الكيمياء الأساسية العربية

الكيمياء هي العلم الذي يركز على كيفية هيكلة هيكل وكيف يتم تحويلها بين الأشكال المختلفة. وعادة ما يكون حجم ما يعمل معه في الكيمياء على المستوى الذري ، حتى مستوى الخلية.

منذ البداية ، كانت الكيمياء شيئًا نسميه اليوم الخيمياء ، لصنع معادن أساسية ذهبية. مع هذه المحاولات ، نشأت معرفة كيف تتصرف المواد ، وكيف يمكن تحويلها من خلال ردود الفعل مع المواد الأخرى. كيمياء اليوم واسعة بشكل لا يصدق ، وتذهب إلى كل من الفيزياء والبيولوجيا.

الذرات

كل شيء من حولنا يتكون من مواد مختلفة ، والتي بدورها تتكون عادة من جزيئات صغيرة جدا تسمى الذرات. لا يوجد سوى مائة نوع مختلف من الذرات ، ولكن يمكن الجمع بينها بطرق عديدة بلا حدود ، وبالتالي بناء الملايين والملايين من الموضوعات المختلفة الموجودة في عالمنا. في هذا المقال ، إلى جانب مقالاته الفرعية (انظر القائمة على اليسار) ، نلقي نظرة فاحصة على عالم الذرات.

المادة مبنية من الذرات

تقريبا كل المواد تتكون من ذرات. أنت تتكون من عدة كوادريليون ذرات نفسك (واحد كوادريليون واحد تسلسل من 24 أصفار). كما يتكون الهواء من ذرات ، حتى إذا لم يكن من الممكن رؤيته. في لتر واحد من الهواء ، لا يوجد ما لا يقل عن 50 ستّة ستّ ذرات (واحد واحد وواحد هي سلسلة واحدة من 21 أصفار).

يمكن فهم أن الذرة صغيرة جدًا. عادة ما يقال أن معظم الذرات يبلغ قطرها حوالي 0.0000001 مم ، وهو ما يعادل عشرة ملايين من المليمتر. لذا ، من المستحيل رؤية ذرة واحدة بالعين المجردة. ومع ذلك يمكننا أن نكون على يقين تام من أن الذرات موجودة نتيجة العديد من التجارب الجيدة الصنع ، بما في ذلك جون دالتون وألبرت أينشتاين. في السنوات الأخيرة ، تم تصوير الذرات بنجاح باستخدام المجاهر الإلكترونية ذات التكبير العالي (انظر الصورة إلى اليمين).

لماذا هذه اللبنات الصغيرة مهمة للغاية إذا لم يكن من الممكن رؤيتها؟ نعم ، إنها الذرات التي تعطي مادة خصائصها. على سبيل المثال ، خصائص ذرات الذهب هي التي تجعل الذهب ذهبيًا ، وهي ذرات الهيدروجين والأكسجين التي تعطي الماء خصائصه الفريدة والحيوية. وهي أيضا خصائص الذرات التي تكمن وراء أنواع مختلفة من التفاعلات الكيميائية. بالإضافة إلى ذلك ، تساعد معرفة الذرات الكيميائيين على حساب المواد التي تتكون عليهم. بدون معرفة أن العالم يتكون من ذرات ، سيكون من الصعب على الكيميائيين فهم وتفسير محيطهم.

منذ زمن طويل في تاريخ البشرية ، ظهرت نظريات أخرى حول كيفية بناء المادة. لفترة طويلة كان من الشائع الاعتقاد بأن كل شيء كان يتكون من أربعة عناصر - الماء والهواء والنار والأرض. اليوم ، اختفت هذه الأفكار بالكامل تقريبًا من وجهة نظر الناس في العالم. من خلال الدراسات العلمية ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن النظرية الذرية الحديثة هي النظرية المتفوقة على الأفضل ، سواء عندما يتعلق الأمر بالشرح أو عندما يتعلق الأمر بالتنبؤ بنتائج التجارب المختلفة

اليوم النموذج الذري

لوصف الذرات ، تم تطوير نماذج مختلفة ، وهي صور مبسطة للواقع. في نماذج اليوم ، تحتوي جميع أنواع الذرات المائة المعروفة للعلماء على جزأين مهمين. نواة ذرية في المنتصف وعدد من الجسيمات (الأجزاء الصغيرة) تدعى الإلكترونات وتتحرك بسرعة عالية جداً حولها. النواة ، بدورها ، تتكون من نوعين من الجسيمات. البروتونات والنيوترونات. إذا قارنا حجم وكتل هذه الجسيمات الثلاث ، نجد أن البروتونات والنيوترونات متساويتان في الحجم ، في حين أن الإلكترونات أصغر إلى حد كبير.

تحتوي الجزيئات المختلفة في الذرة على شحنات كهربائية مختلفة ، مما يمنحها خصائص وأدوار مختلفة في الذرة. يمكن أن يكون الجسيم مشحونا إيجابيا أو مشحونا سلبا أو غير مشحون (أي لا يكون مشحونا إيجابيا أو سلبيا). من المهم أن نتذكر أن الذرة ككل لا يتم شحنها دائمًا ، مما يعني أن جميع الرسوم السالبة ترجحها العديد من الرسوم الإيجابية والعكس صحيح.

دائمًا ما تكون البروتونات مشحونة بشكل إيجابي ولديها الشحن 1+. وتشكل النواة مع النترونات غير المشحونة نواة الذرة. بدون النيوترونات ، لم تتمكن النواة من الصمود ، لأن كل التهم الإضافية قد تفرقت. تتحرك الإلكترونات الصغيرة السالبة الشحنة حول النواة وتحمل الشحنة 1−. يرجع ذلك إلى حقيقة أن الجسيمات ذات الشحنات المختلفة تنجذب نحو بعضها البعض ، يمكن الإبقاء على الإلكترونات في المنطقة المجاورة للنواة (ولكن ، من بين أمور أخرى ، سرعتها العالية تؤدي إلى عدم الانجذاب إلى القلب ، ولكن البقاء خارجها).

وبما أن الذرات لا يتم شحنها دائمًا ، فإن عدد البروتونات والإلكترونات دائمًا متساوٍ. وهكذا ، تحتوي ذرة تحتوي على عشرة بروتونات أيضًا على عشرة إلكترونات. قد يختلف عدد النيوترونات بشكل طفيف ، ولكنه يماثل عدد البروتونات.

إلى اليمين نموذج (أي صورة مبسطة للواقع) عن ذرة تحتوي على ثلاثة بروتونات (حمراء) وأربعة نيوترونات (أسود) وثلاثة إلكترونات (زرقاء).

118 نوعًا ذريًا مختلفًا (عناصر)

يمكن أن تحتوي الذرات على أعداد مختلفة من الجسيمات المختلفة ، مما يمنحها خصائص مختلفة. اعتمادا على هذا العدد ، يتم تقسيمها إلى أنواع ذرية مختلفة. ومن أمثلة الأنواع الذرية المختلفة الهيدروجين والكربون والأكسجين والحديد والنحاس. كل نوع ذري له اسم كيميائي (اقرأ المزيد عنه تحت الصيغ والنماذج) ومكان في الجدول الدوري (اقرأ المزيد عنه في المقالة بنفس الاسم).

على مر التاريخ وفي السنوات الأخيرة ، اكتشف الباحثون الكثير من الأنواع الذرية الجديدة ، وربما يكتشفون المزيد في المستقبل. الآن (2017) ، هناك 118 نوعًا نوويًا معتمدًا في الجدول الدوري.

في بعض الأحيان يتم استخدام عنصر الكلمة بدلا من "النوع الذري". ولكن بما أن هذه الكلمة لها أيضًا معنى مختلف (اقرأ المزيد عنها في المقالة حول العناصر / الارتباطات) ، فقد يؤدي هذا إلى حدوث ارتباك. في مقالاتنا ، نفضل استخدام "السكتات الدماغية الذرية" ، ولكن لا يزال من المهم أن تعرف أن كلمة "elemental" يمكن أن تكون هي نفسها في بعض الأحيان.

في المقالات الفرعية في القائمة إلى اليسار ، يمكنك قراءة المزيد عن الجسيمات الأولية وأدوارها في الذرة. هناك أيضا قسم مثل الكتل الذرية والمبالغ التي تعتبر عالية بعض الشيء للمدرسة الثانوية ، والتي لا تزال مثيرة للاهتمام.

البروتونات

جنبا إلى جنب مع عدد من النيوترونات (لا شيء استثنائي على الإطلاق) ، تشكل البروتونات نواة الذرة. في النموذج الذري إلى اليمين ، يتم تمييز البروتونات بالأسهم.

الرمز p + هو اختصار دولي للبروتونات. تظهر علامة زائد أن البروتونات لها شحنة موجبة ، مما يعني أنها مرسومة إلى جسيمات أخرى لها شحنة سالبة (مثل الإلكترونات).

يحدد عدد البروتونات النوع الذري

كما ذكرنا سابقاً ، هناك حوالي 100 نوع مختلف من الذرات. من الأمور الشائعة للجميع أنها مبنية من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. ما ، من ناحية أخرى ، يميز الأنواع الذرية المختلفة هو عدد هذه الجسيمات. سننظر الآن في نوعين مختلفين من الذرات. كما ترى ، تم تعيين اسم (جريئة) وتسمية كيميائية لكل نوع ذري (اقرأ المزيد عنها هنا).

توجد ذرات الهيدروجين ، H ، في ، من بين أمور أخرى ، الماء وغاز الهيدروجين ومعظم المواد الموجودة في الكائنات الحية. تحتوي على 1 بروتون و 0-2 نيوترون و 1 الكترون. حقيقة أن نواة ذرة الهيدروجين يمكن أن تفتقر تماما إلى النيوترونات في الظروف العادية تجعلها فريدة بين الأنواع الذرية.

ذرات الكربون ، C ، تحدث في البلاستيك ، والماس ، وثاني أكسيد الكربون والغاز والفحم ، وغيرها. تماما مثل ذرات الهيدروجين ، تحدث ذرات الكربون بشكل متكرر في الكائنات الحية. تحتوي على 6 بروتونات و 6-8 نيوترونات و 6 إلكترونات.

يمكن العثور على ذرات الأكسجين O في غاز الأكسجين الذي نتنفسه ، ولكن أيضًا في الماء وطبقة الأوزون المرتفعة في الغلاف الجوي. تحتوي ذرات الأكسجين على 8 بروتونات و 8-11 نيوترون و 8 إلكترونات.

يتم تحديد أي الأنواع الذرية التي تنتمي إليها الذرة من خلال تعريف عدد البروتونات. لذلك أعطيت كل نوع ذري ما يسمى العدد الذري الذي يساوي عدد البروتونات. على سبيل المثال ، يحتوي الهيدروجين على العدد الذري 1 ، بينما يحتوي الكربون على رقم ذري 6. في جدول للأنواع الذرية يسمى الجدول الدوري ، يتم فرز هذه الأرقام بواسطة العدد الذري. من خلال النظر إلى مثل هذا الجدول ، يمكن للمرء بسهولة معرفة عدد البروتونات التي تحتوي على نوع نووي.

الإلكترونات

حول النواة الذرية المشحونة إيجابيا ، يتحرك عدد من الإلكترونات بشحنة سالبة. ولكي لا يتم شطب الذرة ككل ، يجب أن تكون هذه العدد أكبر من عدد البروتونات. في النموذج الذري إلى اليمين ، يتم وضع علامة الإلكترونات بالسهام.

رمز e− هو مصطلح دولي للإلكترون.

مقسمة إلى قذائف

في حين أن عدد البروتونات يعطي الذرة هويتها ، تعطي الإلكترونات الخصائص. وكما رأينا من قبل ، تتحرك الإلكترونات حول النواة الذرية المشحونة إيجابياً من الضوضاء ، ولكن إذا كنا سننظر بحرص إلى الذرة ، فإننا سنرى أن الإلكترونات تفضل أن تكون على مسافة معينة من النواة الذرية. تسمى هذه المسافات بقذائف الإلكترون وتبسيطها بسهولة ، ويمكننا القول أن جميع الإلكترونات في الذرة موجودة في أصداف محددة.

