2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الشمعة طرق اخماد لهب الشمعة الكيمياء

الأهداف:

1- معرفة كيفية عمل مطافئ الحريق.

2- معرفة كيفية عمل مطافئ الحريق.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– شمعة

– وعاء زجاجي مع غطائه

– أنبوب بلاستيكي طول (30 سم) قدم

– بكربونات الصودا وخل

– صلصال اللعب

– طبق عميق مقاوم للحراة يشبه القصعة

– ملعقة كبيرة

 

خطوات العمل:

1– اطلب من أحد الكبار ثقب غطاء الوعاء، ثم ضع الشمعة داخل الطبق واطلب منه إشعال الشمعة.

2 – أدخل الأنبوب عبر الثقب الذي قمت بفتحه في غطاء الوعاء.

3- احكم سد أي فراغات بين الأنبوب وغطاء الوعاء مستعيناً بالصلصال.

4- ضع مقدار أربع ملاعق كبيرة تقريباً من بكربونات الصودا في الوعاء الزجاجي.

5- أضف مقدار ملعقتين كبيرتين من الخل إلى بكربونات الصودا، وسارع إلى وضع الغطاء على الوعاء.

6- وجّه الأنبوب نحو لهب الشمعة، ما الوقت الذي يستغرقه انطفاء لهب الشمعة؟

 

 

هناك طريقة أخرى للقيام بهذه التجربة، ولتنفيذ ذلك تحتاج إلى المواد التالية:

شمعة قصيرة، وبكربونات الصودا، وخل، وطبق مقاوم للحرارة، وعود ثقاب بالإضافة إلى مساعدة أحد الكبار.

1- ضع شمعة قصيرة داخل طبق مسطح مستقيم الحواف، ثم املأ الطبق بعناية بمادة بكربونات الصودا حول الشمعة، واطلب من أحد الكبار إشعال الشمعة.

2- ماذا يحصل إذا قمت بصب الخل على بكربونات الصودا؟ يجب أن ينطفئ لهب الشمعة، حيث يقوم ثاني أكسيد الكربون بإبعاد الأكسجين عن الفتيلة والشمع اللذين يشكلان وقوداً للنار في هذه التجربة.

 

تحليل النشاط:

الاحتراق هو تفاعل كيمائي لا يحدث إلا بوجود ثلاثة أشياء: وقود (شيء قابل للاحتراق) وأكسجين وحرارة (لا بدّ من توافر حرارة كافية لبدء التفاعل).

وإذا أردت إخماد نار أو حريق فإنك بحاجة إلى إزالة أحد هذه الأشياء الثلاثة، لذلك يحاول رجال الإطفاء الذين يتعاملون مع حرائق الغابات إلى إزالة الوقود عن طريق قطع الأشجار الموجودة في مسار النيران.

أو إزالة  الحرارة من خلال رش الماء على النار بهدف خفض الحرارة التي تساعد على استمرار تفاعل الاحتراق.

أو إلقاء مواد معينة على النار من أجل عزل الأكسجين – وعادة ما تقوم الطائرات بإلقاء تلك المواد في حالات حرائق الغابات.

 

ويمكن إخماد الحرائق الصغيرة في المنازل بوسائل مماثلة، ولعل أكثر هذه الوسائل سلامة في إخماد الحريق تتمثل في قطع إمداد الأكسجين عن النار.

تحتوي العديد من مطافئ الحريق على غاز ثاني أكسيد الكربون لأنه أثقل من الأكسجين ويستطيع إبعاده عن النار.

كما يمكن قطع إمداد الأكسجين إمّا بإلقاء بطانية مقاومة للحرارة أو منشفة مبللة على النار.

 

ويمكن أيضاً استخدام ضخ الماء القوي لإخماد بعض الحرائق، ولكن ينبغي عدم استعمال الماء في الحرائق التي تسببها الكهرباء (لأنها تؤدي إلى الإصابة بصعقة قاتلة)، أو الحرائق التي يسببها النفط (لأن النفط المشتعل يطفو على الماء وقد يزيد من انتشار النيران).

إن مُطفئة الحريق التي قمت بصنعها تنتج غاز ثاني أكسيد كربون قادر على إخماد لهب الشمعة.

وعندما يتفاعل الخل مع بكربونات الصودا فإن أحد مكونات التفاعل هو غاز ثاني أكسيد الكربون.

 

وفي حال كانت كمية الغاز الناتج عن التفاعل كافية فسيملأ القارورة ويندفع من الأنبوب، وعندما قمت بتوجيه الأنبوب نحو لهب الشمعة فإن غاز ثاني أكسيد الكربون أبْعدَ الهواء عن اللهب.

ومن دون وجود الأكسجين في الهواء لم تتمكن الشمعة من الاشتعال وانطفأ لهبها.

 

ما العمل إذا تضاءل حجم الشمعة من دون أن تنطفئ؟

إذا كنت تريد إنتاج كمية من غاز ثاني أكسيد الكربون تكفي لإخماد لهب الشمعة.

فيجب أن تستخدم بكربونات الصودا والخل بكمية أكبر مما هو محدد في التجربة، ويتوقف ذلك على حجم الوعاء والأنبوب ولهب الشمعة.

 

نصائح للسلامة !

انتبه أثناء تعاملك مع النار واطلب من أحد الكبار الإشراف على التجربة وإشعال الشمعة، وتأكد من عدم وضع الأنبوب أو أصابعك بالقرب من اللهب أثناء توجيه الأنبوب نحو الشمعة المشتعلة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

آلية حدوث التفاعل الكيميائي التفاعل الكيميائي الكيمياء

تتغير المادة والطاقة في التفاعلات الكيميائية من شكل إلى آخر دون استحداث أو إفناء المادة أو الطاقة.

