مدرستي
العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا

المادة وتحولاتها (ب): التحولات الكيميائية في المحاليل الشاردية التفاعلات الكيميائية في المحاليل الشاردية

الفرد الكيميائي — تفاعل معدن مع شاردة معدنية

🔊 المعلّمة تقرأ لك
حين نضع صوفا من الحديد في محلول حمض كلور الماء، ترتفع فقاعات غازية ويختفي الحديد شيئا فشيئا. وحين نغمس نشارة من الحديد في محلول أزرق لكبريتات النحاس، يزول اللون الأزرق وتغطّي النشارةَ مادّة حمراء. أين ذهب الحديد؟ وما هي الحبيبات التي انتقلت حتى يتغيّر كلّ شيء؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • تعريف الفرد الكيميائي والتمييز بينه وبين النوع الكيميائي
  • الكشف عن غاز الهيدروجين المنطلق وعن شوارد الحديد الثنائي في المحلول
  • تفسير تفاعل معدن مع محلول حمضي أو مع شاردة معدنية بانتقال الإلكترونات
  • كتابة معادلة التفاعل بالصيغة الشاردية ثمّ اختصارها بحذف الشوارد المتفرّجة
  • ذكر الأدلّة التي تدلّ على حدوث تفاعل كيميائي
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • أنّ حمض كلور الماء ينحلّ في الماء معطيا شاردة الهيدروجين وشاردة الكلور
  • استعمال ورق قياس درجة الحموضة للكشف عن الوسط الحمضي
  • أنّ الشاردة ذرّة فقدت إلكترونا أو أكثر أو اكتسبته

تذكير: لماذا يكون محلول حمض كلور الماء حمضيا؟

نحضّر المحلول بإضافة كمية قليلة من حمض كلور الماء إلى لتر من الماء. الحمض ينحلّ في الماء فينقسم إلى شاردتين: شاردة الهيدروجين الموجبة وشاردة الكلور السالبة. وورق قياس درجة الحموضة يؤكّد لنا أنّ المحلول الناتج حمضي.

انحلال كلور الهيدروجين في الماء
HCl → H⁺ + Cl⁻
حجم شاردة الكلور أكبر بكثير من حجم شاردة الهيدروجين، وهذا الانقسام هو ما يجعل المحلول حمضيا

📌التجربة 1: صوف الحديد في محلول حمض كلور الماء

🧭الهدف: معرفة ما يحدث لمعدن الحديد في محلول حمضي، والكشف عن نواتج التفاعل.

🧰الأدوات:

  • أنبوب اختبار
  • محلول حمض كلور الماء
  • صوف الحديد
  • ورق قياس درجة الحموضة
  • غطاء
  • عود ثقاب
  • محلول الصودا

📌التجربة:

  1. نأخذ كمية قليلة من محلول حمض كلور الماء ونضعها في أنبوب اختبار، ونتحقّق بورق قياس درجة الحموضة من أنّ المحلول حمضي.
  2. نضيف إلى الأنبوب صوف الحديد ونتابع ما يحدث.
  3. نضع غطاء بالمقلوب فوق الأنبوب، بكيفية نحتفظ فيها بالغاز المنطلق ونتفادى ارتفاع الضغط داخل الأنبوب.
  4. ننتظر عشر دقائق حتى نحصل على كمية معتبرة من الغاز، ثمّ ننزع الغطاء ونقرّب بسرعة عود ثقاب مشتعل من فوهة الأنبوب.
  5. نضيف بضع قطرات من محلول الصودا إلى ما بقي في الأنبوب.

🔍الملاحظة: تنطلق فقاعات غازية ويختفي صوف الحديد تدريجيا. وعند تقريب عود الثقاب المشتعل من الغاز نسمع له فرقعة. وبعد إضافة قطرات الصودا يتشكّل راسب أخضر.

الفرقعة عند تقريب اللهب هي علامة غاز الهيدروجين، ولا يُكشف عنه بغيرها
ظهور الراسب الأخضر بعد إضافة الصودا هو الدليل على وجود شوارد الحديد الثنائي
الفرقعة دليل على أنّ الغاز المنطلق هو غاز الهيدروجين. والراسب الأخضر الذي تكشفه الصودا دليل على وجود شوارد الحديد الثنائي في المحلول. إذن: اختفى الحديد، وتشكّل غاز الهيدروجين وشوارد الحديد الثنائي.