دعونا ننظر إلى نموذج لذرة الكربون. في منتصف الذرة توجد نواة ذرية (كرة حمراء) مع ستة بروتونات وعدد من النيوترونات قد تكون مختلفة عن ذرة الكربون إلى ذرة الكربون. حول القلب ، يتم تقسيم ستة إلكترونات إلى قوقعتين. يتم وضع قطعتين في القشرة الأولى من اللب ، بينما توضع الأربعة المتبقية في القشرة الثانية.

من أجل ذكر جداول الإلكترونات بسهولة أكبر ، يتم تسميتها من الحرف K في الأبجدية. ومن ثم ، فإن القشرة الأولى من النواة تُدعى K shellel ، والتي تليها بـ L shell ، ثم للقذيفة M وما إلى ذلك ، إلى أن نصل إلى القشرة Q (أكثر القذائف ليس لها ذرات معروفة اليوم) .

تحتوي كل هذه القذائف على مساحة لعدد معين من الإلكترونات ، والتي تنطبق بغض النظر عن نوعها الذري. على سبيل المثال ، يستوعب K shell فقط إلكترونين ، في حين أن L shell لديه مساحة لـ 8.

من المهم أن تتذكر أن القذائف عادة ما تكون مملوءة من قذيفة K وخارجها. يمكننا إظهار هذا مع الجدول أدناه من النوع الذري مع العدد الذري 1-18. أما بالنسبة للذرات التي تحتوي على أعداد ذرية أعلى ، فإن الأصداف تملأ بطريقة غير منتظمة أكثر.

قذائف التكافؤ تحتوي على إلكترونات التكافؤ ...

تسمى القشرة الخارجية للذرة (التي تحمل علامة * في الجدول أعلاه) بقشرة التكافؤ. في الليثيوم ، على سبيل المثال ، L-shell هو قذيفة تكافؤ بينما يكون الفوسفور هو M-shell. تسمى الإلكترونات في غلاف التكافؤ بإلكترونات التكافؤ.

لا تُملأ أبدًا قذيفة فالنتين بأكثر من 8 إلكترونات ، تُسمى قاعدة الثمانيث (ومع ذلك ، يمكن أن تحتوي هذه الإلكترونات على عدد أكبر من الإلكترونات عندما لا تكون هناك قذائف تكافؤية). ويقال إن الذرات التي تحتوي على 8 إلكترونات في غلافها الخارجي (أو إلكترونين في حالة K shell) تحتوي على قذائف غازية نبيلة وهي حالة مستقرة للغاية. تسمى الأنواع الذرية التي تحتوي على قذائف غازية نبيلة بالغازات النبيلة ، وذلك بالتحديد لأنها غازات عادة.

التمرين 1 الجواب

ربما يمكنك معرفة أي ثلاثة أنواع ذرية في الجدول أعلاه هي غازات نبيلة؟

جميع الذرات تسعى جاهدة لتحقيق قذائف الغاز النبيلة في هذا النوع تسعى جاهدة لتحقيق الاستقرار. في سعيهم لهذا ، قد تكون بعض الذرات مغادرة أو التقاط واحد / أكثر من الإلكترونات. إذن الذرة لم تعد ذرة ، لأن عدد البروتونات لم يعد مثل عدد الإلكترونات. تسمى هذه "الذرة" المشحونة "أيون".

الأيونات تحدث في كثير من الأحيان في الطبيعة (بما في ذلك الصدأ والملح) وهي ، مثل الذرات ، لبنات البناء الهامة. المزيد عن هذه يمكنك أن تقرأ في مقالة عن الأيونات.

... التي تعطي الذرة خصائصها

وبما أن إلكترونات التكافؤ هي الإلكترونات الأبعد عن القلب ، فإنها لا تتأثر بنفس قوة الإلكترونات الأخرى. لذلك ، يجلسون قليلا فضفاضة ويمكن أن تتأثر بسهولة أو تؤثر على الذرات الأخرى. وهذا يعني أن الإلكترونات التكافلية هي التي تحدد خصائص الطبقة الذرية.

فعلى سبيل المثال ، يحتوي الليثيوم على إلكترون تكافؤ واحد فقط ، ويسعده التخلص منه للوصول إلى قذائف الغاز النبيلة. هذا يعني ، على سبيل المثال ، أن الليثيوم يتفاعل بقوة مع الماء. وينطبق الشيء نفسه على الصوديوم والبوتاسيوم الذريين ، اللذان لا يمتلكان إلا إلكترون تكافؤ واحد.

حقيقة أن الأنواع الذرية التي لها نفس عدد الإلكترونات التكافلية غالباً ما تكون لها خصائص مشابهة هي قاعدة هامة يجب تذكرها.

النيوترونات

في الذرّة ، تشكل النيوترونات غير المشحونة ، إلى جانب البروتونات المشحونة إيجابيا ، النواة نفسها. إن وظيفة النيوترونات هي أنها تجعل الجاذبية قوية ، ما يسمى قوى قوية تعمل بين الجسيمات في نواة ذرية أقوى ، مما يمنع البروتونات المشحونة إيجابيا من صد بعضها البعض.

في النموذج إلى اليمين ، يتم تمييز النيوترونات بالأسهم. الرمز n هو مصطلح دولي للنيوترونات.

يتفاوت في العدد ، مما أدى إلى ظهور النظائر

دائمًا ما يكون عدد البروتونات والإلكترونات في نوع ذري معين ثابتًا ، ولكن يمكن أن يختلف عدد النيوترونات. على سبيل المثال ، تحتوي معظم ذرات الكربون على ستة نيوترونات ، لكن واحد بالمائة من جميع ذرات الكربون لديه سبعة.

كل من هذه المتغيرات لها ستة بروتونات وبالتالي فهي من نفس النوع الذري. لديهم أيضا العديد من الإلكترونات (ستة) التي تعطيهم نفس الخصائص. الشيء الوحيد الذي يميزهم هو أن البديل ذو سبعة نيوترونات أثقل إلى حد ما.

تسمى الذرات التي تختلف فقط عن طريق عدد النيوترونات النظائر. عند تسمية نظائر مختلفة من نوع ذري ، عادةً ما يجمّع المرء عدد البروتونات والنيوترونات. تسمى هذه القيمة كتلة النظير. تحتوي ذرة الكربون التي تحتوي على ستة بروتونات وستة نيوترونات على العدد الكلي 12 وتسمى ذرة كربون -12. مع التسميات الكيميائية ، وهذا مكتوب 12C. ويسمى نظير النيترون السبعة ، وفقا لنفس النظام ، لكربون 13 (فئة 13C) ، ونوع الكربون الآخر الذي هو أكثر ندرة يسمى الكربون 14 (14C).

تعيين الإجابة

ما هو الرقم الشامل الذي تعتقدونه ذرة الليثيوم التي يمثلها النموذج في بداية المقال؟

لا توجد العديد من النظائر من نوع ذري. إذا أصبح عدد النيوترونات كبيرًا جدًا أو صغيرًا جدًا ، فلن تتأقلم النواة الذرية ، ولكنها ستكسر. خلال فترة الاضمحلال ، ينبعث الإشعاع الإشعاعي ، وهو غالبا ما يكون ضارًا جدًا للكائنات الحية. ويقال إن الذرات التي تحتوي على نوى "تكسر" بسهولة تكون مشعة. ويعتبر نظير الكربون الكربونى 14 مثالا على ذلك ، مما يؤدي إلى انخفاض تركيز ذرات الكربون - 14 فى الأجسام المختلفة مع مرور الوقت عند حدوثها. من خلال فحص كمية الكربون 14 المتبقية ، على سبيل المثال ، الأحفورة ، يمكن للباحثين أن يحددوا مدة بقاء الكائن الحي الذي يعيش فيه (الطريقة تسمى طريقة الكربون - 14).

هناك أنواع أخرى من الذرات ذات نظائر مثيرة للاهتمام هي الهيدروجين. وأكثر نظائر الهيدروجين شيوعًا هو الهيدروجين -1 ، الذي تتكون نواتيته من بروتون فقط. تحتوي بعض ذرات الهيدروجين أيضًا على نيوترون وتسمى بالهيدروجين -2 (أو الديوتريوم ، والذي يأتي من الكلمة اليونانية لـ "الآخر"). وهناك أيضا تركيزات صغيرة للغاية من نظير هيدروجين ثالث مشع له بروتون واثنين من النيوترونات في النواة - الهيدروجين -3 (أو التريتيوم ، وهو ما يعني تقريبا "الثالث" في اليونانية).

تتفاعل نواتج التريتيوم والدوتريوم مع بعضها البعض في العديد من النجوم (بما في ذلك الشمس الخاصة بنا) الداخلية ، مما يؤدي إلى كميات كبيرة من الإشعاع ، بما في ذلك على شكل ضوء ، يتم إطلاقه. ومن المأمول إعادة هذه العملية على الأرض ، والتي يمكن أن تكون الحل لمشاكل الطاقة لدينا.

في الطاقة النووية الحالية ، تستخدم معظم النظائر المشعة من اليورانيوم الذري ، لأن المرء يريد الاستفادة من الإشعاع المنبعث عندما تضطر نوى اليورانيوم إلى الانهيار. في هذه العملية ، يتم تشكيل العديد من النظائر المشعة عالية من الأنواع الذرية الأخرى ، والتي يجب أن تبقى بعيدا عن البشر لملايين السنين منذ الإشعاع خطير للغاية. أيضا ، عندما يتم استخدام الأسلحة النووية ، يتم تشكيل النظائر المشعة التي يمكن أن تجعل مناطق واسعة غير صالحة للسكن.

جزيئات

في المقالة حول الذرات ، تعلمت عن كيفية بناء كل المادة تقريبًا بواسطة الذرات. لكن في العادة ، ليست الذرات الحرة هي التي تبني المادة بدون مجموعات ذرات تسمى الجزيئات.

يحتوي كل جزيء على ذرتين على الأقل (ولكن قد يحتوي على عدة مليارات من القطع). وبما أن كل ذرة صغيرة للغاية ، فإن الجزيئات تكون عادة صغيرة جدًا. وبالتالي ، فإنه من النادر التمييز بين الجزيئات الفردية في مادة بدون مجهر إلكتروني قوي.

دعونا ننظر إلى بعض الأمثلة من المواد التي يتم بناؤها من الجزيئات. مادة بسيطة جدا مثل غاز الهيدروجين الذي كان يستخدم سابقا في المناطيد كما هو غاز خفيف جدا (هذا انتهى مع ، كما اتضح أن الغاز أيضا متفجر جدا). تتكون جزيئات غاز الهيدروجين من ذرات الهيدروجين التي تجلس معا اثنين واثنين.

مثال آخر هو الماء ، والذي يتكون من جزيئات الماء. يحتوي كل جزيء من هذا القبيل على ذرة أكسجين واثنين من ذرات الهيدروجين التي تم دمجها في تشكيل تشبه الخنزير Musse.

أيضا ، الايثانول الذي يسفر عن الآثار السامة (والسامة) من المشروبات الكحولية يتكون من جزيئات. يتكون كل جزيء من الإيثانول من ذرتين من ذرات الكربون ، وست ذرات هيدروجين وذرة أكسجين واحدة.

كما ذكرنا من قبل ، هناك أيضا جزيئات كبيرة حقا. أحد الأمثلة على ذلك هو جزيئات الدنا الموجودة داخل خلايانا والتي تحمل جيناتنا. وهي تحتوي على عدة مليارات من الذرات من الكربون الذري والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والفوسفور (قد يختلف العدد الدقيق من جزيء إلى جزيء).

يظهر الشكل في الأعلى نماذج لجزيئات هذه المواد الأربعة.

قليلا عن الترابط الجزيئي (قسط)

ما يحمل جزيءًا هو نوع من الروابط الكيميائية التي تسمى الترابط الجزيئي (اسم آخر هو الرابطة التساهمية). وهو يعمل عن طريق تقسيم الذرات الموجودة في الجزيء بواسطة واحد أو أكثر من أزواج الإلكترونات (زوج إلكترون واحد هو نفس إلكترونين). يسمى هذا الزوج المشترك من الإلكترونات بالترابط ويظهر مع دفقة بين الذرات في صيغة بنيوية.

