ‪ 3‬فان الشكل الهندسي املتوقع يكون اما شكل مثلث مســــــــــتوي (‪ )Trigonal Planer‬او‬ ‫شكل هرم ثالثي القاعدة (‪ .)Trigonal Pyramid‬واذا كان العدد التناسقي يساوي ‪ 4‬فان الشكل الهندسي املتوقع‬ ‫يكون اما بشكل رباعي االوجه منتظم (‪ )Tetrahedral‬او مربع مستوي (‪.)Square Planer‬‬

‫‪81‬‬

‫اسﺌلة الفﺼﻞ الﺜاني‬ ‫‪ 1-2‬ما الذي مييز العناصر االنتقالية عن العناصر املمثلة؟‬ ‫‪ 2-2‬ماهو الفرق بني األمالح املزدوجة واملركبات املعقدة ؟‬ ‫‪ 3-2‬عند مزج محلول ‪ FeSO4‬مع محلول ‪ )NH4(2SO4‬بنسبة مولية ‪ 1:1‬فان احمللول الناجت يعطي كشف ًا‬ ‫اليون ‪ ،Fe2+‬بينما عند مزج محلول ‪ CuSO4‬مع محلول االمونيا بنسبة مولية ‪ 4 : 1‬فان احمللول الناجت ال‬ ‫يعطي كشف ًا اليون ‪ .Cu2+‬وضح ذلك ؟‬ ‫‪ 4-2‬عرف العدد الذري الفعال‪ ،‬ثم احسب قيمته لكل من املعقدات اآلتية‪:‬‬ ‫‪[PtCl6]2- -1‬‬ ‫‪[Pt)NH3(6] -2‬‬ ‫‪[FeCl4]- -3‬‬ ‫‪[Cr)NH3(6]3+ -4‬‬ ‫‪[Ag)NH3(2]+ -5‬‬ ‫ج ‪50 -5 ; 33 -4 ; 31 -3 ; 90 -2 ; 86 -1 :‬‬ ‫‪ 5-2‬ما العدد التاكسدي (التكافؤ االولي) للحديد في املركبات اآلتية ‪:‬‬ ‫‪Fe)CO(5 -1‬‬ ‫‪[Fe)C2O4(3]3- -2‬‬ ‫‪K3[Fe)CN(6] -3‬‬ ‫‪[Fe)H2O(5)NO(]SO4 -4‬‬ ‫ج ‪)+2( -5 ; )+3( -3 ; )+3( -2 ; )0( -1 :‬‬

‫‪ 6-2‬سم املركبات املعقدة اآلتية ‪:‬‬ ‫‪[Fe)H2O(5)NO(]2+ -1‬‬ ‫‪Na2[Fe)CN(5)NO(] -2‬‬ ‫‪[Co)N3()NH3(5]SO4 -3‬‬ ‫‪K4[Ni)CN(4] -4‬‬ ‫‪[Cr)H2O(4Cl2]+ -5‬‬ ‫‪[Ni)en(2Cl2]2+ -6‬‬ ‫‪[Co)NO2(3)NH3(3] -7‬‬ ‫‪K2[PtCl6] -8‬‬

‫‪82‬‬

‫‪ 7-2‬اكتب الصيﻎ التركيبية للمركبات التناسقية اآلتية ‪:‬‬ ‫أ‪ -‬نترات ترس (أثيلني ثنائي أمني) كوبلت (‪. )III‬‬ ‫ب‪ -‬سداسي سيانونيكالت (‪ )0‬بوتاسيوم ‪.‬‬ ‫ج – رباعي سيانونيكالت (‪ )II‬صوديوم ‪.‬‬ ‫د – رباعي كلورونيكالت (‪ )II‬بوتاسيوم ‪.‬‬ ‫هـ – رباعي كلورومانغنات (‪ )II‬بوتاسيوم ‪.‬‬ ‫و – كلوريد سداسي اكوا تيتانيوم (‪. )III‬‬ ‫ز ‪ -‬رباعي كاربونيل نيكل (‪. )0‬‬ ‫ح – ايون(اثيلني ثنائي أمني) رباعي يودو كرومات (‪. )III‬‬ ‫ط – ايون رباعي كاربونيل كوبالتات (‪. )-1‬‬ ‫ي – ايون رباعي امونيا نحاس (‪. )II‬‬ ‫‪ 8-2‬اذا كانت لديك املركبات التناسقية الثالثة اآلتية ‪:‬‬ ‫‪ [Cr)H2O(4Cl2]Cl.2H2O‬و ‪ [Cr)H2O(6]Cl3‬و ‪ [ Cr)H2O(5Cl]Cl2.H2O‬فما هو اآلتي‪:‬‬ ‫أ‪ -‬العدد التأكسدي (التكافؤ االولي) للكروم في كل مركب ؟‬ ‫ب‪ -‬العدد التناسقي للكروم في كل مركب ؟‬ ‫ج‪ -‬أسماء هذه املركبات ؟‬ ‫‪ 9-2‬اختر اإلجابة الصحيحة في كل مما يأتي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬إن العدد التأكسدي (التكافؤ االولي) للكروم في االيون املعقد ‪ [Cr)H2O(4Cl2]+‬هو ‪:‬‬ ‫د‪5 -‬‬ ‫جـ‪6 -‬‬ ‫ب‪1 -‬‬ ‫أ‪3 -‬‬ ‫‪ -2‬إن العدد التأكسدي (التكافؤ االولي) للبالتني في االيون املعقد ‪ [Pt)C2H4(Cl2]-‬هو ‪:‬‬ ‫د‪4 -‬‬ ‫جـ‪3 -‬‬ ‫ب‪2 -‬‬ ‫أ‪1 -‬‬ ‫‪ -3‬إن الصيغة التركيبية للمركب ( ثنائي كلورو بس (يوريا) نحاس (‪ )II‬هي ‪:‬‬ ‫أ‪[Cu})NH2(2CO{2]Cl2 -‬‬ ‫ب‪[Cu})NH2(2CO{Cl]Cl] -‬‬ ‫ح‪[CuCl2})NH2(2CO{2] -‬‬ ‫د – جميع االجابات السابقة خطأ‪.‬‬

‫‪83‬‬

‫‪ -4‬إن اسم املركب ‪ [Pt)NH3(3Br)NO2(Cl]Cl‬على وفق نظام الـ ‪ IUPAC‬هو ‪:‬‬ ‫أ‪ -‬كلوريد ثالثي أمني كلورو برومو نايترو بالتني (‪. )IV‬‬ ‫ب‪ -‬كلوريد ثالثي أمني كلورو برومو نايترو كلورو بالتني (‪. )IV‬‬ ‫ج‪ -‬كلوريد ثالثي أمني برومو كلورو نايترو بالتني (‪. )IV‬‬ ‫د‪ -‬كلوريد ثالثي أمني نايترو كلورو برومو بالتني (‪. )IV‬‬ ‫‪ 10-2‬اعتمادا على نظرية آصرة التكافؤ (‪ )VBT‬أجب عن األسئلة التالية لكل من املركبات التناسقية االتية‪:‬‬ ‫; ‪[Ni)dmg(2] ; [NiCl4]2- ; [Ni)CN(4]2- ; [Ni)CO(2+4] ; [Cu)NH3(4]+ ; [CoCl4]2-‬‬ ‫]‪[Zn)CN(4]2- ; [ZnCl2)NH3(2‬‬ ‫أ‪ -‬ما نوع التهجني للذرة املركزية ؟‬ ‫ب‪ -‬ما الشكل الهندسي للمعقد ؟‬ ‫جـ‪ -‬ما الصفة املغناطيسية للمعقد ؟ وملاذا ؟‬ ‫‪ 11-2‬اعتمادا على نظرية آصرة التكافؤ (‪ )VBT‬ماهو عدد االلكترونات املنفردة للمركبات التناسقية‬ ‫التالية‪ ،‬وما قيمة (‪ )μ‬لكلً منها؟ ‪[NiCl4]2- ; [Ni)CN(4]2- ; [Cu)NH3(4]2+‬‬ ‫‪ 12-2‬إذا كان الزخم املغناطيسي (‪ )μ‬للمركب ‪ [MnBr4]2-‬يساوي ‪ ، 5.9 B.M‬فما هو نوع التهجني وما‬ ‫هو الشكل الهندسي املتوقع لهذا االيون املعقد اعتمادا على نظرية آصرة التكافؤ‪.‬‬ ‫‪13-2‬‬ ‫‪ - 1‬اكمل العبارات التالية لأليون املعقد ‪[Cr)C2O4(2)H2O(]2-‬‬ ‫أ ‪ -‬عدد التأكسد (التكافؤ االولي) لعنصر ‪ Cr‬هو ‪........‬‬ ‫ب ‪ -‬عدد التناسق (التكافؤ الثانوي) لعنصر ‪ Cr‬هو ‪.......‬‬ ‫ج ‪ ......... -‬هو ليكند ثنائي السن‪.‬‬ ‫‪ - 2‬أكمل العبارات االتية لاليون املعقد ‪[Co)en(2)H2O(CN]2+‬‬ ‫أ‪ en -‬هي اختصار لـ ‪........‬‬ ‫ب ‪ -‬عدد التأكسد (التكافؤ االولي) لعنصر ‪ Co‬هو ‪........‬‬ ‫ج ‪ -‬عدد التناسق (التكافؤ الثانوي) لعنصر ‪ Co‬هو ‪........‬‬ ‫د ‪ ........ -‬هو ليكند ثنائي السن‪.‬‬ ‫‪ 14-2‬عرف املصطلحات االتية ‪:‬‬ ‫املركب التناسقي‪ ،‬ليكند ‪ ،‬ذرة مانحة ‪ ،‬عدد التناسق ‪ ،‬ليكندات كليتية‪.‬‬

‫‪84‬‬

‫ج ‪ ; sp3 :‬رباعي االوجه منتظم ‪.‬‬

‫الفصل الثالث‬

‫‪3‬‬

‫الثرموداينمك‬

‫‪Thermodynamics‬‬

‫بعد اإلنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على اآلتي‪:‬‬

‫ُي َع ِرف علم الثرموداينمك‪ ،‬الطاقة‪ ،‬وحدات الطاقة‪ ،‬النظام‪ ،‬احمليط‪ ،‬املجموعة‪ ،‬انواع االنظمة‪.‬‬ ‫يتعرف على مصطلحات احلرارة‪ ،‬السعة احلرارية‪ ،‬احلرارة النوعية‪ ،‬حرارة التفاعل املقاسة حتت ضغط ثابت‪.‬‬ ‫يتعلم ماذا تعني االنثالبي وما هي عالقتها مع حرارة التفاعل وهل هي دالة حالة مع خواص شاملة ام مركزة وما‬ ‫هي وحداتها‪.‬‬ ‫يحدد هل ان التفاعل باعث للحرارة ام ماص للحرارة وربط هذا مع اشارة التغير في انثالبي التفاعل‪.‬‬ ‫حد َد ًا بشروط كتابتها ويبني اختالفها عن املعادلة الكيميائية‪.‬‬ ‫يكتب املعادلة احلرارية ُم َ‬ ‫مييز بني انثالبي التفاعل القياسية وانثالبي التكوين القياسية وانثالبي االحتراق القياسية ويتمكن من استخراج‬ ‫قيمها من بعضها‪.‬‬ ‫يتعرف على الطرق املستخدمة حلساب انثالبي التفاعل‬ ‫مييز بني العمليات التلقائية وغير التلقائية ويتعرف على دالة االنتروبي وطاقة كبس احلرة‪.‬‬ ‫يتعلم حساب انتروبي التفاعل القياسية من قيم االنتروبي املطلقة وحساب طاقة كبس احلرة للتفاعل القياسية‬ ‫من قيم طاقة كبس احلرة للتكوين القياسية‪.‬‬ ‫يفهم معادلة كبس ويبني طريقة استخدامها ملعرفه اجتاه سير التفاعالت الكيميائية باالعتماد على قيم االنثالبي‬ ‫واالنتروبي‪ ،‬ويشتق عالقه تروتن‪.‬‬

‫‪85‬‬

‫‪ 1-3‬مقدمة‬

‫‪86‬‬

‫تعرفنا في دراستنا السابقة على عدة انواع من الطاقة مثل الطاقة احلرارية‬ ‫والطاقة الكهربائية والطاقة امليكانيكية والطاقة الضوئية والطاقة النووية‬ ‫والطاقة الكيميائية‪...‬الخ‪ ،‬ان هذه االنواع املختلفة من الطاقات تكون مخزونة‬ ‫في جميع املواد وتظهر عند حتولها من شكل الى آخر‪ .‬يوحي االختالف في‬ ‫اشكال الطاقة ان ك ً‬ ‫ال منها قائم بحد ذاته وال يوجد بينها عالقة‪ ،‬اال ان هذا‬ ‫غير صحيح‪ ،‬النه حتت ظروف معينة ميكن حتويل الطاقة من شكل الى آخر‪.‬‬ ‫الثروموداينمك علم يهتم بدراسة الطاقة وحتوالتها ويهدف نحو حتويل‬ ‫اكبر قدر ممكن من الطاقة احلرارية الناجتة من احتراق الوقود الى انواع اخرى‬ ‫من الطاقات مثل الطاقة امليكانيكية لالستفادة منها في عمل احملركات‪ .‬يفسر‬ ‫علم الثرموداينمك ظواهر عديدة اهمها‪:‬‬ ‫‪ -1‬سبب حدوث التفاعالت الكيميائية‪.‬‬ ‫‪ -2‬التنبؤ بحدوث التغيرات الكيميائية والفيزيائية عندما توجد مادة او‬ ‫اكثر حتت ظروف معينة‪.‬‬ ‫‪ -3‬حدوث بعض التفاعالت تلقائيا واخرى ال حتدث ابد ًا بشكل تلقائي عند‬ ‫نفس الظروف‪.‬‬ ‫‪ -4‬سبب حدوث الطاقة املصاحبة للتفاعالت الكيميائية سواء في التفاعالت‬ ‫نفسها او في الوسط احمليط بها‪.‬‬ ‫ومن ناحية اخرى‪ ،‬ال يهتم علـــــــــــــم الثرموداينمك بعامل الزمن‬ ‫الذي يســــــــتغرقه حدوث التفاعالت‪ ،‬فهو ينبئ فقط فيما اذا كان‬ ‫تفاعل معني (او اي تغير بصورة عامة) قابل للحدوث او غيــــــــــــر قابل‬ ‫للحدوث‪ ،‬دون ان يبني ســــــــــــــرعة حدوث هذا التغيير‪ ،‬الن سرعة‬ ‫حدوث التفاعل من اهتمام علم احلركيات الذي درسناه في املرحلة اخلامسة‪.‬‬ ‫ميكن تقسيم الطاقة بشكل عام الى قسمني رئيسني هما الطاقة الكامنة‬ ‫(‪ )Potential Energy‬والطاقة احلركية (‪.)Kinetic Energy‬‬ ‫تشمل الطاقة الكامنة الطاقة الكيميائية املخزونة في جميع انواع املواد‬ ‫وجميع انواع الوقود‪ .‬اما بالنسبة للطاقة احلركية فهي تشمل طاقة جميع‬ ‫االجسام املتحركة مثل اجلزيئات واملاء املتحرك وكذلك السيارات والطائرات‬ ‫والصواريخ وغيرها‪ .‬فعلى سبيل املثال‪ ،‬تتحول الطاقة الكامنة في املاء الى‬ ‫طاقة حركية اذا متت حركة املاء من اعلى الشالل الى اسفله الن الطاقة الناجتة‬ ‫ميكن ان تدور احملرك لتوليد الطاقة الكهربائية‪ .‬لذا ينص القانون االول في‬ ‫علم الثرموداينمك على ان “الطاقة ال تفنى وال تستحدث من العدم ولكن‬ ‫شكل الى آخر”‪.‬‬ ‫ميكن حتويلها من ٍ‬

‫‪ 2-3‬وحدات الطاقة ودرجة الحرارة‬

‫ان الوحدات املستخدمة للتعبير عن الطاقة حسب النظام الدولي للوحدات‬ ‫(‪ )SI‬هي اجلول (‪ )Joule‬ورمزه (‪ )J‬ويعبر عنه حسب االتي‪:‬‬ ‫‪1 J = 1 kg . m2/s2‬‬

‫هل تعلم‬ ‫ان كل دقة قلب تستهلك‬ ‫‪ 1 J‬من الطاقة‪.‬‬

‫حيث ‪ kg‬وحدة الكيلوغرام (‪ )kilogram‬و ‪ m‬وحدة املتـر (‪)meter‬‬ ‫و ‪ s‬وحدة الثانية (‪.)second‬‬ ‫تعرف الطاقة احلركية (‪ )KE‬بانها تساوي حاصل ضرب نصف في‬ ‫الكتلة})‪ {m (kg‬في مربع السرعة })‪. {v (m/s‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪ m . v2‬ــــ = ‪KE‬‬ ‫‪2‬‬ ‫فاذا حترك جسم‪ ،‬كتلته ‪ 2 kg‬مسافة متر واحد ‪ 1 m‬خالل ثانية واحدة‬ ‫‪ 1 s‬فانه سيمتلك طاقة حركية (‪ )KE‬مقدارها ‪.1 J‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪ (2 kg) . (1 m/s)2 = 1 kg . m2/s2 = 1 J‬ــــ = ‪KE‬‬ ‫‪2‬‬ ‫كما ان وحدات درجة احلرارة املستخدمة في الثرموداينمك هي الكلفن‬ ‫(‪ )K‬وحتسب من درجة احلرارة بالوحدات السيليزية ‪̊C‬باستخدام العالقة‬ ‫املعروفة االتية‪:‬‬ ‫‪T (K) = t (̊C)+ 273‬‬

‫‪ 3-3‬بعض المصطلحات الثرموداينمكية‬

‫من اهم املصــــــــــــــــطلحات الثرموداينمكية هو النظام (‪)System‬‬ ‫الثرموداينمكي والذي هو عبارة عن جزء معني من الكون (نهتم بدراسته)‬ ‫يتكون من املادة او املواد املشتركة في حدوث تغيرات فيزيائية وكيميائية‬ ‫محدودة داخل حدود معينة (‪ )Boundaries‬قد تكون حقيقية او تخيلية‬ ‫اما ما تبقى خارج هذه احلدود فيسمى باحمليط (‪ .)Surronding‬يسمى‬ ‫النظام واحمليط بالكون (‪ )Universe‬ولكننا سنطلق عليهما باملجموعة‪:‬‬ ‫املجموعة = النظام ‪ +‬احمليط‬

‫مخطط للنظام والمحيط والحد‬ ‫والمجموعة‪.‬‬

‫‪87‬‬

‫وقد توجد عالقة بني النظام واحمليط وحسب هذه العالقة ميكن تقسيم‬ ‫النظام الى ثالثة انواع وهي ‪:‬‬

‫بخار املاء‬

‫حرارة‬

‫يوجد تبادل للطاقة واملادة‬

‫حرارة‬

‫يوجد تبادل للطاقة فقط‬

‫‪ -1‬النظام املفتوح ‪Open System‬‬ ‫يكون النظام مفتوح ًا اذا كانت حدود النظام تسمح بتبادل مادة النظام‬ ‫وطاقته مع احمليط‪ .‬مثال ذلك‪ ،‬اناء معدني يحتوي على ماء مغلي‪ ،‬فانه يالحظ‬ ‫ان مادة النظام‪ ،‬وهي املاء تتصاعد على شكل بخار الى احمليط‪ ،‬كما ان حرارة‬ ‫املاء (طاقته) تتسرب الى احمليط ايضاً‪.‬‬ ‫‪ -2‬النظام املغلق ‪Closed System‬‬ ‫يكون النظام مغلق ًا اذا كانت حدود النظام تسمح بتبادل الطاقة فقط وال‬ ‫تسمح بتغيير كمية مادة النظام‪ .‬فإذا مت اغالق االناء املعدني املذكور اعاله‬ ‫باحكام‪ ،‬فسوف تتسرب حرارة املاء في هذه احلالة الى احمليط بينما تبقى‬ ‫كمية املاء (مادة النظام) ثابتة‪.‬‬ ‫‪ -3‬النظام املعزول ‪Isolated System‬‬ ‫ويكون النظام معزو ًال اذا كانت حدود النظام ال تسمح بتبادل املادة‬ ‫والطاقة مع احمليط اي ان النظام ال يتأثر ابد ًا باحمليط‪ ،‬مثال ذلك‪ ،‬الثرموس‪،‬‬ ‫حيث انه يحفظ حرارة النظام ومادته من التسرب للمحيط‪.‬‬ ‫وتسمى املتغيرات الفيزيائية للنظام‪ ،‬التي من املمكن مالحظتها او قياسها‬ ‫مثل عدد موالت املادة او املواد املوجودة في النظام و احلالة الفيزيائية للمواد‬ ‫واحلجم والضغط ودرجة احلرارة بخواص النظام‪.‬‬

‫ال يوجد تبادل للمادة والطاقة‬

‫انواع االنظمة في الثرموداينمك‬

‫‪88‬‬

‫‪4-3‬‬

‫الحرارة ‪Heat‬‬

‫ُت َعدُّ احلرارة احد أشكال الطاقة الشائعة في حياتنا اليومية ونرمز للحرارة‬ ‫باحلرف (‪ ،)q‬واحلرارة هي انتقال الطاقة احلرارية بني جسمني‪ ،‬درجة‬ ‫حرارتهما مختلفة‪ ،‬اما درجة احلرارة فهي مقياس للطاقة احلرارية‪ .‬تتناسب‬ ‫احلرارة املفقودة او املكتسبة جلسم ما طردي ًا مع التغير في درجات احلرارة‪.‬‬ ‫ويرمز للتغير بالرمز (∆) الذي يوضع قبل رمز الدالة املتغيرة‪ .‬فالتغير في‬ ‫درجة احلرارة يكون على الصورة اآلتية‪:‬‬

‫‪∆T=Tf -Ti‬‬ ‫حيث ‪ Tf‬درجة احلرارة النهائية (‪ f‬من ‪ final‬وتعني نهائي)‪ ،‬و ‪ Ti‬درجة‬ ‫احلرارة االبتدائية (‪ i‬من ‪ initial‬وتعني ابتدائي)‪ ،‬لذا فالتناسب بني احلرارة‬ ‫(‪ )q‬والتغير في درجة احلرارة ميكن كتابته على الصورة اآلتية‪:‬‬ ‫(‪)1‬‬

‫‪q∝ ∆T‬‬

‫اجلدول ‪1-3‬‬ ‫قيم الحرارة النوعية لبعض المواد‬

‫عند درجة حرارة (‪)25̊C‬‬

‫ويحول التناسب الى مساواة بضرب‪ ∆T‬بثابت تناسب يدعى السعة احلرارية ‪:C‬‬ ‫(‪)2‬‬

‫‪q = C. ∆T‬‬

‫وتعرف السعة احلرارية (‪ )Heat capacity‬بانها كمية احلرارة الالزمة‬ ‫لرفع درجة حرارة كتلة مقدارها ‪ m‬غرام }(‪ {m )g‬من اي مادة درجة‬ ‫سيليزية واحدة ووحدتها هي (‪ .)J/̊C‬وترتبط السعة احلرارية مع احلرارة‬ ‫النوعية (‪ )Specific heat( )ς‬بالعالقة اآلتية‪:‬‬ ‫(‪)3‬‬

‫‪C=ς×m‬‬

‫اما احلرارة النوعية فتعرف على انها كمية احلرارة الالزمة لرفع درجة حرارة‬ ‫كتلة غرام واحد (‪ )1 g‬من اي مادة درجة سيليزية واحدة‪ ،‬وحدة احلرارة‬ ‫النوعية هي (‪.) J/g .̊C‬وبتعويض قيمة ‪ C‬من املعادلة (‪ )3‬في املعادلة‬ ‫(‪ )2‬نحصل على العالقة االتية‪:‬‬ ‫(‪q )J( = ς )J/g .̊C( × m)g( × ∆T)̊C‬‬ ‫يوضح اجلدول (‪ )1-3‬قيم احلرارة النوعية لبعض املواد‪.‬‬

‫املادة‬

‫احلرارة النوعية‬ ‫(‪ς ) J/g .̊C‬‬

‫ماء (سائل)‬

‫‪4.18‬‬

‫كحول االثيل‬

‫‪2.44‬‬

‫ماء صلب‬

‫‪2.03‬‬

‫ماء (غاز)‬

‫‪2.01‬‬

‫بريليوم‬

‫‪1.83‬‬

‫مغنيسيوم‬

‫‪1.023‬‬

‫املنيوم‬

‫‪0.90‬‬

‫كالسيوم‬

‫‪0.65‬‬

‫حديد‬

‫‪0.45‬‬

‫سترونتيوم‬

‫‪0.30‬‬

‫فضة‬

‫‪0.24‬‬

‫باريوم‬

‫‪0.20‬‬

‫رصاص‬

‫‪0.13‬‬

‫ذهب‬

‫‪0.13‬‬

‫انتبه !‬

‫احلرف الالتينـــــــــي (‪ (ς‬يقرأ‬

‫زيتا (‪)Zeta‬‬

‫مثال ‪1-3‬‬ ‫ما مقدار احلرارة الناجتة من تسخني قطعة من احلديد كتلتها ‪ 870 g‬من‬ ‫‪ 5̊C‬الى ‪ 95̊C‬؟ علم ًا ان احلرارة النوعية للحديد ‪.0.45 J/g .̊C‬‬

‫‪89‬‬

‫احلــــل‪:‬‬ ‫جند التغير في درجة احلرارة‬ ‫‪∆T = )Tf -Ti(̊C = )95-5(̊C = 90̊C‬‬ ‫باستخدام العالقة التالية نحسب كمية احلرارة ‪: q‬‬ ‫(‪q )J( = ς )J/g .̊C( × m)g(× ∆T )̊C‬‬

‫مترين ‪1-3‬‬ ‫تغيرت درجة حرارة قطعة من‬ ‫املغنيسيوم كتلتها ‪10 g‬من ‪25̊C‬‬ ‫الى ‪ 45̊C‬مع اكتساب حرارة‬ ‫مقدارها ‪ .205 J‬احسب احلرارة‬ ‫النوعية لقطعة املغنيسيوم‪.‬‬ ‫ج ‪1.03 J/g .̊C :‬‬

‫‪q )J( = 0.45 ) J/g .̊C( × 870 )g( × 90 )̊C( = 35235 J‬‬ ‫واحلرارة املستهلكة من تسخني قطعة احلديد بوحدة ‪ kJ‬كاالتي‪:‬‬ ‫(‪1 )kJ‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫ــــــــــــــــــــ‬ ‫× ‪q kJ = q J‬‬ ‫(‪1000 )J‬‬ ‫(‪1 )kJ‬‬ ‫‪ = 35.2 kJ‬ــــــــــــــــــــ × (‪q )kJ( = 35235 )J‬‬ ‫(‪1000 )J‬‬

‫‪5-3‬‬

‫حرارة التفاعل )التغير ﻓي االنثالبي( ‪Enthalpy‬‬

‫حتدث اغلب العمليات الكيميائية عند ضغط ثابت‪ ،‬وقليل جد ًا منها‬ ‫يحدث عند حجم ثابت‪.‬لذلك فان احلرارة املصاحبة للتفاعل الكيميائي يجري‬ ‫قياسها بشكل اسهل عند ضغط ثابت (الضغط اجلوي) من عملية قياسها‬ ‫عند حجم ثابت‪ .‬يسمى التغير في حرارة التفاعل عند ضغط ثابت بحرارة‬ ‫التفاعل او التغير في االنثالبي او بشكل ابسط بانثالبي التفاعــــــــــــــل‬ ‫(‪ )Enthalpy of reaction‬والتي يرمز لها بالرمز (‪ )H‬وللتغير‬ ‫باالنثالبي ‪ ∆H‬والتي تساوي بالضبط حرارة التفاعل املقاسة عند ضغط‬ ‫ثابت اي‪:‬‬ ‫‪∆H = qP‬‬

‫‪90‬‬

‫حيث ‪ qP‬متثل احلرارة املقاسة عند ضغط ثابت (‪ P‬من ‪ Pressure‬وتعني‬ ‫ضغط)‪.‬‬ ‫فاذا مت اعتبار التفاعل الكيميائي عبارة عن نظام‪ ،‬فقيم التغير في االنثالبي‬ ‫تخبرنا هل ان التفاعل باعث للحرارة او ماص للحرارة‪ .‬فاذا رمز النثالبي‬ ‫التفاعل بالرمز ‪( ∆Hr‬حيث ‪ r‬من ‪ reaction‬وتعني تفاعل) فيكون اآلتي‪:‬‬

‫ ‬

‫اذا كانت ‪ ∆Hr‬اصغر من صفر (‪ )∆Hr < 0‬اي‪ :‬قيم ‪ ∆Hr‬سالبة‬ ‫(‪ )∆H = -‬فالتفاعـــــــــــل يكــــــــــــون بــــــــــــــاعث ًا للحـــــــــــــرارة‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪.)Exothermic reaction‬‬ ‫اذا كانت ‪ ∆Hr‬اكبر من صفر (‪ )∆Hr > 0‬اي قيم ‪ ∆Hr‬موجبة‬ ‫( ‪ )∆Hr = +‬فالتفاعــــــــــــــــل يكــــــــــــــــون مـــاص ًا للحـــــــــــــرارة‬ ‫(‪.)Endothermic reaction‬‬ ‫ويجب مالحظة ان التغير في انثالبي التفاعل يساوي‪:‬‬

‫ ‬

‫(‪∆Hr= ∆H )Products( - ∆H )Reactants‬‬ ‫حيث (‪ )Products‬تعني النواجت و (‪ )Reactants‬تعني التفاعالت‪.‬‬

‫االلعاب النارية تفاعالت باعثة‬ ‫للحرارة‬

‫‪ 6-3‬دالة الحالة ‪State Function‬‬

‫هي تلك اخلاصية او الكمية التي تعتمد على احلالة االبتدائيــــــــــــة‬ ‫(‪ )Initial state‬للنظام قبل التغير‪ ،‬واحلالة النهائية (‪)Final state‬‬ ‫للنظام بعد التغير بغض النظر عن‬ ‫الطريق او املسار الذي مت من خالله التغير‪.‬‬ ‫ومن امثلة دالة احلالة‪ ،‬االنثالبي‪ .‬وسنتعرف‬ ‫الحق ًا على دوال اخرى مثل االنتروبي‬ ‫وطاقة كبس احلرة التي متثل دوال حالة ايض ًا‬ ‫]الشكل (‪.[)1-3‬‬ ‫اما احلرارة او الشغل فقيمها تتغير‬ ‫كثيرا بتغير ظروف التجربة‪ ،‬وبالتالي فهي‬ ‫التعتبر دوال حالة حيث انها تعتمد على‬ ‫املسار واخلطوات التي مت من خاللها التغير‪،‬‬

‫الشكل ‪1-3‬‬ ‫لذا فهي التعتمد على احلالة االبتدائية واحلالة النهائية للنظام فقط‪.‬‬ ‫دالة الحالة تعتمد على الحالة‬ ‫الميكن قياس القيمة املطلقة لدوال احلالة واﳕا ميكن قياس مقدار التغير االبتدائية والنهائية للنظام فقط وال‬ ‫تعتمد على المسارات التي يسلكها‬ ‫(∆) لهذه الدوال‪ .‬على سبيل املثال‪ ،‬الميكن قياس القيمة املطلقة لالنثالبي النظام‪ِ .‬كال المتسلقين استنفذا نفس‬ ‫الطاقة للوصول الى القمة بالرغم من‬ ‫واﳕا قياس مقدار التغير باالنثالبي والتي تساوي‪:‬‬ ‫سلوكهما مسارين مختلفة‪.‬‬

‫‪∆H=∆Hf -∆Hi‬‬ ‫حيث ‪ f‬من ‪ final‬وتعني نهائي‪ ،‬و‪ i‬من ‪ initial‬وتعني ابتدائي‪.‬‬

‫‪91‬‬

‫‪7-3‬‬

‫الخواص العامة للمواد‬

‫تقسم اخلواص العامة للمواد الى نوعني‪:‬‬ ‫‪ -1‬اخلواص الشاملة (‪ :)Extensive Properties‬وهي تشمل جميع‬ ‫اخلواص التي تعتمد على كمية املادة املوجودة في النظام مثل الكتلة‬ ‫واحلجم والسعة احلرارية واالنثالبي واالنتروبي والطاقة احلرة ‪ ..‬الخ‪.‬‬ ‫‪ -2‬اخلواص املركزة (‪ :)Intensive Properties‬وتشمل جميع‬ ‫اخلواص التي التعتمد على كمية املادة املوجودة في النظام مثل الضغط‬ ‫ودرجة احلرارة والكثافة واحلرارة النوعية ‪ ...‬الخ‪.‬‬ ‫مما تقدم يالحظ ان االنثالبي دالة حالة وهي خاصية شاملة النها تعتمد‬ ‫على كمية املادة‪ .‬فالتغير في انثالبي تفاعل ‪ 2 mole‬من مادة يساوي ضعف‬ ‫التغير في انثالبي تفاعل ‪ 1 mole‬من املادة نفسها‪.‬‬

‫‪ 8-3‬الكيمياء الحرارية ‪Thermochemistry‬‬

‫عندمــــــــــــا ُتكتب كلمة‬ ‫الطاقة (‪ )Energy‬في جهة‬ ‫املتفاعالت فالتفاعل ماص‬ ‫للحرارة‪ .‬وعندمــــــا ُتكتب‬ ‫كلمة الطاقـــة (‪)Energy‬‬ ‫في جهة النواجت فالتفاعل‬ ‫باعث للحرارة‪.‬‬

‫‪92‬‬

‫علم يهتم بدراسة احلرارة املمتصة (‪ )Absorbed heat‬واملنبعثة‬ ‫واملتحررة (‪ )Evolved heat‬نتيجة التغيرات الفيزيائية والكيميائية‪ ،‬أو‬ ‫مبعنى أبسط تهتم الكيمياء احلرارية بحساب انثالبي التفاعالت الكيميائية‬ ‫والتغيرات الفيزيائية‪ .‬وكما اشرنا سابق ًا اذا كانت قيم ‪ ∆Hr‬سالبة فالتفاعل‬ ‫يكون باعث للحرارة‪ ،‬اما عندما تكون موجبة فالتفاعل ماص للحرارة‪ .‬فاذا‬ ‫اعتبرنا ان التفاعل هو النظام‪ ،‬فالتفاعل الباعث للحرارة يحول الطاقة احلرارية‬ ‫من النظام الى احمليط وكما هو في التفاعل الكيميائي والتغيير الفيزيائي‬ ‫االتيني‪:‬‬ ‫تفاعل كيميائي‬ ‫تغير فيزيائي‬

‫‪2H2O(l) + Energy‬‬ ‫‪+ Energy‬‬

‫)‪2H2(g) + O2(g‬‬

‫ )‪H2O(l‬‬

‫ )‪H2O(g‬‬

‫اما التفاعل املاص للحرارة ففيه ميتص النظام الطاقة احلرارية من احمليط وكما‬ ‫هو في التفاعل الكيميائي والتغيير الفيزيائي االتيني‪:‬‬ ‫تفاعل كيميائي )‪2Hg(l) + O2(g‬‬

‫‪2HgO(s) + Energy‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫‪H2O(s) + Energy‬‬

‫تغير فيزيائي‬

‫طاقة‬

‫‪∆H < 0‬‬

‫‪∆H > 0‬‬

‫‪∆H = -‬‬

‫‪∆H = +‬‬

‫تفاعالت باعثة وماصة للحرارة‬

‫‪ 9-3‬قياس انثالبي التفاعل‬ ‫يستخدم لقياس حرارة التفاعل (انثالبي‬ ‫التفاعل) املمتصة او املتحررة في التفاعل‬

‫طاقة‬

‫التفاعل املاص للحرارة‬ ‫فيه ميتص النظام احلرارة‬ ‫من احمليط‬

‫التفاعل الباعث للحرارة‬ ‫فيه يحرر النظام احلرارة‬ ‫الى احمليط‬

‫محرار‬

‫الكيميائي عند ثبوت الضغط جهاز يسمى‬ ‫املسعر (‪ .)Calorimeter‬توضع فيه‬ ‫كميات معروفة من املواد املتفاعلة‪ .‬يتكون‬

‫غطاء مطاطي‬

‫املسعر من وعاء للتفاعل مغمور في كمية‬ ‫معينة من املاء (معروفة الكتلة) موجودة في‬

‫وعاء مطاطي‬

‫وعاء معزول عز ًال جيداً‪ .‬ويوضح الشكـــل‬ ‫(‪ )2-3‬املسعر احلراري املستخدم لقياس‬ ‫انثالبي التفاعالت‪ .‬ومبا ان احلرارة املتحررة‬ ‫من التفاعل ترفع درجة حرارة املاء واملسعر‬ ‫لذا ميكن قياس كميتها من الزيادة في درجة‬ ‫احلرارة اذا كانت السعة احلرارية للمسعر‬ ‫ومحتوياته معروفة‪.‬‬

‫ماء‬

‫عمود زجاجي للتحريك‬ ‫بيكر‬ ‫الشكل ‪2-3‬‬ ‫المسعر الحراري المستخدم‬ ‫لقياس انثالبي التفاعالت تحت‬ ‫ضغط ثابت‪.‬‬

‫‪93‬‬

‫مثال ‪2-3‬‬ ‫باستخدام املسعر املوضح في الشكل (‪ ،)2-3‬وضعت ‪ 3 g‬من مركب‬ ‫الكلوكوز (‪ )C6H12O6‬الكتلة املولية للكلوكوز (‪)180 g/mole‬‬ ‫في وعاء العينة ثم ملئ وعاء التفاعل بغاز االوكسجني‪ .‬وضع هذا الوعاء‬ ‫داخـــل الـــوعاء املعزول الــذي ملئ بكميــة ‪ 1200 g‬من املاء (احلــــــــرارة‬ ‫النوعيــة للمــــاء ‪ ) 4.2 J/g.̊C‬وكانت درجة احلرارة االبتدائية تساوي‬ ‫‪ . 21.0̊C‬احرق بعد ذلك املزيج وعند قياس درجة احلرارة وجد ان التفاعل‬ ‫رفع درجة حرارة املسعر ومحتوياته الى ‪ .25.5̊C‬احسب كمية احلرارة‬ ‫املتحررة بوحدة ‪ kJ‬نتيجة احتراق ‪ 1 mole‬من الكلوكوز‪ .‬على فرض ان‬ ‫السعة احلرارية للمسعر مهملة‪.‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫التغير في درجات احلرارة‬ ‫‪∆T = )Tf -Ti(̊C = )25.5-21.0(̊C = 4.5̊C‬‬ ‫ميكن إيجاد كمية احلرارة باستخدام العالقة التالية الن السعة احلرارية للمسعر‬ ‫مهملة‪.‬‬ ‫(‪q )J( = ς )J/g .̊C( × m )g(× ∆T)̊C‬‬ ‫̊ ‪q )J( = 4.2 ) J/g‬‬ ‫‪. C( × 1200 )g( × 4.5 )̊C( = 22680 J‬‬ ‫ومبا اننا نريد حساب احلرارة املتحررة فإن هذه الكمية من احلرارة يجب أن‬ ‫تكون سالبة‪ ،‬أي تساوي(‪ .)- 22680 J‬ولكوننا نحتاج احلرارة املتحررة‬ ‫من احتراق ‪ 1 mole‬من الكلوكوز فيجب ان نقسم هذه احلرارة على عدد‬ ‫املوالت املكافئة في ‪ 3 g‬من الكلوكوز‪ .‬ونستخدم لهذا الغرض العالقة التي‬ ‫تربط عدد املوالت (‪ )n‬مع الكتلة (‪ )m‬والكتلة املولية (‪.)M‬‬ ‫(‪m )g‬‬ ‫(‪3 )g‬‬ ‫‪ = 0.017 mol‬ـــــــــــــــــــــــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــــــــ = (‪n )mol‬‬ ‫(‪M )g/ mol( 180 )g/ mol‬‬ ‫لذا فاحلرارة املتحررة من احتراق ‪ 1 mole‬من الكلوكوز تساوي‪:‬‬

‫‪94‬‬

‫‪-22680 J‬‬ ‫‪ = - 1334118 J/ mol‬ـــــــــــــــــــــــــــــ = ‪q‬‬ ‫‪0.017 mol‬‬ ‫وطاملا ان هذه احلرارة مت قياسها في املسعر املفتوح حتت تاثير الضغط اجلوي‬ ‫اي بثبوت الضغط فمعنى انها متثل انثالبي التفاعل اي ‪:‬‬ ‫‪∆H = qP = - 1334118 J/ mol‬‬

‫مترين ‪2-3‬‬

‫اذا مت حرق ‪ 3 g‬من مركب‬ ‫والوحدة ‪ J/ mol‬هي وحدة االنثالبي‪ .‬واليجادها بوحدة ‪ kJ‬حتول وحدة ‪ J‬الهيدرازين (‪( )N2H4‬كتلته املولية‬ ‫الى ‪ kJ‬وحسب االتي‪:‬‬ ‫تساوي ‪ )32 g/mole‬في مسعر‬

‫(‪1 )kJ‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــ × (‪∆H )kJ/mol( = ∆H )J/ mol‬‬ ‫(‪1000 )J‬‬ ‫(‪1 )kJ‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــ × (‪∆H )kJ/mol( = - 1334118 )J/ mol‬‬ ‫(‪1000 )J‬‬ ‫‪= - 1334 kJ/mol‬‬

‫مفتوح يحتوي على ‪ 1000 g‬من املاء‬ ‫(احلرارة النوعية للماء (‪)4.2 J/g.̊C‬‬ ‫فإن درجة احلرارة ترتفع من ‪24.6̊C‬‬ ‫الى‬

‫‪ .28.2̊C‬احسب احلرارة‬

‫املتحررة نتيجـــــــة االحتراق واالنثالبي‬ ‫الحتراق ‪ 1 mole‬من الهيدرازين‬

‫بوحــدة ‪ kJ/mol‬على افتراض ان‬

‫لذا فكمية احلرارة‪ ،‬اي‪ :‬انثالبي احتراق مول واحد من الكلوكوز تساوي السعة احلرارية للمسعر مهملة‪.‬‬

‫‪. - 1334 kJ/mol‬‬

‫ج‪- 161 kJ/mol :‬‬

‫‪ 10-3‬المعادلة الكيميائية الحرارية‬

‫تختلف كتابة املعادلة الكيميائية احلرارية (التي تعبر عن التفاعالت‬ ‫الكيميائية والتغيرات الفيزيائية) عن كتابة املعادالت الكيميائية االخرى‪.‬‬ ‫فالبد للمعادلة الكيميائية احلرارية ان تبني ما يأتي‪:‬‬ ‫‪ - 1‬اشارة التغير في االنثالبي املصاحبة للتفاعل الكيميائي او التغير‬ ‫الفيزيائي اي ان تكون ذات اشارة سالبة او موجبة‪ .‬فاالشارة املوجبة‬ ‫لالنثالبي تعني ان التفاعل او العملية ماصة للحرارة‪ .‬فعلى سبيل املثال‪،‬‬ ‫يعبر عن عملية انصهار اجلليد‪:‬‬ ‫(‪H2O)s‬‬ ‫(‪H2O)l‬‬ ‫‪∆H = 6 kJ/mol‬‬ ‫وهذا يعني انه يتم امتصاص حرارة مقدارها ‪ 6 kJ/mol‬عند درجة حرارة‬ ‫‪ 25̊C‬وضغط ‪ .1 atm‬وميكن تضمني احلرارة املمتصة في املعادلة احلرارية‬ ‫نفسها بوضعها مع املواد املتفاعلة (الطرف االيسر للتفاعل) وعلى الشكلاالتي‪:‬‬

‫‪95‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫‪H2O(s)+ 6 kJ/mol‬‬

‫اما االشارة السالبة لالنثالبي فانها تعني ان العملية باعثة للحرارة‪ .‬فعلى‬ ‫سبيل املثال‪ ،‬التفاعل االتي‪:‬‬ ‫)‪CH4(g) + 2O2(g‬‬

‫‪CO2(g) + 2H2O (l) ∆H = -890 kJ/mol‬‬

‫وهذا يعني انه مت حترر (انبعاث) حرارة مقدارها ‪ 890 kJ/mol‬عند حرق‬ ‫‪ 1 mole‬من غاز امليثان عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫وعندما تكون احلرارة منبعثة في التفاعل احلراري فيمكن كتابتها ضمن‬ ‫التفاعل الكيميائي مع النواجت ‪ ،‬فالتفاعل اعاله ميكن اعادة كتابته على‬ ‫الصورة االتية‪:‬‬ ‫‪CO2(g) + 2H2O (l) + 890 kJ/mol‬‬

‫تفاعل باعث للحرارة‬

‫ = ‪∆H‬‬‫انصهار الجليد ماص للحرارة‬ ‫وتفاعل احتراق الميثان تفاعل باعث‬ ‫للحرارة‪.‬‬

‫‪96‬‬

‫طاقة‬

‫‪∆H < 0‬‬

‫تفاعل ماص للحرارة‬

‫‪= + 6 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫طاقة‬

‫‪= -890 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫)‪CH4(g) + 2O2(g‬‬

‫‪∆H > 0‬‬ ‫‪∆H = +‬‬

‫‪ - 2‬يجب ذكر احلالة الفيزيائية للمواد الداخلة في التفاعل والناجتة منه‬ ‫وتستخدم لهذا الغرض عادة حروف هي ‪( s‬من ‪ solid‬وتعني صلب)‬ ‫و ‪( l‬من ‪ liquid‬وتعني سائل) و ‪( g‬من ‪ gas‬وتعني غاز) و ‪( aq‬من‬ ‫‪ aqueous‬وتعني “محلول مائي”)‪ .‬ويعود السبب في ذلك الن كمية‬ ‫احلرارة املمتصة او املتحررة تتغير بتغير احلالة الفيزيائية ملواد التفاعل‪،‬‬ ‫واملثال التالي يوضح ذلك‪:‬‬

‫‪H2O(l) ∆H= -286 kJ/mol‬‬

‫‪1‬‬ ‫)‪ O2(g‬ــــ ‪H2(g) +‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪H2O(g) ∆H = -242 kJ/mol‬‬

‫‪1‬‬ ‫)‪ O2(g‬ــــ ‪H2(g) +‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪ - 3‬اذا مت عكس العملية (تفاعل كيميائي او تغير فيزيائي) فاشارة انثالبي‬ ‫التفاعل تتغير من املوجب للسالب اذا كانت اشارتها موجبة في االصل‪،‬‬ ‫ومن السالب للموجب اذا كانت اشارتها سالبة في االصل‪.‬‬ ‫)‪H2O(s‬‬ ‫)‪H2O(l‬‬ ‫‪∆H = 6 kJ/mol‬‬ ‫‪∆H = -6 kJ/mol‬‬

‫)‪H2O(s‬‬

‫انتبه !‬

‫ان الفقرة (‪ )3‬هي احدى‬

‫تطبيقات قانون البالس‪.‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫‪ - 4‬عند ضرب أو قسمة طرفي املعادلة مبعامل عددي معني يجب ان جتري‬ ‫نفس العملية على قيمة االنثالبي‪.‬‬ ‫)‪H2O(s‬‬ ‫)‪H2O(l‬‬ ‫‪∆H= 6 kJ/mol‬‬ ‫‪∆H = 2 × 6 kJ/mol = 12 kJ/mol‬‬

‫)‪2H2O(l‬‬

‫)‪2H2O(s‬‬

‫‪ 11-3‬انثالبي التفاعل القياسية ‪Standard Enthalpy of Reaction‬‬ ‫عندما يتم قياس قيمة االنثالبي عند ظروف قياسية والتي هي درجة حرارة‬ ‫‪ )298 K( 25̊C‬وضغط ‪ ،1 atm‬تسمى القيمة املقاسة باالنثالبي‬ ‫̊‪ .∆H‬والبد هنا ان نشير الى عدم االلتباس‬ ‫القياسية للتفاعل ويرمز لها بالرمز‬ ‫‪r‬‬ ‫مع الظروف القياسية التي اشرنا لها في السنوات السابقة عند دراستنا للغازات‬ ‫ورمزنا لها بالرمز (‪)Standard Temperture and Pressure‬‬ ‫(‪ )STP‬والتي هي درجة حرارة ‪ )273 K( 0̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫لنكتب االن تفاع ً‬ ‫ال حراري ًا يشتمل على جميع النقاط التي اشير اليها اعاله ‪.‬‬ ‫̊‪5CO2(g) + 6H2O(l) ∆H‬‬ ‫‪= -3523 kJ/mol‬‬ ‫‪r‬‬

‫)‪C5H12(l) + 8O2(g‬‬

‫والتي نقرأها على الصورة اآلتية‪:‬‬ ‫ان مول واحد من البنتان السائل ‪ C5H12‬مت حرقة مع ‪ 8‬مول من غاز االوكسجني‬

‫‪97‬‬

‫لينتج ‪ 5‬مول من ثنائي اوكسيد الكاربون الغاز و ‪ 6‬مول من املاء السائل‬ ‫وحتررت حرارة مقدارها ‪ 3523 kJ‬من عملية احلرق عند ظروف قياسية هي‬ ‫‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬

‫‪ 12-3‬انواع االنثالبيات‬ ‫‪ 1-12-3‬انثالبي التكوين القياسية‬

‫‪Standard Enthalpy of Formation‬‬

‫̊‪ f( ∆H‬من ‪formation‬‬ ‫يرمز إلنثالبي التكوين القياسية بالرمز‬ ‫‪f‬‬ ‫وتعني تكوين) وتعرف بانها احلرارة الالزمة لتكوين مول واحد من اي‬ ‫مركب من عناصره االساسية املتواجدة بأثبت صورها في الظروف القياسية‬ ‫‪ 25̊C‬وضغط ‪ .1 atm‬ونعني العناصر بأثبت صورها اي حالتها‬ ‫القياسية عند الظروف القياسية املشار اليها‪ .‬فالهيدروجني تكون حالته‬ ‫الغازية هي الصورة االثبت والزئبق السائل واملغنسيوم الصلب هي الصور‬ ‫االثبت النها متثل احلاالت املوجودة حتت الظروف القياسية ‪ 25̊C‬وضغط‬ ‫‪ .1 atm‬توجد لبعض العناصر اكثر من صورة في الظروف القياسية‪ ،‬مثال‬ ‫ذذلك فعنصر الكاربون ميكن ان يوجد على شكل كرافيــــــــت (‪graphi‬‬ ‫‪ )ite‬وماس (‪ ،)diamond‬ولكن يعتبر الكرافيت هو الصورة االثبت‪،‬‬ ‫والكبريت ميكن ان يوجد على صورة كبريت معينـــــــــي (‪)Srhombic‬‬ ‫وكبريت موشـــــــــــوري (‪ )Sorthorhombic‬لكن املعيني هو االثبت‪.‬‬ ‫ومن املتفق عليه (حسب االحتاد الدولي للكيمياء الصرفة والتطبيقية‬ ‫̊‪ ∆H‬جلميع العناصر في حالتها القياسية (اثبت‬ ‫‪ )IUPAC‬ان قيمة‬ ‫‪f‬‬ ‫صورة للعنصر) تساوي صفراً‪.‬‬ ‫‪(Element) = 0 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f‬‬

‫حيث ان (‪ )Element‬تعني عنصراً‪.‬‬

‫فطاملا ان االوكسجني الغاز هو أثبت صورة لالوكســــــــجني فقيمة‬ ‫‪(O ) = 0 kJ/mol‬‬ ‫̊‪ ∆H‬وكاربـــــــــــــــــــــون الكرافــــــــــــــــيت‬ ‫‪f‬‬ ‫‪2‬‬ ‫(‪ )graphite‬هو اثبت صورة من كاربون املاس (‪ )diamond‬لذا‬ ‫̊‪ ∆H‬وهكذا‪ .‬واالمثلة التالية توضح‬ ‫‪(C(graphite)) = 0 kJ/mol‬‬ ‫‪f‬‬

‫معادالت التكوين لبعض املواد ‪:‬‬

‫‪98‬‬

‫‪(H O )= - 286 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫)‪2 (l‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪(H PO ) = - 128 kJ/mol‬‬ ‫̊‪H3PO4(s) ∆H‬‬ ‫‪3‬‬ ‫)‪4(s‬‬ ‫‪f‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫‪ P‬ــــ‪ H +2O + 1‬ــــ‪3‬‬ ‫)‪2(g‬‬ ‫)‪4 4(s‬‬ ‫)‪2 2(g‬‬

‫‪(MgCl ) = - 642 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫)‪2(s‬‬ ‫‪f‬‬

‫)‪MgCl2(s‬‬

‫‪(CO ) = - 394 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫)‪2(g‬‬ ‫‪f‬‬

‫)‪CO2(g‬‬

‫اجلدول قيم انثالبي التكوين‬ ‫̊‪ ∆H‬لبعض املركبات‬ ‫القياسية‬ ‫‪f‬‬

‫‪1‬‬ ‫)‪ O2(g‬ــــ ‪H2(g) +‬‬ ‫‪2‬‬

‫)‪Mg(s) + Cl2(g‬‬ ‫)‪C(graphite) + O2(g‬‬

‫̊‪ ∆H‬لبعض املركبات الكيميائية‪ .‬نالحظ‬ ‫يبني اجلدول (‪ )2-3‬قيم‬ ‫‪f‬‬ ‫دائما ظهور كسور في املعادلة احلرارية‪ ،‬ويعود ذلك بسبب كتابة املعادلة قيم انثالبي التكوين القياسية‬ ‫الكيميائية التي متثل تكوين مول واحد من املركب املراد تكوينه‪ .‬لذا نلجأ‬ ‫̊‪ ∆H‬لبعض املركبات‬ ‫‪f‬‬ ‫لتغيير عدد موالت املواد املتفاعلة‪.‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫املادة ‬ ‫‪f‬‬ ‫يجب االنتباه الى أن املعادلة احلرارية التي حتقق شروط االنثالبي القياسية‬ ‫(‪)kJ/ mol‬‬ ‫ ‬ ‫̊‪ ∆H‬متثل تكون مول واحد من املادة ومن عناصرها االساسية‬ ‫للتكوين‬ ‫‪-32‬‬ ‫)‪Ag2S(s‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪-1219‬‬ ‫باثبت صورها‪ .‬لكن يجب ان نتذكر ان حرارة التفاعل القياسية لتفاعل ما )‪BaCO3(s‬‬ ‫̊‪ .∆H‬فعلى سبيل املثال‪،‬‬ ‫̊‪ ∆H‬قد ال تساوي حرارة التكوين القياسية‬ ‫‪-795‬‬ ‫)‪CaCl2(s‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪r‬‬ ‫̊‪ ∆H‬للتفاعل التالي الباعث للحرارة تساوي ‪.-72 kJ‬‬ ‫جند ان‬ ‫‪-75‬‬ ‫‪CH‬‬ ‫‪r‬‬ ‫اجلدول ‪2-3‬‬

‫)‪4(g‬‬

‫)‪CH3OH(l‬‬ ‫)‪H2(g) + Br2(g‬‬ ‫̊‪2HBr(g) ∆H‬‬ ‫‪= -72 kJ‬‬ ‫)‪CO2 (g‬‬ ‫‪r‬‬ ‫)‪C2H2 (g‬‬ ‫وعند النظر لهذه املعادلة جند ان مولني من ‪ HBr‬قد تكون نتيجة هذا التفاعل‪.‬‬ ‫)‪C4H10 (g‬‬ ‫لذا فان نصف احلرارة اي ‪ -36 KJ‬يجب ان تنبعث عندما يتكون مول واحد )‪CuSO4 (s‬‬ ‫من ‪ HBr‬من عناصرها االساسية ب‪B‬ثيت صورها لذا فأنثالبي التكوين )‪KClO3 (s‬‬ ‫القياسية للمركب ‪ HBr‬تساوي ‪:‬‬ ‫)‪MgSO4 (l‬‬ ‫)‪H2O(l‬‬ ‫‪ ∆H̊ = -72‬ــــ‪(HBr) = 1‬‬ ‫‪ kJ/mol = -36 kJ/mol‬ــــــ‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫)‪H2O(g‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫)‪HNO3 (l‬‬ ‫وهذا مت استنتاجه من قسمة طرفي املعادلة على ‪2‬‬ ‫)‪HBr(g‬‬ ‫ــــ‪1‬‬ ‫ــــ‪1‬‬ ‫)‪H + Br2(g‬‬ ‫)‪HBr(g‬‬ ‫)‪HI(g‬‬ ‫‪2 2(g) 2‬‬

‫‪-239‬‬ ‫‪-394‬‬ ‫‪+227‬‬ ‫‪-125‬‬ ‫‪-770‬‬ ‫‪-391‬‬ ‫‪-1278‬‬ ‫‪-286‬‬ ‫‪-242‬‬ ‫‪-173‬‬ ‫‪-36‬‬ ‫‪+26‬‬

‫‪99‬‬

‫مثال‪3-3‬‬ ‫اذا علمت ان انثالبي التكوين القياسية للبنزين ‪ C6H6‬تساوي‬ ‫‪∆H̊ )C H ( = 49 kJ/mol‬اكتب املعادلة الكيميائية احلرارية‬ ‫مترين ‪3-3‬‬ ‫‪6 6‬‬ ‫‪f‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‬ ‫̊‪ ∆H‬مساوية الى ‪.∆Hf C6H6‬‬ ‫للتفاعل بحيث تكون‬ ‫‪r‬‬ ‫اذا علمت ان حرارة التكوين‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫الكبريتيك‬ ‫حلامض‬ ‫القياســــية‬ ‫البد ان يتكون مول واحد من ‪ C6H6‬من عناصره االساسية باثبت صورها عند‬ ‫( ‪)H SO‬‬ ‫̊‪ ∆H‬تســــــــــــا و ي‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪f‬‬ ‫الظروف القياسية ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫( ‪ . )- 8 1 1 1 k J / m o l‬ا كتب‬

‫املعادلة الكيميائية احلرارية للتفاعل‬ ‫(‪C6H6 )l‬‬ ‫̊‪ ∆H‬مساوية الى ‪= ∆H̊ )C6H6( = 49 kJ/mol‬‬ ‫بحيث تكون ‪r‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪6C)graphite( +3H2)g‬‬

‫‪f‬‬

‫( ‪. ∆H̊)H SO‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪f‬‬

‫مثال ‪4-3‬‬ ‫اي من التفاعالت التالية تساوي قيمة انثالبي التفاعل القياسية‬ ‫مترين ‪4-3‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫̊‪ ∆H‬للمركبات املتكونة‪.‬‬ ‫احسب انثالبي التفاعل القياسية لها الى قيمة انثالبي التكوين القياسية‬ ‫‪f‬‬ ‫̊‪ ∆H‬للتفاعل التالي اذا علمت‬ ‫‪r‬‬ ‫القياسية‬ ‫التكوين‬ ‫انثالبي‬ ‫ان‬ ‫(‪)1( 4Fe)s( + 3O2)g‬‬ ‫‪2Fe2O3)s( ∆H̊= 1625 kJ‬‬ ‫لفلوريد الهيدروجني (‪)HF‬تساوي‬ ‫‪∆H̊)HF( = -271 kJ/mol‬‬ ‫‪f‬‬

‫(‪2HF)g‬‬

‫(‪H2)g( +F2)g‬‬

‫ج‪-542 kJ/mol :‬‬

‫‪r‬‬

‫‪= - 394 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪= 283 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪CO2)g‬‬ ‫(‪CO2)g‬‬

‫(‪)2( C)graphite( + O2)g‬‬ ‫‪1‬‬ ‫(‪ O2)g‬ــــ ‪)3( CO)g( +‬‬ ‫‪2‬‬

‫احلــــل‪:‬‬ ‫التفاعل (‪ )1‬ال تساوي انثالبي التفاعل القياسية له الى انثالبي التكوين‬ ‫مترين ‪5-3‬‬ ‫احسب انثالبي التفاعل القياسية القياسية للمركب ‪ Fe2O3‬الن الناجت هو ‪.2 mole‬‬ ‫التفاعل (‪ )2‬تساوي انثالبي التفاعل القياسية له الى انثالبي التكوين القياسي‬ ‫للتفاعل االتي‪:‬‬ ‫‪ 4Al +3O‬للمركب ‪ CO2‬وذلك النه يحقق الشرطني بتكوين مول واحد من ‪ CO2‬من‬ ‫(‪2Al2O3)s‬‬ ‫(‪)s‬‬ ‫(‪2)g‬‬ ‫عناصره االساسية باثبت صورها‪.‬‬ ‫‪= ? kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫اذا علمت ان حرارة التكوين القياسية التفاعل (‪ )3‬ال تساوي ̊‪ ∆H‬له الى( ‪)CO‬‬ ‫̊‪ ∆H‬وذلك الن املواد‬ ‫(‪2)g‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪r‬‬ ‫الوكســـــــــــــــــــــــــــــــــــيد االملنيوم املتفاعلة ليست عناصر باثبت صورها‪.‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f Al2O3 = - 1670kJ/mol‬‬

‫ج‪-3340 kJ:‬‬

‫‪100‬‬

‫‪ 2-12-3‬انثالبي االحتراق القياسية‬

‫‪Standard Enthalpy of Combustion‬‬

‫تشمل تفاعالت االحتراق تفاعل املواد (الوقود) مع االوكسجني‪ .‬ففي‬ ‫االنظمة البايولوجية ُي َعدُّ الغذاء هو الوقود وعند حرقه داخل اجلسم تتحول املواد‬ ‫الكاربوهيدراتية الى سكر الكلوكوز لتزويد اجلسم بالطاقة‪ .‬واحدى طرائق تدفئة‬ ‫املنازل او طبخ الغذاء هي حرق غاز البيوتان‪ .‬ان حرق مول واحد من غاز البيوتان‬ ‫يحرر ‪ -2873 kJ‬من الطاقة حسب املعادلة االتية‪:‬‬

‫‪13‬‬ ‫)‪ O2(g‬ــــ ‪C4H10(g) +‬‬ ‫‪2‬‬

‫̊‪4CO2(g) + 5H2O(l) ∆H‬‬ ‫‪r = -2873 kJ/mol‬‬

‫معظم السيارات تسير نتيجة حلرق الكازولني في محركاتها‪ .‬ويعبر عن الكازولني‬ ‫على االغلب بسائل االوكتان (‪ .)C8H18‬ان حرق مول واحد من االوكتان يحرر‬ ‫‪ 5471 kJ‬من الطاقة‪.‬‬

‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r = - 5471 kJ/mol‬‬

‫)‪8CO2(g) + 9H2O (l‬‬

‫)‪ O2(g‬ــــ‬ ‫‪C8H18 (l) + 25‬‬ ‫‪2‬‬

‫ومثال آخر لتفاعالت االحتراق هو التفاعل احلاصل بني الهيدروجني‬ ‫واالوكسجني‪.‬‬ ‫ــــ‪1‬‬ ‫)‪H2(g) + O2(g‬‬ ‫̊‪H2O(l) ∆H‬‬ ‫‪= - 286 kJ/mol‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪2‬‬

‫يزود احتراق الهيدروجني الطاقة التي ترفع سفن الفضاء الى القمر‪.‬‬ ‫̊‪ c( ∆H‬من ‪combustion‬‬ ‫يرمز النثالبي االحتراق القياسية بالرمز‬ ‫‪c‬‬ ‫وتعني احتراق) وتعرف بانها احلرارة املتحررة من حرق مول واحد من اي مادة‬ ‫حرق ًا تام ًا مع االوكسجن عند الظروف القياسية من درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط‬ ‫‪ .1 atm‬يبني اجلدول (‪ )3-3‬قيم انثالبي االحتراق القياسية لبعض العناصر‬ ‫واملركبات الكيميائية‪.‬‬ ‫من املفيد أن نذكر أن نواجت حرق العناصر مع االوكسجني يؤدي الى تكوين‬ ‫أكاسيدها‪ .‬اما حرق املواد العضوية الشائعة فينتج عنها غاز ثنائي أوكسيدالكاربون‬ ‫واملاء السائل باعث ًا حرارة نتيجة هذا االحتراق‪ .‬فعلى سبيل املثال عند حرق‬ ‫الكلوكوز ‪ C6H12O6‬داخل جسم الكائن احلي يزود اجلسم بالطاقة الكافية ليقوم‬ ‫مبهامه احليوية‪.‬‬

‫̊‪6CO2(g)+ 6H2O(l) ∆H‬‬ ‫‪r = - 2808 kJ/mol‬‬

‫)‪C6H12O6 (s)+ 6O2(g‬‬

‫̊‪ ∆H‬وانثالبي‬ ‫ان الشرط االساسي لتساوي انثالبي التفاعل القياسية ‪r‬‬ ‫̊‪ ∆H‬هي حرق مول واحد من املادة مع كمية وافية من‬ ‫االحتراق القياسية ‪c‬‬ ‫االوكسجني‪ .‬ان جميع تفاعالت االحتراق هي تفاعالت باعثة للحرارة‪.‬‬

‫‪101‬‬

‫مثال ‪5-3‬‬ ‫مترين ‪6-3‬‬ ‫اكتب املعادلة الكيميائية احلرارية حلرق الكحول االثيلي السائل‬ ‫اكتبت تفاعل احتــــــــــــــــراق غاز ((‪ .)C2H5OH)l‬اذا علمت ان‬ ‫البروبان (‪ )C3H8‬اذا علمت ان‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪c C2H5OH )l( = -1367 kJ/mol‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪c C3H8 = -2219 kJ/mol‬‬ ‫احلـــل‪:‬‬ ‫يحرق مول واحد من كحول االثيل السائل ((‪ )C2H5OH)l‬مع كمية‬ ‫وافية من ‪ O2‬ليبعث حرارة مقدارهـــا ‪.-1367 kJ/mol‬‬ ‫(‪C2H5OH)l( + 3O2)g‬‬ ‫(‪2CO2)g( + 3H2O)l‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪c C2H5OH)l( = -1367 kJ/mol‬‬

‫‪ 3-12-3‬انثالبي التغيرات الفيزيائية‬

‫‪Enthalpy of physical changes‬‬

‫تعرفنا في دراستنا السابقة بان حاالت املادة تتغير من طور الى طور‬ ‫آخر‪ .‬فالتحول من احلالة السائلة الى احلالة الغازية تســـــــمى عملية التبخر‬ ‫اجلدول ‪3-3‬‬ ‫(‪ .)vaporization‬وتسمى احلرارة الالزمة لتبخر مول واحد من اي مادة‬ ‫قيم انثالبي االحتراق القياسية بانثالبي التبخر ويرمز لها ‪ vap( ∆Hvap‬من ‪ vaporization‬وتعني‬ ‫̊‪ ∆H‬لبعض العناصر واملركبات تبخر)‪ .‬فمث ً‬ ‫ال يتبخر مول واحد من املاء السائل الى بخار املاء ممتص ًا حرارة‬ ‫‪c‬‬ ‫مقدارها ‪ 44 kJ‬وحسب املعادلة االتية‪:‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫املادة‬ ‫‪c‬‬ ‫‪vaporization‬‬ ‫‪kJ/ mol‬‬ ‫(‪H2O)l‬‬ ‫‪H2O)g( ∆Hvap = 44 kJ/mol‬‬ ‫(‪C12H22O11)s‬‬ ‫(‪C8H18)l‬‬ ‫(‪C6H12O6)s‬‬ ‫(‪C3H8)g‬‬ ‫(‪CH4)g‬‬

‫‪-5644‬‬

‫‪ -5471‬وعكس هذا التفاعل هو التكثيف اي حتول بخار املاء الى سائل‪ .‬يرمز النثالبي‬ ‫‪ -2808‬التكثيف بالرمز ‪ cond( ∆Hcond‬من ‪ condensation‬وتعني تكثيف)‪.‬‬ ‫‪ -2219‬ومبا ان هذا التفاعل هو عكس عملية التبخر لذلك فقيمة ‪ ∆Hcond‬للماء‬ ‫‪ -891‬هي نفسها ‪ ∆Hvap‬وبعكس االشارة‪.‬‬

‫(‪C)graphite‬‬

‫‪-394‬‬

‫(‪H2)g‬‬

‫‪-286‬‬

‫(‪C2H5OH)l‬‬

‫‪-1367‬‬

‫(‪C2H4)g‬‬ ‫(‪S)rhombic‬‬ ‫(‪NH3)g‬‬

‫‪∆Hcond= - 44kJ/mol‬‬

‫وهناك عملية فيزيائيةاخرى هي انتقال حالة املادة من الطور الصلب الى‬ ‫‪ -1411‬الطور السائل وتسمى عملية االنصهار (‪ )Fusion‬ويرمز للحرارة الالزمة‬ ‫‪ -298‬النصهار مول واحد من اي مادة صلبة وحتولها الى الطور السائل بانثالبي‬ ‫‪ -383‬االنصهار ‪ fus( ∆Hfus‬من ‪ fusion‬وتعني انصهار)‪ .‬فانصهار مول واحد‬ ‫من اجلليد الى املاء السائل يجري بامتصاص حرارة مقدارها ‪.6 kJ/mol‬‬ ‫‪∆Hfun = 6 kJ/mol‬‬

‫‪102‬‬

‫(‪H2O)l‬‬

‫‪condesation‬‬

‫(‪H2O)g‬‬

‫(‪H2O)l‬‬

‫‪fusion‬‬

‫(‪H2O)s‬‬

‫وعكس عملية االنصهار هي التبلور (االجنماد) (‪)crystallization‬‬ ‫ويرمز النثالبي االجنماد او التبلور بالرمــــــــــز ‪ cryst( ∆Hcryst‬من‬ ‫‪ crystallization‬وتعني التبلور)‪ .‬والجنماد مول واحد من املاء اي حتوله‬ ‫من الطور السائل الى الطور الصلب ميكن متثيله باملعادلة االتية ‪:‬‬ ‫‪H2O)s( ∆Hcryst = -6 kJ/mol‬‬

‫‪crystallization‬‬

‫(‪H2O)l‬‬

‫وملخص ملا جاء اعاله ميكن كتابة العالقات االتية‪:‬‬ ‫‪ ∆Hfus = - ∆Hcryst‬و ‪∆Hvap = - ∆Hcond‬‬ ‫تكون انثالبي التبخر واالنصهار جميعها ذات قيم موجبة اي انها حرارة ممتصة‪.‬‬ ‫بينما تكون انثالبي التكثيف واالجنماد ذات قيم سالبة‪ ،‬اي‪ :‬انها حرارة منبعثة‪.‬‬ ‫مثال ‪6-3‬‬ ‫اذا علمت ان انثالبي التبخر لالمونيا تساوي ‪ . 23 kJ/mole‬احسب‬ ‫انثالبي التكثيف لالمونيا‪.‬‬ ‫احلـــل‪:‬‬ ‫معادلة التبخر لالمونيا تكتب على الصورة االتية ‪:‬‬ ‫‪∆HVap = 23 kJ/mol‬‬

‫(‪NH3)l( vap. NH3)g‬‬

‫ومبا ان عملية التكثيف هي عكس عملية التبخر اي ان ‪:‬‬ ‫(‪NH3)g( cond. NH3)l‬‬ ‫‪∆Hcond = - ∆Hvap = - 23 kJ / mol‬‬

‫مترين ‪7-3‬‬ ‫اذا علمت ان انثالبي االنصهار‬ ‫حلامض اخلليك (‪)CH COOH‬‬ ‫‪3‬‬ ‫الثلجي ‪ .5.11 kJ/mole‬احسب‬ ‫انثالبي االجنماد لهذا احلامض‪.‬‬ ‫ج ‪-5.11 kJ/mol :‬‬

‫‪ 13-3‬طرائق حساﺏ انثالبي التفاعل القياسية‬ ‫‪ 1-13-3‬طريقة استخدام قانون هيس‬

‫هنالك العديد من املركبات الكيميائية ال ميكن تصنيعها بشكل مباشر من‬ ‫عناصرها وذلك السباب عديدة منها ان التفاعل قد يسير ببطء شديد او تكون‬ ‫̊‪ ∆H‬لهذه التفاعالت‬ ‫مركبات جانبية غير مرغوبة‪ .‬لذا يتم اللجوء الى قياس‬ ‫‪r‬‬ ‫بطريقة غير مباشرة‪ ،‬وتعتمد هذه الطريقة على قانون هيس (‪)Hess law‬‬ ‫الذي ينص على ان “عند حتويل املتفاعالت الى نواجت فان التغير في انثالبي‬ ‫التفاعل هو نفسه سواء مت التفاعل في خطوة واحدة او في سلسلة من اخلطوات”‪.‬‬

‫‪103‬‬

‫وبكلمات اخرى‪ ،‬اذا استطعنا جتزئة التفاعل الى سلسلة من تفاعالت ميكن قياس‬ ‫̊‪ ∆H‬للتفاعل الكلي‪ .‬يعتمد قانون هيس على‬ ‫̊‪ ∆H‬لها‪ ،‬فانه ميكن حساب‬ ‫‪r‬‬ ‫‪r‬‬ ‫̊‪ ∆H‬هي دالة حالة اي انها تعتمد على احلالة االبتدائية واحلالة النهائية‬ ‫حقيقة ان‬ ‫‪r‬‬ ‫للنظام فقط (اي على طبيعة املتفاعالت والنواجت)‪ .‬والتعتمد على املسارات التي‬ ‫يسلكها التفاعل للتحول من املواد املتفاعلة الى املواد الناجتة‪ .‬وميكن متثيل قانون‬ ‫هيس بالطاقة التي يصرفها املصعد عند االنتقال من الطابق االول للسادس في‬ ‫عمارة مباشرة او توقفه عند كل طابق خالل صعوده‪.‬‬ ‫فعلى سبيل املثال‪ ،‬ال ميكن قياس احلرارة املنبعثة مباشرة عندما يتفاعل الكاربون‬ ‫(كرافيت) مع االوكسجني ليكونا احادي اوكسيد الكاربون‪:‬‬ ‫?=‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫)‪CO(g‬‬

‫‪1‬‬ ‫)‪ O2(g‬ــــ ‪C(graphite) +‬‬ ‫‪2‬‬

‫النه من املستحيل منع تكون ثنائي اوكسيد الكاربون ‪ .CO2‬وعلى كل حال‪ ،‬فانه‬ ‫ميكن قياس احلرارة املنبعثة نتيجة احتراق الكاربون (كرافيت) احتراق ًا تام ِا ليعطي‬ ‫‪ .CO2‬وكذلك ايض ًا ميكن قياس احلرارة املنبعثة نتيجة احتراق ‪ CO‬الى ‪CO2‬‬ ‫وحسب التفاعلني االتيني‪:‬‬ ‫االنثالبي‬

‫‪= -393.5 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫)‪CO2(g‬‬

‫‪= -283 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪CO2‬‬

‫)‪(1) C(graphite) + O2(g‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬

‫)‪ O2(g‬ــــ ‪(2) CO(g) +‬‬

‫نالحظ ان تفاعل تكوين ‪ CO‬من ‪ Cgraphite‬و ‪ O2‬ال يحتوي على ‪ CO2‬لذا‬ ‫يجب التخلص من ‪ CO2‬وميكن عمل ذلك بعكس املعادلة (‪ )2‬لنحصل على ‪:‬‬ ‫‪= +283 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪ O2‬ــــ ‪CO(g) +‬‬ ‫‪2‬‬

‫)‪(3) CO2(g‬‬

‫والن املعادالت الكيميائية وقيمة االنثالبي التي متثلها ميكن جمعها وطرحها‬ ‫مثل املعادالت اجلبرية‪ ،‬لذلك ميكن جمع املعادلة (‪ )1‬و (‪ )3‬لنحصل على‪:‬‬ ‫̊‪CO2(g) ∆H‬‬ ‫‪= -393.5 kJ/mol‬‬ ‫‪r‬‬

‫)‪(1) C(graphite) + O2(g‬‬

‫الشكل ‪3-3‬‬ ‫‪1‬‬ ‫تغير االنثالبي لتفاعل تكوين‬ ‫)‪(3) CO2(g‬‬ ‫̊‪ O2 ∆H‬ــــ ‪CO(g) +‬‬ ‫‪= +283 kJ/mol‬‬ ‫‪r‬‬ ‫مول واحد من ‪ CO‬من )‪C(graphite‬‬ ‫‪2‬‬ ‫و )‪ O2(g‬يمكن تقسيمه الى خطوتين‬ ‫‪1‬‬ ‫)‪ O2(g‬ــــ ‪(4) C(graphite) +‬‬ ‫̊‪CO(g) ∆H‬‬ ‫=‬ ‫‪-110.5‬‬ ‫‪kJ/mol‬‬ ‫حسب قانون هيس‪.‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪104‬‬

‫وهذه املعادلة هي نفسها معادلة تفاعل )‪ C(graphite‬مع )‪ O2(g‬لتكوين غاز ‪CO‬‬ ‫̊‪ ∆H‬لها وهذا يعني ان هذا التفاعل يحدث بانبعاث حرارة مقدارها‬ ‫املراد ايجاد‬ ‫‪r‬‬ ‫‪ ،110.5 kJ/mol‬ويوضح الشكل (‪ )3-3‬مخطط ًا اجمالي ًا ملا عملناه‪.‬‬

‫مثال ‪7-3‬‬ ‫احسب انثالبي التكوين القياسية للمركب (‪ CS2)l‬من عناصره االساسية‬ ‫باثبت صورها‪.‬‬ ‫(‪C)graphitle(+ 2S)rhombic‬‬

‫(‪CS2)l‬‬ ‫‪)CS ( = ? kJ / mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f‬‬ ‫(‪2)l‬‬ ‫اذا اعطيت املعادالت احلرارية االتية ‪:‬‬ ‫(‪CO2)g‬‬

‫(‪C)graphite( + O2)g‬‬

‫(‪)1‬‬

‫(‪SO2 )g‬‬

‫(‪S)rhombic( + O2)g‬‬

‫(‪)2‬‬

‫(‪CS2)l( + 3O2)g‬‬

‫(‪)3‬‬

‫‪= -394 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪= -296 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪CO2)g( + 2SO2 )g‬‬ ‫‪= -1072 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫احلــــل‪:‬‬ ‫لونظرنا الى املعادلة التي نريد ان جند لها ( ‪)CS‬‬ ‫̊‪ ∆H‬نالحظ ان‬ ‫(‪2)l‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪ CS2‬موجودة في النواجت بينما جندها في املتفاعالت في املعادلة (‪ )3‬لذا‬ ‫يجب عكس املعادلة (‪ )3‬لتصبح كاالتي‪:‬‬ ‫(‪CS2)l( + 3O2)g‬‬ ‫‪= +1072 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪CO2)g( + 2SO2 )g‬‬

‫(‪)4‬‬

‫ونالحظ ان املعادلة املطلوب حساب ( ‪)CS‬‬ ‫̊‪ ∆H‬لها حتتوي على ‪2‬‬ ‫(‪2)l‬‬ ‫‪f‬‬ ‫مول من ‪ S‬لذا يجب ضرب املعادلة (‪ )2‬بالعدد ‪ 2‬لنحصل على‪:‬‬ ‫(‪)5( 2S)rhombic( + 2O2)g‬‬

‫(‪2SO2 )g‬‬ ‫‪= 2 × )-296 kJ( = -592 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪105‬‬

‫وبجمع املعادلتني (‪ )4‬و (‪ )5‬مع املعادلة (‪)1‬‬ ‫(‪CO2)g‬‬

‫‪= -394 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫مترين ‪8-3‬‬ ‫احسب انثالبي التكوين القياسية‬

‫(‪CS2)l( + 3O2)g‬‬ ‫‪= +1072 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫لالستيلني (‪ C2H2 )g‬من عناصره‬ ‫(‪2SO2 )g‬‬ ‫االساسية‪.‬‬ ‫‪= -592 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪C2H2 )g‬‬

‫االتية‪:‬‬

‫(‪)5( 2S)rhombic( + 2O2)g‬‬

‫(‪C)graphite( + 2S)rhombic‬‬

‫(‪ )1‬وهي نفسها املعادلة املراد ايجاد ( ‪)CS‬‬ ‫̊‪ ∆H‬لها لذا‬ ‫(‪2)l‬‬ ‫‪f‬‬

‫(‪C)graphite( + O2)g‬‬

‫‪= -394 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪H2O)l‬‬

‫(‪)4( CO2)g( + 2SO2 )g‬‬

‫(‪2C)graphite( + H2)g‬‬

‫‪)C H ( = ? kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫(‪CS2)l‬‬ ‫(‪2 2)g‬‬ ‫‪f‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫اذا اعطيت املعادالت احلرارية ‪f = ? kJ/mol‬‬ ‫(‪CO2)g‬‬

‫(‪)1( C)graphite( + O2)g‬‬

‫(‪)2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫(‪ O2)g‬ــــ ‪H2)g(+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪)CS ( = -394 kJ + 1072 kJ + )-592 kJ( = 86 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫(‪2)l‬‬ ‫‪f‬‬

‫‪ 2-13-3‬طريقة استخدام قيم انثالبي التكوين القياسية‬

‫‪= -286 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫̊‪ ∆H‬للتفاعل‬ ‫̊‪ ∆H‬للمركبات الكيميائية حلساب‬ ‫ميكن استخدام قيم‬ ‫‪r‬‬ ‫‪f‬‬ ‫(‪ )3‬الكيميائي‪ .‬فللتفاعل احلراري االتي‪:‬‬ ‫(‪2C2H2)g( + 5O2)g‬‬ ‫‪aA + bB‬‬ ‫‪gG + hH‬‬

‫(‪4CO2)g( + 2H2O)l‬‬

‫‪= -2599 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫ج‪:‬‬ ‫‪225.5 kJ/mol‬‬

‫‪106‬‬

‫̊‪ ∆H‬لهذا التفاعل باستخدام العالقة االتية‪:‬‬ ‫حتسب قيمة‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪)Products( - ∑ n ∆H̊)Reactants‬‬ ‫̊‪= ∑ n ∆H‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫حيث ‪ n‬متثل عدد املوالت للمواد املتفاعلة (‪ )Reactants‬والناجتة‬ ‫(‪ )Products‬اما (∑) فتعني مجموع‪.‬‬

‫̊‪ ∆H‬للتفاعل احلراري اعاله على الصورة االتية‪:‬‬ ‫وميكن حساب‬ ‫‪r‬‬ ‫](‪)G(+h ∆H̊)H(] - [a ∆H̊)A(+b ∆H̊)B‬‬ ‫̊‪= [g ∆H‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬

‫̊‪ ∆H‬الي عنصر (‪ )Element‬باثبت صورة‬ ‫وال بد لنا هنا ان نذكر ان‬ ‫‪f‬‬ ‫تساوي صفر ًا وكما ُأشير لهذا سابقاً‪.‬‬ ‫‪)Element( = 0 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f‬‬ ‫مثال ‪8-3‬‬ ‫يجري تفاعل الثرميت الذي يتضمن االملنيوم وأوكسيد احلديد (‪)III‬‬ ‫كاالتي‪:‬‬ ‫(‪2Al)s( +Fe2O3)s‬‬ ‫̊‪Al2O3)s( + 2Fe)l( ∆H‬‬ ‫‪= ? kJ‬‬ ‫‪r‬‬ ‫احسب انثالبي التفاعل القياسية لهذا التفاعل اذا علمت ان‪:‬‬ ‫‪)Al2O3)s(( = - 1670 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪)Fe O ( = - 822 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫(‪2 3)s‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪)Fe)l(( = 12 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f‬‬

‫مترين ‪9-3‬‬ ‫يحترق البنزين (‪ )C6H6‬في الهواء‬ ‫ليعطي ثنائي اوكسيد الكاربون الغاز واملاء‬ ‫̊‪ ∆H‬لهذا التفاعل اذا‬ ‫السائل‪ .‬احسب‬ ‫‪r‬‬

‫احلــــل ‪:‬‬ ‫‪)C6H6)l(( = 49 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫باستخدام العالقة اعاله ميكن كتابتها لتفاعل الثرميت على الصورة‬ ‫‪f‬‬ ‫‪)CO2)g(( = -394 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫االتية‪:‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪)H2O)l(( = -286 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫̊‪= ∑ n ∆H‬‬ ‫̊‪)Products( - ∑ n ∆H‬‬ ‫(‪)Reactants‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫علمت ان‪:‬‬

‫̊‪=[∆H‬‬ ‫̊‪)Al2O3)s((+2∆H‬‬ ‫]((‪)Fe)l‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫̊ ‪- [∆Hf‬‬ ‫̊‪)Al)s((+∆H‬‬ ‫]((‪)Fe2O3)s‬‬ ‫‪f‬‬

‫ج‪-3271 kJ/mol :‬‬

‫̊‪ ∆H‬الن ‪ Al‬باثبت صوره وهي حالته‬ ‫يجب ان نعرف قيمة ‪)Al)s(( = 0‬‬ ‫‪f‬‬ ‫̊‪ ∆H‬ال تساوي صفر ًا وذلك الن احلديد الصلب‬ ‫الصلبة‪ .‬لكن قيمة ((‪)Fe)l‬‬ ‫‪f‬‬ ‫هو الصورة االثبت بالظروف القياسية وليس احلديد السائل‪.‬‬ ‫‪= [)-1670(+2)12(] kJ/mol-[2)0(+)- 822(] kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪= - 824 kJ/mol‬‬

‫‪107‬‬

‫‪ 14-3‬العمليات التلقائية ‪Spontaneous Processes‬‬

‫عمليات تلقائية‬ ‫تعرف العملية التلقائية بانها اي عملية فيزيائية او كيميائية ميكن ان‬ ‫حتدث من تلقاء نفسها عند ظروف معينة دون تأثير من اي عامل خارجي‪.‬‬ ‫والتفاعل الذي يحدث من تلقاء نفسه عند ظروف معينة من درجة حرارة‬ ‫وضغط او تركيز يسمى تفاع ً‬ ‫ال تلقائي ًا (‪.)Spontaneous reaction‬‬ ‫ومن امثلة العمليات التلقائية الفيزيائية والكيميائية هي االتي‪:‬‬ ‫ سقوط املاء من اعلى الشالل‪ ،‬ولكن صعوده اليه مستحيل‪.‬‬ ‫عمليات غير تلقائية‬ ‫ انتقال احلرارة من اجلسم احلار الى اجلسم البارد‪ ،‬ولكن عكس ذلك اليحدث‬ ‫مطلقاً‪.‬‬ ‫ ذوبان قطعة السكر تلقائي ًا في كوب القهوة‪ ،‬ولكن السكر املذاب اليتجمع‬ ‫العمليات التلقائية وغير التلقائية‬ ‫تلقائي ًا كما في شكله االبتدائي‪.‬‬ ‫ اجنماد املاء النقي تلقائي ًا حتت ‪ 0̊C‬وينصهر اجلليد تلقائي ًا فوق ‪0̊C‬‬ ‫(عند ضغط ‪.)1 atm‬‬ ‫ يصدأ احلديد تلقائي ًا عندما يتعرض لالوكسجني وللرطوبة (املاء)‪ ،‬ولكن‬ ‫صدأ احلديد ال ميكن ان يتحول تلقائي ًا الى حديد‪.‬‬ ‫ تتفاعل قطعة الصوديوم ‪ Na‬بشدة مع املاء مكونة ‪ NaOH‬وهيدروجني‬ ‫‪ ،H2‬ولكن ‪ H2‬اليتفاعل مع ‪ NaOH‬ليكون املاء والصوديوم‪.‬‬ ‫ يتمدد الغاز تلقائي ًا في االناء املفرغ من الهواء‪ ،‬ولكن جتمع جزيئات الغاز‬ ‫(أ)‬ ‫جميعها في وعاء واحد يعد عملية غير تلقائية‪ ،‬الحظ الشكل (‪.)4-3‬‬ ‫توضح هذه االمثلة ان العمليات التي جتري تلقائي ًا بأجتاه معني الميكنها ان‬ ‫جتري بشكل تلقائي باالجتاه املعاكس في ظل الظروف نفسها‪.‬‬ ‫لنسأل ماهو السبب الذي يجعل بعض العمليات حتدث تلقائياً‪.‬‬ ‫ان احد االجوبة املقنعة لهذا السؤال هو ان جميع العمليات التلقائية‬ ‫يرافقها انخفاض في طاقة النظام الكلية (طاقة اقل تعني اكثر استقراراً)‪،‬‬ ‫(ب)‬ ‫اي‪ :‬ان الطاقة النهائية اقل من الطاقة االبتدائية للنظام‪ ،‬وهذا يوضح سبب‬ ‫الشكل ‪4-3‬‬ ‫انتقال احلرارة من اجلسم الساخن الى اجلسم البارد‪ ،‬وسبب سقوط املاء من‬ ‫(أ) يتمدد الغاز تلقائي ًا في‬ ‫اعلى الشالل‪.‬‬ ‫االناء المفرغ من الهـــــــــواء (ب)‬ ‫يالحظ ان اغلب التفاعالت التي يرافقها انخفاض في الطاقة اي االنثالبي‪،‬‬ ‫تجمع جزيئات الغاز جميعها في‬ ‫وعاء واحد يعد عملية غير تلقائية‪ .‬كما هو احلال في التفاعالت الباعثة للحرارة حتدث تلقائي ًا عند الظروف‬ ‫القياسية مثل احتراق امليثان‪.‬‬ ‫)‪CH4(g) + 2O2(g‬‬ ‫̊‪CO2(g) + 2H2O(l) ∆H‬‬ ‫‪= - 890 kJ‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪108‬‬

‫وتفاعالت تعادل احلامض مع القاعدة‬ ‫‪= -56 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫)‪H+(aq) + OH-(aq‬‬

‫ولكن هل ان هذا االفتراض يقودنا للقول ان اي تفاعل تلقائي يجب ان‬ ‫يكون باعث ًا للحرارة؟‬ ‫اجلواب‪:‬‬ ‫الميكن تعميم هذا االفتراض وذلك لسبب بسيط جد ًا هو ان هنالك بعض‬ ‫التغيرات الفيزيائية والكيميائية تكون ماصة للحرارة وحتدث تلقائياً‪ ،‬وعلى‬ ‫سبيل املثال‪:‬‬ ‫ ذوبان كلوريد االمونيوم ‪ NH4Cl‬في املاء يحدث تلقائي ًا وهو عملية‬ ‫ماصة للحرارة‪.‬‬ ‫‪= + 14 k‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫)‪NH+4(aq) + Cl-(aq‬‬

‫)‪NH4Cl(s‬‬

‫ وتفكك اوكسيد الزئبق ‪ HgO‬هو تفاعل تلقائي وهو تفاعل ماص‬ ‫للحرارة‪.‬‬ ‫)‪2HgO(s‬‬ ‫̊‪2Hg(l) + O2(g) ∆H‬‬ ‫‪= 91 kJ‬‬ ‫‪r‬‬ ‫ وانصهار اجلليد في درجة حرارة الغرفة عملية تلقائية بالرغم من ان العملية‬ ‫ماصة للحرارة‪.‬‬ ‫‪H2O(l) ∆Hfus = 6 kJ/mol‬‬

‫)‪H2O(s‬‬

‫ وتبخر املاء عملية ماصة للحرارة لكنها حتدث تلقائي ًا ايضاً‪.‬‬ ‫)‪H2O(l‬‬ ‫‪H2O(g) ∆Hfun = 44 kJ/mol‬‬ ‫ومما تقدم ميكن القول انه من املمكن حدوث تفاعل ماص للحرارة تلقائياً‪،‬‬ ‫وميكن لتفاعل باعث للحرارة ان يكون غير تلقائي‪ .‬او بكلمات اخرى‪،‬‬ ‫الميكننا ان نقرر بشكل مطلق فيما اذا كان التفاعل يجري ام ال يجري بشكل‬ ‫مبسط اذا كان باعث ًا او ماص ًا للحرارة‪ .‬ولعمل هذا النوع من التوقع نحتاج الى‬ ‫دالة ثرموداينمكية جديدة تسمى باالنتروبي‪.‬‬

‫‪109‬‬

‫‪15-3‬‬

‫االنتروبي‬

‫‪Entropy‬‬

‫من اجل التنبؤ بتلقائية عملية ما نحتاج الى ادخال دالة ثرموداينمكية‬ ‫جديدة تسمى االنتروبي ويرمز لها بالرمز (‪ )S‬والتي تعرف بانها مقياس‬ ‫للعشوائية او الانتظام النظام‪ .‬فاالنتروبي دالة ثرموداينمكية تصف الى‬ ‫اي مدى تصل درجة ال انتظام النظام‪ .‬فكلما كان االنتظام قلي ً‬ ‫ال في النظام‬ ‫(عشوائية اكبر) كانت قيمة االنتروبي كبيرة‪ .‬وكلما كان النظام اكثر‬

‫↓‪↑ S‬انتظام‬ ‫انتظام ًا (اقل عشوائية) كانت قيمة االنتروبي صغيرة‪.‬‬ ‫ان االنتروبي دالة حالة شأنها شأن االنثالبي لذا الميكن ان تقاس القيمة‬ ‫املطلقة لها واﳕا يقاس التغير احلاصل في االنتروبي‪.‬‬ ‫‪∆S = Sf - Si‬‬ ‫حيث ‪ Sf‬االنتروبي النهائية (‪ f‬من ‪ final‬وتعني نهائي)‪ ،‬و ‪ Si‬االنتروبي‬ ‫االبتدائية (‪ i‬من ‪ initial‬وتعني ابتدائي)‪.‬‬ ‫ان جميع التفاعالت الكيميائية والتحوالت الفيزيائية السابقة والتي‬ ‫↑‪↑ S‬الانتظام (عشوائية)‬ ‫جتري بشكل تلقائي يرافقها دائم ًا زيادة في الال أنتظام (اي زيادة في قيمة‬ ‫االنتروبي)‪ .‬فكلوريد االمونيوم يذوب في املاء تلقائياً‪.‬‬ ‫‪= + 14 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪NH+4)aq( + Cl-)aq‬‬

‫(‪NH4Cl)s‬‬

‫يصاحب عملية الذوبان هذه تكون ايونات في احمللول املائي التي هي اقل‬ ‫انتظام ًا من جزيئات كلوريد االمونيوم الصلب‪ .‬وعندما يتبخر املاء السائل‪،‬‬ ‫تكون جزيئات البخار اقل انتظام ًا من جزيئات املاء السائل التي بدورها تكون‬ ‫اقل انتظام ًا من جزيئات اجلليد‪ .‬وبشكل عام فإن انتروبي احلالة الغازية تكون‬ ‫دائم ًا اكبر من انتروبي احلالة السائلة التي بدورها تكون اكبر من قيمة انتروبي‬ ‫احلالة الصلبة‪ ،‬الحظ الشكل (‪.)5-3‬‬

‫‪110‬‬

‫حتدث الزيادة في انتروبي النظام نتيجة للزيادة في طاقة التشتت‪ ،‬واالن‬ ‫سندرس عدد ًا من العمليات التي تقود الى تغير في انتروبي النظام بداللة‬ ‫التغير في حاالت النظام‪.‬‬ ‫ففي عملية االنصهار تكون الذرات او اجلزيئات في احلالة الصلبة محصورة‬ ‫في مواقع ثابتة‪ .‬وعند االنصهار فان هذه الذرات او اجلزيئات تبدأ باحلركة‬ ‫لذا تتحرك خارج الشبكة البلورية مما يزيد من عشوائيتها لذا يحدث انتقال‬ ‫في الطور من االنتظام الى الالانتظام يصاحبه زيادة في االنتروبي‪ .‬وبشكل‬ ‫مشابه‪ ،‬نتوقع ان تؤدي عملية التبخر الى زيادة في انتروبي النظام كذلك‪.‬‬

‫ان هذه الزيادة اكبر من تلك التي في عملية االنصهار‪ ،‬بسبب ان الذرات‬ ‫واجلزيئات في الطور الغازي تنتشر بشكل عشوائي اكثر مللئ فراغات جميع‬ ‫احليز الذي تتواجد فيه‪.‬‬ ‫تقود العمليات التي جتري في احمللول دائم ًا الى زيادة في االنتروبي‪.‬‬ ‫فعندما تذوب بلورات السكر في املاء‪ ،‬يتكسر النظام الهيكلي املنتظم للسكر‬ ‫(املذاب) وكذلك جزء من االنتظام الهيكلي للماء (املذيب)‪ .‬وعليه يكون‬ ‫للمحلول ال انتظام اكثر مما للمذيب النقي واملذاب النقي معاً‪ .‬وعند اذابة مادة‬ ‫صلبة ايونية مثل كلوريد الصوديوم ‪ ، NaCl‬فان الزيادة في االنتروبي حتصل‬ ‫نتيجة عاملني هما‪ :‬أ ‪ -‬عملية تكوين احمللول (خلط املذاب مع املذيب)‬ ‫ب‪ -‬تفكك املركب الصلب الى ايونات‪.‬‬ ‫يزيد التسخني ايض ًا من انتروبي النظام‪ ،‬فالتسخني اضافة لزيادته احلركات‬ ‫االنتقالية للجزيئات يقوم بزيادة احلركات الدورانية واالهتزازية‪ .‬اضافة‬ ‫لذلك‪ ،‬بزيادة درجة احلرارة‪ ،‬تزداد انواع الطاقات املرتبطة جميعها باحلركة‬ ‫اجلزيئية‪ .‬وعليه ان التسخني يزيد من عشوائية النظام لذا تزداد انتروبي النظام‪.‬‬

‫)‪∆S(g) > ∆S(l) > ∆S(s‬‬

‫غاز‬

‫سائل‬

‫زيادة في العشوائية‬ ‫زيادة في االنتروبي‬

‫صلب‬

‫الشكل ‪5-3‬‬ ‫انتروبي الغازات اكبر من‬ ‫انتروبي السوائل وهذه بدورها‬ ‫اكبر من انتروبي المواد الصلبة‪.‬‬

‫‪111‬‬

‫ويوضح الشكل (‪ )6-3‬بعض العمليات التي يصاحبها زيادة في‬ ‫االنتروبي‪.‬‬

‫انصهار مادة صلبة‬ ‫سائل‬

‫صلب‬

‫تبخر مادة سائلة‬ ‫سائل‬

‫بخار‬

‫اذابة مذاب في مذيب‬

‫محلول‬

‫مذيب‬

‫مذاب‬ ‫تسخني جسم من درجة حرارة منخفضة‬ ‫‪ T1‬الى درجة حرارة عالية ‪T2‬‬

‫نظام عند ‪(T2 > T1) T2‬‬ ‫الشكل ‪6-3‬‬ ‫التي‬ ‫العمليات‬ ‫بعض‬ ‫يصاحبها زيادة في االنتروبي‪.‬‬

‫‪112‬‬

‫نظام عند ‪T1‬‬

‫مثال ‪9-3‬‬ ‫تنبأ فيما اذا كان التغير في االنتروبي ‪ ∆S‬اكبر او اقل من الصفر للعمليات‬ ‫االتية ‪:‬‬ ‫أ) جتمد كحول االثيل‬ ‫ب) تبخر سائل البروم‬ ‫جـ) ذوبان الكلوكوز في املاء‬ ‫د) تبريد غاز النتروجني من ‪ 80̊C‬الى ‪.20̊C‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬

‫مترين ‪10-3‬‬

‫كيف تتغير انتروبي النظام‬ ‫للعمليات االتية‪:‬‬ ‫أ) تكثف بخار املاء‪.‬‬

‫ب) تكون بلورات السكر من محلوله‬ ‫أ) مبا ان عملية االجنماد حتول كحول االثيل السائل الى كحول االثيل الصلب‬ ‫فوق املشبع‪.‬‬ ‫الذي تكون فيه جزيئات الكحول اكثر انتظام ًا لذا فالتغير في االنتروبي‬ ‫جـ) تسخني غاز ‪ H2‬من ‪ 20̊C‬الى‬ ‫اصغر من الصفر (‪.)∆S < 0‬‬ ‫‪.80̊C‬‬ ‫ب) حتول البروم السائل الى بخار البروم يزيد من عشوائية اجلزيئات وبالتالي‬ ‫د) تسامي اليود الصلب‪.‬‬ ‫فالتغير في االنتروبي اكبر من الصفر (‪.)∆S > 0‬‬ ‫جـ) تنتشر جزيئات الكلوكوز الصلب في املاء ما يؤدي الى زيادة العشوائية‬ ‫اي التغير في االنتروبي اكبر من الصفر (‪.)∆S > 0‬‬ ‫د) يقلل تبريد غاز النتروجني من ‪ 80̊C‬الى ‪ 20̊C‬من عشوائية النظام‬ ‫ما يؤدي الى نقصان في االنتروبي (‪.)∆S < 0‬‬

‫‪ 1-15-3‬حساﺏ االنتروبي القياسية للتفاعﻼت الكيميائية‬

‫يـُ َمكننا علم الثرموداينمك من حساب قيمة االنتروبي املطلقة التي‬ ‫سنرمز لها بالرمز ̊‪ S‬جلميع العناصر واملركبات الكيميائية والتي ميكن‬ ‫̊‪ ∆S‬للتفاعل‬ ‫استخدامها لقياس التغير في انتروبي التفاعل القياسية‬ ‫‪r‬‬ ‫الكيميائي بأستخدام العالقة االتية‪:‬‬ ‫(‪= ∑ n S̊)Products( - ∑ n S̊)Reactants‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫حيث ‪ n‬متثل عدد املوالت للمواد املتفاعلة (‪ )Reactants‬والناجتة‬ ‫(‪ )Products‬اما (∑) فتعني مجموع‪.‬‬

‫‪113‬‬

‫اجلدول ‪4-3‬‬ ‫قيم االنتروبي املطلقــــــــــة لبعض‬

‫فللتفاعل الكيميائي العام االتي‪:‬‬ ‫‪gG + hH‬‬

‫العناصر واملركبات الكيميائية‬ ‫املواد‬

‫(‪S̊ )J /K.mol‬‬

‫(‪H2O)l‬‬

‫‪70‬‬

‫(‪H2O)g‬‬

‫‪189‬‬

‫(‪Br2)l‬‬

‫‪152‬‬

‫(‪Fe)s‬‬

‫‪27‬‬

‫( ‪C)diamond‬‬

‫‪2‬‬

‫( ‪C)graphite‬‬

‫‪6‬‬

‫(‪CH4)g‬‬

‫‪186‬‬

‫(‪C2H6)g‬‬

‫‪230‬‬

‫(‪Ag)s‬‬

‫‪43‬‬

‫(‪Ba)s‬‬

‫‪67‬‬

‫(‪O2)g‬‬

‫‪205‬‬

‫(‪Cl2)g‬‬

‫‪223‬‬

‫(‪CO2)g‬‬

‫‪214‬‬

‫(‪Fe2O3)s‬‬

‫‪87‬‬

‫(‪C2H2)g‬‬

‫‪201‬‬

‫(‪C2H4)g‬‬

‫‪220‬‬

‫(‪CuSO4)s‬‬

‫‪66‬‬

‫̊‪ ∆S‬لهذا التفاعل تساوي باستخدام العالقة‬ ‫التغير في االنتروبي القياسية‬ ‫‪r‬‬ ‫اعاله الى االتي‪:‬‬ ‫](‪= [g S̊)G( + h S̊)H(] - [a S̊)A( + b S̊)B‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫يوضح اجلدول (‪ )4-3‬بعض قيم االنتروبي املطلقة القياسية لبعض العناصر‬ ‫واملركبات الكيميائية‪ .‬والبد ان نشير هنا الى ان وحدة االنتروبي حسب‬ ‫النظام الدولي للوحدات هي (‪.)J/K.mol‬‬ ‫مثال ‪10-3‬‬ ‫̊‪ ∆S‬للتفاعل التالي عند‬ ‫احسب التغير في انتروبي التفاعل القياسية ‪r‬‬ ‫الظروف القياسية ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫اذا علمت ان‬

