بسم الله الرحمن الرحيم

الفصل الأول

علم الكيمياء :

       يعنى علم الكيمياء بدراسة المادة من ناحية تركيبها وتحولاتها وتفاعلاتها وخوصها المختلفة .

       ومن أهم ما يتميز به علم الكيمياء الحديث اهتمامه بالصفة المتبادلة بين المادة والطاقة وإثبات هذه الصلة بشكل تجريبي والاستفادة منها في كشف بعض الظواهر .

المادة :

       المادة هي كل ما يشغل حيز من الفراغ وله كتلة ، ويمكن القول بأنه كل ما تتأثر به حواسنا أو يكون مصدراً لما يثيرها وحتى ندرك مفهوم المادة بشكل أعمق لابد من دراسة خواص المادة المختلفة لتحقيق المطلوب .

       وتجدر الإشارة إلى أن المادة والطاقة عبارة عن وجهين لعملة واحدة ، فالمادة يمكن أن تتحول إلى طاقة ، فعملية احتراق الفحم يتحول فيها الفحم إلى مكونات أخرى هي الرماد والغازات والأبخرة والطاقة الحرارية ، فجزء بسيط جداً من المادة ( الفحم ) تحول إلى حرارة وبقية المادة تحول إلى مواد أخرى ، كما أن الحرارة المنطلقة يمكن أن تستهلك من قبل المادة كالإنسان فمثلاً للتدفئة أو المواد الغذائية للطبخ .

خواص المادة :

ويمكن تقسيم خواص المادة إلى ثلاثة أقسام رئيسية هي :-

<!--الخواص الكيمائية .

<!--الخواص الفيزيائية .

<!--الخواص الميكانيكية .

1- الخواص الكيمائية :

       من أهم خواص المادة الكيميائية قابلية هذه المادة أو المواد المختلفة للتفاعل الكيمائي وإنتاج مواد أخرى بصفات مختلفة وذلك عند الظروف المناسبة .

       مثل عملية احتراق الفحم وإنتاج الرماد ، وصدأ الحديد – وتعفن الطعام ، واحتراق الوقود .

       ويعبر عن هذا التفاعل بالمعادلة الكيميائية والتي هي وصف موجز ودقيق لهاذ التغير الكيميائي .

2- الخواص الفيزيائية :

       تعتبر الخواص التالية – اللون – الطعم – الرائحة – درجة الغليان – درجة التجمد – البريق – الكثافة – الصلادة – الحجم – الكتلة – الحالة ( صلبة – سائلة – غازية ) ، وغيرها كثير خواص فيزيائية للمادة ، ويمكن تقسيمها بأكثر من طريقة إلى أكثر من مجموعة ، فمثلاً هناك طريقة تقسمها إلى :-

<!--خواص شاملة مثل درجة غليان المادة ولونها وكثافته وهي الخواص التي لا تعتمد على كمية المادة .

<!--خواص محدودة مثل الكتلة والحجم وهي التي تتغير بتغير كمية المادة .

وهناك طريقة أخرى تقسم الخواص الفيزيائية إلى قسمين :-

<!--خواص نوعية وهي الخواص التي لا يمكن تحديد قيمة معينة للخاصية مثل الطعم والرائحة .

<!--خواص كمية وهي الخواص التي يمكن تحديد كميتها مثل درجة الغليان والكتلة .

3) الخواص الميكانيكية :

مثل – السرعة – التسارع – القوة – الشغل .

