الدكتور عبدالرزاق محمد جعفر
21/02/2010, 07:57 AM
أســئلة نطرحها مباشرة على غيرالمختصين في الكيمياء /ح7
1- لماذا يكبرحجم مقدارمعين من الماء اذا ما تجمد ؟
2- لماذا ينطفأ لـهـب الشمعة اذا ما نفخ عليه ؟!
3- لماذا تفضل النوافذ المصنوعة من الألمنيوم اوالكروم على تلك المصنوعة من الحديد؟!
4- ما الفرق بين التأكسد والأحتراق ؟...كيف يحدث الحريق من دون مصدر حراري؟!
5- كيف نفصل خليط من دقيق السكر ودقيق ملح الطعام؟
لا بُـدً من شرح بعض المصطلحات الأساسية في الكيمياء العامة لتذكيرمن نـسى وتصحيح مفهوم من فهمها بشكل ثان , كما تقول المطربة شادية : " شكل ثاني حبك انت", في حين ان جميع ظواهرالـحب الكيميائية واحدة !
Physical Change - التغيرات الطبيعية
هي التغيرات التي تحدث في شكل المادة ولا تؤثر في جوهرها ,..مثال ذلك ذوبان الجليد الى الماء اي تحول المادة من ( الحالة الصلبة), الى (الحالة السائلة), وبتسخين السائل يتحول الى البخار, اي الى (الحالة الغازية).
ان المتغيرات التي طرأت على الماء من حالته الصلبة (الجليد), الى السائلة (الماء) ثم الى الغازية (البخار),... لم تؤثرعلى جوهرالماء , حيث تركيب جزيئة الماء في الحالات الثلاثة تحتوي على ذرتين من الهيدروجين, كلاً منهما تتصل بقوة بواسطة رابطة تساهمية بذرة الأكسجين مكونة جزيئة ماء, وكل جزيئة تتصل بأخرى برابطة تساهمية.
سـؤال / لماذا يكبر حجم مقدار معين من الماء اذا تجمد؟!
ما من احد لم يلاحظ تكسرالقنينة الزجاجية المملوءة بالماء اذا ما وضعت في المجمدة (فريزر), ولذا يترك فراغ فيها,... فما هو السـبب ؟... الكل سيقول ان الماء اذا ما تجمد يكبرحجمه,..ويحتاج لمكان عند تمدده ,... هذا صحيح !.. ولكن هل غيرالمختصين في الكيمياء يعرفون السبب ؟ لماذا كبرحجم الماء عندما تحول من سائل الى صلب (جليد)؟!
ذكرنا ان جزيئ الماء متكون من ذرة أكسجين وذرتان هيدروجين, كل منهما متصلة بنفس ذرة الأكسجين بواسطة رابطة تسـمى بـ (الرابطة التساهمية), وعندما يحصل الأنجماد تتكون روابط من نوع آخر تربط جزيئات الماء ببعضها تسـمى بـ ( الرابطة الهيدروجينية), التي تكون اطول من الرابطة التساهمية, ولذا سيكبر حجم المقدار المعين من الماء عند تجمده , ولـهذا تكون كثافة الجليد اقل من كثافة الماء ( الكثافة = الوزن / الحجم ), ولذا يطفوالجليد فوق سطح ماء البحار والأنهار بسمك معين عند انخفاض درجات الحرارة, وبهذا تبقى الأحياء المائية على قيد الحياة!
Chemical Changes - التـغـيرات الكيميائية
هي التغيرات الناتجة من تفاعل مادتين او اكثر وتكوين مادة جديدة تختلف في جوهرها عن المواد التي تكون منها , مثال ذلك ( الصدأ), والذي يتكون لتعرض الحديد الرطب (بخار الماء في الهواء), لفترة طويلة للهواء (الأكسجين)!
