الكيمياء الفيزيائيه CH221 - خاص PDF

1  ‫مقدمه‬ ‫تعتبر الكيمياء الفيزيائيه العلم ذو القاعدة األوسع بين علوم الكيمياء كلها‪،‬‬ ‫هناك العديد من المجاالت التي تهتم بدراسة الكيمياء الفيزيائيه مثل الصناعات‬ ‫الغذائية والصيدلية التحكم بالتلوث و الحد منه‪ ،‬وعلم التآكل البيئي و التحكم‬ ‫البيئي‪ ،‬و علم اآلالت...

1  ‫مقدمه‬ ‫تعتبر الكيمياء الفيزيائيه العلم ذو القاعدة األوسع بين علوم الكيمياء كلها‪،‬‬ ‫هناك العديد من المجاالت التي تهتم بدراسة الكيمياء الفيزيائيه مثل الصناعات‬ ‫الغذائية والصيدلية التحكم بالتلوث و الحد منه‪ ،‬وعلم التآكل البيئي و التحكم‬ ‫البيئي‪ ،‬و علم اآلالت و تطويرها‪ ،‬و علم الفضاء و المواد النووية‪ ،‬و غيرها‬ ‫كثير‪.‬‬ ‫تم اعداد هذا الكتاب ليكون مفتاحا لمجموعه من الموضوعات االساسيه‬ ‫في الكيمياء الفيزيائيه والتي يحتاجها طالب كلية التربيه علي اختالف اقسامها‬ ‫وتنوعها‬ ‫‪2‬‬  Table of content Subject Page Colloids 4 Phases of colloids 10 Classification of colloids 10 Coagulation of colloids 27 Prepration methods of colloids 33 General properties of colloids 38 Purification of colloids 48 Applications of colloids 54 Phase equilibrium 61 Refernces 100 3  COLLOIDS You are familiar with solutions. They play an important role in our life. A large number of substances such as milk, butter, cheese, cream, boot polish, rubber, ink also play an important role in our daily life. They are mixtures of special type. They are colloidal solutions. The term colloid has been derived from two terms, namely colla and oids. ‘Kolla’ means glue and ‘Oids’ means like i.e. glue-like. The size of the particles in colloidal solutions is bigger than the size of particles present in solutions of sugar or salt in water but smaller than the size of particles in suspensions. In this chapter you will learn about the methods of preparation, properties and applications of colloidal solutions. OBJECTIVES After studying this chapter, you will be able to  explain the difference between true solution, colloidal solution and suspension;  identify phases of colloidal solution;  classify colloidal solutions;  describe methods of preparation of colloids;  explain some properties of colloidal solutions;  explain Hardy Schultz Rule;  recognise the difference between gel and emulsion;  cite examples of the application of colloids in daily life; and 4  In chemistry, a mixture is a compound made up of two or more chemical components that are not chemically linked. A mixture is a physical blend of two or more substances that preserve their identities and are blended in the form of solutions, suspensions, or colloids True solutions, colloids and suspensions You may recall that solution of sugar in water is homogeneous but milk is not. When you closely look at milk you can see oil droplets floating in it. Thus, although it appears to be homogenous it is actually heterogenous in nature. The nature of the solution formed depends upon the size of the solute particles. If the size of the solute particles is less than 1 nm it will form true solution but when the size is between 1 to 100 nm then it will form colloidal solution. When the size of solute particles is greater than 100 nm it will form a suspension. Therefore we may conclude that colloidal solution is an intermediate state between true solution and suspension (Table 1.1). 5 6  Table 1.1: Some important properties of true solutions, colloids and suspensions Name of True Solution Colloids Solution Suspension Property 1. Size Size of particles is Size of particles is Size of particles is less than 1 nm between 1nm and greater than 100 nm. 100 nm. 2. Pass through Pass through Do not pass Filterabilit y Ordinary ordinary filter paper through filter paper filter paper 3. Settling Particles do not Particles do not settle Particles settle settle down on down on their own down on their own Keeping but can be made to under gravity. settle down by centrifugation. 4. Visibility Particles are Particles are invisible Particles are visible invisible to the naked eye but to the naked eye. to the naked eye as their scattering effect well as under a can be observed with microscope. the help of a microscope. 5. Separation The solute and The solute and The solute and solvent cannot be solvent cannot be solvent can be separated by separated separated by ordinary filteration by ordinary filteration ordinary filteration. or by ultra but can be separated filteration. by ultra-filteration. 6. Diffusion Diffuse quickly Diffuse slowly Do not diffuse 7  COLLOIDS Thomas Graham in 1861 studied the process of diffusion of dissolved substances through a Parchment membrane. He observed that some substances like glue, gelatin, starch etc in solution form diffused very slowly in comparison to those other substances like sugar, salt and urea in water. Thomas Graham Colloids occupy an intermediate place between [particulate] suspensions and solutions, both in terms of their observable properties and particle size. Graham classified the solutions according to their Rate of diffusion in the membranes into: Colloids Crystalloids Colloids are those substances Crystalloids are those which are not easily substances which are easily crystallized from their aqueous crystallized from their aqueous solutions. solution. Example: starch, gelatin, gum Example: salt, sugar, urea Colloids contain much larger Crystalloids contain much particles than crystalloids. smaller particles than colloids 8  Colloids Crystalloids (Ba2+>Na+ Similarly, for the coagulation of a positively charged sol such as Fe (OH)3, the coagulating power of different anions follows the order. [Fe(CN)6]4– > PO43– > SO42– > Cl– Example: using of alum or ferric chloride to stop bleeding, as the blood is colloidal with a negative charge, while the aluminum ions in the alum as well as 30 the ferric ions in FeCl3 are positively charged and are therefore blood clotting. Coagulation of lyophilic sols There are mainly two factors which are responsible for the stability of lyophilic sols. These factors are the charge and solvation of the colloidal particles. When these two factors are removed, a lyophilic sol can be coagulated. This is done by (i) adding an electrolyte (ii) Adding a suitable solvent. When solvents such as alcohol and acetone are added to hydrophilic sols, the dehydration of dispersed phase occurs. Under this condition, a small quantity of electrolyte can bring about coagulation. Protection of colloids  Lyophilic sols are more stable than lyophobic sols. This is due to the fact that lyophilic colloids are extensively solvated, i.e., colloidal particles are covered by a sheath of the liquid in which they are dispersed.  Lyophilic colloids have a unique property of protecting lyophobic colloids. When a lyophilic sol is added to the lyophobic sol, the lyophilic particles form a layer around lyophobic particles and thus 31  protect the latter from electrolytes. Lyophilic colloids used for this purpose are called protective colloids.  