‫(‪2CO2)g‬‬

‫(‪2CO)g( + O2)g‬‬

‫‪ S̊)CO2( = 214 J/K.mol‬و ‪S̊)CO( = 198 J/K.mol‬‬ ‫‪S̊)O2( = 205 J/K.mol‬‬

‫مترين ‪11-3‬‬ ‫احسب التغير في االنتروبي املطلقة‬

‫‪aA + bB‬‬

‫احلـــل‪:‬‬

‫̊‪ ∆S‬للتفاعل التالي عند الظروف‬ ‫‪r‬‬

‫(‪= ∑ n S̊)Products( - ∑ n S̊)Reactants‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪4Fe)s( + 3O2)g‬‬

‫](‪= [2 S̊)CO2( ] - [2S̊)CO( + S̊)O2‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬

‫القياسية ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫(‪2Fe2O3)s‬‬

‫اذا علمت ان‬ ‫‪S̊)Fe2O3( = 87 J/K.mol‬‬ ‫‪S̊)O ( = 205 J/K.mol‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪S̊)Fe( = 27 J/K.mol‬‬ ‫ج‪-549 J/K.mol :‬‬

‫‪114‬‬

‫‪= [2 × 214] J/K.mol - [2 × 198+205] J/K.mol‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪= -173 J/K.mol‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪ 16-3‬طاقة كبس الحرة ‪Gibbs Free Energy‬‬

‫في العام ‪1800‬وجد العالم كبس (‪ )Gibbs‬عالقة تربط بني االنثالبي‬ ‫(‪ )H‬واالنتروبي (‪ ،)S‬تتيح لنا التنبوء بتلقائية التفاعل بشكل ابسط من‬ ‫االعتماد على أستخدام قيم االنثالبي واالنتروبي ُك ً‬ ‫ال على انفرد‪ .‬لذا ادخل‬ ‫العالم كبس دالة ثرموداينمكية جديدة سميت باسمه طاقة كبس احلرة ويرمز‬ ‫لها بالرمز ‪ G‬والتي تصف الطاقة العظمى التي ميكن احلصول عليها من قياس‬ ‫‪ ∆H‬و ‪ ∆S‬بثبوت درجة احلرارة والضغط‪ .‬ويعرف التغير في طاقة كبس‬ ‫احلرة ‪ ∆G‬بعالقة كبس االتية‪:‬‬ ‫(بثبوت درجة احلرارة والضغط)‬ ‫‪∆G = ∆H - T ∆S‬‬ ‫وطاقة كبس احلرة (بعض االحيان تسمى بالطاقة احلرة للسهولة) هي دالة‬ ‫حالة شأنها شأن االنثالبي واالنتروبي‪.‬وتعدُّ طاقة كبس احلرة ‪ ∆G‬مؤشرا‬ ‫حقيقيا لتلقائية التغيرات الفيزيائية والتفاعالت الكيميائية من عدمها‪.‬‬ ‫وتدل اشارة طاقة كبس احلرة على االتي‪:‬‬ ‫‪ ∆G‬قيمة سالبة (‪ )∆G > 0‬يعني ان التفاعل او التغير الفيزيائي يجري‬ ‫تلقائياً‪.‬‬ ‫‪ ∆G‬قيمة موجبة (‪ )∆G < 0‬يعني ان التفاعل او التغير الفيزيائي غير‬ ‫تلقائي (يحدث بشكل تلقائي باالجتاه املعاكس)‪.‬‬ ‫‪ ∆G‬صفرا (‪ )∆G = 0‬يعني ان التفاعل او التغير الفيزيائي في حالة‬ ‫اتزان‪.‬‬

‫‪1-16-3‬طاقة كبس احلرة القياسية للتفاعل‬ ‫‪Standard Gibbs Free Energy of Reaction‬‬ ‫̊‪( ∆G‬حيث‬ ‫تعرف طاقةكبساحلرةالقياسيةللتفاعلوالتييرمزلهابالرمز‬ ‫‪r‬‬ ‫‪ r‬من ‪ reaction‬وتعني تفاعل) بانها التغير في قيمة الطاقة احلرة للتفاعل‬ ‫عندما يجري حتت الظروف القياسية للتفاعل (‪ 25̊C‬وضغط ‪.)1 atm‬‬ ‫̊‪ ∆G‬أليتفاعلميكناستخدامقيمطاقةكبساحلرةللتكوينالقياسية‬ ‫وحلساب‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪ )Standard Gibbs free energy of formation‬التي يرمز‬ ‫̊‪( ∆G‬حيث ‪ f‬من ‪ formation‬وتعني تكوين)‪ .‬تعرف طاقة‬ ‫لها بالرمز‬ ‫‪f‬‬ ‫كبس احلرة للتكوين القياسية بأنها مقدار التغيير في الطاقة احلرة عند تكوين‬ ‫مول واحد من اي مركب من عناصره االساسية باثبت صورها عند الظروف‬ ‫القياسية ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬

‫‪115‬‬

‫اجلدول ‪5-3‬‬ ‫قيم طاقة كبس احلرة للتكوين‬ ‫القياسية لبعض املركبات‬ ‫املادة‬ ‫(‪C6H6)l‬‬ ‫(‪SO2)g‬‬ ‫(‪CO)g‬‬

‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫(‪)kJ/mol‬‬ ‫‪173‬‬

‫‪-300‬‬ ‫‪-137‬‬

‫(‪CO2)g‬‬

‫‪-394‬‬

‫(‪NO2)g‬‬

‫‪52‬‬

‫(‪NO)g‬‬ ‫‪NaCl‬‬

‫(‪HCl)g‬‬

‫(‪HBr)g‬‬ ‫(‪CH4)g‬‬

‫‪-348‬‬

‫‪-51‬‬

‫ويبني اجلدول (‪ )5-3‬قيم طاقة كبس احلرة القياسية للتكوين لبعض‬ ‫̊‪ ∆G‬للعناصر باثبت صورها تساوي‬ ‫املركبات‪ .‬وال بد ان نذكر هنا ان قيمة‬ ‫‪f‬‬ ‫صفراً‪.‬‬ ‫‪)Element( = 0 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬

‫‪-53‬‬

‫(‪Al2O3)S‬‬

‫‪ZnO‬‬ ‫(‪H2O)g‬‬ ‫(‪H2O)l‬‬ ‫(‪HF)g‬‬ ‫(‪HI)g‬‬

‫(‪H2S)g‬‬

‫(‪NH3)g‬‬

‫(‪CaO)s‬‬

‫يكون التغير في طاقة كبس احلرة القياسية لهذا التفاعل كاالتي‪:‬‬

‫‪-95‬‬

‫‪-1576‬‬

‫‪AgCl‬‬

‫حيث ‪ n‬متثل عدد املوالت للمواد املتفاعلة (‪ )Reactants‬والناجتة‬ ‫(‪ )Products‬اما (∑) فتعني مجموع‪.‬‬ ‫فللتفاعل العام االتي‪:‬‬ ‫‪aA + bB‬‬ ‫‪gG + hH‬‬

‫](‪)G(+h ∆G̊)H(]-[a ∆G̊)A(+b ∆G̊)B‬‬ ‫̊‪= [g ∆G‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪C2H6‬‬

‫‪Fe2O3‬‬

‫(‪)Products( - ∑ n ∆G̊)Reactants‬‬ ‫̊‪= ∑ n ∆G‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪87‬‬

‫‪-33‬‬

‫‪C2H4‬‬

‫̊‪ ∆G‬مبعادلة‬ ‫وميكن ايجاد قيم طاقة كبس احلرة للتفاعل القياسية‬ ‫‪r‬‬ ‫تشبه معادلة ايجاد انثالبي التفاعل القياسية للتفاعل من قيم انثالبي التكوين‬ ‫القياسية وعلى الصورة اآلتية ‪:‬‬

‫‪68‬‬

‫‪-741‬‬ ‫‪-110‬‬ ‫‪-318‬‬ ‫‪-229‬‬ ‫‪-237‬‬ ‫‪-271‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪-33‬‬ ‫‪-17‬‬ ‫‪-604‬‬

‫حيث (‪ )Element‬تعني عنصر‪ ،‬وان وحدة الطاقة احلرة القياسية حسب‬ ‫الوحدات الدولية هـــــي (‪.)J/mol‬‬ ‫مثال‪11-3‬‬ ‫احسب طاقة كبس احلرة القياسية للتفاعل التالي عند الظروف القياسية‬ ‫‪ 25̊C‬وضغط ‪ .1 atm‬وبني هل التفاعل يجري تلقائيا ام ال يجري عند‬ ‫هذه الظروف؟‬ ‫(‪2C6H6)l( +15O2)g‬‬ ‫(‪12CO2)g( + 6H2O)l‬‬ ‫اذا علمت ان‬

‫‪116‬‬

‫احلـــل‪:‬‬

‫‪)C H ( = 173 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫(‪6 6)l‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪)CO ( = - 394 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫(‪2)g‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪)H O ( = - 237 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫(‪2 )l‬‬ ‫‪f‬‬

‫̊‪= ∑ n ∆G‬‬ ‫(‪)Products( - ∑ n ∆G̊)Reactants‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪r‬‬ ‫](‪)CO (+ 6 ∆G̊)H O‬‬ ‫̊‪= [12 ∆G‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪r‬‬ ‫]( ‪)C H (+15 ∆G̊)O‬‬ ‫̊‪- [2 ∆G‬‬ ‫‪6 6‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫](‪= [12 × )- 394 kJ/mol(+ 6 × )- 237 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪r‬‬ ‫]‪- [2 × 173 kJ/mol+15 × 0‬‬ ‫‪= -6496 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪r‬‬

‫مترين ‪12-3‬‬ ‫جد قيمة ̊‪ ∆G‬للتفاعل التالي‬ ‫‪r‬‬

‫عند الظروف القياسية ‪ 25̊C‬وضغط‬ ‫‪ .1 atm‬وبني هل التفاعل يحدث‬ ‫تلقائي ًا ام ال يحدث؟‬ ‫(‪2NO2)g‬‬ ‫اذا علمت ان‬

‫ومبا ان القيمة سالبة فالتفاعل يجري بشكل تلقائي‪.‬‬

‫‪ 2-16-3‬تطبيقات معادلة كبس واﲡاﻩ سير التفاعﻼت الكيميائية‬

‫ُت َعدُّ معادلة كبس معادلة مهمة جدا عند تطبيقها على التفاعالت‬ ‫الكيميائية‪ ،‬وذات عالقة وثيقة بالتغيرات التي حتدث في خواص النظام ‪:‬‬ ‫‪∆G = ∆H - T ∆S‬‬ ‫وذلك الن استخدام قيم ‪ ∆G‬تغنينا عن اخذ التغيرات التي حتدث في االنثالبي‬ ‫واالنتروبي‪ .‬يتضمن التغير في الطاقة احلرة ‪ ∆G‬حسب معادلة كبس عاملني‬ ‫مهمني يؤثران على تلقائية التفاعل الكيميائي‪.‬‬ ‫العامل االول‪:‬‬ ‫يتجه التفاعل على االغلب الى احلالة التي تكون فيها الطاقة (االنثالبي)‬ ‫اقل ماميكن وتكون التلقائية اكثر احتماال اذا كانت قيمة ‪ ∆H‬سالبة اي ان‬ ‫التفاعل باعث للحرارة‬ ‫العامل الثاني‪:‬‬ ‫يتجه التفاعل على االغلب الى احلالة التي تكون فيها االنتروبي اعلى‬ ‫ماميكن‪ .‬وتكون التلقائية اكثر احتماال اذا كانت قيمة ‪ ∆S‬موجبة (اي‬ ‫تزداد خاصية عدم االنتظام)‪ .‬وسبب ذلك يعود الى وجود ‪ ∆S‬ضمن احلد‬ ‫(‪ )-T ∆S‬لذا فالقيمة املوجبة لالنتروبي ‪ ∆S‬تساعد على جعل قيمة ‪∆G‬‬ ‫سالبة‪.‬‬

‫(‪2NO)g( + O2)g‬‬

‫ج‪:‬‬

‫‪)NO( = 87 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪)NO ( = 52 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪-70 kJ/mol‬‬

‫‪117‬‬

‫وملخص العاملني اعاله الواجب توفرها حتى تكون العملية تلقائية بغض النظر‬ ‫عن تأثير درجة احلرارة هما ان تكون (‪ ∆S > 0‬و ‪.)∆H < 0‬‬ ‫وبشكلعامتؤثرإشارةكلمن‪ ∆H‬و‪ ∆S‬علىقيم‪ ∆G‬باملعطياتاالربعةاالتية‪:‬‬ ‫‪ -1‬اذا كان كل من ‪ ∆H‬و ‪ ∆S‬قيم ًا موجبة‪ ،‬فستكون ‪ ∆G‬سالبة فقط عندما يكون‬ ‫احلد ‪ T ∆S‬اكبر باملقدار من ‪ .∆H‬ويتحقق هذا الشرط عندما تكون ‪ T‬كبيرة ‪.‬‬ ‫‪ -2‬اذا كانت ‪ ∆H‬قيمة موجبة و ‪ ∆S‬قيمة سالبة‪ ،‬فستكون قيمة ‪ ∆G‬دائما‬ ‫موجبة بغض النظر عن تأثير درجة احلرارة ‪.T‬‬ ‫‪ -3‬اذا كانت ‪ ∆H‬قيمة سالبة و ‪ ∆S‬قيمة موجبة فستكون ‪ ∆G‬دائما سالبة‬ ‫بغض النظر عن تأثير درجة احلرارة ‪.T‬‬ ‫‪ -4‬اذا كان كل من ‪ ∆H‬و ‪ ∆S‬قيم سالبة فستكون ‪ ∆G‬سالبة فقط عندما يكون احلد‬ ‫‪ T ∆S‬اصغر باملقدار من ‪ .∆H‬ويتحقق هذا الشرط عندما تكون ‪ T‬صغيرة‪.‬‬ ‫وتعتمد درجة احلرارة التي ستجعل ‪ ∆G‬سالبة للحالتني ‪ 1‬و ‪ 4‬على القيم احلقيقية‬ ‫لكل من ‪ ∆H‬و ‪ ∆S‬للنظام‪ .‬ويلخص اجلدول (‪ )6-3‬التأثيرات املمكنة التي‬ ‫مت وصفها تواً‪.‬‬

‫اجلدول ‪6-3‬‬ ‫‪∆H‬‬

‫‪∆S‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫‪-‬‬

‫العوامل املؤثرة على اشارة ‪ ∆G‬في العالقة ‪∆G = ∆H - T ∆S‬‬ ‫‪∆G‬‬

‫مثال‬

‫يجري التفاعل تلقائيا عند درجات احلرارة‬ ‫العالية‪ .‬وعند درجات احلرارة املنخفضة يكون‬

‫)‪2Hg(l)+O2(g‬‬

‫)‪2HgO(s‬‬

‫التفاعل تلقائيا في االجتاه اخللفي‪.‬‬

‫‪ ∆G‬دائما موجبة‪ ،‬يكون التفاعل غير‬ ‫)‪2O3(g‬‬

‫تلقائي (يجري التفاعل تلقائيا باالجتاه اخللفي)‬

‫)‪3O2(g‬‬

‫عند درجات احلرارة جميعها‪.‬‬

‫‪ ∆G‬دائما سالبة يجري التفاعل تلقائيا‬

‫عند درجات احلرارة جميعها‪.‬‬

‫)‪2H2O(l)+O2 (g‬‬

‫)‪2H2O2(l‬‬

‫يجري التفاعل تلقائيا عند درجات احلرارة‬ ‫املنخفضة‪ .‬وعند درجات احلرارة العالية يصبح‬ ‫التفاعل تلقائيا باالجتاه اخللفي‪.‬‬

‫)‪NH4Cl(s‬‬

‫)‪NH3(g)+HCl(g‬‬

‫̊‪ ∆S‬للتفاعل عند الظروف‬ ‫̊‪ ∆H‬و‬ ‫ميكن استخدام عالقة كبس اذا مت قياس ‪r‬‬ ‫‪r‬‬ ‫القياسية ‪ 25̊C‬وضغط ‪ 1 atm‬على الصورة االتية‪:‬‬

‫̊‪∆G‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫̊‬ ‫= ‪r‬‬ ‫‪r - T ∆Sr‬‬

‫‪118‬‬

‫مثال ‪12-3‬‬ ‫للتفاعل االتي‪:‬‬

‫(‪2CO2)g( + 3H2O)l‬‬ ‫باالستعانة باملعلومات االتية‪:‬‬ ‫‪S̊/J/K.mol‬‬ ‫‪161‬‬ ‫‪205‬‬ ‫‪214‬‬ ‫‪70‬‬

‫(‪C2H5OH)l( +3O2)g‬‬

‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f /kJ/mol‬‬ ‫‪-278‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪-394‬‬ ‫‪-286‬‬

‫املادة‬ ‫(‪C2H5OH)l‬‬ ‫(‪O2)g‬‬ ‫(‪CO2)g‬‬ ‫(‪H2O)l‬‬

‫احسب‪:‬‬

‫أ)‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫ب)‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫̊‪ ∆G‬عند الظروف القياسية للتفاعل‪.‬‬ ‫جـ)‬ ‫‪r‬‬

‫احلــــل‪:‬‬ ‫أ) حساب‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫̊‪= ∑ n ∆H‬‬ ‫̊‪)Products( - ∑ n ∆H‬‬ ‫(‪)Reactants‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬

‫مترين ‪13-3‬‬ ‫̊‪ ∆G‬للتفاعل التالي‬ ‫احسب‬ ‫‪r‬‬ ‫عند الظروف القياسية ‪ 25̊C‬وضغط‬ ‫‪.1 atm‬‬ ‫(‪C5H12)l( +8O2)g‬‬ ‫(‪5CO2)g( + 6H2O)l‬‬ ‫̊‪ ∆H‬للتفاعل من قيم‬ ‫حيث مت حساب ‪r‬‬ ‫انثالبي التكوين القياسية وكانت تساوي‬ ‫̊‪.∆H‬‬ ‫‪r = - 3536 kJ/mol‬‬ ‫̊‪ ∆S‬وكانت تساوي‬ ‫وكذلك مت حساب ‪r‬‬ ‫̊‪. ∆S‬‬ ‫‪r = 374 J/mol‬‬ ‫ج‪-3647.5 kJ/mol :‬‬

‫̊‬ ‫̊‬ ‫̊‬ ‫](‪ ∆Hr = [2∆Hf )CO2( + 3 ∆Hf )H2O‬مترين ‪14-3‬‬

‫̊‪- [ ∆H‬‬ ‫̊‪)C2H5OH(+ 3∆H‬‬ ‫](‪)O2‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬

‫اذا كان لدينا التفاعل االتي‪:‬‬

‫](‪= [ 2 )- 394( + 3 )-286(] - [ )- 278( + 3 )0‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪= - 1368 kJ/mol‬‬

‫(‪CO)g(+ H2O)l‬‬

‫(‪HCOOH)l‬‬

‫̊‪ ∆H‬للتفاعل‬ ‫فاذا كانـــــــــت قيمة ‪r‬‬ ‫تساوي ‪ 16 kJ/mol‬والتغير في‬

‫ب) حساب‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬

‫̊‪ ∆S‬يســـــــــــــــــــــــــاوي‬ ‫االنتروبي ‪r‬‬

‫(‪= ∑ n S̊)Products( - ∑ n S̊)Reactants‬‬ ‫‪r‬‬ ‫̊‪ .234 J/K.mol ∆S‬احسب قيمة التغير‬

‫](‪= [2 S̊)CO2( + 3 S̊)H2O‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫](‪- [S̊)C2H5OH(+ 3 S̊)O2‬‬

‫في الطاقة احلرة القياسية للتفاعل عند‬ ‫الظروف القياسية ‪ 25̊C‬وضغط‬ ‫‪ .1 atm‬وهل التفاعل تلقائي ام ال؟‬

‫‪= [ 2 )214( + 3 )70(] J/K.mol‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫ج‪-53.7 kJ/mol :‬‬

‫‪- [ )161( + 3 )205(] J/K.mol‬‬

‫‪= - 138 J/K.mol‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪1 )kJ‬‬ ‫̊‪)kJ/K.mol( = ∆S‬‬ ‫ــــــــــــــــــــ‬ ‫(‪)J/K.mol‬‬ ‫×‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪1000 )J‬‬

‫‪119‬‬

‫(‪1 )kJ‬‬ ‫ــــــــــــــــــــ × (‪)kJ/K.mol( = -138 )J/K.mol‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪1000 )J‬‬ ‫جـ) حساب‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪r‬‬

‫انتبه !‬

‫‪)kJ/K.mol( = - 0.138 kJ/K.mol‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬

‫نحول درجة احلرارة من وحدة ‪̊C‬الى وحدة الكلفن ‪.K‬‬

‫البد ان نهتم هنا في هذا النوع من‬

‫‪T )K( = t )̊C(+ 273 = 25 + 273 = 298 K‬‬

‫̊‪ ∆H‬و‬ ‫االسئلة بوحدات‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪r‬‬

‫̊‪∆G‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫̊‬ ‫= ‪r‬‬ ‫‪r - T ∆Sr‬‬

‫التي يجب ان تكون هي نفسها‪.‬لذا‬

‫)‬ ‫البد ان نحول وحدة ‪( J/K.mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪r = - 1369 kJ/mol - 298 K × - 0.139 kJ/K.mol‬‬ ‫لالنتروبي الى وحدة ‪. kJ/K.mol‬‬

‫̊‪∆G‬‬ ‫‪r = - 1328 kJ/mol‬‬ ‫̊‪ ∆G‬للتفاعل سالبة فالتفاعل يحدث بشكل تلقائي عند درجة‬ ‫مبا ان قيمة ‪r‬‬ ‫حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬

‫‪ 17-3‬حساﺏ انتروبي التغيرات الفيزيائية‬

‫عرفنا في الفقرات السابقة االنثالبي القياسية للتغيرات الفيزيائية مثل‬ ‫انثالبي التبخر ‪∆Hvap‬واالنصهار ‪ ،∆Hfus‬ونعلم جيد ًا ان املادة تتحول من‬ ‫حالتها الصلبة الى احلالة السائلة بدرجة حرارة تسمى درجة حرارة االنصهار‬ ‫‪ m( Tm‬من ‪ melting‬وتعني انصهار)‪ ،‬وتتحول املادة من حالتها السائلة‬ ‫الى حالتها الغازية (البخار) عند درجة حرارة تسمى بدرجة الغليان ‪b( Tb‬‬ ‫من ‪ boiling‬وتعني غليان)‪ .‬ان درجة حرارة االنصهار ودرجة حرارة الغليان‬ ‫هما درجتان حراريتان يحدث عندهما اتزان بني ضغط بخار املاء الصلب‬ ‫اوالسائل مع الضغط اجلوي‪ ،‬هذا يعني ان قيمة ‪ ∆G‬عند هذه الدرجات‬ ‫بالتحديد تساوي صفراً‪ .‬لذا تصبح عالقة كبس‪:‬‬

‫ومنها نحصل على ان‪:‬‬

‫‪120‬‬

‫‪∆G = ∆H - T ∆S‬‬ ‫‪0 = ∆Htr - Ttr ∆Str‬‬ ‫‪∆H‬‬ ‫‪tr‬ــــــــــــ = ‪∆Str‬‬ ‫‪Ttr‬‬

‫حيث (‪ tr‬من ‪ transition‬وتعني انتقال)‪ .‬فمث ً‬ ‫ال حتول املادة من احلالة الصلبة‬ ‫الى السائلة (عملية االنصهار) جتري عند درجة حرارة االنصهار‪ .‬لذا تكون املعادلة‬ ‫لالنصهار على الصورة االتية‪:‬‬

‫‪∆Hfus‬‬ ‫ــــــــــــــــ‬ ‫= ‪∆Sfus‬‬ ‫‪Tm‬‬ ‫حيث (‪ fus‬من ‪ fusion‬وتعني انصهار)‪ .‬اما عند حتول املادة من احلالة السائلة‬ ‫الى الغازية (عملية التبخر) فتحدث عند درجة حرارة الغليان وتكتب املعادلة‬ ‫اعاله للتبخر على الشكل االتي‪:‬‬

‫‪∆Hvap‬‬ ‫ــــــــــــــــ‬ ‫= ‪∆Svap‬‬ ‫‪Tb‬‬

‫انتبه !‬

‫حيث (‪ vap‬من ‪ vaporization‬وتعني تبخر)‪ .‬يجب التأكيد هنا على ان‬ ‫هذه املعادالت تكون سارية املفعول فقط عندما يكون النظام في حالة االتزان (مثل‬ ‫االنصهار والتبخر والتسامي)‪.‬‬

‫عﻼقة تروتن‬

‫‪Trouten Rule‬‬

‫الحظ العالم تروتن (‪ )Trouten‬ان قيمة ‪ ∆Svap‬الغلب السوائل تساوي‬ ‫قيمة ثابتة هي (‪ )85 J/K.mol‬لذا تصبح املعادلة االخيرة بالشكل االتي‪:‬‬

‫‪∆Hvap‬‬

‫هناك تغير فيزيائي اخر لم يتم‬

‫التطرق اليه وهو حتول املادة من حالتها‬ ‫الصلبة الى احلالة الغازية مباشـــــرة‬ ‫دون املــــرور باحلــــــالة الســـــائلة‬ ‫ويدعـــــى هذا التغير بالتســـــامي‬ ‫(‪ .)Sublimation‬وتســـــــاوي‬ ‫انثالبي التسامي مجموع انثالبيات‬ ‫االنصهار والتبخر لكونها دالة حالة‪.‬‬

‫ــــــــــــــــ = ‪∆Svap = 85 J/K.mol‬‬

‫‪Tb‬‬

‫وهذه العالقة تسمى معادلة تروتن التي تستخدم حلساب انثالبي التبخر للسوائل‬ ‫من معرفة درجة حرارة غليانها‪.‬‬ ‫مثال ‪13-3‬‬ ‫احسب انثالبي التبخر ‪ ∆Hvap‬للهكسان عند االتزان بوحدة ‪ kJ/mol‬اذا‬ ‫علمت ان درجة غليانه تســـــاوي ‪.69̊C‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫مترين ‪15-3‬‬ ‫نحول درجة احلرارة من وحدة ‪̊C‬الى وحدة الكلفن ‪.K‬‬ ‫احسب التغيير في االنتروبي‬ ‫‪T )K( = t )̊C(+ 273 = 69 + 273 = 342 K‬‬ ‫ومن عالقة تروتن‬ ‫للتحول االتي ‪:‬‬ ‫‪∆Hvap‬‬ ‫‪ = 85 J/K.mol‬ــــــــــــــــ = ‪∆Svap‬‬ ‫(‪H2O)l( ⇌ H2O)g‬‬ ‫‪T‬‬ ‫‪b‬‬

‫‪∆Hvap = 85 )J/K.mol( × Tb )K( = 85 J/K.mol × 342 K‬‬ ‫‪= 29070 J/mol‬‬ ‫ونحول وحدة ‪ J/mol‬الى وحدة ‪ kJ/mol‬كاالتي‪:‬‬

‫(‪1 )kJ‬‬ ‫(‪1000 )J‬‬ ‫(‪1 )kJ‬‬ ‫ــــــــــــــــــــ × (‪∆Hvap )kJ/mol( = 29070 )J/mol‬‬ ‫(‪1000 )J‬‬ ‫‪∆H )kJ/mol( = 29 kJ/mol‬‬

‫‪∆Hvap = 44 kJ/mol‬‬

‫عند درجة غليان املاء ‪.100̊C‬‬ ‫ج‪118 J/K.mol :‬‬

‫ــــــــــــــــــــ × (‪∆Hvap )kJ/mol( = ∆Hvap )J/mol‬‬

‫‪vap‬‬

‫‪121‬‬

‫المعادالت الرئيسية‬ ‫رقم الصفحة ‪87‬‬

‫العالقة بني درجات احلرارة بوحدة الكلفن ‪ K‬والوحدة السيليزية̊‪C‬‬

‫‪T (K) = t (̊C)+ 273‬‬ ‫رقم الصفحة ‪89‬‬

‫العالقة بني كمية احلرارة واحلرارة النوعية‬

‫)‪q (J) = ς (J/g .̊C) × m(g) × ∆T(̊C‬‬ ‫العالقة بني كمية احلرارة والسعة احلرارية‬

‫رقم الصفحة ‪89‬‬

‫التغير في االنثالبي القياسية للتفاعل‬

‫رقم الصفحة ‪106‬‬

‫التغير في االنتروبي القياسية للتفاعل‬

‫رقم الصفحة ‪113‬‬

‫‪q = C. ∆T‬‬ ‫)‪(Products) - ∑ n ∆H̊(Reactants‬‬ ‫̊‪= ∑ n ∆H‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫)‪= ∑ n S̊(Products) - ∑ n S̊(Reactants‬‬ ‫̊‪∆S‬‬ ‫‪r‬‬ ‫رقم الصفحة ‪115‬‬

‫التغير في الطاقة احلرة عند ثبوت درجة احلرارة‬

‫‪∆G = ∆H - T ∆S‬‬ ‫رقم الصفحة ‪116‬‬

‫التغير في الطاقة احلرة القياسية للتفاعل‬ ‫عالقة تروتن‬

‫)‪(Products) - ∑ n ∆G̊(Reactants‬‬ ‫̊‪= ∑ n ∆G‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪r‬‬ ‫رقم الصفحة ‪121‬‬ ‫‪∆Hvap‬‬ ‫ــــــــــــــــ = ‪∆Svap = 85 J/K.mol‬‬ ‫‪Tb‬‬

‫المفاهيم االساسية‬ ‫وحدة الجول ‪Joule Unit‬‬ ‫هي وحدة الطاقة حسب النظام الدولي للوحدات ويرمز له بالرمز (‪.)J‬‬

‫درجة حرارة كلفن‬

‫هي درجة احلرارة بوحدات الكلفن (‪ )Kelvin‬ويرمز بالرمز (‪ )T‬ووحداتها حسب النظام الدولي للوحدات هي‬ ‫الكلفن (‪.)K‬‬

‫‪122‬‬

‫النظام ‪System‬‬ ‫النظام الثرموداينمكي هو ذلك اجلزء من الكون الذي نهتم بدراسته يتكون من املادة او املواد املشتركة في حدوث‬ ‫تفاعل كيميائي او تغير فيزيائي‬ ‫المحيط ‪Surrounding‬‬

‫كل مايحيط بالنظام ويؤثر عليه من التغيرات فيزيائية او كيميائية‪.‬‬

‫المجموعة‬

‫يطلق على النظام واحمليط باملجموعة‬ ‫املجموعة = النظام ‪ +‬احمليط‬

‫النظام المفتوح ‪Open System‬‬ ‫يسمى النظام مفتوح ًا اذا كانت احلدود بني النظام واحمليط تسمح بتبادل مادة النظام وطاقته‪ ،‬مثال ذلك اناء معدني‬ ‫مفتوح يحتوي على ماء مغلي‪.‬‬

‫النظام المغلق ‪Closed System‬‬ ‫يكون النظام مغلق ًا اذا كانت حدود النظام تسمح بتبادل الطاقة فقط والتسمح بتغيير مادة النظام‪ ،‬مثل اناء معدني‬

‫مغلق محتوى على ماء مغلي‪.‬‬

‫النظام المعزول ‪Isolated System‬‬ ‫يعرف النظام املعزول بان حدوده التسمح بتبادل ال الطاقة وال املادة‪ ،‬مثال ذلك الثرموس‪.‬‬

‫السعة الحرارية ‪Heat Capacity‬‬

‫ويرمز لها بالرمز (‪ )C‬كمية احلرارة الالزمة لرفع درجة حرارة كتلة مقدارها (‪ )m‬غرام من اي مادة درجة سليزية‬ ‫واحدة ووحدتها هي (‪. )J/̊C‬‬

‫الحرارة النوعية ‪specific Heat‬‬

‫يرمز لها بالرمز ‪ ς‬وتعرف بأنها كمية احلرارة الالزمة لرفع درجة حرارة كتلة غرام واحد من املادة درجة سيليزية واحدة‬ ‫ووحدتها (‪.)J/g .̊C‬‬

‫دالة الحالة ‪State function‬‬

‫هي تلك اخلاصية او الكمية التي تعتمد على احلالة االبتدائية للنظام قبل التغير‪ ،‬واحلالة النهائية للنظام بعد التغير بغض‬ ‫النظر عن الطريق او املسار الذي مت من خالله التغير‪.‬‬ ‫الخواص الشاملة ‪Extensive Properties‬‬

‫وهي اخلواص التي تعتمد على كمية املادة املوجودة في النظام مثل الكتلة واحلجم‬

‫الخواص المركزة ‪Intensive Properties‬‬

‫وهي اخلواص التي ال تعتمد على كمية املادة املوجودة في النظام مثل الضغط والكثافة ودرجة احلرارة‪.‬‬

‫‪123‬‬

‫االنثالبي ‪Enthalpy‬‬ ‫دالة حالة ثرموداينمكية وخاصية شاملة متثل كمية احلرارة املمتصة او املتحررة املقاسة بثبوت الضغط ويرمز لها بالرمز‬ ‫‪ H‬والميكن قياس القيم املطلقة لها ألنها دالة حالة ويقاس لها التغير احلاصل فيها ‪.∆H‬‬ ‫تفاعل باعث للحرارة ‪Exothermic Reaction‬‬

‫التفاعل الكيميائي الذي يصاحبه حترر حرارة وقيمة التغير في االنثالبي له سالبة‪.‬‬

‫تفاعل ماص للحرارة ‪Endothermic Reaction‬‬

‫التفاعل الكيميائي الذي يصاحبه امتصاص حرارة وقيمة التغيير في االنثابي له موجبة‪.‬‬

‫انثالبي التفاعل القياسية ‪Standard Enthalpy of Reaction‬‬

‫̊‪ ∆H‬وتعرف بأنها احلرارة املصاحبة حلدوث التفاعل عند الظروف القياسية من درجة حرارة وضغط‪.‬‬ ‫يرمز بها بالرمز‬ ‫‪r‬‬

‫انثالبي التكوين القياسية ‪Standard Enthalpy of Formation‬‬

‫̊‪ ∆H‬وتعرف بأنها احلرارة الالزمة لتكوين مول واحد من اي مركب من عناصره االساسية املتواجدة‬ ‫ويرمز لها بالرمز ‪f‬‬

‫بأثبت صورها في حالتها القياسية‪.‬‬

‫انثالبي االحتراق القياسية ‪Standard Enthalpy of Combustion‬‬

‫̊‪ ∆H‬وتعرف بأنها احلرارة املتحررة من حرق مول واحد من اي مادة حرق ًا تام ًا مع وفرة من االوكسجني‬ ‫ويرمز لها بالرمز ‪c‬‬

‫عند الظروف القياسية من درجة حرارة وضغط ‪.‬‬ ‫قانون هيس ‪Hess law‬‬

‫التغير في االنثالبي املصاحب لتحول املواد املتفاعلة الى نواجت هو نفسه سواء مت التفاعل في خطوة واحدة او سلسلة من اخلطوات‪.‬‬

‫العمليات التلقائية وغير التلقائية ‪Spontaneous and Nonspontaneous‬‬

‫اي عملية فيزيائية او كيميائية حتدث من تلقاء نفسها عند ظروف معينة دون تأثير من اي عامل خارجي تسمى عملية‬ ‫تلقائية‪ .‬اما العملية التي الميكن ان جتري بشكل تلقائي في ظل الظروف نفسها تسمى غير تلقائية‪.‬‬ ‫االنتروبي ‪Entropy‬‬

‫يرمز لها بالرمز ‪ S‬وهي دالة حالة ثرموداينميكية تعتبر مقياس درجة الال أنتظام للنظام الثرموداينمكي‪.‬‬

‫طاقة كبس الحرة ‪Gibbs Free Energy‬‬

‫يرمز لها بالرمز ‪ G‬وهي دالة حالة ثرموداينمكية تتيح لنا التنبؤ بتلقائية العمليات الفيزيائية او الكيميائية ومتثل‬ ‫الطاقة العظمى التي ميكن احلصول عليها من قياس التغير في االنثالبي واالنتروبي‪.‬‬

‫طاقة كبس الحرة للتكوين القياسية ‪Standard Gibbs free energy of Formation‬‬

‫̊‪ ∆G‬وتعرف بأنها مقدار التغير في الطاقة احلرة عند تكوين مول واحد من اي مركب من عناصره‬ ‫يرمز لها بالرمز ‪f‬‬

‫االساسية بأثبت صورها عند الظروف القياسية عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬

‫‪124‬‬

‫اسﺌلة الفصل الثالث‬ ‫‪ 1-3‬عرف املصطلحات االتية ‪ :‬النظام‪ ،‬احمليط‪ ،‬املجموعة‪ ،‬النظام املفتوح‪ ،‬دالة احلالة‪ ،‬النظام املعزول‪ ،‬اجلول‪ ،‬النظام‬ ‫املغلق‪ ،‬القانون االول الثرموداينمكي‪.‬‬ ‫‪ 2-3‬ما هي وحدات االنثالبي واالنتروبي وطاقة كبس احلرة بالوحدات الدولية (‪.)SI‬‬ ‫‪ 3-3‬ما املقصود بالتعابير االتية‪ :‬الكيمياء احلرارية‪ ،‬عملية باعثة للحرارة‪ ،‬عملية ماصة للحرارة‪.‬‬ ‫‪ 4-3‬ماذا نعني بدالة احلالة‪ ،‬واعط مثا ًال على كميتني تعدان دالة حالة ومثال على دالة مسار (دالة غير حالة)‪.‬‬ ‫‪ 5-3‬ملاذا من الضروري بيان احلالة الفيزيائية عند كتابة التفاعالت احلرارية‪.‬‬ ‫‪ 6-3‬ما الفرق بني احلرارة النوعية والسعة احلرارية ؟ ما هي وحدات هاتني الكميتني‪.‬‬ ‫‪ 7-3‬ما الفرق بني اخلواص املركزة واخلواص الشاملة مع اعطاء امثلة لكل منها‪.‬‬ ‫‪ 8-3‬صفاملسعراحلراريالذيتتمبوساطتهقياساحلرارةاملمتصةاواملنبعثةعندثبوتالضغط(‪)qp‬اياالنثالبي(‪.)∆H‬‬ ‫‪ 9-3‬قطعة من الفضة كتلتها ‪ 360 g‬وسعتها احلرارية (‪ )86 J/̊C‬احسب حرارتها النوعية‪.‬‬

‫ج ‪0.24 J/g .̊C :‬‬

‫‪ 10-3‬قطعة من النحاس كتلتها ‪ ،6 g‬سخنت من ‪ 21̊C‬الى ‪ .124̊C‬احسب كمية احلرارة بوحدات الكيلوجول‬ ‫(‪ .)kJ‬اذا علمت ان احلرارة النوعية للنحاس ( ‪)0.39 J/g.̊C‬‬ ‫ج ‪0.241 kJ :‬‬

‫‪ 11-3‬احسب كميـــة احلرارة املنبعثة بوحــدات (‪ )kJ‬من ‪ 350 g‬زئبق عنــد تبريدها من ‪ 77̊C‬الى ‪.12̊C‬‬ ‫اذا علمت ان احلرارة النوعية للزئبق (‪.)0.14 J/g.̊C‬‬ ‫ج ‪-3.2 kJ :‬‬

‫‪ 12-3‬اذا مت رفع درجة حرارة ‪ 34 g‬من االيثانول من ‪ 25̊C‬الى ‪ .79̊C‬احسب كمية احلرارة املمتصة بوساطة‬ ‫االيثانول اذا علمت ان احلرارة النوعية لاليثانول ( ‪.)2.44 J/g.̊C‬‬ ‫ج ‪4479.8 J :‬‬

‫‪ 13-3‬سخنت عينة من مادة مجهولة كتلتها ‪ 155 g‬من درجة حرارة ‪ 25̊C‬الى ‪ ،40̊C‬ما ادى الى امتصاص‬ ‫حرارة مقدارها ‪ .5700 J‬احسب احلرارة النوعية لهذه املادة‪.‬‬

‫ج ‪2.45 J/g .̊C :‬‬

‫‪125‬‬

‫‪ 4.5 g 14-3‬من حبيبات ذهب امتصت ‪ 276 J‬من احلرارة عند تسخينها‪ ،‬فإذا علمت ان احلرارة االبتدائية كانت‬ ‫‪ .25̊C‬احسب درجة احلرارة النهائية التي ُسخنت اليها‪ ،‬اذا علمت ان احلرارة النوعية للذهب ‪.0.13 J/g.̊C‬‬

‫‪ 15-3‬ماذا تعني املعادالت الكيميائية احلرارية االتية‪:‬‬ ‫‪+ 4H2O)l( ∆H̊= -1453 kJ‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪= - 904 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫ج ‪446.8̊C :‬‬ ‫(‪2CO2)g‬‬

‫(‪4NO)g( + 6H2O)g‬‬ ‫(‪H2SO4)l‬‬

‫‪= - 811 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪)1( 2CH3OH)l( + 3O2)g‬‬ ‫(‪+ 5O2)g‬‬

‫(‪)2( 4NH3)g‬‬

‫(‪)3( H2)g( + S)rhomloic( + 2O2)g‬‬

‫‪ 16-3‬عند حدوث تفاعل كيميائي في مسعر سعته احلرارية الكلية تساوي‪ 2.4 kJ/̊C‬فإن درجة حرارة املسعر‬ ‫ترتفع مبقدار ‪ ،0.12̊C‬احسب التغير في االنثالبي لهذا التفاعل‪.‬‬

‫ج ‪0.288 kJ :‬‬

‫‪ 17-3‬اذا مت حرق عينة كتلتها ‪ 1.5 g‬من حامض اخلليك ‪( CH3COOH‬الكتلة املوليــة للحامض = ‪)60 g/mol‬‬

‫بوجود كمية وافية من االوكسجني‪ ،‬وكان املسعر يحتوي على ‪ 750 g‬من املاء (احلرارة النوعية للماء ‪.)4.2 J/g.̊C‬‬ ‫فإذا ارتفعــت درجة حرارة املسعـــــر ومحتوياته مـــن ‪ 24̊C‬الى ‪ ،28̊C‬احسب كمية احلرارة التي ميكن ان تنبعث‬

‫نتيجة احتراق مول واحد من احلامض‪ ،‬على فرض ان السعة احلرارية للمسعر مهملة‪.‬‬

‫ج ‪-504000 J/mole :‬‬

‫‪ 18-3‬ماذا تعني ظروف التفاعل القياسية في الكيمياء احلرارية وما هي اوجه االختالف عن الظروف القياسية (‪)STP‬‬ ‫التي تستخدم في الغازات ‪.‬‬ ‫̊‪ ∆H‬واكتب املعادالت احلرارية لتكوين كحول االثيل (‪)C H OH‬‬ ‫‪ 19-3‬عرف انثالبي التكوين القياسية ‪f‬‬ ‫‪2 5‬‬ ‫)‬ ‫وكاربونات الكالـســــــــــيوم (‬ ‫̊‪ ∆H‬لكل من الكحول والكاربونات تســــــــــــــاوي‬ ‫‪ . CaCO‬اذا علمت ان ‪f‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪ -278 kJ/mole‬و ‪ -1207 kJ/mole‬على التوالي‪.‬‬ ‫̊‪ ∆H‬والتغير في انـثالبــــي االحتــــراق القياســــية‬ ‫‪ 20-3‬احسب التغير في انثالي التكوين القياسية (‪)Al2O3‬‬ ‫‪f‬‬

‫̊‪ ∆H‬في التفاعل اآلتي ‪:‬‬ ‫(‪c )Al‬‬

‫‪= - 3340 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪2Al2O3)s‬‬

‫(‪4Al)s( + 3O2)g‬‬

‫ج ‪-835 kJ/mole ; -1670 kJ/mole :‬‬ ‫‪ 21-3‬اكتب نص قانون هيس وفسر فائدته في الكيمياء احلرارية‪ .‬من املعادالت احلرارية التالية عند درجة حرارة‬ ‫‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫(‪)1( H2)g( + Cl2)g‬‬ ‫(‪2HCl)g‬‬ ‫‪∆H̊= - 185 kJ‬‬

‫‪126‬‬

‫‪r‬‬

‫‪= - 484 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫احسب ̊‪ ∆H‬للتفاعل االتي ‪:‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪∆H̊= ? kJ‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪)2( 2H2)g( + O2)g‬‬

‫(‪2H2O)g‬‬

‫(‪4HCl)g( +O2)g‬‬

‫(‪2Cl2)g( +2H2O)g‬‬

‫ج ‪-114 kJ :‬‬

‫‪ 22-3‬اذا اعطيت املعادالت احلرارية التالية عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫‪1‬‬ ‫(‪ N2)g( + O 2)g‬ــــ (‪)1‬‬ ‫(‪NO2)g‬‬ ‫‪∆H̊= 33 kJ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪r‬‬

‫‪= 11 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫̊‪ ∆H‬للتفاعل االتي‪:‬‬ ‫احسب ‪r‬‬

‫(‪)2( N2)g( + 2O 2)g‬‬

‫(‪N2O4)g‬‬

‫‪= ? kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪2NO2)g‬‬

‫(‪N2O4)g‬‬

‫ج ‪-55 kJ :‬‬

‫‪ 23-3‬اذا كان لديك املعادالت احلرارية التالية عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫(‪)1( FeO)s( +H2)g‬‬ ‫(‪Fe)s( +H2O)g‬‬ ‫‪∆H̊= 25 kJ‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪= - 318 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪= - 242 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫احسب ̊‪ ∆H‬للتفاعل االتي ‪:‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪∆H̊= ? kJ‬‬ ‫‪r‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬

‫(‪ O2)g‬ــــ ‪)2( 3FeO)s( +‬‬

‫(‪Fe3O4)s‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬

‫(‪ O2)g‬ــــ ‪)3( H2)g( +‬‬

‫(‪H2O)g‬‬

‫(‪3Fe)s( + 4H2O)g‬‬

‫(‪Fe3O4)s( + 4H2)g‬‬

‫ج ‪-151 kJ :‬‬

‫‪ 24-3‬اذا كان لديك املعادالت احلرارية التالية عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫‪=10 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪SO2)g( + Cl2)g‬‬

‫‪= -325 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪= -307 kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬ ‫احسب ̊‪ ∆H‬للتفاعل االتي ‪:‬‬ ‫‪r‬‬ ‫=‬ ‫?‬ ‫‪kJ‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪r‬‬

‫(‪PCl3O)l‬‬ ‫(‪PCl3)l‬‬

‫(‪2SCl2O)l( + 2PCl3O)l‬‬

‫‪1‬‬ ‫(‪ O2)g‬ــــ ‪)1( SCl2O)l( +‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬

‫(‪ O2)g‬ــــ ‪)2( PCl3)l( +‬‬

‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬

‫(‪ Cl2)g‬ــــ ‪)3( P)s( +‬‬

‫(‪2P)s( + 2SO2)g( + 5Cl2)g‬‬ ‫ج ‪-1284 kJ :‬‬

‫‪127‬‬

‫‪ 25-3‬احسب ̊‪ ∆H‬للتفاعل التالي عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪2NH3)g( + 3O2)g( + 2CH4)g‬‬ ‫(‪2HCN)g( + 6H2O)g‬‬ ‫اذا اعطيت املعلومات االتية‪:‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f CH4 = - 75 kJ/mol‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f H2O = - 242 kJ/mol‬‬

‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫و ‪f NH3 = - 80 kJ/mol‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f HCN = 135 kJ/mol‬‬

‫و‬

‫ج ‪-940 kJ :‬‬

‫‪ 26-3‬احسب انثالي التكوين القياسية للمركب(‪ HPO3)s‬اذا اعطيت املعلومات االتية‪:‬‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫(‪P4O10)s( + 4HNO3)l‬‬ ‫(‪4 HPO3)l( + 2N2O5)g‬‬ ‫‪r = - 180 kJ‬‬ ‫̊‪ ∆H‬للمركبات االتية‪:‬‬ ‫‪f‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f HNO3 = -174 kJ/mol‬‬

‫و‬

‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f P4O10 = -2984 kJ/mol‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪∆H‬‬ ‫‪f N2O5 = - 43 kJ/mol‬‬

‫ج ‪-943.5 kJ/mole :‬‬

‫‪ 27-3‬احسب̊‪ ∆S‬للتفاعل االتي عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪2NH3)g‬‬ ‫اذا علمت ان‪:‬‬

‫‪S̊)H2( = 131 J/K.mol‬‬

‫و‬

‫(‪N2)g( + 3H2)g‬‬

‫‪S̊)N2( = 192 J/K.mol‬‬ ‫‪S̊)NH3( = 193 J/K.mol‬‬ ‫ج‪-199 J/K.mol :‬‬

‫‪ 28-3‬ماذا نعني بالعملية التلقائية‪ .‬وضح ذلك ثم اعط مثالني لكل من العمليات التلقائية وغير التلقائية‪.‬‬ ‫‪ 29-3‬اي من العمليات التالية تلقائية وايها غير تلقائية ‪:‬‬ ‫أ) ذوبان ملح الطعام في املاء‪.‬‬ ‫ب) تسلق قمة إيفرست‪.‬‬ ‫جـ) انتشار رائحة العطر في الغرفة بعد رفع غطاء قنينة العطر‪.‬‬ ‫د) فصل الهيليوم والنيون من مزيج من الغازات‪.‬‬ ‫‪ 30-3‬عرف االنتروبي‪ .‬ماهي وحدات االنتروبي حسب النظام الدولي للوحدات (‪.)SI‬‬

‫‪128‬‬

‫‪ 31-3‬كيف يتغير انتروبي النظام (تزداد ام تقل) في كل مما يلي من العمليات‪:‬‬ ‫أ) ذوبان مادة صلبة في مذيب‪.‬‬ ‫ب) جتمد سائل‬ ‫جـ) حتول بخار الى صلب‪.‬‬ ‫د) تكثف بخار الى سائل‪.‬‬ ‫هـ) تسامي مادة صلبة ‪.‬‬ ‫و) ذوبان اليوريا في املاء ‪.‬‬ ‫̊‪ ∆S‬للتفاعل التالي عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫‪ 32-3‬احسب‬ ‫‪r‬‬ ‫(‪SiH4)g( + 2O2)g‬‬ ‫(‪SiO2)s( + 2H2O)l‬‬ ‫اذا اعطيت املعلومات االتية‪:‬‬ ‫‪ S̊)O2( = 206 J/K.mol‬و ‪S̊)SiH4( = 205 J/K.mol‬‬ ‫‪ S̊)H2O( = 70 J/K.mol‬و‬

‫‪S̊)SiO2( = 42 J/K.mol‬‬ ‫ج‪-435 J/K.mol :‬‬

‫̊‪ ∆S‬للتفاعل التالي تساوي ‪ 137 J/K.mol‬عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط‬ ‫‪ 33-3‬اذا علمت ان قيمة‬ ‫‪r‬‬ ‫‪ ،1 atm‬وان قيم ‪ ،S̊)O2( = 206 J/K.mol‬فما قيمة̊‪ S‬لالوزون ‪.O3‬‬ ‫(‪2O3)g‬‬ ‫(‪3O2)g‬‬ ‫ج‪+240.5 J/K.mol :‬‬

‫‪ 34-3‬عرف طاقة كبس احلرة للتكوين القياسية وما هي وحداتها‪.‬‬

‫‪35-3‬‬ ‫̊‪ ∆G‬للتفاعالت التالية عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪.1 atm‬‬ ‫احسب ‪r‬‬ ‫(‪2NO)g‬‬

‫(‪)1( N2)g( + O2)g‬‬

‫(‪H2O)g‬‬

‫وتنبأ بتلقائية التفاعل من عدمه ‪ .‬اذا علمت ان‪:‬‬

‫(‪4CO2)g( + 2H2O)l‬‬

‫(‪)2( H2O)l‬‬

‫(‪)3( 2C2H2)g( + 5O2)g‬‬

‫‪)H O ( = - 229 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫(‪2 )g‬‬

‫و‬

‫‪)NO( = 87 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬

‫‪)C H ( = 209 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫(‪2 2)g‬‬

‫و‬

‫‪)H O ( = - 237 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫(‪2 )l‬‬ ‫‪)CO ( = -394 kJ/mol‬‬ ‫̊‪∆G‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪2‬‬

‫ج ‪-2468)3( ، +8)2( ، +174)1( kJ/mol :‬‬

‫‪129‬‬

‫‪ 36-3‬جد درجة احلرارة التي ستصبح عندها التفاعالت التالية تلقائية اذا علمت أن قيم ‪ ∆H‬و ‪ ∆S‬لها‪.‬‬ ‫التفاعل ‪A :‬‬

‫‪ ∆H = -126 kJ/mol‬و ‪∆S = - 48 J/K.mol‬‬

‫التفاعل ‪B :‬‬

‫‪ ∆H = 12 kJ/mol‬و ‪∆S = 105 J/K.mol‬‬

‫ج ‪114.3 K ، B ; 2625 K ، A :‬‬

‫‪ 37-3‬من قيم ‪ ∆H‬و ‪ ،∆S‬تنبأ بأي التفاعلني التاليني يكون التفاعل تلقائي ًا عنـــــــــــــد درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط‬ ‫‪.1 atm‬‬ ‫التفاعل ‪A :‬‬

‫‪ ∆H = 11 kJ/mol‬و ‪∆S = 30 J/K.mol‬‬

‫‪ ∆H = 2 kJ/mol‬و ‪∆S = 113 J/K.mol‬‬ ‫التفاعل ‪B :‬‬ ‫اذا لم يكن كل من التفاعلني تلقائي ًا عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬وضغط ‪ ،1 atm‬فبإي درجة حرارة قد يكونا‬ ‫تلقائيني‪.‬‬ ‫ج ‪ ، A :‬غير تلقائي ; ‪366.7 K‬‬ ‫‪ ، B‬تلقائي‬ ‫‪ 38-3‬علل مايأتي على ضوء عالقة كبس‬ ‫‪ - 1‬عملية انصهار اجلليد تلقائية بالظروف االعتيادية ‪.‬‬ ‫‪ - 2‬ال يتحلل املاء الى عناصره االولية بالظروف االعتيادية ‪.‬‬ ‫‪ - 3‬يذوب غاز ثنائي اوكسيد الكبريت في املاء تلقائي ًا ويبعث حرارة اثناء عملية ذوبانه ‪.‬‬

‫( ‪) ∆G = ∆H - T ∆S‬‬

‫‪130‬‬

‫الفصل الرابع‬

‫‪4‬‬

‫االتزان الكيميائي‬ ‫‪Chemical Equilibrium‬‬

‫بعد اﻹنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على أن ‪:‬‬

‫يبني التفاعالت االنعكاسية والغير انعكاسية‪.‬‬ ‫يفهم كيفية وصول التفاعل الى حالة االتزان‪.‬‬ ‫يجد ثوابت االتزان ‪ Kc‬و ‪ Kp‬والعالقة بينهما‪.‬‬ ‫يتعلم أهمية قيمة ثابت االتزان لتحديد اجتاه التفاعل‪.‬‬ ‫يتبني العالقة بني ثابت االتزان وطريقة كتابة املعادلة‪.‬‬ ‫يحدد حاصل التفاعل وأهميته‪.‬‬ ‫يتعرف على قاعدة لو شاتليه وتأثير العوامل املؤثرة على حالة االتزان وقيمة‬ ‫ثابت االتزان‪.‬‬

‫‪131‬‬

‫‪1-4‬‬

‫التفاعالت غير االنعكاسية واالنعكاسية‬ ‫‪Irreversible and Reversible Reactions‬‬

‫التفاعل الكيميائي هو عملية تتحول فيها مادة واحدة أو أكثر الى مواد‬ ‫جديدة تختلف في صفاتها عن املادة أو املواد التي تفاعلت في البداية‪ .‬وقد‬ ‫اعتدنا التعبير عن التفاعل الكيميائي باملعادلة الكيميائية‪ ،‬والتي هي اختصار‬ ‫علمي ميثل التحول احلاصل في املواد املتفاعلة للحصول على النواجت‪ .‬وميثل‬ ‫السهم في املعادلة اجتاه التفاعل‪.‬‬ ‫تقسم التفاعالت الكيميائية حسب اجتاه التفاعل الى تفاعالت تامة والتي‬ ‫تسمى تفاعالت غير انعكاسية (‪ )Irreversible reactions‬التي يتم‬ ‫فيها استهالك احد أو جميع املواد املتفاعلة متاماً‪ ،‬ويؤشر ذلك بســــهم واحد‬ ‫) فعلى سبيل املثال عند احتراق وقود السيارات (البانزين) احتراق ًا‬ ‫(‬ ‫تام ًا ينتج عنه تكوين غاز ثنائي اوكسيد الكاربون وبخار املاء‪ ،‬هذه العملية‬ ‫غير انعكاسية فمن الصعوبة جداً‪ ،‬اذا لم نقل مستحيلة‪ ،‬أن نتمكن من اعادة‬ ‫ثنائي اوكسيد الكاربون وبخار املاء الناجت من هذه العملية الى بانزين مرة‬ ‫اخرى‪ ،‬مثل هذه التغيرات نقول انها حدثت باجتاه واحد وانها تفاعالت تامة‬ ‫غير انعكاسية‪ ،‬ومن أمثلتها‪:‬‬ ‫‪ - 1‬إضافة محلول حامض الكبريتيك الى محلول هيدروكسيد الصوديوم‬ ‫وتكون ملح كبريتات الصوديوم وماء‪.‬‬ ‫)‪Na2SO4(aq) + 2H2O(l‬‬

‫)‪H2SO4(aq) + 2NaOH(aq‬‬

‫‪ - 2‬إضافة حامض الهيدروكلوريك الى كاربونات الصوديوم وتصاعد غاز‬ ‫ثنائي أوكسيد الكاربون ‪:CO2‬‬ ‫)‪2 NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g‬‬

‫)‪Na2CO3(s) + 2HCl(aq‬‬

‫تعرف التفاعالت غير االنعكاسية بأنها‪ :‬التفاعالت الكيميائية التي‬

‫‪132‬‬

‫يتم فيها (عند ظروف معينة) استهالك تام الحد أو جميع املواد املتفاعلة‪،‬‬ ‫واليكون للمواد الناجتة عند ظروف التفاعل نفسها‪ ،‬القدرة على أن تتفاعل‬ ‫لتكوين املواد التي تكونت منها‪.‬‬

‫أما النوع االخر من التفاعالت فهي التفاعالت غير التامة وتسمى‬ ‫بالتفاعالت االنعكاسية (‪ ،)Reversible reactions‬وهي تفاعالت‬ ‫التستهلك املواد املتفاعلة فيها كلي ًا بسبب أن املواد الناجتة تبدأ بتكوين‬ ‫املواد املتفاعلة ويستمر هذا الوضع مهما طال وقت التفاعل‪ ،‬أي اليتم‬ ‫فيها استهالك املواد املتفاعلة متاماً‪ ،‬ويؤشر ذلك في املعادلة بوضع سهمني‬ ‫) للداللة على ذلك‪.‬‬ ‫متعاكسني (‬ ‫هنالك الكثير من التغيرات الكيميائية املعروفة تكون انعكاسية‪ ،‬فمث ً‬ ‫ال‬ ‫تتم عملية التنفس بطريقة التبادل الغازي حيث إن الدم القادم الى احلويصالت‬ ‫الرئوية يكون محم ً‬ ‫ال ببخار املاء وغاز ‪ ،CO2‬فيطرح الدم هذه املواد ويأخذ‬ ‫غاز االوكسجني فيصبح دم ًا مؤكسج ًا ثم يعطي االوكسجني بعملية التنفس‬ ‫الداخلي ويأخذ بخار املاء و ‪ CO2‬وهكذا تستمر عملية التنفس‪ .‬وهنالك‬ ‫الكثير من االمثلة التي تعبر عن التفاعالت الكيميائية والتغيرات الفيزيائية‬ ‫االنعكاسية ومنها‪:‬‬

‫‪ - 1‬تفاعل حامض اخلليك مع كحول االثيل وتكوين خالت االثيل واملاء‪:‬‬ ‫)‪CH3COOCH2CH3(l) + H2O(l‬‬

‫)‪CH3COOH(l) + CH3CH2OH(l‬‬

‫‪ - 2‬تفاعل غاز الهيدروجني مع بخار اليود لتكوين غاز يوديد الهيدروجني(في‬ ‫نظام مغلق)‪:‬‬ ‫)‪2HI(g‬‬

‫)‪H2(g) + I2(g‬‬

‫‪ - 3‬حتلل كاربونات الكالسيوم الصلبة الى اوكسيد الكالسيوم وغاز ‪CO2‬‬ ‫(في نظام مغلق)‪:‬‬ ‫)‪CaO(s) + CO2(g‬‬

‫)‪CaCO3(s‬‬

‫‪ - 4‬وتغيرات فيزيائية مثل تبخر املاء (في نظام مغلق)‪:‬‬ ‫)‪H2O(g‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫تعرف التفاعالت االنعكاسية بأنها ( التفاعالت الكيميائية التي يتم فيها‬ ‫حتول املواد املتفاعلة الى نواجت في بداية التفاعل‪ ،‬ويكون للمواد الناجتة املقدرة‬ ‫على أن تتفاعل مع بعضها لتكوين املواد التي تكونت منها مرة اخرى)‪.‬‬

‫‪133‬‬

‫‪ 2 - 4‬التفاعالت االنعكاسية وحالة االتزان‬

‫اغلب التفاعالت االنعكاسية‪ ،‬كما ذكرنا سابقاً‪ ،‬هي تفاعالت تستمر‬ ‫باجتاهني متعاكسني بظروف التفاعل نفسها‪ .‬فمث ً‬ ‫ال عند ظروف مناسبة‬ ‫يتفاعل غاز ‪ H2‬مع غاز ‪ N2‬لتكوين غاز االمونيا ‪ .NH3‬في بداية هذا‬ ‫التفاعل يكون التفاعل االمامي سريع ًا ‪ Rf( Rf‬سرعة التفاعل االمامي‪،‬‬ ‫حيث ‪ f‬من ‪ forward‬وتعني امامي) باجتاه تكوين االمونيا‪ ،‬مبرور الوقت‬ ‫وبزيادة تركيز االمونيا وعند ظروف التفاعل نفسها تتحلل االمونيا الناجتة‬ ‫لتكوين غازي ‪ H2‬مع ‪ N2‬بسرعة مقدارها ‪ Rb( Rb‬سرعة التفاعل اخللفي‪،‬‬ ‫حيث ‪ b‬من ‪ backward‬وتعني خلفي)‪ .‬يستمر كال التفاعلني باالجتاهني‬ ‫املتعاكسني (االمامي واخللفي ) حتى يصل التفاعل الى حالة معينة تتساوى‬ ‫عندها سرعتي التفاعلني االمامي واخللفي (‪ )Rf = Rb‬فيصل التفاعل الى‬ ‫حالة تدعى بحالة االتزان الكيميائي‪:‬‬ ‫)‪2NH3(g‬‬

‫‪kf‬‬

‫‪kb‬‬

‫)‪N2(g) + 3H2(g‬‬

‫حيث ‪ kf‬ميثل ثابت سرعة التفاعل االمامي و ‪ kb‬ميثل ثابت سرعة التفاعل اخللفي‪.‬‬ ‫منطقة االتزان‬

‫[ ‪]H‬‬ ‫[ ‪]N‬‬

‫[ ‪]NH‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪2‬‬

‫التركيز‬

‫الزمن‬

‫الشكل ‪1-4‬‬ ‫وصول التفاعل الى حالة‬ ‫االتزان بعد مرور فترة زمنية‬

‫تظهر التفاعالت التي تصل الى حالة االتزان وكأنها قد توقفت‪ ،‬لكنها في‬ ‫احلقيقة التزال مستمرة وجتري في كال االجتاهني‪ ،‬ألن حالة االتزان الكيميائي‬ ‫هي حالة اتزان ديناميكي (حركي) وليست حالة اتزان استاتيكي(ساكن)‪.‬‬ ‫أي أن التفاعل مستمر وبكال االجتاهني االمامي واخللفي باملقدرة والسرعة‬ ‫ذاتها‪ .‬بعبارة اخرى لهذا التفاعل يكون معدل سرعة التكوين تساوي معدل‬ ‫سرعة التفكك‪ ،‬وتكون تراكيز املواد الناجتة واملتفاعلة عند حالة االتزان ثابتة‬ ‫دون تغير‪ ،‬مالم يحدث أي تغيير على الظروف التي يتم عندها التفاعل وكما‬ ‫هو موضح في الشكل (‪.)1-4‬‬

‫‪ 3 - 4‬التفاعالت االنعكاسية المتجانسة وغير المتجانسة‬

‫التفاعالت االنعكاسية املتجانسة (‪Reversible homogenous‬‬

‫‪134‬‬

‫‪ )reactions‬هي التفاعالت التي تكون فيها املواد املتفاعلة والناجتة‬ ‫جميعها في طور واحد ومن امثلتها (علم ًا بأن جميع التفاعالت جتري في‬ ‫نظام مغلق)‪:‬‬

‫‪ - 1‬تفاعل غازي‬

‫(‪2NO2)g‬‬

‫‪ - 2‬تفاعل في محلول (‪HCOOCH3)l( + H2O)l‬‬ ‫‪ - 3‬تفاعل صلب‬

‫(‪N2O4)g‬‬

‫(‪HCOOH)l( + CH3OH)l‬‬ ‫(‪Zn)s( + S)s‬‬

‫(‪ZnS)s‬‬

‫اما التفاعالت االنعكاسية غير املتجانسة فهي التفاعالت التي توجد فيها‬ ‫املواد املتفاعلة والناجتة في اكثر من طور واحد ومن امثلتها (جميع التفاعالت‬ ‫جتري في نظام مغلق)‪.‬‬

‫(‪H2O2)g‬‬

‫(‪H2O)l‬‬

‫(‪Na2Co3)s( + H2O)g( + Co3)g‬‬

‫(‪2NaHCo3)s‬‬

‫(‪HgO)s‬‬

‫(‪Hg)l( + O2)g‬‬

‫‪ 4 - 4‬حالة االتزان وقانون فعل الكتلة‬

‫عند خلط مول واحد من غاز الهيدروجني مع مول واحد من غاز اليود‬ ‫في إناء التفاعل لتكوين غاز يوديد الهيدروجني عند ‪ 445°C‬فاملفروض أن‬ ‫يتكون ‪2‬مول من يوديد الهيدروجني حسب املعادلة االتية‪:‬‬ ‫(‪H2)g( + I2)g‬‬ ‫(‪2HI)g‬‬ ‫لكن وجد عملي ًا بتحليل اخلليط عندما يصل هذا التفاعل الى حالة االتزان‬ ‫الكيميائي الديناميكي انه يحتوي ‪ %78‬من غاز ‪ HI‬و ‪ %11‬من كل من‬ ‫غازي اليود والهيدروجني بحالتيهما اجلزيﺌية‪ ،‬وباملثل اذا سخن غاز ‪HI‬‬ ‫النقي عند درجة احلرارة نفسها فانه يتفكك الى غازي الهيدروجني واليود‪،‬‬ ‫ويحتوي اخلليط دائم ًا على ‪ %78‬من غاز ‪ HI‬عند االتزان و ‪ %11‬من كل‬ ‫من غازي اليود والهيدروجني‪.‬‬ ‫يطلق على العالقة التي تربط بني سرعة التفاعل الكيميائي وتراكيز‬ ‫املواد قانون فعل الكتلة والذي ينص ”عند ثبوت درجة احلرارة فان سرعة‬ ‫التفاعل الكيميائي في اي اجتاه ًا كان تتناسب طردي ًا مع التراكيز املوالرية‬ ‫للمواد املتفاعلة ك ً‬ ‫ال منها مرفوع الى اس ميثل عدد املوالت املوضوع امام كل‬ ‫مادة في املعادلة الكيميائية املوزونة“‪.‬‬ ‫وعند تطبيق قانون فعل الكتلة وللتفاعل املشار اليه اعاله‬ ‫(‪2HI)g‬‬

‫‪kf‬‬ ‫‪kb‬‬

‫(‪H2)g( + I2)g‬‬

‫التفاعل االنعكاسي يصل الى حالة‬ ‫االتزان بعد مرور فترة زمنية عليه‪.‬‬

‫‪135‬‬

‫ميكن التعبير عن سرعة التفاعل االمامي ‪ Rf‬وسرعة التفاعل اخللفي ‪Rb‬‬ ‫رياضي ًا وحسب قانون فعل الكتلة كاالتي‪:‬‬ ‫[‪Rf = kf ]H2[ ]I2‬‬ ‫‪Rb = kb ]HI[2‬‬

‫‪ 5 - 4‬ثابت االتزان ‪Equilibrium Constant‬‬

‫لنفرض انه لدينا التفاعل االنعكاسي املتزن االتي‪:‬‬

‫‪aA + bB‬‬

‫‪gG + hH‬‬

‫حيث ‪ A‬و‪ B‬و ‪ G‬و ‪ H‬متثل املواد املتفاعلة والناجتة أما ‪ a‬و‪ b‬و‪ g‬و ‪ h‬فتمثل‬ ‫اعداد موالتها في معادلة التفاعل املوزونة‪.‬‬ ‫عند تطبيق قانون فعل الكتلة بالنسبة الى التفاعل االمامي جند أن‪:‬‬ ‫(‪)1‬‬

‫‪Rf = kf ]A[a ]B[b‬‬

‫اما عند تطبيق قانون فعل الكتلة بالنسبة إلى التفاعل اخللفي نحصل على العالقة‪:‬‬ ‫(‪)2‬‬

‫سرعة التفاعل‬

‫الزمن‬

‫الشكل ‪2-4‬‬ ‫حالة االتزان لتفاعل مزيج غازي‬ ‫يبين التفكك والتكون وسرعة‬ ‫الوصول الى حالة االتزان‪.‬‬

‫‪136‬‬

‫‪Rb = kb ]G[g ]H[h‬‬

‫حيث ‪ kf‬و ‪ kb‬متثل ثابتي تناسب سرعة التفاعل االمامي واخللفي على التوالي‪.‬‬ ‫وعند حصول االتزان فإن سرعة التفاعل االمامي تساوي سرعة التفاعل‬ ‫اخللفي ‪( ،Rf = Rb‬الشكل ‪ )2 - 4‬لذا نحصل على االتي‪:‬‬ ‫(‪)3‬‬

‫‪kf ]A[a ]B[b = kb ]G[g ]H[h‬‬

‫وبترتيب املعادلة (‪ )3‬نحصل على العالقة‪:‬‬ ‫(‪)4‬‬

‫‪]G[g ]H[h‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬

‫[‪]A[ ]B‬‬

‫=‬

‫‪kf‬‬

‫ـــــــــــــــ‬

‫‪kb‬‬

‫ان قسمة قيمة ثابتة ‪ kf‬على قيمة ثابتة اخرى ‪ kb‬هو مقدار ثابت اخر يعرف‬ ‫بثابت االتزان ‪( Keq‬حيث ‪ eq‬من ‪ equilibrium‬وتعني اتزان)‪ ،‬لذا‬ ‫تصبح املعادلة (‪ )4‬على الصورة االتية‪:‬‬ ‫‪]G[g ]H[h‬‬

‫(‪)5‬‬

‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬

‫[‪]A[ ]B‬‬

‫= ‪Keq‬‬

‫يعرف ثابت االتزان ‪ Keq‬بانه النسبة بني ثابت تناسب سرعة التفاعل‬ ‫االمامي (‪ )kf‬وثابت تناسب سرعة التفاعل اخللفي (‪ .)kb‬كما انه يعرف‬ ‫ايض ًا بانه حاصل ضرب التراكيز املوالرية للمواد الناجتة عند حالة االتزان‬ ‫مقسوم ًا على حاصل ضرب التراكيز املوالرية للمواد املتفاعلة عند االتزان ٌ‬ ‫كل‬ ‫منها مرفوع الس عدد موالتها في معادلة التفاعل املوزونة‪ ،‬وهي قيمة ثابتة‬ ‫عند ثبوت درجة احلرارة‪.‬‬ ‫وعند قياس تراكيز املواد املتفاعلة والناجتة عند حصول االتزان باملوالرية‬ ‫[‪ ]M‬فان ثابت االتزان ‪ Keq‬يرمز له بالرمز ‪ Kc( Kc‬ثابت االتزان بداللة‬ ‫التراكيز املوالرية‪ ،‬حيث ‪ c‬من ‪ concentration‬وتعني تركيز) ويصطلح‬ ‫على عدم كتابة وحدات لهذا الثابت‪ .‬ومبا إن املعادلة رقم (‪ )5‬عبر عنها‬ ‫بكتابة التراكيز املوالرية للمواد املتفاعلة والناجتة فيكون ثابت االتزان لها‬ ‫‪ Kc‬وتكتب على الصورة االتية‪:‬‬ ‫‪]G[g ]H[h‬‬

‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬

‫(‪)6‬‬

‫[‪]A[ ]B‬‬

‫= ‪Kc‬‬

‫مثال ‪1 - 4‬‬ ‫للتفاعل املتزن االتي‪:‬‬ ‫(‪2NH3)g‬‬

‫‪kf‬‬

‫‪kb‬‬

‫مترين ‪1 - 4‬‬ ‫تفاعل ما متزن ثابت االتزان له ‪Keq‬‬

‫(‪N2)g( + 3H2)g‬‬

‫يساوي ‪ 4.24‬وثابت سرعة التفاعل‬

‫وجد ان ثابت سرعة التفاعل االمامي ‪ k‬يساوي ‪ 0.11‬وثابت سرعة التفاعل اخللفي ‪ kb‬يساوي ‪ .0.02‬احسب ثابت‬ ‫‪f‬‬ ‫سرعة التفاعل االمامي ‪.kf‬‬ ‫اخللفي ‪ k‬يساوي ‪ .0.05‬احسب ثابت االتزان ‪ K‬للتفاعل‪.‬‬ ‫‪b‬‬

‫احلـــــل‪:‬‬

‫‪eq‬‬

‫ج ‪0.0848 :‬‬

‫‪k‬‬

‫‪0.11‬‬ ‫= ‪Keq‬‬ ‫‪ = 2.2‬ـــــــــــــــ =‬ ‫‪kb 0.05‬‬ ‫‪f‬‬ ‫ـــــــــــــــ‬

‫‪137‬‬

‫وعندما تكون املواد املشتركة في التفاعل والناجتة في حالتها الغازية يكون‬ ‫من السهولة قياس ضغوطها اجلزئية اكثر من قياس تراكيزها املوالرية‪ ،‬لذا‬ ‫من املناسب التعبير عن تركيز الغاز بداللة ضغطه اجلزئي (‪ )P‬لذلك فان‬ ‫ثابت االتزان ‪ Keq‬يرمز له بالرمز ‪ KP( KP‬ثابت االتزان بداللة الضغوط‬ ‫اجلزئية‪ ،‬حيث ‪ P‬من ‪ Pressure‬وتعني ضغط)‪ .‬وعندما يعبر عن الكميات‬ ‫الغازية الداخلة في التفاعل بداللة ضغوطها اجلزئية يعبر عن ثابت االتزان لها‬ ‫حسب املعادلة رقم (‪ )5‬على الصورة االتية‪:‬‬ ‫‪h‬‬

‫)‪(7‬‬

‫‪g‬‬

‫‪PG × PH‬‬

‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪KP‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪PA × PB‬‬

‫يعرف ثابت االتزان بداللة الضغوط اجلزئية ‪ KP‬بانه (حاصل ضرب‬ ‫الضغوط اجلزئية للمواد الناجتة عند االتزان مقسوم ًا على حاصل ضرب‬ ‫الضغوط اجلزئية للمواد املتفاعلة عند االتزان ٌ‬ ‫كل منها مرفوع الى اس عدد‬ ‫موالتها في معادلة التفاعل املوزونة)‪ ،‬وهي قيمة ثابتة عند ثبوت درجة‬ ‫احلرارة‪.‬‬ ‫ومن املهم ذكره هنا أن في التفاعالت املتجانسة التي تكون فيها جميع‬ ‫املواد املتفاعلة والناجتة في الطور الغازي يجب ان يشتمل ثابت االتزان على‬ ‫النسبة بني حاصل ضرب الضغوط اجلزئية جلميع املواد الناجتة مرفوع الس عدد‬ ‫موالتها في املعادلة الى حاصل ضرب الضغوط اجلزئية جلميع املواد املتفاعلة‬ ‫مرفوع الس عدد موالتها في املعادلة كما هو موضح في املعادلة رقم (‪.)7‬‬ ‫اما في التفاعالت غير املتجانسة والتي حتتوي على مواد باكثر من طور‬ ‫واحد كما هو في تفاعل التفكك احلراري لبيكاربونات الصوديوم (صودا‬ ‫اخلبز) التالي فيحذف عند كتابة ثابت االتزان له املواد الصلبة والسائلة‬ ‫النقية‪.‬‬ ‫)‪Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2 (g‬‬

‫∆‬

‫)‪2NaHCO3(s‬‬

‫تصل التفاعالت غيراملتجانسة الى حالة االتزان شأنها شأن التفاعالت‬ ‫املتجانسة ‪ .‬فاذا مت وضع بيكاربونات الصوديوم في وعاء مغلق و َمت تسخينها‬ ‫فسيصل التفاعل في حلظة معينة الى حالة االتزان‪.‬‬

‫‪138‬‬

‫∆‬

‫(‪Na2CO3)s( + H2O)g( + CO2 )g‬‬

‫(‪2NaHCO3)s‬‬

‫وثابت االتزان لهذا التفاعل يكتب على الصورة االتية‪:‬‬

‫[‪]Na CO [ ]CO [ ]H O‬‬ ‫‪]NaHCO [2‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc‬‬ ‫‪3‬‬

‫وميكن حذف تراكيز املواد الصلبة والسائلة من عالقة ثابت االتزان (ألن‬ ‫املواد الصلبة والسائلة النقية يبقى تركيزها ثابت ًا مهما تغيرت كمياتها‪ ،‬حتى‬ ‫وان تغير احلجم فإن النسبة بني كمية هذه املواد الى احلجم ستبقى ثابتة)‪.‬‬ ‫لذا فعند كتابة عالقة ثابت االتزان للتفاعالت غير املتجانسة يجب كتابته‬ ‫بدون تراكيز املواد الصلبة والسائلةالنقية‪ .‬فثابت االتزان للتفكك احلراري‬ ‫لبيكاربونات الصوديوم يكتب على الشكل االتي‪:‬‬ ‫[‪Kc = ]CO2[ ]H2O‬‬ ‫او بداللة الضغوط اجلزئية يساوي ‪ KP‬االتي‪:‬‬

‫أ‬

‫‪Kp = PCO2 PH2O‬‬

‫وفي مثال اخر فان ثابت االتزان للتفكك احلراري لكاربونات الكالسيوم عند‬ ‫وصولها حلالة االتزان‪:‬‬ ‫(‪CaCO3)s‬‬ ‫(‪CaO)s( + CO2)g‬‬

‫ب‬

‫يكتب على الصورة االتية بداللة التراكيز املوالرية‪:‬‬

‫او بداللة الضغوط اجلزئية‪:‬‬

‫[‪Kc = ]CO2‬‬ ‫‪KP = PCO2‬‬

‫فضغط ‪ CO2‬عند االتزان يبقى ثابت ًا عند درجة احلرارة نفسها وال يتأثر‬ ‫باختالف كميات ‪ CaCO3‬و ‪ ، CaO‬كما هو مبني في الشكل (‪.)3 - 4‬‬

‫الشكل ‪3-4‬‬ ‫ضغط ‪ CO2‬عند االتزان في أ‬ ‫و ب هو نفسه عند درجة الحرارة‬ ‫نفسها على الرغم من اختالف كمية‬ ‫‪( CaCO3‬ممث ً‬ ‫ال باللون البرتقالي)‬ ‫وكمية ‪( CaO‬ممث ً‬ ‫ال باللون‬ ‫االخضر)‪.‬‬

‫‪139‬‬

‫مثال ‪2 - 4‬‬ ‫اكتب ثوابت االتزان للتفاعالت التالية بداللة التراكيز املوالرية‪:‬‬ ‫(‪)1‬‬

‫(‪H2)g( + Br2)g‬‬ ‫‬‫(‪HNO2)aq(+ OH )aq‬‬

‫(‪)2‬‬

‫مترين ‪2 - 4‬‬

‫الضغوط اجلزئية ‪ KP‬للتفاعالت التالية‬ ‫إن أمكن‪.‬‬ ‫(‪2CO)g( + O2)g( )1‬‬ ‫(‪)2‬‬

‫(‪2O3)g‬‬

‫(‪COCl2)g( )3‬‬

‫(‪)4‬‬

‫(‪2CO2)g‬‬

‫(‪3O2)g‬‬ ‫(‪CO)g( + Cl2)g‬‬

‫(‪)3‬‬

‫(‪CaCl2)aq( + CO2)g( + H2O)l‬‬

‫احلـــــل‪:‬‬ ‫(‪)1‬‬

‫[‪[ ]Br2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪Kc = ]H‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫‪]HBr[2‬‬ ‫‬‫‪]HNO‬‬ ‫[‬ ‫‪]OH‬‬ ‫[‬ ‫‪2‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc‬‬ ‫[‪]NO-2‬‬

‫(‪)2‬‬

‫‪)3( H O + C‬‬ ‫(‪2 )g‬‬ ‫(‪)s‬‬

‫[ ‪]CO [ ]CaCl‬‬ ‫[‪]HCl‬‬

‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ =‬ ‫‪2‬‬

‫(‪CO)g( + H2)g‬‬

‫(‪2ZnS)s( + 3O2)g‬‬ ‫(‪2ZnO)s( + 2SO2)g( )5‬‬

‫(‪NO-2 )aq( + H2O)l‬‬ ‫(‪CaCO3)s( + 2HCl)aq‬‬

‫اكتب ثوابت االتزان بداللة التراكيز‬ ‫املوالرية ‪ Kc‬وثوابت االتزان بداللة‬

‫(‪2HBr)g‬‬

‫‪Kc‬‬

‫مثال ‪3 - 4‬‬

‫(‪ C6H5COOH)aq‬اكتب ثوابت االتزان بداللة الضغوط اجلزئية للتفاعالت االتية‪:‬‬

‫(‪C6H5COO-)aq(+H+)aq( )6‬‬

‫(‪2NO2)g( + 7H2)g‬‬ ‫(‪2NH3)g(+ 4H2O)l( )7‬‬

‫(‪2NH3)g( )1‬‬

‫(‪3H2)g( + N2)g‬‬

‫(‪2HgO)s‬‬

‫(‪2Hg)l( + O2)g‬‬

‫احلـــــل‪:‬‬ ‫(‪)1‬‬

‫‪2‬‬

‫‪PNH‬‬

‫‪3‬‬

‫ــــــــــــــــــــــــ = ‪KP‬‬ ‫‪PH PN‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪2‬‬

‫(‪)2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1‬‬ ‫ـــــــــــــ = ‪KP‬‬ ‫‪PO‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪140‬‬

‫‪ 6 - 4‬حساﺏ ثابت االتزان ‪Keq‬‬ ‫ميكن إيجاد قيمة ثابت االتزان بوساطة قياس تراكيز جميع املواد املتفاعلة‬ ‫والناجتة عند وصول التفاعل الى حالة االتزان‪ ،‬حيث يتم تعويض هذه القيم في‬ ‫عالقة ثابت االتزان للتفاعل املعني عند درجة حرارة ثابتة‪ .‬إن إي تفاعل في حالة‬ ‫اتزان ويجري عند درجة حرارة ثابتة تكون قيمة ‪ Keq‬هي نفسها مهما كانت‬ ‫الكمية املوجودة من املتفاعالت او النواجت في إناء التفاعل‪ .‬أن قيمة ثابت االتزان‬ ‫كمية ثابتة مهما تغيرت التراكيز للمواد املتفاعلة أو الناجتة االبتدائية املوضوعة‬ ‫في إناء التفاعل‪.‬‬

‫مثال ‪4 - 4‬‬ ‫جد قيمة ‪ Keq‬للتفاعل االتي‪:‬‬ ‫(‪C2H2)g( + 3H2)g‬‬

‫مترين ‪3 - 4‬‬

‫(‪2CH4)g‬‬

‫جد قيمة ‪ Keq‬للتفاعل االتي عند ‪100°C‬‬ ‫(‪N2O4)g‬‬

‫اذا علمت أن التراكيز في درجة حرارة معينة عند حصول االتزان هي‪:‬‬

‫‪ ]H [ = 0.143 M‬و ‪ ]C H [ = 0.05 M‬و ‪]CH [ = 0.02 M‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪4‬‬

‫‪2‬‬

‫احلـــــــل‪:‬‬ ‫طاملا ان التراكيز املوالرية للمواد هي عند االتزان فنكتب عالقة ثابت االتزان‬ ‫‪ Keq‬بداللة ‪Kc‬‬ ‫‪) 0.05() 0.143(3‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ =‬ ‫‪=0.37‬‬ ‫‪2‬‬ ‫(‪)0.02‬‬

‫‪]C2H2[ ]H2[3‬‬

‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬

‫[ ‪]CH‬‬

‫=‬

‫‪Kc‬‬

‫وهناك نوع اخر من املسائل احلسابية تكون قيمة ثابت االتزان معلومة‬ ‫وتعطى تراكيز أو ضغوط جزئية ابتدائية للمواد املتفاعلة ويكون مطلوب ًا‬ ‫ايجاد تراكيز املواد املتفاعلة والناجتة عند حصول االتزان (وهنا يجب‬ ‫على الطالب ان مييز بني التراكيز او الضغوط اجلزئية االبتدائية والتراكيز‬ ‫والضغوط اجلزئية عند حالة االتزان)‪ .‬وعند حل هذا النوع من املسائل‪،‬‬ ‫يكون من االفضل ان نعمل مخطط ًا للتفاعل مرور ًا بثالث مراحل يبني تراكيز‬ ‫املواد املشتركة في التفاعل هي قبل بدء التفاعل والتغير احلاصل على التراكيز‬ ‫أو الضغوط اجلزئية عند بدء التفاعل (احلالة االبتدائية) وفي االخير وصول‬ ‫التفاعل الى حالة االتزان وكما هو موضح في املثال االتي‪:‬‬

‫(‪2NO2)g‬‬

‫اذا علمت إن التراكيز ملواد التفاعل عند‬ ‫حصول حالة االتزان هي كاالتي‪:‬‬ ‫‪]N2O4[ = 0.002 M‬‬ ‫‪]NO2[ = 0.017 M‬‬ ‫ج ‪6.92 :‬‬

‫‪141‬‬

‫مثال ‪5 - 4‬‬ ‫في التفاعل االتي‪:‬‬

‫(‪H2)g( + I2)g‬‬ ‫(‪2HI)g‬‬ ‫خلط ‪ 0.5 mole‬من ‪ H2‬و ‪ 0.5 mole‬من ‪ I2‬في وعاء حجمه لتر وبدرجة‬ ‫حرارة ‪ 430°C‬وصل التفاعل الى حالة االتزان فوجد أن ثابت االتزان ‪ Kc‬لهذا‬ ‫التفاعل يساوي ‪ 5.29‬احسب تراكيز املواد التي متثل مزيج االتزان‪.‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬

‫حتسب التراكيز االبتدائية للمواد املشتركة في التفاعل من معرفة عدد موالت‬ ‫املواد وحجم املزيج من العالقة االتية‪:‬‬ ‫(‪n )mol‬‬

‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬

‫(‪V)L‬‬

‫= [‪]M‬‬

‫(‪0.5 )mol‬‬ ‫‪ = 0.5 mol/L‬ـــــــــــــــــــــــــــــــ = [‪]H2[ = ]I2‬‬ ‫(‪1)L‬‬

‫(‪H2)g( + I2)g‬‬

‫(‪2HI)g‬‬ ‫[‪2 ]HI‬‬

‫[‪]I2‬‬

‫[‪]H2‬‬

‫التركيز‪M /‬‬

‫‪0.0‬‬

‫‪0.5‬‬

‫‪0.5‬‬

‫التراكيز االبتدائية‬

‫‪+2x‬‬

‫‪-x‬‬

‫‪-x‬‬

‫التغير في التراكيز‬

‫‪2x‬‬

‫‪0.5-x‬‬

‫‪0.5-x‬‬

‫التراكيز عند االتزان‬

‫[‪]HI‬‬ ‫[‪]H2[]I2‬‬

‫‪2‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬

‫[‪]2x‬‬ ‫[‪]0.5-x[]0.5-x‬‬

‫‪2‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬

‫[‪]2x‬‬ ‫[‪]0.5-x‬‬

‫‪2‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫‪2‬‬

‫= ‪Kc‬‬

‫= ‪5.29‬‬ ‫= ‪5.29‬‬

‫بجذر الطرفني وحل املعادلة نحصل على قيمة ‪x‬‬ ‫‪x = 0.267 mol/L‬‬ ‫لذا فالتراكيز عند االتزان‬

‫‪142‬‬

‫‪]H2[ = ]I2[ = 0.5 - 0.267 = 0.233 mol/L‬‬ ‫‪]HI[ = 2 × 0.267 = 0.534 mol/L‬‬

‫اما النوع الثالث من املسائل ففيه تعطى تراكيز أو ضغوط جزئية للمواد‬ ‫املتفاعلة االبتدائية املوضوعة في اناء التفاعل وتركيز أو ضغط جزئي احد‬ ‫املواد املتفاعلة او الناجتة عند حصول االتزان ويكون املطلوب ايجاد قيمة‬ ‫ثابت االتزان‪.‬‬ ‫مترين ‪4 - 4‬‬

‫مثال ‪6 - 4‬‬ ‫في أحد التجارب العملية ادخل ‪0.625 mole‬من غاز ‪ N2O4‬في للتفاعل االتي‪:‬‬ ‫وعاء سعته ‪ 5L‬فتفكك الغاز حسب التفاعل التالي وبدرجة حرارة معينة‪.‬‬ ‫(‪H2)g(+ Br2)g‬‬ ‫(‪2HBr)g‬‬ ‫وعند وصول التفاعل الى حالة االتزان وجد إن تركيز ‪ N2O4‬املتبقي يساوي‬ ‫‪ 0.025mole/L‬احسب قيمة ‪ Kc‬لهذا التفاعل ‪.‬‬ ‫وضع في اناء حجمه لتر واحــــــــــــد ‪0.4‬‬ ‫(‪2NO2)g‬‬ ‫(‪ mole N2O4)g‬من كل من ‪ H2‬و ‪ Br2‬وبدرجة‬ ‫حرارة ‪ . 425°C‬احسب تراكيز املواد التي‬ ‫ُت ّكون خليط االتزان اذا علمت ان ثابت‬

‫احلـــــــل‪:‬‬

‫نحول عدد املوالت في ‪ 5 L‬الى عدد املوالت في اللتر الواحد اي نحسب االتزان لهذا التفاعل ‪ Kc‬يساوي ‪.0.25‬‬

‫التركيز املوالري االبتدائي لغاز ‪. N2O4‬‬

‫(‪n ) mol( 0.625 )mol‬‬

‫ج‪:‬‬

‫‪ = 0.125mol/L‬ــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــ = (‪]H2[ = ]Br2[ = 0.32 mol/L M )mol/L‬‬ ‫(‪V)L‬‬ ‫(‪5)L‬‬ ‫‪]HBr[ = 0.16 mol/L‬‬

‫(‪2NO2)g‬‬

‫(‪N2O4)g‬‬

‫[‪2 ]NO2‬‬

‫[‪]N2O4‬‬

‫التركيز‪M /‬‬

‫‪0.000‬‬

‫‪0.125‬‬

‫التراكيز االبتدائية‬

‫‪+2x‬‬

‫‪-x‬‬

‫التغير في التراكيز‬

‫‪2x‬‬

‫‪0.125-x‬‬

‫التراكيز عند االتزان‬

‫تركيز [‪ ]N2O4‬عند االتزان يساوي ‪ 0.025 mole/L‬لذا‬ ‫‪0.125 - x = 0.025 ⇒ x = 0.10 mol/L‬‬ ‫‪]NO2[ = 2x = 2 × 0.10 = 0.20 mol/L‬‬

‫وعالقة ثابت االتزان‬

‫‪]NO2[2‬‬ ‫‪]0.20[2‬‬ ‫‪ = 1.6‬ـــــــــــــــــــــــ = ـــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc‬‬ ‫[‪]N2O4‬‬ ‫[‪]0.025‬‬

‫‪143‬‬

‫مثال ‪7 - 4‬‬ ‫للتفاعل الغازي االتي‪:‬‬ ‫(‪+ O2)g‬‬ ‫مترين ‪5 - 4‬‬ ‫للتفاعل‬ ‫(‪2CO)g(+O2)g‬‬

‫(‪2SO3)g‬‬

‫(‪2SO2)g‬‬

‫وفي وعاء مغلق حجمه لتر واحد وجد أن ضغط غاز ‪ SO3‬قبل تفككه‬ ‫يساوي ‪3 atm‬عند درجة حرارة معينة بلﻎ التفاعل حالة االتزان فوجد إن‬ ‫(‪2CO2)g‬‬ ‫الضغط الكلي خلليط الغازات يساوي ‪ 4 atm‬احسب ‪ KP‬للتفاعل عند‬ ‫االتزان‪.‬‬

‫وضع في اناء حجمه لتر ‪ 0.8 mole‬من غاز‬ ‫‪ CO2‬وبدرجة حرارة معينة وعند وصول‬ ‫التفاعل الى حالة االتزان وجد ان نصف‬

‫كمية الغاز قد تفككت‪ .‬احسب ‪. Kc‬‬ ‫ج‪0.2 :‬‬

‫مترين ‪6 - 4‬‬

‫احلـــــــل‪:‬‬ ‫(‪2SO3)g‬‬

‫(‪2SO2)g( + O2)g‬‬ ‫‪O2‬‬

‫‪2SO2‬‬

‫‪2SO3‬‬

‫الضغط ‪atm /‬‬

‫‪0.0‬‬

‫‪0.0‬‬

‫‪3.0‬‬

‫الضغوط االبتدائية‬

‫‪+x‬‬

‫‪+2x‬‬

‫‪-2x‬‬

‫التغير في الضغوط‬

‫‪x‬‬

‫‪2x‬‬

‫‪3.0-2x‬‬

‫الضغوط عند االتزان‬

‫في التفاعل الغازي االتي‪:‬‬

‫(‪2NH3)g‬‬ ‫(‪ 3H2)g( +N2)g‬ان الضغط الكلي حسب قانون دالتون يساوي مجموع الضغوط اجلزئية‬ ‫للغازات املوجودة في مزيج التفاعل‪ .‬فاذا فرضنا ان الضغط الكلي للمزيج‬ ‫وضعت كميات مختلفة (موالت عند حالة االتزان ‪ PT‬فانه يساوي‪:‬‬

‫مختلفة) من ‪ H2‬و ‪ N2‬في إناء سعته لتر‬

‫‪PT = PSO + PSO + PO‬‬

‫وعند وصول التفاعل حلالة االتزان وجد‬

‫‪2‬‬

‫أن ما اســــــتهلك من ‪ H2‬يســـــــــــاوي‬

‫‪ 0.3 mole‬وما تبقى من ‪ N‬يســـــــاوي وبحل املعادلة نحصل على قيمة ‪x‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪4 = )3-2x( + 2x + x‬‬ ‫‪x = 1 atm‬‬

‫‪ .0.2 mole‬ما عدد موالت كل من ‪H2‬‬ ‫و ‪ N2‬قبل التفاعل علم ًا بأن ثابت االتزان‬ ‫‪ Kc‬للتفاعل يساوي ‪.200‬‬ ‫ج‪:‬‬

‫‪PSO = 3.0 - 2x = 3.0 - 2 × 1 = 1 atm‬‬ ‫‪3‬‬

‫‪PSO = 2x = 2 × 1 = 2 atm‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪]N2[ = 0.3 mol/L‬‬

‫‪PO = x = 1 atm‬‬

‫‪]H2[ = 0.4 mol/L‬‬

‫‪2‬‬

‫(‪)2(2 )1‬‬

‫‪144‬‬

‫‪3‬‬

‫‪2‬‬

‫‪PSO2 PO2‬‬

‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ =‬ ‫‪= 4‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪KP‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪)1(2‬‬ ‫‪PSO3‬‬

‫‪ 7 - 4‬العالقة بيﻦ ثابتي االتزان ‪ Kc‬و ‪Kp‬‬

‫هنالك عالقة تربط بني ثابت االتزان املعبر عنه بداللة الضغطوط اجلزئية ‪KP‬‬ ‫وثابت االتزان املعبر عنه بداللة التراكيز املوالرية ‪ Kc‬وذلك حسب العالقتني االتيتني‪:‬‬ ‫‪∆ng‬‬

‫او بشكلها اآلخر‪:‬‬

‫ ‪KP = Kc RT‬‬

‫انتبه !‬

‫ان ‪ ∆ng‬ميثل الفرق بني عدد موالت‬ ‫املواد الناجتة واملواد املتفاعلة في حالتها‬ ‫الغازية فقط لذا وضع (‪ )g‬لتبيان ذلك‪.‬‬

‫‪-∆ng‬‬

‫ ‪Kc = Kp RT‬‬

‫والرمز ‪ ∆ng‬يعرف حسب العالقة االتية‪:‬‬

‫)‪Δng = ∑ ng (Pr oducts) − ∑ ng (Re ac tan ts‬‬ ‫وتتوقف العالقة بني ‪ Kc‬و ‪ KP‬على قيمة ‪ ∆ng‬وكاالتي‪:‬‬ ‫‪ ∆ng )1‬تساوي صفر ًا ‪ ،‬فان قيمة ‪.Kc = KP‬‬ ‫‪ ∆ng )2‬تساوي قيمة موجبة ‪ ،‬فان قيمة ‪ KP‬اكبر من قيمة ‪.Kc‬‬ ‫‪ ∆ng )3‬تساوي قيمة سالبة ‪ ،‬فان قيمة ‪ KP‬اصغر من قيمة ‪.Kc‬‬

‫انتبه !‬

‫في هذا النوع من املسائل نستخدم‬ ‫قيمة ‪ R‬التي تســـــــــــــــــــــــاوي‬ ‫‪0.082 L.atm/K.mol‬‬

‫مترين ‪7 - 4‬‬ ‫احسب قيمة ‪ Kc‬للتفاعل املتزن التالي‬

‫مثال ‪8 - 4‬‬ ‫في تفاعل ما ‪ ∆ng = -1‬و ‪ KC = 4.1‬بدرجة حرارة ‪ 227°C‬فما قيمة ‪KP‬‬ ‫للتفاعل تساوي ‪ 1.5× 10-5‬عند درجة‬ ‫لهذا التفاعل‪.‬‬ ‫احلرارة نفسها‪.‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫(‪3H2)g( + N2)g‬‬ ‫(‪2NH3)g‬‬ ‫نحول درجة احلرارة من وحدة ‪ °C‬الى وحدة ‪K‬‬ ‫عند ‪ . 500°C‬اذا علمت ان قيمة ‪KP‬‬

‫‪T)K( = t)°C( + 273 = 227 + 273 = 500 K‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪= 4.1 0.082 × 500 = 0.1‬‬

‫‪∆ng‬‬

‫ج‪0.06 :‬‬

‫مترين ‪8 - 4‬‬

‫ ‪ KP = Kc RT‬اذاكانت ‪ Kc‬تساوي ‪ 1.6‬عند ‪1000°C‬‬ ‫بالنسبة للتفاعل االتي‪:‬‬

‫مثال ‪9 - 4‬‬ ‫افترض حصول االتزان للتفاعل االتي عند درجة حرارة ‪. 300K‬‬ ‫(‪NH4HS)s‬‬ ‫(‪NH3)g( + H2S)g‬‬ ‫احسب ضغط ‪ CO‬اجلزئي في حالة‬ ‫ووجد أن قيم الضغوط اجلزئية لكل من غازي النواجت عند حصول االتزان تساوي‬ ‫االتزان عندما يكون الضغط اجلزئي‬ ‫‪ .0.3 atm‬احسب ‪ Kp‬و ‪ Kc‬للتفاعل‪.‬‬ ‫في تلك احلالة لغاز ‪ CO2‬يساوي‬ ‫احلــــــــل‪:‬‬ ‫(‪2CO)g‬‬

‫‪KP = PNH PH S = )0.3( )0.3( = 0.09‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪Δng = ∑ ng (Pr oducts) − ∑ ng (Re ac tan ts) = 2 - 0 = 2‬‬ ‫‪-2‬‬

‫‪= 0.09 0.082 × 300 = 1.5 × 10-4‬‬

‫(‪C)s( + CO2)g‬‬

‫‪.0.6atm‬‬

‫ج‪10 atm :‬‬

‫‪-∆ng‬‬

‫ ‪Kc = Kp RT‬‬

‫‪145‬‬

‫‪ 8 - 4‬اهمية ثابت االتزان‬

‫ملعرفة قيمة ثابت االتزان اهمية كبيرة حيث ميكن لقيمته العددية‪:‬‬ ‫أ‪ -‬حتديد اجتاه التفاعل‬ ‫ب‪ -‬بيان العالقة بني ثابت االتزان وطريقة كتابة املعادلة‪.‬‬

‫‪ 1-8-4‬اجتاﻩ التفاعل مﻦ معرفة قيمة ثابت االتزان‬

‫اذا اخذنا املثال البسيط االتي‪:‬‬

‫‪A‬‬

‫‪B‬‬

‫فاذا كانت قيمة ‪ Kc =100‬له فهذا يعني‪:‬‬ ‫[‪]B‬‬ ‫[‪]B‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــ‬ ‫= ‪⇒ 100‬‬ ‫[‪⇒ ]B[ = 100 ]A‬‬ ‫= ‪Kc‬‬ ‫[‪]A‬‬ ‫[‪]A‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــ‬

‫من خالل العالقة الرياضية االخيرة نكتشف ان تركيز [‪ ]B‬املتكون اكبر مبﺌة مرة‬ ‫من تركيز [‪ ]A‬املتبقي وعليه فأن موضع االتزان يكون في اجتاه تكوين املادة ‪B‬‬ ‫الناجتة وهذا الشيء مرغوب فيه وخاصة في الصناعة‪.‬‬ ‫اما اذا كانت قيمة ‪ Kc = 0.01‬للتفاعل نفسه ‪.‬‬

‫[‪]B‬‬ ‫[‪]B‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــ‬ ‫‪0.01‬‬ ‫=‬ ‫⇒‬ ‫[‪⇒ ]A[ = 100 ]B‬‬ ‫= ‪Kc‬‬ ‫[‪]A‬‬ ‫[‪]A‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــ‬

‫الشكل ‪4-4‬‬ ‫اذا كانت قيمة ‪ K‬اكبر بكثير من‬ ‫ففي هذه احلالة يكون تركيز [‪ ]A‬عند حالة االتزان أكبر مبﺌة مرة من تركيز املادة‬ ‫الواحد (‪ )K>>1‬ستكون النواجت‬ ‫اكبر بكثير من املواد املتفاعلة عند حالة [‪ ]B‬وعليه فان موضع االتزان يكون في اجتاه املادة ‪.A‬‬ ‫وكقاعدة عامة ميكن القول‪:‬‬ ‫االتزان‪ ،‬وعندها يقال ان االتزان مييل‬ ‫نحو اليمني‪.‬‬

