الاتزان الكيميائي :

تصنيف التفاعلات الكيميائية إلى منعكسة وغير منعكسة:

المواد في الطبيعة على تماس دائم مع بعضها، لذلك تتفاعل وتتغير ونحن نعبر عن التغيرات التي تحدث بطرق بسيطة ومختصرة بمعادلات كيميائية ونجد بين المواد في الطبيعة واحدة من ثلاث علاقات هي:

 

أ. مواد لا تتفاعل مع بعضها مثل الذهب والماء وحمض HCL المخفف
ب. مواد تتفاعل مع بعضها الى النهاية

ج. مواد تتفاعل مع بعضها ويتوقف التفاعل عند حد معين. 

 التفاعلات المنعكسة 

 

وفي مجال التفاعلات المنعكسة  نركز على المفاهيم والحقائق التالية :

 

ج 1. التفاعل المنعكسion:

هو تفاعل يسير بالاتجاهين في ذات الوقت ولايتوقف أبداً، إن النظام يكون متحركاً دائما ولا يسكن .

ففي مثالنا أعلاه إذا مزجت الهيدروجين مع اليود في وعاء مغلق وغبت عنه زمناً طويلاً فستعود وتجد الوعاء يحتوي على المواد الثلاث
  H₂ ،  I₂ ، HI.    

 

ج 2. التفاعل الأماميtion:

يسمى التفاعل المتجه من اليسار إلى اليمين ( من المواد المتفاعلة إلى النوانج في تفاعل منعكس باسم التفاعل الأمامي أو التفاعل المباشر 

 

ج 3. التفاعل العكسي أو ( الخلفي:

 هو التفاعل المتجه من اليمين إلى اليسار  ( من المواد الناتجة إلى المتفاعلة ) في تفاعل منعكس،

غالبية التفاعلات بين الغازات والتفاعلات الأيونية في الماء هي تفاعلات منعكسة إذ أنها تتوقف عند حد معين ولاتسير إلى النهاية مهما كانت الظروف.

 

 الاتزان أو التوازن الكيميائي Chemical Equilibrium :

 

فعند مزج CO ،H₂O في البداية يكون في الوعاء هاتين المادتين فقط .

يبدأ التفاعل حالاً ويبدأ تكون CO₂ ، H₂ ، وتكون سرعة التفاعل الأمامي في البداية وخلال فترة زمنية أعلى من سرعة التفاعل العكسي، ولكن مع مرور الزمن تبدأ سرعة التفاعل الأمامي بالتناقص وسرعة التفاعل العكسي بالتزايد، ونصل بعد زمن ما إلى وضع لو قسنا فيه تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة لوجدنا أن كلاً منها قد أخذ قيمة ثابتة لاتتغير ( ما دامت ظروف التفاعل ثابتة) ، نقول عندها أن التفاعل قد وصل إلى التوازن ولكن هذا التوازن يكون ديناميكياً (حركياً) فلو قسنا سرعة التفاعل الأمامي سنجدها مساوية لسرعة التفاعل العكسي، إذن،

الاتزان الكيميائي :

هو حال تثبت فيها تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة في تفاعل منعكس وذلك لأن سرعة التفاعل الأمامي تصبح مساوية لسرعة التفاعل العكسي وليس نتيجة لتوقف التفاعل.

 

قانون فعل الكتلة Law of Mass Action :

عند الاتزان تثبت تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة في التفاعل المنعكس، وما دام الأمر كذلك فإن حاصل ضرب تراكيز المواد الناتجة مقسوماً على حاصل ضرب تراكيزالمواد المتفاعلة = مقداراً ثابتاً لأنه حاصل ضرب وقسمة مجموعة قيم ثابتة.

البوليمرات

جزيئات كبيرة تتكون من الكثير من الوحدات البنائية المتكرره. 
البوليمرات مثل : المطاط والبلاستيك والسيليلويد. 

المونومرات : هي الجزيئات التي يصنع منها البوليمر 
تفاعلات البلمرة : تسمى مجموعة الذرات المتكررة الناتجة من ترابط المونومرات وحدة بناء البوليمر 

البوليمرات الشائعة :
1- بولي كلوريد الفينيل 
2- بولي أكريلونيتريل 
3- بولي فينيلدين كلوريد 
4- بولي ميثيل ميثاكريلات 
5- بولي بروبلين 
6- بولي ستايرين وستايرين البلاستيك 
7- بولي إيثيلين رباعي فثالات
8- بولي يورإيثان 

الطاقة الحرارية

الطاقة الحرارية شكل معهود من أشكال الطاقة، يتم انتقالها عن طريق التوصيل أو الاشعاع أو الحمل. حيث يتم انتقال الحرارة دائما من الجسم الساخن إلى البارد. ويتسبب انتقال الحرارة من جسم إلى جسم ارتفاع درجة حرارته.

