تابع لي علم الكيمياء

الكيمياء الإشعاعية

مجال كيميائي يعني بدارسة العناصر المشعة. كما يعالج إنتاج وتعريف واستخدام مثل تلك العناصر ونظائرها. وقد أفادت الكيمياء الإشعاعية، علم الأثار وعلم الكيمياء الحيوية والمجالات العلمية الأخرى. وتستخدم التقنيات الإشعاعية الكيميائية في الغالب في مجال الطب للمساعدة في تشخيص المرض، وفي العديد من الدراسات البيئية.
يوجد قليل من العناصر المشعة في الطبيعة كالثوريوم واليورانيوم أما العناصر الأخرى فتنتج صناعياً، حيث يمكن إنتاجها بداخل أجهزة تُسمى معجلات الجسيمات، وذلك بقذف العناصر غير المشعة بجسيمات عالية الطاقة. كما يمكن جعل العناصر مشعة بتعريضها لأعداد كبيرة من النيوترونات داخل المفاعلات النووية.
وتسمّى نظائر العناصر المشعة النويدات المشعة أو النظائر المشعة. وتُستخدم هذه النظائر بمثابة عناصر استشفافية في أنواع معينة من البحوث، وبالأخص في دراسة العمليات الأحيائية المعقدة. ويقوم هذا النوع من الدراسة، بتتبع النويدات المشعة، من خلال التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. وتتم عملية التتبع هذه باستخدام عدّادات جايجر، والعدادات النسبية وأجهزة الكشف الأخرى.
ويتم إنتاج النويدة المشعة، بكميات صغيرة، ولهذا فهي تميل للتراكم على جدران الإناء الذي يحتويها قبل التمكن من استخدامها. ويتم منع حدوث هذه العملية بإضافة عنصر ناقل (عنصر غير مشع) للنويدة المشعة.
وهناك تقنية إشعاعية كيميائية مهمة أخرى، تُسمى تحليل حفز النيوترون. وفي هذه الطريقة يعرض جسم لنيوترونات، لتحويل بعض العناصر فيه إلى عناصر مشعة. تقوم هذه العناصر بعد ذلك، بإطلاق إشعاع له طاقات معينة. وأحد استخدامات هذه الطريقة، هو توضيح مدى موثوقية اللوحات الفنية القديمة. فالدهان المستخدم في الأعمال الفنية القديمة، يختلف في تركيبه عن الدهان الذي يستخدم في اللوحات الفنية الحالية، ولهذا فهو يعطي إشعاعات مختلفة.

الكيمياء التحليلية:

تهتم الكيمياء التحليلية بتعرف نوعية المكونات المختلفة للمادة وكمياتها وذلك بواسطة التحليل الكيميائي. تسمى الطرق الكيميائية التحليلية المستعملة في معرفة نوعية المكونات الكيميائية للمادة بالكيمياء التحليلية النوعية أو التحليل النوعي. أما الطرق التي تستعمل في تعيين كمية هذه المكونات فتسمى بالتحليل الكيميائي الكمي أو التحليل الكمي. وعادة ما يكون التحليل الكمي مسبوقاً بالتحليل النوعي.
الكيمياء التحليلية في حياتنا:
تستخدم الكيمياء التحليلية كوسيلة مهمة في إجراء البحوث العلمية النظرية والتطبيقية في المجالات التالية:
الطب صناعة الأدوية المختلفة والتحاليل اللازمة لتشخيص الأمراض مثل تحليل الدم والبول ..
علم الجريمة تحليل ما يتركه المجرمون من آثار كالدم والشعر. وامكانبة الكشف عن السموم والمواد المستخدمة في الحرق أو التفجير أو غيرها
الآثار والأنثروبولوجيا معرفة أعمار الحضارات القديمة وتركيب الصخور لتتبع العصور الجيولوجية
الصناعة التحقق من نوعية المصنوعات ومدى جودتها ونقاوتها ومدى ملاءمتها للاستخدام ومطابقتها لمعايير الجودة والصحة العامة
البيئة التعرف على مدى خطورة ملوثات الماء والهواء والتربة ثم العمل على تجنبها وتصنيع مضاداتها
الزراعة تحليل درجة خصوبة التربة ونوع وكمية الأسمدة اللازمة لرفع انتاجيتها، وتصنيع المبيدات اللازمة لمكافحة الآفات الزراعية
الغذاء تحديد التركيب الكيميائي وتحديد القيمة الغذائية والمكونات المساعدة على حفظ الأطعمة

الكيمياء الحركية

بسبب تفاوت التفاعلات الكيميائية في سرعتها تبرز أهمية دراسة سرعة التفاعلات للحاجة في بعض الأحيان إلى تسريع بعضها للحصول على نواتج مفيدة في مدة زمنية معقولة، وفي بعض الأحيان إلى تقليل سرعة بعض التفاعلات الأخرى (كصدأ الحديد). فكيف يمكن القيام بذلك؟ وما العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل؟ وتعرف سرعة التفاعل الكيميائي على أنها: معدل التغير في كميات المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن.
وعملياً يتم تحديد سرعة التفاعل باختيار إحدى مواد التفاعل بحيث يسهل تتبع تركيزها من خلال تغير إحدى خواصها الفيزيائية مثل التغير في اللون.
وتؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي (إما بالزيادة أو النقصان) عدة عوامل هي:


العامل
تأثيره على سرعة التفاعل

طبيعة المواد الداخلة في التفاعل.
أ-عدد الروابط.
ب-نوع الروابط.
جـالنشاط الكيميائي.
د-الحالة الفيزيائية

