📚 الملخص الشامل في جداول ومعادلات
الكيمياء - الصف الثالث الثانوي - الفصل الدراسي الأول
العناصر الانتقالية • الكيمياء التحليلية • الاتزان الكيميائي
مرحباً بكم في الملخص الشامل التفاعلي! 📖
تمت صياغة هذا الملخص في صورة جداول مقارنة دقيقة ومفصلة
مع كتابة جميع الرموز والمعادلات الكيميائية والقوانين
الرياضية
بمحرك MathJax SVG لضمان أعلى درجات الوضوح والتركيز أثناء
المراجعة النهائية.
الباب الأول
العناصر الانتقالية
الدرس الأول: تصنيف العناصر الانتقالية والأهمية الاقتصادية
1. التركيب الإلكتروني وحالات التأكسد لعناصر
السلسلة الانتقالية الأولى (3d)
| العنصر | العدد الذري | التوزيع الإلكتروني | حالات التأكسد الشائعة | أقصى حالة تأكسد | ملاحظات الاستقرار الكيميائي |
|---|---|---|---|---|---|
| السكانديوم (Sc) | 21 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^2\ 3d^1$$ | +3 | +3 | يعطي حالة (+3) فقط ليكون المستوى $$3d^0$$ فارغاً تماماً ومستقراً. |
| التيتانيوم (Ti) | 22 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^2\ 3d^2$$ | +2, +3, +4 | +4 | حالة (+4) هي الأكثر استقراراً ($$3d^0$$). |
| الفانديوم (V) | 23 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^2\ 3d^3$$ | +2, +3, +4, +5 | +5 | حالة (+5) هي الأكثر استقراراً في خامس أكسيد الفاناديوم $$\mathrm{V_2O_5}$$. |
| الكروم (Cr) شاذ | 24 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^1\ 3d^5$$ | +2, +3, +6 | +6 | يشذ في التوزيع ليكون $$3d^5$$ نصف ممتلئ و $$4s^1$$ نصف ممتلئ (استقرار ذرة). |
| المنجنيز (Mn) | 25 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^2\ 3d^5$$ | +2, +3, +4, +6, +7 | +7 | أعلى حالة تأكسد في السلسلة (+7)، وحالة (+2) مستقرة جداً ($$3d^5$$). |
| الحديد (Fe) | 26 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^2\ 3d^6$$ | +2, +3 | +6 | حالة (+3) أكثر استقراراً من (+2) لأن المستوى $$3d^5$$ نصف ممتلئ. |
| الكوبالت (Co) | 27 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^2\ 3d^7$$ | +2, +3, +4 | +5 | يشبه الحديد في الخواص المغناطيسية وله 12 نظيراً مشعاً أهمها $$\mathrm{Co}^{60}$$. |
| النيكل (Ni) | 28 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^2\ 3d^8$$ | +2, +3, +4 | +4 | يستخدم في هدرجة الزيوت وبطاريات النيكل-كادميوم القابلة لإعادة الشحن. |
| النحاس (Cu) شاذ | 29 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^1\ 3d^{10}$$ | +1, +2 | +2 | يشذ ليكون $$3d^{10}$$ تام الامتلاء، وتتعدى حالة تأكسده (+2) رقم مجموعته (IB). |
| الخارصين (Zn) غير انتقالي | 30 | $$[\mathrm{Ar}]_{18}\ 4s^2\ 3d^{10}$$ | +2 | +2 | عنصر غير انتقالي لأن المستوى $$3d^{10}$$ ممتلئ تماماً في الحالة الذرية وحالة التأكسد الوحيدة. |
2. الأهمية الاقتصادية والسبائك الشائعة
| العنصر | الاستخدامات الصناعية والطبية | أشهر المركبات والسبائك | الخاصية المميزة |
|---|---|---|---|
| السكانديوم (Sc) | مصابيح أبخرة الزئبق المستخدمة في التصوير التلفزيوني الليلي | سبيكة (Sc + Al) لطائرات الميج المقاتلة | خفة الوزن والصلابة الشديدة |
| التيتانيوم (Ti) | زراعة الأسنان والمفاصل الصناعية، هياكل الصواريخ والطائرات | $$\mathrm{TiO_2}$$ في مستحضرات الحماية من الشمس، سبيكة (Ti + Al) | لا يلفظه الجسم ويحافظ على متانته في درجات الحرارة العالية |
| الفانديوم (V) | صناعة زمبركات السيارات، صبغات السيراميك والزجاج | سبيكة (الفانديوم + الصلب)، خامس أكسيد الفاناديوم $$\mathrm{V_2O_5}$$ | قساوة عالية جداً وقدرة فائقة على مقاومة التآكل |
| الكروم (Cr) | طلاء المعادن ودباغة الجلود | $$\mathrm{Cr_2O_3}$$ في عمل الأصباغ، $$\mathrm{K_2Cr_2O_7}$$ مادة مؤكسدة | تكوين طبقة غير مسامية من الأكسيد تمنع استمرار التفاعل |
| المنجنيز (Mn) | خطوط السكك الحديدية، عبوات المشروبات الغازية | $$\mathrm{MnO_2}$$ في العمود الجاف، $$\mathrm{KMnO_4}$$ مادة مؤكسدة ومطهرة | هش جداً في حالته النقية ويستخدم فقط كسبائك أو مركبات |
| الحديد (Fe) | الخرسانة المسلحة، الأدوات الجراحية، مواسير المدافع | الحديد الصلب (Fe + C)، عامل حفاز في تحضير النشادر | قابل للمغنطة، شديد الصلابة عند سبكه بالكربون |
| الكوبالت (Co) | المغناطيسات، البطاريات الجافة الحديثة في السيارات الكهربائية | $$\mathrm{Co}^{60}$$ المشع مصدر لأشعة جاما في حفظ الأغذية والأورام | قابل للتمغنط ومطابق لسلوك الحديد |
| النيكل (Ni) | طلاء المعادن لحمايتها وإكسابها مظهراً لامعاً، هدرجة الزيوت | سبيكة (Ni + Cr) لملفات التسخين، سبيكة (Ni + الصلب) لمقاومة الأحماض | مقاومة الصدأ والأحماض حتى عند درجات الاحمرار |
| النحاس (Cu) | صناعة الكابلات الكهربائية، سبائك العملات المعدنية | $$\mathrm{CuSO_4}$$ كمبيد حشري وفطري لتنقية مياه الشرب، محلول فهلنج | أول فلز عرفه الإنسان وموصل فائق للحرارة والكهرباء |
| الخارصين (Zn) | جلفنة الفلزات لحمايتها من الصدأ والتآكل | $$\mathrm{ZnO}$$ في الدهانات ومستحضرات التجميل، $$\mathrm{ZnS}$$ لشاشات الأشعة | تغطية الفلزات كقطب مضحي لحمايتها |
الدرس الثاني: تدرج الخواص العامة لعناصر السلسلة الانتقالية الأولى
1. تدرج الخواص الفيزيائية والمغناطيسية
| الخاصية | التدرج عبر السلسلة (من Sc إلى Cu) | التفسير العلمي الدقيق | التطبيقات والشذوذ |
|---|---|---|---|
| الكتلة الذرية | تزداد تدريجياً بزيادة العدد الذري | بسبب زيادة عدد البروتونات والنيوترونات في النواة | شذوذ النيكل كتلته $$58.7\ \mathrm{u}$$ لوجود 5 نظائر مستقرة |
