الباب الثاني:
ينقسم إلى أربعة أقسام المحاليل – الأحماض – القواعد – الأملاح
أولا: دراسة المحاليل :
ترتبط المحاليل ارتباط وثيق مع الماء.
• تركيب الماء : H2O نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين فيها 1: 2 حجما ولكن نسبة الوزنين 11,2% هيدروجين إلى 88,8 % أكسجين .
H H
توجد روابط تساهمية بين الأكسجين والهيدروجين O
زاوية فراغية لجزيء الماء مقدارها 104,5 .
كما يتميز الماء بوجود نوع آخر من الروابط تسمى روابط هيدروجينية........كيف تنشأ؟
نتيجة قوة جذب ذرة الأكسجين للالكترونات المكونة للرابطة..... كيف تؤثر على خواص الماء؟
تعمل على رفع درجة غليان الماء.
س) علل ) ارتفاع درجة غليان الماء رغم صغر كتلتها الجزيئية
المحلول:
عند إذابة كمية من ملح الطعام ( السكر ) في كمية من الماء تكون ما يسمى بالمحلول.
إذن أي محلول لا بد أن يتكون من مادتين:
1- غالبا تكون المادة الصلبة وتسمى المذاب وتكون عادة كميته أقل في المحلول.
2- غالبا تكون المادة السائلة هي الماء وتسمى المذيب وتكون نسبتها أعلى في المحلول.
محلول حقيقي محلول معلق محلول غروي
أولا ً دراسة المحلول الحقيقي
هو مخلوط متجانس التركيب والخواص يتكون من مادتين أحداهما المذاب والآخر المذيب
@ ما هي خواص المحلول الحقيقي
1- حجم الحبيبات الذائبة صغير جدا ً لا ترى بالعين المجردة بعد عملية الإذابة
2- لا تترسب المادة الصلبة الذائبة بعد مرور الوقت
3- يمكن فصله بالتبخير ولا يمكن فصله بالترشيح
ثانيا ً المحلول المعلق
مثال مسحوق الطباشير في الماء
هو
محلول حجم الحبيبات فيه أكبر ويمكن بمرور الوقت تترسب المادة المذابة في
قاع المحلول وكذلك يمكن فصله عن طريق عملية الترشيح وليس التبخير
ثالثا ً المحلول الغروي
مثال تفاعل ثيوكبريتات الصوديوم مع حمض الهيدرو كلوريك
2NaCl + H2O + SO2 + S Na2S2O3 + 2HCl
ينفصل الكبريت الذي يكون المحلول الغروي فما هو ؟
هو محلول وسط بين المحلول الحقيقي والمحلول المعلق من حيث حجم الحبيبات في المذيب وكذلك لا يمكن فصله بعملية الترشيح
ومن أمثلته في الطبيعة ( الدم ، الحليب )
س : قارن بين المحلول الحقيقي / المعلق / الغروي مع ذكر مثال لكل منها ؟
كيف تتم عملية الذوبان ؟
1- تفسير ذوبان ملح الطعام في الماء
2- تفسير ذوبان السكر في الماء
3- تفسير عدم ذوبان الدهون في الماء ×O×
4- تفسير ذوبان الدهون في البنزين العطري
البنزين العطري يختلف تماما عن البنزين الموجود في محطات الوقود حيث أن البنزين العطري يحضر من التقطير الإتلافي للفحم الحجري
قبل تفسير عملية توجد ثلاثة قوى تؤثر على المحلول :ـ
1- قوى جذب قوية
NaCl H2O Cl - Na+ H2O 2- قوى جذب متوسطة في الجزيئات التي تكون روابط هيدروجينية مثل الماء
3- قوى جذب ضعيفة في الجزيئات العادية
1- ذوبان ملح الطعام في الماء
تتفكك
