بطاقات الكيمياء توجيهي: مراجعة سريعة

قارن بين رابطة سيجما (σ) ورابطة باي (π) من حيث: 1. طريقة التداخل، 2. توزيع الكثافة الإلكترونية، 3. قوة الرابطة.

1. طريقة التداخل: تتكون سيجما من تداخل أفلاك رأسياً، بينما تتكون باي من تداخل أفلاك جانبياً. 2. توزيع الكثافة الإلكترونية: في سيجما تتركز بين نواتي الذرتين، وفي باي تتركز فوق وتحت مستوى الرابطة. 3. قوة الرابطة: رابطة سيجما أقوى من رابطة باي.

ما مبررات اقتراح تهجين sp3 في كل من CH4 و NH3؟

المبرر هو الحاجة لتفسير التكافؤ والشكل الهندسي للجزيئات، حيث يتم دمج فلك s مع ثلاثة أفلاك p لتكوين أربعة أفلاك مهجنة متكافئة في الطاقة والشكل، مما يسمح للذرة المركزية بتكوين روابط متماثلة وتوزيع الأزواج الإلكترونية وفق نظرية تنافر أزواج إلكترونات غلاف التكافؤ.

علّل: الحجم الذري لـ K19 أكبر من الحجم الذري لـ Na11.

لأن العنصر K19 يقع في دورة تلي الدورة التي يقع فيها Na11، مما يعني وجود مستويات طاقة رئيسية أكثر في ذرة البوتاسيوم، وبالتالي زيادة البعد عن النواة.

علّل: يوجد المغنيسيوم Mg12 في الطبيعة على شكل مركبات يكون فيها على صورة Mg2+ بينما لا يوجد الصوديوم على صورة Na2+.

لأن التوزيع الإلكتروني للمغنيسيوم ينتهي بـ 3s2، فيسهل عليه فقد إلكتروني تكافؤ ليصل لحالة الاستقرار (توزيع الغاز النبيل)، بينما الصوديوم ينتهي بـ 3s1، فيفقد إلكتروناً واحداً فقط ليكون Na+، وفقد إلكترون ثانٍ يتطلب طاقة تأين عالية جداً لكسر مستوى طاقة مكتمل.

عدّد المفاهيم العلمية الثلاثة التي تُستخدم للتمييز بين الحموض والقواعد وفقاً لما ورد في أهداف الوحدة.

1. مفهوم أرهينيوس (Arrhenius concept). 2. مفهوم برونستد-لوري (Brønsted-Lowry concept). 3. مفهوم لويس (Lewis concept).

علّل: لماذا يُعدّ توظيف مفاهيم الحموض والقواعد أمراً ضرورياً في دراسة الكيمياء؟

لأنها تُستخدم للتمييز بين الحموض والقواعد، ولحساب الرقم الهيدروجيني (pH) في المحاليل المائية، وتحديد السلوك الحمضي أو القاعدي للأملاح، وإجراء الحسابات المتعلقة بالمحلول المنظم وعمليات المعايرة.

بيّن المقصود بعملية المعايرة كما ورد في أهداف الوحدة.

هي عملية معايرة حمض قوي مع قاعدة قوية، وتتبع التغير في قيمة pH.

صنّف التطبيقات الحياتية والعملية لدراسة الحموض والقواعد المذكورة في أهداف الوحدة.

1. تحديد السلوك الحمضي أو القاعدي للأملاح عملياً. 2. إجراء الحسابات المتعلقة بالمحلول المنظم. 3. دراسة معايير الجودة للمنظفات الصابونية في فلسطين.

ما المقصود بظاهرة التأين الذاتي للماء (Auto Ionization of Water)؟

تقوم بعض جزيئات الماء بمنح بروتونات، تستقبلها جزيئات ماء أخرى.

اكتب معادلة التأين الذاتي للماء.

H_2O(l) + H_2O(l) ightleftharpoons OH^-(aq) + H_3O^+(aq)

علّل: الماء النقي موصل ضعيف جداً للتيار الكهربائي.