Zsigmondy introduced the term gold number to measure the protective action of colloids Lyophilic Substance (Protective Colloid) Gold Number Gelatin 0.005 – 0.01 Haemoglobin 0.03 – 0.07 Gum Arabic 0.15 – 0.25 Egg albumin 0.08 – 0.10 Potato starch 25 Starch 25 – 50  The higher the number or the golden number, the lower the power of protection  Gelatin inhibits the formation of crystals and inhibits the occurrence of lactose granulation during the freeze- preservation process. 32 Preparation methods of colloidal solution: Lyophilic Colloids: The colloidal solutions of lyophilic colloids like starch, glue, gelatin etc., can be readily prepared by dissolving these substances in water either in cold or on warming. Lyophobic Colloids Whereas the lyophobic colloids cannot be prepared just by heating, they need to be prepared by some special methods. The two methods by which the lyophobic colloids can be prepared are as follows: 1) Dispersion method: By splitting coarse aggregates of a substance into a colloidal size. 2) Aggregation method: By aggregating very small particles into the colloidal particles. Dispersion Method: In this type of preparation method, the larger particles are broken down into particles of the range of colloidal particle size. Some dispersion methods are: 1) Mechanical Dispersion: In this method, solid and liquid dispersion mediums are poured into the colloidal mill to form a colloidal sol. The colloidal mill consists of two steel plates nearly touching each other and rotating in opposite 33  directions with high speed. The solid particles are ground down to colloidal size and then dispersed in the liquid. Colloidal graphite and printing inks are made by this method. 2) Bredig’s Arc method (Electrodispersion): This method is suitable for the preparation of colloidal solution of metals like gold, silver, platinum etc. An arc is struck between the metal electrodes under the surface of water containing some stabilising agent such as trace of alkali. The water is cooled by immersing the container in a cold bath. The intense heat of the arc vapourises some of the metal which condenses under cold water. 34  3) Peptisation: In the peptisation method, some electrolytes are added to form a colloidal sol from a freshly prepared precipitate. The electrolyte used is called a peptizing agent. Peptisation is the opposite process of coagulation Example: Diluted blood serum (or plasma) is prepared by removing blood cells, and some other specific materials from the blood as a whole, then it is prepared for the transfer process from one person to another after the process of transfusion by water. In general, it was observed that the presence of a common ion encourages the formation of colloids, so the 35 alkali hydroxides help in the formation of colloids from metal hydroxides, and hydrogen sulfide helps in the formation of sulphide colloids. Example: Ferric chloride is added to a freshly prepared precipitate of ferric hydroxide which converts it into a colloidal sol of reddish brown. 4) Ultra-sonic dispersion : The sound waves of high frequency are usually called ultra-sonic waves. Ultrasonic waves are passed through the solution containing larger particles. They break down to form colloidal solution. 36 Aggregation methods or Condensation methods: In this method, small particles are aggregated to form colloidal-size particles. 1) Double Decomposition: Example: Arsenious oxide is mixed with hydrogen sulfide to form arsenic sulfide sol. As2O3 + 3H2S → As2S3 (sol) + 3H2O 2) Hydrolysis Numerous salt solutions can be quickly hydrolyzed by heating diluted solutions of the salts that make up those solutions. For example, ferric hydroxide and aluminum hydroxide sols can be made by boiling diluted solutions of the respective chlorides. 3) Reduction: Silver sols and gold sols can be obtained by treating dilute solution of silver nitrate or gold chloride with organic reducing agents like tannic acid or formaldehyde. AgNO3 + tannic acid --- -- > Ag Sol AuNO3 + tannic acid --- -- > Au Sol 4) Oxidation: When hydrogen sulfide is passed through a solution of sulfur dioxide it forms a sulfur sol. 37  2 H2S + SO2 → 2H2O + S 5) Exchange of solvent If substance A is soluble in solvent B, but insoluble in another solvent C, a colloidal solution of substance A will form if an excess of C is added to a solution of A in B, so that B and C are fully miscible.Ex.: If a solution of sulphur or phosphorus in alcohol is poured into water, a colloidal solution of sulphur or phosphorus is obtained due to low solubility in water. General properties of colloids 1) Heterogenous Character: The ultramicroscopic examination indicates that colloidal dispersion is a heterogeneous system consisting of a continuous dispersion medium and discontinuous disperse phase. 2) Physical Properties Lypholipic colloids: 38 Properties of Lypholipic colloids such as density, surface tension, and viscosity do not differ from those of pure dispersion medium, and this is due to the fact that their solutions are usually very dilute, and the particles of the diffusing class do not show any tendency to bind to the dispersion medium. Lyophilic colloids The properties of the diffusion medium change significantly, so the density, viscosity increases and the surface tension decreases because its particles surround themselves with a large layer of the dispersion medium, closely linked to it (this phenomenon is called Solvation). 3) The colligative properties Colloidal particles are bigger aggregates. The colligative properties depend on the number of particles. Due to less number of particles compared to true solution colligative properties are lower. Hence the values of colligative properties like osmotic pressure, depression in freezing point and elevation in boiling points are of small order compared to the values shown by true solutions at the same concentration. 39 4) Brownian Movement: The English Botanist Robert Brown, in 1927 observed that colloidal particles exhibit continuous random motion in all directions in a straight line. He found such movement when pollen grains were suspended in water. The phenomenon of continuous zig-zag movement of colloidal particles in straight line paths in a random direction is known as a Brownian movement. Explanation: Colloidal particles are surrounded by a large number of dispersion medium molecules which constantly bombard the colloidal particles. On unequal bombardment, the colloidal particles get pushed in certain directions. Since colloidal particles possess like charge, they repel each other. The reason for this movement is attributed to two factors: 1) The repulsion of colloidal particles as a result of the similarity of charges on each of them, and the second factor 40 2) Collision of colloidal particles with particles of the diffusion medium in an uneven intensity Factors Affecting Brownian Movement: 1) Brownian movement depends on the viscosity of the dispersion medium. Brownian movement is more in less viscous solution. 