الشبكة البلورية إلى Na+ و Cl- وكلا ً منهما ينجذب ناحية الماء من الطرف
المناسب له فتقل طاقة الوضع نتيجة ارتباط الايونات مع جزيئات الماء فتحدث
عملية الذوبان
2- ذوبان السكر في الماء
السكر مركب تساهمي يتميز
بوجود مجموعة OH الهيدرو كسيد التي تكون مع الماء روابط هيدروجينية تعمل
على خفض طاقة الوضع فتحدث عملية الذوبان
3- عدم ذوبان الدهون في الماء
جزيئات الماء تخترق جزيئات الدهون فتكسر الروابط دون أن تكون روابط جديدة مما يسبب زيادة طاقة الوضع فلا تحدث عملية الذوبان
4- تفسير ذوبان الدهون في البنزين العطري
عندما
يوضع الدهن في البنزين العطري تنكسر الروابط الضعيفة ويتكون روابط لا تقل
ضعفا عن التي تكسرت مما يؤدي إلى انخفاض طاقة الوضع فتحدث عملية الذوبان
تقسيم المحاليل حسب نوع المذيب
صلب سائل غاز
الهواء الجوي
غاز × غاز صلب × صلب غاز × صلب N2 ، O2
* سبيكة الذهب والنحاس * امتصاص الهيدروجين على سطح البلاديوم
* سبيكة الصلب الذي لا يصدأ
صلب × سائل سائل × سائل غاز × سائل
ملح الطعام أو السكر الكحول في الماء HCl في الماء
في الماء SO2 في الماء
ثانياً الأحماض
تقسيم الأحماض حسب الحالة الفيزيائية
ا ) أحماض صلبة ب) أحماض سائلة ج) أحماض غازية
ا ) الأحماض الصلبة : مثل حمض الستريك ، وحمض الاسكروبيك ( فيتامين (C) )
ب ) أحماض سائلة : مثل حمض الهيدروكلوريك HCl وحمض النيتريك HNO3
ج ) أحماض غازية : مثل غاز كلوريد الهيدروجين HCl وغاز SO2
الصفات المشتركة بين الأحماض ( الخواص العامة )
1) جميعها تذوب في الماء ومحاليلها تحمر ورقة عباد الشمس الزرقاء
نتيجة لانطلاق أيون الهيدروجين الموجب H+
2) محاليلها توصل التيار الكهربي
3) لها طعم لاذع
4)
تتفاعل الأحماض مع كل من الفلزات النشطة ، واكاسيد وهيدرو كسيدات الفلزات ، وكربونات وبيكربونات الأملاح
ا ) تفاعل الأحماض مع الفلزات النشطة :
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
Mg + H2So4 MgSo4+H2
الفلز الأكثر نشاطا من الهيدروجين يطرده ويحل محله .
حمض + فلز نشط ملح الحمض + H2
* حمض الهيدروكلوريك كلوريدات NaCl , ZnCl2
* حمض النيتريك نيترات NaNo3
* حمض الكبريتيك كبريتات Na2So4
ب) تفاعل الأحماض مع أكسيد الفلز أو هيدروكسيد الفلز
CuO + H2So4 CuSo4 + H2O
NaoH + HCl NaCl + H2O
تتفاعل الأحماض مع أكاسيد أو هيدروكسيدات الفلزات وتكون ملح وماء
حمض + أكسيد (هيدروكسيد ) الفلز ملح الحمض + ماء
ج) تفاعل الأحماض مع أملاح الكربونات والبيكربونات
Na2Co3 + 2HCl 2NaCl +H2O + Co2
Co2 NaHCo3 + HNo3 NaNo3 + H2O +
حمض + ملح كربونات أو بيكربونات ملح الحمض + ماء + Co2
عند امرار غاز Co2 على ماء الجير الرائق لفترة قصيرة فانه يتعكر
H2O + Ca(OH)2 + Co2 CaCo3
كربونات الكالسيوم تكون على هيئة راسب أبيض غير قابل للذوبان في الماء فيحدث التعكر .