| نصف القطر الذري | ثبات نسبي ملحوظ من الكروم ($$\mathrm{Cr}$$) حتى النحاس ($$\mathrm{Cu}$$) | تعادل قوتين: زيادة شحنة النواة الفعالة (انكماش) يقابلها تنافر إلكترونات $$3d$$ (تمدد) | المثالية العالية في تكوين السبائك الاستبدالية |
| الكثافة | تزداد بانتظام من السكانديوم إلى النحاس | $$\text{الكثافة} = \frac{\text{الكتلة الذرية}}{\text{الحجم الذري}}$$، والحجم ثابت تقريباً بينما تزداد الكتلة | النحاس هو الأعلى كثافة ($$8.92\ \mathrm{g/cm^3}$$) |
| درجات الانصهار والغليان | مرتفعة جداً لجميع عناصر السلسلة | قوة الرابطة الفلزية الناتجة عن اشتراك إلكترونات $$4s$$ و $$3d$$ معاً في تكوين السحابة | تستخدم في تصنيع هياكل محركات الطائرات والصواريخ |
| النشاط الكيميائي | يتدرج من الشديد إلى المحدود | السكانديوم يحل محل هيدروجين الماء بعنف > الحديد يصدأ ببطء > النحاس محدود النشاط | التباين الواضح في التفاعل مع الأحماض والماء |
2. مقارنة الخواص المغناطيسية والأيونات الملونة
| وجه المقارنة | المواد البارامغناطيسية (Paramagnetic) | المواد الديامغناطيسية (Diamagnetic) |
|---|---|---|
| التعريف والسلوك | تنجذب نحو المجال المغناطيسي الخارجي وتسبب زيادة في الوزن الظاهري | تتنافر مع المجال المغناطيسي الخارجي وتسبب نقصاً في الوزن الظاهري |
| الشرط الإلكتروني | وجود إلكترونات مفردة في المستوى الفرعي $$3d$$ ($$3d^1$$ إلى $$3d^9$$) | جميع إلكترونات المستوى الفرعي $$3d$$ في حالة ازدواج ($$3d^{10}$$ أو فارغة $$3d^0$$) |
| العزم المغناطيسي ($$\mu$$) | قيمة موجبة تتناسب طردياً مع عدد الإلكترونات المفردة (أقصى عزم عند $$3d^5$$ مثل $$\mathrm{Mn}^{2+}, \mathrm{Fe}^{3+}$$) | يساوي صفراً ($$\mu = 0$$) لتعاكس العزوم المغناطيسية للإلكترونات المزدوجة |
| خاصية الألوان | غالباً ملونة لأن طاقة الضوء المرئي تكفي لإثارة الإلكترونات المفردة في الأوربيتالات | غالباً عديمة اللون لعدم وجود إلكترونات مفردة قابلة للإثارة |
| أمثلة شائعة | $$\mathrm{FeCl_3}\ (3d^5),\ \mathrm{CuSO_4}\ (3d^9),\ \mathrm{TiCl_3}\ (3d^1)$$ | $$\mathrm{ZnSO_4}\ (3d^{10}),\ \mathrm{ScCl_3}\ (3d^0),\ \mathrm{TiO_2}\ (3d^0)$$ |
3. النشاط الحفزي والمعادلات الكيميائية الأساسية
| التفاعل الصناعي / المخبري | العامل الحفاز المستخدم | المعادلة الكيميائية الموزونة | دور العامل الحفاز |
|---|---|---|---|
| تحضير غاز النشادر (طريقة هابر - بوش) | الحديد المجزأ ($$\mathrm{Fe}$$) | $$\mathrm{N_2}\text{ (g)} + 3\mathrm{H_2}\text{ (g)} \xrightarrow[\text{500}^\circ\mathrm{C},\ 200\ \text{atm}]{\mathrm{Fe}} 2\mathrm{NH_3}\text{ (g)}$$ | توفير مساحة سطح نشطة وتقليل طاقة التنشيط |
| تحضير حمض الكبريتيك (طريقة التلامس) | خامس أكسيد الفاناديوم ($$\mathrm{V_2O_5}$$) | $$2\mathrm{SO_2}\text{ (g)} + \mathrm{O_2}\text{ (g)} \xrightarrow[450^\circ\mathrm{C}]{\mathrm{V_2O_5}} 2\mathrm{SO_3}\text{ (g)}$$ | أكسدة ثاني أكسيد الكبريت بكفاءة عالية |
| انحلال فوق أكسيد الهيدروجين | ثاني أكسيد المنجنيز ($$\mathrm{MnO_2}$$) | $$2\mathrm{H_2O_2}\text{ (aq)} \xrightarrow{\mathrm{MnO_2}} 2\mathrm{H_2O}\text{ (l)} + \mathrm{O_2}\text{ (g)}\uparrow$$ | زيادة سرعة انحلال ماء الأكسجين وإنتاج الأكسجين |
الدرس الثالث: خامات الحديد واستخلاصه والسبائك
1. خامات الحديد الطبيعية
| اسم الخام | الاسم الكيميائي | الصيغة الكيميائية | اللون | نسبة الحديد فيه | الخواص والمميزات |
|---|---|---|---|---|---|
| الهيماتيت | أكسيد الحديد (III) اللامائي | $$\mathrm{Fe_2O_3}$$ | أحمر داكن | 50% : 60% | سهل الاختزال ويستخدم في إنتاج الدهانات الحمراء |
| الليمونيت | أكسيد الحديد (III) المتهدرت | $$2\mathrm{Fe_2O_3}\cdot 3\mathrm{H_2O}$$ | أصفر | 20% : 60% | سهل الاختزال ويفقد ماء تبلره بالتسخين |
| الماجنتيت | أكسيد الحديد المغناطيسي (الأسود) | $$\mathrm{Fe_3O_4}$$ | أسود | 45% : 70% | خام مغناطيسي ذو خواص مغناطيسية قوية |
| السيدريت | كربونات الحديد (II) | $$\mathrm{FeCO_3}$$ | رمادي مصفر | 30% : 42% | سهل الاختزال ويتحول بالتحميص إلى هيماتيت |
2. معادلات تحميص خامات الحديد وأكسدة الشوائب
| الغرض من التحميص | المعادلة الكيميائية الموزونة (LaTeX) | النتيجة الكيميائية |
|---|---|---|
| تجفيف الليمونيت وطرد الرطوبة | $$2\mathrm{Fe_2O_3}\cdot 3\mathrm{H_2O}\text{ (s)} \xrightarrow{\Delta} 2\mathrm{Fe_2O_3}\text{ (s)} + 3\mathrm{H_2O}\text{ (v)}\uparrow$$ | زيادة نسبة الحديد من 40% إلى 69.6% |
| انحلال السيدريت ثم أكسدته |
$$\mathrm{FeCO_3}\text{ (s)} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{FeO}\text{ (s)} +
\mathrm{CO_2}\text{ (g)}\uparrow$$ $$4\mathrm{FeO}\text{ (s)} + \mathrm{O_2}\text{ (g)} \xrightarrow{\Delta} 2\mathrm{Fe_2O_3}\text{ (s)}$$ |
تحويل كربونات الحديد الثنائي إلى أكسيد حديد ثلاثي أحمر |
| أكسدة شوائب الكبريت (S) | $$\mathrm{S}\text{ (s)} + \mathrm{O_2}\text{ (g)} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{SO_2}\text{ (g)}\uparrow$$ | التخلص من الكبريت في صورة غاز متصاعد |
| أكسدة شوائب الفوسفور (P) | $$4\mathrm{P}\text{ (s)} + 5\mathrm{O_2}\text{ (g)} \xrightarrow{\Delta} 2\mathrm{P_2O_5}\text{ (g)}\uparrow$$ | التخلص من الفوسفور في صورة خامس أكسيد الفوسفور الغازي |
3. مقارنة أفران اختزال خام الحديد
| وجه المقارنة | الفرن العالي (Blast Furnace) | فرن مدركس (Midrex Furnace) |
|---|---|---|
| مصدر العامل المختزل | فحم الكوك ($$\mathrm{C}$$) | الغاز الطبيعي ($$\mathrm{CH_4}$$ بنسبة 93%) |
| تحضير العامل المختزل |
