ملخص الكيمياء تانية ثانوي، الترم الأول الغرويات (المحاليل الغروية)

أهداف التعلم

• تعريف الغرويات ومفهوم الجسيمات الغروية.
• تمييز الغرويات عن المحاليل الحقيقية والصلبة.
• شرح الظواهر الفيزيائية المرتبطة بالغرويات: تأثير تيندال، الحركة البراونية، الدياليز، الكهروفرزة.
• وصف الأنواع الرئيسية للغرويات: محبة للماء، كارهة للماء، غروية واقية.
• توضيح عمليتي الترسيب: “salting out” للغرويات المحبة للماء و“coagulation” للغرويات الكارهة للماء.
• ربط خصائص الغرويات بتطبيقاتها في الطب، الهندسة، والبيولوجيا.

المصطلحات والتعريفات الكيميائية

• الجسيمات الغروية: جسيمات قطرها يتراوح بين 10⁻⁷ م و10⁻¹⁰ م؛ أكبر من الأيونات والجزيئات الصغيرة، ولا يمكنها المرور عبر غشاء شبه منفذ (مثل السلوفان) لكنها تمر عبر ورق الترشيح.
• الغروي: حالة ينتشر فيها الجسيمات الغروية بانتظام داخل مادة أخرى أو داخل نفسها.
• المحلول الغروي (sol): محلول يتوزع فيه الجسيمات الغروية في سائل.
• الجل (gel): محلول غروي فقد سيولته؛ مثال: الحليب الساخن مع النشا يتحول إلى مهلبية عند التبريد.
• تأثير تيندال: ظاهرة تشتت الضوء بواسطة الجسيمات الغروية تجعل مسار الشعاع مرئياً.
• الحركة البراونية: حركة غير منتظمة للجسيمات الغروية ناتجة عن اصطدامها بجزيئات الوسط.
• الدياليز: عملية فصل محلول غروي باستخدام غشاء شبه منفذ؛ الجسيمات الصغيرة (مثل الأيونات) تمر بينما الجسيمات الغروية لا تمر.
• الكهروفرزة (Electrophoresis): ظاهرة تحرك الجسيمات الغروية المشحونة نحو أحد الأقطاب الكهربائية؛ الجسيمات الموجبة تتحرك إلى الكاثود، والسالبة إلى الأنود.
• الغروية المحبة للماء (Hydrophilic colloid): غروية ذات جذب قوي للماء؛ تحيط بها جزيئات ماء كثيرة تُحافظ على تشتتها.
• الترسيب بالأملاح (Salting out): ظاهرة ترسيب الغروية المحبة للماء عند إضافة كمية كبيرة من إلكتروليت.
• الغروية الكارهة للماء (Hydrophobic colloid): غروية ذات جذب ضعيف للماء؛ تتشتت بفضل قوى التنافر بين شحنات الجسيمات المتشابهة.
• التخثر (Coagulation): ظاهرة ترسيب الغروية الكارهة للماء عند إضافة كمية صغيرة من إلكتروليت؛ الأيون ذو الشحنة المعاكسة والعدد التكافؤ الأعلى يكون أكثر فاعلية.
• الغروية الواقية (Protective colloid): غروية محبة للماء تُضاف إلى غروية كارهة للماء لتقليل احتمال تخثرها؛ تحيط بالجسيمات الكارهة وتمنع تكتلها.

التفاعلات والمعادلات الكيميائية

تكوين غروية هيدروكسيد الحديد (II)

FeCl₂ (aq) + 2H₂O (l) → Fe(OH)₂ (colloid) + 2HCl (aq)

نوع التفاعل: ترسيب (تكوين غروية صلبة).
الشروط: إضافة محلول كلوريد الحديد (II) إلى ماء مغلي.
الملاحظة: يتكوّن غروية صلبة ذات لون رمادي مائل للزرقة، يمكن فصلها بالدياليز.

عملية الدياليز

Fe(OH)₂ (colloid) + H₂O (distilled) → (في كيس سلوفان) → لا يمر الغروية، تمر الأيونات.

نوع التفاعل: فصل فيزيائي باستخدام غشاء شبه منفذ.
الشروط: وضع الخليط في كيس سلوفان مغمور في ماء مقطر.
الملاحظة: تُنقى الغروية من الشوائب الصغيرة.

الترسيب بالأملاح (Salting out) للغرويات المحبة للماء

Hydrophilic colloid + large amount of electrolyte → colloid precipitates

نوع التفاعل: ترسيب.
الشروط: إضافة كمية كبيرة من إلكتروليت (مثال NaCl).
الملاحظة: يصبح المزيج غير شفاف وتظهر راسب واضح.

التخثر (Coagulation) للغرويات الكارهة للماء

Hydrophobic colloid + small amount of electrolyte (opposite charge, high valency) → colloid coagulates

نوع التفاعل: تخثر.
الشروط: إضافة كمية قليلة من إلكتروليت (مثال CaCl₂).
الملاحظة: تتجمع الجسيمات وتظهر راسب.

الكهروفرزة (Electrophoresis)

Charged colloid particles → move toward electrode of opposite charge

نوع التفاعل: حركة كهربائية.
الشروط: تطبيق فرق جهد كهربائي.
الملاحظة: الجسيمات الموجبة تتجه إلى الكاثود، السالبة إلى الأنود.