فعلى سبيل المثال، عندما يحترق الميثان (وهو غاز طبيعي كالذي تستخدمه في موقدك) الموجود في الأكسجين تنشأ أشكال جديدة من المادة (غاز ثاني أكسيد الكربون والماء) وتتحول الطاقة داخل جزيئات المتفاعل من طاقة كيميائية إلى طاقة حرارية وضوئية.

يمكن وصف التفاعل الكيميائي عن طريق استخدام معادلة تتضمن الصيغ الكيميائية ورموز المتفاعلات والمنتجات.

 

ويجب أن تكون كميات الطاقة الإجمالية والمواد على كلا جهتي المعادلة متساوية.

إذا نظرنا إلى المعادلة في الأسفل نجد أن غاز الميثان (CH4) يسخن ويتفاعل مع الأكسجين (O2) في الهواء لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2 ( والماء (H2O) .

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

التفاعلات الكيميائية التفاعلات الكيميائية الطاردة للحرارة التفاعلات الكيميائية الماصة للحرارة الكيمياء

إن عملية الاحتراق هي إحدى أكثر التغيرات الكيميائية شيوعاً،  فعندما تحترق أي مادة تتحد مع الأكسجين في الهواء لتكّون مركّبات جديدة وتطلق الحرارة والطاقة الضوئية ضمن تفاعل قوي جداً .

تتفكك الروابط الكيميائية للمتفاعلات (المواد المتفاعلة) أثناء التفاعل الكيميائي مكوّنة بذلك روابط جديدة لإنشاء جزيئات المنتَج.

تحصل المنتَجات عادة على خصائص مختلفة من هذه  المتفاعلات بطريقة تختلف عمّا يحدث في التفاعل الفيزيائي، حيث تصبح عملية عكس التغيير الكيميائي صعبة في أغلب الأحيان، ويتعذر استعادة المواد إلى حالتها الأصلية، مثل مزج الرمل والماء.

 

يؤدي تفكك الروابط الكيميائية إلى استهلاك الطاقة، بينما يؤدي تكوينها إلى إطلاق تلك الطاقة، وإذا كان إنتاج الروابط الجديدة يحرر طاقة أكثر مما يلزم لتفكيك الروابط السابقة فإن الطاقة الناتجة خلال التفاعل تتحرر عادة على شكل حرارة أو ضوء.

أما إذا أدى الروابط الجديدة إلى إطلاق طاقة أقل، فينبغي عندئذ امتصاص تلك الطاقة أثناء عملية التفاعل.

وإذا كانت المتفاعلات تحوي طاقة أكبر من المنتَجات فينبغي امتصاص تلك الطاقة أثناء التفاعل.

 

يُطلق على التفاعلات الكيميائية التي تمتص الطاقة اصطلاح التفاعلات «الماصة للحرارة»، ويتم امتصاص الطاقة على شكل طاقة حرارية من المحيط حولها.

فعندما تضع كمّادة باردة على إصابة معينة في جسدك فإنك تستفيد من ميزة التفاعل الماص للحرارة.

وعند ثني الكمّادة فإنك بذلك تكسر الحاجز الرقيق الذي يفصل بين مادتين، ما يؤدي إلى تفاعلهما معاً، حيث يحدث التفاعل الماص للحرارة ويجري امتصاص الطاقة الحرارية من المحيط حولها – والمقصود بذلك عضو الجسم القريب من الكمّادة الباردة.

 

تسمى التفاعلات التي تطلق الحرارة بالتفاعلات «الطاردة للحرارة»، مثل الاحتراق الذي يُعدّ تفاعلاً طارداً للحرارة.

فعند احتراق الخشب، على سبيل المثال، تكون المتفاعلات (الخشب والأكسجين) لها طاقة أكبر من تلك الموجودة في المنتجات (غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والرماد)، وتُطلق هذه الطاقة أثناء عملية التفاعل على شكل حرارة وضوء (كألسنة اللهب).

إذا كانت تفاعلات الاحتراق تطلق الحرارة فلماذا نحتاج إلى إشعال النار؟ إن معظم التفاعلات الكيميائية لا تبدأ من تلقاء ذاتها، وإنما تحتاج إلى دفع ابتدائية – حرارية في أغلب الأحيان – كي تتمكن من متابعة عملية التفاعل.

 

كما أن التفاعل الطارد للحرارة، مثل الاحتراق الذي يطلق الكثير من الطاقة يحتاج إلى القليل من الحرارة لبدء التفاعل، ولهذا السبب نحتاج إلى تسخين الخشب قليلاً قبل أن يبدأ بالاحتراق.

تعمل العديد من مطافئ الحريق على عزل الأكسجين عن النار لأن عملية الاحتراق تحتاج إلى الأكسجين، وبإمكانك تجربة ذلك باستخدام مُطفِئة حريق من هذا النوع.

 

احتراق الخشب

تَطلق تفاعلات الاحتراق طاقة على هيئة حرارة، فعندما تحترق مادة ما تتحد مع الأكسجين لتكوّن مركّباً يسمى”الأكسيد“.

يحتوي معظم الوقود، مثل الخشب المبين في الصورة أدناه، على الهيدروجين والكربون.

 

يحترق الهيدروجين لينتج الماء (على شكل بخار ماء أو غاز)، بينما يشكّل الكربون غاز ثاني أكسيد الكربون عند احتراقه.

ولكن عند احتراق الكربون في الأماكن المغلقة، حيث لا تتوافر إلا نسبة ضئيلة من الأكسجين، يتكوّن غاز سام هو غاز أول أكسيد الكربون (الذي يحتوي على نسبة أقل من الأكسجين)، ما يجعل اندلاع الحرائق في الأماكن المغلقة أمراً في غاية الخطورة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

أصل الصابون الصابون كيفية صنع الصابون الكيمياء

لقد صَنع الإنسان الصابون منذ آلاف السنين عن طريق تسخين محلول القلْي (محلول قاعدي قوي) مع الدهون الحيوانية أو النباتية.

