تركيب المادة والقوى الجزيئية

 

مم تتكون المادة ؟

 أهداف التجربة :

يتوقع بعد الانتهاء من تنفيذ التجربة أن يكون الطالب قادرا على :

معرفة مما تتركب المادة

التحقق من وجود قوى جزيئية في المادة

التأكد من وجود حركة جزيئية لجزيئات المادة
معرفة وجود مسافات بينية بين جزيئات المادة

الشكل ( 1 )

أسئلة تمهيدية :

ممّ يتكون غاز الأكسجين ؟ و ممّ يتكون جزيء الماء ؟ بماذا يختلف تركيب كل ٍمنهما عن الآخر ؟

لماذا عند سحب شريط من المطاط بهدف زيادة طوله تظهر فيه قوة مقاومة للسحب ؟

لماذا تنتشر رائحة العطر في أرجاء الغرفة عند فتح قنينة عطر ؟

إذا أخذ حجمين معلومين من الماء و الكحول و تم مزجهما ، أيهما أكبر حجم المزيج أم مجموع الحجمين قبل المزج ؟

الشكل ( 2 )

 المفاهيم العلمية :

المادة matter : كل ما يشغل حيزاً و له كتلة .

الجزيء molecule : أصغر جزء من المادة يحتفظ بخواصها .

الذرة atom : أصغر جزء من المادة يشترك في التفاعلات الكيميائية .

الحجم volume : هو الحيز الذي تشغله المادة في الكون .

الكتلة mass : كمية المادة الموجودة في الجسم و تساوي مجموع كتل جزيئاته ( و هذا يصح بالنسبة للأجسام الساكنة أو المتحركة بسرعاتٍٍٍ اعتيادية ) .

الاستمرارية inertia : صفة من صفات المادة التي تجعل الجسم يحتاج إلى قوة خارجية لتغيير حالته الحركية ، فالجسم الساكن يبقى ساكناً و الجسم المتحرك يبقى متحركا بسرعةٍ ثابتة إذا لم تؤثر فيه قوى خارجية تغير حالته الحركية .

الكثافة density : كتلة وحدة الحجوم .

صفة الجاذبية universal gravity : كل كتلة تجذب الكتل المحيطة بها بقوة تسمى قوة الجذب .

حفظ المادة و الطاقة conservation of mass and energy : مجموع ما في الكون من مادة و طاقة مقدار ثابت ، و يمكن تحويل المادة إلى طاقة و بالعكس .

الشكل ( 3 )

 

 المعرفة العلمية :

يستعمل الإنسان في حياته أنواعاً مختلفة من المواد ، و جميعها لها حجم و كتلة ، و من الممكن أخذ جزء من أية مادة كانت و ليكن قطعة من الطباشير مثلاً ، و تقسيمه إلى أجزاء أصغر منه و ملاحظة احتفاظ كل جزء بخواص مادته الأصلية ، حتى و لو تكررت عملية التقسيم عدداً هائلاً من المرات إلى أن نحصل على أصغر جسيم يحتفظ بخواص تلك المادة ، هذه الوحدة تسمى ( الجزيء ) - مع عدم إمكانية تحقيق ذلك عملياً بإمكانات مخبرية متواضعة - فالمادة تتكون من جزيئات ، و يمكن تعريف الجزيء بأنه أصغر جزء من المادة يحتفظ بخواصها .

و من المعروف أن الجزيئات تتكون من وحداتٍ أصغر منها تسمى ( الذرات ) ، و الذرة هي أصغر جزء من المادة يشترك في التفاعلات الكيميائية . و تسمى المواد التي تتكون جزيئاتها من نوع واحد من الذرات العناصر مثل الأوكسجين و الذهب و أما المواد التي تتكون جزيئاتها من أكثر من نوع واحد من الذرات فتسمى ( المركبات ) و منها السكر و الماء .

للمادة خواص عامة تشترك فيها المواد كلها منها : 1- الحجم 2- الكتلة 3- الاستمرارية 4- الكثافة 5- صفة الجاذبية 6- تخضع لقانون حفظ المادة و الطاقة .

