التفاعلات الكيميائية في المحاليل الشاردية
Réactions chimiques dans les solutions ioniques
مفهوم الفرد الكيميائي:
نركب التجهيز المقابل الذي يسمح بسكب قطرات من حمض كلور الماء على برادة الحديد.
الملاحظة: نلاحظ انطلاق فقاعات غازية.
عندما نقرب من الغاز المنطلق عود ثقاب مشتعل نسمع له فرقعة وهذا دليل على أن هذا الغاز هو الهيدروجين.
التفسير: حمض كلور الماء عبارة عن غاز ذائب في الماء مشكلا محلولا مائيا يحتوي شوارد الهيدروجين H+ وشوارد الكلور Cl-.
عند سكب حمض كلور الماء على برادة الحديد تتحول شوارد الهيدروجين H+ إلى ذرات هيدروجين H باكتساب إلكترون ثم تتجمع مثنى مثنى مشكلة غاز الهيدروجين H2 وفق ما يلي:2H+ +2é--------> H2
إن الإلكترونات التي تكتسبها شوارد الهيدروجين هي إلكترونات فقدها الحديد Feالذي يتحول بدوره إلى شواردFe2+ وفق المعادلة الآتية: Fe --------> Fe2+ + 2é
إن كلا من ذرة الحديد Fe وشاردة الحديد Fe2+ وذرة الهيدروجين H وشاردة الهيدروجين H+ وجزيء الهيدروجين H2 تمثل أفرادا كيميائية.
تعريف الفرد الكيميائي: كل حبيبات المادة المجهرية ( الذرة، الجزيء، الشاردة، النواة والإلكترون) تدعى أفرادا كيميائية.
نفسر التحولات الكيميائية على المستوى المجهري(غير المرئي) باستخدام الأفراد الكيميائية.
تعريف النوع الكيميائي: مجموعة من الأفراد الكيميائية المتماثلة تسمى نوعا كيميائيا.
نتعامل على المستوى العياني بالأنواع الكيميائية.
أمثلة:
جزيء الأكسجين فرد كيميائي بينما غاز الأكسجين المتكون من عدد من الجزيئات يعتبر نوعا كيميائيا.
جزيء الحديد Fe هو فرد كيميائي بينما قطعة من الحديد هي نوع كيميائي.
2- تفاعل حمض كلور الماء مع المعادن: نكتب المعادلة الكيميائية للتفاعل السابق.
أ- بالصيغة الجزيئية: Fe + HCl --------> FeCl2 + H2
خلال التفاعل الكيميائي تبقى الكتلة محفوظة لذلك يجب موازنة الطرفين.
Fe(s) + 2HCl(aq) --------> FeCl2(aq) + H2(g)
ب- بالصيغة الشاردية: ( Fe2+ + 2Cl-) + H2 ---------> Fe + (H+ + Cl-)
خلال التفاعل الكيميائي تبقى الشحنة محفوظة أي مجموع الشحنات الكهربائية قبل التفاعل يساوي مجموع الشحنات الكهربائية بعد التفاعل.
Fe(s) + 2( H+ + Cl-)(aq) -----------> ( Fe2+ + 2Cl-)(aq) + H2(g)
يمكن كتابة معادلة كيميائية مختصرة بحذف الأفراد التي لم تشارك في التفاعل (هنا نحذف Cl-) كما يلي:
Fe(s) + 2 H+ (aq) -----------> Fe2+ (aq) + H2(g)
نتيجة:
يتفاعل حمض كلور الماء مع بعض المعادن Fe, Zn, Al فيتشكل كلور المعدن وينطلق غاز الهيدروجين.
غاز الهيدروجين + كلور المعدن <----------- حمض كلور الماء + معدن
3- تفاعل جسم مركب شاردي مع محلول حمض كلور الماء:
نسكب قطرات من حمض كلور الماء HCl على قطعة طبشور( كربونات الكالسيوم CaCO3).
الملاحظة:نلاحظ انطلاق غاز يعكر رائق الكلس.
النتيجة: الغاز المنطلق هو ثنائي أكسيد الكربون.
كتابة معادلة التفاعل:
كلور الكالسيوم+ ماء + ثنائي أكسيد الكربون <----------- حمض كلور الماء + كربونات الكالسيوم
بالصيغة الشاردية:
CaCO3 + 2HCl -----------> CO2 + H2O + CaCl2
بالصيغة الجزيئية:
CaCO3 + 2(H+ + Cl-) -----------> CO2 + H2O + (Ca2+ + 2Cl-)
ملاحظة:
تكتب الشوارد بالطريقتين الآتيتين:Fe2+ أو Fe++، SO42- أوSO4- -
تكتب شاردة الهيدروجين في المحلول الشاردي بإحدى الطريقتين:H+ أو H3O+ التي تدعى شوارد الهيدرونيوم الناتجة عن اتحاد شاردة الهيدروجين مع جزيئات الماء (المذيب).
