الرئيسية
مفهوم التفاعلالكيميائي
التفاعل الكيميائي هو أي تغير يحدث على مادة أو مجموعة مواد مؤدياً إلى تغييرها وإنتاج مادة أو مواد من نوع جديد.
أمثلة على تفاعلات كيميائية معروفة :
إحتراق ورقة صدأ الحديد – تنفس الكائنات الحية – تحلل الكائنات الحية بعد موتها.
تمهيد :
تحدث التغيرات المختلفة على المادة أمام ناظرينا كل لحظة , فتشاهد مثلاً صدأ الحديد , وتعفن الخبز , وتكسير الخشب وحرقه , والإنسان يمضغ الطعام ويهضمه , وورقة الشجرة تصنع السكر والنشا من مواد بسيطة.... إلخ.
إذن البيئة المادية التي نعيش فيها مليئة بالتغيرات , ومن هذه التغيرات ما هو بسيط يمكن التعبير عنه ببضع كلمات أو بمعادلة رمزية واحدة, ومنها ما هو معقد يصعب وصفه وتحليله.
وبالنظر لهذا التنوع الكبير في التغيرات فقد قام الكيميائيون بتصنيفها إلى أنواع بغرض تسهيل دراستها . وسنعالج في دروسنا اللاحقة بعضاً من هذه التغيرات باستخدام رموز العناصر وصيغ المركبات فيما يعرف بالمعادلة الكيماوية.
أنواع التفاعلات الكيميائية
بغرض تسهيل دراسة التغيرات الكيميائية وتخفيف الكثير من التفاصيل , قام العلماء بتصنيف التفاعلات الكيميائية اعتماداً على مشاهداتهم وأبحاثهم والظواهر التي تحدث أمامهم , وفيما يلي ندرس بعض أنواع التفاعلات الكيميائية البسيطة وهي خمسة أنواع :
1) تفاعلات الاتحاد أو الضم .
2) تفاعلات التفكك أو التحلل .
3) تفاعلات التبادل البسيط أو الإحلال البسيط .
4) تفاعلات التبادل المزدوج أو الإحلال المزدوج .
5) تفاعلات التأكسد والاختزال أو الأكسدة والإرجاع .
تفاعلات الاتحاد أو الضم
النوع الأول : تفاعلات الاتحاد أو الضم :
مثال (1) : من التفاعلات البسيطة التي نعرفها ونشاهد آثارها صدأ الحديد , وهذا التفاعل يتم بين الحديد والهواء الرطب ( يحتوي الهواء على الأوكسجين وبخار الماء وهما اللذان يتفاعلان مع الحديد وينتج عن هذا التفاعل صدأ الحديد ) ، ويمكن أن نمثل الأمر بطريقة بسيطة كما يلي :
حديد + هواء + (أوكسجين + بخار ماء) ¬صدأ الحديد
مثال(2) : يحترق المغنيسيوم في الهواء وينتج أوكسيد المغنيسيوم.
- ما المواد المتفاعلة ؟
- ما اسم المادة الناتجة ؟
- أكمل : مغنيسيوم + أوكسيجين ¬ --------
مثال (3) :
( II)
أ- ما المادتان المتفاعلتان في هذا المثال ؟
ب- ما المادة الناتجة عن التفاعل ؟
جـ- اكتب صيغة كبريتيد النحاس (II)
مثال (4) :
عند وضع بضع قطرات من حمض الكلوريدريك وبضع قطرات من محلول النشادر صيغته
( NH3) في أنبوب اختبار يتفاعلان معاً وينتج عن التفاعل ملح كلوريد الأمونيوم على شكل ضباب .
أ- كم عدد المواد المتفاعلة ؟
ب- كم عدد المواد الناتجة ؟
تتشابه الأمثلة الأربعة السابقة في أن مجموعة المواد المتفاعلة في كل حالة منها تؤدي إلى إنتاج مادة واحدة فقط .
تدعى التغيرات الكيميائية التي تتجمع فيها مجموعة من المواد مؤدية إلى ظهور مادة واحدة باسم تفاعلات الاتحاد( المباشر) أو تفاعلات الضم.
