ملخص الكيمياء تانية ثانوي، الترم الأول الضغط الأسموزي

أهداف التعلم

1. تعريف الغشاء شبه المنفذ وتحديد خصائصه.
2. شرح ظاهرة الأسموزية (Osmosis) وآلية حدوثها.
3. تعريف الضغط الأسموزي (Osmotic Pressure) وعلاقته بالضغط الهيدروستاتيكي.
4. استنتاج قانون فان هوف للضغط الأسموزي للمحاليل المخففة.
5. توضيح مفهوم الأسموزية العكسية (Reverse Osmosis) وتطبيقاتها العملية.
6. حل مسائل كمية تتضمن حساب الضغط الأسموزي باستخدام قانون فان هوف.

المصطلحات والتعريفات الكيميائية

التفاعلات والمعادلات الكيميائية

قانون فان هوف للضغط الأسموزي

π = c × R × T

نوع العلاقة: قانون فيزيائي‑كيميائي (ليس تفاعلًا كيميائيًا).
الشروط: يُطبق على المحاليل المخففة، درجة حرارة مطلقة (K)، تركيز مولاري (mol L⁻¹).
الملاحظة: لا يعتمد على نوع المذيب أو المذاب.

الصيغة المكافئة (مستوحاة من معادلة الغاز المثالي)

π × V = n × R × T

حيث:

• π : الضغط الأسموزي (Pa)
• V : حجم المحلول (m³)
• n : عدد المولات (mol)
• R : ثابت الغاز العام (8.314 J mol⁻¹ K⁻¹)
• T : درجة الحرارة المطلقة (K)

معادلة الأسموزية العكسية (مفهومية)

ضغط مُطبق > π  ⇒  تدفق ماء من الجانب المركز إلى الجانب المخفف

نوع العلاقة: مبدأ عملي لتقنية تحلية المياه.

معادلة توازن الضغط الأسموزي مع الضغط الهيدروستاتيكي

π = ρ × g × h

حيث:

• ρ : كثافة الماء (≈ 1000 kg m⁻³)
• g : تسارع الجاذبية (≈ 9.81 m s⁻²)
• h : فرق ارتفاع السائل (m)

---

الخواص والتركيب

1. غشاء شبه منفذ

   • مسام دقيقة تسمح بمرور جزيئات الماء (قطر ≈ 0.3 nm) فقط.
   • يمنع مرور جزيئات المذاب الكبيرة (مثل السكروز، الجلوكوز).
   • يكوّن حاجزًا في الخلايا النباتية والحيوانية.

2. المحلول

   • يحتوي على مذيب (ماء) ومذاب (ملح، سكر، جلوكوز...).
   • كلما ارتفع تركيز المذاب زاد الضغط الأسموزي.

3. الماء

   • جزيئات الماء تتحرك عشوائيًا في كلا الاتجاهين عبر الغشاء.
   • وجود المذاب في أحد الجانبين يعيق عودة جزيئات الماء إلى الجانب النقي، ما يخلق تدفقًا صافيًا نحو الجانب المملوء بالمذاب.

4. الضغط الهيدروستاتيكي

   • يتولد عندما يرتفع مستوى السائل في جانب المحلول بسبب تدفق الماء.
   • يساوي الضغط الأسموزي عند نقطة التوازن، فيتوقف تدفق الماء.

التطبيقات والاستخدامات

جدول مقارنة

مسائل محلولة

مسألة 1

المعطى: محلول NaCl بتركيز 0.1 mol L⁻¹ عند درجة حرارة 298 K. ثابت الغاز R = 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹. احسب الضغط الأسموزي (π) بالوحدات (Pa).

الحل:
نطبق قانون فان هوف:
π = c × R × T = 0.1 mol L⁻¹ × 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹ × 298 K

نحوّل التركيز إلى mol m⁻³ (1 L = 0.001 m³) → c = 0.1 mol L⁻¹ = 100 mol m⁻³

π = 100 mol m⁻³ × 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹ × 298 K ≈ 2.48 × 10⁵ Pa

النتيجة: الضغط الأسموزي ≈ 2.5 × 10⁵ Pa (≈ 2.5 بار).

مسألة 2

المعطى: في تجربة أسموزية، ارتفع مستوى الماء في جانب المحلول إلى ارتفاع h = 0.25 m. احسب الضغط الأسموزي باستخدام معادلة التوازن مع الضغط الهيدروستاتيكي. (ρ = 1000 kg m⁻³، g = 9.81 m s⁻²).

الحل:
π = ρ × g × h = 1000 kg m⁻³ × 9.81 m s⁻² × 0.25 m = 2452.5 Pa

النتيجة: الضغط الأسموزي ≈ 2.45 × 10³ Pa (≈ 0.024 بار).

---

تنبيهات الامتحان

1. الخلط بين الضغط الأسموزي والضغط الهيدروستاتيكي – يجب تمييز أن الأول ناتج عن تركيز المذاب، والثاني ناتج عن ارتفاع عمود الماء.
2. استخدام درجة الحرارة بالدرجة المئوية – قانون فان هوف يتطلب درجة حرارة مطلقة (K). تحويل: T(K) = T(°C) + 273.15.
3. نسيان تحويل التركيز إلى وحدة المول/متر مكعب عند استعمال R بوحدات J mol⁻¹ K⁻¹.
4. تجاهل اتجاه الأسموزية – في الأسموزية الطبيعية ينتقل الماء من الجانب المخفف إلى المركز، بينما في العكسية ينتقل من المركز إلى المخفف عند تطبيق ضغط أعلى من π.

قائمة المراجعة

• [ ] تعريف الغشاء شبه المنفذ وذكر أمثلة.
• [ ] شرح ظاهرة الأسموزية مع توضيح الاتجاه الطبيعي للماء.
• [ ] تعريف الضغط الأسموزي وعلاقته بالضغط الهيدروستاتيكي.
• [ ] كتابة قانون فان هوف (π = cRT) وتحديد الوحدات.
• [ ] توضيح الصيغة المكافئة πV = nRT وربطها بمعادلة الغاز المثالي.
• [ ] حساب الضغط الأسموزي من تركيز ومعدل حرارة (مسألة عددية).
• [ ] حساب الضغط الأسموزي من فرق ارتفاع السائل (مسألة عددية).
• [ ] شرح مفهوم الأسموزية العكسية وتطبيقها في تحلية مياه البحر.
• [ ] ذكر دور الضغط التورغوري في خلايا النبات.
• [ ] مقارنة بين الأسموزية الطبيعية والعكسية في جدول.
• [ ] ذكر الأخطاء الشائعة في حل مسائل الضغط الأسموزي.
• [ ] مراجعة الوحدات المستخدمة (Pa، mol L⁻¹، K).

جميع المعادلات دفعة واحدة

π = c × R × T  
π × V = n × R × T  
π = ρ × g × h  
ضغط مُطبق > π  ⇒  تدفق ماء من الجانب المركز إلى الجانب المخفف  

بالتوفيق في امتحاناتك!