سيد عثمان
05-01-2007, 10:52 PM
الوحدة الأولى : المعادلة الكيميائية و الحساب الكيميائي
الصيغة الكيميائية ( الجز يئية ) : -
هى صيغة رمزية بسيطة توضح نوع و عدد الذرات التى يتركب منها جزىء واحد من المادة
المول:
هو الكتلة الجزيئية للمادة معبرا عنها بالجرامات و هى وحدة قياس كمية المادة فى النظام العالمى
ملحوظة هامة عدد المولات = كتلة المادة ÷ كتلة المول الواحد
كتلة المادة = عدد المولات × كتلة المول الواحد
الصيغة الاولية لأى مركب
هى صيغة تمثل أبسط نسبة تتواجد عليها العناصر فى هذا المركب
المعادلة الكيميائية
هى وصف بسيط موجز للتغيرات الحادثة فى التفاعل الكيميائى
العوامل الحفارة : ( المساعدة )
هي التي مواد تزيد من سرعة التفاعل و لكنها لا تشترك فيه
تفاعل التعادل : هو اتحاد H+ من الحمض مع OH من القلوى لتكوين مول ماء و تختفى خواص الحمض والقاعدة ( القلوي) بتفاعلها معا
الحساب الكيميائى
هو دراسة العلاقات التى تتضمنها معادلات التفاعل بحساب مقادير المواد الداخلة فى التفاعل و المواد الخارجة عنه
عدد أفوجادرو
هو عدد الذرات أو الجزئيات أو الايونات الموجودة فى مول واحد من المادة و يساوى 02 ‚6 × 2310
الكتلة المولارية : هى كتلة مول واحد من المادة مقدرا بالجرامات
علل تسمى الصيغة الأولية بهذا الإسم ؟
لأنها تمثل أبسط نسبة تتواجد عليها العناصر في المركبات الكيميائية
علل المعادلة الموزونة تعبر عن التفاعل بصورة وصفية وكمية ؟
-لأنها تعبر عن عدد ونوع الذرات الداخلة في التفاعل الكيميائي والناتجة منه والحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة والمواد الناتجة وشروط التفاعل
علل يسمى تفاعل الحمض والقاعدة بتفاعل تعادل ؟
لأن خواص الحمض والقاعدة تختفي بتفاعلهما معا
علل المعادلة الأيونية موزونة ؟
لأن الذرات و الشحنات متساوية في طرفيها
علل : المعادلة الموزونة أساس الحساب الكيميائي الصحيح ؟
1-لأنها تفيد في المجالات الصناعية المختلفة 2- تعطي نسب المتفاعلات والنواتج
علل : لا نستطيع التعامل بذرات أو جزيئات محدودة في عملية الحساب الكيميائي ؟
لصغرها وزنا و حجما
علل يعتبر المول وحدة مناسبة للإستخدام في الحسابات الكيميائية ؟
لأن كتلة المول من أي مادة يمكن التعرف عليها بمعلومية الكتلة الجزيئية أو الكتلة الذرية
أوجد الصيغة الأولية لمركب تحتوى عينة منه على 68 ‚ 4 جم من N و على 68 ‚ 10 جم من O
علما بأن ( N = 14 O = 16 )
الحل عدد المولات N = 68 ‚ 4 ÷ 14 = 334 ‚ مول
عدد مولات O = 68 ‚ 10÷16 = 667 ‚ مول
النسبة بين مولات N : O
334 ‚ : 667 ‚
1 : 2
الصيغة الأولية هى NO2 =
: إذا كانت الكتلة الجزيئية لمركب هيدروكربونى هى 70 و كانت الصيغة الأولية هى CH2 أوجد الصيغة الجزيئية لهذا المركب ( 1 = H 12 = C )
الحل
1- كتلة الصيغة الأولية CH2 = 2 × 1 + 12 = 14 جم
2- عدد وحدات الصيغة الأولية = 70 = 5
14
3- الصيغة الجزيئية لهذا المركب = 5 × CH2 = C5H10
: احسب كتلة 5 ‚0 مول من كربونات الصوديوم Na2CO3 علما بأن
(Na=23 , O =16 , C =12 )
الحل
كتلة مول واحد من كربونات الصوديوم Na2CO3 =2 × 23 + 12 + 3 ×16 = 106 جم
كتلة 5 ‚0 مول من كربونات الصوديوم = 5 ‚0 × 106 = 53 جم
: كم مول من الرصاص توجد في 8 ‚82 جراما منه ؟ وكم عدد ذرات الرصاص التي تحتويها هذه الكتلة من الرصاص ؟ علما بأن Pb = 207 ) )
الحل عدد المولات = كتلة المادة ÷ كتلة المول الواحد = 8 ‚82 ÷ 207 =4 ‚0 مول
1 مول 02‚ 6 × 10 23 ذرة
4‚ 0مول س ذرة
س = 4 ‚0 × 02‚ 6 × 10 23 = 408 ‚ 2×10 23 ذرة
احسب كتلة 6 × 10 23 ذرة من الكربون علما بأن (C = 12 )
الحل
عدد مولات الكربون = عدد الذرات ÷ عدد أفوجادرو
= 6×10 23 ÷02‚ 6 × 10 23 =1 ‚0 مول
كتلة الكربون = عدد المولات × كتلة المول الواحد
= 1 ‚0 × 12 = 2 ‚1 جرام
مثال احسب عدد جزيئات 128 جرام من SO2 علما بأن (S =32 , O = 16 )
الحل
الكتلة الجزيئية ﻟ SO2 = 2 × 16 + 32 = 64 و. ك . ذ
كتلة مول من SO2 = 64 جم
عدد المولات من SO2 = كتلة المادة ÷ كتلة المول = 128 ÷ 64 = 2 مول
1 مول 02‚ 6 × 10 23 جزيء
2 مول س جزيء
س ( عدد الجزيئات ) = 2 × 02‚ 6 × 10 23 = 04 ‚12 × 10 23 جزيء
احسب كتلة أكسيد الكالسيوم الناتج من التفكك الحراري ﻟ 200 جم من كربونات الكالسيوم طبقا للمعادلة الآتية
Ca CO3(S ) CaO(S) + CO2(g)
علما بأن (Ca =40 , C = 12 ,O = 16 )
الحل
كتلة مول من CaCO3 = 3×16 + 12 = 40 = 100 جم
كتلة مول من CaO = 16+ 40 = 56 جم
من التفاعل
1 مول من CaCO3 1 مول من CaO
100 جم من CaCO3 56 جم من CaO
200 جم من CaCO3 س جم من CaO
س (كتلة CaO ) = 200 × 56 ÷ 100 = 112 جم
الوحدة الثانية
المحلول الحقيقي : هو مخلوط متجانس التركيب و الخواص من مادتين أو أكثر غير متحدتين كيميائيا
المذيب : هو المادة التي توجد في المحلول بكمية أكبر ( مثل الماء )
المذاب : هو المادة التي توجد في المحلول بكمية أقل ( مثل السكر )
المعلق : هو مخلوط غير متجانس فإذا تركته لفترة قصيرة ترسبت دقائق المادة منها فى قاع الإناء نظرا لكبر حجم هذه الدقائق و التي يمكن فصلها بالترشيح
الغروي :
مخلوط غير متجانس يحتوى على دقائق قطر كل دقيقة منها يتراوح حجمها ما بين قطر دقيقة المحلول الحقيقي و قطر دقيقة المعلق أي أنه محلول وسط بين المحلول الحقيقي و المعلق و لا يمكن فصل هذه الدقائق بواسطة ورق الترشيح و إذا تركته فترة فإنها لا تترسب مثل الحليب و الدم
الأحماض :
هى المواد التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي أيونات الهيدروجين (بروتونات ) الموجبة
القواعد :
هى أكاسيد و هيدروكسيدات الفلزات تعطي عند تفككها (تأينها ) في الماء ايونات هيدروكسيل سالبة OH- و تتفاعل مع الأحماض وتعطي ملح وماء
أحماض معدنية (غير عضوية )
وهى أحماض يمكن الحصول عليها من المواد ذات أصل معدني مثل حمض الهيدروكلوريك HClوحمض النيتريك HNO3 وحمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك H3PO4 -
أحماض عضوية :-هى أحماض يمكن الحصول عليها من المواد ذات الأصل العضوي مثل حمض الأسيتيك(الخل)CH3COOH وحمض الطرطريك(في العنب) C4H6O6 وحمض السيتريك(في الموالح مثل الليمون) C6H8O7
أحماض قوية: :
هى أحماض تامة التأين في المحاليل المائية وتكون جيدة التوصيل للكهرباء مثل حمض HCl وحمض HNO3 وحمض H2SO4
أحماض ضعيفة :
هى أحماض ضعيفة التأين في المحاليل المائية وتكون ضعيفة التوصيل للكهرباء مثل حمض الأسيتيك CH3COOH وحمض اللاكتيك C3H6O3 (اللبن المتخثر)
أحماض أحادية القاعدية:
هى أحماض التي يستطيع فيها الجزيء أن يمنح أيون هيدروجين حر +H (بروتون واحد) في المحاليل المائية مثل حمض HCl , HNO3 , CH3COOH
أحماض ثنائية القاعدية :
هى أحماض التي يستطيع الجزيء منها أن يمنح أيونين هيدروجين 2H (2 بروتون) في المحاليل المائية مثل حمض الكبريتيك H2SO4 وحمض الأكساليك H2C2 O4
أحماض ثلاثية القاعدية :
هى أحماض التي يستطيع فيها الجزيء أن يمنح ثلاث أيونات هيدروجين 3H (3 بروتونات) في المحاليل المائية مثل حمض الفوسفوريك H3PO4 وحمض السيتريك C6H8O7
التعادل :
هو إتحاد أيونات هيدروجين الحمض (H+) مع أيونات الهيدروكسيل(OH-) القاعدة لتكوين ملح الحمض وماء ويصاحب هذه العملية طاقة منطلقة (تفاعل طارد للحرارة)
الدليل : مادة يمكن عن طريقها معرفة إن كان المحلول حامضا أو قلويا
ملحوظة
1-إذا كان الملح متكونا من أنيون حمض قوي و كاتيون قاعدة قوية مثل كلوريد الصوديوم كان محلول الملح متعادل
2- إذا كان الملح متكونا من أنيون حمض ضعيف و كاتيون قاعدة قوية مثل خلات الصوديوم CH3COONa كان محلول الملح قاعدي
3- إذا كان الملح متكونا من أنيون حمض قوي و كاتيون قاعدة ضعيفة مثل كلوريد الأمونيوم NH4Clكان محلول الملح حمضي
علل شذوذ بين خواص الماء ؟
بسبب وجود الروابط الهيدروجينية
علل درجة غليان الماء مرتفعة ( 100 مئوية ) ؟
بسبب وجود الروابط الهيدروجينية
علل : في الهواء الجوى يعتبر الأكسجين مذاب و النيتروجين مذيب ؟
لأن كمية الأكسيجين اقل من كمية النيتروجين
علل يعتبر السكر مذاب والماء مذيب ؟
لأن كمية السكر اقل من كمية الماء
علل : إذا ترك المعلق فترة ترسبت دقائق المادة ؟ *علل يمكن فصل دقائق المعلق بالترشيح ؟
لكبر حجم دقائق مكوناته
علل سهولة ذوبان المواد القطبية في المذيبات القطبية ؟
لأن جزيئات كل من المذيب والمذاب تتجاذب وينتج عن ذلك إنخفاض في طاقة الوضع
علل يذوب ملح الطعام في الماء ؟
لأنه يتفكك إلى أيونات كلوريد سالبة وأيونات صوديوم موجبة ويحدث تجاذب بينها وبين جزيئات الماء كما أن جزيئات الماء تعزل الأيونات عن بعضها وتمنع ارتباطها مرة أخرى
علل كلوريد الفضة شحيح الذوبان في الماء بينما كلوريد الصوديوم يذوب بسهولة في الماء ؟
لأن الثبات الناتج عن ذوبان الملح في الماء يفوق الثبات المفقود بفصل الآيونات عن بعضها كما في حالة كلوريد الصوديوم في حين أن هذا لا يتحقق في حالة كلوريد الفضة شحيح الذوبان في الماء
علل يذوب السكر في الماء بسهولة ؟
لأن جزيئات السكر تحتوي على مجموعات هيدروكسيل OH القطبية التي ترتبط مع جزيئات الماء بروابط هيدروجينية ينتج عنها إنخفاض في طاقة الوضع للمحلول مما يسهل عملية الذوبان
علل يصعب ذوبان الدهون في الماء
بسبب وجود روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء يصعب على جزيئات البنزين تفكيكها مما يؤدي إلى ارتفاع طاقة المحلول فلا يحدث ذوبان
علل محاليل الأحماض توصل التيار الكهربي ؟
لأنها تتفكك في الماء إلى أيونات
علل يتعكر ماء الجير عند إمرار غاز CO2 فيه لمدة قصيرة ويختفي التعكير لمدة طويلة ؟
يتعكر لتكون كربونات كالسيوم على صورة راسب
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
يختفي التعكير لمدة طويلة لتكون بيكربونات الكالسيوم الذائبة
(علل ) يفضل وضع قمع في نهاية أنبوبة التوصيل في جهاز تحضير غاز كلوريد الهيدروجين
حتى لا يندفع الماء إلى داخل جهاز التحضير
علل يستخدم حمض الهيدروكلوريك للتمييز بين أملاح الكبريتيت وأملاح النيتريت ؟
لأن حمض الهيدروكلوريك أكثر ثباتا من أحماض هذه الأملاح فيطردها من أملاحها على هيئة غازات
علل يفضل إذابة غاز ثالث أكسيد الكبريت في حمض كبريتيك مركز تركيزه (98 ٪ ) بدلا من الماء
لإنطلاق طاقة حرارية في الماء ( لأنه تفاعل طارد للحرارة )
علل استخدام محلول الصودا الكاوية في التمييز بين ملحي كبريتات النحاس وكبريتات الألومنيوم
لأنها تكون مع كبريتات النحاس راسب أزرق يسود بالتسخين ومع كبريتات الألومنيوم راسب ابيض جيلاتيني
علل علل استخدام محلول الصودا الكاوية في الكشف عن الشق القاعدي لبعض الأملاح ؟
لأنها تكون مع الشقوق القاعدية رواسب ملونة يمكن منها التعرف على اسم الشق القاعدي
علل يعطى المريض كبريتات البار يوم قبل تعرض معدته لأشعة إكس ؟
لأنها لا تذوب في الماء
المقارنة بين المحلول الحقيقى و الغروى و المعلق
الخاصية المحلول الحقيقي المعلق الغروي
حجم الدقائق صغيرة جدا كبيرا نسبيا متوسط
القابلية للترسيب لا يترسب يترسب لا يترسب
فصل الدقائق بالترشيح لا يمكن يمكن لا يمكن
التجانس متجانس غير متجانس غير متجانس
رؤية الدقائق بالعين لا يمكن يمكن لا يمكن إ لا بالمجهر
الصفات المشتركة للأحماض
1- تحمر ورقة عباد الشمس الزرقاء
2- لها طعم لاذع مثل عصير الليمون( يجب عدم تذوق الأحماض لأن بعضها سام أولها تأثير ضار على صحتك)
3- تذوب في الماء وتوصل التيار الكهربي بدرجات متفاوتة لأنها تتفكك في الماء إلى أيونات
4- تتفاعل مع الفلزات النشطة مثل الماغنسيوم أو الخارصين (الفلزات المتقدمة في متسلسلة النشاط الكيميائي ) ويتصاعد غاز الهيدروجين
5- تتفاعل مع القلويات وينتج ملح وماء ( تفاعل التعادل )
تفاعل الأحماض مع الفلزات النشطة :- ينتج ملح وغاز الهيدروجين
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
Mg + H2SO4 MgSO4 + H2
تفاعل الأحماض مع أكاسيد أو هيدروكسيدات الفلزات :-تعطي ملح وماء
CuO + 2HCl CuCl2 + H2O
NaOH + HNO3 NaNO3 + H2O
تفاعل الأحماض مع كربونات أو بيكربونات الفلزات :-ينتج ملح وماء ويتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون
Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2 NaHCO3 + HNO3 Na NO3 + H2O + CO2
وللكشف عن غاز CO2 يمرر على ماء الجير الرائق يتعكر لتكون كربونات كالسيوم على صورة راسب
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
يختفي التعكير لمدة طويلة لتكون بيكربونات الكالسيوم الذائبة
تقسيم القواعد
1- أكاسيد أو هيدروكسيدات فلزية تذوب في الماء مكونة قلويات
مثال Na2O + H2O 2NaOH
هيدروكسيد صوديوم أكسيد صوديوم
مثال 2 K2O + H2O 2KOH
هيدروكسيد بوتاسيوم أكسيد بوتاسيوم
أكاسيد أو هيدروكسيدات فلزية لا تذوب في الماء ولكنها تذوب في الأحماض
أ مثلة : FeO + 2HCl FeCl2 + H2O
كلوريد الحديدП أكسيد الحديدП
CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O
كبريتات نحاس П أكسيد نحاس П
مواد تتفاعل مع الأحماض وينتج ملح وماء وثاني أكسيد الكربون
أمثلة : Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2
كلوريد صوديوم كربونات صوديوم
NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2
بيكربونات صوديوم
مواد ليست أكسيدا أو هيدروكسيدا (تعتبر أنهيدريد قاعدة ) تذوب في الماء وتكون قلوي
مثال NH3 + H2O NH4OH
هيدروكسيد أمونيوم نشادر( أمونيا )
الخواص العامة للقلويات
1- تذوب في الماء وينتج أيون الهيدروكسيل السالب (OH- )
2- تغير لون ورقة عباد الشمس الحمراء إلى اللون الأزرق
3- لها ملمس ناعم صابوني وتأثيرها كاو على الجلد
4- محاليلها المائية توصل التيار الكهربي
5- تتفاعل مع الأحماض وتعطي ملح وماء
الوحدة الثالثة :- الطاقة النووية
النظائر
صور مختلفة لعنصر الواحد متفقة في العدد الذري والخواص الكيميائية ومختلفة في العدد الكتلي والخواص الفيزيائية
لاحظ أن النظائر متشابهة في
1-العدد الذري 1- عدد البروتونات 3- عدد الإلكترونات 4- التكافؤ 5- الخواص الكيميائية
ولكنها مختلفة في 1- العدد الكتلي 2- عدد النيوترونات 3- الخواص الفيزيائية
علل نظائر العنصر الواحد لها نفس الخواص الكيميائية
لأنها متفقة في العدد الذري والتكافؤ الذي يحدد الخواص الكيميائية
النظائر المستقرة ( الغير مشعة )
هى عناصر أنويتها لا تتفتت بمرور الوقت وفيها نسبة N/P صغيرة لا تزيد عن 1: 1.5 وأعدادها الذرية صغيرة
النظائر الغير مشعة
هى عناصر أنويتها تتفتت بمرور الوقت وتخرج منها إشعاعات مثل ألفا وبيتا و جاما وفيها نسبة N/P كبيرة تزيد عن 1: 1.5 وأعدادها الذرية كبيرة