أ-كلما قلت الروابط التي يلزم تفكيكها كلما كان التفاعل أسرع.
ب-المركبات الأيونية أسرع تفككاً من المركبات التساهمية.
جـالمادة ذات النشاط الكيميائي الأكبر تتفاعل بشكل أسرع.
د-بعض المواد لا يمكن أن تتفاعل مع بعضها في الحالةالصلبة بينما محاليلها تتفاعل بسهولة

تركيز المواد الداخلة في التفاعل
تزداد سرعة التفاعل بزيادة تركيز المواد الداخلة في التفاعل،والعكس صحيح

التغير في درجة الحرارة
تزداد سرعة التفاعل برفع درجة الحرارة، والعكس صحيح

وجود العوامل الحفازة
أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاًموجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً


الكيمياء الضوئية

فرع من الكيمياء يتناول التفاعلات الكيميائية التي تنتج عندما تمتصّ جزيئات مادة الضوء. تتغير الجزيئات على نحو كيميائي ضوئي، في حالة امتصاص الضوء فقط وليس إذ مرّ الضوء خلالها أو انعكس.
يمتص الضوء في شكل كميات صغيرة من الطاقة المشعة فوتونات. وتعتمد طاقة الفوتون على طول موجة الضوء. وبعد امتصاص أحد الفوتونات، تزداد طاقة الجزيء ويكون في حالة إثارة. في معظم الحالات، يبقى الجزيء على هذه الحالة فقط واحداً على مليون من الثانية أو أقل. وأحياناً يعود الجزيء مباشرة لحالته العادية بِفقْد الطاقة المكتسبة في التصادمات مع الذرات الأخرى، أو بإطلاقها على هيئة ضوء. لكن إذا كان الطور الموجي لفوتون الضوء الممتص قصير ـ كما في الضوء المرئيّ ـ فإن الجزيء رُبَّما يكون قد تلقى طاقة كافية ليمر بالتفاعلات الكيميائية غير العادية، بينما هو في حالة إثارة.
التفاعلات الضو كيميائية جزء من عمليات طبيعية كثير. ففي التركيب الضوئي، على سبيل المثال، تمتص النباتات الخضراء ضوء الشمس، ثم تستخدم هذه الطاقة الضوئية لإنتاج الغذاء، من ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومن ماء التربة. انظر: التركيب الضوئي: وهكذا يحول النبات الطاقة المشعة للضوء إلى طاقة كيميائية للغذاء. ومن خلال عمليات جيولوجية، تتحول النباتات إلى فحم حجري أو نفط. وعند احتراق هذا الوقود، تنطلق طاقة الضوء التي اخُتزنت في النباتات منذ ملايين السنيين.
تشمل العمليات الصناعية الكثير أيضاً تغيرات ضو كيميائية. ففي التصوير الضوئي، على سبيل المثال، تمتص بعضُ أملاح الفضة في فيلم التصوير الضَّوءَ عند التقاط الصورة. ويغيّر الضوءُ الممتصّ هذه الأملاح كيميائياً. وعندما يُحمَّض الفيلم تُصدر الأملاح المتغيرة صوراً مظلمة على السالب.
يتضمن البحث في الكيمياء الضوئية هذه الأيام تطوير الاستخدمات التقنية للطاقة الشمسية. ويسعى بعض علماء الكيمياء الضوئية إلى إيجاد طرق لتقليد عملية التركيب الضوئي بذرات مُخَلَّقة اصطناعياً. ويأمل هؤلاء الكيميائيون في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بطريقة أكثر كفاءة مما هو ممكن الآن. ويدرس كيميائيون آخرون سبلاً لاستخدام ضوء الشمس في إنتاج أنواع من الوقود، مثل غاز الهيدروجين والميثانول. وتشمل بعض هذه الطرق تفتيت ذرات الماء مع الطاقة الشمسية.

الكيمياء العضوية

تُعد الكيمياء العضوية فرعاً هاماً من فروع علم الكيمياء.
تعريف المادة العضوية قديما: المادة المشتقة من اصل كائن حي.
كان الاعتقاد السائد ان هذه المواد لا يمكن تركيبها خارج نطاق الكائن الحي وذلك لاعتقادهم بأن هناك قوة حيوية داخل الحيوان او النبات تتدخل في صناعة هذه المواد. (حتى عام 1750م)
اعلن العالم لافوازيه (عام 1777م) ان الجزء الاكبر من اي مادة عضوية يتكون من كربون وهيدروجين واكسجين, ثم اكد بعض العلماء ان بعض المركبات العضوية تحتوي على الكبريت والنيتروجين والفسفور والهالوجينات.
دعا العالم برزيليوس الى تقسيم الكيمياء الى عضوية و غير عضوية و اعتبر ان القوانين التي تخضع لها المواد العضوية تختلف عن تلك التي تخضع لها المواد غير العضوية.
في عام 1828م، استطاع العالم "فوهلر" تحضير اليوريا مخبرياً، وقد شكل هذا انطلاقاً لتحضير الكثير من المركبات العضوية مثل العطور و الشحوم و الاحماض.
تغير مفهوم المادة واصبح يعتمد على تركيب المادة وليس أصلها.
تعريف المادة العضوية حديثا: المادة التي تحتوي على كربون كعنصر رئيسي في تركيبها.
المصادر الرئيسية للمركبات العضوية على الارض: البترول و الفحم و الخشب والمنتوجات الزراعية.
تتميز المركبات العضوية بكثرتها حتى أن عدد مركبات الكربون المعروفة يفوق عدد مركبات العناصر الأخرى مجتمعة.
تؤدي المركبات العضوية دوراً بالغ الأهمية في حياتنا، فهي المادة الأساسية في غذائنا . فالمواد النشوية والبروتينية، والدهنية، والفيتامينات والإنزيمات وغيرها ما هي إلا مركبات عضوية، كذلك الملابس بأنواعها ومكونات البترول والغاز الطبيعي مركبات عضوية هامة للإنسان، وقد تمكن العلماء من تصنيع كثير من المركبات العضوية التي لها دور أساسي في حياتنا اليومية مثل الأدوية، والمبيدات، والأسمدة، والبلاستيك والمنظفات الصناعية وغيرها مما كان له أكبر الأثر في تقدم البشرية.

