نبذة عن التعاريف والقوانين الأساسية في الفيزياء والكيمياء العامة

435 2 دقائق

1996 معالجة مياه الفضلات الصناعية

أ.د أحمد فيصل أصفري

KFAS

قوانين في الفيزياء قوانين في الكيمياء الكيمياء

– الذرة: هي أصغر وحدة مكونة لعنصر مادي. تتألف من نواة تحتوي على جسيمات موجبة الشحنة تدعى البروتونات، وجسيمات عديمة الشحنة تدعى النيوترونات.

وتدور حول النواة جسيمات سالبة الشحنة تدعى إلكترونات عددها يساوي عدد البروتونات في نواة الذرة، مما يجعل الذرة حيادية كهربائياً.

حجم النواة صغير جداً، ولا يتجاوز قطرها لمختلف العناصر المادية (10^-12 سم)، أما الإلكترون فهو ذو كتلة تساوي حوالي (9.1 × 10^-28غ)، وهذا يعادل (1/ 1837) من كتلة ذرة الهيدروجين. قطر الإلكترون يساوي تقريباً قطر نواة الذرة، وشحنته تساوي (1.602 × 10^-19 كولوم).

أما البروتون ، فهو ذو كتلة تساوي كتلة نواة ذرة الهيدروجين، وبما أن الهيدروجين هو العنصر الوحيد الذي لا تحتوي ذراته على نيوترونات فإن كتلة البروتون تساوي (9.1 × 10^-28 × 1837 = 1.672 × 10^-24غ).

أما النيوترون n، فهو لا يحمل شحنة كهربائية، وكتلته تساوي (1.6748 × 10^-24غ)، أي أكبر قليلاً جداً من كتلة البروتون.

– العنصر: تختلف العناصر باختلاف عدد الجسيمات في ذراتها، وكل عنصر يتمتع بنفس العدد من البروتونات في كافة ذراته (Fe, Cl, Mg, C, …).

– الجزيء والمركب: يتألف الجزيء من اندماج عدد من الذرات لعنصر واحد مثل ، وعند اندماج ذرات مجموعة من العناصر، عندئذ تدعى مركبات مثل:

– الوزن الذري: هو عدد مطلق، وليس وزناً. لقد قدرت وحدة الكتلة الذرية (amu) بما يعادل تقريباً كتلة ذرة واحدة من الهيدروجين H، أو 1/12 من كتلة ذرة واحدة من الكربون C¹²، ونسبت إليها الأوزان الذرية لكافة العناصر، أي:

وبالتالي:

– العدد الذري: يساوي عدد البروتونات في ذرة العنصر.

– العدد الكتلي: يساوي مجموع عدد البروتونات والنيوترونات في ذرة العنصر.

– الوزن الجزيئي: يساوي مجموع الأوزان الذرية للذرات المكونة للعنصر، أو للمركب

مثال:

الوزن الجزيئي لحمض الكبريت H₂SO₄ يساوي:

– الوزن الجزيئي الغرامي أو الوزن الصيغي: يساوي مجموع الأوزان الذرية لكل ذرات العناصر المشكلة مقدراً بالغرامات.

مثال:

الوزن الجزيئي الغرامي أو الوزن الصيغي لحمض الكبريت H₂SO₄ يساوي:

عندما نأخذ أوزاناً مساوية للأوزان الذرية لعناصر مختلفة، فإننا نكون قد أخذنا عدداً متساوياً من ذرات تلك العناصر، وينطبق هذا المفهوم أيضاً على الوزن الجزيئي.

فالجزيء الغرامي من مركب ما هو مجموعة من الجزيئات من هذا المركب، يساوي وزنها بالغرامات الوزن الجزيئي للمركب.

– النظائر: هي ذرات لعنصر واحد لها نفس العدد الذري والتركيب الإلكتروني، إلا أنها تختلف فيها بينها في عدد النيوترونات الموجودة في نواها، وبالتالي تختلف في كتلتها ونشاطها الإشعاعي وتاثيرها البيولوجي.

تميز نظائر عنصر ما عن بعضها بوساطة عدد يوضع في الزاوية العليا اليسرى من رمز العنصر، ويعبر عن مجموع عدد البروتونات والنيوترونات معاً في النواة.

مثلاً رموز نظائر الهيدروجين هي (³H, ²H, ¹H). بعض النظائر ثابت كنظائر الأوكسجين، وبعضها الآخر مشع كنظائر اليورانيوم.

– التكافؤ: هو عدد ذرات الهيدروجين التي تتحد أو تستبدل بذرة واحدة من العنصر، أو هو القدرة الدامجة لعنصر بالنسبة لتلك التي تمتلكها ذرة الهيدروجين، والتي أعطي لها رقم تكافؤ يساوي (1). يعبر الآن رقم الأكسدة عن التكافؤ.

وبشكل أوضح، يمكن لعنصر تكافؤه (+2) أن يحل محل ذرتي هيدروجين في مركب ما، بينما يمكن لعنصر تكافؤه (-2) أن يتفاعل مع ذرتي هيدروجين. مثلاً تكافؤ الأكسجين يساوي (2)، وتكافؤ الكربون يساوي (4)… وهكذا.

– الوزن المكافىء: يدعي أحياناً الوزن الدامج، وهو يساوي لعنصر ما الوزن الذري للعنصر مقسوماً على قيمة تكافئه. أو هو وزن العنصر الذي يتحد أو يحل محل وحدة وزنية من الهيدروجين.

مثلاً الوزن المكافئ للكالسيوم Ca⁺² يساوي حاصل تقسيم وزنه الذري (40) على (2) أي (20).

أما الوزن المكافئ لمركب، فيساوي الوزن الجزيئي للمركب مقسوماً على عدد الشحنات الكهربائية الموجبة أو السالبة الناجمة عن حل المركب.

مثلاً، يحرر تأيّن حمض الكبريت أيوني هيدروجين H⁺ وجذراً واحداً SO₄^-2، إذن الوزن المكافئ لحمض الكبريت يساوي (98) مقسوماً على (2) أي (49).

يعطي الجدول التالي (أ – 1) أسماء العناصر الكيميائية، وأرقامها الذرية، وأوزانها الذرية.