الخواص والتركيب (الموضوع الأول)

• الحجم المتوسط: يتراوح قطر الجسيمات بين 10⁻⁷ م و10⁻¹⁰ م؛ هذا الحجم يميّز الغرويات عن الأيونات (أصغر) والجزيئات الكبيرة (أكبر).
• الشحنة: معظم الجسيمات الغروية تحمل شحنة كهربائية، ما يفسّر ظاهرة الكهروفرزة والتخثر.
• القدرة على تمرير الضوء: بفضل تأثير تيندال، تُظهر الغرويات مسار الضوء المرئي عند مرور شعاع ليزر.
• الانتشار الغشائي: لا يمكن للجسيمات الغروية عبور الغشاء شبه المنفذ، لذا تُستعمل في عمليات الدياليز لفصلها عن الأيونات الصغيرة.
• الحركة البراونية: تُظهر الجسيمات حركة عشوائية مستمرة نتيجة اصطدامها بجزيئات المذيب؛ تُستعمل لتحديد حجم الجسيمات في المختبر.
• الاستقرار: الغرويات المحبة للماء تكون مستقرة في وجود كميات كبيرة من الماء؛ الغرويات الكارهة للماء تحتاج إلى مادة واقية أو إلى إضافة إلكتروليت لتستقر أو تتخثر.

التطبيقات والاستخدامات (الموضوع الثاني)

• الطب: استعمال الغرويات الواقية في تحضير محاليل دوائية مستقرة؛ الدياليز يُستعمل في علاج الفشل الكلوي.
• الهندسة: معالجة مياه الصرف باستخدام غرويات كارهة للماء لتجميع الشوائب (التخثر).
• البيولوجيا: البروتينات في الدم تُعدّ غرويات محبة للماء، وتحتاج إلى غرويات واقية لمنع تجلط الدم.
• الفيزياء: دراسة تأثير تيندال لتحديد حجم الجسيمات في التجارب الضوئية.
• الصناعة الغذائية: تحضير مهلبية، صلصات، ومشروبات تعتمد على غرويات النشا والبروتين.

جدول مقارنة

مسائل محلولة

مسألة 1 – حساب نسبة أحجام الجسيمات

المعطى: قطر الجسيمات الغروية يتراوح بين 10⁻⁷ م و10⁻¹⁰ م.
المطلوب: احسب النسبة بين أكبر حجم وأصغر حجم.

الحل:
النسبة = (10⁻⁷) ÷ (10⁻¹⁰) = 10³ = 1000.
إذن أكبر جسيم هو ألف مرة أصغر من أصغر جسيم.

مسألة 2 – توقع نتيجة إضافة إلكتروليت إلى غروية محبة للماء

المعطى: غروية محبة للماء مستقرة في ماء نقي. يُضاف 0.5 مول من NaCl إلى 1 L من المحلول.
المطلوب: بناءً على مفهوم “salting out”، ما هو التوقع العام للنتيجة.

الحل: وفقاً للظاهرة، إضافة كمية كبيرة من إلكتروليت (NaCl) تقلل من قدرة الماء على الترطيب، فيؤدي ذلك إلى ترسيب الغروية. لذا نتوقع ظهور راسب غروية غير قابل للذوبان.

تنبيهات الامتحان

1. الخلط بين الغروية والمحلول الحقيقي: لا يُعتمد على الشفافية فقط لتصنيف الخليط؛ يجب اختبار تأثير تيندال.
2. خطأ في حجم الجسيمات: لا تُخلط القيم 10⁻⁷ م مع 10⁻⁹ م؛ الفارق قد يصل إلى ثلاثة أوامر من الحجم.
3. التمييز بين “salting out” و “coagulation”: الأولى تتطلب كمية كبيرة من إلكتروليت وتخص الغرويات المحبة للماء؛ الثانية كمية صغيرة وتخص الغرويات الكارهة للماء.
4. الخطأ في اتجاه الكهروفرزة: الجسيمات الموجبة تتحرك إلى الكاثود، وليس إلى الأنود.

قائمة المراجعة

• [ ] تعريف الجسيمات الغروية وحجمها.
• [ ] معرفة الفرق بين الغروية، المحلول الحقيقي، والصلبة.
• [ ] شرح تأثير تيندال ومتى يظهر.
• [ ] وصف الحركة البراونية وأهميتها.
• [ ] فهم مبدأ الدياليز واستخدامه.
• [ ] معرفة آلية الكهروفرزة واتجاه حركة الشحنات.
• [ ] تمييز الغرويات المحبة للماء والكارهة للماء.
• [ ] معرفة متى يحدث “salting out” ومتى يحدث “coagulation”.
• [ ] معرفة دور الغروية الواقية في منع التخثر.
• [ ] ربط الخصائص بتطبيقات طبية وصناعية.
• [ ] القدرة على حساب نسب الأحجام باستخدام القيم المعطاة.
• [ ] القدرة على كتابة معادلة تكوين غروية هيدروكسيد الحديد (II).

جميع المعادلات دفعة واحدة

FeCl₂ (aq) + 2H₂O (l) → Fe(OH)₂ (colloid) + 2HCl (aq)
Hydrophilic colloid + large amount of electrolyte → colloid precipitates
Hydrophobic colloid + small amount of electrolyte (opposite charge, high valency) → colloid coagulates
Charged colloid particles → move toward electrode of opposite charge

---

بالتوفيق في امتحاناتك!