الوسم: الكيميائية

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته ..

——————————————————————————–

المقدمة

نتيجة لرغبة العلماء في تفهم العالم الفيزيائي ، فقد انبثقت مفاهيم عديدة بهدف التبسيط .وأولها هو حقيقة أن جميع المواد المختلفة التي لا تحصى هي عبارة عن اتحادات بين اقل من "100" من العناصر الكيميائية .
والتالية هي النظرية الذرية للمادة . تكون هذه الطاقة بشكل طاقة حرارية أو طاقة كهربائية أو طاقة ضوئية طاقة ميكانيكية .
وأخيرا هناك الافتراض الهام بان الذرات تجتاز تغيرات محدده فقط أثناء سير التفاعل الكيميائي .
وقد استفاد الكيميائيون من جميع هذه المفاهيم على هيئة مجموعة من الرموز المختزلة التي يستعملونها في وصف المواد وتغيراتها .
ولغة الرموز عبارة عن تلخيص لمئات من الملاحظات والأبحاث التي جعلت الصيغ المبسطة والمعادلات ممكنة ، والتي يعتمد عليها التقدم المستقبلي .

التغير الكيميائي :
يعرف التغير الكيميائي بأنه التغير الذي يطرأ على جوهر المادة لإنتاج مواد جديدة ويرافقه حدوث تفاعل كيميائي بين الكترونات المدارات الخارجية للمواد المتفاعلة وضمن قوانين وبنسب محددة ثابتة ، كما يرافقها امتصاص أو انطلاق طاقة . وقد تكون هذه الطاقة بشكل طاقة حرارية أو طاقة كهربائية أو طاقة ضوئية أو طاقة ميكانيكية .
العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي ونواتجه :
1- حجم دقائق المواد المتفاعلة.
2- درجة تركيز المواد المتفاعلة.
3- درجة الحرارة التي يحدث عندها التفاعل.
4- العوامل المساعدة.
5- ضغط الغاز في التفاعلات الغازية.

أنواع التفاعلات الكيميائية :
تصنف التفاعلات الكيميائية بالنسبة لطبيعة المواد المتفاعلة إلى:
1- تفاعلات اتحاد مباشر.
2- تفاعلات انحلال .
3- تفاعلات انحلال بسيط .
4- تفاعلات انحلال مزدوج .
5- تفاعلات التعادل .
6- التأكسد والاختزال .

كما يمكن تصنيف التفاعلات الكيميائية بالنسبة لمحتواها الحراري الى مجموعتين هما :
أ‌- تفاعلات ماصة للحرارة : يكون المحتوى الحراري للمواد الناتجة اكبر من المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة ولذلك يلزم تزويد هذا النظام بكمية كافية من الحرارة ( او الطاقة ) لتتفاعل المواد معا وينتج مواد جديدة ومن الأمثلة عليها تفاعل النحاس مع حامض الكبريتيك المركز الساخن كما في المعادله .

H2SO4+ CU CuSo4+2H2o+ SO 2

وكذلك تحليل الماء كهربائيا إلى عنصرية الأكسجين والهيدروجين حسب المعادلة :

H2O H2+1/2O2

ب- تفاعلات طاردة للحرارة : ويكون المحتوى الحراري للمواد الناتجة اقل من المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة ، وبالتالي ينطلق فرق الطاقة على شكل حرارة ، ومن الأمثلة عليها تفاعلات التعادل التي تحدث بين الحوامض والقواعد لتكوين الأملاح والماء كما في المعادلات التالية :

HCI + NaOH NaCI+H2O+ΔH

وكذلك إتحاد الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء :

H2+1/2O2 H2O+E

طاقة التنشيط الكيميائي :
بعض التفاعلات الكيماوية لا تتم في درجات الحرارة العادية بل تحدث إذا رفعت درجة حرارتها إلى حد تمتلك عنده جزيئات المواد المتفاعلة قدرا كافيا من الطاقة لجعلها قادرة على التفاعل وإنتاج مواد جديدة ، فمثلا في تفاعل الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الماء ، رغم ان هذا التفاعل ينطلق منه حرارة إلا انه يلزم شعلة وشرارة كهربائية لبدء التفاعل ، هذه الطاقة تلزم لتفكيك كل من جزيئات الهيدروجين والأكسجين إلى ذرات
(كسر الروابط في الجزيئات ) ومن ثم تكوين روابط جديدة .
وبذلك يمكن تعريف طاقة التنشيط الكيماوي بأنها أدنى طاقه حركيه يجب أن تمتلكها الجزيئات المتصادمة حتى تصل إلى الحالة الانتقالية ويبدأ التفاعل بينها .
تفاعلات التأكسد والاختزال :
يعزى حدوث التفاعلات الكيميائية إلى انتقال الكترونات المدارات الخارجية الذرات المتفاعلة لإنتاج مواد جديدة ،ويحدث انتقال الالكترونات هذا في عدد كبير من التفاعلات الكيماوية ويرافق انتقال الالكترونات عمليتا التأكسد والاختزال .