$$\mathrm{C} + \mathrm{O_2} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{CO_2}$$ $$\mathrm{CO_2} + \mathrm{C} \xrightarrow{\Delta} 2\mathrm{CO}$$ |
$$2\mathrm{CH_4} + \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O} \xrightarrow[\text{Cat.}]{\Delta} 3\mathrm{CO} + 5\mathrm{H_2}$$ |
| العامل المختزل الفعلي | غاز أول أكسيد الكربون ($$\mathrm{CO}$$) | الغاز المائي خليط من ($$\mathrm{CO} + \mathrm{H_2}$$) |
| معادلة الاختزال الكيميائية | $$\mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{CO} \xrightarrow{> 700^\circ\mathrm{C}} 2\mathrm{Fe} + 3\mathrm{CO_2}\uparrow$$ | $$2\mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{CO} + 3\mathrm{H_2} \xrightarrow{\Delta} 4\mathrm{Fe} + 3\mathrm{CO_2}\uparrow + 3\mathrm{H_2O}\uparrow$$ |
| الحديد الناتج | حديد غفل (Pig Iron) | حديد إسفنجي (Sponge Iron) |
4. أنواع السبائك والشروط الهندسية لتكوينها
| نوع السبيكة | كيفية التكوين والشروط | تأثيرها على الخواص الفيزيائية | أمثلة كيميائية هامة |
|---|---|---|---|
| السبيكة البينية (Interstitial) | إدخال ذرات فلزية/لافلزية صغيرة الحجم في المسافات البينية للشبكة البلورية الأصلية | إعاقة انزلاق الطبقات الفلزية، زيادة الصلابة وتغيير التوصيل الكهربي والانصهار | الحديد والصلب (حديد $$\mathrm{Fe}$$ + كربون $$\mathrm{C}$$ بدون اتحاد كيميائي) |
| السبيكة الاستبدالية (Substitutional) | استبدال ذرات الفلز الأصلي بذرات فلز آخر له نفس: (نصف القطر، الشكل البلوري، الخواص الكيميائية) | إكساب الفلز مقاومة فائقة للصدأ والتآكل والحرارة العالية | الصلب الذي لا يصدأ (حديد + كروم)، سبيكة (الذهب + النحاس)، سبيكة (الحديد + النيكل) |
| السبيكة البينفلزية (Intermetallic) | اتحاد كيميائي شديد بين العناصر المكونة لا يخضع لقوانين التكافؤ المعروفة | تكوين مركبات صلبة جداً تختلف كلياً عن العناصر المكونة | السيمنتيت ($$\mathrm{Fe_3C}$$)، الديورألومين ($$\mathrm{Al-Ni}$$ أو $$\mathrm{Al-Cu}$$)، سبيكة ($$\mathrm{Pb_2Au}$$) |
الدرس الرابع: تفاعلات الحديد وأكاسيده ومخطط التحويلات
1. تفاعلات الحديد الفلزي ($$\mathrm{Fe}$$) المباشرة
| المادة المتفاعلة مع الحديد | شروط التفاعل | المعادلة الكيميائية الموزونة | النواتج والتعليل العلمي |
|---|---|---|---|
| أكسجين الهواء الجوي | درجة الاحمرار ($$500^\circ\mathrm{C}$$) | $$3\mathrm{Fe}\text{ (s)} + 2\mathrm{O_2}\text{ (g)} \xrightarrow{500^\circ\mathrm{C}} \mathrm{Fe_3O_4}\text{ (s)}$$ | يتكون أكسيد الحديد المغناطيسي الأسود |
| بخار الماء الساخن | درجة الاحمرار ($$500^\circ\mathrm{C}$$) | $$3\mathrm{Fe}\text{ (s)} + 4\mathrm{H_2O}\text{ (v)} \xrightarrow{500^\circ\mathrm{C}} \mathrm{Fe_3O_4}\text{ (s)} + 4\mathrm{H_2}\text{ (g)}\uparrow$$ | أكسيد مغناطيسي ويتصاعد غاز الهيدروجين المشتعل بفرقعة |
| غاز الكلور ($$\mathrm{Cl_2}$$) | تسخين | $$2\mathrm{Fe}\text{ (s)} + 3\mathrm{Cl_2}\text{ (g)} \xrightarrow{\Delta} 2\mathrm{FeCl_3}\text{ (s)}$$ | يتكون كلوريد الحديد (III) لأن الكلور عامل مؤكسد قوي |
| مسحوق الكبريت ($$\mathrm{S}$$) | تسخين | $$\mathrm{Fe}\text{ (s)} + \mathrm{S}\text{ (s)} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{FeS}\text{ (s)}$$ | يتكون كبريتيد الحديد (II) لأن الكبريت عامل مؤكسد ضعيف |
| الأحماض المخففة ($$\mathrm{HCl}$$ أو $$\mathrm{H_2SO_4}$$) | على البارد مخفف |
$$\mathrm{Fe} + 2\mathrm{HCl}\text{ (dil.)} \rightarrow \mathrm{FeCl_2} +
\mathrm{H_2}\uparrow$$ $$\mathrm{Fe} + \mathrm{H_2SO_4}\text{ (dil.)} \rightarrow \mathrm{FeSO_4} + \mathrm{H_2}\uparrow$$ |
يتكون ملح حديد (II) لأن غاز الهيدروجين المتصاعد عامل مختزل قوي يمنع تكوّن أملاح حديد (III) |
| حمض الكبريتيك المركز الساخن ($$\mathrm{H_2SO_4\ conc.}$$) | تسخين مركز | $$3\mathrm{Fe} + 8\mathrm{H_2SO_4}\text{ (conc.)} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{FeSO_4} + \mathrm{Fe_2(SO_4)_3} + 4\mathrm{SO_2}\uparrow + 8\mathrm{H_2O}$$ | خليط من كبريتات حديد (II) وكبريتات حديد (III) وغاز $$\mathrm{SO_2}$$ يخضر ورقة داي كرومات البوتاسيوم |
| حمض النيتريك المركز ($$\mathrm{HNO_3\ conc.}$$) | على البارد مركز | خمول كيميائي: تفاعل لحظي يتبعه توقف فوري تام | تتكون طبقة مجهرية غير مسامية من الأكسيد تحمي الحديد من استمرار التفاعل (تزال بالحك أو $$\mathrm{dil.\ HCl}$$) |
2. مقارنة أكاسيد الحديد الثلاثة وتحضيراتها
وتفاعلاتها
| وجه المقارنة | أكسيد الحديد الثنائي ($$\mathrm{FeO}$$) | أكسيد الحديد الثلاثي ($$\mathrm{Fe_2O_3}$$) | أكسيد الحديد المغناطيسي ($$\mathrm{Fe_3O_4}$$) |
|---|---|---|---|
| اللون والخواص | مسحوق أسود، غير ذائب في الماء، يتأكسد بسهولة في الهواء الساخن | مسحوق أحمر داكن، غير ذائب في الماء، ثابت جداً تجاه الأكسدة | مسحوق أسود، خواص مغناطيسية قوية، أكسيد مختلط ($$\mathrm{FeO} + \mathrm{Fe_2O_3}$$) |
| طرق التحضير |
1. تسخين أوكسالات الحديد (II) بمعزل عن الهواء ($$\text{air-free}$$): $$(\mathrm{COO})_2\mathrm{Fe} \xrightarrow{\Delta\text{ (no air)}} \mathrm{FeO} + \mathrm{CO}\uparrow + \mathrm{CO_2}\uparrow$$ 2. اختزال الأكاسيد الأعلى بالهيدروجين أو $$\mathrm{CO}$$ عند ($$400-700^\circ\mathrm{C}$$) |