لأن ذلك يدل على وجود عدد قليل جداً من الأيونات فيه.

ما هو ثابت التأين الذاتي للماء (Kw) عند درجة حرارة 25 سيلسيوس؟

Kw = [H_3O^+][OH^-] = 1.0 imes 10^-14

عرّف ثابت تأين الحمض (Acid Ionization Constant - Ka).

هو ثابت الاتزان لتفاعل تأين الحمض الضعيف في الماء، ويُعبر عنه بالعلاقة: Ka = [H3O+][A-] / [HA].

علّل: يقل تركيز أيونات H3O+ في محاليل الحموض الضعيفة كثيراً عن تركيز الحمض الأصلي قبل التأين.

لأن الحمض الضعيف يتأين جزئياً في الماء، بعكس الحموض القوية التي تتأين كلياً.

بيّن العلاقة بين قيمة Ka وقوة الحمض الضعيف.

تزداد قوة الحمض بازدياد قيمة Ka وازدياد تركيز أيونات H3O+ في المحلول المائي.

صنّف الحموض التالية حسب قوتها بناءً على قيم Ka الواردة في الجدول (2-3): (حمض الهيدروفلوريك HF، حمض الهيدروسيانيك HCN، حمض الهيبوكلوروز HClO).

الترتيب من الأقوى إلى الأضعف: HF (Ka=6.8×10^-4) > HClO (Ka=2.9×10^-8) > HCN (Ka=4.2×10^-10).

كيف تنحاز حالة الاتزان في التفاعلات الكيميائية بين الحموض والقواعد؟

تنحاز حالة الاتزان نحو الطرف الذي تكون فيه الحموض والقواعد الأضعف.

قارن بين قوة القاعدة الملازمة للحمض القوي والحمض الضعيف.

تكون القاعدة الملازمة لحمض قوي، قاعدة ضعيفة، بينما يكون الحمض الملازم لقاعدة قوية، حمضاً ضعيفاً.

علّل: أيون CH3COO- أضعف من أيون ClO- كقاعدة.

لأن الحمض CH3COOH أقوى من الحمض HClO، فبالتالي تكون قاعدته الملازمة (CH3COO-) أضعف من القاعدة الملازمة (ClO-).

بيّن اتجاه انحياز الاتزان في التفاعل: HNO2(aq) + ClO-(aq) ⇌ HClO(aq) + NO2-(aq)

ينحاز الاتزان نحو المواد الناتجة (أي نحو الحمض الأضعف HClO).

عرّف تميّه الأملاح (Hydrolysis).

قدرة بعض أيونات الأملاح على التفاعل مع الماء وإنتاج أيونات H3O+ أو OH- أو كليهما.

علّل: ملح سيانيد الصوديوم (NaCN) يعد ملحاً قاعدياً.

لأنه يتأين في الماء وينتج أيونات Na+ (لا يتميّه) وأيونات CN- (يتميّه)؛ حيث يتفاعل أيون CN- مع الماء منتجاً أيونات OH-، مما يزيد من تركيزها في المحلول.

متى يتم تجاهل قيمة (س) في مقام تعبير ثابت التأين (Ka أو Kb)؟

يتم تجاهل قيمة س في المقام عندما يكون: 400 < (التركيز الابتدائي للحمض / Ka).

بيّن تأثير إضافة ملح نيتريت الصوديوم (NaNO2) إلى محلول حمض النيتروز (HNO2) على حالة الاتزان.

تؤدي إضافة الملح إلى زيادة تركيز الأيون المشترك (NO2-)، مما يؤدي حسب قاعدة لوتشاتيليه إلى انحياز التفاعل نحو المواد المتفاعلة، فيقل تركيز أيونات الهيدرونيوم (H3O+)، وتزداد قيمة pH في المحلول الناتج.

عرّف الديناميكا الحرارية (Thermodynamics).

إحدى فروع علم الكيمياء الفيزيائية، وتعنى بدراسة التغيرات في الطاقة الحرارية المرافقة للتغيرات الكيميائية والفيزيائية المتنوعة.