عرف التأكسد قديما بأنه اتحاد العنصر مع الأكسجين لتكوين أكسيد العنصر ألا أن تفاعلات التأكسد بالمفهوم الحديث لا تقتصر فقط على اتحاد العنصر مع الأكسجين بل يعني نقصا في عدد الكترونات المادة المتفاعلة مما ينتج عنه زيادة شحنتها الموجبة أو نقصان في شحنتها السالبة .
كما عرف الاختزال قديما بأنه تفاعل نزع ألأكسجين من المركب أي عكس التأكسد , إلا انه بالمفهوم الحديث لا يقتصر فقط على نزع ألأكسجين من المركب بل يعني أيضا زيادة في عدد الكترونات الذرة المتفاعلة مما ينتج عنه زيادة شحنتها السالبة أو نقصان شحنتها الموجبة .
من الأمثلة على ذلك تفاعل غاز الكلور مع غاز الهيدروجين لا نتاج كلوريد الهيدروجين كما في المعادلات التالية : H2+CL2 2HCL
في التفاعل السابق ، تأكسد غاز الهيدروجين وذلك لان ذرات الهيدروجين المتعادلة كونت مركبا جديدا أصبحت منه موجبة الشحنة ( +1) أي بمعنى آخر زادت شحنتها الموجبة .
كما إن ذرات الكلور المتعادلة اختزلت وذلك لأنها كونت مركبا جديدا أصبحت فيه سالبة الشحنة (_ 1) أي زادت شحنتها السالبة ، وعندها يسمى عنصر الهيدروجين عاملا مختزلا بينما يسمى عنصر الكلور عاملا مؤكسدا .
يرافق تفاعل التأكسد تفاعل اختزال فالعمليتان مترافقتان وذلك لان الالكترونات التي تخسرها الذرة التي تأكسدت ، تكسبها ذرة أخرى (أو ايون أخر ) هي التي اختزلت ، ولا بد أن يكون عدد الالكترونات المكتسبة من أحدى الذرتين يساوي عدد الالكترونات التي تخسرها الذرة الأخرى ، أي انه في تفاعلات التأكسد والاختزال ،لا تغير في عدد الالكترونات المرافقة للتفاعلات الكيماوية .
ولتحديد المادة التي تأكسدت والمادة التي تأكسدت والمادة التي اختزلت في تفاعل ما ، استعان الكيماويون بمفهوم عدد التأكسد
( رقم التأكسد Oxidation NO ) الذي يعرف بأن مقدار الشحنة
التي تمتلكها الذرة في المركب ويحدد عدد التأكسد لذره أو ايون بالقواعد التالية :
1. عدد تأكسد أي عنصر وهو في حالته الذرية اوجزيئات العناصر الغازيه دائما صفرا .
2. عدد تأكسد الهيدروجين في جميع مركباته مع اللامعادن +1 اما مع المعادن فيكون _ 1
3. عدد تأكسد الأكسجين oهو (_2 ) في جميع مركباته ما عدا في مركبات فوق الاكاسيــد فهـو ( – 1 ) وفي السوبر أكسيد فهو ( – 1 2) .
4. عدد تأكسد الهالوجينات مع المعادن في المركبات الثنائيه ( – 1 ) .
5. عدد تأكسد القلويات الكاوية في جميع مركباتها ( + 1 ) .
6. عدد تأكسد القلويات الترابية في جميع مركباتها ( + 2 ) .
7. عدد تأكسد الفلور في جميع مركباته – 1 .
8. مجموع أعداد التأكسد لجميع الذرات المكونة للمركب المتعادل يساوي صفرا .
مثال : احسب رقم التأكسد لعنصر Mnفي المركبات التالية :
K2MnO4 KMnO4 MnCI2 MnO2
1- MnO2 .=2 ( رقم التأكسد O ) +س
.=2(ــ 2)+س
س=+4
2- MnCI2 .= 2 ( رقم التأكسدcl ) +س
=2( -1 )+س
س=+2
3- KMnO4 0=4 ( رقم تأكسد O ) + س+1 ( رقم تأكسد K )
=4( -2) + س+ 1
س=+7
4- K2MNO4 0= 4( رقم التأكسد O) + س+2 ( رقم تأكسد K )
= 4 (-2) +س+2(1)
س=+6
مثال 2
بين العنصر الذي تأكسد والعنصر الذي اختزل في التفاعل التالي :
2Fe 2O3 + 3C 4Fe + 3CO2
1- رقم تأكسد C قبل التفاعل صفر
رقم تأكسد C بعد التفاعل +4 اذن الكربون تأكسد
2- رقم تأكسد Fe قبل التفاعل +3
رقم تأكسد Fe بعد التفاعل صفر اذن الحديد Fe اختزل

العوامل المؤكسدة الشائعة :
يعتبرالاكسجين اكثر العوامل المؤكسدة شيوعا واستخداما ، فهو يتحد مع عدد كبير من العناصر المعدنية واللامعدنية مكونا اكاسيدها .
(صدأ الحديد)2Fe + 3/2O2 + XH2O Fe2O3 . XH2O
ومن اهم هذه التفاعلات في حياتنا اليوميه تفاعله مع الحديد وما يسببه من تآكل للهياكل الحديديه مكونا صدأ الحديد (مع الهواء الرطب ) وهذا يكلف العالم سنويا ملايين الـدولارات
وبالتالي توصل العلماء لوضع حلول لهذه المشكله وذلك بطرق مختلفه كطلاءالحديد بالدهانات العازله لعزله عن الهواء والرطوبه او بطليه بمعادن اخرى مثل النيكل والكروم .
كما ان عنصر الالمنيوم حل محل عنصر الحديد في صناعة الابواب والشبابيك وذلك لان عنصر الالمنيوم عندما يتعرض للهواء الجوي يكون طبقة من اكسيد الالمنيوم الذي يلتصق بطبقه متماسكه متراصة على سطح الالمنيوم مما يؤدي الى عزل الالمنيوم عن الأكسجين وبالتالي ايقاف التفاعل .

انواع المادة :
اذا امعنا النظر في المواد من حولنا وحاولنا الاجابه عن السؤال التالي :
مم تتكون المادة ؟ ما انواع المواد ؟ فاننا نتوصل الى ان للمادة انواعا ثلاثة هي كما يلي :
1. العناصر .
2. المركبات .
3. المخلوطات .
لقد توصل العلماء الى ان المادة مكونه من ذرات وان الذرات هي الوحدات الاساسيه لتكوين المادة .
ولقد اتفق العلماء على تسمية المادة التى تتألف من نوع واحد من الذرات بالعنصر النقي فالعنصر هو ابسط انواع المادة ولا يمكن ان ينحل الى مواد ابسط منه .
اما المواد التى تتألف من نوعين او اكثر من الذرات ، متحده بنسب ثابتة ومحددة فإنها تسمى مركبات ، واصغر شيء من المركب يسمى الجزيء ويحمل صفات المركب الأصلية .
وقد تختلط العناصر بعضها مع بعض او مع مركبات اخرى وبأي نسب لتكوين مخلوطان ، بحيث تبقى هذه المواد المختلطة محتفظة بخواصها الاصليه كما يمكن فصلها بأبسط الطرق الى مكوناتها الاصليه .