1. تسخين هيدروكسيد الحديد (III) أعلى من $$200^\circ\mathrm{C}$$: $$2\mathrm{Fe(OH)_3} \xrightarrow{> 200^\circ\mathrm{C}} \mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{H_2O}$$ 2. تسخين كبريتات الحديد (II) بشدة: $$2\mathrm{FeSO_4} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{Fe_2O_3} + \mathrm{SO_2}\uparrow + \mathrm{SO_3}\uparrow$$ |
1. تسخين الحديد مع الهواء أو بخار الماء عند $$500^\circ\mathrm{C}$$ 2. اختزال الهيماتيت عند ($$230-300^\circ\mathrm{C}$$): $$3\mathrm{Fe_2O_3} + \mathrm{CO} \xrightarrow{230-300^\circ\mathrm{C}} 2\mathrm{Fe_3O_4} + \mathrm{CO_2}\uparrow$$ |
| التفاعل مع الأحماض | يتفاعل مع الأحماض المخففة والمركزة ليعطي ملح حديد
(II) وماء: $$\mathrm{FeO} + \mathrm{H_2SO_4}\text{ (dil.)} \rightarrow \mathrm{FeSO_4} + \mathrm{H_2O}$$ |
يتفاعل فقط مع الأحماض المركزة الساخنة ليعطي ملح حديد
(III) وماء: $$\mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{H_2SO_4}\text{ (conc.)} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{Fe_2(SO_4)_3} + 3\mathrm{H_2O}$$ |
يتفاعل فقط مع الأحماض المركزة الساخنة ليعطي خليط
ملحين (II و III) وماء: $$\mathrm{Fe_3O_4} + 4\mathrm{H_2SO_4}\text{ (conc.)} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{FeSO_4} + \mathrm{Fe_2(SO_4)_3} + 4\mathrm{H_2O}$$ |
3. جدول درجات حرارة اختزال الهيماتيت
($$\mathrm{Fe_2O_3}$$) بواسطة $$\mathrm{CO}$$ أو $$\mathrm{H_2}$$
| نطاق درجة الحرارة | الناتج الرئيسي | المعادلة الكيميائية الموزونة |
|---|---|---|
| $$230^\circ\mathrm{C} - 300^\circ\mathrm{C}$$ | أكسيد الحديد المغناطيسي ($$\mathrm{Fe_3O_4}$$) | $$3\mathrm{Fe_2O_3} + \mathrm{CO} \xrightarrow{230-300^\circ\mathrm{C}} 2\mathrm{Fe_3O_4} + \mathrm{CO_2}\uparrow$$ |
| $$400^\circ\mathrm{C} - 700^\circ\mathrm{C}$$ | أكسيد الحديد الثنائي ($$\mathrm{FeO}$$) | $$\mathrm{Fe_2O_3} + \mathrm{CO} \xrightarrow{400-700^\circ\mathrm{C}} 2\mathrm{FeO} + \mathrm{CO_2}\uparrow$$ |
| أعلى من $$700^\circ\mathrm{C}$$ ($$> 700^\circ\mathrm{C}$$) | الحديد الفلزي النقي ($$\mathrm{Fe}$$) | $$\mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{CO} \xrightarrow{> 700^\circ\mathrm{C}} 2\mathrm{Fe} + 3\mathrm{CO_2}\uparrow$$ |
الباب الثاني
الكيمياء التحليلية
الدرس الأول: الكشف عن الأنيونات (الشقوق الحامضية)
1. تدرج ثبات الأحماض والكواشف الأساسية
| درجة ثبات الحمض | الأحماض الممثلة | الأنيونات المشتقة | الكاشف الأساسي للمجموعة | الأساس العلمي للكشف |
|---|---|---|---|---|
| أحماض غير ثابتة (ضعيفة الثبات) | الكربونيك ($$\mathrm{H_2CO_3}$$)، الكبريتوز ($$\mathrm{H_2SO_3}$$)، الهيدروكبريتيك ($$\mathrm{H_2S}$$)، الثيوكبريتيك ($$\mathrm{H_2S_2O_3}$$)، النيتروز ($$\mathrm{HNO_2}$$) | $$\mathrm{CO_3^{2-}},\ \mathrm{HCO_3^-},\ \mathrm{SO_3^{2-}},\ \mathrm{S^{2-}},\ \mathrm{S_2O_3^{2-}},\ \mathrm{NO_2^-}$$ | حمض الهيدروكلوريك المخفف ($$\mathrm{dil.\ HCl}$$) | الحمض الأكثر ثباتاً يطرد الحمض الأقل ثباتاً من أملاحه الصلبة في صورة غازات يسهل الكشف عنها |
| أحماض متوسطة الثبات | الهيدروكلوريك ($$\mathrm{HCl}$$)، الهيدروبروميك ($$\mathrm{HBr}$$)، الهيدرويوديك ($$\mathrm{HI}$$)، النيتريك ($$\mathrm{HNO_3}$$) | $$\mathrm{Cl^-},\ \mathrm{Br^-},\ \mathrm{I^-},\ \mathrm{NO_3^-}$$ | حمض الكبريتيك المركز الساخن ($$\mathrm{conc.\ H_2SO_4}$$) | حمض الكبريتيك أعلى في درجة الغليان وأكثر ثباتاً من هذه الأحماض فيطردها كغازات |
| أحماض عالية الثبات | حمض الكبريتيك ($$\mathrm{H_2SO_4}$$)، حمض الفوسفوريك ($$\mathrm{H_3PO_4}$$) | الكبريتات ($$\mathrm{SO_4^{2-}}$$)، الفوسفات ($$\mathrm{PO_4^{3-}}$$) | محلول كلوريد الباريوم ($$\mathrm{BaCl_2\ (aq)}$$) | تفاعلات ترسيب لعدم قدرة الأحماض السابقة على طردها لثباتها العالي |
2. جدول أنيونات مجموعة حمض الهيدروكلوريك المخفف
($$\mathrm{dil.\ HCl}$$)
| الأنيون والصيغة | التجربة الأساسية مع الملح الصلب + $$\mathrm{HCl}$$ | الغاز الناتج وطريقة الكشف عنه | التجربة التأكيدية بمحلول الملح | المعادلات الكيميائية الأساسية والتأكيدية |
|---|---|---|---|---|
| الكربونات ($$\mathrm{CO_3^{2-}}$$) | فوران وتصاعد غاز عديم اللون | $$\mathrm{CO_2}\uparrow$$ يعكر ماء الجير الرائق لفترة قصيرة ($$\text{S.T.}$$) لتكون كربونات الكالسيوم غير الذائبة | إضافة محلول كبريتات الماغنسيوم ($$\mathrm{MgSO_4}$$) يتكون راسب أبيض على البارد |
$$\mathrm{Na_2CO_3} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow 2\mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O} +
\mathrm{CO_2}\uparrow$$ $$\mathrm{Na_2CO_3} + \mathrm{MgSO_4} \rightarrow \mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{MgCO_3}\downarrow$$ (راسب أبيض) |
| البيكربونات ($$\mathrm{HCO_3^-}$$) | فوران وتصاعد غاز عديم اللون | $$\mathrm{CO_2}\uparrow$$ يعكر ماء الجير الرائق لفترة قصيرة | إضافة محلول $$\mathrm{MgSO_4}$$ يتكون راسب أبيض بعد التسخين | $$2\mathrm{NaHCO_3} + \mathrm{MgSO_4} \rightarrow \mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{Mg(HCO_3)_2} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{MgCO_3}\downarrow + \mathrm{H_2O} + \mathrm{CO_2}\uparrow$$ |
| الكبريتيت ($$\mathrm{SO_3^{2-}}$$) | تصاعد غاز ذو رائحة نفاذة | $$\mathrm{SO_2}\uparrow$$ يخضر ورقة مبللة بمحلول داي كرومات البوتاسيوم المحمضة بحمض الكبريتيك المركز | إضافة محلول نترات الفضة ($$\mathrm{AgNO_3}$$) يتكون راسب أبيض يسود بالتسخين |