الكيمياء الكهربائية

تعنى الكيمياء الكهربائية بدراسة تفاعلات التأكسد والاختزال التي:
1- ينتج عنها طاقة كهربائية.
2- تحدث بفعل الطاقة الكهربائية.
وتتم هذه التفاعلات في أجهزة خاصة تسمى الخلايا الكهروكيميائية.



اللاكتوز



يعد اللاكتوز من المكونات الرئيسية للبن الأم، (5-8%) ويسمى سكر اللبن، لأنه يوجد في ألبان جميع الثدييات، (في الحليب البقري 4-5%) وهو أقل حلاوة من سكر القصب، وأقل قابلية للذوبان في الماء، وينتج جزيء اللاكتوز من تكاثف جزيء جلوكوز وجزيء جالاكتوز، والرابطة في جزيء اللاكتوز تشبه الرابطة في جزيء المالتوز (رابطة 1-4).
مميزات سكر اللاكتوز في لبن الأم:
- لا يتخمر فلا يُنتج غازات في أمعاء الطفل.
- يساعد على نمو بضع أنواع البكتيريا النافعة في أمعاء الطفل وهذه تكوِّن فيتامين (ب المركب) اللازم لجسم الطفل.
- ملين طبيعي للطفل.
- درجة حلاوته قليلة، لذلك يستطيع الطفل تناول كمية كبيرة من لبن الأم.
كما أن لبن الأم يحتوي على فيتامينات ومضادات حيوية طبيعية، وأن تركيبه يتغير ليتلاءم مع عمر الطفل.

المادة

المادة هي كل ما يشغل حيزاً في الكون وله ثقل: مثل الماء والهواء والتراب...

أشكال المادة

هناك ثلاثة أشكال للمادة:
1- العنصر

element:
التعريف: هو مادة أولية لا يمكن تحليلها إلى مواد أبسط منها بالطرق الكيميائية أو الفيزيائية.
مثال: الأُكسجين والذهب.
بلغ مجموع العناصر الكيميائية المكتشفة في الطبيعة والمصنعة في المختبرات 115 عنصراً.


حالات المادة

المركب: ينتج عن اتحاد عنصرين أو أكثر (ملح الطعام) من الصوديوم والكلور. يمكن أن يتحلل إلى مواد أبسط منه بالوسائل الكيميائية (الماء).
المخلوط: هو مجموعة من العناصر أو المركبات مجتمعة مع بعضها دون أن تتحد كيميائياً.
ملخص



المجموعة الوظيفية (المجموعة الفعالة)
(Functional Group

هي ترتيب لمجموعة صغيرة من الذرات في جزيء المركب العضوي تكسبه خواص كيميائية مميزة».
وتستخدم المجموعات الوظيفية لوضع المركبات ذات الخصائص المتشابهة في عائلة واحدة, تسهيلاً لدراستها, عوضاً عن دراسة كل مركب على حدة. فإذا عرفت خصائص مجموعة وظيفية ما وتفاعلاتها, فإنك بذلك تكون قد تعرفت على خصائص وتفاعلات الآلاف من المركبات التي تحتوي على تلك المجموعة.



المركب العضوي

هو مركب كيميائي ـ حيث يدخل عنصر الكربون بصفة أساسية ـ متحداً مع غيره من العناصر ـ أهمها الهيدروجين.
مقارنة بين المركبات العضوية وغير العضوية

المجموعة الخاصبة المركبات العضوية المركبات غير العضوية
1 التركيب الكربون عنصر أساسي في تركيبها الكربون غير أساسي
2 نوع الروابط تساهمية غالباً لا توصل التيار الكهربي في محاليلها لعد تأينها روابط أيونية ـ محاليلها موصلة للتيار الكهربي ـ لتأينها
3 سرعة التفاعل بطيئة ـ يسبب الروابط التساهمية سريعة بسبب تأينها
4 الحساسية أكثر حساسية ـ حيث تختلف نواتج التفاعل باختلاف ظروف التفاعل لا توجد هذه الحساسية في تفاعلات المواد غير العضوية
5 التماثل توجد مركبات عضوية تتشابه في الصيغة الجزيئية وتختلف في الصيغة البنائية (الكحول الإيثيلي ـ الأثير ثنائي الميثيل) لا يوجد هذا التماثل في المركبات غير العضوية
6 التعقد الكثير من المركبات العضوية معقد التركيب ـ تتكون من اتحاد عدد كبير من الجزيئات (النشا ـ السليلوز ـ البروتينات) لا توجد هذه الخاصية في المركبات غير العضوية

أولاً: تذكر أن ذرة الكربون دائماً رباعية التكافؤ ـ وتتحد مع غيرها من ذرات الكربون أو العناصر الأخرى بروابط تساهمية.
تتخذ ذرات الكربون مع بعضها بثلاث طرق:
أ ـ رابطة أحادية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوج من الإلكترونات يمثل برابطة واحدة مثل جزئي غاز الإيثان (C2H2 .
ب ـ رابطة ثنائية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوجين من الإلكترونات يمثلان برابطة مزدوجة مثل جزئي غاز الإيثيلين (C2H4) .
ج ـ رابطة ثلاثية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بثلاث أزواج من الإلكترونات تمثل برابطة مثل جزئي غاز الإستيلين (C2H6) .
المركبات المشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الأحاديثة مثل غاز الميثان والإيثان حيث تتفاعل بالاستبدال وتحل ذرة أو أكثر من عنصر أحادي محل ذرة أو أكثر من الأيدروجين.
المركبات الغير مشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الثنائية والثلاثية حيث تتفاعل غالباً بالإضافة مثل غاز الإيثيلين والاستيلين.
الصيغة الجزيئية: الصيغة الجزيئية لأي مركب هي الصيغة التي تحدد نوع العناصر الداخلة في تركيب المركب والنسبة بينها.
القانون الأولي: هو القانون الذي يوضح نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وأبسط نسبة بينها.
القانون الجزيئي: هو القانون الذي يوضج نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وعدد ذراتها في الجزئي بالضبط.
الصيغة البنائية: هي الصيغة التي تدل على نظام ارتباط ذات العناصر مع بعضها في الجزيء.