وقد استطاع الإنسان ان يحصل على هذه المواد من الصخور مثل الذهب والنحاس والحجر الجيري ، ومن ماء البحر الذي يعتبر مصدرا للأملاح المختلفة مثل أملاح الصوديوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم ، ومن الهواء الجوي مثل الأكسجين والنيتروجين وثاني اكسيد الكربون
كما ان النباتات تقوم بتحويل الطاقة الشمسية في عملية التركيب الضوئي الى مركبات كيماوية ، يستخدمها الإنسان للغذاء وللوقود والأدوية والاصباغ واللدائن والمبلمرات وغيرهـا
وقد طور العلماء منذ حوالي 250 سنه طرقا حديثه للاستفادة من الفحم والبترول وقودا ومصدرا للحصول على العديد من المواد ألمستخدمه في الحياة مثل العطور والمتفجرات والدهانات ، والاسمده والمبلمرات ومواد التنظيف المختلفة .
العناصر:
لقد توصل العلماء باستخدام الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية لمعرفة المواد التي يمكن ان تنحل والمواد التي لا يمكن ان تنحل واطلقوا على المواد التي لا يمكن ان تنحل الى مواد ابسط منها اسم العناصر .
ويزيد عدد العناصر في هذا الكون عن المئة إلا ان علماء الفلك يعتقدون ان عنصر الهيدروجين يكون 90% من هذا الكون وان عنصر الهليوم يكون 9% وتشكل باقي العناصر1% من هذا الكون .
وإما عدد العناصر المعروفة فهي ( 8 10) توزع كالتالي :
1- عناصر لها خامات موجودة في القشرة الأرضية مثل الصوديوم والبوتاسيوم .
2- عناصر موجودة على انفراد في القشرة الأرضية مثل الذهب والكبريت .
3- عناصر صنعها الإنسان من عناصر اخرى مستخدما أجهزة دقيقة وحصل عليها بكميات ضئيلة إلا انها قصيرة الأمد لا تتعدى أجزاء من الثانية بل تنحل الى عناصر جديدة مستقرة ومن الأمثلة عليها اللانثانيوم la والبولونيوم po وبعض العناصر المشعة صناعيا .

بعض السمات المميزة للعناصر :
1. لاتتغير صفات العنصر بتغير شكله او حجمه او مكان وجوده ، فمثلا الصفات الأساسية للنحاس تبقى كما هي سواء أكان على شكل صفيحة أم سلك أم مسحوق ، لأن كلا من الصفائح والأسلاك والمسحوق يتكون من ذرات النحاسنفسها وهي اصغر جزء يمكن ان يوجد فيها العنصر .
2. تختلف خواص الذرة من عنصر لأخر ، فمثلا ذرة النحاس لها خواص تختلف عن خواص ذرة الذهب وعن ذرة الكربون وغيرها من الذرات .
3. تتحد العناصر بعضها مع بعض بنسب ثابتة ومحددة لتكوين مركبات كيماوية .
4. توجد بعض العناصر في الطبيعة في اكثر من شكل وتسمى هذه الظاهرة بظاهرة التأصل .
فمثلا يوجد الكربون في الطبيعة على إشكال متبلورة مثل الماس والجرافيت وإشكال غير متبلورة مثل الفحم النباتي والفحم الحيواني والفحم الحجري والسناج ولكن هذه الإشكال جميعها تتكون من ذرات كربون متماثلة في التركيب والكتلة والحجم وتختلف دائما في كيفية ترتيبها وارتباطها معا وبذلك تختلف هذه الإشكال للكربون في بعض الخصائص الفيزيائيه كالشكل واللون والصلابة .
5. توجد بعض العناصر في الطبيعة بنظائر مختلفة في الكتلة الذريه نظرا لاختلاف عدد النيوترونات في أنويتها ، فمثلا نجد الهيدروجين العادي (H 1) والهيدروجين الثنائي (H 1) ، ( ديرتريوم ) والهيدروجين الثقيل الثلاثي الكتلة (H1) ، ( الترتيوم ) وتسمى هذه بنظائر الهيدروجين وتتشابه النظائر في الخصائص الكيمائية لأنها تحتوي على نفس العدد من البروتونات والالكترونات ولكنها تختلف في بعض الخصائص الفيزيائية الكتله .
وتكون الكتله الذريه للهيدروجين عبارة عن مجموع الكتل الذريه للنظائر الثلاث كل بحسب نسبة وجوده في الطبيعة .
أي إن الكتلة الذرية للهيدروجين =الكتلة الذرية للنظير الأول× نسبته المئوية + ك 0 ذ للنظير الثاني×نسبته المئوية + الكتلة الذرية للنظير الثالث × نسبته المئوية .
6. رتبت العناصر في جدول يسمى الجدول الدوري للعناصر ويعتبر العالم السوفيتي مند ليف أول من وضع القواعد الأساسية لترتيب العناصر في جدول تصاعديا حسب كتلتها الذرية وفي مجموعات متميزة تتشابه عناصر المجموعة الواحدة في خصائصها الكيميائية والفيزيائية ، إلا انه بتطور النظرية الذرية الحديثة أصبحت خواص العنصر مرتبطة بتركيبه الالكتروني ، والتركيب الالكتروني للعنصر يعتمد على العدد الذري للعنصر وبذلك أصبح الجدول الدوري معتمدا على الترتيب التصاعدي للأعداد الذرية للعناصر عوضا عن كتلتها الذرية .
7. توجد العناصر في درجات الحرارة العادية في ثلاث حالات هي: صلبة مثل المعادن و الكربون و الكبريت و اليود , و سائلة مثل الزئبق و البروم , و غازية مثل الأكسجين و الهيدروجين و النيتروجين و الكلور.
8. تقسم العناصر إلى اقسام هي:
1) عناصر نبيلة لا تشترك إلا في عدد محدود جدا ( تحت ظروف خاصة جدا ) من التفاعلات الكيماوية وعددها ستة عناصر هي الهليوم He ،والنيون Ne ،ارجون Ar 18 ، والكربتون Kr ، والزنون Xe ،والرادون Rn .
2) فلزات وتضم معظم العناصر وتتميز بخصائصها الفلزية من هذه العناصر الصوديوم والكالسيوم والسيزيوم …
3) لافلزات ويبلغ عددها ( 22 ) عنصرا مثل الكبريت واليود والبروم والأكسجين …
4) اشباه الفلزات وتجتمع فيها الصفات الفلزية واللافلزية مثل الكربون C والجرمانيوم Ge والسيلكون Si.
9) لكل عنصر رمز بسيط مأخوذ من اسمه اللاتيني ويستخدم هذا الرمز بدلا من اسم العنصر في كتابة المعادلات الكيميائية والصيغ الجزيئية للمركبات .