وحتى بداية القرن العشرين كان الحصول على محلول القلْي يجري عن طريق ترشيح المياه عبر رماد الخشب الصلد (الصلب)، ما يؤدي إلى تجمع القلْي ومن ثم تسخينه مع الأنسجة الدهنية الحيوانية أو شحم الخنزير أو الزيوت.

يعود فضل اكتشاف الصابون للرومان إلى حوالي 1000 عام قبل الميلاد. وتفيد الأساطير أن الدهون كانت تُقطر من أضاحي الحيوانات على رماد النيران.

 

ثم ينجرف هذا المزيج إلى «نهر التيبر»، حيث كانت النساء تقوم بغسل الثياب، ما أدى الى اكتشافهن أن التنظيف بهذه المادة كان يسهل من مهمة التنظيف.

لكن الصابون المصنّع في تلك الفترة كان جافاً وخشناً على الجلد، وبالتالي اقتصر استخدامه على غسل الثياب فقط.

 

ونجد أن بعض الناس، مثل النساء الإفريقيات في الصورة هنا، مازالوا يصنعون الصابون يدوياً إلى يومنا هذا.

فصناعة الصابون مازالت صناعة منزلية في أماكن عديدة، حيث يقوم الحرفيون بشراء محلول القلي وإضافته إلى الصابون مع بعض الملونات والمعطرات ومواد أخرى.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عسر الماء الماء الكيمياء

الأهداف:

1- اكتشاف مدى عسر الماء الذي نستخدمه.

2- معرفة كيفية المقارنة بين نتائج الإختبار لكميات مختلفة

 

الأدوات التي تحتاجها:

– ثلاثة أوعية صغيرة ذات غطاء لولبي ( أوعية طعام للأطفال )

– سائل جلي

– قطارة عين

– ماء مقطّر

– ماء من الصنبور

– ملح

– كوب قياس

– ملعقة

 

خطوات العمل:

1- قِسْ كميات متساوية من سائل الجلي والماء المقطر وصبها في كوب القياس ، ثم امزجها لكي تصنع منها محولاً.

2- إملأ وعاء واحداً إلى نصفه بماء الصنبور، ثم إملأ الوعاءان الثاني والثالث إلى نصفهما بالماء المقطّر ، وأضف مقدار ملعقة واحدة من الملح للوعاء الثالث.

3- أضف نقطة واحدة من الصابون للوعاء الأول وضع الغطاء ثم رج الوعاء ثلاث مرات ، هل ترى أي رغوة في الإناء؟

4- إذا لم تحصل على رغوة، أضف قطرة أخرى من الصابون (سائل الجلي) ثم رجّ الوعاء مرة أخرى واستمر بإضافة قطرة واحدة في كل مرة مع رجّ الوعاء إلى أن تتشكل الرغوة.

5- سجل عدد قطرات الصابون التي قمت بإضافتها قبل ظهور الرغوة في الماء، ثم كرر هذا الاختبار في الوعاءين الآخرين مع إضافة نصف ملعقة صغيرة من الملح في الوعاء الأول دون إضافة الملح للوعاء الآخر.

 

يمكن للماء أن يحتوي على كميات مختلفة من الأملاح، وهذا يؤدي إلى اختلاف في درجات عُسر الماء.

استخدم نتائج تجربتك لاختبار ماء الصنبور في مدرستك أوالملعب أوالحديقة أو في مكان عمل والدك.

احتفظ برسم بياني للمكان الذي أحضرت منه الماء وعدد قطرات الصابون التي احتجتها لتكوين الرغوة.

 

إن إحدى الطرق المستخدمة لتنفيذ هذه الاختبارات تتمثل في إعداد صندوق محمول لاختبار عُسر الماء.

يحتاج صندوق الاختبار إلى قطارة وكوب قياس صغير ووعاء زجاجي صغير مع غطاء لولبي، ووعاء زجاجي آخر يحتوي على كمية من مزيج الصابون، الذي أعددته بنفسك، ودفتر وقلم رصاص وبعض المناديل الورقية.

استخدم كوب القياس للتأكد دائماً من وضع كمية الماء نفسها في وعاء الاختبار.

 

أخرج أدواتك عند عثورك على الماء الذي ترغب باختباره ثم ضع كمية من الماء الذي قمت بقياسه في الوعاء الزجاجي الفارغ وباشر بإجراء الاختبار وتسجيل نتائجك، ثم تخلص من الماء المستعمل واغسل الوعاء والقطارة بالماء وجففهما بالمناديل الورقية.

احزم أدواتك كي تكون مستعداً لإجراء الاختبار التالي.

 

تحليل النشاط:

لقد اختبرت في هذا النشاط درجة عُسر الماء عن طريق مزجه مع الصابون. عند مزج الماء العَسِر مع الصابون فإنه يكوِّن الزَبَد بدلاً من الرغوة.

وتُستبدل ذرّات المغنيزيوم أو الكالسيوم الموجودة في الماء العَسِر بذرّات الصوديوم في الصابون لتشكيل زَبَد غير قابل للإنحلال أو الذوبان.

إن الماء المقطر هو الماء الذي تمت إزالة كل معادنه (أملاحه)، ولا بدّ أنك اكتشفت أنه لم يحتج إلى أكثر من بضع قطرات من محلول الصابون لتكوين الرغوة.

 

لقد قُمتَ بتكوين ماء عَسِر عند إضافتك الملح إلى الماء المقطر، وتحتاج إلى كمية أكبر من محلول الصابون كي تكوّن هذه الرغوة.

تعتمد كمية محلول الصابون التي تحتاجها لصنع الرغوة على درجة عُسر ماء الصنبور في منطقتك، لا سيما أن درجة عُسر الماء تتغير بصورة ملحوظة من منطقة إلى أخرى ضمن المدينة الواحدة، بل قد تتغير أيضاً من حي لآخر ضمن البلدة نفسها.