المركبات العضوية وغير العضوية

المركبات العضوية المركبات غير العضوية
تحتوي على عدد قليل من العناصر أهمها الكربون كعنصر أساسي يدخل في تركيبها جميع العناصر
الروابط بين الذرات تساهمية أغلب الروابط بين الذرات أيونية
تنطبق عليها خواص المركبات التساهمية ينطبق على أغلبها خواص المركبات الأيونية
تفاعلاتها بطيئة وتحتاج إلى عوامل مساعدة لتنشيط
التفاعل (لعدم تأين مركباتها) تتفاعل بسرعة كبيرة نسبياً لأن التفاعلات تكون بين الأيونات
تحتاج إلى طاقة تكوين عالية لا تحتاج إلى مثل هذه الطاقة غالباً
معظمها تحترق وينتج عن احتراقها غاز ثاني أكسيد
الكربون وبخار الماء وغازات أخرى وقد تتفحم معظمها لا يحترق مهما بلغت شدة الحرارة
ترمز الصيغة الجزيئية الواحدة لأكثر من مركب ترمز الصيغة الجزيئية لمركب واحد فقط
تتميز ذرات الكربون بقدرتها على عمل سلاسل طويلة
وجزيئات عملاقة (البوليمرات) لا توجد هذه الظاهرة في تلك المركبات

المعادلة الكيميائية

- المعادلة الكيميائية هي تعبير موجز يمثل التفاعل الكيميائي وصفاً وكماً.
- يمكن الاستفادة من المعادلة الكيميائية في:
أ ـ معرفة المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل والحالة الفيزيائية لكل منها وظروف التفاعل الكيميائي (الضغط، درجة الحرارة، العامل الحفاز).
ب ـ معرفة عدد مولات كل من المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
جـ ـ معرفة عدد الذرات، أو الجزيئات، أو الأيونات، أو عدد الصيغ للمواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
د ـ حساب كتلة كل مادة دخلت التفاعل أو نتجت منه.
هـ ـ حساب حجوم الغازات الداخلة في التفاعل والناتجة منه بناءً على أن المول من الغاز يشغل حجماً مقداره 22.4 لتراً في الظروف القياسية.

المعايرة

التعريف:طريقة عملية لتقدير تركيز مادة في محلول بوساطة محلول آخر معلوم التركيز يسمى المحلول القياسي.
الخطوات:
1- يتفاعل حجم من المحلول القياسي مع حجم معلوم من محلول المادة المجهولة التركيز.
2- يستدل على تمام التفاعل بين المحلولين بوساطة كاشف يسمى الدليل، الذي يتميز لونه عند انتهاء التفاعل.
3- تجري عمليات حسابية يتم فيها حساب تركيز المادة المجهولة.
المميزات:
1- بسيطة وسريعة ودقيقة.
2- يتم تنفيذها باستخدام أدوات بسيطة.
الأدوات والمواد المستخدمة عند المعايرة:
ـ أوعية لقياس الحجوم مثل السحاحة والماصة والدورق القياسي ذو السعة المحددة.
ـ دليل لوني أو طريقة آلية لمعرفة نقطة انتهاء التفاعل.
ـ مادة ذات درجة نقاوة عالية لتحضير المحلول القياسي.
أنواع المعايرة تقسم عمليات التحليل الحجمي "عمليات المعايرة" حسب نوعية المواد المتفاعلة إلى:
أولاً: تفاعلات تعتمد على اتحاد الأيونات:
ـ تعادل حمض وقاعدة Acid-Base Neutraliasation يتم فيها معايرة حمض بقاعدة أو العكس، والتفاعل الأساسي في هذه الحالة هو اتحاد كاتيونات الهيدرونيوم من الحمض مع أنيونات الهيدروكسيد من القاعدة لتكوين جزيئات الماء.


قياس القاعدية: تطلق على معايرة محلول حمضي بواسطة محلول قاعدي معلوم التركيز.
قياس الحموضة: تطلق على معايرة محلول قاعدي بواسطة محلول حمضي معلوم التركيز.
ـ عمليات الترسيب:
وهي تعتمد على اتحاد الأيونات (عدا أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد) لتكوين راسب لمركب بسيط.
يستخدم في معظم تفاعلات الترسيب، محلول قياسي من نترات الفضة وذلك لتقدير تركيز أيونات الكلوريد والبروميد واليوديد.
ثانياً: تفاعلات تعتمد على انتقال الالكترونات:
هذا النوع من التفاعلات يكون مصحوباً بتغير في أعداد التأكسد، أو انتقال للإلكترونات بين المواد المتفاعلة، ويكون المحلول القياسي إما عاملاً مؤكسداً أو عاملاً مختزلاً.

المول

- المول: كمية من المادة تحتوي على عدد معين من الوحدات يقدر بـ 6.02 × 2310 ( 000 000 000 000 000 000 000 602 وحدة). وقد تكون هذه الوحدات ذرات أو جزيئات أو أيونات. ويطلق على العدد 6.02 × 2310 «عدد أفوجادرو» نسبة إلى العالم الإيطالي أميدو أفوجادرو (1811م).
2- حسابات المول :


المول الواحد من أي غاز يشغل حجماً قدره 22.4 ليتراً في الظروف القياسية.