المركبات الكيميائية وخصائصها :
ينتج المركب الكيماوي من اتحاد عنصرين او اكثر بنسب محددة وثابتة وله خواص تختلف عن خواص العناصر المكونه له .
اصغر شيءفي المركب يسمىء الجزيء فهو وحدة البناء والتركيب ويحمل صفات المركب ويشترك في التفاعلات الكيماوية ، ونسب ذرات العناصر في جزيء المركب تحدده الروابط الكيماوية التي تعتمد بدورها على عددالالكترونات في ذرات العناصر وكيفية توزيعها في المدارات حول النواة ففي التفاعلات الكيماوية تنكسر بعض الروابط الكيماوية التي تربط ذرات العنصر الواحد او التي تربط ذرات العناصر في المركب الواحد لتكوين روابط كيميائية جديدة وبالتالي مركبات جديدة وفي مثال سابق عند تفاعل الأكسجين مع الهيدروجين لتكوين جزىء الماء تنكسر اولا الروابط الموجودة بين ذرتي
الأكسجين في جزىء الأكسجين O2 والروابط الموجودة بين ذرتي الهيدروجين في جزىء الهيدروجين H2 ، ثم ترتبط بعد ذلك ذرتان من الهيدروجين مع ذرة من الأكسجين لتكوين جزيء الماء وهذا التفاعل يكون مصحوبا بتغيرات بسيطة في الطاقة ويمكن تمثيل التفاعل بالمعادلة التالية :

H2+1/2O2 H2O + E
السمات المميزة للمركبات :
1. يتكون المركب من عناصر متحدة اتحادا كيماويا بنسب ثابتة ومحدده تحت ظروف محدده وهذا اساس قانون النسب الثابتة .
2. الجز سيء هو وحد بناء المركب الكيماوي ويحمل صفاته .
3. يعبر عن المركب الكيماوي بصيغة جزيئية مشتقة من رموز العناصر المكونة له وعدد ذرات هذه العناصر المكونة للمركب .
4. صنفت المركبات تبعا لتركيبها إلى مجموعتين رئيسيتين هما :
أ- مركبات عضوية يدخل في تركيبها الكربون والهيدروجين كمادتين أساسيتين بالإضافة إلى بعض العناصر مثل الأكسجين والنيتروجين والكبريت.
ومن الأمثلة على المركبات العضوية السكر والنشا والكحولات والفيتامينات والبروتينات .
ب‌- مركبات غير عضوية يدخل في تركيبها العناصر الأخرى عدا الكربون والهيدروجين .
ومن الأمثلة على المركبات غير العضوية الماء ،وملح الطعام ، وكربونات الطبيخ .
5. صنفت المركبات غير العضوية في أربع مجموعات تبعا لتركيبها وخصائصها هي :
أ- الاكاسيد ومنها واكاسيد قاعدية مثل اكسيد الصوديوم Na2o وأكاسيد حامضية مثل ثاني اكسيد الكربون co2 واكاسيد متعادلة مثل الماء H2O .
ب- الهيدروكسيدات ( القواعد ) مثل هيدروكسيد الصوديوم NaOH وسائل الامونيا NH4OH .
ج- الحوامض مثل حامض الكبريت ⅥH2SO4 وحامض الهيدروكلوريك HCl .
د- الأملاح مثل ملح الطعام NaCl وكبريتات النحاس Ⅱ CuSO4 .
6- المركبات الكيميائية لها ثلاث صيغ للتعبير عنها هي :
أ- الصيغة الأولية وتدل على النسب الأوليةللذرات المكونة للجزيء فمثلا الصيغة الأولية للبنزين (CH) وهذا يعني ان جزيء البنزين يتكون من كربون وهيدروجين بنسبة1:1 من الذرات .
ب-الصيغة الجزيئية وتدل عدد الذرات الحقيقي لكل عنصر في جزيء المركب فيقال ان الصيغة الجزيئية للبنزين C6H6 ( مجموع الذرات المكونة الكتلة الجزيئية له )
ج- الصيغة النباتية وتدل على كيفية ارتباط الذرات المكونة لجزىء المركب فالصيغة النباتية للبنزين

هي :

المخلوطات والمحاليل :
تمتزج بعض العناصر او المركبات او كلاهما معا بأي نسب لتكوين مخلوطات وقد تكون هذه المخلوطات متجانسة التركيب في جميع أجزاء المخلوط او غير متجانسة التركيب في جميع أجزاء المخلوط اوغير متجانسة وغير متماثلة التركيب في جميع أجزائه .
وما المحاليل إلا نوع من المخلوطات يكون فيها الماء مذيبا وتسمى المحاليل المائية أوقد يستخدم بدل الماء مركبات عضوية اخرى مثل الكحول والاسيتون والأثير للمركبات العضوية التي لا تذوب في الماء .

ويتكون المحلول من مذاب ومذيب المحاليل ويبين الجدول التالي بعض الامثلة على المحاليل :
حالة المحلول المذاب المذيب أمثلة
محلول سائل غاز
سائل
صلب سائل
سائل
سائل المشروبات الغازية
الكحولات المخففة
ملح الطعام في الماء ، ماء الحنفية .
محلول صلب غاز
سائل
صلب صلب
صلب
صلب غازات التربة
مملغم الزئبق والفضة
السبائك المعدنية
محلول غاز غاز
سائل
صلب غاز
غاز
غاز الهواء الجوي
بخار الماء في الجو ، الضباب ، دقائق الدخان في الهواء الجوي