المعادلة الكيميائية
(1)
تذكر أن صدأ الحديد ينتج عن تعرضه للهواء والماء معاً ويعتقد العلماء أن تركيب الصدأ هو Fe2O3.3H2O
يمكننا أن نمثل ما يحدث عند تكوين صدأ الحديد بطريقة مختصرة باستخدام الرموز والصيغ كما يلي :
ما رمز الحديد ؟ ــــ .
ما رمز الأوكسجين( الجزء الفعال من الهواء ) ؟ ــــ .
ما صيغة الماء ؟ ــــ .
اكتب الآن المواد المتفاعلة :
كيف يمكننا أن نمثل ما يحدث عند تكوين أوكسيد المغنيسيوم؟ لمساعدتك أجب عن الأسئلة التالية:
ما رمز المغنيسيوم ؟ ـــــــ . ما رمز الأوكسيجين ؟ ـــــــ .
يتكون جزيء الأوكسيجين الغازي في أبسط صورة من ذرتين لذلك نعطيه الرمز O2 .
يمكننا الآن أن نكتب التفاعل بالرموز والصيغ وبطريقة مختصرة كما يلي:
ادرس التفاعل التالي الذي يمثل عملية تكون الماء من عنصريه وأجب عن الأسئلة التي تليه :
1- ما المادتان المتفاعلتان؟
2- ما الحالة التي كان عليها عنصر الهيدروجين عند التفاعل؟
3- ما الرمز الذي استخدم للدلالة على حالة الهيدروجين في المعادلة؟
4- ما الكلمة الإنجليزية التي تدل على الحالة الغازية, أكتبها . ما أول حرف في هذه الكلمة؟
5- لا بد أنك عرفت الآن لماذا استخدمنا الحرف(g) إلى يمين رمز الهيدروجين في المعادلة , لقد استخدمناه للدلالة على الحالة ---------.
6- لماذا وضع الحرف (g) إلى يمين جزيء الأوكسجين في المعادلة؟
7- إن كلمة سائل باللغة الإنجليزية هي liquid, أتعرف لماذا استعملناالحرف(l) إلى يمين صيغة الماء في المعادلة؟
8- ما الشرط اللازم لحدوث التفاعل بين الأوكسجين والهيدروجين لإنتاج الماء؟
9- كم مادة نتجت عن التفاعل؟ نتجت عن التفاعل مادة ------ هي ------.
10- ما نوع التفاعل؟
فيي مثال (3) درسنا تفاعل النحاس مع الكبريت وهذا تمثيل للتفاعل باستخدام الرموز والصيغ:
1- ما أسماء المواد المتفاعلة؟
2- ما اسم المادة الناتجة؟
3- ما شرط حدوث التفاعل؟
4- ما حالة النحاس عند التفاعل؟
5- ما حالة الكبريت عند التفاعل؟
6- لقد استخدمنا الحرف(s) إلى يمين رمز النحاس والكبريت وإلى يمين الصيغة CuS وذلك للتعبير عن حالة المادة وهي الحالة الصلبة والتي معناها بالإنجليزية Solid
والحرف(s) هو ----- حرف فيها.
المعادلة الكيماوية ( Chemical Equation )
هي طريقة مختصرة للتعبير عن تغير كيميائي نستخدم فيها رموز العناصر وصيغ المركبات وإيضاحات أخرى كبعض شروط التفاعل وحالات المواد المتفاعلة والناتجة ، مثال:
أجب عما يلي :
1- تتكون المعادلة من طرفين الطرف الأيسر ويحوي المود المتفاعلة وطرف --- يحوي المواد الناتجة.
2- يفصل بين المواد المتفاعلة في الطرف الأيسر و المواد الناتجة في الطرف الأيمن------ , وله معنى التساوي أو كلمة تعطي أو تنتج أي أنه يدل على اتجاه سير التفاعل.
3- ما شرط حدوث التفاعل بين الكربون والأوكسجين؟
4- أين وضع هذا الشرط؟
5- ما حالة الكربون في التفاعل؟ كيف عبرنا عن هذه الحالة في المعادلة؟
6- كلمة المعادلة في اللغة تعني التساوي ، لاحظ في المعادلة أنه يوجد ذرة واحدة من ----- في طرف المواد المتفاعلة ، ومثلها في طرف المواد الناتجة تدخل في تركيب جزيءCO2 .