‫‪ .1‬اذا كانت قيمة ثابت االتزان كبيرة جد ًا دل ذلك على إن تركيز املواد الناجتة‬ ‫يكون كبير ًا جداً‪ ،‬ويعني ذلك إن التفاعل يسير في اجتاه واحد تقريب ًا هو‬ ‫االجتاه االمامي‪ .‬الشكل (‪.)4 - 4‬‬ ‫‪ .2‬اذا كانت قيمة ثابت االتزان صغيرة جد ًا دل ذلك على أن تراكيز املواد الناجتة‬ ‫يكون صغير ًا جد ًا عند حالة االتزان‪ ،‬ما يعني إن التفاعل يسير في اجتاه واحد‬ ‫الشكل ‪5-4‬‬ ‫تقريب ًا هو االجتاه اخللفي‪ .‬الشكل (‪.)5 - 4‬‬ ‫اذا كانت قيمة ‪ K‬اصغر بكثير من ‪ .3‬اذا كانت قيمة ثابت االتزان تساوي الواحد الصحيح أو أي قيمة مقاربة له‬ ‫الواحد (‪ )K<<1‬ستكون املتفاعالت‬ ‫فان هذا يعني ان تراكيز كل من املواد املتفاعلة والناجتة في التفاعل تكاد تكون‬ ‫اكبر بكثير من املواد الناجتة‪ ،‬وعندها‬ ‫متساوية ‪.‬‬ ‫يقال ان االتزان مييل نحو اليسار‪.‬‬

‫‪146‬‬

‫مثال ‪10 - 4‬‬ ‫من قيم ثوابت االتزان ‪ Kc‬لكل من التفاعالت التالية تنبأ بحالة االتزان لها‪.‬‬ ‫(‪2HF)g‬‬ ‫(‪H2)g( + F2)g‬‬ ‫‪Kc = 1 × 10-95‬‬ ‫(‪2SO2)g( + O2)g‬‬ ‫‪2SO3)g( Kc = 8 × 1025‬‬ ‫(‪3H2)g( + N2)g‬‬ ‫(‪2NH3)g‬‬ ‫‪Kc = 1.1‬‬ ‫احلــــل ‪:‬‬ ‫‪ .1‬التفاعل االول قيمة ثابت االتزان صغيرة جداً‪ ،‬أي‪ :‬عند حالة االتزان فان‬ ‫كمية املواد الناجتة ‪ H2‬و ‪ F2‬ضﺌيلة جد ًا لدرجة انه ميكن اعتبار ان مثل هذا‬ ‫التفاعل يكاد اليحدث من الناحية العملية ‪.‬‬ ‫‪ .2‬التفاعل الثاني قيمة ثابت االتزان كبيرة جد ًا اي عند حالة االتزان فان كمية‬ ‫املادة الناجتة ‪ SO3‬قد وصلت الى درجة قريبة من االكتمال‪ ،‬وان تراكيز املواد‬ ‫املتفاعلة كمية ضﺌيلة جد ًا ‪ SO2‬و ‪ O2‬التي بقيت بدون تفاعل‪ .‬لذا فمن‬ ‫الناحية العملية نستطيع القول إن هذا التفاعل يكاد يكون تام ًا ‪.‬‬ ‫‪ . 3‬التفاعل الثالث قيمة ثابت االتزان مقاربة للواحد الصحيح لذا فعند حالة‬ ‫االتزان تكون كمية املواد املتفاعلة (غازي ‪ N2‬و ‪ )H2‬وكمية املواد الناجتة‬ ‫(غاز ‪ )NH3‬متقاربة في تراكيزها ‪.‬‬

‫‪ 2-8-4‬العالقة بﲔ ثابت االتزان وﻃرﻳﻘة كتابة املعادلة‬

‫مترين ‪9 - 4‬‬ ‫من قيم ثوابت االتزان ‪ Kc‬لكل من‬ ‫التفاعالت التالية تنبأ بحالة االتزان‬ ‫لها‪.‬‬ ‫(‪2H2)g( + O2)g‬‬ ‫‪Kc = 1.1 × 10-81‬‬ ‫(‪2COCl2)g‬‬

‫من الضروري ان نالحﻆ في احلاالت كافة أن عالقة ثابت االتزان في تفاعل ما‬ ‫تتبع الصيغة التي تكتب بها املعادلة الكيميائية املوزونة وسندرج هنا ثالث قواعد ‪Kc = 0.99‬‬ ‫ميكن اتباعها‪.‬‬ ‫(‪2HCl)g‬‬ ‫القاعدة االولى‪:‬‬ ‫اذا عكس اجتاه تفاعل ما فإن ثابت االتزان اجلديد يساوي مقلوب ثابت االتزان ‪Keq = 4.4 × 1032‬‬ ‫االول‪.‬‬ ‫مثال ‪10 - 4‬‬ ‫فعلى سبيل املثال اذا كان لدينا التفاعل املتزن االتي ‪:‬‬ ‫(‪H2)g( + Cl2)g‬‬ ‫(‪2HCl)g‬‬ ‫فإن ثابت االتزان لهذا التفاعل يعبر عنه كاالتي‪:‬‬

‫وعند عكس هذا التفاعل‪:‬‬ ‫(‪H2)g( + Cl2)g‬‬

‫(‪)1‬‬ ‫(‪2H2O)g‬‬ ‫(‪)2‬‬ ‫(‪2CO)g(+Cl2)g‬‬ ‫(‪)3‬‬ ‫(‪H2)g( + Cl2)g‬‬

‫‪]HCl[2‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc1‬‬ ‫[‪]H2[]Cl2‬‬ ‫(‪2HCl)g‬‬

‫فإن ثابت االتزان لهذا التفاعل يعبر عنه كاالتي ‪:‬‬ ‫[‪]H2[ ]Cl2‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫‪]HCl[2‬‬

‫= ‪Kc2‬‬

‫‪147‬‬

‫من خالل التفاعلني سنجد ان العالقة بني قيمتي ثابت االتزان ‪ Kc1‬و ‪ Kc2‬تكون‬ ‫كاآلتي‪:‬‬

‫‪1‬‬ ‫ــــــــــــــــ = ‪Kc2‬‬ ‫‪Kc1‬‬

‫مترين ‪10 - 4‬‬

‫للتفاعل ‪N2O4‬‬

‫‪2NO2‬‬

‫ثابت االتزان ‪ Kp‬له = ‪ 0.39‬بدرجة‬

‫حرارة ‪ 227°C‬فما قيمة ‪ Kc‬للتفاعل‬ ‫‪2NO2‬‬

‫‪ N2O4‬بدرجة احلرارة‬

‫نفسها‪.‬‬

‫القاعدة الثانية ‪:‬‬ ‫اذا ضربت معادلة تفاعل ما في معامل معني (رقم مثالً) فان ثابت االتزان‬ ‫اجلديد يساوي قيمة ثابت االتزان االول مرفوع الى أس يساوي ذلك املعامل‪،‬‬ ‫وهذه القاعدة ميكن توضيحها باملثال التالي‪ ،‬لنأخذ التفاعل املتزن السابق‬ ‫)‪H2(g) + Cl2(g‬‬ ‫)‪2HCl(g‬‬ ‫ويكون ثابت اتزانه‪:‬‬

‫‪[HCl]2‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc1‬‬ ‫]‪[H2][Cl2‬‬

‫ج ‪0.0625 :‬‬

‫‪1‬‬ ‫فاذا ضرب هذا التفاعل في العدد‬ ‫‪2‬‬

‫فتصبح املعادلة‪:‬‬

‫مترين ‪11 - 4‬‬ ‫للتفاعل الغازي ‪:‬‬ ‫‪1 H + 1 Cl‬‬ ‫‪HCl‬‬ ‫)‪2(g‬‬ ‫)‪(g‬‬ ‫‪2 2(g) 2‬‬ ‫)‪3H2(g) + N2(g‬‬ ‫)‪2NH3(g‬‬ ‫بدرجة حرارة معينة وجد ان خليط‬ ‫وثابت اتزان املعادلة االخيرة يعبر عنه ‪:‬‬ ‫االتزان يحتوي على ‪ 0.02 M‬مـــــــن‬ ‫‪ NH3‬و‪ 0.1 M‬من ‪ N2‬وكذلك من‬ ‫]‪[HCl‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc2‬‬ ‫‪ .H2‬ما ثابت االتزان ‪ Kc‬للتفاعل ‪.‬‬ ‫‪[H2]1/2 [Cl2] 1/2‬‬ ‫)‪NH3(g‬‬ ‫وبالتمعن بقيم ‪ Kc1‬و ‪ Kc2‬جند أن ثابت االتزان اجلديد ‪ Kc2‬يساوي ثابت االتزان‬ ‫‪1‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪H2(g) +‬‬ ‫)‪N2(g‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫االول مرفوع ًا لألس ‪ 1‬أي‪:‬‬

‫‪2‬‬

‫ج ‪0.5 :‬‬

‫انتبه !‬

‫‪Kc1‬‬

‫القاعدة الثالثة‪:‬‬ ‫اذا كان التفاعل ناجت ًا من مجموع عدد من التفاعالت فان ثابت االتزان‬ ‫للتفاعل الكلي يساوي حاصل ضرب ثوابت االتزان لكل التفاعالت التي ينتج‬ ‫عن مجموعها‪ .‬فمث ً‬ ‫ال لنأخذ التفاعلني املتزنني االتيني ‪:‬‬

‫الكاربون مادة صلبة لذا ال يتضمنها‬ ‫ثابت االتزان‪.‬‬

‫]‪[CO‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــ‬ ‫] ‪[O‬‬

‫‪1/2‬‬

‫= ‪Kc1‬‬

‫‪2‬‬

‫]‪[CO2‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc2‬‬ ‫‪[CO] [O2]1/2‬‬

‫‪148‬‬

‫=‬

‫)‪Kc2 = (Kc1‬‬

‫‪1/2‬‬

‫)‪CO(g‬‬

‫)‪CO2(g‬‬

‫‪1 O‬‬ ‫‪C(s) +‬‬ ‫)‪2(g‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1 O‬‬ ‫‪CO(g) +‬‬ ‫)‪2(g‬‬ ‫‪2‬‬

‫وبجمع التفاعلني نحصل على التفاعل االتي‪:‬‬

‫[‪]CO2‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc3‬‬ ‫[‪]O2‬‬

‫‪ C + O‬مترين ‪12 - 4‬‬ ‫(‪)s‬‬ ‫(‪2)g‬‬

‫(‪CO2)g‬‬

‫وضع مول واحد من بروميد‬

‫لذا يكون ثابت االتزان للتفاعل الثالث ‪ K‬يساوي حاصل ضرب ثابتي االتزان الهيدروجني في وعاء مغلق حجمه لتر‬ ‫‪c3‬‬ ‫واحد وبدرجة حرارة معينة وصل التفاعل‬ ‫‪ K‬و ‪ K‬اي ‪K = K × K :‬‬

‫‪c2‬‬

‫‪c1‬‬

‫‪c1‬‬

‫‪c2‬‬

‫‪c3‬‬

‫الغازي إلى حالة االتزان‪ ،‬فوجد ان املتكون‬

‫مثال ‪11 - 4‬‬ ‫اذا كان ثابت االتزان عند ‪ 100°C‬للتفاعل التالي يساوي ‪0.36‬‬ ‫اآلتي‪:‬‬ ‫‪NO‬‬ ‫(‪2NO2)g‬‬ ‫‪2HBr‬‬ ‫(‪H2 + Br2 2 4)g‬‬ ‫فما ثابت االتزان للتفاعالت التالية عند درجة احلرارة نفسها ‪:‬‬ ‫فما عدد موالت غاز ‪ HBr‬في خليط‬ ‫(‪2NO2)g‬‬ ‫(‪N2O4)g‬‬ ‫االتزان ﻹناء آخر حجمه‪ 1.0 L‬الناجت من‬ ‫‪1 NO‬‬ ‫(‪NO2)g‬‬ ‫(‪2 4)g‬‬ ‫‪ 2‬خلط غازي البروم والهيدروجني بكميات‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫‪ 2.0 mole‬لكل منها‪.‬‬ ‫من غاز البروم ‪ 0.2 mole‬حسب التفاعل‬

‫ثابت االتزان للمعادلة االولى‬

‫ج‪2.4 mole :‬‬

‫‪]NO2[2‬‬ ‫‪ = 0.36‬ـــــــــــــــــــــــ =‬ ‫[‪]N2O4‬‬

‫املعادلة (‪N2O4)g‬‬ ‫‪ Kc2‬يساوي مقلوب ‪. Kc1‬‬

‫‪ Kc1‬مترين ‪13 - 4‬‬ ‫وجد ان ثابت االتزان للضغوط اجلزئية‬ ‫بدرجة حرارة ‪ 2000 K‬لكل من‬ ‫(‪ 2NO2)g‬هي عكس المعادلة االولى وبالتالي فان‬ ‫التفاعالت االتية هي ‪:‬‬ ‫[‪]N2O4‬‬ ‫‪1‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــ =‬ ‫‪ = 2.8‬ــــــــــــ =‬ ‫‪]NO[2‬‬ ‫‪0.36‬‬

‫املعادلة (‪NO2)g‬‬

‫مضروبة بالعدد ‪1‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪Br2)g(+‬‬ ‫(‪F2)g‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪KP = 150 K‬‬

‫‪c2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪1‬‬

‫‪Br2)g(+‬‬ ‫(‪F2)g‬‬ ‫‪1 NO‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫انها‬ ‫اال‬ ‫االولى‬ ‫المعادلة‬ ‫نفس‬ ‫هي‬ ‫(‪2 4)g‬‬ ‫(‪BrF3)g‬‬ ‫‪KP = 2.5‬‬ ‫‪2‬‬

‫لذلك فثابت االتزان لها هو نفسه ثابت االتزان للمعادلة‬

‫االولى مرفوع الى اس ‪1‬‬ ‫‪2‬‬

‫(‪BrF)g‬‬

‫حسب القاعدة الثالثة‬

‫‪0.36 = 0.6‬‬

‫[‪]NO2‬‬ ‫= ـــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc3‬‬ ‫‪]N2O4[1/2‬‬

‫احسب ثابت االتزان ‪ Kc‬للتفاعل ‪:‬‬ ‫(‪BrF3)g‬‬ ‫(‪BrF)g( + F2)g‬‬ ‫ج‪0.366 :‬‬

‫‪149‬‬

‫‪Q Kc‬‬

‫‪ 9 - 4‬حاصل التفاعل ‪Reaction Quotient‬‬

‫حالة االتزان‪ :‬ال تغير في تراكيز‬ ‫املواد املتفاعلة والناجتة‬

‫‪Q‬‬ ‫‪Kc‬‬

‫املتفاعالت‬

‫النواجت‬

‫‪Kc‬‬ ‫‪Q‬‬

‫النواجت‬

‫املتفاعالت‬

‫مترين ‪14 - 4‬‬ ‫للتفاعل الغازي‪:‬‬ ‫(‪2NH3)g‬‬

‫(‪3H2)g( + N2)g‬‬

‫ثابت االتزان ‪ Kc‬له يساوي ‪. 9.0‬‬ ‫‪ )1‬هل ان مزيج مكون من‪2.0 mole‬‬ ‫من كل من الغازات ‪NH3, H2, N2‬‬ ‫في وعاء مغلق حجمه ‪ 1.0 L‬ميثل‬ ‫حالة اتزان وملاذا؟‬

‫ميكن لنا في أي حلظة من التفاعل معرفة اجتاه التفاعل أو حالة االتزان إذا أمكن‬ ‫لنا معرفة تراكيز املواد الناجتة واملتفاعلة في تلك اللحظة والتي من خاللها ميكن‬ ‫ان جند قيمة تسمى بحاصل التفاعل يرمز له بالرمز (‪ Q( )Q‬من ‪Quotient‬‬ ‫وتعني حاصل القسمة) وهي قيمة افتراضية لثابت االتزان حتسب في حلظة ما خالل‬ ‫التفاعل للتنبؤ بوصوله الى حالة االتزان‪ .‬يعبر عن ‪ Q‬بنفس العالقة املستعملة‬ ‫للتعبير عن ‪ Kc‬والفرق الرئيسي بينهما هو ان التراكيز املستخدمة في عالقة ‪Q‬‬ ‫هي ليست بالضرورة القيم عند وصول التفاعل الى حالة االتزان‪.‬والعالقة بني ‪Kc‬‬ ‫و ‪ Q‬ميكن بوساطتها التنبؤ بحالة االتزان أو اجتاه سير التفاعل وحسب االتي‪:‬‬ ‫‪ .1‬اذا كانت ‪ Kc = Q‬فان النظام في هذه احلالة في حالة اتزان‪ ،‬وتراكيز النواجت‬ ‫واملتفاعالت تراكيز اتزان أي ستبقى ثابتة‪.‬‬ ‫‪ .2‬عندما تكون ‪ Q‬أكبر من ‪ )Q > Kc( Kc‬فان التفاعل ليس في حالة اتزان‪،‬‬ ‫وتكون تراكيز النواجت اعلى من تراكيزها عند االتزان‪ ،‬لذا فانها تتناقص‬ ‫للوصول الى حالة االتزان‪ ،‬وليحدث ذلك يتجه التفاعل من اليمني (النواجت)‬ ‫الى اليسار (املتفاعالت)‪.‬‬ ‫‪ .3‬عندما تكون ‪ Q‬اصغر من ‪ )Q < Kc( Kc‬فان التفاعل ليس في حالة اتزان‬ ‫ايضاً‪ ،‬حيث تكون تراكيز النواجت اقل من تراكيزها عند حالة االتزان‪ ،‬لذا‬ ‫تتزايد قيمتها للوصول الى حالة االتزان‪ ،‬وليتم ذلك يتجه التفاعل من اليسار‬ ‫(املتفاعالت) الى اليمني (النواجت)‪.‬‬ ‫مثال ‪12 - 4‬‬ ‫‪3H2 + N2‬‬ ‫‪2NH3‬‬ ‫ثابت ا التزان للتفاعل‬ ‫عند ‪ 500°C‬هو ‪ 0.06‬ادرس احلاالت التالية وقرر اجتاه سير التفاعل (علم ًا بأن‬ ‫جميع التراكيز معبر ًا عنها بوحدة ‪.)mole/L‬‬ ‫[‪]H2‬‬ ‫[‪]N2‬‬ ‫[‪]NH3‬‬ ‫‪0.002‬‬ ‫‪0.00001‬‬ ‫‪0.001‬‬ ‫(‪)1‬‬ ‫‪0.354‬‬ ‫‪0.000015 0.0002‬‬ ‫(‪)2‬‬ ‫‪0.01‬‬ ‫‪5.00‬‬ ‫‪0.0001‬‬ ‫(‪)3‬‬ ‫احلــــــل‪:‬‬ ‫جند قيمة ‪Q‬لكل حالة ونقارنها مع قيمة ‪ Kc‬للتنبؤ باجتاه سير التفاعل‬

‫‪]NH3[2‬‬ ‫‪)0.001(2‬‬ ‫‪ )2‬لو افترضنا ان املزيج غير متزن‪5 )1( ،‬‬ ‫‪12.5×10‬‬ ‫=‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫=‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــ = ‪Q‬‬ ‫(‪]H2[3]N2[ )0.002(3 )0.00001‬‬ ‫ماحجم اﻹناء الالزم جلعله متزناً؟‬

‫ج‪6 L :‬‬

‫‪150‬‬

‫وحيث ان قيمة ‪ Q‬أكبر من قيمة ‪ Kc‬فإن التفاعل يسير باالجتاه اخللفي‪ ،‬أي‪ :‬إن النظام‬ ‫ينزاح نحو اليسار [باجتاه املتفاعالت] الى ان يصل التفاعل الى حالة اتزان جديدة‪.‬‬

‫(‪)2‬‬

‫‪]NH3[2‬‬ ‫‪)0.0002(2‬‬ ‫=‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫=‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫‪= 0.06‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫(‪]H2[3]N2[ )0.354(3)0.000015‬‬

‫مترين ‪15 - 4‬‬

‫في اناء حجمه ‪ 2 L‬ســـــــــــــخن‬

‫‪ 1.4 mole‬من مزيج من الغازات‬

‫قيمة ‪ Q‬تساوي قيمة ‪ Kc‬إذن التفاعل في حالة اتزان والتراكيز هي تراكيز اتزان ‪ HBr‬و ‪ H2‬و ‪ Br2‬الى درجة حرارة‬

‫ثابتة‪.‬‬

‫(‪)3‬‬

‫معينة حتى وصل التفاعل حالة االتزان‪.‬‬ ‫فاذا علمت ان ثابت االتزان لتكوين‬

‫‪]NH3[2‬‬ ‫‪)0.0001(2‬‬ ‫=‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫=‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫‪= 0.002‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫مول واحد من ‪ HBr‬من غازي ‪ H2‬و‬ ‫[‪]H2[3]N2‬‬ ‫(‪)0.01(3)5.00‬‬ ‫‪ Br2‬بداللة الضغوط اجلزئية ‪ KP‬يساوي‬

‫قيمة ‪ Q‬أصغر من قيمة ‪ Kc‬إذن التفاعل غير متزن ويسير باالجتاه االمامي‪ .‬أي‪ 0.25 :‬فما عدد موالت املواد الناجتة‬

‫ان النظام ينزاح نحو اليمني (باجتاه النواجت) الى ان يصل التفاعل الى حالة اتزان واملتبقية في االناء عند االتزان‪.‬‬

‫جديدة‪.‬‬

‫ج‪:‬‬ ‫‪]H2[ = ]Br2[ = 1.866 mol/L‬‬

‫‪ 10- 4‬العالقةبيﻦالﻄاقةالﺤرة ‪ ∆G‬وقيمةحاصلالتفاعل‪Q‬‬

‫‪]HBr[ = 0.468 mol/L‬‬

‫للتفاعل االتي‪:‬‬ ‫‪aA + bB‬‬ ‫‪gG + hH‬‬ ‫ترتبط الطاقة احلرة غير القياسية ‪ ∆G‬مع الطاقة احلرة القياسية ∘‪∆G‬‬ ‫لهذا التفاعل العام بالعالقة اآلتية‪:‬‬

‫(‪)1‬‬

‫‪g‬‬ ‫‪h‬‬ ‫[‪]G‬‬ ‫[‪]H‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــ ‪∆G = ∆G∘+ RT ln‬‬ ‫‪]A[a ]B[b‬‬

‫حيث ‪ R‬ثابت الغازات ويســــــــــــــــــــــــــــاوي بوحدات الطاقة‬ ‫(‪ )R = 8.314 J/K.mol‬و ‪ T‬درجة احلرارة بوحدة الكلفن ‪ .K‬ومن‬ ‫تعريف حاصل القسمة ميكن كتابة املعادلة (‪ )1‬على الصورة االتية‪:‬‬ ‫(‪)2‬‬

‫‪∆G = ∆G∘+ RT ln Q‬‬

‫عند وصول التفاعل الى حالة االتزان تكون قيمة الطاقة احلرة ‪ ∆G‬مساوية‬ ‫صفراً‪ ،‬أي‪:‬‬ ‫‪∆G = 0‬‬ ‫وحاصل القســـــــــــــــــــــمة ‪ Q‬يســــــــــــــــــــــــــــــــــــــــاوي ثابت االتزان‬ ‫‪ eq( Keq‬من ‪ equilibrium‬وتعني االتزان)‪ .‬لذا تصبح املعادلة (‪)2‬‬ ‫على الصورة االتية‪:‬‬

‫‪∆G∘= - RT ln Keq‬‬

‫وفي هذه املعادلة يستخدم ‪ KP‬لتفاعالت الغازات عندما ُيعبر عن كمياتها بداللة‬ ‫ضغوطها اجلزئية و ‪ Kc‬للتفاعالت في اﶈاليل عندما ُيعبر عن كمياتها بداللة‬ ‫تراكيزها املوالرية‪.‬‬

‫‪151‬‬

‫ُت َعدﱡ هذه املعادلة من اهم املعادالت في الثرموداينمك النها متكننا من معرفة التغير‬ ‫في الطاقة احلرة القياسية ∘‪ ∆G‬من معرفة قيمة ثابت االتزان ‪ Keq‬والعكس‬ ‫صحيح‪ .‬وميكن توضيح هذه العالقة في اجلدول (‪. )2 - 4‬‬ ‫اجلدول ‪ 2-4‬العالقة بني ∘‪ ∆G‬و ‪ Keq‬حسب املعادلة‪∆G∘= - RT ln Keq :‬‬

‫‪Keq‬‬

‫‪∆G∘ In Keq‬‬

‫‪>1‬‬ ‫‪=1‬‬ ‫‪<1‬‬

‫سالبة‬ ‫‪0‬‬ ‫موجبة‬

‫مترين ‪16 - 4‬‬ ‫احسب ثابت االتزان ‪ KP‬للتفاعل‬ ‫التالي عند درجة حرارة ‪ 25˚C‬وضغط‬ ‫‪.1 atm‬‬ ‫(‪2H2 )g(+O2 )g‬‬

‫(‪2H2O)l‬‬

‫اذا علمت ان الطاقة احلرة القياسية لتكوين‬ ‫املاء هي‪:‬‬

‫موجبة‬ ‫‪0‬‬ ‫سالبة‬

‫درجة حرارة ‪. 25˚C‬‬

‫ج‪8 × 10-84:‬‬

‫انتبه !‬

‫مالحظة‪ :‬ان الرمز (‪ )ln‬يعني‬

‫االنعكاسي اي تتحول النواجت الى املتفاعالت تلقائي ًا‬

‫نحول درجة احلرارة من وحدة ‪ ˚C‬الى ‪. K‬‬

‫‪T)K( = t ) ˚C( + 273 = 25 + 278 = 298 K‬‬ ‫‪R = 8.314 J/K.mol‬‬ ‫يجب مالحظة توحيد وحدات ‪ R‬مع ∘‪ ∆G‬بحيث إن كليهما يجب ان يعبر‬

‫عنها باجلول (‪ . )J‬ومبا أن وحدة ∘‪ ∆G‬بوحدة ‪ kJ‬فيجب حتويلها الى وحدة ‪J‬‬

‫‪1000‬‬ ‫(‪)J‬‬ ‫ــــــــــــــــــــ‬ ‫× (‪∆G∘)J/mol( = ∆G∘)kJ/mol‬‬ ‫(‪1 )kJ‬‬ ‫(‪1000 )J‬‬ ‫‪ = 104000 J/mol‬ــــــــــــــــــــ ×(‪= 104 )kJ/mol‬‬ ‫(‪1 )kJ‬‬

‫اللوغارمت الطبيعي لالساس (‪ .)e‬وباستخدام العالقة ‪:‬‬ ‫وميكن ايجاد قيمة ‪ Keq‬بأخذ عكس‬

‫يجري التفاعل تلقائي ًا من التفاعالت الى النواجت‬ ‫التفاعل في حالة التوازن‬ ‫ال يجري التفاعل تلقائي ًا واﳕا يحدث التفاعل‬

‫يالحﻆ من اجلدول (‪ )2 - 4‬انه زادت قيمة ‪ Keq‬ايجابي ًا (عددي ًا باالجتاه املوجب)‬ ‫كلما كانت قيمة ∘‪ ∆G‬ذات قيمة سالبة اعلى ممايعني زيادة تلقائية التفاعل‪.‬‬ ‫مثال ‪13 - 4‬‬ ‫اذا علمت ان ∘‪ ∆G‬للتفاعل التالي تساوي ‪∆G∘= - 104 kJ/mol‬‬ ‫عند درجة حرارة ‪ 25˚C‬وضغط ‪. 1 atm‬‬ ‫(‪CCl4 )l( + H2 )g‬‬ ‫(‪HCl )g( + CHCl3 )l‬‬ ‫احسب ثابت االتزان ‪ Keq‬عند الظروف نفسها ‪.‬‬ ‫احلـــل ‪:‬‬

‫‪∆G f∘)H 2O(=-237kJ/mol‬‬ ‫وبني هل يحدث هذا التفاعل تلقائي ًا في‬

‫املالحظات‬

‫‪∆G∘= - RT ln Keq‬‬

‫قيمة (‪ )ln‬باستخدام احلاسبة اليدوية ‪104000 )J/mol( = -8.314 )J/K.mol ( 298 )K( ln Keq‬‬ ‫وبحل املعادلة جند ان قيمة ‪ Keq‬تساوي ‪ Keq = 1.7 × 1018 :‬وهذه القيمة‬ ‫وكما مر في الفصل التمهيدي‪.‬‬ ‫َ‬

‫‪152‬‬

‫كبيرة جد ًا ما يعني ان قيمة تراكيز املتفاعالت قليلة جد ًا والتفاعل شبه تام‪.‬‬

‫‪ 11 - 4‬قاعدة لو شاتليه ‪Le Chatelier’s Principle‬‬

‫يعبر عن تغير موضع االتزان (‪ )Equilibrium Postion‬بأنه مدى‬ ‫انحراف أو انزياح االتزان الكيميائي ناحية تكوين املواد الناجتة أو املتفاعلة لتفاعل‬ ‫كيميائي متزن‪ .‬ولدراسة تأثير العوامل اخلارجية على موضع االتزان وجد العالم‬ ‫الفرنسي لو شاتليه قاعدة تنص على أنه ( اذا اثر مؤثر خارجي‪ ،‬مثل تغير التركيز‬ ‫او احلجم او الضغط او درجة احلرارة على تفاعل ما في حالة اتزان‪ ،‬فان هذا التفاعل‬ ‫يتجه باالجتاه الذي يقلل من تأثير ذلك املؤثر ليصل التفاعل الى حالة اتزان جديدة)‬ ‫ويشبه هذا املبدأ قانون نيوتن في االنظمة امليكانيكية والذي ينص على أن (لكل‬ ‫فعل رد فعل مساو له بالقيمة ومعاكس له في االجتاه) وتنحصر املؤثرات اخلارجية‬ ‫التي تؤدي الى االخالل بحالة االتزان فيما ياتي‪:‬‬

‫‪ 1 - 11 - 4‬تأثير التغير في تراكيز املواد املتفاعلة أو الناجتة على موضع االتزان‬ ‫في تفاعل هابر النتاج االمونيا املتزن اآلتي‪:‬‬ ‫)‪3H2(g) + N2(g‬‬ ‫)‪2NH3(g‬‬

‫ميكن االستناد إلى قاعدة لو شاتليه للتنبؤ بالتغير الذي يحدث في حالة االتزان‪ ،‬إذا‬ ‫أضيف مزيد من مادة متفاعلة أو مادة ناجتة او سحب من أي منهما سوف يضطرب‬ ‫االتزان ما يؤدي الى انزياح موضعه‪ .‬فعند إضافة مزيد من الهيدروجني الى خليط‬ ‫االتزان فإن موضع االتزان سينزاح باجتاه التقليل من الكمية الزائدة من الهيدروجني‬ ‫املضاف وذلك باجتاه تكوين األمونيا‪ ،‬أي ان سرعة التفاعل االمامي سوف تزداد مما‬ ‫يؤدي الى تكوين مزيد ًا من االمونيا‪ ،‬ويستمر ذلك حلني الوصول الى حالة اتزان‬ ‫جديدة‪.‬و تؤدي إضافة مزيد من النتروجني لتأثير متشابه‪ .‬ولكن عند إضافة مزيد‬ ‫من األمونيا الى خليط االتزان سوف ينزاح التفاعل باجتاه التقليل من تأثير الكمية‬ ‫املضافة وذلك بتفككها الى ‪ H2‬و ‪ N2‬أي ان االتزان ينزاح من اليمني إلى اليسار‬ ‫لتصل املواد مرة أخرى إلى حالة اتزان جديدة في موضع جديد‪ .‬أما نقص أحد‬ ‫املواد وذلك بسحبها أو امتصاصها بإضافة أحد العوامل املمتصة فإن االتزان ينزاح‬ ‫باالجتاه الذي يعوض عن نقصها (اي ينزاح الى اجلانب الذي تنقص فيه املادة) فعند‬ ‫سحب كمية من األمونيا من املزيج املتزن ينزاح التفاعل من اليسار إلى اليمني أما‬ ‫عند سحب ‪ H2‬أو ‪ N2‬أو كليهما مع ًا فإن التفاعل سينزاح من اليمني إلى اليسار‪.‬‬ ‫وتعتبر عملية نقص أو زيادة أحد التراكيز في التفاعالت املتزنة أحد الطرائق‬ ‫الصناعية أو املختبرية لزيادة املنتوج وذلك بإزاحة ذلك الناجت أو زيادة تراكيز املواد‬ ‫املتفاعلة بوسيلة ما‪ .‬ففي طريقة هابر املذكورة اعاله يتم سحب االمونيا املتكونة‬ ‫باستمرار لزيادة انتاج هذه املادة بشكل مستمر‪ ،‬باالعتماد على قاعدة لوشاتليه‪.‬‬

‫وميكن اختصار ما نوقش اعاله لتفاعل متزن بالقول‪:‬‬

‫‪153‬‬

‫‪ )1‬عند اﻹضافة للنواجت ينزاح التفاعل نحو املتفاعالت أي نحو اليسار‪.‬‬ ‫‪ )2‬عند اﻹضافة للمتفاعالت ينزاح التفاعل نحو النواجت أي نحو اليمني‪.‬‬ ‫‪ )3‬عند السحب من النواجت ينزاح التفاعل نحو النواجت أي نحو اليمني‪.‬‬ ‫‪ )4‬عند السحب من املتفاعالت ينزاح التفاعل نحو املتفاعالت أي نحو اليسار‪.‬‬

‫الشكل ‪6-4‬‬ ‫ويوضح الشكل (‪ )6 - 4‬تأثير اضافة احد املتفاعالت او النواجت على موضع‬ ‫تأثير اضافة احد املتفاعالت او النواجت االتزان بالنسبة الى التفاعل ‪:‬‬ ‫على موضع االتزان للتفاعل‪:‬‬ ‫(‪N2O4)g‬‬ ‫(‪2NO2)g‬‬ ‫‪N2O4‬‬

‫‪2NO2‬‬

‫‪ 2 - 11 - 4‬تأثير الﻀغﻂ أو حجم ﺇناﺀ التفاعل على موضع االتزان‬ ‫عندما يحدث التفاعل الكيميائي في نظام مغلق وعند درجة حرارة ثابتة مع‬ ‫عدم حدوث تغير في تراكيز املواد املتفاعلة أو الناجتة‪ ،‬فإن التغير بالضغط املسلط‬ ‫عليه أو التغير في حجم إناء التفاعل يؤدي بالتفاعل املتزن الى ان ينحرف باجتاه‬ ‫التقليل من تأثير هذا التغير وكما يأتي‪:‬‬ ‫‪ )1‬إذا كان النظام املتزن مصحوب ًا بنقص في احلجم‪.‬‬ ‫للتفاعل الغازي اآلتي‪:‬‬ ‫(‪2SO2)g( + O2)g‬‬ ‫(‪2SO3)g‬‬ ‫نالحﻆ في التفاعل ان قيمة ‪ ∆ng‬تساوي (‪ ،)-1‬أي صاحب التفاعل نقص في‬ ‫احلجم الكلي (وهذا يحدث عندما حجم النواجت اقل من حجم املتفاعالت) فإن‬ ‫زيادة الضغط املؤثر (أو تقليل حجم إناء التفاعل) على مثل هذا النظام املتزن‬ ‫سيجعل النظام ينزاح في االجتاه الذي ينتج فيه املزيد من املواد التي تشغل حجم ًا‬ ‫‪2SO + O‬‬ ‫‪2SO‬‬ ‫‪2 mol‬‬ ‫‪1 mol‬‬ ‫‪2 mol‬‬ ‫قليالً‪ ،‬أي ان موضع االتزان سوف ينزاح في اجتاه تكوين ‪ ،SO3‬كما ان نقصان‬ ‫‪3 mol‬‬ ‫‪2mol‬‬ ‫الضغط (أو زيادة حجم إناء التفاعل) سيجعل النظام ينزاح في االجتاه الذي ينتج‬ ‫فيه املزيد من املواد التي تشغل حجم ًا أكبر أي‪ :‬ان ‪ SO3‬سوف يتحلل لينتج ‪O2‬‬ ‫ينحرف التفاعل نحو اليسار بزيادة‬ ‫حجم إناء التفاعل ونقصان الضغط و ‪ SO2‬أي ‪ :‬النظام ينزاح باجتاه عدد املوالت األكبر‪.‬‬ ‫‪ )2‬إذا كان النظام املتزن مصحوب ًا بزيادة في احلجم‪.‬‬ ‫املسلط عليه‪.‬‬ ‫للتفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫(‪2NO2)g‬‬ ‫(‪2NO)g( + O2)g‬‬ ‫(‪3)g‬‬

‫‪154‬‬

‫(‪2)g‬‬

‫(‪2)g‬‬

‫نالحﻆ في التفاعل ان قيمة ‪ ∆ng‬تساوي (‪)1‬‬ ‫أي‪ :‬التفاعل يصاحبه زيادة في احلجم الكلي (وهذا يحدث عندما يكون حجم‬ ‫النواجت اكبر من حجم املتفاعالت)‪ ،‬فعند زيادة الضغط املؤثر على مثل هذا النظام‬ ‫املتزن سيجعل النظام ينزاح باجتاه تكوين املواد التي تشغل حجم ًا أقل من غيره‪،‬‬ ‫وبالتالي ينزاح باجتاه تكوين ‪ NO2‬أي نحوعدد املوالت االقل‪ .‬كذلك فإن نقصان‬ ‫الضغط املؤثر على مثل هذا النظام سيجعل التفاعل ينزاح باجتاه تكوين املواد التي‬ ‫تشغل حجم ًا أكبر من غيرها‪ ،‬وبالتالي ينزاح في اجتاه تكوين النواجت (‪ O2‬و‪)NO‬‬ ‫أي‪ :‬نحوعدد املوالت االكبر‪.‬‬ ‫‪ )3‬إذا كان النظام املتزن غير مصحوب بتغير في احلجم‪.‬‬ ‫للتفاعل اآلتي ‪:‬‬ ‫(‪C)s( + O2)g‬‬ ‫(‪CO2)g‬‬ ‫‪2NO)g( + O2)g‬‬

‫(‪2NO2)g‬‬

‫)‬

‫‪2 mol 1 mol‬‬

‫‪2 mol‬‬

‫‪3mol‬‬

‫‪2 mol‬‬

‫نالحﻆ في التفاعل ان قيمة ‪ ∆ng‬تساوي (‪ ،)0‬ففي مثل هذه احلالة يكون‬ ‫التفاعل غير مصحوب بتغير في احلجم‪ .‬اليؤثر تغير الضغط او حجم االناء على‬ ‫كميات املواد املختلفة املوجودة في خليط االتزان وبالتالي يبقى موضع االتزان‬ ‫ينحرف التفاعل نحو اليمني بنقصان‬ ‫ثابت ًا دون تغير‪.‬‬ ‫حجم إناء التفاعل وزيادة الضغط‬ ‫وميكن اختصار ما أشير اليه في اعاله بالقول اآلتي‪:‬‬ ‫املسلط عليه‪.‬‬ ‫التغير‬ ‫زيادة الضغط‬ ‫نقصان الضغط‬ ‫زيادة احلجم‬

‫انحراف االتزان‬ ‫باجتاه الطرف ذي عدد املوالت الغازية االقل من غيرها‪.‬‬ ‫باجتاه الطرف ذي عدد املوالت الغازية االكثر من غيرها‪.‬‬ ‫باجتاه الطرف ذي عدد املوالت الغازية االكثر من غيرها‪.‬‬

‫نقصان احلجم‬

‫باجتاه الطرف ذي عدد املوالت الغازية االقل من غيرها‪.‬‬

‫‪ 3 - 11 - 4‬تأثير دﺭﺟة اﳊراﺭة‬

‫كما متت االشارة في فصل الثرموداينمك ميكن تقسيم التفاعالت الكيميائية‬ ‫من حيث انبعاث أو امتصاص احلرارة إلى قسمني هما‪:‬‬ ‫ماصة‬ ‫‪ )1‬تفاعالت طاقة النواجت فيها أكبر من طاقة املتفاعالت‪ ،‬وهي تفاعالت ّ‬ ‫للحرارة (‪ )Endothermic reaction‬وقيمة التغير في االنثالبي‬ ‫تساوي قيمة موجبة (‪.) ΔH =+‬‬ ‫‪ )2‬تفاعالت طاقة املتفاعالت فيها أكبر من طاقة النواجت‪ ،‬وهي تفاعالت باعثة‬ ‫للحرارة (‪ )Exothermic reaction‬وقيمة التغير في االنثالبي تساوي‬ ‫قيمة سالبة (‪.)ΔH =-‬‬ ‫وميكن التنبؤ بتأثير التغير في درجة احلرارة على تفاعل في حالة االتزان كما يأتي‪:‬‬

‫‪155‬‬

‫أ) التفاعالت املاصة للحرارة‬ ‫للتفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫(‪CaO)s( + CO2)g‬‬

‫(أ)‬

‫(ب)‬

‫الشكل ‪7-4‬‬ ‫(أ) تسخني ‪ NO2‬و (ب) تبريد ‪N2O4‬‬

‫طاقة ‪CaCO3)s( +‬‬

‫فعند كتابة الطاقة في طرف املتفاعالت فهذا يعني ان التفاعل ماص للحرارة‬ ‫(‪ ΔH‬قيمة موجبة)‪ .‬عند زيادة درجة احلرارة لهذا النوع من التفاعالت فإن‬ ‫االتزان سوف ينزاح باجتاه اليمني حيث متتص كاربونات الكالسيوم جزء ًا من هذه‬ ‫احلرارة لتكوين النواجت‪ ،‬اما عند تبريده فإن التفاعل سوف ينزاح باجتاه اليسار‬ ‫لتكوين ‪ CaCO3‬وانبعاث كمية حرارة تكافﺊ احلرارة التي خفض إليها التفاعل‪.‬‬ ‫وفي التفاعل التالي املاص للحرارة‬ ‫(‪N2O4)g‬‬ ‫(‪2NO2)g‬‬ ‫عدﱘ اللون‬ ‫بني‬ ‫ان زيادة درجة حرارة هذا التفاعل تؤدي الى انحراف التفاعل باجتاه تكوين‬ ‫غاز ‪ NO2‬البني اللون (الشكل ‪ 7-4‬أ)‪ .‬بينما تبريد التفاعل يؤدي الى‬ ‫انحراف التفاعل باجتاه تكوين غاز ‪ N2O4‬عدﱘ اللون (الشكل‪ 7-4‬ب)‪.‬‬ ‫ب) التفاعالت الباعثة للحرارة‬ ‫للتفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫طاقة ‪2CO2)g( +‬‬

‫(‪2CO)g( +O2)g‬‬

‫فعند كتابة الطاقة في طرف النواجت فهذا يعني ان التفاعل باعث للحرارة (‪ΔH‬‬ ‫قيمة سالبة)‪ .‬عند زيادة درجة احلرارة لهذا النوع من التفاعالت فإن االتزان سوف‬ ‫ينزاح باجتاه اليسار ليتفكك جزء من غاز ‪ CO2‬بامتصاصه جزء ًا من الزيادة‬ ‫في احلرارة‪ ،‬اما عند تبريد التفاعل فإن االتزان ينزاح باجتاه اليمني لتكوين غاز‬ ‫‪ CO2‬لبعث كمية من احلرارة تكافﺊ جزء ًا من احلرارة التي خفض إليها التفاعل‪.‬‬ ‫وميكن تلخيص تأثير درجة احلرارة على حالة االتزان الكيميائي وثابت‬ ‫االتزان ‪ Keq‬على النحو اآلتي‪:‬‬ ‫تفاعل ماص للحرارة‬ ‫تفاعل باعث للحرارة‬ ‫التغيير‬ ‫ينزاح نحو املتفاعالت (تقل قيمة ‪ ) Keq‬ينزاح نحو النواجت (تزداد قيمة ‪) Keq‬‬ ‫زيادة درجة احلرارة‬ ‫نقصان درجة احلرارة ينزاح نحو النواجت (تزداد قيمة ‪ ) Keq‬ينزاح نحو املتفاعالت (تقل قيمة ‪) Keq‬‬

‫‪156‬‬

‫‪ 4 - 11 - 4‬تأثير ﺇضافة العامل املساعد‬

‫عند إضافة العامل املساعد إلى تفاعل انعكاسي بكميات قليلة نسبياً‪،‬‬ ‫فإن ذلك يؤدي إلى تغير في السرعة التي يصل بها التفاعل إلى حالة االتزان‪.‬‬ ‫فعند إضافة العامل املساعد إلى تفاعل متزن‪ ،‬فإن ذلك اليؤثر على تراكيز‬ ‫املواد في نظام التفاعل‪ ،‬ألن العامل املساعد يؤثر فقط على طاقة التنشيط‪ ،‬ما‬ ‫يؤثر فقط على السرعة التي يصل بها التفاعل إلى حالة االتزان‪ ،‬حيث يزيد‬ ‫معدل سرعتي التفاعل االمامي ‪ Rf‬واخللفي ‪ Rb‬بالدرجة نفسها فيتم الوصول‬ ‫الى حالة االتزان بسرعة عالية في وجود العامل املساعد منها في عدم وجوده‪.‬‬ ‫لذا ال تؤثر اضافة العامل املساعد على موضع االتزان واﳕا يسارع للوصول‬ ‫الى هذه احلالة‪.‬‬

‫هل تعلم‬ ‫ان العامل املساعد هي‬ ‫مادة ال تشترك في التفاعل‬ ‫الكيميائي بل تساعد فقط على‬ ‫زيادة سرعته‪.‬‬

‫‪ 12 - 4‬العوامل المﺆثرة على قيمة ثابت االتزان‬

‫عند ثبوت درجة احلرارة فان التغير في تراكيز املواد املتفاعلة او الناجتة‬ ‫او عند التغير في الضغط او احلجم على التفاعالت املتزنة يغير في موضع‬ ‫االتزان ولكن قيمة النسبة بني تراكيز النواجت واملتفاعالت عند االتزان تبقى‬ ‫ثابتة‪ ،‬اي‪ :‬ان هذه العوامل ال تغير من قيمة ثابت االتزان‪ .‬وعليه ال تتغير‬ ‫قيمة ثابت االتزان الكيميائي ‪ Keq‬اال بتغير درجة احلرارة فقط‪.‬‬ ‫مثال ‪14 - 4‬‬ ‫للتفاعل املتزن االتي‪:‬‬ ‫(‪2HgO)s‬‬

‫(‪2Hg)l( + O2)g‬‬

‫‪ ΔH‬للتفاعل تساوي ‪ -181 kJ‬عند درجة حرارة ‪ 298K‬و ‪ KP‬للتفاعل‬

‫مترين ‪17 - 4‬‬ ‫للتفاعل املتزن االتي‪:‬‬ ‫(‪Br2)g( + 5F2)s‬‬

‫(‪2BrF5)g‬‬

‫‪ ΔH‬للتفاعل تساوي ‪ 858 kJ‬عند‬

‫تساوي ‪ . 3.2 × 1020‬بني هل قيمة ‪ KP‬عند ‪ 500K‬اكبر ام اقل من‬ ‫قيمتها عند ‪ 298K‬للتفاعل نفسه‪.‬‬ ‫تساوي‬

‫درجة حرارة ‪ 1000K‬و ‪ KP‬للتفاعل‬

‫احلــــل‪:‬‬ ‫ان التفاعل باعث للحرارة فعند زيادة درجة احلرارة املؤثرة على التفاعل يتجه‬ ‫نحو اليسار وذلك للتخلص من الفائض في درجة احلرارة وبالتالي تقل تراكيز‬ ‫النواجت عند االتزان وتزداد تراكيز املتفاعالت وبالتالي تقل قيمة ‪ KP‬لهذا‬ ‫التفاعل بدرجة حرارة ‪. 500K‬‬

‫‪ . 7.4 × 10-16‬بني هل قيمة‬

‫‪ KP‬عند ‪ 1500K‬للتفاعل اكبر ام اقل‬ ‫من قيمتها عند ‪ 1000K‬للتفاعل نفسه‪.‬‬

‫‪157‬‬

‫مثال ‪15 - 4‬‬ ‫ما تأثير كل من العوامل التالية على حالة االتزان وثابت االتزان للتفاعل‬ ‫املتزن اآلتي‪:‬‬ ‫(‪N2F4)g‬‬ ‫‪2NF2)g( ΔH = 38.5 kJ/mol‬‬ ‫‪ )1‬تسخني خليط االتزان في إناء مغلق‪.‬‬ ‫‪ )2‬سحب ‪ N2F4‬من خليط االتزان عند ثبوت درجة احلرارة واحلجم‪.‬‬ ‫‪ )3‬خفض الضغط على خليط متزن بدرجة حرارة ثابتة‪.‬‬ ‫‪ )4‬إضافة العامل املساعد إلى خليط االتزان‪.‬‬

‫مترين ‪18 - 4‬‬ ‫للتفاعل املتزن االتي‪:‬‬ ‫(‪3O2)g‬‬

‫(‪2O3)g‬‬ ‫‪ΔH = 428 kJ/mol‬‬

‫ماتأثير كل من العوامل اآلتية على حالة‬ ‫االتزان وثابت االتزان؟‬ ‫‪ )1‬زيادة الضغط على التفاعل وذلك‬ ‫بإنقاص حجم اﻹناء‪.‬‬ ‫‪ )2‬زيادة الضغط بإضافة مزيد من ‪O2‬‬ ‫إلى النظام‪.‬‬ ‫‪ )3‬خفض درجة احلرارة‪.‬‬ ‫‪ )4‬إضافة عامل مساعد‪.‬‬ ‫مترين ‪19 - 4‬‬ ‫يصل مزيج الغازات ‪ C2H4‬و ‪ H2‬و‬ ‫‪ C2H6‬املوضوعة في وعاء مغلق عند‬ ‫‪ 25°C‬الى حالة االتزان كما في التفاعل‬ ‫االتي‪:‬‬ ‫(‪C2H4)g( + H2)g‬‬ ‫‪C2H6)g( + 137 kJ/mol‬‬ ‫صف عدد من االجراءات التي تؤدي الى‬ ‫رفع كمية ‪ C2H6‬الناجتة من هذا التفاعل‪.‬‬

‫‪158‬‬

‫احلـــــل‪:‬‬ ‫أ) تشير قيمة ‪ ΔH‬الى ان التفاعل ماص للحرارة؛ لذلك عند تسخني التفاعل‬ ‫سيحاول التخلص من احلرارة الفائضة باالنزياح نحو اليمني أي باجتاه‬

‫امتصاص احلرارة‪.‬‬ ‫اما ما يخص قيمة ثابت االتزان سوف يزداد‪ ،‬السبب ان تركيز ‪NF2‬‬ ‫يزداد بينما يقل تركيز ‪ ،N2F4‬ألن ‪ Keq‬يتناسب طردي ًا مع تراكيز النواجت‬ ‫وعكسي ًا مع تراكيز املتفاعالت وعندما يصبح التفاعل باجتاه النواجت فإن قسم ًا‬ ‫من املتفاعالت سوف تتحول إلى نواجت‪ ،‬أي ان تركيز املتفاعالت سوف يقل‬ ‫ويزداد تركيز النواجت لذلك يزداد ثابت االتزان‪ .‬بصورة عامة يتبني ان ثابت‬ ‫االتزان هو كمية ثابتة عند ثبوت درجة احلرارة للتفاعل ولكن عند تغيرها‬ ‫تتغير قيمته؛ إذ يزداد إذا انزاح التفاعل باجتاه اليمني ويقل إذا انزاح التفاعل‬ ‫باجتاه اليسار‪.‬‬ ‫ب) عند سحب ‪ N2F4‬سوف يقل تركيزه في خليط التوازن لذلك سوف‬ ‫يحاول النظام التعويض عن جزء من النقص الذي حصل في تركيز ‪N2F4‬‬ ‫وذلك بانزياح التفاعل نحو اليسار إي‪ :‬قسم من ‪ NF2‬سوف يتحول إلى‬ ‫‪ .N2F4‬هنا ثابت االتزان اليتأثر بهذا السحب‪.‬‬ ‫جـ) عند خفض الضغط على اخلليط املتزن فإن النظام سوف ينزاح باجتاه عدد‬ ‫املوالت األكبر ومن معادله التفاعل نالحﻆ ان قيمة ‪ ∆ng‬تساوي (‪،)1‬‬ ‫لذلك ينزاح التفاعل نحو اليمني‪ ،‬ثابت االتزان في هذه احلالة اليتأثر‬ ‫بالضغط املسلط أو بحجم إناء التفاعل‪.‬‬ ‫د) العامل املساعد يخفض طاقة التنشيط‪ ،‬أي إنه يزيد من السرعة التي يصل‬ ‫بها التفاعل إلى حالة االتزان‪ ،‬لذا اليؤثر العامل املساعد على حالة االتزان‬ ‫(موضع االتزان) وال على قيمة ثابت االتزان‪.‬‬

‫المعادالت الرئيسية‬ ‫رقم الصفحة ‪137‬‬

‫قانون فعل الكتلة‬

‫‪[G]g [H]h‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc‬‬ ‫‪[A]a [B]b‬‬

‫رقم الصفحة ‪145‬‬

‫العالقة بني ‪ Kp‬و ‪Kc‬‬

‫‪∆ng‬‬

‫ ‪KP = Kc RT‬‬

‫رقم الصفحة ‪145‬‬

‫التغير في عدد موالت املواد الغازية في التفاعل‬

‫)‪Δng = ∑ ng (Pr oducts) − ∑ ng (Re ac tan ts‬‬ ‫العالقة بني التغير في الطاقة احلرة والطاقة احلرة القياسية وحاصل قسمة التفاعل رقم الصفحة ‪151‬‬ ‫‪∆G = ∆G∘+ RT ln Q‬‬ ‫العالقة بني التغير في الطاقة احلرة القياسية وثابت االتزان‬

‫رقم الصفحة ‪151‬‬

‫‪∆G∘= - RT ln Keq‬‬

‫المفاهيم االساسية‬

‫االتزان الكيميائي ‪Chemical Equilibrium‬‬ ‫حالة اتزان ديناميكي (حركي) وليست حالة اتزان استاتيكي (ساكن) تصل اليها اغلب التفاعالت االنعكاسية‬ ‫عندما تصبح معدل سرعة التفاعل بكال االجتاهني متساوية‪ ،‬فتكون تراكيز املواد الناجتة واملتفاعلة عندها ثابتة دون‬ ‫تغير‪ ،‬مالم يحدث أي تغيير على الظروف التي يتم عندها التفاعل‪ ،‬لذا يبدو التفاعل في تلك احلالة قد توقف‪.‬‬ ‫التفاعالت غير االنعكاسية ‪Irreversible Reactions‬‬ ‫التفاعالت الكيميائية التي يتم فيها عند ظروف معينة من استهالك تام ألحد او جميع املواد املتفاعلة‪ ،‬واليكون‬ ‫للمواد الناجتة عند ظروف التفاعل نفسها القدرة على أن تتفاعل لتكوين املواد التي تكونت منها‪.‬‬ ‫التفاعالت االنعكاسية ‪Reversible Reactions‬‬ ‫التفاعالت الكيميائية التي يتم فيها حتول املواد املتفاعلة الى نواجت في بداية التفاعل‪ ،‬ويكون للمواد الناجتة‬ ‫املقدرة على ان تتفاعل مع بعضها لتكوين املواد التي تكونت منها مرة اخرى‪.‬‬ ‫التفاعالت االنعكاسية المتجانسة ‪Reversible homogenous reactions‬‬ ‫التفاعالت التي تكون فيها املواد املتفاعلة والناجتة جميعها في طور واحد‪.‬‬

‫‪159‬‬

‫التفاعالت االنعكاسية غير المتجانسة ‪Reversible Heterogenous reactions‬‬ ‫التفاعالت التي تكون فيها املواد املتفاعلة والناجتة في اكثر من طور واحد‪.‬‬ ‫قانون فعل الكتلة ‪Law of Mass Action‬‬ ‫عند ثبوت درجة احلرارة فأن سرعة التفاعل الكيميائي تتناسب طردي ًا مع التراكيز املوالرية للمواد املتفاعلة ك ً‬ ‫ال‬ ‫منها مرفوع الى اس ميثل عدد املوالت املوضوع امام كل مادة في املعادلة الكيميائية املوزونة‪.‬‬ ‫ثابت االتزان ‪Equilibrium Constant Kc‬‬ ‫حاصل ضرب التراكيز املوالرية للمواد الناجتة عند حالة االتزان مقسوم ًا على حاصل ضرب التراكيز املوالرية‬ ‫للمواد املتفاعلة عند االتزان ك ً‬ ‫ال منها مرفوع ُألس عدد موالتها في معادلة التفاعل املوزونة‪.‬‬ ‫ثابت االتزان ‪Equilibrium Constant Kp‬‬ ‫حاصل ضرب الضغوط اجلزئية للمواد الناجتة عند االتزان مقسوم ًا على حاصل ضرب الضغوط اجلزئية للمواد‬ ‫املتفاعلة عند االتزان ك ً‬ ‫ال منها مرفوع الى ُأس عدد موالتها في معادلة التفاعل املوزونة‪.‬‬ ‫حاصل التفاعل ‪Reaction Quetient‬‬ ‫قيمة افتراضية لثابت االتزان حتسب في حلظة ما خالل التفاعل للتنبؤ بوصوله الى حالة االتزان ويعبر عن‬ ‫حاصل التفاعل بنفس العالقة املستعملة للتعبير عن ثابت االتزان ولكن حلاصل التفاعل التكون التراكيز املستخدمة‬ ‫بالضرورة هي قيم التراكيز عند حالة االتزان‪.‬‬ ‫قاعدة لوشاتلية ‪Le Chatelier’s Principle‬‬ ‫اذا أثر مؤثر خارجي مثل تغير التركيز أو احلجم أو الضغط أو درجة احلرارة على تفاعل ما في حالة اتزان فإن هذا‬ ‫التفاعل يتجه بأجتاه الذي يقلل من تأثير ذلك املؤثر ليصل التفاعل الى حالة اتزان جديدة‪.‬‬

‫‪160‬‬

‫اسﺌلة الفﺼل الرابع‬ ‫‪ 1-4‬امأل الفراغات في اجلمل التالية مبا يناسبها‪:‬‬ ‫‪+ 92 kJ‬‬ ‫‪ - 1‬في التفاعل املتزن االتي‪:‬‬ ‫فأن خفض درجة احلرارة يؤدي الى زيادة تراكيز املواد ـــــــــــــــــــــــ ‪.‬‬

‫(‪2NH3)g‬‬

‫(‪N2)g( + 3H2)g‬‬

‫‪ - 2‬اذا كانت قيمة ثابت االتزان ‪ Kc‬لنظام متزن عند ‪ 500°C‬تساوي ‪ 2 × 10-15‬وقيمته عند ‪ 200°C‬تساوي‬ ‫‪ 4 × 10-12‬فإن ذلك يدل على ان التفاعل ـــــــــــــــــــــــ للحرارة‪.‬‬ ‫‪CH3OH)g( + 127 kJ‬‬ ‫‪ - 3‬في التفاعل املتزن االتي‪:‬‬ ‫عندما يضاف الهيدروجني الى هذا النظام املتزن فإن حرارة التفاعل ـــــــــــــــــــــــ ‪.‬‬

‫(‪CO)g( + 2H2)g‬‬

‫‪ - 4‬في التفاعالت االنعكاسية الباعثة للحرارة يزاح موضع االتزان نحو تكوين املواد املتفاعلة في التفاعل عند ــــــــــــــــــ‬ ‫درجة احلرارة‪.‬‬ ‫‪ - 5‬في التفاعل املتزن ‪:‬‬ ‫فإن ــــــــــــــــــ الضغط يزيد من استهالك غاز ‪.CO2‬‬

‫(‪2CO)g‬‬

‫(‪2NO)g‬‬ ‫‪ - 6‬في التفاعل املتزن ‪:‬‬ ‫فإن رفع درجة احلرارة ﻹناء التفاعل يعمل على ــــــــــــــــــــ قيمة ‪ Kc‬للتفاعل‪.‬‬ ‫‪ -7‬التغير بـ ــــــــــــــــــــ اليؤثر على حالة االتزان للتفاعل املتزن األتي‪:‬‬ ‫(‪2NO)g‬‬ ‫طاقة ‪2HCl)g( +‬‬ ‫‪ - 8‬للتفاعل املتزن‪:‬‬ ‫ميكن زيادة تركيز ‪ HCl‬الناجت عند ــــــــــــــــــــ احلرارة للتفاعل‪.‬‬

‫(‪CO2)g( + C)s‬‬

‫‪N2)g( + O2)g( + 180 kJ‬‬

‫‪N2)g( + O2)g( + 180 kJ‬‬ ‫(‪Cl2)g( + H2)g‬‬

‫(‪ N2O4)g‬وبدرجة حرارة معينة اذا كانت قيمـــــــــة ‪KP‬‬ ‫‪ - 9‬في التفاعل املتزن‪2NO2)g( :‬‬ ‫للتفاعل = ‪ 3‬والضغط اجلزئي لغاز ‪ NO2‬يساوي ‪ 3‬فإن الضغط اجلزئي لغاز ‪ N2O4‬يساوي ـــــــــــــــــــ‬ ‫(‪4NH3)g( + 3O2)g‬‬ ‫(‪2N2)g( + 6H2O)l‬‬ ‫‪ - 10‬في التفاعل املتزن االتي‪:‬‬ ‫بدرجة حرارة معينة وجد ‪ Kc‬للتفاعل = ‪ 1 × 1028‬فهذا يدل على أن موضع االتزان يقع في اجتاه تكوين ـــــــــــــــــــــــ ‪.‬‬ ‫‪ - 11‬عندما تكون ‪ KP‬أصغر من ‪ Kc‬فإن مجموع عدد موالت املواد املتفاعلة ــــــــــــــــــ من مجموع عدد موالت‬ ‫املواد الناجتة‪.‬‬

‫‪161‬‬

‫‪ - 12‬اذا كان حاصل التفاعل عند نقطة معينة من التفاعل أصغر من ثابت االتزان ‪ Kc‬للتفاعل فأن التفاعل يتجه نحو‬ ‫املواد ـــــــــــــــــــ ‪.‬‬ ‫‪ - 13‬عند رفع الضغط الكلي على حالة اتزان لتفاعل فيه عدد املوالت للغازات املتفاعلة اصغر من عدد موالت الغازات‬ ‫الناجتة فإن موضع االتزان ينحرف باجتاه ــــــــــــــــــــــ ‪.‬‬ ‫‪ - 14‬العالقة بني ثابت االتزان ‪ Kc‬وتراكيز النواجت عالقة ـــــــــــــــــــــــ ‪.‬‬ ‫‪ - 15‬عند خفض الضغط في خليط متزن (‪ )∆ng = -1‬فالتفاعل ينزاح نحو ــــــــــــ وثابت االتزان ‪ Kc‬ـــــــــــــ ‪.‬‬ ‫‪ - 16‬تفاعل متزن ثابت اتزانه ‪ Kc = 4‬فعند سحب النواجت من خليط االتزان فأن ثابت االتزان ــــــــــــــــــ‪.‬‬ ‫‪ - 17‬عندما ‪ = ∆ng‬ـــــــــــــــــــ اليكون للضغط املسلط على التفاعل الغازي تأثير في حالة االتزان‪.‬‬ ‫‪ - 18‬يترجح التفاعل ــــــــــــــــــ لتفاعل متزن ماص للحرارة عند تبريد اناء التفاعل‪.‬‬ ‫‪ - 19‬في التفاعالت املاصة للحرارة والتي هي في حالة اتزان ديناميكي تزداد تراكيز املواد الناجتة عند ـــــــــــ درجة احلرارة‪.‬‬

‫‪ - 20‬في تفاعل متزن وجد ان ‪KP‬‬ ‫ـــــــــــ = ‪ Kc‬ما يدل على ان مجموع موالت املواد الغازية الناجتة في هذا التفاعل ـــــــــــــ‬ ‫‪RT‬‬

‫من مجموع موالت املواد الغازية املتفاعلة‪.‬‬ ‫‪ 2-4‬اختر اجلواب الصحيح‪:‬‬ ‫(‪ 2SO2)g( + O2)g‬عند درجة حرارة ‪727°C‬‬ ‫‪ - 1‬ثابت االتزان ‪ Kc‬للتفاعل املتزن‪2SO3)g( :‬‬ ‫تبلﻎ ‪ . 4.17 × 10-2‬فإن اجتاه التفاعل عند خلط ‪ 0.4 M‬من ‪ SO3‬و ‪ 0.1 M‬مــــــــن ‪ O2‬و ‪ 0.02 M‬من‬ ‫‪ SO2‬تكون‪:‬‬ ‫أ‪ -‬بأجتاه املواد املتفاعلة‪.‬‬ ‫ب‪ -‬بأجتاه املواد الناجتة‪.‬‬ ‫جـ‪ -‬التفاعل في حالة اتزان ديناميكي‪.‬‬ ‫د‪ -‬كل االجابات السابقة خاطﺌة‪.‬‬ ‫(‪ CaCO3)s‬يتم في وعاء مغلق فأن كمية ‪CaCO3‬‬ ‫‪ - 2‬التفاعل املتزن‪CO2)g( + CaO)s( :‬‬ ‫تزداد عندما‪:‬‬ ‫أ‪ -‬تزال كمية من غاز ‪ CO2‬من التفاعل عند االتزان‪.‬‬ ‫ب‪ -‬يزداد الضغط الكلي‪.‬‬ ‫جـ‪ -‬تضاف كمية من ‪ CaO‬الى خليط االتزان‪.‬‬ ‫د‪ -‬كل االجابات السابقة خاطﺌة‪.‬‬ ‫(‪ l2)g( + F2)g‬ثابت االتزان ‪ Kc‬يساوي ‪ 1 × 106‬بدرجة حرارة‬ ‫‪ - 3‬التفاعل املتزن‪2IF)g( :‬‬ ‫‪ 200K‬فاذا كان الضغط اجلزئي عند االتزان ‪ 0.2 atm‬لغاز ‪ IF‬و‪ 4 × 10-3 atm‬لغاز ‪ F2‬فأن الضغط اجلزئي‬ ‫لغاز ‪ I2‬يساوي‪:‬‬ ‫أ‪5 × 104 atm -‬‬ ‫ب‪1 × 10-5 atm -‬‬ ‫جـ‪1 × 105 atm -‬‬ ‫د‪ -‬كل االجابات السابقة خاطﺌة‪.‬‬

‫‪162‬‬

‫‪1‬‬

‫(‪ Li)g( + I2)g‬عند ‪ 300K‬تساوي ‪ 640.3‬فإن قيمة‬ ‫‪2‬‬ ‫(‪ 2LiI)g‬عند درجة احلرارة نفسها تساوي‪.‬‬

‫‪ - 4‬اذا كانت قيمة ‪ Kc‬للتفاعل‪LiI)g( :‬‬ ‫‪ Kc‬للتفاعل‪2Li)g( + I2)g( :‬‬ ‫أ‪25.3 -‬‬ ‫ب‪41 × 104 -‬‬ ‫جـ‪15.6 × 105 -‬‬ ‫د‪ -‬كل االجابات السابقة خاطﺌة‪.‬‬ ‫‪ - 5‬عند مزج محلول ‪ K2CrO4‬مع محلول ‪ HCl‬فإنه يصل الى حالة االتزان حسب املعادلة االيونية االتية‪:‬‬ ‫(‪2CrO42-)aq( + 2H+)aq‬‬ ‫(‪Cr2O72-)aq( + H2O)l‬‬ ‫اصفر‬ ‫برتقالي‬ ‫فإذا اردنا ان جنعل اللون البرتقالي هو السائد في االناء فأننا نقوم باآلتي‪:‬‬ ‫أ‪ -‬نضيف مزيد من املاء‬ ‫ب‪ -‬نضيف مزيد من ‪HCl‬‬ ‫جـ‪ -‬نضيف مزيد من ‪K2Cr2O7‬‬ ‫د‪ -‬كل االجابات السابقة خاطﺌة‪.‬‬ ‫‪ - 6‬عند اضافة محلول ‪ NaOH‬الى املزيج في السؤال السابق فأننا نتوقع أن يحدث‪.‬‬ ‫أ‪ -‬زيادة بتركيز ‪. Cr2O72-‬‬ ‫ب‪ -‬زيادة بتركيز ‪. HCl‬‬ ‫جـ‪ -‬نقص بتركيز ‪. Cr2O72-‬‬ ‫د‪ -‬كل االجابات السابقة خاطﺌة‪.‬‬ ‫(‪ N2)g( + 3H2)g‬قيمة ‪ KP‬للتفاعل عند ‪25°C‬‬ ‫‪ - 7‬للتفاعل املتزن‪2NH3)g( + 92kJ :‬‬ ‫تساوي ‪ 5.5 × 10-5‬لذا فإن قيمة ‪ Kc‬للتفاعل تساوي‬ ‫أ‪22513.3 -‬‬ ‫ب‪9 × 104 -‬‬ ‫جـ‪0.03 -‬‬ ‫د‪ -‬كل االجابات السابقة خاطﺌة‪.‬‬ ‫(‪ Br2)g‬قيمة ‪ KP‬عند االتزان ‪ 2558.4‬بدرجة حرارة ‪4000K‬‬ ‫‪ - 8‬للتفاعل املتزن‪2Br)g( :‬‬ ‫وقيمة ‪ Kf‬للتفاعل تساوي ‪ 1.56‬فإن قيمة ‪ Kb‬تساوي‪:‬‬ ‫أ‪0.2 -‬‬ ‫ب‪20 -‬‬ ‫جـ‪7.8 -‬‬ ‫د‪ -‬كل االجابات السابقة خاطﺌة‪.‬‬ ‫(‪ H2)g( + I2)g‬ثابت االتزان ‪ KP = 2‬فإن التفاعل يتجه نحو النواجت‬ ‫‪ - 9‬للتفاعل املتزن‪2HI)g( :‬‬ ‫عندما تكون التراكيز للمواد الناجتة واملتفاعلة (بوحدات ‪ ) mole/L‬هي اآلتي‪:‬‬

‫‪163‬‬

‫أ ‪ -‬تركيز ‪ HI‬يساوي ‪ 0.1‬و تركيز ‪ I2‬يساوي ‪ 0.05‬و تركيز ‪ H2‬يساوي ‪0.05‬‬ ‫ب ‪ -‬تركيز ‪ HI‬يساوي ‪ 0.4‬و تركيز ‪ I2‬يساوي ‪ 0.1‬و تركيز ‪ H2‬يساوي ‪0.2‬‬ ‫ج ‪ -‬تركيز ‪ HI‬يساوي ‪ 0.001‬و تركيز ‪ I2‬يساوي ‪ 0.0002‬و تركيز ‪ H2‬يساوي ‪0.0025‬‬ ‫د ‪ -‬كل االجابات السابقة خاطﺌة‪.‬‬ ‫‪ 3-4‬علل مايأتي‪:‬‬ ‫‪ - 1‬زيادة حجم اناء التفاعل لتفاعل غازي (‪ ∆ng )Products( < ∆ng )Reactants‬يؤدي الى خفض املنتوج‪.‬‬ ‫(‪ A)g‬التتغير حرارة اناء التفاعل عند زيادة الضغط الكلي‪.‬‬ ‫‪ - 2‬في التفاعل االفتراضي املتزن‪ :‬طاقة ‪B)g( +‬‬ ‫‪ - 3‬قيمة ثابت االتزان للتفاعالت غير االنعكاسية تكون كبيرة جداً‪.‬‬ ‫‪ - 4‬الجتف املالبس املبللة عند وضعها في حقائب مغلقة ولكنها جتف عند نشرها على حبل الغسيل‪.‬‬ ‫‪ - 5‬ترتفع درجة حرارة تفاعل ماص للحرارة عندما ‪ Kc= 0.3‬و ‪. Q = 1‬‬ ‫‪ُ - 6‬ي َعدﱡ التفاعل باعث ًا للحرارة اذا أنخفضت قيمة ‪ Kc‬للتفاعل عند زيادة درجة حرارة التفاعل‪.‬‬ ‫‪ - 7‬قيمة ‪ Kc‬تزداد عند رفع درجة حرارة التفاعل في حالة التفاعالت املاصة للحرارة‪.‬‬ ‫‪ - 8‬زيادة الضغط على خليط متوازن (‪ )∆ng = +1‬فإن االتزان ينزاح بأجتاه املتفاعالت‪.‬‬ ‫‪ - 9‬تتوقف بعض التفاعالت متام ًا بينما تظهر تفاعالت اخرى وكأنها متوقفة‪.‬‬ ‫طاقة ‪SO2Cl2)g( +‬‬ ‫(‪SO2)g( + Cl2)g‬‬ ‫‪ - 10‬في التفاعل املتزن االتي‪:‬‬ ‫ترتفع حرارة التفاعل عند اضافة ‪ SO2‬الى خليط االتزان‪.‬‬

‫‪4-4‬‬

‫عرف مايأتي‪ - 1 :‬قانون فعل الكتلة‬

‫‪ - 2‬حالة االتزان الكيميائي ‪ - 3‬قاعدة لو شاتليه‬

‫‪ 5-4‬ما تأثير زيادة الضغط على كل من التفاعالت االتية املتزنة على فرض أنها جتري في إناء مغلق وبدرجة حرارة ثابتة‪.‬‬ ‫(‪A)s‬‬ ‫‪2B)s( - 1‬‬ ‫(‪2A)l‬‬ ‫‪B)l( - 2‬‬ ‫(‪A)s‬‬ ‫‪B)g( - 3‬‬ ‫(‪A)g‬‬ ‫‪B)g( - 4‬‬ ‫(‪A)g‬‬ ‫(‪2B)g‬‬ ‫‪-5‬‬ ‫(‪ PCl5 )g‬انثالبي التفاعل تساوي‬ ‫‪ 6-4‬التفاعل الغازي املتزن االتي‪PCl3)g( + Cl2)g( :‬‬ ‫‪ 92.5 kJ/mole‬ماتأثير كل من العوامل التالية على حالة االتزان وثابت االتزان‪:‬‬ ‫‪ - 1‬خفض درجة احلرارة‪.‬‬ ‫‪ - 2‬اضافة زيادة من ‪ Cl2‬الى خليط االتزان‪.‬‬ ‫‪ - 3‬سحب ‪ PCl3‬من خليط االتزان‪.‬‬ ‫‪ - 4‬زيادة الضغط على خليط االتزان‪.‬‬ ‫‪ - 5‬اضافة عامل مساعد‪.‬‬

‫‪164‬‬

‫‪7-4‬‬ ‫(‪ 2SO2)g( + O2)g‬انثالبي التفاعل تساوي‬ ‫التفاعل املتزن االتي‪2SO3)g( :‬‬ ‫‪ .-198.2 kJ‬ماذا يحدث لتراكيز ‪ SO2‬و ‪ O2‬و ‪ SO3‬عند االتزان بعد‪.‬‬ ‫‪ - 1‬زيادة درجة حرارة التفاعل‪.‬‬ ‫‪ - 2‬خفض الضغط املسلط على التفاعل‪.‬‬ ‫‪ - 3‬زيادة تركيز ‪ SO2‬في خليط االتزان‪.‬‬ ‫‪ - 4‬اضافة عامل مساعد‪.‬‬ ‫‪ 8-4‬هل يؤدي دائم ًا رفع درجة حرارة اي تفاعل في حالة اتزان الى زيادة في تراكيز النواجت؟ اذا كانت اجابتك بالنفي‬ ‫فما التفاعالت التي تؤدي او التؤدي الى زيادة النواجت؟ ّبني ذلك مع ذكر أمثلة‪.‬‬ ‫‪ 9-4‬ماتأثير زيادة الضغط الكلي في التفاعالت املتزنة االتية‪:‬‬ ‫‪ - 1‬تفاعل فيه عدد املوالت للغازات الناجتة أكبر من عدد موالت الغازات املتفاعلة‪.‬‬ ‫‪ - 2‬تفاعل فيه عدد املوالت للغازات الناجتة اصغر من عدد موالت الغازات املتفاعلة‪.‬‬ ‫مساو لعدد موالت الغازات املتفاعلة‪.‬‬ ‫‪ - 3‬تفاعل فيه عدد املوالت للغازات الناجتة‬ ‫ٍ‬ ‫‪ - 4‬تفاعل جميع املواد املتفاعلة او الناجتة في حالة صلبة وآخر جميع املواد املتفاعلة او الناجتة في حالة سوائل نقية‪.‬‬ ‫‪ 10-4‬التفاعل االتي املاص للحرارة يجري في اناء مغلق‬ ‫(‪ CaCO3)s‬ماذا يحدث للتفاعل املتزن عند اآلتي‪:‬‬ ‫(‪CO2)g( + CaO)s‬‬ ‫‪ - 1‬تقليل حجم االناء‬ ‫‪ - 2‬اضافة مزيد من ‪ CaO‬خلليط االتزان‪.‬‬ ‫‪ - 3‬سحب جزء من ‪ CaCO3‬من خليط االتزان‪.‬‬ ‫‪ - 4‬اضافة مزيد من ‪ CO2‬الى خليط االتزان‪.‬‬ ‫‪ - 5‬زيادة درجة احلرارة‪.‬‬ ‫‪ 11-4‬عند تسخني غاز ‪ NOCl‬النقي الى درجة ‪ 240°C‬في اناء مغلق حجمه لتر يتحلل حسب املعادلة‪:‬‬ ‫(‪ 2NOCl)g‬وعند وصول التفاعل الى حالة االتزان وجد ان الضغط الكلي‬ ‫(‪2NO)g( + Cl2)g‬‬ ‫ملزيج االتزان يساوي ‪ 1atm‬والضغط اجلزئي لغاز ‪ NOCl‬يساوي ‪ 0.64 atm‬أحسب‪:‬‬ ‫‪ - 1‬الضغوط اجلزئية لكل من غازي ‪ Cl2‬و ‪ NO‬عند االتزان‪.‬‬ ‫‪ - 2‬ثابت االتزان ‪ Kc‬للتفاعل عند نفس درجة احلرارة‪.‬‬ ‫ج‪4 × 10-4 -2 0.24 atm ; 0.12 atm -1 :‬‬ ‫(‪ N2O4)g‬وعند وصول التفاعل الى حالة‬ ‫‪ 12-4‬التفاعل التالي يجري بدون عامل مساعد‪2NO2)g( :‬‬ ‫االتزان وجد ان الضغوط اجلزئية ‪ PNO = 1.56 atm‬و ‪ PN O = 0.377 atm‬عند درجة حرارة ‪ 100°C‬أحسب ‪:‬‬ ‫‪2 4‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪ - 2‬ماذا يحدث للضغوط اجلزئية للغازات في خليط االتزان بعد اضافة العامل املساعد‪.‬‬ ‫‪ KP - 1‬و ‪ Kc‬للتفاعل‬ ‫ج‪0.21 ; 6.46 -1 :‬‬

‫‪165‬‬

‫(‪A)g‬‬ ‫‪ 13-4‬للتفاعل املتزن‪2B)g( :‬‬ ‫من خالل اجلدول التالي‪ .‬احسب ‪ KP‬و ‪ Kc‬للتفاعل بدرجات احلرارة املختلفة ثم بني هل التفاعل ماص ام باعث‬ ‫للحرارة‬ ‫درجة احلرارة‪°C /‬‬ ‫(‪B/)mole/L‬‬ ‫(‪A/)mole/L‬‬ ‫‪200‬‬ ‫‪0.843‬‬ ‫‪0.0125‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪300‬‬ ‫‪0.764‬‬ ‫‪0.171‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪400‬‬ ‫‪0.724‬‬ ‫‪0.250‬‬ ‫‪3‬‬ ‫(‪ N2)g( + 3H2)g‬عند درجة ‪ 377°C‬وقيمة ثابت‬ ‫‪ 14-4‬يتزن التفاعل االتي (‪2NH3)g‬‬ ‫االتزان ‪ Kc‬تساوي ‪ . 1.96‬أحسب قيم ثوابت االتزان للتفاعالت التالية وبنفس درجة احلرارة‪.‬‬ ‫أ‪-‬‬

‫(‪N2)g( + 3H2)g‬‬

‫ب ‪NH3)g( -‬‬ ‫جـ‪-‬‬

‫‪3 H‬‬ ‫(‪2 2)g‬‬

‫‪1 N +‬‬ ‫(‪2 2)g‬‬

‫(‪2NH3 )g‬‬

‫‪3 H‬‬ ‫(‪2 2)g‬‬

‫‪1 N +‬‬ ‫(‪2 2)g‬‬ ‫(‪NH3 )g‬‬

‫ج‪ :‬أ‪ ، 0.51 -‬ب‪ ، 1.4 -‬جـ ‪0.7 -‬‬

‫‪ 15-4‬ثابت االتزان ‪ Kc‬يساوي ‪ 4.2 × 10-7‬للتفاعل املتزن‪:‬‬ ‫‪CO2 + H2O‬‬ ‫‪H+ + HCO3‬‬‫(‪CaCO3)s‬‬ ‫و ‪ Kc‬يساوي ‪ 4.7 × 10-9‬للتفاعل ‪CO32- + Ca2+‬‬ ‫‪HCO3‬‬‫و ‪ Kc‬يساوي ‪ 4.8 × 10-11‬للتفاعل ‪H+ + CO32-‬‬ ‫فما ثابت االتزان ‪ Kc‬للتفاعل املتزن‪:‬‬ ‫‪CO2 + CaCO3)s( + H2O‬‬ ‫‪Ca2+ + 2HCO3‬‬‫‪-5‬‬

‫ج‪4.1 × 10 :‬‬

‫‪ 16-4‬احسب ‪ Kc‬للتفاعل املتزن‪2NH4+ + CO32- :‬‬ ‫من ثوابت االتزان للتفاعالت املتزنة االتية‪:‬‬ ‫‪+ OH‬‬‫‪Kc = 2 × 10-5‬‬ ‫‪Kc = 4 × 10-7‬‬ ‫‪Kc = 1 × 10-8‬‬ ‫‪Kc = 1 × 10-14‬‬

‫(‪CO2)g( + H2O)l( + 2NH3)g‬‬ ‫‪NH4+‬‬

‫(‪NH3)g( + H2O)l‬‬

‫(‪H2CO3)aq‬‬

‫(‪CO2)g( + H2O)l‬‬

‫‪2H+1 + CO3-2‬‬ ‫‪H+1 + OH-1‬‬

‫(‪H2CO3 )aq‬‬ ‫(‪H2O)l‬‬

‫ج‪16 × 103:‬‬

‫‪ 17-4‬ثابت االتزان ‪ Kc‬يساوي ‪19.9‬بدرجة حرارة ‪ 2500K‬للتفاعل املتزن‪:‬‬ ‫(‪Cl2)g( + F2)g‬‬ ‫(‪2ClF)g‬‬ ‫ماذا يحدث حلالة االتزان اذا كانت تراكيز اخلليط ‪ ]Cl2[ = 0.2 M‬و ‪ ]F2[ = 1 M‬و ‪. ]ClF[ = 1.2 M‬‬

‫‪166‬‬

‫(‪ A2)g‬وجد انه عند وضع مول من ‪ A2‬في اناء التفاعل حجمه لتر‬ ‫‪ 18-4‬للتفاعل املتزن‪2A)g( :‬‬ ‫واحد عند (‪ )STP‬يصل التفاعل حالة االتزان فوجد انه يتحلل ‪ %1‬من ‪ . A2‬ماقيمة ‪ Kc‬للتفاعل؟ وما تركيز ‪ A‬الذي‬ ‫يكون في حالة اتزان مع ‪ 0.01 M‬من ‪ A2‬وعند ظروف التفاعل نفسها؟‬ ‫ج‪0.002 M ; 4 × 10-4 :‬‬ ‫(‪ 3A)g‬وجد ان ثابت االتزان ‪ Kc‬يساوي ‪ 147.6‬وبداللة‬ ‫‪ 19-4‬للتفاعل املتزن االتي‪aB)g( :‬‬ ‫‪ KP‬يساوي ‪ 6‬بدرجة حرارة ‪ 27°C‬جد قيمة ‪ a‬في املعادلة‪.‬‬ ‫ج‪2 :‬‬ ‫(‪NiO)s( + CO)g‬‬ ‫‪ 20-4‬للتفاعل املتزن‪Ni)s( + CO2)g( :‬‬ ‫بدرجة حرارة ‪ 727°C‬وصل التفاعل حالة االتزان فوجد ان ضغط غاز ‪ CO‬في الفرن يساوي ‪ 304 Torr‬والضغط‬ ‫الكلي يساوي ‪ 1atm‬ما ثابت االتزان ‪ Kc‬للتفاعل‪( .‬معلومة ‪.)1 atm = 760 Torr :‬‬ ‫ج‪1.5 :‬‬ ‫(‪PCl3)g( + Cl2)g‬‬ ‫‪ 21-4‬في التفاعل املتزن الغازي‪PCl5 )g( :‬‬ ‫وجد أنه ضغط ‪ PCl3‬اجلزئي في االناء املغلق ضعفا ضغط ‪ Cl2‬اجلزئي وعند وصول التفاعل الى موضع االتزان بدرجة‬ ‫حرارة معينة وجد ان ضغط ‪ Cl2‬يساوي ‪1atm‬فاذا علمت ان ‪ KP‬للتفاعل يساوي ‪ 1/6‬فما ضغطا غازي ‪ Cl2‬و ‪PCl3‬‬ ‫في بداية التفاعل‪.‬‬ ‫ج‪2.8 atm ; 1.4 atm :‬‬ ‫(‪ 2HBr )g‬وفي اناء تفاعل‬ ‫(‪H2)g( + Br2)g‬‬ ‫‪ 22-4‬للتفاعل الغازي الباعث للحرارة‬ ‫حجمه لتر واحد وضعت موالت متساوية من ‪ H2‬و ‪ Br2‬وضعفها من ‪ ، HBr‬فوجد ان حرارة االناء ارتفعت‬ ‫حلني استتباب حالة االتزان ووجد ان االناء يحتوي على ‪ 1 mole‬من ‪ HBr‬و ‪ 2 mole‬من ‪ Br2‬و ‪2 mole‬‬ ‫من ‪ H2‬احسب ‪:‬‬ ‫‪ - 1‬تراكيز مكونات مزيج التفاعل قبل بدء التفاعل‪.‬‬ ‫‪ Kc - 2‬للتفاعل‬ ‫ج ‪4 - 2 ; ]H2[ = ]Br2[ = 1.25 mol/L ، ]HBr[ = 2.5 mol/L - 1 :‬‬ ‫‪ 23-4‬في وعاء حجمه لتر واحد وضع مول واحد من غاز ‪ NO2‬بدرجة حرارة معينة فوجد ان ‪ %40‬من الغاز قد تفكك‬ ‫(‪2NO2)g‬‬ ‫عند وصوله الى حالة االتزان احسب التفاعل االتي‪2NO )g( + O2)g( :‬‬ ‫احسب ثابت االتزان ‪ Kc‬للتفاعل ‪.‬‬ ‫ج‪0.09 :‬‬ ‫(‪ CO2)g( + H2)g‬وفي اناء حجمه لتر واحد مت خلط‬ ‫‪ 24-4‬للتفاعل املتزن‪CO)g(+ H2O)g( :‬‬ ‫موالت متساوية من ‪ CO2‬و ‪ H2‬وبدرجة حرارة ‪ 2000K‬وصل التفاعل حالة االتزان فوجد ان عدد املوالت الكلية‬ ‫خلليط الغازات عند االتزان تساوي ‪ .3 mole‬ما تراكيز خليط االتزان علم ًا بان ثابت االتزان ‪ Kc‬يساوي ‪ 4‬؟‬ ‫ج ‪]CO[ = ]H2O[ = 1 mol/L ; ]CO2[ = ]H2[ = 0.5 mol/L :‬‬

‫(‪ CaO)s( + CO2)g‬بدرجة حرارة‬ ‫‪ 25-4‬للتفاعل املتزن غير املتجانس‪CaCO3)s( :‬‬ ‫‪ 800°C‬وجد ان ضغط ‪ CO2‬عند االتزان يساوي ‪ .0.235atm‬احسب ‪ Kc‬للتفاعل عند درجة احلرارة نفسها‪.‬‬ ‫ج‪374.8 :‬‬

‫‪167‬‬

‫‪ 26-4‬وضع ‪4 g‬من غاز ‪ HF‬في وعاء مغلق حجمه ‪ 2 L‬عند درجة حرارة ‪ 27°C‬وترك في الوعاء املغلق يتفكك حتى‬ ‫(‪ 2HF )g‬فاذا كان ‪ kP‬للتفاعل يساوي‬ ‫مت االتزان الكيميائي حسب املعادلة االتية (‪H2)g( + F2)g‬‬ ‫‪ .1.21‬احسب الضغط اجلزئي لغاز ‪HF‬عند االتزان علم ًا بان الكتلة املولية للغاز تساوي ‪.20 g/mole‬‬ ‫ج‪0.76 atm :‬‬ ‫‪ 27-4‬اذا كانت درجة تفكك مول واحد ‪ N2O4‬الى ‪ NO2‬هي ‪ %20‬عند درجة حرارة ‪ 27°C‬وضغط ‪ 1atm‬وفي‬ ‫اناء حجمه لتر واحد ‪ .‬احسب قيمة ‪ kP‬للتفاعل‪( .‬معلومة ‪ :‬درجة التفكك تساوي اجلزء الى الكل مضروب ًا في ‪.)100‬‬ ‫ج‪4.92 :‬‬ ‫‪kf‬‬

‫(‪H2)g(+I2)g‬‬

‫(‪2HI)g‬‬ ‫عند ‪ 490°C‬كان‬ ‫‪ 28-4‬في إناء مغلق حجمه لتر واحد أجري التفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫‪kb‬‬ ‫ثابت سرعة التفاعل األمامي ‪ kf=0.6256‬وثابت سرعة التفاعل اخللفي ‪ kb‬يساوي ‪ 0.0136‬وأن ثابت االتزان للتفاعل‬ ‫بدرجة ‪ 872K‬يساوي ‪ ،59‬بني كيف يتأثر عدد موالت ‪ HI‬عند االتزان مبا يلي من إجراءات‪:‬‬ ‫أ) إضافة مزيد من ‪.H2‬‬ ‫ب) انخفاض درجة احلرارة‪.‬‬ ‫جـ) إزاحة بعض من ‪.I2‬‬

‫‪ 29-4‬وجد ان ثابت االتزان بداللة الضغوط اجلزئية ‪ KP‬بدرجة حرارة ‪ 1000K‬للتفاعالت‪:‬‬ ‫(‪CO)g‬‬ ‫‪KP = 2.9 × 1010‬‬ ‫(‪CO2)g‬‬ ‫‪KP = 5 × 1020‬‬ ‫(‪2CO2)g‬‬ ‫احسب ثابت االتزان بداللة ‪ Kc‬للتفاعل ‪:‬‬

‫(‪C)s( + 1 O2)g‬‬ ‫‪2‬‬ ‫(‪C)s( + O2)g‬‬ ‫(‪2CO)g( + O2)g‬‬

‫ج‪2.4 × 1022 :‬‬

‫‪ 30-4‬في وعاء مغلق حجمه لتر واحد يتفاعل غاز ‪ CO‬مع بخار املاء وتكون غاز ‪ CO2‬و ‪ H2‬بدرجة حرارة ‪.700K‬‬ ‫ما تراكيز خليط الغازات عند وصولها الى حالة االتزان اذا مت وضع مول واحد من كل من املتفاعالت والنواجت علم ًا إن‬ ‫ثابت االتزان ‪ Kc‬لهذا التفاعل يساوي ‪. 5.29‬‬ ‫ج ‪]CO[ = ]H2O[ = 0.606 mol/L ; ]CO2[ = ]H2[ = 1.394 mol/L :‬‬

‫(‪ N2O4)g‬ثابت االتزان ‪ Kc‬لهذا التفاعل يساوي ‪ 6 × 10-3‬عند درجة‬ ‫‪ 31-4‬للتفاعل (‪2NO2)g‬‬ ‫حرارة ‪ 298K‬ولكنه يساوي ‪ 1.5 × 10-2‬عند درجة حرارة ‪ 35°C‬هل تفكك رابع اوكسيد ثنائي النتروجني باعث‬ ‫ام ماص للحرارة؟‬ ‫(‪ 2SO2)g( + O2)g‬وجد ان خليط االتزان بدرجة حرارة‬ ‫‪ 32-4‬للتفاعل املتزن االتي‪2SO3 )g( :‬‬ ‫‪ 25°C‬يحتوي على‪ ]SO3[ = 0.008 mole/L :‬و ‪ ]SO2[ = 0.02 mole/L‬و ‪]O2[ = 0.01 mole/L‬‬ ‫وعند تبريد التفاعل الى ‪ 10°C‬وجد ان ‪ Kc‬للتفاعل يساوي ‪ 4‬بني هل التفاعل باعث ام ماص للحرارة‪.‬‬ ‫‪ 33-4‬وضح الفرق بني ‪ ∆G‬و˚‪ ∆G‬واكتب العالقة بينهما‪ .‬متى تكون قيمة ‪ ∆G‬تساوي ˚‪ ∆G‬اثبت ذلك حسابياً؟‬ ‫‪ 34-4‬اذا علمت ان ثابت التأين الذاتي للماء عند درجة حرارة ‪ 25°C‬وضغط ‪ 1 atm‬تساوي‬ ‫(‪H2O )l‬‬ ‫‪ .1 × 10-14‬احسب قيمة˚‪ ∆G‬للتأين‪H+)aq( + OH-)aq( .‬‬

‫‪168‬‬

‫ج‪79881 J/mol :‬‬

‫الفصل الخامس‬

‫‪5‬‬

‫االتزان االيوني‬

‫‪Ionic Equilibrium‬‬

‫بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على أن‪:‬‬

‫مييز بني املواد االلكتروليتية وغير االلكتروليتية‪.‬‬ ‫مييز بني االلكتروليتات القوية وااللكتروليتات الضعيفة‪.‬‬ ‫يكون قادر ًا على حساب ‪ Kc‬لاللكتروليتات الضعيفة والعالقة املشتقة من‬ ‫عملية التأين اجلزئي لها‪.‬‬ ‫يفهم عملية التأين الذاتي للماء والسلوك االمفوتيري له‪.‬‬ ‫يستطيع حساب قيمة الدالة احلامضية للمحاليل املائية‪.‬‬ ‫يدرك عملية التمذوب والتحلل املائي وكيفية اختالفها حسب نوع امللح‪.‬‬

‫يفهم تأثير االيون املشترك وكيفية االفادة منه في حتضير محاليل البفر‪.‬‬ ‫مييز بني االمالح تامة الذوبان والشحيحة الذوبان والعوامل املؤثرة على‬ ‫ذوبانية االمالح شحيحة الذوبان‪.‬‬

‫‪169‬‬

‫هل تعلم‬ ‫ان مواد مثل كلوريـــــــــــد‬ ‫الصوديـــــــــــــــوم او كرومات‬ ‫البوتاسيوم والتي تسلك سلوك‬ ‫الكتروليتات عند ذوبانها في‬ ‫املاء‪ ،‬قد التسلك نفس السلوك‬ ‫عند ذوبانها في مذيبات اخرى‬ ‫مثل االيثر او الهكسان‪.‬‬

‫‪ 1-5‬مقدمة‬

‫حتدث التفاعالت الكيميائية في الغالب في احملاليل ولذلك تعتبر احملاليل مهمة‬ ‫جدا في الكيمياء‪ .‬يستعمل املاء و املذيبات العضوية بشكل واسع لتحضير محاليل‬ ‫املواد‪ ،‬ولكننا سوف نركز اهتمامنا في هذا الفصل على خواص املادة املذابة في املاء‬ ‫(احملاليل املائية) فقط‪ .‬يعتمد سلوك االصناف املتكونة في احمللول نتيجة لذوبان‬ ‫اي مادة في املاء على طبيعة املواد نفسها وعلى طبيعة الوسط الذي يحتويها‪ ،‬ولذا‬ ‫فمن الضروري فهم املبادئ التي حتكم سلوك هذه املواد في احملاليل‪.‬‬

‫‪ 2-5‬المواد االلكتروليتية و المواد غير االلكتروليتية‬

‫يعرف احمللول املائي‪ ،‬كما هو معلوم‪ ،‬على انه مزيج متجانس ناجت من‬ ‫ذوبان مادة (املذاب ‪ )Solute‬في املاء (املذيب ‪ .)Solvent‬وميكن‬ ‫تقسيم املواد الى صنفني رئيسيني بحسب قابلية محاليها املائية على نقل‬ ‫التيار الكهربائي‪ .‬يتضمن الصنف االول املواد التي تكون حملاليلها القابلية‬ ‫على توصيل التيار الكهربائي ويصطلح على تسميتها بااللكتروليتات‬ ‫(‪ )Electrolytes‬مثل كلوريد الصوديوم‪ ،‬اما الصنف الثاني فيشمل املواد‬ ‫التي تكون محاليلها املائية غير موصلة وتدعى باملواد غير االلكتروليتية‬ ‫(‪ )None-electrolytes‬مثــــــــــــــــــل السكــــــــــــــــر (السكروز)‬ ‫[الشكل (‪ ،])1-5‬واضافة الى ذلك اليقتصر السلوك االلكتروليتي‬ ‫للمواد على محاليلها فقط بل يتعدى ذلك الى منصهرات االمالح ايضا‪.‬‬

‫‪ 1-2-5‬االلكتروليتات‬

‫عند ذوبان جميع املركبات األيونية واملركبات املستقطبة (غيراأليونية)‬ ‫في املاء فانها تنتج ايونات‪ ،‬وهي بذلك تعد الكتروليتات‪ .‬وميكن لهذه‬ ‫االلكتروليتات ان تكون امالحاً‪ ،‬او حوامض او قواعد‪ ،‬ومن بعض اهم السمات‬ ‫املميزة لاللكتروليتات هي‪:‬‬ ‫‪ -1‬قابليتها على ايصال التيار الكهربائى في حاالتها املنصهرة أو عندما تكون‬ ‫موجودة على شكل محلول في مذيب مستقطب‪.‬‬ ‫‪ -2‬تكون محصلة الشحنة الكهربائية حملاليل االلكتروليتات مساوية للصفر‪ ،‬اي‬ ‫ان محاليها تكون متعادلة كهربائيا‪.‬‬ ‫‪ -3‬عند ذوبان االلكتروليتات في مذيب مستقطب كاملاء‪ ،‬فان محلولها سوف‬ ‫يتضمن ايونات موجبة (‪ )Cations‬و ايونات سالبة (‪.)Anions‬‬ ‫‪ -4‬تعتمد قابلية احمللول االلكتروليتي للتوصيل الكهربائي على طبيعة االيونات‬ ‫املكونة له وعلى تركيز االيونات فيه اضافة الى درجة حرارة احمللول‪.‬‬

‫‪170‬‬

‫(أ)‬

‫(جـ)‬

‫(ب)‬

‫ميكن تصنيف االلكتروليتات حسب قابليتها لنقل التيار الكهربائي الى‬ ‫صنفني هما‪:‬‬ ‫أ‪ .‬االلكتروليتات القوية‬ ‫ينتج عن ذوبان هذه االلكتروليتات في املاء محاليل عالية التوصيل للكهربائية‪،‬‬ ‫وذلك بسبب تفككها التام في محاليها املائية الى ايونات‪ .‬ومن االمثلة على‬ ‫االلكتروليتات القوية هي حامض الهيدروكلوريك ‪ HCl‬و كلوريد الصوديوم‬ ‫‪ NaCl‬و كبريتات الصوديوم ‪ Na2SO4‬و نترات البوتاسيوم ‪ KNO3‬و حامض‬ ‫الكبريتيك ‪ H2SO4‬و كلوريد االمونيوم ‪ ،NH4Cl‬وميكن متثيل عملية تفكك‬ ‫هذا النوع من املواد (االلكتروليتات القوية) في املاء لتكوين محاليل الكتروليتية‬ ‫باملعادالت الكيميائية االتية‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫)‪H(aq‬‬ ‫)‪+ Cl-(aq‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪H2O‬‬

‫)‪Na+(aq) + Cl-(aq‬‬ ‫‪H2O‬‬ ‫)‪2Na+(aq) + SO42-(aq‬‬ ‫‪H2O +‬‬ ‫)‪K(aq) + NO3-(aq‬‬ ‫‪H2O‬‬ ‫‪+‬‬ ‫)‪2H(aq‬‬ ‫)‪+ SO42-(aq‬‬

‫)‪HCl(g‬‬

‫)‪NaCl(s‬‬

‫الشكل ‪1-5‬‬ ‫تجربة الظهار تاثير وجود ايونات‬ ‫في محلول‪.‬‬ ‫قطبين من النحاس مغمورين في‬ ‫سائل داخل بيكر يحوي‪:‬‬ ‫(أ) محلول مائي لكرومات البوتاسيوم‬ ‫(الكتروليت قوي المحلول يحوي‬ ‫عدد كبيـــــــــــــر من االيونات لذلك‬ ‫يضاء المصباح بشكــــــــل متوهج) ‪،‬‬ ‫(ب) محلول مائي لحامض الخليك‬ ‫(الكتروليت ضعيف المحــــــــــــــلول‬ ‫يحوي عدد صغير من االيونات لذلك‬ ‫يضـــــــــاء المصباح بشكل خافت)‪،‬‬ ‫(ج) ماء مقطر مذاب فيه سكر (مادة‬ ‫غير الكتروليتية‪ ،‬اليضاء المصباح)‪.‬‬

‫)‪Na2SO4(s‬‬ ‫)‪KNO3(s‬‬ ‫)‪H2SO4(l‬‬

‫وبشكل عام‪ ،‬هناك ثالث فئات من املواد االلكتروليتية القوية هي‪:‬‬ ‫(‪ )1‬احلوامض القوية‪ )2( ،‬القواعد القوية‪ )3( ،‬معظم االمالح الذائبة في املاء‪،‬‬ ‫حيث تكون هذه املواد متأينة بشكل تام او شبه تام في محاليلها املائية املخففة‪،‬‬ ‫لذلك تعد من االلكتروليتات القوية‪ ،‬يوضح اجلدول (‪ )1-5‬امثلة لبعض املواد‬ ‫االلكتروليتية وغير االلكتروليتية‪.‬‬ ‫حتسب تراكيز االيونات في محاليل االلكتروليتات القوية مباشرة من تراكيز‬ ‫االلكتروليتات القوية نفسها كما هو موضح في املثال االتي‪:‬‬

‫‪171‬‬

‫مثال ‪1-5‬‬ ‫احسب التراكيز املوالرية اليون‬

‫‪ Ba2+‬و ايون ‪ OH-‬في محلول‬

‫‪ 0.03 M‬من هيدروكسيد الباريوم‪.‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫تكتب املعادلة الكيميائية لتفكك القاعدة القوية ‪Ba)OH(2‬‬ ‫(التركيز االبتدائي)‬ ‫(التغير في التركيز)‬