• - اختلاف النظائر في العدد الكتلي يرجع إلى إختلافها في عدد النيوترونات
علل ذرات الهيليوم و الليثيوم مستقرة
لأن أنويتها لا تتفتت بمرور الوقت وفيها نسبة N/P صغيرة لا تزيد عن 1: 1.5 وأعدادها الذرية صغيرة
علل ذرات اليورانيوم و الثوريوم مشعة ؟
عناصر أنويتها تتفتت بمرور الوقت وتخرج منها إشعاعات مثل ألفا وبيتا و جاما وفيها نسبة N/P كبيرة تزيد عن 1: 1.5 وأعدادها الذرية كبيرة
علل النواة مخزن للكتلة ؟
لاحتوائها على البروتونات والنيوترونات ولإهمال كتلة الإلكترونات لأنها صغيرة جاد فتهمل
علل النواة مخزن للطاقة ؟
لوجود ثلاثة قوى هى
1- قوة تنافر بين البروتونات وبعضها
2- قوة تجاذب بين البروتونات والنيوترونات
3- قوة تجاذب بين النيوترونات وبعضها
علل حدوث تجاذب بين البروتونات والنيوترونات ؟
بسبب تبادل الميزونات
الميزون
جسيم صغير جدا داخل النواة مشحون بشحنة موجبة أو سالبة
ما المقصود بتبادل الميزونات
البروتون يقضي جزءا من حياته على صورة بروتون والجزء الآخر على صورة نيوترون و ميزون موجب ثم يتحد الميزون الموجب مع نيوترون آخر ويتحول إلى بروتون
بالمثل النيوترون يقضي جزءا من حياته على صورة نيوترون والجزء الآخر على صورة بروتون و ميزون سالب ثم يتحد الميزون السالب مع بروتون أخر ويتحول إلى نيوترون
علل تماسك مكونات النواة ؟
لأن قوة التجاذب أكبر من قوة التنافر
طاقة الترابط النووي
هى الطاقة اللازمة لربط مكونات النواة والناتجة عن النقص في كتل مكونات النواة
علل الكتلة الفعلية للذرة أقل من كتل مكوناتها ؟
لأن جزء من كتل مكونات الذرة يتحول إلى طاقة ترابط نووي تربط مكونات النواة
نظرية الكم لبلانك
المادة والطاقة صورتان لشيء واحد ويمكن تحويل المادة إلى طاقة والعكس
علي مصطفى مشرفة
أوضح أن المادة والطاقة والإشعاع ما هى إلا صور متعددة لشيء واحد
ثابت بلانك
هو مقدار الشغل الذي يمكن الحصول علية ندما تتحول كتلة مقدارها 1 جم إلى طاقة
الإلكترون فولت
هو مقدار الشغل المبذول لنقل شحنة إلكترون بين نقطتين فرق الجهد بينهما 1 فولت
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 2.15 × 10 13 سعر
الطاقة الناتجة = الكتلة بوحدة الكتل الذرية × 931 مليون إلكترون فولت
وحدة الكتل الذرية = 1.66 × 10 -24 جرام
لتحويل وحدة الكتل الذرية إلى الجرام نضرب في 1.66 × 10 -24 جرام
لتحويل الجرام إلى وحدة الكتل الذرية نقسم على 1.66 × 10 -24 جرام
مثال
احسب الطاقة الناتجة عن تحول كتلة مقدارها 5 جرام ( مقدرة بالجول – بالسعر– ب م. أ . ف
الحل
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
= 5 ×9 × 10 13 = 45 × 9 × 10 13 جول
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
= 5 × 2.15 × 10 13 = 57.10 ×10 13 سعر
الطاقة الناتجة = الكتلة بوحدة الكتل الذرية × 931 مليون إلكترون فولت
5
= × 931 = 28 × 10 26 م . أ . ف
1.66 × 10 -24
احسب الطاقة الناتجة من تحول كتلة مقدارها 5 وحدة كتل ذرية إلى طاقة بالجول – بالسعر – م . أ . ف
الحل
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
= 5 × 1.66 × 10 -24 × 9 × 10 13 = جول
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
= 5 × 1.66 × 10 -24 × 2.15 × 10 13 = سعر
الطاقة الناتجة = الكتلة بوحدة الكتل الذرية × 931 مليون إلكترون فولت
=5 × 931 = 4655 م . أ . ف
احسب الطاقة الناتجة مقدرة بالجول من تحول 60 % من مادة إلى طاقة إذا كان كتلة المادة 12 جم
الحل
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
12 × 60 × 9 × 10 13
= = 68.4 × 10 13 جول
100
احسب طاقة الترابط النووي لنواة ذرة الهليوم 42 Heعلما بأن الكتلة الفعلية لذرة الهليوم 4.002604 و . ك . ذ وكتلة البروتون 1.0073 و . ك . ذ وكتلة النيوترون 1.0087 و . ك . ذ ثم احسب طاقة الترابط للجسيم الواحد داخل النواة
الحل
عدد البروتونات = 2 عدد النيوترونات = 2
كتلة مكونات النواة = كتلة البروتونات + كتلة النيوترونات
كتلة مكونات النواة = 2× 1.0073 + 2 × 1.0087 = 4.032 و. ك . ذ
النقص في الكتلة = كتلة مكونات النواة – الكتلة الفعلية
=4.032 - 4.002604 = 0.029396 و. ك . ذ
طاقة الترابط النووي= النقص في الكتلة × 931
= 0.029396 × 931 = 27.3677 م . أ . ف
طاقة الترابط النووي 27.3677
طاقة الترابط لكل جسيم = = = 6.8419م.أ.ف
العدد الكتلي 4
احسب الكتلة الفعلية لذرة الصوديوم (2311Na ) إذا علمت أن
كتلة البروتون 1.0073 و . ك . ذ وكتلة النيوترون 1.0087 و . ك . ذ وطاقة الترابط النووي لنواة ذرة الصوديوم = 181.55 م. أ . ف
الحل
عدد البروتونات = 11 عدد النيوترونات = 23- 11 = 12
كتلة مكونات النواة = 11× 1.0073 + 12 × 1.0087 =23.1847
طاقة الترابط النووي 181.55
النقص في الكتلة = = = 0.195 و.ك.ذ
931 931
النقص في الكتلة = كتلة مكونات النواة - كتلة فعلية
0.195 = 23.1847 - كتلة فعلية
الكتلة الفعلية = 23.1847 - 0.195 = 22.9897 و . ك . ذ
إذا كان الوزن الذري لنظير النيتروجين 147N هو 14.007 و.ك.ذ
الوزن الذري لنظير النيتروجين 157N هو 15.0049 و.ك.ذ فأي النظيرين أكثر إستقرارا ولماذا ؟ علما بأن كتلة البروتون 1.0073 و . ك . ذ وكتلة النيوترون 1.0087 و . ك . ذ
الحل
أولا بالنسبة للنظير147N
عدد البروتونات = 7 ، عدد النيوترونات = 14- 7 = 7
كتلة مكونات النواة =7× 1.0073+ 7 × 1.0087 = 14.112و. ك . ذ
النقص في الكتلة = كتلة مكونات النواة – الكتلة الفعلية
=14.112 - 14.007= 0.105 و. ك . ذ
طاقة الترابط النووي= النقص في الكتلة × 931
= 0.105 × 931 = 97.755م . أ . ف
طاقة الترابط النووي 97.755
طاقة الترابط لكل جسيم = = = 6.9825م.أ.ف
العدد الكتلي 14
ثانيا بالنسبة للنظير157N
عدد البروتونات = 7 ، عدد النيوترونات = 15- 7 = 8
كتلة مكونات النواة =
7× 1.0073+ 8 × 1.0087 = 15.1207و. ك . ذ
النقص في الكتلة = كتلة مكونات النواة – الكتلة الفعلية
=15.1207 - 15.0049= 8 0.115 و. ك . ذ
طاقة الترابط النووي= النقص في الكتلة × 931
=8 0.115 × 931 = 107.81 م . أ . ف
طاقة الترابط النووي 107.81
طاقة الترابط لكل جسيم = = = 7.19 م.أ.ف
العدد الكتلي 15
النظير 157N أكثر استقرارا من النظير 147Nلأن طاقة الترابط النووي للجسيم الواحد في النظير157N أكبر منها في النظير 157N وكلما زادت طاقة الترابط النووي للجسيم الواحد دل على استقرار العنصر
ملحوظة
كلما زادت طاقة الترابط النووي للجسيم الواحد زادت درجة ثباته
احسب كتلة مكونات ذرة الكربون 12 إذ ا علمت أن طاقة الترابط النووي لذرة الكربون = 89.376 م . أ . ف
الحل
طاقة الترابط النووي 89.376
النقص في الكتلة = = = 0.096 و.ك.ذ
931 931
كتلة مكونات = الكتلة الفعلية + النقص في الكتلة
= 12 + 0.096 = 12.096 م . ك . ذ
النشاط ا لإشعاعي الطبيعي
تفتت تلقائي لأنوية العناصر المشعة ينتج إشعاعات غير مرئية هى ألفا وبيتا و جاما ويتحول إلى عنصر مستقر
مقارنة بين ألفا وبيتا و جاما
وجه المقارنة ألفا ά بيتا β جاما γ
1- الطبيعة
2- الكتلة
3- الشحنة
4- السرعة
5- قدرتها على النفاذ
6- التأين
7-المجال الكهربي والمغناطيسي
8-الألواح الفوتوغرافية دقائق مادية
= كتلة نواة 42He
+2
1/10 سرعة الضوء
ضعيفة
قدرة كبيرة
تتأثر
تؤثر دقائق مادية
= كتلة الإلكترون
شحنة سالبة
9/10 سرعة الضوء
100 مرة قدر ألفا
متوسطة
تتأثر
تؤثر
موجات كهرومغناطيسية
ليس لها كتلة أو شحنة
= سرعة الضوء
1000مرة قدر ألفا
ضعيفة
لا تتأثر
تؤثر
اثر خروج ألفا
1-ينقص العدد الكتلي بمقدار( 4 ) 2- ينقص العدد الكتلي بمقدار( 2 )
3- يتحول العنصر إلى عنصر جديد
23892U 23490Th + 42He
أثر خروج بيتا
1- لا يتأثر العدد الكتلي 2- يزداد العدد الذري بمقدار( 1 )
3- يتحول العنصر إلى عنصر جديد
23490Th 23491Pa + 0-1e
146C 147N + 0-1e
أثر خروج جاما :- لا تؤثر على العدد الكتلي أو العدد الذري
علل خروج جسيم ألفا ينقص العدد الكتلي بمقدار 4 والعدد الذري بمقدار 2 ؟
لأن كتلة ألفا تعادل كتلة نواة ذرة الهليوم
علل عند خروج جسيم ألفا يتحول العنصر إلى عنصر جديد ؟أو علل عند خروج جسيم ألفا لا يتحول العنصر إلى نظيره ؟
لأنها تغير العدد الذري
علل عند خروج جسيم بيتا يزداد العدد الذري بمقدار ( 1 ) ؟
لتحول نيوترن إلى بروتون
علل عند خروج جسيم بيتا يتحول العنصر إلى عنصر جديد ؟أو علل عند خروج جسيم بيتا لا يتحول العنصر إلى نظيره ؟
لأنها تغير العدد الذري
س / ما الفرق بين خروج إلكترون أثناء التفاعل النووي وخروج إلكترون إثناء التفاعل الكيميائي
أثناء التفاعل النووي يخرج الإلكترون من داخل النواة نتيجة تحول نيوترون إلى بروتون ويزداد العدد الذري بمقدار واحد ويتحول العنصر إلى عنصر جديد
بينما عند خروج إلكترون أثناء التفاعل الكيميائي فإنه يخرج من مستوى الطاقة الأخير ويتحول العنصر إلى ايون موجب لنفس العنصر
ملحوظة
إذا فقد العنصر دقيقة ألفا ثم دقيقتين بيتا فإنه يتحول إلى نظيره لأن ألفا تنقص العدد الذري بمقدار 2 وخروج 2 بيتا يزيد العدد الذري بمقدار 2 وبالتالي لا يتأثر العدد الذري
فترة عمر النصف
هى الفترة الزمنية التي يفقد فيها العنصر نصف كتلته ونصف إشعاعاته
الزمن الكلي
فترة عمر النصف =
عدد الفترات
احسب فترة عمر النصف لعنصر مشع X كانت كتلته 32 جم وبعد مرور 100 يوم أصبحت 1 جم
الحل
الفترات: 1 2 3 4 5
32 جم ---------16 ---------8 ----------4 ----------2 -----------1 جم
الزمن الكلي 100
فترة عمر النصف = = = 20 يوم
عدد الفترات 5
عند فترت زمنية منتظمة تم قياس كتلة عنصر مشع وكانت النتائج كالآتي
الزمن بالدقائق صفر 25 50 75 100
الكتلة بالجرام 2 1.5 1 0.7 0.5
1-ارسم علاقة بيانية بين التغير في كتلة العنصر والزمن
2-ما فترة عمر النصف لهذا العنصر
3-ما الكتلة المتبقية بعد مرور زمن 150 دقيقة
الحل الكتلة
1- أنظر الرسم البياني 2
2- فترة عمر النصف = 50 1
3- الكتلة المتبقية = 0.25 جم 0.5
الزمن
100 75 50 25 صفر
مسائل:
1-عنصر مشع وضع أمام عداد جيجر لمدة ٦٠ يوم فانخفض معدل الإشعاع من ١٠٠٠ وحدة/يوم إلى ١٢٥ وحدة/يوم احسب فترة عمر النصف له.
2- عنصر اليورانيوم 23892U فقد 5 جسيمات ألفا وجسيمين بيتا فما العدد الذري والعدد الكتلي للعنصر الناتج
3- احسب كتلة العنصر المشع التي تبقى منها ٣,١٢٥ جم بعد مرور يومين علمًا بأن فترة عمر النصف لهذا العنصر ١٢ ساعة.
النشاط الإشعاعي الصناعي
هى تفاعلات نووية يمكن إجراءها صناعيا وينطلق منها طاقة هائلة
أنواع القذائف
1- مشحونة مثل 42He , 11H , 21H
2- غير مشحونة ( متعادلة ) مثل النيوترون ( 10n )
علل النيوترون أفضل القذائف ؟
لأن كتلته مناسبة ولا يتأثر بقوة تجاذب أو تنافر مع مكونات الذرة
علل لا يستخدم الإلكترون كقذيفة ؟
لأن كتلته صغيرة جدا لا تؤثر على النواة و يتأثر بقوة تنافر أو تجاذب مع مكونات النواة
وضح بالمعادلات النووية كيف تحصل على كل من
1- البورون من الكربون
146C + 21H 105B + 42He
2-نظير الأكسيجين من النيتروجين
147N + 42He 178O + 11H
3-نظير الصوديوم من الألمنيوم
2713Al + 10n 2411Na + 42He
4- الهليوم من الليثيوم
73Li + 11H 2 42He + energy
5- نظير اليود من اليود
12753I + 10n 12853I + γ
وضح بالمعادلات تفاعل نووي إندماجي
21H + 21H 32He + energy
وضح بالمعادلات تفاعل نووي انشطاري
23592U + 10n 14056Ba + 9336Kr + 3 10n + energy
قارن بين التفاعلات الكيميائية والتفاعلات النووية
التفاعلات الكيميائية التفاعلات النووية
تتم عن طريق الإلكترونات الخارجية
تتم تحت ظروف عادية من الحرارة
لا يتحول العنصر إلى عنصر أخر
قد تنطلق طاقة صغيرة
نظائر العنصر تعطي نفس النواتج تتم بين أنوية العناصر والقذائف
تتم تحت ظروف خاصة من الحرارة
يتحول العنصر إلى عنصر أخر
يتحول العنصر إلى عنصر أخر
نظائر العنصر تعطي نواتج مختلفة
التفاعل الإنشطاري
هى تفاعلات يتم فيها قذف نواة عنصر مشع بقذيفة نووية فينشطر إلى نواتين أو أكثر لعناصر أخف وينتج نيوترونات وطاقة هائلة
مثال
23592U + 10n 14056Ba + 9336Kr + 3 10n + energy
التفاعل المتسلسل
هو سلسلة من التفاعلات الإنشطارية تتم في فترة زمنية قصيرة وينشأ عنها طاقة هائلة
شروط التفاعل المتسلسل
1- كتلة حرجة 2- حجم حرج 3- مادة قابلة للإنشطار
الكتلة الحرجة
هى كتلة المادة القابلة للإنشطار والتي يبدأ عندها التفاعل المتسلسل
الحجم الحرج
هو حجم المادة القابلة للإنشطار والتي يبدأ عنده التفاعل المتسلسل
علل لا يحدث تفاعل متسلسل إذا كانت كتلة المادة القابلة للإنشطار أقل من الكتلة الحرجة
لأن النيوترونات تهرب للوسط الخارجي
علل لا يستخدم اليورانيوم 23892U في إحداث تفاعل متسلسل ؟
لأنه يمتص القذيفة ولا ينشطر
23892U + 20n 23992U + γ
أنواع التفاعل المتسلسل
1- يمكن التحكم فيه ( مثل المفاعل النووي )
2- لا يمكن التحكم فيه ( مثل القنبلة الإنشطارية )
الأساس العلمي للمفاعل النووي الإنشطاري :- إحداث تفاعل متسلسل يمكن التحكم فيه
ما وظيفة كل من
1- قلب المفاعل :- يصنع من الجرافيت لتهدئة سرعة النيوترونات
2- عاكس من الجرافيت لعكس النيوترونات ومنع خروجها من قلب المفاعل
3- قضبان التحكم :- تصنع من الكادميوم أو البورون لأنها تمتص النيوترونات وتتحكم في سرعة التفاعل النووي
4- الدرع الواقي من الخرسانة المسلحة :- منع نفاذ إشعاعات الذرية خارج المفاعل حتى لا يحدث تلوث إشعاعي
علل وجود أجهزة رقابية عند مخارج المفاعل
لقياس كمية الإشعاع المتسربة حتى لو زادت عن الحد المسموح به يجب إيقاف المفاعل فورا
علل تبنى المفاعلات بالقرب من البحار ؟
لإستخدام مياه البحار في تبريد قلب المفاعل
علل خطورة بناء المفاعلات بالقرب من مياه البحار ؟
لأن المياه المستخدمة في تبريد جسم المفاعل تؤدي إلى تلوث حراري وتنقص نسبة الأكسيجين مما يعرض الكائنات البحرية للهلاك
أنواع المفاعلات الإنشطارية
1- مفاعلات قوى :- للحصول على طاقة كهربية
2- مفاعلات أبحاث للحصول على نظائر مشعة
فوائد المفاعلات النووية
1- إنتاج طاقة كهربية 2- إزالة ملوحة البحار 3- الحصول على البلوتونيوم من اليورانيوم
23892U + 20n 23992U + γ
23992U 28993Np + 0-1e
23993Np 23994Pu + 0-1e
النفايات الذرية
هي المخلفات الذرية الناتجة من التفاعلات النووية داخل المفاعلات وأنواعها -:
أ- مخلفات منخفضة أو متوسطة الإشعاع : تنتج من تشغيل المفاعل وأعمال الصيانة
ب- مخلفات عالية الإشعاع :
١- الوقود النووي المحترق داخل المفاعل
٢- الآلات والأجهزة الملوثة بالإشعاع
٣- الماء المستخدم في عمليات التبريد
طرق التخلص من النفايات الذرية:
١- خلط النفايات بالخرسانة المسلحة وحفظها في براميل من الصلب ثم تدفن في طبقة صخرية على
أعماق كبيرة في باطن الأرض .