كما يمكن تصنف المحاليل تبعا لحجم دقائق المادة المذابة الى ثلاثة أصناف هي :
1- المحلول الحقيقي حيث دقائق المادة المذابة صغيرة جدا ( سواء أكانت جزيئات أم ذرات ) اقل من10 سم ، وهي من الصغر بحيث يمكن ان تختفي في المسامات الجزيئية للمذيب فلا ترى بالعين المجردة ولا بأقوى المجاهر ويبدو المحلول شفافا ويكون متجانسا ، ومن الامثلة عليها محلول السكر في الماء ، والملح في الماء .
2- المعلق حيث يكون حجم دقائق المادة المذابة كبيرا ( اكبر من10 سم ) ولا يمكنها ان تختفي بين جزيئات المذيب بل تعود وترسب بفعل الجاذبية ويكون توزيع المادة المذابة غير منتظم وتترسب الدقائق المذابة بمرور الزمن من الامثلة على هذه المحاليل محلول الطباشير في الماء ومحلول النشا في الماء .
3- المحلول الغروي يعتبر هذا المحلول وسطا بين المحلول الحقيقي والمعلق حيث تكون دقائق المادة المذابة متوسطة الحجم ( حجمها بين 10 – 10 سم ) فلا يمكن ان تختفي بين جزيئات المذيب ولا يمكنها ان ترسب الى أسفل بل تبقى معلقة بين المسامات الجزيئية للمذيب وقد تكون المحاليل الغروية سائلة او صلبة او غازية ومن الامثلة عليها الحليب ، الضباب ، الدم ، الدهانات ( الاملشن) ، ومن خصائص المحاليل الغروية تشتت الضوء عندما يسقط على هذه الدقائق وتسمى هذه ظاهرة تندال ، ويمكن ملاحظة هذه الظاهرة بوضوح عند إضاءة مصباح سيارة في جو ضبابي .

المحلول المشبع والمحلول غير المشبع :
يعرف المحلول المشبع على انه المحلول الذي استوعب اكبر كمية من المادة المذابة لاشباعه عند درجة حرارة معينة ولا يمكنه ان يستوعب أية كمية اخرى عند تلك الدرجة اما المحلول غير المشبع فهو المحلول الذي يمكن ان يستوعب كمية اخرى من المادة المذابة عند نفس الدرجة من الحرارة .
تسمى كمية المادة المذابة اللازمة لتكوين محلول مشبع في 100غم من الماء المقطر عند درجة حرارة معينة بالذائبية عند تلك الدرجة .
فمثلا ذائبية نترات الفضة 222غم /100غم ماء بينما ذائبية هيدروكسيد الكالسيوم ( الجير ) 165,غم /100غم ماء ( عند درجة 20 س)
المحلول فوق المشبع :
هو المحلول الذي يحتوي على كمية من المادة المذابة اكبر من اللازمة لاشباعه عند درجة حرارة معينة.
تعتمد ذائبية المواد في الماء على عدة عوامل منها :
طبيعة المذاب ، وتركيبه الكيميائي ونوع الروابط ودرجة الحرارة .

م/ن

المقدمة:

إذا كانت الجبال هى النتيجة المباشرة للعمليات الداخلية فإن هناك أيضا عمليات خارجية تؤدى دورا مكملا للعمليات الداخلية فى تكوين معالم وظواهر سطح الأرض .
ولعل الدور الأكبر الذى تؤديه تلك العمليات الخارجية هى إزالة تلك الجبال وجعلها حطاما ونقل هذا الحطام من أماكنه الأصلية إلى أماكن أخرى ثم ترسبيه إياه .
ويطلق على هذه العمليات أسم شامل لها وهو التعرية Denudation وتشمل كلا من التجوية weathering والنقل Transportation والترسيب Deposition ولكل منها عوامله ووظائفه ونتائجه .

الموضوع:

التجـــوية :
التجوية هى أولى مراحل تلك العمليات الثلاث والتى تنتهى بالترسيب مع الأخذ فى الاعتبار أنه لا يوجد فاصل بين عملية وأخرى بل إن العمليات الثلاث تتداخل فيما بينهما فى معظم الأحيان .
والتجوية ـ من ناحية أخرى ـ ليست ظاهرة جيومورفولوجية فحسب بل أنها من أكثر الظواهر الجيولوجية أهمية لحياة الإنسان لسبب بسيط للغاية وهو أن التربة الزراعية التى لا يستقيم للنبات الحياة بدونها إنما هى من حصيلة التجوية ونتائجها . كما أن بعض نواتج التجوية هى فى الحقيقة الأمر تمثل تجمعاً معدنيا له قيمة اقتصادية فى الحياة البشر .
وهو ما سوف نفصله فيما بعد وتنقسم التجوية إلى قسمين : ـ

أ) تجوية فيزيائية ( ميكانيكية ) Physical Weathering ( Mechanical ) :
ويقصد بهذا النوع من التجوية ، العمليات الطبيعية التى تؤدى إلى تحطيم الصخر وتفككه إلى فئات وحطام صخرى دون المساس بالتركيب الكيميائى ويرادف التجوية الفيزيائية مصطلح التفكك ( التفتت ) Disintegration .

ب) التجوية الكيمائية :
وتنشأ عادة من تفاعل الماء ومكونات الهواء الغازية مع المعادن المكونة للصخور فتحول بعض المعادن إلى معادن أخرى.

ويرادف التجوية الكيميائية مصطلح التحلل Decomposition والتجوية الميكانيكيــة ( التفكك) والتجوية الكيميائية ( التحلل ) تعملان معا فى الغالب وربما سادت أحداهما على الأخرى حسب الظروف المناخية وعلى سبيل المثال فإن التحلل يسود فى المناطق الرطبة والدافئة بينما يسود التفكك فى المناطق الصحراوية الجافة .
وفيما يلى عرض لأهم عوامل التجوية الميكانيكية : ـ
1 – التمدد والانكماش الحرارى Thermal Expansion and Contraction :
تعتبر الصخور بصفة عامة من المواد الرديئة التوصيل الحرارة و لما كان الصخر ـ أى صخر ـ يتكون من عدة
معادن وأن لكل معدن خصائصه الحرارية الخاصة به سواء أكانت هذه الخصائص تتعلق بمعامل التمدد أو الحرارة النوعية . فإن تأثير درجات الحرارة يظهر واضحا على الصخور مع البعد الزمنى الكبير .

فاختلاف درجات الحرارة وهو اختلاف كبير فى المناطق الصحراوية بين الليل والنهار الذى قد يصل فى بعض الأحيان إلى 35مْ فى اليوم الواحد وهناك أيضا الفروق الموسمية بين الفصول المختلفة . كل هذا يؤدى إلى تكرار عملية تمدد المعادن وانكماشها وبالنظر إلى اختلاف معاملات التمدد الحرارى للمعادن فإنها تعمل بمرور الزمن على التفكك من بعضها البعض من خلال الضغوط الناتجة من تمدد المعادن بالحرارة مما يؤدى إلى إجهاد Stress الصخـر وبالتـالى خلخـلة المستويـات العليا من الصخر وكونا غطاء من الفتات الصخرى . وتعرف هذه العلمية باسم التقشر Exfoliation . وعندما يزال هذا الغطاء بفعل الرياح أو المياه الجارية فإن الصخر يصبح معرضا لتكرار نفس التأثير … وهكذا .