أشكال المادة :

تتواجد المادة في الطبيعة على ثلاثة أشكال :-

1- العنصر :

تعنى كلمة عنصر : الشيء الأساسي أو الجوهري ويعرف على أنه أي مادة لا يمكن تفكيكها إلى مواد أخرى بالطرق الكيميائية والفيزيائية ، هذا يدل على أن العنصر هو وحدة البناء للمادة بحيث يمكن أن توجد هذه الوحدة بشكل مستقل وحر أو بشكل غير مستقل بل مرتبط ، وقد بلغ عدد العناصر المعروفة 106 عنصر رقم واحد هو الهيدروجين ورقم 106 لم تتم تسميته بشكل رسمي إلا أنه يسمى حالياً  ( أنيصزيوم ) ، ويقول علماء الاتحاد السوفيتي وألمانيا أنهم قد تمكنوا من الحصول على العنصرين 107  و 109 وإن كان حصولهم هذا لا يستمر إلا لأجزاء بسيطة من الثانية كما يقولون ، ومن الجدير بالذكر أن عدد لا بأس به من العناصر لم يتم اكتشافه طبيعياً بل تم إيجاده عملياً فقط .

2- المركب :

       يتكون المركب دائماً من أكثر من عنصر واحد باتحادها كيميائياً مع بعضها البعض بطريقة محددة ، بحيث يحتوي المركب على العناصر المكون له بنسبة وزنية ثابتة ، ويتم تكوين المركب إما بتفاعل العناصر مع بعضها البعض أو بتفاعل المركبات مع بعضها البعض أو بتفاعل المركبات مع العناصر ، والمركبات لها أهمية كبيرة ، تتجاوز أهمية العناصر وفي كل يوم يكتشف مركبات جديدة ، وعدد المركبات المعروفة كبير جداً يتجاوز المليون مركباً ، والمركبات تختلف في صفاتها وتفاعلاتها كلياً عن العناصر المكونة لها ، ويمكن فصل عناصر المركب بالوسائل الكيمائية فقط .

3- الخليط :

       حينما يوجد عنصران أو أكثر متحدة اتحاداً غير كيميائي وبالتالي يمكن أن يكون بنسب وزنية غير ثابتة فإنه يقال أنها تكون مخلوطاً وليس مركباً ، بل إن الخليط قد يكون مجموعة من المركبات متحدة اتحاداً غير كيميائي ، بل فيزيائي ، وقد تكون المخاليط متجانسة مثل الماء المذاب به السكر ومثل الهواء ، وقد تكون المخاليط غير متجانسة مثل الزيت والماء ، وتتميز المخاليط بأنه يمكن فصل بعضها عن بعض بالطرق الفيزيائية ، كما أن كل مادة من الخليط محتفظة بخواصها الأصلية .

قانون حفظ المادة :

       ينص قانون حفظ المادة ( لافوازبيه ) على أن المادة لا تفنى ولا تستحدث من العدم ، وقد قام بإجراء تجربة إذ أخذ عينة من القصدير ووضعها في إناء وأحكم إغلاقه وقام بوزنه بشكل دقيق ثم سخن الإناء حتى تحول القصدير إلى مسحوق أبيض وقام بوزن الإناء بعد أن برد ، فوجد أن الكتلتين قبل وبعد التسخين متساويتان ، مما قاده إلى القول بأنه لا يحدث فرق ولا تغير في أوزان المواد الداخل في التفاعل وأوزان المواد الناتجة من التفاعل نفسه .

قانون النسب الثابتة :

       يعزي هذا القانون إلى العالم الفرنسي بروست وينص على أن يحتوي أي مركب كيمائي دائماً على عناصره المكونة له بنسبة وزنية ثابتة مهما اختلفت طرق تحضيره .

       لنأخذ مثلاً الماء : نسبة كتلة الهيدروجين إلى الأوكسجين هي 1 : 8 مهما كان مصدرهذا الماء أي أنكل تسعة جرامات من الماء تحتوي على أجرام من الهيدروجين وثمانية جرامات من الأوكسجين كما أن نسبة الهيدروجين هي 11.11% ونسبة الأكسجين 88.8911  لو زادت نسبة الهيدروجين عن هذه النسبة لم يتفاعل مع الأكسجين لتكوين الماء إلا هذه النسبة والبقية تبقى على شكل هيدروجين ويمكن إثبات ذلك بتحليل الماء كهربائياً .