السبب في حدوث الترابط الجزيئي هو أن الطبيعة تسعى جاهدة لإعطاء ذرات الغازات النبيلة (كرر هذا في مقالة عن الإلكترونات). على سبيل المثال ، إذا نظرنا إلى ذرات الهيدروجين الموجودة في الهيدروجين ، فسيكون لهما إلكترونان في K-shell ليشبهوا الهيليوم الغازي النبيل. هذه الحالة تمكنوا من الاقتراب عن طريق السماح للإلكترونات مجموع اثنين ليكون حول نوى الذرات. ثم يمكن أن نرى أن كلا من ذرات الهيدروجين تعتقد أن لديهم إلكترونين في K-shell. هذا موضح في الصورة أدناه.

في مقطع youtube هذا ، بطريقة أكثر واقعية ، يظهر ما يحدث للإلكترونين عندما تشكل ذرتا الهيدروجين جزيء هيدروجين. في نهاية الفيلم ، يظهر كيف يمكن الجمع بين ذرات الأكسجين أو ذرات النيتروجين. يتم ذلك عن طريق قسمة زوجين وثلاثة إلكترونات ، على التوالي. ثم تحدث السندات التي تسمى روابط ثنائية وثلاثية. عادة ، هذه أقوى قليلاً من الروابط الفردية العادية ، حيث تنقسم الذرات فقط على زوج الإلكترون.

الصورة أدناه هي نموذج لجزيء الماء ويظهر كيف تقسم ذرة الأكسجين زوج الإلكترون مع كل ذرة الهيدروجين. وبهذه الطريقة ، تحصل ذرات الهيدروجين على إلكترونين في K-shell (وهي تشبه الهليوم) ، في حين تحصل ذرة الأكسجين على ثمانية إلكترونات في قوقعة L (وهي تشبه النيون). وبالتالي يمكن القول أن جميع الذرات قد تلقت قذائف الغاز النبيلة.

مخاليط

يعرف الكيميائيون اليوم الملايين من المواد المختلفة - الماء والسكر والأكسجين والمالحة ليست سوى أمثلة قليلة. لكن الحقيقة هي أن هذه الملايين من الموضوعات نادرا ما تظهر بمفردها. عادة ، يتم خلطها مع بعضها البعض. لكن ما الفرق بالضبط بين الخليط وبين المادة الصرفة؟ ما هي أنواع مختلفة من المخاليط ودعا؟ وهل من الممكن التمييز بين المواضيع التي خلطتها ذات يوم؟

ما هو المزيج؟

الكيميائيون يميزون بين المخاليط والمواد النقية. لكن ما الفرق؟ في هذه المقالة ، نحاول فرز المفاهيم.

للتعبير عن أنفسهم ، تتكون المواد النقية دائمًا من نوع واحد فقط من الجزيئات (في بعض الحالات تكون المادة حول وحدات أخرى ، على سبيل المثال الذرات الحرة). على سبيل المثال ، يتكون الماء النقي فقط من جزيئات الماء فقط ، والسكر النقي فقط من جزيئات السكر والهيليوم النقي فقط من ذرات الهليوم الحرة.

ولكن في الطبيعة ، تعتبر المواد النقية غير عادية - حيث أنه من الشائع أن تختلط المواد مع بعضها البعض بطرق مختلفة. يقال عادة أن الخليط يتكون من نوعين أو أكثر من الجزيئات أو الذرات التي تكون أكثر أو أقل من بعضها البعض.

لاحظ أنه يوجد فرق كبير بين المصطلحين "خليط" و "مركب كيميائي". يحتوي المركب الكيميائي بالتأكيد على عدة أنواع مختلفة من الذرات ، ولكن هذه العناصر مجتمعة تشكل نوعًا واحدًا من الجزيئات أو الأملاح ، وبالتالي فهي ليست مزيجًا. اقرأ المزيد عن مركب المفهوم الكيميائي هنا.

دعونا ننظر في بعض الأمثلة. يوضح الشكل أدناه نماذج لأربع حاويات مختلفة (تحمل علامة A-D) بمحتويات مختلفة. في النماذج ، تتطابق الكرات الحمراء لذرات الأكسجين والكرات الزرقاء مع ذرات النيتروجين. أي من تلك التي تحتوي على مخاليط والتي تحتوي على مواد نقية يجب علينا الآن إلقاء نظرة فاحصة عليها.

تحتوي الحاوية A على جزيئات الأكسجين (ذرتان من الأكسجين يجلسان معاً). بما أنه يحتوي على نوع واحد فقط من الجزيئات ، يجب أن يكون مادة نقية.

تحتوي الحاوية ب على جزيئات غاز النيتروجين فقط (ذرتان نيتروجين يجلسان معًا) وبالتالي فهي أيضًا مادة نقية.

كيف يتم ضبطه مع الحاوية C؟ حسنا ، في ذلك نجد كل من جزيئات الأكسجين وجزيئات غاز النيتروجين. تحتوي الحاوية C على نوعين من الجزيئات ، وهذا هو السبب في أن المحتوى عبارة عن خليط.

في الحاوية D نجد جزيئات ثاني أكسيد النيتروجين (ذرة النيتروجين التي ترتبط بذرتين من الأكسجين). لأن الحاوية فارغة لذا عندما تكون المحتويات ، كما في هذه المحتويات ، يمكن أن تكون مجرد مادة نقية. (ومع ذلك ، ثاني أكسيد النيتروجين هو مركب كيميائي لأن الجزيئات تحتوي على نوعين ذريين.)

حلول

واحدة من أكثر أنواع الخلطات شيوعًا هي الحلول الموجودة في كل مكان تقريبًا. الكثير من الأشياء المختلفة مثل زيت الطهي والعصير واللعاب وشطف الفلور والبول والنحاس وزفير الهواء كلها أمثلة على حلول مهمة من الحياة اليومية. ولكن ماذا يعني مصطلح "الحل" حقا؟ لفهم المفهوم ، يجب علينا الآن أن ننظر إلى مثال.

إذا قمت بخلط السكر بالماء ، فسوف تلاحظ أن السكر ينقسم إلى قطع أصغر لكي "يختفي" في الماء. في الواقع ، لا تختفي هذه الحقيقة - إذا كنت تتذوق المزيج ، فستظل قادرًا على الشعور بالطعم الحلو للسكر. ما يحدث هو أن جزيئات الماء تصطدم بالسكر وتقبضها بحيث تقسم نفسها إلى أصغر وحدة لها ، وهي جزيئات السكر ، وهي صغيرة جدًا بحيث لا تكون مرئية. هذا ما يسمى السكر يذوب. ما نحصل عليه هو مثال على الحل.

يحتوي المحلول على جسيمات صغيرة من مادة (أيونات أو جزيئات أو ذرات تعتمد على المادة المعنية) موزعة بالتساوي في مذيب (وهذا هو ما يسمى بالمواد الأكثر شيوعًا في الحل). تسمى المواد المشتتة في المذيبات بالمذيبات. في محلولنا لماء السكر ، يكون السكر هو المذاب والماء المذيب. وهذا ما يسمى السكر يذوب في الماء.

الماء هو مذيب شائع ومهم جدا ولكن أيضا إيثانول (يستخدم في حل الأوساخ والبقع) ، والأسيتون (يستخدم لإذابة طلاء الأظافر) ورنيش النفتا (المستخدم كمذيب في الدهانات السائلة) هي أمثلة على المذيبات المفيدة.

وهكذا ، بما أن الجزيئات في محلول موزعة بالتساوي ، فإن الحل هو خليط متجانس. في الحقيقة ، يمكنك القول أن الكلمات مترادفة. جميع المخاليط المتجانسة هي بالتالي أنواع من الحلول.

الحلول متوفرة في جميع أشكال التجميع

أحد أنواع الحلول التي لا يفكر المرء بها بشكل مباشر هي حلول للغازات. هناك أيضًا ، الجزيئات متفرقة ومتناقضة للتمييز بالعين المجردة. وهذا ما يسمى على نحو أدق لخلطات الغاز.

يمكن أيضًا إذابة الغازات في سائل - على سبيل المثال ، في الماء هناك نسبة صغيرة وصغيرة من الأكسجين ، مما يعني أن الأسماك والكائنات المائية الأخرى يمكن أن تتنفس. كما أن غاز ثاني أكسيد الكربون قابل للذوبان في الماء - فهو بالضغط على كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في الماء كرماد الصودا (ثاني أكسيد الكربون المذاب يتفاعل مع جزيئات الماء ويكوِّن جزيئات حمض الكاربونيك). لاحظ ، مع ذلك ، أن بعض أشكال ثاني أكسيد الكربون تفقس عندما يتم فتح زجاجة الصودا وأن هذه ليست جزءًا من المحلول.

وأخيرا ، هناك أيضا حلول للمعادن تسمى بالسبائك. النحاس ، الذي يستخدم في أدوات القياس ، هو سبيكة نموذجية. بل هو خليط من المعادن والنحاس والزنك ، مما يعطي السبائك الخصائص المناسبة. الصلب هو أيضا سبيكة معدنية يتم فيها ربط الحديد والكروم بالفحم. من أجل إنتاج سبيكة ، يجب على المرء أن يذوب المعادن أولاً ، ويخلطها معًا ثم يسمح للمخلوط بالتصلب - بينما تكون الطواحين في مرحلة صلبة ، فإنها لا تختلط مع بعضها البعض.

الذوبانية

بعض المواد تذوب بسهولة أكثر من غيرها في مذيب معين (مثل الماء). على سبيل المثال ، في حين أنه من الممكن حل تقريبا. يمكن حله 36 غرام من الملح في كوب واحد من الماء في درجة حرارة الغرفة تقريبا. 200 غرام من السكر في نفس حجم الماء في نفس درجة الحرارة. وهذا ما يسمى حقيقة أن المواد لها ذوبانية مختلفة.

المواد القابلة للذوبان بسهولة ، وغير قابلة للذوبان وغير قابلة للذوبان

الملح والسكر هي أمثلة للمواد التي تذوب بسهولة في الماء. وهذا ما يسمى أنها قابلة للذوبان في الماء بسهولة. المواد التي هي قابلة للذوبان بشكل لا نهائي في بعضها البعض تسمى المذيبات ، أي الإيثانول والماء هي أمثلة على. من الممكن حل كمية لا نهائية من الإيثانول في الماء والعكس صحيح. من ناحية أخرى ، يصعب حل المواد التي يصعب حلها في الماء. مثال على ذلك هو كلوريد الفضة الملح الذي لا يمكن إذابة إلا بعشرات الآلاف من الجرامات في الماء عند درجة حرارة الغرفة.

مواضيع أخرى (إلى حد كبير) لا يمكن أن تشكل أي حل مع بعضها البعض على الإطلاق. تناول الطعام والماء مثال جيد على ذلك. يقال أن زيت الطبخ غير قابل للذوبان في الماء ، أو أن الماء غير قابل للذوبان في زيت الطهي. يمكن تبسيط السبب في ذلك بسهولة بحيث تلتصق جزيئات الماء بطريقة لا تتناسب معها جزيئات زيت الطبخ.

ما يؤثر على القابلية للذوبان؟

تختلف قابلية الذوبان لمادة في مذيب معين مع درجة الحرارة ، ولكن بالضبط في أي طريقة تختلف من مادة إلى أخرى. في بعض الأحيان يزيد الذوبان مع درجة الحرارة. وهذا ينطبق ، على سبيل المثال ، على ذوبان ملح فحم الكوك والماء في الماء. من الممكن حل القليل من المالحة والمزيد من السكر في الماء الساخن أكثر من البرودة ، على الرغم من أن الفرق ليس كبيراً.

في حالات أخرى ، تقل درجة الذوبان مع درجة الحرارة. معظم الغازات هي مثال على ذلك. أي شخص لديه كوب من ماء الصنبور يقف في درجة حرارة الغرفة لبضع ساعات يعرف أن فقاعات الهواء الصغيرة تتشكل في الماء مع مرور الوقت. وذلك لأن الماء البارد يحتوي على نسبة صغيرة من النيتروجين والأكسجين المذاب عندما يتم تفريغها من الصنبور. عندما ترتفع درجة حرارة الماء إلى درجة حرارة الغرفة ، تقل قابلية ذوبان جزيئات الغاز ، التي تتجمع معًا وتشكل فقاعات صغيرة.