7- كم كمية الأوكسجين في طرفي المعادلة؟
8- عند تساوي كميات المواد الداخلة في التفاعل والناتجة عنه(على الرغم من الإختلاف في تركيبها) في المعادلة الكيماوية نقول أنالمعادلة متزنة.
9- ادرس المعادلة التالية وأجب عن الأسئلة التي تليها :
أ- المادة المتفاعلة الصلبة هي ------ والمادة المتفاعلة الغازية هي ------.
ب- ينتج عن التفاعل مادة بروميد الألمنيوم في الحالة ------- ودليل ذلك استخدام الحرف --- وهو أول حرف من كلمة Solid ومعناها الصلب.
ج- المعادلة المعطاة غير متزنة ، ما دليل ذلك؟
د- من المهم جداً أن تتذكر أن بروميد الألمنيوم ينتج عن اتحاد الألمنيوم والبروم بنسب وزنية ثابتة متفقة مع الصيغة AlBr3(ذرة ألومنيوم واحدة لكل ثلاث ذرات من البروم) ولذلك فإن أي تغيير في هذا الصيغة لا يحافظ على هذه النسبةيعتبر صيغة خاطئة.
سؤال : أي الصيغ التالية تعتبر صحيحة وتمثل بروميد الألومنيوم, فسر إجابتك لكل حالة على إنفراد :
أ- Al2Br6 ب- AlBr2
ج- Al2Br3 د- Al5Br15
يمكنك أن تزن المعادلة ( أي تجعل الكميات متساوية في طرفيها) باختيار أرقام مناسبة تضعها على يسار بعض أو كل الرموز والصيغ الممثلة فيها, وفي حالة معادلة تفاعل الألمنيوم والبروم يمكننا ذلك كما يلي:
إن المعادلة الآن متزنة ويمكنك التأكد من عدد ذرات الألمنيوم والبروم في كلا طرفيها.
كيف أمكننا التوصل إلى هذه الأرقام وإحداث الموازنة؟
أ- بالعودة إلى المعادلة الأصلية:
تجد أن الاختلاف يكمن في عدد ذرات البروم فهو ذرتان في جانب المواد المتفاعلة, وثلاث ذرات في المادة الناتجة, وحتى تتم لنا مساواتها في الطرفين يمكن أن نبحث عن المضاعف المشترك الأصغر للعددين 2 ، 3 وهو 6 .
لذلك نضرب Br2 في (3) ونكتب ذلك الى يسار الرمز i3Br2 ( ليصبح عدد ذرات البروم 6 ) .
ونضرب iAlBr3 ( وهو الآن مركب من الألمنيوم والبروم ) بالرقم (2), ونمثل ذلك i2AlBr3 . إن عملية الضرب هنا هي لكل محتوى الصيغة. بكلام آخر إن الألمنيوم والبروم كليهما قد ضرب بالرقم (2) .
سؤال : كم يصبح عدد ذرات الألمنيوم بعد أن وضعنا الرقم( 2) إلى يسار الصيغة فأصبحت i2AlBr3 .
ب- نتيجة للخطوة السابقة( i2AlBr3) أصبح الألمنيوم غير متزن , إذ أصبح عدد ذراته في المادة الناتجة ذرتان , بينما يوجد في جانب المواد المتفاعلة ذرة واحدة فقط , كيف يمكن أن نزن الألمنيوم , أعتقد أن الإجابة على هذا السؤال واضحة ومعروفة لك.
تحتاج موازنة المعادلات إلى شيء من التدريب ولا يمكنك اتقانها من مثال واحد , ولكل معادلة تفاعل أرقام خاصة لإحداث الموازنة ، أي تساوي أعداد الذرات من كل نوع في طرفيها . يمكنك الآن كتدريب أن تزن المعادلات الثلاث التالية :
النوع الثاني : تفاعلات التفكك أو التحلل :
فيما يلي عدة أمثلة لتغيرات كيميائية, وقد مثل كل تغير بمعادلة بسيطة خاصة به, ادرس هذه التفاعلات وأجب عما يليها من أسئلة:
يحدث هذا التغير تلقائياً وبشكل بطيء, ويمكن أن يسرع بالحرارة
التفاعل الكيميائي هو أي تغير يحدث على مادة أو مجموعة مواد مؤدياً إلى تغييرها وإنتاج مادة أو مواد من نوع جديد.