2) Brownian movement depends on the size of the particle. If the particles are of smaller size. The Brownian movement is more rapid. 5) Optical properties: Tyndall effect: When an intense beam of light is passed through the colloidal solution (taken in a glass vessel) placed in a dark the path of light through the colloidal solution is clearly visible due to the scattering of light by sol particles. This effect is known as Tyndall effect. True solutions do not exhibit Tyndall effect. 41  Since the extent of light scattering depends on the extent of the difference between the refractive index of the dispersed phase and the dispersion medium, this Tyndall phenomenon is more evident in the case of lyophobic colloids than in the case of lyophilic colloids, because the attachment of the particles of the dispersion medium to the lyophilic colloidal particles largely annihilates the difference between the refractive indices of the dispersed phase and the dispersion medium. The device used to see this phenomenon is known as ultra-microscope, and through it, particles appear as bright points in a dark medium. Explanation: Colloidal particles are not large enough like suspension particles to reflect the light nor are they small enough, like true solution particles to allow the light to pass through 42 them. Due to the intermediate size of colloidal particles, they scatter part of the absorbed light, from their surfaces in all directions. Thus the cause of Tyndall effect is a scattering of light by colloidal particles. Conditions to be satisfied for Viewing Tyndall Effect:  The diameter of the dispersed particle is not much smaller than the wavelength of light used.  There should be a large difference between the magnitudes of refractive indices of the dispersed phase and the dispersion medium Why Is the Sky Blue?  The atmosphere is a colloidal system consisting of dust particles suspended in air.  When the sun's light falls on objects, it absorbs some colors (wavelengths) and reflects other colors, and the colors that we see are the wavelengths that are reflected 43  When the sunlight reaches the earth's atmosphere, it collides with the components of the atmosphere of gases and air molecules, and part of it is dispersed and the other part is absorbed.  The sky is blue due to a phenomenon called Raleigh scattering. This scattering refers to the scattering of electromagnetic radiation (of which light is a form) by particles of a much smaller wavelength. Sunlight is scattered by the particles of the atmosphere and the smallest wavelengths of light tend to scatter easier. These shorter wavelengths correspond to blue hues, hence why when we look at the sky, we see it as blue. What Makes a Sunset red? As the Sun gets lower in the sky, its light passes through more of the atmosphere to reach you. Even more of the 44  blue and violet light is scattered, allowing the reds and yellows to pass straight through to your eyes without all that competition from the blues. Also, larger particles of dust, pollution, and water vapor in the atmosphere reflect and scatter more of the reds and yellows, sometimes making the whole western sky glow red. 6) Color: Many sols are coloured. Sol particles are able to scatter light rays. Colour of the sol depends upon the wavelength of scattered light by the sol particles and which again depends on the size of the sol particles. The colour of colloidal solution also changes with the way the observer receives the light. Colour of silver sol Diameter of colloidal particles 45  Violet 15 × 10-8 m Purple 13 × 10-8 m Orange-red 9 × 10-8 m Orange-yellow 6 × 10-8 m 7) Diffusion: Colloid particles diffuse very slowly compared to the speed of diffusion of small particles. However, they can penetrate through the pores of filter paper and do not penetrate through cell membranes such as cellophane. 8) Electric Charge: Colloidal particles carry electric charges as a result of the ionization of the colloidal particles or as a result of the accumulation of some charged ions on the surface of the colloidal particles (adsorption). 46  Colloidal particles have the ability to adsorption due to their large surface area Example: In artificial rain, the clouds are sprayed by oppositely charged colloidal dust, sand particles, or silver iodide deposits. This spray neutralizes the charge on the cloud causing the water droplets to coagulate and fall as rain. 47 Purification of Colloids During the preparation of colloids, the presence of electrolytes in the colloid tends to precipitate its particles. In order to obtain a stable colloid, it is necessary to remove the ions of the electrolytes whenever possible. The purification of the colloid from the existing ions can be achieved by two basic methods: ultrafiltration and dialysis 1) Dialysis The process in which the ions are removed from the colloid by the phenomenon of diffusion through a permeable membrane  In this process, the colloid consisting of ions or molecules is filled in a permeable membrane bag, dipped in the water. The ion from the colloid diffuses through the permeable membrane.  Its principle is based upon the fact that colloidal particles cannot pass through a parchment or cellophane membrane while the ions of the electrolyte can pass through it.  The impurities slowly diffused out of the bag leaving behind pure colloidal solution  The distilled water is changed frequently to avoid an accumulation of the crystalloids 48  otherwise they may start diffusing back into the bag. (2) Electrodialysis  The ordinary process of dialysis is slow.  In this process dialysis of the colloidal solution is carried under the effect of an electric field. Some potential is applied 49  between the metal screens that support the membranes.  Due to this potential, the speed of the ions moving in the direction of the opposite electrodes is increased. Thus, the rate of dialysis is increased.  This method is not useful for non- electrolyte impurities like urea etc 50 51  2) ( Ultrafiltration )  Sols flow through regular filter paper, which has holes that are too large to hold colloidal particles.  Ultrafiltration is the process of separating the sol particles from the liquid medium and electrolytes by filtration through an ultrafilter.  An ultrafilter is a type of customised filter paper.  Ultrafiltration is a time-consuming procedure. To accelerate it, gas pressure (or suction) must be added. 52 53 Applications of Colloids: Cleansing Action of Soaps: Soap solutions are colloidal in nature. They remove the dirt and oil particles either by adsorption or by emulsifying the greasy matter sticking to cloth. Explain the mechanism of cleansing action of soaps.  The dirt present on clothes is organic in nature and insoluble in water. Therefore, it cannot be removed by only washing with water.  