ل ، على وجه الخصوص ، ذوبان الغازات في السوائل ، هناك عامل آخر يلعب دورا ، وهو الضغط. كلما زاد الضغط ، كلما كان الغاز أكثر قابلية للذوبان. في زجاجة من الصودا أو المياه المعدنية ، غالباً ما يكون الضغط مرتفعاً جداً ، مما يعني أن المشروبات يمكن أن تحتوي على ثاني أكسيد الكربون المذاب جداً (وهو جزء من ثاني أكسيد الكربون الذي يشكل حمض الكربونيك). عندما يتم فتح الزجاجة ، ينخفض الضغط ولم يعد بإمكان الصودا الاحتفاظ بكافة جزيئات ثاني أكسيد الكربون التي تنهار ثم تشكل الفقاعات.

CONCENTRATION

لنفترض أننا يجب أن نذوب السكر في مذيب (على سبيل المثال ، ماء أو إيثانول). إذا تناولنا كمية كبيرة من السكر وخلطنا مع المذيب ، فإن كل لتر من المحلول المتكون يحتوي على العديد من جزيئات السكر. هذا ما يسمى الكيميائيين بأن محلول السكر يتركز.

من ناحية أخرى ، إذا أخذنا القليل من السكر إلى الحجم نفسه من السائل ، سيكون هناك عدد أقل من جزيئات السكر لكل لتر فيه. هذا يدعو الكيميائيين إلى تخفيف الحل. إذا كان لدى المرء حلاً مركزًا ، فيمكنه أيضًا تخفيفه عن طريق مزج المزيد من المذيب.

يمكن للمرء أيضا أن يجعل حلا أكثر تركيزا عن طريق خلط أكثر من المذاب. لكن هذا لا يمكن القيام به لأي فترة من الزمن. إذا حاولنا أن نذوب كمية كبيرة من السكر في الماء ، في الكأس ، سنلاحظ أن السكر يذوب في النهاية ويستقر بدلاً من ذلك على قاع الكأس. هذا لأن جزيئات الماء غير قادرة على إذابة أكثر من عدد محدد من جزيئات السكر. وبعبارة أخرى ، تم "قياس" الحل على السكر. في اللغة الكيميائية ، يسمى هذا لأن الحل أصبح مشبعًا.

لكن بتسخين الماء ، يمكننا حل المزيد من السكر فيه. هذا يعمل لأن ذوبان السكر يزيد مع درجة حرارة المذيب. ومع ذلك ، بمجرد أن يبرد الماء ، سوف تتشكل بلورات السكر على قعر الكأس ، حيث تصبح قابلية الذوبان أصغر كلما انخفضت درجة الحرارة.

الأشكال الثلاثة من المواد

يمكن العثور على جميع المواد تقريبًا في ثلاثة أشكال - الطور الصلب ، الطور السائل والطور الغازي. تسمى هذه النماذج أيضًا بأشكال أو مراحل التجميع وهي شيء نواجهه باستمرار في الحياة اليومية.

الهواء الذي تتنفسه يشمل الأكسجين في الطور الغازي. الماء الذي تشربه يتكون من الماء في الطور السائل والرصيف الذي تذهب إليه في المدرسة هو الأسفلت المكون من مواد في المرحلة الصلبة.

ولكن ما هو خاص حول هذه الأشكال من التجميع؟ دعونا ننظر إليها تحت العناوين أدناه. لكل نوع من أنواع التجميع يوجد نموذج لكيفية ظهور المادة في تلك المرحلة المعينة التي يمكن أن تنظر إلى المستوى الجزيئي. ترمز الجسيمات التي تتكون منها المادة (مع "الجسيمات" التي نعنيها ، من الآن فصاعداً ، الذرات ، الجزيئات أو الأيونات ، اعتمادًا على المادة التي هي عليها) إلى كرة زرقاء.

المرحلة الثابتة

عندما تكون المادة في مرحلة صلبة ، تكمن الجسيمات تمامًا تقريبًا (يمكن أن تهتز قليلاً) ، ومعبأة بإحكام في نمط معين - كل جزيء (أو ذرة) في مكانه المحدد. لذلك ليس من السهل جدًا ضغط مادة صلبة.

من أمثلة المواد التي تكون عادة في المرحلة الصلبة النحاس والحجر والبلاستيك.

الطور السائل

من ناحية أخرى ، فإن مادة في الطور السائل لا تتجمع معاً. تتحرك الجسيمات قليلاً عن الضوضاء ويتحدد شكل المادة إلى حد كبير باستخدام أي حاوية. ولكن لا تزال هناك بعض القوى بين كل وحدة في هذا الموضوع ، والذي يمنع الجزيئات من الطيران تماما.

تسمى مادة المرحلة السائلة سائلاً. ومن الأمثلة على ذلك المياه والبنزين وزيت الطبخ ، وكلها سوائل في الظروف العادية.

مرحلة الغاز

في المواد التي تكون في الطور الغازي (الغازات المزعومة) ، فإن الجسيمات تبقى بالكاد مجتمعة. كل وحدة مجانية في أي اتجاه تريده. لذا فهي في الهواء ، على سبيل المثال ، حيث تتحرك الجزيئات ثقوبًا في الضوضاء وتنتشر في جميع الاتجاهات. وهكذا ، يتم التحكم أيضًا في شكل الحاوية للمواد الموجودة في الطور الغازي. على عكس السوائل والمواد الصلبة ، ليس من الصعب ضغط (ضغط) مادة في الطور الغازي ، حيث توجد مسافات كبيرة نسبيا بين الجسيمات.

بلازما

بالإضافة إلى الأشكال الثلاثة للتجميع التي تتم مناقشتها عادة في الكيمياء ، هناك عدد قليل آخر يظهر في درجات حرارة وضغوط شديدة. الوحيد الذي ينبثق في السياقات اليومية هو البلازما التي تتشكل عندما يتم تزويد المادة بما يكفي من الطاقة (على سبيل المثال في شكل درجة حرارة عالية للغاية) لتتسبب في تشتيت الإلكترونات من النوى الذرية في هذه المادة وتشكيل خليط غازي من الشحنة السالبة والإيجابية. الجسيمات. في هذه الحالة تكون المسألة في الشمس ، ولكن أيضا في ضوء اللهب ، أضواء الفلورسنت وشاشات تلفزيون البلازما.

MOLECULE مستوى الحركة

متزلج يسير إلى الأمام في مسار التزلج ، ومكوك فضاء على الطريق إلى القمر ، ومياه تسير على شلال ، وكرة قدم تطير مباشرة إلى التقاطع الأيسر أو كتاب الكيمياء التي تنتقل إلى الحائط بعدك للمرة الخمسين فشلت في حل مهمة . كلها أمثلة على الأجسام المتحركة والتي - اعتمادا على سرعتها وكتلتها - لديها كمية معينة من الطاقة الحركية.

لكن الحقيقة هي أنه حتى الأجسام التي لا تزال للوهلة الأولى لا تزال كاملة - وهي مكوك فضائي في موقع الإطلاق ، تتدفق المياه إلى كأس ، كرة قدم موضوعة عند نقطة العقاب - هي في الواقع مليئة بالحركة. على الأقل إذا ذهبنا إلى المستوى الجزيئي ...

خذ الماء في الزجاج على سبيل المثال. على الرغم من أنه يبدو أنه لا يزال ، جزيئات الماء في حركة كاملة. انهم يهتزون ، تصطدم مع بعضها البعض وتدور حولها. وينطبق الشيء نفسه على جزيئات الهواء داخل كرة القدم ، والتي هي أكثر حركة. أيضا ، تتحرك ذرات المعدن في جسم المكوك الفضائي والجزيئات البلاستيكية في كرة القدم ، على الرغم من أنها أكثر هدوءا من أنفسهم وتهتز.

هنا هو مع كل هذه المسألة - الجسيمات (عادة الجزيئات) التي يتم بناؤها من هي في حركة مستمرة. يسمى مجموع الطاقة الحركية للجسيمات بالطاقة الحرارية أو الطاقة الحرارية. وليس غريبا جدا ، لأن طاقة حركة الجزيئات ترتبط ارتباطا وثيقا بدرجة حرارة المادة.

كلما ارتفعت درجة الحرارة ، كلما زادت الجسيمات. ينطبق العكس بالطبع - كلما قلت درجة حرارة الجسم ، تحركت الجسيمات الأصغر والأبطأ. يمكن للمرء أن يقول أيضا أن درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط طاقة الحركية للجسيمات.

العودة إلى الماء في الزجاج. إذا وضعناها في الثلاجة لفترة من الوقت ، فسوف تنخفض الطاقة الحركية للجزيئات ودرجة حرارتها. من ناحية أخرى ، إذا وضعناها في فرن ساخن ، ستزداد الطاقة الحركية ودرجة الحرارة.

بغض النظر عن مدى قدرة الطاقة الحركية للجسيمات (ومن ثم درجة الحرارة) ، لا يوجد حد مجموعة آمن. لكن هناك واحدة حول مدى انخفاضه (نظريا). لا يمكن أن تكون الطاقة الحركية للجسيمات إلا على الأقل من الجول ، مما يعني أنها لا تزال ثابتة تمامًا ، ثم تكون درجة الحرارة منخفضة قدر الإمكان. درجة الحرارة الدنيا المطلقة ، التي ربما كانت تسمى نقطة الصفر المطلقة ، تقارب −273.15 درجة مئوية.

ومع ذلك ، لم يسبق لأحد قياس درجة حرارة منخفضة جدًا. في الفضاء ، بين كل النجوم والكواكب والأجرام السماوية الأخرى ، تكون درجة الحرارة حوالي ثلاث درجات فوق الصفر المطلق. إنه بارد للغاية ، لكنك تمكنت من الاقتراب أكثر من المختبر هنا على الأرض - فقط بضع مئات من الألف من الدرجة!

ومن الناحية المنطقية ، يمكن فهم ما إذا كانت أدنى درجة حرارة ممكنة لها القيمة 0. لذلك ، تم إدخال مقياس درجة حرارة خاص ، والذي يستخدم في العلم ، حيث تقع نقطة الصفر المطلقة عند 0 كلفن (صفر كلفن).

مرحلة التحولات

يمكن لجميع الموضوعات تقريبا أن توجد في جميع أشكال التجميع الثلاثة. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون الماء موجودًا كجليد (مرحلة صلبة) ، سائل (طور سائل) وكبخار ماء (طور غاز). أي من أشكال المادة تعتمد على درجة حرارتها وضغطها.

في هذه المقالة سوف نرى كيف يمكن الحصول على موضوع للانتقال من نموذج تجميع إلى آخر. وهذا ما يسمى انتقالات المرحلة. قبل أن تستمر في القراءة ، قد يكون من الجيد إلقاء نظرة على ما تمت مناقشته في المقالة حول الحركات على المستوى الجزيئي.

الذوبان - من المرحلة الصلبة إلى المرحلة السائلة

لنفترض أن لدينا مكعبات ثلج - أي المياه الصلبة. كما ذكرنا سابقاً ، فإن جزيئات الماء ستجلس مع بعضها البعض في أماكن محددة في مكعبات الثلج دون تحريك الكثير. يمكن للمرء أن يقول إن طاقة حركتهم منخفضة.

ولكن إذا وضعنا مكعبات الثلج في كوب وسخنها على طبق ساخن ، فستحصل جزيئات الماء على الطاقة من الحرارة وتبدأ بالتالي في التحرك قليلاً. إذا بقينا طويلاً بما فيه الكفاية ، فسوف يكون لديهم طاقة حركية كبيرة بحيث لا يمكنهم البقاء في أماكنهم المحددة ، ولكن بدلاً من ذلك ، تحركوا المزيد من الثقوب حول الضوضاء (حتى إذا استمروا في الالتصاق معاً). ما حدث هو أن مكعبات الثلج قد ذابت وذهبت إلى مرحلة سائلة. لذلك لا يزال الماء - ولكن في شكل آخر.

