ملخص العلوم تالتة إعدادي، الترم الأول التفاعلات الكيميائية وتأثيراتها البيئية

أهداف التعلم

• يقارن بين الفلزات في تفاعلها مع الماء والأحماض والأكسجين ومحاليل الأملاح.
• يستنتج ترتيب الفلزات في سلسلة النشاط الكيميائي ويستخدمها للتنبؤ بالتفاعلات.
• يميز بين أنواع التفاعلات: الاتحاد المباشر، التحلل، الإحلال البسيط، الإحلال المزدوج (ومنه التعادل والترسيب)، والأكسدة والاختزال.
• يفسر قابلية المواد للاشتعال ويقارن نواتج الاحتراق التام وغير التام وأثرها على البيئة.
• يتعرف مكونات التبغ وأضرار التدخين بأنواعه على المدخن ومن حوله والبيئة.

المصطلحات والتعريفات العلمية

• التفاعل الكيميائي: عملية تنكسر فيها الروابط في جزيئات المواد المتفاعلة وتتكون روابط جديدة في النواتج فتتكون مواد جديدة مختلفة الخواص. يدل عليه تغير اللون أو الرائحة أو تصاعد غاز أو تكون راسب أو انبعاث ضوء وحرارة.
• سلسلة النشاط الكيميائي: ترتيب العناصر الفلزية تنازلياً حسب نشاطها الكيميائي.
• الاتحاد المباشر: اتحاد مادتين أو أكثر لتكوين مركب جديد.
• التحلل: تفكك مركب إلى مكوناته الأبسط بالحرارة أو الضوء.
• الإحلال البسيط: عنصر يحل محل عنصر آخر في أحد مركباته.
• الإحلال المزدوج: تفاعل بين مركبين أيونيين يتبادل فيه الأيونان الموجبان والسالبان مواقعهما فيتكون مركبان جديدان. من أمثلته التعادل (حمض + قلوي ← ملح + ماء) والترسيب.
• الأكسدة: فقد ذرة أو أيون إلكتروناً أو أكثر. الاختزال: اكتساب إلكترون أو أكثر. العامل المؤكسد: المادة التي تكتسب الإلكترونات، والعامل المختزل: المادة التي تفقدها. الأكسدة والاختزال عمليتان متزامنتان.
• الاحتراق: تفاعل مادة مع الأكسجين ينتج عنه حرارة أو ضوء أو كلاهما. نقطة الاشتعال: أقل درجة حرارة تبدأ عندها المادة بالاشتعال والاستمرار في الاحتراق. السناج: الكربون الأسود غير المحترق.

التفاعلات والمعادلات الكيميائية

احتراق الفلزات:  2Mg + O₂ → 2MgO      (لهب أبيض ساطع)
                  3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄     (شرر ساطع)
                  2Cu + O₂ → 2CuO       (طبقة سوداء)
تحلل:            2HgO → 2Hg + O₂      (بالحرارة)
                  CaCO₃ → CaO + CO₂
إحلال حمض:       Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑   (يشتعل الهيدروجين بفرقعة)
إحلال ماء:       2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑
إحلال أملاح:     Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu↓   (يزول اللون الأزرق ويترسب نحاس أحمر)
تعادل:           HCl + NaOH → NaCl + H₂O
حمض مع ملح:      2HCl + Na₂CO₃ → 2NaCl + H₂O + CO₂↑   (يعكر ماء الجير)
ترسيب:           AgNO₃ + NaCl → NaNO₃ + AgCl↓   (راسب أبيض)

الأكسدة والاختزال في Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu:

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻   (أكسدة، الخارصين عامل مختزل)
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu   (اختزال، أيون النحاس عامل مؤكسد)

سلسلة النشاط: الفلز الأعلى يحل محل الفلز الأقل نشاطاً في محلول ملحه. الفلزات التي تسبق الهيدروجين تحل محله في الأحماض المخففة (والأنشط منها كالصوديوم تتفاعل مع الماء البارد، والماغنسيوم يحتاج ماءً ساخناً)، أما التي تليه (كالنحاس والفضة) فلا تتفاعل مع الأحماض المخففة. الترتيب من الأنشط: K، Na، Ca، Mg، Al، Zn، Fe، Sn، Pb، H، Cu، Hg، Ag، Pt، Au.