$$\mathrm{K_2Cr_2O_7} + 3\mathrm{SO_2} + \mathrm{H_2SO_4} \rightarrow
\mathrm{K_2SO_4} + \mathrm{Cr_2(SO_4)_3} + \mathrm{H_2O}$$ (أخضر) $$\mathrm{Na_2SO_3} + 2\mathrm{AgNO_3} \rightarrow 2\mathrm{NaNO_3} + \mathrm{Ag_2SO_3}\downarrow$$ (راسب أبيض) |
| الكبريتيد ($$\mathrm{S^{2-}}$$) | تصاعد غاز كريه الرائحة (يشبه البيض الفاسد) | $$\mathrm{H_2S}\uparrow$$ يسود ورقة مبللة بمحلول أسيتات الرصاص الثنائي لتكون كبريتيد الرصاص الأسود | إضافة محلول نترات الفضة ($$\mathrm{AgNO_3}$$) يتكون راسب أسود مباشرة |
$$(\mathrm{CH_3COO})_2\mathrm{Pb} + \mathrm{H_2S} \rightarrow 2\mathrm{CH_3COOH} +
\mathrm{PbS}\downarrow$$ (راسب
أسود) $$\mathrm{Na_2S} + 2\mathrm{AgNO_3} \rightarrow 2\mathrm{NaNO_3} + \mathrm{Ag_2S}\downarrow$$ (راسب أسود) |
| الثيوكبريتات ($$\mathrm{S_2O_3^{2-}}$$) | تصاعد غاز $$\mathrm{SO_2}$$ النفاذ مع ظهور راسب أصفر معلق | $$\mathrm{SO_2}\uparrow$$ يخضر ورقة الكرومات ويترسب الكبريت الأصفر ($$\mathrm{S}\downarrow$$) داخل المحلول | إضافة محلول اليود البني ($$\mathrm{I_2}$$) يزول لون اليود لتكون رباعي ثيونات الصوديوم ويوديد الصوديوم عديم اللون |
$$\mathrm{Na_2S_2O_3} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow 2\mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O} +
\mathrm{SO_2}\uparrow + \mathrm{S}\downarrow$$ (معلق أصفر) $$2\mathrm{Na_2S_2O_3} + \mathrm{I_2} \rightarrow \mathrm{Na_2S_4O_6} + 2\mathrm{NaI}$$ (عديم اللون) |
| النيتريت ($$\mathrm{NO_2^-}$$) | تصاعد غاز أكسيد النيتريك عديم اللون | $$\mathrm{NO}\uparrow$$ يتحول عند فوهة الأنبوبة إلى أبخرة بنية حمراء من غاز $$\mathrm{NO_2}\uparrow$$ لاتحاده بأكسجين الهواء | إضافة محلول برمنجانات البوتاسيوم ($$\mathrm{KMnO_4}$$) المحمضة يزول اللون البنفسجي للبرمنجانات |
$$2\mathrm{HNO_2} \rightarrow \mathrm{HNO_3} + 2\mathrm{NO}\uparrow +
\mathrm{H_2O}$$ ثم عند الفوهة: $$2\mathrm{NO} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{NO_2}\uparrow$$ $$5\mathrm{NaNO_2} + 2\mathrm{KMnO_4} + 3\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow 5\mathrm{NaNO_3} + \mathrm{K_2SO_4} + 2\mathrm{MnSO_4} + 3\mathrm{H_2O}$$ |
3. جدول أنيونات مجموعة حمض الكبريتيك المركز الساخن
($$\mathrm{conc.\ H_2SO_4}$$)
| الأنيون | التجربة الأساسية مع الملح الصلب + $$\mathrm{H_2SO_4\ conc.}$$ | الملاحظات والغازات المتصاعدة | التجربة التأكيدية بمحلول الملح | المعادلات الكيميائية الأساسية |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريد ($$\mathrm{Cl^-}$$) | تصاعد غاز كلوريد الهيدروجين عديم اللون | $$\mathrm{HCl}\uparrow$$ يكون سحباً بيضاء كثيفة عند تقريب ساق زجاجية مبللة بمحلول النشادر ($$\mathrm{NH_3}$$) | مع محلول $$\mathrm{AgNO_3}$$ يتكون راسب أبيض يصير بنفسجياً في الضوء ويذوب سريعاً في محلول النشادر المركز |
$$\mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2SO_4} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{NaHSO_4} +
\mathrm{HCl}\uparrow$$ $$\mathrm{NH_3} + \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{NH_4Cl}$$ (سحب بيضاء) |
| البروميد ($$\mathrm{Br^-}$$) | تصاعد غاز بروميد الهيدروجين ويتأكسد جزئياً بواسطة حمض الكبريتيك المركز | تنفصل أبخرة برتقالية حمراء من البروم ($$\mathrm{Br_2}\uparrow$$) تصفر ورقة مبللة بمحلول النشا | مع محلول $$\mathrm{AgNO_3}$$ يتكون راسب أبيض مصفر يصير داكناً في الضوء ويذوب ببطء في محلول النشادر المركز |
$$2\mathrm{NaBr} + 2\mathrm{H_2SO_4} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{Na_2SO_4} +
\mathrm{SO_2} + 2\mathrm{H_2O} + \mathrm{Br_2}\uparrow$$ (أبخرة برتقالية حمراء) $$\mathrm{NaBr} + \mathrm{AgNO_3} \rightarrow \mathrm{NaNO_3} + \mathrm{AgBr}\downarrow$$ (راسب أبيض مصفر) |
| اليوديد ($$\mathrm{I^-}$$) | تصاعد غاز يوديد الهيدروجين ويتأكسد جزئياً بواسطة حمض الكبريتيك المركز | تنفصل أبخرة بنفسجية من اليود ($$\mathrm{I_2}\uparrow$$) تزرق ورقة مبللة بمحلول النشا | مع محلول $$\mathrm{AgNO_3}$$ يتكون راسب أصفر لا يذوب في محلول النشادر المركز |
$$2\mathrm{NaI} + 2\mathrm{H_2SO_4} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{Na_2SO_4} +
\mathrm{SO_2} + 2\mathrm{H_2O} + \mathrm{I_2}\uparrow$$ (أبخرة بنفسجية) $$\mathrm{NaI} + \mathrm{AgNO_3} \rightarrow \mathrm{NaNO_3} + \mathrm{AgI}\downarrow$$ (راسب أصفر لا يذوب) |
| النترات ($$\mathrm{NO_3^-}$$) | تصاعد أبخرة بنية حمراء من غاز ثاني أكسيد النيتروجين | $$\mathrm{NO_2}\uparrow$$ تزداد كثافة الأبخرة البنية الحمراء بإضافة خراطة النحاس للتفاعل | تجربة الحلقة البنية: إضافة كبريتات حديد (II) حديثة التحضير ثم قطرات حمض الكبريتيك المركز بحرص على الجدار الداخلي |
$$4\mathrm{NaNO_3} + 2\mathrm{H_2SO_4} \xrightarrow{\Delta} 2\mathrm{Na_2SO_4} +
4\mathrm{NO_2}\uparrow + \mathrm{O_2}\uparrow + 2\mathrm{H_2O}$$ $$\mathrm{FeSO_4} + \mathrm{NO} \rightarrow \mathrm{FeSO_4}\cdot\mathrm{NO}$$ (مركب الحلقة البنية) |
4. لوحة كاشف نترات الفضة ($$\mathrm{AgNO_3}$$)
الشاملة للأنيونات الستة
| الأنيون | صيغة الراسب المتكون | لون الراسب | سلوك الراسب مع الضوء / التسخين | الذوبانية في محلول النشادر ($$\mathrm{NH_4OH}$$) |
|---|---|---|---|---|
| الكبريتيت ($$\mathrm{SO_3^{2-}}$$) | $$\mathrm{Ag_2SO_3}\downarrow$$ | أبيض | يسود بالتسخين الشديد | يذوب في حمض النيتريك المخفف |