دالتون والنظرية الذرية :

       استنتج دالتون أن السبب وراء اتحاد كميات معينة من عنصر ما بكميات محددة من عنصر آخر لتكوين مركب معين أن العنصر يوجد علىشكل جسيمات محددة المعالم وليس على شكل سيل مادي متواصل وسمى هذه الجسيمات بالذرات ATOMS ومعنى كلمة a tomos أي الجسم غير قابل للتجزئة .

       وقد وضع دالتون الفروض التالية التي عرفت بنظرية دالتون الذرية :

<!--تتكون المادة من جسيمات دقيقة غير قابلة للتجزئة أو التحطيم أو الخلق وتسمى ذرات .

<!--تتشابه ذرات العنصر الواحد بجميع الخواص وتختلف عن ذرات أي عنصر آخر .

<!--يمكن لذرات العناصر المختلفة أن تتحد كيميائياً مع بعضها البعض ولكن بنسب عددية بسيطة ويكون ناتج اتحادها مادة جديدة تكون أبسط جسيماتها ( الذرات المركبة  ( الجزئيات )  .

       حيث يؤدي اتحاد عنصرين إلى تكوين أكثر من مركب كيميائي فإن كتل

قانون النسب المتعددة ( المضاعفة ) :

       حيث يؤدي اتحاد عنصرين إلى تكوين أكثر من مركب كيميائي فإن كتل أحدهما في جميع هذه المركبات والتي تتحد مع كتلة معينة من الآخر ستكون موجودة مع بعضها البعض بنسب عددية بسيطة .

أمثلة كمية الهيدروجين ثابتة

في المركبين أما الأكسجين

فإن كميته مختلفة في المركب الأول عن المركب الثاني ، ونلاحظ النسبة بين كمية الأكسجين في المركبين هي 1:2

نلاحظ في هذا المثال     6      3   ايثان

أن كمية الكربون ثابتة         4      2    البنية

أما الهيدروجين نلاحظ    2      1       انسلين

لأن النسبة بين كميات بسيطة ( 2:2) .

قانون الحجوم المتحدة :

       من قانون النسب الوزنية الثابتة وفي حالة الغازات نستطيع أن نرى أن نسبة حجم غاز الهيدروجين إلى غاز الأوكسجين لتكوين الماء هي الأخرى نسبة ثابتة عند نفس الظروف ، لكن لا فوزية توصل إلى أن نسبة هذه الحجوم المتحدة هي نسبة عددية بسيطة وعندما يكون الناتج غاز فإن نسبة حجمها إلى حجوم المواد المتفاعلة هي الأخرى نسبة عددية بسيطة .

ومن هذا يمكن أن نصيغ قانون الحجوم المتحدة :

       تتحد الغازات مع بعضها البعض عند نفس الظروف من الضغط ودرجة الحرارة بنسب حجمية ثابتة .

فرضية أفوجادروا :

       تحتوي الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة عند نفس الظروف على أعداد متساوية من الجسيمات هي الجزيئات .

       حينما نقول أن الذرة هي وحدة البناء الأساسية للعنصر فإن هذا لا يعني أن ذرات العنصر توجد دائماً فرادى بل توجد على شكل جزيئ ، والذي عرفه أفوجادورو على أنه أصغر جسيمات العنصر أو المركب التي يمكن أن توجد بشكل حر ، فإن كانت إشارة عنصراً فإن أصغر جسم حركياً قد يكون الذرة أو الجزيئ المتكون من ذرتين متشابهتين أو أكثر .

       وقد أثبتت النتائج أن معظم الغازات المعروفة كالأكسجين والهيدروجين والكلور توجد على شكل جزيئات مكونة من ذرتين في حين أن بخار الكبريت يوجد على هيئة ذرات سداسية أما الغازات الخاملة فتوجد بالحالة الذرية .

وهذه الفرضية تفسر قانون الحجوم المتحدة .