إلقائها في المحيطات بعد تغليفها بمواد مقاومة للظروف التي تدفن فيها
أهمية النظائر المشعة في حياتنا
الحصول على النظائر المشعة المستخدمة في مجال الطب ،الزراعة ،الصناعة والبحث العلمي
أ- في مجال الطب:
نظير اليود المشع يستخدم في علاج الغدة الدرقية وتستخدم في تشخيص بعض الأمراض وعلاج البعض الآخر مثل السرطان
٣. في مجال الزراعة: في القضاء على الآفات وتحسين سلالات النبات
ج- في مجال الصناعة: في الكشف عن عيوب الصناعة
د – في الأبحاث العلمية :
مثل التأكد أن الماء هو مصدر الأكسجين الناتج من عملية البناء الضوئي وليس ثاني أكسيد الكربون
التفاعلات الإندماجية
هى تفاعلات يتم فيها دمج أنوية عناصر خفيفة لتكوين نواة عنصر جديد والنقص في الكتلة يتحول إلى طاقة هائلة
شروط التفاعل الإندماجي
1- الحصول على نظائر الهيدروجين 2- توفر طاقة حرارية عالية
علل يفضل نظائر الهيدروجين في تفاعل إندماجي ؟
لأنها متوفرة يمكن الحصول عليها من مياه البحار وأن شحنة نواة الهيدروجين صغيرة تحتوي على بروتون واحد وبالتالي تكون قوة التنافر بينها صغيرة فيسهل دمجها
علل التفاعل الإندماجي يسبقه تفاعل إنشطاري ؟
لأنه يوفر طاقة حرارية عالية تعمل على إزالة الإلكترونات من فوق أنوية الهيدروجين وتعريتها فتسهل عملية الإندماج النووي
علل يفضل التفاعل الإندماجي عن التفاعل الإنشطاري ؟
1-لأنه يعطي طاقة كبيرة جدا 2- لا ينتج عنه غبار ذري 3-نحصل منه على طاقة كهربية بطريقة مباشرة 4-وفرة نظائر الهيدروجين
قارن بين التفاعل الإنشطاري والتفاعل الإندماجي
التفاعل الإنشطاري التفاعل الإندماجي
يتم فيه شطر نواة عنصر ثقيل لتكوين أنوية أخف
يستخدم 23592U , 28994Pu
يحتاج قذيفة النيوترون
يتخلف عنه غبار ذري
أمكن استخدامه في السلم
نحصل منه على طاقة كهربية بطريقة غير مباشرة
يتم فيه دمج أنوة عناصر خفيفة لتكوين أنوية أثقل منها
يستخدم نظائر الهيدروجين
يحتاج إلى طاقة حرارية عالية
لا يتخلف عنه غبار ذري
مازالت التجارب تجري لإستئناسه
نحصل منه على طاقة كهربية مباشرة
أسباب تفوق القنبلة الهيدروجينية في التدمير: §
١- الطاقة الحرارية:الحرارة الناتجة عن الإنفجار أعلى بكثير من القنبلة الإنشطارية
٢- الضغط : ينشأ ضغط عالي في مركز الإنفجار يعقبه موجات تخلخل كما بالقنبلة الإنشطارية
٣- أشعة جاما : تنتج أشعة جاما من القنبلة الإنشطارية المستخدمة في التفجير
٤-المواد المشعة المتخلفة
علل تعتبر الشمس مفاعل اندماجي ضخم
لأنه يحدث فيها اندماج بين أنوية الهيدروجين ليتكون أنوية الهيليوم وتنطلق طاقة
تركيب القنبلة الإنشطارية:
١- قلب القنبلة :
عبارة عن اسطوانة يوضع بها المادة القابلة للإنشطار مثل اليورانيوم ٢٣٥ أو البلوتونيوم ٢٣٩
توضع المادة القابلة للإنشطار على شكل قطعتين صغيرتين بحيث يكون كتلة كل منهما أقل من الكتلة الحرجة و حجمهما أقل من الحجم الحرج لكن عند تجمع الكتلتين لحظة الإنفجار يكون كتلة كل منهما أكبر من الكتلة الحرجة و حجمهما أكبر من الحجم الحرج
٢- مصدر للنيوترونات: لإنتاج النيوترونات اللازمة لبدأ التفاعل مثل خليط من البريليوم والراديوم
يعمل الراديوم كمصدر لقذائف الفا التي تقذف البريليوم لإنتاج النيوترون
22688Ra 22286Rn + 42He
94Be + 42He 126C + 10n
يوجد مصدر النيوترونات بالجدار الداخلي للإسطوانة
علل يوضع راديوم و بريليوم في القنبلة الإنشطارية ؟
الراديوم يعمل كمصدر لقذائف ألفا التي تقذف البريليوم لإنتاج النيوترون
٣- مادة مهدئة وعاكسة : من الجرافيت لتهدئ من سرعة النيوترونات كما تمنع هروبها خارج وسط التفاعل
٤- مادة متفجرة (مادة ثلاثي نيترو طولوين )
( T.N.T ) تعمل على تجميع أجزاء المادة القابلة للإنشطار بطريقة آلية لحظة حدوث الإنفجار
كيفية عمل التفاعل الإنشطاري المتسلسل في القنبلة :
1-عند إلقاء القنبلة تعمل المادة المفجرة على تجميع قطع اليورانيوم
٢- تصبح كتلة اليورانيوم ٢٣٥ أكبر من الكتلة الحرجة وحجمه أكبر من الحجم الحرج
علل توضع مادة متفجرة في القنبلة الإنشطارية ؟
لأنها تعمل على تجميع قطع اليورانيوم وتصبح كتلة اليورانيوم ٢٣٥ أكبر من الكتلة الحرجة وحجمه أكبر من الحجم الحرج
٣- عند ذلك تنطلق النيوترونات من مصدرها وتهدئ بواسطة الجرافيت ثم تقذف اليورانيوم ويحدث التفاعل الإنشطاري المتسلسل
أسباب القدرة التدميرية للقنبلة الإنشطارية :
١- قوة الإنفجار:
حيث يتسسب الإنفجارفي إحداث ضغط مفاجي يصل الى ملايين الضغط الجوي مما يؤدي الى دفع كتلة الهواء المحيطة بمركز الإنفجار بسرعة رهيبة تدمر كل ما يعترضها ثم يعقب ذلك موجة من التخلخل تكون أشد خطرًا
٢- حرارة الإشعاع:
حيث تصل درجة الحرارة في مركز الإنفجار حوالي١٠ ملايين درجة مئوية
مما تؤدي الى صهر كل ما يعترض طريقها من كائنات حية أو منشآت
علاوة على التأثيرات البيولوجية( الحيوية) التي تصيب جسم الإنسان بأضرار بالغة
٣-الإشعاعات الذرية خاصة آشعة جاما):يقصد بها الإشعاعات الناتجة من الإنفجار مثل الفا وبيتا وجاما
آشعة جاما أشد خطرًا لقدرتها الكبيرة على النفاذ خلال الأجسام فتسبب وفاة الكائنات الحية
المحيطة بمركز الإنفجار
٤- النفايات الذرية( المواد المشعة المتخلفة عن الإنفجار):
وتسمى الغبار الذري والذي يحمله الهواء الجوي مكونًا السحب الذرية والتي تسير لمسافات بعيدة ثم تسقط على سطح الأرض فتسبب أضرار للإنسان والحيوان والنبات كالآتي:
١. تتلف أنسجة الجسم ٢. تغير التركيب الوراثي
٣. تشوه الأجنة ٤. تسبب السرطان
تركيب القنبلة الإندماجية
١- قلب القنبلة :
يتكون من قنبلة انشطارية لتوليد الطاقة الحرارية اللازمة لإحداث التفاعل الإندماجي
٢- نظائر الهيدروجين الثقيل :تحيط بالقنبلة الإنشطارية يفضل استخدام خليط من الديوتريوم 21H والتريتيوم 31H
يمكن الحصول على نظائر الهيدروجين من التحليل الكهربي لمياه البحار والمحيطات
كما بالمعادلة التالية: يمكن الحصول على التريتيوم من قذف نظير الليثيوم
63Li + 10n 42He + 31H
أسباب تفوق القنبلة الهيدروجينية في التدمير:
١- الطاقة الحرارية:الحرارة الناتجة عن الإنفجار أعلى بكثير من القنبلة الإنشطارية
٢- الضغط : ينشأ ضغط عالي في مركز الإنفجار يعقبه موجات تخلخل كما بالقنبلة الإنشطارية
٣- آشعة جاما : تنتج آشعة جاما من القنبلة الإنشطارية المستخدمة في التفجير
٤-المواد المشعة المتخلفة
علل القنبلة الهيدروجينية أشد فتكًا وتدميرًا
لأن القنبلة الهيدروجينية مكونة من قنبلتين أحدهما انشطارية والأخرى اندماجية
طرق الوقاية من الإشعاعات
١- البعد عن مصدر الإشعاع
٢- الإختباء في المخابئ الذرية وهي ذات حوائط خرسانية سميكة على أعماق بعيدة من سطح الأرض
الوحدة الرابعة:الكيمياء الحرارية
التفاعلات الطاردة للحرارة :-
هي تفاعلات يصاحبها انطلاق طاقة حرارية
التفاعلات الماصة للحرارة :-
هي تفاعلات يصاحبها امتصاص طاقة حرارية
الطاقة الكيميائية في المادة
تختزن الطاقة الكيميائية في المادة على هيئة
1- طلقة كيميائية في الذرة 1-طاقة كيميائية في الجزيء 3- طاقة كيميائية بين الجزيئات
أولا :- الطاقة الكيميائية في الذرة :-
عبارة عن طاقة الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة
ولكل إلكترون طاقتان هما
1-طاقة وضع الإلكترون :-
وهى طاقة إرتباط الإلكترون بالنواة نتيجة جذب النواة له
2-طاقة حركة الإلكترون :-
وهى الطاقة الناشئة عن حركة الإلكترون حول النواة
ومجموع طاقتي الوضع والحركة للإلكترون يسمى طاقة المستوى
طاقة المستوى ( الطاقة الكلية للإلكترون):-
هي مجموع طاقتي الوضع والحركة للإلكترون
الجزيء
عبارة عن ذرتين أو أكثر لعنصر واحد أو أكثر مرتبطة مع بعضها بروابط كيميائية
الطاقة الكيميائية في الجزيء
عبارة عن طاقة الروابط الكيميائية الأيونية أو التساهمية
الطاقة الكيميائية بين الجزيئات
هي عبارة عن قوة الجذب بين الجزيئات و التي تعرف بقوة جذب فاندرفال
وهي قوة كبيرة في المواد الصلبة وضعيفة في السوائل وشبه منعدمة في الغازات
الغازات سريعة الانتشار بسبب إن قوة الجذب بين الجزيئات منعدمة فتتحرك الجزيئات حركة في جميع الاتجاهات
المادة الصلبة محددة الشكل ................................علل
لأن قوة الجذب بين الجزيئات كبيرة حيث تتحرك الجزيئات حركة اهتزازية في نفس مكانها فلا يتغير شكلها ولا حجمها
السائل يتخذ شكل الإناء الذي يحتويه ...........................علل
لأن قوة الجذب بين الجزيئات ضعيفة مما يعطي حرية الحركة
العوامل التي توقف عليها قوة جذب فاندرفال
1- المسافة بين الجزيئات 2-كتلة الجزيئات
المحتوى الحراري H
هو مجموع الطاقات المختزنة في مول واحد من المادة ويرمز له بالرمز H
يختلف المحتوى الحراري من مادة لأخرى بسبب اختلاف
1-نوع الذرات وعددها 2- نوع الرابطة بين الذرات 3- حالة المادة ( صلبة أو سائلة أو غازية )
علل يختلف المحتوى الحراري من مادة لأخرى ؟
يصعب قياس المحتوى الحراري لمادة ولكن يمكن حساب التغير في المحتوى الحراري لها
التغير في المحتوى الحراري (∆H )
= المحتوى الحراري للنواتج – المحتوى الحراري للمتفاعلات
السعر
وحدة قياس كمية الحرارة وهو عبارة عن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء درجة واحدة مئوية من 15 إلى16
الكيلوسعر = 1000 سعر
الجول
عبارة عن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء 1/4.18 درجة مئوية
الكيلو جول = 1000 جول 1
السعر = 4.18 جول الجول = سعر
4.18
ملحوظة
لتحويل وحدة السعر إلى وحدة الجول تضرب في 4.18
وعند تحويل وحدة الجول إلى وحدة السعر نقسم على 4.18
علل يجب وزن المعادلات الكيميائية الحرارية
- لأن المادة لا تفنى ولا تستحدث من العدم طبقا لقانون بقاء المادة
2-تكتب الحالة الفيزيائية لكل مادة في المعادلة لأن المحتوى الحراري يتوقف على حالة المادة
علل يجب كتابة الحالة الفيزيائية لكل مادة في المعادلة الكيميائية الحرارية؟
- لأن المحتوى الحراري يتوقف على حالة المادة
التفاعلات الطاردة للحرارة
1- يصاحبها انطلاق طاقة حرارية
2- المحتوى الحراري للنواتج اقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات
3- التغير الحراري ∆H بإشارة سالبة
4- تعطي مركبات طاردة للحرارة ثابتة حراريا المحتوى الحراري لها بإشارة سالبة
5- مثالC(s) + O2(g) CO2(g) +383.7
ملحوظة
المحتوى الحراري لأي عنصر يفترض انه يساوي صفر لأنه صغير جدا يصعب قياسه
علل ∆H بإشارة سالبة في التفاعل الطارد للحرارة ؟
-لأن المحتوى الحراري للنواتج اقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات
علل CO2 مركب طارد للحرارة ؟
- لأن عند تكوينه من عناصره الكربون والأكسيجين تنطلق حرارة ويكون المحتوى الحراري له اقل من المحتوى الحراري للكربون والأكسيجين
عللCO2 مركب ثابت حراريا ؟
لأنه مركب طارد للحرارة المحتوى الحراري له اقل من المحتوى الحراري لعناصره
التفاعلات الماصة للحرارة
1- يصاحبها امتصاص طاقة حرارية
2-المحتوى الحراري للنواتج اكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات
3-التغير الحراري ∆H بإشارة موجبة
4-تعطي مركبات ماصة للحرارة غير ثابتة حراريا والمحتوى الحراري لها بإشارة موجبة
5-مثالH(g) + I2 (g) HI (g) - 51.9
علل ∆H بإشارة موجبة في التفاعل الماص للحرارة ؟
-لأن المحتوى الحراري للنواتج اكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات
علل يوديد الهيدروجينHI مركب ماص للحرارة ؟
- لأن عند تكوينه من عناصره اليود والهيدروجين تمتص حرارة ويكون المحتوى الحراري له اكبر من المحتوى الحراري اليود والهيدروجين
علل يوديد الهيدروجينHI مركب غير ثابت حراريا ؟
لأنه مركب ماص للحرارة المحتوى الحراري له اكبر من المحتوى الحراري لعناصره
مخطط طاقة
رسم بياني يعبر عن العلاقة بين المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة والمواد الناتجة والفرق بينهما في المحتوى الحراري
علل بعض التفاعلات ماصة للحرارة وبعضها طارد للحرارة ؟
إذا كان المحتوى الحراري للنواتج أكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات كان التفاعل ماص للحرارة ، وإذا كان المحتوى الحراري للنواتج اقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات كان التفاعل طارد للحرارة
علل يصاحب التفاعل الكيميائي تغير حراري ؟
لأن المحتوى الحراري للنواتج يختلف عن المحتوى الحراري للمتفاعلات
التفاعلات الطاردة للحرارة التفاعلات الماصة للحرارة
1-يصاحبها انطلاق طاقة حرارية
2-المحتوى الحراري للنواتج اقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات
3-التغير الحراري ∆H بإشارة سالبة
4-تعطي مركبات طاردة للحرارة ثابتة حراريا
C(s) + O2(g) CO2(g) +heat
1- يصاحبها امتصاص طاقة حرارية
2-المحتوى الحراري للنواتج اكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات
3-التغير الحراري ∆H بإشارة موجبة
4-تعطي مركبات ماصة للحرارة غير ثابتة
H (g) + I2 (g)+ Heat HI (g)
علل المركبات الطاردة للحرارة ثابتة حراريا ؟
لأن المحتوى الحراري لها اقل من المحتوى الحراري لعناصرها
علل المركبات الماصة للحرارة غير ثابتة حراريا ؟
لأن المحتوى الحراري لها اكبر من المحتوى الحراري لعناصرها
التفاعل الكيميائي
هو كسر الروابط الموجودة بين جزيئات المواد المتفاعلة وتكوين روابط جديدة في المواد الناتجة من التفاعل
يصاحب أي تفاعل كيميائي عمليتان هما
1-كسر روابط المواد المتفاعلة ( امتصاص طاقة )
2-تكوين روابط بين النواتج ( انطلاق طاقة )
علل قد يكون التفاعل طارد للحرارة وقد يكون ماص للحرارة ؟
*- إذا كانت الطاقة اللازمة لكسر الروابط أكبر من الطاقة المنطلقة عند تكوين الروابط كان التفاعل ماص للحرارة
*- إذا كانت الطاقة اللازمة لكسر الروابط أقل من الطاقة المنطلقة عند تكوين الروابط كان التفاعل طارد للحرارة
طاقة الرابطة
هي الطاقة اللازمة لكسر الروابط الكيميائية في مول واحد من المادة وهى مقياس لقوة الرابطة
علل الرابطة في جزيء الهيدروجين أقوى من الرابطة في جزيء الكلور ؟
لأن الطاقة اللازمة لكسر الرابطة في جزيء الهيدروجين أكبر من الطاقة اللازمة لكسر الرابطة في جزيء الكلور
علل كسر الرابطة تفاعل ماص للحرارة ( للطاقة ) ؟
لأنه يحتاج إلى طاقة للتغلب على قوة الترابط بين الذرات و إبعادها عن بعضها
مثال تكوين جزيء كلوريد الهيدروجين
1-يلزم طاقة لكسر الروابط في مول الهيدروجين وتحويلها إلى ذرات هيدروجين مفردة مقدارها = 435 كيلوجول
H2 H + H
2- يلزم طاقة لكسر الروابط في مول الكلور وتحويلها إلى ذرات كلور مفردة مقدارها = 240 كيلوجول
Cl2 Cl + Cl
فتكون الطاقة اللازمة لكسر الروابط =435 + 240 = +675 كيلوجول
3-عند ارتباط ذرات الهيدروجين مع ذرات الكلور تنطلق طاقة مقدارها =-850 كيلوجول
2H + 2 Cl 2 HCl
فيكون
التغير الحراري ∆H
= طاقة كسر الروابط بإشارة موجبة + طاقة تكوين الروابط بإشارة سالبة
= 675 + (-850 ) = -185 كيلوجول ( تفاعل طارد للحرارة )
-185
ويكون التغير الحراري لجزيء واحد من كلوريد الهيدروجين = = - 92.5 كيلوجول 2
صور التغير الحراري في المحتوى الحراري ( أنواع الحرارات )
أنواع التغيرات الحرارية
1-تغيرات تصاحب التغير الفيزيائي ( حرارة الذوبان - حرارة التخفيف )
1-تغيرات تصاحب التغير الكيميائي ( حرارة الترسيب – حرارة التكوين )
أولا :- التغيرات الحرارية التي تصاحب التغيرات الفيزيائية
حرارة الذوبان
مقدار التغير الحراري الناتج عن إذابة مول واحد من المذاب في كمية من المذيب