قارن بين العمليات التلقائية والعمليات غير التلقائية.

العمليات التلقائية: تغيرات فيزيائية أو كيميائية تتم من تلقاء نفسها دون مؤثر خارجي. العمليات غير التلقائية: تغيرات لا تتم إلا بتأثير خارجي.

علّل: تزداد العشوائية (Entropy) عند انصهار المواد الصلبة وتكون المحاليل.

لأن جزيئات المادة في الحالة الصلبة تكون مرتبة بنظام بلوري وتتحرك حركة اهتزازية بسيطة، وعند انصهارها تصبح أقل ترتيباً وتتحرك بحرية أكبر.

رتّب حالات المادة الثلاث حسب تزايد العشوائية.

الحالة الصلبة < الحالة السائلة < الحالة الغازية.

ما المقصود بالتصادمات الفعالة (Effective Collisions)؟

عدد قليل من مجموع التصادمات الكلية يعد تصادماً منتجاً ومثمراً.

عدّد الشروط الواجب توافرها ليكون التصادم فعالاً.

1. أن تملك الجزيئات المتصادمة حداً أدنى من الطاقة يسمى طاقة التنشيط. 2. أن تكون الجزيئات المتصادمة ذات اتجاه مناسب لتكوين النواتج.

بيّن العوامل التي يعتمد عليها ثابت سرعة التفاعل (k).

يعتمد على درجة الحرارة، وتختلف وحدته باختلاف رتبة التفاعل.

علّل: لا يمكن تحديد قيم رتب التفاعل (س، ص) من المعاملات في المعادلة الكيميائية الموزونة.

لأن رتبة التفاعل يتم تحديدها فقط عملياً (تجريبياً)، إلا في التفاعلات الأولية التي تتم في خطوة واحدة.

بالاعتماد على الجدول في السؤال الثاني، ما رتبة التفاعل للتفاعل: A(g) → B(g)؟

رتبة التفاعل هي الرتبة الأولى؛ لأن مضاعفة التركيز تؤدي إلى مضاعفة السرعة بنفس المقدار (مثلاً عند زيادة التركيز من 0.02 إلى 0.04 تضاعفت السرعة من 0.001 إلى 0.002).

احسب قيمة ثابت السرعة (k) للتفاعل A(g) → B(g) بناءً على بيانات الجدول.

k = السرعة[A] = (0.001)/(0.02) = 0.05 ث^-1

ما مقدار سرعة التفاعل A(g) → B(g) عندما يكون تركيز A يساوي 0.24 مول/لتر؟

السرعة = k × [A] = 0.05 × 0.24 = 0.012 مول/لتر.ث

علّل: هل التفاعل HCOOH(l) + (1)/(2)O2(g) → CO2(g) + H_2O(l) تلقائي عند الظروف القياسية؟ (علماً أن Δ H^ = -257 kJ و Δ S^ = 52 J/K)

نعم، التفاعل تلقائي. التفسير: نحسب Δ G = Δ H - TΔ S، حيث T = 298 K، Δ G = -257 - (298 × 0.052) = -272.496 kJ، وبما أن Δ G < 0 فإن التفاعل تلقائي.

علّل: تتناقص سرعة التفاعل الكيميائي مع مرور الزمن.

بسبب تناقص تركيز المواد المتفاعلة مع مرور الزمن.

علّل: تزداد سرعة التفاعل عند رفع درجة الحرارة.

لأن رفع درجة الحرارة يؤدي إلى زيادة متوسط الطاقة الحركية للجزيئات، مما يزيد من عدد التصادمات التي تمتلك طاقة تنشيط، وبالتالي زيادة عدد التصادمات الفعالة.

علّل: تؤدي عملية الانصهار إلى زيادة في العشوائية.

لأن المادة تنتقل من الحالة الصلبة (ذات الترتيب العالي) إلى الحالة السائلة (حيث تتحرك الجسيمات بحرية أكبر)، مما يؤدي إلى زيادة اضطراب النظام.