‫‪Ba2+‬‬ ‫(‪+ 2OH-)aq‬‬ ‫(‪)aq‬‬ ‫(‪+ 0.03 M + 2 × )0.03 M‬‬

‫(‪Ba)OH(2)aq‬‬ ‫‪0.03 M‬‬ ‫‪-0.03 M‬‬

‫(التركيز النهائي)‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0.03 M‬‬ ‫‪0.06 M‬‬ ‫وهذا يعني ان تركيز ايون الباريوم في احمللول [‪ ]Ba2+‬يساوي ‪ 0.03 M‬و‬ ‫تركيز ايون الهيدروكسيد [‪ ]OH-‬يساوي ‪.0.06 M‬‬ ‫ب‪ .‬االلكتروليتات الضعيفة‬ ‫ينتج عن ذوبان هذه االلكتروليتات في املاء محاليل ضعيفة التوصيل‬ ‫مترين ‪1-5‬‬ ‫للكهربائية‪ ،‬لكونها تتاين بشكل جزئي (محدود) في محاليها املائية‪ .‬ومن‬ ‫احسب تراكيز االصناف االيونية في االمثلة على االلكتروليتات الضعيفة هي حامض اخلليك ‪CH3COOH‬‬ ‫محاليل املركبات (إلكتروليتات قوية) واالمونيا ‪ NH3‬و حامض الكاربونيك ‪ H2CO3‬و االمالح شحيحة الذوبان مثل‬ ‫التالية حسب التراكيز املشار اليها‪.‬‬ ‫‪ ،AgCl‬وميكن متثيل عملية تفكك هذا النوع من املواد (الكتروليتات ضعيفة)‬ ‫(أ) ‪( ،HBr 0.25 M‬ب) ‪ 0.055 M‬في املاء لتكوين محاليل الكتروليتية باملعادالت الكيميائية االتية‪:‬‬ ‫‪( ،KOH‬ج) ‪. CaCl2 0.155 M‬‬

‫‪+‬‬

‫(‪H)aq( + CH3COO-)aq‬‬

‫(‪CH3COOH)aq‬‬

‫‪2H)aq( + CO32‬‬‫(‪)aq‬‬

‫(‪H2CO3)aq‬‬

‫‪+‬‬

‫(‪NH4)aq( + OH-)aq‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫(‪Ag+)aq( + Cl)aq‬‬

‫‪172‬‬

‫(‪NH3)g( + H2O)l‬‬ ‫(‪AgCl)s‬‬

‫متثل املعادالت اعاله ذوبان هذه املواد في املاء ووصول احمللول املائي الناجت‬ ‫في كل منها الى حالة اتزان ايوني بني مكوناته (بني االصناف على طرفي‬ ‫املعادلة) ويوصف التفاعل الكيميائي الذي ميثل كل عملية بانه تفاعل‬ ‫انعكاســـي (‪ )Reversible reaction‬وميثل عادة بسـهمني متعاكسـني‬ ‫)‪ ،‬كما مر سابقا في فصل االتزان الكيميائي‪ .‬تختلف التفاعالت‬ ‫(‬ ‫االنعكاسية عن التفاعالت التامة (التي تسير باجتاه واحد نحو النهاية)‬ ‫بانها التصل الى نهاية بل يصل نظام التفاعل الى حالة اتزان عندما يسير‬ ‫التفاعالن العكسيان (االمامي واخللفي) في نفس الوقت وبنفس السرعة‪.‬‬

‫توصف هذه احلالة على انها حالة اتزان حركي (دايناميكي) يكون فيها معدل‬ ‫سرعة التفاعل االمامي والتفاعل اخللفي متساوية وتكون جميع مكونات احمللول‬ ‫في حالة تفاعل مستمر ولكن مع بقاء جميع تراكيز مكونات مزيج التفاعل عند‬ ‫حالة اتزان ثابتة التتغير عند ثبوت درجة احلرارة‪ .‬فعلى سبيل املثال‪ ،‬تتفكك‬ ‫جزيئات حامض اخلليك (حامض ضعيف) في محلوله املائي لينتج عنها ايونات‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫الهيدروجني املائية ( (‪ )H)aq‬و ايونات اخلالت املائية ( (‪)CH3COO)aq‬‬ ‫(التفاعل االمامي)‪ ،‬وبنفس الوقت تتحد ايونات الهيدروجني املائية مع ايونات‬ ‫اخلالت لتكوين جزيئات حامض اخلليك (التفاعل اخللفي) وعندما يصل احمللول‬ ‫املائي لهذا احلامض الى حالة االتزان في درجة حرارية معينة تتساوى سرعتا عمليتي‬ ‫‪+‬‬ ‫التفكك واالحتاد وبذلك تبقى تراكيز جميع االصناف في احمللــــــــول ( (‪H)aq‬و‬ ‫‬‫(‪ CH3COO)aq‬و (‪ )CH3COOH)aq‬ثابتة التتغير‪.‬‬ ‫يعبر عن حالة االتزان االيوني (مثل ما هو احلال بالنسبة الى االتزان الكيميائي)‬ ‫بداللة ثابت االتزان ‪ Kc‬والذي يعرف على انه حاصل ضرب التراكيز املوالرية عند‬ ‫حالة االتزان لنواجت التفاعل مقسومة على حاصل ضرب التراكيز املوالرية عند حالة‬ ‫االتزان للمكونات املتفاعلة ٌ‬ ‫كل منها مرفوع الى اس مساو الى عدد موالت املكون‬ ‫املمثلة في املعادلة الكيميائية املوزونة‪ ،‬وبذلك ميكن التعبير عن ثابت االتزان‬ ‫لعملية تفكك حامض اخلليك في محلوله املائي كاالتي‪:‬‬

‫[‪]H+[ ]CH3COO-‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ‪Kc‬‬ ‫[‪]CH3COOH‬‬ ‫حيث متثل االقواس [ ] التراكيز املوالرية لالصناف املكونة للمحلول عند حالة‬

‫االتزان‪ ،‬وتكون القيمة العددية لـ ‪ Kc‬ثابتة عند ثبوت درجة احلرارة‪.‬‬

‫مثال ‪2-5‬‬ ‫اكتب التعبير الرياضي حلساب قيمة ‪ Kc‬حمللول االمونيا املائي املخفف‪.‬‬ ‫(‪NH3 )g( + H2O)l‬‬

‫(‪NH4+)aq( + OH-)aq‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫تشترك جزيئات املاء هنا في التفاعل وتسهم في الوصول الى حالة االتزان‪ ،‬كما‬ ‫هو مبني في معادلة االتزان‪ ،‬لكن و لكون املاء هو املذيب املستعمل للمحلول فان‬ ‫تركيز جزيئات املاء يكون كبيرا جدا باملقارنة مع تراكيز بقية االصناف التي تسهم في‬ ‫عملية االتزان‪ ،‬ولذلك يبقى تركيز املاء ثابتا (تقريبا) اثناء سير التفاعل للوصول‬ ‫الى حالة االتزان وميكن ان تدمج قيمة تركيزه املوالري مع قيمة ثابت االتزان ومتثل‬ ‫القيمة اجلديدة كمية ثابتة متثل بـ ‪ .Kc‬ميكن حساب التركيز املوالري للماء في احملاليل‬ ‫املخففة على انه مساو للتركيز املوالري للماء النقي (كثافة املاء النقي = ‪1 kg/L‬‬ ‫وان ‪ ،)1kg = 1000 g‬فالكتلة املولية للماء تساوي‪:‬‬

‫‪173‬‬

‫ومن تعريف املوالرية ‪M‬‬

‫‪= 2×1 + 1×16 = 18 g/mol‬‬

‫(‪m )g‬‬ ‫(‪M )g/mol( × V )L‬‬

‫انتبه !‬

‫عندما يكون املاء هو املذيب‪ ،‬عند‬

‫التعبير عن قيم ‪ Kc‬سوف لن ُتكتب‬ ‫قيمة [‪ ]H2O‬وذلك النها قيمة ثابتة‬ ‫وتكون ممثلة في قيمة ثابت االتزان‪.‬‬

‫(‪1000 )g‬‬ ‫(‪18 )g/mol( × 1 )L‬‬

‫(‪M)H2O‬‬

‫= (‪M )mol/L‬‬

‫=‬

‫‪= 55.55 mol/L‬‬ ‫‪+‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ]‬ ‫[‪NH4 [ ]OH-‬‬ ‫=‬ ‫[‪]NH3[ ]H2O‬‬

‫‪Keq‬‬

‫‪= Keq × ]H2O[ = Keq × 55.55‬‬

‫‪Kc‬‬

‫[‪]NH4 [ ]OH-‬‬ ‫=‬ ‫[‪]NH3‬‬

‫‪Kc‬‬

‫‪+‬‬

‫‪ 3-5‬تفكك االلكتروليتات الضعيفة‬

‫لقد تعلمت عزيزي الطالب بأنه ميكن تعريف احلامض حسب نظرية برونشتد‪-‬‬ ‫لوري على انه املادة التي لها القابلية على فقدان بروتون لتكوين قاعدة قرينة ‪:‬‬ ‫حامض‬ ‫قاعدة قرينة ‪ +‬بروتون‬ ‫وقد يكون احلامض جزيئة متعادلة مثل ‪ HCl‬و ‪ H2SO4‬و ‪CH3COOH‬‬ ‫او أيونا موجبا مثل ‪ NH4+‬و ‪ C6H5NH3+‬او أيونا سالبا مثل ‪ HSO4-‬و‬ ‫‪.H2PO4‬‬‫تعرف القاعدة حسب نظرية برونشتد‪-‬لوري بانها املادة التي لها القابلية‬ ‫على اكتساب البروتون مكونة حامض قرين‪:‬‬ ‫بروتون ‪ +‬قاعدة‬ ‫حامض قرين‬ ‫وقد تكون القاعدة ايضا جزيئة متعادلة او ايونا موجبا او ايونا سالبا (مثل‬ ‫‪ NH3‬و ‪ C6H5NH2‬و ‪ Fe)H2O(5)OH(2+‬و ‪ CH3COO-‬و ‪.)OH-‬‬ ‫تعتمد قوة احلامض او القاعدة حسب هذه النظرية على مدى قابلية احلامض على‬ ‫فقدان البروتون ومدى قابلية القاعدة على اكتساب البروتون وكذلك على الوسط‬ ‫الذي يحتوي هذه االصناف‪ .‬ان كل ذلك يعني ان لكل حامض قاعدة قرينة تخالفه‬ ‫في القوة وكذلك هو احلال بالنسبة للقاعدة‪ ،‬فاذا كان احلامض قوي فان قاعدته‬ ‫القرينة تكون ضعيفة والعكس صحيح‪ .‬ففي احملاليل املائية يكون حامض برونشتد‬ ‫قويا (مثل ‪ )HCl‬عندما يتجه التفاعل االمامي بشكل تام نحو اليمني وتصبح قيمة‬ ‫[‪ ]HCl‬مساوية للصفر تقريبا‪( ،‬وكذلك هو احلال بالنسبة لقاعدة برونشتد)‪:‬‬

‫‪174‬‬

‫(‪H3O+)aq( + Cl-)aq‬‬

‫(‪HCl)aq( + H2O)l‬‬

‫اجلدول ‪1-5‬‬

‫بذلك ميكن ترتيب احلوامض حسب قابليتها النسبية لالحتاد مع جزيئة املاء‬ ‫(او اي صنف قاعدي اخر)‪ .‬تظهر جميع احلوامض القوية القابلية نفسها بالنسبة بعض االمثلة اللكتروليتات قوية واخرى‬ ‫لالحتاد مع جزئية املاء (مبعنى انها تتفكك بشكل تام تقريبا في املاء)‪ ،‬ولكن من ضعيفة ولمواد غيـــــــــــر الكتروليتية‪.‬‬ ‫ناحية اخرى يكون تفاعل احلوامض الضعيفة (او القواعد الضعيفة) بشكل جزئي‬ ‫االلكتروليتات القوية‬ ‫حيث يندفع التفاعل نحو اليمني بشكل غير تام كما هو حال تفكك حامض اخلليك‪:‬‬ ‫)‪H3O+(aq)+CH3COO-(aq‬‬

‫)‪CH3COOH(aq)+H2O(l‬‬

‫‪ 1-3-5‬احلوامض الضعيفة ‪Weak Acids‬‬

‫حوامض قوي‬

‫‪HCl‬‬

‫الهيدروكلوريك‬ ‫النتريك‬

‫‪HNO3‬‬

‫البيركلوريك‬

‫‪HClO4‬‬ ‫‪H2SO4‬‬

‫ُت َعدُّ احلوامض الضعيفة الكتروليتات ضعيفة ولذلك فان عملية تفككها في الكبريتيك‬

‫الوسط املائي تخضع الى حالة اتزان بني اجلزيئات غير املتفككة وااليونات الناجتة‬ ‫من عملية التفكك والتي ميكن التعبير عنها بوساطة ثابت االتزان‪.‬‬ ‫هيدروكسيد الصوديوم‬ ‫ينشأ االتزان التالي في محلول مخفف حلامض الفورميك‪:‬‬ ‫هيدروكسيد البوتاسيوم‬ ‫)‪H3O+(aq) + HCOO-(aq‬‬

‫)‪HCOOH(aq) + H2O(l‬‬

‫وبتطبيق العالقة اخلاصة بحساب ثابت االتزان‬

‫[‪]H3O+] [HCOO-‬‬ ‫[‪]H2O] [HCOOH‬‬

‫= ‪Keq‬‬

‫]‪Ka = Keq× [H2O‬‬ ‫]‪[H3O+] [HCOO-‬‬ ‫[‪]HCOOH‬‬

‫[‪]HA‬‬

‫‪KOH‬‬

‫هيدروكسيد الكالسيوم ‪Ca(OH)2‬‬ ‫امالح تامة الذوبان‬ ‫كلوريد الصوديوم‬

‫‪NaCl‬‬

‫نترات البوتاسيوم‬

‫‪KNO3‬‬

‫كبريتات البوتاسيوم‬

‫‪K2SO4‬‬

‫االلكتروليتات الضعيفة‬ ‫حوامض ضعيفة‬ ‫الهيدروفلوريك‬

‫= ‪ K‬الهيدروسيانيك‬ ‫‪a‬‬ ‫الكاربونيك‬

‫‪HCN‬‬

‫)‪HA(aq) + H2O(l‬‬

‫]‪[H3O+] [A-‬‬

‫‪NaOH‬‬

‫‪HF‬‬

‫و ‪( Ka‬حيث ان ‪ a‬من ‪ acid‬وتعني حامض) متثل ثابت تفكك حامض الفورميك‬ ‫الضعيف او ثابت التأين لهذا احلامض عند درجة حرارة ثابتة‪ .‬وميكن كتابة معادلة‬ ‫عامة للتعبير عن قيمة ثابت التفكك للحامض الضعيف (‪ )HA‬على وفق مايلي‬ ‫على اعتبار ان تركيز املاء ثابتا كما مر ذكره‪:‬‬ ‫)‪H3O+(aq) + A-(aq‬‬

‫قواعد قوية‬

‫= ‪Ka‬‬

‫وهنا يجب مالحظة ان هذه العالقة يصح تطبيقها على احلوامض الضعيفة‬ ‫فقط دون احلوامض القوية التي يكون تفككها تاما وبذلك اليكون هناك اتزان‬ ‫بني جزيئات احلامض غير املتفكك و ايونات احلامض‪ .‬ومن ناحية اخرى‪ُ ،‬ت َعدُّ‬

‫‪H2CO3‬‬ ‫‪HCOOH‬‬

‫الفورميك‬

‫قواعد ضعيفة‬ ‫االمونيا‬ ‫مثيل امني‬

‫‪NH3‬‬ ‫‪CH3NH2‬‬

‫امالح شحيحة الذوبان‬ ‫كلوريد الفضة‬

‫‪AgCl‬‬

‫فلوريد الكالسيوم‬

‫‪CaF2‬‬

‫مواد غير الكتروليتية‬ ‫كحول املثيل‬ ‫سكروز‬

‫‪CH3OH‬‬ ‫‪C12H22O11‬‬

‫خالت املثيل ‪CH3COOCH3‬‬

‫‪175‬‬

‫قيم ثوابت تفكك احلوامض الضعيفة املختلفة مقياسا لقوة هذه احلوامض‬ ‫النسبية‪ ،‬فكلما ازدادت قيمة ثابت تفكك احلامض (ازداد مقدار تفككه)‬ ‫وازدادت حموضته‪.‬‬ ‫وميكن االستفادة من العالقة الرياضية التي متثل حالة االتزان لتفكك احلامض‬ ‫الضعيف في املاء حلساب تركيز ايون الهيدروجني في محلول احلامض املائي وذلك‬ ‫من معرفة تركيز احلامض الضعيف وقيمة ثابت تفككه‪.‬‬ ‫مثال ‪3-5‬‬ ‫‪ H‬في ‪ 0.1 M‬محلول مائي‬ ‫احسب تركيز ايون الهيدروجني املائي‬ ‫حلامض اخلليك ودرجة التاين والنسبة املئويةلتفكك احلامض‪ ،‬اذا علمت ان ثابت‬ ‫تفكك حامض اخلليك ‪.1.8×10-5‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫تكتب املعادلة الكيميائية املوزونة لعملية تفكك احلامض‪ ،‬ثم تكتب العالقة‬ ‫الرياضية املعبرة عن قيمة ثابت تفكك احلامض الضعيف‪.‬‬ ‫‪+‬‬ ‫(‪)aq‬‬

‫انتبه !‬

‫لقد ُأشير الى التغير احلاصل‬

‫في قيم تراكيز املواد املشتركة في‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫(‪H)aq( + CH3COO)aq‬‬

‫تفاعالت االتزان الكيميائي بﺈشارة‬

‫[‪]H+[ ]CH3COO-‬‬

‫سالبة للمواد املتفاعلة وإشارة موجبة‬

‫[‪]CH3COOH‬‬

‫للمواد الناجتة وذلك لالستفادة منها‬ ‫في حل املسائل املتعلقة باالتزان‬ ‫الكيميائي‪ .‬في هذا الفصل سوف تبني‬ ‫فقط قيم التراكيز االبتدائية والنهائية‬ ‫عند حالة االتزان‪.‬‬

‫= ‪Ka‬‬

‫من املفيد ان نتذكر هنا ان التراكيز املعبر عنها بالرمز [ ] في العالقة‬ ‫الرياضية اعاله متثل التراكيز املوالرية لالصناف عند حالة االتزان فقط وهي‬ ‫مختلفة في قيمها عن قيم التراكيز املوالرية االبتدائية لنفس االصناف كما هو‬ ‫مبني في املعادلة االتية‪:‬‬ ‫‪-‬‬

‫(التراكيز االبتدائية لالصناف)‬ ‫تراكيز االصناف عند حالة (االتزان)‬

‫(‪CH3COOH)aq‬‬

‫‪+‬‬

‫(‪H)aq( + CH3COO)aq‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪xM‬‬ ‫‪xM‬‬

‫(‪CH3COOH)aq‬‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫‪)0.1 - x( M‬‬

‫واملالحﻆ هو انه قد افترض ان مقدار ما تفكــــــــك من احلامض الضعيف‬ ‫هو (‪ ،)x mole/L‬وحسب منطوق املعادلة الكيميائية املوزونة والتي تخضع‬ ‫لقوانني االحتاد الكيميائي‪ ،‬فان تفكك (‪ )x mole‬من حامض اخلليك ينتــــــج‬ ‫(‪ )x mole‬من ايونات الهيدروجني املائية ونفس الكمية من ايونات اخلالت‬ ‫املائية‪ .‬يعوض بعد ذلك عن قيم التراكيز عند حالة االتزان في العالقة الرياضية‬ ‫املعبرة عن قيمة ثابت تفكك احلامض الضعيف وكما يأتي‪:‬‬

‫‪176‬‬

‫(‪)x( )x‬‬ ‫(‪)0.1 - x‬‬

‫= ‪1.8 ×10-5‬‬

‫وباعادة ترتيب احلدود في املعادلة اعاله نحصل على‪:‬‬ ‫(‪x2 = )1.8 × 10-6( - )1.8 × 10-5 x‬‬ ‫وهذه معادلة جبرية من الدرجة الثانية يتطلب حلها استعمال القانون العام‬ ‫(الدستور)‪ ،‬اال انه في هذا املثال ميكننا استعمال طريقة تقريبية وذلك الن‬ ‫قيمة ‪ Ka‬للحامض في هذا املثال صغيرة جدا وبالتالي يكون مقدار مايتفكك من‬ ‫احلامض ( ‪ )x‬صغير جدا مقارنة بالتركيز االبتدائي للحامض‪ ،‬ومبعنى اخر ميكننا‬ ‫ان نكتب‪:‬‬ ‫‪)0.1- x( mol/L ≈ 0.1 mol/L‬‬ ‫وباستعمال هذا التقريب في معادلة ثابت التفكك نحصل على‪:‬‬

‫(‪)x( )x‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫= ‪1.8 ×10-5‬‬

‫‪x2 = )0.1( × )1.8 × 10-5( = 1.8 × 10-6‬‬ ‫√=‪x‬‬ ‫‪1.8 × 10-6 = 1.3 × 10-3‬‬

‫‪]H+[ = 1.3 × 10-3 mol/L‬‬

‫ان القيمة الصغيرة لتركيز ايون الهيدروجني عند حالة االتزان‬ ‫(‪ )1.3 ×10-3 mole/L‬مقارنة مع التركيز االبتدائي للحامض‬ ‫(‪ )0.1 mole/L‬واحملسوبة باالعتماد على عملية التقريب املستخدمة في حل‬ ‫املعادلة اجلبرية من الدرجة الثانية‪ ،‬تؤكد ان طريقة التقريب كانت صحيحة ولذلك‬ ‫وبصورة عامة‪ ،‬اذا كانت قيمة ثابت التفكك للحامض (او للقاعدة) صغيرة (اي أقل‬ ‫من ‪ 10-7 ،10-6 ،10-5‬او فما دون) يستخدم التقريب اما اذا كانت قيمة ‪Ka‬‬ ‫كبيرة (اي اكبر من ‪ 10-2 ،10-3 ،10-4‬أو فما فوق) فعندها الميكن استعمال‬ ‫التقريب الن النتائج التي سوف نحصل عليها تكون غير صحيحة بل يجب‬ ‫استعمال الدستور حلل املعادلة وايجاد النتيجة‪.‬‬ ‫تعرف درجة التفكك بالعالقة االتية‪:‬‬ ‫درجة التفكك ( التأين) =‬

‫تركيز اجلزء املتاين من املادة عند حالة االتزان‬ ‫التركيز االبتدائي للمادة‬

‫اما النسبة املئوية للتفكك فيمكن احلصول عليها من العالقة التالية‪ ،‬اي‬ ‫بضرب درجة التفكك × ‪.100‬‬

‫النسبة املئوية للتفكك ( التأين) =‬

‫انتبه !‬

‫اذا كانت النسبة املئوية للتأين‬

‫اقل من ‪ % 5‬فيمكن عند ذاك‬ ‫استعمال عملية التقريب (اهمال‬

‫قيمة ‪ x‬املطروحة من التركيز االبتدائي‬ ‫للمادة)‬

‫النسبة املئوية للتفكك = درجة التفكك × ‪100‬‬

‫عند‬

‫املطلوبة‪ ،‬اما اذا كانت النسبة املئوية‬

‫للتأين اكبر من ‪ % 5‬فيستعمل‬ ‫الدستور حلل املعادلة اجلبرية من‬ ‫الدرجة الثانية املطلوبة في احلسابات‪.‬‬ ‫في املعادلة اجلبرية العامة من الدرجة‬

‫الثانية (‪ )a x2 + b x + c‬متثل ‪ a‬و ‪b‬‬ ‫و ‪ c‬في املعادلة قيم معامالت احلدود ‪x2‬‬ ‫و ‪ x‬واحلد املطلق على التوالي‪ ،‬وهناك‬ ‫حل عام لهذا النوع من املعادالت‪.‬‬ ‫يستند الى معادلة الدستور‪:‬‬

‫((‪)-b± √)b - 4ac‬‬

‫تركيز اجلزء املتاين من املادة عند حالة االتزان‬ ‫التركيز االبتدائي للمادة‬

‫اجراء‬

‫احلسابات‬

‫‪2a‬‬

‫=‪x‬‬

‫× ‪% 100‬‬

‫‪177‬‬

‫وفي املثال (‪:)3-5‬‬ ‫درجة تفكك احلامض =‬

‫تركيز ايون الهيدروجني عند حالة االتزان‬

‫التركيز االبتدائي للحامض‬ ‫‪1.3 × 10-3‬‬ ‫= ‪0.013‬‬ ‫درجة تفكك احلامض =‬ ‫‪0.1‬‬ ‫تركيز ايون الهيدروجني عند حالة االتزان‬ ‫× ‪% 100‬‬ ‫النسبة املئوية لتفكك احلامض ( التأين) =‬ ‫التركيز االبتدائي للحامض‬ ‫‪1.3 × 10-3‬‬ ‫× ‪% 100‬‬ ‫النسبة املئوية لتفكك احلامض ( التأين) =‬ ‫‪0.1‬‬ ‫النسبة املئوية لتفكك احلامض ( التأين) = ‪% 1.3‬‬ ‫ومبا أن النسبة املئوية للتفكك أقل من ‪ % 5‬فالتقريب الذي استخدمناه يكون مقبوال‪.‬‬

‫مترين ‪2-5‬‬ ‫احسب تركيز ايون الهيدروجني املائي‬ ‫في احمللول املائي حلامض الهيدروسيانيك‬ ‫(‪ )Ka= 4.9 × 10-10‬تركيزه يساوي‬

‫مثال ‪4-5‬‬ ‫احسب درجة التفكك و النسبة املئوية للتأين ملادة حامض الهيدروفلوريك ‪HF‬‬ ‫(‪ )Ka = 6.8 × 10-4‬في محلولها املائي الذي تركيزه (أ) ‪ ،0.1 M‬و (ب)‬ ‫‪ ،0.01 M‬وبني ماهي العالقة بني النسبة املئوية للتأين وتركيز احمللول‪.‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫(أ) حمللول تركيزه ‪0.1 M‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‬‫(‪HF)aq‬‬ ‫(‪H )aq( + F )aq‬‬

‫[ ‪]H [ ]F‬‬ ‫[‪]HF‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫= ‪Ka‬‬

‫ان قيمة ‪ Ka‬حلامض الهيدروفلوريك اكبر بكثير من قيمة ‪ Ka‬حلامض اخلليك‬ ‫‪.0.2 M‬‬ ‫ولذلك فانه من املتوقع ان تكون النسبة املئوية لتفكك هذا احلامض اكثر من ‪% 5‬‬ ‫ج ‪1 × 10-5 M :‬‬ ‫وبالتالي فان التقريب الذي استعملناه في حالة حامض اخلليك قد اليصلح في هذا‬ ‫املثال‪ .‬على كل حال‪ ،‬لنجرب حل املثال بطريقة التقريب و حله بدون االعتماد‬ ‫على التقريب (اي‪ :‬حل املعادلة اجلبرية من الدرجة الثانية باستعمال الدستور)‬ ‫وكما يأتي‪:‬‬ ‫(‪HF)aq‬‬ ‫(‪H+)aq( + F-)aq‬‬ ‫(التراكيز االبتدائية)‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫(التراكيز عند حالة االتزان)‬ ‫‪)0.1 - x( M‬‬ ‫‪xM‬‬ ‫‪xM‬‬

‫(‪)x( )x‬‬

‫‪178‬‬

‫(‪)0.1 - x‬‬

‫= ‪6.8 × 10‬‬ ‫‪-4‬‬

‫ﻃريقة التقريﺐ‬

‫‪)0.1- x( mol/L ≈ 0.1 mol/L‬‬ ‫وباستعمال هذا التقريب في معادلة ثابت التفكك نحصل على‪:‬‬

‫(‪)x( )x‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫= ‪6.8 × 10-4‬‬

‫‪x2 = )0.1( × )6.8 × 10-4( = 6.8 × 10-5‬‬ ‫‪= 8.25 × 10-3‬‬

‫‪6.8 × 10‬‬ ‫√ =‪x‬‬

‫‪-5‬‬

‫‪]H+[ = 8.25 × 10-3 mol/L‬‬ ‫درجة تفكك حامض الهيدروفلوريك =‬

‫تركيز ايون الهيدروجني عند حالة االتزان‬ ‫التركيز االبتدائي للحامض‬ ‫درجة تفكك احلامض = ‪8.25 × 10-3‬‬ ‫= ‪0.0825‬‬ ‫‪0.1‬‬ ‫النسبة املئوية لتفكك حامض الهيدروفلوريك =‬ ‫تركيز ايون الهيدروجني عند حالة االتزان‬ ‫التركيز االبتدائي للحامض‬

‫× ‪% 100‬‬

‫النسبة املئوية لتفكك حامض الهيدروفلوريك = ‪8.25 × 10-3‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫× ‪% 100‬‬

‫النسبة املئوية لتفكك حامض الهيدروفلوريك = ‪% 8.25‬‬ ‫وهذه النسبة املئوية لتفكك هذا احلامض اكثر من ‪ % 5‬وهذا بسبب كون‬ ‫ثابت التفكك اكبر من ‪ ،10-5‬لذلك اليجوز استعمال هذه الطريقة للحل‪.‬‬ ‫ﻃريقة استعمال الدستور‬

‫(‪x2 = )6.8 × 10-5( - )6.8 × 10-4 x‬‬ ‫‪x2 + )6.8 × 10-4 x( - )6.8 × 10-5( = 0‬‬

‫((‪)-b± √)b - 4ac‬‬ ‫‪2a‬‬ ‫(‪)6.8 × 10-4(2- 4 × )-6.8 × 10-5‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪-)6.8 × 10-4( ±‬‬

‫=‪x‬‬

‫=‪x‬‬

‫‪179‬‬

‫إن حل هذه املعادلة اجلبرية يعطي قيمتني تكون احداهما موجبة واالخرى سالبة‪،‬‬ ‫تهمل القيمة السالبة الن المعنى لها من الناحية العملية (اليوجد تركيز تكون‬ ‫قيمته سالبة)‪.‬‬ ‫[‪x = 7.91 × 10-3 mol/L = ]H+‬‬ ‫مبقارنة تركيز ايونات الهيدروجني في محلول حامض الهيدروفلوريك عند حالة‬ ‫االتزان احملسوبة بطريقة التقريب و احملسوبة بدون اجراء التقريب (باستعمال‬ ‫الدستور)‪ ،‬ﳒد ان هناك فرق واضح في القيمة احملسوبة لذلك الميكن االعتماد‬ ‫على التقريب النه يعطي نتيجة خاطئة‪.‬‬

‫تركيز ايون الهيدروجني عند حالة االتزان‬ ‫درجة التفكك =‬ ‫التركيز االبتدائي للحامض‬ ‫درجة التفكك =‬

‫‪7.91 × 10-3‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫النسبة املئوية للتأين =‬

‫= ‪0.079‬‬

‫تركيز ايون الهيدروجني عند حالة االتزان‬ ‫التركيز االبتدائي للحامض‬

‫النسبة املئوية للتاين =‬

‫‪7.91 × 10-3‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫× ‪% 100‬‬

‫× ‪% 7.91 = % 100‬‬

‫(ب) حمللول تركيزه ‪0.01 M‬‬ ‫املعادلة من الدرجة الثانية لهذا احمللول هي‪:‬‬

‫(‪)x( )x‬‬

‫(‪)0.01 - x‬‬

‫= ‪6.8 × 10-4‬‬

‫مترين ‪3-5‬‬

‫وبتطبيق معادلة الدستور ميكن احلصول على قيمة ‪: x‬‬ ‫احسب تركيــــــــــز ايون الهيدروجني‬ ‫‪-3‬‬ ‫‪x = 2.29 × 10 mol/L‬‬ ‫املائي في احمللــــــــــــول املائي للفينول‬

‫تركيز ايون الهيدروجني عند حالة االتزان‬ ‫‪)Ka=1.3 × 10-10( C6H5OH‬‬ ‫درجة التفكك =‬ ‫التركيز االبتدائي للحامض‬ ‫الذي تركيزه (أ) ‪ 0.2 M‬و (ب) بعد‬ ‫تخفيفة ملئة مرة‪.‬‬

‫ج ‪ :‬أ‪0.51 × 10-5 M -‬‬ ‫ب‪0.51 × 10-6 M -‬‬

‫‪180‬‬

‫‪2.29 × 10-3‬‬ ‫= ‪0.229‬‬ ‫=‬ ‫‪0.01‬‬

‫النسبة املئوية للتأين =‬ ‫=‬

‫تركيز ايون الهيدروجني عند حالة االتزان‬ ‫التركيز االبتدائي للحامض‬

‫× ‪% 100‬‬

‫‪2.29 × 10-3‬‬ ‫× ‪% 22.9 = % 100‬‬ ‫‪0.01‬‬

‫من اجلدير باملالحظة في هذا املثال أنه عند تخفيف محلول احلامض مبقدار عشر‬ ‫مرات فان درجة التفكك (او النسبة املئوية للتأين) تزداد مبقدار ثالث مرات تقريبا‬ ‫( من ‪ 0.079‬الى ‪ .)0.229‬إن هذه النتيجة متوقعة مبوجب قاعدة لو‪ -‬شاتيليه‪،‬‬ ‫حيث تؤدي عملية تخفيف احمللول الى ازاحة موقع االتزان من موقعه االصلي الى‬ ‫موقع جديد الزالة التاثير اخلارجي (عملية التخفيف) وذلك بأن يزداد تفكك‬ ‫املذاب (يتاين) وهذه العملية تؤدي الى نقصان في كمية اجلزء غير املتفكك من‬ ‫املذاب (جزيئات احلامض) وتزيد من كمية اجلزء املتفكك منه (االيونات) في‬ ‫وحدة احلجم من احمللول وبذلك يرجع احمللول الى حالة االتزان مرة اخرى‪.‬‬

‫احلوامض الضعيفة أحادية البروتون و املتعددة البروتون‬

‫احلوامض الضعيفة احادية البروتون (‪،)Monoprotic weak acids‬‬ ‫مثل احلوامض التي تناولناها سابقا‪ ،‬هي تلك التي متتلك ذرة هيدروجني واحدة قابلة‬ ‫للتأين (بروتون حامضي واحد) ولذلك يكون لها ثابت تفكك واحد‪ .‬ولكن من‬ ‫ناحية اخرى‪ ،‬توجد العديد من احلوامض متتلك اكثر من بروتون حامضي واحد‬ ‫ويدعى هذا النوع باحلوامض متعددة البروتون (‪)Polyprotic weak acids‬‬ ‫مثل حامض االوكزاليك (‪ )H2C2O4‬الذي ميتلك بروتونني حامضيني ميتاز كل‬ ‫منهما بثابت تفكك خاص ( تختلف درجة حموضة البروتون االول عن البروتون‬ ‫الثاني) ولذلك يعاني احلامض في محلوله املائي من تفاعلني للتفكك وله ثابتني‬ ‫للتفكك يرمز لهما ‪ Ka1‬و ‪ Ka2‬على التوالي‪:‬‬ ‫‪+‬‬

‫)‪H3O(aq) + HC2O4-(aq‬‬ ‫‪= 5.37 × 10-2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪H3O(aq) + C2O42‬‬‫)‪(aq‬‬ ‫‪= 5.1 × 10-5‬‬

‫)‪H2C2O4 (aq) + H2O(l‬‬

‫]‪[H3O+] [HC2O4-‬‬ ‫]‪[H2C2O4‬‬

‫=‪Ka1‬‬

‫انتبه !‬

‫* احلامض القوي يولد قاعدة قرينة‬ ‫ضعيفة والعكــــــــــــس صحيح‪.‬‬ ‫**كلما ازدادت قيمة ثابت تفكك‬ ‫احلامض الضعيف ‪ Ka‬ازدادت قوة‬ ‫احلامض‪.‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪HC2O4(aq) + H2O(l‬‬

‫]‪[H3O+] [C2O42-‬‬ ‫] ‪[HC2O4‬‬ ‫‪-‬‬

‫=‪Ka2‬‬

‫وحلامض الفسفوريك (‪ )H3PO4‬ثالثة تفاعالت تفكك و ثالث ثوابت‬ ‫تفكك (هي ‪ Ka1‬و ‪ Ka2‬و ‪:) Ka3‬‬ ‫‪+‬‬

‫)‪H3O(aq) + H2PO4-(aq‬‬ ‫‪= 7.11 × 10-3‬‬

‫)‪H3PO4(aq) + H2O(l‬‬

‫[‪]H3O+] [H2PO4-‬‬ ‫[‪]H3PO4‬‬

‫= ‪Ka1‬‬

‫‪181‬‬

‫هل تعلم‬ ‫يالحﻆ من قيــــــــــم ثوابت‬ ‫التفكك انها دائم ًا تتبع املنوال‬ ‫االتي‪:‬‬ ‫‪Ka1 > Ka2 > Ka3‬‬ ‫ويعود السبب في ذلك‬ ‫الى نقصان قابلية االصناف‬ ‫التي حتمل شحنة سالبة على‬ ‫فقدان بروتون موجب الشحنة‬ ‫بســــــــــــــــبب ازدياد التجاذب‬ ‫االلكتروستاتيكي بني ايونات‬ ‫ذوات الشحنات املختلفة‪.‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫(‪H2PO4)aq( + H2O)l‬‬

‫‪H3O)aq( + HPO42‬‬‫(‪)aq‬‬ ‫‪= 6.32 × 10-8‬‬

‫[‪]H3O+[ ]HPO42-‬‬ ‫[ ‪]H2PO4‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪H3O+)aq( + PO43‬‬‫(‪)aq‬‬

‫= ‪Ka2‬‬

‫‪HPO42‬‬‫(‪)aq( + H2O)l‬‬

‫‪= 4.80 x 10-13‬‬

‫[‪]H3O+[ ]PO43-‬‬ ‫[ ‪]HPO4‬‬ ‫‪2-‬‬

‫= ‪Ka3‬‬

‫‪ 2-3-5‬القواعد الضعيفة ‪Weak bases‬‬

‫تعرف القاعدة الضعيفة حسب مفهوم برونشتد على انها الصنف الذي‬ ‫له قابلية جزئية (غير تامة) على اكتساب البروتونات من املذيب‪ ،‬ولذلك‬ ‫فانها تتميز بان لها ثابت تفكك ويرمز له بالرمز ‪ b( Kb‬من ‪ base‬و تعني‬ ‫قاعدة)‪ .‬فعلى سبيل املثال‪ ،‬ميكن متثيل تفاعل تفكك االمونيا في املاء كاالتي‪:‬‬

‫انتبه !‬

‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫(‪NH4)aq( + OH)aq‬‬

‫عند حل االمثلة احلسابية املتعلقة‬

‫‪= 1.8 × 10-5‬‬

‫بالقواعد الضعيفة يتبع نفس‬ ‫االسلوب الذي ُأستخد َم عند التعامل‬ ‫مع احلوامض الضعيفة باستخدام‬ ‫التقريب من عدمه‪.‬‬

‫(‪NH3)g( + H2O)l‬‬

‫[‪]NH4+[ ]OH-‬‬ ‫[‪]NH3‬‬

‫= ‪Kb‬‬

‫ويالحﻆ عدم تضمن العالقة اخلاصة بالتعبيرعن قيمة ثابت تفكك القاعدة لـ‬ ‫[‪ ]H2O‬لنفس السبب املذكور للتعبير عن قيمة ‪ .Ka‬وبصورة عامة ميكن التعبير‬ ‫عن االتزان االيوني لتفكك القاعدة الضعيفة ‪ B‬في محلولها املائي كما يأتي‪:‬‬ ‫‪-‬‬

‫(‪+ OH)aq‬‬ ‫وثابت االتزان ‪ Kb‬يساوي‪:‬‬

‫‪+‬‬

‫(‪BH)aq‬‬

‫(‪B)aq( + H2O)l‬‬

‫[‪]BH+[ ]OH-‬‬ ‫[‪]B‬‬

‫= ‪Kb‬‬

‫مثال ‪5-5‬‬ ‫إحسب تركيز ايون الهيدروكسيد [‪ ]OH-‬ودرجة التأين والنسبة املئوية‬ ‫للتأين للمحلول املائي لالمونيا الذي تركيزه يساوي ‪ ،0.2 M‬علما ان ثابت‬ ‫تفكك القاعدة الضعيفة ‪.Kb )NH3( = 1.8 × 10-5.‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫تكتب املعادلة الكيميائية لتفكك االمونيا في محلولها املائي ويبني عليها‬ ‫التراكيز املوالرية لالصناف عند حالة االتزان‪ ،‬ثم تعوض قيم هذه التراكيز في‬ ‫التعبير الرياضي اخلاص بقيمة ثابت تفكك القاعدة وكما يأتي‪:‬‬

‫‪182‬‬

‫(‪NH4+)aq( + OH-)aq‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪xM‬‬ ‫‪xM‬‬

‫(‪NH3)aq( + H2O)l‬‬ ‫‪( 0.2 M‬التراكيز االبتدائية)‬ ‫‪( )0.2 - x( M‬التراكيز عند حالة االتزان)‬

‫[‪]NH4+[ ]OH-‬‬ ‫[‪]NH3‬‬ ‫(‪)x( )x‬‬ ‫(‪)0.2 - x‬‬

‫= ‪Kb‬‬

‫= ‪1.8 × 10‬‬ ‫‪-5‬‬

‫‪x2 = 0.2 × 1.8 × 10-5 = 3.6 × 10-6‬‬ ‫‪x = ]OH-[ =1.9 × 10-3 mol/L‬‬ ‫تركيز ايون الهيدروكسيد عند حالة االتزان‬ ‫درجة التأين =‬ ‫التركيز االبتدائي للقاعدة‬ ‫=‬

‫‪1.9 × 10-3‬‬ ‫‪0.2‬‬

‫إحســــــــــــب درجة التأين للمحلول‬

‫= ‪0.0095‬‬

‫املائي لالنيلـــــــــــــــــــــــــني ‪C6H7N‬‬ ‫(‪ )Kb = 3.8 × 10-10‬الذي تركيزه‬

‫النسبة املئوية للتاين =‬ ‫تركيز ايون الهيدروكسيد عند حالة االتزان (اجلزء املتأين)‬ ‫التركيز االبتدائي للقاعدة‬ ‫النسبة املئوية للتاين=‬

‫مترين ‪4-5‬‬

‫‪1.9 × 10-3‬‬ ‫‪0.2‬‬

‫يساوي ‪.0.1 M‬‬

‫× ‪% 100‬‬

‫ج ‪6.2 × 10-5 :‬‬

‫× ‪% 0.95 = % 100‬‬

‫‪ 4-5‬التاين الذاتي للماء ‪Self-Ionization of Water‬‬

‫إن التاين الذاتي للماء (و يعرف ايضا بالتاين التلقائـي للماء‬ ‫‪ Autoionization of water‬او التفكك التلقائـــــــــــــــــــي للماء‬ ‫‪ )Autodissociation of water‬هو تفاعل كيميائي يتم فيه انتقال‬ ‫بروتون من جزيء الى جزيء اخر للماء لتكوين ايون الهيدرونيوم ‪ H3O+‬وايون‬ ‫الهيدروكسيد ‪ ،OH-‬وميكن ان حتدث عملية التأين الذاتي للماء في املاء النقي‬ ‫او في احملاليل املائية ملواد اخرى‪ .‬تعدُّ عملية التاين الذاتي للماء عملية برتنة ذاتية‬ ‫(انتقال بروتون بشكل تلقائي) وهي املسؤولة عن الصفة االمفوتيرية للماء‪.‬‬

‫‪183‬‬

‫لقد اظهرت القياسات العملية الدقيقة لقابلية املاء على التوصيل الكهربائي‪،‬‬ ‫ان املاء النقي يعاني من عملية تأين الى مدى بسيط‪.‬‬ ‫‬‫)‪H2O(l) + H2O(l‬‬ ‫)‪H3O+(aq) + OH(aq‬‬ ‫او بشكل ابسط‪:‬‬

‫‬‫)‪(aq‬‬

‫‪+ OH‬‬

‫‪+‬‬ ‫)‪(aq‬‬

‫‪H‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫وميكن وصف عملية االتزان من خالل ثابت يدعى احلاصل االيوني للماء ويعبر‬ ‫عنه عادة بالرمز ‪.Kw‬‬ ‫]‪ Kw = [H3O+][OH-‬أو ]‪Kw = [H+][OH-‬‬ ‫يصاحب تكوين أيون الهيدرونيوم ‪ ،H3O+‬أو بشكل ابسط أيون‬ ‫الهيدروجني ‪ ،H+‬دائما تكون ايون الهيدروكسيد ‪ OH-‬لذلك يكون تركيز‬ ‫ايون الهيدروجني في املاء املقطر(النقي) دائما مساو لتركيز ايون الهيدروكسيد‪،‬‬ ‫وقد اثبتت القياسات الدقيقة التي اجريت على املاء النقي عند ‪ 25 °C‬ان‪:‬‬ ‫‪[H+] = [OH-] = 1.0 × 10-7 mol/L‬‬ ‫وميكن استخدام هذه القيم املقاسة جتريبيا حلساب قيمة ثابت احلاصل االيوني‬ ‫للماء ‪ Kw‬كما يلي عند درجة حرارة ‪:25 °C‬‬ ‫‪Kw = [H+] [OH-] = (1.0 × 10-7) (1.0 × 10-7) = 1.0 × 10-14‬‬ ‫وعلى الرغم من ان هذه العالقة قد وضعت وحسبت قيمة ‪ Kw‬للماء النقي‪ ،‬فانه ميكن‬ ‫استخدامها وبشكل صحيح للمحاليل املائية املخففة عند درجة حرارة ‪.25 °C‬‬ ‫ان املاء النقي هو وسط متعادل (اي انه ليس حامضيا وال قاعديا)‪ ،‬لذلك‬ ‫ففيه‪ ،‬وكذلك في اي محلول متعادل اخر‪ ،‬يكون تركيز ايونات الهيدروجني‬ ‫املائية مساويا لتركيز ايونات الهيدروكســـــــــــــــــيد املائية (اي ان = ]‪[H3O+‬‬ ‫‪ ،)[OH-] = 1.0 ×10-7 M‬اما اذا اضفنا حامضا للماء النقي فان ذلك يؤدي‬ ‫الى زيادة تركيز ايونات الهيدروجني املائية ويقلل (حسب قاعدة لو شاتليه) من‬ ‫تركيز ايونات الهيدروكسيد املائية حسب عملية االتزان التي متثل تفكك املاء‪:‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪H(aq) + OH(aq‬‬

‫‪184‬‬

‫)‪H2O(l‬‬

‫ان احملافظة على عملية االتزان تعني بقاء قيمة احلاصل االيوني للماء ‪Kw‬‬ ‫كمية ثابتة دوما(‪ ،)1.0×10-14‬ولذلك فان اي زيادة في تركيز ‪ H+‬يجب‬ ‫ان تقود الى انخفاض في تركيز ‪ OH-‬والعكس صحيح‪ .‬وباالسلوب نفسه‪،‬‬ ‫ميكننا ان نتوصل الى ان اضافة قاعدة الى املاء (او اي محلول متعادل) تزيد‬ ‫من تركيز ايونات ‪ OH-‬فيه ويؤدي ذلك الى نقصان تركيز ايونات ‪.H+‬‬ ‫وبصورة عامة‪ ،‬تكون تراكيز ايونات ‪ H+‬و ايونات ‪ OH-‬في احملاليل كاالتي‪:‬‬

‫عند ‪25 °C‬‬

‫احلالة العامة‬

‫احمللول‬

‫‪]H+[ > 1.0× 10-7 M , ]OH-[ < 1.0× 10-7 M‬‬

‫[‪]H+[ > ]OH-‬‬

‫حامضي‬

‫‪]H+[ = 1.0× 10-7 M, ]OH-[ =1.0× 10-7 M‬‬

‫[‪]H+[ = ]OH-‬‬

‫متعادل‬

‫‪]H+[ < 1.0× 10-7 M , ]OH-[ >1.0× 10-7 M‬‬

‫[‪]H+[ < ]OH-‬‬

‫قاعدي‬

‫مثال ‪6-5‬‬ ‫احسب تراكيز ايونات ‪ H+‬و ‪ OH-‬في ‪ 0.05 M‬من محلول حامض‬ ‫النتريك (‪.)HNO3‬‬ ‫احلــــــل‪:‬‬ ‫تكتب معادلة تاين حامض النتريك (حامض قوي) ويبني عليها التراكيز‬ ‫املوالرية اليون ‪ H+‬وايون ‪ NO3-‬مباشرة‪ .‬بعد ذلك تستخدم العالقة‬

‫‪ Kw = ]H+[ ]OH-[ = 1.0× 10-14‬اليجاد تركيز ايون ‪ OH-‬في مترين ‪5-5‬‬

‫احمللول‪.‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬ ‫(‪)aq‬‬

‫‪H‬‬ ‫(‪+ NO3)aq‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0.05 M‬‬ ‫‪0.05 M‬‬

‫احسب تركيز ايونات الهيدروجني‬

‫(‪HNO3 )aq‬‬ ‫املائية في محلول يحتوي على ايونات‬ ‫‪0.05 M‬‬ ‫الهيدروكســــــــــــــــيد املائية بتراكيز‪:‬‬ ‫‪0‬‬ ‫(أ) ‪ 0.01 M‬و (ب)‪.2.0× 10-9 M‬‬

‫‪+‬‬ ‫‬‫‪ ]H [ = ]NO3 [ = 0.05 mol/L‬ج ‪ :‬أ‪1 × 10-12 M -‬‬

‫ب‪5 × 10-6 M -‬‬

‫ميكن االن حساب قيمة [‪ ]OH-‬من املعادلة اخلاصة بالتاين التلقائي للماء‬ ‫وقيمة ‪.Kw‬‬ ‫‪H2O‬‬ ‫(‪H+)aq‬‬ ‫‪+‬‬ ‫(‪OH-)aq‬‬ ‫(التراكيز االبتدائية)‬ ‫‪0.05 M‬‬ ‫‪)0.05 + x( M‬‬ ‫‪xM‬‬ ‫(التراكيز عند حالة االتزان)‬ ‫(‪Kw =1.0× 10-14 = ]H+[ ]OH-[ = )0.05 + x( )x‬‬ ‫وملعرفتنا املسبقة بأن قيمة ‪( x‬تركيز ‪ H+‬الناجت من تفكك املاء) هي صغيرة‬ ‫جدا باملقارنة مع تركيز ‪ H+‬الناجت من التفكك الكلي للحامض القوي‬ ‫‪ ،HNO3‬لذلك ميكننا التقريب بوصف أن القيمة (‪ )x + 0.05‬تساوي‬ ‫‪ .0.05‬وبتعويض هذا التقريب في املعادلة وحلها ينتج‪:‬‬

‫‪185‬‬

‫(‪1.0 × 10-14 = )0.05( )x‬‬

‫انتبه !‬

‫تهمل دائما تراكيز [‪ ]H+‬و [‪]OH-‬‬ ‫الناجتة من تفكك جزيء املاء عند وجود‬ ‫حامض قوي او قاعدة قوية فيه‪.‬‬

‫‪= 2.0 × 10-13 mol/L = 2.0 × 10-13 M‬‬

‫‪1.0 × 10-14‬‬ ‫‪0.05‬‬

‫= ‪x‬‬

‫وهذا ميثل تركيز أيون الهيدروكسيد في احمللول‪ ،‬والنتيجة تؤكد صحة‬ ‫التقريب الذي اعتمدناه في حل املسالة حيث إن قيمة ‪( x‬تركيز أيون‬ ‫‪ )OH-‬اصغر بكثير من ‪.0.05‬‬

‫‪ 5-5‬االس الهيدروجيني ‪The hydrogen-ion Exponent - pH‬‬ ‫يكون عادة التعامل مع التراكيز الصغيرة جدا (املعبر عنها بداللة املوالرية)‬ ‫اليونات ‪ H+‬و ايونات ‪ OH-‬واملختلفة في قيمها بشكل كبير جدا صعبا‬ ‫ومرهقا‪ ،‬ولذلك فقد اقترح العالم سورنسن (‪ )Sorensen‬في العام ‪1909‬‬ ‫استعمال االس الهيدروجيني (الدالة احلامضية) ‪ pH‬للتعبير عن حامضية‬ ‫احمللول للتعامل مع هذه احلاالت‪ ،‬فيكون التركيز معرف ًا حسب العالقة االتية‪:‬‬

‫‪1‬‬ ‫[‪]H+‬‬

‫أو ان‬

‫‪pH = - log ]H+[ = log‬‬ ‫‪]H+[ = 10-pH‬‬

‫ومن فوائد هذه الطريقة انه ميكن التعبير عن حامضية وقاعدية احملاليل عند معرفة‬ ‫التراكيز املوالرية اليونات ‪ H+‬و ‪ OH-‬مبجموعة من االرقام املوجبة بني ‪ 0‬و ‪.14‬‬ ‫وميكن التعبير عن تركيز ايونات الهيدروكسيد بنفس الطريقة‪:‬‬

‫‪1‬‬ ‫[‪]OH-‬‬ ‫او ان‬ ‫مترين ‪6-5‬‬

‫‪pOH = - log ]OH-[ = log‬‬ ‫‪]OH-[ = 10-pOH‬‬

‫احسب قيم الدالة احلامضية (‪ )pH‬مثال ‪7-5‬‬ ‫للمحاليل االتية‪( :‬أ) ‪ 6.0 × 10-4‬احسب قيمة ‪ pH‬محلول يكون فية تركيز أيونات ‪ H+‬يســــــــــــاوي‬ ‫‪ mol/L‬حامض الهيدروكلوريك‪( ،‬ب) ‪.0.05 mol/L‬‬ ‫احلـــــل‪:‬‬ ‫‪ 0.03 M‬حامض الكبريتيك‪.‬‬ ‫للحصول على قيمة ‪ pH‬احمللول يتوجب حساب قيمة سالب لوغارﰎ تركيز أيون‬ ‫ج ‪ :‬أ‪3.22 -‬‬ ‫[‪ ]H+‬املذكور في املثال وكما يأتي‪:‬‬ ‫‪]H+[ = 0.05 M‬‬ ‫ب‪1.22 -‬‬ ‫‪pH = - log ]H+[ = - log 0.05 = 1.3‬‬

‫‪186‬‬

‫مثال ‪8-5‬‬ ‫اذا كانت قيمة ‪ pH‬محلول تساوي ‪ ،3.301‬فكم يكون تركيز ‪ H+‬فيه؟‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫من التعريف‪ .pH = - log]H+[ ،‬يعوض عن قيمة ‪ pH‬وحتل املعادلة‬ ‫اليجاد [‪.]H+‬‬ ‫[‪pH =- log]H+‬‬ ‫[‪3.301 = - log]H+‬‬ ‫وباخذ مقلوب اللوغارﰎ لطرفي العالقة ينتج‪:‬‬ ‫‪]H+[ = 10-3.301 = 5.0× 10-4 mol/L‬‬ ‫وميكن بسهولة اشتقاق عالقة تربط بني قيمتي ‪ pH‬و ‪ pOH‬الي محلول‬ ‫مخفف عند درجة ‪ 25°C‬كاالتي‪:‬‬ ‫‪]H+[]OH-[ = Kw = 1.0× 10-14‬‬ ‫بأخذ لوغارﰎ طرفي هذه املعادلة ينتج‬ ‫(‪log ]H+[ + log ]OH-[ = log )1.0× 10-14‬‬ ‫وبضرب طرفي املعادلة باملقدار (‪ )- 1‬ينتج‬ ‫(‪)- log ]H+[ ( + )- log ]OH-[( = -log )1.0× 10-14‬‬ ‫‪pH + pOH = 14‬‬

‫هل تعلم‬ ‫يستخدم في الوقت احلاضر مصطلح‬ ‫”‪ “p‬للتعبير عن تراكيز االيونات‬ ‫االخرى (غير ‪ H+‬و ‪ ،)OH-‬و‬ ‫بشكل عام يقصد عند إضافة احلرف‬ ‫الصغير ”‪ “p‬قبل الرمز‪ ،‬سالب‬ ‫لوغارﰎ ذلك الرمز (و يدعى بدالة‬ ‫‪ .)p‬وعلى هذا االساس فان الـ ‪pH‬‬ ‫هو سالب لوغارﰎ تركيز ‪ H+‬و‬ ‫‪ pOH‬هو سالب لوغارﰎ تركيز‬ ‫‪ OH‬و ‪ pK‬هو سالب لوغارﰎ ثابت‬‫التفكك ‪ .K‬ومن املالئم هنا وصف‬ ‫ثابت احلاصل االيوني للماء بداللة‬ ‫‪ pKw‬حيث ان ‪.pKw = - log Kw‬‬

‫مترين ‪7-5‬‬ ‫اذا علمت ان ‪ pH‬محلول حلامض النتريك‬ ‫يساوي ‪ ،3.32‬ماهي موالرية احمللول؟‬

‫تبني هذه العالقة أن قيمتي ‪ pH‬و ‪ pOH‬حمللول تكون كلتاهما موجبة‬

‫ج ‪4.79 × 10-4 M :‬‬

‫اذا كانتا اقل من ‪ ،14‬اما في حال كون احداهما أكبر من ‪ 14‬فعندها ستكون مترين ‪8-5‬‬ ‫اكمل اجلدول االتي‪ .‬هل وجدت عالقة‬

‫قيمة االخرى سالبة‪ .‬وبصورة عامة تكون قيم ‪ pH‬و ‪ pOH‬في احملاليل‬ ‫املخففة عند درجة ‪ 25°C‬كاﻵتي‪:‬‬

‫واضحة بني قيم ‪ pH‬و ‪ pOH‬لكل‬ ‫محلول؟ ماهي؟‬

‫عند ‪25 °C‬‬

‫احلالة العامة‬

‫احمللول‬

‫‪pH < 7 < pOH‬‬

‫‪pH < pOH‬‬

‫حامضي‬

‫‪pH = 7 = pOH‬‬

‫‪pH = pOH‬‬

‫متعادل‬

‫‪pH > 7 > pOH‬‬

‫‪pH > pOH‬‬

‫قاعدي‬

‫‪pOH‬‬

‫‪pH‬‬

‫[‪]OH-‬‬

‫[‪]H+‬‬

‫احمللول‬ ‫‪0.15 M HI‬‬ ‫‪0.06 M RbOH‬‬ ‫‪0.02 M Ba)OH(2‬‬ ‫‪0.0003 M HClO4‬‬

‫‪187‬‬

‫مديات الـ ‪ pH‬لعدد من المواد‬ ‫المعروفة‬

‫مثال ‪9-5‬‬ ‫احسب [‪ ]H+‬و ‪ pH‬و [‪ ]OH-‬و ‪ pOH‬حمللول حامض الهيدروكلوريك‬ ‫بتركيز ‪.0.015 M‬‬ ‫احلــــــل‪:‬‬ ‫نكتب معادلة تأين احلامض القوي ‪ HCl‬والذي ينتج [‪ ،]H+‬ثم نحسب‬ ‫قيمة ‪ .pH‬وباالعتماد على العالقات الرياضية التي سبق ذكرها نحسب‬ ‫قيم [‪ ]OH-‬و ‪.pOH‬‬ ‫(‪HCl )aq‬‬ ‫(‪H+)aq( + Cl-)aq‬‬ ‫ولكون حامض الهيدروكلوريك حامضا قويا فانه يتفكك بشكل تام‪ ،‬وهذا‬ ‫يعني أن‪:‬‬ ‫‪]H+[ = 0.015 mol/L‬‬ ‫‪pH = - log]H+[ = - log)0.015( = - )- 1.82( = 1.82‬‬ ‫وكما هو معلوم ان ‪ pH + pOH = 14‬لذلك‪:‬‬ ‫‪pOH = 14.00 - 1.82 = 12.18‬‬ ‫ولكون ‪ ، ]H+[ ]OH-[=1.0× 10-14‬لذا ميكن حساب قيمة [‪]OH-‬‬ ‫بسهولة‪:‬‬

‫تقاس قيمة الـ ‪ pH‬للمشروبات‬ ‫الغازية بجهاز مقياس ‪ .pH‬تكون‬

‫‪= 6.7× 10-13 mol/L‬‬

‫‪6-5‬‬

‫التمذوب‬

‫‪-14‬‬

‫‪= 1.0 × 10‬‬ ‫‪0.015‬‬

‫‪]OH-[ = 1.0 × 10‬‬ ‫[‪]H+‬‬

‫‪-14‬‬

‫‪Solvolysis‬‬

‫الكثير من هذه املشروبات ذات فعل‬ ‫يقصد مبصطلح التمذوب تفاعل املادة مع املذيب املستعمل الذابتها‪،‬‬ ‫حامضي بسبب غاز ‪ CO2‬املذاب وتفاعالت التمذوب املهمة في دراستنا هي تلك التي حتدث في احملاليل املائية‬ ‫وبسبب مكوناتها االخرى‪.‬‬ ‫(أي‪ :‬عندما يكون املاء مذيبا) والتي تدعى بالتحلل املائي (‪.)hydrolysis‬‬ ‫وعلى هذا االساس يعرف التحلل املائي على أنه تفاعل املادة مع املاء حيث‬ ‫مترين ‪9-5‬‬ ‫تتضمن بعض تفاعالت التحلل املائي التفاعل مع أيونات ‪ H+‬أو ‪ .OH-‬فعلى‬ ‫احسب قيم [‪ ]H+‬و ‪ pH‬و [‪]OH-‬‬ ‫سبيل املثال‪ ،‬يتضمن أحد أنواع التحلل املائي تفاعل اجلذر السالب (القاعدة‬ ‫و ‪ pOH‬للمحلول املائي لـ ‪Ca)OH(2‬‬ ‫القرينة) (‪ )A-‬للحامض الضعيف (‪ )HA‬مع جزيء املاء لتكوين جزيء‬ ‫تركيزه ‪ .0.015 M‬هل احمللول حامضي‬ ‫احلامض الضعيف غير املتأين (املتفكك) ما يؤدي الى اضطراب االتزان بني‬ ‫أم قاعدي؟ ملاذا؟‬ ‫أيونات ‪ H+‬و ‪ OH-‬في املاء و بالتالي الى تكوين محلول قاعدي‪ ،‬وميكن‬ ‫متثيل التفاعل كاالتي‪:‬‬

‫‪188‬‬

‫)‪OH-(aq‬‬

‫‪+‬‬

‫تكون زيادة من ‪OH-‬‬ ‫لذلك يصبح احمللـــــول‬ ‫قاعدي‬

‫)‪HA(aq‬‬

‫)‪A-(aq‬‬

‫)‪+ H2O(l‬‬

‫احلامض الضعيف‬

‫اجلذر السالب‬ ‫للحامض الضعيف‬

‫وكمثال على ذلك تفاعل ايون اخلالت ‪ CH3COO-‬مع املاء‪:‬‬ ‫)‪CH3COO-(aq) + H2O(l‬‬ ‫)‪CH3COO H(aq)+OH-(aq‬‬ ‫وينطبق الشيء نفسه على تفاعل اجلذر املوجب (احلامض القرين) للقاعدة‬ ‫الضعيفة مع جزيء املاء ويكون احمللول الناجت عن ذلك حامضيا‪.‬‬ ‫‪NH4+(aq) + H2O‬‬ ‫)‪NH3(aq) +H3O+(aq‬‬ ‫وحسب مفهوم برونشتد تسلك القاعدة القرينة للحامض القوي سلوك قاعدة‬ ‫ضعيفة جدا بينما تكون القاعدة القرينة للحامض الضعيف قاعدة قوية‪ ،‬وينطبق‬ ‫الشيء نفسه على القواعد‪.‬‬ ‫اما عند التعامل مع احملاليل املائية املخففة لالمالح فان ذلك يتطلب تصنيف‬ ‫االمالح‪ ،‬كما سبق و أن تعلمنا‪ ،‬الى اربعة انواع هي‪:‬‬ ‫‪ .1‬أمالح لقواعد قوية وحوامض قوية‪.‬‬ ‫‪ .2‬أمالح لقواعد قوية وحوامض ضعيفة‪.‬‬ ‫‪ .3‬أمالح لقواعد ضعيفة وحوامض قوية‪.‬‬ ‫‪ .4‬أمالح لقواعد ضعيفة وحوامض ضعيفة‪.‬‬ ‫وسنتطرق لكل نوع منها بشكل مختصر‪.‬‬

‫‪ 1-6-5‬امالح لقواعد قوية وحوامض قوية‬

‫ميكن وصف هذه االمالح بانها تتكون من االيون املوجب للقاعدة القوية‬ ‫وااليون السالب للحامض القوي‪ .‬وهذا النوع من االمالح يعطي محاليل متعادلة‬ ‫وذلك الن ليس اليوناتها املوجبة وال اليوناتها السالبة القابلية على التفاعل بشكل‬ ‫ملحوظ مع جزيئات املاء‪ .‬ففي احمللول املائي املخفف لـ ‪( NaCl‬ملح مشتق من‬ ‫القاعدة ‪ NaOH‬و احلامض ‪ ) HCl‬يتفكك امللح لينتج االيونات املكونة له‬ ‫إضافة الى التأين اجلزئي جلزيئات املاء وكما يأتي‪:‬‬ ‫)‪Na+(aq) + Cl-(aq‬‬ ‫)‪H+(aq) + OH-(aq‬‬

‫‪H2O‬‬

‫)‪NaCl(s‬‬ ‫)‪H2O(l‬‬

‫‪189‬‬

‫فاحمللول املائي لهذا امللح يحتوي على اربعة ايونات هي ‪ Na+‬و ‪ Cl-‬و ‪ H+‬و‬ ‫‪ .OH‬ان االيون املوجب للملح ‪ Na+‬هو حامض ضعيف الميكنه التفاعل بشكل‬‫ملحوظ مع املاء‪ ،‬وكذلك االيون السالب للملح ‪ Cl-‬عبارة عن قاعدة ضعيفة‬ ‫الميكنها التفاعل بشكل ملحوظ مع املاء‪ .‬وعلى هذا االساس‪ ،‬ميكن القول ان‬ ‫احملاليل املائية المالح القواعد القوية واحلوامض القوية تكون متعادلة النه ليس‬ ‫الي من ايوناتها (املوجبة والسالبة) القابلية على التفاعل مع جزيئات املاء و جعل‬ ‫االتزان املوجود بني ايونات ‪ OH-‬و ‪ H+‬يضطرب‪.‬‬

‫‪ 2-6-5‬أمالح لقواعد قوية وحوامض ضعيفة‬

‫عند اذابة أمالح مشتقة من قواعد قوية وحوامض ضعيفة في املاء يكون احمللول‬ ‫الناجت ذا صفة قاعدية دائما‪ ،‬بسبب قابلية االيون السالب للملح (العائد في االصل‬ ‫للحامض الضعيف) على التفاعل مع املاء لتكـــــــوين أيون ‪ .OH-‬فعلى سبيل‬ ‫املثال‪ ،‬عند ذوبان ملح خالت الصوديوم ‪( CH3COONa‬ملح مشتق من قاعدة‬ ‫قوية ‪ NaOH‬و حامض ضعيف ‪ )CH3COOH‬فانه يتفكك بشكل تام كاالتي‪:‬‬

‫ينتج محلول به زيادة من‬ ‫ايونات ‪OH-‬‬

‫)‪Na+(aq) + CH3COO-(aq‬‬ ‫)‪OH-(aq) + H+(aq‬‬

‫‪H2O‬‬

‫)‪CH3COONa(s‬‬ ‫)‪H2O(l‬‬ ‫يزاح موقع االتزان‬

‫‪CH3COOH‬‬ ‫ميثل ايون اخلالت قاعدة قرينة للحامض الضعيف ‪ ،CH3COOH‬ولذلك فانها‬ ‫تتفاعل مع ايونات ‪ H+‬لتكوين ‪ .CH3COOH‬ونتيجة لذلك تنقص كمية ‪H+‬‬ ‫في احمللول ما يجعل جزيئات ‪ H2O‬تتأين لتعويض النقص ما يؤدي الى تكون زيادة‬ ‫في كمية ‪ OH-‬ويصبح احمللول قاعديا‪ .‬ميكن متثيل محصلة للمعادالت السابقة‬ ‫مبعادلة واحدة لوصف عملية التحلل املائي اليون اخلالت كاالتي‪:‬‬ ‫)‪CH3COO H(aq) + OH-(aq‬‬

‫)‪CH3COO-(aq) + H2O(l‬‬

‫يدعى ثابت االتزان لهذا التفاعل بثابت التحلل املائي ويرمز له بالرمز ‪h( Kh‬‬ ‫من ‪ hydrolysis‬وتعني حتلل مائي) وميكن التعبير عنه لهذا التفاعل كاالتي‪:‬‬

‫]‪[CH3COOH] [OH-‬‬ ‫]‪[CH3COO-‬‬

‫‪190‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫وبشكل عام ميكن التعبير عن قيمة ثابت التحلل املائي الي ملح مشتق من قاعدة‬ ‫قوية و حامض ضعيف (‪ )HA‬كاالتي‪:‬‬

‫[‪]HA[ ]OH-‬‬ ‫= ‪Kh‬‬ ‫[‪]A-‬‬ ‫حيث ان [‪ ]HA‬ميثل تركيز احلامض الضعيف و [‪ ]OH-‬تركيز القاعدة القوية وميثل‬ ‫[‪ ]A-‬تركيز امللح غير املتحلل مائيا (التركيز االبتدائي للملح)‪ ،‬وهنا يجب االنتباه‬ ‫الى ان تفكك كل من القاعدة القوية وامللح غير املتحلل مائيا يكون تاما‪ ،‬اما احلامض‬ ‫الضعيف فانه يتفكك جزئيا‪ .‬كما وميكننا حساب قيمة ثابت التحلل املائي ‪ Kh‬من‬ ‫عالقات معروفة لنا سابقا وذلك بضرب قيمتي البسط واملقام بـ [‪ ]H+‬وكاالتي‪:‬‬

‫[‪]H+‬‬ ‫[‪]H+‬‬

‫[‪]HA[ ]OH-‬‬

‫×‬

‫[‪]A-‬‬

‫[‪]OH[ ]H+‬‬ ‫‪Kw‬‬ ‫(‪Ka)HA‬‬

‫=‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪1‬‬ ‫×‬

‫×‬

‫‪1‬‬ ‫(‪Ka)HA‬‬

‫[‪]HA‬‬

‫[ ‪]A [ ]H‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫= ‪Kh‬‬ ‫= ‪Kh‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫مثال ‪10-5‬‬ ‫ما قيمة ثابت التحلل املائي مللح خالت الصوديوم؟ اذا علمت ان ثابت تفكك‬ ‫حامض اخلليك ‪ Ka)CH3COOH( = 1.8 × 10-5‬وثابت احلاصل االيوني‬ ‫للماء (‪ .)Kw = 1.0 × 10-14‬معلومة‪ :‬يجب على الطالب ان يحفﻆ قيمة ‪Kw‬‬ ‫النه عادة التعطى له في االسئلة‪.‬‬ ‫احلــــــل‪:‬‬ ‫ملح خالت الصوديوم مشتق من قاعد قوية ‪ NaOH‬وحامض ضعيف‬ ‫‪ CH3COOH‬لذلك ميكن حساب قيمة ثابت حتلله املائي من معرفة ثابت‬ ‫تفكك احلامض الضعيف ‪ Ka‬وثابت احلاصل االيوني للماء ‪ Kw‬وكما ياتي‪:‬‬

‫‪Kw‬‬

‫‪1.0 ×10 -14‬‬ ‫=‪Kh‬‬ ‫=‬ ‫‪= 5.6 × 10-10‬‬ ‫‪-5‬‬ ‫(‪Ka)CH3COOH‬‬ ‫‪1.8 × 10‬‬ ‫وميكن بنفس الطريقة حساب قيمة ثابت التحلل املائي الي ملح مشتق من‬ ‫قاعدة قوية و حامض ضعيف من العالقة‪:‬‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪Ka‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫‪191‬‬

‫أو‬

‫‪pKh = pKw - pKa‬‬

‫حيث ميثل ‪ Ka‬ثابت تفكك احلامض الضعيف الذي اشتق منه امللح وان‬ ‫قيم ‪ pKa‬و ‪ pKw‬و ‪ pKh‬متثل سالب لوغارﰎ قيم ‪ Ka‬و ‪ Kw‬و ‪ Kh‬على‬ ‫التوالي‪ .‬وميكن حساب تركيز ايون ‪ H+‬في احمللول املائي لهذا النوع من‬ ‫االمالح بسهولة حيث ان كمية ‪ HA‬و كمية ايونات ‪ OH-‬املتكونة نتيجة‬ ‫لعملية التحلل املائي هي متساوية‪ ،‬ولذلك ففي محلول امللح النقي تكون‬ ‫[‪ . ]HA[ = ]OH-‬فلمحلول يكون التركيز املوالري للملح فيه يساوي ‪:c M‬‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪Ka‬‬

‫‪]OH-[2‬‬

‫=‬

‫‪c‬‬

‫=‬

‫[‪]HA[ ]OH-‬‬ ‫[‪]A-‬‬

‫√‬

‫‪Kw‬‬ ‫و مبا ان‬

‫‪Kw‬‬ ‫[ ‪]OH‬‬ ‫‪-‬‬

‫= [‪ ]H+‬ينتج‬

‫√‬

‫‪Kw × Ka‬‬

‫انتبه !‬

‫للطالب اختيار العالقة حسب ما يطلب‬ ‫منه في السؤال‪ ،‬اذا كان املطلوب‬

‫أو أن‬

‫‪Ka‬‬

‫‪c‬‬

‫×‪c‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫= [‪]OH-‬‬

‫= [ ‪]H‬‬ ‫‪+‬‬

‫[‪ ]pKw +pKa+ log c‬ـــ‬ ‫‪pH = 1‬‬ ‫‪2‬‬

‫مثال ‪11-5‬‬ ‫حساب [‪ ]H+‬او ‪ ،pH‬وان استعمال‬ ‫احسب قيمة ‪ pH‬محلول مللح خالت الصوديوم تركيزه ‪ 0.01 M‬في‬ ‫اي منهما يوصل الى نفس النتيجة‪.‬‬ ‫درجة حرارة ‪ ،25°C‬علما بأن قيمة ‪.Ka)CH3COOH( = 1.8 x 10-5‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫حلساب قيمة ‪ pH‬محلول هذا امللح نستخدم العالقة االتية‪:‬‬ ‫مترين ‪10-5‬‬ ‫‪1‬‬ ‫[‪ ]pKw +pKa+ logc‬ـــ = ‪pH‬‬ ‫احسب تركيز أيون الهيدروكسيد‬

‫‪2‬‬ ‫للمحلول املائي مللح سيانيد البوتاسيوم‬ ‫[‪ ]-log Kw -log Ka+ log c‬ـــ‬ ‫‪pH = 1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪،Ka )HCN(= 4.9 × 10-10 ،KCN‬‬ ‫تركيزه ‪ .0.1 mole/L‬هل احمللول [‪ ]-log )1.0 × 10-14( - log )1.8 × 10-5( + log 0.01‬ـــ‬ ‫‪pH = 1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫حامضي أم قاعدي؟‬ ‫‪1‬‬ ‫‪ )14 + 4.74 - 2( = 8.37‬ـــ = ‪pH‬‬ ‫‪2‬‬ ‫ج ‪1.43 × 10-3 M :‬‬

‫‪192‬‬

‫‪ 3-6-5‬أمالح لقواعد ضعيفة وحوامض قوية‬

‫يتضمن النوع الثاني من تفاعالت التحلل املائي تفاعل االيون املوجب‬ ‫للملح (العائد في االصل للقاعدة الضعيفة) مع املاء لتكوين جزيئات‬ ‫القاعدة الضعيفة غير املتفككة إضافة الى ايونات ‪ .H+‬يؤدي هذا التفاعل‬ ‫الى اختالل في التوازن املوجود بني أيونات ‪ H+‬و‪ OH-‬في املاء وبالنتيجة‬ ‫الى زيادة في ]‪]H+‬وجعل هذا النوع من احملاليل حامضية‪ .‬فعند ذوبان ملح‬ ‫كلوريد االمونيوم ‪( NH4Cl‬ملح ناجت عن تفاعل قاعدة ضعيفة ‪ NH3‬مع‬ ‫حامض قوي ‪ ،)HCl‬فانه يتفكك بشكل تام كاالتي‪:‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫)‪NH4+(aq) + Cl-(aq‬‬

‫ينتج محلول به زيادة من‬

‫ايونات ‪H+‬‬

‫)‪OH-(aq) + H+(aq‬‬

‫)‪NH4Cl(s‬‬ ‫‪H2O(l) +‬‬

‫يزاح موقع االتزان‬ ‫‪NH3 + H2O‬‬

‫يتفاعل ايون االمونيوم ‪( NH4+‬احلامض القرين للقاعدة الضعيفة ‪)NH3‬‬ ‫مع ايونات ‪ OH-‬لتكوين جزيئات ‪ NH3‬غير املتفككة وجزيئات ‪.H2O‬‬ ‫يستهلك هذا التفاعل ايون ‪ OH-‬من وسط التفاعل ولذلك تتأين جزيئات‬ ‫‪ H2O‬لتعويض النقص مما يؤدي الى تكون زيادة في كمية ‪ H+‬ويصبح احمللول‬ ‫بذلك حامضيا‪.‬‬ ‫ميكن كتابة معادلة واحدة متثل محصلة التفاعالت السابقة لوصف عملية‬ ‫التحلل املائي اليون االمونيوم ‪ NH4+‬كاالتي‪:‬‬ ‫‪NH4+ + H2O‬‬

‫‪NH3 + H3O+‬‬ ‫‪Kw‬‬ ‫‪Kb‬‬ ‫وميكن البرهنة على ان‬

‫‪Kw‬‬

‫=‬

‫]‪[NH3] [H3O+‬‬ ‫]‪[NH4+‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫= ‪ ،Kh‬حيث ان ‪ Kb‬هو ثابت تاين القاعدة‬

‫‪Kb‬‬ ‫الضعيفة‪ .‬كما وميكن كتابة معادلة عامة متثل عملية التحلل املائي لهذا‬

‫‪193‬‬

‫النوع من االمالح كاالتي‪:‬‬

‫‪MOH + H+‬‬ ‫‪Kw‬‬ ‫‪Kb‬‬

‫‪M+ + H2O‬‬

‫=‬

‫[‪]MOH[ ]H+‬‬ ‫[ ‪]M‬‬ ‫‪+‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫حيث ان [‪ ]MOH‬ميثل تركيز القاعدة الضعيفة و [‪ ]H+‬تركيز احلامض‬ ‫القوي وميثل [‪ ]M+‬تركيز امللح غير املتحلل مائيا (التركيز االبتدائي‬ ‫للملح)‪ .‬ومبا ان [‪ ]MOH‬و [‪ ]H+‬تكون متساوية في محلول امللح النقي‬ ‫النها متكونة نتيجة لعملية التحلل املائي جلزيئات امللح‪ ،‬فلمحلول يكون‬ ‫التركيز املوالري للملح فيه يساوي ‪:c M‬‬ ‫‪Kw‬‬ ‫‪Kb‬‬

‫ومنه نحصل على العالقة االتية‪:‬‬

‫√‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪Kb‬‬

‫×‪c‬‬

‫=‬

‫‪]H+[2‬‬ ‫‪c‬‬

‫=‬

‫‪]H+[2‬‬ ‫[ ‪]M‬‬ ‫‪+‬‬

‫= ‪Kh‬‬

‫= [ ‪]H‬‬ ‫‪+‬‬

‫وبأخذ سالب اللوغارﰎ للطرفني ينتج‪:‬‬ ‫[‪ ]pKw – pKb – log c‬ـــ‪pH = 1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫حيث ميثل ‪ Kb‬ثابت تفكك القاعدة الضعيفة التي اشتق منها امللح‪.‬‬

‫‪194‬‬

‫مثال ‪12-5‬‬ ‫كم هي قيمة ‪ pH‬محلــــــــــــــــــــــــــــول كلوريد االمونيوم تركيـــــــــــــــزه‬ ‫‪0.2 mole/L‬؟ اذا علمت أن قيمة ثابت تفكك القاعدة الضعيفة‬ ‫‪.Kb)NH3( = 1.8 × 10-5‬‬ ‫احلـــــــل‪:‬‬ ‫يتطلب إيجاد قيمة ‪ pH‬احمللول معرفة ثابت تفكك القاعدة الضعيفة ‪Kb‬‬ ‫وثابت احلاصل االيوني للماء ‪ ،Kw‬ثم حتسب قيمة ‪ pH‬محلول هذا امللح‬ ‫باستخدام العالقة االتية‪:‬‬ ‫[‪ ]pKw - pKb- log c‬ـــ‪pH = 1‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪1‬‬ ‫[‪ ]-log Kw + log Kb- log c‬ـــ = ‪ pH‬مترين ‪11-5‬‬ ‫‪2‬‬

‫احسبقيمة‪ pOH‬حمللولنتراتاالمونيوم‬

‫‪-14‬‬ ‫‪-5‬‬ ‫‪1‬‬ ‫[‪ ]-log )1.0 × 10 ( + log )1.8 × 10 ( - log 0.2‬ـــ = ‪ )pKb )NH3( = 4.74 ( pH‬بتركيز‬

‫‪2‬‬

‫‪ )14 - 4.74 - )- 0.7(( = 4.98‬ـــ‪pH = 1‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪ .0.5 M‬هل احمللول حامضي ام قاعدي؟‬

‫ج ‪9.22 :‬‬

‫‪ 7-5‬تأثير االيون المشترك ‪Common Ion Effect‬‬

‫درسنا احملاليل املائية لاللكتروليتات الضعيفـــــــــة (احلوامض والقواعد)‬ ‫وتعرفنا على سلوكها عندما يشكل االلكتروليت الضعيف املذاب الوحيد‬ ‫في احمللول‪ ،‬أما في هذا اجلزء فســـــــندرس سلوك محلول مائي يحوي على‬ ‫مذابني (احدهما االلكتروليت الضعيف) يتشابهان في احتوائهما على ايون‬ ‫مشترك‪ .‬فمن املعلوم ان تركيز أيون معني في محلول ما ميكن ان يزيد باضافة‬ ‫مركب الى احمللول ينتج بتفككه هذا االيون‪ .‬ويدعى هذا االيون املوجود‬ ‫أصال في احمللول والذي نتج ايضا من املركب املضاف بااليون املشترك‪.‬‬

‫وسوف نركز اهتمامنا في هذه املرحلة على احلالة التي يكون فيها املركب‬ ‫املوجود أصال في احمللول الكتروليتا ضعيفا واملركب املضاف هو الكتروليت قوي‪،‬‬ ‫حيث ينتج من عملية االضافة زيادة ملحوظة في تركيز االيون املقصود في احمللول‬ ‫عند مقارنته مع تركيز االيون الناجت تفكك االلكتروليت الضعيف عند وجوده‬ ‫لوحده في احمللول‪ ،‬و تؤدي هذه العملية الى حصول اختالل في اتزان احمللول‬ ‫وبالتالي إزاحة اتزان احمللول الى موقع جديد‪.‬‬ ‫فعند اجراء تغير على محلول اللكتروليت ضعيف وذلك باضافة كمية من احد‬ ‫ايوناته من مصدر خارجي‪ ،‬فان ذلك يؤدي الى تقليل تأين االلكتروليت الضعيف‪،‬‬ ‫وهذه الظاهرة هي نتيجة مباشرة لقانون فعل الكتلة على االتزان االيوني للمحلول‬ ‫االلكتروليتي وتدعى بتاثير االيون املشترك والتي هي حالة خاصة من قاعدة لو شاتليه‪.‬‬ ‫مثال ‪13-5‬‬ ‫ما التاثير الذي حتدثه اضافة ‪ )0.1 mole( 8.2 g‬من ملح خالت‬ ‫الصوديوم ‪ CH3COONa‬الى لتر واحد من محلول حامض اخلليك‬ ‫بتركيــــــز ‪ 0.1 mole/L‬على تركيز أيون ‪ H+‬عند ‪25 °C‬؟ علمــــــــــــ ًا‬ ‫بأن ‪.Ka )CH3COOH( = 1.8 × 10-5‬‬ ‫احلـــــــل‪:‬‬ ‫تكتب معادالت تفكك االلكتروليت الضعيف (حامض اخلليك) وامللح‬ ‫املضاف(خالت الصوديوم) ويبني عليها التراكيز املوالرية لالصناف عند حالة‬ ‫االتزان وكما يأتي‪:‬‬

‫‪195‬‬

‫(التراكيز االبتدائية)‬ ‫(التراكيز عند حالة االتزان)‬ ‫(التراكيز االبتدائية)‬ ‫(التراكيز عند حالة االتزان)‬

‫(‪H+)aq( + CH3COO-)aq‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪xM‬‬ ‫‪xM‬‬

‫(‪CH3COOH)aq‬‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫‪)0.1-x( M‬‬

‫(‪Na+)aq( + CH3COO-)aq‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫أيون مشترك‬

‫(‪CH3COONa)s‬‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫‪0‬‬

‫تظهر معادالت التفكك ان ايون اخلالت هو أيون مشترك في هذا احمللول الن‬ ‫له مصدرين‪ ،‬أحدهما تفكك حامض اخلليك (الكتروليت ضعيف) واالخر من‬ ‫تفكك خالت الصوديوم (الكتروليت قوي)‪ .‬يحسب تركيز هذا االيون في‬ ‫احمللول عند حالة االتزان بجمع التراكيز الناجتة من تفكك املركبني‪.‬‬ ‫اليجاد تاثير اضافة االيون املشترك يحسب تركيز أيون ‪ H+‬في محلـــــول‬ ‫‪ 0.1 M‬حامض اخلليك قبل أضافة خالت الصوديوم وكما ياتي‪:‬‬

‫(‪)x( )x‬‬ ‫(‪)0.1 - x‬‬

‫=‬

‫[‪]H+[ ]CH3COO-‬‬ ‫= ‪Ka = 1.8 × 10‬‬ ‫[‪]CH3COOH‬‬ ‫‪-5‬‬

‫وباستعمال التقريب نحصل على‪:‬‬

‫(‪)x( )x‬‬ ‫(‪)0.1‬‬

‫= ‪Ka = 1.8 × 10-5‬‬

‫‪x2 = )0.1( × )1.8 × 10-5( = 1.8 × 10-6‬‬ ‫مترين ‪12-5‬‬ ‫ماهو التاثير الناجت من اضافة‪26.75 g‬‬ ‫(‪ )0.5 mol‬من ملح كلوريد االمونيوم‬ ‫الى لتر واحد من محلول االمونيا بتركيز‬

‫‪=1.3 × 10-3‬‬

‫‪-6‬‬

‫‪1.8 × 10‬‬ ‫√‬

‫=‪x‬‬

‫‪]H [ = 1.3 × 10 mol/L‬‬ ‫‪-3‬‬

‫‪+‬‬

‫ثم يحسب تركيز أيون ‪ H+‬في محلول احلامض بعد أضافة خالت الصوديوم (اي‬ ‫‪ 0.1 M‬على درجة تفكك القاعدة؟ اذا‬ ‫بوجود تاثر األيون املشترك) وكما ياتي‪:‬‬ ‫علمت ان ثابت تفكك القاعدة الضعيفة‬ ‫يصبح تركيـــــــــــــــــــــــــــز ايون اخلالت في احمللول بعد اضافة خالت‬ ‫‪.Kb )NH3( = 1.8 × 10-5‬‬ ‫الصوديوم (يتفكك بشــــــــــــــــــــــــــــــــــــكل تام) يســـــــــــــــــاوي‬ ‫ج ‪ :‬درجة تفكك القاعدة اكبر‬ ‫‪ )0.1 + x´( M‬ولكون قيمة ´‪ x‬تكون صغيرة جدا الن أيون اخلالت الناجت من‬ ‫مبقدار ‪.360‬‬ ‫امللح يقلل من تاين احلامض لذلك يستعمل التقريب اليجاد تركيز ايون ‪ H+‬في‬ ‫هذا احمللول‪.‬‬

‫‪196‬‬

‫[‪]H+[ ]CH3COO-‬‬ ‫= ‪Ka = 1.8 × 10‬‬ ‫[‪]CH3COOH‬‬ ‫(‪)x´ ( )0.1‬‬ ‫(´‪)x´( )0.1+ x‬‬ ‫=‬ ‫=‬ ‫( ´‪)0.1 + x‬‬ ‫(‪)0.1‬‬ ‫‪-5‬‬

‫[‪x´ = 1.8 x 10-5 mol/L = ]H+‬‬ ‫وعند مقارنة تركيز ايون [‪ ]H+‬في محلول احلامض قبل اضافة امللح وبعد‬ ‫اضافته (بوجود تاثير االيون املشترك) يتبني ان التركيز قد انخفض من‬ ‫‪ 1.3 × 10-3 mole/L‬الى ‪ ،1.8 × 10-5 mole/L‬وهذا بسبب‬ ‫نقصان تفكك حامض اخلليك نتيجة الضافة ملح خالت الصوديوم لوجود‬ ‫ايون مشترك بني املركبني(ايون اخلالت)‪.‬‬

‫‪ 8-5‬المحاليل المنﻈمة )محاليل بفر( ‪Buffer Solutions‬‬ ‫ميكن حساب قيم الـ ‪ pH‬حملاليل احلوامض و القواعد القوية بسهولة من معرفة‬ ‫تراكيزها املوالرية‪ ،‬فقيمة ‪ pH‬لـ ‪ 10-4 M‬من محلول حامض الهيدروكلوريك‬ ‫تساوي ‪ 4‬ولكن هذه القيمة تكون حساسة جدا (تتغير بشكل كبير) حتى عند‬ ‫اضافة كمية صغيرة جدا من مادة قاعدية الى محلول احلامض‪ ،‬وينطبق الشيء‬ ‫نفسه على محاليل القواعد القوية‪ .‬ومن ناحية اخرى‪ ،‬تكون قيم الـ ‪ pH‬مبحاليل‬ ‫املائية مللح كلوريد الصوديوم و ملح خالت االمونيوم بتراكيز ‪ 1 M‬مثال‬ ‫تساوي ‪ 7‬تقريبا (ملاذا؟)‪ ،‬ولكن يختلف سلوك هذين احمللولني بشكل واضح‬ ‫عند إضافة كمية صغيرة من حامض قوي أو قاعدة قوية اليهما‪ ،‬حيث تؤدي إضافة‬ ‫‪ 1 mL‬من محلول حامض ‪ HCl‬بتركيز ‪ 1.0 M‬الى لتر واحد من محلول امللح‬ ‫الى تغير ‪ pH‬محلول ‪ NaCl‬الى ‪ pH = 3.0‬بينما تتغير قيمة ‪ pH‬محلول‬ ‫‪ CH3COONH4‬بشكل صغيرجدا‪.‬‬ ‫تبدي الكثير من احملاليل سلوك االيون املشترك‪ ،‬ولكن هناك حالتني هما االكثر‬ ‫شيوعا‪:‬‬ ‫‪ .1‬محلول مكون من حامض ضعيف وأحد‪ ،‬أمالح هذا احلامض الذائبة (مثل‬ ‫‪ CH3COOH‬زائدا ‪.)CH3COONa‬‬ ‫‪ .2‬محلول مكون من قاعدة ضعيفة وأحد أمالح هذه القاعدة الذائبة (مثل ‪NH3‬‬ ‫زائدا ‪.)NH4Cl‬‬

‫‪197‬‬

‫هل تعلم‬ ‫(أ) عند انقطاع التنفس‪ ،‬تزداد‬

‫كمية ‪ CO2‬في الدم ما يؤدي الى‬ ‫زيادة كمية حامض الكاربونيك‬

‫وانخفاض في قيمة ‪ pH‬الدم‪،‬‬ ‫(ب) عند التنفس بسرعة تقل‬ ‫نسبة ‪ CO2‬في مجرى الدم‬

‫حيث يؤدي ذلك الى نقصان‬ ‫كمية‬

‫حامض‬

‫الكاربونيك‬

‫وارتفاع قيمة ‪ pH‬الدم‪.‬‬

‫ففي التفاعالت التي جترى في املختبرات العلمية و في كثير من العمليات‬ ‫الصناعية اضافة الى العمليات التي جتري داخل اجسام الكائنات احلية‬ ‫(النباتات واحليوانات)‪ ،‬تكون هناك حاجة للمحافظة على قيمة الـ ‪pH‬‬ ‫ثابتة دون تغير على الرغم من اضافة كميات قليلة من حوامض اوقواعد‪.‬‬ ‫فعلى سبيل املثال‪ ،‬تكون معظم العمليات احليوية داخل جسم االنسان حساسة‬ ‫جدا لقيمة ‪ pH‬سوائل اجلسم كنقل االوكسجني بوساطة الهيموكلـــــــوبني‬ ‫وكذلك فعالية االنزميات في اخلاليا‪ ،‬فلذلك تستعمل أجسامنا خليط ًا من‬ ‫املركبات تدعى نظام بفري (نظام دارئ لتغير الـ ‪ ) pH‬للمحافظة على قيمة‬ ‫الـ ‪ pH‬ضمن مدى محدود التسمح بتجاوزه‪ .‬تدعى قابلية احمللول على‬ ‫مقاومة التغير في تركيز ايون ‪ H+‬عند اضافة كمية قليلة من حامض قوي‬ ‫او قاعدة قوية بفعل البفر اوالسلوك البفري ( ‪ ،)Buffer action‬ويدعى‬ ‫احمللول الذي ميتلك هذه اخلاصية (القابلية على مقاومة التغير في تركيز ايون‬

‫‪ H+‬عند اضافة حامض او قاعدة) مبحلول بفر (او محلول منظم)‪.‬‬ ‫تتكون محاليل البفر عادة من مكونني اثنني‪ ،‬احدهما ميكنه التفاعل مع‬ ‫القاعدة املضافة للمحلول ويعادلها بينما يعادل املكون الثاني كمية احلامض‬ ‫املضافة وبذلك يكون للمحلول فعل البفر‪ .‬يحضر هذا النوع من احملاليل عادة‬ ‫مبزج حامض ضعيف مع احد االمالح املشتقة من هذا احلامض الضعيف‪ ،‬او‬ ‫قاعدة ضعيفة مع احد االمالح املشتقة من القاعدة الضعيفة‪ .‬فعلى سبيل املثال‬ ‫ميكن حتضير محلول بفر مكون من مزج محلول حلامض اخلليك (حامض‬ ‫ضعيف) مع محلول خالت الصوديوم ( ملح مشتق من حامض اخلليك)‪،‬‬ ‫ولفهم كيف ميكن لهذا احمللول الناجت مقاومة التغير في الـ ‪ pH‬ندرس اوال‬ ‫تاثير اضافة كمية من حامض ‪ HCl‬القوي اليه ومقارنة ذلك مع إضافة نفس‬ ‫الكمية من هذا احلامض الى املاء النقي وكما ياتي‪:‬‬ ‫تسبب اضافة كمية صغيرة من حامض قوي الى املاء النقي زيادة كبيرة في‬ ‫تركيز ايون ‪ H+‬اي نقصان حاد في قيمة ‪ pH‬احمللول الناجت‪ ،‬بينما التؤدي‬ ‫اضافة نفس الكمية من احلامض ملزيج حامض اخلليك وخالت الصوديوم‪ ،‬الى‬ ‫زيادة ملحوظة في تركيز ايون ‪ H+‬الن هذا االيون اليبقى طليقا في احمللول‬ ‫النه يتفاعل مع أيون اخلالت ‪ CH3COO-‬الناجت من تاين خالت الصوديوم‬ ‫لتكوين حامض اخلليك (حامض ضعيف قليل التفكك) وبذلك التنخفض‬ ‫قيمة ‪ pH‬احمللول بل تبقى ثابتة تقريبا‪.‬‬

‫‪198‬‬

‫اما عند اضافة كمية صغيرة من قاعدة قوية مثل ‪ NaOH‬الى كمية من املاء فان‬ ‫تركيز ايونات ‪ OH-‬في احمللول الناجت سوف يزداد بشكل كبير بسبب تفكك‬ ‫القاعدة التام مايؤدي الى ارتفاع قيمة ‪ pH‬احمللول‪ .‬و عند اضافة نفس الكمية من‬ ‫القاعدة الى املزيج البفري (‪ CH3COOH‬مع ‪ )CH3COONa‬فان ايونات‬ ‫‪ OH‬الناجتة من تفكك القاعدة القوية الميكنها البقاء في احمللول بل تتفاعل على‬‫الفور مع حامض اخلليك (تتحد مع ايونات الهيدروجني الناجتة من تفكك حامض‬ ‫اخلليك) لتكوين املاء وبذلك لن تتاثر قيمة ‪ pH‬هذا املزيج بشكل ملحوظ‪.‬‬ ‫وميكن القول مما سبق ان احلامض القوي املضاف والقاعدة القوية املضافة الى‬ ‫محلول البفر قد تعادلت نتيجة لتفاعلها مع مكونات احمللول وان ذلك يعني بقاء‬ ‫قيمة ‪ pH‬احمللول ثابتة التتغير‪ ،‬ولكن في احلقيقة عند إضافة ‪ HCl‬نتج من ذلك‬ ‫تكون زيادة من حامض اخلليك وهو حامض ضعيف يؤدي زيادة تركيزه في احمللول‬ ‫الى نقصان صغير في قيمة ‪ pH‬احمللول‪ .‬ومن ناحية اخرى‪ ،‬فاضافة ‪ NaOH‬الى‬ ‫هذا املزيج البفري يؤدي الى تكوين كمية اضافية من ملح خالت الصوديوم وأن‬ ‫زيادة تركيز هذا امللح تؤدي الى ارتفاع طفيف في قيمة ‪ pH‬احمللول (ملاذا؟)‪.‬‬ ‫ومن ناحية أخرى ميكن دراسة حالة االتزان الناشئ في احمللول الذي يحوي حامض ًا‬ ‫ضعيف ًا ‪( HA‬أو قاعدة ضعيفة) مع امللح املشتق منه ‪ MA‬كاالتي‪:‬‬ ‫)‪H+(aq) + A-(aq‬‬

‫)‪M+(aq) + A-(aq‬‬

‫وهذا يعني انه عند حالة االتزان تكون‪:‬‬

‫)‪HA(aq‬‬ ‫)‪MA(s‬‬

‫‪+‬‬ ‫‬‫] ‪Ka = [H ] [A‬‬ ‫]‪[HA‬‬

‫]‪[H+] = Ka × [HA‬‬ ‫]‪[A-‬‬

‫او أن‬

‫وميكن تبسيط هذه العالقة (بعد اجراء التقريب)‪ ،‬بفرض ان قيمة [‪ ]H+‬في‬ ‫احمللول صغيرة جدا (نيجة لتأثير االيون املشترك الذي يعمل على تقليل تفكك‬ ‫احلامض الضعيف)‪ ،‬ولذلك فتركيز احلامض غير املتفكك عند حالة االتزان‬ ‫[‪ ]HA‬سوف يكون مساويا لتركيز احلامض االبتدائي (االصلي) وان تركيز‬ ‫[‪ ]A-‬عند حالة االتزان سوف تساوي تركيز امللح فقط‪ .‬وهكذا ميكن كتابة‬ ‫العالقة السابقة كاالتي‪:‬‬

‫]‪[acid‬‬ ‫]‪[salt‬‬

‫× ‪[H+] = Ka‬‬

‫حيث إن [‪ ]acid‬متثل تركيز احلامض و [‪ ]salt‬هو تركيز امللح‪ ،‬وبأخذ سالب‬ ‫لوغاريتم طرفي املعادلة ينتج‪:‬‬

‫‪199‬‬

‫[‪]acid‬‬ ‫[‪]salt‬‬ ‫‪= pKa + log‬‬ ‫[‪]salt‬‬ ‫[‪]acid‬‬

‫‪pH = pKa- log‬‬

‫وبنفس االسلوب ميكن اشتقاق عالقة لوصف حالة االتزان التي حتصل‬ ‫في محلول مكون من مزيج من قاعدة ضعيفة واحد االمالح املشتقة منها‬ ‫للحصول على االتي‪:‬‬ ‫[‪]base‬‬ ‫[‪]salt‬‬

‫× ‪]OH-[ = Kb‬‬

‫وأن‬ ‫[‪]base‬‬ ‫[‪]salt‬‬ ‫‪= pKb + log‬‬ ‫[‪]salt‬‬ ‫[‪]base‬‬

‫‪pOH = pKb- log‬‬

‫حيث إن [‪ ]base‬متثل تركيز القاعدة و [‪ ]salt‬هو تركيز امللح‪.‬‬ ‫مثال ‪14-5‬‬ ‫احسب تركيز ايون ‪ H+‬و ‪ pH‬حمللول مكون من مزيج من ‪ 0.1 M‬حامض‬ ‫اخلليك و ‪ 0.2 M‬خالت الصوديوم‪.‬‬ ‫احلــــــل ‪:‬‬ ‫ميكن االستفادة من العالقات الرياضية التي توصلنا اليها سابقا‪ ،‬حلساب‬ ‫تركيز ايون ‪ H3O+‬وقيمة ‪ pH‬للمزيج املكون من حامض ضعيف و احد‬ ‫مترين ‪13-5‬‬ ‫احسب قيمة االس الهيدروجيني امالحه‪ ،‬وهو بذلك تكون له صفة محلول بفر‪ ،‬اذن‪:‬‬ ‫[‪]acid‬‬ ‫× ‪]H+[ = Ka‬‬ ‫(‪ )pH‬حمللول يحتوي على ‪NH3‬‬ ‫[‪]salt‬‬ ‫بتركيز ‪ 0.15 mole/L‬و ‪NH4Cl‬‬

‫بتركيز ‪ ،0.3 mole/L‬وقارن النتيجة ومبا أن قيمة ‪ Ka )CH3COOH( = 1.8 × 10‬وان ‪]acid[ = 0.1 M‬‬ ‫مع قيمة ‪ pH‬محلول االمونيا ذي تركيز و ‪ ]salt[ = 0.2 M‬ينتج ان‪:‬‬ ‫‪0.1‬‬ ‫× ‪]H+[ = 1.8 × 10-5‬‬ ‫‪= 9.0 × 10-6‬‬ ‫‪ .0.15 M‬علم ًا ان ‪.pKb = 4.74‬‬ ‫‪0.2‬‬ ‫ج ‪11.22 ; 8.96 :‬‬

‫‪200‬‬

‫‪-5‬‬

‫وميكن حساب ‪ pH‬احمللول باستخدام العالقة ‪:‬‬ ‫‪pH =- log ]H+[ =- log 9.0 × 10-6 = 5.04‬‬ ‫او بتطبيق العالقة االتية مباشرة‪:‬‬ ‫[‪]salt‬‬ ‫‪pH = pKa + log‬‬ ‫[‪]acid‬‬

‫ومبا أن قيمة ‪ pKa = -log Ka‬لذلك فﺈن‪:‬‬ ‫‪0.2‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫‪pH = - log 1.8 x10-5 + log‬‬

‫‪pH = 4.74 + log 2 = 4.74 + 0.30 = 5.04‬‬ ‫وهنا ميكـــن مقارنة قيمة تركيز ايون ‪ H+‬وقيمة ‪ pH‬احملسوبة‬ ‫لهذا احمللول (املزيج البفري) مع تلك القيم احملسوبة حمللول حامض‬ ‫اخلليك الذي يكون تركيزه ‪ 0.1 M‬حيث انهـــــــــــــــــــــــا‬ ‫(‪ )]H+[ = 1.35 × 10-3 M‬و ان (‪ )pH= 2.87‬على التوالي‪.‬‬ ‫مثال ‪15-5‬‬