• تقسيمات الأحماض الأخرى:
1) حسب المنشأ ( الأصل )
2) حسب القوة والضعف
3) حسب القاعدية
ا ) تنقسم الأحماض حسب أصلها إلى نوعين :
* أحماض معدنية ( غير عضوية ) HCl – Hno3 – H2So4
* أحماض عضوية أصلها عضوي مثل الأسيتيك ( الخل ) CH3COOH
ب) تقسيم الأحماض حسب القوة والضعف إلى نوعين :
* قوية H2So4 - HCl - HNo3
* ضعيفة CH3COOH – H2Co3
ج) تقسيم الأحماض حسب الصفة القاعدية :
HCl + NaoH NaCl + H2O
أحادي القاعدية
H2So4 + 2NaoH Na2So4 + 2H2
ثنائي القاعدية
تحدد
القاعدية بعدد ذرات الهيدروجين البدول التي تستبدل أثناء التفاعلات
الكيميائية وعليه تنقسم الأحماض حسب الصفة القاعدية إلى ثلاثة أقسام:
أحادية ثنائية ثلاثية القاعدية
H+ 2H+ 3H+
الهيدروكلوريك HCl حمض الكبريتيك H2SO4 حمض الفوسفوريك H3PO4
النيتريك HNO3 حمض الاكساليك H2C2O4 حمض الستريك C6H8O7
دراسة بعض الأمثلة للأحماض
أولا ً دراسة حمض الهيدروكلوريك HCl
اشرح مع الرسم كيف يحضر حمض الهيدروكلوريك في المعمل ؟
يحضر من تفاعل محلول NaCl مع حمض الكبيرتيك المركز ليتصاعد غاز كلوريدالهيدروجين HCl الذي ذوب في الماء ويكون حمض الهيدروكلوريك
1- التعادل مع القلويات
NaCl + H2O NaOH + HCl
CaCl2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2HCl
2- جزء هام في امتحان العملي
استخدام حمض الهيدروكلوريك للتميز بين
أ- أملاح الكربونات والبيكربونات ب- أملاح الكبريت
جـ - أملاح النيتريت
كيف تميز عمليا ً بين الأملاح الثلاثة السابقة
بإضافة حمض الهيدروكلوريك المخفف لكل منهم
إذا حدث :
@ فوران وتصاعد غاز CO2 الذي يعكر ماء الجير الرائق عند إمراره عليه لمدة قصيرة يكون الملح
كربونات أو بيكربونات .
@ تصاعد غاز له رائحة نفاذة ويخضر لون ورقة
مبلله بثاني كرومات البوتاسيوم البرتقالية ( الغاز هو
SO2 ( يكون الملح كبريتيت
@
تصاعد غاز NO أكسيد النيتريك عديم اللون الذي يتحول عند فوهة الأنبوبة إلى
اللون البني المحمر NO2 ثاني أكسيد النيتريك يكون الملح نيتريت
كيف نميز عمليا ً بين أملاح الكربونات والبيكربونات
بإضافة محلول كبريتات الماغنسيوم MgSO4 لمحلول كلا ً منهما ونلاحظ الآتي
1- إذا تكون إذا تكون راسب أبيض على البارد بدون تسخين كان الملح كربونات
2- إذا لم يتكون الراسب الأبيض إلا بعد التسخين يكون الملح بيكربونات
كيف تميز عمليا ً بين أملاح الكربونات النيتريت
ثانيا ً دراسة حمض الكبريتيك
س : كيف يحضر حمض الكبريتيك ؟
يحضر
حمض الكبريتيك صناعيا ً بطريقة تمسى طريقة التلامس باستخدام عامل حفاز
يسمى خامس أكسيد الفانديوم V2O5 ... كيف تتم هذه الطريقة ؟
1- يتحد بالملامسة الأكسجين والكبريت ويكون ثاني أكسيد الكبريت
SO2 S + O2
