Lakhasly

ق�صة مادتني TwoSubstances AStoryof الفكرة الرئيسة الكيمياء هي درا�سة املادة والتغريات التي تطرأ عليها. الرب ط مع احلياة قد حتاول أن حتل مشــكلة ما فيؤدي ذلك إىل حدوث مشكلة أخرى. ً هل حركت يوما قطعة أثاث من مكاهنا، يــؤدي نقل األثاث إىل حدوث مشــكلة جديدة، كعدم إمكان فتح بــاب، ً إيصال سلك كهربائي إىل القابس. مثل هذا قد حيدث يف العلوم أيضا. ملاذا ندر�س الكيمياء؟ ?Chemistry Study Why ّ تأمل األشياء من حولك، وكذلك األشياء املوضحة يف الشكل . املواد؟ إن كل املواد يف العامل مكونة من وحدات بنائية. ّ ً ف املادة؟ املادة كل يشء له كتلة ويشغل حيزا. ِّ منها يســميها العلامء "مادة". قد تتساءل وأنت تدرس الكيمياء عن أمهيتها بالنسبة لنا. تدرس الكيمياء املــادة والتغريات التي تطــرأ عليها. والرفاهية للناس. ومن ذلك اســتعامهلا يف التربيد، ُ األطعمة مــن التلف، واملكيفات يف املنازل واملدارس وأماكــن العمل. بصناعة الكريامت التي تستعمل يف الوقاية من بعض أشعة الشمس الضارة. وغريها. الشكل 1-1 كل �شيء يف الكون مكون من مادة، ومن ذلك الأج�سام والأ�شياء املحيطة بنا. www. ien. edu. الشــكل 1-2 يتكون الغلاف اجلوي م ن عدة طبقـات. الواقية يف طبقة ال�سرتاتو�سفري. )كرمي( احلماية من أ�ش��عة ال�شم���س ألن أجواء اململكة حارة ومشمســة تظهر بعض التصبغــات يف البرشة. فــوق البنفســجية )UV )الضــارة يمكن دهن اجللد بـ )كريم( يساعد عىل الوقايــة من حروق الشــمس الصحة باســتعامل الكريامت الواقية حتتوي عىل األشعة فوق البنفسجية. The Ozone Layer الأوزون طبقة إن التعرض الزائد لألشــعة فوق البنفسجية UV مؤذ ـ والــذي يرمز إليه بالرمز UVB ً ـ يمكن أن تســبب إعتام ً ا يف العني، ً يف اجللد عند اإلنســان، وتقلل من نواتج املحاصيل الزراعية، سالسل الغذاء يف الطبيعة. لقد نشــأت املخلوقات احلية رغم تعرضها لـ UVB ؛ َ املخلوقات احلية بعض القدرة عىل إصالح نفسها عند التعرض ملستويات منخفضة جيعل اخلاليا غري قادرة عىل املقاومة، وعندها يموت الكثري من املخلوقات احلية. الغالف اجلوي للأر�ض تســتطيع املخلوقات احلية البقاء عىل األرض بفضل طبقة األوزون التي خلقها اهلل تبارك وتعاىل لتحميها من املســتويات العالية من 3O )ـ املكون من ذرات األكسجني ـ مــادة كيميائية توجد يف الغــاف اجلوي، وثابت وتســمى باملادة النقية. من عدة طبقات، تســمى الطبقة الدنيا، اهلواء الذي نتنفسه، ويكون فيها الغيوم، وفيها حتدث تقلبات الطقس. الطبقة التي فوقها سرتاتوســفري، ومتتد بني km -50 10 فوق ســطح األرض، وفيهــا طبقة األوزون التي حتمي األرض، )األشعة فوق البنفسجية( قبل أن تصل إىل األرض. أصل هــذه الكلمة إغريقــي، ماذا قرأت؟و�ضح فوائد وجود طبقة األوزون يف الغالف اجلوي. تك��ون الأوزون َّ كيــف يتكون غاز األوزون يف طبقة السرتاتوســفري؟ عندما يتعرض غاز األكسجني 2O لألشعة فوق البنفسجية يف األجزاء العليا من السرتاتوسفري تتحلل جزيئاته إىل ذرات منفردة O تتفاعل بدورها مع جزيئات غاز األكسجني 2O ليتكون غاز األوزون 3O، كام هو موضح يف الشكل . ً فوق البنفسجية ويتحلل مكونا غاز األكسجني، األكسجني واألوزون يف طبقة السرتاتوسفري. تم اكتشــاف غاز األوزون وقياس كميته يف أواخر القرن التاسع عرش. العلامء؛ فهو يتكون فوق خط االستواء؛ ألن أشعة الشمس تكون عمودية وقوية هناك، ً ثم يتحرك حول األرض بفعل تيارات اهلواء يف السرتاتوســفري . يساعدنا عىل تتبع حركة الرياح يف طبقة السرتاتوسفري. يف عرشينيات القرن املايض بدأ العامل الربيطاين دوبسون )1889-1976م( قياس كمية غاز األوزون يف الغالف اجلوي. السرتاتوسفري، إال أنه يتجمع يف اجلزء األسفل منها. يف طبقة السرتاتوسفري عن طريق أجهزة موجودة عىل األرض، األوزون التي جيب أن توجد يف اجلو، وهي 300 دوبســون )DU). -منها املوجودة يف الشكل 1-4 - ملراقبة كمية غاز األوزون يف الغالف اجلوي. الشكل 1-4 ي�ستعمل العلم اء ً أنواعا لقيا�س كمية غاز الأوزون يف اجلو. الشــكل 1-3 الأ�ش عة ف وق البنف�سجية ال�ص ً ادرة عن ال�شم�س جتعل جزءا من جزيئات غاز الأك�سجني 2O يتحلل إىل ذرات أك�سجني O، ال ذرات املنفردة تتحد مع جزيئات أخرى من غاز الأك�سجني 2O ِّ وتكون غاز الأوزون 3O. ف�سر ما �سبب التوازن بنيغازي الأك�سجني الشكل1-5 أكدت �صور الأقمار اال�صطناعية قيا�سات فريق الق ارة املتجم دة اجلنوبي ة الت ي ُس مك طبق ة الأوزون فوق هذه أ�ش ارت إىل تقل عن ي�سار ال�صورة أن م�ستوى الأوزون يرتاوح بني وجــد فريق بحث بريطاين انخفاض كمية غاز األوزون يف طبقة السرتاتوســفري، ُ واستنتجوا أن ســمك طبقة األوزون يتناقص. طبقة األوزون يف أكتوبر من عام 1990م. ُّ ُص سمك طبقة األوزون يسمى عادة "ثقب األوزون" إال أنه ليس ثقب ً فغاز األوزون ما زال موجود ً ا، لكن ســمك الطبقة أقل كثريا من املعدل الطبيعي. ّ ً بت قلق ً ا للعلامء، هبا البالونات والطائرات واألقامر االصطناعية. مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs (Chlorofluorocarbons بدأت قصتهــا يف عرشينيات القرن املــايض؛ َ استعملت يف البداية غازات ضارة - منها األمونيا- للتربيد. قد تتــرب من الثالجة وتؤذي أفــراد البيت فقد بــدأ الكيميائيون البحث عن مــر ً دات أكثر أمن ّ ا. 1928 ّ م أول مركــب من مركبات الكلوروفلوروكربون التي يرمز إليها بـ CFCs، وهو مادة مكونة من الكلور والفلور والكربون. ًّا ـ يف املخترب، وحيَّض اآلن عدد من هذه املركبات ـ التى ال تتكون طبيعي غري سامة؛ ألهنا ال تتفاعل مبارشة مع املواد األخرى. أجهزة التكييف املنزلية، كام دخلت يف صناعة الثالجات، أو علب املبيدات احلرشية املنزلية. ماذا قرأت؟ ف�سّ ��ر َّ ملاذا فكر العلامء أن مركبات الكلوروفلوروكربون CFCs كيميائي البيئة يستعمل كيميائي البيئة أدوات مــن الكيمياء والعلوم األخرى لدراسة كيفية تفاعل المواد يتضمــن تحديد مصــادر التلوث، الشــكل1-6 جمع العلماء معلومات عن اال�ستعمال العاملي ملركب ات الكلوروفلوروكرب ون CFCs وتراكمه ا ف وق الق ارة املتجمدة اجلنوبية. -11CFC أحد أنواع CFC. �ص��ف كيف تغريت كمية مركب ات الكلوروفلوروكربون يف الفرتة بني عامي 1977 و 1995م؟ * ppt: وحدة قيا�س تركيز، بدأ العلامء الكشف عن وجود مركبات الكلوروفلوروكربون CFCs يف اجلو يف سبعينيات ً القرن املايض، فقاموا بقيــاس كميتها يف الغالف اجلوي، الشــكل 1-6 ً . البيئة؛ ألهنا مستقرة، لذا مل تشكل مصدر قلق لكثري من العلامء. الحظ العلامء بعد ذلك أن سمك طبقة األوزون يتناقص، تصل إىل الغالف اجلوي. قبل أن تعرف إجابة هذا السؤال، ال بد أن تفهم بعض األفكـــار األساسية يف الكيمياء، ً وتعرف أيضا كيف حيل الكيميائيون وغريهم من العلامء املشكالت العلمية. الكيمياء هي دراسة املادة والتغريات التي تطرأ املادة الكيميائية هلا تركيب حمدد وثابت وتسمى ِّ غاز األوزون يوجد يف طبقة السرتاتوسفري ويكون طبقة واقية لألرض من األشعة فوق البنفسجية. CFCs مواد مصنعة مكونة من الكلور والفلور الفكرة الرئيسة وضح أمهية دراسة الكيمياء لإلنسان. ّعرف املادة الكيميائية، وأعط مثالني ملادتني كيميائيتني. . صف كيف يتكون األوزون؟ وملاذا يعد مهمًّ؟ . ّوضح ُ ملاذا ط َ ورت مركبات الكلوروفلوروكربون؟ وفيم فّس سبب قلق العلامء من تزايد أشعة UVB يف اجلو . فّس سبب ازدياد تركيز CFCs يف الغالف اجلوي. . ّقوم ملاذا كان من املهم تأكيد بيانات دوبسون عن طريق صور Chemistry and Matter واملادة الكيمياء الفكرة الرئيسة تتناول جماال ُت َ علم الكيمياء درا�سة الأنواع املختلفة من املادة. الرب��ط م��ع احلياة إذا اعتربت أن كل يشء من حولك مادة فســوف تدرك أن الكيميائيني ً يدرسون تنوع ً ا ضخم من األشياء. Matter and its Characteristics صها�وخوا املادة املادة هي املكون األســايس للكون. وللامدة أشكال عدة؛ فكل يشء من حولك مادة، األشياء املوجودة يف الشكل . 