‫ماذا يجب ان يكون تركيز كلوريد االمونيوم في محلول يحتوي على امونيا‬ ‫(‪ )pKb= 4.74‬بتركيز ‪ 0.1 M‬لتكون قيمة ‪ pH‬احمللول تساوي ‪9.0‬؟‬ ‫احلــــــل ‪:‬‬ ‫‪pH + pOH =14‬‬ ‫‪pOH = 14 – pH = 14 – 9 = 5‬‬ ‫فاحمللول الذي قيمة ‪ pH‬فيه تساوي ‪ 9.0‬تكون قيمة ‪ pOH‬فيه تساوي‬ ‫‪ .5.0‬يشكل احمللول املكون من مزيج االمونيا و كلوريد االمونيوم محلول‬ ‫بفر لذلك ميكن االستفادة من العالقات الرياضية التي توصلنا اليها سابقا‬ ‫للتعامل معه‪ ،‬فلمزيج مكون من قاعدة ضعيفة مع احد امالحها ميكن االعتماد مترين ‪14-5‬‬ ‫على العالقة االتية‪:‬‬ ‫ما تركيز حامض اخلليك في محلول يحوي‬ ‫[‪]salt‬‬ ‫‪ pOH = pKb + log‬اضافة الى احلامض ملح خالت الصوديوم‬ ‫[‪]base‬‬ ‫[‪]salt‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫بتركيز ‪ 0.3 mol/L‬اذا علمت ان‬

‫‪ 5.00 = - log 1.8 × 10-5 + log‬قيمة ‪ pH‬احمللول كانت تساوي ‪4.31‬؟‬

‫[‪]salt‬‬ ‫‪= 5 - 4.74 = 0.26‬‬ ‫‪0.1‬‬

‫‪log‬‬

‫علم ًا ان ‪. Ka = 1.8 × 10-5‬‬

‫ج ‪0.81 M :‬‬

‫[‪]salt‬‬ ‫‪= 100.26 = 1.82‬‬ ‫‪0.1‬‬ ‫‪]salt[ = 0.1 × 1.82 = 0.182 mol/L‬‬

‫‪201‬‬

‫مثال ‪16-5‬‬ ‫احسب قيمة االس الهيدروجيني (‪ )pH‬بعد اضافة ‪ 1 mL‬من محلول‬ ‫حامض الهيدروكلوريك تركيزه ‪ 10 M‬الى لتر من محلول بفر مكون‬ ‫من حامض اخلليك بتركيز ‪0.1 M‬وخالت الصوديوم بتركيز ‪.0.1 M‬‬ ‫(مالحظة‪ :‬اهمل التغير الذي يحصل في حجم احمللول بعد اضافة احلامض‬ ‫القوي او القاعدة القوية عند حل املثال)‪ .‬علم ًا ان ‪.pKa = 4.74‬‬ ‫احلــــــل ‪:‬‬ ‫ميكن متثيل املزيج البفري املكون من حامض اخلليك وخالت الصوديوم‬ ‫باملعادالت االتية‪:‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫(‪CH3COO)aq( + H)aq‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪-‬‬

‫(‪CH3COO)aq( + Na)aq‬‬

‫(‪CH3COOH )aq‬‬ ‫(‪CH3COONa )s‬‬

‫‪ .1‬حتسب كميات (عدد موالت) حامض اخلليك وخالت الصوديوم في‬ ‫احمللول (قبل اضافة احلامض القوي) كاالتي‪:‬‬ ‫(‪ = MCH COOH x V )L‬عدد موالت حامض اخلليك في لتر من احمللول‬ ‫‪3‬‬ ‫‪= 0.1 mol/L x 1 L = 0.1 mol‬‬ ‫(‪ = MCH COONa x V)L‬عدد موالت خالت الصوديوم في لتر من احمللول‬ ‫‪3‬‬ ‫‪= 0.1 mol/L x 1 L = 0.1 mol‬‬ ‫‪ .2‬يتفكك حامض ‪ HCl‬بشكل تام حسب املعادلة االتية‪:‬‬ ‫(‪Cl-)aq( + H+)aq‬‬

‫(‪HCl)aq‬‬

‫لينتج كمية من ايونات ‪ H+‬مكافئة لكمية احلامض املضاف‬ ‫(‪ = MHCl x V)L‬عدد موالت ايون ‪ H+‬في لتر من احمللول‬ ‫‪= 0.01 mol‬‬

‫‪1L‬‬ ‫‪1000 mL‬‬

‫× ‪= 10 mol/L × 1 mL‬‬

‫تتحد ايونات ‪ H+‬الناجتة من تفكك ‪ HCl‬فور تكونها مع مايكافئها من‬ ‫ايونات اخلالت لتكوين كمية مكافئة من حامض اخلليك‪.‬‬

‫‪202‬‬

‫‪ .3‬حتسب كميات وتراكيز ايون اخلالت و حامض اخلليك في احمللول بعد‬ ‫االضافة كاالتي‪:‬‬

‫كمية أيون ‪ H+‬الناجتة ‪ +‬كمية حامض اخلليك قبل االضافة =‬ ‫كمية حامض اخلليك بعد االضافة‬ ‫‪= 0.1 mol + 0.01 mol‬‬ ‫‪= 0.11 mol‬‬ ‫(‪0.11 )mol‬‬ ‫‪= 0.11 mol/L‬‬ ‫(‪1 )L‬‬

‫مترين ‪15-5‬‬ ‫احسب قيمة االس الهيدروجيني (‪)pH‬‬ ‫(أ)للتر من احمللول بفر مكون من حامض‬

‫(‪n )mol‬‬

‫=‬ ‫= [‪ ]CH3COOH‬اخلليك بتركيز ‪ 0.1 M‬وخالت‬ ‫(‪V )L‬‬

‫كمية أيون ‪ H+‬الناجتة ‪ -‬كمية خالت الصوديوم قبل االضافة =‬ ‫كمية خالت الصوديوم بعد االضافة‬

‫الصوديوم بتركيز ‪( ،0.1 M‬ب) لنفس‬ ‫‪2 mL‬‬

‫محلول البفر لكن بعد أضافة‬

‫من محلول هيدروكسيد الصوديوم‬ ‫تركيزه ‪ ،5 M‬ثم احسب مقدار التغير‬

‫‪= 0.1 mol - 0.01 mol‬‬ ‫‪= 0.09 mol‬‬

‫احلاصل في قيمة ‪ pH‬وناقﺶ النتيجة‪.‬‬

‫(‪n )mol( 0.09 )mol‬‬ ‫= [ ‪]CH3COO‬‬ ‫=‬ ‫‪= 0.09 mol/L‬‬ ‫(‪V )L‬‬ ‫(‪1 )L‬‬ ‫‪-‬‬

‫‪ .4‬تطبق املعادلة اخلاصة بحساب قيمة ‪ pH‬محلول بفر كاالتي‪:‬‬

‫(أهمل التغير الذي يحصل في حجم‬ ‫احمللول بعد أضافة احلامض القوي او‬ ‫القاعدة القوية عند حل املثال)‪.‬‬

‫ج ‪ :‬أ‪ ; 4.74 -‬ب‪4.83 -‬‬

‫[‪]salt‬‬ ‫[‪]acid‬‬ ‫‪0.09‬‬ ‫‪pH = 4.74 + log‬‬ ‫‪0.11‬‬ ‫‪pH = pKa + log‬‬

‫‪pH = 4.74 + )-0.087( = 4.66‬‬

‫‪ 9-5‬الذوبانية وثابت حاصل الذوبان ‪Solubility and Solubility Product‬‬

‫ُي َعدُّ ذوبان املواد الصلبة في املاء من العمليات املهمة في الكيمياء‪ ،‬حيث‬ ‫تعتمد قابلية ذوبان أي مادة أيونية (مثل االمالح) في املاء على الفرق في‬ ‫مقدار الطاقة الالزمة لكسر االواصر الرابطة بني االيونات املكونة للمادة‬ ‫ومقدار ما ينتج من طاقة نتيجة النتشار هذه االيونات في املاء و متيؤها‪ ،‬وعلى‬ ‫هذا االساس تختلف املواد في قابلية ذوبانها في املاء‪.‬‬ ‫لقد درسنا في هذا الفصل سلوك املواد قابلة الذوبان في املاء‪ ،‬ولكن هناك‬ ‫مواد اخرى شحيحة الذوبان (قليلة الذوبان جدا) تخضع عملية ذوبانها في‬ ‫املاء الى حالة اتزان تنشأ بني اجلزء الصلب (غير الذائب أو غير املتفكك) وبني‬

‫‪203‬‬

‫هل تعلم‬ ‫عند خلط محلول كبريتيد‬ ‫االمونيوم مع محلول نترات‬ ‫الكادميوم يتكون راسب اصفر هو‬ ‫كبريتيد الكادميوم‪.‬‬ ‫)‪(NH4)2S(aq)+ Cd(NO3)2(aq‬‬ ‫)‪CdS(s) + 2NH4NO3(aq‬‬

‫االيونات الناجتة من تفككها حيث يدعى هذا احمللول باحمللول املشبع للمادة‪،‬‬ ‫وميكن وصف عملية ذوبان مركب أيوني صلب (‪ )AB‬شحيح الذوبان في‬ ‫املاء كما يأتي‪:‬‬ ‫)‪AB(s) + H2O(l‬‬ ‫)‪A+(aq) + B-(aq‬‬ ‫ويعبر عن ثابت االتزان (‪ )Keq‬لهذه العملية بالعالقة االتية‪:‬‬ ‫]‪[A+[ ]B-‬‬ ‫= ‪Keq‬‬ ‫]‪[AB] [H2O‬‬

‫يستعمل ملح كبريتيد الكادميوم‬ ‫شحيح الذوبان العطاء اللون‬ ‫االصفر في صنع االصباغ الزيتية‬ ‫التي يستعملها الرسامون‪.‬‬

‫ولكون املركب شحيح الذوبان في املاء لذلك‪ ،‬ميكن اعتبار قيمة [‪]AB‬‬ ‫تبقى ثابتة التتغير تقريبا نتيجة لعملية تفكك جزء صغير جدا منه‪ ،‬وكذلك‬ ‫فكما هو معلوم ميكن اعتبار قيمة [‪ ]H2O‬ثابتة أيضا في أثناء العملية لكون‬ ‫املاء هو املذيب‪ ،‬وعلى هذا االساس ميكن كتابة العالقة السابقة كاالتي‪:‬‬ ‫]‪Ksp = [A+[ ]B-‬‬ ‫حيث أن‬

‫]‪Ksp = Keq [AB] [H2O‬‬

‫تدعى القيمة ‪ Ksp‬بثابت حاصل الذوبان‪ ،‬وهي قيمة ثابتة عند ثبوت درجة‬ ‫احلرارة وتستعمل بشكل كبير للتعبير (او قياس) مقدار ذوبانية االمالح‬ ‫شحيحة الذوبان في املاء حيث تتناسب ذوبانية املركب طرديا مع قيمة ثابت‬ ‫حاصل الذوبان‪ .‬وبشكل عام ميكن تعريف ثابت حاصل الذوبان ملركب ايوني‬ ‫شحيح الذوبان على انه حاصل ضرب التراكيز املوالرية (لأليونات املكونة‬ ‫للمركب) عند حالة االتزان (تسمى في احملاليل املائية املشبعة بالذوبانية‬ ‫املوالرية ‪ )s‬كل مرفوع الس مساو لعدد االيونات في املعادلة الكيميائية‬ ‫املوزونة التي تعبر عن تفكك املركب‪ .‬اما الذوبانية املوالريــــــة ‪ s‬للملح‬ ‫شحيح الذوبان فيمكن تعريفها على أنها التركيز املوالري لاليونات الناجتة‬

‫‪204‬‬

‫من تفكك امللح في احمللول عند حالة االتزان‪.‬‬

‫ان تعبير ثابت حاصل االذابة للمالح احادية ـ احادية التكأفئ‪ ،‬مثال ‪ AgCl‬او‬ ‫ثنائي ـ ثنائى التكأفئ مثل ‪ BaSO4‬و ‪ PbSO4‬يكون على الشكل االتي‪:‬‬ ‫‪Ksp = s × s = s2‬‬ ‫اما التعبير عن ثابت حاصل االذابة مللح أحادي ـ ثنائى التكأفئ او ثنائي ـ‬ ‫احادي التكأفئ مثل ‪ CaF2‬او ‪ Zn)OH(2‬فيكون التعبير على الصورة‬ ‫االتية‪:‬‬ ‫‪Ksp = s × )2s(2 = 4s3‬‬ ‫بينما يكون هذا التعبير مللح ثنائي ـ ثالثي التكأفئ مثل ‪ Ca3)PO4(2‬على‬ ‫الصورة االتية‪:‬‬ ‫‪Ksp = )3s(2 × )2s(3 = 108 s5‬‬ ‫وتطبيق هذه القواعد فقط عندما يكون امللح الشحيح الذوبان لوحده في‬ ‫حالة االتزان مع احمللول املشبع‪.‬‬ ‫مثال ‪17-5‬‬ ‫ماهي الذوبانية املوالرية مللح كبريتات الرصاص ‪PbSO4‬؟ إذا علمت ان‬ ‫ثابت حاصل الذوبان لهذا امللح ‪.Ksp = 1.6 × 10-8‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫تكتب اوال معادلة كيميائية موزونة متثل عملية ذوبان ‪:PbSO4‬‬ ‫(‪PbSO4)s‬‬ ‫‪Pb2+‬‬ ‫‪+ SO42‬‬‫(‪)aq‬‬ ‫(‪)aq‬‬ ‫نفرض أن الذوبانية املوالرية مللح ‪ PbSO4‬تساوي ‪ ،s mole/L‬حيث‬ ‫يالحﻆ أن [‪ s = ]Pb2+‬و [‪ ، s = ]SO42-‬ذلك لكون ان ذوبان مول واحد‬ ‫من ‪ PbSO4‬ينتج في احمللول مول واحد من أيونات ‪ Pb2+‬و مول واحد من‬ ‫أيونات ‪ .SO42-‬و باالعتماد على ذلك‪ ،‬تكتب العالقة الرياضية للتعبير عن‬ ‫ثابت حاصل الذوبان ‪ Ksp‬وكما يأتي‪:‬‬ ‫(‪PbSO4 )s‬‬ ‫‪Pb2+‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪SO42‬‬‫(‪)aq‬‬ ‫(‪)aq‬‬ ‫(‪s )mol/L‬‬ ‫(‪s )mol/L‬‬ ‫[‪Ksp = ]Pb2+[ ]SO42-‬‬ ‫‪Ksp = s × s = s2 = 1.6 × 10-8‬‬ ‫√= ‪s‬‬ ‫‪1.6 × 10-8 = 1.26 × 10-4 mol/L‬‬

‫‪205‬‬

‫مترين ‪16-5‬‬ ‫اذا علمت أن لتر ًا واحد ًا من احمللول‬ ‫املشبع لكرومات الفضة ‪Ag2CrO4‬‬ ‫(‪)M = 332 g/mole‬‬

‫يحوي‬

‫‪ 0.0215 g‬من امللح‪ ،‬احسب ثابت‬ ‫حاصل الذوبان لهذا امللح‪.‬‬

‫ج ‪27 × 10-13 :‬‬

‫مثال ‪18-5‬‬ ‫احسب قيمة ثابت حاصل االذابة ‪ Ksp‬مللح كبريتات الباريوم‪ ،‬اذا علمت أن‬ ‫لترا واحدا من محلوله املائي املشبع يحوي ‪ 0.0025g‬من ملح ‪ BaSO4‬الذائب‪.‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫تكتب أوال معادلة كيميائية موزونة متثل عملية ذوبان ‪ ،BaSO4‬ثم تكتب‬ ‫العالقة الرياضية للتعبير عن ثابت حاصل الذوبان ‪ .Ksp‬ومن قيمة ذوبانية‬ ‫امللح (‪ )0.0025 g/L‬ميكن حساب الذوبانية املوالرية (‪)s mole/L‬‬ ‫لهذا امللح وتركيز أيونات امللح في احمللول‪ .‬وكما هو معلوم ففي احمللول‬ ‫املشبع لهذا امللح‪ ،‬تنشأ حالة اتزان بني امللح الصلب (غير الذائب) واجلزء‬ ‫املتفكك منه (الذائب) وكما ياتي‪:‬‬ ‫(‪BaSO4)s‬‬ ‫‪Ba2+‬‬ ‫‪+ SO42‬‬‫(‪)aq‬‬ ‫(‪)aq‬‬ ‫[‪Ksp = ]Ba2+[ ]SO42-‬‬ ‫حتسب الذوبانية املوالرية (‪ )s‬مللح ‪)M = 233 g/mole( BaSO4‬‬ ‫وذلك باالعتماد على ذوبانيته‪:‬‬ ‫= الذوبانية املوالرية لكبريتات الباريوم(‪s )mol/L‬‬

‫مترين ‪17-5‬‬ ‫احسب الذوبانية املوالرية و الذوبانية بداللة‬ ‫(‪ )g/L‬مللح كلوريد الفضة ‪AgCl‬‬ ‫(‪ )M =143.5 g/mol‬في محلوله‬ ‫عند حالـــــة االتزان‪ ،‬اذا علمـــــــــــــت ان‬ ‫‪.Ksp )AgCl( = 1.8 × 10-10‬‬

‫ج ‪1.93 × 10-3 g/L :‬‬

‫‪1)mol( BaSO4‬‬ ‫×ذوبانية كبريتات الباريوم(‪)g/L‬‬ ‫‪233 )g( BaSO4‬‬ ‫‪1 )mol( BaSO4‬‬ ‫‪233 )g( BaSO4‬‬

‫× (‪s BaSO4 )mol/L( = 0.0025 )g/L‬‬

‫‪s BaSO4 = 1.1 ×10 mol/L‬‬ ‫وكما تظهر املعادلة املوزونة لذوبان ‪ BaSO4‬أن تفكك كل جزيء من امللح‬ ‫ينتج أيون ًا واحد ًا ‪ Ba2+‬و أيون ًا واحد ًا من ‪ ،SO42-‬لذلك‪:‬‬ ‫(‪BaSO4 )s‬‬ ‫‪Ba2+‬‬ ‫‪+ SO42‬‬‫(‪)aq‬‬ ‫(‪)aq‬‬ ‫‪1.1 × 10-5 M‬‬ ‫‪1.1 × 10-5 M‬‬ ‫‪1.1 × 10-5 M‬‬ ‫‪-5‬‬

‫وهذا يعني أنه في احمللول املائي املشـــــــــــــــــــــبع لهذا امللح يكون‬ ‫‪ ،]Ba2+[ = ]SO42-[ = 1.1 × 10-5 M‬وبتعويض هذه القيم في العالقة‬ ‫الرياضية للتعبير عن ثابت حاصل الذوبان ‪ Ksp‬ينتج‪:‬‬ ‫‪Ksp = ]Ba2+[ ]SO42-[ = )1.1×10-5( )1.1 × 10-5( = 1.2 × 10-10‬‬

‫‪206‬‬

‫ُي َعدُّ ثابت حاصل االذابة ‪ Ksp‬مقياس ملدى ذوبانية املركبات شحيحة الذوبان‪،‬‬ ‫كما أنه ُي َعدُّ مقياس ًا لعملية الترسيب‪ ،‬فمن خالل معرفة قيم حاصل اﻹذابة نعرف‬ ‫على مراحل عملية الترسيب للمواد ومدى اكتمال ترسيب مادة معينة من عدمه‪.‬‬

‫فعندما يكون حاصل ضرب تراكيز أيونات الراسب في محلول أكبر من قيمة‬ ‫ثابت حاصل اﻹذابة للراسب‪ ،‬تبدأ عملية الترسيب وذلك باحتاد ايونات الراسب‬ ‫ٌ‬ ‫مساو الى عدد موالت ِه في املعادلة املوزونة) لتكوين جزيئاته‬ ‫(كل مرفوع الى ُآس‬ ‫ٍ‬ ‫غير املتفككة والتي تنفصل عن احمللول على شكل مادة صلبة(راسب)‪ ،‬اما عندما‬

‫يكون حاصل ضرب تراكيز أيونات الراسب املشار اليها في محلول أصغر من‬ ‫قيمة ثابت حاصل اﻹذابة للراسب تبدأ عملية ذوبان جزيئات الراسب ‪ .‬وعندما‬ ‫يتساوى ثابت حاصل اﻹذابة مع حاصل ضرب التراكيز فﺈن احمللول يصبح مشبع ًا‬ ‫وهذا يعني الوصول الى حالة اتزان بني عمليتي ذوبان الراسب وإعادة ترسيبه‪.‬‬

‫مثال ‪19-5‬‬ ‫اذا علمت ان تركيز ايون الفلوريد ‪ F-‬في محلول يساوي ‪.2 × 10-2 M‬‬ ‫احسب ادنى تركيز من ايون الكالسيوم يكون الزم ًا وجوده في احمللول لبدء‬ ‫ترسب ملح فلوريد الكالسيوم ‪.)K = 4.9 × 10-11 ( CaF2‬‬ ‫‪sp‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫تكتب اوال معادلة كيميائية موزونة متثل تفكك ملح فلوريد الكالسيوم‬ ‫ثم تكتب العالقة الرياضية للتعبير عن ثابت حاصل الذوبانية‪:‬‬ ‫‪-‬‬

‫مترين ‪18-5‬‬ ‫ما هي اقل دالة حامضية (‪ )pH‬حمللول‬ ‫يحوي ايون احلديد (‪ )III‬بتركيزيساوي‬

‫(‪CaF2)s‬‬ ‫(‪Ca)aq( + F )aq‬‬ ‫‪ ،2 × 10-10 M‬التي اذا ﰎ الوصول‬ ‫وكما هو معلوم‪ ،‬تبدأ عملية ترسيب اي ملح شحيح الذوبان عندما يكون اليها او جتاوزها يبدأ راسب هيدروكسيد‬ ‫‪2+‬‬

‫حاصل ضرب التراكيز املوالرية اليونات الراسب في احمللول كل مرفوع الى اس‬ ‫مساواٍ لعدد موالته في معادلة تفكك امللح املوزونة اكبر (او حتى عندما يبلﻎ‬ ‫حاصل ضرب بالكاد قيمة مساوية لقيمة ‪ Ksp‬ويقصد بذلك حالة االتزان بني‬ ‫االيونات في احمللول والراسب الصلب املتكون)‪ .‬لذلك ميكن حساب ادنى‬

‫احلديد (‪ )III‬بالظهور في احمللول‪ ،‬علم ًا‬

‫أن ‪ Ksp‬لهيدروكسيد احلديد (‪)III‬‬ ‫تساوي ‪. 5 ×10‬‬ ‫‪-38‬‬

‫ج ‪4.799 :‬‬

‫قيمة لتركيز ايون الكالسيوم في محلول يكون تركيز ايون الفلوريد فيه‬ ‫يساوي ‪ .2 × 10-2 M‬من حالة االتزان وكاالتي‪:‬‬ ‫( ‪Ksp =)x(×) 2 ×10-2 M (⇒4.9×10-11 = )x(×)2 × 10-2 M‬‬ ‫‪x = 1.23× 10-7 M‬‬

‫‪207‬‬

‫‪ 1-9-5‬العوامل املﺆثرة علﻰ الذوبانية‬

‫هناك عدد كبير من العوامل التي تؤثر على ذوبانية الرواسب (تسبب في‬ ‫زيادتها او نقصانها)‪ ،‬ومن اهم تلك العوامل هي درجة احلرارة و تأثير االيون‬ ‫املشترك و تاثير االس الهيدروجيني ‪.pH‬‬ ‫‪ .1‬تاثير درجة احلرارة‬ ‫سبق أن متت االشارة الى أن عملية ذوبان أي مادة تصاحبها امتصاص‬ ‫طاقة للتغلب على قوى الترابط بني مكونات املادة املذابة والتي حتصل عليها‬ ‫من انتشار و متيؤ مكونات املادة بعدد التفكك (التأين) في الوسط املائي‬ ‫مايؤدي في معظم االحيان الى ارتفاع او انخفاض في درجة حرارة احمللول تبعا‬ ‫للفرق بني الطاقة املمتصة والطاقة املتحررة (راجع فصل الثرموداينميك)‪.‬‬ ‫وفي الواقع العملي‪ ،‬تزداد ذوبانية معظم املواد شحيحة الذوبان بزيادة درجة‬ ‫احلرارة ولكن يختلف مقدار هذه الزيادة من مادة الى اخرى‪.‬‬ ‫‪ .2‬تأثير االيون املشترك‬ ‫كما سبق أن تعلمنا‪ ،‬انه ميكن االستفادة من قاعدة لو شاتليه الستنتاج ان‬ ‫ذوبانية اي الكتروليت ضعيف (مثل امللح شحيح الذوبان) تنخفض عند‬ ‫وجود زيادة من ايونات مشتركة لهذه املادة في احمللول‪ ،‬وميكن من الناحية‬ ‫العملية االستفادة من هذه الظاهرة في التحكم بعملية ذوبان الرواسب‬ ‫(املواد شحيحة الذوبان)‪.‬‬ ‫مثال ‪20-5‬‬ ‫ماهي الذوبانية املوالرية مللـــــــــــــــــــــــــــــح يودات الباريوم ‪Ba)IO3(2‬‬ ‫(‪( )Ksp= 1.57 × 10-9‬أ) في املاء النقي‪( ،‬ب) في محلول يودات‬ ‫البوتاسيوم ‪ KIO3‬بتركيز ‪0.02 mole/L‬؟ ثم قارن النتائج‪.‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫(أ) تكتب أوال معادلة كيميائية موزونة متثل عملية ذوبان ‪ ،Ba)IO3(2‬ثم‬ ‫تكتب العالقة الرياضية للتعبير عن ثابت حاصل الذوبان ‪ ،Ksp‬وحتل املسألة‬ ‫باتباع نفس اخلطوات التي تعلمناها في االمثلة السابقة‪.‬‬ ‫نفرض ان ‪ = s‬الذوبانية املوالرية مللح ‪ Ba)IO3(2‬في املاء النقي‬ ‫(‪Ba)IO3(2 )s‬‬ ‫(‪Ba2+)aq( + 2IO3-)aq‬‬ ‫‪sM‬‬ ‫‪sM‬‬ ‫‪2s M‬‬ ‫‪Ksp = ]Ba2+[ ]IO3-[2 = )s( )2s(2 = 1.57 × 10-9‬‬

‫‪208‬‬

‫وبحل املعادلة اليجاد قيمة ‪ ( s‬الذوبانية املوالرية) ينتج‪:‬‬ ‫‪s = 7.3 × 10-4 mol/L‬‬ ‫وهذا يعني ان الذوبانية املوالرية مللح ‪ Ba)IO3(2‬في املاء النقي تساوي‬ ‫‪.7.3 × 10-4 M‬‬ ‫(ب) يعتبر ملح ‪ KIO3‬الكتروليت قوي يتفكك بشكل تام لذلك فان‬ ‫تركيز ايون ‪ IO3-‬في محلوله املائي يحسب كاالتي‪:‬‬ ‫(‪KIO3 )s‬‬ ‫(‪K+)aq( + IO3-)aq‬‬ ‫‪0.2 M‬‬ ‫‪0.2 M‬‬ ‫‪0.2 M‬‬ ‫نفرض ان ‪ = y‬الذوبانية املوالرية مللح ‪ Ba)IO3(2‬في محلول ‪KIO3‬‬ ‫الذي تركيزه ‪.0.02 M‬‬ ‫(‪Ba)IO3(2 )s‬‬ ‫(‪Ba2+)aq( + 2IO3-)aq‬‬ ‫‪yM‬‬ ‫‪yM‬‬ ‫‪2y M‬‬ ‫ومبا ان ايون ‪ IO3-‬هو ايون مشترك‪ ،‬لذلك فان تركيزه في احمللول [‪]IO3-‬‬ ‫يساوي حاصل جمع ‪( 0.02 mole/L‬تركيزه الناجت من التفكك التام‬ ‫مللح ‪ )KIO3‬و ‪( 2y mole/L‬التركيز الناجت من التفكك اجلزئي مللح‬ ‫مترين ‪19-5‬‬ ‫‪ ،)Ba)IO3(2‬اي يساوي ‪ ،)0.02 + 2y( mole/L‬لذلك‪:‬‬ ‫قيمة ثابت حاصل االذابة مللح‬ ‫‪K = ]Ba2+[ ]IO3-[2 = )y( )0.02 + 2y(2 = 1.57 × 10-9‬‬ ‫‪ sp‬فلوريد املغنيسيوم ‪ MgF‬تساوي‬ ‫‪2‬‬

‫ولتبسيط حل هذه املعادلة اليجاد قيمة ‪ ،y‬ميكن افتراض ان كمية ايون‬ ‫‪ IO3‬في احمللول الناجتة من تفكك ملح ‪ Ba)IO3(2‬شحيح الذوبان‬‫هي صغيرة جدا مقارنة مع تلك الناجتة من ذوبان ‪( KIO3‬خصوصا‬ ‫مع وجود تاثير لاليون املشترك) اي ان ‪ ،2y << 0.02‬لذلك فان‬ ‫‪.)0.02 + 2y( ≈ 0.02 mol/L‬‬ ‫‪Ksp = ]Ba2+[ ]IO3-[2 = )y( × )0.02(2 = 1.57×10-9‬‬ ‫‪y = 3.9 × 10-6 mol/L‬‬ ‫وهذا يعني ان الذوبانية املوالرية مللح ‪ Ba)IO3(2‬في محلول يودات‬ ‫البوتاسيوم ‪ KIO3‬ذو تركيز ‪ 0.02 mole/L‬تساوي ‪.7.3 × 10-4 M‬‬ ‫يالحﻆ من النتائج‪ ،‬ان ذوبانية ملح ‪ Ba)IO3(2‬في املاء املقطر اكبر بكثير‬ ‫مما هي عليه في محلول ‪( KIO3‬اي بوجود االيون املشترك) وميكن حساب‬ ‫نسبة ذوبانية هذا امللح في الوسطني املائيني املختلفني كاالتي‪:‬‬

‫‪( .Ksp = 6.5 × 10-9‬أ) احسب‬ ‫الذوبانية املوالرية لهذا امللح في املاء‬ ‫النقي‪( ،‬ب) احسب الذوبانية املوالرية‬ ‫لهذا امللح في محلول فلوريد الصوديوم‬ ‫‪( NaF‬الكتروليت قوي) تركيزه‬ ‫‪ ،0.1 mole/L‬ثم قارن النتيجتني‪.‬‬

‫ج ‪ :‬أ‪1.18 × 10-3 -‬‬ ‫ب‪6.5 × 10 -‬‬ ‫‪-8‬‬

‫‪209‬‬

‫الذوبانية املوالرية في املاء النقي‬ ‫الذوبانية املوالرية في محلول يودات البوتاسيوم‬

‫= ‪187 ≈ 7.3 × 10-4 mol/L‬‬ ‫‪1 3.9 × 10-6 mol/L‬‬

‫اي ان الذوبانية املوالرية مللح ‪ Ba)IO3(2‬في محلول يودات البوتاسيوم‬ ‫‪ KIO3‬الذي تركيزه ‪ 0.02 mole/L‬هي اقل تقريبا مبقدار ‪ 187‬مرة‬ ‫من ذوبانيته في املاء النقي‪.‬‬ ‫‪ .3‬تأثير االس الهيدروجيني‬ ‫تعتمد ذوبانية الكثير من املواد على تركيز ايون ‪ H+‬في احمللول‪ ،‬ومن‬ ‫اهم تلك املواد هي التي يشكل ايون الهيدروجني او ايون الهيدروكسيد احد‬ ‫مكوناتها مثل هيدروكسيد املغنيسيوم ‪ ،Mg)OH(2‬حيث يتغير مقدار‬ ‫ذوبانية هذه املواد مع تغير قيمة ‪ pH‬للمحلول ومن خالل تاثير االيون‬ ‫املشترك‪.‬‬

‫(‪Mg2+)aq( + 2OH-)aq‬‬

‫(‪Mg)OH(2 )s‬‬

‫فاضافة حامض (زيادة تركيز ايون ‪ )H+‬الى احمللول املشبع لهذا املركب‬ ‫يؤدي الى احتاد ايونات ‪ H+‬مع ايونات الهيدروكسيد لتكوين جزيئات املاء‬ ‫وهذا يؤدي الى اختالل في عملية االتزان املمثلة باملعادلة السابقة‪ ،‬ولتعويض‬ ‫النقص احلاصل في ايونات ‪ OH-‬تتفكك مزيد من جزيئات املركب (اي زيادة‬ ‫ذوبانيته )‪ .‬اما عند اضافة قاعـدة ( ايونات ‪ )OH-‬الى احمللول املتزن لهذا‬ ‫املركب فان ذلك يؤدي الى تقليل الذوبانيه من خالل تاثير االيون املشترك‪.‬‬ ‫مثال ‪21-5‬‬ ‫احسب الذوبانية املوالرية لهيدروكسيد املغنيسيوم (‪)Ksp = 1.8 × 10-11‬‬ ‫في محلول مائي ثبتت درجة حموضته عند ‪.pH= 10.5‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫(أ) يحسب تركيز أيون ‪ H+‬في احمللول املائي الذي درجة حموضته‬ ‫‪ ،pH =10.5‬ثم يحسب بعد ذلك تركيز أيون الهيدروكسيد في احمللول‪.‬‬ ‫‪pH = - log ]H+[ = 10.5‬‬ ‫‪]H+[ = 10-10.5 = 3.2 × 10-11 mol/L‬‬

‫‪210‬‬

‫‪Kw‬‬

‫‪1.0 × 10-14‬‬ ‫= ‪]OH [ = +‬‬ ‫‪= 3.1 × 10-4 mol/L‬‬ ‫‪-11‬‬ ‫[ ‪]H‬‬ ‫‪3.2 × 10‬‬ ‫‪-‬‬

‫وهذا يعني ان تركيز ايون الهيدروكسيد في هذا احمللول يساوي‬ ‫‪ ،3.1 × 10-4 mole/L‬وبعد كتابة املعادلة الكيميائية املوزونة التي متثل‬ ‫عملية ذوبان ‪ ،Mg)OH(2‬نفرض ان ‪ s‬تساوي الذوبانية املوالرية للمركب‬ ‫‪ Mg)OH(2‬في محلول قيمة االس الهيدروجيني له يساوي ‪.10.5‬‬ ‫(‪Mg2+)aq( + 2OH-)aq‬‬ ‫‪3.1 × 10-4 M‬‬

‫‪sM‬‬

‫(‪Mg)OH(2 )s‬‬ ‫‪sM‬‬

‫ونعوض االن في العالقة الرياضية للتعبير عن ثابت حاصل الذوبان ‪Ksp‬‬ ‫كاالتي‪:‬‬ ‫مترين ‪20-5‬‬ ‫‪ Ksp = ]Mg2+[ ]OH-[2‬احسب ذوبانية هيدروكسيد اخلارصني‬ ‫‪ ]Mg2+[ ]OH- [2 = )s( )3.1 × 10-4(2 = 1.8 × 10-11‬في محلول ثبتت حامضيته عند‬ ‫(أ) ‪ ،pH= 6‬و(ب) ‪،pH = 9.0‬‬

‫‪1.8 × 10-11‬‬ ‫‪= 1.9 × 10-4 mol/L‬‬ ‫= ‪ s‬اذا علـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــمت ان‬ ‫‪-4 2‬‬ ‫( ‪)3.2 × 10‬‬ ‫‪،Ksp )Zn)OH(2( = 1.2 × 10-17‬‬

‫اي ان ‪ 1.9 × 10-4 M‬تساوي الذوبانية املوالرية للمركب ‪ Mg)OH(2‬ثم ناقﺶ النتائج‪.‬‬

‫في محلول درجة حموضته مثبتة عند ‪.pH= 10.5‬‬

‫ج ‪ :‬أ‪0.12 M -‬‬ ‫ب‪1.2 × 10-7 -‬‬

‫‪211‬‬

‫المعادالت الرئيسية‬ ‫رقم الصفحة ‪175‬‬

‫تعريف ‪pKa‬‬

‫‪pKa = - log Ka‬‬ ‫رقم الصفحة ‪186‬‬

‫تعريف ‪pH‬‬

‫]‪pH = - log [H+‬‬

‫رقم الصفحة ‪186‬‬

‫تعريف ‪pOH‬‬

‫]‪pOH = - log [OH-‬‬ ‫رقم الصفحة ‪187‬‬

‫العالقة بني ‪ pH‬و ‪pOH‬‬

‫‪pH + pOH = 14‬‬ ‫رقم الصفحة ‪184‬‬

‫ثابت تفكك املاء ‪Kw‬‬

‫‪[H+][OH-] = Kw = 1.0× 10-14‬‬ ‫ثابت حتلل امللح املشتق من حامض ضعيف وقاعدة قوية‬

‫رقم الصفحة ‪192‬‬

‫ثابت حتلل امللح املشتق من قاعدة ضعيفة وحامض قوي‬

‫رقم الصفحة ‪194‬‬

‫قيمة ‪ pH‬حمللول ملح مشتق من حامض ضعيف وقاعدة قوية‬

‫رقم الصفحة ‪192‬‬

‫قيمة ‪ pH‬حمللول ملح مشتق من قاعدة ضعيفة وحامض قوي‬

‫‪Kw‬‬ ‫‪Ka‬‬ ‫‪Kw‬‬ ‫‪Kb‬‬

‫= ‪Kh‬‬ ‫= ‪Kh‬‬

‫]‪ [pKw +pKa+ log c‬ـــ‪pH = 1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫رقم الصفحة ‪194‬‬

‫]‪ [pKw – pKb – log c‬ـــ‪pH = 1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫رقم الصفحة ‪200‬‬ ‫قيمة ‪ pH‬حمللول بفر مكون من مزيج حلامض ضعيف مع احد امالحه‬ ‫]‪[acid‬‬ ‫]‪[salt‬‬ ‫‪pH = pKa- log‬‬ ‫‪= pKa + log‬‬ ‫]‪[salt‬‬ ‫]‪[acid‬‬ ‫رقم الصفحة ‪200‬‬ ‫قيمة ‪ pH‬حمللول بفر مكون من مزيج لقاعدة ضعيفة مع احد امالحها‬ ‫]‪[base‬‬ ‫]‪[salt‬‬ ‫‪= pKb + log‬‬ ‫]‪[salt‬‬ ‫]‪[base‬‬

‫‪212‬‬

‫‪pOH = pKb- log‬‬

‫المفاهيم االساسية‬ ‫االلكتروليت ‪Electrolyte‬‬ ‫مادة يكون حمللولها املائي او ملنصهرها قابلية على التوصيل الكهربائي وذلك ألحتوائه على ايونات‪.‬‬ ‫االلكتروليت الضعيف ‪Weak Electrolyte‬‬ ‫مادة تكون قابلية محلولها املائي املخفف للتوصيل الكهربائي ضعيفة‪.‬‬ ‫الحامض الضعيف ‪Weak Acid‬‬ ‫حامض اليتأين بشكل تام في محلوله املائي‪.‬‬ ‫القاعدة الضعيفة ‪Weak Base‬‬ ‫قاعد التتأين بشكل تام في محلولها املائي‪.‬‬ ‫حامض احادي البروتون‬ ‫هو احلامض الذي ينتج كل جزيء منه بروتون واحد فقط عند تفككه في املاء وميكن ان يكون هذا احلامض قوي ًا‬ ‫او ضعيفاً‪ .‬ان هذا يعني ان كل جزيء منه يحوي ذرة هيدروجني واحدة قابلة للتأثر‪.‬‬ ‫حامض متعدد البروتون‬ ‫هو احلامض الذي ميكن لكل جزيء منه ان ينتج بروتون او اكثر وعلى مراحل متعددة وغالب ًا مايكون البروتون‬ ‫الذي ينتج في اخلطوة االخيرة ضعيف (اضعف من البروتونات الناجتة من خطوات التفكك السابقة)‪.‬‬ ‫التأين الذاتي للماء‬ ‫هو تفاعل كيميائي ينتقل فيه بروتون من جزيء ماء الى جزيء آخر ويكون ناجت هذه العملية في املاء النقي‬ ‫تكون اعداد متساوية من ايونات الهيدرونيوم ‪ H3O+‬وايونات الهيدروكسيد ‪HO-‬‬ ‫االس الهيدروجيني ‪pH‬‬ ‫هي طريقة مالئمة لقياس او للتعبير عن تركيز أيون الهيدروجني خصوص ًا لتراكيز ايون الهيدروجني الصغيرة‬ ‫التي تكون قيمتها اصغر او تساوي ‪ 1 M‬بداللة سالب لوغاريتم التركيز املوالري اليون الهيدروجني في احمللول‪،‬‬ ‫ويرمز للناجت العددي لهذه القيم بالرمز ‪.pH‬‬ ‫التمذوب ‪Solvolysis‬‬ ‫هي عملية تفاعل الصنف املذاب مع جزيئات املذيب‪.‬‬

‫‪213‬‬

‫التحلل المائي ‪Hydrolysis‬‬ ‫هي عملية تفاعل الصنف املذاب مع جزيئات املاء وذلك عندما يكون املاء هو املذيب‪.‬‬ ‫تأثير االيون المشترك‬ ‫هي ظاهرة تقليل تفكك االلكتروليت الضعيف الناجتة عن وجود الكتروليت قوي يحوي احد ايونات‬ ‫االلكتروليت الضعيف في نفس احمللول‪.‬‬ ‫درجة التفكك او درجة التأين‬ ‫هي النسبة بني كمية الصنف املذاب املتفككة عند حالة االتزان الى كمية الصنف املذاب الكلية‪.‬‬ ‫محلول بفر ‪Buffer Solution‬‬ ‫محلول مائي مكون من مزيج حلامض ضعيف مع احد امالحه (القاعة القرينة للحامض الضعيف) او قاعدة‬ ‫ضعيفة مع احد امالحها (احلامض القرين للقاعدة الضعيفة) ويكون لهذا املزيج القابلية على مقاومة التغير في‬ ‫االس الهيدروجيني (‪ )pH‬عند اضافة كمية صغيرة من حامض قوي او قاعدة قوية اليه‪.‬‬ ‫الذوبانية ‪Solubility s‬‬ ‫هي عدد موالت املادة التي تذوب في لتر واحد من احمللول املشبع للمادة (اي عند حالة االتزان بني املادة الصلبة‬ ‫ومحلول املادة)‪.‬‬ ‫ثابت حاصل الذوبانية ‪Solubility Product Ksp‬‬ ‫هي الكمية الناجتة من حاصل ضرب التراكيز املوالرية (عند حالة االتزان) لاليونات الناجتة من تفكك املادة‬ ‫شحيحة الذوبان ك ً‬ ‫ال مرفوع الى ُأس مساو ًا لعدد املوالت في املادة‪.‬‬

‫‪214‬‬

‫اسﺌلة الفﺼل الﺨامﺲ‬ ‫‪1-5‬‬

‫أشر بعالمة الدائرة حول الفقرات الصحيحة املوجودة في الصفني االخرين في اجلدول اﻵتي‪:‬‬ ‫ﻋﻨﺪ ﲢوﻝ ﺟزﻱﺀ ‪H2O‬‬ ‫‪H3O+‬‬

‫‪2-5‬‬

‫‪OH-‬‬

‫يﻔﻘﺪ ‪ / H+‬يﻜﺘﺴﺐ ‪H+‬‬

‫يﻔﻘﺪ ‪ / H+‬يﻜﺘﺴﺐ ‪H+‬‬

‫يﺴﻠﻚ ﺳﻠوﻙ‬ ‫ﺣﺎﻣﺾ ‪ /‬ﻗﺎﻋﺪﺓ‬

‫يﺴﻠﻚ ﺳﻠوﻙ‬ ‫ﺣﺎﻣﺾ ‪ /‬ﻗﺎﻋﺪﺓ‬

‫املعادلة االتية تبني حالة االتزان بني جزيئات املاء وأيوناته‪:‬‬

‫(‪H3O+)aq( + OH-)aq‬‬

‫(‪2H2O)l‬‬

‫أ‪ -‬هل يتاثر اتزان هذا النظام بتغير درجة احلرارة‪.‬‬ ‫ب‪ -‬ما قيمة ثابت احلاصل االيوني للماء عند درجة حرارة ‪ ،25°C‬وكم هو تركيز أيون الهيدروجني و تركيز أيون‬ ‫الهيدروكسيد في املاء النقي؟‬ ‫ج ‪-14 :‬‬ ‫‪1 × 10‬‬ ‫‪ 3-5‬في احملاليل املائية للمواد التالية‪ ،‬هل يكون احمللول حامضي ًا أو قاعدي ًا أو متعادالً؟ وملاذا؟‬ ‫(أ) ‪( ،NH4Cl‬ب) ‪( ،Na2SO4‬ج) ‪( ،CH3COOK‬د) ‪( ،CaF2‬هـ) ‪( ،MgSO4‬و) ‪.KCl‬‬

‫‪4-5‬‬

‫أكمل املعادالت التالية بوضع (‬

‫) او وضع (‬ ‫(‪H3O+)aq( + NO3-)aq‬‬

‫)‪.‬‬

‫(‪HNO3 )aq( + H2O)l‬‬

‫(‪CH3NH3+)aq( + OH-)aq‬‬

‫(‪CH3NH2 )aq( + H2O)l‬‬

‫(‪NH3 )aq( + H3O+)aq( + Cl-)aq‬‬

‫(‪NH4Cl)s( + H2O )l‬‬

‫(‪H3O+)aq( + NO2-)aq‬‬

‫(‪HNO2 )aq( + H2O )l‬‬

‫(‪Ba2+)aq( + 2OH-)aq‬‬

‫(‪Ba)OH(2 )s‬‬

‫‪ 5-5‬اختر اجلواب الصحيح‪:‬‬ ‫‪ .1‬أن عدد مليغرامات يودات الباريوم (‪ M= 487 g/mole‬و ‪ )Ksp = 1.57 × 10-9‬التي ميكــــــــــن أن تذوب في‬ ‫‪ 150 mL‬من املاء النقي هي‪( :‬أ) ‪( ،34.4 mg‬ب) ‪( ،44.4 mg‬ج) ‪.53.4 mg‬‬ ‫‪ .2‬التراكيز املوالرية اليونات ‪ Na+‬و ‪ SO42-‬في محلول مائي يكون تركيز ًا لكبريتات الصوديوم فيه يســـــــــــاوي‬ ‫‪ 0.4 M‬هي‪( :‬أ) ‪ ]SO42-[ = 0.4 M‬و ‪( ،]Na+[= 0.4 M‬ب) ‪ ]SO42-[ = 0.4 M‬و ‪،]Na+[= 0.2 M‬‬ ‫(ج) ‪ ]SO42-[ = 0.4 M‬و ‪.]Na+[= 0.8 M‬‬

‫‪215‬‬

‫‪ .3‬قيم ‪ pH‬و ‪ pOH‬حمللول ‪ 0.05 M‬هيدروكسيد الصوديوم هي‪( :‬أ) ‪ pH = 1.3‬و ‪،pOH = 12.7‬‬ ‫(ب) ‪ pH = 7.0‬و ‪( ،pOH = 7.0‬ج) ‪ pH = 12.7‬و ‪.pOH = 1.3‬‬ ‫‪ .4‬أن قيمة ‪ pOH‬حمللول نترات االمونيوم املائية بتركيز ‪0.5 M‬تساوي‪( :‬أ) ‪( ،7.00‬ب) ‪( ،9.22‬ج) ‪.4.78‬‬ ‫‪ .5‬يكون املزيج البفري املكون من خلط االمونيا مع ملح نترات االمونيوم‪( :‬أ) حامضياً‪( ،‬ب) متعادالً‪( ،‬ج) قاعدياً‪.‬‬

‫‪6-5‬‬

‫في الشكل املبني أعاله‪:‬‬ ‫‪ .1‬اكتب قيمة االس الهيدروجيني لكل من احملاليل املبينة فيه‪.‬‬ ‫‪ .2‬أشر الى احملاليل احلامضية والقاعدية واملتعادلة‪.‬‬ ‫‪ .3‬احسب تركيز ايون الهيدروكسيد لكل محلول‪.‬‬ ‫‪ .4‬احسب قيمة ‪ pOH‬للمحاليل أعاله‪.‬‬

‫‪7-5‬‬

‫اكمل الفراغات في اجلدول االتي‪:‬‬

‫محلول‬

‫[‪]H3O+‬‬

‫[‪]OH-‬‬

‫‪pH‬‬

‫‪pOH‬‬

‫حامض قوي ‪0.15 M HI‬‬ ‫حامض ضعيف ‪0.15 M HF‬‬ ‫قاعدة قوية ‪0.06 M RbOH‬‬ ‫قاعدة قوية ‪0.05 M Ca)OH(2‬‬

‫قاعدة ضعيفة ‪0.75 M NH4OH‬‬ ‫‪8-5‬‬

‫اكمل الفراغات في اجلدول االتي‪:‬‬

‫رقم احمللول‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪216‬‬

‫‪pOH‬‬

‫‪2.90‬‬ ‫‪9.47‬‬

‫[‪]OH-‬‬

‫‪pH‬‬ ‫‪3.84‬‬ ‫‪12.61‬‬

‫[‪]H3O+‬‬

‫‪9-5‬‬

‫اكمل الفراغات في اجلدول االتي‪:‬‬

‫امللح‬

‫‪Ag2S‬‬

‫‪MgC2O4‬‬ ‫‪Sb2S3‬‬ ‫‪ZnSO4‬‬

‫الذوبانية‬ ‫(‪)mole/L‬‬

‫(‪)g/L‬‬

‫‪6.0 × 10-50‬‬ ‫‪4.06‬‬

‫(‪)g/L‬‬ ‫(‪)mole/L‬‬

‫‪Ksp‬‬

‫‪pKsp‬‬

‫‪1.35 × 10-19‬‬ ‫‪0.02‬‬

‫‪ 10-5‬اذا علمت ان قيمة ‪ Ka‬حلامض البروبانويك ‪ C2H5COOH‬تساوي ‪ ،1.3 × 10-5‬ماهي النسبة املئوية‬ ‫لتفكك احلامض في محلوله املائي ذو تركيز ‪ 0.65 M‬؟‬ ‫ج ‪% 0.45 :‬‬ ‫‪ 11-5‬ما تركيز االمونيا [‪ ]NH3‬في احمللول الذي يكون في حالة اتزان مع ‪]NH4+[ = 0.01 M‬‬ ‫و ‪]OH-[ = 1.2 × 10-5 M‬؟‬ ‫ج ‪6.67 × 10-2 M :‬‬ ‫‪ 12-5‬احسب كتلة ملح خالت الصوديوم (‪ )M= 82 g/mole‬الالزم اضافتها الى لتر واحد من محلول‬ ‫‪ ،0.125 M‬حامض اخلليك للحصول على محلول بفر تكون قيمة ‪ pH‬له تساوي ‪( .4.74‬مالحظة‪ :‬افترض ان اضافة‬ ‫امللح التؤدي الى تغير احلجم)‪.‬‬ ‫ج ‪10.25 g/L :‬‬ ‫‪( 13-5‬أ) ماقيمة االس الهيدروجيني ملزيج بفري مكون من حامض النتروز (‪Ka)HNO2( = 4.5 × 10-4 )HNO2‬‬ ‫بتركيز ‪ 0.12 M‬ونتريت الصوديوم ‪ NaNO2‬بتركيز ‪ 0.15 M‬؟ (ب) احسب قيمة ‪ pH‬احمللول الناجت بعد اضافة‬ ‫‪ 1.0 g‬من هيدروكسيد الصوديوم (‪ )M = 40 g/mole‬الى لتر واحد من محلول البفر‪.‬‬ ‫ج ‪3.62 ; 3.45 :‬‬ ‫‪ 14-5‬اذا كانت هناك حاجة لتحضير محلول بفر ذو ‪ pH = 9.0‬من مزج ‪ NH3‬مع ‪ .NH4Cl‬كم يجب ان تكون‬ ‫[‪]NH4+‬‬ ‫؟‬ ‫النسبة بني‬ ‫[‪]NH3‬‬ ‫ج ‪1.82 :‬‬

‫‪ 15-5‬يعتبر حامض النيكوتنيك من احلوامض العضوية الضعيفة احادية البروتون وميكن التعبير عنه على شكل ‪.HA‬‬ ‫‪HA)aq( +‬‬ ‫(‪H+)aq( + A-)aq‬‬ ‫فﺈذا كـان احمللول املائي لهذا احلامـض عند حالـة االتزان مكونة من ‪ ]HA[ = 0.049 M‬و‬ ‫‪ ،]H+[ = ]A-[ = 8.4 × 10-4 M‬ماقيمة ثابت تفكك احلامض؟‬ ‫ج ‪1.44 × 10-5 :‬‬ ‫‪ 16-5‬يتأين حامض اخلليك في محلوله املائي ذو التركيز ‪ 0.01 M‬مبقدار ‪ .%4.2‬احسب ثابت تأين احلامض‪.‬‬ ‫ج ‪1.84 × 10-5 :‬‬ ‫‪ 17-5‬عند قياس قيمة ‪ pH‬حمللول ‪ 0.115 M‬كلورو حامض اخلليك ‪ ClCH2COOH‬وجد انه يساوي ‪.1.92‬‬ ‫احسب قيمة ‪ Ka‬لهذا احلامض الضعيف‪.‬‬ ‫ج ‪1.4 × 10-3 :‬‬

‫‪217‬‬

‫‪ 18-5‬احسب قيمة ‪ pH‬و [‪ ]OH-‬حملاليل االمالح التالية‪:‬‬ ‫(‪ 0.5 M )3‬نترات الصوديوم ‪.NaNO3‬‬ ‫(‪ 0.1 M )1‬سيانيد الصوديوم ‪.NaCN‬‬ ‫(‪ 0.25 M )2‬نترات االمونيوم ‪.NH4NO3‬‬ ‫مع العلم ‪Ka)HCN( = 4.9 × 10-10‬‬ ‫‪ 19-5‬احسب كتلة كلوريد االمونيوم (‪ )M= 53.5 g/mole‬الواجب اضافتها الى ‪ 500 mL‬من محلــــــول‬ ‫‪ 0.15 M‬امونيا جلعل قيمة ‪ pH‬احمللول تساوي ‪.9.0‬‬ ‫ج ‪7.22 :‬‬ ‫‪ 20-5‬احسب الذوبانية املوالرية (‪ )mole/L‬والذوبانية بداللة (‪ )g/L‬مللح كبريتات الفضــــــــــــــة ‪Ag2SO4‬‬ ‫(‪ M = 314 g/mole‬و ‪ )pKsp = 4.92‬في (أ) املاء النقي‪( ،‬ب) محلول ‪0.15 M‬كبريتات البوتاسيوم ‪.K2SO4‬‬ ‫ج ‪ :‬أ‪ 4.396 g/L ; 0.014 M -‬ب‪1.26 × 10-2 g/L ; 4 × 10-5 M -‬‬ ‫‪ 21-5‬ما عدد غرامات ملح كرومات الفضة ‪ )M = 332 g/mole( Ag2CrO4‬التي ميكن ان تذوب فــــــــي‬ ‫‪ 100 mL‬من املاء املقطر؟ علما بأن ‪.Ksp = 1.1 × 10-12‬‬ ‫ج ‪2.161 × 10-3 g :‬‬

‫‪ 22-5‬ما ذوبانية ملح كرومات الباريوم ‪ BaCrO4‬في محلول يكون فيه تركيز كلوريد الباريوم ‪BaCl2‬‬ ‫(الكتروليت قوي) يساوي ‪0.1 M‬؟ اذا علمت ان ‪.Ksp)BaCrO4( = 1.2 × 10-10‬‬ ‫ج ‪1.2 × 10-9 M :‬‬ ‫‪ 23-5‬كم ستكون قيمة ‪ pH‬احمللول الناجت من مزج ‪ 20 mL‬من ‪ 0.2 M‬هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬مــــع‬ ‫‪50 mL‬من ‪ 0.1 M‬حامض اخلليك ‪CH3COOH‬؟ علما بأن ‪.Ka)CH3COOH( = 1.8 × 10-5‬‬ ‫ج ‪5.34 :‬‬ ‫‪ 24-5‬عند إضافة ‪ 25 mL‬من ‪ 0.2 M‬محلول هيدروكسيد الصوديوم ‪ NaOH‬الى ‪ 50 mL‬من‪0.1 M‬‬ ‫محلول حامض اخلليك‪ ،‬ماذا ستكون قيمة االس الهيدروجيني للمحلول الناجت؟‬ ‫ج ‪8.78 :‬‬ ‫‪ 25-5‬احسب قيمة الـ ‪ pH‬حمللول ناجت من مزج ‪ 26 mL‬من ‪ 0.2 M‬هيدروكسيد الصوديوم مع ‪ 50 mL‬مــــن‬ ‫‪ 0.1 M‬حامض الهيدروكلوريك‪.‬‬ ‫ج ‪11.42 :‬‬ ‫‪ 26-5‬كم هي كتلة هيدروكسيد البوتاسيوم (‪ )M = 56 g/mole‬الالزم اضافتها الى ‪ 200 mL‬من املاء لتصبح‬ ‫قيمة ‪ pH‬احمللول الناجت تساوي ‪11‬؟‬ ‫ج ‪0.0112 g :‬‬ ‫‪ 27-5‬اذا علمت ان النسبة املئوية للتفكك ‪ 0.1 M‬حامض الهيدروسيانيك ‪ HCN‬تساوي ‪ ،% 0.01‬كم هو ثابت‬ ‫تأين هذا احلامض‪.‬‬ ‫ج ‪1 × 10-9 :‬‬ ‫‪ 28-5‬احسب الذوبانية املوالرية ‪( s‬التركيز املوالري لاليونات الناجتة من تفكك امللح عند حالة‬ ‫االتزان) و الذوبانية بداللة (‪ )g/L‬لهيدروكسيد اخلارصني ‪.)M=99.4 g/mol( Zn)OH(2‬‬ ‫اذا علمت ان ‪.Ksp )Zn)OH(2( = 1.2 × 10-17‬‬ ‫ج ‪1.3 × 10-13 :‬‬

‫‪ 29-5‬احسب قيمة االس الهيدروجيني حمللول نتج من تخفيف ‪ 1mL‬من ‪13.6 M‬حامض الهيدروكلوريك الى لتر باملاء‪.‬‬ ‫ج ‪1.866 :‬‬ ‫‪ 30-5‬ان تركيز أيون الكالسيوم (‪ )M = 40 g/mole‬في بالزما الدم يساوي ‪ ،0.1 g/L‬فاذا كان تركيز أيون‬ ‫االوكزاالت فيه يساوي ‪ ،1×10-7 M‬هل تتوقع ان تترسب اوكزاالت الكالسيوم ‪)pKsp = 8.64( CaC2O4‬؟‬ ‫ج ‪ :‬ال يحصل الترسيب‬

‫‪218‬‬

‫الفصل السادس تفاعالت التأكسد واالختزال والكيمياء الكهربائية‬

‫‪6‬‬

‫‪Redox Reactions and Electrochemistry‬‬

‫بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على أن‪:‬‬

‫يعرف معنى عدد التأكسد والتمييز بينه وبني التكافؤ‪ ،‬وكيفية حساب عدد‬ ‫التأكسد في املركبات أو اجلذور الكيميائية ‪.‬‬ ‫يوضح معنى التأكسد واالختزال وكيفية موزانة املعادالت الكيميائية التي‬ ‫تشتمل عليهما ويفسر معنى العامل املؤكسد والعامل املختزل ‪.‬‬ ‫يفهم معنى كل من املصطلحات اآلتية ‪:‬‬ ‫القطب ‪ ،‬االنود ‪ ،‬الكاثود ‪ ،‬التيار الكهربائي‪ ،‬معادلة نرنست‪ ،‬اخللية الكلفانية‪،‬‬ ‫اخللية االلكتروليتية‪.‬‬ ‫يدرك تركيب قطب الهيدروجني القياسي واتخاذ جهده كمرجع لقياس جهود‬ ‫االقطاب القياسية األخرى‪.‬‬ ‫يفهم العمليات التي حتدث في اثناء التحليل والطالء الكهربائي ‪.‬‬ ‫يشرح تركيب البطاريات والتفاعالت التي تتم عند أقطابها املختلفة عند قيامها‬ ‫بتوليد التيار الكهربائي‪.‬‬

‫يجد العالقة بني وزن العنصر املتحرر عند القطب في أثناء التحليل الكهربائي‬ ‫وكمية التيار الكهربائي املار في خلية التحليل وتطبيق قانوني فاراداي ‪.‬‬ ‫̊‪ E‬واجلهد غير القياسي ‪Ecell‬‬ ‫يفسر العالقة بني جهد اخللية القياسي‬ ‫‪cell‬‬ ‫والتغير في الطاقة احلرة القياسية ̊‪ ∆G‬وثابت االتزان ‪. Keq‬‬

‫‪219‬‬

‫‪ 1-6‬مقدمة‬

‫ُت َعدُّ الكيمياء الكهربائية فرع ًا من فروع الكيمياء‪ ،‬تهتم بالتحوالت بني‬ ‫الطاقة الكيميائية والطاقة الكهربائية حيث حتصل بعض التفاعالت الكيميائية‬ ‫نتيجة المرار تيار كهربائي‪ ،‬كما تؤدي بعض التفاعالت الكيميائية الى نشوء‬

‫تيار كهربائي‪ .‬والعمليات الكهروكيميائية هي تفاعالت تأكسد واختزال‪ ،‬ويتم‬

‫فيها انبعاث طاقة بوساطة تفاعل تلقائي‪ ،‬ومن ثم حتويل هذه الطاقة الى طاقة‬ ‫كهربائية‪ .‬او يتم فيها استخدام الطاقة الكهربائية الجناز تفاعل غير تلقائي‪.‬‬

‫إن تصميم واستعمال البطاريات املختلفة وكذلك عمليات الطالء والترسيب‬

‫الكهربائي عمليات تعتمد على القوانني املشتقة من الكيمياء الكهربائية‬ ‫واستعمال هذه القوانني يشمل جميع النشاطات واملجاالت الصناعية‪ُ .‬ت َعدُّ‬

‫النضيدة (البطارية) املستعملة لتشغيل السيارة اوالراديو اواملسجل اوالساعة‬ ‫اوبقية االجهزة الكهربائية مثا ًال جيد ًا على استخدام التفاعالت الكيميائية‬ ‫لتوليد الطاقة‪ .‬ومن ناحية اخرى تعتبر عملية الطالء الكهربائي لالوعية واملعدات‬ ‫واالجهزة وكذلك تصنيع الدوائر االلكترونية املطبوعة وعملية تنقية الفلزات‬

‫وحتضير بعض العناصر مثا ًال اخر تستخدم فيها الطاقة الكهربائية اخلارجية الجناز‬

‫هذا النوع من التفاعالت‪.‬‬

‫‪ 2-6‬أعداد التأكسد ‪Oxidation Number‬‬ ‫توصف عمليات او تفاعالت التاكسد واالختزال بداللة اعداد سالبة وموجبة‬ ‫والصفر ُتكتب فوق رمز العناصر املشتركة فيها وتسمى اعداد التاكسد او تسمى‬ ‫حاالت التاكسد‪ .‬ميثل عدد التأكسد لكل ذرة موجودة في جزيء مركب الشحنة‬ ‫الكهربائية (عدد االلكترونات) التي تفقدها او تكتسبها تلك الذرة‪ .‬وفيما يلي‬ ‫القواعد املستخدمة حلساب اعداد التأكسد‪:‬‬ ‫‪ -1‬عدد التأكسد ألي عنصر غير متحد (عنصر حر) يساوي صفرا‪.‬‬

‫‪Na, Be, K, Pb, H2, O2, P4 = 0‬‬

‫‪ -2‬عدد التأكسد لاليون احادي الذرة يساوي الشحنة على هذا االيون‪.‬‬

‫‪O2-, O = -2‬‬

‫‪220‬‬

‫‪Li+, Li = +1, Fe3+, Fe = +3,‬‬

‫‪ -3‬عدد التأكسد للهيدروجني (‪ )+1‬ما عدا الهيدريدات فيأخذ (‪)-1‬‬ ‫فعدد التأكسد للهيدروجني في املاء ‪ H2O‬هو (‪ ،)+1‬اما عدد تأكسده في‬ ‫هيدريد الصوديوم ‪ NaH‬فهو (‪.)-1‬‬ ‫‪ -4‬عدد التأكسد لالوكسجني (‪ )-2‬ما عدا البيروكسيدات فيأخذ (‪)-1‬‬ ‫فعدد التأكسد لالوكسجني في املاء ‪ H2O‬هو (‪ ،)-2‬اما عدد تأكسده في‬ ‫بيروكسيد الهيدروجني ‪ H2O2‬فهو (‪.)-1‬‬

‫‪-5‬‬ ‫أ‪ -‬عدد التأكسد لعناصر الزمرة االولى‪ ،‬زمرة (‪ )IA‬هو (‪)+1‬‬ ‫‪Cr+2‬‬ ‫‪Cr+3‬‬ ‫‪Li, Na, K, Rb, = +1‬‬ ‫ب‪ -‬عدد التأكسد لعناصر الزمرة الثانية‪ ،‬زمرة (‪ )IIA‬هو (‪)+2‬‬ ‫‪Be, Mg, Ca, Sr = +2‬‬ ‫جـ‪ -‬عدد التأكسد لعناصر الزمرة الثالثة‪ ،‬زمرة (‪ )IIIA‬هو (‪)+3‬‬ ‫‪B, Al, Ga, In = +3‬‬ ‫‪ -6‬عدد التأكسد للهالوجينات‪( ،‬الزمرة السابعة‪ )VIIA ،‬هو (‪)-1‬‬ ‫‪F, Cl, Br, I = -1‬‬ ‫والستخراج عدد التأكسد لذرات العناصر االخرى عند وجودها في اجلزيئات‬ ‫والتي لم تذكر في القواعد اعاله‪ ،‬فيمكن استخدام القاعدتني االتيتني‪:‬‬ ‫‪Cr+6‬‬ ‫القاعدة االولى‪ :‬مجموع اعداد التأكسد جلميع الذرات في مركب متعادل يساوي‬ ‫صفراً‪.‬‬ ‫‪Cr+6‬‬ ‫‪ Na = +1‬و ‪ Cl = -1‬في ‪ :NaCl‬وحسب هذه القاعدة ‪)+1(+) -1 ( = 0‬‬ ‫القاعدة الثانية‪ :‬مجموع اعداد التأكسد جلميع الذرات في ايون متعدد الذرات‬ ‫يساوي شحنة االيون‪.‬‬ ‫‪ H = +1‬و ‪ P = P‬و ‪ O = -2‬في ‪ H2PO4-‬وحسب القاعدة‪:‬‬ ‫‪ {2×)+1(} +)P(+{4×)-2(} = -1‬ومنه جند عدد تأكســــــــــــد‬ ‫الفسفور‪P = +5 :‬‬ ‫الشكل ‪1-6‬‬ ‫وقد تظهر الذرات التي لها اكثر من عدد تأكسد واحد في مركباتها املختلفة‬ ‫تتغير الوان المحاليل التي تحتوي‬ ‫الوانا مختلفة مع تغير عدد تأكسدها ]الشكل (‪ .[)1-6‬يبني اجلدول ‪ 1-6‬قيم على امالح الكروم مع تغير عدد‬ ‫تاكسده في ذلك الملح‪.‬‬ ‫اعداد التأكسد للعناصر‪.‬‬

‫مثال ‪1-6‬‬ ‫حدد اعداد تاكسد العناصر في املركبات وااليونات والذرات االتية‪:‬‬ ‫‪ F2‬و ‪ BaO‬و‪PO43−‬و‪ Mg2+‬و ‪ KCl‬و ‪SO2‬‬ ‫احلـــل‪:‬‬ ‫‪ F = 0‬حسب القاعدة (‪)1‬‬ ‫‪:F2‬‬

‫مترين ‪1-6‬‬

‫‪ :BaO‬ميكن ايجاد عدد تاكسد ‪ Ba‬حســـــــــــــب القاعدة االولى‪O = ،‬‬ ‫ومنه ‪Ba = +2‬‬ ‫‪ -2‬و ‪ ، Ba‬وعليه ‪)Ba( + )-2(= 0‬‬ ‫املشار اليها باللون االحمر في املركبات‬ ‫‪ :PO43−‬ميكن ايجاد عدد تاكسد ‪ P‬حســـــــــــــــب القاعدة االولى‪O = ،‬‬ ‫وااليونات االتية‪:‬‬ ‫‪ -2‬و ‪ ، P‬وعليه ‪)P( + {4×)-2(}= -3‬ومنه ‪P = +5‬‬ ‫و ‪ NaIO3‬و ‪ K2Cr2O7‬و ‪MnO41-‬‬ ‫‪ Mg = +2 :Mg2+‬حسب القاعدة (‪)2‬‬ ‫‪ HPO42‬و ‪ H2CO3‬و ‪H2SO4‬‬‫‪ Cl = -1 :KCl‬و ‪ K = +1‬حسب القاعدة (‪ 5‬أو ‪)6‬‬ ‫‪ :SO2‬ميكن ايجاد عدد تاكسد ‪ S‬حســـــــــــــــــب القاعدة االولى‪O = ،‬‬ ‫‪ -2‬و ‪ ،S‬وعليه ‪ )S( + {2×)-2(}= 0‬ومنه ‪S = +4‬‬ ‫احسب‬

‫عدد‬

‫تأكسد‬

‫العناصر‬

‫‪221‬‬

‫اجلدول ‪1-6‬‬

‫قيم اعداد التاكسد للعناصر في اجلدول الدوري‬

‫‪ 3-6‬ﺗفاعالﺕ التأكسد واالختزال ‪Redox Reactions‬‬

‫‪222‬‬

‫متثل تفاعالت التاكسد واالختزال نوعا مهما من التفاعالت الكيميائية‪.‬‬ ‫فالطاقة الناجتة من احتراق الوقود بانواعه‪ ،‬والتيار الكهربائي الذي نحصل عليه‬ ‫من البطاريات وصدأ احلديد كلها انواع لتفاعالت التاكسد واالختزال‪] ،‬الشكل‬ ‫(‪.[)2-6‬‬ ‫تتضمن تفاعالت التاكسد واالختزال انتقال لالكترونات‪ .‬وكان اول تعريف‬ ‫لعمليتي التأكسد واالختزال هي فقدان او اكتساب االوكسجني‪ ،‬على التوالي‬ ‫لكن هذا التعريف اصبح قدميا رغم صحته‪ ،‬يعرف التاكسد واالختزال على النحو‬ ‫االتي‪:‬‬ ‫التأكسد (‪ :)Oxidation‬عبارة عن تغير كيميائي يصحبه فقدان في‬ ‫االلكترونات من ذرة او مجموعة من الذرات ويؤدي لزيادة في اعداد التأكسد‪.‬‬ ‫ففي التفاعل التالي الذي يتضمن ُتكون ايونات الصوديوم وايونات الكلوريد‬ ‫في شبكة بلورية من خالل التفاعل الباعث للحرارة كما في املعادلة الكيميائية‬ ‫االتية‪:‬‬ ‫(‪2Na)s( + Cl2)g‬‬ ‫(‪2NaCl)s‬‬

‫ميثل تكون ايونات الصوديوم عملية تاكسد الن كل ذرة صوديوم فقدت‬ ‫الكترونا لتصبح ايون ًا من الصوديوم‪ُ .‬متثل حالة االكسدة بوضع عدد التاكسد‬ ‫فوق رمز الذرة او االيون‪:‬‬ ‫‪Na0‬‬ ‫‪Na+ + e‬‬‫نالحظ من هذه املعادلة تغير عدد التاكسد للصوديوم من (‪ )0‬وهو عدد تاكسد‬ ‫العنصراحلر الى (‪ )+1‬وهوعدد تاكسد ايون الصوديوم‪ ،‬اي ان ذرة الصوديوم‬ ‫تأكسدت الى ايون الصوديوم وزاد عدد تاكسدها مبقدار (‪.)+1‬‬ ‫االختزال (‪ :)Reduction‬هو عبارة عن تغير كيميائي تكتسب فيه الذرة‬ ‫أو مجموعة من الذرات إلكترونات يصاحبها نقصان في عدد التأكسد للعنصر‪،‬‬ ‫فسلوك الكلور في تفاعله مع الصوديوم في التفاعل اعاله بأن تكتسب كل ذرة‬ ‫كلور الكترون ًا واحد ًا وينقﺺ عدد تاكسدها من الصفر الى (‪ )-1‬يعتبر اختزاالً‪:‬‬ ‫‪Cl20 + 2e‬‬‫‪2Cl-1‬‬ ‫فالصنف املشترك في التفاعل الذي يقل فيه عدد التاكسد هو الذي قد مت اختزاله‪،‬‬ ‫فذ ﱠرة الكلور التي قل عدد تأكسدها من الصفر الى (‪ )-1‬قد اختزلت الى ايون‬ ‫كلوريد‪ .‬ال ميكن أن حتدث عملية التاكسد دون حدوث عملية اختزال مرافقة لها‪،‬‬ ‫الن املادة التي تتاكسد تقابلها مادة تختزل‪ .‬ويكون العدد الكلي لاللكترونات‬ ‫املفقودة نتيجة التاكسد مساويا لعدد االلكترونات املكتسبة في عملية االختزال‪.‬‬ ‫ونحصل على التفاعل العام لعملية التأكسد واالختزال بعد جمع معادلتي التأكسد‬ ‫واالختزال كما هو مبني في املعادلة التالية بعد حذف عدد االلكترونات املفقودة‬ ‫نتيجة التاكسد والتي تكون مساوية لعدد االلكترونات املكتسبة في عملية‬ ‫االختزال‪.‬‬ ‫‪2Na + Cl2‬‬ ‫‪2Na+ + 2Cl‬‬‫يدعى هذا التفاعل بتفاعل تأكسد واختزال ويحصل فيه انتقال الكترونات‬ ‫من ذرة الى أخرى‪ .‬فالذرة التي تفقد الكترونات يقال عنها تأكسدت‪ .‬اما التي‬ ‫تكتسب الكترونات فيقال عنها اختزلت‪ .‬وعليه‪ ،‬ففي هذا التفاعل تأكسدت ذرة‬ ‫الصوديوم‪ ،‬بينما اختزلت ذرة الكلور‪.‬‬ ‫وﳑا ذكر اعاله نالحظ ان معرفة اعداد التأكسد تساعدنا بسرعة في احلكم‬ ‫فيما اذا كان تفاعل ما هو تفاعل تأكسد ام غير ذلك‪ .‬وذلك مبتابعة اعداد التاكسد‬ ‫للعناصر املشمولة في هذا التفاعل‪ .‬لنالحظ التفاعل التالي بني خامس كلوريد‬ ‫الفسفور واملاء‪:‬‬ ‫‪H3+1P+5O4-2 + 5H+1Cl-1‬‬

‫(أ)‬

‫(ب)‬

‫الشكل ‪2-6‬‬ ‫أ) احتراق الميثان تفاعل تاكسد‬ ‫واختزال‬ ‫(‪CH4)g(+2O2)g‬‬ ‫‪CO2)g(+2H2O)l(+Energy‬‬ ‫ب) تاكسد الحديد (صدا الحديد)‬ ‫تفاعل تاكسد واختزال‬ ‫(‪4Fe)s(+3O2)g‬‬ ‫‪2Fe2O3)s(+Energy‬‬

‫‪P+5Cl5-1 + 4H2+1O-2‬‬

‫ال ُيعتبر هذا التفاعل تفاعل تاكسد واختزال وذلك لعدم حدوث تغير في اعداد‬ ‫التأكسد للعناصر املشمولة فيه‪ .‬بينما نستطيع ان نحكم على تفاعل عنصر‬ ‫النحاس مع حامض النتريك املركز املبني في املعادلة االتية‪:‬‬

‫‪Cu+2)N+5O3-2(2 +2N+4O2-2 +2H2+1O-2‬‬

‫‪Cu0 + 4H+1N+5O3-2‬‬

‫‪223‬‬

‫اختـزال‬

‫تأكسد‬

‫انتبه !‬

‫يجب مالحظة ان االلكترونات‬ ‫املفقودة تكتب في طرف النواﰋ (في‬ ‫الطرف االمين من املعادلة)‪ ،‬بينما‬ ‫تكتب االلكترونات املكتسبة في‬ ‫طرف املتفاعالت (الطرف االيسر من‬ ‫املعادلة)‪.‬‬

‫بسهولة على انه تفاعل تأكسد واختزال وذلك من مالحظة التغير في اعداد‬ ‫التأكسد للنحاس والنتروجني‪ .‬فذرة النحاس تغير عدد تأكسدها من (‪ )0‬الى‬ ‫(‪ )+2‬لذا فقد عانت تأكسد ًا بفقدانها الكترونني‪ ،‬بينما تغير عدد تأكسد‬ ‫ذرة النتروجني من (‪ )+5‬الى (‪ )+4‬اي انها اكتسبت الكترون ًا واحد ًا وعانت‬ ‫اختزاال‪.‬ميكن توضيح تفاعل الكاربون مع الكبريت لتكوين كبريتيد الكاربون‬ ‫والذي فيه يتأكسد الكاربون ويختزل الكبريت حسب الشكل املجاور ‪.‬‬ ‫ميكن توضيح فقدان االلكترونات او اكتسابها في معادلة تفاعل التاكسد‬ ‫واالختزال اذا قسمناه الى نصفني‪ :‬نصف تفاعل (تاكسد) و نصف تفاعل‬ ‫(اختزال)‪ ،‬فتفاعل الصوديوم مع الكلور‪:‬‬ ‫‪2Na0+Cl20‬‬ ‫‪2Na+ + 2Cl‬‬‫ميكن تقسيمه الى نصفني‪:‬‬ ‫‪Na0‬‬ ‫‪Na+ + e‬‬‫نصف تفاعل (تاكسد)‬ ‫‪Cl20 + 2e‬‬‫‪2Cl‬‬‫نصف تفاعل (اختزال)‬ ‫وعند جمع نصفي التفاعل يجب مساواة عدد االلكترونات املفقودة مع املكتسبة‬ ‫اوالً‪ ،‬وعليه ُيضرب نصف تفاعل التأكسد ×‪ 2‬لنحصل على‪:‬‬ ‫‪2Na0‬‬ ‫‪2Na+ + 2e‬‬‫‪Cl20 + 2e‬‬‫‪2Cl‬‬‫وبجمع املعادلتني بعد حذف عدد االلكترونات املتساوية من الطرفني نحصل‬ ‫على التفاعل العام‪:‬‬ ‫‪2Na0+Cl20‬‬ ‫‪2Na+ + 2Cl‬‬‫فالصوديوم زاد عدد تأكسده من (صفر الى ‪ )+1‬فالعملية تدعى تأكسدا‪.‬‬ ‫والكلور ﱠ‬ ‫قل عدد تأكسده من (صفر الى ‪ )-1‬فالعملية تدعى اختزاالً‪ .‬لذا يسمى‬ ‫هذا التفاعل تفاعل تأكسد واختزال‪.‬‬

‫مثال ‪2-6‬‬

‫حدد الذرات التي تعاني تاكسدا وتلك التي تعاني اختزا ًال في التفاعالت‬ ‫التالية مع كتابة انصاف التفاعل للتاكسد واالختزال‪.‬‬ ‫‪Cl2 + 2I‬‬‫‪2Cl- + I2‬‬ ‫(‪)1‬‬ ‫‪Mg + Fe2+‬‬ ‫‪Mg2+ + Fe‬‬ ‫(‪)2‬‬

‫احلـــل‪:‬‬ ‫(‪)1‬‬

‫‪224‬‬

‫نصف تفاعل (تاكسد)‬ ‫نصف تفاعل (اختزال)‬

‫‪2Cl- + I2‬‬

‫‪Cl2 + 2I-‬‬

‫‪2I‬‬‫‪I20 + 2e‬‬‫‪Cl20 + 2e‬‬‫‪2Cl-‬‬

‫وعند جمع نصفي التفاعل يجب مساواة عدد االلكترونات املفقودة مع املكتسبة‪،‬‬ ‫والنها متساوية‪ ،‬لذا نحصل على التفاعل العام‪:‬‬ ‫مترين ‪2-6‬‬ ‫‪Cl20 + 2I‬‬‫‪2Cl- + I20‬‬ ‫حدد الذرات التي تعاني تاكسد ًا‬ ‫فاليود زاد عدد تأكسده من (‪ -1‬الى صفر) فالعملية تدعى تأكسدا‪ .‬ﱠ‬ ‫وقل عدد‬ ‫ً‬ ‫وتلك التي تعاني اختزاال في التفاعالت‬ ‫تأكسد الكلور من (صفر الى ‪ )-1‬فالعملية تدعى اختزاال‪ .‬لذا يسمى هذا التفاعل‬ ‫التالية مع كتابة انصاف التفاعل‬ ‫تفاعل تأكسد واختزال‪.‬‬ ‫للتاكسد واالختزال‪.‬‬ ‫‪Mg + Fe2+‬‬ ‫‪Mg2+ + Fe‬‬ ‫(‪)2‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪)1‬‬

‫نصف تفاعل (تاكسد)‬ ‫نصف تفاعل (اختزال)‬

‫‪Mg0‬‬ ‫‪Mg2+ + 2e‬‬‫‪Fe2+ + 2e‬‬‫‪Fe0‬‬

‫‪Zn +Cu‬‬

‫(‪MgCl2+H2 )2‬‬

‫‪Zn+Cu‬‬

‫‪Mg+2HCl‬‬

‫وعند جمــــــع نصفي التفاعل يجب مساواة عدد االلكترونات املفقودة مع‬ ‫املكتسبة اوالً‪ ،‬والنها متساوية في هذه احلالة‪ ،‬لذا نحصل على التفاعل العام‪:‬‬ ‫‪Mg + Fe2+‬‬ ‫‪Mg2+ + Fe‬‬ ‫فاملغنيسيوم زاد عدد تاكسده من (صفر الى ‪ )+2‬فالعملية تدعى تاكسدا ﱠ‬ ‫ً‪.‬وقل‬ ‫عدد تاكسد احلديد من (‪ 2+‬الى صفر) فالعملية تدعى اختزاال‪ .‬لذا يسمى هذا‬ ‫التفاعل تفاعل تاكسد واختزال‪.‬‬

‫‪ 4-6‬العوامل المؤكسدة والعوامل المختزلة‬

‫‪ 1-4-6‬العامل اﳌختزل ‪Reducing Agent‬‬

‫يعرف العامل املختزل على أنه مادة لها القدرة على اختزال مادة أخرى‪.‬‬ ‫والعامل املختزل يفقد االلكترونات ويزداد عدد تاكسده خالل تفاعل التاكسد‬ ‫واالختزال‪ ،‬لذلك يكون العامل املختزل هي املادة التي تتأكسد‪ .‬فمث ً‬ ‫ال في تفاعل‬ ‫عنصر النحاس مع حامض النتريك املركز‬ ‫‪+5‬‬ ‫‪+4‬‬ ‫‪Cu0 + 4HN O3‬‬ ‫‪Cu+2)NO3(2 + 2N O2 + 2H2O‬‬ ‫النحاس هو العامل املختزل والذي يتأكسد بسبب فقدان الذرة الواحدة منه‬ ‫الكترونني و يزداد عدد تاكسده من ‪ 0‬إلى ‪. +2‬‬

‫‪ 2-4-6‬العامل اﳌؤكسد ‪Oxidizing Agent‬‬

‫يعرف العامل املؤكسد على أنه املادة التي لها القدرة على أكسدة مادة أخرى‪.‬‬ ‫والعامل املؤكسد يكتسب االلكترونات ويقل عدد تأكسده خالل تفاعل التاكسد‬ ‫واالختزال‪ ،‬لذلك يكون العامل املؤكسد هو املادة التي مت إختزالها‪ ،‬ففي املثال‬ ‫اعاله ُي َعدُّ حامض النتريك هو العامل املؤكسد الن عدد تأكسد النتروجني فيه‬ ‫يتغير من ‪ +5‬الى ‪ +4‬في ثنائي أوكسيد النتروجني بسبب اكتساب ذرة النتروجني‬ ‫الكترون ًا واحداً‪ .‬وعليه ميكن القول كاالتي‪:‬‬

‫‪225‬‬

‫العامل املؤكسد‬ ‫املادة التي ُت ْخ َت ُ‬ ‫زل وتسبب تأكسد ًا ملادة اخرى‬

‫العامل املختزل‬ ‫املادة التي تتأكسد وتسبب اختزا ًال ملادة أخرى‬

‫مثال ‪3-6‬‬ ‫حدد العامل املؤكسد والعامل املختزل في كل من التفاعالت االتية‪:‬‬ ‫(‪Zn)s(+CuSO4)aq‬‬ ‫(‪ZnSO4)aq( + Cu)s‬‬ ‫(‪)1‬‬ ‫(‪Cu)s(+2AgNO3)aq‬‬ ‫(‪Cu)NO3(2)aq(+2Ag)s( )2‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫(‪Zn)s( +CuSO4)aq‬‬ ‫(‪ZnSO4)aq(+Cu)s‬‬ ‫(‪)1‬‬ ‫مترين ‪3-6‬‬ ‫‪ :Zn Zn‬عانى تاكسداً‪ ،‬لذا فهو عامل مختزل‬ ‫‪Zn2+ + 2e‬‬‫حدد العامل املؤكسد والعامل املختزل‬ ‫‪ :Cu2+ Cu2++ 2e‬عانى اختزالً‪ ،‬لذا فهو عامل مؤكسد‬‫‪Cu‬‬

‫في كل من التفاعالت االتية‪:‬‬

‫(‪2C)s(+O2)g( 2CO)g‬‬ ‫(‪)1‬‬ ‫(‪Cu)s( + 2AgNO3)aq‬‬ ‫(‪Cu)NO3(2)aq( + 2Ag)s( )2‬‬ ‫(‪Mg)s(+Cl2)g( MgCl2)s( )2‬‬ ‫‪ :Cu Cu‬عانى تاكسداً‪ ،‬لذا فهو عامل مختزل‬ ‫‪Cu2++ 2e‬‬‫(‪Mg)s(+Fe2+)aq‬‬ ‫‪ :Ag+ Ag++ e‬عانى اختزاالً‪ ،‬لذا فهو عامل مؤكسد‪.‬‬‫‪Ag‬‬ ‫‪Mg2+‬‬ ‫(‪+ Fe )3‬‬ ‫(‪)aq‬‬ ‫(‪)s‬‬

‫‪ 5-6‬الخاليا الكهروكيميائية ‪Electrochemical Cells‬‬ ‫عند دراستنا لتفاعالت التأكسد واالختزال‪ ،‬نالحظ أن بعض ًا منها يحدث‬ ‫بشكل تلقائي كتفاعل شريط من املغنيسيوم مع حامض الهيدروكلوريك‬ ‫املخفف حيث نالحظ حدوث تفاعل سريع يصاحبه تصاعد غاز الهيدروجني‪.‬‬ ‫(‪MgCl2)s( +H2)g‬‬

‫(‪Mg)s( +2HCl)aq‬‬

‫بينما ال حتدث بعض هذه التفاعالت بصورة تلقائية‪ ،‬وعلى سبيل املثال‪ ،‬ال يتحلل‬ ‫املاء الى عناصره االساسية املكون منها وهي الهيدروجني واالوكسجني اال بتزويده‬ ‫بطاقة خارجية‪ .‬فما عالقة تفاعالت التأكسد واالختزال التلقائية وغير التلقائية‬ ‫بالطاقة الكهربائية؟ وما عالقة هذه التفاعالت مع اخلاليا الكهروكيميائية؟‬ ‫تتكون اخللية الكهروكيميائية عادة من قطبني‪ ،‬يسمى احدهما القطب‬ ‫املوجب اواالنود (‪ )Anode‬وهو القطب الذي جتري عنده عملية التأكسد‬ ‫والذي يكون مصدر ًا لاللكترونات‪ ،‬اما القطب الثاني فهو القطب السالب ويدعى‬ ‫بالكاثود (‪ )Cathode‬وهو القطب الذي جتري عنده عملية االختزال والذي‬ ‫تتحول اليه االلكترونات املنتقلة من القطب املوجب من خالل سلك خارجي‬ ‫(دائرة خارجية)‪ .‬ويكون ِكال القطبني مغمورين في محلول الكتروليتي تشترك‬

‫‪226‬‬

‫مكوناته في تفاعالت االكسدة واالختزال التي جتري على سطحي القطبني‪.‬‬

‫تقسم اخلاليا الكهروكيميائية الى نوعني‪ :‬اخلاليا الكلفانية او الفولتائية‬ ‫وخاليا التحليل الكهربائي‪.‬‬

‫‪ 6-6‬الخاليا الكلفانية‬

‫هي تلك اخلاليا التي تتحول فيها الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية من‬ ‫خالل تفاعل كيميائي يجري تلقائياً‪ ،‬لتوليد تيار كهربائي‪ .‬وتسمى مثل هذه‬ ‫اخلاليا باخلاليا الكلفانية او اخلاليا الفولتائية‪ ،‬وهذه االسماء مشتقة من اسمي‬ ‫عاملني ايطاليني هما ليوجي كلفاني (‪ )Luigi Galvani‬واليســـــــــــــاندرو‬ ‫فولتا (‪ )Alessandro Volata‬حيث هما أول من صمما هذه اخلاليا‪ .‬إن‬ ‫البطاريات (النضائــــــــــــد) (‪ )Battries‬هي نوع من انواع اخلاليا الكلفانية‪.‬‬ ‫وقبل اخلوض في مجال وصف ما يجري في اخلاليا الكلفانية نأخذ املثال‬ ‫اآلتي‪ :‬عند غمر لوح من اخلارصني ‪ Zn‬في محلول كبريتات النحاس يبدأ بالتأكل‬ ‫واالضمحالل ويصاحب ذلك زيادة في تركيز ايونات اخلارصني‪ ،‬أي‪ :‬حدوث‬ ‫تفاعل تلقائي وبنفس الوقت تبدا طبقة اسفنجية بنية اللون (عنصر النحاس )‬ ‫باكساء اخلارصني و يترسب قسم من هذا النحاس في قعر االناء ويبدأ اللون االزرق‬ ‫للمحلول باالضمحالل نتيجة لنقصان تركيز ايونات النحاس في احمللول حتى‬ ‫يصبح عدﱘ اللون ]الشكل (‪ ،[)3-6‬كما في التفاعل االتي‪:‬‬

‫(‪Zn+2 SO4-2)aq( + Cu)s‬‬

‫‪Zn)s( + Cu+2 SO4-2‬‬ ‫(‪)aq‬‬

‫واملالحظة ان ايونات ‪ SO4-2‬لم ِ‬ ‫تعان تغير ًا في عدد تأكسدها (اي انها لم تشترك‬ ‫في التفاعل) لذا ميكن كتابة التفاعل أعاله بالشكل املبسط االتي‪:‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪Zn)aq‬‬ ‫(‪Zn)s( + Cu)aq‬‬ ‫(‪+ Cu)s‬‬

‫لوح اخلارصني‬

‫محلول كبريتات‬ ‫النحاس (‪)II‬‬

‫الشكل ‪3-6‬‬ ‫التفاعالت التي تحدث عند غمر‬ ‫لوح الخارصين في محلول كبريتات‬ ‫النحاس‪.‬‬

‫‪227‬‬

‫إن من أشهر وأبسط اخلاليا الكلفانية هي خلية دانيال (‪)Danil Cell‬‬ ‫واملوضحة مكوناتها االساسية في الشكل (‪ .)4-6‬حيث يغمر لوح من اخلارصني‬ ‫‪ Zn‬في محلول كبريتات اخلارصني ‪ ،ZnSO4‬ويغمر لوح من النحاس ‪ Cu‬في‬ ‫محلول كبريتات النحاس ‪ .CuSO4‬وتعمل اخللية على مبدأ تاكسد ‪ Zn‬الى‬ ‫‪ Zn2+‬واختزال ‪ Cu2+‬الى ‪ Cu‬والذي ميكن أن يحدث آني ًا في وعائني منفصلني‬ ‫مع انتقال لاللكترونات بني القطبني من خالل سلك خارجي‪ .‬يدعى لوحا اخلارصني‬ ‫والنحاس باالقطاب (‪ .)Electrodes‬يعرف قطب العنصر بانه ذلك العنصر‬ ‫املغمور في محلول أيوناته‪ ،‬أو في حالة متاس مع محلول يحتوي على أيونات ذلك‬ ‫العنصر‪ .‬والترتيب اخلاص كما مبني في الشكل (‪ )4-6‬القطاب ‪ Zn‬و ‪ Cu‬في‬ ‫محاليل ‪ ZnSO4‬و ‪ CuSO4‬يسمى بخلية دانيال‪.‬‬

‫الشكل ‪4-6‬‬ ‫خلية دانيال الكلفانية‬

‫ومن التعريف الذي سبق ذكره يسمى القطـب املوجب (لوح اخلارصني) باالنــود‬ ‫(‪ )Anode‬وهو القطب الذي جتري عنده عملية التاكسد والذي يكون مصدرا‬ ‫لاللكترونات‪ .‬ويسمى القطب الســـــــــــالب بالكاثود (‪ )Cathode‬وهو‬ ‫القطـب الذي جتري عنده عملية االختزال الذي تتحول اليه االلكترونات املنتقلة‬ ‫من قطب االنود الى قطعة النحاس (قطب النحاس) من خالل السلك اخلارجي‪،‬‬ ‫حيث تتفاعل مع أايونات النحاس ‪ Cu2+‬في احمللول لتنتج ذرات النحاس التي‬ ‫تترسب على سطح القطب السالب‪ .‬في خلية دانيال تسمى تفاعالت التاكسد‬ ‫واالختزال بتفاعالت نصفي اخللية عند االقطاب وهي‪:‬‬

‫تفاعل نصف اخللية‪ /‬قطب ‪( Zn‬االنود) (تأكسد)‬

‫تفاعل نصف اخللية‪ /‬قطب ‪( Cu‬الكاثود) (اختزال)‬

‫‪228‬‬

‫‪+ 2e‬‬ ‫)‪Cu(s‬‬

‫‪2+‬‬ ‫)‪Zn(aq‬‬

‫)‪Zn(s‬‬

‫‪2+‬‬ ‫‪+ 2e‬‬ ‫)‪Cu(aq‬‬

‫نالحظ ان كل ذرة خارصني ‪ Zn‬فقدت الكترونني ( عانت تأكسدا) لتعطي‬ ‫ايون اخلارصني ‪ Zn2+‬كما ان ايون النحاس ‪ Cu2+‬اكتسب الكترونني‬ ‫(عانى اختزاالً) لينتج ذرة النحاس ‪ .Cu‬ونحصل على التفاعل العام‬ ‫للخلية عند جمع تفاعلي نصفي اخللية وذلك بعد مساواة عدد االلكترونات‬

‫متساو) والتفاعل العام للخلية‬ ‫املكتسبة واملفقودة (وفي هذا املثال نرى ان العدد‬ ‫ٍ‬ ‫ال يحتوي على االلكترونات‪:‬‬

‫التفاعل العام‬

‫(‪+ Cu)s‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Zn)aq‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Zn)s( + Cu)aq‬‬

‫ويجب مالحظة أنه لوال فصل محلولي كبريتات النحاس عن كبريتات‬ ‫اخلارصني عن بعضهما لتفاعلت أيونات (‪ )Cu2+‬مع لوح اخلارصني مباشرة كما‬ ‫سبق أن متت االشارة الى ذلك‪ ،‬وعندها ال ميكن احلصول على اي تيار كهربائي‬ ‫خالل السلك اخلارجي‪ .‬والكمال الدائرة الكهربائية‪ ،‬يجب توصيل احمللولني‬ ‫بوسط جرياني ميكن لاليونات السالبة واملوجبة ان تتحرك من خالله من وعاء‬ ‫احد االقطاب الى وعاء القطب االخر‪ .‬يسمى هذا املتطلب باجلســـــــر امللحي‬ ‫(‪ ،)Salt bridge‬وهو عبارة عن انبوب زجاجي على شكل حرف ‪ U‬مقلوب‬ ‫يحتوي على محلول الكتروليتي خامل ال يتغير كيميائيا خالل العملية ُيثبت‬ ‫بداخل االنبوب مبادة االكار (‪()Ager‬ان مادة االكار مادة صمغية ُيحصل‬ ‫عليها من الطبيعة ولها استخدامات متعددة حيث تصبح سائلة عند تسخينها‬

‫وتتصلب في درجة حرارة الغرفة)‪ .‬ومن املركبات املستعملة مللء اجلسر امللحي‬ ‫هي ‪ KCl‬او ‪ KNO3‬او ‪ .K2SO4‬وحاملا تتم تكملة الدائرة الكهربائية ٔ‬ ‫يبدا‬ ‫التفاعل تلقائيا ويستمر التفاعل طاملا لم تستهلك قطعة اخلارصني بشكل تام او‬ ‫ينفذ تركيز ايونات النحاس‪ ،‬وتنتقل االلكترونات من قطب اخلارصني املوجب‬ ‫(ذرات اخلارصني) عبر السلك املوصل اخلارجي نتيجة لتحول ذرات اخلارصني الى‬ ‫ايونات موجبة ‪ Zn2+‬وتدخل احمللول الى قطب النحاس حيث حتصل عملية اختزال‬ ‫اليوناته‪ .‬اما ايونات الكبريتات ‪ SO42-‬التي بقيت في احمللول فتنتقل عبر اجلسر‬ ‫امللحي الى محلول كبريتات اخلارصني (نتيجة للزيادة احلاصلة في عدد الشحنات‬ ‫املوجبة في احمللول)‪ ،‬بينما تنتقل ايونات البوتاسيوم ‪ K+‬من اجلسر امللحي الى‬ ‫كبريتات النحاس (مبعنى ابسط تنتقل االيونات السالبة باجتاة القطب املوجب‬ ‫االنود بينما تنتقل االيونات املوجبة باجتاه القطب السالب الكاثود)‪ .‬فالتوصيل‬ ‫الكهربائي يتم عبر انتقال االلكترونات في الدائرة اخلارجية (السلك املوصل)‬ ‫بينما في الدائرة الداخلية (اجلسر امللحي) يتم من خالل حركة انتقال االيونات‪.‬‬

‫مثال ‪4-6‬‬

‫اذا علمت ان التفاعل التالي يحدث بصورة تلقائية في اخللية الكلفانية‬ ‫املوضحة في الشكل ادناه‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪Cu)aq‬‬ ‫(‪Cu)s( +2Ag)aq‬‬ ‫(‪+ 2Ag)s‬‬ ‫ا‪-‬اكتب تفاعالت نصفي اخللية‪.‬‬

‫‪229‬‬

‫ب‪-‬وضح اجتاه سريان االلكترونات عبر السلك اخلارجي واجتاه حركة االيونات‬ ‫عبر اجلسر امللحي اململوء مبحلول ‪.KNO3‬‬

‫(‪)+‬‬

‫احلـــل‪:‬‬ ‫أ‪-‬‬

‫نصف تفاعل التأكسد‪ /‬االنود‬

‫نصف تفاعل االختزال‪ /‬الكاثود‬

‫(‪)-‬‬

‫‪+ 2e‬‬‫(‪2Ag)s‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Cu)aq‬‬

‫‪+ 2e-‬‬

‫(‪Cu)s‬‬ ‫‪+‬‬ ‫(‪2 Ag)aq‬‬

‫ب‪ -‬تسري االلكترونات عبر السلك اخلارجي منطلقة من االنود (قطب النحاس)‬ ‫باجتاه الكاثود (قطب الفضة)‪ .‬بينما تتحرك األيونات املوجبة ‪ K+‬عبر اجلسر‬ ‫امللحي باجتاه القطب السالب الكاثود وااليونات السالبة(‪ )NO3-‬باجتاه‬ ‫القطب املوجب االنود‪.‬‬

‫‪ 7-6‬جهد الخلية الكلفانية ‪Galvanic Cell Potential‬‬ ‫يسري التيار الكهربائي من االنود باجتاه الكاثود بسبب الفرق بني اجلهد‬ ‫الكهربائي للقطبني‪ .‬وهذا السريان للتيار الكهربائي مشابه لسقوط املاء من‬ ‫الشالل بتاثير الطاقة الكامنة التي ميتلكها املاء‪ ،‬او سريان الغاز من منطقة ضغط‬ ‫عال الى منطقة ضغط واطئ‪ .‬يعرف جهد القطب بانه فرق اجلهد احلاصل بني لوح‬ ‫ٍ‬ ‫العنصر ومحلول آيوناته ويقسم الى قسمني ‪:‬‬

‫‪ -1‬جهد التأكسد (‪:)Oxidation potential‬‬ ‫مقدار ميل املادة نحو فقدان االلكترونا ت‪.‬‬

‫‪ -2‬جهد االختزال (‪:)Reduction potential‬‬

‫‪230‬‬

‫مقدار ميل املادة نحو اكتساب االلكترونات‪.‬‬ ‫يسمى اجلهد بني قطبي اخللية الكلفانية بجهد اخللية (‪)Cell potential‬‬ ‫ويرمز له بالرمز (‪ .)E‬ويسمى جهد اخللية مبصطلح شائع اخر القوة الدافعة‬ ‫الكهربائية للخلية ويرمز له بالرمـز (‪ )emf‬وتعني القوة الدافعة الكهربائية‬ ‫وهي مشتقة من كلمة (‪ )Electromotive force‬وبالرغم من داللة االسم‬ ‫فهو مقياس للجهد وليس للقوة‪ .‬يقاس جهد اخللية مبقياس يدعى مقياس اجلهد‬

‫او الفولتميتر (‪] )Voltmeter‬الشكل (‪ .[)5-6‬وسنرى فيما بعد أن جهد‬ ‫اخللية اليعتمد فقط على طبيعة االقطاب او االيونات وامنا يعتمد ايضا على تراكيز‬ ‫االيونات ودرجة احلرارة التي تعمل عندها اخللية‪.‬‬

‫يعرف جهد اخللية بانه اكبر قيمة لفرق اجلهد الكهربائي بني القطبني في‬ ‫اخللية الكلفانية‪ .‬ويرمز جلهد اخللية بالرمز ‪ cell( Ecell‬تعني خلية)‪ .‬لذا‬ ‫فجهد اخللية هو مقياس للقوة الدافعة للتفاعل احلاصل في اخللية‪ .‬يعتمد جهد‬ ‫اخللية على جهدي قطب التأكسد (االنود) وقطب االختزال (الكاثود)‪ .‬فاذا الشكل ‪5-6‬‬ ‫مقياس الجهد (الفولتميتر) الذي‬ ‫ورمزنا جلهد التأكسد بالرمز ‪ ox( Eox‬من ‪ oxidiotion‬وتعني تأكسد) ‪،‬‬ ‫يستخدم لقياس جهد الخلية (القوة‬ ‫رمزنا جلهد االختزال بالرمز ‪ red( Ered‬من ‪ reduction‬وتعني اختزال)‪ .‬الدافعة الكهربائية للخلية)‬ ‫فان جهد اخللية يساوي املجموع اجلبري جلهدي التأكسد واالختزال وعلى‬ ‫الشكل االتي‪:‬‬ ‫‪Ecell = Eox + Ered‬‬ ‫(‪)1‬‬ ‫ولكون عملية التأكسد حتدث عند االنود فيمكن أن نرمز جلهد التأكسد بد ًال من‬ ‫‪ Eox‬بالرمز ‪ ،Eanode‬وجتري عملية االختزال عند الكاثود لذا ميكن ان نرمز جلهد‬ ‫االختزال بد ًال من ‪ Ered‬بالرمز ‪ .Ecathode‬لذا ميكن إعادة كتابة املعادلة (‪ )1‬اعاله‬ ‫على الصورة االتية ‪:‬‬ ‫‪Ecell = Eanode + Ecathode‬‬ ‫(‪)2‬‬ ‫عند قياس جهد اخللية عند الظروف القياسية ‪ 25̊C‬وضغط ‪1 atm‬‬ ‫وعندما تكون التراكيز املوالرية لاليونات في محاليل القطبني تساوي‬ ‫(‪ 1 mol/L‬او ‪ ،)1 M‬يسمى اجلهد املقاس بجهد اخللية القياسي‬ ‫̊‪E‬‬ ‫(‪ )Standaed cell potential‬ويرمز جلهد اخللية القياسي بالرمز ‪cell‬‬ ‫وتسمى جهود االقطاب حتت نفس هذه الظروف بجهود االقطاب القياسية ويرمز‬ ‫̊‪E‬‬ ‫̊‪ . E‬وعليه ميكن اعادة كتابة املعادلة (‪ )2‬للحالة‬ ‫و ‪anode‬‬ ‫لها بالرموز ‪cathode‬‬ ‫القياسية على الشكل االتي‪:‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫(‪)3‬‬ ‫‪anode +‬‬ ‫‪cathode‬‬ ‫= ‪cell‬‬ ‫ان وحدة قياس اجلهد الكهربائي هي الفولت (‪ )Volt‬ويرمز له بالرمز (‪.)V‬‬