تفاعل الأكسجين مع الحديد ببطئ اي (تأكسد), ونتيجة لذلك تكون أكسيد الحديد ذو اللون البني والذي يطلق عليه باللهجة العراقية (الزنجار) بوجود الرطوبة (بخارالماء في الجو), كعامل مساعد, ولهذا السبب تطلى النوافذ الحديدية بالصبغ (البوية), ليس للزينة فقط, وانما لعزل تلك المواد عن التماس مع الهواء, اي منع وصول الأكسجين الى معدن الحديد,.. ثـم استبدل الحديد في القرن العشرين بالألمنيوم ذو اللون الفضي , اوالكروم ذو اللون الذهبي , وكلاهما لا يصدأ عند تعرضهما للهواء !..والسبب ايضاً ظاهرة كيميائية, حيث تتأكسد الطبقة المعرضة للهواء من هذين المعدنين وتتحول الطبقة التي يمسها الهواء الى اكسيد الألمنيوم اواكسيد الكروم, المتكون من دقائق متناهية الصغرمكونة حاجز يمنع وصول غاز الأكسجين (الهواء) الى الطبقات الأخرى ويعمل اكسيد الألمنيوم اواكسيد الكرم عازل جيد يمنع وصول الأكسجين الى الطبقات الداخلية للمعدن , ولذا يسـتغنى عن دهنهما بالأصباغ (البويه)!
يتبين لنا من صفات التغيرات الكيمياوية, هي امكانية فصل المادة المتكونه الى عناصرها التي تكونت منها بطرق كيميائية, وبهذه الخاصية يمكن ان نميزها عن الخليط الذي يمكن فصل مكوناته بسهولة كما اسلفنا في الدروس السابقة. ا
سؤال : لماذا ينطفأ لهب الشمعة اذا ما نفخ عليه؟!
من المؤكد سوف يعزوالعديد من غير المختصين في الكيمياء الى وجود ثاني اكسيد الكربون في هواء الزفير, وهذا صحيح لأن ثاني أكسيد الكاربون لا يحترق ولا يساعد على الأحتراق ,..وبما انه اثقل من الهواء فسوف يحيط باللهب ويمنع وصول الأكسجين للهب الشمعة,.. والكل يعلم ان الأكسجين ضروري للأحتراق, اي انه يساعد على الأحتراق ! كل اعلاه كلام جميل وصحيح , الا اننا نشاهد انطفاء الشمعة عندما تتعرض لتيارمن الهواء عند فتح النافذة او ان يخطف شخص ما بقربها بسرعة او اذا نقلت لغرفة اخرى عبر جنينة البيت فأنها تتعرض للأنطفاء ونحاول ان نبقي على شعلتها بوضع كف اليد لنحجب عنها تيار الهواء!... من هنا يتضح لنا ان انطفاء اللهب ليس سببه ثاني اكسيد الكربون بل عامل آخر سنطلق عليه اسم ( درجة الأتقاد )!
التاكسـد و الأحتراق و علاقتهما بدرجة الأتقاد؟
كما بينا سابقاص ان التاكسد عبارة عن اتحاد الأكسجين بالمادة ببطئ ,وان تـمً الأتحاد بسرعة, اعتبراحتراقاً, وان
اي احتراق لا يتم الا اذا وصلت الحرارة الى درجة معينة خاصة بكل مادة تسمى" درجة اتقاد", تلك المادة , فمثلاً البنزين درجة اتقاده واطئة والخشب درجة اتقاده أعلى وتختلف عن درجة اتقاد الفحم ,..وهكذا دون العلماء درجة اتقاد العديد من المواد,.. ووضعوا علامات تحذير بالأبتعاد عن مصدرالحرارة ان كانت المادة لها درجة اتقاد واطئة , كما لاحظ العديد منا طريقة اشعال الفحم من اجل استخدامه للتدفئة , حيث يسكب فوقه القليل من النفط ( الكيروسين) من اجل تكوين لهب سريع يعمل على حرق الفحم في (المنقلة), الى تصل الحرارة الى درجة اتقاده ويبدأ بالتوهج !