1-7 بعض املواد توجد يف الطبيعة، ومنها األوزون، اآلخر اصطناعي، ومنها مركبات الكلوروفلوروكربون CFCs. ًّا مكونة من مادة هلا كتلة. ربام الحظت أن األشياء التي نســتعملها يومي ً كمية املادة. فالكتاب له كتلة ويشغل حيزا، ً أو اإلحســاس به أحيان ً ا، لكنك عندما تنفخ بالونا فإنه يتمدد ليســمح للهواء بالدخول فيه، ويصبــح أثقل من ذي قبل، وهلذا فاهلواء مادة. رأسك ليســت مادة، وكذلك احلرارة والضوء وموجات الراديو واملجاالت املغناطيسية. األشياء التي ليست مادة؟ اذكر بعضها. الكتلة والوزن ً هل ســبق أن اســتعملت ميزانا لقياس وزنك؟ الوزن ً ليس مقياسا لكمية املادة فحسب، وإنام ً هو أيضا مقياس لقوة جذب األرض للامدة. ً مجيع األماكن عىل األرض؛ فهي تصبح أقل عندما نتحرك بعيدا عن ســطح األرض. ً تالحظ فرق ً ا يف وزنك عندما تنتقل من مكان إىل آخر، تقارن بني الكتلة والوزن. تف�سر سبب اهتامم الكيميائيني بالوصف حتت املجهري للامدة. التقنية: التطبيق العميل للمعرفة الشــكل 1-7 كل �ش��يء يف ه��ذه ال�ص��ورة مادة وله كتلة ووزن. www. ien. edu. ً قد يبدو من الأنســب للعلماء أن يســتعملوا الوزن بدلا من الكتلة، عملي، بل الأفضل قياس كتلة الأجســام. لماذا؟ لأن كتلة الجسم ثابتة في أي مكان، بخــلاف الوزن الذي يختلف من مكان إلى آخر؛ الأوزان. ولما كانت الكتلة مستقلة عن قوة الجاذبية فإنهم يستعملون مقياس الكتلة.  ما الذي تســتطيع أن تشــاهده في بناء مدرستك مــن الخارج؟ أنت تعرف أن البناء يحوي أكثر مما تســتطيع مشــاهدته من الخارج؛ فأنت لا تســتطيع مشاهدة قضبان الحديد داخل الجدران، خواص معظم المواد واضحة، لا تحتاج إلى مجهر لرؤيتها. من المــواد من حولك من عناصر مكونة من جســيمات تســمى ذرات. صغيرة جد ّ ا حتى أنه لا يمكن رؤيتها بالمجاهر الضوئية. هذه الجملة. وتفسر بنية المادة وتركيبها وســلوكها على المستو￯ تحت المجهري، ُ تهدف الكيمياء إلى تفســير الأحداث التي لا تر تغيرات ملحوظة. وتعد النماذج إحد￯ طرائق توضيح ذلك. ّ أو لفظي ّ أو رياضي للبيانات التجريبية. لتمثيل الأشياء التي يصعب مشاهدتها، ومنها المواد المستعملة في البناء، الحاســوبي للطائرة المبين في الشكل ، نوعين آخرين من النماذج التي يستعملها العلماء. ً قد يبدو من الأنســب للعلماء أن يســتعملوا الوزن بدلا من الكتلة، الاســتعمال العلمي: الــوزن هو مقياس لكمية المادة ولقــوة الجاذبية الواقعة على وزن الجســم هو حاصل ضرب كتلته في تسارع الجاذبية الأرضية المحلي. الاســتعمال الشــائع: الوزن هــو الثقل ً فنقول مثــلا: إن الأرنب قــد نما بسرعة لدرجــة أن وزنــه تضاعــف في بضعة Chemistry: The Central Science ُّ علم الكيمياء هو دراســة املادة والتغريات التي تطرأ عليها. لكل العلوم: األحياء والفيزياء واألرض والبيئة وغريها. ًّا إىل فروع تركز املادة فإن جماالت الدراســة يف الكيمياء تتنوع؛ عىل دراســة معينة، ولكن الكثري منها يتداخل، كام هو مبني يف اجلدول. العضوية وكيمياء املبلمرات تشرتكان يف دراسة البالستيك. النــاذج أدوات يســتعملها العلــاء ومنهم الكيميائيون لتفسري األحداث التي ال ترى بالعني املجردة. املالحظــات التي يمكن رؤيتها بالعني املجردة للامدة تعكس ســلوك الذرات التي ال يمكن رؤيتها بالعني املجردة. هناك فروع عــدة لعلم الكيمياء، الكيميــاء العضوية وغــر العضوية . الفكرة الرئيسة ّفرّس سبب وجود عدة فروع لعلم الكيمياء. . ّفرّس ً ملاذا يستعمل العلامء الكتلة بدال من الوزن يف قياساهتم؟ سم ثالثة نامذج يستعملها العلامء، وبني فائدة كل منها. القمر تساوي سدس جاذبية األرض(؟ ِّقوم ّ هل يتغري وزنك يف أثناء صعودك وهبوطك يف املصعد؟ فرّس 14. إجابتك. اجلدول 1-1 بع�ض فروع الكيمياء الفرع جمال الدرا�سة �أمثلة الكيمياءالعضوية املواد التي حتتوي كربون األدوية، الكيمياء غري العضوية املواد التي ال حتتوي ً عىل كربون عموما املعادن، والفلزات والالفلزات، الكيمياءالفيزيائية سلوك املادة وتغرياهتا وتغريات الطاقة املصاحبة هلا رسعة التفاعالت، الكيمياءالتحليلية أنواع املواد ومكوناهتا األغذية، الكيمياءاحليوية املادة والعمليات احليوية يف املخلوقات احلية التمثيل الغذائي، الكيمياءالبيئية املادة والبيئة التلوث، الكيمياءاالصطناعية العمليات الكيميائية يف الصناعة األصباغ، كيمياء املبلمرات املبلمرات واملواد البالستيكية األنسجة، ومواد الطالء، الكيمياءالذرية نظريات تركيب املادة الروابط، وأشكال املدارات، واألطياف اجلزيئية والذرية، الكيمياءاحلرارية احلرارة الناجتة عن العمليات الكيميائية حرارة التفاعل الفكرة الرئيسة يتب��عالعلماء الطريق��ة العلمية لطرح أ�س��ئلة، لها، واختبارها، وتقومي نتائج االختبارات. الرب��طم��عاحلياة ماذا تفعل إذا أردت أن تقــوم برحلة طويلة؟ هل تأخذ معك مجيع ً مالبسك يف حقيبة، أم أنك ختطط ملا تلبسه؟ إن إعداد خطة هو األفضل عموما. ً يطور العلامء خططا تساعدهم عىل استقصاء العامل. A Systematic Approach النظاميةيفالبحث الطريقة ربام قمت بإجراء جتربة خمتربية مع زمالئك يف صفوف سابقة. فرد يف املجموعة قد يكون لديه فكرة خمتلفة عن طريقة إجراء التجربة. اآلراء يعد من فوائد العمل اجلامعي. ً املشاركات الفردية معا إلجياد حل يتطلب بذل جهد يف العمل اجلامعي. ً يقوم العلامء بعملهم بطرائق متشــاهبة؛ ً َ ا ما يســتخلص أعامل عدة علامء للوصول إىل فهم جديد للموضوع. لذا قد يكون من املفيد أن يستعمل العلامء خطوات موحدة لتنفيذ جتارهبم. الطريقة العلمية طريقة منظمة تســتعمل يف الدراسات العلمية، ّ حيوية أو فيزيائية أو غري ذلك. يتبع العلامء الطريقة العلمية حلل املشــكالت، من عمل العلامء اآلخرين. ويبني الشــكل 1-9 نظرة عامة خلطوات الطريقة العلمية. وال يقصــد هبذه اخلطوات أن تنفذ بالرتتيب. نفسها فإن هناك شكا يف صدق النتائج. ِّحتدد خطوات الطريقة العلمية. تقارن بني أنواع البيانات. ت�صف الفرق بني النظرية والقانون ا تس نتا اج الشكل1-9 تكرر خطوات الطريقة العلمية �إىل �أن تدعم الفر�ضية �أو تلغيها. www. ien. edu. ملــاذا تعد مهــارات املالحظــة مهمــة يف الكيمياء؟ تســتعمل املالحظات عادة للوصول إىل استنتاجات. P O N M L K J I H PPG OOFP NNEO MMDN LL CM KKLB JJ AK I I J HHI GGH FF G EE F DDE CCD BB C AAB A . ام�لأ بطاق��ة ال�س�لامة يف دلي��ل التج��ارب العملي��ة عل��ى من�صة عني . أ�ص��ف م��اء إل��ى طب��ق ب�تري حت��ى ارتف��اع cm ، ًخمبار ً ا مدرجا لقيا�س mL1 من زيت نباتي، وأ�صفه إلى الطبق. . اغم�س رأ�س عود أ�سنان يف �سائل تنظيف الأواين. . اجعل رأ�س العود يالم�س املاء يف مركز الطبق، و�سجل مالحظاتك. . أ�ص ً ف حليبا كامل الد�سم إلى طبق برتي آخر حتى ارتفاع cm . . �صع قطرة واحدة من كل نوع من أربعة أنواع من ملونات الطعام يف أربع��ة أماكن على �س��طح احلليب. . كرر اخلطوتني 3 و 4 . . �صف ما �صاهدته يف اخلطوة . . �صف ما �صاهدته يف اخلطوة . . ا�س��تنتج الزيت والدهن يف احلليب وال�ص��حم ينتميان إلى فئة من الشــكل 1-10 البيان��ات الكمي��ة مالحظات تو�صف با�ستعمال احلوا�س. املالحظة تبدأ الدراســة العلمية عــادة بمالحظة بســيطة. ًا ما تكــون املالحظات األولية التي يقوم هبــا العلامء بيانات نوعية )معلومات تصف اللون أو الرائحة أو الشكل أو بعض اخلواص الفيزيائية األخرى(. ً وعموما فإن كل يشء يتصل باحلواس اخلمس هو نوعي، ً جيمع الكيميائيون عــادة نوعا آخر من البيانات؛ فقد يقيســون درجــة احلرارة، الضغط، أو احلجم، أو كمية املادة الناجتة عن التفاعل. »بيانــات كمية«، وهي تبــن رسعة اليشء، أو طوله أو حجمه. والبيانات النوعية التي تستطيع مجعها من الشكل 1-10؟ الفر�ضية ّ تذكر ما درســته عن قصة املادتني يف القسم . وروالند وجود مركبات الكلوروفلوروكربون CFCs قبل أن تبّي البيانات الكمية تناقص ّد لدهيام فضول ملعرفة مدة بقاء CFCs يف مســتوى غاز األوزون يف السرتاتوسفري. اجلــو، فقاما بفحص التفاعالت التي يمكن أن جتري بني املواد الكيميائية املختلفة يف اجلو، لقد اكتشف مولينا وروالند أن مركبات CFCs تبقى ثابتة يف اجلو لفرتة طويلة، ّ أن هذه املواد تصعــد إىل طبقات اجلو العليا، ّل نتيجة التفاعل مع األشــعة فوق البنفســجية اآلتية من الشمس. ّ أخــرى تنص عىل أن الكلــور الناتج عن هذا التفاعل حيطم جزيئــات غاز األوزون. الفرضية عبارة عن تفسري مؤقت لظاهرة ما أو حدث متت مالحظته، وهو قابل لالختبار. ماذا قرأت؟ ا�ستنتج ملاذا تكون الفرضية مؤقتة؟  لا معنى للفرضية ما لم يكن هناك بيانات تدعمها. يســاعد العالم على التركيز على الخطــوة الآتية في الطريقة العلميــة. المشــاهدات المضبوطة التي تختبر الفرضية. ّ وينفذوهــا من أجل اختبار المتغيرات. افترض أن معلم الكيمياء طلب إلى طلاب صفك استعمال المواد الموجودة في الشكل 1-11 لتصميم تجربة لاختبار الفرضية القائلة إن ملح الطعام يذوب في الماء الســاخن أسرع من ذوبانه في الماء الذي درجة حرارته تساوي درجة حرارة الغرفة (C ولأن درجــة الحرارة هي المتغير الــذي تخطط لتغييره فهي متغير مســتقل. ً مجموعتــك أن كمية من الملــح تذوب تماما خلال دقيقة واحدة عنــد C نفسها تحتاج إلى 3 ً دقائق لتذوب تماما عند درجة C سرعة ذوبان الملح. وتســمى سرعة الذوبان هذه ً متغير ً ا تابعا ً ؛ ّ أنها لا تستطيع التحكم في الكيفية التي يتغير بها المتغير التابع. الفرق بين المتغير المستقل والمتغير التابع. عوامل أخر￯ ما العوامل الأخر￯ التي تستطيع تغييرها في تجربتك؟ هل تؤثر كمية الملح التي تستعملها، أو كمية الماء، ربما تكون بالإيجاب. لذا فإن نتائج التجربة ســتختلف. ُ الوحيد الذي ي ً ســمح بتغييره في التجربة المخطط لها جيدا. من المهم وجود ضابط للمقارنة في كثير من التجارب. درجة حرارة الغرفة هو الضابط. ويبين الشكل 1-12 ً ضابطا من نوع آخر؛ كاشف كيميائي إلى كل من الأنابيب الثلاثة، َّ اليسار، لذا تحول لون الكاشــف فيه إلى الأحمر. أما الأنبوب الأوسط فيحتوي على ماء، ولون الكاشف فيه أصفر. وأما الأنبوب الأيمن فيحتوي على محلول قاعدي، ∫ƒ¡› ∫ƒ∏fi ≈dEG »FÉ«ª«c ∞°TÉc ∞«°VCG GPEG  hCG É«°†ªM ∫ƒ∏ëŸG ¿Éc GPEG Ée Oó– ∞«µa á°Vƒª◊G v ?ÉjóYÉb hCG v ’OÉàe k ضبط املتغريات التفاعالت املوصوفة أعاله بني CFCs وغاز األوزون يف نموذج مولينا وروالند تضم عدة متغريات. فعىل سبيل املثال، ي األشــعة فوق البنفسجية قد يغِّيان تســبب تناقص غاز األوزون. ً من نتائج أي جتربة يف أي وقت، مما جيعل املقارنة صعبة. ًّا، بحيث يمكن ضبط املتغريات بسهولة. اال�س��تنتاج ُ يمكن أن ت ً ظهر التجربــة قدر ً ا كبريا من البيانات، العلامء عادة، وحيللوهنا، ويقارنوهنا بالفرضية للتوصل إىل اســتنتاج. قائم عىل املعلومات التي يتم احلصول عليها. نحن ال نســتطيع إثبات فرضية ما. عندما تؤيد البيانات الفرضية فإن ذلك يشــر فقط إىل أن الفرضية قد تكون صحيحة. وإذا جاءت بعد ذلك بيانات ال تدعم الفرضية فعلينا رفض الفرضية أو تعديلها. وضع مولينا وروالند فرضية عن ثبات مركبات CFCs يف طبقة السرتاتوســفري، بيانات تؤيد فرضيتهــا َّ ، بالتفاعل مرة بعد أخرى مع غاز األوزون. كام أنه يمكن اختبار النموذج واســتعامله يف القيام بتوقعــات. ُّ وروالند تكون الكلــور وتناقص غاز األوزون، كام هو مبني يف الشــكل . ً وجدت جمموعة بحثيــة أخرى