ماذا حدث على المستوى المجهري؟

عند سكب حمض كلور الماء على الحديد، تكتسب كلّ شاردة هيدروجين إلكترونا فتصير ذرّة هيدروجين، ثمّ تتجمّع الذرّات مثنى مثنى مشكّلة غاز الهيدروجين.

اكتساب شوارد الهيدروجين للإلكترونات
2H⁺ + 2e⁻ → H₂

والإلكترونات التي اكتسبتها شوارد الهيدروجين هي إلكترونات فقدها الحديد، الذي يتحوّل بدوره إلى شاردة الحديد الثنائي.

فقدان ذرّة الحديد لإلكترونيها
Fe → Fe²⁺ + 2e⁻

نجمع ما حدث في معادلة واحدة، ونكتب فيها كلّ الأفراد الموجودة في المحلول:

معادلة التفاعل بالصيغة الشاردية
Fe(s) + (2H⁺ + 2Cl⁻)(aq) → H₂(g) + (Fe²⁺ + 2Cl⁻)(aq)
الكرتان الخضراوان هما نفسهما قبل التفاعل وبعده: هذا ما يسمح بحذفهما من المعادلة

نلاحظ أنّ شوارد الكلور بقيت كما هي: هي نفسها قبل التفاعل وبعده، أي أنّها لم تتفاعل. لذلك يمكن حذفها من الطرفين واختصار المعادلة.

المعادلة المختصرة
Fe(s) + 2H⁺(aq) → H₂(g) + Fe²⁺(aq)
الفرد الذي يبقى على حاله في الطرفين يسمّى فردا متفرّجا. حذفه لا يغيّر شيئا من التفاعل، لكنّه يجعل المعادلة تقول ما حدث فعلا، لا أكثر.

الفرد الكيميائي والنوع الكيميائي

كلّ حبيبات المادة المجهرية — الذرّة، الجزيء، الشاردة، البروتون والإلكترون — تدعى أفرادا كيميائية. ونحن نفسّر التحوّلات الكيميائية على المستوى المجهري (غير المرئي) باستعمال هذه الأفراد.

ففي تجربتنا، ذرّة الحديد وشاردة الحديد الثنائي وذرّة الهيدروجين وشاردة الهيدروجين: كلّها أفراد كيميائية.

أمّا مجموعة من الأفراد الكيميائية المتماثلة، كمجموعة من الذرّات أو من الجزيئات، فتسمّى نوعا كيميائيا. ونحن نتعامل على المستوى العياني — أي بما نراه ونزنه — بالأنواع الكيميائية.

الفرق بينهما
وجه المقارنةالفرد الكيميائيالنوع الكيميائي
ما هوحبيبة مجهرية واحدةمجموعة من الأفراد الكيميائية المتماثلة
المستوىالمستوى المجهري، غير المرئيالمستوى العياني، الذي نتعامل معه
مثال أوّلجزيء الأكسجينغاز الأكسجين
مثال ثانٍذرّة الحديدقطعة من الحديد
نفس المادة، ولكن ننظر إليها مرّة حبيبة حبيبة ومرّة جملةً واحدة
لا تقل «جزيء الحديد». المعادن مبنية من ذرّات لا من جزيئات، فالفرد الكيميائي في قطعة الحديد هو ذرّة الحديد. أمّا الجزيء فهو فرد كيميائي في مادّة كالأكسجين أو الماء.

📌التجربة 2: نشارة الحديد في محلول كبريتات النحاس

🧭الهدف: معرفة ما يحدث بين معدن ومحلول يحتوي على شوارد معدن آخر.

🧰الأدوات:

  • أنبوب اختبار
  • محلول كبريتات النحاس
  • نشارة الحديد
  • محلول الصودا
  • ورق ترشيح

📌التجربة:

  1. نضع في أنبوب اختبار محلول كبريتات النحاس، وهو محلول أزرق اللون نتيجة احتوائه على شوارد النحاس الثنائي.
  2. نغمس في المحلول نشارة الحديد ونتابعها بعد ثوان.
  3. نترك الأنبوب مدّة كافية ونراقب لون المحلول.
  4. نرشّح محتوى الأنبوب، ثمّ نضيف قطرات من محلول الصودا إلى الرشاحة.

🔍الملاحظة: بعد ثوان تترسّب مادّة حمراء على نشارة الحديد المغمورة. وبعد مدّة كافية يختفي اللون الأزرق تدريجيا. وبإضافة قطرات الصودا يتشكّل راسب أخضر فاتح.