وإذا قُمت بأداء نشاط المتابعة واختبرت المياه في مناطق مختلفة حول بلدتك أو مدينتك، فربما اكتشفت أن عُسر الماء النسبي يختلف من مكان لآخر.

 

إن الماء الذي يجري ضخه في أعماق الأرض يكون عادة أكثر عسراً من مياه الأنهار والبحيرات، وذلك لأن المياه الجوفية غالباً ما تحتوي على معدن كربونات الكالسيوم المذاب فيها.

كما يذوب هذا المعدن في المياه من الصخور المحيطة به، ولهذا السبب تحتوي مناطق جنوب غرب الولايات المتحدة على مياه عَسِرة جداً.

وإذا قُمتَ بغلي بعضٍ من هذا الماء العِسر في إبريق أو مقلاه حتى يتبخر كله فستجد بقايا مادة على هيئة رقائق أو قشور بيضاء، وهي ملح كربونات الكالسيوم المعروف أيضاً باسم القشور الكلسية (أو القشور الجيرية).

 

يستخدم العديد من الناس الذي يعيشون في مناطق المياه العسِرة جهازاً يسمى «عمود التبادل الأيوني» أو «منقي الماء”لإزالة المعادن التي تسبب صعوبة التنظيف بالماء العَسِر.

بالإضافة إلى «تكلّس”الطبقة الداخلية من صنابير المياه والأباريق والغلايات، بل إن الماء العَسِر يمكن أن يسبب مشكلات صحية أيضاً، ولهذا السبب يتم تركيب منقي الماء مباشرة على أنابيب إمداد المياه.

إن الفكرة في جهاز تنقية المياه بسيطة جداً، حيث يتم استبدال أيونات الصوديوم بأيونات الكالسيوم والمغنيزيوم الموجودة في الأملاح الذائبة في الماء، فأملاح الصوديوم تذوب في الماء ولا تشكل الزَبَد مع الصابون.

 

ومن أجل عملية تبادل الأيونات، تمر المياه في المنزل من خلال قاعدة أو عمود التبادل الأيوني الذي يحتوي على حبيبات بلاستيكية صغيرة مغطاة بأيونات الصوديوم التي تساعد في عملية التبادل بين الأيونات.

وعند تدفق المياه عبر أيونات الصوديوم تقوم هذه الأيونات بمبادلة أماكنها مع أيونات الكالسيوم والمغنيزيوم الموجودة في الأملاح، وهكذا فإن الماء الذييخرج من المنقي يكون يسِراً (أنقى)، ما يسهل تكوين الرغوة مع الصابون.

ولكن بعد مضي فترة من الزمن تصل الحبيبات في الجهاز المنقي إلى مرحلة تتوقف فيها عن تنقية الماء، لذلك ينبغي استبدال المنقي بما أنه أصبح يحتوي على أيونات الكالسيوم والمغنيزيوم فقط من دون وجود أيونات الصوديوم وهناك فصائل عديدة من الأملاح.

 

بالإضافة إلى الصابون، يتكوّن كل منها من حمض مختلف، فالكبريتات تتكوّن من حمض الكبريتيك، مثل جصّ باريس المكوّن من كبريتات الكالسيوم.

ويمكن تشكيل الكلوريدات صناعياً بوساطة غاز كلوريد الهيدروجين أو حمض الهيدروكلوريك على الرغم من استخراج بعض الكلوريدات شائعة الاستعمال، مثل ملح الطعام (كلوريد الصوديوم)، من مياه البحر.

كما أن الكربونات، مثل أملاح الاستحمام (كربونات الصوديوم)، يتم إنتاجها بوساطة حمض الكربون، وهو عبارة عن محلول غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء.

 

ما العمل إذا لم أحصل على أي رغوة في الوعاء حتى بعد إضافة عدة قطرات من الصابون (سائل منظف الأطباق)؟

يعيش بعض الناس في مناطق يكون فيها الماء يسِراً جداً، وهو الماء الذي يحتوي على كميات قليلة من الأملاح والمعادن.

إذا كان الماء الذي تستخدمه يسِراً (نقياً) أو كنت تستخدم مرشح ماء (الذي يجعل الماء يسراً)، فقد لا تحصل على أي رغوة في الوعاء.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الصابون الملحي الصابون الكيمياء

إن ملح الطعام وجصّ باريس وأملاح الاستحمام والصابون ما هي إلّا أمثلة عن أنواع لمركَبات تدعى “الأملاح “.

تذوب بعض هذه الأملاح في الماء ، بينما يتعذر على بعضها الآخر الذوبان فيه.

هل تساءلت يوماً عن سبب نظافتك عند الاغتسال بالصابون والماء بدلاً من الماء فقط. أو لم لا يتسخ الصابون ابدا ؟

 

يمكن للماء أن يذيب الكثير من المواد . لكنه لا يستطيع إذابة الشحوم. فمن أجل إذابة الشحوم وإزالتها يجب تفكيكها أولا.

يقوم الصابون بتفكيك الشحوم ويجعلها تذوب في الماء لأن الصابون مكوّن من الملح.

إن الملح الوحيد الذي نعرفه هو كلوريد الصوديوم ( NaCl )، وهي الصيغة الكيميائية للملح الذي ترشه على طعامك والذي يذوب بسهولة في الماء .

 

يستخرج كلوريد الصوديوم من مياه البحر بواسطة التبخر، كما يوجد على هيئة صلبة، كالملح الصخري أو بلورات تسمى (ملح الطعام الصخري).

والملح ضروري لحياة كل الحيوانات، ويستخدمه البشر أيضاً لإضفاء النكهات على الطعام وحفظه .

عندما يتحدث العلماء عن الأملاح، فإنهم لا يخصون بالذكر فقط ملح الطعام الذي نعرفه جميعنا.

 

وإذا ا تحدثنا عن الأملاح من الناحية الكيميائية، فإننا نشير بذلك إلى المركبات المعدنية وغير المعدنية التي تتكون عند تفاعل الحمض والقاعدة معاً .