دليال عىل تفاعل غــاز األوزون والكلور عندما قامت بإجراء قياسات يف طبقة السرتاتوســفري. لكن هذه املجموعة مل تعرف مصدر الكلور. َّ لقد توقع مولينــا وروالند يف نموذجهام مصدر الكلور، األوزون يف السرتاتوســفري يمكن أن يتحطم بفعــل مركبات CFCs، ٍ كاف ّ لفرضيتهام مكنهام من ن ْش اكتشافهام، ففازا بجائزة نوبل عام 1995م. تتحد ذرة أك�سجني O مع أول أك�سيد الكلور ClO ِّ ليكونا غاز الأك�سجني 2O والكلور Cl، غاز أوزون آخر، وتتكرر العملية. ثم يقوم الكل ور بتدمري غاز الأوزون باالحتاد معه وتكوي ن غاز الأك�سجني 2O وأول أك�سيد الكل ور تنب أ من وذج مولين ا وروالن د أن الأ�ش عة ف وق البنف�سجية جتعل الكلور Cl ينف�صل عن F3CCl الشكل1-13 يبني منوذج مولينا وروالند كيف تدمر مركبات CFCs غاز الأوزون. Theory and Scientific Law العلمي والقانون النظرية النظرية ً تفســر لظاهرة طبيعية بناء عىل مشاهدات واســتقصاءات مع مرور الزمن. ً ســمعت عن نظرية أينشتاين يف النســبية، أو عن النظرية الذرية. ً رئيســا يف الطبيعة تم دعمه مع مرور الزمن. ولكن النظريات كلها تبقى عرضة للبحث، ًا إىل اســتنتاجات جديدة. أمكن استعامهلا للقيام بتوقعات صحيحة. ً يتوصل عدد من العلامء أحيانا إىل االســتنتاجات نفســها عن بعــض العالقات يف الطبيعة، ً وال جيدون أي اســتثناءات هلذه العالقــات. املظليني من الطائرة- كام هو مبني يف الشــكل 1-14 - فإهنم يعودون دائًم إىل األرض. ً كان إســحاق نيوتن متأكدا من وجود قوة جتاذب بني مجيع األجسام. ِّ عدة جتارب. وعىل العلامء أن يطوروا فرضيات وجتارب أخرى لتفسري وجود هذه العالقات. الشكل1-14 ينطبق قانون نيوتن للجاذبية على كل قفزة من قفزات هوؤالء املظليني مهما تعددت. الطرائــق العلمية طرائــق منظمة حلل البيانات النوعية تصــف مالحظة ما، والبيانات الكمية تستعمل األرقام. املتغري ُ ات املسـتقلـة تـغَّي يف التجربـة، أما املتغريات التابعـة فتتغري ً تبعا لتغري النظرية فرضية يدعمها الكثري من يف كل بحث يقومون به؟ 16. فرق أعط مثاًل عىل بيانات كمية وآخر عىل بيانات نوعية. قوم ُ طلب إليك أن تدرس أثر درجة احلرارة يف حجم بالون، حجم البالون يزداد عند تسخينه. ً وما العامل الذي بقي ثابتا؟ وما الضابط الذي ستقارن به؟ فّس ُ النامذج العلمية اجليدة يمكن فحصها واستعامهلا للقيام بتوقعات. ماذا توقع نموذج مولينا وروالند عن كمية غاز األوزون يف اجلو عند

ق�صة مادتني TwoSubstances AStoryof
الفكرة الرئيسة الكيمياء هي درا�سة املادة والتغريات التي تطرأ عليها.
الرب ط مع احلياة قد حتاول أن حتل مشــكلة ما فيؤدي ذلك إىل حدوث مشكلة أخرى.
ً هل حركت يوما قطعة أثاث من مكاهنا، فاكتشــفت أن املكان اجلديد غري مناســب؟ قد
يــؤدي نقل األثاث إىل حدوث مشــكلة جديدة، كعدم إمكان فتح بــاب، أو عدم إمكان
ً إيصال سلك كهربائي إىل القابس. مثل هذا قد حيدث يف العلوم أيضا.
ملاذا ندر�س الكيمياء؟ ?Chemistry Study Why
ّ تأمل األشياء من حولك، وكذلك األشياء املوضحة يف الشكل .1-1 من أين جاءت كل هذه
املواد؟ إن كل املواد يف العامل مكونة من وحدات بنائية. وهذه الوحدات واألشياء املصنوعة
ّ ً ف املادة؟ املادة كل يشء له كتلة ويشغل حيزا.
ِّ منها يســميها العلامء "مادة". لكن كيف تعر
قد تتساءل وأنت تدرس الكيمياء عن أمهيتها بالنسبة لنا.
تدرس الكيمياء املــادة والتغريات التي تطــرأ عليها. وتوفر دراســتها الكثري من الراحة
والرفاهية للناس. ومن ذلك اســتعامهلا يف التربيد، كام يف الثالجات التي تستعمل يف حفظ
ُ األطعمة مــن التلف، واملكيفات يف املنازل واملدارس وأماكــن العمل. كام ت َعنى الكيمياء
بصناعة الكريامت التي تستعمل يف الوقاية من بعض أشعة الشمس الضارة.. وغريها.
الشكل 1-1 كل �شيء يف الكون مكون من مادة، ومن ذلك الأج�سام والأ�شياء املحيطة بنا.