حرارة الذوبان المولارية
مقدار التغير الحراري الناتج عن إذابة مول واحد من المذاب لتكوين لتر من المحلول
الإماهة
عملية ارتباط أيونات المذاب بجزيئات الماء
مصدر حرارة الذوبان
1-طاقة تفكك الشبكة البللورية 2- طاقة تمية الأيونات ( طاقة الإماهة )
طاقة تفكك الشبكة البللورية
الطاقة التي تلزم لكسر الروابط الأيونية وهى طاقة ممتصة للتغلب على قوة الجذب بين هذه الأيونات وهى بإشارة موجبة
طاقة الإماهة
الطاقة المنطلقة عند ارتباط الأيونات بجزيئات الماء وهى بإشارة سالبة
حرارة الذوبان
هي المجموع الجبري لطاقة تفكك الشبكة البللورية وطاقة الإماهة
حرارة الذوبان =
طاقة تمية الأيونات ( بإشارة سالبة ) + طاقة تفكك الشبكة البللورية ( بإشارة موجبة )
أنواع الذوبان
1- ذوبان طارد للحرارة
فيه طاقة التمية أكبر من طاقة تفكك الشبكة البللورية مثل ذوبان هيدروكسيد الصوديوم وذوبان حمض الكبريتيك
2- ذوبان ماص للحرارة
فيه طاقة التمية أقل من طاقة تفكك الشبكة البللورية مثل ذوبان كلوريد الصوديوم وذوبان كلوريد الأمونيوم وذوبان نترات الأمونيوم
NH4OH(s) + water NH4+(aq) + OH-(aq)
ملحوظة
1- عند كتابة معادلات الذوبان يكتب لفظ ماء وليست H2O لأن H2O تعني مول واحد من الماء بينما تتم عملية الذوبان في عدد كبير من مولات الماء
علل عند كتابة معادلات الذوبان يكتب لفظ ماء وليست H2O
2-كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة =
كتلة المادة ( حجم المحلول بالسم3 × الحرارة النوعية × فرق الدرجات
3-الحرارة النوعية للمحلول المخفف = 4.18 جول/ جم . 0 م
علل ذوبان كبريتات النحاس البيضاء طارد للحرارة بينما ذوبان كبريتات النحاس الزرقاء ماص للحرارة ؟
-ذوبان كبريتات النحاس البيضاء CuSO4 طارد للحرارة لأنها ترتبط بعدد كبير من جزيئات الماء أثناء الإماهة فينطلق قدر كبير من الطاقة وتكون طاقة الإماهة أكبر من طاقة تفكك الشبكة البللورية
-ذوبان كبريتات النحاس الزرقاء CuSO4 .5 H2O ماص للحرارة لأنها مرتبطة أصلا بخمس جزيئات ماء فعند الذوبان ترتبط بعدد قليل أثناء الإماهة فتكون طاقة الإماهة اقل من طاقة تفكك الشبكة البللورية أي ذوبان ماص للحرارة
علل عند تعيين حرارة الذوبان يجب أن تكون عملية التقليب برفق ؟
أثناء تعيين حرارة الذوبان يجب أن تكون عملية التقليب برفق لأن التقليب السريع يرفع درجة الحرارة
مسائل على حرارة الذوبان
1-أذيب مول من حمض الكبريتيك في½ لتر ماء فارتفعت درجة الحرارة بمقدار 34 0 م احسب كمية الحرارة المنطلقة
الحل
كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة =
كتلة المادة ( حجم المحلول بالسم3 × الحرارة النوعية × فرق الدرجات
=500 × 4.18 × 34 = 71060 جول
= 71.06 كيلوجول
2-احسب حرارة الذوبان الناتجة عن إذابة 3.65 جرام من غاز كلوريد الهيدروجين في الماء علما بأن حرارة ذوبان مول واحد منه في الماء = 62.7 كيلوجول
( علما بأن Cl=35,5 - H = 1 )
الحل
المول من كلوريد الهيدروجين HCl = 35.5 + 1 = 36.5 جم
كل مول (36.5 جم ) ..................... 62.7 كيلوجول
3.65 جم .................... س
62.7 × 3.65
س = = 6.27 كيلوجول
36.5
حرارة التخفيف
هي مقدار التغير الحراري الناتج عن تخفيف محلول يحتوي على مول واحد من المذاب من محلول تركيز أعلى إلى تركيز أقل
مصدر حرارة التخفيف
1-طاقة الإبعاد وهى طاقة ممتصة لإبعاد الأيونات عن بعضها داخل المحلول
2-طاقة الإرتباط وهى طاقة منطلقة عند ارتباط الأيونات بعدد آخر من جزيئات الماء
حرارة التخفيف = طاقة الإرتباط بإشارة سالبة + طاقة الإبعاد بإشارة موجبة
علل في التخفيف اللانهائي لا يحدث تغير حراري ؟
في حالة التخفيف اللانهائي يكون التغير الحراري صفر لأن الأيونات تكون متباعدة تماما وتكون متشبعة بجزيئات الماء
ملحوظة
حرارة التخفيف = التغير الحراري للمحلول المخفف – التغير الحراري للمحلول المركز
مثال
عند إذابة مول من HCl في 10 مول ماء كان التغير الحراري -69.49 كيلوجول ، وعند إذابة مول من HCl في 200 مول ماء كان التغير الحراري -74.2 كيلوجول احسب حرارة تخفيف المحلول الأول على المحلول الثاني
الحل
حرارة التخفيف = التغير الحراري للمحلول المخفف – التغير الحراري للمحلول المركز
= -74.2 - (-69.49 ) = - 4.71 كيلوجول
التغيرات الحرارية المصاحبة للتغيرات الكيميائية
1- حرارة الترسيب
كمية الحرارة المنطلقة عند ترسيب مول واحد من المادة ترسيبا كاملا
NaCl(aq) + AgNO3(aq) NaNO3(aq) + AgCl(s) ∆H=35.6 kj
علل لا تختلف حرارة الترسيب سواء أضيف كلوريد البوتاسيوم أو كلوريد الصوديوم إلى محلول نترات الفضة ؟
لأنها حرارة منطلقة عند ترسيب مول واحد من كلوريد الفضة ترسيبا كاملا في الحالتين وحرارة الترسيب لي مادة مقدار ثابت
2-حرارة التكوين
هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تكوين مول واحد من المركب من عناصره الأولية بحيث تكون العناصر في حالتها القياسية
الحالة القياسية
هى أكثر حالات المادة إستقرارا في درجة حرارة 25 0 م وتحت ضغط 76 سم زئبق
مثال
C (g) + O2(g) CO2(g) ∆ H = -393,51 kj
أي أن حرارة تكوين غاز ثاني أكسيد الكربون = - 393.51 كيلوجول
علل يعتبر الجرافيت هو الحالة القياسية للكربون ؟
ج – لأن الكربون يكون في أكثر حالاته استقرارا وذلك عند درجة حرارة 25 0 م وتحت ضغط 76 سم زئبق
ما معنى أن حرارة تكوين غاز ثاني أكسيد الكربون = - 393.51 كيلوجول ؟
أي عند تكوين مول واحد من غاز ثاني أكسيد الكربون من عناصره الأولية الكربون والأكسيجين وهي في حالتها القياسية = - 393.51 كيلوجول
مثال أخر
H2(g) + F2(g) 2HF(g) ∆ H=-534,7 kj
- 534.7
حرارة تكوين مول واحد من فلوريد الهيدروجين HF = = = -267.35
2
كيلوجول
ملحوظة هامة
1- حرارة تكوين أي عنصر = صفر
2- التغير الحراري ∆ H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
3- كلما زادت الطاقة المنطلقة أثناء تكوين المركبات زادت درجة ثباتها
4- كلما زادت الطاقة الممتصة أثناء تكوين المركبات قلت درجة ثباتها
علل المركبات الطاردة للحرارة مركبات ثابتة حراريا بينما المركبات الماصة للحرارة مركبات ثابتة غير حراريا ؟
المركبات الطاردة للحرارة مركبات ثابتة حراريا لأن طاقتها أقل من طاقة مكوناتها
المركبات الماصة للحرارة مركبات ثابتة غير حراريا لأن طاقتها أكبر من طاقة مكوناتها
رتب المركبات التالية حسب ثباتها تجاه التحلل الحراري
HI , HBr , HCl , HF علما بأن حرارة تكوينها على الترتيب
-271 ، -92 ، - 36 ، 26
الحل HF > HCl > HBr > HI
علل يتدرج ثبات هاليدات الهيدروجين بالنقصان من فلوريد الهيدروجين إلى يوديد الهيدروجين ؟
ج-لأن حرارة التكوين تقل من فلوريد الهيدروجين إلى يوديد الهيدروجين
مسائل على حرارة التكوين
1- احسب حرارة تكوين غاز الميثان إذا علمت أن حرارة تكوين الماء وثاني أكسيد الكربون على الترتيب -285 ، - 393 كيلوجول /مول وأن معادلة احتراق الميثان هى
CH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O ∆H=-850 kj
ثم احسب حرارة تكوين 4 جرام ميثان علما بأن C =12 ، H =1
الحل
CH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O ∆H= - 850 kj
-285 × 2 -393 صفر × 2 س
-570 + - 393 س
-963 س
التغير الحراري∆H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
-850 = -963 - س
س حرارة تكوين الميثان = -963 + 850 = -113 كيلوجول
1 مول من الميثان CH4 = 12 + 4×1 = 16 جم
حرارة التكوين 16 جم ................. - 113 كيلوجول
حرارة تكوين 4 جم .................... س
4 × - 113
س= = - 28.25 كيلوجول
16
2- احسب ∆H لإنحلال كربونات الكالسيوم إلى اكسيد كالسيوم وثاني أكسيد الكربون إذا علمت أن حرارة تكوين كربونات الكالسيوم و اكسيد كالسيوم وثاني أكسيد الكربون على الترتيب
-1207.1 ، – 635.5 ، - 393.7 كيلوجول /مول
الحل
CaCO3 CaO + CO2
- 393.7 + – 635.5 -1207.1
- 1029.2 -1207.1
التغير الحراري∆H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
= - 1029.2 - ( - 1207.1 )
= +177.9 كيلوجول
3- إذا كانت حرارة تكوين كل من أكسيد الحديديك ( Ш ) وبخار الماء هى على الترتيب -799 ، -242 كيلوجول/مول فاحسب التغير الحراري ∆H للتفاعل الآتي
Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H2O
الحل
Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H2O
3×-242 + صفر × 2 صفر × 3 + -799
-627 -799
التغير الحراري∆H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
= -627 - ( -799 ) = + 73 كيلوجول
4- احسب التغير الحراري ∆H للتفاعل الآتي
2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2 Fe
علما بان حرارة تكوين أكسيد الحديديك وأكسيد الألمنيوم على الترتيب هي -882 ، -1669.8 كيلوجول / مول
الحل
2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2 Fe
صفر × 2 + -1669.8 -882 + صفر × 2
-1669.8 -882
التغير الحراري∆H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
= -1669.8 - ( -882 ) = -847.8 كيلوجول
علل يختزل الألمنيوم أكسيد الحديديك ولا يختزل الحديد أكسيد الألمنيوم ؟
ج – لأن التفاعل يسير تجاه تكوين المركب الأكثر ثباتا وأكسيد الألمنيوم أكثر ثباتا من أكسيد الحديديك
حرارة التفاعل
هي قيمة التغير الحراري نتيجة لحدوث تغير كيميائي من إحتراق أو ترسيب أو تكوين أو تعادل
قانون هس
تتوقف حرارة التفاعل على طبيعة المواد المتفاعلة والمواد الناتجة ولا تتوقف على الخطوات التي يتم فيها التفاعل
أهمية قانون هس
حساب التغير الحراري للتفاعلات التي لا يمكن قياسها بطريقة مباشرة وذلك بإستخدام تفاعلات أخرى يمكن قياس حرارة تفاعل كل منها ومعالجة المعادلات وكأنها معادلات جبرية
مثال تعيين حرارة تكوين أول أكسيد الكربون
1-نعين حرارة احتراق الكربون
C(s) + O2(g) CO2(g) ∆ H = -393,7 kj ( 1 )
2-نعين حرارة احتراق أول أكسيد الكربون
CO(g) + ½ O2(g) CO2(g) ∆ H = -283,3 kj ( 2 )
3- بطرح المعادلة ( 2 ) من المعادلة ( 2 ) ينتج
C + O2 - CO(g) - ½ O2 CO2 - CO2
110,4 kj ∆ H = -
C + ½ O2 CO ∆ H = -110,4 kj
أي أن حرارة تكوين أول أكسيد الكربون = 110.4 كيلوجول / مول
علل يصعب قياس حرارة تكوين أول أكسيد الكربون عمليا عند احتراق الكربون ؟
ج- أن عملية أكسدة الكربون لا تتوقف عند مرحلة تكوين أول أكسيد الكربون بل تستمر ويتكون ثاني أكسيد الكربون
الوحدة الخامسة :الوقود
هو مادة قابلة للإشتعال تتحد مع الأكسيجين فتتحول طاقتها الكيميائية المختزنة إلى طاقة حرارية من خلال تفاعل طارد للحرارة
أنواع الوقود 1 - نووي 2- عضوي
الوقود العضوي
مواد عضوي تتركب أساسا من كربون وهيدروجين قابلة للإشتعال
تعتبر الشمس مصدر جميع أنواع الوقود
الاحتراق
عملية أكسدة سريعة يصاحبها إنطلاق طاقة
عملية الفصل
فصل مكونات البترول عن بعضها لان لكل مكون وظيفة معينة وتتم عملية الفصل بواسطة عملية التقطير التجزيئي
عملية التقطير التجزيئي
عملية الغرض منها فصل عدة سوائل ممتزجة عن بعضها ومختلفة في درجة غليانها بحيث عند تسخينها يتطاير السائل الأقل في درجة الغليان أولا ثم يكثف ويليه الأعلى في درجة الغليان ثم الأعلى
التقطير البسيط ( العادي )
عملية تستخدم عندما يراد فصل مادة سائلة عن مادة صلبة ذائبة فيها مثل تقطير ماء البحر للحصول على الماء المقطر
التحويل
يقصد تحويل نواتج تقطير البترول الأقل استخداما إلى نواتج أكثر استخداما وأهمية اقتصادية عالية
التكسير
تحويل الجزيئات الكبيرة مثل الكيروسين والمازوت(C20 : C12 ) إلى جزيئات أصغر وأخف مثل جزيئات الجازولين ( C10 : C5 )
التكسير الحراري
حيث يتم تسخين الزيوت الثقيلة لدرجة حرارة مرتفعة حوالي 500 درجة وتحت ضغط يتراوح بين 250 : 750 رطل / البوصة المربعة
عيوبه
يحتوي الجازولين الناتج من التكسير الحراري على نسبة عالية من الهيدروكربونات غير المشبعة لذلك فهو عرضة للأكسدة و البلمرة وتكوين مواد صمغية عند التخزين وهي نواتج غير مرغوب فيها
التكسير الحفزي
تحويل الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر بإستخدام عوامل حفز مثل أكسيد الألومنيوم أو أكسيد السليكون أو أكسيد المنجنيز أو مسحوق الطفل عند 400 : 500 درجة وضغط مناسب
رقم الأوكتان
هو رقم يعبر عن صلاحية الوقود في آلات الإحتراق الداخلي وهو النسبة بين الأيزوأوكتان والهبتان العادي في خليط منهما
البلمرة
عملية تجميع عدد من جزيئات صغيرة لتكوين مركب كبير وتتم هذه العملية تحت ضغط وحرارة عالية وعامل حفاز وعملية البلمرة عكس عملية التكسير
يسمى الجزيء الصغير مونمر والجزيء الكبير بوليمر
المونمر
جزيء صغير به عدد قليل من ذرات الكربون وعند تجيع عدد كبير منه يكون بوليمر
البوليمر
جزيء كبير ناتج من تجمع عدد كبير من الجزيئات الصغيرة ( المونيمرات )
مثال يحضر الجازولين المتبلمر ببلمرة الألكينات ويستخدم حمض الكبريتيك أو الفوسفوريك لإحداث البلمرة
المعالجة أو التنقية
عملية الغرض منها التخلص من الشوائب الحمضية التي توجد في زيت البترولوالتي تحدث تآكل في الأجهزة كما تلوث الهواء
غاز البوتاجاز
عبارة عن خليط من البروبان والبيوتان
البيوجاز
غاز ميثان ناتج من التحلل البكتيري لروث الحيوانات والمخلفات البشرية والمخلفات الزراعية مثل القش والحطب
تلوث البيئة
هو اختلال الاتزان القائم بين مكونات النظام البيئي نتيجة تغيرات مستحدثة ينتج عنها الضرر للإنسان
الملوثات
هي الميكروبات أو المواد الصلبة أو السائلة أو الغازية أو الإشعاعات التي تلحق الأذى للإنسان
البنزوبيرين
هيدروكربونات غير محترقة تنتشر بين عمال الفحم و المدخنين وتسبب السرطان
إعادة الدورة
هى عملية تنقية المواد وإعادة استخدامها ولها بعدين
أسس اختيار الوقود
1-أن يكو ذو قيمة سعرية عالية
2-متعدد الأغراض 3-اقل سمية 4 -ملائم لأجهزة الإحتراق
5-يسهل نقله واستعماله
6- ذو عمر احتياطي كبير
الأدلة على صحة الفرض العضوي لنشأة زيت البترول
1- وجود منابع البترول بالقرب من شواطىء البحار أو تحت مياه البحر
2- وجود حفريات بحرية مختاطة بالبترول
3- تقطير بعض المواد الدهنية مثل زيت السمك تحت ضغط مرتفع يعطي سائلا يشبه زيت البترول
4- يدخل في تكوين البترول عنصري الكبريت والنيتروجين وهى مكونات أساسية لبروتينات الكائنات الحية
يفضل التكسير الحفزي عن التكسير الحراري للأسباب الآتية
1-لا يحتاج الضغوط العالية
2-نواتج التكسير تحتوي على كميات اقل من الأوليفينات ( الألكينات )
3-نواتج التكسير تحتوي على هيدروكربونات ذات سلاسل متفرعة علما بأن رقم الأوكتان يزداد بزيادة التفرع في الجزيء
علل رقم الأوكتان للأيزوأوكتان 100 ؟
لأنه يحترق بسلاسة دون إحداث أي دقات
علل رقم الأوكتان للهبتان العادي صفر ؟
لأن عند احتراقه يسبب دقا شديدا
ما معني جازولين 90 ؟
أي أنه جازولين يحدث عدد من الدقات في آلة الإحتراق تساوي عدد الدقات التي يحدثها خليط من الأيزوأوكتان والهبتان العادي بنسبة 90 :10
ما معني جازولين 80 ؟
أي أنه جازولين يحدث عدد من الدقات في آلة الإحتراق تساوي عدد الدقات التي يحدثها خليط من الأيزوأوكتان والهبتان العادي بنسبة 80 :10
علل يفضل الجازولين 90 عن الجازولين 80 ؟
لأن الجازولين 90 يحدث عدد من الدقات اقل من التي يحدثها الجازولين 80 في آله الإحتراق
تحسين رقم الأوكتان