فعند مزج حمض الهيدروكلوريك ( حمض قوي HCL ) وهيدروكسيد الصوديوم ( مركب قاعدي قوي NaOH ) معا ، تتحد أيونات الصوديوم المعدني مع أيونات الكلوريد لتشكل كلوريد الصوديوم ( NaCl) ، وينتج عن هذا التفاعل أيضا الماء ( H2O ) .

يصنع الصابون من مواد حمضية كالزيوت الحيوانية أو النباتية . يتكون الملح ( والمقصود به  الصابون ) نتيجة غلي الزيوت مع مركب قاعدي قوي ( هيدروكسيد الصوديوم ).

 

كما تصنع أملاح الاستحمام ( كربونات الصديوم المستخدمة كصابون أيضاً ) بواسطة حمض الكربون .

كما أن مياه الشرب النظيفة تحتوي على أملاح عديدة ، وبصورة  خاصة المعادن مثل الكالسيوم والمغنيزيوم ، لكن هذه الأملاح لا تذوب في الماء ، وإنما تبقى على هيئة شوائب صلبة .

والماء الذي يحتوي على أملاح كثيرة ( ويسمى بالماء العسر ) لا يشكل رغوة مع الصابون وإنما يتحد بدلاً من ذلك مع الأملاح ليشكل الزبد الذي يقلل من فعالية الصابون في التنظيف .

 

من الممكن للأملاح الموجودة بكثرة في مياه الشرب العسرة أن تسبب لنا الضرر إذا تراكمت وكونت الحصى في الكلى والمثانة ، ما يؤدي إلى الشعور بالألم والتأثير في نهاية الأمر على وظائف هذه الأعضاء .

ستكتشف من خلال إجراء النشاط الوارد في الصفحات التالية فيما إذا كان الماء الذي تستخدمه للشرب والغسيل عَسِراً أو يسِراً ( مرتفع أو منخفض الأملاح ) .

 

المواد الطاردة والماصة للماء

تتكوّن جزئيات الصابون من سلاسل طويلة من ذرّات الكربون والهيدروجين.

توجد في أحد طرفي هذه السلسلة مجموعة من الذرّات المنجذبة للماء (الماصة للماء)، بينما تقع في الطرف الآخر من السلسلة مجموعة من الذرّات التي تصدّ الماء (الطاردة للماء)، لكنها تنجذب للشحوم.

فعندما تغسل الأطباق غير النظيفة بالصابون يقوم الطارد للماء في جزيء الصابون بالارتباط بالشحوم، وبالتالي ينزلق الماء بعيداً عنها وتصبح بقع الشحوم محاطة بجزيئات الصابون.

 

حيث يتجه الطرف الطارد للماء نحو الداخل، بينما تتجه الأطراف الماصة للماء نحو الخارج، ما يسبب ذوبان الأطراف الماصة للماء في جزيئات الصابون في الماء وتزيل في طريقها الصابون والشحوم العالقة به.

وعلى نحوٍ مشابه، تفرز أجسامنا زيتاً طبيعياً تلتصق به الأوساخ، كما تلتصق الأطراف الطاردة للماء في الصابون بهذا الزيت، ما يمكننا من تنظيف هذا الزيت بواسطة الصابون والماء.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

السائل الحمضي السائل القاعدي الكيمياء

الأهداف

1- صنع محلول كاشف بنفسك .

2- استخدام الكاشف لاختبار السائل فيما إذا كانت حمضية أو محايدة أو قاعدية .

 

الأدوات التي تحتاجها:

– ملفوف أحمر

– مقلاة من الستانلس ( الفولاذ المقاوم للصدأ ) أو المينا أو طبق خزفي خاص بالمايكروويف

– ربع غالون ( 0.9 لتر ) من الماء

– موقد أو مايكروويف أو موقد كهربائي

– سكين لوح وتقطيع

– كوب قياس

– مصفاة

– خل وصودا الخبز ( بكربونات الصودا )

– ملعقة صغيرة وإناءان زجاجيان

 

خطوات العمل:

1– إفرم الملفوف وضعه في قدرمغطى مملوء بالماء ، ثم قم بغلي الماء فيه لمدة 30 دقيقة.

2- قم بتصفية ماء الملفوف في كوب بعد تبريده.

3- أسكب ربع كوب من عصير الملفوف في الإناء الزجاجي، ثم أضف إليه نصف ملعقة صغيرة من صودا الخبز (بكربونات الصودا) وحرك المزيج، لاحظ اللون الذي يتحول إليه الماء.

4- صب ربع كوب من عصير الملفوف في إناء زجاجي ، ثم أضف إليه نصف ملعقة صغيرة من الخل . ما اللون الذي يتحول إليه الماء الآن؟

5- اسكب الآن محتويات الإناء الذي يحوي الخل فوق إناء بكربونات الصودا وراقب ما يحدث.

 

يمكنك ايضا جمع مياه الأمطار ، وذلك عن طريق وضع وعاء خارج المنزل في يوم ممطر وقياس الأس الهيدروجيني للماء.

وتستطيع من خلال قياس الأس الهيدروجيني للمشروبات المختلفة أن تلاحظ أن الكثير من السوائل المعروفة التي نشربها هي حمضية ، مثل الصودا والقهوة والشاي والعصائر بأنواعها .

وتستطيع أيضا اختبار نسبة الحموضة في مياه الأمطار ،  ضع وعاء خارج المنزل في يوم ممطر واجمع مياه  الأمطار ، ثم افحصها بواسطة الكاشف.

 

هل تجد نسبة الحموضة في الماء مرتفعة ؟  إذا كانت كذلك فمن المرجح وجود أمطار حمضية في المنطقة التي تسكن فيها .

بإمكانك معرفة الكثير أثناء عملية فحص المياه الموجودة في أماكن مختلفة ، مثل مياه منزلك أو مياه مدرستك أو المياه الموجودة  في المباني العامة .