رابطالدر�س الرقمي
www.ien.edu.sa
14
طبقة الإك�سو�سفري
قمرا�صطناعي
طبقة الثريمو�سفري
�شهب
طبقة امليزو�سفري
طبقة ال�سرتاتو�سفري
طبقة الرتوبو�سفري
مكوكف�ضائي
طائرةنفاثة على طبقة الأوزون
ارتفاع km10
الشــكل 1-2 يتكون الغلاف اجلوي
م ن عدة طبقـات. وتقــع طبق ة الأوزون
الواقية يف طبقة ال�سرتاتو�سفري.
الكيمياء في واقع الحياة
طبقة الأوزون
)كرمي( احلماية من أ�ش��عة ال�شم���س
ألن أجواء اململكة حارة ومشمســة
تظهر بعض التصبغــات يف البرشة.
ولتوفــر بعض احلامية من األشــعة
فــوق البنفســجية )UV )الضــارة
يمكن دهن اجللد بـ )كريم( يساعد
عىل الوقايــة من حروق الشــمس
ورسطان اجللــد. وينصــح خرباء
الصحة باســتعامل الكريامت الواقية
قبل التعرض ألشعة الشمس التي قد
حتتوي عىل األشعة فوق البنفسجية.
The Ozone Layer الأوزون طبقة
ٍ للنباتات
إن التعرض الزائد لألشــعة فوق البنفسجية UV مؤذ
واحليوانات. كام أن املســتويات العالية ألحد أنواع األشــعة فوق البنفســجية
ـ والــذي يرمز إليه بالرمز UVB ً ـ يمكن أن تســبب إعتام ً ا يف العني، ورسطانا
ً يف اجللد عند اإلنســان، وتقلل من نواتج املحاصيل الزراعية، وتسبب خلال يف
سالسل الغذاء يف الطبيعة.
لقد نشــأت املخلوقات احلية رغم تعرضها لـ UVB ؛ فقد هيأ اهلل عز وجل خلاليا
َ املخلوقات احلية بعض القدرة عىل إصالح نفسها عند التعرض ملستويات منخفضة
ًّ من هذه األشعة. ويعتقد بعض العلامء أن وصول مستوى هذه األشعة حد ً ا معينا
جيعل اخلاليا غري قادرة عىل املقاومة، وعندها يموت الكثري من املخلوقات احلية.
الغالف اجلوي للأر�ض تســتطيع املخلوقات احلية البقاء عىل األرض بفضل
طبقة األوزون التي خلقها اهلل تبارك وتعاىل لتحميها من املســتويات العالية من
3O )ـ املكون من ذرات األكسجني
األشعة فوق البنفسجية UVB. وغاز األوزون )
ـ مــادة كيميائية توجد يف الغــاف اجلوي، واملادة الكيميائيــة هلا تركيب حمدد
وثابت وتســمى باملادة النقية. ويمتص غاز األوزون معظم األشعة الضارة قبل
وصوهلا إىل األرض. ينترش حوايل 90% من غاز األوزون يف طبقة حتيط باألرض
وحتميها؛ حيث يتكون الغالف اجلوي لألرض- كام ترى يف الشكل)1-2( -
من عدة طبقات، تســمى الطبقة الدنيا، منها طبقة الرتوبوسفري التي حتتوي عىل
اهلواء الذي نتنفسه، ويكون فيها الغيوم، وفيها حتدث تقلبات الطقس. وتسمى
الطبقة التي فوقها سرتاتوســفري، ومتتد بني km -50 10 فوق ســطح األرض،
وفيهــا طبقة األوزون التي حتمي األرض، وهي متتص معظم األشــعة الكونية
)األشعة فوق البنفسجية( قبل أن تصل إىل األرض.
املفردات
أ�صل الكلمة
أوزون Ozone
أصل هــذه الكلمة إغريقــي، وتعني
يشم.
كريمات
واقية من
الشمس
(UV SPF)
كريمات
واقية
من
الشمس
(UV SPF)
كريمات
واقية
من
الشمس
(UV SPF)
(UV
SPF)
15
C01-02C-828378-A

 


O
O
O3
O3
O2
O2
O2
O2
O2
ماذا قرأت؟و�ضح فوائد وجود طبقة األوزون يف الغالف اجلوي.
تك��ون الأوزون َّ كيــف يتكون غاز األوزون يف طبقة السرتاتوســفري؟ عندما يتعرض
ُّ
غاز األكسجني 2O لألشعة فوق البنفسجية يف األجزاء العليا من السرتاتوسفري تتحلل
جزيئاته إىل ذرات منفردة O تتفاعل بدورها مع جزيئات غاز األكسجني 2O ليتكون غاز
األوزون 3O، كام هو موضح يف الشكل .1-3 ويمكن لغاز األوزون أن يمتص األشعة
ً فوق البنفسجية ويتحلل مكونا غاز األكسجني، لذلك حيدث نوع من التوازن بني غازي
األكسجني واألوزون يف طبقة السرتاتوسفري.
تم اكتشــاف غاز األوزون وقياس كميته يف أواخر القرن التاسع عرش. وقد أثار اهتامم
العلامء؛ فهو يتكون فوق خط االستواء؛ ألن أشعة الشمس تكون عمودية وقوية هناك،
ًا
ً ثم يتحرك حول األرض بفعل تيارات اهلواء يف السرتاتوســفري . لذا يعد مؤرشا مناسب
يساعدنا عىل تتبع حركة الرياح يف طبقة السرتاتوسفري.