ويطلق على الظروف القياسية: «معدل الضغط ودرجة الحرارة» أو «م.ض.د».
وهي تعني قياس حجم الغاز عند الضغط الجوي العادي, أي 76 سم زئبق ، ودرجة حرارة = صفر°س (273 درجة مطلقة).
حجم الغاز في الظروف القياسية = عدد المولات × 22.4 لتر/مول

الميثان
(CH 4)



1 ـ مصادره: يُعتبر غاز الميثان أبسط الألكانات، ويكون 90% من غاز المستنقعات حيث ينتج عن تحلل المواد العضوية، ويوجد أيضاً ضمن غاز الفحم الناتج من التقطير الإتلافي للفحم الحجري، وهو أحد المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي المتصاعد من آبار النفط، كما ينتج في كثير من المزارع نتيجة عملية التحلل هذه لإنتاج "البيوجاز" الذي يحتوي على نسبة كبيرة من غاز الميثان لاستخدامه كوقود.
التقطير الإتلافي للفحم الحجري: تسخينه بمعزل عن الهواء.

2 ـ تحضيره:
يحضر غاز الميثان في المختبر بتأثير الماء المحمض بحمض الهيدروكلوريك على كربيد الألومنيوم.




3 - الخواص الفيزيائية لغاز الميثان :
(1) غاز شفاف عديم اللون والرائحة.
(2) كثافته أقل من كثافة الهواء الجوي.
(3) شحيح الذوبان في الماء.
(4) قابل للإسالة بالضغط والتبريد الشديدين (إلى سائل يغلي عند -161.7 س ويتجمد عند درجة -182.6 س.)
4 - الخواص الكيميائية للميثان:
(1) يحترق الغاز في الهواء بلهب أزرق (غير مضيء) وينتج عن احتراقه بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وتنطلق طاقة حرارية.
(2) يتحلل الغاز إلى عنصريه عند إمراره في أنابيب معدنية مسخنة لدرجة الاحمرار، والكربون الناتج يسمى أسود الكربون.



(3) يتفاعل الغاز مع بخار الماء في وجود أكاسيد بعض الفلزات كعامل حفاز عند درجة حرارة عالية وضغط جوي كبير للحصول على غاز يسمى غاز الاصطناع، وهو مزيج من غازي الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وله استخدامات صناعية عديدة.



(4) نظراً لأن الميثان مركب مشبع فإنه غير نشط كيميائياً، ولذلك فإنه لا يتأثر بالأحماض المعدنية أو القلويات، ولكن يمكن إحلال ذرة عنصر أو أكثر محل ذرة هيدروجين أو أكثر، وكمثال على ذلك تفاعل الغاز مع الكلور أو البروم، وهذا النوع من التفاعلات يُسمى تفاعلات الإحلال أو الاستبدال الذي يُميز الألكانات، والتفاعلات التالية توضح ذلك:



(أ) يتفاعل الميثان مع غاز الكلور بالإحلال (الاستبدال) في ضوء الشمس غير المباشر على مراحل كالتالي:



(ب) في الظلام التام وفي درجة الحرارة العادية لا يتفاعل غاز الميثان مع الكلور.
(جـ) إذا أجري التفاعل في ضوء الشمس المباشر فإنه يحدث انفجاراً ويتكون كلوريد الهيدروجين والكربون.



5 ـ استخدامات الميثان:
(1) تحضر منه كثير من المركبات العضوية مثل الكلوروفورم (مخدر ومذيب) ورابع كلوريد الكربون الذي يستخدم في اطفاء الحرائق وكمذيب أيضاً، كما يدخل في صناعات كثيرة مثل صناعة البلاستيك والنايلون والكحولات والفورمالدهيد... إلخ.
(2) يكون حوالي 80% من الغاز الطبيعي المستخدم كوقود.
(3) يستخدم في الاحتراق للحصول على الطاقة، فالكيلوجرام منه يعطي 13300 كيلو سعر.
(4) يحضر منه أسود الكربون الذي يستخدم في حبر الطباعة.
(5) يحضر منه النيتروميثان الذي يستخدم في عمل العقاقير الطبية والمبيدات الحشرية والمفرقعات.

النشا
Starch



يتكون النشا من مكونين هما الأميلوز Amylose (02% ) والأميلوبكتين (80%)، وكلاهما ناتج من تكاثف وحدات الجلوكوز، ولكن الاختلاف بينهما في شكل السلسلة المكونة للجزيء فالأميلوز سلسلته مستقيمة والأميلوبكتين سلسلته متفرعة.
ملاحظة: يذوب الأميلوز في الماء بينما الأميلوبكتين لا يذوب.
وجود النشا وأهميته:
يوجد النشا كحبيبات بيضاء في معظم النباتات وهو يخزن في كثير من الحبوب مثل القمح والذرة والأرز ودرنات البطاطس وغيرها، ويعد النشا غذاءً مخزناً تستخدمه النباتات عند النمو، كما أن النشا هو الغذاء الرئيس لمعظم الشعوب حيث يصنع منه الخبز والمعجنات وغيرها كما في الصورة:
خواص النشا:
- النشا قليل الذوبان في الماء البارد (20% تقريباً)، وفي الماء الساخن تنتفخ حبيبات النشا وتنفجر جدرانها معطية محلولاً لزجاً لامعاً وعندما يبرد يتحول إلى مادة هلامية لاصقة.
- يعطي النشا مع محلول اليود لوناً أزرق، ويعد هذا الكشف مميزاً للنشا.
نستنتج من التجربة المجاورة: وجود النشا في البطاطا والخبز.

