^^^ -- __ الكيمياء الفيزيائية __--^^^

هي علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والأشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد . ولقد وضع العالم الروسي ميخائيل لومونوسوف أول كتاب جامعي في الكيمياء الفيزيائية .

التحريك الحراري الكيميائي - الحركية الكيميائية - الكيمياء الكمومية - الميكانيكا الإحصائية - الكيمياء الكهربائية - كيمياء السطوح - كيمياء الجسم الصلب - المطيافية
الاتزان الكيميائي
يمكن التعرف على ظاهرة الاتزان من الظواهر الطبيعية الآتية
-دورة الأكسجين:
تظل نسبة الأكسجين ثابتة في الهواء رغم استهلاكه في عمليات التنفس و الاحتراق لأن النباتات تنتجه في عملية البناء الضوئي
-دورة ثاني أكسيد الكربون :
ينتج من عمليات التنفس ثم تستهلكه النباتات في عملية البناء الضوئي
-دورة النيتروجين:
تستهلكه الكائنات في صورة نشادر أو نترات أو بروتينات و عند موت هذه الكائنات تتحلل فيعود النيتروجين إلى التربة أو الهواء
-دورة الماء :
الماء المتصاعد إلى طبقات الجو العليا في صورة بخار يعود ثانية على هيئة مطر كما تستهلكه الكائنات في عمليات التغذية و يعود ثانية في عمليات الإخراج
الاتزان في جسم الإنسان
1- ثبات نسبة السكر في الدم : حيث تبلغ هذه النسبة في دم الإنسان من 80 : 120 مليجرام /100سم3
علل ثبات نسبة السكر في دم الإنسان ؟
لأنه إذا زادت نسبة سكر الجلوكوز في الدم عن المعدل الطبيعي يتم تخزين الزائد على هيئة نشا حيواني
(جليكوجين ) في الكبد و العضلات و إذا قلت نسبته يتحول النشا الحيواني إلى سكر جلوكوز مرة أخرى [جلوكوز======= نشا حيواني ]
2- ثبات نسبة بعض العناصر مثل الكالسيوم و الفوسفور:
تبلغ نسبة وجودهما في البلازما و السائل بين الخلوي من36 :40مليجرام /100سم3
علل ثبات نسبة بعض العناصر في الدم مثل الكالسيوم و الفوسفور ؟
لأنه إذا زادت نسبة الكالسيوم أو الفوسفور في الدم تنشط عملية تكوين العظام و إذا قلت النسبة تتحلل العظام لتعويض النقص في نسبة الكالسيوم أو الفوسفور
علل يصاب الانسان أحيانا بلين العظام و هشاشتها و أمراض الأسنان ؟
بسبب نقص نسبة الكالسيوم في الجسم فتتحلل العظام لتعويض النقص في نسبة الكالسيوم
علل ينصح الأم المرضعة ( أو الأطفال ) بتناول البيض و اللبن ؟
لأنها مواد غنية بالكالسيوم فعند تناولها تزداد نسبة الكالسيوم في الدم فتنشط عملية تكوين العظام
الاتزان في المحلول المشبع
عند إضافة قليل من برمنجنات البوتاسيوم KmnO4 الصلبة إلى قليل من الماء في زجاجة ساعة و التحريك تذوب البرمنجنات و يصبح لون المحلول أرجواني و باستمرار إضافة ملح البرمنجنات يزداد اللون الارجواني إلى أن يصل المحلول إلى حد لا يستطيع بعده أن يذيب المزيد من البرمنجنات الصلبة فتترسب في القاع و بذلك يكون المحلول قد وصل إلى حالة التشبع .و هنا يبدو لنا أن النظام قد وصل إلى حالة السكون و أن قيم تركيز المواد أصبحت ثابتة على المستوى المرئي و لكن المستوى غير المرئي فإن عدد من جزيئات برمنجنات البوتاسيوم الصلبة تذوب في الماء و في الوقت نفسه تترسب جزيئات أخرى من المحلول بنفس السرعة .
أي أنه عند تشبع المحلول نحصل على حالة من الاتزان بين عملية الذوبان و عملية الترسيب
الاتزان في الماء عند تسخينه في إناء مغلق
عند وضع كمية من الماء في إناء مغلق على موقد تحدث عمليتين متعاكستين هما التبخير و التكثيف ففي بداية التسخين يكون معدل التبخير هو السائد و يصحبه زيادة في الضغط البخاري و يستمر التبخير حتى يتساوى الضغط البخاري مع ضغط بخار الماء المشبع و عندئذ تحدث حالة اتزان بين سرعة التبخير و سرعة التكثيف و يتساوى عدد جزيئات الماء التي تتبخر مع عدد الجزيئات التي تتكثف
-الضغط البخاري:
هو ضغط بخار الماء الموجود في الهواء عند درجة حرارة معينة
-ضغط بخار الماء المشبع :
هو أقصى ضغط لبخار الماء يمكن أن يتواجد في الهواء عند درجة حرارة معينة
عندما يكون الضغط البخاري مساويا لضغط بخار الماء المشبع نحصل على حالة من الاتزان بين عمليتي التكثيف و التبخير
النظام المتزن :
هو نظام ساكن على المستوى المرئي و نظام ديناميكي على المستوى غير المرئي
حالة الاتزان :
هي الحالة التي تكون فيها الخواص المنظورة و الملموسة للنظام ثابتة لا تتغير