 

ولكن ماذا عن برك السباحة ؟  وماذا عن بعض أنواع مياه الشرب . هل هي حمضية أم قاعدية أكثر من غيرها ؟  

يجب أن تكون نسبة المياه مثالية وأقرب إلى الحيادية . وإن لم تكن كذلك  فقد تكون غير صالحة للشرب.

 

تحليل النشاط:

يحتوي الملفوف الأحمر على صبغات تعرف باسم “الأنثوسيانين “ (أحد الأصبغة في العصير) التي يتغير لونها بحسب نسبة تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول.

سيتحول لون كشاف الملفوف عموماً إلى اللون الأحمر بوجود الحامض وإلى اللون الأرجواني او الأزرق بوجود القاعدة.

حاول اختبار الكاشف على دواء مضاد للحموضة . وعادة ما توجد بعض الأحماض في معدتنا تساعدنا على عملية هضم الطعام ، لكن المعدة تفرز أحياناً أحماض كثيرة وخصوصاً في الأوقات التي نشعر فيها بالاستياء أو الاضطراب.

 

أو عندما نتعرض لضغط نفسي ، ما يؤدي إلى هضم بطانة المعدة نفسها ، وينتج عن ذلك عسر هضم يسبب ألما يسمى “القرحة “لكن مضادات الحموضة تساعد على محايدة “معادلة “حمض المعدة الزائد .

إن أهم المكونات في حليب “المغنيزيوم “هو هيدروكسيد  المغنيزيوم . ما اللون الذي تتوقع أن يتحول إليه الكاشف ؟ اختبر الان صحة توقعك ؟

تعتمد إحدى تقنيات المختبرات التي تستخدم الكواشف على المعايرة الكيميائية .

 

تُضاف إحدى عناصر التفاعل قطرة قطرة أثناء المعايرة بالتحليل الكيميائي إلى أن يتغير لون الكاشف مشيراً بذلك إلى إنتهاء عملية التفاعل.

وبإمكانك إجراء المعايرة باستخدام الكاشف لمعرفة اللحظة التي يقوم عندها الحمض والقاعدة بمحايدة بعضهما بصورة كاملة .

بدايةً ، راقب تغير اللون عند إضافة عصير الملفوف إلى كمية قليلة من الحمض ،  مثل الخل .

 

ثم أضف بواسطة القطارة كمية صغيرة من مركب قاعدي مثل منظف الزجاج(الذي يحتوي على النشادر) إلى عصير الملفوف والمزيج الحمضي.

عندما يتحول لون المحلول إلى الأرجواني مرة أخرى فذلك يعني أنك أضفت كمية كافية من المادة القاعدية لمحايدة الحمض.

وكلما تطلب المحلول قطرات أكثر من المادة القاعدية كي يتحول إلى اللون الأرجواني كان الحمض أشد قوة.

 

ما العمل إذا لم يتغير لون الكاشف؟

إذا كنت تقوم باختبار سائل داكن اللون مثل عصير العنب ، فمن الصعب رؤية تغير اللون . يعمل هذا النوع من الكواشف بصورة جيدة فقط في السوائل الشفافة أو السوائل ذات الألوان الفاتحة وفي المساحيق المذابة .

 

نصائح للسلامة

عليك توخي الحذر أثناء استخدام الماء الساخن والسكاكين. إحرص على وجود أحد الكبار للإشراف عليك ومساعدتك

 

الأمطار الحمضية

إن مياه الأمطار كلها قليلة من الأحماض لأن غاز ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء يذوب في المطر مكوّناً الحمض الكربوني.

ولكن إذا احتوت الأمطار على الكثير من الأحماض فإنها يمكن أن تلحق الأذى بالنباتات والحيوانات والمباني.

عند احتراق الوقود الأحفوري، مثل الفحم والنفط، فإنه يبعث غازات حمضية في الهواء وتذوب في الماء الموجود في الغيوم وتنتج عنها أحماض قوية، تتساقط بعدها على الأرض على هيئة أمطار حمضية.

 

إذابة الأيونات

إن المحلول الحمضي هو المحلول الذي ذاب فيه الحمض مكوناً أيونات هيدروجين عديدة ( H+ ).

بينما يكون المحلول القاعدي هو المحلول الذي ذابت فيه مادة قاعدية لتكوين العديد من أيونات الهيدروكسيد ( OH – ) .

إن المحلول ذا النسبة المنخفضة من الأس الهيدروجيني (pH) هو المحلول الذي يحتوي على أعداد كبيرة من أيونات الهيدروجين (H+).

أما المحلول الذي يمتلك نسبة مرتفعة من الأس الهيدروجيني فيحتوي على عدد كبير من أيونات الهيدروكسيد ( OH – )

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الأحماض القواعد خصائص الأحماض خصائص القواعد الكيمياء

إن الأحماض والقواعد هي أنواع من المركبات المتعارضة التي تتفاعل مع بعضها بعضاً لتكوّن ماءً وملحاً.

إن الأحماض (مثل الخل) والقواعد (مثل صودا الخبر) والملح (مثل ملح الطعام)، هي مركبات موجودة حولنا في كل مكان .

يعود اصل كلمة “حمض “إلى كلمة ( acidus ) باللاتينية والتي تعني “لاذع “ والأحماض التي تتميز بمذاق لاذع أو حامض لا ضرر منها .

 

فالعنب مثلاً يحتوي على حمض الطرطير ، بينما تحتوي المشروبات الغازية على حمض كربوني ينتج عند إذابة غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء .

أما بطاريات السيارات فتحتوي على حمض قوي يُعرف باسم حمض الكبريت الذي يسبب الحروق للجلد .

ونجد في معدة الإنسان حمض الهيدروكلوريك القوي الذي يساعد على عملية الهضم ، وذلك كي تتمكن أجسامنا من امتصاص الغذاء الموجود في الطعام.