أمثلة على تفاعلات كيميائية معروفة :
إحتراق ورقة صدأ الحديد – تنفس الكائنات الحية – تحلل الكائنات الحية بعد موتها.
تمهيد :
تحدث التغيرات المختلفة على المادة أمام ناظرينا كل لحظة , فتشاهد مثلاً صدأ الحديد , وتعفن الخبز , وتكسير الخشب وحرقه , والإنسان يمضغ الطعام ويهضمه , وورقة الشجرة تصنع السكر والنشا من مواد بسيطة.... إلخ.
إذن البيئة المادية التي نعيش فيها مليئة بالتغيرات , ومن هذه التغيرات ما هو بسيط يمكن التعبير عنه ببضع كلمات أو بمعادلة رمزية واحدة, ومنها ما هو معقد يصعب وصفه وتحليله.
وبالنظر لهذا التنوع الكبير في التغيرات فقد قام الكيميائيون بتصنيفها إلى أنواع بغرض تسهيل دراستها . وسنعالج في دروسنا اللاحقة بعضاً من هذه التغيرات باستخدام رموز العناصر وصيغ المركبات فيما يعرف بالمعادلة الكيماوية.
أنواع التفاعلات الكيميائية
بغرض تسهيل دراسة التغيرات الكيميائية وتخفيف الكثير من التفاصيل , قام العلماء بتصنيف التفاعلات الكيميائية اعتماداً على مشاهداتهم وأبحاثهم والظواهر التي تحدث أمامهم , وفيما يلي ندرس بعض أنواع التفاعلات الكيميائية البسيطة وهي خمسة أنواع :
1) تفاعلات الاتحاد أو الضم .
2) تفاعلات التفكك أو التحلل .
3) تفاعلات التبادل البسيط أو الإحلال البسيط .
4) تفاعلات التبادل المزدوج أو الإحلال المزدوج .
5) تفاعلات التأكسد والاختزال أو الأكسدة والإرجاع .
تفاعلات الاتحاد أو الضم
النوع الأول : تفاعلات الاتحاد أو الضم :
مثال (1) : من التفاعلات البسيطة التي نعرفها ونشاهد آثارها صدأ الحديد , وهذا التفاعل يتم بين الحديد والهواء الرطب ( يحتوي الهواء على الأوكسجين وبخار الماء وهما اللذان يتفاعلان مع الحديد وينتج عن هذا التفاعل صدأ الحديد ) ، ويمكن أن نمثل الأمر بطريقة بسيطة كما يلي :
حديد + هواء + (أوكسجين + بخار ماء) ¬صدأ الحديد
مثال(2) : يحترق المغنيسيوم في الهواء وينتج أوكسيد المغنيسيوم.
- ما المواد المتفاعلة ؟
- ما اسم المادة الناتجة ؟
- أكمل : مغنيسيوم + أوكسيجين ¬ --------
مثال (3) :
( II)
أ- ما المادتان المتفاعلتان في هذا المثال ؟
ب- ما المادة الناتجة عن التفاعل ؟
جـ- اكتب صيغة كبريتيد النحاس (II)
مثال (4) :
عند وضع بضع قطرات من حمض الكلوريدريك وبضع قطرات من محلول النشادر صيغته
( NH3) في أنبوب اختبار يتفاعلان معاً وينتج عن التفاعل ملح كلوريد الأمونيوم على شكل ضباب .
أ- كم عدد المواد المتفاعلة ؟
ب- كم عدد المواد الناتجة ؟
تتشابه الأمثلة الأربعة السابقة في أن مجموعة المواد المتفاعلة في كل حالة منها تؤدي إلى إنتاج مادة واحدة فقط .
تدعى التغيرات الكيميائية التي تتجمع فيها مجموعة من المواد مؤدية إلى ظهور مادة واحدة باسم تفاعلات الاتحاد( المباشر) أو تفاعلات الضم.