‫‪ 1-7-6‬ﻗياﺱ جهود االﻗﻄاب‬

‫̊‪ E‬يتطلب قياس جهود اقطاب‬ ‫كما الحظنا اعاله ان قياس جهداخللية القياسي ‪cell‬‬ ‫التاكسد واالختزال حتت الظروف القياسية‪ .‬والسؤال انه كيف يتم قياس جهد‬ ‫القطب لوحده؟ وذلك النه الميكن عمل خلية من قطـب واحد وقياس جهدها‪ ،‬لذا‬ ‫البد من وجود قطـب مرجع (‪ )Reference electrode‬لقياس جهود االقطاب‬ ‫االخرى نسبة إليه‪ .‬وهناك انواع مختلفة من االقطاب ميكن استخدامها كاقطاب‬ ‫مرجعية لقياس جهود االقطاب االخرى ومن اهمها قطب الهيدروجني القياسي‪.‬‬

‫‪231‬‬

‫‪ 2-7-6‬ﻗﻄﺐ الهيدﺭوجﲔ القياسي‬

‫‪Pt‬‬

‫عند ضغط‬

‫طبقة خشنة من البالتني‬ ‫االسود تغطي قطب ‪Pt‬‬

‫الشكل ‪6-6‬‬ ‫قطب الهيدروجين القياسي‬

‫لقد مت اختيار قطب الهيدروجني القياسي كقطب مرجع (ذو جهد قياسي‬ ‫معلوم)‪ .‬ومت اختيار قطب الهيدروجني النه عنصر نشاطه الكيميائي متوسط‬ ‫بني العناصر فيمكن استخدامه كقطب انود او كاثود‪ .‬يتكون قطب الهيدروجني‬ ‫القياسي من انبوبة زجاجية ميرر بها غاز الهيدروجني على شكل فقاعات بضغط‬

‫مقداره ‪ 1 atm‬وعند درجة حرارة ‪ 25̊C‬في محلول يحتوي على ايونات ‪H+‬‬

‫مثل محلول ‪ HCl‬ويكون تركيزه (‪ .)1 M‬حتتوي االنبوبة الزجاجية في اسفلها‬ ‫على قطعة من البالتني مغطاة بطبقة خشنة من البالتني االسود متصلة بسلك من‬

‫البالتني‪ .‬ويستخدم عنصر البالتني لصنع هذا النوع من االقطاب النه مادة‬ ‫خاملة ال تعاني تأكسد ًا واختزا ًال حتت الظروف التي يستخدم بها ولكنها‬ ‫تقوم مبهمتني‪:‬‬ ‫أ‪ -‬توفير سطح للقطب ميكن تفكك جزيئات الهيدروجني عليه‪.‬‬ ‫ب‪ -‬توفير وسيلة حلدوث توصيل كهربائي مع الدائرة اخلارجية‪.‬‬ ‫يوضح الشكل (‪ )6-6‬قطب الهيدروجني القياسي‪ .‬يرمز لقطب الهيدروجني‬ ‫القياس بالرمز (‪ )SHE‬وهذا مشـــــتق من االحرف االولى للكلمـــــــــات‬ ‫(‪.)Standard Hydrogen Electrode‬ولقد مت االتفاق في االحتاد‬ ‫الدولي للكيمياء الصرفة والتطبيقية (‪ )IUPAC‬على افتراض ان يكون‬ ‫جهد قطب الهيدروجني القياسي يساوي صفر فولت (‪ .)E̊H2 = 0.0 V‬ان‬ ‫التفاعل الذي يحدث على قطب الهيدروجني القياسي اذا مت استخدامه كأنود‬ ‫(تأكسد) هو كاآلتي‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫(‪H2 )g‬‬ ‫‪2H)aq( +2e‬‬‫‪anode = 0.0 V‬‬ ‫اما اذا استخدم ككاثود (اختزال) فتفاعله يكون‪:‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪+2e‬‬‫(‪H2)g‬‬ ‫‪cathode = 0.0 V‬‬

‫‪ 3-7-6‬جهود االﻗﻄاب القياسية‬

‫‪232‬‬

‫‪+‬‬ ‫(‪)aq‬‬

‫‪2H‬‬

‫ميكن استخدام قطب الهيدروجني القياسي لقياس اجلهود القياسية لالقطاب‬ ‫االخرى‪ ،‬فعندما يربط هذا القطب مع اي قطب اخر لعمل خلية‪ ،‬سيكون جهد‬ ‫اخللية القياسي مساوي ًا الى مجموع اجلهد القياسي لقطب العنصر مضافا له جهد‬ ‫قطب الهيدروجني القياسي‪ .‬ومبا ان قيمة جهد (‪ )SHE‬يساوي صفراً‪ ،‬فمعنى‬ ‫هذا ان اجلهد القياسي لقطب العنصر سيساوي جهد اخللية نفسها‪ .‬وعلى هذا‬ ‫االساس مت قياس جهود االختزال القياسية القطاب جميع العناصر‪ ،‬ومت ترتيب هذه‬ ‫اجلهود في جدول يعرف باسم جدول جهود االختزال القياسية‪ .‬يبني اجلـــدول‬ ‫(‪ )2-6‬تفاعالت االختزال النصاف اخلاليا ملختلف االقطاب وجهود اختزالها‬ ‫القياسية‪.‬‬

233

2F(aq) F2 (g) + 2eH2 O2(aq) + 2 H+(aq) + 2e2H2O 3+ Au (s) Au (aq) + 3e2Cl-(aq) Cl2 (g) + 2e2H2O O2(g) + 4H+(aq) + 4e2Br (aq) Br2(l) + 2eHg2+ 2Hg2+(aq) + 2e2(aq) 2+ Hg 2(aq) + 2e2Hg(l) Ag+(aq) + eAg (s) 2+ Fe3+(aq) + eFe(aq) I2 (s) + 2e2l-(aq) O2(g) + 2H2O + 4e4OH-(aq) 2+ + 2eCu(aq) Cu(s) Sn2+(aq) Sn4+(aq) + 2e+ + 2e2H(aq) H2(g) 2+ Pb(s) + 2ePb(aq) Sn (s) Sn2+(aq) + 2eNi (s) Ni2+(aq) + 2e+ 2eCo (s) Co2+ (aq) + 2eCd2+ Cd (s) (aq) 2+ Fe (s) Fe (aq) + 2e Cr(s) Cr3+(aq) + 3e+ 2eZn2+ Zn(s) (aq) 2H2O + 2e H2 (g) + 2OH-(aq) 2+ + 2eMn(s) Mn(aq) Al (s) Al3+(aq) + 3eBe2+(aq) + 2eBe(s) 2+ + 2eMg(s) Mg(aq) Na (s) Na+(aq) +eCa (s) + 2eCa2+ (aq) Ba (s) Ba2+(aq) + 2eK(s) K+(aq) + e+ + eLi(s) Li(aq)

2-6 ‫اجلدول‬ +2.87 +1.77 +1.50 + 1.36 + 1.23 + 1.07 + 0.92 + 0.85 + 0.80 + 0.77 +0.53 + 0.40 + 0.34 + 0.13 0.00 - 0.13 - 0.14 - 0.25 - 0.28 - 0.40 - 0.44 - 0.74 - 0.76 - 0.83 - 1.18 - 1.66 - 1.85 - 2.37 - 2.71 - 2.87 - 2.90 - 2.93 - 3.05

‫تزداد القوة كعامل مختزل‬

‫تزداد القوة كعامل مؤكسد‬

‫) مقاسا عند‬V( ‫جهود االختزال القياسية للعناصر معبر ًا عنها بوحدة الفولت‬ .1 M ‫ وتراكيز‬25̊C ‫درجة حرارة‬

‫ولتوضيح عملية قياس اجلهود القياسية لالقطاب باستخدام قطب الهيدروجني‬ ‫القياسي‪ ،‬نأخذ على سبيل املثال خلية مكونة من قطب اخلارصني كأنود وقطب‬ ‫الهيدروجني ككاثود واملوضحة في الشكل جانباً‪ ،‬فعند قياس جهد اخللية القياسي‬ ‫̊‪ E‬لهذه اخللية وحسب العالقة‪:‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫̊‪Eanode + E‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cathode‬‬ ‫̊ = ‪cell‬‬ ‫وجد ان قيمة ̊‪ E‬لهذه اخلليه تساوي ‪ +0.763 V‬ومبا ان جهد (‪)SHE‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫يساوي صفر ًا فعليه‪.‬‬ ‫قطب الهيدروجين‬ ‫(الكاثود)‬

‫قطب الخارصين‬ ‫(اآلنود)‬

‫مترين ‪4-6‬‬ ‫للخلية املوضحة في الشكل ادناه‬ ‫املكونة من قطب الهيدروجني كأنود‬ ‫وقطب النحاس ككاثود‪ .‬احسب اجلهد‬ ‫القياسي لقطب النحاس‪ ،‬اذا علمت ان‬ ‫جهد اخللية القياسي الذي متت قراءته في‬ ‫مقياس اجلهد يساوي‪.+0.337 V‬‬

‫̊‪E‬‬ ‫‪cell‬‬

‫‪Ecathode‬‬ ‫̊‪= E‬‬ ‫̊ ‪anode +‬‬ ‫̊‪0.763 V = E‬‬ ‫‪anode +0.0 V‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪= +0.763 V‬‬ ‫‪anode‬‬ ‫وهذا يعني ان جهد التأكسد القياسي للخارصني يساوي ‪ +0.763 V‬ولذلك‬ ‫يكون جهد االختزال القياسي له مساواٍ الى ‪ ،-0.763 V‬اي ان جهد اخللية‬ ‫القياسي ميثل اجلهد القياسي لقطب اخلارصني الن القطب االخر املربوط معه هو‬ ‫(‪.)SHE‬‬ ‫ميكن استخدام جدول جهود االختزال القياسية للعناصر ملقارنة قوتها عند‬ ‫استخدامها كعوامل مؤكسدة وعوامل مختزلة‪ ،‬حيث ت ُعد قيم جهود االختزال‬ ‫القياسية مقياسا عمليا للقدرة علىالتاكسد واالختزال‪ .‬والبد ان نعرف النقاط‬ ‫التالية املهمة حول هذا اجلدول عند استخدامة في احلسابات‪.‬‬ ‫‪ -1‬قيم اجلهود القياسية لالقطاب في اجلدول ‪ 2-6‬متثل جهود االختزال القياسية لها‪.‬‬ ‫‪ -2‬تقل جهود االختزال القياسية كلما اجتهنا الى اسفل اجلدول وهذا يعني زيادة‬ ‫سهولة تأكسدها اي زيادة قوتها كعوامل مختزلة حيث يبدأ من االعلى الكبر‬ ‫جهد اختزال ‪ +2.87 V‬لعنصر الفلور‪.‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cathode = +2.87 V‬‬

‫قطب النحاس (الكاثود) قطب الهيدروجني (اآلنود)‬

‫ج ‪+0.337 V :‬‬

‫‪234‬‬

‫‪-‬‬

‫(‪2 F)aq‬‬

‫‪F2)g( + 2e-‬‬

‫الى االسفل ٔ‬ ‫الوطا جهد اختزال ‪ -3.04 V‬لعنصر الليثيوم‪.‬‬ ‫‪+‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪Li )aq( + e‬‬‫(‪Li)s‬‬ ‫‪cathode = -3.04 V‬‬ ‫لذا ُيعد ‪ Li+‬هو العامل املؤكسد االضعف لكونه املادة االصعب في االختزال‪.‬‬ ‫وباملقابل يكون عنصر ‪ F‬هو العامل املختزل االضعف لكونه املادة االصعب‬ ‫في التأكسد‪.‬‬ ‫‪ -3‬اجلهد القياسي الي خلية يشكل احد اقطابها قطب الهيدروجني القياسي‬ ‫(‪ )SHE‬يساوي اجلهد القياسي لقطب العنصر القياسي املربوط مع قطب‬ ‫الهيدروجني القياسي في اخللية كما موضح في املثال اعاله‪.‬‬ ‫‪ -4‬ان ميل تفاعل نصف اخللية الذي يحدث عند االنود (تأكسد) في قطب‬ ‫̊‪ ) E‬هو عكس ميل تفاعل نصف‬ ‫معني (قيمة جهد التأكسد القياسي ‪anode‬‬

‫اخللية الذي يحدث عند الكاثود (اختزال) (قيمة جهد االختزال القياسي‬ ‫̊‪ ) E‬للقطب نفسه‪ .‬فعلى سبيل املثال جهد القطب لتفاعل االختزال‬ ‫‪cathode‬‬ ‫لنصف اخللية في قطب الليثيوم يساوي ‪ ،-3.04 V‬فان جهد القطب لتفاعل‬ ‫التأكسد لنصف اخللية في هذا القطب يساوي ‪.+3.04 V‬‬ ‫‪+‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪Li (aq) + e‬‬‫)‪Li(s‬‬ ‫‪cathode = -3.04 V‬‬

‫̊‪E‬‬ ‫‪anode = +3.04 V‬‬

‫‪+‬‬

‫‪Li (aq) + e-‬‬

‫)‪Li(s‬‬

‫‪ 4-7-6‬حساب جهد اخللية القياسي‬

‫عند حساب جهد اخللية القياسي يجب مراعاة النقاط االتية‪:‬‬ ‫‪ -1‬يتم اختيار قطب االنود للعنصر الذي ميتلك اقل جهد اختزال قياسي‪ .‬بينما‬ ‫يتم اختيار قطب الكاثود للعنصر الذي ميتلك اعلى جهد اختزال قياسي‪.‬‬ ‫‪ -2‬يجب ان يكون عدد االلكترونات املفقودة عند قطب االنود (عملية‬ ‫التأكسد)مساواٍ لعدد االلكترونات املكتسبة عند قطب الكاثود (عملية‬ ‫االختزال)‪ .‬وفي حال انها غير متساوية فيجب اخذ املضاعف املشترك‬ ‫األصغر العداد االلكترونات حتى يتم حذفها من طرفي تفاعالت نصفي اخللية‬ ‫واحلصول على التفاعل العام للخلية اخلالي من االلكترونات‪.‬‬ ‫‪ -3‬في حال كون عدد االلكترونات املفقودة في عمليه التأكسد غير مساوية اخلواص املركزة هي تلك اخلواص‬ ‫لعدد االلكترونات املكتسبة في عملية االختزال واخذ املضاعف املشترك التي التعتمد على كمية املادة‪ .‬راجع‬ ‫األصغر‪ .‬وعند ضرب طرفي معادالت االقطاب بعدد معني‪ ،‬فان قيمة جهد التعريف في الفصل الثالث ص‪. 92‬‬ ‫القطب القياسي تبقى ثابتة ال تتغير‪ ،‬وذلك الن اجلهد من اخلواص املركزة التي‬ ‫ال يعتمد على كمية املادة املشتركة في التفاعل وإمنا يعتمد فقط على التركيز‬ ‫املوالري اليونات محلول القطب‪ .‬فعلى سبيل املثال‪:‬‬

‫انتبه !‬

‫‪EI̊2/I- = 0.53 V‬‬

‫‪EI̊2/I- = 0.53 V‬‬

‫‪-‬‬

‫)‪2 I (aq‬‬ ‫‪-‬‬

‫)‪4 I (aq‬‬

‫‪I2(s) + 2e‬‬‫‪2I2(s) + 4e-‬‬

‫‪ -4‬تفاعالت نصفي اخللية هي تفاعالت انعكاسية‪ ،‬حيث ميكن الي قطب ان‬ ‫يعمل كأنود او ككاثود‪ ،‬اعتماد ًا على الظروف التي يستعمل فيها‪.‬‬ ‫̊‪ E‬تكتب تفاعالت نصفي اخللية‬ ‫‪ -5‬الستخراج قيمة جهد اخللية القياسي ‪cell‬‬ ‫عند االقطاب وتكتب امامها قيم جهودها القياسية ثم تستخدم العالقة االتية‬ ‫̊‪: E‬‬ ‫حلساب ‪cell‬‬

‫̊‪E‬‬ ‫‪Ecathode‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫̊ ‪anode +‬‬ ‫= ‪cell‬‬

‫اما اذا اعطيت جهود االختزال القياسية ومت اخذها من اجلدول مباشر ًة فيمكن‬ ‫استخدامها كما هي واستخدام العالقة االتية‪:‬‬

‫̊‪Ecathode - E‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪anode‬‬ ‫̊ = ‪cell‬‬

‫‪235‬‬

‫اي ان جهد اخللية القياسي ميثل الفرق بني جهدي االختزال لقطبي اخللية‪.‬‬ ‫̊‪ ) E‬تكون تفاعالت‬ ‫‪ -6‬اذا كانت قيمة جهد اخللية القياسي موجبة (‪= +‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫̊‪ ) E‬فتكون تفاعالت‬ ‫̊‪ E‬سالبة (‪= -‬‬ ‫اقطابها تلقائية‪ .‬اما اذا كانت قيمة ‪cell‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫االقطاب فيها غير تلقائية‪.‬‬

‫مثال ‪5-6‬‬

‫اكتب تفاعالت نصفي خلية دانيال املوضحة في الشكل املجاور وتفاعلها‬ ‫العام‪ ،‬واحسب جهد اخللية القياسي‪ .‬اذا علمت ان جهود االختزال القياسية‬ ‫‪ E̊Cu2+ /Cu= +0.34 V‬و ‪( .E̊Zn2+ /Zn = - 0.76 V‬معلومة‪:‬‬ ‫̊‪ E‬لتبيان ان اجلهد القياسي هو جهد اختزال)‪.‬‬ ‫نستخدم الرمز ‪Cu2+ /Cu‬‬

‫احلـــل‪:‬‬

‫عند النظرالى قيم جهود االختزال القياسية يجب ان نختار قطب النحاس‬ ‫ككاثود النه ميتلك اعلىجهد اختزال قياسي وقطب اخلارصني انود ًا النه ميتلك اقل‬ ‫جهد اختزال قياسي } النقطة (‪.{)1‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫(‪Zn)aq‬‬ ‫(‪Zn)s‬‬ ‫‪+ 2e‬‬‫‪anode = +0.76 V‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪Cu)aq‬‬

‫̊‪E‬‬ ‫‪+ 2e‬‬‫(‪Cu)s‬‬ ‫‪cathode = +0.34 V‬‬ ‫الحظ هنا اننا عكسنا اشارة جهد االختزال القياسي للخارصني الننا استعملناه‬ ‫كأنود }النقطة (‪ .{)4‬نحصل على التفاعل العام للخلية من حاصل جمع تفاعالت‬ ‫مترين ‪5-6‬‬ ‫نصفي اخللية اذا كان عدد االلكترونات املفقودة يساوي عدد االلكترونات‬ ‫احسب جهد اخللية القياسي‬ ‫املكتسبة كما هو في تفاعالت هذه اخللية‪.‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫خللية مت عملها من قطب الكادميوم‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪Zn)aq‬‬ ‫(‪Zn)s( + Cu)aq‬‬ ‫(‪+ Cu)s‬‬ ‫‪ Cd‬املغمور في محلول ‪ 1 M‬من‬

‫نترات الكادميوم وقطب الكروم ‪Cr‬‬ ‫املغمور في ‪ 1 M‬نترات الكروم‪ .‬اذا‬ ‫علمت ان جهود االختزال القياسية‬

‫‪E̊Cd2+ /Cd = -0.40 V‬‬ ‫و ‪= - 0.74 V‬‬ ‫̊‪.E‬‬ ‫‪Cr2+ /Cr‬‬ ‫ج ‪+1.14 V :‬‬

‫̊‪E‬‬ ‫‪Ecathode‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫̊ ‪anode +‬‬ ‫= ‪cell‬‬ ‫)‬ ‫) (‬ ‫(‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cell = +0.76 V + +0.34 V = 1.10 V‬‬ ‫مالحظة‪ :‬وميكن حساب جهد خلية دانيال القياسي باستخدام العالقة‪:‬‬ ‫̊‪Ecathode - E‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪anode‬‬ ‫̊ = ‪cell‬‬ ‫على شرط ان ناخذ قيم جهود االختزال القياسية من اجلدول مباشر ًة بدون‬ ‫تغيير وعلى الشكل االتي‪:‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cell = 0.34 V - )- 0.76 V( = 1.10 V‬‬

‫‪ 5-7-6‬انواﻉ االﻗﻄاب ‪Types of Electrodes‬‬

‫‪236‬‬

‫كما هو معلوم تتكون اي خلية كلفانية من قطبني هما االنود والكاثود‪ .‬وعند‬ ‫تصميم اي خلية البد ان نعرف فكرة عن االقطاب املستخدمة في تصنيع هذا‬

‫النوع من اخلاليا‪ ،‬وسنتطرق هنا الى االنواع الشائعة من االقطاب املستخدمة في‬ ‫بناء اخلاليا الكلفانية‪.‬‬

‫‪ - 1‬قطب الفلز ‪ /‬ايون الفلز‬

‫يتكون هذا النوع من االقطاب من غمر لوح من الفلز في محلول ايونات‬ ‫ذلك الفلز‪ ،‬مثال ذلك قطب اخلارصني (‪ )Zn/Zn2+‬الذي يتكون من غمر لوح‬ ‫هل ميكن حدوث كل من تفاعالت‬ ‫من اخلارصني في محلول كبريتات اخلارصني‪ ،‬ويكون تفاعل القطب على الصور‬ ‫التأكســـــــــــــــــــد واالختزال املمثلة‬ ‫التالية‪ ،‬عند استخدامه كأنود او ككاثود‪:‬‬ ‫مترين ‪6-6‬‬

‫اختزال (الكاثود)‬ ‫تأكسد (االنود)‬

‫‪ - 2‬القطب الغازي‬

‫‪+ 2e‬‬‫‪2+‬‬ ‫)‪Zn(aq‬‬

‫)‪Zn(s‬‬ ‫‪+ 2e-‬‬

‫‪2+‬‬ ‫)‪Zn(aq‬‬

‫)‪Zn(s‬‬

‫باملعادالت التالية حتت الظــــــــــــــروف‬ ‫القياسية بشـــــــــــــــكل تلقائي‪ ،‬اذا‬ ‫علمت ان جهود االختزال القياسية‬

‫̊‪E‬‬ ‫ويتكون من ضخ غاز خالل انبوبة زجاجية بضغط معني داخل محلول يحتوي ‪=- 0.28 V‬‬ ‫‪Co2+ /Co‬‬ ‫على ايونات ذلك الغاز‪ .‬ولكون الغاز غير موصل للتيار الكهربائي يستخدم عادة و ‪= - 0.25 V‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪Ni2+ /Ni‬‬

‫̊‪E‬‬ ‫سلك من البالتني كعنصر خامل يكون مثبت في االنبوبة الزجاجية ليعمل كسطح و ‪= - 0.44 V‬‬ ‫‪Fe2+ /Fe‬‬ ‫موصل للتيار الكهربائي‪ .‬وعلى سبيل املثال‪ ،‬ضخ غاز الهيدروجني بضغط ‪ 1 atm‬و ‪=+1.50 V‬‬ ‫̊‪.E‬‬ ‫‪Au3+ /Au‬‬ ‫في محلول يحتوي على ايونات الهيدروجني كمحلول ‪ .HCl‬وتفاعل االنود لقطب‬ ‫الهيدروجني الذين يحدث عند سطح قطعة البالتني يكون على الصورة االتية‪:‬‬

‫تأكسد (االنود)‬

‫‪+‬‬

‫‪2H(aq) + 2e-‬‬

‫)‪H2(g‬‬

‫او ضخ غاز الكلور في محلول يحتوي على ايونات الكلور كمحلول ‪ HCl‬او‬ ‫‪ .NaCl‬ويكون تفاعل الكاثود لقطب الكلور الذي يحدث على سطح قطعة‬ ‫البالتني على الشكل االتي ‪:‬‬

‫اختزال (الكاثود)‬ ‫‪ -3‬أقطاب التأكسد واالختزال‬

‫‬‫)‪2Cl(aq‬‬

‫‪Cl2(g) + 2e-‬‬

‫‪Ni(s) + Co2+‬‬

‫)‪+ Co(s‬‬

‫)‪(aq‬‬

‫)‪Ni2+(aq‬‬

‫)‪3Fe(s) + 2 Au (aq‬‬ ‫‪3+‬‬

‫)‪+ 2Au(s‬‬

‫‪3Fe2+‬‬ ‫)‪(aq‬‬

‫ج ‪ :‬غير تلقائي ; تلقائي‪.‬‬

‫تتكون عادة من غمر سلك من البالتني اوعمود من الكرافيت في محلول‬ ‫يحتوي على ايونات عنصر له حالتي تأكسد مختلفتني‪ .‬وعلى سبيل املثال‪ ،‬غمر‬ ‫سلك من البالتني في محلول يحتوي على ايونات ‪ Fe2+‬و ‪( Fe3+‬او في محلول‬ ‫يحتوي على ايونات ‪ Sn2+‬و ‪ .)Sn4+‬حيث ميكن كتابة تفاعالت التأكسد عندما‬ ‫يكون هذا القطب انود ًا على الصورة االتية‪:‬‬

‫‪+ e-‬‬

‫‪3+‬‬ ‫)‪Fe(aq‬‬

‫‪2+‬‬ ‫)‪Fe(aq‬‬

‫‪ 6-7-6‬التعبير عن اخللية الكلفانية كتاب ًة‬

‫تستخدم في احيان كثيرة طريقة الترميز للتعبير عن اخللية الكلفانيةكتابة‬ ‫ولذلك يجب ان نتعلم او ًال طريقة التعبير عن االقطاب كتاب ًة ومن ثم استعمال ذلك‬ ‫للتعبير عن اخللية‪ .‬للتعبيرعن قطب فلز‪/‬ايون الفلز‪ ،‬ولناخذ مث ً‬ ‫ال قطب اخلارصني‬ ‫املغمور في محلول كبريتات اخلارصني في تفاعل االختزال الذي يعبر عنه كاآلتي‪:‬‬

‫‪237‬‬

‫تفاعل اختزال (الكاثود)‬

‫)‪Zn(s‬‬

‫‪+ 2e-‬‬

‫‪2+‬‬ ‫)‪Zn(aq‬‬

‫يعبر عنه كما يظهر في معادلة نصف اخللية حيث يوضع رمز ايون الفلز او ًال‬ ‫وبجانبه يوضع بني قوسني تركيزه املوالري ثم ُيرسم خط عمودي ثم ُيكتب رمز‬ ‫الفلز وعلى الصورة االتية‪:‬‬

‫‪Zn2+ (1 M)| Zn‬‬

‫او تفاعل تأكسد‪:‬‬

‫‪2+‬‬ ‫تفاعل تأكسد (االنود)‬ ‫)‪Zn(s) → Zn(aq‬‬ ‫‪+ 2e‬‬‫في هذه احلالة يكتب رمز الفلز او ًال ثم يرسم خط عمودي ثم يكتب رمز ايون الفلز‬ ‫وبجانبه يوضع بني قوسني تركيزه املوالري وذلك كما يظهر التسلسل في معادلة‬ ‫نصف اخللية‪:‬‬

‫)‪Zn | Zn2+ (1M‬‬

‫ميثل اخلط العمودي حد الطور ‪ ،‬فنالحظ ان اخلارصني في الطور الصلب (‪)s‬‬ ‫وايونات اخلارصني في محلولها املائي (‪ )aq‬طور سائل وعليه ُيرسم خط ًا عمودي ًا‬

‫لتبيان احلد الفاصل بني الطورين‪ .‬ويجب وضع تركيز احمللول بعد رمز االيون‪،‬‬ ‫حيث ميثل (‪ )11M‬التركيز القياسي واحد موالري‪.‬‬ ‫اما التعبير عن القطب الغازي كتابة فيمكن توضيحه في التعبير عن قطب‬ ‫الهيدروجني كتابةً‪ .‬فمث ً‬ ‫ال في تفاعل التأكسد‪:‬‬

‫تفاعل تأكسد (االنود)‬

‫‪+‬‬

‫‪2H(aq) + 2e-‬‬

‫)‪H2(g‬‬

‫يعبر عن القطب بوضع مكونات تفاعل نصف اخللية كما يظهر تسلسلها في‬ ‫معادلة القطب‪ ،‬يوضع رمز غاز الهيدروجني او ًال وبجانبه يكتب بني قوسني قيمة‬ ‫ضغط الغاز (هكذا احلال بالنسبة للغازات) ثم يكتب رمز ايون الغاز وبجانبه‬ ‫يوضع تركيزه املوالري‪.‬‬

‫)‪Pt | H2 (1 atm) | H+ (1 M‬‬

‫ولكون الغاز غير موصل للتيار الكهربائي يستخدم معه سلك من البالتني لهذا‬

‫الغرض حيث يكتب في اول التعبير اذا استخدم انود ًا وفي اخره اذا استعمل‬ ‫كاثوداً‪ .‬اما في اقطاب التأكسد واالختزال فيعبر عن القطب كتابة على الصورة‬

‫التالية لقطب يحتوي محلوله على ايونات ‪ Fe2+‬و ‪ Fe3+‬لتفاعل التأكسد كاالتي‪:‬‬ ‫‪3+‬‬ ‫‪+ e‬‬‫)‪Fe(aq‬‬ ‫تفاعل تأكسد (االنود)‬ ‫)‪Pt | Fe2+ (1 M) ; Fe3+ (1 M‬‬

‫‪2+‬‬ ‫)‪Fe(aq‬‬

‫‪238‬‬

‫وهذا النوع من احملاليل غير موصل للتيار الكهربائي شأنه شأن الغازات لذا يجب‬ ‫غمر سلك من البالتني في داخله وكتابة رمز البالتني ‪ Pt‬عند التعبير عن القطب‬ ‫كتابة‪ ،‬كما في التعبير عن القطب الغازي‪ .‬ويالحظ هنا وضع (;) بني رمزي‬ ‫اآليونني لكونهما موجودين في نفس احمللول‪.‬‬

‫طاملا اننا تعلمنا التعبير عن االقطاب كتابة‪ ،‬ميكننا االن بسهولة التعبير عن‬ ‫اخللية كتابة وذلك بدمج قطبي االنود (تأكسد) والكاثود (اختزال)‪ .‬وللتعبير‬ ‫عن اخللية كتاب ًة يكتب تفاعل التأكسد عند قطب االنود على اليسار‪ ،‬اما تفاعل‬ ‫االختزال عند قطب الكاثود فيكتب على اليمني ويفصل بينهما عادة خطان‬ ‫عموديان متوازيان ميثالن اجلسر امللحي في اخللية‪.‬‬ ‫وعلى سبيل املثال‪ ،‬للتعبير عن خلية دانيال ذات التفاعل العام‪:‬‬

‫(‪+ Cu)s‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Zn)s( + Cu)aq‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Zn)aq‬‬

‫يعبر عن هذه اخللية كتابة على الصورة االتية‪:‬‬

‫تفاعل االختزال عند الكاثود || تفاعل التأكسد عند االنود‬ ‫‪Zn | Zn2+ )1 M( || Cu2+ )1 M( | Cu‬‬

‫ميثل اخلطان العموديان في الوسط اجلسر امللحي في اخللية‪.‬‬ ‫مثال ‪6-6‬‬

‫عبر عن اخللية املوضح شكلها في الرسم املجاور كتاب ًة ثم اكتب تفاعالت‬ ‫نصفي اخللية وتفاعلها العام‪.‬‬

‫احلـــل‪:‬‬

‫تفاعل التأكسد عند االنود‪:‬‬ ‫تفاعل االختزال عند الكاثود‪:‬‬

‫‪+ 2e‬‬‫(‪H2)g‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Zn)aq‬‬

‫جسر ملحي‬

‫(‪Zn)s‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪2H)aq( +2e-‬‬

‫والتفاعل العام للخلية الناﰋ من حاصل جمع تفاعلي نصف اخللية يكون كاالتي‪:‬‬ ‫(‪+ H2)g‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Zn)aq‬‬

‫ويعبر عن هذه اخللية كتاب ًة على الصورة االتية‪:‬‬

‫مقياس اجلهد‬

‫قطب ‪Pt‬‬ ‫قطب الهيدروجني‬

‫قطب اخلارصني‬

‫‪+‬‬

‫(‪Zn)s( + 2H)aq‬‬

‫‪Zn | Zn2+ )1 M( || H+ )1 M( | H2 )1 atm( | Pt‬‬

‫‪ 7-7-6‬العالﻗة بﲔ جهد اخللية ‪ Ecell‬وﻃاﻗة كبﺲ اﳊرة ‪ ∆G‬وثابت االﺗزاﻥ ‪Keq‬‬ ‫كما عرفنا ان اخلاليا الكلفانية حتول الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية‬ ‫الجناز شغل‪ .‬ان الطاقة الكهربائية } بوحدة اجلول (‪ {)J‬التي تنتجها اخللية تساوي‬ ‫جهد اخللية ‪ Ecell‬بوحدة الفولت (‪ )V‬مضروبا في الشحنة الكهربائية الكلية‬ ‫بوحدة الكولوم (‪ )Columb( )C‬املارة خالل اخللية‪.‬‬ ‫الطاقة الكهربائية (‪ = )J‬جهد اخللية (‪ × )V‬الشحنة الكلية (‪)C‬‬ ‫لذا فوحدة اجلول تساوي حاصل ضرب وحدة الفولت (‪ )V‬في وحدة الشحنة‬ ‫بالكولوم (‪ ،)C‬اي ان‪:‬‬ ‫‪1 J = 1V × 1C‬‬

‫انتبه !‬

‫ان حاصل ضرب وحدة الكولوم‬

‫(‪ )C‬في وحدة الفولت (‪ )V‬تساوي‬ ‫وحدة اجلول (‪.)J‬‬

‫‪239‬‬

‫والشحنة الكلية املارة في اخللية تساوي حاصل ضرب عدد موالت االلكترونات‬ ‫(‪ )n‬في الشحنة الكلية مول واحد من االلكترونات التي تسمى بالفاراداي‬ ‫(‪ )Faraday‬ويرمز لها بالرمز (‪ .)F‬اي ان الشحنة الكلية املارة في اخللية‬ ‫تساوي (‪ .)n×F‬وكما هو معروف ان املول الواحد يحتوي على عدد افوكادرو‬ ‫(‪ )NA‬من الشحنات‪ ،‬لذا فالفاراداي (‪ )F‬يساوي حاصل ضرب شحنة االلكترون‬ ‫في عدد افوكادرو‪.‬‬

‫‪ = F‬شحنة االلكترون (‪ × )e-‬عدد افوكادرو (‪)NA‬‬ ‫)‪F = NA(mol-1)×e-(C‬‬

‫مترين ‪7-6‬‬ ‫وبالتعويض عن قيمة عدد افوكادرو ‪ NA = 6.023×1023 mol-1‬وقيمة‬ ‫التفاعل العام خللية كلفانية هو شحنة االلكترون ‪ e- =1.6×10-19 C‬نحصل على ‪:‬‬

‫اآلتي‪:‬‬

‫‪+‬‬ ‫)‪+ 2Ag(aq‬‬

‫‬‫)‪F = 6.023 × 1023 (mol-1) × 1.6 × 10-19 (C) = 96478 C/mol 2Cl (aq‬‬

‫)‪Cl2(g) + 2Ag(s‬‬

‫عبر عن اخللية كتاب ًة عند الظروف تقرب هذه القيمة الى ‪ 96500 C/mol‬في احلسابات الكيميائية‪.‬‬ ‫القياسية ثم بني تفاعلي التأكسد لذا فالطاقة الكهربائية تساوي ‪:‬‬

‫واالختزال‪.‬‬

‫الطاقة الكهربائية (‪ = )J‬الشحنة الكلية (‪ × )nF‬جهد اخللية (‪)Ecell‬‬ ‫= ‪nFEcell‬‬ ‫ان الطاقة الكهربائية الناجتة من اخلاليا الكلفانية (‪ )nFEcell‬تساوي عكس اشارة‬ ‫طاقة كبس احلرة ‪ ∆G‬وعليه‪:‬‬

‫مترين ‪8-6‬‬ ‫هل بامكان محلول ‪ HCl‬اذابة فلز‬ ‫الفضة املوجود في محلول يحتوي على‬ ‫ايون الفضة ‪ Ag+‬بتركيز (‪ )1M‬للخلية‬ ‫التالية‪ ،‬علما ان جهد االختزال القياسي‬ ‫للفضــــــــــة ‪.E̊ + =+0.80 V‬‬ ‫‪Ag /Ag‬‬

‫(معلومة‪ :‬يقصد بذوبان الفلز في‬ ‫احمللول هي حدوثه بشكل تلقائي)‪.‬‬ ‫)‪Ag | Ag+ (1 M) || H+ (1 M‬‬ ‫‪| H (1 atm) | Pt‬‬ ‫‪2‬‬

‫ج ‪ :‬يذيب الفلز‪.‬‬

‫‪240‬‬

‫)‪(1‬‬

‫‪∆G = - nFEcell‬‬

‫وكما هو معروف انه عندما تكون قيمة الطاقة احلرة سالبة فإن ذلك يعني ان‬ ‫التفاعل تلقائي‪ .‬وفي العالقة (‪ )1‬في اعاله ولكي تصبح قيمة ‪ ∆G‬سالبة البد ان‬ ‫تكون اشارة ‪ Ecell‬موجبة‪ .‬وعليه كلما كانت قيمة ‪ Ecell‬للخلية موجبة اكثر كلما‬ ‫زادت تلقائية التفاعالت التي جتري عند اقطابها‪ .‬نالحظ ايض ًا من العالقة (‪)1‬‬ ‫انها ال حتتوي على تراكيز او ضغوط لالصناف التي تشترك في تفاعالت اخللية‬ ‫وكذلك انها ال حتتوي على درجة حرارة لذا فمن املمكن كتابتها بداللة جهد اخللية‬ ‫̊‪ E‬وطاقة كبس احلرة القياسية ̊‪ ∆G‬وعلى الصورة االتية‪:‬‬ ‫القياسي ‪cell‬‬ ‫)‪(2‬‬

‫̊‪∆G̊ = - nF E‬‬ ‫‪cell‬‬

‫لقد تعرفنا سابق ًا على العالقة بني طاقة كبس احلرة القياسية ̊‪ ∆G‬وثابت‬ ‫االتزان ‪ Keq‬في فصل االتزان الكيميائي والتي هي ‪:‬‬ ‫‪∆G̊ = - RT ln Keq‬‬ ‫)‪(3‬‬

‫وعند التعويض عن قيمة̊‪ ∆G‬من املعادلة (‪ )3‬في املعادلة (‪ )2‬نحصل على ‪:‬‬ ‫̊‪- RT ln Keq = - nF E‬‬ ‫(‪)4‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫وباعادة ترتيب املعادلة (‪ )4‬جند ان‪:‬‬ ‫(‪)5‬‬

‫‪RT ln K‬‬ ‫ــــــــــــ =‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪eq‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪nF‬‬

‫ميكن تبسيط املعادلة (‪ )5‬بالتعويض عن قيمة درجة احلرارة ‪)298 K(25̊C‬‬ ‫وقيمة ‪ R = 8.314 J/K.mole‬وقيمة ‪ F = 96500 C/mol‬لنحصل على‪:‬‬

‫(‪8.314 )J/K . mol( × 298 )K‬‬ ‫‪ lnKeq‬ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ =‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫(‪n × 96500 )C/mol‬‬ ‫(‪0.026 )V‬‬

‫‪ lnKeq‬ــــــــــــــــــــــــــــ =‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cell‬‬

‫انتبه !‬

‫هذه العالقة تستخدم فقط عندما‬

‫تكون التفاعالت عند درجة حرارة‬ ‫‪. )298 K(25̊C‬‬

‫اجلدول ‪3-6‬‬

‫‪n‬‬

‫العالقة بني الطاقة احلرة القياسية̊‪ ∆G‬وجهد‬ ‫̊‪ E‬وثابت االتزان ‪.Keq‬‬ ‫اخللية القياسي‬ ‫‪cell‬‬

‫حيث ان ‪ n‬عدد موالت من االلكترونات التي تشترك في تفاعل التأكسد‬ ‫واالختزال والتي يتم حذفها عند جمع تفاعلي نصفي اخللية اليجاد التفاعل‬ ‫العام‪ .‬تستخدم هذه املعادلة فقط عندما يكون تفاعل اخلليــة عنـد درجـة حـرارة‬ ‫‪ .)298 K(25̊C‬يوضح اجلـدول (‪ )3 - 6‬العالقة بني الطاقة احلرة القياسية‬ ‫̊‪ E‬وثابت االتزان‪ Keq‬للتفاعل العام للخية‪.‬‬ ‫̊‪ ∆G‬وجهد اخللية القياسي‬ ‫‪cell‬‬ ‫مثال ‪7 - 6‬‬ ‫خلية كلفانية قياسية تفاعلها العام كاالتي‪:‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪2Ag )s(+ Pb)aq‬‬

‫‪E̊Pb2+ /Pb =+0.13 V‬‬ ‫‪E̊Ag+ /Ag =+0.80 V‬‬

‫وباجلمع نحصل على التفاعل العام للخلية‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪2Ag)s( +Pb)aq‬‬

‫موجبة‬

‫يفضل‬ ‫تكوين‬ ‫النواﰋ‬

‫صفر‬

‫‪Keq = 1‬‬

‫صفر‬

‫النواﰋ‬ ‫واملتفاعالت‬ ‫متساوية‬ ‫باالفضلية‬

‫موجبة‬

‫‪Keq < 1‬‬

‫سالبة‬

‫يفضل‬ ‫تكوين‬ ‫املتفاعالت‬

‫̊‪∆G‬‬ ‫‪+‬‬ ‫(‪+ Pb)s‬‬ ‫(‪2Ag)aq‬‬

‫احسب قيمة̊‪ ∆G‬وثابت االتزان ‪ Keq‬عند درجة حرارة ‪ 25̊C‬علم ًا ان جهود‬ ‫االختزال القياسية ‪ E̊Pb2+ /Pb = -0.13 V‬و ‪.E̊Ag+ /Ag=+0.80 V‬‬ ‫احلـــل‪:‬‬ ‫نكتب تفاعالت نصفي اخللية عند االنود (تاكسد) والكاثود (اختزال)‬ ‫‪+ 2e‬‬‫‪2Ag‬‬

‫̊‪E‬‬ ‫‪cell‬‬

‫التفاعل‬ ‫حتت‬ ‫الظروف‬ ‫القياسية‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Pb)aq‬‬

‫‪+ 2e-‬‬

‫(‪+ Pb)s‬‬

‫(‪Pb)s‬‬

‫سالبة‬

‫‪Keq‬‬

‫‪Keq > 1‬‬

‫‪+‬‬ ‫(‪2Ag)aq‬‬

‫‪+‬‬ ‫(‪2Ag)aq‬‬

‫‪241‬‬

‫̊‪. E‬‬ ‫وميكن حساب جهد اخللية القياسي ‪cell‬‬

‫̊‪E‬‬ ‫‪Ecathode‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫̊ ‪anode +‬‬ ‫= ‪cell‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫مترين ‪9 - 6‬‬ ‫‪cell =)+0.13 V( +)+0.80 V( = + 0.93 V‬‬ ‫احسب التغير في طاقة كبس احلرة حتسب قيمة الطاقة احلرة القياسية̊‪ ∆G‬من خالل عالقتها مع جهد اخللية‬ ‫القياسية لتفاعل اخللية القياسي االتية القياسي‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫̊‪∆G̊ = - nF E‬‬ ‫(‪= - 2 × 96500 )C/mol( × 0.93 )V‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫عند درجة حرارة ‪.25̊C‬‬ ‫‪3+‬‬

‫(‪)aq‬‬

‫‪= - 181420 J/mol‬‬ ‫(‪3Hg22+ + 2Cr)aq‬‬ ‫وحلساب ثابت االتزان ‪ Keq‬تستخدم العالقة االتية‪:‬‬ ‫‪6Hg‬‬ ‫‪+ 2Cr‬‬ ‫‪RT‬‬ ‫(‪)l‬‬ ‫‪ ln Keq‬ــــــــــــ‬ ‫=‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cell‬‬

‫‪nF‬‬

‫اذا علمت ان جهود االختزال القياسية‬

‫‪=+0.85 V‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪ E̊Hg /Hg‬ولكون التفاعل يحدث عند درجة حرارة ‪ )298 K(25̊C‬وقيمة ‪ n = 2‬الن عدد‬ ‫‪ .E̊Cr/Cr3+=-0.74V‬االلكترونات احملذوفة من طرفي تفاعالتنصفياخلليةتساوي‪ 2‬تكونالعالقةكاالتي‪:‬‬

‫و‬

‫ج ‪-920610 J/mol :‬‬

‫(‪0.026 )V‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫= ‪+ 0.93 V‬‬ ‫‪lnKeq‬‬ ‫‪2‬‬

‫وبحل املعادلة نحصل على قيمة ‪Keq‬‬

‫‪ 8-7-6‬اعتماد جهد اخللية علﻰ التركيز )معادلة نيرنست(‬

‫مترين ‪10 - 6‬‬ ‫لتفاعل اخللية القياسي التالي عند درجة‬ ‫حرارة ‪.25̊C‬‬

‫‬‫(‪+ 2I )aq‬‬

‫‪2Fe2+‬‬ ‫(‪+I2)s‬‬ ‫(‪)aq‬‬

‫‪2Fe3+‬‬ ‫(‪)aq‬‬

‫اذا علمت ان جهود االختزال القياسية‬

‫‪E̊I2/I- =+0.53 V‬‬ ‫‪ ،E̊Fe3+/Fe2+=+0.77 V‬احسب‪:‬‬

‫و‬

‫أ‪ -‬جهد اخللية القياسي‪.‬‬ ‫ب‪ -‬طاقة كبس احلرة القياسية‪.‬‬ ‫ج‪ -‬ثابت االتزان‪.‬‬ ‫ج ‪ :‬أ‪+0.23 V -‬‬ ‫ب‪-44390 J/mol -‬‬

‫ج‪1 × 107 -‬‬

‫‪242‬‬

‫‪Keq = 2.5 × 10‬‬

‫‪31‬‬

‫لقد ركزنا حتى االن على تفاعالت التاكسد واالختزال التي فيها املواد املتفاعلة‬ ‫والناجتة لتفاعالت االقطاب في حالتها القياسية‪ ،‬وهي ان تركيزها املوالري يساوي‬ ‫الواحد الصحيح (‪ .)1 M‬ولكننا نحتاج ايض ًا في احيان كثيرة الى التعامل مع‬ ‫تراكيز تختلف عن (‪ .)1 M‬لذا من الضروري ايجاد عالقة تربط جهد اخللية‬ ‫غير القياسي ‪ Ecell‬مع تراكيز مكونات اخللية‪.‬‬ ‫لقد تعرفنا في الثرموداينمك على العالقة التي تربط الطاقة احلرة القياسية‬ ‫̊‪ ∆G‬مع الطاقة احلرة غير القياسية ‪ ،∆G‬فللتفاعل العام االتي‪:‬‬ ‫‪aA + bB‬‬ ‫‪gG + hH‬‬ ‫ترتبط الطاقة احلرة ‪ ∆G‬مع الطاقة احلرة القياسية̊‪ ∆G‬لهذا التفاعل العام‬ ‫بالعالقة االتية‪:‬‬ ‫‪[G]g [H]h‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ‪∆G = ∆G̊+ RT ln‬‬ ‫(‪)1‬‬

‫‪[A]a [B]b‬‬

‫حيث̊‪ ∆G‬الطاقة احلرة القياسيـــة و ‪ R‬ثابت الغــازات ويساوي بوحدات‬ ‫الطاقة (‪ )R = 8.314 J/K.mol‬و ‪ T‬درجة احلرارة بوحدة الكلفن (‪ ،)K‬و‬ ‫‪ ∆G‬هي الطاقة احلرة غير القياسية‪.‬‬ ‫‪g‬‬ ‫]‪[G‬‬ ‫‪[H]h‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫يرمز له بالرمز ‪ Q ( Q‬من ‪Quotient‬‬ ‫‪a‬‬ ‫وحاصل القسمة ‪b‬‬

‫]‪[A] [B‬‬

‫وتعني حاصل القسمة)‪.‬‬

‫لذا ميكن كتابة املعادلة (‪ )1‬على الصورة االتية‪:‬‬ ‫‪∆G = ∆G̊+ RT ln Q‬‬ ‫)‪(2‬‬ ‫ومن العالقة بني الطاقة احلرة القياسية وغير القياسية مع جهد اخللية‪:‬‬ ‫‪∆G = - nFEcell‬‬ ‫)‪(3‬‬ ‫̊‪∆G̊ = - nF E‬‬ ‫)‪(4‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫وبتعويض قيم ‪ ∆G‬و̊‪ ∆G‬من املعادلة (‪ )3‬و (‪ )4‬في املعادلة (‪ )2‬نحصل على‪:‬‬ ‫̊‪- nFEcell = - nF E‬‬ ‫‪+ RT ln Q‬‬ ‫)‪(5‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫وبقسمة املعادلة (‪ )5‬على ‪ - nF‬نحصل على‪:‬‬ ‫‪RT‬‬ ‫̊‪Ecell = E‬‬ ‫‪ ln Q‬ـــــــــ ‪-‬‬ ‫)‪(6‬‬ ‫‪cell‬‬

‫‪nF‬‬

‫تسمى املعادلة (‪ )6‬مبعادلة نيرنست (‪ )Nernest equation‬وهي التي‬ ‫̊‪ E‬من خالل حاصل القسمة‬ ‫تربط جهد اخللية ‪ Ecell‬مع جهد اخللية القياسي‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪ .Q‬وعندما تكون تراكيز املواد املتفاعلة والناجتة بحالتها القياسية اي (‪)1 M‬‬ ‫تصبح قيمة ‪ Q‬مساوية الى الواحد الصحيح وقيمة ‪ ln Q‬تساوي صفراً‪ ،‬فيصبح‬ ‫̊‪. E‬‬ ‫احلد الثاني من املعادلة (‪ )6‬صفرا اي تكون ‪= Ecell‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫ميكن تبسيـــــط املعادلـــــة (‪ )6‬بالتعويض عن قيمــــــة درجة احلـــــــرارة‬ ‫‪ (298 K)25̊C‬وقيمـــــة‬ ‫‪ R = 8.314 J/K . mol‬وقيمة ‪ F = 96500 C/mol‬لنحصل على‪:‬‬ ‫)‪(7‬‬

‫‪0.026‬‬ ‫‪V‬‬ ‫ـــــــــــــــــــ‬ ‫̊‪Ecell = E‬‬ ‫‬‫‪ln Q‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪n‬‬

‫تستخدم هذه املعادلة فقط عندما يكون تفاعل اخللية عند درجة حرارة‬ ‫‪.(298 K) 25̊C‬‬ ‫متكننا معادلة نيرنست من حساب ‪ Ecell‬كدالة لتراكيز املواد املتفاعلة‬ ‫والناجتة في تفاعل اخللية‪ .‬وعلى سبيل املثال خلية دانيال ذات التفاعل العام‪:‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫)‪Zn(s) + Cu(aq‬‬ ‫)‪+ Cu(s‬‬ ‫)‪Zn(aq‬‬ ‫ميكن كتابة معادلة نيرنست لهذه اخللية التي جهدها القياسي يساوي‪1.10 V‬‬ ‫عند درجة حرارة ‪25̊C‬على الشكل االتي‪:‬‬

‫‪0.026‬‬ ‫‪V‬‬ ‫]‪[Zn2+‬‬ ‫ـــــــــــــــــــ‬ ‫ـــــــــــــــــــ‬ ‫̊‪Ecell = E‬‬ ‫‬‫‪ln‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪n‬‬ ‫]‪[Cu2+‬‬

‫يجب العلم ان تراكيز املواد الصلبة والسائلة في التفاعل العام للخلية يساوي‬ ‫الواحد الصحيح اي ‪ [Cu] = 1‬و ‪ [Zn] = 1‬لذا ال تظهر في حاصل القسمة‪.‬‬

‫‪243‬‬

‫مثال ‪8 - 6‬‬ ‫احسب جهد اخللية ‪ Ecell‬عند درجة احلرارة ‪ 25̊C‬للخلية التي تفاعلها العام‪:‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫الكلفانية‬ ‫(‪+ Cu)s‬‬ ‫(‪2Ag)s( + Cu)aq‬‬ ‫‪2Ag+‬‬

‫مترين ‪11 - 6‬‬ ‫باستخدام‬

‫اخللية‬

‫املوضحة في الشكل ادناه في جتربة‬

‫وجد ان ‪ Ecell‬للخلية تساوي‪0.45 V‬‬ ‫‪.25̊C‬‬

‫عند‬

‫افترض‬

‫ان‬

‫‪ [Zn2+] = 0.1 M‬وضغط غاز‬ ‫الهيدروجني ‪ . 1 atm‬احسب التركيز‬ ‫املوالري اليونات ‪ .H+‬اذا علمت ان‬ ‫‪.E̊Zn2+ /Zn= -0.76 V‬‬

‫(‪)aq‬‬

‫اذا علمت ان تراكيز االيونات ‪ [Cu2+] = 0.01 M‬و ‪.[Ag+] = 0.01 M‬‬ ‫وجهود االختزال القياسية ‪ E̊Cu2+ /Cu=+0.34 V‬و ‪E̊Ag+ /Ag=+0.80 V‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫نكتب تفاعالت نصفي اخللية عند االنود (تأكسد) والكاثود (اختزال)‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪E̊anode = - 0.34 V‬‬ ‫(‪Cu)s‬‬ ‫‪+ 2e‬‬‫(‪Cu)aq‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪+ 2e‬‬‫‪2Ag‬‬ ‫‪2Ag+‬‬ ‫‪cathode = + 0.80 V‬‬ ‫(‪)aq‬‬

‫التفاعل العام للخلية‪.‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪2Ag)s( + Cu)aq‬‬

‫(‪+ Cu)s‬‬

‫‪+‬‬ ‫(‪2Ag)aq‬‬

‫̊‪. E‬‬ ‫وميكن حساب جهد اخللية القياسي ‪cell‬‬

‫̊‪E̊anode + E‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cathode‬‬ ‫= ‪cell‬‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫)‬ ‫(‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪cell = - 0.34 V + +0.80 V = 0.46 V‬‬

‫وباستخدام معادلة نيرنست نحسب ‪Ecell‬‬ ‫ج ‪0.1 mol/L :‬‬

‫]‪[Cu2+‬‬ ‫ـــــــــــــــــــ‬ ‫‪[Ag+]2‬‬ ‫]‪[0.01‬‬ ‫‪2‬ـــــــــــــــــــ ‪ln‬‬ ‫]‪[0.01‬‬

‫مترين ‪12 - 6‬‬

‫احسب ‪cell‬‬ ‫̊‪ E‬و ‪ Ecell‬و ‪ ∆G‬للخلية وبحل املعادلة نحصل على قيمة ‪Ecell‬‬

‫االتية‪:‬‬

‫‪Mg | Mg2+ )0.05 M( || Sn2+‬‬ ‫‪)0.04 M( | Sn‬‬

‫اذا علمت ان جهود االختزال القياسية‬

‫‪E̊Sn2+ /Sn= -0.14 V‬‬ ‫‪.E̊Mg2+ /Mg=-2.37 V‬‬

‫ج ‪+2.20 V ; +2.23 V :‬‬ ‫; ‪-424600 J/mol‬‬

‫‪244‬‬

‫‪0.026‬‬ ‫‪V‬‬ ‫ـــــــــــــــــــ‬ ‫̊‪Ecell = E‬‬ ‫‬‫‪ln‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪0.026 V‬‬ ‫ـــــــــــــــــــ ‪Ecell = 0.46 V -‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪Ecell = 0.40 V‬‬

‫‪ 8 - 6‬الخاليا االلكتروليتية ‪Electrolyte Cells‬‬

‫وهي اخلاليا املستهلكة للتيار الكهربائى‪ ،‬وفي هذه اخلاليا تتحول الطاقة‬ ‫و‬ ‫الكهربائية الى طاقة كيميائية‪ .‬جتري تفاعالت اخلاليا االلكتروليتية بشكــل‬ ‫غير تلقائي‪ ،‬اي ان قيمـة الطاقة احلرة لها تكون موجبـة (‪ .)∆G = +‬ان‬ ‫للخاليا االلكتروليتية تطبيقات مهمة في الصناعة‪ .‬فعلى سبيل املثال‪،‬‬ ‫تستخدم خاليا التحليل الكهربائي في تنقية الفلزات وكذلك في عملية الطالء‬ ‫الكهربائي‪ .‬وسنتطرق في هذا املوضوع الى بعض اخلاليا االلكتروليتية‪:‬‬

‫‪ 1 - 8 -6‬خلية التﺤليل الكهربائي ﳌﻨﺼهر كلوﺭيد الﺼوديوﻡ‬

‫يعرف التحليل الكهربائي بانه العملية التي يتم فيها استخدام الطاقة الكهربائية‬ ‫جلعل تفاعل اخللية االلكتروليتية غير التلقائي يحدث‪ .‬ان منصهركلوريد الصوديوم‬ ‫يحتوي على ايونات الصوديوم ‪ Na+‬وايونات الكلوريد ‪ Cl-‬حرة االنتقال‪ .‬يوضح‬ ‫الشكل (‪ )7 - 6‬اخللية الكهربائية لتحليل منصهر كلوريد الصوديوم التي تكون‬ ‫فيها االقطاب مثل الكاربون او البالتني مغمورة في منصهر كلوريد الصوديوم‪ .‬وعند‬ ‫عملية التحليل الكهربائي فان االختزال يحدث على الكاثود حيث تختزل ايونات‬ ‫وميثل تفاعل نصف اخللية عند الكاثود كاالتي‪:‬‬ ‫‪ Na+‬فقط مكونة فلز الصوديوم ‪َ ُ Na‬‬ ‫‪Na++e‬‬‫‪Na‬‬ ‫اجتاه االلكترونات‬

‫مخرج‬ ‫مدخل‬

‫مصدر التيار‬ ‫منصهر ‪NaCl‬‬

‫منصهر ‪Na‬‬

‫شاشة‬ ‫حديدية‬

‫مخرج ‪Na‬‬ ‫منصهر ‪NaCl‬‬

‫وعند االنود حتدث عملية التاكسد‪ ،‬حيث تتاكسد ايونات الكلوريد ‪ Cl-‬فقط‬ ‫وعندها يتحرر الكترون الى االنود عند تكون ذرة الكلور املتعادلة‪ ،‬وبعدئذ تتحد‬ ‫ذرتان من الكلور وتتحرر على شكل غاز الكلور ‪ .Cl2‬ميكن كتابة نصف تفاعل‬ ‫اخللية الذي يجري عند االنود كاالتي‪:‬‬ ‫‪2Cl‬‬‫‪Cl2 + 2e‬‬‫وملوازنة االلكترونات يجب ان نضرب نصف تفاعل االختزال (الكاثود) ×‪،2‬‬ ‫وحتذف االلكترونات من طرفي معادالت نصفي اخللية‪ ،‬ثم يجمع تفاعلي نصف‬ ‫اخللية للحصول على التفاعل العام كاالتي‪:‬‬ ‫‪2Na+ + 2e‬‬‫‪2Na‬‬ ‫نصف تفاعل االختزال (الكاثود)‬ ‫نصف تفاعل التأكسد (االنود)‬ ‫‪2Cl‬‬‫‪Cl2 + 2e‬‬‫‪2Na+ + 2Cl‬‬‫‪2Na + Cl2‬‬ ‫التفاعل العام للخلية‬ ‫ويجب ابقاء الصوديوم مفصو ًال عن غاز الكلور حتى ال يتفاعال بشك ً‬ ‫ال تلقائي‬ ‫لتكوين ‪ NaCl‬مرة ثانية‪.‬‬

‫الشكل ‪7-6‬‬ ‫خلية التحليـــــــــل الكهربائي‬ ‫لمنصهر كلوريد الصوديوم‬

‫‪245‬‬

‫‪ 2 - 8 - 6‬خاليا الﻄالﺀ الكهربائي‬

‫اجتاه االلكترونات‬

‫مصدر التيار‬

‫لوح الفضة‬ ‫تذوب الفضة من هذا القطب‬

‫تترسب الفضة على الشوكة‬

‫الشكل ‪8-6‬‬ ‫خلية الطالء الكهربائي‬

‫عملية الطالء الكهربائي طريقة يستخدم بها التحليل الكهربائي لطالء فلز‬ ‫معني بطبقة رقيقة من فلز اخر‪ ،‬وللطالء اهمية كبرى تتمثل بحماية املعادن من‬ ‫الصدأ او التﺂكل‪ ،‬تتركب خلية الطالء من قطب االنود ويتكون من الفلز النقي‬ ‫املراد الطالء به مثل الفضة النقية او الذهب النقي‪ .‬اما الكاثود فيتكون من السطح‬ ‫املراد طالؤه مثل ملعقة الطعام او ما شابهها‪.‬‬ ‫يكون محلول اخللية حاوي ًا على احد امالح الفلز النقي املراد الطالء به كنترات‬ ‫الفضة (‪ )AgNO3‬او نترات الذهب ]‪ [Au)NO3(3‬عندما يشكل الفضة‬ ‫او الذهب االنود‪ .‬يبني الشكل (‪ )8 - 6‬خلية طالء تستخدم بها الفضة لطالء‬ ‫شوكة الطعام‪ .‬تعتمد جودة الطالء على عاملني مهمني هما ان تكون شدة التيار‬ ‫الكهربائي املستخدم ضعيفة وتركيز ايونات الفلز املراد الطالء به قليل‪.‬‬

‫‪ 9 - 6‬ﻗوانين فاﺭاداﻱ‬

‫انتبه !‬

‫يجب التميز بني الرمز املستخدم‬

‫حلاصل القسمة ‪ Q‬وبني كمية الشحنة‬ ‫الكهربائية ‪.Ｑ‬‬

‫‪246‬‬

‫‪Faraday Laws‬‬

‫استطاع العالم االنكليزي فاراداي (‪ )Faraday‬بالتجارب العملية ان يبرهن‬ ‫قوانني التحليل الكهربائي والتي سميت بإسمه في بداية القرن التاسع عشر‪.‬‬ ‫وهذه القوانني تنﺺ على االتي ‪:‬‬ ‫القانون االول ‪:‬‬ ‫تتناسب كتلة اي مادة تترسب على الكاثود او تذوب من االنود او تتحرر كغازات‬ ‫عند هذه االقطاب مع كمية الكهربائية التي متر خالل اخللية الكهربائية‪.‬‬ ‫القانون الثاني ‪:‬‬ ‫تتناسب كتل املواد املختلفة التي تترسب على الكاثود او تذوب من االنود‬ ‫او تتحرر كغازات عند هذه االقطاب‪ ،‬باستخدام نفس الكمية من الكهربائية مع‬ ‫الكتل املكافئة للمواد املختلفة‪.‬‬ ‫وحتى يتم فهم اعمق الستخدام هذه القوانني ال بد ان نعرف ما هي العمليات‬ ‫التي جتري عند االقطاب في اخللية االلكتروليتية‪.‬‬ ‫العمليات التي جتري عند قطب الكاثود‪:‬‬ ‫ا ‪ -‬تختزل ايونات الفلز الى ذراته عند الكاثود وتترسب عليه ‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬تتحرر عند الكاثود الغازات التي حتمل ايوناتها في احمللول شحنة موجبة مثل‬ ‫غاز الهيدروجني ‪ H2‬وغيره‪.‬‬ ‫العمليات التي جتري عند االنود ‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬تتأكسد الفلزات (اي تذوب) في محلول القطب اي ان الفلز يعاني ذوبان ًا او‬ ‫اضمحالالً‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬تتحرر عند قطب االنود الغازات التي حتمل ايوناتها في احمللول شحنة سالبة‬ ‫مثل غاز الكلور ‪ Cl2‬واالوكسجني ‪.O2‬‬ ‫قبل استخدام قوانني فاراداي في احلسابات البد ان نتعرف على بعض‬ ‫املصطلحات والوحدات املستخدمة في هذه القوانني ‪:‬‬ ‫‪ -1‬التيار الكهربائي يرمز له بالرمز (‪ )I‬ووحدته االمبير (‪ )Ampere‬ويرمز‬ ‫لهذه الوحدة بالرمز (‪.)A‬‬

‫‪ -2‬الشحنة الكهربائية ويرمز لها بالرمز (‪ )Ｑ‬ووحدتها الكولـــــــــوم (‪ )Coulomb‬ويرمز للوحدة كما تقدم سابق ًا‬ ‫بالرمز ‪ .C‬وقد تقاس الشــــــــــــــحنة الكهربائية بعدد موالت االلكترونات التي تســــــــــــــاوي الكولومات (‪)Ｑ‬‬ ‫مقســــــوما على الفاراداي ‪( F‬حيث ان ‪ )F = 96500 C/mol‬وهو عدد افوكادرو من الشحنات الكهربائية‪ .‬والشحنة‬ ‫الكهربائية ‪ Ｑ‬تســــاوي حاصل ضرب شدة التيار بوحدة االمبير (‪ I (A‬في الزمن بوحدات الثانية (‪ t (s‬اي ان‪:‬‬ ‫)‪Ｑ (C) = I (A) × t (s‬‬

‫ولتحويل الشحنة بداللة عدد موالت االلكترونات تقسم ‪ Ｑ‬على ثابت فاراداي ‪.96500 C/mol‬‬

‫)‪I (A) × t (s‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = )‪Ｑ (mol . e-‬‬ ‫)‪96500 (C/mol‬‬

‫حيث الوحدة (‪ )mol . e-‬تعني عدد املوالت من االلكترونات‪.‬‬ ‫ان من الضروري توضيح املعنى احلسابي لقوانني فاراداي‪ ،‬فطاملا ان كمية‬ ‫املواد املترسبة عند الكاثود اوالذائبة من االنود اواملتحررة من الغازات عند القطبني‬ ‫تتناسب طرديا مع مكافأتها الغرامية عند مرور نفس الكمية من الكهربائية‪ .‬ان‬ ‫هذا يعني ان امرار شحنة مول واحد من االلكترونات (‪ )1 mol . e-‬والتي‬ ‫تكافئ ‪ 96500 C‬او واحد فاراداي فانه يرسب مكافئ غرامي واحد من العنصر‬ ‫على الكاثود او يذيب مكافئ غرامي واحد من العنصر عند االنود او يحرر مكافئ‬ ‫غرامي واحد من الغازات عند القطبني‪ .‬ولتجنب اســــــتخدام املكافئ الغرامي ميكن‬ ‫حتويل عدد موالت االلكترونات (‪ ) mol . e-‬الى عدد املوالت بواسطة عدد‬ ‫االلكترونات املفقودة او املكتسبة في تفاعل التاكسد واالختزال ‪ .‬حلل املسائل‬ ‫املتعلقة بقوانني فاراداي ُتتبع اخلطوات املوضحة في املخطط (‪ )1-6‬كاالتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬نستخرج الشحنة الكهربائية بداللة عدد موالت االلكتـرونات (‪)mol . e-‬‬ ‫باستخدام العالقة االتية‪:‬‬ ‫)‪I(A‬‬ ‫×‬ ‫)‪t(s‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = )‪Ｑ (mol . e-‬‬

‫)‪96500 (C/mol‬‬

‫‪ - 2‬نستخدم عدد االلكترونات املفقودة او املكتسبة في تفاعالت نصفي اخللية‬ ‫للحصول على عدد املوالت‪.‬‬ ‫‪ - 3‬نحول عدد املوالت (‪ )n mole‬وذلك بضربها في الكتلة املولية ‪M g/mol‬‬ ‫الى كتلة املواد املترسبة على الكاثود او الذائبة من االنود باستخدام العالقة االتية‪:‬‬ ‫)‪m (g) = n (mol) × M (g/mol‬‬ ‫او نحول عدد املوالت الى حجم الغازات املتحررة باستخدام قانون الغاز املثالي‪:‬‬ ‫‪PV = n RT‬‬

‫‪ - 4‬حتوي بعض املسائل الرياضية على مطلب ايجاد عدد اجلزيئات او الذرات من‬ ‫العناصر التي تخضع للتحليل الكهربائي او عدد االلكترونات املارة في اخللية‪.‬‬ ‫ان جميع هذه املطاليب ميكن حسابها باالعتماد على ان املول الواحد من اي‬ ‫صنف يحوي على عدد افوكادرو من اجلزيئات او الذرات او االلكترونات املارة‬ ‫في احمللول‪.‬‬

‫)‪Q (C) = I(A) × t(s‬‬ ‫حاصل ضرب التيار في الزمن‬

‫الشحنة بالكوملات ‪Q‬‬ ‫الشحنة بالكوملات ‪ Q‬مقسومة‬ ‫على ثابت فاراداي‬ ‫عدد موالت االلكترونات‬ ‫(‪)mol . e-‬‬

‫باستخدام النسب املولية في‬ ‫تفاعالت نصف اخللية‬

‫عدد موالت املواد املختزلة‬ ‫او املؤكسدة‬

‫عدد موالت االلكترونات‬ ‫عدد الغرامات املترسبة من الفلز‬ ‫او حجم الغازات املتحررة عند‬ ‫االقطاب‬

‫المخطط ‪1-6‬‬ ‫الخطوات الواجب اتباعها لحل‬ ‫المسائل المتعلقة بقوانين فاراداي‪.‬‬

‫‪247‬‬

‫مثال ‪9 - 6‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪+ 2e‬‬‫(‪Mg )s‬‬ ‫لتفاعل نصف اخللية االتي‪:‬‬ ‫(‪Mg)aq‬‬ ‫احسب عدد غرامات املغنيسيوم التي ميكن انتاجها من فلز املغنيسيوم عند امرار‬ ‫تيار شدته ‪ 25 A‬لفترة ساعة واحدة (‪ .)1 hr‬علم ًا ان الكتلة الذرية للمغنيسيوم‬ ‫تساوي ‪ .24‬ماهي عدد ذرات املغنيسيوم املترسبة عند الكاثود حتت نفس الظروف ‪.‬‬ ‫احلــــل‪:‬‬ ‫وحدة الزمن في عالقة فاراداي هي الثانية لذا نحول الساعة الى ثواني ‪:‬‬ ‫(‪3600 )s‬‬ ‫ــــــــــــــــــــ × (‪t )s( = t )hr‬‬

‫(‪1 )hr‬‬

‫مترين ‪13 - 6‬‬ ‫ماهي شدة التيار الذي يجب امراره‬ ‫في محلول كلوريد الذهب ‪ AuCl3‬ملدة‬ ‫‪ 200 s‬ليرسب ‪ 3 g‬من الذهب عند‬ ‫الكاثود‪.‬‬ ‫ج ‪21.7 A :‬‬ ‫مترين ‪14 - 6‬‬ ‫محلول من كبريتات النحاس‬ ‫‪ CuSO4‬تركيزه ‪ 0.2 M‬وحجمه‬ ‫‪ .600 mL‬امرر فيه تيار كهربائي شدته‬ ‫‪ .96.5 A‬احسب الزمن الالزم لكي‬ ‫يتبقى ‪ 0.03 mol‬من ايون النحاس‪.‬‬ ‫ج ‪180 s :‬‬

‫‪248‬‬

‫‪3600 )s( = 3600 s‬‬ ‫ــــــــــــــــــــ × (‪= 1 )hr‬‬

‫(‪1 )hr‬‬

‫جند كمية الكهربائية املارة في اخللية بداللة عدد موالت االلكترونات ‪.‬‬ ‫(‪I )A( × t )s‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = (‪Q )mol.e-‬‬ ‫(‪96500 )C/mol‬‬ ‫(‪25 )A( × 3600 )s‬‬ ‫‪ = 0.9 mol.e-‬ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ =‬

‫(‪96500 )C/mol‬‬ ‫وحسب معادلة اختزال املغنيسيوم جند ان ‪ 2 mol.e-‬ترسب ‪ 1 mole‬من‬

‫املغنيسيوم لذا فعدد موالت املغنيسيوم تساوي‪:‬‬

‫(‪1 )mol‬‬ ‫‬‫ـــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫× ‪nMg )mol( = 0.9 mol.e‬‬ ‫‪= 0.45 mol‬‬ ‫(‪2 )mol.e-‬‬ ‫ولتحويل عدد املوالت الى كتلة نستخدم العالقة االتية ‪:‬‬

‫(‪m )g‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫= (‪n )mol‬‬ ‫(‪M )g/mol‬‬

‫وبترتيب هذه املعادلة نحصل على الكتلة ‪ m‬بالغرامات‬ ‫(‪m )g( = n )mol( × M )g/mol‬‬ ‫‪m )g( = 0.45 )mol( × 24 )g/mol( = 1.08 g‬‬ ‫وحلساب عدد ذرات ‪ Mg‬املترسبة عند الكاثود نعرف ان املول الواحـــــــــــــد‬ ‫‪ 1 mol‬يحتوي على عدد افوكــــــــــــــــــادرو من الذرات (‪ ،)atoms‬اي‬ ‫‪ 6.023 ×1023 atoms /mol‬لذا‬ ‫= عدد املوالت × عدد افوكادرو‬ ‫عدد الذرات‬ ‫= (‪NA )atoms / mol( × n )mol‬‬ ‫= (‪6.023×1023)atoms/mol(×0.045)mol‬‬ ‫‪ = 0.3×1023 atoms‬عدد الذرات‬

‫‪ 10 - 6‬البﻄاﺭياﺕ )الﻨﻀائد( وخاليا الوﻗود ‪Battries and Fuel Cells‬‬ ‫عادة ما تسمى اخلاليا الكلفانية بالبطاريات وتصنف الى نوعني‪ :‬بطاريات‬ ‫اولية وهي التي ال ميكن اعادة شحنها‪ ،‬وبطاريات ثانوية وهذه ميكن اعادة شحنها‪.‬‬ ‫والبطارية عادة ما تتكون من جتميع عدد من اخلاليا الكلفانية تربط علىالتوالي‬ ‫ويكون جهدها مساو ًا ملجموع جهود اخلاليا املتكونة منها‪ .‬وسنشرح بعض انواع‬ ‫البطاريات الشائعة االستخدام‪.‬‬

‫‪ 1 - 10 - 6‬بﻄاﺭية اخلزﻥ الرﺻاﺻية ‪Lead - Storage Battrey‬‬

‫تستعمل هذه البطارية في تشغيل السيارة وكثيرا من املعدات الكهربائية‬ ‫والصناعية‪ .‬وهي تتكون من مجموعة خاليا رصاصــية كلفانية جهد كل منها‬ ‫اكثربقليل من (‪ .)2 V‬تتكون كل بطارية من قطبني احدهما مصنوع من مادة‬ ‫الرصاص ميثل االنود واالخر مصنوع من اوكسيد الرصاص وميثل الكاثود ويكون‬ ‫القطبني مغمورين في محلول الكتروليتي هو محلول حامض الكبريتيك الذي‬ ‫تتراوح كثافته عند شحــن البطارية من ‪ 1.2 g/mL‬الى ‪ 1.3 g/mL‬وهذه‬ ‫البطارية مجموعة من ثالث او ست خاليا تعمل كخلية كلفانية جهدها ‪ 6 V‬او‬ ‫‪ 12 V‬على التوالي ]الشكل (‪. [)9 - 6‬‬ ‫التفاعل الذي يحدث عند االنود هو‬ ‫‪2‬‬‫(‪Pb)s( + SO4)aq‬‬ ‫‪PbSO4)s( + 2e‬‬‫اما عند الكاثود فيختزل ‪ PbO2‬كما في التفاعل االتي‪:‬‬ ‫(‪PbSO4)aq( + 2H2O)l‬‬ ‫والتفاعل العام للخلية كاالتي‪:‬‬ ‫(‪2PbSO4)s( + 2H2O)l‬‬

‫‪2‬‬‫(‪+SO4)aq‬‬ ‫‪+ 2e-‬‬

‫غطاء متحرك‬

‫الكتروليت‬ ‫صفائح سالبة من الرصاص‬ ‫املشوبة بالرصاص االسفنجي‬ ‫صفائح موجبة من الرصاص‬ ‫مشوبة بالرصاص االسفنجي‬

‫الشكل ‪9-6‬‬ ‫بطارية الخزن الرصاصية‬

‫‪+‬‬ ‫(‪PbO2)s( +4 H )aq‬‬

‫(‪Pb)s( + PbO2)s( +2H2SO4)l‬‬

‫عند استمرار عمل اخللية تترسب كبريتات الرصاص بشكل مسحوق ابيض‬ ‫على القطبني كما ويستهلك حامض الكبريتيك املوجود بشكل متﺂين فتزداد كمية‬ ‫املاء ﳑا يؤدي الى انخفاض كثافة محلول احلامض‪ .‬وما ان تنطلق السيارة حتى‬ ‫تنعكس تفاعالت نصفي اخللية حتت تاثير الفولتية التي ينتجها املولد ويعاد انتاج‬ ‫‪ H2SO4‬و ‪ PbO2‬و ‪ . Pb‬ميكن اعادة شحن البطارية بإمرار تيار كهربائي‬

‫خارجي لعكس تفاعل اخللية فتصبح البطارية مجموعة خاليا الكتروليتية حيث‬ ‫يتفكك راسب ‪ PbSO4‬من على القطبني ويستعيد احلامض تركيزه (كثافته)‪.‬‬

‫‪249‬‬

‫‪Dry Cell‬‬ ‫‪ 2 - 10 - 6‬اخللية اﳉافة )خاﺭﺻﲔ – كاﺭبوﻥ(‬ ‫هذه اخللية عبارة عن وعاء خارصني يعمل كأنود ﳑلؤ مبعجون رطب من ‪MnO2‬‬ ‫وكاربون (كرافيت) وكلوريد االمونيوم ‪ NH4Cl‬كما موضح في الشكـــــــل‬ ‫(‪ .)10 - 6‬تتاكسد ذرات اخلارصني عند االنود‪:‬‬ ‫‬‫(‪Zn)s(+ 2 OH)aq‬‬ ‫‪Zn)OH(2)s( + 2e-‬‬

‫فراغ ورقي‬ ‫عجينة رطبة من‬

‫‪ ZnCl2‬و ‪NH4Cl‬‬ ‫طبقة من ‪MnO2‬‬ ‫كاثود الكرافيت‬

‫وتنتقل االلكترونات داخل اخللية بواسطة الكاربون وهو الكاثود حيث عنده‬ ‫يختزل ‪ MnO2‬بوجود املاء كما هو في التفاعل االتي‪:‬‬

‫انود اخلارصني‬

‫الشكل ‪10-6‬‬ ‫الخلية الجافة (الخارصين ‪ -‬كاربون )‬

‫‬‫(‪2MnO)OH()s( +2 OH)aq‬‬

‫والتفاعل العام للخلية ‪:‬‬ ‫(‪Zn)OH(2)s(+ Mn2O3)s( + 2MnO)OH()s‬‬

‫‪2MnO2)s( + 2H2O)l( + 2e‬‬‫(‪Zn)s( + 2MnO2)s( + 2H2O)l‬‬

‫مواصفاتها ‪ :‬تعطي جهد ًا مقداره ‪1.481V‬وغير قابلة للشحن وتستخدم في‬ ‫اجهزة الراديو واحلاسوب وغيرها‪.‬‬

‫المعادالﺕ الرئيسية‬ ‫حساب جهد اخللية القياسية‬

‫رقم الصفحة ‪231‬‬

‫̊‪E‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪anode +‬‬ ‫‪cathode‬‬ ‫= ‪cell‬‬

‫العالقة بني التغير في الطاقة احلرة مع جهد اخللية‬

‫رقم الصفحة ‪239‬‬

‫‪∆G = - nFEcell‬‬

‫العالقة بني التغير في الطاقة احلرة القياسية مع‬

‫رقم الصفحة ‪239‬‬

‫̊‪∆G̊ = - nF E‬‬ ‫‪cell‬‬

‫رقم الصفحة ‪240‬‬

‫‪RT ln K‬‬ ‫ــــــــــــ =‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪eq‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪nF‬‬

‫رقم الصفحة ‪240‬‬

‫(‪0.026 )V‬‬ ‫‪ lnK‬ــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫=‬ ‫̊‪E‬‬ ‫‪eq‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪n‬‬

‫معادلة نيرنست حلساب جهد اخللية غير القياسي رقم الصفحة ‪242‬‬

‫‪RT‬‬ ‫ـــــــــ‬ ‫̊‪Ecell = E‬‬ ‫‬‫‪ln Q‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪nF‬‬

‫معادلة نيرنست حلساب جهد اخللية غير القياسي رقم الصفحة ‪242‬‬ ‫عند درجة حرارة ‪25̊C‬‬

‫‪0.026‬‬ ‫‪V‬‬ ‫ـــــــــــــــــــ‬ ‫̊‪Ecell = E‬‬ ‫‬‫‪ln Q‬‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪n‬‬

‫جهد اخللية القياسي‬ ‫العالقة بني جهد اخللية القياسي مع ثابت االتزان‬ ‫العالقة بني جهد اخللية القياسي مع ثابت االتزان‬ ‫عند درجة حرارة ‪25̊C‬‬

‫‪250‬‬

‫التاكسد ‪Oxidation‬‬

‫المفاهيم االساسية‬

‫عبارة عن تغير كيميائي يصحبه فقدان في االلكترونات من ذرة او مجموعة من الذرات ويؤدي لزيادة في اعداد التأكسد‪.‬‬

‫االختزال ‪Reduction‬‬ ‫عبارة عن تغير كيميائي تكتسب فيه الذرة او مجموعة من الذرات الكترونات يصاحبها نقصان في عدد التاكسد للعنصر‪.‬‬ ‫العامل المختزل ‪Reduction Agent‬‬ ‫املادة التي تتأكسد وتسبب اختزاال ملادة اخرى‪.‬‬ ‫العامل المؤكسد ‪Oxidizing Agent‬‬ ‫املادة التي تختزل وتسبب تأكسدا ملادة اخرى‪.‬‬ ‫االنود ‪Anode‬‬ ‫هو القطب الذي جتري عنده عملية األكسدة والذي يكون مصدر ًا لاللكترونات‪.‬‬ ‫الكاثود ‪Cathode‬‬ ‫هو القطب الذي جتري عنده عملية االختزال والذي تتحول اليه االلكترونات املنتقلة من االنود‪.‬‬ ‫الخاليا الكهروكيميائية ‪Electrochemical cells‬‬ ‫تتكون اخللية الكهروكيميائية عادة من قطبني يسمى احدهما القطب املوجب او االنود‪ ،‬اما القطب الثاني فهو القطب‬ ‫السالب ويدعى بالكاثود ويكون كال القطبني مغمورين في محلول الكتروليتي تشترك مكوناته في تفاعالت األكسدة‬ ‫واالختزال التي جتري على سطحي القطبني‪.‬‬ ‫الخاليا الكلفانية ‪Galvanic cells‬‬ ‫هي تلك اخلاليا التي تتحول فيها الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية من خالل تفاعل كيميائي يجري تلقائياً‪ ،‬لتوليد‬ ‫تيار كهربائي وتسمى مثل هذه اخلاليا باخلاليا الكلفانية او الفولتائية ‪.‬‬ ‫الخاليا االلكتروليتية ‪Electrolyte cells‬‬ ‫هي اخلاليا املستهلكة للتيار الكهربائي وفيها تتحول الطاقة الكهربائية الى طاقة كيميائية وجتري تفاعالتها بشكل غير‬ ‫تلقائي ولها تطبيقات مهمة في الصناعة‪ ،‬تستخدم خاليا التحليل الكهربائي في تنقية الفلزات وفي عملية الطالء الكهربائي‪.‬‬ ‫القوة الدافعة الكهربائية للخلية ‪Electromotive force‬‬ ‫يرمز له بالرمز (‪ )emf‬يسمى اجلهد عبر االقطاب في اخللية الكلفانية بجهد اخللية ويرمز له بالرمز (‪ )Ecell‬ويسمى‬ ‫جهد اخللية مبصطلح شائع اخر القوة الدافعة الكهربائية للخلية وبالرغم من داللة االسم فهو مقياس للجهد وليس للقوة‪.‬‬ ‫معادلة نيرنست ‪Nernest equation‬‬ ‫̊‪ ، )E‬عندما تكون جميع املواد‬ ‫هي العالقة التي تربط جهد اخللية الغير قياسي (‪ )Ecell‬مع جهد اخللية القياسي (‬ ‫‪cell‬‬ ‫املشاركة ذات تراكيز ال تساوي الواحد الصحيح وفي درجات حرارية مختلفة‪.‬‬

‫‪251‬‬

‫اسﺌلة الفﺼل السادﺱ‬ ‫‪ 1-6‬عرف املصطلحات االتية‪ :‬االنود‪ ،‬القوة الدافعة الكهربائية‪ ،‬جهد االختزال القياسي‪ ،‬اجلسر امللحي‪.‬‬

‫‪2-6‬‬

‫احسب ثابت فاراداي وبني وحداته‪.‬‬

‫‪ 3-6‬اي املواد في االزواج التالية هو االفضل كعامل مؤكسد حتت الظروف القياسية‪ .‬اذا علمت ان جهود‬ ‫االختزال القياسية ‪ E̊Br /Br+=+1.07 V‬و ‪ E̊Au3+ /Au=+1.50 V‬و ‪ E̊Ag+ /Ag=+0.80 V‬و‬ ‫‪2‬‬ ‫‪ E̊Cd2+ /Cd= -0.40 V‬و ‪.E̊Cr3+ /Cr= -0.74 V‬‬ ‫ام ‪Au3+‬‬ ‫أ) ‪Br2‬‬

‫ب) ‪H2‬‬ ‫جـ)‪Cd2+‬‬

‫ام ‪Ag+‬‬ ‫ام ‪Cr3+‬‬

‫̊‪ E‬وعرف جميع الرموز التي حتتويها‪.‬‬ ‫‪ 4-6‬اكتب العالقة التي تربط ‪ ∆Go‬مع ‪ Keq‬و‬ ‫‪cell‬‬ ‫‪ 5-6‬عند الظروف القياسية ‪ 25̊C‬وضغط ‪ 1 atm‬اي تفاعل سيجري تلقائي ًا في محلول مائي يحتوي على‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪3+‬‬ ‫أيونات ‪ Ce4+‬و ‪ Ce3+‬و ‪ Fe‬و ‪ Fe‬؟ احسب ‪ ∆Go‬و ‪ Keq‬لهذا التفاعل‪ .‬اذا علمت ان جهود االختزال‬ ‫القياسية ‪ E̊Ce4+ /Ce3+ =+1.61 V‬و ‪. E̊Fe3+ /Fe2+ =+0.77 V‬‬ ‫ج ‪1.1 × 1014 ; -424600 J/mol :‬‬ ‫‪ 6-6‬اكتب معادلة نيرنست وعرف جميع الرموز التي حتتويها‪.‬‬ ‫̊‪ E‬و ‪ Ecell‬و ‪ ∆G‬لتفاعالت اخلاليا االتية‪:‬‬ ‫‪ 7-6‬احسب‬ ‫‪cell‬‬ ‫(‪+ Sn )s‬‬ ‫‪ [Sn2+] = 0.04 M‬و ‪[Mg2+] = 0.05 M‬‬

‫(‪Mg2+)aq‬‬

‫(‪3Zn2+)aq( + 2Cr)s‬‬

‫(‪Mg )s( + Sn2+)aq‬‬ ‫(‪3Zn )s( +2Cr3+)aq‬‬

‫‪ [Zn2+] = 0.001 M‬و ‪[Cr3+] = 0.01 M‬‬ ‫اذا علمت ان جهود االختزال القياسية ‪ E̊Mg2+ /Mg= -2.37 V‬و ‪ E̊Sn2+ /Sn=-0.14 V‬و ‪E̊Zn2+ /Zn=-0.76 V‬‬ ‫و ‪.E̊Cr3+ /Cr= -0.74 V‬‬ ‫̊‪ E‬للخلية املكونة من نصفي التفاعل ‪ Zn/Zn2+‬و ‪ . SHE‬كم سيكون جهد اخللية ‪Ecell‬‬ ‫‪ 8-6‬احسب‬ ‫‪cell‬‬ ‫اذا كان ‪ . [H+] = 1.8 M , PH2 = 1 atm , [Zn2+] = 0.45 M‬اذا علمت ان جهد االختزال القياسي‬ ‫‪. E̊Zn2+ /Zn=-0.76 V‬‬ ‫ج ‪+0.79 V ; +0.76 V :‬‬

‫‪252‬‬

‫‪9-6‬‬

‫ما الفرق بني اخللية الكلفانية (مثل خلية دانيال) وخاليا التحليل الكهربائي‪.‬‬

‫‪ 10-6‬احد التفاعالت النصفية للتحليل الكهربائي للماء هو ‪:‬‬

‫‪+ 4e-‬‬

‫‪+‬‬ ‫(‪O2)g(+4H)aq‬‬

‫(‪2H2O)l‬‬

‫فاذا مت جمع ‪ 0.08 L‬من ‪ O2‬عند ‪ 25 ̊C‬وضغط ‪ 7551mm.Hg‬فأحسب عدد موالت االلكترونات التي يجب‬ ‫متريرها في احمللول (معلومة‪.)1atm = 760 mm.Hg :‬‬ ‫ج ‪0.012 mol.e :‬‬ ‫‪ 11-6‬يسري تيار كهربائي لفترة ‪ 3.75 hr‬خالل خليتي حتليل كهربائي مربوطتني على التوالي‪ ،‬حتتوي اخللية االولى‬ ‫محلول ‪ ،AgNO3‬في حني حتتوي الثانية على محلول ‪ .CuCl2‬وخالل هذا الزمن ترسب ‪ 2 g‬من الفضة في اخللية االولى ‪.‬‬ ‫أ)كم عدد غرامات النحاس التي ستترسب في اخللية الثانية ‪.‬‬ ‫ب) ما قيمة التيار الساري باالمبير‪.‬‬ ‫ج ‪ :‬أ‪ , 0.64 J -‬ب‪0.14 A -‬‬ ‫‪ 12-6‬بني ايهما يحرر الهيدروجني االملنيوم ام الذهب عند تفاعلها مع احلوامض املخففة‪ .‬اذا علمت ان جهـــــــــــود‬ ‫االختزال القياسي لالملنيوم ‪ E̊Al3+ /Al=-1.66 V‬والذهب ‪ E̊Au3+ /Au= +1.50 V‬وملاذا؟‬ ‫ج ‪ :‬االملنيوم يحرر الهيدروجني‪.‬‬ ‫‪ 13-6‬هل ميكن آليون احلديد (‪ )Fe3+( )III‬ان يؤكسد ( ‪ )Br‬الى ايون البروميد (‪ )Br-‬في اخللية التالية؟ علم ًا‬ ‫‪2‬‬

‫ان جهود االختزال القياسية ‪ E̊Fe3+ /Fe2+=+0.77 V‬و ‪.E̊Br /Br=+1.07 V‬‬ ‫‪2‬‬ ‫) ‪3+‬‬ ‫) ‪2+‬‬ ‫(‬ ‫‪Pt |Fe 1 M ; Fe 1 M( || Br- )1 M(| Br2 )1 atm( | Pt‬‬

‫‪ 14-6‬في التفاعل التالي‪ ،‬اي ﳑا ياتي مت اختزاله‪:‬‬

‫‪ 15-6‬حدد العامل املؤكسد والعامل املختزل في التفاعل اآلتي‪:‬‬ ‫‪AgNO3 +2KCl + H2O‬‬

‫ج ‪ :‬ال ميكن‪.‬‬ ‫‪2K+ + 2Br-‬‬

‫‪2K + Br2‬‬

‫‪AgNO2 + Cl2 +2KOH‬‬

‫‪ 16-6‬هل ميكن حفظ محلول ملح الطعام في اناء من النحاس؟ علما ان جهود االختزال القياسية ‪E̊Cu+ /Cu=+0.34 V‬‬ ‫و ‪.E̊Na+ /Na= -2.70 V‬‬ ‫ج ‪ :‬نعم ميكن‪.‬‬

‫‪ 17-6‬هل ميكن حفظ محلول كبريتات النحاس ‪ CuSO4‬في اناء من النيكل ام الميكن ذلك؟ بني ذلك مع ذكر‬ ‫السبب؟ علم ًا ان جهود االختزال القياسية ‪ E̊Cu2+ /Cu= +0.34 V‬و ‪.E̊Ni2+ /Ni= -0.24 V‬‬ ‫ج ‪ :‬ال ميكن‪.‬‬

‫‪253‬‬

‫‪ 18-6‬ملاذا يزداد جهد خلية اخلزن الرصاصية عند زيادة تركيز محلول قطب الكاثود وعند خفض تركيز محلول قطب االنود؟‬ ‫‪ 19-6‬ﱈ يتكون انود وكاثود البطارية اجلافة ؟ اكتب تفاعالت نصفي اخللية وتفاعلها العام واهم ﳑيزاتها‪.‬‬ ‫‪ 20-6‬ملاذا يجب ان يكون جهد اخللية الكلفانية موجباً؟‬ ‫‪ 21-6‬احسب تركيز ايونات اخلارصني في محلول قطب اخلارصني اذا كان جهد اختزال اخلارصني غير القياسي يساوي‬ ‫(‪ )-0.82 V‬وجهد اختزاله القياسي ‪.E̊Zn2+ /Zn=-0.76 V‬‬ ‫ج ‪0.01 mol/L :‬‬ ‫‪ 22-6‬احسب جهد خلية دانيال اذا علمت ان تركيز كبريتات اخلارصني (‪ )0.1 M‬وتركيز كبريتات النحاس‬ ‫(‪ )0.01 M‬في درجة ‪ .25̊C‬وان اجلهد القياسي للخلية يساوي (‪)1.101V‬؟‬ ‫ج ‪+1.07 V :‬‬ ‫‪ 23-6‬اي تفاعل هو تفاعل اكسدة – اختزال ‪:‬‬

‫‪2AlCl3 + 3H2O‬‬ ‫‪2NaCl‬‬ ‫‪2KCl +3 O2‬‬ ‫‪H2SiO3 + 4HBr‬‬ ‫‪ZnSO4 +Cu‬‬

‫‪ 24-6‬خلية كلفانية تفاعلها العام في درجة ‪.25̊C‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪)0.1 M‬‬ ‫(‪Cu)s( + Cd)aq‬‬ ‫وجهدها القياسي يساوي (‪ .)+0.74 V‬احسب التغير في الطاقة احلرة‪.‬‬

‫‪Al2O3 + 6HCl‬‬

‫(‪1‬‬

‫‪2Na + Cl2‬‬

‫(‪2‬‬

‫‪2KClO3‬‬

‫(‪3‬‬

‫‪SiBr4 +3H2O‬‬

‫(‪4‬‬

‫‪Zn + CuSO4‬‬

‫(‪5‬‬

‫‪)0.01 M( + Cd‬‬ ‫(‪)s‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Cu)aq‬‬

‫ج ‪-131252 J/mol :‬‬

‫‪ 25-6‬احسب التغير في الطاقة احلرة لتفاعل اخللية التالي في درجة ‪:25̊C‬‬ ‫‪Mg | Mg2+ )1 M( || Br- )0.1 M( | Br2 )1 atm( | Pt‬‬ ‫اذا علمت ان جهود االختزال القياسية ‪ E̊ 2+ =-2.37 V‬و ‪.E̊ - =+1.07 V‬‬ ‫‪Br2/Br‬‬ ‫‪Mg /Mg‬‬ ‫ج ‪675500 J/mol :‬‬

‫‪ 26-6‬ما مقدار التغير في الطاقة احلرة للخلية التالية في درجة ‪ 25̊C‬علما ان ‪ Keq = 1 × 1010‬وان التفاعل العام‬ ‫لهذه اخللية‪:‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪)1 M( + Pb‬‬ ‫(‪2H)aq‬‬ ‫(‪H2)g( + Pb)aq( )0.01 M()s‬‬ ‫(‪)s‬‬

‫‪254‬‬

‫ج ‪-57900 J/mol :‬‬

‫‪ 27-6‬خلية فولتائية في درجة ‪ 25̊C‬تفاعلها العام‪:‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Sn)aq‬‬

‫(‪+ Ni)s‬‬ ‫‪Sn)s( + Ni2+‬‬ ‫(‪)aq‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫اذا علمت ان جهد اخللية غير القياسي يساوي (‪ .)+0.17 V‬احسب تركيز ايونات النيكل ‪ ،Ni‬علما ان قطب‬ ‫القصدير قياسية و ‪ E̊ 2+ =-0.14 V‬و ‪. E̊ 2+ = -0.25 V‬‬ ‫‪Ni /Ni‬‬ ‫‪Sn /Sn‬‬ ‫ج ‪0.01 mol/L :‬‬ ‫‪ 28-6‬للخلية االتية ‪:‬‬

‫‪Al | Al3+)1 M( || Cd2+ )1 M( | Cd‬‬

‫اذا علمت ان جهد اخللية القياسي يساوي (‪ )1.26 V‬وجهد االختزال القياسي للكادميوم يساوي‪= -0.40 V‬‬

‫̊‪.E‬‬

‫‪Cd2+ /Cd‬‬

‫احسب جهد االختزال القياسي لالملنيوم؟‬

‫ج ‪-1.63 V :‬‬

‫‪ 29-6‬خلية كلفانية في درجة ‪ 25̊C‬احد قطبيها هو الهيدروجني وبضغط ‪ 1 atm‬من غاز الهيدروجني واالخر‬ ‫قطب النيكل تركيز ايوناته فيه ‪ 0.01 M‬؟ احسب االس الهيدروجيني (‪ )pH‬حمللول قطب الهيدروجني اذا‬ ‫علمت ان مقدار الطاقة احلرة لتفاعل اخللية ‪ -49 kJ/mol‬وان جهد اختزال قطب النيكل القياسي‪ -0.251V‬؟‬ ‫ج ‪0.92 :‬‬

‫‪ 30-6‬اذاعلمت ان جهد اخللية االتية‪:‬‬

‫‪Sn | Sn2+)? M( || Ag+ )1 M( | Ag‬‬ ‫عند درجة ‪ 25̊C‬يساوي ‪ 0.9992‬فولت‪ .‬جد تركيزايونات القصدير(‪ )Sn2+‬في محلول القطب علما ان قطب‬ ‫الفضة في ﻇروفه القياسية وجهود االختزال القياسية ‪ E̊ 2+ = -0.14 V‬و ‪.E̊ + =+0.80 V‬‬ ‫‪/Sn‬‬

‫‪Sn‬‬

‫‪Ag /Ag‬‬

‫ج ‪0.01 mol/L :‬‬

‫‪ 31-6‬امرر تياركهربائي شدته ‪ 10 A‬خالل ‪ 965 s‬في خلية حتليل كهربائي حتتوي على كبريتات النحاس ما هو‬ ‫وزن النحاس املترسب وعدد ذراته علما ان الكتلة الذرية للنحاس= ‪63‬؟‬ ‫ج ‪0.3 × 1023 atoms ; 3.15 g :‬‬ ‫‪ 32-6‬يترسب ‪ 0.648 g‬من احد الفلزات احادي التكافؤ على الكاثود عند امرار تيار كهربائي شدته ‪ 3 A‬ملدة‬ ‫‪ 3 min‬و ‪ 13 s‬في محلول احد االمالح لذلك الفلز‪ .‬احسب الكتلة الذرية للفلز املترسب ؟‬ ‫ج ‪108 g :‬‬ ‫‪ 33-6‬احسب عدد االلكترونات الالزمة لتحرير ضعف احلجم املولي لغاز االوكسجني في ‪( STP‬معلومة‪ :‬احلجم‬ ‫املولي الي غاز عند ‪ STP‬يساوي ‪)22.4 L‬؟‬ ‫‪23‬‬ ‫ج ‪48.16 × 10 e :‬‬

‫‪ 34-6‬احسب شدة التيار الالزم امراره ملدة ‪ 2 hr‬و ‪ 520 s‬في خلية حتليل املاء كهربائيا لكي يحرر‬ ‫‪ 36.12 ×1021‬جزيئة من الهيدروجني واالوكسجني على قطبي اخللية ؟‬ ‫ج‪1 A :‬‬

‫‪255‬‬

‫‪ 35-6‬اراد احد الصاغة طالء خامت من الذهب فامرر تيار كهربائي شدته ‪ 10 A‬في خلية الطالء الكهربائي حتتوي‬ ‫على احد امالح الذهب فترسب الذهب على اخلامت‪ ،‬لوحظ انه خالل ‪ 9.65 s‬ان ‪ % 75‬من الكهربائية قد استهلك‬ ‫لترسيب الذهب فما كتلة الذهب املترسب ؟ الكتلة الذرية للذهب=‪.197‬‬ ‫ج ‪0.06 g :‬‬ ‫‪ 36-6‬عند امرار ‪ 0.2 mol.e-‬في محلول كبريتات النحاس وبعد ترسيب جميع النحاس حترر ‪ 0.448 L‬من‬ ‫الهيدروجني في ‪ .STP‬احسب كتلة النحاس املترسبة ؟ الكتلة الذرية للنحاس= ‪. 63‬‬ ‫ج ‪5.04 g :‬‬

‫‪ 37-6‬ما هو التيار باالمبير (‪ )A‬الالزم لترسيب ‪ 5 g‬من الذهب في ساعة واحدة على سطح الكاثود من محلول‬ ‫يحتوي على ملح للذهب حالة التأكسدللذهب فيه (‪ )+3‬؟‬ ‫ج ‪2.14 A :‬‬ ‫‪ 38-6‬احسب ثابت االتزان للتفاعل االتي ‪:‬‬

‫(‪+ Pb)s‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Sn)s( + Pb)aq‬‬

‫‪2+‬‬ ‫(‪Sn)aq‬‬

‫علما ان جهود االختزال القياسيه ‪ E̊Sn2+ /Sn=-0.14 V‬و ‪E̊Pb2+ /Pb= -0.13 V‬‬ ‫‪ 39-6‬هل يحدث التفاعل التالي في الظروف القياسية بصورة تلقائية ام ال‪.‬‬ ‫‪2 Cr3+‬‬ ‫(‪+ 3Zn)s‬‬ ‫(‪)aq‬‬

‫ج ‪0.01 :‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪2Cr)s( + 3Zn)aq‬‬