الشكل ( 4 )

 

 معرفة علمية متقدمة ( إثرائية ) :

إن المادة تتكون من جزيئات في حالة حركة مستمرة ، و قد تتحرك بصورة عشوائية و باتجاهات مختلفة في خطوط مستقيمة ، و ترتبط مع بعضها بقوى متبادلة ، و مقادير

هذه القوى المتبادلة بين الجزيئات تحدد الحالة التي تكون عليها المادة . و كلما كان الجزيء كبيراً احتوى على عدد أكبر من الذرات .

و على الرغم من أن الجزيئات في حالة حركة مستمرة في جميع حالات المادة الثلاث ، إلا أن هذه الحركة تختلف من حالة إلى أخرى . ففي حالة المادة الصلبة ( البلورية ) فإن الجزيئات تتذبذب حول مواضع مرتبة بشكل هندسي معين . أما في الحالة السائلة ، فإن المسافات بين الجزيئات أكبر منها في الحالة الصلبة للمادة نفسها ؛ الأمر الذي يجعل مجال الحركة للجزيء في الحالة السائلة أكبر منها في الحالة الصلبة . و في الحالة الغازية ، تكون القوى المتبادلة بين الجزيئات ضعيفة جداً ؛ مما يجعل مجال الحركة للجزيئات حول مواضع اتزانها واسعاً و في جميع الاتجاهات ، لاحظ الشكل .

 

 تطبيقات حاسوبية :

مستخدماً برنامج العرض التقديمي ( power point ) قم بإعداد عرضاً محوسباً يحوي ( 7 ) شرائح تقديمية على الأقل حول موضوع ( ممّ تتركب المادة ) ، ثم اعرضه على زملائك مستخدماً جهاز عرض البيانات ( data show ) . يمكنك الاستفادة من الموقع الإلكتروني الآتي في إعداد عرضك و تحضيره :

http://www.creative-chemistry.org.uk/

 استخدام جهاز العرض فوق الرأس :

إن تعذر توفير جهاز عرض البيانات ، قم بطباعة مشروعك على شفافيات حرارية و من ثم استخدم جهاز العرض فوق الرأس لعرضه في الصف .

تجربة الحركة الجزيئية التي نستخدم فيها بلورة بيرمنجنات البوتاسيوم يمكن إجراؤها على جهاز العرض حيث نستخدم طبق بتري بدل الكأس .

 العب مع العلوم :

املأ أنبوباً زجاجياً بماء فيه صبغة حمراء ، و آخر بماء فيه حبر أزرق . ثم ضع الأنبوبين في قدح ماء زجاجيّ أيضاً . اشطر غصن زهرة بيضاء إلى شطرين ثم ضع كل شطرٍ منه في أنبوب من الأنبوبين .

ستلاحظ مباشرة تلون شطري الغصن باللونين الأزرق و الأحمر . بسبب امتصاص الزهرة لماء الصبغتين عبر قنواتها الدقيقة التي تجهزها بالماء و المواد الغذائية . بعد نصف ساعة ستسري الصبغتان إلى بقية أجزاء الزهرة حتى تصطبغ بلونين نصفها أزرق و الآخر أحمر انظر الشكل ألا يؤكد لك ما تراه أن جزيئات المادة في حركة مستمرة ؟

 

 غرائب - حقائق - عجائب :

دور العلماء المسلمين في تطور العلوم

أبو بكر محمد بن زكريا الرازي ( توفي 321 هـ ) من الأعلام الذين درسوا العناصر و المركبات ، و وصفوا الكثير من العقاقير و الآلات و الأدوات في كتبه مثل ( كتاب الأسرار ) ، و ( كتاب سر الأسرار ) و ( كتاب صناعة الكيمياء أقرب إلى الوجود منها إلى الامتناع ) ، و كذلك اشتهر بما حضر من المواد و بأسلوبه العلمي في البحث و التجريب و باهتمامه بالتحليل و بتنظيم العمل في المختبر .