ملاحظة :
الوصول إلى حالة الاتزان لا تعني توقف التغير في الاتجاهين الطردي و العكسي .. و لكن حدوثهما مستمر في كلا الاتجاهين بنفس المعدل
الاتزان في التفاعلات الكيميائية
التفاعلات التامة ( غير الانعكاسية )
* هي التفاعلات التي تسير في اتجاه واحد فقط و هو اتجاه تكوين النواتج ( الاتجاه الطردي(
حيث لا تتفاعل النواتج مع بعضها مرة أخرى لتكوين المواد المتفاعلة تحت نفس الظروف
لخروج أحد النواتج من حيز التفاعل على هيئة غاز أو راسب
أمثلة
NaCl+AgNO3 ----------> NaNO3 + AgCl

Mg+2HCl ----------> MgCl2 + H2

CuCO3 -----------> CuO + CO2

Cu(NO3)2------------> CuO + NO2+ O2
*علل الانحلال الحراري لكربونات النحاس تفاعل تام ؟
ملاحظة :
التفاعلات التامة لا يحدث فيه حالة اتزان
التفاعلات الانعكاسية ( غير التامة )
*هي تفاعلات تسير في الاتجاهين الطردي و العكسي حيث توجد النواتج و المتفاعلات في حيز التفاعل
مثال
تفاعل الكحول الإيثيلي C2H5OH مع حمض الأسيتيك CH3COOH لتكوين استر أسيتات الإيثيل CH3COOC2H5

C2H5OH ========= CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH +

* يلاحظ أن صبغة عباد الشمس تتلون باللون الأحمر عند وضعها في الإناء الذي يتم فيه التفاعل رغم أن المواد الناتجة ( استر أسينات الاثيل و الماء ) متعادلة التأثير على عباد الشمس ( علل(
لأن التفاعل انعكاسي و هذا يعني وجود النواتج و المتفاعلات في حيز التفاعل فتتلون صبغة عباد الشمس باللون الأحمر لوجود حمض الأسيتيك في حيز التفاعل

ملاحظة :
هذا النوع من التفاعلات يحدث في اتزان بين المتفاعلات و النواتج لوجود كل منهما في حيز التفاعل

الاتزان الكيميائي
هو نظام ديناميكي يحدث عندما يتساوى معدل التفاعل الطردي ع معدل التفاعل العكسي عند ثبات تركيز المتفاعلات و النواتج و تحت ظروف واحدة من الضغط و درجة الحرارة ( و يحدث في التفاعلات الانعكاسية (
بين نوع التفاعلات الآتية
1- NaOH(L) +HCl(L) = NaCl(L) + H2O(L)
2- AgNO3(aq)+BaCl2(aq) = Ba(NO3)2(aq) +AgCl(s)
3- CO(g) + H2O(g) = CO2(g)+ H2(g) في إناء مغلق
4- CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) في إناء مغلق

الاتزان الكيميائي الديناميكي
تعريف:
حالة النظام عندما تثبت تركيزات المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، وبالتالي تكون سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي.
ولكي يصل أي نظام للاتزان الكيميائي الديناميكي يشترط فيه ما يلي:
(1) وجود تفاعلين متعاكسين.
(2) عند حدوث الاتزان يظل التفاعلان الطردي والعكسي جاريين وبنفس السرعة.
(3) يؤدي أي تغيير في اتزان النظام, كالتغير في درجة الحرارة أو التركيز أو الضغط إلى الإخلال بالاتزان.
خواص الاتزان الكيميائي الديناميكي:
يمكننا تلخيص المبادئ والخواص المتعلقة بالاتزان الكيميائي فيما يلي:
1) أن الاتزان هو حالة تكون عندها خواص المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن.
2) الاتزان الكيميائي ذو طبيعة ديناميكية (نشط),إذ إنه على الرغم من أن تركيز المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل لا يتغير مع مرور الزمن عند حالة الاتزان, إلا أن التفاعل لا يتوقف, بل يسير في اتجاهين متعاكسين وبسرعة واحدة.
3) إن التفاعلات الكيميائية تتجه تلقائياً نحو تحقيق الاتزان.
4) إن خواص المجموعة عند الاتزان ثابتة في الظروف المعينة, ولا تعتمد على المسار الذي سلكته المجموعة لتصل إلى حالة الاتزان.
5) إذا اختل الاتزان بفعل مؤثر خارجي, فإن المجموعة تغير من خواصها بحيث تعاكس فعل المؤثر الخارجي, وتقلل من أثره ما أمكن, وتعود إلى حالة الاتزان.
6) ثابت الاتزان هو طريقة لوصف المجموعة عند حالة الاتزان, ويعتمد على خواص المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل ودرجة الحرارة.

MaSTeR