2 – أثر تجمد المياه Frost Wedging :
كثيرا ما تحتوى الصخور على شقوق وفواصل ومسام صخرية وعندما يتغلغل فيها الماء وبتأثير الحرارة المنخفضة التى تصل إلى ما دون الصفر التي يتجمد فيها الماء .
وينتج عن تجمد الماء وتحوله إلى جليد زيادة نسبيا فى الحجم تصل إلى 10% وتسبب هذه الزيادة ضغطا على الشقوق والفواصل والمسام الأمر الذى يؤدى إلى اتساعها وبتكرار عملية التجمد يتفكك الصخر إلى حطام صخرى .
ويتضح تأثير تجمد المياه فى المناطق الباردة ومنحدرات الجبال حيث تكثر بها الفواصل وتعرف نواتج هذا التأثير بالتالوس Talus وهى رواسب من الفئات الصخرى غير منتظم الأجزاء ويتميز بزواياه الحادة والمتراكم حول سفوح التلال والجروف .

3 – إزالة الحمل Unloading :
من المعروف أن الصخور فى حالة إتزان مع بعضها البعض بمعنى أن الطبقات السفلى من الصخور فى حالة إتزان ـ من حيث الضغط ـ مع الطبقات التى تعلوها لأن الضغط هنا متجانس فى جميع الاتجاهات . فإذا حدث ترسيب بعد ذلك فإن الضغط يزداد على الطبقات السفلى . ولا يحدث لهذه الطبقات أى تشوه ما لم يتعد الضغط الواقع عليها حد المرونة . وكل ما هناك أنه سوف يحدث تغير فى الحجم بحيث تنضغط الطبقات السفلى بتأثير الضغط الناتج من زيادة الحمل .
فإذا أزيل هذا الحمل بسبب عمليات التعرية فإنه سوف يحدث إختلال فى حالة الاتزان القائمة والتى سادت ما بين الضغط الخارجى ( من طبقات الصخور العلوية ) والضغط الداخلى المضاد لاتجاه الضغط الخارجى ( من طبقات الصخور السفلية) .
وكرد فعل لهذا الاختلال فى الإتزان فإن الضغط الداخلى سوف يعمل على إعادة الطبقات السفلية ـ التى تقلص حجمها ـ إلى حجمها الأصلى الذى كانت عليه قبل زيادة الحمل مما يؤدى إلى تكوين مجموعة من الشقوق والفواصل موازية للسطح الخارجى للطبقات الصخرية مما يؤدى إلى عملية التقشر ويختلف سمك هذه القشور أو الصفائح Sheets من عدة سنتيمترات قرب السطح إلى عدة أمتار فى الأعماق .

4 – تأثير الغلاف الحيوى Biosphere effect :
ويتلخص تأثير الغلاف الحيوى فى كل من فعل النبات والحيوان والإنسان .وفيما يلى تفصيل لتأثير كل منهما : ـ
أ ) النبات :
عندما يمد النبات جذوره فى التربة أو الشقوق والفواصل الصخرية فإنه الحقيقة يزيد من اتساع تلك الشقوق والفواصل كما أن نمو الجذور يؤدى إلى نشوء قوى ضغط شديدة على الصخور فتعمل على تحطيمها .
ب) الحيوان :
إن الكثير من الحيوانات التى تتخذ من أديم الأرض مأوى لها تساهم إلى حد كبير فى عمليات التجوية الميكانيكية . فالحيوانات الحافرة Burrowing مثل ديدان الأرض والحيوانات القارضة Rodents كالأرانب والفئران وكذلك النمل الأبيض Termites تعمل على تفتيت المواد الصخرية وجعلها حطاما وفتاتا من السهل بعد ذلك نقلها بفعل عوامل المختلفة .

ج) الإنسان :
إن النشاط الإنسانى قد ساهم إلى حد كبير فى التجوية الميكانيكية فبناء المدن والمجتمعات السكانية وما يتبعها من شق الطرق قد أدى إلى إزالة ما يعترضه من تلال . كما أن أعمال المناجم والمحاجر وحفر الاتفاق قد أدى بالتبعية إلى إزالة الغطاء الصخرى فى سبيل الوصول إلى مواضع الطبقات الحاملة للخدمات .
ولاشك أيضا أن اقتطاعه أحجار البناء قد أدى إلى تعريض أجزاء جديدة من الصخور لتأثير التجوية بشقيها الميكانيكى والكيمائى .
ولا يجب أن نغفل أثر النشاط البشرى فى تبديد الموارد الطبيعية كالترب والتحكم فى الجريان الطبيعى للأنهار بإقامته السدود الذى ينتج عنها بالتالى إختلاف معدل النحت والترسيب على طول أجزاء المجرى النهرى .

( ب) التجوية الكيميائية Chemical Weathering :
ومهمتها الأساسية التغيير الكيميائى للمحتوى المعدنى لصخور ولا سيما المعادن القابلة للتغيير والتجوية الكيميائية أنشط ما تكون فى المناطق الرطبة الدافئة
ومن أهم عوامل التجوية الكيميائية : ـ

1- الذوبان Dissolution :
على الرغم من قلة المعادن القابلة للذوبان فى الماء إلا أن تأثير الذوبان يكون ذا أهمية خاصة فى المناطق التى تحوى رواسب وصخورا ملحية ( مثل الملح الصخرى Rock Salt ) . غير أن الماء تزداد فاعليته وتأثيره على الصخور إذا اتحد بغاز ثانى أكسيد الكربون مكونا حمض الكربونيك الذى يؤثر على الصخور الجيرية التى تتكون أساسا من معدن الكالسيت ( لاتذوب فى الماء ) إلى بيكربونات كالسيوم Ca(HCO3)2 ( تذوب فى الماء ) ومعنى هذا انتقال المادة الصخرية إلى محلول مائى تاركه مكانها فراغات وفجوات وقد تكون باستمرار عملية الذوبان مجارى وذوبان وكهوف ومغارات .

