الفصل الأول: المقدمة (كيمياء) PDF

# الفصل الأول ## المقدمة 1. المقدمة : Introduction الكيمياء هي العلم الذي يهتم بدراسة المادة والتغيرات التي تخضع لها المواد. ويعتبر علم الكيمياء من أكثر التخصصات ارتباطا بمجالات الدراسة في التخصصات العلمية الأخرى. وعلى سبيل المثال لا الحصر في علم الفيزياء يستفيد الفيزيائيون من خواص المواد للكشف ع...

# الفصل الأول ## المقدمة 1. المقدمة : Introduction الكيمياء هي العلم الذي يهتم بدراسة المادة والتغيرات التي تخضع لها المواد. ويعتبر علم الكيمياء من أكثر التخصصات ارتباطا بمجالات الدراسة في التخصصات العلمية الأخرى. وعلى سبيل المثال لا الحصر في علم الفيزياء يستفيد الفيزيائيون من خواص المواد للكشف عن الجسيمات دون الذرية الجديدة. وفي علم الفلك يستخدم علماء الفلك توقيعات كيميائية لتحديد عمر النجوم ومسافاتها، وبالتالي يجيبون على أسئلة حول كيفية تكوين النجوم ومدى عمر الكون. وفي مجال الهندسة تستخدم الطرق الكيميائية لمعرفة العلاقات بين الهياكل وخصائص المواد المستخدمة في الأعراض الهندسية المختلفة. تعتمد التخصصات التي تركز على دراسة الكائنات الحية وتفاعلها مع العالم المادي اعتمادًا كبيرًا على الكيمياء الحيوية ، وتطبيق الكيمياء في دراسة العمليات البيولوجية. تحتوي الخلية الحية على مجموعة كبيرة من الجزيئات المعقدة التي تنفذ الآلاف من التفاعلات الكيميائية ، بما في ذلك تلك اللازمة لتكاثر الخلية. الكثير من الظواهر البيولوجية مثل الرؤية والذوق والرائحة والحركة تنتج عن العديد من التفاعلات الكيميائية. تركز مجالات مثل الطب والصيدلة والتغذية والسموم بشكل خاص على كيفية تفاعل المواد الكيميائية التي تدخل جسم الإنسان مع المكونات الكيميائية للجسم للحفاظ على صحتنا ورفاهيتنا. وفي علوم البيئة حيث تعتمد العلوم البيئية بأكملها على الكيمياء لشرح أصل وتأثيرات الظواهر مثل تلوث الهواء واستنفاد طبقة الأوزون والاحتباس الحراري وغيرها. وفي علم الجيولوجيا إذ يستخدم الجيولوجيون الكيمياء في تحديد موقع الرواسب المعدنية أو الزيتية الجديدة كما يستخدمون التقنيات الكيميائية لتحليل عينات الصخور وتحديدها. ويستخدم علماء المحيطات الكيمياء لتتبع التيارات البحرية ، وتحديد تدفق المواد الغذائية في البحر ، وقياس معدل تبادل المواد الغذائية بين طبقات المحيطات. ## دراسة الكيمياء مهمة جدا لبعض الأسباب. * (أ) الكيمياء لها تطبيقات عملية مهمة في كثير من المجالات الصحية و الهندسية وغيرها علاوة عن التكنولوجيا الحديثة التي تساهم في ترقية وتطوير ورفاهية الإنسان. * (ب) الكيمياء هي مؤسسة فكرية ، وهي وسيلة لشرح عالمنا المادي. * (جـ) الإرتباط الوثيق بين الكيمياء و التخصصات العلمية الأخرى أدى إلى تطور وتقدم الكثير من هذه المخصصات. ## 2.1 القياس، Measurement تعتمد دراسة الكيمياء أساساً على القياس. على سبيل المثال ، يستخدم الكيميائيون القياسات المقارنة خصائص المواد المختلفة ولتقييم التغييرات الناتجة عن التجارب، وتوجد عدة أنواع من الأجهزة تستخدم في القياس ومن الأجهزة الشائعة التي تجرى بها القياسات البسيطة لخصائص مادة ما