The detergent molecule consists of two parts, the tail (water-resistant carbon chain) and the head (non-water-resistant ionized group).  When soap is dissolved in water, its hydrophobic ends attach themselves to the dirt and remove it from the cloth.  The detergent molecules arrange themselves so that the tail is toward the dirt and the head toward the water. 54   By mechanical friction, similar charges repel each other. Milk coagulation: Milk is a colloid of casein and albumin, and their charges are negative. When the milk is acidified (which is called sour milk), lactic acid is formed in it. The positive hydrogen ions generated from the acid neutralize the negative charges on the casein and albumin, causing a loss of charge. This causes the milk to coagulate. 55 Formation of Delta: Deltas are wetlands that form as rivers empty their water and sediment into another body of water, such as an ocean, lake, or another river. River water is a colloidal solution of clay and seawater which mainly carry a negative charge. Seawater contains different electrolytes, mainly positive ions Na+, Mg2+, Ca2+. When the river meets the sea, the electrolytes in seawater bring about coagulation of clay particles in the river water. Thus the clay particles aggregate (coagulate) and settle down in course of water. Which results in the formation of a delta in due course. Smoke Precipitation:  Smoke is a colloidal solution of negatively charged carbon particles in the air (aerosol)  These carbon particles may condense water vapour on them and thus cities may have a 56  thick cover of smog (smoke + fog). This smog causes air pollution. Cottrel’s precipitator is a widely used smoke precipitator. Smoke is passed between metal electrodes at high voltage (about 50,000 V). The charged particles are neutralized at the oppositely charged electrode and get deposited there. The gases free from carbon particles are passed to a chimney or for further purification. 57 Sewage Precipitation: Dirty and muddy water from gutters and drainages is called sewage is in colloidal form (colloidal solution). Sewage water containing colloidal particles of mud, rubbish etc. is collected in a tank fitted with electrodes. On applying an electric field, colloidal particles are attracted towards oppositely charged electrodes. As their charge gets neutralised, they settle as a precipitate. The precipitated or coagulated matter called sludge is used as manure while clear water is used for irrigation. In the manufacture of ice cream: Gelatin is added to milk to prevent it from coagulating. When cream is added when making ice cream, it prevents the formation of large crystals of ice. The result is a soft, smooth material. In Medicine: Blood is a colloidal solution of albuminoid substances. Bleeding from a fresh cut can be stopped by applying a concentrated solution of ferric chloride or potash alum (this is known as the styptic action of alum or ferric chloride). In 58 this case the coagulation of blood takes place and a clot is formed which prevents further bleeding Leather Tanning Industry: Raw skin hides of animals contain positively charged colloidal particles. These particles are coagulated by negatively charged tannin materials. After the tanning process, the leather becomes harder. Tanning material used are tannin and compounds of aluminium and chromium. Making of Photographic Plates: Photographic plates and films are produced by coating an emulsion of the light-sensitive material like silver bromide in gelatin over class plates or celluloid films. Soil: The four major components of soils are mineral sediments, organic matter, water, and air. A fertile soil is colloidal in nature in which humus acts as a protective colloid. Most soil colloids are negatively charged, and therefore attract cations such as Ca2+, Mg2+, and K+ into the outer parts of their double layers. As these ions are loosely bound, 59 the plant roots can absorb these essential nutrients. Similarly, these ions are released into the soil again when the plant dies. 60  ‫اتزان الطور‪: Phase Equilibrium‬‬ ‫ان قوانين االتزان ال تنطبق على االنظمة التي تحدث فيها تفاعالت‬ ‫كيميائية فقط‪ ،‬وانما تنطبقا ايضا على االنظمة غير المتجانسة التي ال تحدث‬ ‫فيها تفاعالت كيميائية ولكن يحدث فيها انتقال من طور الى آخر‪.‬‬ ‫ويعرف اتزان الطور بانه االتزان غير المتجانس المؤ لف من مادة واحدة او‬ ‫عدة مواد قادرة على االنتقال من طور الى آخر دون حدوث تفاعل كيميائي‪،‬‬ ‫كانتقال الماء من الحالة السائلة الى الحالة الغازية وبالعكس‪:‬‬ ‫)𝑔(𝑂‪𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻2‬‬ ‫ثباتية الاطوار ‪stability of phases‬‬ ‫المادة في حالة اتزان فان الجهد الكيميائي بعينة من‬ ‫عندما تكون‬ ‫هذه المادة يكون متشابها لجميع األجزاء‪.‬لكي نتأكد من ذلك دعنا نفترض‬ ‫وفي نقطة ثابتة‬ ‫العكس فعندئذ يكون الجهد الكيميائي في نقطة مساويا الى‬ ‫وعند انتقال كمية معينة من المادة مقدارها ‪ dn‬من النقطة‬ ‫مساويا الى‬ ‫األولى الى نقطة الثانية عند ثبوت درجة الحرارة والضغط فان التغير في داله‬ ‫‪)+d‬‬ ‫‪ )-d‬في النقطة األولى و (‬ ‫كبيس (‪ ) dG‬سيكون مساويا الى (‬ ‫في النقطة الثانية وعليه سيكون التغير الكلي‬ ‫‪61‬‬ ‫اكبر من الجهد‬ ‫وتأسيسا على ذلك فانه في حالة كون الجهد الكيميائي‬ ‫فان االنتقال من النقطة ( ‪ )1‬الى النقطة ( ‪ )2‬سيكون تلقائيا‬ ‫الكيميائي‬ ‫( لوجود نقصان في دالة كيبس ) وهذا يعني ان المادة ليست في حالة اتزان ‪.‬‬ ‫وعليه فانه في حالة اتزان يجب ان يكون‬ ‫وفي الشكل التالي والذي يعبر عن التغير بالجهد الكيميائي بتغير درجة حرارة‪.‬‬ ‫نالحظ ان الطور الذي يكون فيه التغير بالجهد الكيميائي فيه اقل هو األكثر‬ ‫استقرارا في درجة حرارة معينة اذا كان جهد الكيميائي للطور السائل‬ ‫عند درجة حرارة وضغط معينين مثال اقل من الجهد الكيميائي للطور الصلب‬ ‫ليكون بذلك الطور السائل هو‬ ‫والطور الغازي ( البخاري )‬ ‫فوق‬ ‫األكثر استقرارا وعند انخفاض درجة الحرارة سيرتفع‬ ‫( الحظ الشكل التالي ) وبذلك يكون الطور الصلب هو األكثر استقرارا‬ ‫والعملية الطبيعية لذلك هي عملية التجمد ويحصل العكس عند ارتفاع درجة‬ ‫يتحول الطور السائل الى طور الغازي ( البخاري ) بصورة تلقائية ‪.‬‬ ‫‪62‬‬  ‫درجة الحرارة ‪T /‬‬ ‫الشكل يمثل تغير الجهد الكيميائي مع درجة الحرارة للطور الغازي والسائل والصلب‬ ‫من النتائج التي تم الحصول عليها من القانون الثاني للثرموديناميك هو انه عند‬ ‫االتزان فان الجهد الكيميائي للمادة هو نفسه في جميع األجزاء المادة وبغض‬ ‫النظر عن عدد االطوار الموجودة ‪.‬لذا فان الجهد الكيميائي للطور السائل‬ ‫والجهد الكيميائي للطور الصلب متساويان عند االتزان بين الطورين وكذا في‬ ‫مناطق الطور المختلفة‪.‬‬ ‫‪63‬‬ ‫لو افترضنا وجود نظام معين – مثال كمية معينة من الماء – عند‬ ‫ظروف معينة وثابتة ‪ ،‬فهل ثمة إمكانية لجعل الخواص الثرموديناميكية له قابلة‬ ‫للتغير واالختالف ؟ يبدو للوهلة األولى أنه ال توجد إمكانية لذلك ‪.‬ولكن هل‬ ‫االنثالبي – أي المحتوى الحراري – مثال لكمية معينة من الماء السائل عند‬ ‫درجة حرارة معينة وضغط معين هو نفسه المحتوى الحراري لنفس الكمية من‬ ‫بخار الماء عند نفس الدرجة والضغط ؟ اإلجابة ‪ :‬ال‪.‬وهذا يعني أن الخواص‬ ‫الثيرموديناميكية للنظام ال تعتمد على كميته ودرجة حرارته وضغطه فقط ‪ ،‬بل‬ ‫وعلى حالته الفيزيائية أيضا ً ‪.‬ولذلك فإن نظاما ً يتكون من الماء السائل وبخار‬ ‫الماء يكون ذا خواص ثيرموديناميكية مختلفة عن تلك لنظام مكون من الماء‬ ‫السائل فقط أو بخار الماء فقط ‪.