المعادلة الكيميائية
(1)
تذكر أن صدأ الحديد ينتج عن تعرضه للهواء والماء معاً ويعتقد العلماء أن تركيب الصدأ هو Fe2O3.3H2O
يمكننا أن نمثل ما يحدث عند تكوين صدأ الحديد بطريقة مختصرة باستخدام الرموز والصيغ كما يلي :
ما رمز الحديد ؟ ــــ .
ما رمز الأوكسجين( الجزء الفعال من الهواء ) ؟ ــــ .
ما صيغة الماء ؟ ــــ .
اكتب الآن المواد المتفاعلة :
كيف يمكننا أن نمثل ما يحدث عند تكوين أوكسيد المغنيسيوم؟ لمساعدتك أجب عن الأسئلة التالية:
ما رمز المغنيسيوم ؟ ـــــــ . ما رمز الأوكسيجين ؟ ـــــــ .
يتكون جزيء الأوكسيجين الغازي في أبسط صورة من ذرتين لذلك نعطيه الرمز O2 .
يمكننا الآن أن نكتب التفاعل بالرموز والصيغ وبطريقة مختصرة كما يلي:
ادرس التفاعل التالي الذي يمثل عملية تكون الماء من عنصريه وأجب عن الأسئلة التي تليه :
1- ما المادتان المتفاعلتان؟
2- ما الحالة التي كان عليها عنصر الهيدروجين عند التفاعل؟
3- ما الرمز الذي استخدم للدلالة على حالة الهيدروجين في المعادلة؟
4- ما الكلمة الإنجليزية التي تدل على الحالة الغازية, أكتبها . ما أول حرف في هذه الكلمة؟
5- لا بد أنك عرفت الآن لماذا استخدمنا الحرف(g) إلى يمين رمز الهيدروجين في المعادلة , لقد استخدمناه للدلالة على الحالة ---------.
6- لماذا وضع الحرف (g) إلى يمين جزيء الأوكسجين في المعادلة؟
7- إن كلمة سائل باللغة الإنجليزية هي liquid, أتعرف لماذا استعملناالحرف(l) إلى يمين صيغة الماء في المعادلة؟
8- ما الشرط اللازم لحدوث التفاعل بين الأوكسجين والهيدروجين لإنتاج الماء؟
9- كم مادة نتجت عن التفاعل؟ نتجت عن التفاعل مادة ------ هي ------.
10- ما نوع التفاعل؟
فيي مثال (3) درسنا تفاعل النحاس مع الكبريت وهذا تمثيل للتفاعل باستخدام الرموز والصيغ:
1- ما أسماء المواد المتفاعلة؟
2- ما اسم المادة الناتجة؟
3- ما شرط حدوث التفاعل؟
4- ما حالة النحاس عند التفاعل؟
5- ما حالة الكبريت عند التفاعل؟
6- لقد استخدمنا الحرف(s) إلى يمين رمز النحاس والكبريت وإلى يمين الصيغة CuS وذلك للتعبير عن حالة المادة وهي الحالة الصلبة والتي معناها بالإنجليزية Solid
والحرف(s) هو ----- حرف فيها.
المعادلة الكيماوية ( Chemical Equation )
هي طريقة مختصرة للتعبير عن تغير كيميائي نستخدم فيها رموز العناصر وصيغ المركبات وإيضاحات أخرى كبعض شروط التفاعل وحالات المواد المتفاعلة والناتجة ، مثال:
أجب عما يلي :
1- تتكون المعادلة من طرفين الطرف الأيسر ويحوي المود المتفاعلة وطرف --- يحوي المواد الناتجة.
2- يفصل بين المواد المتفاعلة في الطرف الأيسر و المواد الناتجة في الطرف الأيمن------ , وله معنى التساوي أو كلمة تعطي أو تنتج أي أنه يدل على اتجاه سير التفاعل.
3- ما شرط حدوث التفاعل بين الكربون والأوكسجين؟
4- أين وضع هذا الشرط؟
5- ما حالة الكربون في التفاعل؟ كيف عبرنا عن هذه الحالة في المعادلة؟
6- كلمة المعادلة في اللغة تعني التساوي ، لاحظ في المعادلة أنه يوجد ذرة واحدة من ----- في طرف المواد المتفاعلة ، ومثلها في طرف المواد الناتجة تدخل في تركيب جزيءCO2 .