‫اذا علمت ان جهود االختزال القياسية ‪ E̊ 2+ = - 0.76 V‬و ‪= - 0.74 V‬‬ ‫̊‪.E‬‬ ‫‪Cr3+ /Cr‬‬ ‫‪Zn /Zn‬‬ ‫‪ 40-6‬تنبأ فيما اذا سيجري التفاعل التالي تلقائي ًا كما هو مكتوب عند (‪:)298 K‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫(‪Fe)s( + Co)aq‬‬

‫(‪+ Co)s‬‬

‫‪Fe2+‬‬ ‫(‪)aq‬‬

‫اذا علمت ان تراكيز االيونات ‪ [Co2+] = 0.2 M‬و ‪ .[Fe2+] = 0.7 M‬وجهود االختزال القياسية‬ ‫‪ E̊Co2+ /Co= -0.28 V‬و ‪.E̊Fe2+ /Fe=-0.44 V‬‬

‫‪256‬‬

‫الفصل السابع‬

‫‪7‬‬

‫الكيمياء العضوية للهيدروكاربونات المعوضة‬ ‫‪Organic Chemistry for Substituted‬‬ ‫‪Hydrocarbons‬‬

‫بعد االنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على أن ‪:‬‬

‫يحدد املجموعة الوظيفية في املركب من خالل الصيغة البنائية له‪.‬‬ ‫يطبق نظام التسمية ايوباك (‪ )IUPAC‬لتسمية املركبات العضوية‬ ‫(الهيدروكاربونات املعوضة)‪.‬‬ ‫يعرف اخلواص الفيزيائية للمركبات الهيدروكاربونية املعوضة ودراسة اخلواص‬ ‫الكيميائية وتفاعالتها‪.‬‬ ‫يعرف طرائق التحضير لهذه املركبات‪.‬‬ ‫مييز بني انواع الكحوالت وبني االلديهايدات والكيتونات باستخدام طرائق‬ ‫كشف خاصة‪.‬‬ ‫يعرف اهمية واستخدامات هذه املركبات في احلياة اليومية‪.‬‬

‫‪257‬‬

‫‪ 1-7‬مﻘدمة‬

‫‪H‬‬

‫‪H C H‬‬ ‫درست سابق ًا الكيمياء العضوية والتي هي احد فروع علم الكيمياء الذي‬ ‫‪H‬‬ ‫يهتم بدراسة خواص وتركيب وتفاعالت االنواع المختلفة للمركبات التي‬ ‫(ميثان)‬ ‫هيدروكاربون مﺸبع يكون فيها عنصر الكاربون اساسي ًا في تكوينها اضافة الى عناصر اخرى‪ .‬ومنها‬ ‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬ ‫الهيدروكاربونات بوصفها ابسط المركبات العضوية‪ ،‬اذ تحتوي على عنصري‬ ‫‪C C‬‬ ‫الكاربون والهيدروجين فقط وعرفت ان هذه المركبات ترتبط فيها ذرات‬ ‫‪H‬‬ ‫(اثيلين)‬ ‫الكاربون بأواصر تساهمية مفردة وتسمى هيدروكاربونات مشبعة الكانات‬ ‫هيدروكاربون غير مﺸبع‬ ‫(اليفاتية ذات سلسلة مفتوحة وحلقية)‪ ،‬وهيدروكاربونات غير مشبعة ترتبط‬ ‫اصرة مزدوجـة‬ ‫‪ H C C H‬فيها ذرات الكاربون فيما بينها بأواصر تساهمية مزدوجة كااللكينات وثالثية‬ ‫(استيلين)‬ ‫كااللكاينات ومنها االروماتي كالبنزين ومشتقاته‪.‬‬ ‫هيدروكاربون غير مﺸبع عرفنا الصيﻎ البنائية (التركيبية) للمركبات العضوية واهميتها في التمييز‬ ‫اصرة ثالثية‬ ‫بين مركبات مختلفة تشترك في صيغة جزيئية واحدة وتعرف بااليزومرات حيث‬ ‫تكون مختلفة في درجات الغليان واالنصهار والخواص الفيزيائية والكيميائية‪.‬‬

‫‪H‬‬

‫(بنزين)‬

‫هيدروكاربون غير مﺸبع‬ ‫مركب اروماتي (حلقي)‬

‫تمرين‪1-7‬‬ ‫اكتب جميع الصيﻎ التركيبية‬

‫مثال ‪1-7‬‬ ‫ما الصيغتان البنائيتان للمركبين ن ‪ -‬بيوتان و ‪- 2‬مثيل بروبان(ايزو بيوتان)‬ ‫واللذان لهما نفس الصيغة الجزيئية ‪.C4H10‬‬ ‫الحـــل‪:‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪H C H‬‬

‫للمركب ‪ C5H12‬مع تسميتها‪.‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪H C C C H‬‬ ‫‪H H H‬‬

‫اجلدول ‪1 - 7‬‬ ‫اختالف تســـــــــــمية االلكانات‬ ‫وااللكينات وااللكاينات‬ ‫عدد‬ ‫ذرات‬ ‫الكاربون‬

‫املقطع‬ ‫الالتيني‬

‫الكان‬ ‫(ان)‬

‫الكني‬ ‫(ين)‬

‫الكاين‬ ‫(اين)‬

‫‪C1‬‬

‫ميث‬

‫ميثان‬

‫‪-‬‬

‫‪-‬‬

‫‪C2‬‬

‫إيث‬

‫إيثان‬

‫إيثني‬

‫إيثاين‬

‫‪C3‬‬

‫بروب‬

‫بروبان‬

‫بروبني‬

‫بروباين‬

‫‪C4‬‬

‫بيوت‬

‫بيوتان‬

‫بيوتني‬

‫بيوتاين‬

‫‪C5‬‬

‫بنت‬

‫بنتان‬

‫بنتني‬

‫بنتاين‬

‫‪C6‬‬

‫هكس‬

‫هكسان هكسني هكساين‬

‫‪C7‬‬

‫هبت‬

‫هبتان‬

‫هبتني‬

‫هبتاين‬

‫‪C8‬‬

‫اوكت‬

‫اوكتان‬

‫اوكتني‬

‫اوكتاين‬

‫‪C9‬‬

‫نون‬

‫نونان‬

‫نونني‬

‫نوناين‬

‫‪C10‬‬

‫ديك‬

‫ديكان‬

‫ديكني‬

‫ديكاين‬

‫‪258‬‬

‫‪H H H H‬‬ ‫‪H C C C C H‬‬ ‫‪H H H H‬‬

‫ن ‪ -‬بيوتان‬ ‫‪ - 2‬مثيل بروبان‬ ‫وكما هو متوقع فالمركبين مختلفين في خواصهما الفيزيائية والكيميائية على‬ ‫الرغم من كونهما يمتلكا نفس الصيغة الجزيئية‪.‬‬ ‫تسمى المركبات العضوية كما تعرفت سابق ًا حسب تسمية نظام االيوباك‬ ‫‪ IUPAC‬ويمكن االستعانة بالجدول (‪ )1 - 7‬لهذا الغرض‪.‬‬ ‫مثال ‪2-7‬‬ ‫ما اسم كل من المركبات التالية وفق نظام ‪: IUPAC‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH2 CH CH3‬‬

‫‪CH2 C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH CH CH2 CH3‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫(‪)2‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH2‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫الحــــل‪:‬‬ ‫( ‪ - 3 ) 1‬اثيل ‪ 2 -‬مثيل بنتان‬ ‫( ‪ - 4،4،2 ) 2‬ثالثي مثيل هكسان‬ ‫( ‪ - 2 ) 3‬مثيل ‪ - 1 -‬بيوتين‬

‫‪4‬‬

‫‪C‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪1‬‬

‫(‪)3‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫(‪)1‬‬

‫ان كل مركب هيدروكاربوني عضوي ال بد وان يحتوي على عنصري الكاربون تمرين ‪2-7‬‬

‫والهيدروجين بشكل اساسي‪ ،‬إال ان هناك عدد كبير من المركبات العضوية تحتوي‬

‫اكتب اسماء المركبات التالية حسب‬

‫على عناصر أخرى مثل االوكسجين والنتروجين والهالوجين والكبريت وغيرها‪ .‬نظام ايوباك (‪)IUPAC‬‬

‫فما أنواع هذه المركبات؟ وما أهم خصائصها؟ وما العالقة بينها وبين‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3 CH CH2 C C H‬‬

‫الهيدروكاربونات؟‬ ‫ان وجود أي من العناصر غير الكاربون والهيدروجين في المركب‬ ‫العضوي يكسبه بعض الصفات التي تميزه عن المركبات التي تخلو من ذلك‬

‫‪CH3‬‬

‫هي ذرة أو مجمـوعة‬ ‫ذرات ترتبــــــــــــط‬ ‫بــــــــــذرة الكاربون‬ ‫في المركبـــــــــــات‬ ‫العضوية فتكســـب‬ ‫هـــــــــذه المركبات‬

‫اسم املركب‬

‫)‪x = (Cl, Br, I‬‬

‫‪O‬‬

‫‪R‬‬

‫‪H‬‬

‫(‪ )2 - 7‬يبيــــــن‬

‫‪C‬‬

‫الكيتونات‬

‫‪R‬‬

‫احلوامض‬ ‫الكاربوكسيلية‬

‫‪OH‬‬

‫المجاميع الوظيفية‬ ‫في المركبـــــــــــات‬

‫االسترات‬

‫العضــــــــــوية والتي‬

‫‪CH3‬‬

‫‪R‬‬

‫القانون العام‬

‫‪X‬‬

‫يل‬

‫‪CnH2n+1X‬‬

‫‪OH‬‬

‫ول‬

‫‪CnH2n+2O‬‬

‫‪OR‬‬ ‫الكوكسيد‬

‫إيثر‬

‫‪CnH2n+2O‬‬

‫‪CH3Br‬‬ ‫بروميد املثيل‬ ‫‪CH3CH2‬‬

‫‪OH‬‬

‫ايثانول‬ ‫‪CH3 O CH3‬‬ ‫ثنائي مثيل ايثر‬ ‫‪O‬‬

‫‪C‬‬ ‫الكاربونيل‬

‫آل‬

‫‪CnH2nO‬‬

‫‪CH3 C H‬‬ ‫ايثانال‬

‫‪O‬‬

‫‪C‬‬

‫‪R‬‬

‫‪C‬‬

‫‪R‬‬

‫‪C‬‬ ‫الكاربونيل‬ ‫‪C O H‬‬ ‫الكاربوكسيل‬ ‫‪O‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪O‬‬ ‫ون‬

‫‪CnH2nO‬‬

‫‪C CH3‬‬ ‫بروبانون‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬

‫‪OR‬‬

‫مقطع التسمية‬

‫مثال‬

‫‪R‬‬

‫‪C OR‬‬ ‫استر‬

‫‪CH3‬‬

‫‪O‬‬ ‫ويك‬

‫‪CnH2nO2‬‬

‫وات ‪ +‬اسم‬ ‫االلكيل‬

‫‪CnH2nO2‬‬

‫‪CH3 C OH‬‬ ‫حامض االيثانويك‬ ‫‪O‬‬ ‫‪OCH3‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪C‬‬

‫مثيل ايثانوات‬

‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬

‫ســـــــنتناول بعضها‬ ‫بالتفصيل‪.‬‬

‫)‪(3‬‬

‫‪CH3 C CH3‬‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬

‫المركبات العضوية‪.‬‬ ‫والجـــــــــــــــــدول‬

‫‪R‬‬

‫‪O‬‬

‫متماثلة تميزهــــــــا‬ ‫عن غيرهــــــــــا من‬

‫‪R‬‬

‫‪OH‬‬

‫صفـــــــــــــــــــــــات‬ ‫كيميائية وفيزيائية‬

‫‪R‬‬

‫‪X‬‬

‫الكحوالت‬

‫االلديهايدات‬

‫املجموعة الفعالة‬ ‫(الوظيفية)‬

‫الصيغة العامة‬

‫االيثرات‬

‫)‪(2‬‬

‫املجاميع الوظيفية في املركبات العضوية‬

‫اجلدول ‪2 - 7‬‬

‫هاليدات‬ ‫االلكيل‬

‫‪CH3 CH‬‬

‫‪CH3‬‬

‫العضوي صفات خاصة بالمجاميع الوظيفية أو المجاميع الفعالة (المميزة)‪.‬‬ ‫الوظيفية (الفعالة)‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH CH CH CH3‬‬

‫العنصر‪ .‬وقد اصطلح على العنصر او مجموعة العناصر التي تكسب المركب‬ ‫فالمجموعـــــــة‬

‫)‪(1‬‬

‫االمينات‬

‫‪N‬‬

‫‪ R‬اولي‬

‫‪H‬‬ ‫‪R‬‬

‫‪N‬‬

‫‪ R‬ثانوي‬

‫‪R‬‬ ‫‪R‬‬

‫‪N‬‬

‫‪NH2‬‬

‫امني‬

‫‪CnH2n+3N‬‬

‫‪NH2‬‬

‫‪CH3CH2‬‬ ‫اثيل امني‬

‫‪ R‬ثالثي‬

‫‪259‬‬

‫‪ 2 - 7‬هاليدات االلكيل ‪Alkyl Halides‬‬

‫تعرفت من دراستك السابقة الى مجاميع االلكيل وهي ما ينتج عند حذف ذرة‬ ‫هيدروجين من االلكان‪ .‬والجدول (‪ )3 - 7‬يبين بعض مجاميع االلكيل المشتقة‬ ‫من بعض االلكانات‪.‬‬

‫‪R-‬‬

‫اجلدول ‪3 - 7‬‬ ‫اسم االلكان‬ ‫ميثان‬

‫‪CH4‬‬

‫ايثان‬

‫مجموعة االلكيل‬ ‫املشتقة منه‬

‫‪C2H6‬‬

‫بروبان‬

‫‪C3H8‬‬

‫بروبان‬

‫‪C3H8‬‬

‫)‪(R-H‬‬

‫الكيل‬

‫بعض مجاميع االلكيل املشتقة من بعض االلكانات‪.‬‬ ‫صيغته‬

‫‪H-‬‬

‫‪CH2‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫الكان‬

‫عندما ترتبط بمجمــــــــــــوعة االلكيـــــــــل‬

‫اسم املجموعة‬

‫( ‪ ) R -‬ذرة هالوجين (‪ ،) X -‬فان المواد‬

‫‪CH3‬‬

‫مثيل‬

‫الناتجة من هذا النوع من التآصر تدعى‬

‫‪C2H5‬‬

‫اثيل‬

‫بهاليدات االلكيل وهذه المـــــركبات ناتجة من‬

‫‪CH2‬‬

‫‪ CH3‬ن ‪ -‬بروبيل‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH‬‬

‫ايزو ‪ -‬بروبيل‬

‫والمجموعــــــــــــــة‬ ‫‪X‬‬

‫‪C‬‬

‫احالل ذرة هالوجين محل ذرة هيدروجين في‬

‫او ‪X‬‬

‫االلكانات‪ ،‬لذلك تعد من مشتقات االلكانات‪.‬‬ ‫الوظيفــــية‬

‫‪R‬‬

‫(الفعالة)‬

‫فيهــــــــــــــــــا‬

‫‪ ،‬حيـــــــــــــــــث ‪ = R‬مجموعة الكيــــــــــل‪،‬‬

‫‪ Cl , Br , I = X‬ذرة هالوجين‪ ،‬ومن امثلتها‪:‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪C‬‬

‫‪C‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪Br‬‬

‫هي‬

‫‪H‬‬ ‫‪Cl‬‬

‫‪H‬‬

‫‪C‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫كلوريد المثيل‬

‫بروميد االثيل‬

‫‪Methyl chloride‬‬

‫‪Ethyl bromide‬‬

‫تصنف هاليدات االلكيل الى هاليدات الكيل أولية (˚‪ )1‬وثانوية (˚‪)2‬‬ ‫وثالثية (˚‪ )3‬باالعتماد على ذرة الكاربون التي تحمل ذرة الهالوجين فيما اذا‬

‫انتبه !‬

‫ان ‪ mono‬تعني احادي‬

‫و ‪ )1˚( primary‬تعني اولي‬

‫و ‪ di‬تعني ثنائي‬

‫و ‪ )2˚( secondary‬تعني ثانوي‬ ‫بينما تعني ‪ tri‬ثالثي‬

‫و ‪ )3˚( tertiary‬تعني ثالثي‬

‫‪260‬‬

‫كانت أولية أو ثانوية أو ثالثية وكما هو مبين في ادناه‪.‬‬

‫ذرة كاربون اولية‬

‫ذرة كاربون ثانوية‬

‫ذرة كاربون ثالثية‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪X‬‬

‫‪C‬‬

‫‪R‬‬

‫‪H‬‬

‫هاليد الكيل أولي (˚‪)1‬‬

‫‪X‬‬

‫‪C‬‬

‫‪R‬‬

‫‪X‬‬

‫‪C‬‬

‫‪R‬‬

‫‪H‬‬

‫‪R‬‬

‫هاليد الكيل ثانوي (˚‪)2‬‬

‫هاليد الكيل ثالثي(˚‪)3‬‬

‫وهناك هاليدات الكيل اخرى يتم فيها استبدال اكثر من ذرة هيدروجين‬ ‫بذرات هالوجين وقد تكون على نفس الذرة او على ذرات مختلفة‪:‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪H C Cl‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪H C Cl‬‬ ‫‪Cl‬‬ ‫‪trichloromethane‬‬ ‫‪chloroform‬‬

‫‪dichloromethane‬‬

‫‪ 1 - 2 - 7‬تسمية هاليدات االلكيل‬

‫تسمى هاليدات االلكيل حسب الطريقة النظامية (ايوباك ‪،) IUPAC‬‬ ‫وتتبع في ذلك الخطوات الاتية ‪:‬‬ ‫‪ - 1‬يتم اختيار أطول سلسلة مستمرة لذرات الكاربون تحتوي ذرة هالوجين‪ ،‬ثم‬ ‫نرقمها من الطرف االقرب لذرة الكاربون الحاملة لذرة الهالوجين حيث تأخذ‬ ‫اصغراالرقام‪.‬‬ ‫‪ - 2‬يكتب اسم المركب بوضع رقم يحدد موقع ذرة الكاربون المرتبطة بذرة‬ ‫الهالوجين‪ ،‬ثم عالمة ( ‪ ) -‬ثم كتابة اسم الهالوجين مع اضافة حرف الواو‬ ‫الى نهايته ( كلورو‪ ،‬برومو‪ ،‬يودو) ‪ ،‬ثم وضع عالمة ( ‪ ) -‬قبل ذرة الهالوجين‬ ‫االخرى عند وجودها وهكذا مع باقي ذرات الهالوجين في المركب ان وجدت‬ ‫ويراعى في تسلسل كتابة اسماء ذرات الهالوجين المختلفة عند وجودها في‬ ‫نفس المركب االبجدية فالبروم يسبق الكلور ثم اليود‪ .‬من االمثلة على ذلك‬ ‫ما هو موضح في الجدول ‪.4-7‬‬

‫االسماء النظامية لبعض هاليدات االلكيل‪.‬‬ ‫االسم النظامي‬

‫املركب‬

‫‪ - 2‬كلورو بيوتان‬ ‫‪2-chlorobutane‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪CH‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪1‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪3‬‬

‫‪4‬‬

‫‪Br‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪ - 2،2‬ثنائي برومو بروبان‬ ‫‪2,2-dibromopropane‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪3‬‬

‫‪Br‬‬ ‫‪Br‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪1‬‬

‫‪C‬‬

‫‪2‬‬

‫‪H‬‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪ - 2‬برومو ‪ - 3 -‬كلورو بيوتان‬ ‫‪2-bromo-3-chlorobutane‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪3‬‬

‫‪4‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪Br‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪CH‬‬

‫‪3‬‬

‫‪Cl C Cl‬‬ ‫‪Cl‬‬

‫ثالثي كلورو ميثان (كلوروفورم) رباعي كلورو ميثان (رابع كلوريد الكاربون)‬

‫ثنائي كلورو ميثان‬

‫اجلدول ‪4 - 7‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪4‬‬

‫‪tetrachloromethane‬‬ ‫‪I‬‬ ‫‪H C I‬‬ ‫‪I‬‬

‫ثالثي يودو ميثان (ايودوفورم)‬ ‫‪Triiodomethane‬‬ ‫‪Iodoform‬‬ ‫‪Br Br‬‬ ‫‪H C C H‬‬ ‫‪H H‬‬ ‫‪- 2 ،1‬ثنائي برومو ايثان‬ ‫‪1,2 dibromoethane‬‬

‫انتبه !‬

‫عند كتابة اسماء المركبات يراعى‬ ‫عدم وضع فراغات ضمن التسمية‬ ‫وكما هو مالحظ عند كتابة اسماء‬ ‫المركبات باللغة االنكليزية‪ ،‬ولكن‬ ‫والجل السهولة تم وضع فراغات عند‬ ‫كتابة االسماء نفسها باللغة العربية‪.‬‬

‫‪ - 1‬برومو ‪ - 3 -‬مثيل بيوتان‬ ‫‪1-bromo-3-methylbutane‬‬

‫‪261‬‬

‫‪ 2 - 2 - 7‬حتضير هاليدات االلكيل‬

‫تمرين‪3-7‬‬

‫هناك طرائق مختبرية وصناعية متعددة لتحضير هاليدات االلكيل وسنقتصر‬ ‫‪ - 1‬ارسم الصيغة البنائية لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫على طريقة مختبرية واحدة وهي‪:‬‬

‫أ ‪ - 1،1 -‬ثنائي كلورو ايثان‬ ‫ب ‪ - 2 -‬برومو ‪ - 2 -‬يودو هكسان‬

‫اضافة هاليد الهيدروجين الى االلكين‬ ‫ج ‪ - 2 -‬يودو ‪ - 2 -‬مثيل بيوتان‬ ‫عند تفاعل هاليد الهيدروجين ‪ HX‬والذي يشمل (‪ HBr‬و ‪ HCl‬و ‪)HI‬‬ ‫‪ - 2‬اكتب االسم النظامي لكل مما‬ ‫مع االلكين ستضاف ذرة الهيدروجين الى احدى ذرتي كاربون االصرة‬ ‫يأتي‪:‬‬ ‫المزدوجة وذرة الهالوجين الى ذرة كاربون االصرة المزدوجة االخرى‬ ‫أ ‪CHCl3 -‬‬ ‫لينتنج عن ذلك هاليد االلكيل‪ ،‬ويعتبر هذا التفاعل من تفاعالت االضافة‬ ‫االلكتروفيلية (الباحثة عن االلكترونات)‪ .‬يحصل هذا النوع من التفاعالت‬ ‫‪Br‬‬ ‫‪Cl‬‬ ‫في المركبات التي تحتوي على أواصر كاربون ‪ -‬كاربون مزدوجة وثالثية‪.‬‬ ‫ب‪-‬‬ ‫‪CH2 CH CH3‬‬ ‫ومن امثلة ذلك اضافة بروميد الهيدروجين الى االثيلين والى ‪ - 2‬بيوتين‪:‬‬

‫‪HBr‬‬

‫‪CH2 CH2‬‬ ‫‪Br‬‬

‫‪CH2 CH2‬‬ ‫اثيلين‬

‫‪H‬‬

‫بروميد االثيل‬

‫‪Br‬‬

‫‪HBr‬‬

‫‪CH3 CH CH2 CH3‬‬

‫‪CH3 CH CH CH3‬‬

‫‪ - 2‬برومو بيوتان‬

‫‪ - 2‬بيوتين‬

‫وتتم ميكانيكية التفاعل حسب الخطوات االتية‪:‬‬ ‫‪ - 1‬بروميد الهيدروجين يعطي (‪ )H+‬بروتون وأيون البروميد السالب (‪.)Br-‬‬

‫انتبه !‬

‫النيوكليوفيل هو كاشف باحث‬ ‫عن النواة النه غني بااللكترونات‬ ‫(تمتلك مزدوج واحد او اكثر من‬ ‫االلكترونات) غير المتآصرة‪.‬‬ ‫االلكتروفيل هو كاشف باحث عن‬ ‫االلكترون (فقير بااللكترونات) النه‬ ‫يمتلك اوربيتال فارغ مهيأ الستقبال‬ ‫مزدوج الكتروني‪.‬‬

‫‪Br-:‬‬

‫نيوكليوفيل‬

‫‪H+‬‬

‫الكتروفيل‬

‫‪ - 2‬يضاف البروتون (االيون الموجب) (االلكتروفيل) الى اآلصرة المزدوجة‬ ‫لالثيلين ليعطي أيون الكاربونيوم (‪)Carbonium ion‬‬

‫‪CH3 CH2‬‬ ‫‪carbonium ion‬‬

‫‪CH2 CH2‬‬

‫‪H+‬‬

‫أيون الكاربونيوم‬

‫‪ - 3‬يهاجم أيون البروميد السالب (الذي يسلك سلوك نيوكليوفيل) أيون‬ ‫الكاربونيوم (الذي يسلك سلوك الكتروفيل) ليعطي ناتج االضافة هاليد‬ ‫االلكيل هو بروميد االثيل‪.‬‬

‫‪CH3CH2 Br‬‬

‫‪262‬‬

‫‪H Br‬‬

‫بروميد االثيل‬

‫‪Br‬‬

‫‪CH3 CH2‬‬

‫وهذه الخطوات تحصل لجميع االلكينات المتناظرة (التي تكون متشابهة‬ ‫على طرفي اآلصرة المزدوجة) فيكون الناتج هو نفسه لعدم اهمية موقع اضافة‬ ‫ذرة الهيدروجين وذرة الهاليد حيث انها في النهاية سوف تنتج نفس المركب‬ ‫وكما هو موضح في ادناه‪.‬‬ ‫‪BrCH2CH3‬‬

‫‪HBr‬‬

‫‪CH2 CH2‬‬

‫‪CH3CH2Br‬‬

‫‪HBr‬‬

‫‪CH2 CH2‬‬

‫اما في حال كون االلكين غير متناظر (ال يكون المركب متشابه على طرفي‬ ‫االصرة المزدوجة)‪ .‬تتم الميكانيكية حسب قاعدة ماركوفينيكوف‪.‬‬

‫‪Br‬‬ ‫‪CH3 CH CH3‬‬

‫‪A‬‬

‫‪A‬‬

‫‪ - 2‬برومو بروبان‬

‫‪HBr‬‬

‫‪B CH3CH2CH2Br‬‬

‫‪CH3 CH CH2‬‬ ‫‪B‬‬

‫‪ - 1‬برومو بروبان‬

‫الكين‬

‫غير متناظر‬

‫تمرين ‪4-7‬‬ ‫اكتب تفاعل اضافة ‪ HCl‬مرة الى‬

‫وهنا يكون التفاعل (حسب قاعدة ماركوفينيكوف) هو التفاعل ‪ A‬والناتج‬ ‫‪ -1‬بيوتين واخرى الى ‪ -2‬بيوتين‪.‬‬ ‫الرئيسي هو ‪ - 2‬برومو بروبان وليس ‪ - 1‬برومو بروبان‪.‬‬ ‫بعد دراسة العديد من التفاعالت من هذا النوع‪ .‬وضع العالم الروسي فالديمر‬ ‫ماركوفينيكوف (‪ )Valdimir Markovnikov‬قاعدته التي تنص‪:‬‬ ‫عند اضافة الكاشف غير المتناظر الى مركبات اآلصرة المزدوجة غير‬ ‫المتناظرة فأن أيون الهيدروجين (األيون الموجب) من الكاشف يضاف الى ذرة‬ ‫كاربون اآلصرة المزدوجة التي تحمل العدد االكبر من ذرات الهيدروجين وتكوين‬ ‫ايون الكاربونيوم االكثر استقرار ًا ‪.‬‬ ‫ان أيون الكاربونيوم الثالثي (˚‪ )3‬اكثر استقرار ًا من أيون الكاربونيوم‬ ‫الثانوي (˚‪ )2‬واالخير اكثر استقرار ًا من ايون الكاربونيوم االولي(˚‪ . )1‬وفي‬ ‫المثال السابق للبروبين يكون الناتج ‪ A‬هو االكثر تكون ألنه أكثر استقرار ًا ‪.‬‬ ‫وكما في المثال االتي‪:‬‬

‫‪Br‬‬

‫‪CH3 CH CH3‬‬

‫ايون كاربونيوم اكثر استقرار ًا (˚‪)2‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H Br‬‬

‫‪CH3 CH CH2‬‬

‫‪CH3CH2CH2‬‬

‫ايون كاربونيوم اقل استقرار ًا (˚‪)1‬‬

‫‪Br‬‬ ‫‪CH3 CH CH3‬‬ ‫‪ - 2‬برومو بروبان‬

‫‪Br‬‬

‫‪CH3 CH CH3‬‬ ‫ايون كاربونيوم ثانوي‬

‫‪263‬‬

‫مثال ‪3-7‬‬ ‫حضر كل مما يأتي‪:‬‬ ‫تمرين ‪5-7‬‬ ‫‪ ) 1‬كلورو ايثان من االثيلين‪.‬‬ ‫اكتب المعادلة الكيميائية التي‬ ‫‪ - 2 ) 2‬يودو بروبان من البروبين‪.‬‬ ‫تحقق التفاعالت االتية‪:‬‬ ‫الحـــــل‪:‬‬ ‫‪ - 1‬تحضير (‪ - 2‬برومو بيوتان) من‬

‫‪HCl‬‬

‫‪CH3 CH2 Cl‬‬

‫االلكين المناسب‪.‬‬

‫كلورو ايثان‬

‫‪ - 2‬اضافة حامض الهيدروكلوريك ‪CH3‬‬ ‫‪ HCl‬الى (‪ - 2‬مثيل بروبين)‪.‬‬

‫‪CH3 CH‬‬

‫‪HI‬‬

‫‪I‬‬

‫‪ - 2‬يودو بروبان‬

‫‪CH2‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪1( CH2‬‬

‫‪CH‬‬

‫‪2( CH3‬‬

‫اثيلين‬

‫بروبين‬

‫‪ 3 - 2 - 7‬خواص هاليدات االلكيل‬ ‫‪ - 1‬الخواص الفيزيائية‬

‫هل تعلم‬ ‫انه يمكن استخدام بعض هاليدات‬ ‫االلكيل كرباعي كلوريد الكاربون‬ ‫‪CCl4‬‬

‫في عمليات اطفاء‬

‫الحريق‪ .‬الرتفاع كثافته فيكون‬ ‫طبقة عازلة الخماد الحريق‪ .‬لكن‬ ‫قل استخدامه لما يسببه من تلوث‪.‬‬ ‫وتستخدم هاليدات االلكيل ايض ًا‬ ‫في صناعة المبيدات الحشرية التي‬ ‫ترش بها النباتات المصابة ببعض‬ ‫اآلفات مثل مركب ‪. D.D.T‬‬ ‫لكن البعض منها منع استخدامه‬ ‫لخطورته على الحياة‪.‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪C‬‬ ‫‪Cl C Cl‬‬ ‫‪Cl‬‬ ‫‪D.D.T‬‬

‫‪Cl‬‬

‫هاليدات االلكيل ‪ CH3Cl‬و ‪ CH3Br‬و ‪ CH3CH2Cl‬هي غازات في‬ ‫درجة حرارة الغرفة‪ ،‬وهاليدات االلكيل االخرى فهي سوائل عديمة اللون الى غاية‬ ‫‪ ، C18‬اما الهاليدات التي تتكون من اكثر من ثمانية عشر ذرة كاربون (‪)C18‬‬ ‫فهي مواد صلبة عديمة اللون‪ .‬ال تذوب في الماء ولكنها تذوب في المذيبات‬ ‫العضوية ويرجع ذلك لعدم قابليتها على تكوين اواصر هيدروجينية مع الماء‪.‬‬ ‫‪ - 2‬الخواص الكيميائية‬ ‫تكون االصرة بين ذرتي الكاربون والهالوجين في هاليدات االلكيل ذات‬ ‫صفة قطبية بسبب الكهرسلبية العالية لذرة الهالوجين نسبة الى الكهرسلبية‬ ‫لذرة الكاربون‪ ،‬وتختلف قطبية هذه االصرة بحسب نوع ذرة الهالوجين ففي حالة‬ ‫اليود يكون االستقطاب ضعيف جداً‪ .‬لكن استقطاب االصرة يكون كبيرا في هذه‬ ‫المركبات‪ ،‬لهذا تكون ذرة الكاربون المرتبطة بذرة هالوجين هدف ًا جيد ًا لالضافة‬ ‫من قبل النيوكليوفيل (كواشف باحثة عن النواة) وتعتبر تفاعالت التعويض‬ ‫النيوكليوفيلية من اكثر تفاعالت هاليدات االلكيل اهمية‪:‬‬

‫‪X:‬‬ ‫مجموعة مغادرة‬

‫‪264‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪R C Nu‬‬ ‫‪H‬‬ ‫ناتﺞ التعويض‬

‫‪H‬‬ ‫‪δ‬‬ ‫‪δ‬‬ ‫‪R C X‬‬ ‫‪H‬‬ ‫هاليد الكيل‬

‫‪Nu:‬‬ ‫نيوكليوفيل‬

‫ومن تفاعالت التعويض النيوكليوفيلية‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬تفاعل هاليد االلكيل مع محلول مائي لهيدروكسيد البوتاسيوم ‪:KOH‬‬ ‫وهنا التفاعل يعطي الكحوالت حيث يتم تعويض (استبدال) ذرة الهالوجين‬ ‫بمجموعة الهيدروكسيل (‪ )-OH‬وحسب المعادالت االتية‪:‬‬

‫‪H2O‬‬ ‫‪CH3OH + KI‬‬ ‫∆‬ ‫كحول المثيل‬ ‫‪H2O‬‬ ‫∆‬

‫‪CH3CH2OH + KBr‬‬ ‫كحول االثيل‬

‫‪CH3I + KOH‬‬ ‫يوديد المثيل‬ ‫‪CH3CH2Br + KOH‬‬ ‫بروميد االثيل‬

‫ب ‪ -‬تفاعل هاليدات االلكيل مع ‪ KOH‬الكحولي‪:‬‬ ‫يتفاعل هاليد االلكيل مع محلول هيدروكسيد البوتاسيوم الكحولي النتاج‬ ‫االلكين‪ .‬يتضمن هذا التفاعل حذف جزيء ‪ HX‬من هاليدات االلكيل‪ .‬وهي‬ ‫‪Br‬‬ ‫احدى طرائق تحضير االلكينات مثال ذلك ‪:‬‬ ‫‪C H OH‬‬ ‫‪H2O‬‬ ‫‪KBr‬‬ ‫‪KOH‬‬ ‫‪CH2 CH2‬‬ ‫‪CH2‬‬ ‫‪5‬‬

‫اثيلين‬

‫‪H2O‬‬

‫‪KBr‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪CH3CH‬‬

‫بروبين‬

‫‪2‬‬

‫∆‬

‫‪C2H5OH‬‬ ‫∆‬

‫‪H‬‬ ‫‪CH2‬‬

‫بروميد االثيل‬

‫‪KOH‬‬

‫‪CH3 CH2 CH2 Br‬‬ ‫برومو بروبان‬

‫ج ‪ -‬التفاعل مع فلز المغنيسيوم‬ ‫تتفاعل هاليدات االلكيل مع فلز المغنيسيوم ‪ Mg‬في وسط من االيثر الجاف‬ ‫وضح بالمعادلة الكيميائية ماذا يحدث‬ ‫(الخالي من الرطوبة) لتنتج كاشف كرينيارد والذي تحضر منه االلكانات (كما‬ ‫عند مفاعلة‪:‬‬ ‫مر بك سابقاً)‪ .‬ومثال ذلك‪:‬‬ ‫ايثر جاف‬ ‫‪ - 1‬محلول هيدروكسيد البوتاسيوم‬ ‫‪CH3I + Mg‬‬ ‫‪CH3MgI‬‬ ‫يوديد المثيل‬ ‫يوديد مغنيسيوم المثيل‬ ‫‪ KOH‬في محلولها المائي مع‬ ‫(كاشف كرينيارد)‬ ‫‪ - 2‬كلورو ‪ - 2 -‬مثيل بروبان‪.‬‬ ‫تمرين ‪6-7‬‬

‫‪CH3CH2MgBr‬‬ ‫بروميد مغنيسيوم االثيل‬ ‫(كاشف كرينيارد)‬

‫ايثر جاف‬

‫‪CH3CH2Br + Mg‬‬ ‫بروميد االثيل‬

‫‪ - 2‬محلول هيدروكسيد البوتاسيوم‬ ‫‪ KOH‬الكحولـــــــــــــــــــــــي مع‬ ‫‪ - 1‬برومو ‪ - 3 -‬اثيل بنتان‪.‬‬

‫‪ 3 - 7‬الكحوالت‬

‫مركبات هيدروكاربونية تكون فيها مجموعة هيدروكسيل مرتبطة بذرة‬ ‫كاربون مشبعة‪ ،‬وتعتبر (‪ )-OH‬المجموعة الوظيفية (الفعالة) في هذه‬ ‫المركبات‪ ،‬وصيغتها العامة هي ‪ R - OH‬وقانونها العام (‪.)CnH2n+2OH‬‬ ‫تدعى الكحوالت التي تحتوي مجموعة هيدروكسيل واحدة الكحوالت االحادية‬ ‫وقد مر ذكرها في المراحل الدراسية السابقة وهي االنواع االكثر شيوع ًا مثل‪:‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪ - 2‬مثيل ‪ -2 -‬بروبانول‬

‫المجموعة الوظيفية‬

‫‪OH‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪C‬‬

‫‪CH3 CH CH3‬‬ ‫‪CH3OH‬‬

‫ميثانول‬

‫‪CH3CH2OH‬‬ ‫ايثانول‬

‫‪OH‬‬ ‫‪ - 2‬بروبانول‬

‫‪265‬‬

‫وتصنف الكحوالت حسب ارتباط مجموعة الهيدروكسيل بذرة الكاربون‬ ‫اذا كانت أولية فالكحول أولي (˚‪ )1‬واذا كانت ذرة الكاربون ثانوية فالكحول‬ ‫ثانوي(˚‪ )2‬والثالثية فالكحول ثالثي (˚‪. )3‬‬

‫هل تعلم‬ ‫ان هناك انواع اخرى من الكحوالت‬ ‫شائعة االستعمال منها الكحوالت‬ ‫الثنائية الهيدروكسيل والتي تحتوي‬ ‫مجموعتي هيدروكسيل كاالثيلين‬

‫ذرة كاربون اولية‬

‫كاليكول أو ثالثية الهيدروكسيل‬ ‫كالكلسرين والتي صيغها التركبية‬ ‫كاالتي‪:‬‬

‫ذرة كاربون ثانوية‬

‫‪H‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪C‬‬

‫‪R‬‬ ‫‪R‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪H‬‬

‫‪C‬‬

‫اثيلين كاليكول‬

‫‪R‬‬

‫كحول ثانوي (˚‪)2‬‬

‫‪ 1 - 3 - 7‬تسمية الكحوالت‬

‫‪CH2 OH‬‬

‫‪R‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪H‬‬

‫كحول اولي(˚‪)1‬‬

‫‪CH2 OH‬‬

‫ذرة كاربون ثالثية‬

‫‪C‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫كحول ثالثي (˚‪)3‬‬

‫(ثنائي الهيدروكسيل)‬ ‫تسمى الكحوالت حسب الطريقة النظامية االيوباك ‪ ، IUPAC‬وتتبع‬ ‫‪CH2 OH‬‬ ‫الخطوات االتية ‪:‬‬ ‫‪CH OH‬‬ ‫‪ - 1‬اختيار اطول سلسلة كاربونية مستمرة تحتوي مجموعة الهيدروكسيل‪،‬‬ ‫‪CH2 OH‬‬ ‫وترقيمها من الطرف االقرب اليها لكي تأخذ ذرة الكاربون الحاملة لمجموعة‬ ‫الكلسرين‬ ‫(ثالثي الهيدروكسيل)‬ ‫الهيدروكسيل اصغر رقم‪.‬‬ ‫‪ - 2‬تكون التسمية باالعتماد على عدد ذرات كاربون السلسلة المختارة حيث‬ ‫يتم اعطاء اسم االلكان المقابل واضافة المقطع (ول)‪.‬‬ ‫تمرين ‪7-7‬‬ ‫أ ‪ -‬اكتب االسم النظامي لكل من ‪ - 3‬تحديد عدد التفرعات والمجاميع المعوضة االخرى وموقعها في السلسلة‬ ‫ان وجدت كما في االمثلة االتية‪:‬‬ ‫المركبات االتية‪:‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪CH3 CH CH3 CH3 C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪OH‬‬ ‫‪CH CH2 CH3‬‬

‫‪CH3 CH‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3 OH CH3‬‬ ‫‪CH CH CH3‬‬

‫‪CH3 C‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪ - 4،2،2‬ثالثي مثيل ‪ - 3 -‬بنتانول‬

‫‪Cl CH2 CH2 CH2 OH‬‬ ‫‪ - 3‬كلورو ‪ - 1 -‬بروبانول‬

‫ب ‪ -‬اكتب الصيغة البنائية لكل مما يأتي‪:‬‬ ‫‪ - 2 )1‬مثيل ‪ - 2 -‬هكسانول‬

‫‪ 2 - 3 - 7‬حتضير الكحوالت‬

‫‪CH3 CH2 CH2 OH‬‬ ‫‪ - 1‬بروبانول‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3 CH OH‬‬ ‫‪ - 2‬بروبانول‬

‫‪ - 2،2 )2‬ثنائي مثيل ‪ - 1 -‬بيوتانول‬ ‫هناك طرائق مختبرية وصناعية متعددة لتحضير الكحوالت وسنقتصر على‬ ‫‪ - 3 )3‬مثيل ‪ - 3 -‬بنتانول‬ ‫طريقة مختبرية واحدة وهي‪:‬‬ ‫اضافة جزيء ماء الى االلكين‬ ‫تحصل عملية اضافة جزيء ماء الى االلكين بوجود حامض الكبريتيك المركز‬ ‫الساخن كعامل مساعد‪ ،‬حيث يتفاعل حامض الكبريتيك مع االلكين في بداية‬ ‫التفاعل ليكون كبريتات االلكيل الهيدروجينية (حسب قاعدة ماركوفينيكوف‬ ‫عند االضافة) وهذه بدورها تتحلل مائي ًا لتعطي الكحول المقابل واعادة تكوين‬ ‫حامض الكبريتيك‪:‬‬

‫‪266‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪H2SO4‬‬

‫‪CH3 CH CH3‬‬

‫‪H OH‬‬

‫∆‬

‫‪ - 2‬بروبانول‬

‫‪CH2‬‬

‫‪CH3 CH‬‬ ‫‪ - 1‬بروبين‬

‫وحسب ميكانيكية التفاعل االتية‪:‬‬ ‫‪OSO3H‬‬ ‫‪CH3 CH CH3‬‬

‫∆‬

‫‪H OSO3H‬‬

‫كبريتات ‪ - 2‬بروبيل الهيدروجينية‬

‫‪ - 1‬بروبين‬

‫مركز‬

‫‪OH‬‬ ‫‪H2SO4‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪CH3 CH CH3‬‬

‫∆‬

‫‪CH3 CH‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪O H‬‬

‫‪OSO3H‬‬ ‫‪CH3 CH CH3‬‬

‫‪ - 2‬بروبانول‬

‫مﺨفف‬

‫مثال ‪4-7‬‬ ‫ما هي الصيﻎ البنائية المحتملة للكحوالت ذوات الكتلة المولية ‪74 g/‬‬ ‫‪mole‬؟ علم ًا ان الكتل الذرية للذرات كاالتي ‪O = 16 , C = 12 , H = 1‬‬ ‫الحـــــل‪:‬‬ ‫القانون العام للكحوالت ( ‪) CnH2n+2O‬‬ ‫(‪CnH2n+2O = )n × 12( + ]) 2n+2( × 1[+)1 × 16‬‬ ‫‪CnH2n+2O = 12n + 2n + 2 + 16 = 74 g/mol‬‬ ‫‪14n = 74 -18 ⇒ n = 4‬‬ ‫لذا فالكحول هو ‪ C4H10O‬والصيﻎ البنائية المحتملة لها هي‪:‬‬

‫‪CH2 OH‬‬

‫‪ - 2‬مثيل ‪ - 1 -‬بروبانول‬ ‫كحول اولي (˚‪)1‬‬

‫‪OH‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪CH3 C‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪ - 2‬مثيل ‪ - 2 -‬بروبانول (˚‪)3‬‬ ‫كحول ثالثي (˚‪)3‬‬

‫تحل مجموعة ‪ OH-‬محل مجموعة‬ ‫‪ OSO3H‬الموجودة في المركب‬ ‫الوسطي الن االولى اكثر قاعدية‬ ‫واكبر تركيز ًا من الثانية‪ .‬وتعتبر‬ ‫عملية التحضير هذه الطريقة العامة‬ ‫التجارية لتحضير الكحوالت‪.‬‬

‫تمرين ‪8-7‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3 CH‬‬

‫انتبه !‬

‫‪CH3 CH2 CH2 CH2 OH‬‬ ‫‪ - 1‬بيوتانول (˚‪)1‬‬ ‫كحول اولي (˚‪)1‬‬

‫‪OH‬‬ ‫‪CH3CH2CH CH3‬‬ ‫‪ - 2‬بيوتانول (˚‪)2‬‬

‫كحول ثانوي (˚‪)2‬‬

‫اكتب الصيﻎ البنائية المحتملة‬ ‫لخمسة متجانسات للكحوالت ذوات‬ ‫الكتل المولية ‪88 g/mole‬؟‬

‫تمرين ‪9-7‬‬ ‫حضر ‪:‬‬ ‫‪ - 2 )1‬بيوتانول من ‪ - 1‬بيوتين‬ ‫‪ )2‬االيثانول من االثيلين‬

‫‪267‬‬

‫‪ 3 - 3 - 7‬خواص الكحوالت‬

‫‪ - 1‬الخواص الفيزيائية‬ ‫تمتاز الكحوالت ذات الكتل المولية الصغيرة بانها سوائل ذات سمية‪،‬‬ ‫عديمة اللون وذات رائحة مميزة‪ ،‬وتكون درجات غليان الكحوالت عالية‬ ‫جد ًا نسبة الى االلكانات المقابلة لها‪ .‬ويعود السبب الى قابلية الكحوالت‬ ‫على تكوين اواصر هيدروجينية بينية بين جزيئاتها‪[ ،‬الشكل (‪.])1 - 7‬‬ ‫كما تمتزج الكحوالت من ( ‪ ) C3 - C1‬بشكل تام مع الماء بسبب قابلية‬ ‫جزيئاتها على تكوين اواصر هيدروجينية مع جزيئات الماء‪.‬‬ ‫‪δ‬‬

‫الشكل ‪1-7‬‬ ‫أ ‪ -‬االواصر الهيدروجينية بين‬ ‫جزيئات الكحول ب ‪ -‬االواصر‬ ‫الهيدروجينية بين جزيئات الماء‬ ‫والكحول‪.‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪H O‬‬

‫‪H O‬‬

‫‪H O‬‬

‫‪H O‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪H‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪H O‬‬ ‫‪R‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪H O‬‬ ‫‪H‬‬

‫(ب)‬

‫(أ)‬

‫‪ - 2‬الخواص الكيميائية‪:‬‬ ‫الكحوالت مركبات فعالة‪ ،‬تتفاعل مع الكواشف االيونية والقطبية وكما‬ ‫مبين في االمثلة التالية‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬تتفاعل الكحوالت مع فلز الصوديوم أو البوتاسيوم مكونة الكوكسيدات‬ ‫مع تحرر غاز الهيدروجين‬ ‫‪2CH3CH2OH + 2Na‬‬ ‫↑‪2CH3CH2O-Na+ + H2‬‬ ‫االيثانول‬ ‫ايثوكسيد الصوديوم‬ ‫ب ‪ -‬تتفاعل الكحوالت مع ثالثي كلوريد الفسفور (‪ )PCl3‬وخماسي‬ ‫كلوريد الفسفور (‪ )PCl5‬لتكون هاليد االلكيل كما مبين في ادناه‪:‬‬ ‫‪CH3CH2-Cl + POCl3 + HCl‬‬

‫بيريدين‬

‫كلوريد االثيل‬

‫انتبه !‬

‫ال تصنف مجموعة ‪ OH‬الكحولية‬

‫بيريدين‬

‫‪3CH3-Cl + H3PO3‬‬ ‫كلوريد المثيل‬

‫‪CH3CH2-OH + PCl5‬‬ ‫االيثانول‬

‫‪3CH3-OH + PCl3‬‬ ‫الميثانول‬

‫ضمن القواعد القوية النها ال تتأين ج ‪ -‬التفاعل مع هاليد الهيدروجين‬ ‫تتفاعل الكحوالت مع هاليد الهيدروجين ‪ HX‬لتكوين هاليدات االلكيل‬ ‫لتعطي ايون الهيدروكسيد‪.‬‬ ‫المقابلة‪.‬‬ ‫‪OH‬‬ ‫‪Cl‬‬

‫‪268‬‬

‫‪CH3CH - CH3 + H2O‬‬ ‫‪ -2‬كلورو بروبان‬

‫‪CH3CH-CH3 + HCl‬‬ ‫‪ -2‬بروبانول‬

‫يكون هذا التفاعل سريع ًا للكحوالت الثالثية وخصوص ًا عند استعمال حامض‬ ‫الهيدروكلوريك المركز‪ ،‬لكن تفاعل الكحوالت االولية والثانوية يكون بطيئاً‪.‬‬ ‫كما وتعتمد سرعة التفاعل على نوع هاليد الهيدروجين وكما يأتي ‪:‬‬ ‫‪HI > HBr > HCl‬‬ ‫يستعمل التفاعل مع كلوريد الهيدروجين بوجود كلوريد الزنك كعامل‬ ‫مساعد ويدعى هذا المزيج بكاشف لوكاس (محلول كلوريد الزنك المذاب‬ ‫في حامض الهيدروكلوريك المركز) للتمييز بين الكحوالت االولية والثانوية‬ ‫والثالثية حيث تتفاعل الكحوالت الثالثية مباشرة مع هذا الكاشف مكونة‬ ‫عكرة في المحلول نتيجة لتكون هاليد االلكيل غير الذائب في وسط التفاعل‬ ‫واما الكحوالت الثانوية فيستغرق تفاعلها مع كاشف لوكاس (وتكون عكرة‬ ‫في المحلول) عادة حوالي ‪ 5‬دقائق ‪ ،‬بينما تتفاعل الكحوالت االولية مع هذا‬ ‫الكاشف عند درجة حرارة الغرفة‪.‬‬

‫مثال ‪5 - 7‬‬

‫ميز كيميائي ًا بين ‪ - 1‬بروبانول و ‪ - 2‬بروبانول و ‪ - 2‬مثيل ‪ - 2 -‬بروبانول‬ ‫الحـــــل‪:‬‬ ‫يمكن التمييز بينهما باستخدام كاشف لوكاس ‪ZnCl2/HCl‬‬ ‫الالمائي‪ ،‬حيث يتفاعل مع ‪ - 2‬بروبانول (كحول ثانوي) بعد ‪ 5‬دقائق‬ ‫حيث يكون طبقة من ‪ - 2‬كلورو بروبان ‪ ،‬اما ‪ - 1‬بروبانول (كحول اولي)‬ ‫فال يتفاعل مع كاشف لوكاس‪ .‬اما ‪ - 2‬مثيل ‪ 2 -‬بروبانول (كحول ثالثي)‬ ‫فتفاعله يكون مباشرة‪.‬‬ ‫‪N.R‬‬

‫‪ZnCl2‬‬

‫‪CH3 CH2 CH2 OH‬‬

‫‪HCl‬‬

‫‪ - 1‬بروبانول‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪CH3 CH Cl‬‬

‫‪ZnCl2‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪HCl‬‬

‫‪ - 2‬بروبانول‬

‫‪ - 2‬كلورو بروبان‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪ - 2‬كلورو‪ - 2 -‬مثيل بروبان‬

‫‪CH3 CH OH‬‬

‫‪ZnCl2‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪HCl‬‬

‫‪CH3 C OH‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪ - 2‬مثيل ‪ - 2 -‬بروبانول‬

‫مما تقدم يمكن القول انه يمكن التمييز بين الكحوالت االولية والثانوية والثالثية‬ ‫بواسطة كاشف لوكاس‪:‬‬ ‫‪ - 1‬تظهر عكرة في المحلول نتيجة لتكون هاليد االلكيل مباشر ًة مع الكحول‬ ‫الثالثي(˚‪. )3‬‬

‫‪269‬‬

‫‪ - 2‬تظهر عكرة في المحلول بعد مرور ‪ 5 - 2‬دقائق مع الكحول الثانوي‬ ‫(˚‪. )2‬‬ ‫‪ - 3‬يبقى المحلول رائق الن الكحول االولي (˚‪ )1‬ال يتفاعل مع كاشف لوكاس‬ ‫في درجة حرارة الغرفة النه يحتاج الى حرارة عالية‪.‬‬

‫د ‪ -‬نزع جزيء الماء من الكحوالت لتكوين االلكينات‬

‫يعامل كحول االثيل مع حامض الكبريتيك المركز في درجة حرارة (‪)170˚C‬‬

‫مكون ًا االثيلين‪.‬‬

‫‪CH2=CH2 + H2O‬‬ ‫اثيلين‬

‫مركز ‪H2SO4‬‬

‫‪CH3-CH2-OH‬‬

‫(‪)170˚C‬‬

‫االيثانول‬

‫‪: :‬‬

‫‪CH3 CH2 O H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪: :‬‬

‫الميكانيكية‪:‬‬ ‫تتضمن ميكانيكية التفاعل اعاله الخطوات االتية‪:‬‬ ‫‪ - 1‬اضافة بروتون الى جزيء الكحول‪:‬‬

‫‪CH3 CH2 O H‬‬

‫‪H2O‬‬ ‫تمرين ‪10 - 7‬‬ ‫عند سحب جزيء ماء من‬ ‫‪ - 2‬بيوتانول يكون الناتج ‪ - 2‬بيوتين‬ ‫وليس ‪ - 1‬بيوتين ‪ ،‬علل ذلك‪.‬‬

‫‪CH3 CH2‬‬ ‫ايون كاربونيوم‬

‫‪: :‬‬

‫‪ - 2‬نزع او حذف جزيء ماء من المركب الوسطي اعاله ليعطي ايون كاربونيوم‬ ‫االكثر استقراراً‪:‬‬

‫‪CH3 CH2 O H‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪ - 3‬فقدان بروتون من أيون الكاربونيوم ليعطي االلكين‪:‬‬

‫‪H H‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪H C C H‬‬ ‫اثيلين‬

‫‪H H‬‬ ‫‪H C C‬‬ ‫‪H H‬‬

‫تسحب مجموعة ‪ OH‬من ذرة الكاربون مع ذرة هيدروجين من ذرة الكاربون‬ ‫المجاورة لذرة الكاربون التي تحمل ‪ OH‬والتي تحمل اقل عدد من ذرات‬ ‫الهيدروجين وذلك وفق قاعدة ستيزيف للحذف التي تنص على ان االيون الموجب‬ ‫‪ H+‬يسحب من ذرة الكاربون الحاملة اقل عدد من ذرات الهيدروجين المجاورة‬ ‫لذرة الكاربون التي يسحب منها االيون السالب‪.‬‬

‫‪270‬‬

‫هـ ‪ -‬االكسدة‬ ‫يمكن اكسدة الكحوالت‪ ،‬حيث تعتمد طبيعة الناتج على نوع الكحول‬ ‫ما ناتج االكسدة التامة للمركبات‬ ‫وظروف التفاعل‪ .‬ومن العوامل المؤكسدة االكثر استعما ًال هي مزيج مكون من االتية‪:‬‬ ‫‪ KMnO4/H2SO4‬أو ‪ K2Cr2O7/H2SO4‬يعتبر هذا التفاعل كطريقة‬ ‫‪ - 1 )1‬بيوتانول‬ ‫أخرى للتمييز بين انواع الكحوالت حيث ان الكحوالت االولية (˚‪ )1‬تتأكسد‬ ‫‪ - 2 )2‬بيوتانول‬ ‫او ًال الى الديهايدات ثم الى حامض كاربوكسيلي‪ ،‬وكما في المثال االتي‪:‬‬ ‫تمرين ‪11 - 7‬‬

‫‪O‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪C‬‬

‫]‪[O‬‬

‫‪R‬‬

‫‪O‬‬

‫‪H‬‬

‫حامض عضوي‬

‫‪C‬‬

‫]‪[O‬‬

‫‪R‬‬

‫‪RCH2OH‬‬

‫الديهايد‬

‫‪O‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪ - 2 )3‬مثيل ‪ - 2 -‬بروبانول‬

‫]‪[O‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫كحول أولي‬

‫‪O‬‬ ‫‪H‬‬

‫حامض عضوي‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪K2Cr2O7/H‬‬ ‫]‪[O‬‬

‫‪CH3CH2OH‬‬

‫الديهايد‬

‫كحول اولي‬

‫اما الكحول الثانوي فانه يتأكسد الى الكيتون المقابل كما في االتي‬

‫‪O‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪K2Cr2O7/H‬‬ ‫]‪[O‬‬

‫بروبانون (اسيتون)‬

‫‪OH‬‬ ‫‪CH3 CH CH3‬‬ ‫‪ - 2‬بروبانول (ثانوي)‬

‫وال تتأكسد الكحوالت الثالثية بسبب استقرارية مركباتها الن ذرة الكاربون‬ ‫الحاملة لمجموعة ‪ OH‬الكحولية خالية من ذرة الهيدروجين‪.‬‬

‫‪NR‬‬

‫‪K2Cr2O7/H‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪ - 2‬مثيل ‪ -2 -‬بروبانول (ثالثي)‬

‫حيث ‪ NR‬من (‪ )NO Reaction‬وتعني عدم حدوث تفاعل‪.‬‬

‫‪ 4 - 7‬االيثرات‬

‫تمرين ‪12 - 7‬‬ ‫مركب عضوي يحتوي على اربع‬ ‫ذرات كاربون يستجيب لكاشف لوكاس‬ ‫وعند اكسدته يعطي كيتون‪ .‬اكتب‬ ‫التفاعالت اعاله وما صيغته البنائية‪.‬‬

‫‪Ethers‬‬

‫تمثل الصيغة العامة لاليثرات ( ‪ ،) R - O - R‬وقانونها العام يشبه القانون‬ ‫العام للكحوالت وهو (‪ .)CnH2n+2O‬وااليثرات مركبات عضوية تحتوي على‬ ‫ذرة اوكسجين مرتبطة بمجموعتي الكيل حيث يمكن ان تكون مجموعتي االلكيل‬ ‫متشابهة وبذلك تكون ‪ R = R‬وتكون االيثرات في هذه الحالة متناظرة او ان ال تكون‬ ‫مجموعتي االلكيل متشابهتين فتكون ‪ R ≠ R‬وتكون االيثرات عندها غيرمتناظرة‪.‬‬

‫‪271‬‬

‫ايثر غير متناظر‬

‫ايثر متناظر‬

‫‪CH3 O CH2CH3‬‬

‫‪CH3 O CH3‬‬

‫اثيل مثيل ايثر‬

‫ثنائي مثيل ايثر‬

‫والمجموعة الوظيفيـــــــــــة‬ ‫(الفعالة) في االيثرات هي‬ ‫مجموعة ‪C - O - C‬‬

‫‪ 1 - 4 - 7‬تسمية االيثرات‬

‫تسمى االيثرات بﺈسم الكوكسي الكان وحسب الطريقة النظامية االيوباك‬ ‫‪ ،IUPAC‬وتتبع في التسمية الخطوات االتية‪:‬‬ ‫‪ - 1‬نختار اطول سلسة من مجموعتي االلكيل (المجموعة االكبر) المرتبطتان‬ ‫بذرة االوكسجين ونعتبرها السلسلة االم (االساس السم المركب) ومنها‬ ‫نشتق االسم النهائي للمركب‪.‬‬ ‫‪ - 2‬نرقم السلسة االم من الطرف االقرب لذرة الكاربون المرتبطة بذرة االوكسجين‪.‬‬ ‫‪ - 3‬نعتبر الفرع ‪ RO‬المتصل بالسلسلة االم تفرع ًا يأخذ االسم‪ :‬الكوكسي‬ ‫بحسب نوع مجموعة االلكيل ‪.‬‬ ‫‪ - 4‬نكتب موقع واسم التفرعات االخرى ان وجدت‪ ،‬وعلى الصورة االتية‪:‬‬ ‫رقﻢ التفرع‬

‫اسﻢ التفرع‬

‫تمرين ‪13 - 7‬‬ ‫أ ‪ -‬اكتب االسم النظامي لكل من‬ ‫المركبات االتية‪:‬‬

‫‪CH3 O CH3‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫رقﻢ الكاربون المتصل‬

‫اسﻢ المجموعة‬

‫اسﻢ االلكان وفﻖ‬

‫بالمجموعة ‪RO‬‬

‫‪RO‬‬

‫اطول سلسلة‬

‫وفي ادناه بعض اسماء مجاميع ( ‪ ) RO -‬الكوكسي‪:‬‬ ‫‪ )1‬ميثوكسي ‪CH3O -‬‬ ‫‪ )2‬ايثوكسي ‪CH3CH2O -‬‬ ‫‪ )3‬بروبوكسي ‪CH3CH2CH2O -‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪ -2 )4‬بروبوكسي‬

‫‪CH3 CHO‬‬

‫مثال ‪6 - 7‬‬ ‫‪CH3 O C CH3‬‬ ‫اكتب االسم النظامي للمركبات االتية‪:‬‬ ‫‪CH3‬‬ ‫ب ‪ -‬اكتب الصيغة البنائية لكل من الحــــل‪:‬‬ ‫المركبات االتية‪:‬‬ ‫‪)1‬‬

‫‪ - 2،2‬ثنائي اثيل ميثوكسي‬ ‫هكسان‬

‫‪ - 2 )2‬كلورو ‪ - 2 -‬مثيل بروبوكسي‬ ‫بنتان‬

‫‪272‬‬

‫‪OCH3‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪1‬‬

‫‪CH‬‬

‫‪2‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪3‬‬

‫‪3‬‬

‫‪ - 2‬ميثوكسي بروبان‬

‫‪Cl‬‬ ‫‪CH‬‬

‫‪2‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3O‬‬

‫‪ - 2‬كلورو ميثوكسي بروبان‬

‫‪OCH2CH3‬‬ ‫‪4‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪CH‬‬

‫‪2‬‬

‫‪ - 2‬ايثوكسي بيوتان‬

‫‪CH3‬‬

‫‪1‬‬

‫‪ 2 - 4 - 7‬حتضير االيثرات‬

‫هناك طرائق مختبرية وصناعية متعددة لتحضير االيثرات وسنقتصر على‬ ‫طريقة مختبرية واحدة وهي‪:‬‬ ‫طريقة وليمسون‬ ‫تحضر االيثرات بطريقة وليمسون (‪ )Williamson‬نسبة الى العالم تمرين‪14 - 7‬‬ ‫وليمسون حيث تتم مفاعلة فلز الصوديوم مع كحول مناسب لتكوين كوكسيد ‪ - 1‬اكتب معادلة تحضير ايثوكسي‬ ‫الصوديوم المناسب‪ ،‬وكما يأتي‪:‬‬ ‫بيوتان‪.‬‬

‫‪1 H‬‬ ‫‪2 2‬‬

‫‪RONa +‬‬ ‫كوكسيد الصوديوم‬

‫‪ROH + Na‬‬

‫‪ - 2‬اكمل نواتج التفاعل االتي‪:‬‬

‫‪CH3CH2CH2-ONa+ CH3-Br‬‬ ‫وبعد ذلك يتم مفاعلة كوكسيد الصوديوم مع هاليد االلكيل المناسب لتكوين‬ ‫بروبوكسيد الصوديوم‬ ‫برومو ميثان‬

‫االيثر المطلوب‬

‫‪ROR + NaX‬‬ ‫ايثر‬

‫‪R´-X‬‬ ‫هاليد االلكيل‬

‫‪R-ONa +‬‬ ‫كوكسيد الصوديوم‬

‫يمكن تحضير ميثوكسي ايثان او ايثوكسي ايثان من فلز الصوديوم مع‬ ‫الميثانول او االيثانول لتكوين ميثوكسيد الصوديوم وايثوكسيد الصوديوم ومن‬ ‫ثم مفاعلتهما مع برومو ايثان للحصول على الناتج المطلوب وكما مبين في‬ ‫المعادالت االتية‪:‬‬ ‫‪CH3OC2H5 + NaBr‬‬ ‫ميثوكسي ايثان‬ ‫‪C2H5OC2H5 + NaBr‬‬ ‫ايثوكسي ايثان‬

‫‪CH3-ONa + C2H5-Br‬‬ ‫برومو ايثان ميثوكسيد الصوديوم‬ ‫‪C2H5-ONa + C2H5-Br‬‬ ‫برومو ايثان ايثوكسيد الصوديوم‬

‫وهنا يجب المالحظة انه في هذا النوع من التفاعالت يجب استخدام هاليد الكيل‬ ‫اولي‪ ،‬الن استخدام ثانوي اوثالثي في التفاعل يؤدي الى تكوين مركبات اخرى‬ ‫غير مرغوب فيها‪.‬‬

‫‪ 3 - 4 - 7‬خواص االيثرات‬

‫‪ - 1‬الخواص الفيزيائية‬ ‫ان ميثوكسي ميثان و ايثوكسي ميثان هي غازات في درجة الحرارة االعتيادية‬ ‫بينما تكون معظم االيثرات االخرى سوائل متطايرة بدرجة حرارة الغرفة لكونها‬ ‫تمتلك درجات غليان واطئة وهي قابلة لالشتعال بصورة كبيرة وتكون عديمة‬ ‫اللون تمتاز بروائح مقبولة‪ .‬وااليثرات تكون ذات درجات غليان اوطأ من تلك‬ ‫التي تكون للكحوالت المناظرة لها وذلك بسبب عدم قدرة االيثرات على تكوين‬ ‫اواصر هيدروجينية بينية بين جزيئاتها‪ ،‬وهي ايض ًا قليلة الذوبان في الماء بسبب‬ ‫عدم قابليتها على تكوين اواصر هيدروجينية مع جزيئات الماء عدا تلك التي‬ ‫تمتلك مجاميع الكيلية صغيرة فتكون ذائبة في الماء بشكل جزئي كما هو الحال‬ ‫في الكحوالت اما االلكانات فال تذوب في الماء وكما موضح في االمثلة االتية‪:‬‬

‫هل تعلم‬ ‫ان تفاعل االيثرات مع اوكسجني‬ ‫الهواء يكون االيبوكسيدات‪،‬‬ ‫فعند تقطير االيثرات تتركز‬ ‫االيبوكسيدات في املادة املتبقية من‬ ‫التقطير ولذلك فعند نهاية عملية‬ ‫التقطير ترتفع درجة احلرارة فيؤدي‬ ‫ذلك الى انفجار املادة املتبقية من‬ ‫االيبوكسيد‪ .‬لذلك يجب عدم‬ ‫تقطير االيثرات الى حد اجلفاف‬ ‫(‪.)dryness‬‬

‫‪273‬‬

‫‪::‬‬

‫‪::‬‬

‫‪H‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫تتكون اواصر هيدروجينية بين‬ ‫جزيئاته‪ ،‬درجة غليان عالية‪.‬‬

‫‪O‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪O‬‬

‫‪H H‬‬

‫الكحوالت‬

‫‪O‬‬

‫‪H‬‬

‫الكحوالت‬

‫‪δ‬‬

‫‪::‬‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬

‫كيف متيز كيميائي ًا بني ميثوكسي‬

‫‪R‬‬

‫ال توجد آصرة هيدروجينية بين‬ ‫جزيئاته‪ ،‬فله درجة غليان اوطأ‪.‬‬

‫‪R‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪O‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪O‬‬

‫‪H H‬‬

‫ايثر‬

‫‪R‬‬

‫ال توجد آصرة هيدروجينية بين‬ ‫جزيئاته‪ ،‬فله درجة غليان اوطأ‪.‬‬

‫‪H H‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫االلكانات‬

‫‪O‬‬

‫‪R‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪CH2‬‬ ‫الكان‬

‫‪R‬‬ ‫‪R‬‬

‫ال يذوب في الماء‬

‫يذوب في الماء‬

‫‪ - 2‬الخواص الكيميائية‬ ‫تعتبر االيثرات مركبات مستقرة الى حد ما‪ ،‬فهي ال تتفاعل مع القواعد وال مع‬ ‫العوامل المؤكسدة او العوامل المختزلة وال مع الفلزات الفعالة‪ .‬تدخل االيثرات‬ ‫في التفاعالت االتية‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬تتفاعل مع حامض الكبريتيك المخفف وبالتسخين لتعطي الكحوالت‪:‬‬

‫ميثان وااليثان‪ .‬معلومة‪ :‬يمكن للطالب ‪2CH3CH2OH‬‬ ‫االعتماد على تفاعل االيثرات مع الماء‬

‫‪O‬‬

‫‪CH2‬‬

‫االيثرات‬

‫تذوب في الماء‬

‫مترين ‪15 - 7‬‬

‫‪R‬‬

‫‪::‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪H2SO4‬‬

‫‪CH3CH2-O-CH2CH3 + H2O‬‬

‫∆‬

‫ايثوكسي ايثان‬

‫كحول االيثانول‬

‫‪H‬‬

‫‪:‬‬

‫‪CH3 CH2 O CH2 CH3 HSO4‬‬

‫بارد‬

‫‪H2SO4‬‬

‫‪::‬‬

‫بوجود حامض الكبريتيك الساخن اما اذا تفاعلت مع حامض الكبريتيك المركز البارد أو ‪ HCl‬فانها تعطي امالح‬ ‫للتمييز بين هذين المركبين‪.‬‬ ‫االوكسونيوم حيث تهب االيثرات زوج من االلكترونات الى ايون الهيدروجين‬ ‫لتكوين هذه االمالح والتي تكون ذائبة في المحلول المحمض‪.‬‬ ‫ومن الممكن ان يعاد تكون االيثرات من معاملة امالح االوكسونيوم مع الماء‪.‬‬ ‫يستخدم هذا التفاعل للتمييز بين االيثرات وااللكانات لكون االلكانات ال تتفاعل‬ ‫مع الحوامض المركزة‪ .‬وكما في المثال االتي‪:‬‬ ‫‪CH3 CH2 O CH2 CH3‬‬

‫مركز‬

‫ايثوكسي ايثان‬

‫ملح االوكسونيوم اليثوكسي ايثان‬

‫ب ‪ -‬التفاعل مع ‪PCl5‬‬ ‫تتفاعل االيثرات مع خماسي كلوريد الفسفور ‪ PCl5‬لتعطي كلوريدات‬ ‫االلكيل‪.‬‬

‫‪R-Cl + R -Cl + POCl3‬‬

‫∆‬

‫‪RO-R + PCl5‬‬

‫وعلى سبيل المثال‪:‬‬

‫‪2CH3CH2-Cl + POCl3‬‬

‫‪274‬‬

‫كلورو ايثان‬

‫∆‬

‫‪CH3CH2-O-CH2CH3 + PCl5‬‬ ‫ايثوكسي ايثان‬

‫‪ 5 - 7‬االلديهايدات والكيتونات ‪Aldehydes and Ketones‬‬

‫تشترك االلديهايدات والكيتونات في مجموعة وظيفية واحدة هي‬ ‫مجموعة الكاربونيل والتي تتكون من ارتباط ذرة اوكسجين بذرة كاربون‬ ‫بآصرة مزدوجة‬

‫‪O‬‬ ‫‪C‬‬

‫ولهذا اطلق على المركبات التي تحتوي على هذه‬

‫المجموعة الفعالة بمركبات الكاربونيل‪ ،‬وقانونها العام ‪ CnH2nO‬ترتبط‬ ‫في االلديهايدات ذرة كاربون الكاربونيل بذرة هيدروجين ومجموعة الكيل‬

‫‪O‬‬ ‫‪C H‬‬

‫الصيغة العامة‬ ‫لاللديهايدات‬

‫واحدة او ذرة هيدروجين اخرى‪ ،‬اما في الكيتونات فترتبط ذرة كاربون‬ ‫الكاربونيل بمجموعتي الكيل متشابهتين أو مختلفتين‪.‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪R‬‬

‫‪ 1 - 5 - 7‬تسمية االلديهايدات والكيتونات‬

‫تسمى االلديهايدات والكيتونات حسب الطريقة النظامية االيوباك‬ ‫‪ ،IUPAC‬وتتبع في التسمية الخطوات االتية‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬تسمية االلديهايدات‬ ‫‪ - 1‬يبدأ بترقيم االلديهايد من ذرة كاربون الكاربونيل حيث تأخذ الرقم ‪،1‬‬ ‫ونستمر باتجاه اطول سلسلة كاربونية‪.‬‬ ‫‪ - 2‬تسمى االلديهايد باالعتماد على اسم االلكان المقابل لعدد ذرات الكاربون‬ ‫واضافة المقطع (آل) الدال على مجموعة كاربونيل االلديهايد‪.‬‬ ‫‪ - 3‬تسمى التفرعات ان وجدت كما تعلمنا ذلك سابقاً‪.‬‬ ‫ال حاجة لكتابة رقم موقع مجموعة الكاربونيل عند تسمية االلديهايدات‬ ‫بالطريقة النظامية وذلك لكونها في طرف السلسلة الكاربونية دائماً‪ .‬كما في‬ ‫االمثلة االتية‪:‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫الصيغة العامة‬ ‫للكيتونات‬

‫هل تعلم‬ ‫اﶈلول املستخدم في إزالة بعض‬ ‫انواع الطالء ‪ -‬كطالء االظافر مث ً‬ ‫ال‬ ‫والذي يتميز برائحة قوية وﳑيزة‪،‬‬ ‫غالب ًا ما تتكون من مادة عضوية‪،‬‬ ‫تسمى االسيتون (بروبانون) وهي‬ ‫ابسط االمثلة على الكيتونات‪.‬‬

‫هل تعلم‬ ‫عند قيامك بعملية تشريح‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪H C H‬‬ ‫ميثانال ‪Methanal‬‬

‫في مادة االحياء لضفدع واحتجت‬

‫‪CH3 C H‬‬ ‫ايثانال ‪Ethanal‬‬

‫عندها مادة حلفظ ذلك املخلوق‬ ‫فانك تستخدم محلو ًال تغمره به‪،‬‬ ‫هذا اﶈلول هو الفورمالني الذي هو‬ ‫محلول مائي ملادة عضوية تسمى‪:‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪CH3CH2 C‬‬ ‫بروبانال‬ ‫‪propanal‬‬

‫‪O‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪CH3CH C H‬‬ ‫‪ - 2‬كلورو بروبانال‬ ‫‪2 - chloropropanal‬‬

‫الفورمالديهايد ‪ ،‬يعتبر ابسط االمثلة‬ ‫على مركبات االلديهايدات‪.‬‬

‫‪275‬‬

‫ب ‪ -‬تسمية الكيتونات‬

‫نتبع نفس الخطوات السابقة لتسمية االلديهايدات‪:‬‬ ‫‪ - 1‬نختار اطول سلسلة من ذرات الكاربون ونرقم من الطرف االقرب الى‬ ‫مجموعة كاربونيل الكيتون‪.‬‬ ‫‪ - 2‬نعطي االسم للكيتون استناد ًا الى اسم االلكان المقابل واضافة المقطع‬ ‫(ون) الدال على مجموعة كاربونيل الكيتون‪.‬‬ ‫‪ - 3‬تسمى التفرعات مع موقعها كما تعلمنا ذلك سابقاً‪:‬‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬

‫‪CH3 O‬‬

‫‪CH3CH2 C CH2CH3 CH3CH2 C CH3‬‬ ‫‪ - 3‬بنتانون‬ ‫‪ - 2‬بيوتانون‬ ‫‪3 - pentanone‬‬ ‫‪2 - butanone‬‬

‫‪CH3CH C CH3‬‬ ‫‪ - 3‬مثيل ‪ - 2 -‬بيوتانون‬ ‫‪3 - methyl - 2 butanone‬‬

‫‪ 2 - 5 - 7‬حتضير االلديهايدات والكيتونات‬

‫هناك طرائق مختبرية وصناعية متعددة لتحضير االلديهايدات والكيتونات‬ ‫تمرين‪16 - 7‬‬ ‫وسنقتصر على طريقة مختبرية واحدة وهي‪:‬‬ ‫‪ - 1‬اكتب االسم النظامي لكل مما اكسدة الكحوالت‬ ‫يأتي‪:‬‬ ‫تحضر االلديهايدات والكيتونات بالسيطرة على عملية اكسدة الكحوالت‬ ‫‪O‬‬ ‫االولية (˚‪ )1‬والثانوية (˚‪ )2‬باستخدام محلول محمض لثنائي كرومات‬ ‫‪ CH3 CH CH2 C H‬البوتاسيوم (‪ )K2Cr2O7‬او البرمنكنات (‪ ، )KMnO4‬فالكحول االولي‬ ‫ينتج الديهايد‪ .‬وفيما يأتي المعادالت العامة‪:‬‬ ‫‪Cl‬‬

‫‪H‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪O CH2‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪O‬‬

‫‪CH3 C CH CH3‬‬

‫ب)‬

‫‪ - 2‬هكسانون‬

‫‪H2O‬‬

‫‪CH3 C H‬‬

‫‪K2Cr2O7/H‬‬ ‫]‪[O‬‬

‫ايثانال‬

‫‪CH3CH2OH‬‬ ‫االيثانول‬

‫من السهولة اكسدة االلديهايد المتكون في التفاعل اعاله ليعطي حامض‬ ‫كاربوكسيلي اذا بقي في مزيج التفاعل (اكسدة تامة)‪ ،‬لذلك يكون من الضروري‬ ‫السيطرة على عملية االكسدة‪.‬‬

‫‪O‬‬

‫‪R C O H‬‬

‫‪276‬‬

‫‪R C O H‬‬ ‫‪H‬‬ ‫كحول اولي‬

‫‪O‬‬

‫يأتي‪:‬‬ ‫أ)‬

‫]‪[O‬‬

‫الديهايد‬

‫‪ - 2‬ارسم الصيغة البنائية لكل مما‬ ‫‪ - 3‬مثيل بيوتانال‬

‫‪R C‬‬

‫‪K2Cr2O7/H‬‬

‫‪H‬‬

‫حامض كاربوكسيلي‬

‫‪K2Cr2O7/H‬‬

‫‪O‬‬

‫‪R C H‬‬ ‫الديهايد‬

‫‪K2Cr2O7/H‬‬ ‫]‪[O‬‬

‫‪H‬‬

‫‪R C O H‬‬ ‫كحول اولي ‪H‬‬

‫اما الكيتونات فتحضر من اكسدة الكحوالت الثانوية (˚‪. )2‬‬

‫‪R‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪K2Cr2O7/H‬‬

‫‪R C‬‬

‫]‪[O‬‬

‫كيتون‬

‫مثال ذلك‪:‬‬

‫انتبه !‬

‫‪H‬‬

‫عند وضع الكواشف الكيميائية‬

‫‪R C O H‬‬ ‫‪R‬‬

‫المستخدمة‬

‫الكيميائية فوق السهم في المعادلة‬

‫كحول ثانوي‬

‫‪O‬‬

‫‪CH3 C CH3‬‬

‫الكيميائية‪ ،‬فهذا يعني انه يمكن‬ ‫ان تكتب المعادلة بغض النظر عن‬

‫‪OH‬‬

‫‪K2Cr2O7/H‬‬

‫‪CH3 CH CH3‬‬

‫]‪[O‬‬

‫بروبانون‬

‫‪ - 2‬بروبانول‬

‫وهنا يجب مالحظة ان عملية االكسدة ال تشمل الكحول الثالثي النه ال‬ ‫يتأكسد في هذه الظروف‪.‬‬ ‫مثال ‪7 - 7‬‬ ‫ما ناتج االكسدة التامة للمركبات‪:‬‬ ‫‪ - 1 )1‬بروبانول‬ ‫‪ - 2 )2‬بنتانول‬

‫هل تعلم‬ ‫تستخلص مركبات االلديهايد‬ ‫والكيتون في الطبيعة من بعض‬ ‫النباتات الطبيعية‪ ،‬فالبنزلديهايد‬ ‫يستخلص من نبات اللوز‬ ‫بنزلديهايد‬

‫الحــــــل‪:‬‬ ‫]‪[O‬‬

‫الموازنة‪.‬‬

‫دارسين‬

‫‪O‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫الجراء‬

‫التفاعالت‬

‫]‪[O‬‬

‫‪CH3CH2 C H‬‬

‫(‪)1‬‬

‫‪CH3CH2CH2 OH‬‬

‫لوز‬

‫بينما تستخلص بعض الكيتونات‬ ‫من الدارسني (القرفة)‪.‬‬

‫‪ - 1‬بروبانول‬

‫بروبانال‬

‫‪O‬‬ ‫‪CH3CH2 C O H‬‬ ‫الحامض المقابل‬

‫تمرين ‪17 - 7‬‬

‫حامض البروبانويك‬

‫حضر ك ً‬ ‫ال من المركبات التالية باستخدام‬ ‫(‪)2‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪CH3CH2CH2 C‬‬ ‫‪ - 2‬بنتانون‬

‫]‪[O‬‬

‫‪OH‬‬ ‫‪CH3CH2CH2 CH CH3‬‬

‫كحول مناسب‪:‬‬ ‫‪ )1‬ايثانال‬ ‫‪ - 3 )2‬يوتانون‬

‫‪ - 2‬بنتانول‬

‫‪277‬‬

‫‪ 3 - 5 - 7‬خواص االلديهايدات والكيتونات‬

‫تذوب االلديهايدات في الماء‬ ‫لقابليتها على تكوين اواصر‬ ‫هيدروجينية معه‪.‬‬

‫‪ - 1‬الخواص الفيزيائية‬ ‫تكون جميع االلديهايدات والكيتونات سوائل في درجة حرارة الغرفة (عدا‬ ‫الفورمالديهايد (الميثانال) فهو غاز)‪ ،‬وتتميز االلديهايدات بامتالكها روائح‬ ‫غير مقبولة لاللديهايدات بينما تمتلك الكيتونات روائح مقبولة وتكون كثافة‬ ‫هذه المواد اقل كثافة من الماء‪ ،‬وبسبب قطبية مجموعة الكاربونيل‪ ،‬تعتبر هذه‬ ‫المركبات قطبية ويمكنها ان تمتزج مع الماء كما يمكنها ان تذوب في المذيبات‬ ‫العضوية كااليثر‪.‬وتكون درجات غليان االلديهايدات والكيتونات اعلى من تلك‬ ‫للجزيئات غير القطبية لاللكانات‪ ،‬لكنها اقل من الكحوالت التي لها كتل مولية‬

‫‪O‬‬

‫متقاربة‪ ،‬ومثال ذلك‪:‬‬

‫‪H C‬‬

‫‪CH3 OH‬‬

‫‪H‬‬

‫كحول المثيل‬

‫فورمالديهايد‬

‫‪M = 32 , bp = 64.5˚C‬‬

‫‪M = 30 , bp = -21˚C‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪CH3 CH3‬‬ ‫ايثان‬ ‫‪M = 30 , bp = -89˚C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪O‬‬

‫‪CH3 CH CH3‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫كحول االيزوبروبيل‬

‫‪CH3 CH CH3‬‬ ‫ايزوبيوتان‬

‫اسيتون‬

‫‪M = 60 , bp = 82.5˚C‬‬

‫‪M = 58 , bp = 56˚C‬‬

‫‪M = 58 , bp = -12˚C‬‬

‫حيث (‪ )bp‬تعني درجة الغليان و (‪ )M‬هي الكتلة المولية‪.‬‬

‫‪ - 2‬الخواص الكيميائية‬ ‫ان مجموعة الكاربونيل في االلديهايدات والكيتونات مجموعة عالية القطبية‬ ‫ويمكن تمثيلها بالشكل االتي‪:‬‬ ‫‪δ‬‬

‫‪O‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪C‬‬

‫‪O‬‬

‫‪C‬‬

‫‪O‬‬

‫‪C‬‬

‫وكاربون الكاربونيل المشحون جزئي ًا بشحنة موجبة يهاجم من قبل كاشف‬ ‫نيوكليوفيلي (باحث عن النواة غني بااللكترونات (‪ ) )Nu:‬اما االوكسجين‬ ‫المشحون جزئي ًا بشحنة سالبة فيهاجم من قبل كاشف الكتروفيلي (باحث عن‬ ‫االلكترونات)‪.‬‬ ‫تتفاعل ذرة االوكسجين كنيوكليوفيل مع‬

‫تتفاعل الكاربون كااللكتروفيل مع‬

‫الكواشف الباحثة عن االلكترونات‬

‫الكواشف الباحثة عن النواة‬

‫‪278‬‬

‫‪::‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪O‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪C‬‬

‫تتفاعل االلديهايدات والكيتونات تفاعالت اضافة نيوكليوفيلية‪ ،‬وتكون‬ ‫بخطوتين‪:‬‬ ‫الخطوة االولى‪ :‬يهاجم الكاشف الباحث عن النواة كاربون الكاربونيل مكونة‬ ‫اصرة جديدة تؤدي الى كسر االصرة ‪ π‬بين االوكسجين والكاربون حيث يذهب‬ ‫الزوج االلكتروني الى ذرة االوكسجين وبذلك تصبح مشحونة بشحنة سالبة‪.‬‬

‫‪::‬‬

‫‪O:‬‬

‫‪C‬‬

‫‪:‬‬

‫‪O:‬‬

‫‪Nu‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪Nu:‬‬

‫‪C‬‬ ‫‪δ‬‬

‫الخطوة الثانية‪ :‬هي مهاجمة االلكتروفيل (الكاشف الباحث عن االلكترونات)‬ ‫مثل ايون الهيدروجين ‪.H+‬‬ ‫‪O H‬‬

‫‪C‬‬

‫‪O:‬‬

‫‪::‬‬

‫‪::‬‬

‫‪Nu‬‬

‫‪H‬‬

‫‪ Nu‬تمرين‪18 - 7‬‬ ‫اكمل المعادلتين االتيتين‪:‬‬ ‫‪C‬‬

‫ومن تفاعالت االلديهايدات والكيتونات‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬اختزالها بالهيدروجين‬ ‫تختزل االلديهايدات والكيتونات الى الكحوالت بمعاملتها مع ‪ H2‬بوجود‬ ‫‪ Ni‬أو ‪ Pt‬كعامل مساعد‪ .‬االلديهايدات تعطي كحوالت اولية والكيتونات تعطي‬ ‫كحوالت ثانوية كما مبين في المعادالت االتية‪:‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪CH3CH2OH‬‬ ‫ايثانول‬

‫‪Ni‬‬

‫]‪[Red‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H2‬‬

‫‪OH‬‬ ‫‪CH3 CH CH3‬‬ ‫‪ - 2‬بروبانول (˚‪)2‬‬

‫‪Ni‬‬ ‫]‪[Red‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪O‬‬ ‫]‪[Red‬‬ ‫‪H2/Pt‬‬

‫]‪[Red‬‬

‫‪H2/Ni‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪C2H5 C‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪H‬‬

‫‪C2H5 C‬‬

‫ايثانال‬

‫‪O‬‬ ‫‪H2‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫بروبانون‬

‫حيث [‪ ]Red‬من ‪ Reduction‬وتعني اختزال‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬االختزال الى االلكانات‬ ‫تختزل االلديهايدات والكيتونات الى االلكانات المقابلة بطريقة اختزال‬ ‫كلمنسون(‪ )Clemmensen reduction‬التي تتضمن استخدام ملغم‬ ‫(الزئبق ‪ -‬خارصين) في حامض الهيدروكلوريك كعامل مختزل وكما في المثال‬ ‫االتي‪:‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪R CH2 R‬‬

‫‪Zn/Hg‬‬ ‫‪HCl‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R C‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪CH3CH2 C2H5‬‬ ‫بيوتان‬

‫‪Zn/Hg‬‬ ‫‪HCl‬‬

‫‪C2H5‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪ - 2‬بيوتانون‬

‫‪279‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪Zn/Hg‬‬

‫‪R CH3‬‬

‫‪HCl‬‬ ‫‪Zn/Hg‬‬

‫‪CH3 CH3‬‬

‫تمرين ‪19 - 7‬‬

‫‪HCl‬‬

‫‪C H‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪C‬‬

‫‪ - 2‬اكتب تفاعل اضافة الهيدرازين‬

‫الهيدرازون‪ ،‬والتي تدعى بقواعد شيف‪.‬‬

‫الى البروبانال‪.‬‬

‫‪H‬‬

‫∆‬

‫‪CH3C=N-NH2 + H2O‬‬ ‫اسيتالديهايد هيدرازون‬ ‫‪CH3‬‬

‫هل تعلم‬ ‫ان ترسب طبقة رقيقة من‬ ‫الفضة على سطح الزجاج عند‬ ‫تفاعل االلديهايدات مع كاشف‬ ‫تولن على شكل مرآة تعكس‬ ‫الصور واالشياء الساقطة عليها‬ ‫ولذا فقد متكن الكيميائيني من‬ ‫خدمة البشرية بانتاج انواع‬ ‫مختلفة من املرايا متكنهم من‬ ‫استعمالها في استخدامات‬ ‫عديدة‪.‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪CH3C=O + H2N-NH2‬‬ ‫هيدرازين‬

‫∆‬

‫‪CH3- C=N-NH2 + H2O‬‬ ‫اسيتون هيدرازون‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3-C=O + H2N-NH2‬‬ ‫اسيتون‬ ‫هيدرازين‬

‫يستخدم هذا التفاعل للتعرف على وجود مجموعة الكاربونيل لاللديهايد أو‬ ‫الكيتون‪ ،‬اذ تدل نواتج الهيدرازون (الملونة الصفراء البرتقالية) على وجود‬ ‫تلك المجموعة‪.‬‬ ‫د ‪ -‬االكسدة‬ ‫نظر ًا لوجود ذرة هيدروجين مرتبطة بمجموعة كاربونيل االلديهايد فان‬ ‫تفاعالت خاصة تميز تلك المجموعة عن مثيلتها في الكيتون الذي ال يحوي ذرة‬ ‫هيدروجين مرتبطة بمجموعة الكاربونيل‪ .‬ان من ابرز التفاعالت التي يمكن حدوثها‬ ‫لاللديهايدات دون الكيتونات هي تفاعل االكسدة‪ ،‬حيث وجد ان االلديهايد‬ ‫يتأكسد بتأثير بعض المواد المؤكسدة الى الحامض العضوي (الكاربوكسيلي)‬ ‫المقابل في حين ال يستجيب الكيتون لعملية االكسدة عند الظروف المعتادة‪.‬‬ ‫ويمكن التمييز بين االلديهايدات والكيتونات بحسب التفاعالت االتية‪:‬‬ ‫‪ - 1‬كاشف تولن ‪Tollen’s Reagent‬‬ ‫يستخدم كاشف تولن (محلول هيدروكسيد الفضة االمونياكي) للكشف‬ ‫عن وجود االلديهايدات‪ ،‬حيث يختزل في هذا التفاعل ايون الفضة من المحلول‬ ‫ليترسب على شكل فلز الفضة على جدران انبوبة التفاعل وعلى هيئة مرآة فضية‬ ‫مميزة جداً‪ ،‬داللة على وجود مجموعة االلديهايد في الجزيء‪ ،‬بينما ال تتفاعل‬ ‫الكيتونات مع هذا الكاشف‪ .‬ويمكن التعبير عن هذا التفاعل حسب االتي‪:‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪3NH3‬‬

‫↓‪2Ag‬‬ ‫مرآة الفضة‬

‫‪280‬‬

‫‪CH3‬‬

‫ج ‪ -‬التفاعل مع الهيدرازين‬ ‫تتفاعل االلديهايدات والكيتونات مع الهيدرازين (‪ )NH2NH2‬لتعطي‬

‫‪ - 1‬حضر البروبان من البروبانال‪.‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪R‬‬

‫‪O NH4‬‬

‫‪R C‬‬

‫ملح الحامض الكاربوكسيلي‬

‫‪O‬‬ ‫‪2Ag(NH3)2OH‬‬ ‫هيدروكسيد الفضة االمونياكي‬ ‫(كاشف تولن)‬

‫‪R C H‬‬ ‫الديهايد‬

‫‪1‬‬

‫‪4‬‬

‫‪3‬‬

‫‪2‬‬

‫‪NR‬‬

‫‪5‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪R‬‬

‫‪2Ag(NH3)2OH‬‬

‫‪R C‬‬

‫كاشف تولن‬

‫ب ‪ -‬محلول فهلنك ‪Fehling’s Solution‬‬ ‫محلول فهلنك محلول قاعدي ازرق غامق وهو محلول لملح كبريتات‬ ‫النحاس (‪ )II‬القاعدية‪ ،‬يحتوي على جذور سالبة مثل السترات والترترات لمنع‬ ‫تكون راسب هيدروكسيد النحاس وذلك النها تكون معه معقدات مستقرة دائماً‪،‬‬ ‫يستخدم الكسدة االلديهايد حيث تختزل نتيجة لذلك ايونات النحاس (‪ )II‬الى‬ ‫اوكسيد النحاس (‪ )I‬ذا اللون االحمر‪ .‬ويدل تكون الراسب االحمر الوكسيد‬ ‫النحاس (‪ )I‬على وجود مجموعة االلديهايد في الجزيء‪ .‬اما الكيتون فال يتفاعل‬ ‫مع هذا الكاشف وكما هو مبين في المعادلة العامة ادناه‪.‬‬

‫‪O‬‬

‫‪3H2O‬‬

‫‪-‬‬

‫‪O‬‬

‫↓‪Cu2O‬‬

‫‪R C‬‬

‫‪5OH-‬‬

‫راسب احمر‬

‫‪NR‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪OH-‬‬

‫‪R‬‬

‫‪Cu2+‬‬

‫في معقد‬

‫‪6‬‬

‫‪2Cu2+‬‬ ‫في معقد‬

‫‪R C‬‬

‫كيتون‬

‫محلول فهلنك‬

‫‪O‬‬ ‫‪R C H‬‬ ‫الديهايد‬

‫تمرين‪20 - 7‬‬

‫كيف تميز عملي ًا بين مركب‬ ‫البروبانال والبروبانون باستخدام ‪:‬‬

‫‪ 6 - 7‬الحوامض الكاربوكسيلية ‪Carboxylic acid‬‬

‫أ ‪ -‬محلول فهلنك‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬كاشف تولن‪.‬‬

‫تشترك جميع االحماض الكاربوكسيلية باحتوائها مجموعة وظيفية (فعالة)‬ ‫هي مجموعة الكاربوكسيل (‪ )-COOH‬أو (‬

‫‪O‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪C‬‬

‫) وهي مكونة‬

‫من مجموعتين‪ :‬مجموعة الهيدروكسيل ومجموعة الكاربونيل‪ .‬الصيغة العامة‬ ‫للحوامض الكاربوكسيلية هي‬

‫‪O‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪C‬‬

‫‪R‬‬

‫‪ ،‬حيث ‪ R‬مجموعة الكيل أو ذرة‬

‫هيدروجين‪ ،‬قانونها العام ‪CnH2nO2‬‬

‫‪ 1 - 6 - 7‬تسمية احلوامض الكاربوكسيلية‬

‫تسمى الحوامض الكاربوكسيلية حسب الطريقة النظامية االيوباك ‪،IUPAC‬‬ ‫وتتبع في التسمية الخطوات االتية‪:‬‬ ‫‪ - 1‬يبدأ بترقيم اطول سلسلة كاربونية تحوي اكبر عدد ممكن من المعوضات‬

‫حامض الخليك (االيثانويك)‬

‫‪281‬‬

‫ما امكن ابتداء من ذرة الكاربون الكاربوكسيلية اي ان ذرة كاربون‬ ‫مجموعة الكاربوكسيل تعطى دائم ًا رقم (‪.)1‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪C‬‬

‫حامض الستريك ‪ - 2‬تكتب كلمة حامض‪.‬‬ ‫‪ - 3‬تسمى المعوضات إن وجدت بحسب االبجدية العربية‪.‬‬ ‫يحتوي الليمون على حامض‬ ‫‪ - 4‬يكتب اسم االلكان الذي تدل عليه اطول سلسلة من ذرات‬ ‫كاربوكسيلي‬ ‫الكاربون‪ ،‬ويضاف الى آخر االسم المقطع (ويك) الدال على‬ ‫وجود مجموعة كاربوكسيل في المركب وكما في االمثلة االتية‪:‬‬ ‫تمرين ‪21 - 7‬‬ ‫‪ - 1‬اكتب االسم النظامي للمركب‬

‫‪Cl O‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪1‬‬

‫‪HCOOH‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫حامض الميثانويك‬

‫حامض االيثانويك‬

‫‪CH3 CH2 C C‬‬

‫‪Br‬‬ ‫‪CH‬‬

‫‪COOH‬‬

‫‪1‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪2‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪3‬‬

‫حامض ‪ - 2‬برومو بروبانويك‬

‫‪CH3‬‬

‫‪ - 2‬ارسم الصيغة البنائية لكل من‬

‫‪COOH‬‬

‫‪1‬‬

‫المركبات االتية‪:‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH‬‬

‫‪3‬‬

‫‪CH‬‬

‫‪4‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪5‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪6‬‬

‫حامض ‪ - 4،3‬ثنائي مثيل هكسانويك‬

‫أ) حامض ‪ - 2‬مثيل بيوتانويك‬ ‫ب) حامض ‪ - 3‬كلورو بروبانويك‬

‫‪ 2 - 6 - 7‬حتضير احلوامض الكاربوكسيلية‬

‫هناك عدة طرائق لتحضير الحوامض الكاربوكسيلية منها ما سبق وان تطرقنا‬ ‫اليه‪ ،‬كأكسدة الكحوالت االولية (˚‪ )1‬أوااللديهايدات‪ .‬وسنشرح هنا طريقة‬ ‫واحدة تعتمد على استخدام كاشف كرينيارد ويعتبر هاليد االلكيل هو المادة‬ ‫االولية في هذا التفاعل مع غاز ‪ CO2‬ثم اجراء عملية التحلل المائي في وسط‬ ‫حامضي للحصول على الحامض الكاربوكسيلي المطلوب وكما يأتي‪:‬‬ ‫‪RMgX‬‬

‫كاشف كرينيارد‬

‫‪O‬‬ ‫‪R C O H‬‬

‫حامض كاربوكسيلي‬

‫‪O‬‬ ‫‪CH3 C O H‬‬

‫‪282‬‬

‫حامض ايثانويك‬

‫ايثر جاف‬

‫‪H2O/H‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪R C O MgX‬‬

‫‪CO2‬‬

‫مركب وسطي‬

‫‪H2O/H‬‬

‫‪R - X + Mg‬‬

‫‪RMgX‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪CH3 C O MgBr‬‬

‫‪CO2‬‬

‫‪CH3MgBr‬‬

‫بروميد مغنيسيوم المثيل‬

‫الحظ ان الحامض الكاربوكسيلي الناتج بهذه الطريقة يحتوي ذرة كاربون اضافية تمرين ‪22 - 7‬‬

‫اكثر من مجموعة االلكيل لكاشف كرينيارد االولية‪.‬‬

‫حضر حامض البروبانويك من‪:‬‬ ‫‪ )1‬بروميد االثيل‬

‫‪ 3 - 6 - 7‬اخلواص العامة للحوامض الكاربوكسيلية‬

‫‪ - 1‬الخواص الفيزيائية‬ ‫الحوامض الكاربوكسيلية ذات الكتل المولية الواطئة (اقل من ‪ )C10‬سوائل‬ ‫ذات رائحة حادة وغير مقبولة‪ ،‬وكما هو متوقع تزداد درجات الغليان لها بزيادة‬ ‫كتلتها المولية وهي عادة اعلى من تلك للكحوالت المقابلة لها‪ ،‬وهذا يرجع‬ ‫الى تكون اصرتين هيدروجينيتين بين كل جزيئتين من جزيئات الحامض بسبب‬ ‫الصفة القطبية الكبيرة لجزيئات مجموعتي الكاربوكسيل والهيدروكسيل في‬ ‫جزيئة الحامض والتي تفوق تلك المناظرة لها في الكحوالت‪.‬‬

‫‪C R‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪C‬‬

‫‪ - 2‬الخواص الكيميائية‬ ‫أ ‪ -‬حامضية الحوامض الكاربوكسيلية‬ ‫تكتسب الحوامض الكاربوكسيلية صفتها الحامضية وذلك من قابليتها على‬ ‫فقدان بروتون مجموعة الكاربوكسيل مما يمكنها ان تتفاعل بسهولة مع القواعد‬ ‫لتكوين ملح ًا وماء‪.‬‬

‫‪O‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪O Na‬‬

‫ملح الحامض الكاربوكسيلي‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪Hδ‬‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬

‫‪C‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫وتكون الحوامض الكاربوكسيلية ذات الكتل المولية الصغيرة جيدة الذوبان‬ ‫في الماء اما االكبر فتقل قابلية ذوبانها‪.‬‬

‫‪R C‬‬

‫‪ ) 2‬البروبانال‬

‫‪NaOH‬‬

‫‪O H‬‬

‫اواصر هيدروجينية‬

‫‪O‬‬ ‫‪R C‬‬

‫حامض كاربوكسيلي‬

‫ب ‪ -‬تفاعل الحوامض مع الكاربونات والبيكاربونات‬ ‫نالحظ ان تفاعل الحوامض الكاربوكسيلية مع الكاربونات والبيكاربونات‬ ‫محررة غاز ‪ CO2‬هو احد التفاعالت الهامة التي تستخدم للكشف عن مجموعة‬ ‫الكاربونيل في الحوامض العضوية الكاربوكسيلية‪.‬‬ ‫تمرين‪23 - 7‬‬ ‫ج ‪ -‬تفاعل الحوامض مع الكحوالت (االسترة)‬ ‫تتفاعل الحوامض الكاربوكسيلية مع الكحوالت بوجود عامل‬ ‫مساعد مناسب مثــل (‪ H2SO4‬أو ‪ ) HCl‬لتكوين االستر المقابل‬ ‫ويكون هذا التفاعل انعكاسي (‪ )Reversible‬ويدعى باالسترة‬ ‫(‪ )Esterification‬وكما في االمثلة االتية‪:‬‬

‫اكتب معادلة تفاعل حامض الخليك‬ ‫مع بيكاربونات الصوديوم ‪. NaHCO3‬‬

‫‪283‬‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪O R‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪H‬‬

‫‪R‬‬

‫‪C‬‬

‫‪OR‬‬

‫‪O H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪H2O‬‬

‫‪C‬‬

‫حامض كاربوكسيلي‬

‫استر‬

‫‪O C2H5‬‬

‫‪R‬‬

‫‪H‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪OC2H5‬‬

‫ﺧالت االثيل‬

‫‪O H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫حامض الﺨليك‬

‫كحول االيثانول‬

‫د ‪ -‬اختزال الحوامض الكاربوكسيلية‬ ‫يمكن اختزال الحوامض الكاربوكسيلية بعوامل مختزلة مثل هدريد الليثيوم‬ ‫االلمنيوم ‪ LiAlH4‬لتعطي الكحوالت االولية‪ ،‬ولكنها ال تختزل باســـتخدام‬ ‫‪ ، H2 / Ni‬كما في المثال االتي ‪:‬‬ ‫هل تعلم‬ ‫ال تخلو صيدلية من اقراص‬ ‫االسبرين التي اشتهر استخدامها‬ ‫منذ زمن بعيد كمسكن وخافض‬ ‫للحرارة وكمانع لتخثر الدم‬ ‫خاصة للمرضى الذين يعانون من‬ ‫ضيق الشرايني وغيره من امراض‬ ‫القلب‪ ،‬يعرف بصيغته البنائية‬ ‫التي حتوي مجموعة كاربوكسيلية‬ ‫واحدة وهو من اهم احلوامض‬ ‫الكاربوكسيلية‪.‬‬