‬هذا من ناحية ومن ناحية أخرى فإنه لو كان‬ ‫النظام يتكون من مادتين كالماء والكحول مثال فإن خواصه الثيرموديناميكية ال‬ ‫تعتمد على كمية كل من المادتين ودرجة الحرارة والضغط بل أيضا ً على‬ ‫الحالة أو الحاالت الفيزيائية الموجودة عليها كل من هاتين المادتين في النظام ‪،‬‬ ‫فقد تكون المادتين كلتاهما سائالً أو كلتاهما صلبا ‪ ،‬وقد تكون أحدهما بحالة‬ ‫واألخرى بحالة أخرى ‪ ،‬وقد تكون إحداهما بحالتين واألخرى بحالة واحدة ‪،‬‬ ‫وقد تكو ن كلتاهما بحالتين ‪.‬ولذلك فإن الخواص الثيرموديناميكية للنظام‬ ‫للمادتين‪.‬‬ ‫الفيزيائية‬ ‫الحاالت‬ ‫أو‬ ‫الحالة‬ ‫حسب‬ ‫ستختلف‬ ‫يدل ما سبق على أنه باإلضافة إلى كل من الضغط ودرجة الحرارة فإن‬ ‫عدد مكونات النظام وعدد أطواره تقوم هي األخرى بتحديد الخواص‬ ‫الثيرموديناميكية للنظام‪.‬وفي الواقع فإن هذا الموضوع يعد موضوعا كبيرا‬ ‫وشائكا وهاما ‪ ،‬وغالبا ً ما يتم التعامل معه كموضوع قائم بذاته وتحت مسمى‬ ‫قاعدة الطور واتزان األطوار ‪.‬وعلى الرغم من ذلك فإن العالم‬ ‫جبس )‪(Gibbs‬تمكن من تلخيص العالقات المتبادلة فيما بين مختلف‬ ‫‪64‬‬  ‫المؤثرات (الضغط ودرجة الحرارة وعدد المكونات وعدد األطوار) في قاعدة‬ ‫واحدة عرفت بقاعدة الطور )‪(Phase Rule‬توصل إليها نظريا ً أخذا‬ ‫باالعتبار أن التوازن بين األطوال المختلفة ال يعتمد إال على عاملي درجة‬ ‫الحرارة والضغط باالضافة إلى عدد المواد المكونة للنظام ‪ ،‬أما المؤثرات‬ ‫األخرى مثل قوى الجذب األرضية أو الكهربائية أو المغناطيسية أو السطحية‬ ‫فال تؤثر على ذلك ‪.‬‬ ‫‪F=C-P+2‬‬ ‫والقاعدة كما يلي‬ ‫قاعدة الطور (الصنف)‪phase rule‬‬ ‫‪F=C-P+2‬‬ ‫‪ -‬هي عالقة رياضية تصف حالة االتزان لمجموعة من األطوار في‬ ‫نظام ما‪.‬‬ ‫‪ -‬يمكن من خالل قاعدة الطور استنتاج المتغيرات الممكن التأثير بها‬ ‫على النظام مع احتفاظه بجميع األطوار المكونة للنظام‪.‬‬ ‫حيث يدل الرقم (‪)2‬في القانون على عاملي الضغط ودرجة الحرارة ‪ ،‬أما (‪ )P‬و‬ ‫‪-‬‬ ‫(‪ )C‬فترمز لعدد االطوار (‪ )phases‬ولعدد المكونات (‪)components‬‬ ‫على التوالي أما (‪ )F‬فهي عدد المتغيرات التي يلزم تحديدها وهي ما يسمى‬ ‫بعدد درجات الحرية أو الطالقة ( ‪The number of degrees of‬‬ ‫‪)freedom‬‬ ‫‪65‬‬  ‫الطور‪Phase‬‬ ‫‪ ‬ويقال له أيضا ً الصنف‪.‬‬ ‫‪ ‬الطور أو الصنف هو كل جزء متجانس من النظام له صفات‬ ‫كيميائية وفيزيائية تميزه عن غيره من األطوار ويمكن فصله عن‬ ‫غيره من األطوار بطريقة ميكانيكة‪.‬‬ ‫‪ ‬فالمواد النقية تكون ذات طور واحد عند درجة حرارة وضغط‬ ‫معين‪ ،‬في حين أن السبائك والمخاليط كثيرا ما تحتوي على عدة‬ ‫أطوار‪.‬‬ ‫‪ ‬مثالً كوب من الماء فيه قطع ثلج ‪ ،‬هنا الماء السائل يعد طورا ً والثلج‬ ‫طورا ُ آخر‪ ،‬فعدد األطوار هنا اثنان‪.‬‬ ‫‪ ‬أما كأس به ماء وملح كثير ورمل فهنا المحلول المحلي طورا ً‬ ‫والرمل طورا ً ثانيا ً والمتبقى من الملح دون ذوبان طورا ً ثالثا ً‪.‬‬ ‫‪ ‬يرمز لعدد األطوار بالرمز)‪(P‬‬ ‫قاعدة الأطوار‪Phase Rule‬‬ ‫‪ -‬اكتشفت معادلة األطوار أول مرة من قبل العالم ويالرد كيبس في عام‬ ‫‪ 8181‬ونظرا ً لنشرها فى مجلة غير مشهور فقد بقيت هذة المعادلة قيد‬ ‫النسيان حوالي ‪ 22‬سنة‪.‬‬ ‫‪ -‬إن هذه المعادلة تعطي العالقات بين عدد درجات الحرية ‪F) Degree of‬‬ ‫)‪freedom‬لنظام يحتوى على مجموعة متزنة من المكونات )‪C‬‬ ‫)‪Components‬مع عدد أطوار )‪ P) Phases‬الموجودة فى النظام‪.‬‬ ‫‪66‬‬  ‫‪ -‬تنص قاعدة األطوار ‪ Phase rule‬على أن‪:‬‬ ‫‪ -‬عدد درجات الحرية )‪ (F‬وعدد األطوار )‪ (P‬وعدد المكونات )‪ (C‬في نظام‬ ‫موجود في حالة إتزان تام ترتبط فيما بينها بالعالقة اآلتية‪:‬‬ ‫‪F=C-P+2‬‬ ‫أولاً‪ /‬عدد درجات الحرية‪Degree of Freedom‬‬ ‫‪ -‬يوجد نوعين من الخصائص يمكن بواسطتها وصف الطور فى النظام (أى‬ ‫نظام) وأحدى هذه الخصائص تسمى بالخصائص الشاملة ‪(Extensive‬‬ ‫)‪ Properties‬وهذا النوع من الخصائص يعتمد على كمية الطور مثل وزن‬ ‫الطور وحجمه‪ ،‬أما النوع الثاني من الخصائص يسمى بالخصائص المكثفة أو‬ ‫المركزة )‪ (Intenstive properties‬وهذا النوع من الخصائص ال يعتمد‬ ‫على كمية الطور وتكون قيمة الخاصية متساوية سواءا ً للطور بكامله أو ألى‬ ‫جزء منه مثل الكثافة ودرجة الحرارة ومعامل االنكسار‪.‬‬ ‫‪-‬الخصائص المكثفة أو المركزة هي التى تهمنا عند توضيح درجات الحرية‬ ‫حيث أن عدد درجات الحرية يعنى عدد المتغيرات المكثفة التى يمكنها‬ ‫اختيارها بصورة مستقلة لمي نتمكن بوساطتها تعريف النظام تعريفا ً كامالً‬ ‫ومن ثم تصبح قيم المتغيرات المكثفة األخرى ثابتة‪.‬‬ ‫‪-‬فمثالً بإمكاننا تحديد حالة نظام يتكون من سائل الماء فقط عند قيم محددة‬ ‫لدرجة حرارة الماء وضغطه ألنه في درجة حرارة وضغط معينين سوف‬ ‫تكون لسائل الماء قيم ثابتة لخصائصه المركزة مثل الشد السطحي ومعامل‬ ‫االنكسار والكثافة أو بمعنى آخر أنه باالمكان وصف العينة وصفا ً كامالً عندما‬ ‫نحدد أية خاصيتين من الخواص المكثفة لسائل الماء‪.‬‬ ‫‪67‬‬ ‫‪ -‬نستنتج من ذلك أن عدد درجات الحرية للنظام المتزن يعني أقل عدد من‬ ‫المتغيرات المكثفة التى يمكن تغييرها بصورة مستقلة دون أن يحصل تغير في‬ ‫عدد أطوار هذا النظام‪.‬‬ ‫ثانيااً‪ /‬عدد المركبات او المكونات ‪Number of Components‬‬ ‫‪ -‬يمكن تعريف عدد المكونات بأنه أقل عدد من المواد الكيميائية القابلة للتغير‬ ‫بصورة مستقلة والموجودة في أطوار النظام المختلفة‪.‬‬ ‫‪-‬فمثالً في نظام السائل وبخاره والذي يوجد فيه طوران هما الطور السائل‬ ‫والطور البخاري فأن هذا النظام يحتوى على مكون واحد بينما في حالة نظام‬ ‫المحلول الذي يحتوي على مذاب وبخار المذيب فإن النظام له طوران وكذلك‬ ‫مكونان وهنالك معادلة يمكن بواسطتها حساب عدد المكونات وهي‪:‬‬ ‫‪C=N-R‬‬ ‫‪N :‬العدد الكلي للمواد الكيمياوية الموجودة فى النظام‬ ‫‪R :‬تمثل عدد التوازنات الكيميائية والنسب المتكافئة بين بعض االصناف‬ ‫التركيبية في النظام‬ ‫‪-‬أما في حالة المحاليل االيونية فإن المعادلة السابقة ستحرر إلى الشكل‬ ‫األتي‪:‬‬ ‫‪1-C=N–R‬‬ ‫‪68‬‬  ‫أمثلة لتحديد عدد المكونات‬ ‫‪-‬إن عملية تحديد عدد المكونات يتطلب‪:‬‬ ‫)‪(1‬معرفة عدد المركبات الكيميائية الموجودة فى النظام وهو فى‬ ‫حالة اإلتزان‪.‬‬ ‫)‪(2‬معرفة عدد المعادالت الكيميائية التى تربط بين هذه المكونات ‪.‬‬ ‫)‪(3‬معرفة العالقة بين تراكيز المكونات الكيميائية‪.‬‬ ‫وإليك بعض األمثلة توضيحية لتحديد عدد المكونات‪:‬‬ ‫)‪(1‬عند إذابة ملح الطعام فى الماء تكون لدينا أربعة مركبات‬ ‫كيميائية وهي ‪: -H2O , NaCl , Na+ , Cl‬‬ ‫توجد هنالك حالة اتزان ما بين كمية ‪ NaCl‬المتفككة وكذلك عدد‬ ‫األيونات المتكونة من ‪ -Na+ , Cl‬وهنالك توازن آخر وهو أن عدد‬ ‫أيونات ‪ +Na‬يجب أن يساوي دائما ً عدد أيونات ‪ -Cl‬وبذلك فإن‬ ‫العدد الكلي للمكونات في هذا النظام يساوي‪:‬‬ ‫‪C=4-1-1=2‬‬ ‫)‪(2‬عند خلط كميات من غازات ال تتفاعل مع بعضها البعض مثل‬ ‫الهيليوم والهيدروجين واألرجون ‪ ،‬فإن هذا الخليط يكون بحالة اتزان‬ ‫دائما ً بغض النظر عن تركيز أى مكون من مكونات هذا النظام لذا فأن‬ ‫العدد للمكونات في النظام يساوي ثالثة‪.‬‬ ‫‪69‬‬  ‫)‪(3‬عند خلط كمية من الغازات التى تتفاعل مع بعضها البعض مثل‬ ‫خلط كمية مع غاز الهيدروجين وغاز اليود وغاز يوديد الهيدروجين‪.‬‬ ‫أن هذا النظام يحتوى على ثالث مركبات كيميائية وهي ‪H2 , I2 ,‬‬ ‫‪HI‬ولكن هذه المركبات ترتبط فيما بينها بالمعادلة الكيميائية اآلتية‪:‬‬ ‫وهذا يعنى أن ثابت اإلتزان ‪ K‬يساوي‪:‬‬ ‫وكذلك فأن‪:‬‬ ‫أى أن تركيز الغازين متساو وبذلك فإن العدد الكلي لمكونات مثل هذا‬ ‫النظام متساوي‪:‬‬ ‫‪C=3-1-1=1‬‬ ‫)‪(4‬فى النظامين المتوازنين اآلتيين‪:‬‬ ‫يعبر عن ثابت اإلتزان للتفاعل األول كالتالي‪:‬‬ ‫‪70‬‬  ‫كم أن المكونين ‪ HCl , NH3‬متساويان فى التركيز‪:‬‬ ‫وبذلك فأن العدد الكلى للمكونات يساوي‬ ‫‪C=3-1-1=1‬‬ ‫أما ثابت األتزان فى المعادلة التانية هو‪:‬‬ ‫ال يمكن لهذا النظام أن يعامل مثل معاملة النظام األول (نظام كلوريد‬ ‫األمونيوم) ألنه بالرغم من أن عدد موالت ‪ CaO‬يساوي عدد موالت‬ ‫‪CO2‬ولكن تركيزهما غير متساو ‪ ،‬وبذلك فأن العدد الكلي لمكونات‬ ‫هذا النظام يساوي‪:‬‬ ‫‪C=3-1=2‬‬ ‫ثالثااً‪ /‬عدد الأطوار‪Number of Phases‬‬ ‫‪-‬الطور يمثل ذلك لجزء من النظام المتجانس فيزيائيا ً وكيميائيا ً في كل جزء‬ ‫من إجزائه وتفصله عن األكوار األخرى حدود واضحة ومتميزة سميت‬ ‫بحدود الطور‪Phase boundaries.