الطاقة الحرارية هي أول ماعرفه الإنسان عن الطاقة ، بصرف النظر عن معرفته أو عدم معرفته بأن أشعة الشمس هي أيضا نوع من أنواع الطاقة. كانت سيطرة الإنسان الأول على الطاقة الحرارية من خلال إيقاد النار سببًا رئيسيًا في تطوره الحضاري. وحتى الآن تلعب الطاقة الحرارية دورًا هامًا يوميًا في حياتنا ، فنحن نطهو الطعام بها ، ونولد منها في المحطات الحرارية الطاقة الكهربائية ، كما أننا نستغلها في إدارة المحركات مثل الآلة البخارية ومحرك الاحتراق الداخلي والمحرك النفاث والصواريخ.

يمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى أي نوع آخر من الطاقة مثل الطاقة الميكانيكية كما في السيارة ، أو طاقة كهربائية كما في محطة الطاقة الكهربائية أو طاقة إشعاعية كما في النار أو في النجوم وغيرها.

لهذا حظيت الطاقة الحرارية منذ القدم بالدراسة ، وصيغت قوانينها خلال القرن التاسع عشر فيما يسمى علم الحركة الحرارية (ترموديناميكا).

تقاس الطاقة الحرارية بوحدة سعرة أو بوحدة جول.

التوازن الحراري

إذا اختلط نظامين مختلفة درجة حرارتهما تساوت درجة حرارتهما عن طريق تبادل حراري. وهذا التوازن يجري من نفسه ، ولا يمكن انتقال حرارة من جسم بارد إلى جسم ساخن. وتلك الظاهرة المعروفة معرفة في القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، وهو أحد قوانين الترموديناميكا. ويستمر انتقال الحرارة في المخلوط حتى تتساوى درجة الحرارة في جميع أجزائه ويصبح في حالة توازن حراري. وتلك العملية تسمى انتقال الحرارة.

العلاقة بين الحرارة و درجة الحرارة

في تعبيراتنا الدارجة نسمى الطاقة الحرارية حرارة ونخلط بينها أحيانا بدرجة الحرارة. فمثلا عند تسخين الثلج يكتسب الثلج حرارة في هيئة حرارة انصهار من دون أن ترتفع درجة حرارته. ونرى بالمشاهدة أنه طالما وجد الثلج مع الماء فإن درجة حرارتهما تكون مساوية لدرجة الصفر المئوي ، ويظل الثلج يكتسب حرارة وينصهر إلى ماء من دون أن تتغير درجة حرارة المخلوط. ذلك لأن المحتوي الحراري للثلج يختلف عن المحتوي الحراري للماء ، ونقول أن الطاقة الداخلية لهما مختلفة. وتسمى عملية كهذة ينتقل فيها نظام (قطعة الثلج) إلى طور آخر وهو الماء بأنها تحول طوري.

مثال آخر للتحول الطوري هو غليان الماء وتحول الماء من الحالة السائلة إلى بخار (حالة غازية). أيضا هنا نجد أن الماء يطل يغلي عند 100 درجة مئوية ويتحول إلى بخار من دون أن ترتفع درجة حرارة الماء عن 100 درجة مئوية. أثناء تلك العملية يتحول طور الماء إلى طور البخار ، ولا ترتفع درجة حرارة البخار إلى بعد تحول كل الماء تماما إلى بخار. أثناء تحول الماء إلى بخار باكتساب حرارة من التسخين يكتسب الماء حرارة التبخر فيصبح بخارا.

تلك الخواص تنطبق بصفة عامة على أكثر المواد الأخرى مثل الكحول والحديد والنحاس والزئبق وغيرها. كل واحدة منها لها حرارته النوعية و حرارة انصهاره وحرارة تبخيره.

نفرض أن لدينا قطعة من الثلج في درجة حرارة -10 مئوية وقمنا بتسخينها. نجد أن درجة حرارة الثلج تكتسب حرارة بمعدل الحرارة النوعية للثلج فترتفع درجة حرارة الثلج بالتدريج إلى -9 ثم -8 ثم -7 درجة مئوية حتى تصل درجة حرارته إلى الصفر المئوي. عندئذ تثبت درجة الحرارة عند 0 درجة مئوية ويكتسب الثلج حرارة ويتحول رويدا رويدا إلى ماء ، وهو يكتسب أثناء ذلك حرارة الانصهار. وبعد تمام انصهاره إلى ماء واستمرار التسخين تبدأ درجة حرارة الماء المتكون ترتفع من الصفر باكتساب الحرارة النوعية للماء. حتى تصل إلى 100 درجة مئوية فيبدأ الغليان واكتساب الماء حرارة تبخر وتبقى درجة حرارة الماء (والبخار) عند 100 درجة مئوية حتى يتحول كل الماء إلى بخار ، عندئذ مع استمرار التسخين ترتفع درجة حرارة البخار باكتسابه الحرارة النوعية لبخار الماء.