إضافة مركب رابع إيثيل الرصاص Pb(C2H5)4 ولكن هذا المركب يلوث البيئة بآثار الرصاص الخطيرة
علل يفضل الجازولين الخالي من الرصاص عن الجازولين المضاف إليه رابع إيثيل الرصاص
لأن المضاف إليه رابع إيثيل الرصاص يلوث البيئة بمركبات الرصاص الخطيرة
علل يفضل الغاز الطبيعي عن الفحم والبترول كوقود ؟
1-سهل النقل 2- سهل الاستخدام 3-قيمة سعرية عالية 4- اقل تلوثا للبيئة
وضح بالمعادلات كيف تحصل على الكحول الميثيلي من الغاز الطبيعي ؟
CH4 + H2O CO +3 H2
CO + 2H2 CH3OH
علل يطلق على غاز البيوجاز بغاز المستنقعات ؟
لأنه ينتج من التحلل العضوي في غياب الأكسيجين ( تحلل لاهوائي ) ويلاحظ على هيئة حلقات من النيران فوق المستنقعات
علل لا تنتشر مولدات غاز الميثان رغم بساطة أساسها العلمي ؟
لأنها تحتاج إلى تكنولوجيا عالية لتجنب الارتفاع المفاجيء للحرارة وضغط الغاز الذي يؤدي إلى انفجار المولدات
مميزات قصب السكر كمصدر للطاقة
1- يعطي أعلى إنتاج بالنسبة للفدان الواحد
2- سهل النقل 3- عصيره السكري يمكن تخميره بسهولة
4-لا يستنفذ نيتروجين التربة
الحصول على الكحول الإيثيلي من سكر القصب ( التخمر الكحولي )
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 4C2H5OH +4H2O
كحول إيثيلي جلوكوز فراكتوز سكروز
مزايا الكحول الإيثيلي مقارنة بسكر القصب
1-الكحول الإيثيلي سهل النقل وتداول
2-وزن الكحول الناتج لا يتعدى نصف وزن السكر
3- الفقد في الطاقة لا يكون كبيرا نتيجة تحويله من سكروز إلى كحول
استخدامات الكحول الناتج من قصب السكر
1- يخلط مع
الصيغة الكيميائية ( الجز يئية ) : -
هى صيغة رمزية بسيطة توضح نوع و عدد الذرات التى يتركب منها جزىء واحد من المادة
المول:
هو الكتلة الجزيئية للمادة معبرا عنها بالجرامات و هى وحدة قياس كمية المادة فى النظام العالمى
ملحوظة هامة عدد المولات = كتلة المادة ÷ كتلة المول الواحد
كتلة المادة = عدد المولات × كتلة المول الواحد
الصيغة الاولية لأى مركب
هى صيغة تمثل أبسط نسبة تتواجد عليها العناصر فى هذا المركب
المعادلة الكيميائية
هى وصف بسيط موجز للتغيرات الحادثة فى التفاعل الكيميائى
العوامل الحفارة : ( المساعدة )
هي التي مواد تزيد من سرعة التفاعل و لكنها لا تشترك فيه
تفاعل التعادل : هو اتحاد H+ من الحمض مع OH من القلوى لتكوين مول ماء و تختفى خواص الحمض والقاعدة ( القلوي) بتفاعلها معا
الحساب الكيميائى
هو دراسة العلاقات التى تتضمنها معادلات التفاعل بحساب مقادير المواد الداخلة فى التفاعل و المواد الخارجة عنه
عدد أفوجادرو
هو عدد الذرات أو الجزئيات أو الايونات الموجودة فى مول واحد من المادة و يساوى 02 ‚6 × 2310
الكتلة المولارية : هى كتلة مول واحد من المادة مقدرا بالجرامات
علل تسمى الصيغة الأولية بهذا الإسم ؟
لأنها تمثل أبسط نسبة تتواجد عليها العناصر في المركبات الكيميائية
علل المعادلة الموزونة تعبر عن التفاعل بصورة وصفية وكمية ؟
-لأنها تعبر عن عدد ونوع الذرات الداخلة في التفاعل الكيميائي والناتجة منه والحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة والمواد الناتجة وشروط التفاعل
علل يسمى تفاعل الحمض والقاعدة بتفاعل تعادل ؟
لأن خواص الحمض والقاعدة تختفي بتفاعلهما معا
علل المعادلة الأيونية موزونة ؟
لأن الذرات و الشحنات متساوية في طرفيها
علل : المعادلة الموزونة أساس الحساب الكيميائي الصحيح ؟
1-لأنها تفيد في المجالات الصناعية المختلفة 2- تعطي نسب المتفاعلات والنواتج
علل : لا نستطيع التعامل بذرات أو جزيئات محدودة في عملية الحساب الكيميائي ؟
لصغرها وزنا و حجما
علل يعتبر المول وحدة مناسبة للإستخدام في الحسابات الكيميائية ؟
لأن كتلة المول من أي مادة يمكن التعرف عليها بمعلومية الكتلة الجزيئية أو الكتلة الذرية
أوجد الصيغة الأولية لمركب تحتوى عينة منه على 68 ‚ 4 جم من N و على 68 ‚ 10 جم من O
علما بأن ( N = 14 O = 16 )
الحل عدد المولات N = 68 ‚ 4 ÷ 14 = 334 ‚ مول
عدد مولات O = 68 ‚ 10÷16 = 667 ‚ مول
النسبة بين مولات N : O
334 ‚ : 667 ‚
1 : 2
الصيغة الأولية هى NO2 =
: إذا كانت الكتلة الجزيئية لمركب هيدروكربونى هى 70 و كانت الصيغة الأولية هى CH2 أوجد الصيغة الجزيئية لهذا المركب ( 1 = H 12 = C )
الحل
1- كتلة الصيغة الأولية CH2 = 2 × 1 + 12 = 14 جم
2- عدد وحدات الصيغة الأولية = 70 = 5
14
3- الصيغة الجزيئية لهذا المركب = 5 × CH2 = C5H10
: احسب كتلة 5 ‚0 مول من كربونات الصوديوم Na2CO3 علما بأن
(Na=23 , O =16 , C =12 )
الحل
كتلة مول واحد من كربونات الصوديوم Na2CO3 =2 × 23 + 12 + 3 ×16 = 106 جم
كتلة 5 ‚0 مول من كربونات الصوديوم = 5 ‚0 × 106 = 53 جم
: كم مول من الرصاص توجد في 8 ‚82 جراما منه ؟ وكم عدد ذرات الرصاص التي تحتويها هذه الكتلة من الرصاص ؟ علما بأن Pb = 207 ) )
الحل عدد المولات = كتلة المادة ÷ كتلة المول الواحد = 8 ‚82 ÷ 207 =4 ‚0 مول
1 مول 02‚ 6 × 10 23 ذرة
4‚ 0مول س ذرة
س = 4 ‚0 × 02‚ 6 × 10 23 = 408 ‚ 2×10 23 ذرة
احسب كتلة 6 × 10 23 ذرة من الكربون علما بأن (C = 12 )
الحل
عدد مولات الكربون = عدد الذرات ÷ عدد أفوجادرو
= 6×10 23 ÷02‚ 6 × 10 23 =1 ‚0 مول
كتلة الكربون = عدد المولات × كتلة المول الواحد
= 1 ‚0 × 12 = 2 ‚1 جرام
مثال احسب عدد جزيئات 128 جرام من SO2 علما بأن (S =32 , O = 16 )
الحل
الكتلة الجزيئية ﻟ SO2 = 2 × 16 + 32 = 64 و. ك . ذ
كتلة مول من SO2 = 64 جم
عدد المولات من SO2 = كتلة المادة ÷ كتلة المول = 128 ÷ 64 = 2 مول
1 مول 02‚ 6 × 10 23 جزيء
2 مول س جزيء
س ( عدد الجزيئات ) = 2 × 02‚ 6 × 10 23 = 04 ‚12 × 10 23 جزيء
احسب كتلة أكسيد الكالسيوم الناتج من التفكك الحراري ﻟ 200 جم من كربونات الكالسيوم طبقا للمعادلة الآتية
Ca CO3(S ) CaO(S) + CO2(g)
علما بأن (Ca =40 , C = 12 ,O = 16 )
الحل
كتلة مول من CaCO3 = 3×16 + 12 = 40 = 100 جم
كتلة مول من CaO = 16+ 40 = 56 جم
من التفاعل
1 مول من CaCO3 1 مول من CaO
100 جم من CaCO3 56 جم من CaO
200 جم من CaCO3 س جم من CaO
س (كتلة CaO ) = 200 × 56 ÷ 100 = 112 جم
الوحدة الثانية
المحلول الحقيقي : هو مخلوط متجانس التركيب و الخواص من مادتين أو أكثر غير متحدتين كيميائيا
المذيب : هو المادة التي توجد في المحلول بكمية أكبر ( مثل الماء )
المذاب : هو المادة التي توجد في المحلول بكمية أقل ( مثل السكر )
المعلق : هو مخلوط غير متجانس فإذا تركته لفترة قصيرة ترسبت دقائق المادة منها فى قاع الإناء نظرا لكبر حجم هذه الدقائق و التي يمكن فصلها بالترشيح
الغروي :
مخلوط غير متجانس يحتوى على دقائق قطر كل دقيقة منها يتراوح حجمها ما بين قطر دقيقة المحلول الحقيقي و قطر دقيقة المعلق أي أنه محلول وسط بين المحلول الحقيقي و المعلق و لا يمكن فصل هذه الدقائق بواسطة ورق الترشيح و إذا تركته فترة فإنها لا تترسب مثل الحليب و الدم
الأحماض :
هى المواد التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي أيونات الهيدروجين (بروتونات ) الموجبة
القواعد :
هى أكاسيد و هيدروكسيدات الفلزات تعطي عند تفككها (تأينها ) في الماء ايونات هيدروكسيل سالبة OH- و تتفاعل مع الأحماض وتعطي ملح وماء
أحماض معدنية (غير عضوية )
وهى أحماض يمكن الحصول عليها من المواد ذات أصل معدني مثل حمض الهيدروكلوريك HClوحمض النيتريك HNO3 وحمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك H3PO4 -
أحماض عضوية :-هى أحماض يمكن الحصول عليها من المواد ذات الأصل العضوي مثل حمض الأسيتيك(الخل)CH3COOH وحمض الطرطريك(في العنب) C4H6O6 وحمض السيتريك(في الموالح مثل الليمون) C6H8O7
أحماض قوية: :
هى أحماض تامة التأين في المحاليل المائية وتكون جيدة التوصيل للكهرباء مثل حمض HCl وحمض HNO3 وحمض H2SO4
أحماض ضعيفة :
هى أحماض ضعيفة التأين في المحاليل المائية وتكون ضعيفة التوصيل للكهرباء مثل حمض الأسيتيك CH3COOH وحمض اللاكتيك C3H6O3 (اللبن المتخثر)
أحماض أحادية القاعدية:
هى أحماض التي يستطيع فيها الجزيء أن يمنح أيون هيدروجين حر +H (بروتون واحد) في المحاليل المائية مثل حمض HCl , HNO3 , CH3COOH
أحماض ثنائية القاعدية :
هى أحماض التي يستطيع الجزيء منها أن يمنح أيونين هيدروجين 2H (2 بروتون) في المحاليل المائية مثل حمض الكبريتيك H2SO4 وحمض الأكساليك H2C2 O4
أحماض ثلاثية القاعدية :
هى أحماض التي يستطيع فيها الجزيء أن يمنح ثلاث أيونات هيدروجين 3H (3 بروتونات) في المحاليل المائية مثل حمض الفوسفوريك H3PO4 وحمض السيتريك C6H8O7
التعادل :
هو إتحاد أيونات هيدروجين الحمض (H+) مع أيونات الهيدروكسيل(OH-) القاعدة لتكوين ملح الحمض وماء ويصاحب هذه العملية طاقة منطلقة (تفاعل طارد للحرارة)
الدليل : مادة يمكن عن طريقها معرفة إن كان المحلول حامضا أو قلويا
ملحوظة
1-إذا كان الملح متكونا من أنيون حمض قوي و كاتيون قاعدة قوية مثل كلوريد الصوديوم كان محلول الملح متعادل
2- إذا كان الملح متكونا من أنيون حمض ضعيف و كاتيون قاعدة قوية مثل خلات الصوديوم CH3COONa كان محلول الملح قاعدي
3- إذا كان الملح متكونا من أنيون حمض قوي و كاتيون قاعدة ضعيفة مثل كلوريد الأمونيوم NH4Clكان محلول الملح حمضي
علل شذوذ بين خواص الماء ؟
بسبب وجود الروابط الهيدروجينية
علل درجة غليان الماء مرتفعة ( 100 مئوية ) ؟
بسبب وجود الروابط الهيدروجينية
علل : في الهواء الجوى يعتبر الأكسجين مذاب و النيتروجين مذيب ؟
لأن كمية الأكسيجين اقل من كمية النيتروجين
علل يعتبر السكر مذاب والماء مذيب ؟
لأن كمية السكر اقل من كمية الماء
علل : إذا ترك المعلق فترة ترسبت دقائق المادة ؟ *علل يمكن فصل دقائق المعلق بالترشيح ؟
لكبر حجم دقائق مكوناته
علل سهولة ذوبان المواد القطبية في المذيبات القطبية ؟
لأن جزيئات كل من المذيب والمذاب تتجاذب وينتج عن ذلك إنخفاض في طاقة الوضع
علل يذوب ملح الطعام في الماء ؟
لأنه يتفكك إلى أيونات كلوريد سالبة وأيونات صوديوم موجبة ويحدث تجاذب بينها وبين جزيئات الماء كما أن جزيئات الماء تعزل الأيونات عن بعضها وتمنع ارتباطها مرة أخرى
علل كلوريد الفضة شحيح الذوبان في الماء بينما كلوريد الصوديوم يذوب بسهولة في الماء ؟
لأن الثبات الناتج عن ذوبان الملح في الماء يفوق الثبات المفقود بفصل الآيونات عن بعضها كما في حالة كلوريد الصوديوم في حين أن هذا لا يتحقق في حالة كلوريد الفضة شحيح الذوبان في الماء
علل يذوب السكر في الماء بسهولة ؟
لأن جزيئات السكر تحتوي على مجموعات هيدروكسيل OH القطبية التي ترتبط مع جزيئات الماء بروابط هيدروجينية ينتج عنها إنخفاض في طاقة الوضع للمحلول مما يسهل عملية الذوبان
علل يصعب ذوبان الدهون في الماء
بسبب وجود روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء يصعب على جزيئات البنزين تفكيكها مما يؤدي إلى ارتفاع طاقة المحلول فلا يحدث ذوبان
علل محاليل الأحماض توصل التيار الكهربي ؟
لأنها تتفكك في الماء إلى أيونات
علل يتعكر ماء الجير عند إمرار غاز CO2 فيه لمدة قصيرة ويختفي التعكير لمدة طويلة ؟
يتعكر لتكون كربونات كالسيوم على صورة راسب
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
يختفي التعكير لمدة طويلة لتكون بيكربونات الكالسيوم الذائبة
(علل ) يفضل وضع قمع في نهاية أنبوبة التوصيل في جهاز تحضير غاز كلوريد الهيدروجين
حتى لا يندفع الماء إلى داخل جهاز التحضير
علل يستخدم حمض الهيدروكلوريك للتمييز بين أملاح الكبريتيت وأملاح النيتريت ؟
لأن حمض الهيدروكلوريك أكثر ثباتا من أحماض هذه الأملاح فيطردها من أملاحها على هيئة غازات
علل يفضل إذابة غاز ثالث أكسيد الكبريت في حمض كبريتيك مركز تركيزه (98 ٪ ) بدلا من الماء
لإنطلاق طاقة حرارية في الماء ( لأنه تفاعل طارد للحرارة )
علل استخدام محلول الصودا الكاوية في التمييز بين ملحي كبريتات النحاس وكبريتات الألومنيوم
لأنها تكون مع كبريتات النحاس راسب أزرق يسود بالتسخين ومع كبريتات الألومنيوم راسب ابيض جيلاتيني
علل علل استخدام محلول الصودا الكاوية في الكشف عن الشق القاعدي لبعض الأملاح ؟
لأنها تكون مع الشقوق القاعدية رواسب ملونة يمكن منها التعرف على اسم الشق القاعدي
علل يعطى المريض كبريتات البار يوم قبل تعرض معدته لأشعة إكس ؟
لأنها لا تذوب في الماء
المقارنة بين المحلول الحقيقى و الغروى و المعلق
الخاصية المحلول الحقيقي المعلق الغروي
حجم الدقائق صغيرة جدا كبيرا نسبيا متوسط
القابلية للترسيب لا يترسب يترسب لا يترسب
فصل الدقائق بالترشيح لا يمكن يمكن لا يمكن
التجانس متجانس غير متجانس غير متجانس
رؤية الدقائق بالعين لا يمكن يمكن لا يمكن إ لا بالمجهر
الصفات المشتركة للأحماض
1- تحمر ورقة عباد الشمس الزرقاء
2- لها طعم لاذع مثل عصير الليمون( يجب عدم تذوق الأحماض لأن بعضها سام أولها تأثير ضار على صحتك)
3- تذوب في الماء وتوصل التيار الكهربي بدرجات متفاوتة لأنها تتفكك في الماء إلى أيونات
4- تتفاعل مع الفلزات النشطة مثل الماغنسيوم أو الخارصين (الفلزات المتقدمة في متسلسلة النشاط الكيميائي ) ويتصاعد غاز الهيدروجين
5- تتفاعل مع القلويات وينتج ملح وماء ( تفاعل التعادل )
تفاعل الأحماض مع الفلزات النشطة :- ينتج ملح وغاز الهيدروجين
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
Mg + H2SO4 MgSO4 + H2
تفاعل الأحماض مع أكاسيد أو هيدروكسيدات الفلزات :-تعطي ملح وماء
CuO + 2HCl CuCl2 + H2O
NaOH + HNO3 NaNO3 + H2O
تفاعل الأحماض مع كربونات أو بيكربونات الفلزات :-ينتج ملح وماء ويتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون
Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2 NaHCO3 + HNO3 Na NO3 + H2O + CO2
وللكشف عن غاز CO2 يمرر على ماء الجير الرائق يتعكر لتكون كربونات كالسيوم على صورة راسب
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
يختفي التعكير لمدة طويلة لتكون بيكربونات الكالسيوم الذائبة
تقسيم القواعد
1- أكاسيد أو هيدروكسيدات فلزية تذوب في الماء مكونة قلويات
مثال Na2O + H2O 2NaOH
هيدروكسيد صوديوم أكسيد صوديوم
مثال 2 K2O + H2O 2KOH
هيدروكسيد بوتاسيوم أكسيد بوتاسيوم
أكاسيد أو هيدروكسيدات فلزية لا تذوب في الماء ولكنها تذوب في الأحماض
أ مثلة : FeO + 2HCl FeCl2 + H2O
كلوريد الحديدП أكسيد الحديدП
CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O
كبريتات نحاس П أكسيد نحاس П
مواد تتفاعل مع الأحماض وينتج ملح وماء وثاني أكسيد الكربون
أمثلة : Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2
كلوريد صوديوم كربونات صوديوم
NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2
بيكربونات صوديوم
مواد ليست أكسيدا أو هيدروكسيدا (تعتبر أنهيدريد قاعدة ) تذوب في الماء وتكون قلوي
مثال NH3 + H2O NH4OH
هيدروكسيد أمونيوم نشادر( أمونيا )
الخواص العامة للقلويات
1- تذوب في الماء وينتج أيون الهيدروكسيل السالب (OH- )
2- تغير لون ورقة عباد الشمس الحمراء إلى اللون الأزرق
3- لها ملمس ناعم صابوني وتأثيرها كاو على الجلد
4- محاليلها المائية توصل التيار الكهربي
5- تتفاعل مع الأحماض وتعطي ملح وماء
الوحدة الثالثة :- الطاقة النووية
النظائر
صور مختلفة لعنصر الواحد متفقة في العدد الذري والخواص الكيميائية ومختلفة في العدد الكتلي والخواص الفيزيائية
لاحظ أن النظائر متشابهة في