7- كم كمية الأوكسجين في طرفي المعادلة؟
8- عند تساوي كميات المواد الداخلة في التفاعل والناتجة عنه(على الرغم من الإختلاف في تركيبها) في المعادلة الكيماوية نقول أنالمعادلة متزنة.
9- ادرس المعادلة التالية وأجب عن الأسئلة التي تليها :
أ- المادة المتفاعلة الصلبة هي ------ والمادة المتفاعلة الغازية هي ------.
ب- ينتج عن التفاعل مادة بروميد الألمنيوم في الحالة ------- ودليل ذلك استخدام الحرف --- وهو أول حرف من كلمة Solid ومعناها الصلب.
ج- المعادلة المعطاة غير متزنة ، ما دليل ذلك؟
د- من المهم جداً أن تتذكر أن بروميد الألمنيوم ينتج عن اتحاد الألمنيوم والبروم بنسب وزنية ثابتة متفقة مع الصيغة AlBr3(ذرة ألومنيوم واحدة لكل ثلاث ذرات من البروم) ولذلك فإن أي تغيير في هذا الصيغة لا يحافظ على هذه النسبةيعتبر صيغة خاطئة.
سؤال : أي الصيغ التالية تعتبر صحيحة وتمثل بروميد الألومنيوم, فسر إجابتك لكل حالة على إنفراد :
أ- Al2Br6 ب- AlBr2
ج- Al2Br3 د- Al5Br15
يمكنك أن تزن المعادلة ( أي تجعل الكميات متساوية في طرفيها) باختيار أرقام مناسبة تضعها على يسار بعض أو كل الرموز والصيغ الممثلة فيها, وفي حالة معادلة تفاعل الألمنيوم والبروم يمكننا ذلك كما يلي:
إن المعادلة الآن متزنة ويمكنك التأكد من عدد ذرات الألمنيوم والبروم في كلا طرفيها.
كيف أمكننا التوصل إلى هذه الأرقام وإحداث الموازنة؟
أ- بالعودة إلى المعادلة الأصلية:
تجد أن الاختلاف يكمن في عدد ذرات البروم فهو ذرتان في جانب المواد المتفاعلة, وثلاث ذرات في المادة الناتجة, وحتى تتم لنا مساواتها في الطرفين يمكن أن نبحث عن المضاعف المشترك الأصغر للعددين 2 ، 3 وهو 6 .
لذلك نضرب Br2 في (3) ونكتب ذلك الى يسار الرمز i3Br2 ( ليصبح عدد ذرات البروم 6 ) .
ونضرب iAlBr3 ( وهو الآن مركب من الألمنيوم والبروم ) بالرقم (2), ونمثل ذلك i2AlBr3 . إن عملية الضرب هنا هي لكل محتوى الصيغة. بكلام آخر إن الألمنيوم والبروم كليهما قد ضرب بالرقم (2) .
سؤال : كم يصبح عدد ذرات الألمنيوم بعد أن وضعنا الرقم( 2) إلى يسار الصيغة فأصبحت i2AlBr3 .
ب- نتيجة للخطوة السابقة( i2AlBr3) أصبح الألمنيوم غير متزن , إذ أصبح عدد ذراته في المادة الناتجة ذرتان , بينما يوجد في جانب المواد المتفاعلة ذرة واحدة فقط , كيف يمكن أن نزن الألمنيوم , أعتقد أن الإجابة على هذا السؤال واضحة ومعروفة لك.
تحتاج موازنة المعادلات إلى شيء من التدريب ولا يمكنك اتقانها من مثال واحد , ولكل معادلة تفاعل أرقام خاصة لإحداث الموازنة ، أي تساوي أعداد الذرات من كل نوع في طرفيها . يمكنك الآن كتدريب أن تزن المعادلات الثلاث التالية :
النوع الثاني : تفاعلات التفكك أو التحلل :
فيما يلي عدة أمثلة لتغيرات كيميائية, وقد مثل كل تغير بمعادلة بسيطة خاصة به, ادرس هذه التفاعلات وأجب عما يليها من أسئلة:
يحدث هذا التغير تلقائياً وبشكل بطيء, ويمكن أن يسرع بالحرارة