-- ومما تقدم اعتبرنا الظاهرة الكيميائية التي يتم بموجبها اتحاد الأكسجين بمادة ما ببطئ شديد هي ( تأكسـد), ولا يصاحب العملية لهيب,..والمواد الناتجة تسمى (أكاسيد),.. اما الأحتراق او الأشتعال ,..فهو الظاهرة التي يتم بموجبها اتحاد الأكسجين بمادة ما بسرعة , ويصحب ذلك لهيب وحرارة تستمرالى ان يتم احتراق المادة باكملها!
سؤال / لماذا تسود الحلي الفضية اذا ما تركت فترة طويلة معرضة للهواء؟
-- كما نعلم ان الهواء هو خليط من عدة غازات منها الأكسجين, الذي يتحد ببطئ مع الفضة مكوناً اكسيد الفضة الأسود اللون ,..ومن اجل تنظيف الفضة مما علق عليها من اكسيد يمكن تسخين الفضة السوداء (اكسيد الفضة), لذا يتحلل المركب الى العناصر المتكون منها , وينفصل الأكسجين وتبقى الفضة بلونها الزاهي!
×××
توجد بعض التغيرات الطبيعية اقرب في سلوكها الى التغيرات الكيميائية , مثال ذلك خلط دقيق الملح مع دقيق السكر هو نغير طبيعي, ولكن صعوبة فصل المكونات يظهر وكأنه تغير كيمياوي , ولذا نطرح السؤال الآتي وجوابه للمتعة!
سؤال / كيف تعزل دقيق السكر عن دقيق الملح ؟
خلط دقيق ملح الطعام بدقيق السكر , الظاهرة هي طبيعية الا ان عدم فصل السكر عن الملح بالطرق الكيمياوية اسقط عنه صفة من صفات التغير الكيميائي,.. ولكن ذكاء احد الطلبة حلً هذا اللغز وقال: نضع الخليط قرب بيت للنمل , وتعمل آلاف الأعداد منه بألتقاط السكر ويبقى الملح مكانه ,..ولكن كيف نعيد السكر ؟..فقال ذلك الطالب :
نحاول توجيه النمل الى دورق خاص فيه ماء مغلي فيموت النمل وبالترشيح والتبخير نعيد معظم كمية السكر!
يتبع في الحلقة / 8
1- لماذا يكبرحجم مقدارمعين من الماء اذا ما تجمد ؟
2- لماذا ينطفأ لـهـب الشمعة اذا ما نفخ عليه ؟!
3- لماذا تفضل النوافذ المصنوعة من الألمنيوم اوالكروم على تلك المصنوعة من الحديد؟!
4- ما الفرق بين التأكسد والأحتراق ؟...كيف يحدث الحريق من دون مصدر حراري؟!
5- كيف نفصل خليط من دقيق السكر ودقيق ملح الطعام؟
لا بُـدً من شرح بعض المصطلحات الأساسية في الكيمياء العامة لتذكيرمن نـسى وتصحيح مفهوم من فهمها بشكل ثان , كما تقول المطربة شادية : " شكل ثاني حبك انت", في حين ان جميع ظواهرالـحب الكيميائية واحدة !
Physical Change - التغيرات الطبيعية
هي التغيرات التي تحدث في شكل المادة ولا تؤثر في جوهرها ,..مثال ذلك ذوبان الجليد الى الماء اي تحول المادة من ( الحالة الصلبة), الى (الحالة السائلة), وبتسخين السائل يتحول الى البخار, اي الى (الحالة الغازية).
ان المتغيرات التي طرأت على الماء من حالته الصلبة (الجليد), الى السائلة (الماء) ثم الى الغازية (البخار),... لم تؤثرعلى جوهرالماء , حيث تركيب جزيئة الماء في الحالات الثلاثة تحتوي على ذرتين من الهيدروجين, كلاً منهما تتصل بقوة بواسطة رابطة تساهمية بذرة الأكسجين مكونة جزيئة ماء, وكل جزيئة تتصل بأخرى برابطة تساهمية.
سـؤال / لماذا يكبر حجم مقدار معين من الماء اذا تجمد؟!