كما يمكنك فهم بالتأكيد ، نحن بحاجة إلى إضافة الدفء لإذابة مادة. تسمى درجة الحرارة التي تُذوب فيها المادة بنقطة الانصهار. بالنسبة للمياه ، تكون عند 0 درجة مئوية.

الطهي - من الطور السائل إلى الطور الغازي

لنقل أننا نواصل تسخين الماء. في النهاية ، استقبلت الجزيئات الكثير من طاقة الحركة التي لا يمكنها التعامل معها على الإطلاق ، ولكنها ستترك الدورق وتنتشر في الغرفة. ما حدث هو أن الماء يغلي ويتحول إلى مرحلة غازية.

هنا أيضًا ، نحتاج إلى إضافة الحرارة. تسمى درجة الحرارة التي تغلي فيها المادة بـ "درجة الغليان". بالنسبة للماء يكون عند 100 درجة مئوية.

التبخر - الغليان تحت درجة الغليان

إذا فكرت في الأمر ، فقد لاحظت على الأرجح أن المادة يمكن أن تنتقل من الطور السائل إلى الطور الغازي حتى عند درجة حرارة أقل من نقطة الغليان. يحتوي الجو دائمًا على بخار ماء أكثر أو أقل ،

التبخر - الغليان تحت درجة الغليان

إذا فكرت في الأمر ، فقد لاحظت على الأرجح أن المادة يمكن أن تنتقل من الطور السائل إلى الطور الغازي حتى عند درجة حرارة أقل من نقطة الغليان. يحتوي الغلاف الجوي دائمًا على بخار ماء أكثر أو أقل ، والذي يتبخر من سطح التربة. على الرغم من ذلك ، نادرًا ما تصل درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية في الظروف العادية. كيف يحدث هذا؟

بعد كل شيء ، درجة حرارة السائل هي مقياس لمعدل الطاقة الحركية للجزيئات. وعلى الرغم من أن هذا لا يكفي للسماح لجميع الجزيئات الموجودة في السائل بالكسر والانتقال إلى الطور الغازي ، إلا أن بعض الجزيئات على السطح ستحصل دائمًا على طاقة كافية للتعامل مع هذا. وهكذا ، على سطح السائل ، يتم فصل الجزيئات باستمرار وترك السائل. سوف يزداد عددها إذا رفعنا درجة الحرارة. ثم يصبح متوسط طاقة الحركة أعلى ، مما يؤدي إلى المزيد من الجزيئات التي تظهر في طاقات عالية بما يكفي لجعل نفسها حرة.

عندما يترك الجزيء ذو الطاقة الحركية العالية السائل ، فإن متوسط طاقة الجزيئات المتبقية في السائل سوف ينخفض قليلا ، مما يؤدي إلى درجة حرارة سائل يتناقص عند التبخر. إذا كان لديك على الإطلاق رذاذ اليد (يتكون من الإيثانول) على يديك ، فقد عرفت هذا على الأرجح. يتبخر الإيثانول على نطاق واسع عند درجة حرارة الغرفة ، مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة.

وينطبق هذا أيضًا على الغليان - حيث تترك جزيئات الطاقة العالية السائل ، وبالتالي يكون متوسط درجة الحرارة فيه منخفضًا. إذا قمت بقياس درجة الحرارة في سائل مغلي ، فسوف تلاحظ أن درجة الحرارة تظل أقل من نقطة الغليان طوال الوقت.

التصليد - من المرحلة السائلة إلى المرحلة الصلبة

طريقة أخرى لتحويل الماء من شكل إلى آخر هي بوضع الماء السائل في الفريزر. عندما تنخفض درجة الحرارة ، تفقد الجزيئات طاقتها الحركية وتتحرك ببطء متزايد. كلما تحركوا أبطأ ، كان من الأفضل أن يلتزموا معاً ، مما يعني أنهم سوف يعودون قريباً إلى أماكنهم الخاصة. ما يحدث هنا هو أن المياه قد جمدت ، أو صمدت كما يمكنك القول ، وانتقلت من مرحلة السائل إلى مرحلة الصلبة.

عندما يحدث هذا ، يتم إعطاء الحرارة إلى المناطق المحيطة. درجة الحرارة اللازمة لهذا يحدث هو نفس نقطة انصهار المادة. في بعض الأحيان تسمى درجة الحرارة هذه نقطة التجميد.

التكثيف - من الطور الغازي إلى الطور السائل

يمكننا أيضًا تحويل بخار الماء إلى ماء سائل عن طريق خفض درجة الحرارة في غرفة أو وعاء يحتوي على الكثير من بخار الماء في (ساونا على سبيل المثال). سنلاحظ بعد ذلك أن بخار الماء يشكل قطرات ماء صغيرة على جدران الغرفة. قطرات الماء في الطور السائل. وهكذا رأينا مرحلة الانتقال من الطور الغازي إلى الطور السائل ، والذي يسمى التكثيف. يحدث هذا لأن درجة الحرارة المنخفضة تؤدي إلى الحصول على طاقة أقل للجزيئات وأخيراً لا "قادرة" على الطيران في الغرفة على جهازها الخاص. بدلا من ذلك ، تندمج في قطرات صغيرة.

أثناء التكثيف ، يتم إطلاق الحرارة إلى المناطق المحيطة. درجة الحرارة التي يحدث فيها تكثف لمادة ما هي نفس درجة غليان المادة.

التسامي - مباشر من الطور الصلب إلى الطور الغازي (أو العكس)

نوع أكثر طفيفة من الانتقال الطوري هو التسامي. يحدث هذا عندما تنتقل المادة مباشرة من الطور الصلب إلى الطور الغازي (يطلق عليه أحيانًا الانتقال الطوري في الاتجاه الآخر ، أي مباشرة من الطور الصلب إلى الطور الغازي أيضًا للتسامي). ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المادة لا يمكن أن تكون في المرحلة السائلة عند الضغط السائد ، أو أن درجة الحرارة تنخفض بسرعة أقل من نقطة الانصهار.

مثال على مادة تسامى هو ثاني أكسيد الكربون ، والذي لا يمكن أن يوجد في الطور السائل عند سماكة الهواء العادي. عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون الصلب ، فإنه لا يصبح مبتلًا ، مما يعني أن ثاني أكسيد الكربون في المرحلة الصلبة غالباً ما يطلق عليه الثلج الجاف.

عند التصعيد من الطور الصلب إلى الطور الغازي ، يتم أخذ الطاقة من البيئة ، بينما يؤدي التسامي في الاتجاه الآخر إلى إنبعاث الطاقة.

ملخص

لقد تعلمنا الآن أسماء عدة مراحل انتقالية مختلفة. في الصورة أدناه ، يمكنك الحصول على ملخص لهذه ، حيث يتم عرضه إذا تم رفع الطاقة أو إنبعاثها باستخدام سهم طاقة (مشيراً إلى نقل الطور ، يتم التقاط الطاقة ، يشير إلى أن الطاقة تنبعث من الخارج).

تذوب ونقاط الغليان

في الجدول أدناه ستجد الطهي ونقاط الانصهار لبعض المواد الشائعة. لاحظ أن هذه لا تنطبق إلا على سماكة الهواء العادية. على سبيل المثال ، يمكن أن يغلي الماء في درجات حرارة منخفضة إذا خفضنا الضغط ، كما هو موضح في هذا الفيديو.

موضوع نقطة الانصهار نقطة الغليان

Iron، Fe 1538 ° C 2862 ° C

Saline، NaCl 801 ° C 1413 ° C

الماء ، H 2 O 0 ° C 100 ° C

Ethanol، C 2 H 5 OH −114 ° C 78 ° C

الأمونيا ، NH3 −77.73 ° C -33.34 ° C

النيتروجين ، N2 −210 ° C −196 ° C

البروبان ، C3H8 −189 ° C −44 ° C

البوتان ، C4H10 −139 ° C −0.5 درجة مئوية

أساسيات الجمعيات والكيمياء

تحتوي المقالة على بعض الصيغ والنماذج ، وهو أمر مهم يمكنك تفسيره. إذا لم يكن لديك نظرة عليها - انقر فوق تحت الصيغ والنماذج الموجودة في القائمة إلى اليسار

لاحظ أن الكلمة "العنصر" لها معان مزدوجة. إلى جانب ما نمر به في هذه المقالة ، يمكن أن تعني نفس الشيء مثل النوع الذري ، والذي يمكن قراءته أكثر في نهاية المقالة حول الذرات.

أيهما؟

تتكون كل المادة في الكون من مئات الأنواع المختلفة من الذرات (ما يسمى بالسكتات الدماغية الذرية) ، والتي إما أن تجلس مع ذرات أخرى (تسمى هذه الجزيئات جزيئات) أو تكون خالية تمامًا. وبالطبع ، يمكن الجمع بين هذه الأنواع المختلفة من الذرات بمئات الطرق ، ويعرف الكيميائيون حاليًا عن عدة ملايين من المواد الكيميائية.

وللحفاظ على نوع من الترتيب في هذا العدد الهائل من الموضوعات ، يقسم الكيميائيونهم إلى مجموعتين.

- تلك التي تتكون من نوع ذري واحد فقط ، والتي تسمى العناصر ، و

- تلك التي تتكون من عدة أنواع مختلفة من الذرة ، والتي تسمى المركبات الكيميائية.

بشكل عام ، تكون المركبات الكيميائية أكثر شيوعًا من العناصر الموجودة هنا على الأرض. تخيل كيف يتم البناء مع ليغو. ليس من الممكن بناء الكثير مع نوع واحد فقط من قطع ليغو ، ولكن بمساعدة العديد من الأنواع المختلفة ، يمكنك بناء العديد من الأشياء المختلفة قدر الإمكان. في الكثير بنفس الطريقة مع الذرات.

مثال

مثال على عنصر هو الماس ، والذي يتكون في بعض الأحيان من ذرات الكربون التي تجلس معا بطريقة منتظمة جدا في بلورات كبيرة. هذا يعطي الماس صلابة وصلابة حرارية جيدة جدا. بما أن الماس يتكون من نوع واحد فقط من الذرات (ذرات الكربون) ، فيجب أن يكون عنصراً.

يمكن للفحم أيضا بناء عنصر آخر يسمى الجرافيت. هي عبارة عن مادة سوداء تتكون من ذرة من التراكيب الرقيقة التي يتم تكديسها فوق بعضها البعض ، وتحيط بها روابط ضعيفة. عن طريق خدش قطعة من الجرافيت على السطح ، يمكن للمرء بسهولة الحصول على بعض الطبقات لتخفيف ، مما يجعل الجرافيت ممتازة للاستخدام في قلم رصاص.

عنصر آخر يتكون بالكامل من ذرات الكربون هو الفحم ، الذي نستخدمه عندما نشوى. في ذلك ، تجلس ذرات الكربون معًا بطريقة غير منتظمة.

مثال آخر على أحد العناصر هو الأوزون ، وهو مرتفع في الغلاف الجوي ويحمي من أشعة الشمس الضارة. يتكون فقط من ذرات الأكسجين (لذلك فهو عنصر) ، وعلى وجه التحديد ثلاث قطع لكل جزيء.

وهناك شكل آخر من عناصر الأكسجين هو الأكسجين ، وهو المادة الموجودة في الهواء والتي نحتاج إلى استنشاقها حتى نتمكن من البقاء. وهو يتألف من جزيئات ذات ذرتين أكسجين فقط في كل منهما.

إذا نظرنا إلى المركبات الكيميائية ، فإن سكر العنب (مثل الرياضيين يأكلون للحصول على طاقة سريعة) هو مثال جيد. يتكون جزيء سكر العنب من ذرات الكربون والأكسجين والهيدروجين التي تجلس معاً في الحلقة. بما أن سكر العنب يتكون من أكثر من نوع واحد من الذرة ، فهو مركب كيميائي.