مثلاً: الطول length ويقاس بالعصى المترية و الحجم volume ويقاس بواسطة السحاحة أو الماصة أو الاسطوانة المتدرجة أو الدورق الحجمي وكتلة mass وتقاس بالميزان و الحرارة Temperature تقاس بميزان thermometer الحرارة ## 1.2.1 . وحدات القياس : units of measurement كان الكيميائيين يستخدمون في قياساتهم الوحدات التقليدية المبنية على النظام المتري ، و في العام 1960 اعتمد المؤتمر العام للأوزان والمقاييس النظام الدولي للوحدات (International System of (SI units. وهو اختيار معين من الوحدات المترية المتطورة والذي رمز له (SI). يحتوي هذا النظام على سبع وحدات أساسية SI ، وهي وحدات SI يمكن أن تستمد منها جميع الوحدات الأخرى. كما مبينة في الجدول التالي (1) ### جدول (1) : وحدات SI السبعة الأساسية. | Symbol | Unit | Quantity | |---|---|---| | m | meter | Length | | kg | kilogram | Mass | | s | second | Time | | mol | mole | Amount of substance | | A | ampere | Electric current | | cd | candela | Luminous intensity | | K | kelvin | Temperature | ## 2.2.1 . الكتلة والوزن mass and weight **الكتلة**: mass هي مقياس لكمية المادة في الجسم. غالبا ما يتم استخدام مصطلحي "الكتلة" و "الوزن" بالتبادل ، رغم أنهما يشيران بوضوح إلى كميات مختلفة. من الناحية العلمية ، و الوزن weight هو القوة التي تمارسها الجاذبية على جسم ما. ## .3.2.1 بادثات النظام الدولي للوحدات SI prefixes من محاسن أي نظام متري هو أنه نظام عشري. في نظام SI ، أن وحدة أكبر أو أصغر للكمية فيزيائية بواسطة بادئة SI ، وهي بادئة مستخدمة في النظام الدولي للإشارة إلى قوة قدرها 10. على سبيل المثال ، الوحدة الأساسية للطول في نظام SI هي المتر إلى حد ما أطول من الباردة) ، ويطلق على 102 سنتمتر. وبالتالي فإن 2.54 سنتيمتر يساوي 2.54 × 102 متر. الجدول (2) أدناه يوضح البادئات المستخدمة في نظام SI ### جدول (2) : البادئات المستخدمة في نظام SI | المعامل | المعنى | الرمز | البادئة | |---|---|---|---| | 1,000,000,000,000,000,000 | 1018 | E | exa | | 1,000,000,000,000,000 | 1015 | P | peta | | 1,000,000,000,000 | 1012 | T | tera | | 1,000,000,000 | 109 | G | giga | | 1,000,000 | 106 | M | mega | | 1,000 | 103 | k | kilo | | 100 | 102 | h | hecto | | 10 | 10 | da | deka | | 1 | 100 | | | | 0.1 | 10-1 | d | deci | | 0.01 | 10-2 | c | cent | | 0.001 | 10-3 | m | milli | | 0.000001 | 10-6 | μ | micro | | 0.000000001 | 10-9 | n | nano | | 0.000000000001 | 10-12 | p | pico | | 0.000000000000001 | 10-15 | f | femto | | 0.000000000000000001 | 10-18 | a | atto | ### وحدات SI المطورة بالبادئات | البادئة | المعامل | مثال | الرمز | |---|---|---|---| | kilo كيلو | 103 | kilometre = 1000 metre = 10³ m | | | | 103 | 1 kilogram = 1000 gram = 10³ g | | | deci ديسي | 10 | decimetre = 0.1 metre = 10 m | | | centi سنتي |10-2 | 1 centimetre = 0.01 metre = 102 m | | | 3 | 10-3 | millimetre = 0.001 metre = 10³ m | | | | 10-3 | smillisecond = 0.001second =103 s | | | | 10-3 | milligram = 0.001 gram = 10³ g | | | micro مايكرو | 10-6 | 1 micrometre = 0.000001 metre-106 m | | | | 10-6 | 1 microgram - 0.000001 gram-10g | | | nano نانو | 10-9 | 1 nanometre = 0.000000001m = 10m | | | | 10-9 | 1 nanogram = 0.000000001g = 10° g | | ## 3.1 - أرقام المعنوية والحسابات: Significant Figures and Calculations يتضمن حساب النتيجة النهائية للتجربة عادةً إضافة أو طرح أو ضرب أو قسمة نتائج أنواع مختلفة من القياسات، نظراً لأنه من المهم جدا معرفة عدم اليقين في النتيجة النهائية بشكل صحيح ، فقد طورنا قواعد الحساب الأرقام المهمة في كل رقم ولتحديد العدد الصحيح للأرقام المهمة في النتيجة النهائية. ### Rules for Counting Significant Figures : قواعد لحساب الأرقام المعنوية 1. الأعداد غير الصفرية. تعد الأعداد الصحيحة غير الصفرية دائما أرقاما معنوية. 2. الأصفار : هناك ثلاث أقسام من الأصفار. * (أ) الأصفار البادئة Leading zeros هي أصفار تسبق جميع الأرقام غير الصفرية. هذه الأصفارلا تحسب كأرقام معنوية. مثلاً في الرقم 0.0025 ، تشير الأصفار الثلاثة ببساطة إلى موضع العلامة العشرية. هذا الرقم له رقمان معنويان فقط. * (ب) الأصفار الأسيرة Captive zeros هي أصفار بين الأرقام غير الصفرية. هذه تعد دائما كأرقام معنوية . مثلاً في الرقم 1.008 له أربعة أرقام معنوية. * (جـ) الأصفار الزائدة Trailing zeros هي أصفار في الطرف الأيمن من الرقم. تكون معنوية فقط إذا كان الرقم يحتوي على علامة عشرية. الرقم 100 له رقم واحد مهم ، بينما الرقم 102×1.00 له ثلاثة أرقام معنوية. الرقم مائة مكتوب على 100. لديها أيضا ثلاثة أرقام معنوية. 3. الأرقام الدقيقة. تتضمن الحسابات في كثير من الأحيان الأرقام التي لم يتم الحصول عليها باستخدام أجهزة القياس ولكن تم تحديدها من خلال الحساب: 10 تجارب هذه الأرقام الأرقام الدقيقة. مثال : اذكر عدد الأرقام المعنوية لكل من النتائج التالية. * أ. تم إستخلاص 0.0105 جم الكافيين من الشاي. * ب. يسجل الكيميائي كتلة 0.050080 جم في التحليل. * ج . في التجربة ، يتم تحديد فترة زمنية تكون 103×8.050 ثانية . ### الحل: * أ. يحتوي الرقم على ثلاثة أرقام معنوية. الأصفار الموجودة على يسار الرقم 1 هي الأصفار البادئة وليست ذات دلالة ، لكن الصفر بين العدد 1 و العدد 5 (صفر أسير) معنوي. * ب. يحتوي الرقم على خمسة أرقام مهمة. الأصفار البادئة (على يسار العدد (5) ليست معنوية. الأصفار الأسيرة بين العدد 5 و و العدد 8 أرقام معنوية ، والصفر زائدة على يمين العدد 8 معنوي لأن الرقم يحتوي على علامة عشرية. * ج. هذا الرقم لديه أربعة أرقام معنوية. كلا الأصفار معنوية. ## 4.1. المادة Matter تعرف المادة على أنها أي شيء ء له كتلة ويشغل حيز من الفراغ (مساحة). جميع المواد في العالم تتكون من عدد قليل أو أكثر من مئة عنصر ، و العناصر هي أبسط أشكال المادة حيث لا يمكن تقسيمها كيميائياً إلى مواد أكثر بساطة ## الكتلة ، مقياس كميه الماده ## 1.4.1. الحالات الفيزيائية للمادة The