1-العدد الذري 1- عدد البروتونات 3- عدد الإلكترونات 4- التكافؤ 5- الخواص الكيميائية
ولكنها مختلفة في 1- العدد الكتلي 2- عدد النيوترونات 3- الخواص الفيزيائية
علل نظائر العنصر الواحد لها نفس الخواص الكيميائية
لأنها متفقة في العدد الذري والتكافؤ الذي يحدد الخواص الكيميائية
النظائر المستقرة ( الغير مشعة )
هى عناصر أنويتها لا تتفتت بمرور الوقت وفيها نسبة N/P صغيرة لا تزيد عن 1: 1.5 وأعدادها الذرية صغيرة
النظائر الغير مشعة
هى عناصر أنويتها تتفتت بمرور الوقت وتخرج منها إشعاعات مثل ألفا وبيتا و جاما وفيها نسبة N/P كبيرة تزيد عن 1: 1.5 وأعدادها الذرية كبيرة
• - اختلاف النظائر في العدد الكتلي يرجع إلى إختلافها في عدد النيوترونات
علل ذرات الهيليوم و الليثيوم مستقرة
لأن أنويتها لا تتفتت بمرور الوقت وفيها نسبة N/P صغيرة لا تزيد عن 1: 1.5 وأعدادها الذرية صغيرة
علل ذرات اليورانيوم و الثوريوم مشعة ؟
عناصر أنويتها تتفتت بمرور الوقت وتخرج منها إشعاعات مثل ألفا وبيتا و جاما وفيها نسبة N/P كبيرة تزيد عن 1: 1.5 وأعدادها الذرية كبيرة
علل النواة مخزن للكتلة ؟
لاحتوائها على البروتونات والنيوترونات ولإهمال كتلة الإلكترونات لأنها صغيرة جاد فتهمل
علل النواة مخزن للطاقة ؟
لوجود ثلاثة قوى هى
1- قوة تنافر بين البروتونات وبعضها
2- قوة تجاذب بين البروتونات والنيوترونات
3- قوة تجاذب بين النيوترونات وبعضها
علل حدوث تجاذب بين البروتونات والنيوترونات ؟
بسبب تبادل الميزونات
الميزون
جسيم صغير جدا داخل النواة مشحون بشحنة موجبة أو سالبة
ما المقصود بتبادل الميزونات
البروتون يقضي جزءا من حياته على صورة بروتون والجزء الآخر على صورة نيوترون و ميزون موجب ثم يتحد الميزون الموجب مع نيوترون آخر ويتحول إلى بروتون
بالمثل النيوترون يقضي جزءا من حياته على صورة نيوترون والجزء الآخر على صورة بروتون و ميزون سالب ثم يتحد الميزون السالب مع بروتون أخر ويتحول إلى نيوترون
علل تماسك مكونات النواة ؟
لأن قوة التجاذب أكبر من قوة التنافر
طاقة الترابط النووي
هى الطاقة اللازمة لربط مكونات النواة والناتجة عن النقص في كتل مكونات النواة
علل الكتلة الفعلية للذرة أقل من كتل مكوناتها ؟
لأن جزء من كتل مكونات الذرة يتحول إلى طاقة ترابط نووي تربط مكونات النواة
نظرية الكم لبلانك
المادة والطاقة صورتان لشيء واحد ويمكن تحويل المادة إلى طاقة والعكس
علي مصطفى مشرفة
أوضح أن المادة والطاقة والإشعاع ما هى إلا صور متعددة لشيء واحد
ثابت بلانك
هو مقدار الشغل الذي يمكن الحصول علية ندما تتحول كتلة مقدارها 1 جم إلى طاقة
الإلكترون فولت
هو مقدار الشغل المبذول لنقل شحنة إلكترون بين نقطتين فرق الجهد بينهما 1 فولت
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 2.15 × 10 13 سعر
الطاقة الناتجة = الكتلة بوحدة الكتل الذرية × 931 مليون إلكترون فولت
وحدة الكتل الذرية = 1.66 × 10 -24 جرام
لتحويل وحدة الكتل الذرية إلى الجرام نضرب في 1.66 × 10 -24 جرام
لتحويل الجرام إلى وحدة الكتل الذرية نقسم على 1.66 × 10 -24 جرام
مثال
احسب الطاقة الناتجة عن تحول كتلة مقدارها 5 جرام ( مقدرة بالجول – بالسعر– ب م. أ . ف
الحل
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
= 5 ×9 × 10 13 = 45 × 9 × 10 13 جول
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
= 5 × 2.15 × 10 13 = 57.10 ×10 13 سعر
الطاقة الناتجة = الكتلة بوحدة الكتل الذرية × 931 مليون إلكترون فولت
5
= × 931 = 28 × 10 26 م . أ . ف
1.66 × 10 -24
احسب الطاقة الناتجة من تحول كتلة مقدارها 5 وحدة كتل ذرية إلى طاقة بالجول – بالسعر – م . أ . ف
الحل
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
= 5 × 1.66 × 10 -24 × 9 × 10 13 = جول
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
= 5 × 1.66 × 10 -24 × 2.15 × 10 13 = سعر
الطاقة الناتجة = الكتلة بوحدة الكتل الذرية × 931 مليون إلكترون فولت
=5 × 931 = 4655 م . أ . ف
احسب الطاقة الناتجة مقدرة بالجول من تحول 60 % من مادة إلى طاقة إذا كان كتلة المادة 12 جم
الحل
الطاقة الناتجة = الكتلة بالجرام × 9 × 10 13 جول
12 × 60 × 9 × 10 13
= = 68.4 × 10 13 جول
100
احسب طاقة الترابط النووي لنواة ذرة الهليوم 42 Heعلما بأن الكتلة الفعلية لذرة الهليوم 4.002604 و . ك . ذ وكتلة البروتون 1.0073 و . ك . ذ وكتلة النيوترون 1.0087 و . ك . ذ ثم احسب طاقة الترابط للجسيم الواحد داخل النواة
الحل
عدد البروتونات = 2 عدد النيوترونات = 2
كتلة مكونات النواة = كتلة البروتونات + كتلة النيوترونات
كتلة مكونات النواة = 2× 1.0073 + 2 × 1.0087 = 4.032 و. ك . ذ
النقص في الكتلة = كتلة مكونات النواة – الكتلة الفعلية
=4.032 - 4.002604 = 0.029396 و. ك . ذ
طاقة الترابط النووي= النقص في الكتلة × 931
= 0.029396 × 931 = 27.3677 م . أ . ف
طاقة الترابط النووي 27.3677
طاقة الترابط لكل جسيم = = = 6.8419م.أ.ف
العدد الكتلي 4
احسب الكتلة الفعلية لذرة الصوديوم (2311Na ) إذا علمت أن
كتلة البروتون 1.0073 و . ك . ذ وكتلة النيوترون 1.0087 و . ك . ذ وطاقة الترابط النووي لنواة ذرة الصوديوم = 181.55 م. أ . ف
الحل
عدد البروتونات = 11 عدد النيوترونات = 23- 11 = 12
كتلة مكونات النواة = 11× 1.0073 + 12 × 1.0087 =23.1847
طاقة الترابط النووي 181.55
النقص في الكتلة = = = 0.195 و.ك.ذ
931 931
النقص في الكتلة = كتلة مكونات النواة - كتلة فعلية
0.195 = 23.1847 - كتلة فعلية
الكتلة الفعلية = 23.1847 - 0.195 = 22.9897 و . ك . ذ
إذا كان الوزن الذري لنظير النيتروجين 147N هو 14.007 و.ك.ذ
الوزن الذري لنظير النيتروجين 157N هو 15.0049 و.ك.ذ فأي النظيرين أكثر إستقرارا ولماذا ؟ علما بأن كتلة البروتون 1.0073 و . ك . ذ وكتلة النيوترون 1.0087 و . ك . ذ
الحل
أولا بالنسبة للنظير147N
عدد البروتونات = 7 ، عدد النيوترونات = 14- 7 = 7
كتلة مكونات النواة =7× 1.0073+ 7 × 1.0087 = 14.112و. ك . ذ
النقص في الكتلة = كتلة مكونات النواة – الكتلة الفعلية
=14.112 - 14.007= 0.105 و. ك . ذ
طاقة الترابط النووي= النقص في الكتلة × 931
= 0.105 × 931 = 97.755م . أ . ف
طاقة الترابط النووي 97.755
طاقة الترابط لكل جسيم = = = 6.9825م.أ.ف
العدد الكتلي 14
ثانيا بالنسبة للنظير157N
عدد البروتونات = 7 ، عدد النيوترونات = 15- 7 = 8
كتلة مكونات النواة =
7× 1.0073+ 8 × 1.0087 = 15.1207و. ك . ذ
النقص في الكتلة = كتلة مكونات النواة – الكتلة الفعلية
=15.1207 - 15.0049= 8 0.115 و. ك . ذ
طاقة الترابط النووي= النقص في الكتلة × 931
=8 0.115 × 931 = 107.81 م . أ . ف
طاقة الترابط النووي 107.81
طاقة الترابط لكل جسيم = = = 7.19 م.أ.ف
العدد الكتلي 15
النظير 157N أكثر استقرارا من النظير 147Nلأن طاقة الترابط النووي للجسيم الواحد في النظير157N أكبر منها في النظير 157N وكلما زادت طاقة الترابط النووي للجسيم الواحد دل على استقرار العنصر
ملحوظة
كلما زادت طاقة الترابط النووي للجسيم الواحد زادت درجة ثباته
احسب كتلة مكونات ذرة الكربون 12 إذ ا علمت أن طاقة الترابط النووي لذرة الكربون = 89.376 م . أ . ف
الحل
طاقة الترابط النووي 89.376
النقص في الكتلة = = = 0.096 و.ك.ذ
931 931
كتلة مكونات = الكتلة الفعلية + النقص في الكتلة
= 12 + 0.096 = 12.096 م . ك . ذ
النشاط ا لإشعاعي الطبيعي
تفتت تلقائي لأنوية العناصر المشعة ينتج إشعاعات غير مرئية هى ألفا وبيتا و جاما ويتحول إلى عنصر مستقر
مقارنة بين ألفا وبيتا و جاما
وجه المقارنة ألفا ά بيتا β جاما γ
1- الطبيعة
2- الكتلة
3- الشحنة
4- السرعة
5- قدرتها على النفاذ
6- التأين
7-المجال الكهربي والمغناطيسي
8-الألواح الفوتوغرافية دقائق مادية
= كتلة نواة 42He
+2
1/10 سرعة الضوء
ضعيفة
قدرة كبيرة
تتأثر
تؤثر دقائق مادية
= كتلة الإلكترون
شحنة سالبة
9/10 سرعة الضوء
100 مرة قدر ألفا
متوسطة
تتأثر
تؤثر
موجات كهرومغناطيسية
ليس لها كتلة أو شحنة
= سرعة الضوء
1000مرة قدر ألفا
ضعيفة
لا تتأثر
تؤثر
اثر خروج ألفا
1-ينقص العدد الكتلي بمقدار( 4 ) 2- ينقص العدد الكتلي بمقدار( 2 )
3- يتحول العنصر إلى عنصر جديد
23892U 23490Th + 42He
أثر خروج بيتا
1- لا يتأثر العدد الكتلي 2- يزداد العدد الذري بمقدار( 1 )
3- يتحول العنصر إلى عنصر جديد
23490Th 23491Pa + 0-1e
146C 147N + 0-1e
أثر خروج جاما :- لا تؤثر على العدد الكتلي أو العدد الذري
علل خروج جسيم ألفا ينقص العدد الكتلي بمقدار 4 والعدد الذري بمقدار 2 ؟
لأن كتلة ألفا تعادل كتلة نواة ذرة الهليوم
علل عند خروج جسيم ألفا يتحول العنصر إلى عنصر جديد ؟أو علل عند خروج جسيم ألفا لا يتحول العنصر إلى نظيره ؟
لأنها تغير العدد الذري
علل عند خروج جسيم بيتا يزداد العدد الذري بمقدار ( 1 ) ؟
لتحول نيوترن إلى بروتون
علل عند خروج جسيم بيتا يتحول العنصر إلى عنصر جديد ؟أو علل عند خروج جسيم بيتا لا يتحول العنصر إلى نظيره ؟
لأنها تغير العدد الذري
س / ما الفرق بين خروج إلكترون أثناء التفاعل النووي وخروج إلكترون إثناء التفاعل الكيميائي
أثناء التفاعل النووي يخرج الإلكترون من داخل النواة نتيجة تحول نيوترون إلى بروتون ويزداد العدد الذري بمقدار واحد ويتحول العنصر إلى عنصر جديد
بينما عند خروج إلكترون أثناء التفاعل الكيميائي فإنه يخرج من مستوى الطاقة الأخير ويتحول العنصر إلى ايون موجب لنفس العنصر
ملحوظة
إذا فقد العنصر دقيقة ألفا ثم دقيقتين بيتا فإنه يتحول إلى نظيره لأن ألفا تنقص العدد الذري بمقدار 2 وخروج 2 بيتا يزيد العدد الذري بمقدار 2 وبالتالي لا يتأثر العدد الذري
فترة عمر النصف
هى الفترة الزمنية التي يفقد فيها العنصر نصف كتلته ونصف إشعاعاته
الزمن الكلي
فترة عمر النصف =
عدد الفترات
احسب فترة عمر النصف لعنصر مشع X كانت كتلته 32 جم وبعد مرور 100 يوم أصبحت 1 جم
الحل
الفترات: 1 2 3 4 5
32 جم ---------16 ---------8 ----------4 ----------2 -----------1 جم
الزمن الكلي 100
فترة عمر النصف = = = 20 يوم
عدد الفترات 5
عند فترت زمنية منتظمة تم قياس كتلة عنصر مشع وكانت النتائج كالآتي
الزمن بالدقائق صفر 25 50 75 100
الكتلة بالجرام 2 1.5 1 0.7 0.5
1-ارسم علاقة بيانية بين التغير في كتلة العنصر والزمن
2-ما فترة عمر النصف لهذا العنصر
3-ما الكتلة المتبقية بعد مرور زمن 150 دقيقة
الحل الكتلة
1- أنظر الرسم البياني 2
2- فترة عمر النصف = 50 1
3- الكتلة المتبقية = 0.25 جم 0.5
الزمن
100 75 50 25 صفر
مسائل:
1-عنصر مشع وضع أمام عداد جيجر لمدة ٦٠ يوم فانخفض معدل الإشعاع من ١٠٠٠ وحدة/يوم إلى ١٢٥ وحدة/يوم احسب فترة عمر النصف له.
2- عنصر اليورانيوم 23892U فقد 5 جسيمات ألفا وجسيمين بيتا فما العدد الذري والعدد الكتلي للعنصر الناتج
3- احسب كتلة العنصر المشع التي تبقى منها ٣,١٢٥ جم بعد مرور يومين علمًا بأن فترة عمر النصف لهذا العنصر ١٢ ساعة.
النشاط الإشعاعي الصناعي
هى تفاعلات نووية يمكن إجراءها صناعيا وينطلق منها طاقة هائلة
أنواع القذائف
1- مشحونة مثل 42He , 11H , 21H
2- غير مشحونة ( متعادلة ) مثل النيوترون ( 10n )
علل النيوترون أفضل القذائف ؟
لأن كتلته مناسبة ولا يتأثر بقوة تجاذب أو تنافر مع مكونات الذرة
علل لا يستخدم الإلكترون كقذيفة ؟
لأن كتلته صغيرة جدا لا تؤثر على النواة و يتأثر بقوة تنافر أو تجاذب مع مكونات النواة
وضح بالمعادلات النووية كيف تحصل على كل من
1- البورون من الكربون
146C + 21H 105B + 42He
2-نظير الأكسيجين من النيتروجين
147N + 42He 178O + 11H
3-نظير الصوديوم من الألمنيوم
2713Al + 10n 2411Na + 42He
4- الهليوم من الليثيوم
73Li + 11H 2 42He + energy
5- نظير اليود من اليود
12753I + 10n 12853I + γ
وضح بالمعادلات تفاعل نووي إندماجي
21H + 21H 32He + energy
وضح بالمعادلات تفاعل نووي انشطاري
23592U + 10n 14056Ba + 9336Kr + 3 10n + energy
قارن بين التفاعلات الكيميائية والتفاعلات النووية
التفاعلات الكيميائية التفاعلات النووية
تتم عن طريق الإلكترونات الخارجية
تتم تحت ظروف عادية من الحرارة
لا يتحول العنصر إلى عنصر أخر
قد تنطلق طاقة صغيرة
نظائر العنصر تعطي نفس النواتج تتم بين أنوية العناصر والقذائف
تتم تحت ظروف خاصة من الحرارة
يتحول العنصر إلى عنصر أخر
يتحول العنصر إلى عنصر أخر
نظائر العنصر تعطي نواتج مختلفة
التفاعل الإنشطاري
هى تفاعلات يتم فيها قذف نواة عنصر مشع بقذيفة نووية فينشطر إلى نواتين أو أكثر لعناصر أخف وينتج نيوترونات وطاقة هائلة
مثال
23592U + 10n 14056Ba + 9336Kr + 3 10n + energy
التفاعل المتسلسل
هو سلسلة من التفاعلات الإنشطارية تتم في فترة زمنية قصيرة وينشأ عنها طاقة هائلة
شروط التفاعل المتسلسل
1- كتلة حرجة 2- حجم حرج 3- مادة قابلة للإنشطار
الكتلة الحرجة
هى كتلة المادة القابلة للإنشطار والتي يبدأ عندها التفاعل المتسلسل
الحجم الحرج
هو حجم المادة القابلة للإنشطار والتي يبدأ عنده التفاعل المتسلسل
علل لا يحدث تفاعل متسلسل إذا كانت كتلة المادة القابلة للإنشطار أقل من الكتلة الحرجة
لأن النيوترونات تهرب للوسط الخارجي
علل لا يستخدم اليورانيوم 23892U في إحداث تفاعل متسلسل ؟
لأنه يمتص القذيفة ولا ينشطر
23892U + 20n 23992U + γ
أنواع التفاعل المتسلسل
1- يمكن التحكم فيه ( مثل المفاعل النووي )
2- لا يمكن التحكم فيه ( مثل القنبلة الإنشطارية )
الأساس العلمي للمفاعل النووي الإنشطاري :- إحداث تفاعل متسلسل يمكن التحكم فيه
ما وظيفة كل من
1- قلب المفاعل :- يصنع من الجرافيت لتهدئة سرعة النيوترونات
2- عاكس من الجرافيت لعكس النيوترونات ومنع خروجها من قلب المفاعل
3- قضبان التحكم :- تصنع من الكادميوم أو البورون لأنها تمتص النيوترونات وتتحكم في سرعة التفاعل النووي
4- الدرع الواقي من الخرسانة المسلحة :- منع نفاذ إشعاعات الذرية خارج المفاعل حتى لا يحدث تلوث إشعاعي
علل وجود أجهزة رقابية عند مخارج المفاعل
لقياس كمية الإشعاع المتسربة حتى لو زادت عن الحد المسموح به يجب إيقاف المفاعل فورا
علل تبنى المفاعلات بالقرب من البحار ؟
لإستخدام مياه البحار في تبريد قلب المفاعل
علل خطورة بناء المفاعلات بالقرب من مياه البحار ؟
لأن المياه المستخدمة في تبريد جسم المفاعل تؤدي إلى تلوث حراري وتنقص نسبة الأكسيجين مما يعرض الكائنات البحرية للهلاك
أنواع المفاعلات الإنشطارية
1- مفاعلات قوى :- للحصول على طاقة كهربية
2- مفاعلات أبحاث للحصول على نظائر مشعة
فوائد المفاعلات النووية
1- إنتاج طاقة كهربية 2- إزالة ملوحة البحار 3- الحصول على البلوتونيوم من اليورانيوم
23892U + 20n 23992U + γ
23992U 28993Np + 0-1e
23993Np 23994Pu + 0-1e
النفايات الذرية
هي المخلفات الذرية الناتجة من التفاعلات النووية داخل المفاعلات وأنواعها -:
أ- مخلفات منخفضة أو متوسطة الإشعاع : تنتج من تشغيل المفاعل وأعمال الصيانة
ب- مخلفات عالية الإشعاع :
١- الوقود النووي المحترق داخل المفاعل
٢- الآلات والأجهزة الملوثة بالإشعاع
٣- الماء المستخدم في عمليات التبريد
طرق التخلص من النفايات الذرية:
١- خلط النفايات بالخرسانة المسلحة وحفظها في براميل من الصلب ثم تدفن في طبقة صخرية على
أعماق كبيرة في باطن الأرض .