2- يتحد بالملامسة وفي وجود V2O5 كلا ً من ثاني أكسيد الكبريت مع الأكسجين 2SO3 V2O5 2SO2 + O2
3- يذوب ثالث أكسيد الكبريت في الماء ويكون حمض الكبريتيك
SO3 + H2O H2SO4
( المعادلات غير مطلوبة )
الأهمية الاقتصادية لحمض الكبريتيك
1- يستخدم حمض الكبريتيك في تحضير كثير من الأحماض الأخرى
مثل حمض الهيدروكلوريك كما سبق
2- يستخدم في بطاريات السيارات
3- يستخدم في إزالة صدأ المعادن
4- يستخدم في إزالة الشوائب خصوصا ً الكبريتية الموجودة في زيت البترول
5- يستخدم على نطاق واسع جدا ً في صناعة المنظفات الصناعية
6- يستخدم في تحضير سماد سلفات النشادر الذي يستخدم كسماد زراعي لزيادة خصوبة التربة
7- دباغة الجلود 8 - تحضير بعض الدهانات
ثالثا ً القواعد
ما
هي القواعد ؟ هي عبارة عن أكاسيد أو هيدروكسيدات لفلزات قد تذوب في الماء
أو لا تذوب في الماء ويمكن أيضا ً تسمية أملاح الكربونات والبيكربونات نوع
آخر من أنواع القواعد
... يمكن وضع تعريف مختصر للقواعد فما هو ؟
(( هي المواد التي تتفاعل مع الأحماض وتكون ملح وماء ))
أ / أكاسيد تذوب في الماء
هيدروكسيد الصوديوم Na2O + H2O 2NaOH
هيدروكسيد البوتاسيوم K2O + H2O 2KOH
(( ومثل هذه الأكاسيد فقط هي التي تسمى قلويات ))
ب / أكاسيد هيدروكسيدات تذوب في الأحماض
CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O
FeCl2 + H2O FeO + 2HCl
ج / أملاح الكربونات والبيكربونات
Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2
NaHCO3 + HNO3 NaNO3 + H2O + CO2
ملحوظة غاز النشادر ( الأمونيا ) NH3 يعتبر انهيدريد قاعدي ( علل ؟ )
لأنه يذوب في الماء ويتكون هيدروكسيد الأمونيوم
الخواص المشتركة للقواعد( القلويات )
@ الذي يذوب منها في الماء يزرق ورقة عباد الشمس الحمراء نتيجة انطلاق أيون الهيدروكسيد السالب OH-
@ تتفاعل مع الأحماض تفاعل تعادل وتكون ملح وماء
@ لها ملمس ناعم كالصابون
@ محاليلها التي تذوب في الماء منها توصل التيار الكهربي
دراسة هيدروكسيد الصوديوم NaOH والتي يطلق عليها الصودا الكاوية
@
تحضيرها في الصناعة : تحضر في الصناعة بالتحليل الكهربي لمحلول ملح الطعام
NaCl وليس ( مصهور ) باستخدام أقطاب من ( الفحم أو الكربون أو الجرانيت )
@ ما هي الخواص الفيزيائية ؟
1- مادة صلبة بيضاء منها ( قشور – أصابع – حبيبات )
2- قابلة للذوبان في الماء وذوبانها طارد للحرارة
3- تزرق ورقة عباد الشمس الحمراء
4- لها ملمس ناعم كالصابون
5- لها تأثير كاوي على الجلد
@ ما هي الخواص الكيميائية
1- عملية التعادل مع الأحماض
NaCl +H2O NaOH + HCl
NaNO3 + H2O NaOH + HNO3
Na2SO4 + 2H2O 2NaOH + H2SO4
2 تستخدم الصودا الكاوية للتميز عمليا ً بعض الأملاح التي يمكن أن تترسب على هيئة هيدروكسيدات غير ذائبة في الماء