التّفاعلُ نفسُه بمسمارٍ من الحديد في كأس — زوال الأزرق وظهور الأحمر يحدثان معا: ما اختفى من شوارد النحاس صار ذرّات نحاس
المادّة الحمراء المترسّبة فوق النشارة هي ذرّات النحاس. واختفاء اللون الأزرق يعني اختفاء شوارد النحاس، وظهور الراسب الأخضر يعني ظهور شوارد الحديد الثنائي في الوقت نفسه.

🔍تفسير التفاعل الثاني ومعادلته

تتحوّل شاردة النحاس الثنائي إلى ذرّة نحاس بعد اكتسابها إلكترونين من ذرّة الحديد، التي تتحوّل بدورها إلى شاردة الحديد الثنائي — بنصف المعادلة نفسها التي كتبناها في التجربة الأولى.

اكتساب شاردة النحاس لإلكترونين
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
المعادلة المختصرة للتفاعل
Fe(s) + Cu²⁺(aq) → Fe²⁺(aq) + Cu(s)
التفاعل الكيميائي تغيّر يطرأ على المواد، ويشتمل على تكسير روابط وتكوين روابط جديدة، تؤدّي إلى إعادة ترتيب الذرّات، فينتج بذلك مواد جديدة تختلف في صفاتها عن المواد المتفاعلة.

الأدلّة على حدوث تفاعل كيميائي

إشارات تدلّ على حدوث التفاعل
  • انطلاق غاز.
  • تغيّر اللون.
  • تغيّر درجة حرارة محتويات إناء التفاعل.
  • تكوّن راسب.
تجربتانا تجمعان ثلاثا من هذه الإشارات: انطلاق الغاز في الأولى، وتغيّر اللون في الثانية، وتكوّن الراسب عند إضافة الصودا في كلتيهما. كلّما رأيت واحدة منها فاسأل نفسك: أيّ فرد كيميائي ظهر، وأيّ فرد اختفى؟
المصطلحات العلمية
العربيةfrançaisenglish
محلول حمضيSolution acideAcid solution
معدنMétalMetal
محلول ملحيSolution salineSaline solution
ملحSelSalt
بثلاث لغات، كما تَرِد في نهاية الباب
✅الخلاصة
  • الفرد الكيميائي حبيبة مجهرية واحدة؛ والنوع الكيميائي مجموعة من الأفراد المتماثلة.
  • معدن الحديد في محلول حمضي يعطي غاز الهيدروجين وشوارد الحديد الثنائي.
  • معدن الحديد في محلول كبريتات النحاس يعطي ذرّات نحاس وشوارد حديد ثنائي.
  • في الحالتين انتقلت إلكترونات من ذرّة الحديد إلى شاردة أخرى.
🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في سؤال على تجربة: «ما الأدلّة على حدوث تفاعل؟»، و«فسّر ما حدث على المستوى المجهري»، و«اكتب معادلة التفاعل بالصيغة الشاردية ثمّ اختصرها». ثلاثة عناصر جاهزة: ① التفسير بانتقال الإلكترونات: ذرّة الحديد تفقد إلكترونين ⁦Fe → Fe²⁺ + 2e⁻⁩، وتأخذهما شوارد الهيدروجين ⁦2H⁺ + 2e⁻ → H₂⁩ أو شاردة النحاس ⁦Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁩ ② الكشف: عن غاز الهيدروجين المنطلق، وعن شوارد الحديد الثنائي في المحلول ③ الاختصار: احذف الشوارد المتفرّجة التي لا تتغيّر، فتصير المعادلة ⁦Fe(s) + 2H⁺(aq) → H₂(g) + Fe²⁺(aq)⁩ ؛ والأدلّة العيانية: فقاعة، أو لون يزول، أو راسب. ⛔ والخطأ الشائع: القول «جزيء الحديد» ؛ المعادن مبنيّة من ذرّات، فالفرد الكيميائي في قطعة الحديد ذرّة الحديد. وخطأ ثانٍ: الخلط بين الفرد الكيميائي والنوع الكيميائي.
الفكرة الواحدة التي تحمل الدرس كلّه: التحوّل الكيميائي في محلول شاردي هو انتقال إلكترونات بين الأفراد الكيميائية. ما تراه بعينك — فقاعة، لون يزول، راسب — ليس إلّا أثر هذا الانتقال على المستوى العياني.

الصفحة 1/8

© مدرستي — هذا الدرس من تأليف مدرستي · madrassati.net