الهيدروكربونات

هي مجموعة كبيرة من المركبات العضوية يدخل في تركيبها عنصري الكربون والهيدروجين فقذ وتنقسم إلى فرعين أساسيين هما:
أ ـ هيدروكربونات اليفاتية:
وينقسم هذا النوع من المركبات إلى فرعين أساسيين 1 ـ هيدروكربونات مشبعة (بارافينات)
2 ـ هيدروكربونات غير مشبعة وتشمل أوليفينات (ألكينات) وأسيتلينات (ألكانيات)
ب ـ هيدروكربونات أروماتية (عطرية)
وهذه تكون عبارة عن حلقات غير مشبعة وكل حلقة تحتوي عادة على ست ذرات كربون، قد تكون حلقة واحدة مثل البنزين العطري ومشتقاته مثل التلوين والآنيلين.
أولاً: الهيدروكربونات المشبعة (البارافينات أو الألكانات) تتميز بالآتي:
أ ـ الروابط: وفيها ترتبط ذات الكربون ببعضها برابطة أحادية وهي أثبت الروابط.
2 ـ الصيغة العامة:[CnH2n+2].
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو الميثان CH4.
4 ـ البارافينات خاملة كيميائياً إذا ما قورنت بغيرها من المركبات العضوية فهي خاملة تجاهالعوامل المختزلة والمؤكسدة العادية وكذلك القلويات والأحماض الهالوجينية.
5 ـ يعزى خمول البارافينات إلى صعوبة كسر الروابط التساهمية الموجودة بين الكربون والهيدروجين أو الكربون والكربون فكسر هذه الروابط يحتاج إلى ظروف خاصة مثل استخدام ضوء الشمس أو استخدام درجات الحرارة العالية.
6 ـ تتفاعل بالاستبدال.
ثانياً: الهيدروكربونات غير المشبعة:
1 ـ الأوليفينات (الألكينات)
وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:
1 ـ الروابط يحتوي على مركب فيها على رابطة ثنائية (مزدوجة) بين ذرتي الكربون وباقي الروابط بين ذرات الكربون فردية.
2 ـ الصيغة العامة[CnH2n].
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الإيثيلين C2H4.
4 ـ الأوليفينات تتحد مع العوامل المختزلة والمؤكسدة والأحماض الهالوجينية والهالوجينات تحت الظروف العادية على عكس البارافينات فهي خامل كيميائياً.
5 ـ يعزى النشاط الكيميائي في الأوليفينات إلى وجود عدم تشبع ممثلاً في الرابطة المزدوجة ويسعى الجزيء إلى أن يصل إلى حالة التشبع باتحاده بالإضافة.
6 ـ من أهم خصائص التفاعلات في الأوليفينات أنها تتم بالإضافة وليست بالاستبدال كما هو الحال في البارافينات والإضافة هنا عبارة عن إضافة جزيء أي ذرتين.
2 ـ الأسيتيلينات (الألكانيات)
وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:
1 ـ الروابط يحتوي كل مركب فيها على رابطة ثلاثية بين ذرتي كربون وباقي الروابط بين الكربون فردية.
2 ـ الصيغة العامة CnH2n-2.
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الأسيتليين C2H2.
4 ـ تتفاعل بالإضافة حيث تنفك الرابطة الثلاثية بين ذرتي الكربون، كما أنها تتأكسد وتتبلمر، ويمكنها أن تتفاعل بالاستبدال مع الفلزات بشرط أن تكون الرابطة الثلاثية في الجزيء طرفيه.

نوع المركب نوع الروابط التفاعل مع الهالوجينات
البارافينات فردية تتفاعل فقط بالاستبدال ـ لأنها مشبعة
الأوليفينات زوجية تتفاعل بالإضافة في الظروف العادية (غير مشبعة)
الاستيلينات ثلاثية تتفاعل بالإضافة ـ كما تتفاعل بالاستبدال مع الفلزات

وبناءً على ما سبق يمكن تقسيم المركبات الهيدروكربونية كالتالي:



أنواع التفاعلات العضوية

تشتمل التفاعلات العضوية التي تحدث بين روابط ذرات الكربون على ما يلي:
(1) تفاعلات استبدال (إحلال) Substitution Reactions في هذا النوع من التفاعلات تحل ذرة أو مجموعة ذرية محل ذرة أو مجموعة أخرى متصلة بذرة كربون كما يلي:



(2) تفاعلات الإضافة Addition Reactions وتشمل إضافة جزيء إلى آخر غير مشبع كما في المثال التالي:



(3) تفاعلات الحذف Elimination Reactions وفيها تحذف ذرتان أو مجموعتان من ذرتي كربون متجاورتين مثل انتزاع جزيء ماء من الإيثانول ليتكون الإيثين.



بلّورة Crystal

إذا تمكنت ذرات مركب كيميائي معين من أن تنتظم لِتُكَوِّن ترتيباً ثابتاً، فإن هذا المركب يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة ويصبح المركب الصلب في الحالة البلورية Crystalline state. فالبلورة جسم صلب متجانس تحده أسطح مستوية تكونت بفعل عوامل طبيعية تحت ظروف مناسبة من الضغط والحرارة، والأسطح المستوية التي تحد البلورة هي الأوجه البلورية، وهي انعكاس للترتيب الذري الداخلي المنتظم لأية مادة متبلورة. وتوجد المواد المتبلورة في الطبيعة إما في حالة بلورات منفردة أو مجموعات بلورية crystalline aggregates.

