ملخص وحدة حالات المادة كيمياء عاشر متقدم فصل ثالث
حالات المادة States Of Matter
أولا : ( ملخص مختصر لا يغني عن الكتاب ) ومجموعة أسئلة مجاب عنها للتدريب
ثانيا : إجابة اسئلة الكتاب تفصيليا
الغازات
وضع كل من بولتزمان وماكسويل نموذج يفسر خواص الغازات في شكل جسيمات متحركة هذا النموذج يعرف بنظرية الحركة الجزيئية
نظرية الحركة الجزيئية : يعطي هذا النموذج فرضيات عن حجم وحركة وطاقة جسيمات الغاز كالتالي
حجم الجسيم : تنفصل جزيئات الغاز عن بعضها البعض مسافات كبيرة تسمى فراغ بيني حجمه أكبر بكثير من حجم جسيمات الغاز نفسها ، ولهذا السبب لا توجد قوة تجاذب أو تنافر معنوية بين الجسيمات الغازية
حركة الجسيم : جسيمات الغاز دائما في حركة عشوائية ثابتة حتى وان كانت داخل وعاء وهي تتحرك في خطوط مستقيمة وتتصادم مع بعضها ومع جدران الوعاء الحاوي لها فيما يعرف بالتصادم المرن.
التصادم المرن : هو التصادم الذي لا تفقد فيه طاقة حركة الجسيمات . بالرغم من انتقال طاقة الحركة من جسيم لأخر لكن تظل طاقة الحركة الكلية للجسيمين بدون تغير
طاقة الجسيم : الذي يحدد طاقة حركة الجسيمات هما كتلتها وسرعتها المتجهة من خلال العلاقة حيث KE طاقة الحركة ، m الكتلة ،۷ سرعة الجسيم المتجهة
ملاحظات :
1 كل جسيم في غاز يكون له نفس الكتلة مع نظيره ولكن ليس له نفس السرعة المتجهة
2 لا تمتلك الجسيمات في عينة من غاز نفس طاقة الحركة
3 درجة الحرارة هي مقياس المتوسط طاقة حركة الجسيمات في عينة من المادة
4 عند درجة حرارة معينة ، كل الغازات يكون لها نفس متوسط طاقة الحركة
تفسير سلوك الغازات :
# انخفاض الكثافة : الكثافة هي مقياس لكتلة المادة لكل وحدة حجوم d = m/V ويرجع انخفاض كثافة الغاز للمسافات البينية الكبيرة بين الجسيمات ولذا نجد جسيمات أقل لغاز عن جسيمات مادة صلبة لها نفس الحجم
# الانضغاط والتمدد : يتمدد الغاز ليملأ الوعاء الحاوي له ومنها كثافة تلك العينة سوف تتغير بتغير حجم الوعاء الحاوي له . ويكون
الغاز أكثر كثافة عندما ينضغط ( ينكمش ) في وعاء اصغر ويكون أقل كثافة عندما يتمدد في وعاء أكبر
# الانتشار: تتدفق جزيئات الغاز في بعضها البعض بسهولة لأنه لا توجد قوة تجاذب معنوية بينها . يشير الانتشار إلى حركة مادة خلال مادة أخرى مثل تدفق غاز في فراغ مشغول بغاز آخر
يجمع الغاز في وعاء ( مخبار ) مقلوب في وعاء به ماء حيث يزيح الغاز الماء . إذا لم يتفاعل الغاز مع الماء فإن الضغط الكلي داخل الوعاء سيكون مجموع الضغوط الجزئية للغاز وبخار الماء
الضغط الجزئي لبخار الماء له قيمة ثابتة عند درجة حرارة معينة ويوجد في جداول خاصة ومنها بطرح قيمته من الضغط الكلي نحصل على الضغط الجزئي للغاز.
قوى التجاذب ( بين الجزيئية أو بين الجسيمات )
أولا يجب عليك التفريق بين قوى التجانب داخل الجزيئات ( الأيونية والتساهمية و الفلزية ) وهي قوية وبين قوی التجاذب بين الجزيئات ( قوى التشتت و قوی ثنائية القطب - ثنائية القطب و الترابط الهيدروجيني ) وهي قوى ضعيفة
مثال بسيط في جزيء الماء H20 القوى التي تربط ذرات H بذرة 0 هي رابطة تساهمية بينما القوى التي تربط جزيء H2O بجزيء HO أخر هي رابطة هيدروجينية وقوى ثنائية قطب - ثنائية قطب
* قوى التشتت ( قوی لندن )
هي أضعف قوى التجاذب تنتج من الانزياح المؤقت للكثافة الإلكترونية في السحابات الإلكترونية . فعند تقارب جزيئين غير قطبيين فالسحابة الإلكترونية لأحد الجزيئات تتنافر مع السحابة الإلكترونية للجزيء الأخر ونتيجة لذلك الكثافة الإلكترونية في كل سحابة يكون كبير في أحد مناطق السحابة ويتكون ثنائية قطب مؤقت . تنشأ قوى التشتت بين المناطق مختلفة الشحنة .