إلقائها في المحيطات بعد تغليفها بمواد مقاومة للظروف التي تدفن فيها
أهمية النظائر المشعة في حياتنا
الحصول على النظائر المشعة المستخدمة في مجال الطب ،الزراعة ،الصناعة والبحث العلمي
أ- في مجال الطب:
نظير اليود المشع يستخدم في علاج الغدة الدرقية وتستخدم في تشخيص بعض الأمراض وعلاج البعض الآخر مثل السرطان
٣. في مجال الزراعة: في القضاء على الآفات وتحسين سلالات النبات
ج- في مجال الصناعة: في الكشف عن عيوب الصناعة
د – في الأبحاث العلمية :
مثل التأكد أن الماء هو مصدر الأكسجين الناتج من عملية البناء الضوئي وليس ثاني أكسيد الكربون
التفاعلات الإندماجية
هى تفاعلات يتم فيها دمج أنوية عناصر خفيفة لتكوين نواة عنصر جديد والنقص في الكتلة يتحول إلى طاقة هائلة
شروط التفاعل الإندماجي
1- الحصول على نظائر الهيدروجين 2- توفر طاقة حرارية عالية
علل يفضل نظائر الهيدروجين في تفاعل إندماجي ؟
لأنها متوفرة يمكن الحصول عليها من مياه البحار وأن شحنة نواة الهيدروجين صغيرة تحتوي على بروتون واحد وبالتالي تكون قوة التنافر بينها صغيرة فيسهل دمجها
علل التفاعل الإندماجي يسبقه تفاعل إنشطاري ؟
لأنه يوفر طاقة حرارية عالية تعمل على إزالة الإلكترونات من فوق أنوية الهيدروجين وتعريتها فتسهل عملية الإندماج النووي
علل يفضل التفاعل الإندماجي عن التفاعل الإنشطاري ؟
1-لأنه يعطي طاقة كبيرة جدا 2- لا ينتج عنه غبار ذري 3-نحصل منه على طاقة كهربية بطريقة مباشرة 4-وفرة نظائر الهيدروجين
قارن بين التفاعل الإنشطاري والتفاعل الإندماجي
التفاعل الإنشطاري التفاعل الإندماجي
يتم فيه شطر نواة عنصر ثقيل لتكوين أنوية أخف
يستخدم 23592U , 28994Pu
يحتاج قذيفة النيوترون
يتخلف عنه غبار ذري
أمكن استخدامه في السلم
نحصل منه على طاقة كهربية بطريقة غير مباشرة
يتم فيه دمج أنوة عناصر خفيفة لتكوين أنوية أثقل منها
يستخدم نظائر الهيدروجين
يحتاج إلى طاقة حرارية عالية
لا يتخلف عنه غبار ذري
مازالت التجارب تجري لإستئناسه
نحصل منه على طاقة كهربية مباشرة
أسباب تفوق القنبلة الهيدروجينية في التدمير: §
١- الطاقة الحرارية:الحرارة الناتجة عن الإنفجار أعلى بكثير من القنبلة الإنشطارية
٢- الضغط : ينشأ ضغط عالي في مركز الإنفجار يعقبه موجات تخلخل كما بالقنبلة الإنشطارية
٣- أشعة جاما : تنتج أشعة جاما من القنبلة الإنشطارية المستخدمة في التفجير
٤-المواد المشعة المتخلفة
علل تعتبر الشمس مفاعل اندماجي ضخم
لأنه يحدث فيها اندماج بين أنوية الهيدروجين ليتكون أنوية الهيليوم وتنطلق طاقة
تركيب القنبلة الإنشطارية:
١- قلب القنبلة :
عبارة عن اسطوانة يوضع بها المادة القابلة للإنشطار مثل اليورانيوم ٢٣٥ أو البلوتونيوم ٢٣٩
توضع المادة القابلة للإنشطار على شكل قطعتين صغيرتين بحيث يكون كتلة كل منهما أقل من الكتلة الحرجة و حجمهما أقل من الحجم الحرج لكن عند تجمع الكتلتين لحظة الإنفجار يكون كتلة كل منهما أكبر من الكتلة الحرجة و حجمهما أكبر من الحجم الحرج
٢- مصدر للنيوترونات: لإنتاج النيوترونات اللازمة لبدأ التفاعل مثل خليط من البريليوم والراديوم
يعمل الراديوم كمصدر لقذائف الفا التي تقذف البريليوم لإنتاج النيوترون
22688Ra 22286Rn + 42He
94Be + 42He 126C + 10n
يوجد مصدر النيوترونات بالجدار الداخلي للإسطوانة
علل يوضع راديوم و بريليوم في القنبلة الإنشطارية ؟
الراديوم يعمل كمصدر لقذائف ألفا التي تقذف البريليوم لإنتاج النيوترون
٣- مادة مهدئة وعاكسة : من الجرافيت لتهدئ من سرعة النيوترونات كما تمنع هروبها خارج وسط التفاعل
٤- مادة متفجرة (مادة ثلاثي نيترو طولوين )
( T.N.T ) تعمل على تجميع أجزاء المادة القابلة للإنشطار بطريقة آلية لحظة حدوث الإنفجار
كيفية عمل التفاعل الإنشطاري المتسلسل في القنبلة :
1-عند إلقاء القنبلة تعمل المادة المفجرة على تجميع قطع اليورانيوم
٢- تصبح كتلة اليورانيوم ٢٣٥ أكبر من الكتلة الحرجة وحجمه أكبر من الحجم الحرج
علل توضع مادة متفجرة في القنبلة الإنشطارية ؟
لأنها تعمل على تجميع قطع اليورانيوم وتصبح كتلة اليورانيوم ٢٣٥ أكبر من الكتلة الحرجة وحجمه أكبر من الحجم الحرج
٣- عند ذلك تنطلق النيوترونات من مصدرها وتهدئ بواسطة الجرافيت ثم تقذف اليورانيوم ويحدث التفاعل الإنشطاري المتسلسل
أسباب القدرة التدميرية للقنبلة الإنشطارية :
١- قوة الإنفجار:
حيث يتسسب الإنفجارفي إحداث ضغط مفاجي يصل الى ملايين الضغط الجوي مما يؤدي الى دفع كتلة الهواء المحيطة بمركز الإنفجار بسرعة رهيبة تدمر كل ما يعترضها ثم يعقب ذلك موجة من التخلخل تكون أشد خطرًا
٢- حرارة الإشعاع:
حيث تصل درجة الحرارة في مركز الإنفجار حوالي١٠ ملايين درجة مئوية
مما تؤدي الى صهر كل ما يعترض طريقها من كائنات حية أو منشآت
علاوة على التأثيرات البيولوجية( الحيوية) التي تصيب جسم الإنسان بأضرار بالغة
٣-الإشعاعات الذرية خاصة آشعة جاما):يقصد بها الإشعاعات الناتجة من الإنفجار مثل الفا وبيتا وجاما
آشعة جاما أشد خطرًا لقدرتها الكبيرة على النفاذ خلال الأجسام فتسبب وفاة الكائنات الحية
المحيطة بمركز الإنفجار
٤- النفايات الذرية( المواد المشعة المتخلفة عن الإنفجار):
وتسمى الغبار الذري والذي يحمله الهواء الجوي مكونًا السحب الذرية والتي تسير لمسافات بعيدة ثم تسقط على سطح الأرض فتسبب أضرار للإنسان والحيوان والنبات كالآتي:
١. تتلف أنسجة الجسم ٢. تغير التركيب الوراثي
٣. تشوه الأجنة ٤. تسبب السرطان
تركيب القنبلة الإندماجية
١- قلب القنبلة :
يتكون من قنبلة انشطارية لتوليد الطاقة الحرارية اللازمة لإحداث التفاعل الإندماجي
٢- نظائر الهيدروجين الثقيل :تحيط بالقنبلة الإنشطارية يفضل استخدام خليط من الديوتريوم 21H والتريتيوم 31H
يمكن الحصول على نظائر الهيدروجين من التحليل الكهربي لمياه البحار والمحيطات
كما بالمعادلة التالية: يمكن الحصول على التريتيوم من قذف نظير الليثيوم
63Li + 10n 42He + 31H
أسباب تفوق القنبلة الهيدروجينية في التدمير:
١- الطاقة الحرارية:الحرارة الناتجة عن الإنفجار أعلى بكثير من القنبلة الإنشطارية
٢- الضغط : ينشأ ضغط عالي في مركز الإنفجار يعقبه موجات تخلخل كما بالقنبلة الإنشطارية
٣- آشعة جاما : تنتج آشعة جاما من القنبلة الإنشطارية المستخدمة في التفجير
٤-المواد المشعة المتخلفة
علل القنبلة الهيدروجينية أشد فتكًا وتدميرًا
لأن القنبلة الهيدروجينية مكونة من قنبلتين أحدهما انشطارية والأخرى اندماجية
طرق الوقاية من الإشعاعات
١- البعد عن مصدر الإشعاع
٢- الإختباء في المخابئ الذرية وهي ذات حوائط خرسانية سميكة على أعماق بعيدة من سطح الأرض
الوحدة الرابعة:الكيمياء الحرارية
التفاعلات الطاردة للحرارة :-
هي تفاعلات يصاحبها انطلاق طاقة حرارية
التفاعلات الماصة للحرارة :-
هي تفاعلات يصاحبها امتصاص طاقة حرارية
الطاقة الكيميائية في المادة
تختزن الطاقة الكيميائية في المادة على هيئة
1- طلقة كيميائية في الذرة 1-طاقة كيميائية في الجزيء 3- طاقة كيميائية بين الجزيئات
أولا :- الطاقة الكيميائية في الذرة :-
عبارة عن طاقة الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة
ولكل إلكترون طاقتان هما
1-طاقة وضع الإلكترون :-
وهى طاقة إرتباط الإلكترون بالنواة نتيجة جذب النواة له
2-طاقة حركة الإلكترون :-
وهى الطاقة الناشئة عن حركة الإلكترون حول النواة
ومجموع طاقتي الوضع والحركة للإلكترون يسمى طاقة المستوى
طاقة المستوى ( الطاقة الكلية للإلكترون):-
هي مجموع طاقتي الوضع والحركة للإلكترون
الجزيء
عبارة عن ذرتين أو أكثر لعنصر واحد أو أكثر مرتبطة مع بعضها بروابط كيميائية
الطاقة الكيميائية في الجزيء
عبارة عن طاقة الروابط الكيميائية الأيونية أو التساهمية
الطاقة الكيميائية بين الجزيئات
هي عبارة عن قوة الجذب بين الجزيئات و التي تعرف بقوة جذب فاندرفال
وهي قوة كبيرة في المواد الصلبة وضعيفة في السوائل وشبه منعدمة في الغازات
الغازات سريعة الانتشار بسبب إن قوة الجذب بين الجزيئات منعدمة فتتحرك الجزيئات حركة في جميع الاتجاهات
المادة الصلبة محددة الشكل ................................علل
لأن قوة الجذب بين الجزيئات كبيرة حيث تتحرك الجزيئات حركة اهتزازية في نفس مكانها فلا يتغير شكلها ولا حجمها
السائل يتخذ شكل الإناء الذي يحتويه ...........................علل
لأن قوة الجذب بين الجزيئات ضعيفة مما يعطي حرية الحركة
العوامل التي توقف عليها قوة جذب فاندرفال
1- المسافة بين الجزيئات 2-كتلة الجزيئات
المحتوى الحراري H
هو مجموع الطاقات المختزنة في مول واحد من المادة ويرمز له بالرمز H
يختلف المحتوى الحراري من مادة لأخرى بسبب اختلاف
1-نوع الذرات وعددها 2- نوع الرابطة بين الذرات 3- حالة المادة ( صلبة أو سائلة أو غازية )
علل يختلف المحتوى الحراري من مادة لأخرى ؟
يصعب قياس المحتوى الحراري لمادة ولكن يمكن حساب التغير في المحتوى الحراري لها
التغير في المحتوى الحراري (∆H )
= المحتوى الحراري للنواتج – المحتوى الحراري للمتفاعلات
السعر
وحدة قياس كمية الحرارة وهو عبارة عن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء درجة واحدة مئوية من 15 إلى16
الكيلوسعر = 1000 سعر
الجول
عبارة عن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء 1/4.18 درجة مئوية
الكيلو جول = 1000 جول 1
السعر = 4.18 جول الجول = سعر
4.18
ملحوظة
لتحويل وحدة السعر إلى وحدة الجول تضرب في 4.18
وعند تحويل وحدة الجول إلى وحدة السعر نقسم على 4.18
علل يجب وزن المعادلات الكيميائية الحرارية
- لأن المادة لا تفنى ولا تستحدث من العدم طبقا لقانون بقاء المادة
2-تكتب الحالة الفيزيائية لكل مادة في المعادلة لأن المحتوى الحراري يتوقف على حالة المادة
علل يجب كتابة الحالة الفيزيائية لكل مادة في المعادلة الكيميائية الحرارية؟
- لأن المحتوى الحراري يتوقف على حالة المادة
التفاعلات الطاردة للحرارة
1- يصاحبها انطلاق طاقة حرارية
2- المحتوى الحراري للنواتج اقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات
3- التغير الحراري ∆H بإشارة سالبة
4- تعطي مركبات طاردة للحرارة ثابتة حراريا المحتوى الحراري لها بإشارة سالبة
5- مثالC(s) + O2(g) CO2(g) +383.7
ملحوظة
المحتوى الحراري لأي عنصر يفترض انه يساوي صفر لأنه صغير جدا يصعب قياسه
علل ∆H بإشارة سالبة في التفاعل الطارد للحرارة ؟
-لأن المحتوى الحراري للنواتج اقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات
علل CO2 مركب طارد للحرارة ؟
- لأن عند تكوينه من عناصره الكربون والأكسيجين تنطلق حرارة ويكون المحتوى الحراري له اقل من المحتوى الحراري للكربون والأكسيجين
عللCO2 مركب ثابت حراريا ؟
لأنه مركب طارد للحرارة المحتوى الحراري له اقل من المحتوى الحراري لعناصره
التفاعلات الماصة للحرارة
1- يصاحبها امتصاص طاقة حرارية
2-المحتوى الحراري للنواتج اكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات
3-التغير الحراري ∆H بإشارة موجبة
4-تعطي مركبات ماصة للحرارة غير ثابتة حراريا والمحتوى الحراري لها بإشارة موجبة
5-مثالH(g) + I2 (g) HI (g) - 51.9
علل ∆H بإشارة موجبة في التفاعل الماص للحرارة ؟
-لأن المحتوى الحراري للنواتج اكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات
علل يوديد الهيدروجينHI مركب ماص للحرارة ؟
- لأن عند تكوينه من عناصره اليود والهيدروجين تمتص حرارة ويكون المحتوى الحراري له اكبر من المحتوى الحراري اليود والهيدروجين
علل يوديد الهيدروجينHI مركب غير ثابت حراريا ؟
لأنه مركب ماص للحرارة المحتوى الحراري له اكبر من المحتوى الحراري لعناصره
مخطط طاقة
رسم بياني يعبر عن العلاقة بين المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة والمواد الناتجة والفرق بينهما في المحتوى الحراري
علل بعض التفاعلات ماصة للحرارة وبعضها طارد للحرارة ؟
إذا كان المحتوى الحراري للنواتج أكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات كان التفاعل ماص للحرارة ، وإذا كان المحتوى الحراري للنواتج اقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات كان التفاعل طارد للحرارة
علل يصاحب التفاعل الكيميائي تغير حراري ؟
لأن المحتوى الحراري للنواتج يختلف عن المحتوى الحراري للمتفاعلات
التفاعلات الطاردة للحرارة التفاعلات الماصة للحرارة
1-يصاحبها انطلاق طاقة حرارية
2-المحتوى الحراري للنواتج اقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات
3-التغير الحراري ∆H بإشارة سالبة
4-تعطي مركبات طاردة للحرارة ثابتة حراريا
C(s) + O2(g) CO2(g) +heat
1- يصاحبها امتصاص طاقة حرارية
2-المحتوى الحراري للنواتج اكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات
3-التغير الحراري ∆H بإشارة موجبة
4-تعطي مركبات ماصة للحرارة غير ثابتة
H (g) + I2 (g)+ Heat HI (g)
علل المركبات الطاردة للحرارة ثابتة حراريا ؟
لأن المحتوى الحراري لها اقل من المحتوى الحراري لعناصرها
علل المركبات الماصة للحرارة غير ثابتة حراريا ؟
لأن المحتوى الحراري لها اكبر من المحتوى الحراري لعناصرها
التفاعل الكيميائي
هو كسر الروابط الموجودة بين جزيئات المواد المتفاعلة وتكوين روابط جديدة في المواد الناتجة من التفاعل
يصاحب أي تفاعل كيميائي عمليتان هما
1-كسر روابط المواد المتفاعلة ( امتصاص طاقة )
2-تكوين روابط بين النواتج ( انطلاق طاقة )
علل قد يكون التفاعل طارد للحرارة وقد يكون ماص للحرارة ؟
*- إذا كانت الطاقة اللازمة لكسر الروابط أكبر من الطاقة المنطلقة عند تكوين الروابط كان التفاعل ماص للحرارة
*- إذا كانت الطاقة اللازمة لكسر الروابط أقل من الطاقة المنطلقة عند تكوين الروابط كان التفاعل طارد للحرارة
طاقة الرابطة
هي الطاقة اللازمة لكسر الروابط الكيميائية في مول واحد من المادة وهى مقياس لقوة الرابطة
علل الرابطة في جزيء الهيدروجين أقوى من الرابطة في جزيء الكلور ؟
لأن الطاقة اللازمة لكسر الرابطة في جزيء الهيدروجين أكبر من الطاقة اللازمة لكسر الرابطة في جزيء الكلور
علل كسر الرابطة تفاعل ماص للحرارة ( للطاقة ) ؟
لأنه يحتاج إلى طاقة للتغلب على قوة الترابط بين الذرات و إبعادها عن بعضها
مثال تكوين جزيء كلوريد الهيدروجين
1-يلزم طاقة لكسر الروابط في مول الهيدروجين وتحويلها إلى ذرات هيدروجين مفردة مقدارها = 435 كيلوجول
H2 H + H
2- يلزم طاقة لكسر الروابط في مول الكلور وتحويلها إلى ذرات كلور مفردة مقدارها = 240 كيلوجول
Cl2 Cl + Cl
فتكون الطاقة اللازمة لكسر الروابط =435 + 240 = +675 كيلوجول
3-عند ارتباط ذرات الهيدروجين مع ذرات الكلور تنطلق طاقة مقدارها =-850 كيلوجول
2H + 2 Cl 2 HCl
فيكون
التغير الحراري ∆H
= طاقة كسر الروابط بإشارة موجبة + طاقة تكوين الروابط بإشارة سالبة
= 675 + (-850 ) = -185 كيلوجول ( تفاعل طارد للحرارة )
-185
ويكون التغير الحراري لجزيء واحد من كلوريد الهيدروجين = = - 92.5 كيلوجول 2
صور التغير الحراري في المحتوى الحراري ( أنواع الحرارات )
أنواع التغيرات الحرارية
1-تغيرات تصاحب التغير الفيزيائي ( حرارة الذوبان - حرارة التخفيف )
1-تغيرات تصاحب التغير الكيميائي ( حرارة الترسيب – حرارة التكوين )
أولا :- التغيرات الحرارية التي تصاحب التغيرات الفيزيائية
حرارة الذوبان
مقدار التغير الحراري الناتج عن إذابة مول واحد من المذاب في كمية من المذيب
حرارة الذوبان المولارية
مقدار التغير الحراري الناتج عن إذابة مول واحد من المذاب لتكوين لتر من المحلول
الإماهة
عملية ارتباط أيونات المذاب بجزيئات الماء
مصدر حرارة الذوبان
1-طاقة تفكك الشبكة البللورية 2- طاقة تمية الأيونات ( طاقة الإماهة )
طاقة تفكك الشبكة البللورية
الطاقة التي تلزم لكسر الروابط الأيونية وهى طاقة ممتصة للتغلب على قوة الجذب بين هذه الأيونات وهى بإشارة موجبة
طاقة الإماهة
الطاقة المنطلقة عند ارتباط الأيونات بجزيئات الماء وهى بإشارة سالبة
حرارة الذوبان
هي المجموع الجبري لطاقة تفكك الشبكة البللورية وطاقة الإماهة
حرارة الذوبان =
طاقة تمية الأيونات ( بإشارة سالبة ) + طاقة تفكك الشبكة البللورية ( بإشارة موجبة )