تفاعل معدن مع شاردة معدنية:
تجربة:
الأدوات المستخدمة: أنبوب اختبار- محلول كبريتات النحاس- مسمار حديدي – محلول الصودا
الخطوات:
نضع في أنبوب اختبار محلول كبريتات النحاس CuSO4 وهو محلول أزرق اللون نتيجة احتوائه شوارد النحاس الثنائي).
نغمس في المحلول مسمارا حديديا.
الملاحظة:
بعد مدة كافية نلاحظ ترسب مادة حمراء على جزء المسمار المغمور في كبريتات النحاس.
اختفاء اللون الأزرق تدريجيا وتحوله إلى اللون الأخضر الفاتح.
الكشف عن محتوى المحلول:
نضيف قطرات من هيدروكسيد الصوديوم للمحلول فنلاحظ تشكل راسب أخضر فاتح دلالة على وجود شوارد الحديد الثنائي Fe2+.
التفسير: تتحول شاردة النحاس الثنائي إلى ذرة نحاس بعد اكتساب إلكترونين من ذرة الحديد التي تتحول بدورها إلى شاردة الحديد الثنائي Fe2+ .
إن اختفاء اللون الأزرق (لون شوارد النحاس) وظهور اللون الأخضر (لون شوارد الحديد الثنائي) دليل على اختفاء شوارد النحاس في الوقت الذي تظهر فيه شوارد الحديد الثنائي.
نعبر عن هذا التحول بالمعادلتين التاليتين:
Cu2+ + 2é -----------> Cu
Fe -----------> Fe2+ +2é
كتابة حصيلة التفاعل الكيميائي بمعادلة كيميائية:
أ- باستعمال الصيغة الشاردية:
Fe(s) + (Cu2+ + SO42-)(aq ) ----------->(Fe2+ + SO42-)(aq) + Cu(s)
بما أن شاردة الكبريتات لم تشارك في التفاعل فإنه يمكن الاستغناء عنها ونكتب المعادلة مختصرة كما يلي:
Fe(s) + Cu2+ (aq ) -----------> Fe2+ (aq) + Cu(s)
ب- باستعمال الصيغة الجزيئية:
Fe(S) + CuSO4(aq) -----------> FeSO4(aq) + Cu(S)
خلاصة:
الفرد الكيميائي Entité chimique هو كل حبيبة مجهرية تدخل في تكوين المادة: كالنواة، الإلكترون، الشاردة، الذرة،الجزيء....
النوع الكيميائي Espèce chimique هو مجموعة من الأفراد الكيميائية المتماثلة كمجموعة من الذرات أو الجزيئات أو الشوارد المتماثلة.
نتعامل في الواقع( عيانيا) بالأنواع الكيميائية ونفسر التفاعلات الحاصلة بالأفراد الكيميائية.
في كل تفاعل كيميائي يجب أن يتحقق ما يلي:
مبدأ انحفاظ المادة: كتلة المتفاعلات يساوي كتلة النواتج أي عدد ونوع الذرات قبل التفاعل هو نفسه بعد التفاعل.
مبدأ انحفاظ الشحنة: أي مجموع الشحنات الكهربائية (الموجبة والسالبة) للمتفاعلات يساوي مجموع الشحنات الكهربائية للنواتج.
يعبر عن تفاعل كيميائي بمعادلة تبرز المتفاعلات من جهة والنواتج من الجهة الأخرى ويمكن أن تكون بالصيغة الشاردية أو الجزيئية.
يتكون محلول حمض كلورالماء ( روح الملح) من شوارد الهيدروجين H+ وشوارد الكلور Cl-
عند سكب HCl على بعض المعادن كالحديد Fe والزنك Zn والألمنيوم Alيحدث بينها تفاعل يؤدي إلى انطلاق غاز الهيدروجين وتشكل مركب شاردي هو كلور المعدن المتفاعل( كلور الحديد، كلور الزنك أوكلور الألمنيوم).
عند وضع قطعة معدن في محلول شاردي قابل للتفاعل معه تكتسب شوارد المحلول الإلكترونات من المعدن فتتحول إلى ذرات بينما تتحول ذرات المعدن إلى شوارد في المحلول.