ما من احد لم يلاحظ تكسرالقنينة الزجاجية المملوءة بالماء اذا ما وضعت في المجمدة (فريزر), ولذا يترك فراغ فيها,... فما هو السـبب ؟... الكل سيقول ان الماء اذا ما تجمد يكبرحجمه,..ويحتاج لمكان عند تمدده ,... هذا صحيح !.. ولكن هل غيرالمختصين في الكيمياء يعرفون السبب ؟ لماذا كبرحجم الماء عندما تحول من سائل الى صلب (جليد)؟!
ذكرنا ان جزيئ الماء متكون من ذرة أكسجين وذرتان هيدروجين, كل منهما متصلة بنفس ذرة الأكسجين بواسطة رابطة تسـمى بـ (الرابطة التساهمية), وعندما يحصل الأنجماد تتكون روابط من نوع آخر تربط جزيئات الماء ببعضها تسـمى بـ ( الرابطة الهيدروجينية), التي تكون اطول من الرابطة التساهمية, ولذا سيكبر حجم المقدار المعين من الماء عند تجمده , ولـهذا تكون كثافة الجليد اقل من كثافة الماء ( الكثافة = الوزن / الحجم ), ولذا يطفوالجليد فوق سطح ماء البحار والأنهار بسمك معين عند انخفاض درجات الحرارة, وبهذا تبقى الأحياء المائية على قيد الحياة!
Chemical Changes - التـغـيرات الكيميائية
هي التغيرات الناتجة من تفاعل مادتين او اكثر وتكوين مادة جديدة تختلف في جوهرها عن المواد التي تكون منها , مثال ذلك ( الصدأ), والذي يتكون لتعرض الحديد الرطب (بخار الماء في الهواء), لفترة طويلة للهواء (الأكسجين)!
تفاعل الأكسجين مع الحديد ببطئ اي (تأكسد), ونتيجة لذلك تكون أكسيد الحديد ذو اللون البني والذي يطلق عليه باللهجة العراقية (الزنجار) بوجود الرطوبة (بخارالماء في الجو), كعامل مساعد, ولهذا السبب تطلى النوافذ الحديدية بالصبغ (البوية), ليس للزينة فقط, وانما لعزل تلك المواد عن التماس مع الهواء, اي منع وصول الأكسجين الى معدن الحديد,.. ثـم استبدل الحديد في القرن العشرين بالألمنيوم ذو اللون الفضي , اوالكروم ذو اللون الذهبي , وكلاهما لا يصدأ عند تعرضهما للهواء !..والسبب ايضاً ظاهرة كيميائية, حيث تتأكسد الطبقة المعرضة للهواء من هذين المعدنين وتتحول الطبقة التي يمسها الهواء الى اكسيد الألمنيوم اواكسيد الكروم, المتكون من دقائق متناهية الصغرمكونة حاجز يمنع وصول غاز الأكسجين (الهواء) الى الطبقات الأخرى ويعمل اكسيد الألمنيوم اواكسيد الكرم عازل جيد يمنع وصول الأكسجين الى الطبقات الداخلية للمعدن , ولذا يسـتغنى عن دهنهما بالأصباغ (البويه)!
يتبين لنا من صفات التغيرات الكيمياوية, هي امكانية فصل المادة المتكونه الى عناصرها التي تكونت منها بطرق كيميائية, وبهذه الخاصية يمكن ان نميزها عن الخليط الذي يمكن فصل مكوناته بسهولة كما اسلفنا في الدروس السابقة. ا
سؤال : لماذا ينطفأ لهب الشمعة اذا ما نفخ عليه؟!