تواريخ هامة في الكيمياء

ق.متعلم الإنسان صنع البرونز
القرن الخامس عشر قبل الميلادقدم ديموقريطس نظرية الذرة
القرن السابع الميلاديبدأت الخيمياء في الانتشار من مصر إلى شبه الجزيرة العربية ووصلت إلى غرب اوروبا في القرن الثاني عشر الميلادي
800 محضر جابر بن حيان لأول مرو حمض الكبريتيك بالتقطير من الشب, واكتشف الصودا الكاوية
805 مأدخل الكيميائيون العرب المنهج التجريبي في العلوم التطبيقية وعلى رأسها الكيمياء
أوائل القرن الثامن عشر الميلاديطور جورج أيرنست ستال نظرية اللاهوب
في الخمسينيات من القرن الثامن عشرالميلادي تعرف جوزيف بلاك على ثاني أكسيد الكربون
1766 ماكتشف هنري كافندش الهيدروجين
في السبعينات من القرن الثامن عشرالميلادي اكتشف كارل شيل وجوزيف بريستلي الأكسجين
أواخر القرن الثامن عشر الميلاديعرف أنطوان لافوازيه قانون حفظ الكتلة وافتراض نظرية الأكسجين في الاحتراق
1803 مأعلن جون دالتون نظريته الذرية
1811 مقرر إميديو أفوجادرون أن الحجوم المتساوية لجميع الغازات تحت نفس الضغط والحرارة تحتوي على اعداد متساوية من الجسيمات
أوائل القرن التاسع عشر الميلادياستطاع جونز جاكوب ... حساب الأوزان الذرية بدقة لعدد من العناصر
1828 ماستطاع فريدريك فولر تحضير أول مادة عضوية ... من مواد غير عضوية
1856 محضر السير وليم هنري بير كن اول صبغة مصنعة ..
1869 ماكتشف دمتري مندليف ويوليوس لوثر ماير القانون .
1910 مسجل فريتز هابر براءة اختراع طريقة لإنتاج النشادر المصنعة
1913 ماقترح نيلز بور نظريته الذرية
1916 موصف جليبرت ن. لويس الروابط الإلكترونية بين الذرات
الخمسينيات من القرن العشرينبدأ علماء الكيمياء الحيوية يكتشفون أن الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (د ن أ) والحمض النووي الريبي (ر ن أ) يؤثران على الوراثة
أوائل الثمانينيات من القرن العشرينبدأ الكيميائيون في تطوير جهاز يدار بالطاقة الشمسية لإنتاج وقود الهيدروجين بواسطة التحليل الكيميائي للماء

عدد التأكسد



والجدول التالي يوضح أعداد التأكسد الشائعة لبعض العناصر





قواعد أعداد الأكسدة:
1- إن عدد الأكسدة للعناصر النقية، هو دائماً صفر. فعدد الأكسدة لكل من H2 وَNa هو صفر.
2- إن عدد الأكسدة للأكسِجين (O) في جميع مركباته هو -2.
ما عدا في فوق الأكاسيد (Peroxides) ) (مثل:H2O2 وَ BaO2) فهو -1.
وما عدا عند اتحاده مع الفلور لتكوين F2O فهو +2.
3- إن عدد الأكسدة للهيدروجين (H) في جميع مركباته هو +1.
ما عدا مركباته مع الفلزات لتكوين الهيدريدات (hydrides) مثل:NaH وَ CaH2 فهو-1.
4- عدد الأكسدة لجميع العناصر الأخرى بحيث يكون مجموع أعداد الأكسدة للذرات المكوّنة للمركب يساوي صفراً وللذرات المكونة للأيون مساوياً لشحنة الأيون.



قوى الترابط بين الجزئيات

تمثل الروابط الأيونية والتساهمية القوى التي تربط بين الذرات في البلورة أو في الجزيء وتتحكم هذه الروابط في الصفات الكيمائية للمواد, كما توجد قوى روابط أخرى بين الجزيئات تحدد الخواص الفيزيائية للمركبات. وكان أول من أكتشف هذه القوى العالم (فان درفالس) واستطاع أن يفسر بها حيود الغازات عن السلوك المثالي طبقاً للنظرية الحركية للغازات. وهناك ثلاثة أنواع معروفة من هذه القوى :
(1) قوى التجاذب بين الجزيئات ثنائية القطب :
(2) قوى التجاذب بين الجزيئات غير القطبية (قوى لندن) :
(3) الرابطة الهيدروجينية:

قوى التجاذب بين الجزيئات ثنائية القطب

عند اقتراب الجزيئات ثنائية القطب مثل CI : H بعضها من بعض, تظهر تأثيرات متبادلة بينها, وينتج هذا من مواجهة القطب الموجب للجزيئات للقطب السالب لجزيئات اخرى مما يؤدي إلى ظهور قوى تجاذب كهربائي بين الأقطاب غير المتشابهة. وهذه القوى تكون أضعف من قوى التجاذب الكهربائي في الرابطة الأيونية, وعلى الرغم من ضعفها فهي تؤدي إلى تماسك الجزيئات القطبية معا مما يؤدي إلى ارتفاع درجة غليانها.

قوى التجاذب بين الجزيئات غير القطبية (قوى لندن)

هي قوى تجاذب ضعيفة توجد بين الجزيئات غير القطبية نتيجة لحركة الإلكترونات العشوائية فيها حيث يفقد الجزيء في لحظة معينة انتظام توزيع الإلكترونات على سطحه فيصبح قطبياً. يؤثر الجزيء القطبي على جزىء مجاور له فينتج عليه بالتأثير شحنة مخالفة لشحنته, فيتولد بين الجزيئين قوى تجاذب لحظية ضعيفة لا تدوم طويلاً وسرعان ما تختفي, وتعرف قوى لندن بأنها قوى تجاذب ضعيفة بين الجزيئات غير القطبية تتولد لحظياً عندما يتغير انتظام توزيع الشحنات الكهربائية بين بعض هذه الجزيئات.
تبلغ قيمة هذه القوى في المواد الصلبة من 1/20 إلى 1/10 من قيمة الرابطة الأيونية - أو التساهمية وهي ضعيفة أيضاً في السوائل. وتوجد هذه القوى بين جزيئات الغازات النبيلة وكذلك في الهالوجينات التي ترتفع درجة غليانها بزيادة كتلتها الجزيئية.