و يظهر فضل الرازي في الكيمياء ، بصورة جلية ، عندما قسم المواد المعروفة في عصره إلى أربعة أقسام هي : المواد المعدنية ، و المواد النباتية ، و المواد الحيوانية ، و المواد المشتقة . كما قسم المعدنيات إلى أنواع ، بحسب طبائعها و صفاتها ، و حضر بعض الحوامض .

و مازالت الطرق التي اتبعها في التحضير مستخدمة حتى اليوم . و هو أول من ذكر حامض الكبريتيك الذي أطلق عليه اسم ( زيت الزاج ) أو ( الزاج الأخضر )

 

 العلم و المجتمع :

ولد الدكتور أحمد زويل في جمهورية مصر العربية في السادس و العشرون من فبراير عام 1946 , و التحق بكلية العلوم جامعة الإسكندرية عام ‏1963‏ و حصل على بكالوريوس العلوم قسم الكيمياء عام ‏1967‏ بتقدير امتياز مع مرتبة الشرف ثم حصل بعد ذلك على شهادة الماجستير من جامعة الإسكندرية . و استكمل دراساته العليا . بعد ذلك في الولايات المتحدة حيث حصل على شهادة الدكتوراة عام 1974 من جامعة بنسلفانيا و في سن الثانية و الخمسين فاز الدكتور أحمد زويل بجائزة بنيامين فرانكلين بعد اكتشافه العلمي المذهل المعروف باسم " ثانية الفيمتو " أو "Femto-Second" و هي أصغر وحدة زمنية في الثانية , و لقد تسلم جائزته في احتفال كبير حضره 1500 مدعو من أشهر العلماء و الشخصيات العامة و في عام 1991 فاز الدكتور أحمد زويل بجائزة نوبل في الكيمياء و بذلك يكون أول عالم عربي مسلم يفوز بتلك الجائزة في الكيمياء .

و يشغل الدكتور أحمد زويل عدة مناصب و هي الأستاذ الأول للكيمياء في معهد لينوس بولينج و أستاذ للفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا و مدير معمل العلوم الذرية .

أبحاث الدكتور زويل حالياً تهدف إلى تطوير استخدامات أشعة الليزر للاستفادة منها في علم الكيمياء .

 

 التكامل بين العلوم : 

العنصر

عدد العناصر المعروفة يبلغ ( 106 ) عنصر ، تم تحضير أو اكتشاف معظمها خلال القرن و نصف الماضيين . و يبين الشكل ( 9 ) نسبة توفر هذه العناصر في جو الأرض و قشرتها ( بعمق 40 كم ) و في جسم الإنسان .

الشكل ( 9 )

 العلم و الاقتصاد :

ماذا أستفيد ؟

يتصور البعض أن دراسة العناصر و المركبات و التفاعلات الكيميائية و خواص المواد متطلبات لعالم آخر ، عالم بعيد عن حياتنا اليومية . و لكنك إذا نظرت إلى الأشياء التي تستخدمها في مأكلك و مشربك و ملبسك و خلافه ، يتضح لك أن معظم هذه الأشياء يختلف تماماً في مظهره عن المواد الأصلية المكونة له ، فهل خطر ببالك أن بعضاً من ملبسك مصنوع من مشتقات النفط ؟ و هل تعلم أن عدد المركبات الكيميائية المعروفة يزيد عن مليوني مركب مختلف بجانب المئات من المركبات التي تكتشف و تحضر يوميا لاستخدامها في شتى المجالات ؟

مما تقدم يتضح لك أن العلم يلعب دوراً هاماً في حاضرك و مستقبلك و مجال العمل الذي تتمناه و ترغب فيه و تخطط له ، أياً كان هذا المجال ، و لذا فإنك ستكون أكثر نجاحاً إذا بدأت من الآن في تكوين الخلفية العلمية الصحيحة و استيعاب المعلومات بعد تحليلها و فهمها