‫‪COOH‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪O C‬‬

‫‪CH3CH2OH‬‬

‫ايثر‬

‫كحول االيثانول‬

‫‪CH3 C H‬‬

‫‪R-CH2-X‬‬

‫‪PCl3‬‬ ‫‪HX‬‬

‫‪CH3CH2OH‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪R-CH2OH‬‬

‫‪Pt‬‬

‫‪CH3CH2MgCl‬‬

‫مبتدآ‬

‫بالبروبانال‬

‫البيوتانويك؟‬

‫‪284‬‬

‫‪CH3CH2COOMgCl‬‬ ‫مركب وسطي‬

‫‪MgCl2 + CH3CH2COOH‬‬ ‫حامض البروبانويك‬

‫‪R C H + H2‬‬ ‫‪CO2‬‬

‫‪H + H2‬‬

‫‪3CH3CH2Cl + H3PO3‬‬ ‫كلوريد االثيل‬

‫‪Pt‬‬

‫‪RCH2COOMgX‬‬

‫كحول االيثانول‬

‫حضر‬

‫‪O‬‬

‫الحـــــل‪:‬‬ ‫نبتدأ بالمعادالت العامة للحل‪:‬‬

‫‪RCH2COOH + MgX2‬‬

‫حامض‬

‫حامض الﺨليك‬

‫‪CH3CH2 C OH‬‬

‫‪Mg‬‬

‫تمرين ‪24 - 7‬‬

‫‪CH3 C OH‬‬

‫مثال ‪8 - 7‬‬ ‫مبتدأ بااليثانال حضر حامض البروبانويك؟‬ ‫‪O‬‬

‫ايثر جاف‬

‫اﺳﺒريﻦ‬

‫‪LiAlH4‬‬

‫‪O‬‬

‫‪RCH2MgX‬‬

‫‪O‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫ايثانال‬

‫‪3CH3CH2OH + PCl3‬‬ ‫ايثر جاف‬

‫‪CH3CH2Cl + Mg‬‬ ‫‪CH3CH2MgCl + CO2‬‬

‫‪CH3CH2COOMgCl + HCl‬‬

‫مثال ‪9 - 7‬‬ ‫مبتدأ بكلوريد االثيل حضر حامض البروبانويك‪.‬‬ ‫حضر حامض البيوتانويك من كحول‬ ‫الحـــــل‪:‬‬ ‫البيوتانول؟‬ ‫هذه الطريقة لتحضير حوامض كاربوكسيلية بزيادة عدد ذرات الكاربون‬ ‫ذرة واحدة في المركب الناتج‪:‬‬ ‫تمرين ‪25 - 7‬‬

‫‪CH3CH2-MgCl‬‬

‫ايثر جاف‬

‫‪CH3-CH2-Cl + Mg‬‬

‫كاشف كرينيارد‬

‫‪CH3CH2COOH‬‬

‫‪1( CO2‬‬ ‫‪2( H2O/H+‬‬

‫‪CH3CH2MgCl‬‬

‫يكون من المفيد ان نذكر هنا ان فيتامين ‪ ،)Vitamine C( C‬يدعى‬ ‫حامض االسكوربيك وهو من اشهر انواع الفيتامينات المتداولة في حياتنا اليومية‬ ‫يتوفر في معظم الحمضيات بنسب متفاوتة‪ ،‬عرف بدوره الكبير في رفع مقاومة‬ ‫الجسم وتنشيط االجهزة المناعية والدفاعية فيه ويتوفر على شكل اقراص‬ ‫فوارة تعطي نسبة من االحتياج اليومي وتصرف للمرضى المصابين بنقص هذا‬ ‫الفيتامين‪،‬وهو مثال علىالحوامض الكاربوكسيلية‪.‬‬

‫‪ 7 - 7‬االسترات ‪Esters‬‬

‫يتوفر فيتامين ‪ C‬في اغلب‬ ‫الفواكه‬

‫تعد االسترات مواد عضوية مشتقة من الحوامض الكاربوكسيلية حيث‬ ‫‪O‬‬

‫تشترك معها بوجود الجزء ( ‪ )R C O‬بينما يكمن االختالف بينهما في‬ ‫الجزء المرتبط بذرة االوكسجين‪ ،‬فاذا كان مجموعة الكيل ‪ R‬فسيكون المركب‬ ‫واحد من مجموعة االسترات‪.‬‬

‫‪O‬‬

‫الصيغة العامة لالسترات ‪ ،R C O R‬وقانونها العام ‪CnH2nO2‬‬ ‫حيث ‪ R = R‬أو ‪ R ≠ R‬كما ان ‪ R‬يمكن ان تكون ذرة ‪ H‬خالف ًا لـ ´‪.R‬‬ ‫ومن االمثلة على االسترات هي‪:‬‬

‫اثيل بروبانوات‬

‫مثيل بيوتانوات‬

‫هل تعلم‬ ‫تتميز معظم االسترات بروائح‬ ‫عطرية محببة تتواجد في كثير من‬ ‫الفواكه واخلضروات ولقد اشتهر‬ ‫استخدامها كثير ًا في اضفاء‬ ‫بعض النكهات الصناعية املرغوبة‬ ‫على بعض املنتجات الغذائية وفي‬ ‫كثير من الصناعات خاصة صناعة‬ ‫العطور وحلويات االطفال وبعض‬ ‫ادواتهم‪.‬‬

‫‪285‬‬

‫‪ 1 - 7 - 7‬تسمية االسترات‬

‫تسمى االسترات وذلك باتباع طريقة بسيطة هي بان تقسم جزيئة‬ ‫‪O‬‬

‫االستر ‪ ،R C O R‬الى قسمين احدهما مشتق من الحامض‬ ‫شمع عسل النحل استر لحامض‬ ‫كاربوكسيلي والتفاح ايضاً‪.‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪ R C‬والثاني مشتق من الكحول ‪OH‬‬

‫الكاربوكسيلي ‪OH‬‬

‫وكما يأتي‪:‬‬

‫تمرين ‪26 - 7‬‬

‫‪R‬‬

‫‪ - 1‬اكتب االسم النظامي لكل مما يأتي‪ - 1 :‬يكون االسم االول لالستر هو الخاص بمجموعة االلكيل الموجودة في الشق‬ ‫الكحولي لالستر( ‪ )R‬المرتبط بذرة االوكسجين‪.‬‬ ‫أ)‬ ‫‪O‬‬ ‫‪ - 2‬يكون بقية اسم االستر هو الخاص بالحامض الكاربوكسيلي بعد اضافة‬ ‫‪CH3 CH C O C2H5‬‬ ‫مقطع وات الى نهاية اسم االلكان المشتق من الحامض ‪.‬وكما في االمثلة االتية‪:‬‬ ‫‪CH3‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪Cl O‬‬ ‫ب)‬ ‫‪O‬‬ ‫‪CH3 CH C O C2H5‬‬ ‫‪CH3 C O CH3‬‬

‫‪H C O CH3‬‬

‫اثيل ‪ - 2 -‬كلورو بروبانوات‬

‫مثيل ايثانوات‬

‫‪ - 2‬ارسم الصيغة البنائية للمركب االتي‪:‬‬ ‫بروبيل ‪ - 3،2 -‬ثنائي مثيل هكسانوات‬

‫‪ 2 - 7 - 7‬حتضير االسترات‬

‫هنالك طرائق متعددة لتحضير االسترات‪ ،‬منها ماسبق وان تطرقنا اليه‬ ‫تمرين ‪27 - 7‬‬ ‫عند دراستنا للخواص الكيميائية للحوامض الكاربوكسيلية (تفاعل الحامض‬ ‫‪- 1‬مبتدئ ًابالميثانولحضراثيل ميثانوات‪ .‬الكاربوكسيلي مع الكحول لتكوين االستر)‪ .‬كما يمكن تحضير االسترات من‬ ‫‪ - 2‬مبتدئ ًا بااليثانول حضـــــــــــر مثيل مفاعلة كلوريد الحامض الكاربوكسيلي مع الكحول بوجود البيريدين المستخدم‬ ‫الزالة حامض ‪ HCl‬المتكون كما في المثال االتي‪:‬‬ ‫بروبانوات‪.‬‬ ‫‪ - 3‬مبتدئ ًا بكلوريد االستيل حضر اثيل‬ ‫ايثانوات‪.‬‬

‫‪O‬‬

‫‪HCl‬‬

‫‪O R‬‬

‫‪HCl + CH3COOCH3‬‬ ‫مثيل ايثانوات‬

‫‪R C‬‬

‫بيريدين‬

‫بيريدين‬

‫‪O‬‬

‫‪OR‬‬

‫‪H‬‬

‫‪Cl‬‬

‫‪R C‬‬

‫‪CH3COCl + CH3OH‬‬ ‫كلوريد االستيل‬ ‫ميثانول‬

‫‪ 3 - 7 - 7‬اخلواص العامة‬

‫‪ - 1‬الخواص الفيزيائية لالسترات‪.‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪δ‬‬

‫‪Rδ‬‬

‫‪286‬‬

‫‪O‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪δ‬‬

‫‪R‬‬

‫تظهر االسترات صفة قطبية في جزيئاتها إال انه يقل تأثيرها على الجزيء‬ ‫بازدياد الجزء الهيدروكاربوني غير القطبي‪ ،‬وال يمكنها ان تكون اواصر‬ ‫هيدروجينية بينية بين جزيئاتها‪ ،‬لذا فان درجات غليانها اقل مما هي عليه في‬ ‫الحوامض الكاربوكسيلية المقابلة‪ .‬وال يمكن لمعظم االسترات ان تذوب في‬ ‫الماء لكنها تذوب في اغلب المذيبات العضوية‪ ،‬كما ويمكن استخدام هذه‬ ‫المركبات كمذيبات عضوية جيدة لمواد عضوية كثيرة‪.‬‬

‫‪ - 2‬الخواص الكيميائية لالسترات‬ ‫تشترك االسترات في التفاعالت االتية‪:‬‬

‫أ ‪ -‬التحلل المائي لالستر في محيط حامضي‬

‫هو عكس التفاعل المستعمل لتحضيرها من الكحوالت مع الحوامض‬ ‫الكاربوكسيلية حيث يتضمن جزيء ماء بوجود عامل مساعد (‪ H2SO4‬أو‬ ‫‪ )HCl‬ليعطي الحامض الكاربوكسيلي والكحول‬

‫‪O‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪R C‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪O R‬‬

‫‪:‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪R‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪CH3CH2OH‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪OC2H5‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫اثيل ايثانوات‬

‫حامض االيثانويك‬

‫ايثانول‬

‫‪R C‬‬

‫ب ‪ -‬التحلل المائي لالستر في محيط قاعدي‬ ‫يمكن لجزيء االستر ان يتفاعل مع جزيء الماء في وسط قاعدي مثل تمرين ‪28 - 7‬‬ ‫‪ NaOH‬لينتج ملح الصوديوم للحامض الكاربوكسيلي مع الكحول‪،‬‬ ‫اكتب تفاعالت التحلل المائي الثيل‬ ‫ويكتسب هذا التفاعل شهرة كبيرة النه يستخدم في تحضير الصابون ميثانوات مرة في وسط حامضي واخر‬ ‫وهو لذلك يدعى بتفاعل الصوبنة (‪)Saponification‬كما يمكن ان في وسط قاعدي‪.‬‬ ‫يستخدم للكشف عن االسترات وكما مبين في المعادلة االتية‪:‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪CH3CH2OH‬‬ ‫ايثانول‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪O Na‬‬

‫‪H2O‬‬ ‫∆‬

‫‪O‬‬ ‫‪NaOH‬‬

‫ايثانوات الصوديوم‬

‫‪OCH2CH3‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫اثيل ايثانوات‬

‫‪ 8 - 7‬االمينات ‪Amins‬‬

‫تعد االمينات مشتقات لالمونيا ‪ NH3‬حيث تحل مجموعة الكيل واحدة أو‬ ‫أكثر محل ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر‪ ،‬وعلى هذا تصنف االمينات بحسب‬ ‫عدد مجاميع االلكيل فيها‪ ،‬ومنها ما يدعى باالمين االولي (˚‪ )1‬حيث تستبدل‬ ‫ذرة هيدروجين بمجموعة الكيل واحدة في جزيء االمونيا ‪ ،RNH2‬واالمين‬ ‫الثانوي (˚‪ )2‬حيث يتم استبدال ذرتي هيدروجين بمجموعتي الكيل في جزيء‬ ‫االمونيا ‪ ،R2NH‬واالمين الثالثي (˚‪ )3‬تستبدل فيه ثالث ذرات هيدروجين‬ ‫بثالث مجاميع الكيل ‪ ،R3N‬وكما في االمثلة االتية ‪:‬‬ ‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪N‬‬

‫‪R‬‬

‫ثالثي (˚‪)3‬‬

‫‪H‬‬

‫‪N‬‬

‫‪H‬‬

‫‪R‬‬

‫ثانوي (˚‪)2‬‬

‫‪R N H‬‬ ‫اولي (˚‪)1‬‬

‫االمينات هي المسؤولة عن‬ ‫رائحة السمك الميت‪.‬‬

‫‪287‬‬

‫ومن امثلتها‪:‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3 N H‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪CH3 N‬‬

‫‪CH3 N H‬‬ ‫مثيل امين‬

‫ثنائي مثيل امين‬

‫امونيا‬

‫امين اولي (˚‪)1‬‬

‫امين ثانوي (˚‪)2‬‬

‫امين ثالثي (˚‪)3‬‬

‫امونيا‬

‫مثيل امين‬

‫ثنائي مثيل امين‬

‫ثالثي مثيل امين‬

‫ثالثي مثيل امين‬

‫‪ 1 - 8 - 7‬تسمية االمينات‬

‫أ ‪ -‬تسمية االمينات وفق الطريقة الشائعة‬ ‫‪ - 1‬تسمى االمينات بالطريقة الشائعة بتسمية مجموعة االلكيل المرتبطة بذرة‬ ‫النتروجين ويتبع بكلمة امين‪.‬‬ ‫مثال‪:‬‬

‫‪CH3CH2CH2 - NH2‬‬

‫‪CH3CH2 - NH2‬‬

‫‪CH3 - NH2‬‬

‫اثيل امين‬

‫مثيل امين‬

‫ن ‪ -‬بروبيل امين‬

‫‪ - 2‬اذا كانت مجموعتين أو ثالث مجاميع الكيل متشابهة مرتبطة بذرة‬ ‫النتروجين فتضاف كلمة ثنائي أو ثالثي على التوالي الى اسم االمين‪.‬‬ ‫مثال‪:‬‬ ‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3 N‬‬

‫ثالثي مثيل امين‬

‫‪CH3 N H‬‬ ‫ثنائي مثيل امين‬

‫‪ - 3‬تسمى مجاميع االلكيل المرتبطة بذرة النتروجين‪ ،‬اذا كانت مختلفة حسب‬ ‫االحرف االبجدية‪.‬‬ ‫‪CH3‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪CH(CH3)2‬‬

‫‪N‬‬

‫‪CH3CH2‬‬

‫اثيل ايزوبروبيل مثيل امين‬

‫‪288‬‬

‫‪CH2CH3‬‬

‫‪CH3 N‬‬

‫اثيل مثيل امين‬

‫ب ‪ -‬يمكن تسمية االمينات حسب نظام االيوباك ‪ IUPAC‬كاالتي‪:‬‬ ‫‪ - 1‬ترقم السلسلة الكاربونية التي تحتوي على ذرة الكاربون الحاملة لمجموعة‬ ‫االمين ( ‪ )- NH2‬والتي تاخذ اقل رقم ممكن‪ .‬اما مجموعة االمين فتعامل‬ ‫معاملة مجموعة معوضة‪.‬‬

‫‪ - 2‬تتبع جميع الخطوات المذكورة في تسمية المركبات السابقة عند تسمية‬ ‫المركبات االمينية وكما في االمثلة االتية‪:‬‬ ‫‪CH3‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫‪6‬‬

‫‪CH‬‬

‫‪5‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪4‬‬

‫‪NH2‬‬ ‫‪CH‬‬

‫‪3‬‬

‫‪NH2‬‬

‫‪CH2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪1‬‬

‫‪COOH‬‬

‫هناك طرائق عديدة لتحضير االمينات سنقتصر على اثنين منها‪:‬‬ ‫‪ - 1‬تفاعل االمونيا مع هاليدات االلكيل‬ ‫يمكن تحضير االمينات بأنواعها الثالثة باستخدام االمونيا ‪ NH3‬كمادة‬ ‫اولية‪ ،‬حيث يتم خاللها تسخين هاليد االلكيل مع محلول االمونيا الكحولي في‬ ‫انبوبة اختبار محكمة ليتكون االمين ‪ ،‬وكما في المثال االتي‪:‬‬ ‫‪NaOH‬‬

‫‪CH3 CH‬‬ ‫‪NH2‬‬

‫‪ 2 - 8 - 7‬حتضير االمينات‬

‫‪CH3NH2 + NaI + H2O‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪ - 2‬امينو ‪ - 2 -‬مثيل بروبان‬

‫‪ - 3‬امينو ‪ - 5-‬مثيل هكسان‬

‫مثال‪:‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪+ -‬‬

‫‪CH3NH3 I‬‬

‫مثيل امين (˚‪)1‬‬

‫حامض ‪ - 2‬امينو البروبانويك‬

‫‪CH3I + NH3‬‬ ‫يوديد المثيل‬

‫وال بد هنا من االشارة الى ان هذه الطريقة غير ناجحة مختبري ًا الن الناتج عبارة‬ ‫عن مزيج من عدة امينات‪ ،‬اولية وثانوية وثالثية‪ ،‬فيصعب فصلها عن بعضها‪ ،‬لذا‬ ‫تمرين ‪29 - 7‬‬ ‫سنكتفي بتحضير االمينات االولية فقط‪.‬‬ ‫حضر اثيل امين من هاليد الكيل‬ ‫‪ - 2‬تفاعل الكحوالت مع االمونيا‬ ‫يمكن تحضير االمينات االولية من امرار بخار الكحول واالمونيا على االلومينا مناسب‪.‬‬ ‫الساخنة ‪ Al2O3‬عند درجة حرارة (‪ )400˚C‬كما في المعادلة التالية‪ .‬وهذا‬ ‫التفاعل شأنه شأن التفاعل اعاله حيث ينتج مزيج من االمينات االولية والثانوية‬ ‫والثالثية‪ ،‬لكنه عند استخدام زيادة كبيرة من االمونيا ممكن الحصول على االمين‬ ‫االولي كناتج رئيسي‪.‬‬

‫‪CH3 - NH2 + H2O‬‬ ‫مثيل امين‬

‫∆‬

‫‪Al2O3‬‬

‫‪CH3OH + HNH2‬‬ ‫امونيا‬

‫ميثانول‬

‫‪ 3 - 8 - 7‬اخلواص العامة‬

‫تمرين ‪30 - 7‬‬ ‫حضر بروبيل امين باستخدام كحول‬ ‫مناسب‪.‬‬

‫‪ - 1‬الخواص الفيزيائية‬

‫تمتلك االمينات ذات الكتل المولية الواطئة رائحة مشابهة لرائحة االمونيا‪،‬‬ ‫تكون غازات او سوائل في درجة حرارة الغرفة‪ ،‬وبسبب قطبية هذه المركبات‬ ‫لذلك يمكنها ان تكون اواصر هيدروجينية بينية لهذا تكون ذات درجات غليان‬ ‫اعلى من تلك للمركبات المقابلة لها غير القطبية‪ ،‬الشكل (‪.)2 - 7‬‬

‫‪289‬‬

‫‪H O:‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H N:‬‬ ‫‪R‬‬

‫‪:‬‬

‫الشكل ‪2-7‬‬ ‫أ ‪ -‬االصرة الهيدروجينية بين‬ ‫جزيئات الماء واالمين ‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬االصرة الهيدروجينية بين‬ ‫جزيئات االمين نفسها‪.‬‬

‫‪N H‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R‬‬ ‫االمين قاعدة بسبب وجود الزوج‬ ‫االلكتروني لذرة النتروجين‪.‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H N:‬‬ ‫‪R‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H N:‬‬ ‫‪R‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H N:‬‬ ‫‪R‬‬

‫وهذه المركبات قابلة للذوبان في الماء بسبب قابليتها لتكوين اواصر‬ ‫هيدروجينية مع جزيئات الماء كما يمكنها ايض ًا الذوبان في بعض المذيبات‬ ‫العضوية مثل البنزين وااليثر‪.‬‬ ‫‪ - 2‬الخواص الكيميائية‬ ‫تعتبر االمينات قواعد‪ ،‬بسبب وجود المزدوج االلكتروني غير المشترك‬ ‫(زوج حر) لذرة النتروجين والذي يمكن ان يكون اصرة جديدة مع بروتون او‬ ‫حوامض لويس‪.‬‬ ‫ويدل على ذلك قدرتها على التفاعل مع الحوامض مثل ‪ HCl‬وكما في ادناه‪:‬‬ ‫‪R - NH2 + HCl‬‬ ‫‪R - NH3+Cl‬‬‫امين‬ ‫ملح االمين‬ ‫ومن شأن هذا الملح ان يعود ثانية الى االمين االصلي بمفاعلته مع قاعدة قوية‬ ‫مثل ‪.NaOH‬‬ ‫‪NaOH‬‬ ‫‪R - NH3+Cl‬‬‫‪R - NH2 + NaCl + H2O‬‬ ‫كما وتتفاعل االمينات مع كلوريدات الحامض (االسيلة) لتكون مركبات‬ ‫عضوية تسمى االميدات وحسب المثال االتي‪:‬‬

‫‪N CH3‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫‪ - N‬مثيل اسيتامايد‬

‫‪290‬‬

‫‪H‬‬

‫اصرة هيدروجينية‬

‫‪O H‬‬ ‫‪HCl‬‬

‫‪H O:‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪H N CH3‬‬ ‫مثيل امين‬

‫‪O‬‬ ‫‪Cl‬‬

‫‪CH3 C‬‬

‫كلوريد االسيتيل‬

‫المفاهيم االساسية‬

‫الكيمياء العضوية ‪Organic Chemistry‬‬ ‫هي احد فروع علم الكيمياء الذي يهتم بدراسة خواص وتركيب وتفاعالت االنواع املختلفة للمركبات التي يكون فيها‬ ‫عنصر الكاربون اساسي ًا في تكوينها اضافة الى عناصر اخرى‪.‬‬ ‫الهيدروكاربونات ‪Hydrocarbons‬‬ ‫هي ابسط املركبات العضوية‪ ،‬اذ حتتوي على عنصري الكاربون والهيدروجني فقط‪ ،‬حيث ترتبط ذرات الكاربون فيما‬ ‫بينها بأواصر تساهمية مفردة وتسمى هيدروكاربونات مشبعة كااللكانات او هيدروكاربونات غير مشبعة ترتبط فيها‬ ‫ذرات الكاربون بأواصر تساهمية مزدوجة كااللكينات او ثالثية كااللكاينات‪ ،‬ومنها االروماتي كالبنزين ومشتقاته‪.‬‬ ‫االيزومرات ‪Isomers‬‬ ‫مركبات عضوية مختلفة من ناحية الصيغة البنائية اي التركيبية ومختلفة في خواصها الفيزيائية والكيميائية ولكنها‬ ‫تشترك بصيغة جزيئية واحدة‪.‬‬ ‫المجموعة الوظيفية ‪Functional Group‬‬ ‫هي ذرة او مجموعة ذرات ترتبط بذرة الكاربون في املركبات العضوية او هي اصرة ثنائية او ثالثية بني ذرتي كاربون‪.‬‬ ‫فتكتسب هذه املركبات صفات كيميائية وفيزيائية متماثلة متيزها عن غيرها من املركبات العضوية‪.‬‬ ‫هاليدات االلكيل ‪Alkyl Halides‬‬ ‫مركبات عضوية ترتبط مجموعة االلكيل (‪ )R-‬فيها بذرة هالوجني (‪ )-X‬وتعتبر من مشتقات االلكانات النه مت‬ ‫استبدال ذرة هيدروجني في االلكان بذرة هالوجني صيغتها العامة ‪ R-X‬وقانونها العام ‪ CnH2n+1X‬واملجموعة الفعالة‬ ‫(الوظيفية) فيها ‪.C-X‬‬

‫قاعدة ماركوفينيكوف ‪Markovnikov Rule‬‬ ‫عند اضافة الكاشف غير املتناظر الى مركبات االصرة املزدوجة غير املتناظرة فأن االيون املوجب (ايون الهيدروجني) من‬ ‫الكاشف يضاف الى ذرة كاربون االصرة املزدوجة التي حتمل العدد االكبر من ذرات الهيدروجني وتكوين ايون الكاربونيوم‬ ‫االكثر استقرار ًا اما االيون السالب فيضاف الى ذرة كاربون االصرة املزدوجة التي حتمل العدد االقل من ذرات الهيدروجني‪.‬‬

‫=‬

‫كاشف الكتروفيلي ‪Electrophyl Reagent‬‬ ‫كواشف باحثة عن االلكترونات وهي الذرات او اجلزيئات او االيونات التي تستطيع استيعاب زوج واحد من االلكترونات‬ ‫‪O‬‬ ‫ألنها متتلك اوربيتال فارغ ومتثل حوامض لويس مثل ايون الكاربونيوم ‪ R+‬و ‪ X+‬و ‪ NO2+‬ومجموعة الكاربونيل‬ ‫‪-C‬‬‫وكلوريد االملنيوم ‪AlCl3‬‬

‫‪291‬‬

‫كاشف نيوكليوفيلي ‪Nucluphyl Reagent‬‬ ‫كواشف باحثة عن النواة وهي الذرات او اجلزيئات او االيونات التي تستطيع هبة زوج من االلكترونات حيث انها‬ ‫غنية بااللكترونات واملشاركة فيها ومتثل قواعد لويس ومنها ‪ H-‬و ‪ X-‬و ‪ OH-‬وايون الكاربانيون ‪ R-‬واالصرة املزدوجة‬ ‫والثالثية واالمونيا ‪NH3‬‬ ‫الكحوالت‬ ‫مركبات عضوية حتتوي على مجموعة الهيدروكسيل مرتبطة بذرة الكاربون املشبعة صيغتها العامة ‪ R-OH‬وقانونها‬ ‫العام ‪ CnH2n+2O‬واملجموعة الفعالة فيها ‪. C-OH‬‬ ‫االيثرات‬ ‫مركبات عضوية حتتوي على ذرة اوكسجني مرتبطة مبجموعتني الكيل صيغتها العامـــــــة ‪ R-O-R‬وقانونها العام‬ ‫‪ CnH2n+2O‬واملجموعة الفعالة فيها ‪.C-O-C‬‬ ‫االلديهايدات‬ ‫مركبات عضوية حتتوي على مجموعة الكاربونيل ‪ - C -‬مرتبطة باحد طرفيها بذرة هيدروجني والطرف االخر‬ ‫‪O‬‬ ‫وقانوها العام ‪ CnH2nO‬واملجموعة الفعالة فيها هي‬ ‫مبجموعة الكيل او ذرة هيدروجني‪ ،‬صيغتها العامة‬ ‫‪R -C- H‬‬ ‫مجموعة الكاربونيل‪.‬‬ ‫=‬

‫=‬

‫‪O‬‬

‫=‬

‫الكيتونات‬ ‫مركبات عضوية حتتوي على مجموعة الكاربونيل مرتبطة بطرفيها مبجموعتني الكيل صيغتها العامة‬ ‫وقانوها العام ‪ CnH2nO‬واملجموعة الفعالة فيها هي مجموعة الكاربونيل‪.‬‬

‫‪O‬‬

‫‪R -C-R‬‬

‫الحوامض الكاربوكسيلية‬ ‫مركبات عضوية املجموعة الفعالة فيها مجموعة الكاربوكسيل ‪ -COOH‬صيغتها العامة ‪ R-COOH‬وقانونها‬ ‫العام ‪CnH2nO2‬‬ ‫االسترات‬ ‫مركبات عضوية مشتقة من احلوامض الكاربوكسيلية تشترك معها بوجود مجموعة الكاربوكسيل ‪ - C - O -‬ولكن‬ ‫يكمن االختالف بينهما في اجلزء املرتبط بذرة االوكسجني ففي احلوامض العضوية ترتبط بذرة هيدروجني وفي االسترات‬ ‫‪O‬‬ ‫وقانونها العام ‪CnH2nO2‬‬ ‫مبجموعة الكيل ‪ -R‬صيغتها العامة‬ ‫=‬

‫=‬

‫‪O‬‬

‫‪R - C -O - R‬‬

‫االمينات‬ ‫مركبات عضوية تعتبر من مشتقات االمونيا حيث حتل مجموعة الكيل واحدة او اكثر محل ذرة هيدروجني او اكثر من‬ ‫االمونيا وتقسم على هذا االساس الى امينات اولية ‪ RNH2‬وثانوية ‪ R2NH‬وثالثية ‪ R3N‬صيغتها العامة ‪R-NH2‬‬ ‫وقانونها العام ‪CnH2n+3N‬‬

‫‪292‬‬

‫اسﺌلة الفﺼل السابﻊ‬ ‫‪1-7‬‬

‫نظم جدو ًال يتضمن املعلومات االتية حول كل من املركبات املبينة في ادناه ومنها العائلة التي ينتمي اليها‬

‫املركب‪ ،‬اسم املركب‪ ،‬املجموعة الوظيفية‪.‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪ CH3 CH3‬؛ ‪ CH3CH2Cl‬؛ ‪ CH3CH2OH‬؛‬ ‫‪O‬‬

‫‪O‬‬

‫‪ CH C‬؛‬

‫‪ CH3OCH3‬؛ ‪CH‬‬

‫‪O‬‬

‫‪ CH3C‬؛‬

‫‪H‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪ CH‬؛ ‪CH2‬‬

‫‪ CH3C‬؛‬

‫‪CH2‬‬

‫‪CH3CH2NH2‬‬

‫‪ CH3C OH‬؛‬ ‫‪ 2-7‬انبوبتااختبارحتتويانعلىسائلنيغيرملوننيفياحداهما‪-1‬هكسانولوفياالخرىهكسان‪،‬كيفمتيزبنيالسائلني؟‬ ‫‪OCH3‬‬

‫‪3‬‬

‫‪ 3-7‬اكتب املعادالت الكيميائية التي متثل حتضير املركبات التالية من املادة االولية املذكورة واي مواد اخرى مناسبة‪:‬‬ ‫االيثانول من االيثني‪.‬‬ ‫ب)‬ ‫‪ - 1‬بروبانول من ‪ - 1‬كلورو بروبان‪.‬‬ ‫أ)‬ ‫ايثانوات الصوديوم من مثيل ايثانوات‪.‬‬ ‫د)‬ ‫االيثانال من االيثانول‪.‬‬ ‫ج)‬

‫‪4-7‬‬

‫يتوافر في املختبر كل من املركبني ‪ - 1‬كلورو بيوتان و ‪ - 1‬بيوتني ‪ ،‬ايهما تختار لتحضير ‪ - 1‬بيوتانول؟‬

‫‪5-7‬‬

‫اعط اسماء املركبات العضوية التالية على وفق نظام ايوباك‬ ‫‪O‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪CH3 )CH2(3 C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫(‪1‬‬

‫‪CH2OH‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪H‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪N‬‬

‫‪4( CH3CH2CH2CH2‬‬

‫‪O‬‬

‫‪5( CH3CH2CH2CH2NH2‬‬

‫‪O‬‬

‫‪OCH3‬‬

‫‪H‬‬

‫‪ 6-7‬ما الصيغة البنائية للمركبات العضوية االتية‪:‬‬ ‫‪ )1‬حامض ‪ - 3،2‬ثنائي مثيل الهكسانويك‬ ‫‪ - 3 )3‬اثيل هبتانول‬ ‫‪ - 2 )5‬مثيل ‪ - 2 -‬بنتانول‬ ‫‪ - 3 )7‬كلورو هكسان‬ ‫‪ )9‬ثنائي بيوتيل ايثر‬

‫‪6( CH3 )CH2(2 C‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪O‬‬

‫‪7( CH3 CH2 CH2 C CH2CH3‬‬

‫‪7-7‬‬

‫‪3( CH CH CH CH CH Br 2( CH3 CH2 C‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪8( CH3 )CH2(4 C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪9( CH3 )CH2(2 C‬‬

‫‪ )2‬بيوتيل بيوتانوات‬ ‫‪ - 3 )4‬مثيل ‪ - 4 -‬هبتانون‬ ‫‪ - 3 )6‬اثيل ‪ - 2 -‬امينوهكسان‬ ‫‪ - 2 )8‬امينو ‪ - 2 -‬مثيل بيوتان‬ ‫‪ )10‬حامض ‪ - 3 -‬مثيل بنتانويك‬

‫اكتب بعض الصيﻎ البنائية اﶈتملة لكل من املركبات االتية مع تبيان املجموعة الوظيفية فيها واكتب اسمائها‬

‫حسب نظام ايوباك‪:‬‬

‫‪C4H9OH‬‬

‫‪C2H7N‬‬

‫‪C4H8O‬‬

‫‪C4H8O2‬‬

‫(معلومة‪ :‬ميكن للطالب عند حل هذا السؤال االستعانة باملعلومات التي تعلمها في الفقرة (‪. )1 - 7‬‬

‫‪293‬‬

‫‪8-7‬‬ ‫أ)‬

‫حدد املركب العضوي االعلى درجة غليان في كل زوج من املركبات االتية‪:‬‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫جـ )‬

‫‪CH3OH‬‬

‫هـ )‬

‫‪CH3COOH‬‬

‫و‬

‫و‬

‫‪CH3CH2OH‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫ب)‬

‫‪CH3CH2OH‬‬

‫د)‬

‫‪CH3CH2CH2Br‬‬

‫‪O‬‬

‫‪9-7‬‬

‫و‬

‫‪CH3‬‬

‫‪C‬‬

‫و‬

‫‪CH3OCH3‬‬

‫و‬

‫‪CH3CH2CH2OH‬‬

‫‪OH‬‬ ‫‪CH3‬‬

‫و)‬

‫‪CH‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3‬‬

‫و‬

‫‪CH3-O-CH2CH3‬‬

‫حدد اجلزء االتي من الكحول واجلزء االتي من احلامض الكاربوكسيلي لكل من االسترات االتية‪:‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪O)CH2(3CH3‬‬

‫‪C‬‬

‫‪O‬‬

‫‪ CH3CH2‬؛‬

‫‪OC2H5‬‬

‫‪C‬‬

‫‪O‬‬

‫‪ CH3‬؛‬

‫‪C‬‬

‫‪OCH3‬‬

‫‪H‬؛‬

‫‪OCH3‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪ 10-7‬اختر االجابة الصحيحة فيما يأتي‪:‬‬ ‫‪ - 1‬عند تسخين االيثانول ‪CH3CH2OH‬‬

‫مع حامض الكبريتيك المركز ينتج المركب العضوي‪:‬‬

‫‪O‬‬

‫أ)‬

‫‪H‬‬

‫‪CH3C‬‬

‫ب ) ‪CH2‬‬

‫‪CH2‬‬

‫ج) ‪ CH3COOH‬د)‬

‫‪CH3- CH3‬‬

‫‪ - 2‬المركب الناتج من اكسدة المركب ‪ - 2‬بروبانول باستخدام ‪ K2Cr2O7‬في وسط حامضي هو‪:‬‬ ‫د ) حامض البروبانويك‬ ‫ج ) بروبين‬ ‫ب ) بروبانون‬ ‫أ) بروبانال‬ ‫‪ - 3‬عند اختزال البروبانال بوساطة ‪ H2‬وبوجود ‪ Ni‬فان المركب الناتج‪:‬‬ ‫أ ) حامض البروبانويك ب) ‪ - 1‬بروبانول ج ) ‪ - 2‬بروبانول د ) بروبانون‬ ‫‪ - 4‬الغاز الناتج من تفاعل فلز الصوديوم مع كحول االيثانول‪:‬‬ ‫د ) ‪H2‬‬ ‫ج ) ‪CO‬‬ ‫ب ) ‪O2‬‬ ‫أ ) ‪CO2‬‬ ‫‪ - 5‬عند اضافة ملغم (الزئبق ‪ -‬خارصين) الى االيثانال بوجود حامض ‪ HCl‬ينتج‪:‬‬ ‫د ) ألكان‬ ‫ج ) كحول ثالثي‬ ‫ب ) كحول ثانوي‬ ‫أ) كحول اولي‬ ‫‪ - 6‬الغاز الناتج من تفاعل حامض االيثانويك مع كاربونات الصوديوم الهيدروجينية هو‪:‬‬ ‫د ) ‪CO‬‬ ‫ج ) ‪O2‬‬ ‫ب ) ‪CO2‬‬ ‫أ ) ‪H2‬‬ ‫‪ - 7‬يستخدم كاشف لوكاس ( الالمائي ‪ ) HCl/ZnCl2‬للتمييز بين‪:‬‬ ‫أ ) الكحوالت االولية والثانوية والثالثية‪ .‬ب ) االلديهايدات والكيتونات‪ .‬ج ) االمينات االولية والثانوية‪.‬‬ ‫‪ - 8‬عدد الصيﻎ البنائية المحتملة للمركب ‪ C3H6Br2‬هو‪:‬‬ ‫د)‪5‬‬ ‫ج)‪4‬‬ ‫ب)‪3‬‬ ‫أ)‪2‬‬

‫‪294‬‬

‫‪C2H5‬‬

‫‪ - 9‬يمكن ان تتكون اواصر هيدروجينية ضمنية بين المادة االتية‪:‬‬ ‫أ ) ‪ - 2‬بروبانون ب ) بروبانال ج ) ثالثي مثيل امين د ) ‪ - 2‬مثيل ‪ - 2 -‬بروبانول‬ ‫‪ - 10‬تتكون المرآة الفضية نتيجة مفاعلة محلول هيدروكسيد الفضة االمونياكي ‪ Ag)NH3(2OH‬الحد المركبات‬ ‫التالية وهو ما يدعى كاشف تولن ‪.‬‬ ‫أ ) كيتون ب ) الديهايد ج ) كحول ثالثي د ) الكان‬ ‫‪ - 11‬اي من المركبات التالية تتفاعل مع محلول فهلنك‪:‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪O‬‬ ‫أ)‬ ‫ب)‬ ‫ج)‬ ‫‪OCH3‬‬

‫‪CH3C‬‬

‫‪H‬‬

‫‪CH3C‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪CH3C‬‬

‫د)‬

‫‪O‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪CH3‬‬

‫‪ - 12‬نوع التفاعل الذي يحول البروبانون الى ‪ - 2‬بروبانول يسمى تفاعل‪:‬‬ ‫أ) تأكسد ب ) حذف ج ) اختزال د ) استبدال‬ ‫‪ 11-7‬اكتب ممث ً‬ ‫ال بالمعادالت تحضير حامض البيوتانويك ‪ ،‬باستخدام كاشف كرينيارد وهاليد الكيل مناسب‪.‬‬ ‫‪ 12-7‬فيما يلي سلسلة من التفاعالت التي تبدأ بااليثين ‪ ، CH2 CH2‬اكتب الصيﻎ البنائية لكل من النواتج‬ ‫العضوية بدء ًا من ‪ A‬الى ‪: E‬‬ ‫‪CH2 CH2 + HCl‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪D‬‬

‫‪K2Cr2O7‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪+‬‬

‫‪E + CO2 + H2O‬‬ ‫‪ 13-7‬كيف تميز مختبري ًا بين كل زوج من المركبات االتية‪:‬‬ ‫‪)2‬‬ ‫بروبانال و بروبانون‬ ‫‪)1‬‬ ‫‪)4‬‬ ‫بيوتانال و حامض البيوتانويك‬ ‫‪)3‬‬ ‫‪)6‬‬ ‫االيثانول و حامض االيثانويك‬ ‫‪)5‬‬

‫‪3‬‬

‫‪CH3 C CH3‬‬ ‫‪OH‬‬

‫ج)‬

‫‪ - 2‬بيوتانول‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪Cl‬‬

‫‪ - 1‬بيوتين‬

‫‪C‬‬

‫‪K2Cr2O7‬‬

‫‪B‬‬

‫‪H‬‬

‫‪+‬‬

‫‪D + NaHCO3‬‬

‫‪ - 1‬بنتانول و بنتان‬ ‫‪ - 2‬مثيل ‪ - 2 -‬بروبانول و ‪ - 1‬بروبانول‬ ‫اثيل امين و االيثان‬

‫‪ 14-7‬وضح بمعادالت كيميائية ‪ ،‬كيف تحدث التحوالت االتية‪:‬‬ ‫ب)‬ ‫أ)‬ ‫‪CH‬‬ ‫‪CH3 C CH3‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪A + KOH‬‬

‫‪CH3 CH CH2‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪CH3 C CH3‬‬

‫‪295‬‬

‫‪ 15-7‬اكتب االسم والصيغة البنائية للكحول الذي يتأكسد ليعطي ‪:‬‬ ‫ج ) ‪ - 2‬بيوتانون‬ ‫ب ) ‪ - 2‬مثيل بروبانال‬ ‫أ ) ايثانال‬ ‫‪ 16-7‬ادرس مخطط التفاعل التالي وأجب عن االسئلة التي تليه‪:‬‬ ‫‪OH‬‬‫‪A‬‬

‫‪K2Cr2O7‬‬ ‫محلول فهلنك‬ ‫‪C4H8O‬‬ ‫ال يتفاعل‬ ‫‪B‬‬ ‫‪C‬‬ ‫ب ) اعط اسماء كل من ‪ A :‬و ‪ B‬و ‪C‬‬ ‫أ ) اكتب الصيﻎ البنائية لكل من ‪ A :‬و ‪ B‬و ‪C‬‬ ‫د ) اكتب صيغة بنائية اخرى للمركب ‪ B‬ال يتأكسد بوساطة‬ ‫ج ) ايهما اعلى درجة غليان ‪ C‬أم ‪ ، B‬لماذا؟‬ ‫‪ K2Cr2O7‬المحمضة‪.‬‬ ‫‪C4H9OH‬‬

‫‪C4H9Br‬‬

‫‪ 17-7‬يتفاعل اثنان من المركبات الواردة ادناه في وسط حامضي‪ ،‬لينتج مركب له رائحة مقبولة وصيغته ‪،C4H8O2‬‬ ‫حدد المركبين‪ ،‬ومثل التفاعل الحاصل بينهما بمعادلة كيميائية‪.‬‬ ‫‪CH3CH3 ، CH3CH2OH ، CH3CHO ، CH3COOH ، CH3CH2OCH3‬‬ ‫‪ 18-7‬اكتب معادالت كيميائية تبين تحضير المواد التالية‪ ،‬مبتدئ ًا من االيثانول وأي مواد غير عضوية او عضوية مناسبة‪.‬‬ ‫ب ) اثيل ايثانوات ‪CH3COOCH2CH3‬‬ ‫أ ) حامض االيثانويك ‪CH3COOH‬‬ ‫د ) اثيل كلوريد المغنيسيوم ‪CH3CH2MgCl‬‬ ‫ج ) كلورو ايثان ‪CH3CH2Cl‬‬ ‫‪ 19-7‬مبتدئ ًا من االثيلين ‪ CH2 = CH2‬بين بالمعادالت تحضير كل من‪:‬‬ ‫أ ) االيثانال ب ) اثيل كلوريد المغنيسيوم ج ) اثيل هكسانوات‬ ‫‪ 20-7‬استنتج الصيﻎ البنائية للمركبات العضوية ‪ E , D , C , B , A‬في مخطط التفاعالت التالية اذا علمت ان ‪A‬‬ ‫مركب عضوي يحوي على ثالث ذرات كاربون ‪:‬‬ ‫‪E‬‬

‫‪HCl‬‬

‫‪D‬‬

‫‪CO2‬‬

‫‪C‬‬

‫‪Mg‬‬ ‫ايثر جاف‬

‫‪B‬‬

‫‪HCl‬‬

‫‪A‬‬

‫‪ 21-7‬مركب عضوي ‪ A‬يحتوي على ذرتي كاربون‪ ،‬يتفاعل مع فلز الصوديوم مطلق ًا غاز الهيدروجين‪ ،‬ولدى اكسدته‬ ‫كلي ًا بوجود دايكرومات البوتاسيوم ‪ K2Cr2O7‬في وسط حامضي تكون المركب العضوي ‪ ، B‬فوجد ان محلول المركب‬ ‫‪ B‬يغير لون ورقة زهرة الشمس الى االحمر‪ ،‬كما انه يتفاعل مع ‪ NaHCO3‬مطلق ًا غاز ‪ ،CO2‬وعند تسخين مزيج من‬ ‫المركبين (‪ A‬و ‪ )B‬بوجود قطرات من حامض مركز قوي‪ ،‬تكون المركب العضوي ‪ C‬المتميز برائحته العطرة‪.‬‬ ‫ب ) اكتب معادالت التفاعل الحاصلة‪.‬‬ ‫أ ) اكتب الصيﻎ البنائية لكل من المركبات ‪ A‬و ‪ B‬و ‪C‬‬ ‫‪ 22-7‬يتكون المركب (‪ )A‬من ثالث ذرات كاربون ‪ ،‬يتأكسد ليعطي المركب (‪ )B‬وهذا بدوره ال يعطي كشف محلول‬ ‫فهلنك‪.‬وعندتفاعلالمركب(‪)A‬معفلزالصوديومينتجالمركب(‪،)C‬امااذااختزلالمركب(‪)B‬فانهيعطيالمركب(‪.)A‬‬ ‫أ ) اكتب الصيﻎ البنائية لكل من ‪ A :‬و ‪ B‬و ‪ C‬ب ) اكتب المعادالت الكيميائية لتكوين المركبات ‪ A :‬و ‪ B‬و ‪C‬‬

‫‪296‬‬

‫الفصل الثامن‬

‫‪8‬‬

‫الكيمياء الحياتية‬

‫‪Biochemistry‬‬

‫بعد اإلنتهاء من دراسة هذا الفصل يكون الطالب قادر ًا على أن‪:‬‬ ‫مييز بني أنواع الكاربوهيدرات‪.‬‬ ‫يعرف أنواع السكريات وما هي االختالفات بينها‪.‬‬ ‫يستطيع الكشف عن النشأ‪.‬‬ ‫يعرف اللبيدات (الدهون)‪.‬‬ ‫يتعلم كيفية صناعة الصابون واملواد املستخدمة في صناعته‪.‬‬

‫‪297‬‬

‫‪ 1-8‬مقدمة‬ ‫ُت َعدُّ الكيمياء احلياتية العلم الذي يعنى بكيمياء التراكيب احليوية في‬ ‫اجسام املخلوقات احلية‪ .‬حيث يدرس هذا العلم التغيرات الكيميائية التي‬ ‫حتدث في جسم االنسان او اجسام املخلوقات احلية فان هذا النوع من الدراسة‬ ‫يربط بني املجال الكيميائي واملجال احليوي الوظيفي لتلك املخلوقات‪ .‬وفي‬ ‫هذا الفصل سنتطرق ملقدمات يسيرة عن نوعني من املواد الغذائية املهمة لصحة‬ ‫اجسامنا وما يحدث لهما من تغيرات خالل العمليات احليوية داخلها‪ .‬هذان‬ ‫النوعان هما‪ :‬الكاربوهيدرات والبروتينات‪.‬‬

‫‪ 2 - 8‬الكاربوهيدرات ‪Carbohydrates‬‬

‫هل فكرت يوم ًا بالنشويات التي ُتكون معظم غذائنا من اخلبز والرز‬ ‫ونحوها ومم تتكون؟ ام هل تعرف السبب الكامن وراء الطعم احللو للعسل‬ ‫وبعض الفواكه كاملوز والتفاح والعنب؟‬ ‫ان نوع ًا من املواد الكيميائية يدخل في تركيب تلك االغذية يعرف‬ ‫بالكاربوهيدرات او النشويات او السكريات‪.‬‬ ‫فما هي الكاربوهيدرات؟ وما انواعها وخصائصها؟‬

‫‪ 1 - 2 - 8‬تركيب الكاربوهيدرات‬

‫لو اجريت حتلي ً‬ ‫ال ألنواع من هذه املواد لوجدت انها حتتوي على كاربون‬ ‫وهيدروجني واوكسجني ونسبة االوكسجني فيها مرتفعة‪ .‬وتبني الصيغة‬ ‫التركيبية ملعظم الكاربوهيدرات ان كل ذرة كاربون في اجلزيء ترتبط بالذرات‬ ‫املكونة جلزيئات املاء وهي ‪ )CH2O)n‬أو ‪ Cn(H2O)n‬ولذا اطلق عليها‬ ‫الكاربوهيدرات والنشـــــــــــويات‬ ‫والسكريات هي المواد الغذائية اسم كاربوهيدرات املشتق من كاربون (‪ )Carbon‬وماء (‪.)Hydrate‬‬ ‫تقسم الكاربوهيدرات الى كاربوهيدرات معقـــــــــــــــــــــــــــدة‬ ‫االساسية لالنسان‪.‬‬ ‫(‪ )Complex carbohydrate‬وكاربوهيدرات بسيطة (‪Simple‬‬ ‫‪ )carbohydrate‬وغالب ًا ما تكون على شكل سالسل كاربونية مستمرة‬ ‫قابلة لاللتفاف وتشكيل جزيئات ذات سالسل كاربونية حلقية ويكون‬ ‫التركيبان احللقي واملستمر في حالة اتزان مستمر‪.‬‬

‫‪298‬‬

‫‪ 2-2-8‬اصناف الكاربوهيدرات‪:‬‬

‫تصنف الكاربوهيدرات الى انواع اهمها ما يأتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬الكاربوهيدرات احادية التسكر (سكـــــــــــــــــــــــــــريات احادية)‬ ‫(‪ :)Monosacrchaides‬كالكلوكوز والفركتوز‪.‬‬ ‫‪ - 2‬الكاربوهيدرات ثنائيـــــــــــــــــــــــــــــــــة التسكر (سـكريات ثنائية)‬ ‫(‪ :)Disacrchaides‬كالسكروز واملالتوز والالكتوز‪.‬‬ ‫‪ - 3‬الكاربوهيــــــــــــــــــــــــــــدرات متعددة التسكر (سكـريات متعددة)‬ ‫(‪ :)Polysacrchaides‬كالنشأ والسيليلوز‪.‬‬ ‫سنعرض بعض التفاصيل عن كل نوع منها‪:‬‬ ‫‪ - 1‬الكاربوهيدرات احادية التسكر‬ ‫تعد الكاربوهيدرات االحادية التسكر ابسط انواع الكاربوهيدرات ومن‬ ‫اشهر االمثلة عليها الكلوكوز والفركتوز‪.‬‬ ‫أ ‪ -‬سكر الكلوكوز أو سكر العنب (‪: )Glucose‬‬ ‫يوجد سكر الكلوكوز في الطبيعة كما ويوجد في فاكهة العنب وله أهمية‬ ‫واستعماالت طبية في تغذية املرضى واسعافهم خالل العمليات اجلراحية‬ ‫وفي احلاالت التي ال يتناول املريض فيها غذا ًء كافي ًا عن طريق الفم‪ .‬الصيغة‬ ‫اجلزيئية للكلوكوز هي ‪ C6H12O6‬أو ‪ ، C6(H2O)6‬غير انه يأخذ شك ً‬ ‫ال‬ ‫بنائي ًا يتوقف على احلالة التي يوجد عليها كما يأتي‪:‬‬

‫‪O‬‬

‫‪H‬‬

‫‪CH2OH‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪C‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪H‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪H‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪O‬‬

‫‪H C‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪H C‬‬

‫‪HO C H‬‬ ‫‪H C OH‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪H C‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪H C‬‬ ‫‪H‬‬

‫الصيغة البنائية المغلقة للكلوكوز‪.‬‬

‫تترتب جزيئة الكلوكوز من الصيغة‬ ‫البنائية المفتوحة الى الصيغة البنائية‬ ‫المغلقة ‪.‬‬

‫‪299‬‬

‫من تأمل الشكلين يمكننا مالحظة ما يلي‪:‬‬ ‫* الشكل الحلقي عبارة عن ايثر حلقي يحوي عدد ًا من مجاميع الهيدروكسيل‪.‬‬ ‫* الشكل المفتوح عبارة عن الديهايد يحوي عدد ًا من مجاميع الهيدروكسيل‪.‬‬ ‫للكلوكوز صفات يمكن تفسيرها بناء على شكل الجزيء وكال الشكلين‬ ‫يدل على الصفات االساسية للكلوكوز‪ ،‬وتستعمل في تمثيل التفاعالت‬ ‫الكيميائية‪ ،‬لكون معظم التفاعالت تجري في المحاليل المائية‪ ،‬وجميع‬ ‫تفاعالته الكيميائية يمكن فهمها على اساس الشكل في الحالة المفتوحة‬ ‫(السائلة)‪ ،‬ولسهولة تمثيله فسنســـــــــــتعمله في معرفتنا صفات الكلوكوز‪.‬‬ ‫فالكلوكوز عبارة عن بلورات صلبة‪ ،‬له درجة غليان عالية‪ ،‬كما انه يذوب جيد ًا‬ ‫في الماء‪ .‬ومن الصيغة التركيبية للكلوكوز نالحظ وجود مجاميع الهيدروكسيل‬ ‫وذرات الهيدروجين التي تسبب القطبية العالية للجزيء والتي ُتكون اواصر‬ ‫هيدروجينية بينية بين جزيئات الكلوكوز نفسها فتسبب ارتفاع درجة غليانه‪،‬‬ ‫كما انه يكون اواصر هيدروجينية مع الماء مما يؤدي الى شدة ذوبانه في الماء‪.‬‬ ‫ومن الصيغة البنائية المفتوحة للكلوكوز يظهر احتوائه على عدد كبير من‬ ‫مجاميع الهيدروكسيل ومجموعة الديهايد واحدة‪ ،‬لذا فان صفاته الكيميائية‬ ‫تشبه الى حد كبير صفات الكحوالت وااللديهايدات‪ ،‬لذلك فهو يتأكسد‬ ‫‪O‬‬ ‫‪OH‬‬ ‫‪H C H‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪C OH‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪HO‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪H‬‬

‫(أ)‬

‫‪OH‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪OH‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪H C‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪HO C H‬‬ ‫‪H C OH‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪H C‬‬

‫‪OH‬‬

‫‪H C‬‬ ‫‪H‬‬

‫(ب)‬

‫‪HO‬‬

‫بالتفاعل مع محلول تولن ومحلول فهلنك‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬سكر الفركتوز (سكر الفواكه) ‪Fructose‬‬ ‫يوجد الفركتوز في العسل ومعظم الفواكه‪ ،‬والصيغة الجزيئية للفركتوز هي‬ ‫‪ ، C6H12O6‬وهي كما تالحظ تشبه الصيغة الجزيئية للكلوكوز‪ ،‬اما الصيغة‬ ‫البنائية له فتمثل بالشكلين المجاوريين (أ) و (ب)‪.‬‬ ‫وتتشابه الخواص الفيزيائية للفركتوز مع الخواص الفيزيائية للكلوكوز نظر ًا‬ ‫للتشابه في التركيب البنائي لهما‪( ،‬فكالهما يحوي مجاميع الهيدروكسيل‬ ‫(‪ )-OH‬ومجموعة الكاربونيل (‬ ‫ومجموعة (‬

‫‪C O C‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪C‬‬

‫) في الصيغة البنائية المفتوحة‪،‬‬

‫) اضافة الى (‪ )-OH‬في الصيغة البنائية الحلقية‬

‫تجعل الفركتوز له درجة غليان مرتفعة وقدرة عالية على الذوبان في الماء‪.‬‬

‫ُتظهر الصيغة البنائية المفتوحة للفركتوز وجود عدد من مجاميع الهيدروكسيل‬ ‫‪O‬‬ ‫اضافة الى مجموعة الكاربونيل الكيتونية ( ‪ ،) C‬االمر الذي يكسبه تفاعالت‬ ‫أ‪ -‬الصيغة البنائية الحلقية للفركتوز‬ ‫مثيلة لتفاعالت الكحوالت والكيتونات‪ ،‬ومن تلك التفاعالت قابلية الفركتوز‬ ‫ب‪ -‬الصيغة البنائية المفتوحــــــــــــــة‬ ‫للتأكسد فمن االمور التي خالف فيها الفركتوز معظم الكيتونات قابليته للتأكسد‬ ‫للفركتوز‪.‬‬ ‫بمؤكسد مثل كاشف تولن أو محلول فهلنك االمر الذي لم نعهده في الكيتونات‪،‬‬ ‫لذا يصنف الفركتوز على انه من السكريات المختزلة رغم كونه كيتوناً‪.‬‬

‫‪300‬‬

‫‪ )2‬الكاربوهيدرات ثنائية التسكر‪:‬‬ ‫يتكون جزيء هذا النوع من ارتباط جزيئين من السكر األحادي متماثلين أو‬ ‫مختلفين بعد فقدان جزيء ماء ومن أشهر األمثلة على ذلك‪:‬‬ ‫سكر القصب أو السكروز (‪:)Soucrose‬‬ ‫يستخلص السكروز ذو الطعم الحلو من نبات القصب‪ ،‬وعند تكرير هذا‬ ‫السكر وتنقيته وبلورته تحصل على مادة بيضاء نقية هي السكر المتداول في‬ ‫نظامنا الغذائي‪ ،‬والذي صيغته الجزئية‪ .C12H22O11 :‬إن الجزيء من السكروز‬ ‫يتكون من جزيء كلوكوز وجزيء فركتوز مرتبطين ببعضهما من خالل اصرة‬ ‫كاليكوسيدية تنشأ بانتزاع جزيء ماء منها‪ .‬إال أنه من السهل تحلله إليهما في‬ ‫عملية الهضم التي تحدث في أجسامنا‪.‬‬ ‫‪Sucrose‬‬ ‫‪Fructose + Glucose‬‬ ‫سكروز‬ ‫فركتوز‬ ‫كلوكوز‬

‫فركتوز‬

‫الفركتوز هو السكر االساسي الموجود‬ ‫في الفواكة‪.‬‬ ‫قصب السكر‬

‫البنجر‬ ‫فركتوز‬

‫كلوكوز‬

‫ارتباط كاليكوسيدي‬

‫سكروز‬

‫‪ )3‬الكاربوهيدرات متعددة التسكر‪:‬‬ ‫تعد بوليمر ًا ضخم ًا للسكريات األحادية ومن أشهر األمثلة عليها‪ :‬النشأ‬ ‫سكروز‬ ‫والسليلوز(الخشب)‪.‬‬ ‫أ‪ -‬النشأ ‪: Starch‬‬ ‫حين نتناول البطاطا فنحن نتناول غذاء يحوي مادة كاربوهيدراتية ضخمة‬ ‫ُبني هيكلها من وحدات صغيرة هي الكلوكوز‪ ،‬إن تلك المادة هي النشأ التي‬ ‫تعد بوليمر ًا يمثل الكلوكوز الوحدة األساسية في بنائه حيث يتم ترابطها من‬ ‫خالل فك االصرة الثنائية في الكاربونيل‪ .‬وجرت العادة على تسمية األغذية‬ ‫الحاوية على هذا النوع من الكاربوهيدرات بـ (النشويات) نسبة إلى وجود سكر المائدة هـو السكروز ثنائي التسكر‬ ‫النشأ فيها بكمية كبيرة‪.‬‬

‫‪301‬‬

‫ب‪ -‬السليلوز ‪:Cellulose‬‬ ‫سليلوز‬

‫كلوكوز‬ ‫اواصر‬ ‫هيدروجينية‬

‫يتكون السليلوز من بوليمر ضخم للكلوكوز‪ ،‬وعلى الرغم من أن الوحدة‬

‫األساسية له وللنشأ هي نفسها (كالهما بوليمر للكلوكوز) إال أن هناك اختالف ًا‬ ‫بينهما في الشكل والخواص سببه اختالف عدد وحدات الكلوكوز المكونة لكل‬

‫منهما واختالف ترابطها مع بعضها‪ .‬إن المصدر الطبيعي للسليلوز ألياف المواد‬

‫الخشبية كما أنه يوجد في قشور بعض ثمار الفواكه كالتمر‪ .‬يمكن تفكيك‬

‫الجزيئات الكبيرة كالنشأ والسليولوز إلى مكوناتها من الكلوكوز‪ ،‬وذلك‬ ‫بتفاعلها مع محاليل الحوامض‪ ،‬أو بتأثير بعض األنزيمات‪ .‬وهي تشبه ما يحدث‬

‫السليلوز‬

‫في اجسامنا عند هضم تلك المواد‪.‬‬ ‫‪Glucose‬‬

‫محاليل حوامض او انزيمات‬

‫كلوكوز‬

‫‪Cellulose‬‬

‫نشأ أو سيليلوز‬

‫‪ 3-2-8‬الكشف عن النشأ‬

‫يمكن لجزيئات النشأ ان ترتبط مع جزيئات اليود في محلول اليود لتكون‬

‫مركب ًا ذا لون ازرق‪ ،‬ومحلول اليود يحضر باذابة بلورات يود في محلول مائي‬

‫ليوديد البوتاسيوم‪ .‬لذا فالكشف عن النشأ يتم باضافة قطرات من محلول النشأ‬ ‫المائي الى محلول اليود في يوديد البوتاسيوم وظهور اللون االزرق داللة على ان‬

‫النشويات‬

‫المادة المضافة هي النشأ‪.‬‬

‫‪ 3-8‬البروتينات ‪Proteins‬‬

‫األصل اليوناني لكلمة بروتين المقطع االول (‪ )Pro‬يعني االول والمقطع‬

‫الثاني (‪ )teins‬يعني أهمية أو األساس‪ ،‬إن هذه المواد خلقها اهلل سبحانه‬ ‫لتسهم في بناء أنسجة المخلوقات الحية‪ ،‬حيث تدخل في تركيب جميع الخاليا‬

‫الحية‪ ،‬وهي أساسية في غذاء األنسان ألنها المصدر األول للحوامض اآلمينية التي‬ ‫يحتاجها االنسان لنموه‪.‬‬

‫فما هو التركيب الكيميائي لهذه المواد؟ فيم تتشابه جزيئاتها‪ ،‬وفيم‬

‫تختلف؟ وماذا نعرف عن أشكال جزيئاتها؟ وهل نستطيع تحضيرها بسهولة‬

‫في المختبر؟‬

‫المصدر األساسي ألي بروتين هو األجسام الحية‪ ،‬إال أن المنطقة الواحدة‬

‫البيض مصدر للبروتين‬

‫‪302‬‬

‫من الجسم قد تحتوي على انواع متعددة من البروتينات التي يجب فصل بعضها‬ ‫بعضاً‪ ،‬ونظر ًا لتشابه تركيبها الكيميائي وصفاتها الفيزيائية والكيميائية‪ ،‬فإنه‬

‫من الصعب فصلها بطرق كيميائية سهلة‪.‬‬

‫ترتيب الحوامض االمينية‬

‫حلزوني‬ ‫ملف عشوائي‬

‫تركيب اولي‬

‫تركيب ثانوي‬ ‫صفائح متعرجة‬

‫تركيب ثالثي‬ ‫سلسلة ببتيدية مطوية‬

‫سلسلتين ببتيديتين‬ ‫او اكثر‬

‫تركيب رابعي‬

‫جزيئات البروتينات‬

‫‪ 1-3-8‬العناصر املكونة جلزيئات البروتني‬

‫بعد إجراء التجارب العملية وجد ان البروتينات تحتوي على عناصر‬ ‫أساسية هي‪ :‬الكاربون والهيدروجين واالوكسجين والنتروجين وأحيان ًا على‬ ‫عناصر ثانوية مثل الكبريت والفسفور‪.‬‬

‫‪ 2-3-8‬االحماض األمينية‬

‫تعد االحماض األمينية الوحدة األساسية لبناء البروتين‪ ،‬وتمثل بالصيغة‬ ‫البنائية العامة االتية‪:‬‬

‫الصيغة العامة لالحماض االمينية‪.‬‬

‫تأمل الصيغة البنائية العامة لألحمـــاض األمينية ثم أجب عن التساؤالت‬ ‫االتية‪:‬‬

‫‪303‬‬

‫‪ - 1‬ما المجموعتان الوظيفيتان التي تشترك فيهما جميع االحماض األمينية؟‬ ‫‪ - 2‬ما األثر الكيميائي لكل مجموعة على صفات الحامض األميني؟‬ ‫من الواضح أن أختالف األحماض األمينية عن بعضها ناشئ عن اختالف الجذر ‪.R‬‬

‫‪ 3-3-8‬تكوين البروتني‬

‫تمرين ‪1-8‬‬ ‫علل ان البروتينات مواد ذات صفات‬ ‫حامضية ‪ -‬قاعدية (مواد امفوتيرية)‬ ‫(‪.)amphoteric‬‬

‫يتكون البروتين من ارتباط اعداد كبيرة من وحدات بنائية صغيرة هي‬ ‫االحماض األمينية (بعد فقدان جزيء ماء لكل نقطة ارتباط) باواصر تدعى‬ ‫االواصر األميدية (الببتيدية) مكونة سلسلة طويلة من الجزيئات (بوليمر)‬ ‫ذات كتلة مولية كبيرة تتراوح بين ‪ ، 40000000 - 40000‬وفي التفاعل‬ ‫العام التالي تتضح الطريقة التي يتم بها تكوين البروتين‪:‬‬ ‫‪R O‬‬ ‫‪C C OH‬‬

‫‪R O‬‬

‫‪H‬‬

‫‪C C OH‬‬

‫‪H N‬‬

‫‪H‬‬

‫‪H‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪H2O‬‬

‫‪C OH‬‬

‫‪R O H R‬‬ ‫‪C C N C‬‬ ‫‪H‬‬

‫‪H2N‬‬

‫‪H2N‬‬

‫‪H‬‬ ‫آصرة أميدية‬

‫سيكون أحد طرفي البروتين عبارةعنمجموعةكاربوكسيل‪ ،‬والطرفاألخرمجموعة‬ ‫أمين وفي ثناياه عدد من المجاميع األميدية كما هو في الشكل التوضيحي االتي‪:‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪C OH‬‬

‫)‬

‫(‬ ‫آصرة أميدية‬

‫‪H N‬‬

‫آصرة أميدية‬

‫‪ 4-3-8‬التفاعالت االساسية للبروتينات ‪:‬‬

‫‪304‬‬

‫‪H‬‬

‫معظم التفاعالت المهمة للبروتينات تحدث في خاليا أجسام المخلوقات‬ ‫الحية‪ ،‬ومعظمها يشمل تجزئة البروتين إلى أجزاء صغيرة مكونة من واحد أو أكثر‬ ‫من االحماض األمينية‪ ،‬وفي المختبر يمكن أيض ًا تجزئة البروتين إلى االحماض‬ ‫األمينية المكونة له‪ ،‬وذلك بالتفاعل مع االحماض غير العضوية مثل ‪ HCl‬حيث‬ ‫يقوم بفك االصرة األميدية (هو تفاعل مماثل لما يحدث عند هضم البروتين في‬ ‫المعدة)‪ ،‬كما يمكن تجزئة البروتين إلى أمالح االحماض االمينية بالتفاعل مع‬ ‫القواعد غير العضوية مثل ‪.NaOH‬‬

‫تختلف البروتينات بعضها عن بعض باختالف أنواع االحماض األمينية‬ ‫وأعدادها وترتيبها‪ ،‬فهناك ما اليقل عن ‪ 20‬حامض ًا أميني ًا تنتج عدد ًا ضخم ًا‬ ‫من البروتينات المختلفة‪ ،‬ووظيفة البروتين في الجسم الحي تعتمد على نوع‬ ‫االحماض األمينية المكونة له وترتيبها داخل بنية جزيئاته‪ ،‬ولهذا يبذل الباحثون‬ ‫جهود ًا كبيرة لمعرفة ترتيب االحماض االمينية في بروتين ما بهدف محاولة انتاج‬ ‫مشابه له في المختبر لتعويضه عند الحاجة الى ذلك في أجسام المخلوقات الحية‪.‬‬ ‫تقوم البروتينات بدور حيوي في جسم المخلوق الحي‪ ،‬وبالرغم من‬ ‫تشابهها في التركيب الكيميائي‪ ،‬واالواصر بين ذراتها وجزيئاتها‪،‬إال أنها‬ ‫بسبب كبر حجمها تتخذ أشكا ًال تختلف في وظائفها وصفاتها الطبيعية مثل‪:‬‬ ‫● بروتينات تتخذ شك ً‬ ‫ال خيطي ًا (ليفياً) كما هو في الكرياتين في الشعر والصوف‪.‬‬ ‫● بروتينات شبه كروية كما هو في البيض‪.‬‬ ‫والوظائف االساسية للبروتينات تتمثل بانها تقوم بوظائف أساسية في أجسام‬ ‫المخلوقات الحية تعتمد إلى حد كبير على الشكل العام للجزيئات (نوع‬ ‫مكوناتها وتركيبها)‪ ،‬واي تأثير يغير من الشكل العام للبروتينات في هذه المواد‬ ‫يعطلها عن عملها ويؤثر على حياة المخلوق الحي‪ .‬ومن أشهر المواد الحيوية‬ ‫البروتينية في أجسامنا‪ :‬األنزيمات والهرمونات والهيموكلوبين في الدم‪.‬‬

‫الشعر بروتينات ذات شكل خيطي‪.‬‬

‫‪ 4-8‬االنزيمات‬

‫ُت َعدُّ االنزيمات صنف ًا من البروتينات وهي موجودة في جميع خاليا الجسم‬ ‫كعوامل مساعدة عضوية تتكون داخل االجسام الحية وتعمل بصورة مستقلة‪،‬‬ ‫ولها فاعلية في العمليات الحيوية كالهضم والتمثيل الغذائي‪ ،‬وعملية التنفس‪.‬‬ ‫تتكون االنزيمات داخل جسم الكائن الحي وتتجدد باستمرار بسبب انها‬ ‫تفقد فاعليتها بمرور الزمن في اثناء التفاعالت الحيوية ويكون عملها ضمن ‪pH‬‬ ‫معينة وتتلف بالحرارة‪ ،‬كما ان لها مضادات توقف عملها‪.‬‬ ‫تعمل االنزيمات كعوامل مساعدة للتقليل من الطاقة الالزمة (طاقة التنشيط‬ ‫أوطأ) لحدوث التفاعل عنه بدون انزيم‪.‬‬ ‫وهناك نوعان من االنزيمات‪:‬‬ ‫‪ - 1‬االنزيمات الداخلية وتعمل داخل الخلية نفسها وليس لها القابلية على‬ ‫التنافذ خالل غشاء معين مثل االنزيمات التأكسدية‪.‬‬ ‫‪ - 2‬االنزيمات الخارجية ويكون عملها خارج الخلية (اي بعد افرازها من‬ ‫االنسجة) مثل االنزيمات الهاضمة‪.‬‬

‫‪305‬‬

‫‪ 5-8‬الدهون (اللبيدات) ‪Lipids‬‬

‫حامض دهني‬

‫حامض دهني‬

‫ثالثي الكليسرايد‬

‫كليسرول‬

‫حامض دهني‬

‫توجد المواد الدهنية في الطبيعة بكميات كبيرة‪ ،‬وتتركز الزيوت النباتية‬ ‫في بذور النباتات مثل القطن والذرة والسمسم وفي بعض الثمار مثل الزيتون‬ ‫وجوز الهند‪ ،‬وهناك الشحوم الحيوانية وتوجد في كل خاليا الجسم و ُت َعدُّ المادة‬ ‫االساس التي يختزنها الجسم للحصول على الطاقة عند الحاجة‪ ،‬اذ ان هضمها‬ ‫واكسدتها يؤدي الى تحرر كميات كبيرة من الطاقة‪ ،‬فهي تمثل اغذية الطاقة‬ ‫الكامنة المخزونة في جسم الكائن الحي‪ .‬وكذلك لها اهمية اقتصادية حيث‬ ‫تدخل في صناعة الصابون واالصباغ والشموع‪.‬‬

‫الدهون (الشحوم الحيوانية والزيوت النباتية) مركبات ال تذوب في‬ ‫المذيبات القطبية كالماء‪ ،‬لكنها تذوب في المذيبات العضوية كااليثر‬ ‫والكلوروفورم‪ ،‬وتكون هذه المركبات ذات ملمس دهني‪ .‬تكون الشحوم‬ ‫الحيوانية صلبة في درجة حرارة الغرفة اما الزيوت النباتية فتكون سائلة‪.‬‬ ‫والدهون عبارة عن االســـــــــــــــــــــــــــــتر الثالثي للكليســــــــــــــــــــــــــرول‬ ‫(‪ )Triesters of glycerol‬مع الحوامض الشحمية ‪Fatty acids‬‬ ‫والتي تتكون من سلسلة هيدروكاروبونية طويلة (‪ )C24 - C12‬لها مجموعة‬ ‫كاربوكسيلية طرفية‪ ،‬ويدعى هذا التركيب بثالثي الكليسرايد‪.‬‬ ‫آصرة آستر‬

‫ثالثي الكليسرايد‬

‫‪ 6-8‬الصابون‬

‫الصابون‬

‫‪306‬‬

‫حوامض دهنية‬

‫كليسرول‬

‫ان صناعة الصابون من اقدم الصناعات الكيميائية التي عرفها االنسان‪،‬‬ ‫فالصابون هو عبارة عن ملح االصوديوم (او البوتاسيوم) لحامض دهني‪،‬‬ ‫وتتم عملية الصوبنة هذه بفعل القواعد القوية مثل هيدروكسيد الصوديوم‬ ‫‪ NaOH‬او هيدروكسيد البوتاسيوم ‪ KOH‬على الزيت او الدهن ‪Fat‬‬ ‫ويضاف محلول لملح كلوريد الصوديوم فتتصلب مادة تتكون على شكل‬ ‫طبقة سميكة ترشح من خالل قطعة قماش لينتج الصابون بعد غسله بالماء‬ ‫البارد الزالة اي بقايا من الملح‪.‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪O‬‬ ‫‪O Na‬‬

‫‪C‬‬

‫‪CH3(CH2)14‬‬

‫بالميتات الصوديوم‬

‫‪OH‬‬

‫‪(CH )14 CH3‬‬

‫‪O C‬‬

‫‪2‬‬

‫‪CH2 OH‬‬ ‫‪CH‬‬

‫‪(CH )14 CH3‬‬

‫‪CH2 O C‬‬ ‫‪O‬‬

‫‪3NaOH‬‬

‫‪CH2 OH‬‬

‫يتوقف عمل الصابون الناتج من عملية الصوبنة على نوع القاعدة المستخدمة‬ ‫ونوع الزيت او الدهن‪ ،‬فاستخدام قاعدة ‪ NaOH‬ينتج الصابون الصلب وهو‬ ‫الصابون العادي المستخدم في المنازل‪ ،‬اما استخدام قاعدة هيدروكسيد‬ ‫البوتاسيوم ‪ KOH‬فينتج عنها الصابون الطري أو السائل المستخدم في‬ ‫الغسيل أو كريم الحالقة‪.‬‬ ‫وتتوقف جودة الصابون على نوع الدهون المستخدمة‪.‬‬

‫‪2‬‬

‫‪(CH )14 CH3‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪CH‬‬

‫‪O‬‬ ‫‪CH2 O C‬‬

‫ثالثي بالميتات الكليسرول‬

‫تمرين ‪2-8‬‬ ‫لماذا ال يستخدم الكالسيوم‬ ‫او المغنيسيوم بدي ً‬ ‫ال عن الصوديوم‬ ‫والبوتاسيوم في صناعة الصابون‪.‬‬

‫خطوات صناعة الصابون‬

‫‪307‬‬

‫المفاهيم االساسية‬ ‫الكيمياء الحياتية ‪Biochemistry‬‬ ‫العلم الذي يعنى بكيمياء التراكيب احليوية في اجسام املخلوقات احلية‪ ،‬ويدرس التغيرات الكيميائية التي حتدث في‬ ‫جسم االنسان او اجسام املخلوقات احلية حيث يربط بني املجال الكيميائي واملجال احليوي الوظيفي لتلك املخلوقات‪.‬‬ ‫الكاربوهيدرات ‪Carbohydrates‬‬ ‫مركبات عضوية حتتوي على كاربون وهيدروجني واوكسجني وتكون فيها نسبة االوكسجني مرتفعة‪ ،‬ومن الصيغة‬ ‫التركيبية ‪ )CH2O)n‬لها تبني ان كل ذرة كاربون ترتبط بجزئية ماء ‪ Cn(H2O)n‬لذا يطلق عليها اسم كاربوهيدرات‬ ‫املشتق من كاربون وماء (‪ .)Hydrate‬قد تكون جزئيتها بسيطة مثل السكريات االحادية والثنائية او معقدة مثل النشأ‬ ‫والسليلوز‪.‬‬ ‫سكر الكلوكوز‬ ‫ويعد من الكاربوهيدرات احادية التسكر وهو عبارة عن بلورات صلبة له درجة غليان عالية‪ ،‬يوجد في الطبيعة او الدم‬ ‫وفي فاكهة العنب لذا يسمى بسكر العنب الصيغة اجلزيئية له ‪ C6H12O6‬او ‪ C6(H2O)6‬وشكله البنائي يتوقف على‬ ‫احلالة التي يوجد بها وصيغته البنائية املفتوحة حتتوي على عدة مجاميع هيدروكسيل ومجموعة الدهايد واحدة‪.‬‬ ‫سكر الفركتوز‬ ‫ويعد من الكاربوهيدرات احادية التسكر يوجد في العسل ومعظم الفواكه لذا يسمى بسكر الفواكه صيغته اجلزيئية‬ ‫‪ C6H12O6‬او ‪ C6(H2O)6‬تتشابه خواصه الفيزيائية مع سكر الكلوكوز وصيغته البنائية املفتوحة حتتوي على عدة‬ ‫مجاميع هيدروكسيل ومجموعة كيتون واحدة‪.‬‬ ‫السكروز‬ ‫ويعد من الكاربوهيدرات ثنائية التسكر يستخلص من نبات القصب لذا يدعى بسكر القصب صيغته اجلزيئية‬ ‫‪ C12H22O11‬وكل جزيء سكروز يتكون من جزيء كلوكوز وجزيء فركتوز مرتبطني ببعضهما من خالل اصرة‬ ‫(كاليكوسايد) تنشأ بانتزاع جزيء منها ‪ C12(H2O)11‬ومن السهل ان يتحلل السكروز اليها في عملية الهضم التي‬ ‫حتدث في اجسامنا‪.‬‬ ‫النشأ‬ ‫ويعد من الكاربوهيدرات متعددة التسكر جزيئتها تنشأ من وحدات من الكلوكوز يتم ترابطها من خالل فك االصرة‬ ‫الثنائية في الكاربونيل وتكوين بوليمر من جزيئات الكلوكوز‪.‬‬

‫‪308‬‬

‫السليلوز‬ ‫ويعد من الكاربوهيدرات متعددة التسكر ويتكون من بوليمر ضخم للكلوكوز ويختلف عن النشأ في الشكل واخلواص‬ ‫بسبب اختالف عدد وحدات الكلوكوز املكونة لكل منها واختالف ترابطها مع بعضها وتعتبر الياف املواد اخلشبية وقشور‬ ‫بعض ثمار الفواكه كالتمر املصدر الطبيعي له‪.‬‬ ‫البروتينات‬ ‫تتكون من الكاربون والهيدروجني واالوكسجني والنتروجني واحيان ًا حتتوي على الكبريت والفسفور‪ ،‬واملصدر االساسي‬ ‫لها هو االجسام احلية وخاصة احليوية واالصل اليوناني لكلمة بروتني يعني (‪ )Pro‬االول واملقطع الثاني (‪ )teins‬يعني‬ ‫االهمية واالساس‪ .‬وتأتي اهميتها انها تساهم في بناء انسجة املخلوقات احلية‪ ،‬وتتكون البروتينات من ارتباط اعداد كبيرة‬ ‫من االحماض االمينية ترتبط مع بعضها بعد فقدها جلزيئة ماء باالواصر االميدية (الببتيدية) و احد طرفي جزيئة البروتني‬ ‫عبارة عن مجموعة كاربوكسيلية والطرف االخر امني وفي ثناياه عدد من املجاميع االميدية‪.‬‬ ‫االحماض االمينية ‪Amino Acids‬‬ ‫هي الوحدة االساسية لبناء البروتني ومتثل بالصيغة العامة‬

‫وتختلف االحماض االمينية فيما بينها‬

‫مبجموعة االلكيل التي تقع بني مجموعة الكاربوكسيل واالمني‪.‬‬ ‫االنزيمات ‪Anzymes‬‬ ‫صنف من اصناف البروتينات موجودة في جميع خاليا اجلسم كعوامل مساعدة عضوية للتقليل من الطاقة الالزمة‬ ‫حلدوث التفاعل عنه بدون انزمي‪ .‬وتتكون داخل جسم الكائن احلي وتتجدد بأستمرار ألنها تفقد فاعليتها مبرور الزمن‬ ‫وتتلف باحلرارة ويكون عملها ضمن نطاق معني من ‪ pH‬وتعمل بصورة مستقلة ولها فاعلية في العمليات احليوية كالهضم‬ ‫والتمثيل الغذائي وعملية التنفس‪.‬‬ ‫الدهون ‪Lipids‬‬ ‫تعتبر املادة االساس التي يختزنها اجلسم للحصول على الطاقة عند احلاجة اذ ان هضمها واكسدتها يؤدي الى حترر‬ ‫كميات من الطاقة توجد في الشحوم احليوانية وتتركز في الزيوت النباتية كبذور النباتات كالقطن والسمسم‪.‬‬ ‫الصابون‬ ‫مركبات عضوية مللح الصوديوم او البوتاسيوم للحامض الدهني نحصل عليه من عملية الصوبنة بفعل القواعد القوية‬ ‫كهيدروكسيد الصوديوم او البوتاسيوم مع الزيت او الدهن ويتوقف عمل الصابون على نوع القاعدة املستخدمة ونوع‬ ‫الزيت او الدهن‪.‬‬

‫‪309‬‬

‫اسئلة الفصﻞ الﺜامن‬ ‫‪ 1-8‬اختر االجابة الصحيحة مما يلي‪:‬‬ ‫‪ - 1‬اي المواد التالية ليس مصدرها بروتيناً‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬جزيء مركب يحتوي على الكاربون واالوكسجين والهيدروجين والكبريت‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬جزيء مركب يحتوي على الكاربون والهيدروجين والنتروجين‪.‬‬ ‫ج ‪ -‬مركب يتفاعل مع الحوامض والقواعد‪.‬‬ ‫‪ - 2‬يتكون جزيء السكروز من وحدات صغيرة هي‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬كلوكوز‬

‫ج ‪ -‬كلوكوز وفركتوز‪.‬‬

‫ب ‪ -‬فركتوز‬

‫‪ - 3‬اي من العناصر التالية ال يوجد في الحوامض االمينية‪:‬‬ ‫ب ‪ -‬الفسفور‬

‫أ ‪ -‬النتروجين‬

‫د ‪ -‬الكاربون‬

‫ج ‪ -‬االوكسجين‬

‫‪ - 4‬اي من البوليمرات التالية ُت َعدُّ الحوامض الدهنية الوحدة البنائية (المونمر) لها‪:‬‬ ‫ب ‪ -‬الكاربوهيدرات‬

‫أ ‪ -‬البروتينات‬

‫ج ‪ -‬اللبيدات (الدهون)‬

‫‪ 2-8‬علل ما يلي‪:‬‬ ‫أ ‪ُ -‬ي َعدُّ سكر الفركتوز من السكريات المختزلة‪.‬‬ ‫ب ‪ -‬تتفاعل البروتينات مع الحوامض والقواعد‪.‬‬ ‫ج ‪ -‬يصعب فصل البروتينات بطرق كيميائية بسيطة‪.‬‬ ‫‪ 3-8‬اشتبه عليك محلوالن احدهما نشأ واالخر كلوكوز‪ ،‬فكيف يمكنك التمييز بينهما في المختبر؟‬ ‫‪ 4-8‬أكمل الجدول التالي‪:‬‬ ‫وجه املقارنة‬ ‫الصيغة اجلزيئية‬ ‫الصيغة البنائية املفتوحة‬ ‫املجموعة الوظيفية املميزة في احلالة املفتوحة‬ ‫املجموعة الوظيفية املميزة في احلالة احللقية (املغلقة)‬

‫‪310‬‬

‫الكلوكوز‬

‫الفركتوز‬

‫املصطلحات‬ ‫أيون الكاربونيوم‬

‫(أ)‬ ‫انثالبي‬

‫ايون معقد‬ ‫ابتدائي‬

‫ايون الهيدروكسيد‬

‫ايون الهيدروجني‬ ‫الكترون‬

‫االحتاد الدولي‬ ‫للكيمياء الصرفة‬ ‫والتطبيقية‬ ‫اضافة‬

‫اصرة تناسقية‬

‫احادي املخلب‬ ‫اتزان ايوني‬

‫اتزان كيميائي‬

‫ايون موجب‬ ‫ايون سالب‬

‫الكتروليت ضعيف‬ ‫امفوتيري‬

‫االس الهيدروجيني‬ ‫ايون مشترك‬ ‫انصهار‬

‫انتروبي‬

‫امامي‬

‫ايزومر‬

‫اصرة هيدروجينية‬ ‫ايثر‬

‫استرة‬

‫‪Carbonium ion‬‬ ‫‪Carbanian ion‬‬

‫أيون الكاربانيون‬

‫‪ Enthalpy‬الكتروفيل(كاشف‬ ‫‪ Compex ion‬باحث عن النواة)‬

‫‪Electrophil‬‬ ‫‪Primary‬‬

‫‪ Initial‬أولي‬ ‫‪ Hydroxide ion‬أحادي‬

‫‪Mono‬‬ ‫‪Ester‬‬

‫‪ Hydrogen ion‬أستر‬ ‫‪ Electron‬أنزمي‬

‫‪Anzyme‬‬ ‫‪Reduction‬‬

‫أختزال‬

‫‪Anode‬‬

‫‪ IUPAC‬أنود‬ ‫أمبير (وحدة التيار‬ ‫‪) Addition‬الكهربائي‬ ‫‪Coordination bond‬‬ ‫‪Monodentate‬‬

‫‪Ampere‬‬

‫( ب)‬

‫‪ Ionic equilibrium‬بور مغنيتون (وحدة‬

‫‪Bohr magneton‬‬

‫‪ Chemical equilibrium‬الزخم الزاوي)‬ ‫‪ Cation‬بروتني‬ ‫‪ Anion‬بطارية‬ ‫‪Weak electrolyte‬‬ ‫‪Amphoteric‬‬

‫‪Protein‬‬ ‫‪Battery‬‬

‫( ت)‬

‫‪ Hydrogen-ion exponent‬تفاعل باعث للحرارة‬ ‫‪ Common ion‬تفاعل ماص للحرارة ‪Endothermic Reaction‬‬ ‫‪Quantitative analysis‬‬ ‫‪ Fusion‬حتليل كمي‬ ‫‪Exothermic Reaction‬‬

‫‪ Entropy‬حتليـــــــــــــــل نوعي‬ ‫‪( Forward‬وصفي)‬

‫‪ Isomer‬حتليل حجمي‬ ‫‪ Hydrogen bond‬تطاير‬ ‫‪ Ether‬تسحيح‬ ‫‪ Esterfication‬تعادل‬

‫‪Qualtitative analysis‬‬ ‫‪Volumetric analysis‬‬ ‫‪Volatilization‬‬ ‫‪Titration‬‬ ‫‪Nutralization‬‬

‫‪311‬‬

‫املصطلحات‬ Di

‫ثنائي‬

Tri Solubility product

)‫(ج‬ Molecule

Oxidation potential Reduction potential Standard potential

)‫(ح‬

Heat Specific heat State Absorbed heat Evolved heat Boundary Volume Calculator Oxidation state Acid Weak acid Reaction quotieut

Strong acid

‫تكافؤ‬

Electric current Chemical analysis Homogeneous reaction

‫جسر ملحي‬

Cell potential

Polyprotic acid

‫ثابت حاصل الذوبان‬

‫جزيء‬

Salt bridge

Joule (J)

‫ثالثي‬

Valancy

‫جهد اخللية‬

‫جهد التأكسد‬

‫جهد االختزال‬ ‫جهد قياسي‬

)‫جول (وحدة الطاقة‬

Hetrogeneous reaction Concentration

‫حرارة نوعية‬

Self ionization Solvolysis Hydrolysis Electrolysis

‫حتلل كهربائي‬

Vaporiziation

‫تبخر‬

Condensation

‫تكثيف‬ ‫تبلور‬

Spontaneous Reversible reaction

Common - ion effect

‫حاسبة يدوية‬ ‫حامض‬

‫حامض ضعيف‬

‫حاصل التفاعل‬ ‫حامض متعدد‬ ‫البروتون‬

‫حامض قوي‬

‫تلقائي‬

‫تفاعل انعكاسي‬ ‫تفاعل غير‬ ‫انعكاسي‬

‫تأثير االيون‬ ‫املشترك‬

‫تفاعل تأكسد‬

Redox reaction

)‫(ث‬

‫حالة التأكسد‬

‫متجانس‬

‫حتلل مائي‬

‫حرارة متحررة‬ ‫حجم‬

‫تفاعل غير‬

‫متذوب‬

Irreversible reaction

‫حد‬

‫تفاعل متجانس‬

‫تأين ذاتي‬

‫حالة‬

‫حرارة ممتصة‬

‫حتليل كيميائي‬

‫تركيز‬

Crystalization ‫حرارة‬

‫تيار كهربائي‬

‫واختزال‬

Thermodynamic

‫ثرموداينمك‬

Bidentate

‫ثنائي املخلب‬

Equilibrium constant

‫ثابت االتزان‬

Secondary

‫ثانوي‬

Tertiary

‫ثالثي‬

312

‫املصطلحات‬ Carboxylic acid

)‫(ر‬ Tetrahedral

Amino acid

)‫(ز‬ Time

)‫(س‬ Heat capacity

‫راسب‬

‫زمن‬

‫سنتمتر‬

Burret

‫سحاحة‬

Sacrhaides

)‫(ص‬ Solid

‫سكريات‬

)‫(ض‬ Pressure

and Pressure (STP)

)‫(ط‬

‫ظروف قياسية‬ ‫من ضغط ودرجة‬ ‫حرارة‬

Galvanic cell

‫طاقة‬

‫طاقة حركية‬

‫خلية كهربائية‬

‫خلية فولتائية‬

Fuel cell

‫خلية وقود‬

Dry cell

‫خلية جافة‬

)‫(د‬ Indicator

‫خلية زئبقية‬

‫دليل‬

‫دورق ايرلنماير‬

Temperature

‫درجة احلرارة‬

Melting point

‫درجة االنصهار‬

Boiling Point

‫درجة الغليان‬

Lipid

)‫(ذ‬

Molar solibility

‫خلفي‬

‫خلية الكتروليتية‬

Voltaic cell

Atom

‫خاصية مركزة‬

‫خلية كلفانية‬

Electrolyte cell

Solubility

‫خاصية شاملة‬

‫خلية‬

Erylnmyer ‫ضغط‬

Standrad Temperature

313

cell

Mercury cell

‫صوبنة‬

‫حامض اميني‬

‫خطي‬

Backward

‫صلب‬

Saponification

Kinetic energy

Linear Electrochemical cell

‫سائل‬

Centimeter

Extensive property Intensive property

‫سعة حرارية‬

Liquid

Energy

)‫(خ‬

‫رباعي االوجه منتظم‬

Precipitate

‫حامض كاربوكسيلي‬

)‫دهن (لبيد‬

‫ذوبانية‬ ‫ذرة‬

‫ذوبانية موالرية‬

‫املصطلحات‬ Potential energy

)‫(ق‬ Effective atomic

Gibbs free energy ‫العدد‬

number rule

‫قاعدة‬

‫الذري الفعال‬

Base Le Chatelir’s Principle Weak Bade Strong base

Satandard Gibbs free energy

Electromotive force (emf)

Reference electrode Satandrad hydrogem electrode (SHE)

energy of formation

‫قاعدة ضعيفة‬

)‫(ع‬

‫للتكوين القياسية‬

‫قاعدة لوشاتليه‬

‫قانون‬

‫ماركوفينيكوف‬ ‫قوة دافعة‬ ‫كهربائية‬

‫قطب مرجع‬

Mass Quantity Corrination chemistry

Graphite Organic chemistry

Avogadro’s number Oxidiation number Coordination number Element Oxidiation agent Reduction agent

Nonelectrolyte Nonespontaneous

)‫(ف‬

‫كتلة مكافئة‬ ‫كتلة مولية‬ ‫كتلة‬

‫كمية‬

‫كيمياء تناسقية‬ ‫كرافيت‬

‫كيمياء عضوية‬

‫عيارية‬

‫عدد افوكادرو‬ ‫عدد التأكسد‬

‫عدد التناسق‬ ‫عنصر‬

‫عامل مؤكسد‬ ‫عامل مختزل‬

)‫(غ‬

‫الهيدروجني‬

)‫(ك‬ Molar mass

Normality

‫قطب‬

‫القياسي‬

Equivalent mass

‫القياسية‬

‫طاقة كبس احلرة‬

‫قانون هيس‬

Markovnikov rule

‫طاقة كبس احلرة‬

Satandard Gibbs free

‫قاعدة قرينة‬

Hess law

‫طاقة كبس احلرة‬

‫قاعدة‬

‫قاعدة قوية‬

Conjucated base

‫طاقة كامنة‬

Oven Buffer action Voltmeter Volt

‫غير الكتروليت‬ ‫غيرتلقائي‬

‫فرن‬

‫فعل البفر‬

‫فولتمتر (مقيــــــاس‬

)‫اجلهد‬

‫فـــــــــولت (وحدة‬

)‫اجلهد‬

314

‫املصطلحات‬ Coordination

‫مجال التناسق‬

Tollen’s reagent

‫متعدد املخلب‬

Electrochemistry

‫معقد تناسقي‬

Columb (C)

‫موضع االتزان‬

Biochemistry

sphere Multidentate Acceptor

‫مستقبل‬

Coordination

‫كاشف تولن‬

Carbohydrates Cathode

‫كولوم (وحدة الشحنة‬ )‫الكهربائية‬

)‫(ل‬

posttion Diamond

‫ماس‬

Rhombic

‫معيني‬

Orthorhombic Fehlings solution Buffer solution Nernest equation

)‫(ن‬ Product

‫موشوري‬

‫محلول فهلنك‬

Valence bond

‫نقطة النهاية‬ ‫نظرية فرنر‬

Nucleuphil

)‫(هـ‬ Triagonal pyramid

)‫(و‬ Donor

315

)‫(م‬ Chemical equation

‫نظام‬

Werners theory

Logarethem

Reactant

theory End point

Chealating ligand

‫معادلة نيرنست‬

‫نظرية اصرة التكافؤ‬

System

Ligand

)‫محلول بفر (منظم‬

‫ناجت‬

‫نيوكليوفيل‬

Neutral complex Trigonal planer Squar planer Surrounding Universe Balance Factor Mole Molarity

‫هرم ثالثي القاعدة‬

Millimeter Pipte Salt

‫واهب‬

‫كيمياء كهربائية‬ ‫كاثود‬

complex Equilibrium

‫كاربوهيدرات‬

‫كيمياء حياتية‬

‫ليكند‬

‫ليكند كليتي‬ ‫لوغاريتم‬

‫متفاعل‬

‫معادلة كيميائية‬ ‫معقد متعادل‬

‫مثلث مستوي‬ ‫مربع مستوي‬ ‫محيط‬ ‫مجموعة‬ ‫ميزان‬

‫معامل‬ ‫مول‬

‫موالرية‬

‫مللمتر‬ ‫ماصة‬ ‫ملح‬

ُ ‫الرموز و‬ ‫الكتل الذرية لبعض العناصر‬ ‫الكتلة الذرية‬

‫الرمز‬

‫العنصر‬

‫الكتلة الذرية‬

‫الرمز‬

‫العنصر‬

254

Es

Einsteinium

227

Ac

Actinium

167

Er

Erbium

27

Al

Aluminium

152

Eu

Europium

243

Am

Americium

253

Fm

Fermium

122

Sb

Antimony

19

F

Fluorine

40

Ar

Argon

223

Fr

Francium

75

As

Arsenic

157

Gd

Gadolinium

210

At

Astatine

70

Ga

Gallium

137

Ba

Barium

73

Ge

Germanium

247

Bk

Berkelium

197

Au

Gold

9

Be

Beryllium

178.5

Hf

Hafnium

209

Bi

Bismuth

4

He

Helium

11

B

Boron

165

Ho

Holmium

80

Br

Bromine

1

H

Hydrogen

112

Cd

Cadmium

115

In

Indium

40

Ca

Calcium

127

I

Iodine

249

Cf

Californium

192

Ir

Iridium

12

C

Carbon

56

Fe

Iron

140

Ce

Cerium

84

Kr

Krypton

133

Cs

Cesium

139

La

Lanthanum

35.5

Cl

Chlorine

259

Lr

Lawrencium

52

Cr

Chromium

207

Pb

Lead

59

Co

Cobalt

7

Li

Lithium

63.5

Cu

Copper

175

Lu

Lutetium

254

Cm

Curium

24

Mg

Magnesium

162.5

Dy

Dysperosium

316

ُ ‫الرموز و‬ ‫الكتل الذرية لبعض العناصر‬ ‫الكتلة الذرية‬

‫الرمز‬

101

Ru

150

‫الكتلة الذرية‬

‫الرمز‬

Ruthenium

55

Mn

Manganese

Sm

Samarium

101

Md

Mendelevium

45

Sc

Scandium

201

Hg

Mercury

79

Se

Selenium

96

Mo

Molybdenum

28

Si

Silicon

144

Nd

Neodymium

108

Ag

Silver

20

Ne

Neon

23

Na

Sodium

237

Np

Neptunium

88

Sr

Strontium

59

Ni

Nickel

32

S

Sulfur

93

Nb

Niobium

181

Ta

Tantalum

14

N

Nitrogen

99

Tc

Technetium

253

No

Nobelium

128

Te

Tellurium

190

Os

Osmium

159

Tb

Terbium

16

O

Oxygen

204

Tl

Thallium

106

Pd

Palladium

232

Th

Thorium

31

P

Phosphorus

169

Tm

Thulium

195

Pt

Platinum

119

Sn

Tin

242

Pu

Plutonium

48

Ti

Titanium

210

Po

Polonium

184

W

Tungsten

39

K

Potassium

238

U

Uranium

141

Pr

Praseodymium

51

V

Vanadium

145

Pm

Promethium

131

Xe

Xenon

231

Pa

Protactinium

173

Yb

Ytterbium

226

Ra

Radium

89

Y

Yttrium

222

Rn

Radon

65

Zn

Zinc

186

Re

Rhenium

91

Zr

Zirconium

103

Rh

Rhodium

317

‫العنصر‬

‫العنصر‬

‫املصادر باللغة االنكليزية‬

1- P.W.Atkins and J. d Paula, “Atkins Physical Chemistry” 9th Edition, Oxford University Press, Oxford (2012).

2- A.F. Cotton, G. Wilkinson, A.C. Murillo and B. Bochmann, “ Advanced Inorganic Chemistry” 7th Edition, Wiley-VCH, New York (2008).

3- R.T. Morrison and R.N. Boyd, “ Organic Chemistry” 6th Edition, Pearson Prentic Hall, New Jersy (2008).

4- K.W. Whitten, R.E. Davis and L. M. Peck, “General Chemistry” 7th, Edition. Holt Rinehart and Winston, New York (2010).

5- A.T. Schwartz, D. M. Bunce, R. G. Silberman , C. L. Stanitski, W. J. Statton and A. P. Zipp, “Chemistry in Context” American Chemical Society, New York (1997).

6- R. Duran , L. P. Gold, C. G. Hass, and A. D. Norman “Chemistry” McGraw-Hill, New York (2003).

7- I. A. Vogel , “Text Book of Quantitative Chemical Analysis”, 5th Edition, Longman Press, England (1989).

8- D. A. Skoog, D.M. Weast, F. G. Holler and S.R. Crouch, “Fundamental of Analytical Chemistry”, 8th Edition, Brooks Cole, Canda(2004).

9- I. A. Vogel , “A Text Book of Macro and Semimicro Quantitative Inorganic Analysis”, 4th Edition, Longman Press, England (1974).

10- S. Prakash, G.D. Tuli,S.K. Basu and R.D. Madan,”Advanced Inorganic Chemistry” vol. II, Chand Company Ltd., New Delhi (2010).

11- J. E. Huheey “Inorganic Chemistry” Harper and Row Publisher, London (1997).

12- N. J. Tro , “Introductory Chemistry” 3rd Edition, Pearson Prentic Hall, New Jersey (2009).

13- A. C. Wilbraham , D. D. Staley, M. S. Matta , and E. L.Waterman, “Chemistry”, Pearson Prentice Hall, New Jersy (2008).

14- R. Chang , and B. C. Shank , “ Chemistry”, Mc Graw - Hill , New York (2005).

15-K. J. Denniston , J. J.Topping , and R. L.Caret, “General Organic and Biochemistry”, Mc-Graw- Hill, New York (2004).

16-S.S Zumdahle and S.A Zumdahle “Chemistry” Houjhton Mifflin Bosten (2003).

17- M.S. Silberberg , “Chemistry , the Molecular Nature of Matter and Change” Mc Graw Hill, London (2003) .

318

‫املصادر باللغة العربية‬ ‫‪ -1‬إبراهيم الزامل‪ ،‬سليمان حمادي الخويطر ومحمد عبد العزيز الحجاجي “التفاعالت‬ ‫الكيميائية” ‪ ،‬الكتاب المرجع في الكيمياء للمرحلة الثانوية ‪ ،‬المنظمة العربية‬

‫للتربية والثقافة والعلوم‪ ،‬الجزء الثاني (‪.)1987‬‬

‫‪ -2‬نعمان النعيمي وعبد الرزاق حمودي “الكيمياء الال عضوية” الجزء الثالث ‪،‬‬ ‫جامعة بغداد ‪ ،‬كلية العلوم ‪ ،‬بغداد (‪.)1984‬‬

‫‪ -3‬احسان عبد الغني مصطفى وسعد عز الدين المختار‪“ ،‬الكيمياء الالعضوية‬ ‫والتناسقية” جامعة الموصل ‪ ،‬كلية العلوم ‪ ،‬الموصل (‪.)1988‬‬

‫‪ - 3‬الكيمياء للصف الثاني عشر ‪ -‬الجزء الثاني ‪ ،‬شركة جيوبروجكتس ‪ ،‬شركة‬ ‫المطبوعات للتوزيع والنشر‪ ،‬لبنان (‪. ) 2008-2009‬‬

‫‪ - 4‬الكيمياء للمرحلة الثانوية للمستويان االول والثاني ‪ ،‬ادارة المناهج والكتب‬ ‫المدرسية‪ ،‬االردن (‪.)2006‬‬

‫‪319‬‬

‫تم بحمد الله‬

‫‪320‬‬