physical states of matter يمكن تصنيف المادة حسب الحالة الفيزيائية إلى ثلاث حالات: * (1) الحالة الصلبة: Solid state هي مواد متصلبة ولها أشكال محددة، وأن القوى الرابطة بين مكوناتها الجزيئية قوية. حيث لا تختلف أحجام المواد الصلبة كثيرًا مع التغيرات في درجة الحرارة والضغط، وأن لها حجم وشكل ثابتين. * (2) الحالة السائلة: Liquid state هي أحدى الحالات التي تتواجد فيها المادة، وأن القوى الرابطة بين مكوناتها الجزيئبة أقل قوة. وهي غير قابلة للضغط وشكل السائل غير ثابت حيث يأخذ شكل الإناء الذي يحتويه ولكن لديها حجم ثابت. * (3) الغازات Gases هي أقل كثافة بكثير من السوائل والمواد الصلبة ، وأن القوى الرابطة بين مكوناتها الجزيئية ضعيفة نسبياً. بحث تشغل الغازات كل أجزاء الحيز الموجودة فيه . الغازات لها المقدرة على التمدد اللانهائي ويمكن ضغطها بسهولة. ## 2.4.1 خصائص المادة The properties of matter يمكن تميز المواد أو تحديد خصائصها المختلفة ، والتي قد تكون هذه الخصائص فيزيائية أو كيميائية. * (1) الخاصية الفيزيائية: هي خاصية يمكن ملاحظتها للمادة دون التغيير في هويتها الكيميائية. ومن الأمثلة على ذلك الحالة الفيزيائية للمادة الصلبة والسائلة أو الغازية ونقطة الانصهار ونقطة الغليان واللون. بعض الخواص الفيزيائية تعتمد على كمية المادة و الأخرى مستقلة عنها وعلى هذا الأساس صنفت الخواص الفيزيائية إلى نوعين : * (أ) الخواص الشاملة: extensive properties ) الخواص المميزة ( وهي الخواص التي تعتمد على كمية المادة ، مثل الكتلة و الحجم لأنه كلما أزدادت كمية المادة تزداد معها كتلة و حجم المادة. * (ب) الخواص المحددة أو المكثفة : intensive properties وهي الخواص التي لا تعتمد على كمية المادة ، مثل درجة الإنصهار و درجة الغليان و اللون و تعتبر الكثافة من الخواص المكثفة إذ انها نسبة بين كتلة المادة وحجمها إلا أنها لا تعتمد على كمية المادة. * (2) الخاصية الكيميائية: هي خاصية لمادة تنطوي على تغير كيميائي. مثال: الخاصية الكيميائية للحديد هي قدرتها على التفاعل مع الأكسجين لإنتاج الصدأ. ## 3.4.1. تصنيف المادة Classification of Matter المواد النقية | | | | |---|---|---| | تغيير فيزيائي | المخاليط | | | | تغيير كيميائي | | | | العناصر | | | | المركبات | | | | المخاليط المتجانسة | | | | المخاليط غير المتجانسة | | ### أ. المواد النقية : pure substances هو نوع من المادة لا يمكن فصلها إلى مواد أبسط بالطرق الفيزيائية ، ولها تكوين ثابت و خصائص محددة ، و لا يمكن تغيير خصائصها إلا بالطرق الكيميائية. وتصنف المواد النقية الى نوعين: * (1) العناصر: Elements هي المواد التي لا يمكن تحللها بواسطة أي تفاعل كيميائي إلى مواد أبسط. * (2) المركب Compounds عبارة عن مادة يمكن أن تتحلل بالوسائل الكيميائية إلى مواد أبسط ، دائما بنفس النسبة من الكتلة. ### ب المخاليط: Mixtures هي المواد التي يمكن فصلها بالطرق الفيزيائية إلى مادتين أو أكثر، ولها تكوين متغير وقد تحتوي المخاليط ذات التركيبات المختلفة على خصائص مختلفة. تصنف المخاليط إلى نوعين. * (أ) الخليط