أنواع الذوبان
1- ذوبان طارد للحرارة
فيه طاقة التمية أكبر من طاقة تفكك الشبكة البللورية مثل ذوبان هيدروكسيد الصوديوم وذوبان حمض الكبريتيك
2- ذوبان ماص للحرارة
فيه طاقة التمية أقل من طاقة تفكك الشبكة البللورية مثل ذوبان كلوريد الصوديوم وذوبان كلوريد الأمونيوم وذوبان نترات الأمونيوم
NH4OH(s) + water NH4+(aq) + OH-(aq)
ملحوظة
1- عند كتابة معادلات الذوبان يكتب لفظ ماء وليست H2O لأن H2O تعني مول واحد من الماء بينما تتم عملية الذوبان في عدد كبير من مولات الماء
علل عند كتابة معادلات الذوبان يكتب لفظ ماء وليست H2O
2-كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة =
كتلة المادة ( حجم المحلول بالسم3 × الحرارة النوعية × فرق الدرجات
3-الحرارة النوعية للمحلول المخفف = 4.18 جول/ جم . 0 م
علل ذوبان كبريتات النحاس البيضاء طارد للحرارة بينما ذوبان كبريتات النحاس الزرقاء ماص للحرارة ؟
-ذوبان كبريتات النحاس البيضاء CuSO4 طارد للحرارة لأنها ترتبط بعدد كبير من جزيئات الماء أثناء الإماهة فينطلق قدر كبير من الطاقة وتكون طاقة الإماهة أكبر من طاقة تفكك الشبكة البللورية
-ذوبان كبريتات النحاس الزرقاء CuSO4 .5 H2O ماص للحرارة لأنها مرتبطة أصلا بخمس جزيئات ماء فعند الذوبان ترتبط بعدد قليل أثناء الإماهة فتكون طاقة الإماهة اقل من طاقة تفكك الشبكة البللورية أي ذوبان ماص للحرارة
علل عند تعيين حرارة الذوبان يجب أن تكون عملية التقليب برفق ؟
أثناء تعيين حرارة الذوبان يجب أن تكون عملية التقليب برفق لأن التقليب السريع يرفع درجة الحرارة
مسائل على حرارة الذوبان
1-أذيب مول من حمض الكبريتيك في½ لتر ماء فارتفعت درجة الحرارة بمقدار 34 0 م احسب كمية الحرارة المنطلقة
الحل
كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة =
كتلة المادة ( حجم المحلول بالسم3 × الحرارة النوعية × فرق الدرجات
=500 × 4.18 × 34 = 71060 جول
= 71.06 كيلوجول
2-احسب حرارة الذوبان الناتجة عن إذابة 3.65 جرام من غاز كلوريد الهيدروجين في الماء علما بأن حرارة ذوبان مول واحد منه في الماء = 62.7 كيلوجول
( علما بأن Cl=35,5 - H = 1 )
الحل
المول من كلوريد الهيدروجين HCl = 35.5 + 1 = 36.5 جم
كل مول (36.5 جم ) ..................... 62.7 كيلوجول
3.65 جم .................... س
62.7 × 3.65
س = = 6.27 كيلوجول
36.5
حرارة التخفيف
هي مقدار التغير الحراري الناتج عن تخفيف محلول يحتوي على مول واحد من المذاب من محلول تركيز أعلى إلى تركيز أقل
مصدر حرارة التخفيف
1-طاقة الإبعاد وهى طاقة ممتصة لإبعاد الأيونات عن بعضها داخل المحلول
2-طاقة الإرتباط وهى طاقة منطلقة عند ارتباط الأيونات بعدد آخر من جزيئات الماء
حرارة التخفيف = طاقة الإرتباط بإشارة سالبة + طاقة الإبعاد بإشارة موجبة
علل في التخفيف اللانهائي لا يحدث تغير حراري ؟
في حالة التخفيف اللانهائي يكون التغير الحراري صفر لأن الأيونات تكون متباعدة تماما وتكون متشبعة بجزيئات الماء
ملحوظة
حرارة التخفيف = التغير الحراري للمحلول المخفف – التغير الحراري للمحلول المركز
مثال
عند إذابة مول من HCl في 10 مول ماء كان التغير الحراري -69.49 كيلوجول ، وعند إذابة مول من HCl في 200 مول ماء كان التغير الحراري -74.2 كيلوجول احسب حرارة تخفيف المحلول الأول على المحلول الثاني
الحل
حرارة التخفيف = التغير الحراري للمحلول المخفف – التغير الحراري للمحلول المركز
= -74.2 - (-69.49 ) = - 4.71 كيلوجول
التغيرات الحرارية المصاحبة للتغيرات الكيميائية
1- حرارة الترسيب
كمية الحرارة المنطلقة عند ترسيب مول واحد من المادة ترسيبا كاملا
NaCl(aq) + AgNO3(aq) NaNO3(aq) + AgCl(s) ∆H=35.6 kj
علل لا تختلف حرارة الترسيب سواء أضيف كلوريد البوتاسيوم أو كلوريد الصوديوم إلى محلول نترات الفضة ؟
لأنها حرارة منطلقة عند ترسيب مول واحد من كلوريد الفضة ترسيبا كاملا في الحالتين وحرارة الترسيب لي مادة مقدار ثابت
2-حرارة التكوين
هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تكوين مول واحد من المركب من عناصره الأولية بحيث تكون العناصر في حالتها القياسية
الحالة القياسية
هى أكثر حالات المادة إستقرارا في درجة حرارة 25 0 م وتحت ضغط 76 سم زئبق
مثال
C (g) + O2(g) CO2(g) ∆ H = -393,51 kj
أي أن حرارة تكوين غاز ثاني أكسيد الكربون = - 393.51 كيلوجول
علل يعتبر الجرافيت هو الحالة القياسية للكربون ؟
ج – لأن الكربون يكون في أكثر حالاته استقرارا وذلك عند درجة حرارة 25 0 م وتحت ضغط 76 سم زئبق
ما معنى أن حرارة تكوين غاز ثاني أكسيد الكربون = - 393.51 كيلوجول ؟
أي عند تكوين مول واحد من غاز ثاني أكسيد الكربون من عناصره الأولية الكربون والأكسيجين وهي في حالتها القياسية = - 393.51 كيلوجول
مثال أخر
H2(g) + F2(g) 2HF(g) ∆ H=-534,7 kj
- 534.7
حرارة تكوين مول واحد من فلوريد الهيدروجين HF = = = -267.35
2
كيلوجول
ملحوظة هامة
1- حرارة تكوين أي عنصر = صفر
2- التغير الحراري ∆ H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
3- كلما زادت الطاقة المنطلقة أثناء تكوين المركبات زادت درجة ثباتها
4- كلما زادت الطاقة الممتصة أثناء تكوين المركبات قلت درجة ثباتها
علل المركبات الطاردة للحرارة مركبات ثابتة حراريا بينما المركبات الماصة للحرارة مركبات ثابتة غير حراريا ؟
المركبات الطاردة للحرارة مركبات ثابتة حراريا لأن طاقتها أقل من طاقة مكوناتها
المركبات الماصة للحرارة مركبات ثابتة غير حراريا لأن طاقتها أكبر من طاقة مكوناتها
رتب المركبات التالية حسب ثباتها تجاه التحلل الحراري
HI , HBr , HCl , HF علما بأن حرارة تكوينها على الترتيب
-271 ، -92 ، - 36 ، 26
الحل HF > HCl > HBr > HI
علل يتدرج ثبات هاليدات الهيدروجين بالنقصان من فلوريد الهيدروجين إلى يوديد الهيدروجين ؟
ج-لأن حرارة التكوين تقل من فلوريد الهيدروجين إلى يوديد الهيدروجين
مسائل على حرارة التكوين
1- احسب حرارة تكوين غاز الميثان إذا علمت أن حرارة تكوين الماء وثاني أكسيد الكربون على الترتيب -285 ، - 393 كيلوجول /مول وأن معادلة احتراق الميثان هى
CH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O ∆H=-850 kj
ثم احسب حرارة تكوين 4 جرام ميثان علما بأن C =12 ، H =1
الحل
CH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O ∆H= - 850 kj
-285 × 2 -393 صفر × 2 س
-570 + - 393 س
-963 س
التغير الحراري∆H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
-850 = -963 - س
س حرارة تكوين الميثان = -963 + 850 = -113 كيلوجول
1 مول من الميثان CH4 = 12 + 4×1 = 16 جم
حرارة التكوين 16 جم ................. - 113 كيلوجول
حرارة تكوين 4 جم .................... س
4 × - 113
س= = - 28.25 كيلوجول
16
2- احسب ∆H لإنحلال كربونات الكالسيوم إلى اكسيد كالسيوم وثاني أكسيد الكربون إذا علمت أن حرارة تكوين كربونات الكالسيوم و اكسيد كالسيوم وثاني أكسيد الكربون على الترتيب
-1207.1 ، – 635.5 ، - 393.7 كيلوجول /مول
الحل
CaCO3 CaO + CO2
- 393.7 + – 635.5 -1207.1
- 1029.2 -1207.1
التغير الحراري∆H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
= - 1029.2 - ( - 1207.1 )
= +177.9 كيلوجول
3- إذا كانت حرارة تكوين كل من أكسيد الحديديك ( Ш ) وبخار الماء هى على الترتيب -799 ، -242 كيلوجول/مول فاحسب التغير الحراري ∆H للتفاعل الآتي
Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H2O
الحل
Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H2O
3×-242 + صفر × 2 صفر × 3 + -799
-627 -799
التغير الحراري∆H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
= -627 - ( -799 ) = + 73 كيلوجول
4- احسب التغير الحراري ∆H للتفاعل الآتي
2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2 Fe
علما بان حرارة تكوين أكسيد الحديديك وأكسيد الألمنيوم على الترتيب هي -882 ، -1669.8 كيلوجول / مول
الحل
2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2 Fe
صفر × 2 + -1669.8 -882 + صفر × 2
-1669.8 -882
التغير الحراري∆H = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
= -1669.8 - ( -882 ) = -847.8 كيلوجول
علل يختزل الألمنيوم أكسيد الحديديك ولا يختزل الحديد أكسيد الألمنيوم ؟
ج – لأن التفاعل يسير تجاه تكوين المركب الأكثر ثباتا وأكسيد الألمنيوم أكثر ثباتا من أكسيد الحديديك
حرارة التفاعل
هي قيمة التغير الحراري نتيجة لحدوث تغير كيميائي من إحتراق أو ترسيب أو تكوين أو تعادل
قانون هس
تتوقف حرارة التفاعل على طبيعة المواد المتفاعلة والمواد الناتجة ولا تتوقف على الخطوات التي يتم فيها التفاعل
أهمية قانون هس
حساب التغير الحراري للتفاعلات التي لا يمكن قياسها بطريقة مباشرة وذلك بإستخدام تفاعلات أخرى يمكن قياس حرارة تفاعل كل منها ومعالجة المعادلات وكأنها معادلات جبرية
مثال تعيين حرارة تكوين أول أكسيد الكربون
1-نعين حرارة احتراق الكربون
C(s) + O2(g) CO2(g) ∆ H = -393,7 kj ( 1 )
2-نعين حرارة احتراق أول أكسيد الكربون
CO(g) + ½ O2(g) CO2(g) ∆ H = -283,3 kj ( 2 )
3- بطرح المعادلة ( 2 ) من المعادلة ( 2 ) ينتج
C + O2 - CO(g) - ½ O2 CO2 - CO2
110,4 kj ∆ H = -
C + ½ O2 CO ∆ H = -110,4 kj
أي أن حرارة تكوين أول أكسيد الكربون = 110.4 كيلوجول / مول
علل يصعب قياس حرارة تكوين أول أكسيد الكربون عمليا عند احتراق الكربون ؟
ج- أن عملية أكسدة الكربون لا تتوقف عند مرحلة تكوين أول أكسيد الكربون بل تستمر ويتكون ثاني أكسيد الكربون
الوحدة الخامسة :الوقود
هو مادة قابلة للإشتعال تتحد مع الأكسيجين فتتحول طاقتها الكيميائية المختزنة إلى طاقة حرارية من خلال تفاعل طارد للحرارة
أنواع الوقود 1 - نووي 2- عضوي
الوقود العضوي
مواد عضوي تتركب أساسا من كربون وهيدروجين قابلة للإشتعال
تعتبر الشمس مصدر جميع أنواع الوقود
الاحتراق
عملية أكسدة سريعة يصاحبها إنطلاق طاقة
عملية الفصل
فصل مكونات البترول عن بعضها لان لكل مكون وظيفة معينة وتتم عملية الفصل بواسطة عملية التقطير التجزيئي
عملية التقطير التجزيئي
عملية الغرض منها فصل عدة سوائل ممتزجة عن بعضها ومختلفة في درجة غليانها بحيث عند تسخينها يتطاير السائل الأقل في درجة الغليان أولا ثم يكثف ويليه الأعلى في درجة الغليان ثم الأعلى
التقطير البسيط ( العادي )
عملية تستخدم عندما يراد فصل مادة سائلة عن مادة صلبة ذائبة فيها مثل تقطير ماء البحر للحصول على الماء المقطر
التحويل
يقصد تحويل نواتج تقطير البترول الأقل استخداما إلى نواتج أكثر استخداما وأهمية اقتصادية عالية
التكسير
تحويل الجزيئات الكبيرة مثل الكيروسين والمازوت(C20 : C12 ) إلى جزيئات أصغر وأخف مثل جزيئات الجازولين ( C10 : C5 )
التكسير الحراري
حيث يتم تسخين الزيوت الثقيلة لدرجة حرارة مرتفعة حوالي 500 درجة وتحت ضغط يتراوح بين 250 : 750 رطل / البوصة المربعة
عيوبه
يحتوي الجازولين الناتج من التكسير الحراري على نسبة عالية من الهيدروكربونات غير المشبعة لذلك فهو عرضة للأكسدة و البلمرة وتكوين مواد صمغية عند التخزين وهي نواتج غير مرغوب فيها
التكسير الحفزي
تحويل الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر بإستخدام عوامل حفز مثل أكسيد الألومنيوم أو أكسيد السليكون أو أكسيد المنجنيز أو مسحوق الطفل عند 400 : 500 درجة وضغط مناسب
رقم الأوكتان
هو رقم يعبر عن صلاحية الوقود في آلات الإحتراق الداخلي وهو النسبة بين الأيزوأوكتان والهبتان العادي في خليط منهما
البلمرة
عملية تجميع عدد من جزيئات صغيرة لتكوين مركب كبير وتتم هذه العملية تحت ضغط وحرارة عالية وعامل حفاز وعملية البلمرة عكس عملية التكسير
يسمى الجزيء الصغير مونمر والجزيء الكبير بوليمر
المونمر
جزيء صغير به عدد قليل من ذرات الكربون وعند تجيع عدد كبير منه يكون بوليمر
البوليمر
جزيء كبير ناتج من تجمع عدد كبير من الجزيئات الصغيرة ( المونيمرات )
مثال يحضر الجازولين المتبلمر ببلمرة الألكينات ويستخدم حمض الكبريتيك أو الفوسفوريك لإحداث البلمرة
المعالجة أو التنقية
عملية الغرض منها التخلص من الشوائب الحمضية التي توجد في زيت البترولوالتي تحدث تآكل في الأجهزة كما تلوث الهواء
غاز البوتاجاز
عبارة عن خليط من البروبان والبيوتان
البيوجاز
غاز ميثان ناتج من التحلل البكتيري لروث الحيوانات والمخلفات البشرية والمخلفات الزراعية مثل القش والحطب
تلوث البيئة
هو اختلال الاتزان القائم بين مكونات النظام البيئي نتيجة تغيرات مستحدثة ينتج عنها الضرر للإنسان
الملوثات
هي الميكروبات أو المواد الصلبة أو السائلة أو الغازية أو الإشعاعات التي تلحق الأذى للإنسان
البنزوبيرين
هيدروكربونات غير محترقة تنتشر بين عمال الفحم و المدخنين وتسبب السرطان
إعادة الدورة
هى عملية تنقية المواد وإعادة استخدامها ولها بعدين
أسس اختيار الوقود
1-أن يكو ذو قيمة سعرية عالية
2-متعدد الأغراض 3-اقل سمية 4 -ملائم لأجهزة الإحتراق
5-يسهل نقله واستعماله
6- ذو عمر احتياطي كبير
الأدلة على صحة الفرض العضوي لنشأة زيت البترول
1- وجود منابع البترول بالقرب من شواطىء البحار أو تحت مياه البحر
2- وجود حفريات بحرية مختاطة بالبترول
3- تقطير بعض المواد الدهنية مثل زيت السمك تحت ضغط مرتفع يعطي سائلا يشبه زيت البترول
4- يدخل في تكوين البترول عنصري الكبريت والنيتروجين وهى مكونات أساسية لبروتينات الكائنات الحية
يفضل التكسير الحفزي عن التكسير الحراري للأسباب الآتية
1-لا يحتاج الضغوط العالية
2-نواتج التكسير تحتوي على كميات اقل من الأوليفينات ( الألكينات )
3-نواتج التكسير تحتوي على هيدروكربونات ذات سلاسل متفرعة علما بأن رقم الأوكتان يزداد بزيادة التفرع في الجزيء
علل رقم الأوكتان للأيزوأوكتان 100 ؟
لأنه يحترق بسلاسة دون إحداث أي دقات
علل رقم الأوكتان للهبتان العادي صفر ؟
لأن عند احتراقه يسبب دقا شديدا
ما معني جازولين 90 ؟
أي أنه جازولين يحدث عدد من الدقات في آلة الإحتراق تساوي عدد الدقات التي يحدثها خليط من الأيزوأوكتان والهبتان العادي بنسبة 90 :10
ما معني جازولين 80 ؟
أي أنه جازولين يحدث عدد من الدقات في آلة الإحتراق تساوي عدد الدقات التي يحدثها خليط من الأيزوأوكتان والهبتان العادي بنسبة 80 :10
علل يفضل الجازولين 90 عن الجازولين 80 ؟
لأن الجازولين 90 يحدث عدد من الدقات اقل من التي يحدثها الجازولين 80 في آله الإحتراق
تحسين رقم الأوكتان
إضافة مركب رابع إيثيل الرصاص Pb(C2H5)4 ولكن هذا المركب يلوث البيئة بآثار الرصاص الخطيرة
علل يفضل الجازولين الخالي من الرصاص عن الجازولين المضاف إليه رابع إيثيل الرصاص
لأن المضاف إليه رابع إيثيل الرصاص يلوث البيئة بمركبات الرصاص الخطيرة
علل يفضل الغاز الطبيعي عن الفحم والبترول كوقود ؟
1-سهل النقل 2- سهل الاستخدام 3-قيمة سعرية عالية 4- اقل تلوثا للبيئة
وضح بالمعادلات كيف تحصل على الكحول الميثيلي من الغاز الطبيعي ؟
CH4 + H2O CO +3 H2
CO + 2H2 CH3OH
علل يطلق على غاز البيوجاز بغاز المستنقعات ؟
لأنه ينتج من التحلل العضوي في غياب الأكسيجين ( تحلل لاهوائي ) ويلاحظ على هيئة حلقات من النيران فوق المستنقعات
علل لا تنتشر مولدات غاز الميثان رغم بساطة أساسها العلمي ؟
لأنها تحتاج إلى تكنولوجيا عالية لتجنب الارتفاع المفاجيء للحرارة وضغط الغاز الذي يؤدي إلى انفجار المولدات
مميزات قصب السكر كمصدر للطاقة
1- يعطي أعلى إنتاج بالنسبة للفدان الواحد
2- سهل النقل 3- عصيره السكري يمكن تخميره بسهولة
4-لا يستنفذ نيتروجين التربة
الحصول على الكحول الإيثيلي من سكر القصب ( التخمر الكحولي )
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 4C2H5OH +4H2O
كحول إيثيلي جلوكوز فراكتوز سكروز
مزايا الكحول الإيثيلي مقارنة بسكر القصب
1-الكحول الإيثيلي سهل النقل وتداول
2-وزن الكحول الناتج لا يتعدى نصف وزن السكر
3- الفقد في الطاقة لا يكون كبيرا نتيجة تحويله من سكروز إلى كحول
استخدامات الكحول الناتج من قصب السكر
1- يخلط مع