من المؤكد سوف يعزوالعديد من غير المختصين في الكيمياء الى وجود ثاني اكسيد الكربون في هواء الزفير, وهذا صحيح لأن ثاني أكسيد الكاربون لا يحترق ولا يساعد على الأحتراق ,..وبما انه اثقل من الهواء فسوف يحيط باللهب ويمنع وصول الأكسجين للهب الشمعة,.. والكل يعلم ان الأكسجين ضروري للأحتراق, اي انه يساعد على الأحتراق ! كل اعلاه كلام جميل وصحيح , الا اننا نشاهد انطفاء الشمعة عندما تتعرض لتيارمن الهواء عند فتح النافذة او ان يخطف شخص ما بقربها بسرعة او اذا نقلت لغرفة اخرى عبر جنينة البيت فأنها تتعرض للأنطفاء ونحاول ان نبقي على شعلتها بوضع كف اليد لنحجب عنها تيار الهواء!... من هنا يتضح لنا ان انطفاء اللهب ليس سببه ثاني اكسيد الكربون بل عامل آخر سنطلق عليه اسم ( درجة الأتقاد )!
التاكسـد و الأحتراق و علاقتهما بدرجة الأتقاد؟
كما بينا سابقاص ان التاكسد عبارة عن اتحاد الأكسجين بالمادة ببطئ ,وان تـمً الأتحاد بسرعة, اعتبراحتراقاً, وان
اي احتراق لا يتم الا اذا وصلت الحرارة الى درجة معينة خاصة بكل مادة تسمى" درجة اتقاد", تلك المادة , فمثلاً البنزين درجة اتقاده واطئة والخشب درجة اتقاده أعلى وتختلف عن درجة اتقاد الفحم ,..وهكذا دون العلماء درجة اتقاد العديد من المواد,.. ووضعوا علامات تحذير بالأبتعاد عن مصدرالحرارة ان كانت المادة لها درجة اتقاد واطئة , كما لاحظ العديد منا طريقة اشعال الفحم من اجل استخدامه للتدفئة , حيث يسكب فوقه القليل من النفط ( الكيروسين) من اجل تكوين لهب سريع يعمل على حرق الفحم في (المنقلة), الى تصل الحرارة الى درجة اتقاده ويبدأ بالتوهج !
-- ومما تقدم اعتبرنا الظاهرة الكيميائية التي يتم بموجبها اتحاد الأكسجين بمادة ما ببطئ شديد هي ( تأكسـد), ولا يصاحب العملية لهيب,..والمواد الناتجة تسمى (أكاسيد),.. اما الأحتراق او الأشتعال ,..فهو الظاهرة التي يتم بموجبها اتحاد الأكسجين بمادة ما بسرعة , ويصحب ذلك لهيب وحرارة تستمرالى ان يتم احتراق المادة باكملها!
سؤال / لماذا تسود الحلي الفضية اذا ما تركت فترة طويلة معرضة للهواء؟
-- كما نعلم ان الهواء هو خليط من عدة غازات منها الأكسجين, الذي يتحد ببطئ مع الفضة مكوناً اكسيد الفضة الأسود اللون ,..ومن اجل تنظيف الفضة مما علق عليها من اكسيد يمكن تسخين الفضة السوداء (اكسيد الفضة), لذا يتحلل المركب الى العناصر المتكون منها , وينفصل الأكسجين وتبقى الفضة بلونها الزاهي!
×××
توجد بعض التغيرات الطبيعية اقرب في سلوكها الى التغيرات الكيميائية , مثال ذلك خلط دقيق الملح مع دقيق السكر هو نغير طبيعي, ولكن صعوبة فصل المكونات يظهر وكأنه تغير كيمياوي , ولذا نطرح السؤال الآتي وجوابه للمتعة!
سؤال / كيف تعزل دقيق السكر عن دقيق الملح ؟
خلط دقيق ملح الطعام بدقيق السكر , الظاهرة هي طبيعية الا ان عدم فصل السكر عن الملح بالطرق الكيمياوية اسقط عنه صفة من صفات التغير الكيميائي,.. ولكن ذكاء احد الطلبة حلً هذا اللغز وقال: نضع الخليط قرب بيت للنمل , وتعمل آلاف الأعداد منه بألتقاط السكر ويبقى الملح مكانه ,..ولكن كيف نعيد السكر ؟..فقال ذلك الطالب :
نحاول توجيه النمل الى دورق خاص فيه ماء مغلي فيموت النمل وبالترشيح والتبخير نعيد معظم كمية السكر!
يتبع في الحلقة / 8