2- التميؤ Hydrolysis :
وهى عملية من شأنها اتحاد الماء مع بعض المعادن التى تتكون منها الصخور وينتج عنها ظهور معادن جديدة ذات صفات وخصائص جديدة تماما .
ومن أشهر الأمثلة الدالة على التميؤ معادن الفلسبار التى ينتج عن اتحادها بالماء تكون معادن طينية Clay Minerals ، وبطبيعة الحالة فإن عملية التميؤ التى تحدث للمعادن تكون أنشط ما يكون فى المناطق الرطبة والاستوائية حيث يقوم الماء بالدور الأساسى فيها .

3- الأكسدة Oxidation :
وهى عملية من شأنها تحويل بعض المعادن إلى معادن أخرى عن طريق اتحاد الأكسجين مع بعض العناصر السريعة الاتحاد به مثل عنصر الحديد وذلك فى وجود الماء كعامل مساعدة . مثل تأكسد معدن البيريت إلى الليمونيت .
وعلى هذا الأساس فإن مركبات الحديدوز فى معظم الصخور النارية تتحول إلى مركبات حديديك حيث تنكسر جزئيات السيليكات المعقدة .

4- التكربن Carbonation :
من المعروف أن غاز ثانى أكسيد الكربون قابل للإتحاد بالماء حيث يكونان معا حمضا ضعيفا هو حمض الكربونيك .
ويتفاعل حمض الكربونيك بدوره مع الصخور الجيرية مكونا بيكربونات الكالسيوم وهى مادة ذائبة . حيث ينشأ عن هذا التكون ظهور الفجوات والكهوف والمغارات فى الصخور الجيرية .

أسباب اختلاف التجوية :

تختلف التجوية ـ كما وكيفا ـ أى من حيث النوع والمقدار باختلاف عاملين أساسيين على النحو التالى :

أولاَ : اختلاف التضاريس :

1 – المناسيب العالية :
تتميز الجبال العالية بوجود الجليد على قممها مما يعطى الفرصة الأكبر لاتساع الشقوق والفواصل بسبب تمدد الجليد .

2 – المنحدرات الشديدة :
إن الميول الحادة للتلال والجبال تهئ الفرصة لنواتج التجوية من الحطام والفتات الصخرى إلى سقوط أسفل هذه التلال والجبال بفعل الجاذبية وبذلك تتعرض أسطح جديدة للتجوية .

3 – السهول والمناسب المنخفضة :
إن الغطاء النباتى الذى يغطى السهول والمناسيب المنخفضة هو غطاء يقى التربة من تأثير عوامل التجوية وإن كان هذا لا يمنع من أن النبات يساهم إلى حد ما فى توسيع الشقوق والفواصل عن طريق تغلغل الجذور فى التربة . لذا فإن التجوية ذات أثر محدود فى هذه المناطق .

ثانيا : اختلاف نوعية الصخور :
ليست التجوية على حد سواء فى الصخور إذ يختلف تأثيرها حسب المحتوى المعدنى للصخور فالمعادن يتفاوت تأثير التجوية عليها باختلاف خصائصها الفيزيائية والكيميائية .
ولأن المعادن جمعيها تختلف فى سرعة استجابتها للتجوية الكيميائية ( التحلل ) فقد تمكن الباحثون فى هذا المجال من وضع دليل لقياس سرعة التجوية Weathering Potential Index بالنسبة لمعادن السيليكات ويمثل هذا الدليل المقاومة النسبية للتجوية بدءا من معدن الكوارتز الذى أعطى الرقم (1) وهو أكثر المعادن مقاومة للتجوية بينما تعتبر المعادن التى تمتلك رقم أعلى من (1) قابلة للتجوية . ( الكوارتز ـ الأرثوكليز ـ المسكوفيت ـ البلاجيوكليز ـ البيوتيت ـ الهيورنبلند ـ البيروكس ـ الأوليفين) . إذن فالكوارتز هو أكثرها مقاومة بينما الأوليفين هو أقلها فى المقاومة .

وفيما يلى أمثلة لتجوية أنواع الصخور : ـ

1- تجوية الصخور النارية :
على الرغم من أن مكونات الصخور النارية من المعادن الأساسية لا تتعدى ـ فى مجموعها ـ ستة أنواع من المعادن إلا أنه يوجد تفاوت نسبى فى تجوية كل من الصخور النارية الحمضية والصخور النارية القاعدية . فالصخور النارية الحمضية والتى من أشهرها الجرانيت تتكون من الكوراتز ـ الفلسبار( أرثوكليز وبلاجيوكليز ) ميكا ( مسكوفيت ـ بيتوييت) .
فالكواتز يبقى على حالة دون تحلل ليكون فيما بعد حبيبات من الرمل .
أما الفلسبار فتتحلل مكونة سيليكات الومنيوم مائية ( معادن طينية ) بالاضافة إلى أكاسيد البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم وهى مواد قابلة للذوبان على هيئة كربونات وكلوريدات .
أما الميكا ولا سيما البيوتيت والمسكوفيت من أشد المعادن مقاومة للتحلل فتبقى على حالها كرقائق وقشور بينما يستجيب معدن البيوتيت للتحلل مكونا بدوره سيليكات ألومنيوم مائية وأكاسيد مغنسيوم وحديد وهى مواد قابلة للذوبان على هيئة كربونات وكلوريدات . وفى حالة الصخور النارية القاعدية والتى يمثلها الجابرو والذى يتكون من البلاجيوكليز والبيروكسين فإن التحلل المائى يتسبب فى تحطيم هذين المعدنين إلى سيليكات ألومنيوم مائية ( معادن طينية ) وأكاسيد صوديوم وكالسيوم ومغنسيوم وحديد وهى مواد قابلة للذوبان على هيئة كربونات وكلوريدات .
2- تجوية الصخور الجيرية :
تتكون الصخور الجيرية أساسا من معدن الكاليست وقد تحتوى أحيانا على الكوارتز ( التى قد يكون أحيانا على هيئة سيليكات غير متبلورة ) ومعدن البيريت ومن خلال عملية التكربن فإن الكالسيت الذى يتكون من الكربونات الكالسيوم يتحول إلى بيكربونات الكالسيوم التى تذوب فى الماء أى أنه يتم إزالة الكالسيوم على شكل أيونات ذائبة فى الماء . بينا يتراكم الكوارتز على هيئة حبيبات رملية . أما البيريت فيتأكسد إلى ليمونيت وكبريت وقد يتحول هذا الكبريت إلى حمض الكبريتيك الذى يتفاعل مع الكالسيت ليكون معدن الجبس CaSO4 .2H2O.