 

تحتوي الأحماض على الهيدروجين ، وعند ذوبانها في الماء فإن ذرّات الهيدروجين تكون أيونات الهيدروجين ورمزها ( H+) .

إن أيون الهيدروجين لديه سوى ذرة هيدروجين فقدت الكتروناً واحداً ولم يتبق لها إلا شحنة موجبة ، عند إذابة حمض ضعيف في الماء مثل حمض الستريك ( حمض الليمون ) ، فإن عدداً بسيطاً فقط من ذرات الهيدروجين ينحلّ ليكوّن الأيونات ، بينما يقوم الحمض النووي بإذابة معظم ذرات الهيدروجين عند تكوين الأيونات .

وتستخدم الأحماض القوية في الصناعة “لحفر “ ( تآكل ) المعادن ، مثل تصنيع رقائق الكبميوتر .

 

إن “القواعد “هي مواد تذوب في الماء لتكوّن هيدروكسيد أيونات سالبة الشحنة ( ورمزها  OH- ) وتذوب القواعد القوية لتشكل أيونات عديدة على عكس القواعد الضعيفة التي تكون عدداً أقل من الأيونات .

وكما هو الحال في الأحماض القوية تصبح القواعد القوية – مثل مركّب هيدروكسيد الصوديوم المستخدم في الصناعات الكيميائية –  خطرة عند إضافتها للمحاليل المركزة.

أما القواعد الضعيفة – مثل بكربونات الصودا – فعادة ما تكون زلقة ونستيطع ملامستها بأمان دون التعرض لأي مخاطر .

 

تتفاعل الأحماض والقواعد معاً لتكوّن مركّبات جديدة ، فأيونات الهيدروكسيد ، على سبيل المثلا ، تتحد مع أيونات الهيدروجين لتكون الماء ( H2O ) ، الذي يعده علماء الكيمياء “محايدا “، أي ليس حمضياً ولا قاعدياً.

كما تتكون أيونات أخرى عند انحلال الأحماض والقواعد مع بعضا واتحادها سوية لتكوّن مادة يُطلع عليها اسم “الملح “علما أن الأملاح تكون عادة محايدة ، فعندما يتفاعل حمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد الصوديوم يشكلان معا كلوريد الصوديوم ( الملح العادي ) والماء .

تقاس قوة الأحماض والقواعد بواسطة مقياس الأس الهيدروجيني (pH). يتدرج هذا السلم بين ( 1 ) و ( 14 ) ، ويستخدم لقيا عدد أيونات الهيدروجين المذابة .

 

فالمحلول الذي يساوي رقمه الهيدروجيني ( 1 ) يحتوي على نسبة عالية من ذرّات الهيدروجين ويصنف من الأحماض القوية.

أما الأس الهيدروجيني ( 14 ) فيعني أن المحلول يحتوي على أيونات هيدروجين قليلة والكثير من أيونات الهيدروكسيد ، وبذلك يمكن النظر إليه على أنه مركّب قاعدي قوي، بينما يتساوى عدد أيونات الهيدروجين والهيدروكسيد في الأس الهيدروجيني ( 7 ) ، وبالتالي يصبح المحلول محايدا ، مثل الماء الذي يساوي أسّه الهيدروجيني ( 7 ) .

 

الكواشف

توجد طرائق متنوعة لقياس الأسّ الهيدروجيني (PH) للمواد وأكثرها شيوعاً هو استخدام الكاشف، والكاشف هو مادة تغيّر لونها حسب قوة الحمض أو القاعدة.

ولعلك استخدمت أحد أنواع هذه الكواشف المعروفة باسم” ورق عباد الشمس“ – حيث تقوم الأحماض بتحويل ورق عبّاد الشمس الأزرق إلى اللون الأحمر، ويتحول ورق عبّاد الشمس الأحمر إلى اللون الأزرق عند إضافة القواعد.

يمكنك أيضاً استخدام نوع آخر من الكواشف مثل ورق الأس الهيدروجيني الذي يتغير لونه بدرجات مختلفة (انظر الصورة إلى الأسفل) معتمداً في ذلك على قوة الأحماض أو القواعد التي يُغمس فيها ورق الأس الهيدروجيني.

 

جزيئات الأحماض والقواعد

تحتوي الذرّات ذات المركّبات الحمضية على الهيدروجين الذي تطرحه على هيئة أيونات (ذرّات الهيدروجين التي فقدت إلكتروناً واحداً) عند ذوبانها في الماء.

وتمنح أيونات الهيدروجين الأحماض خواصها الأكّالة، ولكن بما أن الأيونات لا تتوافر إلّا في المحاليل فإن الأحماض المذابة هي الوحيدة التي تتمتع بصفة التآكل.

تذوب المركّبات القاعدية في الماء لتكوّن هيدروكسيد الأيونات السالبة، وغالباً ما يكون الجزء الآخر للقاعدة من المعادن، مثل الصوديوم أو المغنيزيوم.

كما يطلق على القاعدة التي يمكن أن تذوب في الماء مادة  ”قلوية“. وتعد القواعد القوية خطيرة لأنها تتفاعل مع الدهون كتلك الموجودة في الأنسجة البشرية.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

العناصر الذرات الكيمياء

تحدث التفاعلات الكيميائية في كل الأوقات وحولنا أيضاً، فالكثير من العمليات تتطلب تغيرات كيميائية ، كنمو النباتات وصدأ الحديد واحتراق الوقود في محركات السيارات وهضم الطعام عن طريق لعاب الفم وعصارات المعدة .

تتكون كل المادة الموجودة في الكون من وحدات بناء أساسية تسمى “الذرات”، ويُطلق على المادة التي تحوي نوعاً واحداً من الذرّات اسم “العنصر”.

فالذهب والحديد والكربون جميعها عناصر ، وهناك 92 عنصراً موجودا في الطبيعة ، لكن بعض المواد الأخرى هي عبارة عن مركبات تحتوي على ذرّات أكثر من عنصر واحد مرتبطة ( أو مجتمعة ) معا.