مثال آخر هو الماء ، الذي يتكون من ذرات الأكسجين والهيدروجين التي يتم دمجها في جزيئات ذات ذرتين هيدروجين و ذرة أكسجين واحدة في كل منهما. حتى ثاني أكسيد الكربون ، الذي ربما سمعت عنه في نقاش المناخ ، هو اتحاد كيميائي. يتكون من نوعين ذريين. الكربون والأكسجين.

الدائرة الدائرة

الكربون هو جزء أساسي من جميع الكائنات الحية ، ويدور في الطبيعة بطرق مختلفة. هنا سوف نمر في كيفية عمل دورة الكربون (التي تسمى أيضًا دورة الكربون).

يمكن العثور على الفحم في مجموعة متنوعة من الأشكال. يوجد في الجزيئات العضوية التي تبني جميع أشكال الحياة ، المركبات غير العضوية مثل الحجر الجيري ، وكذلك الهواء كثاني أكسيد الكربون.

يتحرك الفحم من خلال ثاني أكسيد الكربون ، والكائنات الحية ، والحجر الجيري ، والرواسب العضوية والزيوت.

التحركات الفحم بين أماكن مختلفة في الطبيعة. إذا نظرنا إلى ثاني أكسيد الكربون كنقطة انطلاق ، يمكن استخدامه من قبل النباتات ، من بين أمور أخرى ، لإنشاء جزيئات عضوية عن طريق التمثيل الضوئي. يمكن إرجاع الجزيئات العضوية إلى ثاني أكسيد الكربون عن طريق التنفس (التنفس الخلوي) ، أو التحلل أو الاحتراق. إذا لم تتكسر المادة العضوية عندما يموت الكائن الحي ، فيمكن بدلاً من ذلك دفنها تحت الأرض لملايين السنين لتشكيل أنواع الوقود الأحفوري في ظروف محددة. في الماء ، يتم إذابة ثاني أكسيد الكربون ويمكن استخدامه لعملية التمثيل الضوئي تحت الماء. ويمكن أيضا تحويلها إلى كربونات مختلفة ، وتخزينها كحجر كلسي.

لماذا الفحم مثير للاهتمام؟

الفحم كالطبقة الذرية التي هي أساس كل الجزيئات التي نشكلها و بيئتنا الحية. تحتوي جميع البروتينات والكربوهيدرات والدهون على الكربون. يحتوي كل شيء تأكله على الكربون بكميات مختلفة ، وتقوم بتكسير المواد التي أساسها الكربون للحصول على الطاقة ، وزفر ثاني أكسيد الكربون. ولثاني أكسيد الكربون أيضًا تأثيرات بعيدة المدى على بيئتنا ، والتي يمكنك قراءة المزيد عنها لاحقًا.

ثاني أكسيد الكربون و كيف يتم إنشاؤه

مع كل نفس نأخذه ، نتنفس ثاني أكسيد الكربون. تستخدم النباتات ثاني أكسيد الكربون لإجراء عملية التمثيل الضوئي وخلق السكر. وهو أيضا غاز خطير. إذا كانت المستويات في هواء التنفس مرتفعة جدًا ، يمكنك أن تموت من ذلك. إذا كانت المستويات مرتفعة للغاية في الغلاف الجوي ، فإن تأثير الاحتباس الحراري يزداد ويزداد درجة حرارة التربة.

كيف يتم إنشاء ثاني أكسيد الكربون؟

يتم إنشاء ثاني أكسيد الكربون عبر عمليتين رئيسيتين: التنفس ، والاحتراق.

يتم إنشاء ثاني أكسيد الكربون من خلال التنفس والاحتراق.

معظم الحياة التي نراها بالعين المجردة تستخدم التنفس (تنفس الخلية) مع الأكسجين لتوليد الطاقة حتى يتمكنوا من العيش. يمكن تلخيص التنفس لفترة وجيزة على أنه احتراق بطيء للجلوكوز باستخدام الأكسجين لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة الكيميائية:

C6H12O6 + 6O2⟶6CO2 + 6H2 O + kemiskenergiC6H12O6 + 6O2⟶6CO2 + 6H2 O + الطاقة الكيميائية

الجلوكوز + syrgas⟶koldioxid + ماء + مادة كيميائية syrgas⟶koldioxid الطاقة الجلوكوز + + ماء + طاقة كيميائية

إنها الطاقة الكيميائية التي تبحث عنها الكائنات الحية. نحن أنفسنا ، جميع الحيوانات ، والنباتات (نعم ، حتى النباتات) تستخدم التنفس كمصدر للطاقة الكيميائية حتى يتمكنوا من العيش. هذه العملية أيضا يخلق ثاني أكسيد الكربون ، والذي يذهب إلى الغلاف الجوي. هناك بعض الكائنات الحية التي لا تستخدم التنفس مع الأكسجين ، مثل بعض البكتيريا والأقواس ، ولكن استخدام مواد أخرى بدلا من الأكسجين ، ولكن هذا ليس له علاقة هنا. معظم الحياة العيانية (أي الأشياء التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة) تنتج بالتالي ثاني أكسيد الكربون. عندما تموت النباتات والحيوانات ، يمكن أيضا تقسيمها عن طريق البكتيريا والكائنات الحية الأخرى ، والتي من بين أشياء أخرى تخلق ثاني أكسيد الكربون.

الاحتراق هو المصدر الرئيسي الثاني لثاني أكسيد الكربون. الاحتراق يعني أن مركبات الكربون بمساعدة الأوكسجين يحترق لخلق ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة الحرارية:

مثال شائع على ذلك هو النار ، حيث يتم تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في مركبات الكربون في الخشب عن طريق الأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة الحرارية. ومن الأمثلة الأخرى احتراق الوقود الأحفوري مثل النفط والبنزين. لمزيد من المعلومات حول كيفية تغيير هذا التوازن لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، يمكنك القراءة حول عنوان التأثير المناخي للكربون.

لوقود الأحفوري هي مواد مثل النفط والغاز والفحم (وليس العنصر ، ولكن الفحم ، والفحم ، وغيرها) ويمكن أن تستخدم كوقود. تسمى الأحافير لأنها تحفر أو تضخ من الأرض. المحتوى الرئيسي هو الكربون في أشكال مختلفة ، وهذا هو السبب في أنه من المثير للاهتمام معرفة عنها في دورة الكربون.

يتم إنشاء الوقود الأحفوري من خلال بقايا من النباتات والحيوانات التي تقع تحت الأرض لملايين السنين. عندما يتم حرقها ، يتم تزويد الغلاف الجوي بغاز ثاني أكسيد الكربون.

كيف تصنع الوقود الأحفوري؟

يتم إنشاء الوقود الأحفوري (في صورتنا ممثلة بالنفط) بواسطة الأجزاء النباتية والحيوانية القديمة (التي تحتوي على الفحم) على اليابسة وتحت الماء التي لا تتحلل بشكل كامل وتعبأ تحت التربة عندما يتم ملء مواد التربة الجديدة. وبمرور الوقت ، ينتهي الأمر بهم إلى ما هو أبعد من الأرض ، ويتعرضون لدرجات الحرارة العالية والضغوط ، التي تحول أجزاء النبات والحيوان لبضعة ملايين سنة إلى نفط أو غاز أو فحم (وليس العنصر ، ولكن الوقود). وبما أن الفحم الذي يتكون من نباتات وحيوانات يتألف من تخزينه تحت الأرض ، يمكن القول إنه تم إبعاده عن دورة الكربون العادية ، ولم يعد عادًّا إلى الدورة الدموية إلى حد كبير.

ماذا يحدث عندما تحرق الوقود الأحفوري؟

عند حرق الوقود الأحفوري ، يحدث تفاعل الاحتراق ، بالطريقة نفسها كما هو موضح في مقال عن ثاني أكسيد الكربون. إذا كان أحدهم قد قطع شجرة وحرقها ، فقد أخذ الفحم الذي كان في الكتلة الحيوية وأعاده إلى الغلاف الجوي ، حيث تم إصلاحه في النهاية عن طريق التمثيل الضوئي ككتلة حيوية جديدة ، وتستمر الدورة. من ناحية أخرى ، إذا كنا نحرق الوقود الأحفوري ، فلدينا إضافة صافية لثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي ، لأن الكربون الموجود في الوقود الأحفوري كان خارج الجزء النشط من دورة الكربون لملايين السنين ، ونحن نستهلكه أسرع بكثير من إعادة بنائه. ما يحدث لثاني أكسيد الكربون الجديد الذي يتم توفيره لدورة الكربون التي نمر بها في المقالة التالية حول التأثير البيئي للكربون.

التأثير البيئي البارد

أكبر تأثير بيئي في دورة الكربون هو عبر ثاني أكسيد الكربون. إن محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يتزايد باستمرار ، وقد فعل ذلك منذ الثورة الصناعية. السبب الرئيسي لزيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي هو أننا نحرق الوقود الأحفوري.

كيف يؤثر ثاني أكسيد الكربون على البيئة؟

يؤثر ثاني أكسيد الكربون على البيئة بطريقتين رئيسيتين ؛ يزيد من درجة الحرارة العالمية عن طريق ظاهرة الاحتباس الحراري ، ويحمض محيطاتنا.

ومع ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، على سبيل المثال عن طريق احتراق الوقود الأحفوري ، فإن ذلك يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة العالمية بسبب تأثير الاحتباس الحراري. يساهم ثاني أكسيد الكربون الذي يذوب في الماء في التحمض ، مما يعني أن النباتات والحيوانات لديها مشاكل في تشكيل مقياس الجير.

ثاني أكسيد الكربون والاحتباس الحراري

تأثير ظاهرة الاحتباس الحراري هو ظاهرة تسمح لضوء الشمس بالمرور عبر الغلاف الجوي وتضرب الأرض وتحويلها إلى إشعاع حراري ، عندما تنعكس عند محاولة ترك الأرض (تفسر ببساطة) في الغلاف الجوي إلى الأرض ، التي تحتفظ بعد ذلك بمزيد من الحرارة. ثاني أكسيد الكربون هو غاز من غازات الدفيئة ، مما يعني أنه لديه القدرة على السماح لضوء الشمس من خلال ، ولكن تعكس الإشعاع الحراري. كلما ازدادت غازات الدفيئة في الغلاف الجوي ، تم إغلاق المزيد من الحرارة وتزداد درجة حرارة الأرض.

وبعبارة أخرى ، كلما زاد انبعاث ثاني أكسيد الكربون ، كلما أصبحت التربة أكثر دفئًا. إن ارتفاع درجة الحرارة العالمية بضع درجات فقط مقارنة بمستويات اليوم سوف (ويوشك على) أن يسبب دمارا كبيرا من خلال رفع مستويات البحار بسبب. ذباب قطبي ، وعواصف ، ونقص في مياه الشرب وفي مناطق مختلفة يتفاوت فيها الجفاف والفيضانات.

الحجة التي تسمع في بعض الأحيان مازحًا هي أننا في السويد يجب أن نكون سعداء بالاحترار العالمي لأنه بارد جدًا هنا. إذا تغير اتجاه الخليج (تيار بحري بمياه دافئة) ، يمكن تقليل درجة الحرارة في الشمال بشكل كبير. الاحترار العالمي هو زيادة في متوسط درجة الحرارة ، مما يعني أنه في المتوسط يصبح أكثر دفئا ، ولكن في أماكن مختلفة يمكن أن يصبح أكثر دفئا أو أكثر برودة أو لا تتغير كثيرا. الاحترار العالمي هو شيء لا نريد أن نختبره إذا كان المناخ قابلاً للتطبيق عمليًا.