‬‬ ‫‪71‬‬ ‫‪-‬مثالً وجود قطعة من الثلج في كوب من الماء تكون معالم القطعة واضحة‬ ‫وكذلك حدودها التى تفصلها عن الماء وهي تمثل الطور الطلب الذي توجد‬ ‫لدية حدود تفصله عن الطور السائل‪.‬‬ ‫‪-‬النظام المتجانس ‪ Homogenous system‬هو النظام الذي يتكون من‬ ‫طور واحد فقط أما النظام الذي يتكون من أكثر من نظام فيسمى نظام غير‬ ‫متجانس‪Heterogenous system.‬‬ ‫أمثلة لتحديد عدد الأطوار‬ ‫)‪(1‬الثلج يمثل طورا ً واحدا ً إذا كان على شكل قطع صغيرة أو كبيرة ‪,‬لكن في‬ ‫حالة وجود عدد من األشكال البلورية المختلفة من الثلج ال يمكن عدها طورا ً‬ ‫واحدا ً ولكن كل شكل بلوري منها يمثل طورا ً واحدا ً‪.‬‬ ‫)‪(2‬وجود ملح الطعام فى الماء يمثل طورا ً واحداًمتجانسا ً بالرغم من احتوائه‬ ‫على أيون الصوديوم وأيون الكلور فى الماء‪.‬‬ ‫)‪(3‬وجود خليط من الغازات تامة االمتزاج تعد طورا ً غازيا ً واحدا ً‪.‬‬ ‫)‪(4‬خليط السوائل تامة االمتزاج يعد طورا ً واحدا ً‪.‬‬ ‫)‪(5‬خليط السوائل عديمة االمتزاج تكون أكثر من طور وعدد األطوار فيها‬ ‫يساوي عدد الحدود الفاصلة بين األطوار ‪8 +‬‬ ‫)‪(6‬المحاليل المتجانسة للمواد الصلبة المختلفة تكون طورا ً واحدا ً بغض‬ ‫النظر عن المركبات الكيميائية التى تكونها‪.‬‬ ‫)‪(7‬كل شكل بلوري خاص من المواد الصلبة ويشكل طورا ً واحدا ً في حالة‬ ‫تشابه التركيب الكيمائي أو اختالفه‪ ،‬فمثالً فمثالً كل صورة بلورية من صور‬ ‫الكبريت تكون طورا ً مستقال ً عن الشكل البلوري اآلخر‪.‬‬ ‫‪72‬‬  ‫يتضح من العرض السابق أن (قاعدة الطور واتزان األطوار) يعتمد فيما يعتمد‬ ‫عليه على عدد مكونات النظام ولقد قسمت األنظمة على أساس ذلك إلى عدة‬ ‫أقسام‪:‬‬ ‫‪ )1‬األنظمة أحادية المكونات‪One component systems‬‬ ‫‪ )2‬األنظمة ثنائية المكونات‪Two-component systems‬‬ ‫‪ )3‬األنظمة ثالثية المكونات‪Three-component systems‬‬ ‫وكل نظام من هذه األنظمة يمكن له أن يوجد إما بطور واحد أو بأكثر من طور‬ ‫واحد ‪ ،‬وفي كل األحوال فإن )‪ (F‬أي عدد المتغيرات التي يلزم تحديدها‬ ‫ومعرفتها من أجل معرفة وتحديد النظام يعطي بقاعدة الطور‪:‬‬ ‫‪F=C–P+2‬‬ ‫أما إيضاح وعرض التوازن بين األطوال المختلفة ألي من هذه األنظمة فإنه‬ ‫عادة ما يتم بواسطة ما يسمى بمخطط الطور (‪ )Phase diagram‬ومن‬ ‫الطبيعي أن طرق رسم مخططات األطوار تختلف حسب نوع النظام‬ ‫تطبيقات قاعدة الطور‬ ‫)‪(1‬نظم المكون الواحد‪One-component systems‬‬ ‫‪ ‬تمثل هذة النظم األطوار المختلفة لمادة كيميائية واحدة وتحوالت‬ ‫األطوار عند درجات حرارة وضغوط مختلفة‪.‬‬ ‫‪ ‬ومن أهم األمثله ‪ :‬الماء ‪ -‬الكبريت‪.‬‬ ‫‪73‬‬  ‫لكي نفهم التحوالت الفيزيائيه للمادة يجب ايجاد وسيلة لتمثل (االستقرار‬ ‫الحرارى) لالطوار المختلفة للمادة بالنسبة للظروف المختلفة‬ ‫(درجات الحرارة والضغط )االتزان الطورى‪.‬هذه المعلومات يسهل‬ ‫فهمها بوضوح في ما يعرف ب «منحنيات الطور»‪.‬فمنحنيات الطور هي‬ ‫رسم بياني يوضح فيها االطوار المختلفة للمادة واستقرار كل منها عند‬ ‫الظروف المختلفة‪.‬بالمعنى الدقيق للكلمة منحنيات للطور يفترض ان‬ ‫تمثل االتزان الكيميائى الحقيقي بين االطوار المختلفة ‪.‬‬ ‫منحنيات الأطوار )‪(Phase Diagrams‬‬ ‫عبارة رسوم بيانية تشبه الخرائط تدلنا عند كل درجة الحرارة مثال علي‬ ‫حالة السبيكة سواء أكانت سائلة أو صلبة أو شبه صلبة و كذلك علي عدد‬ ‫األطوار المستقرة فيها ونسبة كل طور من وزن السبيكة و التركيب‬ ‫الكميائي لكل طور‬ ‫مثل الماء مثال‪ ،‬تبين عالقة وجود الحاالت الثالثة للماء ‪ :‬الحالة السائلة‪،‬‬ ‫والحالة الغازية (بخار)‪ ،‬والحالة الصلبة (الثلج) تحت تأثير تغير الضغط‬ ‫ودرجة الحراره ‪.‬فمنحنيات الطور هي رسما بيانيا يوضح فيها االطوار‬ ‫المختلفة للمادة واستقراركل منها عند الظروف المختلفة‬ ‫يتحكم متغيران معا ً في حالة المادة وهما الضغط ودلرجة الحرارة ولهذين‬ ‫المتغيرين تأثيرات عكسية على المادة‪.‬حيث تعمل زيادة درجة الحرارة مثالً على‬ ‫رفع معدل تبخر الماء‪ ،‬بينما تعمل زيادةالضغط على رفع معدل تكاثف البخار‪.‬‬ ‫‪ -‬مخطط الحالة الفيزيائية (الطور) هو رسم بياني للضغط مقابل درجة الحرارة‬ ‫يوضح حالة المادة تحت ظروف مختلفة من درجة الحرارة والضغط‪.‬‬ ‫‪74‬‬ ‫‪ -‬يظهر الشكل التالي مخطط الطور للماء حيث يمكن استخدامه لتخمين حالة الماء‬ ‫عند أى درجة حرارة وضغط‪.‬‬ ‫‪ -‬الحظ وجود ثالث مناطق تمثل الحالة الفيزيائية‪ :‬صلب وسائل وغاز‬ ‫‪ -‬إضافة إلى وجود ثالثة منحنيات تفصل هذه المناطق بعضها عن بعض‪.‬‬ ‫‪ -‬يوجد عند أي نقطة علىامتداد خط المنحنى حالتان فيزيائيتان معًا للماء‪.‬‬ ‫‪ -‬يوضّح المنحنى األصفر القصير ظروف الضغط والحرارة التي يوجد عندها‬ ‫بخار وثلج معًا‪.‬‬ ‫‪ -‬أما المنحنى األزرق الطويل فيوضح ظروف الضغط ودرجة الحرارة التي يوجد‬ ‫عندها الماء في صورة سائل وبخار معًا‪.‬‬ ‫‪ -‬أما المنحنى األحمر فيوضح الضغط ودرجة الحرارة التي يوجد عندها الماء في‬ ‫صورة ثلج وسائل معًا‪.‬‬ ‫‪75‬‬  ‫النقطة الثلاثية ‪Triple point‬‬ ‫‪ -‬تسمى النقطة (‪ )A‬التى تتقاطع عندها المنحنيات الحمراء والزرقاء والصفراء‬ ‫النقطة الثالثية للماء‪.‬‬ ‫‪ -‬النقطة الثالثية هي نقطة على الرسم البياني تمثل درجة الحرارة والضغط حيث‬ ‫يوجد عندها الماء في حاالته الثالث معاً‪.‬‬ ‫‪ -‬يمكن للتغيرات الستة كلها أن تحدث عند النقطة الثالثية‪ :‬التجمد ‪ -‬األنصهار ‪-‬‬ ‫التبخر ‪ -‬التكاثف ‪ -‬التسامي ‪ -‬الترسب‪.‬‬ ‫النقطة الحرجة ‪Critical point‬‬ ‫‪ -‬تسمى النقطة (‪ )B‬مخطط الطور بالنقطة الحرجة‪.‬‬ ‫‪ -‬النقطة الحرجة هي النقطة التى تمثل كأل من الضغط ودرجة الحرارة التي ال‬ ‫يمكن للماء بعدها أن يكون في الحالة السائلة‪.‬وإذا وجد بخار الماء عند درجة‬ ‫الحرارة الحرجة فال يمكن لزيادة الضغط أن تحول بخار الماء إلى سائل‪.‬‬ ‫‪ -‬يختلف مخطط الطور للموادّ؛ وذلك بسبب اختالف درجات تجمدها وغليانها‪.‬‬ ‫ومع ذلك يعطي كل مخطط المعلومات نفسها عن الحالة الفيزيائية والنقطة‬ ‫الثالثية‪.‬لذا فإنك ستغير اختيار مدى درجات الحرارة ليعكس الخصائص‬ ‫الفيزيائية للمادة‪.‬‬ ‫‪76‬‬  ‫مخطط الطور لثانى أكسيد الكربون‬ ‫‪ -‬يوضح مخطط الطور لثاني أكسيد الكربون سبب تسامي ثاني‬ ‫أكسيد الكربون تحت الظروف العادية ‪.‬‬ ‫‪ -‬إذا بحثت عن ‪atm 1‬على منحنى ثانى اكسيد الكربون وتتبعت‬ ‫الخط المنقط للمنحنى األصفر فستجد أن ثاني أكسيد الكربون‬ ‫يتغير من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية عند ‪atm 1‬فقط‪.‬‬ ‫‪ -‬وإذا مددت الخط المنقط إلى ما بعد المنحنى األصفر فسيُظهر‬ ‫الشكل أن ثاني أكسيد الكربون ال يتحول إلى سائل مع زيادة‬ ‫درجة الحرارة‪ ،‬بل يبقى في الحالة الغازية‪.‬‬ ‫‪77‬‬  ‫مخطط الطور للكربون‬ ‫يظهر الشكل التالي مخطط الطور للكربون‪.‬‬ ‫‪:‬الحظ احتواء الرسم على متآصلين للكربون في منطقة الحالة الصلبة ‪-‬‬ ‫الجرافيت وهو الحالة المستقرة للكربون عند درجة الحرارة والضغط العاديين‬ ‫‪.‬والمحددة بالنقطة الحمراء‬ ‫استقرارا عند درجات الحرارة والضغط العاليين‪.‬واأللماس‬ ‫ً‬ ‫واأللماس األكثر‬ ‫يتكون في األصل عند درجة‬ ‫الموجود عند درجة حرارة الغرفة وضغطها َّ‬ ‫حرارة وضغط عاليين‬ ‫‪78‬‬  ‫مخطط الطور للكبريت‬ ‫يوجد الكبريت في الطبيعة على عدّة أشكال (متآصالت) من الجزيئات متعدّدة‬ ‫الذرات فيها؛ وتعتمد الخواص الفيزيائية‬ ‫ّ‬ ‫الذرات المختلفة في عدد وترتيب‬ ‫ّ‬ ‫والتحول بين هذه األشكال اعتمادا ً كبيرا ً على درجة الحرارة‪.‬بذلك‬ ‫ّ‬ ‫للكبريت‬ ‫يعدّ الكبريت أكثر العناصر الكيميائية تعدّدا ً باألشكال داخل وبين الجزيئية‪،‬‬ ‫ولكن الشكل األكثر استقرارا ً هو الشكل الحلقي ثماني الكبريت‪ ،‬وهو الذي‬ ‫ّ‬ ‫حر في الطبيعة‪.‬يوجد ثماني الكبريت في الشروط القياسية على‬ ‫يوجد بشكل ّ‬ ‫شكل صلب أصفر اللون سهل التفتّت‪.‬ينصهر الكبريت عند الدرجة ‪11..21‬‬ ‫‪°‬س؛ ويغلي عند الدرجة ‪° 444.4‬س؛ وهو يتسامى بسهولة‪.