الرابطة الهيدروجينية



تنشأ الرابطة الهيدروجينية في الماء السائل والثلج، نتيجة لقوى التجاذب الكهربائي بين ذرة الهيدروجين في جزيء وذرة الأكسجين في جزيء آخر مجاور. ويكون لذرة الهيدروجين القدرة على تمركز نفسها بين ذرتي أكسجين ترتبط بإحداها بواسطة رابطة تساهمية قطبية، وبالأخرى بواسطة رابطة هيدروجينية.

توجد هذه الرابطة في المركبات التي تحتوي جزيئاتها على ذرة هيدروجين مرتبطة برابطة تساهمية مع ذرة أخرى ذات سالبية كهربائية عالية مثل الفلور أو الأكسجين أو النيتروجين.
من أمثلة المركبات التي يوجد بين جزيئاتها روابط هيدروجينية. الأمونيا (NH3) وفلوريد الهيدروجين (HF) بالإضافة إلى الماء H2O.
وهذه الرابطة تكسب مركباتها خصائص فريدة، فمع أنها رابطة ضعيفة إلا أنها تسبب تغيرات في الخواص الفيزيائية للمركبات.


مقارنة بين خواص المركبات الأيونية والتساهمية



مميزات المركبات العضوية

1 ـ التركيب: جميعها تشترك في وجود عنصر الكربون كعنصر أساسي داخل في تركيبها.
2 ـ نوع الروابط: الروابط في المركبات العضوية روابط تساهمية ولذلك فمركباتها غالباً لا تتأين ولا توصل التيار الكهربي.
3 ـ الحساسية: شديدة الحساسية فتغير درجة الحرارة أو العامل المساعد في نواتج التفاعل.
4 ـ سرعة التفاعلات: بطيئة نسبياً لوجود الرابطة التساهمية.
5 ـ التماثل والتشابه الجزئي: تتشابه بعض المركبات في الصيغة الجزيئية ولكنها تختلف عن بعضها في الصيغة البنائية.
6 ـ التعقد: يتركب الجزيء فيها غالباً من عدد بكير من الذرات بينما لا يوجد في المركبات غير العضوية مثبل هذا التجمع والعقد.
7 ـ الذوبان: معظمها لا يذوب في الماء والذي يذوب لا يتأين ـ ولكنها تذوب في الإيثير والكحول والبنزين.

نماذج تصنيف العناصر



تجارب كيميائية

وضعنا كمية من كحول الإيثانول في وعاء، ثم أضفنا إليه قطعة من الصوديوم ووضعنا بالوناً على فوهة الوعاء، نلاحظ بعد قليل تصاعد فقاعات في الوعاء، إضافة إلى انتفاخ البالون مما يدل على تصاعد غاز، نتعرف عليه لاحقاً بطرق الكشف عن الغازات فيتبين لنا أنه غاز الهيدروجين
أكسدة الكحول الأولي إلى ألدهيد:
نسخن قطعة من النحاس حتى الإحمرار لنستخدمها كعامل مؤكسد، حيث يتأكسد النحاس فاقداً لونه الذهبي إلى لون أكسيده الأسود، بعد ذلك نقوم بغمسه في محلول كحول أولي (أيثانول) نلاحظ أن قطعة النحاس قد استعادت لونها الذهبي، مع تصاعد رائحة مميزة هي رائحة الألدهيد (أيثانال).
نستنتج أن الكحول الأولي يتأكسد إلى ألدهيد.
الكشف عن الألدهيدات:
الألدهيدات تختزل كاشف تولين الذي يحتوي على كاتيونات الفضة ويحولها إلى ذرات الفضة التي تترسب في صورة مرآة فضية، ويُستفاد من هذا التفاعل في عمل أنواع من المرايا، حيث يتم استخدام الميثانال لترسيب طبقة الفضة على الزجاج.


الخواص الأساسية لمكونات المخلوط:
المكونات: كمية من برادة الحديد ومسحوق الكبريت.
طريقة التحضير: امزج الكميتين فقط.
العمل: تقريب قضيب المغناطيس من برادة الحديد.
المشاهدة: عند تقريب قضيب المغناطيس تنجذب برادة الحديد.
الاستنتاج: مكونات المخلوط تحتفظ بخواصها الأساسية، لذلك يمكن فصل المواد المكونة له بالطرق الفيزيائية.
ملاحظة: برادة الحديد تنجذب باتجاه المغناطيس الخواص الأساسية لمكونات المركب:
المكونات: 7 جم من برادة الحديد مع 4 جم من مسحوق الكبريت.
طريقة التحضير: سخن المزيج في بوتقة لمدة 15 دقيقة.
العمل: تقريب قضيب المغناطيس من برادة الحديد.
المشاهدة: عند تقريب قضيب المغناطيس لا تنفصل برادة الحديد.
الاستنتاج: العناصر المكونة للمركب تفقد خواصها الأساسية، لذلك لا يمكن فصل المواد المكونة له بالطرق الفيزيائية.
تجربة تحضير كلوريد الصوديوم:


ينتج كلوريد الصوديوم عن اتحاد عنصري الكلور والصوديوم، نقوم أولاً بتسخين عينة من الصوديوم ثم ندخلها إلى وعاء زجاجي يحتوي على غاز الكلور حيث يحدث التفاعل ويتكون كلوريد الصوديوم