 

فالماء والملح والسكر ومادة  “البولي إثيلين” الموجودة في الأكياس البلاستيكية والحمض النووي ( DNA ) الموجود في خلايا الجسم هي جمعيها المركّبات .

تتكون معظم المواد من الذرات المرتبطة مع بعضها لتشكل جزيئات أوبلورات والجزيء هو أصغر وحدة من المادة يمكن أن يوجد بمفرده .

فعلى سبيل المثال ، نجد أن كل جزئ من غاز الأكسجين يحتوي على ذرتي أكسجين ، كما تحتوي جزيئات الماء على ذرّة أكسجين واحدة وذرتين من الهيدروجين .

 

إن الكثير من المواد الصلبة ، مثل المعادن والماسّ والملح ( كلوريد الصوديوم ) ، هي بلورات تتميز بترتيب منتظم للذرّات ولها أشكال مميزة وحواف حادة .

يدرس علماء الكيمياء خصائص العناصر والمركبات والتغيرات التي تطرأ عليها ( والتي يطلق عليها مصطلح التفاعلات الكيميائية ) .

وهناك ثلاثة فروع أساسية للكيمياء ، بما فيها الكيمياء العضوية التي تتناول الكربون ومركباته ، يعد  الكربون فريدا من نوعه لأنه يشكل عددا من المركبات بما فيها تلك التي تكون الكائنات الحية.

 

أما الكيمياء غير العضوية فإنها تتناول جميع العناصر الأخرى، في حين تبحث الكيمياء الطبيعية في التغيرات التي تطرأ اثناء التفاعلات الكيميائية .

إن أهم أداة يستخدمها علماء الكيمياء والتي  تحتوي على عناصر مرتبة حسب أعداد البروتونات ( أو الألكترونات ) داخل الذرات هي “الجدول الدوري “. 

لذا نجد أن العناصر التي تحتوي على خصائص مماثلة تكون قريبة من بعضها في الجدول ، وبالتالي يستطيع الكيميائيون استخدام الجدول الدوري للتنبؤ بخواص عنصر ما قبل التأكيد على تلك الخواص عن طريق القيام بالتجارب .

 

داخل الذرة

تتكون الذرات من جسيمات صغيرة جداً تسمى البروتونات والنيوترونات والألكترونات. وللبروتونات شحنة كهربائية موجبة ، والإلكترونات شحنة كهربائية سالبة ، أما النيوترونات فليس لها أي شحنة .

ترتبط البروتونات والنيوترونات مع بعضها بإحكام لتشكل معاً نواة الذرة التي تحتل حوالي واحد في المئة ألف من قطر الذرة كلها ، أما الإلكترونات فإنها تتحرك بحرية خارج هذه النواة ، وللذرات العدد نفسه من الإلكترونات والبروتونات ، ما يؤدي إلى التوازن في الشحنات .

تكسب الذرات الإلكترونات أو تفقدها أو تتشارك بها خلال التفاعلات الكيميائية ، لكن النواة تبقى على حالها ولا تطرأ عليها التغيرات إلا عند التزود بطاقة هائلة أكبر من الطاقة التي ترافق التفاعلات الكيميائية.

 

عندما تتحد الذرات لتكون المركبات، فإنها ترتب نفسها ضمن أنماط معينة تؤدي إلى خلل في التوازن بين الشحنات الموجبة والسالبة .

ويمكن أن تفقد الذرة الكتروناً واحداً أو أكثر من أجل تشكيل المركب . وفي حال فقدان الكترون واحد ، فسيؤدي ذلك إلى خلل في التوازن بين البروتونات والألكترونات وتصبح الشحنة الموجبة أكبر من الشحنة السالبة .

ويمكن للذرة أن تكسر الألكترونات وتصبح الشحنة الموجبة أكبر من الشحنة السالبة . ويمكن للذرة أن تكسر الألكترونات أيضاً، لكن في كلتا الحالتين تصبح الذرّة محملة بشحنة كهربائية تسمى “أيوناً“.

 

وهناك نوعان من الأيونات : عندما تفقذ الذرة الإلكترونات فإن الذرة تتحول إلى جسيم موجب الشحنة يسمى “كاتيون “وعندما تكسب الذرة الإلكترونات، فإنها تتحول إلى “أنيون “سالب الشحنة .

تساعد القوى الجاذبة ما بين الإلكترونات والبروتونات على تماسك الذرات مع بعضها البعض على شكل “روابط “.

وتشترك الذرات مع الإلكترونا بما يثعرف ب “الرابطة التساهمية “ (اتحاد ذرتين نتيجة لمساهمة كل منهما بالإلكترون)، وتنقل الإلكترونات ضمن رابطة “أيونية “(رابطة تنشأ بين ذرتين تختلفان في المقدرة على كسب أو فقد الإلكترونات).

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]

2011 الطقس والمناخ

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

بالونات الرصد الجوي الرصد الجوي علوم الأرض والجيولوجيا

تقوم أكثر من 1000 محطة أرصاد جوية في العالم بإطلاق بالونات مصممة لجمع المعلومات الخاصة برصد الأحوال الجوية (إلى الأعلى).

يستخدم المتنبئون الجويون ضغط الهواء لرفع تلك البالونات إلى طبقة الستراتوسفير (الجزء الأعلى من الغلاف الجوي) على ارتفاع 20 ميلاً (30 كم) فوق سطح الأرض.

تملأ هذه البالونات جزئياً بالغاز عند إطلاقها، وعندما ترتفع إلى الغلاف الجوي يؤدي انخفاض الضغط إلى تمدد كمية الغاز القليلة الموجودة داخل البالون.

يستمر البالون بالانتفاخ والصعود إلى أن يصل إلى الارتفاع المطلوب. يحمل كل بالون أجهزة خاصة بجمع البيانات المهمة المتعلقة بالطقس.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]