الاحتراق والتلوث البيئي

• مثلث الاحتراق: مادة قابلة للاشتعال + أكسجين + طاقة حرارية. غياب أحدها يمنع الاحتراق.
• يحترق الفلز ويعطي أكسيداً قاعدياً (يزرق عباد الشمس)، ويحترق اللافلز ويعطي أكسيداً حمضياً (يحمر عباد الشمس).
• الاحتراق التام للميثان: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + طاقة (لهب أزرق). غير التام: 2CH₄ + 3O₂ → 2CO + 4H₂O أو CH₄ + O₂ → C + 2H₂O، ويعطي طاقة أقل (لهب أصفر وسناج).
• نواتج الاحتراق: CO₂ (لا يشتعل ولا يساعد على الاشتعال ويذوب مكوناً حمض الكربونيك)، CO (سام عديم اللون والرائحة)، بخار الماء (يحول ورق كلوريد الكوبالت اللامائي من الأزرق الفاتح إلى الوردي)، السناج، SO₂ (رائحة خانقة، حمض كبريتوز)، أكاسيد النيتروجين (NO₂ غاز بني محمر).
• مصادر التلوث: حرق قش الأرز (السحابة السوداء)، عادم السيارات، الصناعات ومحطات الكهرباء.
• الحلول: صيانة المحركات، وقود نظيف كالغاز الطبيعي أو السيارات الكهربية، المرشحات في المداخن، الطاقة الشمسية والرياح. المحول الحفزي يحول CO وأكاسيد النيتروجين لمواد أقل ضرراً، ومنقيات الغازات الحمضية تعادل SO₂ برذاذ قلوي.

التدخين وأضراره

• مكونات التبغ: النيكوتين (مركب عضوي قلوي يسبب الإدمان)، القطران (سائل لزج)، غازات سامة (CO وHCN) وغازات مهيجة (أكاسيد النيتروجين والأمونيا)، فلزات ثقيلة (كادميوم، رصاص، زرنيخ) وعناصر مشعة (بولونيوم-210).
• الأضرار: الجهاز التنفسي (اسوداد الرئة، ضيق النفس، سرطان، انتفاخ الرئة بسبب تمزق جدران الحويصلات الهوائية)، الدورة الدموية (CO يرتبط بالهيموجلوبين أسرع من الأكسجين، والنيكوتين يرفع الضغط وينقبض الأوعية)، الجهاز العصبي، الخصوبة، المناعة.
• أنواع التدخين: التقليدي (حرق أوراق التبغ) والإلكتروني (تسخين سائل به نيكوتين) وهو ليس أقل ضرراً. التعرض: مباشر (المدخن) وسلبي (استنشاق دخان المدخن، وفيه تركيز أعلى من الغازات السامة لأنه لم يمر بالمرشح).
• الضرر البيئي: تلوث الهواء وزيادة الاحتباس الحراري، وأعقاب السجائر تلوث التربة والمياه.
• الوقاية: رفض العرض، اختيار الأصدقاء الإيجابيين، ممارسة الأنشطة النافعة، تجنب أماكن التدخين، طلب المساعدة.

أخطاء شائعة في الامتحان

• الخلط بين الإحلال البسيط (عنصر يحل محل عنصر) والإحلال المزدوج (تبادل أيونات).
• اعتبار الفلز المختزل هو الذي يكتسب الإلكترونات؛ العامل المختزل هو الذي يفقدها.
• نسيان موازنة المعادلات الكيميائية.
• الاعتقاد أن التدخين الإلكتروني آمن.

قائمة المراجعة السريعة

• [ ] أذكر أنواع التفاعلات الأربعة الرئيسية وأمثلتها.
• [ ] أرتب الفلزات حسب النشاط.
• [ ] أتنبأ بحدوث الإحلال باستخدام السلسلة.
• [ ] أحدد المؤكسد والمختزل من انتقال الإلكترونات.
• [ ] أعرف مثلث الاحتراق ونقطة الاشتعال.
• [ ] أفرق بين الاحتراق التام وغير التام ونواتجهما.
• [ ] أذكر مصادر التلوث الناتج عن الاحتراق وحلوله.
• [ ] أعرف مكونات التبغ وأضراره وأنواع التدخين.