| الكبريتيد ($$\mathrm{S^{2-}}$$) | $$\mathrm{Ag_2S}\downarrow$$ | أسود | أسود مستقر | لا يذوب في محلول النشادر |
| الكلوريد ($$\mathrm{Cl^-}$$) | $$\mathrm{AgCl}\downarrow$$ | أبيض | يتحول للون البنفسجي عند التعرض للضوء | يذوب سريعاً وبسهولة في محلول النشادر المركز |
| البروميد ($$\mathrm{Br^-}$$) | $$\mathrm{AgBr}\downarrow$$ | أبيض مصفر | يصير داكناً عند التعرض للضوء | يذوب ببطء في محلول النشادر المركز |
| اليوديد ($$\mathrm{I^-}$$) | $$\mathrm{AgI}\downarrow$$ | أصفر | لا يتأثر بالضوء | لا يذوب إطلاقاً في محلول النشادر المركز |
| الفوسفات ($$\mathrm{PO_4^{3-}}$$) | $$\mathrm{Ag_3PO_4}\downarrow$$ | أصفر | أصفر نقي | يذوب في كل من محلول النشادر وحمض النيتريك |
الدرس الثاني: الكشف عن الكاتيونات (الشقوق القاعدية)
1. المجموعات التحليلية الأربعة المقررة
| المجموعة التحليلية | الكاتيونات الممثلة | كاشف المجموعة | هيئة وصورة الراسب | المعادلات الكيميائية المميزة |
|---|---|---|---|---|
| المجموعة الأولى | الفضة ($$\mathrm{Ag^+}$$)، الزئبق الأحادي ($$\mathrm{Hg^+}$$)، الرصاص الثنائي ($$\mathrm{Pb^{2+}}$$) | حمض الهيدروكلوريك المخفف ($$\mathrm{dil.\ HCl}$$) | كلوريدات بيضاء شحيحة الذوبان في الماء البارد | $$\mathrm{Pb(NO_3)_2} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{PbCl_2}\downarrow + 2\mathrm{HNO_3}$$ (راسب أبيض) |
| المجموعة الثانية | النحاس الثنائي ($$\mathrm{Cu^{2+}}$$) | غاز كبريتيد الهيدروجين ($$\mathrm{H_2S}$$) في وسط حمضي ($$\mathrm{dil.\ HCl}$$) | كبريتيدات سوداء تذوب في حمض النيتريك الساخن | $$\mathrm{CuSO_4} + \mathrm{H_2S} \xrightarrow{\mathrm{HCl}} \mathrm{CuS}\downarrow + \mathrm{H_2SO_4}$$ (راسب أسود) |
| المجموعة الثالثة | الألومنيوم ($$\mathrm{Al^{3+}}$$)، الحديد الثنائي ($$\mathrm{Fe^{2+}}$$)، الحديد الثلاثي ($$\mathrm{Fe^{3+}}$$) | محلول هيدروكسيد الأمونيوم ($$\mathrm{NH_4OH}$$) | هيدروكسيدات جيلاتينية متباينة الألوان |
$$\mathrm{AlCl_3} + 3\mathrm{NH_4OH} \rightarrow \mathrm{Al(OH)_3}\downarrow +
3\mathrm{NH_4Cl}$$ $$\mathrm{FeSO_4} + 2\mathrm{NH_4OH} \rightarrow \mathrm{Fe(OH)_2}\downarrow + (\mathrm{NH_4})_2\mathrm{SO_4}$$ $$\mathrm{FeCl_3} + 3\mathrm{NH_4OH} \rightarrow \mathrm{Fe(OH)_3}\downarrow + 3\mathrm{NH_4Cl}$$ |
| المجموعة الخامسة | الكالسيوم ($$\mathrm{Ca^{2+}}$$) | محلول كربونات الأمونيوم ($$(\mathrm{NH_4})_2\mathrm{CO_3}$$) | راسب أبيض من كربونات الكالسيوم يذوب في الأحماض المخففة وفي الماء المحتوي على $$\mathrm{CO_2}$$ |
$$\mathrm{CaCl_2} + (\mathrm{NH_4})_2\mathrm{CO_3} \rightarrow
\mathrm{CaCO_3}\downarrow + 2\mathrm{NH_4Cl}$$ (راسب أبيض) كشف اللهب (اللهب الجاف): يعطي لون أحمر طوبي |
2. مقارنة تفصيلية لرواسب هيدروكسيدات المجموعة
الثالثة وتأثير وفرة $$\mathrm{NaOH}$$
| الكاتيون | الراسب مع $$\mathrm{NH_4OH}$$ / $$\mathrm{NaOH}$$ | لون ومظهر الراسب | سلوك الراسب مع الزيادة (الوفرة) من محلول $$\mathrm{NaOH}$$ | المعادلة الكيميائية مع وفرة الصودا الكاوية |
|---|---|---|---|---|
| الألومنيوم ($$\mathrm{Al^{3+}}$$) | $$\mathrm{Al(OH)_3}\downarrow$$ | أبيض جيلاتيني يذوب في الأحماض والقواعد | يذوب الراسب تماماً لتكوين ميتالومينات الصوديوم الذائبة في الماء | $$\mathrm{Al(OH)_3}\text{ (s)} + \mathrm{NaOH}\text{ (aq)} \rightarrow \mathrm{NaAlO_2}\text{ (aq)} + 2\mathrm{H_2O}\text{ (l)}$$ |
| الحديد الثنائي ($$\mathrm{Fe^{2+}}$$) | $$\mathrm{Fe(OH)_2}\downarrow$$ | أبيض مخضر يتحول إلى بني محمر عند تعرضه للهواء | لا يذوب الراسب في الزيادة من محلول $$\mathrm{NaOH}$$ | — |
| الحديد الثلاثي ($$\mathrm{Fe^{3+}}$$) | $$\mathrm{Fe(OH)_3}\downarrow$$ | بني محمر جيلاتيني يذوب في الأحماض | لا يذوب الراسب في الزيادة من محلول $$\mathrm{NaOH}$$ | — |
الدرس الثالث: التحليل الكيميائي الكمي وقوانين المسائل
1. قوانين المعايرة الحجمية والتحليل
الكتلي الرياضية
| نوع الحساب الكيميائي | القانون الرياضي بصيغة MathJax | دلالات الرموز الكيميائية والوحدات |
|---|---|---|
| قانون المعايرة الأساسي | $$\frac{M_a \times V_a}{n_a} = \frac{M_b \times V_b}{n_b}$$ |
$$M_a, M_b$$: التركيز المولاري للحمض والقاعدة ($$\mathrm{mol/L}$$) $$V_a, V_b$$: حجم الحمض والقاعدة المستخدم باللتر ($$\mathrm{L}$$) $$n_a, n_b$$: عدد مولات الحمض والقاعدة في المعادلة الموزونة |
| عدد المولات والكتلة والتركيز |
$$n = \frac{m}{M_m}$$ (عدد المولات = الكتلة ÷
الكتلة المولية) $$m = M \times V_{(L)} \times M_m$$ (كتلة المادة بالجرام) |
علاقات أساسية للتحويل بين الكتل والأحجام والتركيزات المولارية |
| حساب ماء التبلر (طريقة التطاير) |
كتلة ماء التبلر = كتلة العينة
المتهدرتة - كتلة الملح الجاف $$x = \frac{n(\mathrm{H_2O})}{n(\text{salt})} = \frac{m(\mathrm{H_2O}) / 18}{m(\text{salt}) / M_m}$$ |
حساب الصيغة الجزيئية للملح المتهدرت ($$\mathrm{Salt}\cdot x\mathrm{H_2O}$$) والنسبة المئوية لماء التبلر |
| النسبة المئوية الكتلية ونسبة النقاء |
نسبة النقاء: $$\% = \left( \frac{m_{\text{pure}}}{m_{\text{sample}}} \right) \times 100\%$$ |
حساب نقاء الخامات ونتائج الترسيب الكمي |
الباب الثالث
الاتزان الكيميائي
الدرس الأول والثاني: الأنظمة المتزنة وثوابت الاتزان ($$K_c, K_p$$)
1. مقارنة التفاعلات التامة والتفاعلات
الانعكاسية