‬‬ ‫عند تسخين الكبريت إلى درجة حرارة تتجاوز ‪° 111‬س يتش ّكل في البداية‬ ‫يتكون بمعظمه من حلقي ثماني‬ ‫سائل قليل اللزوجة ذو لون أصفر فاقع‪ ،‬وهو ّ‬ ‫تحول جزئي لحلقات ثماني‬ ‫الكبريت ‪ S8.‬عند تثبيت درجة الحرارة يتسبّب ّ‬ ‫الكبريت إلى حلقات أصغر بحدوث انخفاض لنقطة التجمد‪ ،‬والتي تبلغ حدّها‬ ‫األدنى عند ‪° 114..‬س‪.‬يؤدّي االستمرار بالتسخين إلى رفع لزوجة المصهور‬ ‫بسبب تش ّكل البوليمرات‪ ،‬والتي تبلغ قيمتها األعظمية عند ‪° 181‬س؛ وعندها‬ ‫سر حلقات الكبريت وتش ّكل جزيئات طويلة السلسلة‪ ،‬وهو مثال على بلمرة‬ ‫تتك ّ‬ ‫سر هذه السالسل عند درجات حرارة تفوق هذه الدرجة‪،‬‬ ‫فتح الحلقة ‪.‬تتك ّ‬ ‫مستمر؛ ويكون لمصهور الكبريت لون أحمر‬ ‫ّ‬ ‫وتتناقص حينها اللزوجة بشكل‬ ‫فوق الدرجة ‪° 222‬س‪.‬تبلغ كثافة الكبريت وسطيا ً حوالي ‪ 2‬غ‪/‬سم ‪3‬حسب‬ ‫نوع المتآصل؛ وتعدّ جميع متآصالت الكبريت ممتازة ً من حيث مقدرتها‬ ‫على العزل الكهربائي‪.‬‬ ‫‪79‬‬ 80  ‫)‪(2‬نظم المكونين ‪Two-component systems‬‬ ‫‪ ‬هذه النظم شائعة فى الكيمياء وتمثل عملية ذوبان مادة في مذيب أو‬ ‫امتزاج سائلين أو تبلور ملح‪.‬‬ ‫‪ ‬غالبا ً ما يلعب الضغط دورا ً محدودا ً في مثل تلك العمليات‪.‬‬ ‫‪ ‬يمكن اعتبار تلك النظم نظم مكثفة‪.‬‬ ‫‪ ‬تصبح قاعدة الطور هنا‪F = C - P + 1‬‬ ‫‪ ‬األمثلة ‪ :‬نظام الماء والفينول ‪ -‬نظام الماء وأمين ثالثي اإليثيل ‪ -‬نظام‬ ‫الماء والنيكوتين ‪.‬‬ ‫سؤال ‪ :‬في مخطط توازن الطور بين الفينول والماء لماذا نبدأ بنسبة ‪%12‬‬ ‫وننتهي بنسبة ‪%12‬؟‬ ‫‪81‬‬  ‫نظام الماء ‪ -‬الفينول‪Water - phenol system‬‬ ‫‪ -‬عند ثبوت الضغط‪ ،‬فإن تغير تركيب المخلوط ودرجة الحرارة هما العاملين‬ ‫الممثلين لشكل الطور لنظام ثنائي مكثف‪.‬‬ ‫‪-‬يقصد بتركيب المخلوط هنا النسبة المئوية ألحد المكونين في المخلوط‬ ‫‪(x%).‬‬ ‫‪-‬ويكون منحنى الطور لهذا النظام كما بالشكل التالي‪:‬‬ ‫‪ -‬يمثل المنحنى ذو القمة عملية ذوبان أحد المكونين فى اآلخر ويحدد المنحنى‬ ‫من منطقتين‪:‬‬ ‫)‪ (1‬المنطقة خارج المنحنى ‪ :‬وتبين طبقة واحدة تامة االمتزاج ‪.‬‬ ‫وهنا توجد إجابة السؤال المطروح سابقا ‪:‬وهى أن عند تلك النسب يحدث‬ ‫األمتزاج التام بين الماء والفينول إذا كانت نسبة أحدهما عالية جدا ً‬ ‫‪82‬‬ ‫)‪ (2‬المنطقة تحت المنحنى ‪ :‬تتكون من طبقتان إحدهما غنية بالماء واألخري‬ ‫غنية بالفينول‪.‬‬ ‫‪-‬الحظ أن الماء والفينول يكونان تاما االمتزاج عند جميع درجات الحرارة إذا‬ ‫كانت نسبة أحدهما عالية جدا ً ‪.‬وعموما ً تزيد قابلية االمتزاج كلما زادت درجة‬ ‫الحرارة‪.‬‬ ‫‪-‬يميز هذا النظام درجة حرارة حرجة عظمى لالمتزاج وهى درجة الحرارة‬ ‫التى يتم فوقها االمتزاج التام بأى نسبة للمكونين ‪.‬‬ ‫عند وجود عنصرين أو مركبين تامي اإلمت ازج في الحالتين الصلبة والسائلة‬ ‫عند ضغط الهواء الجوي‪ ،‬فإن درجة الحرية يمكن حسابها من المعادلة‬ ‫‪F=C+1-P=2+1-2=1‬‬ ‫وبذلك فإن درجة الحرية تساوي الواحد الصحيح‪ ،‬وهو التغيير في درجة‬ ‫أو المكونات‪ ،‬وهذه الحالة تمثل الكثير من السبائك الصناعية‬ ‫الح ارره‬ ‫المحتوية على عنصرين مثل سبائك النحاس والنيكل وسبائك النحاس‬ ‫والخارصين والسليكون والجرمانيوم وغيرها‪.‬‬ ‫عندما يوجد نظام ثنائي المكونات في طور واحد فان عدد درجات الحرية‬ ‫في هذه النظام يكون ‪: 𝐹 = 𝐶 − 𝑃 + 2 𝐹 = 2 − 1 + 2 = 3‬وهذا يعني انه‬ ‫لوصف حالة النظام نحتاج الى ثالث متغيرات‪ ،‬اي نحتاج الى ك ٍل من الضغط‬ ‫ودرجة الحرارة وتركيز احد المك ونات في النظام‪.‬وهكذا فان التوضيح‬ ‫الكامل لمنحنيات هذه االنظمة تحتاج الى اشكال ذات ابعا ٍد ثالثية والتي تمثل‬ ‫الضغط ودرجة الحرارة والتركيز‪.‬وبما ان رسم االشكال ذات االبعاد الثالثة يعد‬ ‫غير مالئم من الناحية العملية‪ ،‬لذا نقوم بتثبيت احد المتغيرات الثالثة وعندها‬ ‫يصبح باالمكان الحصول على رسومات بيانية مستوية‪ ،‬ويكون ذلك ا ما بتغيير‬ ‫الضغط مع التركيز عند ثبوت درجة الحرارة‪ ،‬او تغيير الضغط مع درجة‬ ‫‪83‬‬ ‫الحرارة مع تثبيت التركيز‪ ،‬وهكذا ‪.‬ان االتزانات الممكنة في النظام ثنائي المك‬ ‫ونات هي‬ ‫‪-1‬اتزانات السائل – الغاز ‪. -2‬اتزانات الصلب ‪ -‬الغاز ‪. -4‬اتزانات السائل ‪-‬‬ ‫السائل ‪. -3‬اتزانات الصلب ‪ -‬السائل ‪.‬‬ ‫وتدعى االنظمة التي تحتوي على طور غازي باالنظمة المكثفة ‪)systems‬‬ ‫)‪ ،Condensed‬حيث يجري فيها قياس الضغط ثابتا في هذه ااالتزان تحت‬ ‫ضغط ثابت وذلك لعدم حساسية النظام تجاه التغيرات البسيطة في الضغط‪.‬‬ ‫وهكذا يعد الضغط ثابتا في هذه االنظمه مما يؤ دي الى تقليص درجات الحرية‬ ‫للنظام درجة واحدة‪ ،‬حيث تحسب درجة حرية النظام استنادا الى المعادلة‬ ‫التالية ‪: 𝐹 = 𝐶 − 𝑃 + 1‬والتي تسمى بقاعدة الطور المختزلة ‪( rule‬‬ ‫‪phase Reduced).‬‬ ‫ومن االمثلة المعروفة لنظام ثنائي المكونات هو نظام الملح والماء‪.‬ان اضافة‬ ‫الملح الى الثلج يسبب انخفاضا ملحوضا بدرجة حرارة النظام‪ ،‬ويمكن تفسير‬ ‫ذلك باستخدام المخطط البياني التزان الطور في نظام يوديد البوتاسيوم – الماء‬ ‫المو ضح ادناه‪:‬‬ ‫‪84‬‬ ‫حيث تمثل النقطة ‪ A‬درجة انجماد الماء النقي )او درجة انصهار الثلج(‪،‬‬ ‫وعند اضافة كمية من يوديد البوتاسيوم تنخفض درجة االنجماد للماء الى‬ ‫درجة اوطأ مك ونة المنحني ‪ AB‬الذي يعرف بمنحني انجماد الماء )او‬ ‫منحني انصهار الثلج(‪.‬وعلى امتداد المنحني ‪ AB‬يكون الطورين الثلج‬ ‫والمحلول في حالة اتزان بحيث ينفصل الثلج ومحلول يوديد البوتاسيوم‬ ‫مكونين نظام احادي درجة الحرية ‪.‬عند الوصول الى النقطة (‪ B‬درجة‬ ‫الحرارة ‪° 24-‬م( يبدأ الملح باالنفصال اضافة الى الثلج‪ ،‬حيث عند هذه‬ ‫النقطة تكون االطوار الثالثة )الثلج ويوديد البوتاسيوم والمحلول( في حالة‬ ‫اتزان مكونة نقطة ثالثية عديمة الحرية‪.‬ا ما عند اضافة كميات اخرى من‬ ‫يوديد البوتاسيوم ورفع درجة الحرارة يحدث ذوبان للثلج ويتك ون المنحني‬ ‫‪ BC‬والذي يمثل منحني الذوبانية احادي درجة الحرية ليوديد البوتاسيوم‪.‬‬ ‫وعلى امتداد هذا المنحني يكون يوديد البوتاسيوم الصلب في حالة اتزان مع‬ ‫محلوله‪.‬‬ ‫النظام سهل الانصهار‬ ‫نظام يوتكتي‬ ‫نظام يوتكتي أو نظام أصهري ‪ Eutectic system‬هو خليط من المركبات‬ ‫أو العناصر الكيميائية التي لها تركيب كيميائي يتصلب عند درجة حرارة‬ ‫أقل من أي تركيب آخر‪.‬هذا التركيب يـُعرف بإسم "تركيب يوتكتي"‬ ‫ودرجة الحرارة بإسم "درجة الحرارة اليوتكتية"‪.‬وعلى مخطط‬ ‫األطوار فإن تقاطع درجة الحرارة اليوتكتية والتركيب اليوتكتي يعطي‬ ‫"النقطة اليوتكتية"‪.‬وليس كل السبائك الثنائية لها نقطة يوتكتية؛ فعلى سبيل‬ ‫المثال‪ ،‬في نظام الفضة‪-‬ذهب‪ ،‬درجة حرارة الصهير (‪ )liquidus‬ودرجة‬ ‫‪85‬‬ ‫حرارة التجمد (‪ )solidus‬كالهما يزداد برتابة بتغير الخليط من فضة نقية‬ ‫إلى ذهب نقي‪.‬‬ ‫النظام سهل االنصهار هو خليط من المركبات الكيميائية أو العناصر التي‬ ‫تحتوي على التركيب الكيميائي ويمكن أن يتصلب في انخفاض درجة‬ ‫الحرارة أكثر من أي تركيبة أخرى تتكون من نفس المكونات‪.‬ويعرف هذا‬ ‫التكوين والتركيب سهل االنصهار وكما هو معروف في درجة الحرارة‬ ‫ودرجة الحرارة سهلة االنصهار‪.‬في رسم تخطيطي مرحلة تقاطع سهلة‬ ‫انصهار درجة الحرارة وتكون سهلة االنصهار يعطي نقطة سهل االنصهار‬ ‫وليس كل السبائك الثنائية لها نقطة سهلة االنصهار‪ ،‬فعلى سبيل المثال‪ ،‬في‬ ‫نظام الفضة والذهب في درجة حرارة ذوبان سائلة ودرجة حرارة التجميد‬ ‫(الخط المائل) على حد سواء زيادة ‪ monotonically‬مع تغير خليط من‬ ‫الفضة الخالصة إلى الذهب الخالص ‪.‬‬ ‫‪86‬‬  ‫النظام الغير سهل الانصهار والتراكيب‬ ‫وتعرف عادة التراكي ب الغير سهلة بنظم االنصهار التي ليست لتكوين سهل‬ ‫يكون ‪ hypoeutectic‬أو‬ ‫وأن‬ ‫االنصهار‬ ‫‪hypereutectic.‬لتكوين ‪ Hypoeutectic‬هي تركيبة إلى‬ ‫اليسار لتكون سهلة االنصهار وتكون‪hypereutectic.‬‬ ‫مخطط الطور للنحاس والنيكل ‪:‬‬ ‫يمكن رسم مخططات اتزان عنصرين في سبيكة عن طريق تحضير عدد من‬ ‫العينات بنسب مكملة لبعضها)في هذه الحالة خمسة عينات كما بالشكل )‬ ‫أي عندما يكون هناك ‪ % 22‬نيكل يكون النحاس بنسبة ‪ % 82‬وهكذا‪ ،‬ثم‬ ‫تسخن العينات إلى درجة ح ا ررة االنصهار بالكامل ويلي ذلك تبريدها‬ ‫تدريجيا واحدة تلو األخرى‪ ،‬ويتم متابعة تغير درجات الحراره مع الزمن‪،‬‬ ‫وذلك انه عند درجة حراره معينة لكل عينة يحدث ثبات للحراره مع الزمن‬ ‫وهذا يعطي نقطتين وهما نقطة بداية التحول من الحالة السائلة إلى مزيج من‬ ‫السائل والصلب واالخري نقطة التصلب الكامل للمصهور كما بالشكل وهذا‬ ‫المنحنى يعرف بمنحنى التحول لدرجة الحراره مع الزمن‪.