غير المتجانس هو خليط يتكون من أجزاء مميزة فيزيائياً، ولكل منها خصائص مختلفة. على سبيل المثال ، الملح والسكر عند خلطهما وتحريكهما معا ، وإذا نظرت للخليط عن كتب ، سترى بلورات منفصلة من السكر والملح. * (ب) الخليط المتجانس (المعروف أيضًا باسم المحلول) هو الخليط المنتظم في خواصه خلال العينات المحددة ، مكوناته متماثلة ولا يمكن تميزها عن بعض. على سبيل المثال عند إذابة كلوريد الصوديوم في الماء ، تحصل على خليط متجانس ، أو محلول. وكذلك الهواء الجوي عبارة عن محلول غازي ، يتكون من مادتين أوليتين ، النيتروجين والأكسجين ، والتي تمتزج فيزيائياً ولكنها غير مركبتا كيميائيا. ## 5.1 قانون حفظ المادة : The law of conservation of matter توصل عليه العالم الفرنسي لافوازييه عام 1789 من النتائج التي تحصل عليها عندما قام بوضع عينة من القصدير في إناء محكم الإغلاق ووزنه بدقة ثم سخن الإناء حتى تحولت عينة القصدير إلى مسحوق ثم إعادة وزنه ثانية حيث وجد أن كتلة الإناء قبل و بعد التسخين متساويتان . وقد أستنتج أن الكتلة تبقى ثابتة أثناء التغير الكيميائي ووضع قانون حفظ الكتلة The law of conservation of mass الدي ينص على أنه ( لا يمكن التخلص من أو إحداث كتلة بتفاعل كيميائي) وهذا القانون عرف فيما بعد بقانون حفظ المادة و الذي ينص على أنه المادة لا تفنى و لا تستحدث). ## 6.1. قانون النسب الثابتة The law of definite proportions و يعرف أيضاً بقانون التركيب الثابت وينص على أنه ( في أي مادة كيميائية نقية توجد العناصر دائماً بنسب ثابتة من حيث الكتلة وهذا يعني أن أي مركب كيميائي يحتوي على العناصر المكونة له منحدة مع بعضها بنسب وزنية ثابتة. مثلاً الماء يتكون من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين وأن النسبة بين كتلة الهيدروجين إلى كتلة الأكسجين بنسبة 1 إلى 8 ، إذا تفكك 9 جرامات من الماء تعطي 1 جرام هيدروجين و 8 جرامات أكسجين و كذلك إذا تفكك 18 جرام من الماء تعطي 2 جرام من الهيدروجين و 16 جرام من الاكسجين ، وإذا فُعِلَ 3 جرامات من الهيدروجين مع 16 جرام من الأكسجين فإن 2 جرام فقط من الهيدروجين تتفاعل مع 16 جرام من الأكسجين لأنتاج 18 جرام ماء ويبقى 1 جرام من الهيدروجين غير متفاعل . عموماً مهما تغيرت كميات المواد المتفاعلة فإنها تتفاعل وفق النسب الثابتة في المركب الناتج. ### أسئلة 1. عرف مصطلحي المادة والكتلة. ما هو الفرق بين الكتلة والوزن؟ 2. عرف المصطلحات التالية بوضوح ودقة. * (أ) المادة (ب) الخليط (ج) العنصر (د) المركب. 3. صنف كل مما يلي كعنصر ، أو مركب ، أو خليط، ثم برر تصنيفك: (أ) القهوة (ب) الفضة (جـ) كربونات الكالسيوم (د) حبر قلم الحبر الجاف (هـ) معجون الأسنان. .4 ميز الغازات والسوائل والمواد الصلبة من حيث الانضغاط والسيولة؟ 5. أعط أمثلة لكل من العنصر ، المركب ، الخليط غير المتجانس ، والخليط المتجانس. 6. ما الذي يميز العنصر من المركب؟ هل يمكن أن يكون المركب أيضًا عنصرًا؟ 7. أجرى طالب قياسات تجربية في المختبر ووجد أن في المتر 36.3 بوصة. باستخدام هذه القيمة التجريبية ، كم عدد المليمترات الموجودة في 1.34 قدم؟