| وجه المقارنة | التفاعلات التامة (غير الانعكاسية) | التفاعلات الانعكاسية (تفاعلات الاتزان) |
|---|---|---|
| الاتجاه والمسار | تسير في اتجاه واحد فقط (الاتجاه الطردي نحو تكوين النواتج) | تسير في كلا الاتجاهين الطردي والعكسي في نفس الوقت |
| سبب عدم الرجوع | خروج أحد النواتج من حيز التفاعل في صورة غاز متصاعد أو راسب | بقاء جميع المواد المتفاعلة والناتجة باستمرار في حيز التفاعل المغلق |
| تركيز المواد مع الزمن | تستهلك المتفاعلات تماماً (تصل للصفر تقريباً) وتصل النواتج لأقصى قيمة | تثبت تركيزات المتفاعلات والنواتج عند وصول النظام إلى حالة الاتزان الديناميكي |
| أمثلة كيميائية مميزة |
$$\mathrm{Mg}\text{ (s)} + 2\mathrm{HCl}\text{ (aq)} \rightarrow
\mathrm{MgCl_2}\text{ (aq)} + \mathrm{H_2}\text{ (g)}\uparrow$$ $$\mathrm{AgNO_3}\text{ (aq)} + \mathrm{NaCl}\text{ (aq)} \rightarrow \mathrm{AgCl}\text{ (s)}\downarrow + \mathrm{NaNO_3}\text{ (aq)}$$ |
تفاعل الأسترة (حمض عضوي + كحول): $$\mathrm{CH_3COOH}\text{ (l)} + \mathrm{C_2H_5OH}\text{ (l)} \rightleftharpoons \mathrm{CH_3COOC_2H_5}\text{ (l)} + \mathrm{H_2O}\text{ (l)}$$ $$2\mathrm{NO_2}\text{ (g)} \rightleftharpoons \mathrm{N_2O_4}\text{ (g)}$$ (غاز بني محمر $$\rightleftharpoons$$ غاز عديم اللون) |
2. ثوابت الاتزان ($$K_c$$ و $$K_p$$) ودلالاتها
الفيزيائية
| المفهوم الكيميائي | الصيغة الرياضية العامة | القواعد الذهبية والدلالات |
|---|---|---|
| ثابت الاتزان بدلالة التركيزات ($$K_c$$) | $$K_c = \frac{[\mathrm{C}]^c [\mathrm{D}]^d}{[\mathrm{A}]^a [\mathrm{B}]^b}$$ |
• $$K_c > 1$$: النواتج سائدة والتفاعل الطردي هو المفضل. • $$K_c < 1$$: المتفاعلات سائدة والتفاعل العكسي هو المفضل. • لا يتغير $$K_c$$ إلا بتغير درجة الحرارة فقط. |
| ثابت الاتزان بدلالة الضغوط الجزئية ($$K_p$$) | $$K_p = \frac{(P_{\mathrm{C}})^c (P_{\mathrm{D}})^d}{(P_{\mathrm{A}})^a (P_{\mathrm{B}})^b}$$ | يطبق فقط على التفاعلات الغازية في أوعية مغلقة حيث $$P$$ يمثل الضغط الجزئي لكل غاز بالـ ($$\mathrm{atm}$$) |
| المواد المستبعدة من كتابة $$K_c$$ و $$K_p$$ | المواد الصلبة (s) والسوائل النقية (l) كالماء النقي | تُحذف لأن تركيزها أو كثافتها تظل ثابتة القيمة مهما تغيرت كميتها ($$\text{Constant Value}$$) |
الدرس الثالث: العوامل المؤثرة على موضع الاتزان وقاعدة لوشاتيليه
قاعدة لوشاتيليه والتأثيرات الثلاثية على موضع
الاتزان وقيمة ثابت الاتزان
| العامل المؤثر | التغير الحادث | اتجاه انزياح موضع الاتزان | التأثير على قيمة $$K_c$$ / $$K_p$$ |
|---|---|---|---|
| التركيز (Concentration) | زيادة تركيز المتفاعلات أو سحب النواتج | ينشط التفاعل في الاتجاه الطردي (نحو اليمين) | لا تتغير قيمتها وتظل ثابتة |
| زيادة تركيز النواتج أو سحب المتفاعلات | ينشط التفاعل في الاتجاه العكسي (نحو اليسار) | لا تتغير قيمتها وتظل ثابتة | |
| الضغط (Pressure) (للغازات فقط) |
زيادة الضغط الكلي (تقليل حجم الوعاء) | ينشط التفاعل نحو الطرف ذي عدد المولات الغازية الأقل | لا تتغير قيمتها وتظل ثابتة |
| تقليل الضغط الكلي (زيادة حجم الوعاء) | ينشط التفاعل نحو الطرف ذي عدد المولات الغازية الأكثر | لا تتغير قيمتها وتظل ثابتة | |
| درجة الحرارة في التفاعل
الطارد ($$-\Delta H\text{ أو } +\text{Heat}$$ بالنواتج) |
رفع درجة الحرارة (تسخين) | ينشط التفاعل في الاتجاه العكسي لتصريف الحرارة الزائدة | تقل قيمة $$K_c$$ (علاقة عكسية) |
| خفض درجة الحرارة (تبريد) | ينشط التفاعل في الاتجاه الطردي لتعويض الحرارة المفقودة | تزداد قيمة $$K_c$$ (علاقة عكسية) | |
| درجة الحرارة في التفاعل
الماص ($$+\Delta H\text{ أو } +\text{Heat}$$ بالمتفاعلات) |
رفع درجة الحرارة (تسخين) | ينشط التفاعل في الاتجاه الطردي لامتصاص الحرارة المضافة | تزداد قيمة $$K_c$$ (علاقة طردية) |
| خفض درجة الحرارة (تبريد) | ينشط التفاعل في الاتجاه العكسي لإنتاج حرارة | تقل قيمة $$K_c$$ (علاقة طردية) | |
| العامل الحفاز (Catalyst) | إضافة عامل حفاز للمنظومة | لا يؤثر على موضع الاتزان لأنه يزيد من سرعتي التفاعل الطردي والعكسي بنفس المعدل | لا يغير قيمة $$K_c$$ مطلقاً ويقلل فقط من زمن الوصول لحالة الاتزان |
الدرس الرابع: الاتزان الأيوني والأحماض والقواعد
1. مقارنة أنواع المواد حسب التوصيل الكهربي والتأين
| وجه المقارنة | إلكتروليتات قوية (Strong Electrolytes) | إلكتروليتات ضعيفة (Weak Electrolytes) | لاإلكتروليتات (Non-Electrolytes) |
|---|---|---|---|
| درجة التأين في المحلول | تامة التأين (تتحول جميع جزيئاتها إلى أيونات حرة بنسبة 100%) | غير تامة التأين (يتأين منها جزء ضئيل جداً وتنشأ حالة اتزان أيوني) | لا تتأين إطلاقاً وتظل في صورة جزيئات متعادلة |
| شدة التوصيل الكهربي | توصيل قوي جداً وتوهج شديد للمصباح الكهربي | توصيل ضعيف وإضاءة خافتة للمصباح تزداد بزيادة التخفيف | لا توصل التيار الكهربي إطلاقاً والمصباح مطفأ |
| أثر التخفيف على التوصيل | لا يتأثر التوصيل بالتخفيف لأنها متأينة تماماً من البداية | يزداد التوصيل بزيادة التخفيف بالماء وفق قانون أستفالد | لا يتأثر |
| أمثلة كيميائية هامة |
أحماض قوية: $$\mathrm{HCl},\ \mathrm{H_2SO_4},\ \mathrm{HNO_3}$$ قواعد قوية: $$\mathrm{NaOH},\ \mathrm{KOH},\ \mathrm{Ba(OH)_2}$$ أملاح تامة: $$\mathrm{NaCl},\ \mathrm{KNO_3}$$ |
أحماض ضعيفة: $$\mathrm{CH_3COOH},\ \mathrm{HCN},\ \mathrm{H_2CO_3}$$ قواعد ضعيفة: $$\mathrm{NH_4OH}$$ (محلول النشادر) الماء النقي: $$\mathrm{H_2O}$$ |
السكر المذاب في الماء، الكحول الإيثيلي، البنزين العطري |