ثاني أكسيد الكربون وتحمض المحيطات

التأثير الثاني لزيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون غير المعروف جيداً هو أنه يحمض المحيطات. كما هو موضح في مقال عن دورة الكربون والماء ، فإن زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون تسبب تحمض المحيطات حيث يذوب المزيد من ثاني أكسيد الكربون فيها. ﻟﻠﻤﺤﻴﻄﺎت اﻟﺤﻤﻀﻴﺔ ﻋﺪة ﺗﺄﺛﻴﺮات ﻋﻠﻰ اﻟﻨﺒﺎﺗﺎت واﻟﺤﻴﻮاﻧﺎت اﻟﺘﻲ ﺗﻌﻴ in ﻓﻴﻬﺎ ، وﻟﻜﻦ أﺣﺪ أآﺒﺮ اﻟﻤﺸﺎآﻞ هﻮ أن اﻟﻜﺎﺋﻨﺎت اﻟﺒﺤﺮﻳﺔ ﻻ ﺗﺴﺘﻄﻴﻊ إﻧﺸﺎء ﻗﻴﺎس ﺟﻴﺮي واق (CaCO3). ومن الممكن أن تعاني الكائنات الحية التي تعتمد على مقياس الجير مثل المرجان والمحار من ضرر كبير من تحمض البحر عبر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

الدائرة الدائرة

مثل الفحم ، يحتوي الأكسجين على دورة تعبر عدة مركبات كيميائية. في نموذجنا لدورة الأكسجين ، نبدأ من الأكسجين ، ونرى كيف تدور ذرات الأكسجين.

تعالج دورة الأكسجين ذرات الأكسجين من خلال الأكسجين والأوزون وثاني أكسيد الكربون والكائنات الحية ، مثل الكربونات في الماء وتترسب في القشرة الأرضية.

يمكن أن يخضع الحمض الموجود في الجو إلى ثلاثة تغييرات رئيسية. جنبا إلى جنب مع الجلوكوز ، أو غيرها من المواد البيولوجية ، يمكن استخدامه في التنفس ، حيث تستقبل الكائنات الحية الطاقة ، وخلق ثاني أكسيد الكربون والمياه كمنتجات جانبية. يمكن أن تتم العملية نفسها من خلال الاحتراق التقليدي ، مع اختلاف أن الطاقة التي يتم إنشاؤها لا يتم استخدامها كيميائيًا ، ولكنها تصبح حرارة.

التفاعل المعاكس بالضبط هو عندما يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، الماء (H2O) والطاقة الشمسية إلى الأكسجين من خلال التمثيل الضوئي ، والغلوكوز. يمكن بعد ذلك تحويل الجلوكوز إلى مركبات عضوية أخرى ، والمرتبطة بالنباتات والحيوانات والكائنات الحية الأخرى حتى يتم ترميدها أو تدهورها. قراءة المزيد حول هذا الموضوع في مقال عن الأكسجين والحياة.

يمكن أيضًا إذابة ثاني أكسيد الكربون في الماء كالكربونات من مختلف الأنواع ، والتي يمكن أن ترسب في القشرة الأرضية.

رد فعل آخر يمكن أن يخضع له الأكسجين هو تفاعل كيميائي ضوئي (تفاعل يبدأ ويتم الحفاظ عليه بالضوء) ، حيث يتم تحويل الأكسجين إلى الأوزون (O3). يتم إنشاء الأوزون عاليا في الغلاف الجوي ويحمي من الأشعة فوق البنفسجية الخطرة ، والتي يمكن قراءتها أكثر في مقالاتنا الأخرى. يتحلل الأوزون إلى أكسجين من تلقاء نفسه ، وعندما يمتص الأشعة فوق البنفسجية الضارة من أشعة الشمس. قراءة المزيد حول هذا الموضوع في مقالة عن الأوزون.

آخر طريقة رئيسية للأكسجين مأخوذة من الغلاف الجوي هي من خلال أكسدة المعادن. أحد الأمثلة الشائعة لهذا النوع من التفاعل هو الحديد الذي ترك في الهواء الطلق. بمساعدة الأكسجين والماء ، يتأكسد الحديد ويصبح أكسيد الحديد (الصدأ) ، الذي هو في / على قشرة الأرض اعتمادا على الفترة الزمنية. لا تتأكسد المواد المؤكسدة دائمًا دائمًا ، ولكن العديد من الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تقللها مرة أخرى لاستخراج الطاقة أو دفع عملية الأيض ، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين إلى الغلاف الجوي مرة أخرى.

استقرار دورة الأكسجين

ترتبط دورات الأكسجين جزئياً بدورة الكربون ، حيث أن عملية التمثيل الضوئي والتنفس تستهلك أو تخلق ثاني أكسيد الكربون. مع زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون بسبب الاحتراق ، سوف يزداد التمثيل الضوئي بشكل طفيف في المستقبل ، ولكنه لن يؤثر بشكل كبير على محتوى الأكسجين ، لأن الأكسجين الذي استهلكناه أثناء الاحتراق يتم إرجاعه عن طريق التمثيل الضوئي.

دورة الحمضية والمشاكل البيئية

مشكلة بيئية مرتبطة بدورة الأوكسجين هي تكوين الأوزون. خلال الستينات حتى التسعينات ، استخدم البشر مواد تسمى مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFCs) ، والتي تعرف أكثر باسم الفريون ، والتي تحلل الأوزون الوقائي في الغلاف الجوي. قراءة المزيد حول هذا الموضوع في مقالة عن الأوزون.

معادننا

ما المعادن التي استخدمتها اليوم؟ ربما استيقظت هذا الصباح لأن الهاتف أو ساعة المنبه رن. في كلا ، هناك كميات من المعادن المختلفة. ذهبت وترتدي. ربما تكون هناك أزرار أو سحابات من المعادن في ملابسك. في منزلك توجد معادن في الكابلات الكهربائية ومواد البناء وغيرها. كنت أكل الإفطار ، وربما تستخدم سكين أو شوكة أو ملعقة من المعدن. وهكذا ، وهلم جرا ...

يكاد يكون من المستحيل تخيل حياة بدون معادن. لكننا نحتاج إلى استخدام المعادن بطريقة مستدامة.

المعادن والسبائك

المعادن هي مجموعة كبيرة من العناصر التي تجري الكهرباء والحرارة بشكل جيد. لديهم أيضا بريق معدني نموذجي. توجد في مجموعة متنوعة من المركبات ، بما في ذلك الصخور. إذا كان الصخر أو المعدن يحتوي على الكثير من المعدن الذي يدفعه لكسره ، فإنه يسمى الخام.

يمكن أن تحتوي المركبات المعدنية على العديد من الخصائص المختلفة. لكن هناك بعض الأشياء المشتركة بين المعادن النقية: فهي تشرق وتؤدي الحرارة والكهرباء بشكل جيد. العديد من المعادن مهمة جدا بالنسبة لنا. يمكننا تصنيع الإلكترونيات والأدوات والآلات وبناء الجسور وناطحات السحاب منها. إذا لم يكن لدينا معادن ، فسوف نعيش في العصر الحجري.

يمكنك تقسيم المعادن إلى مجموعات ذات خصائص مختلفة. المعادن الحديد هي الحديد والكوبالت والنيكل. المعادن الثمينة هي الذهب والفضة والبلاتين ، وبعضها نادر ونادر.

المعادن الثقيلة هي النحاس والزنك والزئبق والرصاص والكادميوم واليورانيوم وغيرها. العديد من المعادن الثقيلة سامة. المعادن الهامة الأخرى هي الألومنيوم والمغنيسيوم والكروم والتيتانيوم والقصدير. عدد كبير من المعادن مهمة في السبائك.

سبائك

السبيكة هي خليط من معدن واحد على الأقل وعناصر مختلفة من السبائك (وهي عادة المعادن نفسها). السبائك هي عبارة عن حلول صلبة. على سبيل المثال ، غالباً ما تكون المجوهرات الذهبية مصنوعة من سبيكة بين الذهب والنحاس. يصبح الذهب الخالص أكثر نعومة للاستخدام في المجوهرات.

في أغلب الأحيان ، تكون السبائك عبارة عن معادن تحصل على إضافات صغيرة ، والتي تغير خصائص المعادن. على سبيل المثال ، الحديد مع الكثير من الكربون والكروم والنيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ. النحاس مع القصدير في البرونز.

خامة

الركاز عبارة عن صخرة أو معدن موجود في الطبيعة ويحتوي على الكثير من المعادن أو المعادن التي يمكن كسرها. وبالتالي ، فإن خام الحديد هو معدن أو حجر يحتوي على كمية كبيرة من الحديد بحيث يكون من المفيد فصل الحديد عن الحجر بطرق مختلفة وبالتالي جعل الحديد المعدني.

غالبا ما يتم كسر خام في مناجم تحت الأرض. هناك أيضا ما يسمى بألغام الحفر المفتوحة التي تشبه حفر الحصى الكبيرة حيث تكسر الخام فوق الأرض. اليوم ، في السويد ، يتم استخراج خام الحديد في المناجم في كيرونا و Malmberget وخام النحاس في حفرة مفتوحة خارج جاليفاري. يمكن للمرء أن يظن أن جسم الخامة دائمًا ما يذهب مباشرةً (عموديًا) عدة كيلومترات على الأرض. في كيرونا ليس كذلك. هناك ، يمكن تشبيه جسم خام شريحة الخبز العملاقة التي تنحدر بشكل غير مباشر أسفل وسط المدينة. عندما ينكسر أحدهم في نهاية المطاف أسفل المدينة ، هناك خطر من حدوث تشققات قد تتسبب في انهيار المباني. من أجل مواصلة التعدين ، يجري تنفيذ مشروع كبير لنقل جزء من المدينة على بعد بضعة كيلومترات إلى موقع آخر.

وكما ترون من الصورة أعلاه ، فإن الألغام غالباً ما تتضمن تدخلات بيئية رئيسية. إنه تحد لتحطيم صناعة التعدين ، على سبيل المثال ، المعادن بطريقة مستدامة.

استخدام المعادن

يتم استخدام المعادن لكثير من الأشياء المختلفة. تم العثور على الفولاذ المصنوع من خام الحديد في ، على سبيل المثال ، المباني والآلات والأدوات. يستخدم النحاس ، على سبيل المثال ، لتوصيل الكهرباء. النحاس مع الذهب يمكنك أيضا العثور على هاتفك المحمول. يمكن استخدام الزنك كحماية من الصدأ والأدوية. الرصاص متوفر في بطاريات السيارات وفي المعدات الوقائية لمناولة المواد المشعة.

في المحمول ، المعادن هي الذهب والفضة والبلاديوم والبلاتين والألومنيوم والنحاس. بالإضافة إلى ذلك ، هناك العديد من المعادن من مجموعة الأرض النادرة. كما يوحي الاسم ، يصعب إنتاج هذه المعادن.

ومع ذلك ، فإن المعادن هي مورد محدود ويجعل إعادة التدوير مهمة للاستخدام المستدام. اليوم يتم إعادة تدوير الكثير من المعادن. في عام 2016 ، تم إعادة تدوير 77.5 في المائة من العبوات المعدنية في السويد

ملخص

معادننا

المعادن هي مجموعة كبيرة من العناصر التي تجري الكهرباء والحرارة بشكل جيد. لديهم أيضا بريق معدني نموذجي.

السبيكة هي خليط من معدن واحد على الأقل وعناصر مختلفة من السبائك (وهي عادة المعادن نفسها). الصلب هو سبيكة مهمة.

الركاز عبارة عن صخرة أو معدن موجود في الطبيعة ويحتوي على الكثير من المعادن أو المعادن التي يمكن كسرها.

لكي يكون استخدامنا للمعادن مستدامًا ، يجب أن يكون الإنتاج - من المنجم إلى المنتج النهائي - مستدامًا. كما أنه من الجيد إعادة تدوير الأشياء المعدنية وإعادة تدوير المعادن.

ملخص

الألومنيوم والحديد والنحاس والزنك

الألومنيوم (Al) هو معدن أبيض فضي فاتح. وهو المعدن الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية وهو جزء من العديد من المعادن والصخور. يتم إنتاج الألومنيوم من البوكسيت الصخري ، والذي يتطلب الكثير من الطاقة. لذلك ، من المستحسن إعادة تدوير المعدن.

تستخدم سبائك الألومنيوم في المباني والطائرات والزوارق وقطع غيار السيارات والتعبئة والتغليف.

الحديد (الحديد) هو عنصر والأكثر شيوعا من جميع المعادن. يمكنك العثور على خام الحديد (الصخور بالحديد 1) في العديد من الأماكن في القشرة الأرضية. النواة الداخلية للأرض تتكون من الحديد.