@ للكشف عن أملاح النحاس Cu2+
Cu(OH)2 + Na2SO4 CuSO4 + 2NaOH
عند إضافة محلول NaOH لمحلول كبريتات النحاس يتكون راسب أزرق من هيدروكسيد النحاس يسود بالتسخين ( علل ؟ )
CuO + H2O Cu(OH)2
لأن الراسب الأزرق ينحل بالحرارة ويعطي أكسيد نحاس أسود وماء
( الأدوات – خطوات العمل – المشاهدة – الاستنتاج )
@ الكشف عن أملاح الحديديك ( الحديد 111 )
FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl
راسب بني محمر من هيدروكسيد الحديد 111
3- مع أملاح الأمونيوم والتسخين الهين
NH4Cl + NaOH NaCl + NH3 + H2O
غاز الأمونيا ( النشادر ) كلوريد الأمونيوم
4- مع CO2 ثاني أكسيد الكربون
2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O
يترك المحلول لفترة تنفصل منه بلورات من كربونات الصوديوم المائية (2Na2CO3 . 10H2O) وتسمى صودا الغسيل التي تستخدم إزالة عسر الماء
5- تفاعل الصودا الكاوية مع الصابون
صودا كاوية + زيت صابون + جلسرين
ويتم هذا التفاعل في المصانع من خلال عملية تسمى التصبن
تدريب عملي :
1- سخن 100 سم3 من الزيت ونسخنها حتى 120 درجة مئوية
2- نأخذ 0.5 جم صودا كاوية ونذيبها في كمية كبيرة من الماء
3- وتضاف تدريجيا ً للزيت مع التقليب حتى تتكون عجينة مثل الصابون
@6- عملية التعادل : وهي تفاعل بين حمض وقلوي لتكوين ملح وماء
( H2O H+ + OH- )
أثناء
حدوث عملية التعادل يصاحبها انطلاق طاقة حرارية (تجربة حرارية في امتحان
العملي ) ولذلك يعتبر التفاعل طارد للحرارة وتسمى الحرارة الناتجة باسم
حرارة التعادل
كيف يمكن قياس التغير الحراري الناتج من عملية التعادل ؟
الأدوات : ترمومتر – كأس أو كوب بلاستيك – محلول NaOH تركيزه 2مولر – محلول HCl تركيزه 2مولر – مخبار مدرج
خطوات العمل : 1- بواسطة المخبار المدرج 50 سم3 من NaOH ونضعها في الكأس أو الكوب البلاستيك
2- نعاين بواسطة الترمومتر درجة الحرارة الأولية ولتكن د1 = 27درجة مئوية
3- بواسطة المخبار المدرج نأخذ 50 سم3 من HCl ونضيفها إلى القلوي السابق وننتظر حتى حدوث التعادل
4- نعين درجة الحرارة النهائية ولتكن د2 = 29.5 درجة مئوية ثم نحسب فرق درجات الحرارة = د2 – د1 = 29.5 – 27 = 2.5 درجة مئوية
... التفاعل طارد للحرارة
س1 ما المقصود بكلا ً من التصبن – التعادل ؟
س2 كيف نكشف عن غاز NH3 عمليا ً ؟
نعرض له ساق مبلله بحمض HCl المخفف نلاحظ تكون سحب بيضاء من NH4Cl
رابعا ً الأملاح
ما هي الأملاح ؟ هي المواد الناتجة من عملية تعادل بين حمض وقاعدة
لذلك أي ملح يتكون من شقين أحدهما يسمى الشق القاعدي ( كاتيون موجب ) والآخر يسمى الشق الحامضي ( أنيون سالب )
مثال : NaNO3 نيترات الصوديوم (Na+ كاتيون موجب ، NO3-أنيون سالب )