2. القوانين الرياضية للاتزان الأيوني
والأحماض والـ pH
| القانون الكيميائي | المعادلة الرياضية بصيغة MathJax | الشرح والدلالات الكيميائية |
|---|---|---|
| قانون أستفالد للتخفيف للأحماض الضعيفة | $$K_a = \alpha^2 \cdot C_a \implies \alpha = \sqrt{\frac{K_a}{C_a}}$$ |
$$K_a$$: ثابت تأين الحمض الضعيف (ثابت عند ثبوت الحرارة). $$\alpha$$: درجة التفكك أو التأين ($$\alpha = \frac{n_{\text{dissociated}}}{n_{\text{initial}}}$$). $$C_a$$: التركيز المولاري للحمض ($$\mathrm{mol/L}$$). |
| تركيز أيون الهيدرونيوم ($$\mathrm{H_3O^+}$$) للحمض الضعيف | $$[\mathrm{H_3O^+}] = \sqrt{K_a \cdot C_a} = \alpha \cdot C_a$$ | يحسب تركيز الهيدرونيوم الناتج عن تأين حمض ضعيف أحادي البروتون بدلالة $$K_a$$ و $$C_a$$ |
| تركيز أيون الهيدروكسيل ($$\mathrm{OH^-}$$) للقاعدة الضعيفة | $$[\mathrm{OH^-}] = \sqrt{K_b \cdot C_b} = \alpha \cdot C_b$$ | $$K_b$$: ثابت تأين القاعدة الضعيفة، و $$C_b$$: تركيز القاعدة المولاري |
| الحاصل الأيوني للماء ($$K_w$$) |
$$K_w = [\mathrm{H_3O^+}][\mathrm{OH^-}] = 10^{-14}$$ (عند $$25^\circ\mathrm{C}$$) |
في الماء النقي والمحاليل المتعادلة: $$[\mathrm{H_3O^+}] = [\mathrm{OH^-}] = 10^{-7}\ \mathrm{M}$$. تأين الماء ماص للحرارة فتزداد قيمة $$K_w$$ بالحرارة |
| الأس الهيدروجيني ($$\mathrm{pH}$$) والأس الهيدروكسيلي ($$\mathrm{pOH}$$) |
$$\mathrm{pH} = -\log[\mathrm{H_3O^+}]$$ $$\mathrm{pOH} = -\log[\mathrm{OH^-}]$$ $$\mathrm{pH} + \mathrm{pOH} = 14 = \mathrm{p}K_w$$ (عند $$25^\circ\mathrm{C}$$) |
• $$\mathrm{pH} < 7$$: المحلول حمضي. • $$\mathrm{pH} = 7$$: المحلول متعادل. • $$\mathrm{pH} > 7$$: المحلول قاعدي. |
الدرس الخامس: التميؤ وحاصل الإذابة ($$K_{sp}$$)
1. جدول تميؤ الأملاح وتحديد نوع المحلول وقيمة الـ
$$\mathrm{pH}$$
| نوع الملح المشتق | الشق القاعدي (الكاتيون) | الشق الحمضي (الأنيون) | نوع تأثير المحلول | قيمة الـ $$\mathrm{pH}$$ | أمثلة كيميائية مميزة ومعادلة التميؤ |
|---|---|---|---|---|---|
| حمض قوي + قاعدة قوية | قوي ($$\mathrm{Na^+, K^+, Ba^{2+}}$$) | قوي ($$\mathrm{Cl^-, SO_4^{2-}, NO_3^-}$$) | متعادل التأثير (لا يتميأ) | $$\mathrm{pH} = 7$$ | $$\mathrm{NaCl},\ \mathrm{KNO_3},\ \mathrm{Na_2SO_4}$$ (تظل أيونات الماء $$[\mathrm{H^+}] = [\mathrm{OH^-}]$$ دون سحب) |
| حمض ضعيف + قاعدة ضعيفة | ضعيف ($$\mathrm{NH_4^+}$$) | ضعيف ($$\mathrm{CH_3COO^-, CO_3^{2-}}$$) | متعادل (تقريباً) (يتميأ الشقان) | $$\mathrm{pH} \approx 7$$ | أسيتات الأمونيوم: $$\mathrm{CH_3COONH_4} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{NH_4OH}$$ (لتساوي $$K_a = K_b$$) |
| حمض قوي + قاعدة ضعيفة | ضعيف ($$\mathrm{NH_4^+}$$) | قوي ($$\mathrm{Cl^-, SO_4^{2-}, NO_3^-}$$) | حمضي التأثير (يتميأ الكاتيون) | $$\mathrm{pH} < 7$$ | كلوريد الأمونيوم ($$\mathrm{NH_4Cl}$$): يتحد $$\mathrm{NH_4^+}$$ مع $$\mathrm{OH^-}$$ فيتراكم أيون $$\mathrm{H^+}$$ ويزداد تركيز الهيدرونيوم |
| حمض ضعيف + قاعدة قوية | قوي ($$\mathrm{Na^+, K+}$$) | ضعيف ($$\mathrm{CH_3COO^-, CO_3^{2-}}$$) | قاعدي (قلوي) التأثير (يتميأ الأنيون) | $$\mathrm{pH} > 7$$ | كربونات الصوديوم ($$\mathrm{Na_2CO_3}$$) أو أسيتات الصوديوم ($$\mathrm{CH_3COONa}$$): يسحب أنيون الحمض أيونات $$\mathrm{H^+}$$ فيتراكم $$\mathrm{OH^-}$$ |
2. حاصل الإذابة ($$K_{sp}$$) بدلالة درجة الذوبانية
المولارية ($$s$$)
| نوع الملح الشحيح الذوبان | مثال كيميائي ومعادلة التفكك | علاقة حاصل الإذابة ($$K_{sp}$$) بدرجة الذوبان ($$s$$) | حساب درجة الذوبانية ($$s$$) |
|---|---|---|---|
| ملح ثنائي الأيون (1:1) | $$\mathrm{AgCl}\text{ (s)} \rightleftharpoons \mathrm{Ag^+}\text{ (aq)} + \mathrm{Cl^-}\text{ (aq)}$$ | $$K_{sp} = [s][s] = s^2$$ | $$s = \sqrt{K_{sp}}$$ |
| ملح ثلاثي الأيون (1:2 أو 2:1) | $$\mathrm{PbCl_2}\text{ (s)} \rightleftharpoons \mathrm{Pb^{2+}}\text{ (aq)} + 2\mathrm{Cl^-}\text{ (aq)}$$ | $$K_{sp} = [s][2s]^2 = 4s^3$$ | $$s = \sqrt[3]{\frac{K_{sp}}{4}}$$ |
| ملح رباعي الأيون (1:3 أو 3:1) | $$\mathrm{Fe(OH)_3}\text{ (s)} \rightleftharpoons \mathrm{Fe^{3+}}\text{ (aq)} + 3\mathrm{OH^-}\text{ (aq)}$$ | $$K_{sp} = [s][3s]^3 = 27s^4$$ | $$s = \sqrt[4]{\frac{K_{sp}}{27}}$$ |
| ملح خماسي الأيون (2:3 أو 3:2) | $$\mathrm{Ca_3(PO_4)_2}\text{ (s)} \rightleftharpoons 3\mathrm{Ca^{2+}}\text{ (aq)} + 2\mathrm{PO_4^{3-}}\text{ (aq)}$$ | $$K_{sp} = [3s]^3 [2s]^2 = (27s^3)(4s^2) = 108s^5$$ | $$s = \sqrt[5]{\frac{K_{sp}}{108}}$$ |
3. شروط الترسيب وتأثير الأيون المشترك (Common
Ion Effect)
| الحالة الكيميائية | العلاقة بين حاصل ضرب التركيزات الفعلية ($$Q_{sp}$$) و $$K_{sp}$$ | حالة المحلول وظهور الراسب |
|---|---|---|
| محلول غير مشبع (Unsaturated) | $$Q_{sp} < K_{sp}$$ | لا يتكون راسب ويمكن إذابة كميات إضافية من الملح |
| محلول مشبع متزن (Saturated) | $$Q_{sp} = K_{sp}$$ | حالة اتزان ديناميكي مثالية بين الملح الصلب وأيوناته المذابة |
| محلول فوق مشبع (Supersaturated) | $$Q_{sp} > K_{sp}$$ | يحدث ترسيب فوري للمادة الزائدة حتى تتساوى التركيزات مع $$K_{sp}$$ |
| تأثير الأيون المشترك | إضافة إلكتروليت قوي يحتوي على أيون مشترك مع الملح الشحيح | يزاح الاتزان في الاتجاه العكسي وفق قاعدة لوشاتيليه، فتزداد كتلة الراسب وتقل درجة الذوبانية ($$s$$) مع ثبات قيمة $$K_{sp}$$ |