يوجد الحديد أيضا في البروتين الذي ينقل الأوكسجين إلى الدم. يسمى هذا البروتين الهيموجلوبين ويوجد في خلايا الدم الحمراء.

فرن الصهر هو النبات الذي ينتج الحديد الخام (الحديد الخنزير) من خام الحديد (أكسيد الحديد ، Fe 3 O 4).

الصلب هو خليط من الحديد (الحديد) والكربون (C). الصلب هو أهم المواد المعدنية لدينا ويستخدم في العديد من السياقات ، على سبيل المثال في المباني.

النحاس (النحاس) هو المعدن الذي لديه نقطة انصهار منخفضة. فمن السهل أن تذوب من الصخور وسهلة القالب من خلال الصب. لذلك ، كان النحاس أول معدن عرفه الإنسان لاستخدامه في الأدوات والأسلحة.

البرونز هو سبيكة بين النحاس و (عادة) القصدير (Sn). النحاس هو سبيكة بين النحاس والزنك (Zn). كلا السبائك صفراء لأن النحاس أصفر.

يستخدم الزنك (Zn) كعلاج سطحي للحديد والصلب عن طريق غمر المعادن في الزنك المنصهر.

المحمول والمعادن

يحتوي الهاتف المحمول العادي على 60 موضوعًا مختلفًا. المعادن المستخدمة ، على سبيل المثال ، الذهب (الاتحاد الافريقي) ، والفضة (حج) ، والنحاس (النحاس) ، والكوبالت (المشارك) والبلاديوم (Pd).

لا توجد كميات كثيرة من كل معدن في الجوال. كمية الذهب عادة ما تكون 20-25 ملليغرام. كمية البلاديوم حوالي 10 ملليغرام. ولكن إذا اعتقد المرء أنه يبيع أكثر من مليار هاتف محمول في العالم سنوياً ، يدرك المرء أنه سيكون هناك كميات كبيرة من المعدن المستخدم.

كثير من المعادن في الهاتف المحمول مكلفة للغاية ومتاحة بكميات محدودة فقط. نظرًا لأن العديد منا يعامل هواتفنا الجوالة باعتبارها تآكلًا ، فإنه ينتهي بهم إلى نفايات ، بالإضافة إلى المعادن التي تحتوي عليها. لكنها نفايات قيمة للغاية: حيث يحتوي طن واحد من لوحات الدارات الكهربائية على 250 جرامًا من الذهب. مقارنة مع ذلك طن واحد من المعدن الخام من منجم الذهب إنتاجية للغاية فقط 5 غرامات من الذهب.

وبالتالي فإن إعادة تدوير الذهب والمواد الأخرى من الهواتف المحمولة يمثل خطوة مهمة نحو الاستخدام المستدام للموارد.

من خلال التعدين الكويكب هو عملية استخراج المواد الخام من الكويكبات والكواكب الأخرى ، بما في ذلك الأجسام الترابية.

معظم هذه الأجرام السماوية تتكون من حجر ، ولكن بعضها يحتوي أيضاً على جليد ، H2O (s). تحتوي بعض الكويكبات على مواد حديدية أو معادن أخرى على السطح وقد تصبح مثيرة للاهتمام في المستقبل. يعتقد أن بعض الكويكبات غنية بالعديد من المعادن النادرة المستخدمة في الهواتف النقالة وغيرها من المنتجات الإلكترونية. في هذه الحالة ، هذا يعني أنه إذا نفدت المعادن النادرة من الأرض ، فيمكننا استخدام الأجسام في الفضاء.

هذا حتى الآن لا يوجد واقع. ومع ذلك ، فقد بدأت العديد من الشركات والدول في مشاريع بحثية سواء فيما يتعلق بالاختراق الفعلي وما إذا كان مربحًا اقتصاديًا.

إعادة تدوير الخردة الإلكترونية

في العقود الأخيرة ، كانت التطورات التكنولوجية سريعة ، في حين أن المزيد والمزيد من الناس على الأرض جعلوها أفضل من الناحية المالية. إنه شيء إيجابي بالطبع. ولكن على وجه التحديد أننا نأتي أكثر فأكثر ، وأن التكنولوجيا تتطور بسرعة ، وهذا يعني أيضًا أننا نستهلك ونرمي المزيد من الأشياء. الخردة الإلكترونية هي نوع النفايات التي تنمو أسرع في العالم.

قرر الاتحاد الأوروبي أن تقوم الدول الأعضاء بجمع ما لا يقل عن 85 في المائة من النفايات الإلكترونية وأن 50 إلى 75 في المائة على الأقل ينبغي إعادة تدويرها. تنطبق القواعد من حيث المبدأ على جميع النفايات الإلكترونية.

ليس فقط الهواتف المحمولة التي تحتوي على مواد مكلفة ونادرة مثل المعادن المختلفة. توجد مواد نادرة في معظم المنتجات الإلكترونية الأخرى. من الأمثلة على ذلك الغاليوم (Ga) المستخدم في مصابيح LED ، والرقائق الميكروية والخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة. في العقود القادمة ، من المتوقع أن تكون حاجة الغاليوم من خمسة إلى ستة أضعاف حجم اليوم. الغاليوم معدن نادر ويحدث فقط في المركبات ، مما يجعل الاستخراج معقدًا ومكلفًا.

في معظم الحالات ، يعتبر إعادة التدوير بديلاً أكثر كفاءة وأرخص من الإنتاج الجديد. عند إعادة التدوير ، يتم استخدام جزء صغير فقط من الطاقة اللازمة لاستخلاص معادن نادرة مثل الغاليوم.

خردة

الخردة هي بقايا مواد معينة ، لا سيما المعادن ، ولكن أيضا مثل المطاط والبلاستيك. عندما يتم استخدام سيارة أو منتج آخر ، ستكون خردة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك بعض الخردة عند صنع السيارة ، على سبيل المثال ، الانسكابات عند الدوران والحفر.

يمكن إعادة تدوير الكثير من الخردة. الخردة التي لا يمكن إعادة تدويرها أو تدميرها تذهب إلى مدافن النفايات ، بمعنى أنها مخزنة في منشأة نفايات.

يتم إرسال الكثير من النفايات الخطرة بيئياً ، مثل الخردة الإلكترونية ، من البلدان الغنية إلى البلدان الفقيرة لأنها أرخص من العناية بالخردة في بلدها. ومع ذلك ، فإن هذا يحدث في بعض البلدان الفقيرة حيث يتم التخلص من الخردة الإلكترونية في المدافن المفتوحة حيث يمكن للمواد الخطرة أن تدخل بسهولة إلى البيئة. كثير من الناس يخاطرون بحياتهم من خلال البحث عن المواد التي يمكن إعادة تدويرها على مدافن النفايات.

ملخص

المعادن في الهواتف النقالة والخردة الإلكترونية

توجد مواد نادرة في معظم المنتجات الإلكترونية الأخرى. من الأمثلة على ذلك الغاليوم (Ga) المستخدم في مصابيح LED ، والرقائق الميكروية والخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة.

الخردة الإلكترونية هي نوع النفايات التي تنمو أسرع في العالم.

الموارد الطبيعية للأرض

نحن نستخدم كميات كبيرة من الموارد الطبيعية. بعض الموارد محدودة ، مما يعني أنها متوفرة بكميات محدودة فقط. عندما ينفدون ، فإنهم انتهوا. الموارد مثل الفحم والنفط والمعادن والمعادن من مختلف الأنواع هي موارد محدودة.

نحن نستخدم أيضا الموارد الطبيعية المتجددة. الموارد المتجددة هي كل شيء يعيش وينمو - والذي يتم تجديده - على الأرض وفي البحر. طالما كان الإنسان موجودًا ، قدمت لنا الموارد الطبيعية المتجددة الطعام والملبس والخشب ومواد البناء والمزيد. المشكلة هي أننا نحن البشر أصبحنا أكثر فأكثر ونحتاج إلى المزيد والمزيد من الموارد الطبيعية.

استهلاكنا واستخدامنا للموارد غير مستدام. يقوم WWF WWF بعمل حسابات سنوية لاستهلاك الموارد البشرية. باستخدام البصمة البيئية ، يمكن للمرء وصف استخدام الموارد البشرية من قبل البشرية. توضح البصمة البيئية مدى حاجة مساحة الأرض وسطح البحر لإنتاج الغذاء والمسكن والطاقة والنقل ورعاية النفايات والانبعاثات.

واليوم ، يتطابق مجموع البصمات البيئية لجميع الناس مع الكرة الأرضية ونصف الكرة الأرضية. إنها تضاعف منذ عام 1966. إذا كان سكان الأرض بأسرها يعيشون كما نفعل في السويد ، فإنها ستحتاج إلى ثلاثة كرات أرضية!

العديد من البلدان في العالم لديها في السنوات الأخيرة تنمية اقتصادية قوية. عندما تصبح أجزاء كبيرة من السكان في البلدان ذات الكثافة السكانية كالصين والهند والبرازيل تعمل على تحسين الاقتصاد ، فإنهم يريدون ذلك على أنه جيد مثل الناس في الجزء الغني من العالم. انهم يريدون التلفزيون والسيارة ، والبقاء على خير وأكل جيدا.

لا توجد حجج مستدامة لأنه لا ينبغي على الجميع التمتع بنفس مستوى المعيشة الذي نعيش فيه ، على سبيل المثال ، في السويد. وبالنظر إلى أن موارد الأرض تستهلك بالفعل بمعدل مرتفع للغاية ، فإن المشاكل المتعلقة بالتلوث البيئي ، على سبيل المثال ، قد تتزايد بشكل كبير.

زيادة الوعي البيئي

تنتمي موارد الأرض إلينا جميعًا. لا يمكننا فقط استهلاك المزيد من الموارد وفي الوقت نفسه رمي الرفات كقمامة. يجب أن نتعلم أن نرى القمامة كمورد. وفوق كل شيء ، عاشنا في الجزء الغني من العالم كما لو كانت هناك مواد خام غير محدودة ، كما لو أن الطبيعة يمكن أن تحصل على أكبر قدر ممكن من النفايات. يجب علينا مراجعة أسلوب حياتنا الذي أدى إلى هذا الانفجار الاستهلاكي الضخم.

عندما بدأت بعض المواد الخام في التدهور ، بدأنا نبحث عن بدائل أخرى. مصلحة اليوم كبيرة لكيفية إعادة استخدام المنتجات وتقليل استهلاك المواد الخام.

على سبيل المثال ، في صناعة السيارات ، يتم إنتاج جميع السيارات الموفرة للطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إعادة استخدام قطع غيار السيارات أو إعادة تدويرها عندما يحين وقت تخريدها.

التنمية المستدامة هي مفهوم يريد المزيد والمزيد من البلدان أن يسعى لتحقيقه. يجب أن نتحسن بسرعة في إيجاد سبل العيش المستدام.

ما هي التنمية المستدامة؟

تعني التنمية المستدامة أن المجتمع يعمل بطريقة تجعل الأصول كافية للناس في المستقبل. هذا يعني ، من ناحية ، أن الشخص لا يستخدم الطبيعة أكثر مما يمكن أن يتحمله ، وجزئيا أن الأصول يتم توزيعها بشكل عادل.

يقال أن الاستدامة تتكون من ثلاثة أجزاء متصلة:

الاستدامة الإيكولوجية - كيف يمكن أن يكون النظام البيئي للأرض قادراً على العمل على المدى الطويل بحيث يتم ، على سبيل المثال ، ضمان إنتاج الغذاء والطاقة ، والحصول على مياه نظيفة ومناخ مستقر؟

الاستدامة الاجتماعية - كيف يمكن بناء مجتمع مستقر طويل الأجل يلبي الاحتياجات والحقوق الإنسانية الأساسية؟

الاستدامة الاقتصادية - كيفية مكافحة الفقر حتى يتمكن الجميع من تحمل احتياجاتهم الأساسية. كيف يمكن استخدام الموارد البشرية والمادية على المدى الطويل؟

ما تم تضمينه في هذه المجالات الثلاثة - الاستدامة البيئية والاقتصادية والاجتماعية - غير محدد وتحدث العديد من التفسيرات والآراء بين مختلف البلدان والباحثين والمؤسسات.