تكون قوي التشتت معنوية عندما لا توجد قوى تؤثر على الجزيئات
تظهر في الجزيئات المتماثلة غير القطبية (H) وهو ما يفسر الحالة الفيزيائية للهالوجينات فنلاحظ أن : CI , F غازات و ,Br سائل و صلب ( الزيادة)
قوی ثنائية قطب - ثنائية قطب
- تجاذبات بين مناطق مختلفة الشحنة الجزيئات القطبية
- الجزيئات القطبية تمتلك ثنائية قطب دائمة توجه نفسها بحيث تمتلك شحنات مختلفة .
- قوی ثنائية القطب - ثنائية تطب أقوى من قوی التشتت للجزيئات متشابهة الكتلة
- ثنائية القطب - ثنائية القطب وقوی تشتت لندن تعرف بقوى فاندر فالز
الروابط الهيدروجينية
الرابطة الهيدروجينية هي تجانب ثنائية قطب - ثنائية قطب يحدث بين الجزيئات المحتوية على ذرة هيدروجين مع ذرة صغيرة عالية السالبية تمتلك على الأقل زوج من الإلكترونات غير المشتركة في الترابط داخل الجزيئي .
مثال ذرات H2O, HF , NH, )0,F,N
هذا الترابط يفسر الخواص الشاذة للماء عن باقي الموائل و سبب كون الماء سائل مقارنة بالمواد المساوية لها في الكتلة كونها غازات
السوائل والمواد الصلبة
تفسر نظرية الحركة الجزيئية أيضا سلوك السوائل والمواد الصلبة . إلا أن هذا كلا من القوى التجاذب بين الجسيمات وطاقة حركتها تأخذ في الاعتبار
السوائل :
تأخذ السوائل شكل الأوعية الحاوية لها ولكن لها حجم ثابت . وتحافظ السوائل على الحجم الثابت بسبب قوی التجاذب بين جزيئاتها مما يحد من مدى حركتها.
- الكثافة والانضغاطية:
كثافة السائل أكبر من بخاره عن نفس الظروف. وهذا يرجع إلى القوى بين الجزيئية التي تمسك الجسيمات معا . بالرغم من أن السوائل تنضغط ( تنكمش ) إلا أن انضغاطيتها تحتاج لكمية هائلة من الضغط والذي يؤدي إلى تغير طفيف جدا في حجمها
الميوعة
الميوعة هي القدرة على التدفق وقطعا السوائل قدرتها على التدفق أقل من الغازات وأعلى من المواد الصلبة
اللزوجة
- هي مقياس المقاومة السائل للتدفق
- كلما كانت القرى بين الجزيئية أقوى كلما كانت الزوجة أعلى
- تزداد لزوجة السائل بزيادة كتلة جزيئات السائل وطول السلسلة المكونة للجزيء
- تقل لزوجة السوائل بزيادة درجة الحرارة لزيادة متوسط طاقة الحركة ومنها تتباعد نوعا ما الجزيئات وتقل اللزوجة . بينما يحدث العكس في الغازات والتي بزيادة درجة الحرارة تزداد سرعة الجزيئات ومنها تزداد التصادمات وتقترب من بعضها أكثر وتزيد لزوجة الغاز
- إضافة طاقة يجعل الجزيئات تتغلب على القوى بين الجزيئية الضعيفة ويسهل تدفقها
التوتر السطحي
هو الطاقة اللازمة لزيادة مساحة سطح مسائل بكمية معينة
التوتر السطحي هو مقياس للسحب إلى الداخل بالجزيئات الداخلية للسائل وعندها تقاوم الجزيئات السطحية ذلك فيبدو السطح كغشاء مشدود
كلما كانت قوي التجاذب الجزيئات أقوى كلما زاد التوتر السطحي
يزيد من التوتر السطحي الروابط الهيدروجينية في الجزيئات التي تمتلك هذا الترابط وهذا
الذي يجعل قطرات الماء تأخذ الشكل الكروي عند سكبها في مكان مترب
الفعل الشعري ( الخاصية الشعرية) :
هو تحرك السائل الأعلى عبر الأنابيب الزجاجية الضيقة : يحدث عندما تكون قوى التلاصق بين جزيئات السائل وسطح الأنبوب أكبر من قوى التماسك بين جزيئات السائل
قوى التلاصق تكون بين الجزيئات المختلفة مثل الماء وثاني أكسيد السيليكون في الزجاج و المواد الصلبة
تحد قوى التجاذب القوية بين جسيمات المادة الصلبة من حركتها ولكن حركتها حركة اهتزازية في مواقع ثابتة مما يجعلها لها حجم وشكل ثابت
جسيمات المادة الصلبة متكدسة مما يجعلها أكثر كثافة عن السوائل . وعند تواجد الحالة الصلبة والسائلة من مادة معا تكون الصلبة اكثر كثافة .