الطاقة الحرارية و الحياة

تستمد الأرض الطاقة الحرارية من الشمس. فالشمس هي عماد وجود حياة على الأرض. وتلعب هنا عدة عوامل هامة لنشأة الحياة على الأرض ، من ضمنها بُعد الأرض عن الشمس (نحو 150 مليون كيلومتر) هذا البعد يحدد متوسط درجة الحرارة على الأرض بنحو 14 درجة مئوية على مدار الفصول. فلو كانت الأرض أقرب من ذلك إلى الشمس لتبخرت المياه وغادرت الأرض إلى الفضاء وأصبحت الأرض جافة لا تصلح للحياة مثل الزهراء. ولو ابتعدت الأرض عن الشمس لانخفضت درجة الحرارة على الأرض وأصبحت أيضا غير صالحة للحياة إذ كل شيء سيتجمد ولا ينشا الإنسان ولا الحيوان.

ويعتمد الإنسان والحيوان والنبات على طاقة حرارة الشمس ، فالنبات يختزن أشعة الشمس في هيئة أخشاب وكربوهيدرات وسكر وبروتين وزيوت وغيرها عن طريق التمثيل الضوئي. وعندما نتغذى من تلك المواد فهي توفر لنا السعرات الحرارية التي تحتاجها أجستمنا لمزاولة نشاطها الحيوي ونشاطها البدني. ويسري ذلك أيضا على الطيور والحيوان.

ولكي يعمل جسم الإنسان ويؤدي نشاطه الحيوي فلا بد من أن تكون درجة حرارة جسمه 37 درجة مئوية. إذا انخفضت قليلا أو ارتفعت قليلا تهددت حياة الإنسان. توجد السعرات الحرارية في الكاربوهيدرات (كالنشا والسكر) ، وفي الدهون والبروتينات.

يولد الجرام الواحد من السكر مثلا في الجسم حرارة تعادل 3,74 سعرة حرارية ، ويولد 1 جرام من الدهون نحو 9,4 سعرات حرارية ، وجرام واحد من النشاء يولد 4,19 سعرات.

علم الكيمياء

 يعتبر علم الكيمياء من العلوم الحيوية الهامة التي تلعب دوراً كبيراً في الحياة اليومية، وهذا العلم ضروري للصناعة والإنتاج الزراعي وصناعة الأدوية والعلوم الطبية، وتفرع علم الكيمياء ليشمل الكيمياء التحليلية التي لها دور كبير في الطب، والكيمياء العضوية والتي تعنى بدراسة المادة وخصائصها، والكيمياء الفيزيائية التي لها العديد من التطبيقات في الصناعة، وغيرها من فروع الكيمياء المتعددة.

أهمية الكيمياء

 في حياتنا يدخل علم الكيمياء في العديد من الصناعات المهمة في حياتنا، ومن هذه الصناعات ما يلي:

الصناعات البلاستيكية

 تصنع المواد البلاستيكية من مواد يسهل التحكم بها وتشكيلها، وهي مركبات كيميائية يتم تصنيعها من النفط، والبلاستيك عبارة عن بوليمرات ذات سلاسل طويلة، وترتيب هذه البوليمرات يمنح البلاستيك خصائصه المميزة، ويستبدل البلاستيك الصلب بالمعادن في العديد من الأدوات. البلاستيك اللين له استعمالات عديدة مثل الجلود وصناعة الخيوط.

صناعة الإسمنت 

ومواد البناء تعتبر صناعة الإسمنت من الصناعات الهامة لاعتماد أعمال البناء عليها بشكل رئيسي، ويتكون الإسمنت بشكل رئيسي من حجر الجير، ونتيجة عمليات التسخين تنتج سليكات الكالسيوم، ويعتمد تصنيع الإسمنت على عمليات الترطيب والتجفيف ويتم فحص المنتج النهائي في اختبار فحص الجودة.

تصنيع الصابون 

ومواد التنظيف يعمل الصابون مع الماء على تقليل التوتر السطحي وطرد الأوساخ عن البشرة وخاصة الدهون، من خلال تكوين الرغوة، وهي إحدى الخواص الكيميائية، وعملية تصنيع الصابون هي تفاعل الأحماض مع القواعد وتسمى عملية التصبن.

 تصنيع العطور

 تصنع العطور من مواد طبيعية أو صناعية، والعطورالمستخدمة في صناعة الصابون هي عطور صناعية، وصناعة العطور تعتمد على عملية التقطيربالبخار، وهي إحدى العمليات الكيميائية الهامة في التصنيع. 

الفحوصات الطبية

 هذه الفحوصات ترتكز بشكل رئيسي على الكيمياء التحليلية، مثل فحص سكر الدم، ومستوى الكوليسترول في الدم، وفحص وظائف الكبد والكلى، وفحوصات الدم الشاملة.