‬‬ ‫‪87‬‬  ‫وعند توصيل نقاط التحول للمصهور ( ‪ ) L‬وكذلك نقاط التصلب ( ‪ ) S‬فإننا‬ ‫نحصل على مخطط الطور للنحاس والنيكل كما بالشكل التالي وبذلك يمكن‬ ‫الحصول على عالقة بين درجة الح ا ررة لمصهور المعدنين ونسبة كل معدن‬ ‫في السبيكة في الطورين السائل والصلب‪ ،‬ومنها يمكن حساب اوزان كل‬ ‫عنصر في السبيكة بداللة درجة الح ارره‪.‬‬ ‫‪88‬‬  ‫)‪(3‬نظم المكونات الثلاثة ‪Three-component‬‬ ‫‪systems‬‬ ‫‪ -‬عند وجود ثالث مكونات يمكن رسم رسم شكل الطور للنظام عند درجة‬ ‫حرارة ثابته وضغط ثابت في شكل مثلث متساوي األضالع‪.‬‬ ‫‪ -‬عند رأس كل رأس (زاوية) يكون تركيز أحد المكونات ‪ %122‬ويتغير‬ ‫نسبته على طول أحد األضالع‪.‬‬ ‫‪ -‬يصور شكل الطور التالي لنظام ثالثي من الماء وخالت اإليثيل واإليثانول‬ ‫عملية الذوبان المتبادل للمكونات الثالثة‬ ‫‪89‬‬  ‫تمثل درجة الحرية اللنظمة ثالثية المك ونات بالمعادلة التالية‬ ‫𝑃 ‪: 𝐹 = 𝐶 − 𝑃 + 2 𝐹 = 3 −𝑃 + 2 = 5 −‬وعليه يمكن ان تظهر‬ ‫الحاالت التالية‪ ،‬فاذا كان ‪ P= 1‬فان ‪ ، F=4‬واذا كان ‪ P= 2‬فان =‪، F3‬‬ ‫الى ان نحصل على درجة حرية صفر عندما تكون ‪P =.‬‬ ‫فمثال في النظام ثالثي المكونات والذي يتكون من طور واحد فان الحد االقصى‬ ‫لدرجة الحرية يكون ‪ F =4‬ولكي يمكن تعريف هذا النظام بصورة تامة‬ ‫نحتاج الى اربعة متغيرات اي درجة الحرارة والضغط والتركيز الثنين من‬ ‫المكونات الثالثة‪.‬اي نحتاج الى مخطط رباعي االبعاد من اجل تمثيل هذا‬ ‫النظام وهذا غير ممكن‪.‬لذلك يفضل ان يتم دراسة النظام تحت ضغط ودرجة‬ ‫حرارة ثابتين وبذلك تختزل درجات الحرية الى اثنين وهي تراكيز اثنين من‬ ‫المكونات الثالثة ‪.‬وبما ان متغيرات التركيز ‪X 1‬و ‪X 2‬و ‪X 3‬للمكونات الثالثة‬ ‫‪90‬‬ ‫تساوي ‪: 𝑋1 + 𝑋2 + 𝑋3 = 1‬لذلك يمكن تمثيلها على المستوى البياني‬ ‫بواسطة مثلث متساوي االضالع وكما في الشكل التالي‪:‬‬ ‫حيث تمثل الزوايا المكونات النقية لكل من المكونات الثالثة ‪ A‬و ‪ B‬و‪، C‬‬ ‫حيث ان النسبة المئوية للمكون ‪ A‬ترسم باتجاه ل تركيز المكون ‪ A.‬ويمكن‬ ‫اال شارة الى تركيز كل من الخطين ‪ AB‬و ‪ AC‬وهكذا بحيث ان اي خط‬ ‫يرسم موازيا لـ ‪ BC‬يمث ل النسب ‪B‬و ‪ C‬بنفس الطريقة‪.‬وهكذا تشير كل‬ ‫نقطة على اي جانب من المثلث ‪ )X‬مثال ) الى نظام ثنائي المكونات ‪ ،‬وتمثل‪،‬‬ ‫النسب المختلفة المكونات في النظام ثنائي المكونات ‪ ،‬بينما تشير اي نقطة‬ ‫داخل المثلث ‪ ) F‬مثال ( الى نظام ثالثي المكونات ‪ ،‬ومنها يمكن الحصول‬ ‫على النسب المختلفة المكونات ‪ A‬و ‪ B‬و ‪ C‬في المزيج‬ ‫‪91‬‬  ‫تجربه عمليه‬ ‫في هذه التجربة ندرس مخطط الطور لنظام مكون من ثالثة سوائل يكون فيه‬ ‫احد المكونات تام االمتزاج مع اي من المكونين االخرين في حين ان المكونين‬ ‫مع بعضها يكونان جزئيا االمتزاج ففي حالة الماء و االيثانول و خالت االثيل‬ ‫يكون الكحول تام االمتزاج مع كل من الماء و خالت االثيل بينما يكونان هما‬ ‫جزئيا االمتزاج مع بعضهما و عند كل من درجة حرارة و ضغط ثابتين‬ ‫يكون عدد المتغيرات في هذا النظام ثالثة و تتمثل بالكسور المولية لهذه‬ ‫المكونات ‪.‬و للتمثيل البياني لهذه الحالة نحتاج الى مخطط ثالثي المحاور‬ ‫الظهار هذه المتغيرات كما في الشكل ادناه‬ ‫‪92‬‬ ‫في هذا الرسم تشكل رؤوس المثلث مكونات النظام بنسبة ‪ 100%‬و تقل نسبة‬ ‫المكون مع ابتعادنا عن رأس المثلث حتى تصل الى ‪ 0%‬عند الضلع المقابل‬ ‫لذلك الرأس ‪,‬اما كل ضلع من اضالع هذا المثلث فتشكل الكسر المولي الثنان‬ ‫من المكونات المحددين برأسي المثلث عند طرفي ذلك الضلع ‪.‬مثال النقطة ‪A‬‬ ‫‪0.4‬على الضلع بين رأسي خالت االثيل و االيثانول تمثل محلول ثنائي كسره‬ ‫المولي ‪ 0.4‬من االيثانول و ‪ 0.6‬من خالت االثيل و ال يحتوي على الماء‬ ‫اي ان الكسر المولي للماء في هذا المحلول يكون ‪ 0.‬اما لتعيين النقطة ‪ B‬التي‬ ‫تمثل محلول مكون من 𝑙𝑦‪(0.6 𝐸𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙+0.1 𝐻2𝑂+0.3 𝐸𝑡ℎ‬‬ ‫)𝑒𝑡𝑎𝑡𝑒𝑐𝑎فموضحة بالرسم ادناه‪.‬‬ ‫كما ذكرنا سابقا فان االيثانول يكون تام االمتزاج و بجميع النسب مع كل من‬ ‫الماء و خالت االثيل في طور واحد بينما نظام الماء و خالت االثيل يكونان‬ ‫جزئيا االمتزاج اي يكونان نظام ثنائي الطور لذلك عند اضافة االيثانول الى‬ ‫مزيج من الماء و خالت االثيل تزداد قابليتهما على االمتزاج حتى نصل الى‬ ‫نقطة بعدها تمتزج جميع المكونات الثالثة مع بعضها في طور واحد‬ ‫لذلك فان مخطط الطور سوف يتظمن منطقتين ثنائية الطور و اخرى احادية‬ ‫الطور و يمثل الخط الفاصل بين المنطقتين خط االشباع ‪,‬لذلك تكون المكونات‬ ‫في النقطة المعينة سابقا متواجدة في محلول متجانس احادي الطور‪.‬‬ ‫النقطة ‪ C‬تمثل محلول غير متجانس ثنائي الطور التركيب الكلي له) في كال‬ ‫الطورين (هو)𝑒𝑡𝑎𝑡𝑒𝑐𝑎 𝑙𝑦‪(0.3 𝐸𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙+0.4 𝐻2𝑂+0.3 𝐸𝑡ℎ‬‬ ‫‪93‬‬ ‫لكن تركيب كل طور من الطورين المنفصلين يعين تجريبيا و بالوسائل‬ ‫المناسبة ‪,‬بيانيا تنشطر النقطة ‪ C‬الى نقطتين على خط االشباع و يوصل بين‬ ‫هاتين النقطتين خط مستقيم يعرف بخط التعادل )‪ (Tie line‬كما في الشكل‬ ‫ادناه‬ ‫‪94‬‬  ‫و يعين تركيب الطورين المنفصلين بيانيا حسب قاعدة‪Lever‬‬ ‫من مميزات خطوط التعادل انها بصورة عامة التكون موازية الحد االضالع‬ ‫حيث نجد في الشكل السابق ان كمية االيثانول في النقطة) ‪ m‬ذات الكمية‬ ‫االكبر من الماء (تكون اكبر منها في النقطة) ‪ n‬ذات الكمية االكبر من خالت‬ ‫االثيل (كذلك فان مجموعة خطوط التعادل التكون متوازية مع نفسها و انما‬ ‫تتقاطع جميعها عند نقطة معينة خارج الرسم كما في الشكل‪:‬‬ ‫‪95‬‬ ‫كلما زاد تركيز المكون تام االمتزاج يتقلص طول خط التعادل حتى نصل الى‬ ‫ان يصبح عبارة عن نقطة مفردة تعرف بالنقطة العقدة )‪ (Plait Point‬و هي‬ ‫النقطة التي يكون فيها لكال الطورين التركيب نفسه و ليس من الضرورة ان‬ ‫تكون نقطة العقدة هي اعلى نقطة في خط االشباع‪.‬‬ ‫تمثل دراسة نظام الطور للمكونات الثالثة اهمية كبيرة في عدد كبير من‬ ‫المجاالت مثل استخالص المشتقات في الصناعة النفطية و التعدين و صناعة‬ ‫المنضفات و المواد الغذائية و مستحضرات التجميل و غيرها‪.‬‬ ‫المواد المستخدمة‪:‬‬ ‫‪-1‬ماء مقطر ‪, 2‬ايثانول ‪, - 3‬خالت االثيل‪. -‬‬ ‫االدوات المستخدمة‪:‬‬ ‫‪-1‬دورق زجاجي حجم ‪ 100 ml‬عدد‪4‬‬ ‫‪-2‬سحاحة‬ ‫‪-3‬قطارة‬ ‫‪96‬‬  ‫‪-4‬حمام مائي‬ ‫‪-5‬مخبار مدرج‬ ‫الخطوات‬ ‫‪.1‬في الدورق االول ضع ‪ 10 ml‬من خالت الثيل و اضف الماء من‬ ‫السحاحة لحين ظهور التعكر و سجل الحجم‬ ‫‪.2‬في الدورق الثاني ضع ‪ 10 ml‬من الماء المقطر و سحح ضد خالت‬ ‫االثيل لحين ظهور التعكر و سجل الحجم‬ ‫‪.3‬في الدورق الثالث الذي يحتوي على مزيج من االيثانول و الخالت‬ ‫سحح ضد الماء لحين ظهور التعكر و سجل الحجم ثم استمر‬ ‫بالتسحيح لحين اختفاء التعكر و سجل الحجم مرة اخرى‬ ‫‪.4‬اعد الخطوة السابقة بنسبة اخرى من الكحول الى الخالت و كما في‬ ‫السابق‬ ‫مالحظة‪: 1‬‬ ‫في الخطوتين ‪ ) - 3‬و ( ‪ 4‬يمكن ان ال يظهر التعكر و يمكن ان نحصل على‬ ‫نقطة تعكر واحدة فسر السبب‪.‬‬ ‫‪-2‬يجب ان تتم هذه التجربة في ضروف ثابتة من الضغط و درجة الحرارة‬ ‫لذلك يجب التاكد من ثبوت درجة حرارة المواد قبل و بعد المزج‪.‬‬ ‫‪-1‬درجة حرارة المختبر اثناء التجربة‪:................‬‬ ‫‪-2‬حجوم المكونات‬ ‫‪97‬‬ ‫باستخدام القوانين احسب كل من عدد الموالت و الكسر المولي لكل من‬ ‫المكونات السابقة ثم احسب مجمع الكسور المولية للمكونات ) يجب ان يكون‬ ‫المجموع ( ‪ 1.000±0.001‬ثم اكمل الجدول‪:‬‬ ‫‪-2‬عين احداثيات الكسور المولية على الشكل و بين منحني تركيز االشباع‬ ‫‪98‬‬ 99 References 1. Peter Atkins , Julio de Paula, James Keeler, “Atkins' Physical Chemistry”, Oxford University Press; 11 th edition (2018) 2. Shikha Agarwal , “Engineering Chemistry Fundamentals and Applications” , Cambridge University Press 2nd Edition )2019( 100