وتنقسم الأملاح من حيث قابليتها للذوبان في الماء إلى نوعين :ـ
أ / أملاح قابلة للذوبان في الماء ( مثل Na2CO3 ، NaNo3 ، Na2SO4 ، NaCl )
ب / أملاح غير قابلة للذوبان في الماء
(مثل PbSO4 ، BaSO4 ، AgCl )
كبريتات الرصاص كبريتات الباريوم كلوريد الفضة
@ ماذا يحدث للملح عندما يذوب في الماء :
تتفكك الشبكة البلورية إلى أيونات موجبة وأخرى سالبة والتي ترتبط مع جزيئات الماء وتكون حمض وقلوي
$ إذا تكون حمض قوي وقلوي قوي يكون محلول الملح متعادل ولا يؤثر على ورقتي عباد الشمس مثل NaCl
$ إذا تكون حمض قوي وقلوي ضعيف يكون محلول الملح حمضي التأثير على عباد الشمس مثل NH4Cl كلوريد الأمونيوم
$ إذا تكون حمض ضعيف وقلوي قوي يكون المحلول قلوي التأثير على عباد الشمس Na2CO3 ، CH3COONa أسيتات الصوديوم
$ إذا تكون حمض ضعيف وقلوي ضعيف يكون المحلول متعادل التأثير على عباد الشمس مثل CH3COONH4 أسيتات الأمونيوم
** ما هي الطرق العامة للحصول على الأملاح ؟
@ 1- حمض + فلز نشط ملح الحمض + H2
MgSO4 + H2 Mg + H2SO4
@ 2- أكسيد أو هيدروكسيدات الفلز مع الأحماض ملح + ماء
CuCl2 + H2O CuO + 2HCl
@ 3- أملاح الكربونات أو البيكربونات مع الأحماض
2NaNO3 + H2O + CO2 Na2CO3 + 2NHO3
NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2
$$ كيف نحضر الأملاح غير الذائبة في الماء
NaCl + AgNO3 NaNO3 + AgCl
MgSO4 + BaCl2 MgCl2 + BaSO4
@ كيف يمكن إجراء عملية تعادل بين حمض وقلوي ؟
عن طريق عملية تسمى عملية المعايرة
والمعايرة عملية كيميائية لها أدوات خاصة بها فما هي هذه الأدوات ؟
( المخبار المدرج – الماصة – الدورق المخروطي – السحاحة – الكاشف أو الدليل )
1- نضع حجم معين معلوم ( 20 سم3 ) بواسطة المخبار المدرج من مادة قلوية
( NaOH ) في الدورق المخروطي
2- نضع عليه قطرتين أو ثلاثة من مادة تسمى الكاشف أو الدليل ( وهو مادة يتغير لونا من وسط إلى آخر مثل صبغة عباد الشمس )
3- نملئ السحاحة بحمض HCl حتى صفر التدريج
4- نسمح بنزول الحمض قطرة قطرة على القلوي حتى يتغير لون الكاشف أو الدليل ثم نقفل السحاحة
5- يمكن تحديد حجم الحمض الذي استخدم في معادلة القلوي
@ ما هي الطرق العامة للحصول على الأملاح الغير ذائبة في الماء
NaCl + AgNO3 NaNO3 + AgCl
( S ) ( aq ) ( aq ) ( aq )
يتكون راسب لونه أبيض من كلوريد الفضة غير ذائب في الماء
@ تحضير عينه من كبريتات الباريوم الغير ذائبة في الماء
Na2SO4 + BaCl2 2NaCl + BaSO4
( S ) ( aq ) ( aq ) ( aq )
يتكون
راسب أبيض من كبريتات الباريوم الغير ذائبة في الماء تجرى له عملية ترشيح
لفصله من المحلول ثم عملية تبخير للتخلص من الشوائب أو الماء المتبقي به
نحصل على عينه جافة من كبريتات الباريوم
BaSO4 Ba++ + SO--