3 – تجوية الصخور الرملية :
من المعروف أن الصخور الرملية تتكون أساسا من حبيبات رملية تتماسك مع بعضها البعض بوسطها مادة الحمة مثل الكالسيت أو أكاسيد الحديد . ولأن حبيبات الرمل ( ثانى أكسيد السيليكون ) من أشد المواد مقاومة للتجوية فتبقى على حالها دون تأثر بيما ينصب تأثير التجوية على المواد اللاحمة فقط .

نواتج التجوية :

ليست التجوية بنوعيها الفيزيائى والكيمائى ظاهرة جيولوجية فحسب بل أنها ذات أهمية قصوى للحياة البشرية إقتصاديا وحياتيا فلو ظلت الصخور منذ نشأتها على حالها كما هى لما كونت التربة ولما صلحت للزراعة وكانت أقرب ما تكون إلى صخور القمر والمريخ .. ومن أهم نواتج التجوية نذكر .. التربة – اللاتيريت والبوكسيت – ركام السفوح – حقول الجلاميد : ـ

1- التربة Soil :
على الرغم من أن التربة مصطلح عام يقصد به الطبقة السطحية من أديم الأرض والناتج من حصيلة عمليات التجوية إلا أنه فى نفس الوقت هناك أكثر من تعريف لها ومن تلك التعريفات أنها الطبقة السطحية المفككة التى تمثل الوشاح الصخرى ولا يتعدى سمكها عدة مترات وتتكون من خليط من معادن مختلفة قد نتجت من تجوية المكونات الصخرية بالإضافة إلى الدبال Humus وهو المواد العضوية المتراكمة نتيجة الأنشطة الزراعية .
ومهما كان من أمر تعدد التعريفات بشأن التربة فإن من المتفق عليه أنه توجد خمسة عوامل تتحكم فى تكونها وهذه العوامل هى : ـ

1 – الصخر الأم :
وخاصة فيما يتعلق بالمحتوى المعدنى والعناصر الداخلة فى هذا المحتوى ومن الثابت أن التربة تدين ببعض خصائصها إلى الصخر الأم الذى اشتقت منه مكونات التربة وعلى سبيل المثال فهناك تربة جيرية وتربة رملية وتربة حصوية … الخ .

2 – المناخ :
وهو من أهم عوامل تكوين التربة باعتبار أنه يتحكم فى نوع وشدة عمليات التجوية المختلفة . كما يؤثر على نوع وكمية الكائنات العضوية فى التربة وبالتالى يتحكم فى سرعة تحللها . ليس هذا فحسب بل قد ثبت وجود علاقة بين تكوين بعض المعادن الطينية والظروف المناخية فى الأقاليم المختلفة فعلى سبيل المثال فإن كميات أكاسيد الحديد والألومنيوم المائية تزداد فى وجود الأمطار الغزيرة التى تعمل على إزالة السيليكا من التربة الأمر الذى يؤدى إلى تكوين التربة الحمراء لوجود كميات كبيرة من أكاسيد الحديد .

3 – الكائنات الحية :
وتشمل كلا من الغطاء النباتى والمواد العضوية مثل الدبال Humus والبكتريا Bacteria والأحماض العضويةAcids Organic ويعتقد الكثيرون من علماء التربة أن عمليات تكون التربة لا تبدأ إلا عندما يتدخل النشاط العضوى بين الصخر الأم والبيئة المحيطة به . وتتحكم نوعية النباتات فى سمك المواد العضوية وعلى سبيل المثال فإن الأقاليم الاستوائية التى تتميز بالغابات الكثيفة تكون تربتها ذات سمك قليل من المواد العضوية الدبالية على عكس المناطق العشبية التى تتميز بسمك كبير من المواد العضوية هذا العضوية هذا الإضافة إلى تدخل النشاط البشرى سواء فى إزالة الغابات أو إضافة أراضى زراعية جديدة .

4 – الوضع الطبوغرافى :
يتحكم الوضع الطبوغرافى للتربة إلى حد كبير فى خصائصها فالسفوح الشديدة الانحدار لا تصل التربة فيها إلى مرحلة النضج لأن عوامل النقل المختلفة تزيل مخلفات التجوية أولا بأول فتتكون فى هذه الحالة تربة ناقصة قد أزيل منها نطاق أو نطاقين علويين . كما يؤثر الوضع الطبوغرافى أيضا على درجة التصريف وموضع وشكل مستوى المياه الباطنية . وللدلالة على أهمية الوضع الطبوغرافى فإن السهول والمناطق القليلة الانحدار تتميز بوجود تربة سميكة إذ أن الميل البسيط لهذه المناطق يجعلها تستقبل الرسوبيات والفتات الصخرى المنقول الذى سبق تجويته .

5 – الزمن :
والمقصود به هنا الفترة الزمنية التى استغرقها عمليات تكوين التربة . وبطبيعة الحال فإن الزمن يتحكم فى سمك ودرجة نضج نطاقات التربة باعتبار أن عمليات التجوية ترتبط ارتباطا وثيقا بالزمن .

نطاقات التربة :

يتألف القطاع الرأسى فى التربة من ثلاث نطاقات رئيسية موازية فى اتجاهاتها لسطح التربة فى الغالب وقد استخدمت الحروف A,B,C لرمز الدلالة على هذه النطاقات .

النطاق A : وهو الجزء السطحى من التربة Topsoil وهو خليط من الدبال والرمل والسلت Silt والمعادن الطينية والمواد العضوية المتحللة بفعل البكتريا وأيضا المواد العضوية غير المتحللة وهو النطاق المستغل فى الزراعة .
النطاق B: ويعرف أحيانا بنطاق تحت التربة Subsoil وهو نطاق انتقالى بين النطاق A والصخر الأم الذى تمت تجويته Weathered Parent rock الذى يقع فى أسفل هذا النطاق ، وقد تمتد إلى هذا النطاق جذور الأشجار كما توجد به أيضا المواد العضوية .

إليكم احبتي ورقة عمل/ التغيرات الفيزيائية و الكيميائية

ورقة عمل بسيطة لتغيرات الكيميائية و الفيزيائية

للتحميل من