علّل: تعد طاقة جبس الحرة مؤشراً حقيقياً لتلقائية التفاعلات من عدمها.

لأنها تعتمد في حسابها على كل من التغير في المحتوى الحراري (ΔH) والتغير في العشوائية (ΔS) عند درجة حرارة معينة، مما يحدد اتجاه التفاعل التلقائي.

ما الصيغة العامة للكحولات (Alcohols)؟

R-OH

على ماذا تعتمد عملية تصنيف الكحولات؟

تصنف حسب عدد مجموعات الألكيل (R) المتصلة بذرة الكربون المرتبطة بشكل مباشر مع مجموعة الهيدروكسيل.

صنّف الكحولات بناءً على هيكلها البنائي.

كحول ميثيل، كحولات أولية (1ْ)، كحولات ثانوية (2ْ)، أو كحولات ثالثية (3ْ).

صنّف المركب (1-بروبانول) إلى نوعه من الكحولات.

كحول أولي (1ْ).

ما المجموعة الوظيفية التي تميز الألدهيدات والكيتونات؟

مجموعة الكربونيل (C=O).

ما الصيغة العامة للألدهيدات (Aldehydes)؟

R-CHO

كيف يتم اشتقاق الألدهيدات من الميثانال؟

يتم استبدال ذرة هيدروجين بمجموعة ألكيل (R) في الميثانال (HCOH).

علّل: لا يمكن تحضير الألدهيدات عن طريق أكسدة الكحولات الأولية باستخدام دايكرومات البوتاسيوم في وسط حمضي إلا في حالات خاصة.

لأن الألدهيد الناتج في المحلول يتأكسد بدوره إلى حمض كربوكسيلي، ولا يمكن إيقاف التفاعل عند مرحلة تشكل الألدهيد.

بيّن سبب استجابة الألدهيدات والكيتونات لتفاعلات الإضافة.

تعود تفاعلات الإضافة في الألدهيدات والكيتونات إلى بنية مجموعة الكربونيل غير المشبعة، الحاوية على رابطة تساهمية ثنائية (σ و π)، فهي تستجيب لتفاعلات الإضافة بكسر الرابطة الأضعف (π).

كيف يتم ارتباط الجزيئات المتفاعلة بمجموعة الكربونيل في تفاعلات الإضافة؟

يتم ذلك بارتباط الجزء السالب من المادة المتفاعلة بذرة كربون مجموعة الكربونيل، كما يرتبط الجزء الموجب من المادة المتفاعلة بذرة أكسجين مجموعة الكربونيل.

اكتب معادلة تحضير كاشف غرينيارد.

R-X + Mg → RMgX (في وسط إيثر جاف)

قارن بين الألدهيدات والكيتونات من حيث القابلية للأكسدة في الظروف العادية.

تتأكسد الألدهيدات بسهولة إلى حموض كربوكسيلية بمعظم العوامل المؤكسدة، في حين تقاوم الكيتونات بصورة عامة الأكسدة بالظروف العادية.

بيّن مكوّنات محلول فهلنج (Fehling's solution).

يتكون محلول فهلنج A من كبريتات النحاس المائية (CuSO₄·5H₂O)، ومحلول فهلنج B من محلول ملح روشل (ترترات الصوديوم والبوتاسيوم المائية) وهيدروكسيد الصوديوم.

علّل: يُستخدم محلول فهلنج في المختبرات الطبية للكشف عن الجلوكوز.

لأن جزيء الجلوكوز يحوي على مجموعة ألدهيدية تتأكسد.

اكتب المعادلة الكيميائية العامة لأكسدة الألدهيد باستخدام محلول فهلنج.

R-CHO + 2Cu²⁺ + 5OH⁻ → R-COO⁻ + Cu₂O + 3H₂O

مِمَّ يتكوّن محلول تولن (Tollen's Solution)؟

يتألف من محلول نترات الفضة النشادرية، وهو معقد لأيون الفضة.