يف عرشينيات القرن املايض بدأ العامل الربيطاين دوبسون )1889-1976م( قياس كمية غاز
األوزون يف الغالف اجلوي. ورغم أن غاز األوزون يتشــكل يف املناطق العليا من طبقة
السرتاتوسفري، إال أنه يتجمع يف اجلزء األسفل منها. وتقاس كمية غاز األوزون املوجودة
يف طبقة السرتاتوسفري عن طريق أجهزة موجودة عىل األرض، أو عن طريق بالونات أو
أقامر اصطناعية أو صواريخ. لقد ساعدت قياسات دوبسون العلامء عىل تقدير كمية غاز
األوزون التي جيب أن توجد يف اجلو، وهي 300 دوبســون )DU). وتســتعمل أجهزة
-منها املوجودة يف الشكل 1-4 - ملراقبة كمية غاز األوزون يف الغالف اجلوي.
الشكل 1-4 ي�ستعمل العلم اء ً أنواعا
خمتلفة من الأجهزة، ومنها مطياف بريور
لقيا�س كمية غاز الأوزون يف اجلو.
الشــكل 1-3 الأ�ش عة ف وق البنف�سجية
ال�ص ً ادرة عن ال�شم�س جتعل جزءا من جزيئات غاز
الأك�سجني 2O يتحلل إىل ذرات أك�سجني O، وهذه
ال ذرات املنفردة تتحد مع جزيئات أخرى من غاز
الأك�سجني 2O ِّ وتكون غاز الأوزون 3O.
ف�سر ما �سبب التوازن بنيغازي الأك�سجني
والأوزونيفطبقة ال�سرتاتو�سفري؟
16
الشكل1-5 أكدت �صور الأقمار اال�صطناعية
قيا�سات فريق الق ارة املتجم دة اجلنوبي ة الت ي
ُس مك طبق ة الأوزون فوق هذه
ُّ�ص �
أ�ش ارت إىل تقل
الق ارة. يف هذه ال�صورة تظهر طبق ة الأوزون بلون
زهري وبنف�سجي وأ�سود. وي�شير دلي ل الأل وان
عن ي�سار ال�صورة أن م�ستوى الأوزون يرتاوح بني
DU،125-200 وهو أق ل م ن امل�ستوى الطبيعي
الذي يبلغ DU.300
وجــد فريق بحث بريطاين انخفاض كمية غاز األوزون يف طبقة السرتاتوســفري،
ُ واستنتجوا أن ســمك طبقة األوزون يتناقص. ويبني الشكل 1-5 كيف ظهرت
طبقة األوزون يف أكتوبر من عام 1990م.
ًا؛
ُّ ُص سمك طبقة األوزون يسمى عادة "ثقب األوزون" إال أنه ليس ثقب
ورغم أن تقل
ً فغاز األوزون ما زال موجود ً ا، لكن ســمك الطبقة أقل كثريا من املعدل الطبيعي.
ّدهتا القياسات التي قامت
ّ ً بت قلق ً ا للعلامء، وخصوصا بعد أن أي
وهذه احلقيقة ســب
هبا البالونات والطائرات واألقامر االصطناعية. فام سبب ثقب األوزون؟
مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs (Chlorofluorocarbons
بدأت قصتهــا يف عرشينيات القرن املــايض؛ حيث ازداد إنتــاج الثالجات التي
َ استعملت يف البداية غازات ضارة - منها األمونيا- للتربيد. وألن أبخرة األمونيا
قد تتــرب من الثالجة وتؤذي أفــراد البيت فقد بــدأ الكيميائيون البحث عن
مــر ً دات أكثر أمن ّ ا. وقد حــر العامل توماس ميجــيMidgley Thomas عام
1928 ّ م أول مركــب من مركبات الكلوروفلوروكربون التي يرمز إليها بـ CFCs،
وهو مادة مكونة من الكلور والفلور والكربون.
ًّا ـ يف املخترب، وهي
وحيَّض اآلن عدد من هذه املركبات ـ التى ال تتكون طبيعي
غري سامة؛ ألهنا ال تتفاعل مبارشة مع املواد األخرى. وقد ظهر مع الوقت أن
هذه الغازات مربدات مثالية. يف عام 1935م بدأ استعامل هذه املواد يف صناعة
أجهزة التكييف املنزلية، كام دخلت يف صناعة الثالجات، باإلضافة إىل استعامهلا
يف تصنيع البوليمرات، ويف دفع الرذاذ من علب الرش كام يف علب ملطفات اجلو
أو علب املبيدات احلرشية املنزلية.
ماذا قرأت؟ ف�سّ ��ر َّ ملاذا فكر العلامء أن مركبات الكلوروفلوروكربون CFCs
آمنة للبيئة؟
كيميائي البيئة يستعمل كيميائي
البيئة أدوات مــن الكيمياء والعلوم
األخرى لدراسة كيفية تفاعل المواد
الكيميائية مع البيئة ومكوناتها. وهذا
يتضمــن تحديد مصــادر التلوث،
ودراســة تأثيراتها في المخلوقات
الحية.
مهن في الكيمياء
17
1977
1979
1981
1983
1985
1987
1989
1991
1993
1995
CFC-11 (ppt)
260
240
220
200
180
160
140
120

 CFCs
الشــكل1-6 جمع العلماء معلومات عن اال�ستعمال العاملي
ملركب ات الكلوروفلوروكرب ون CFCs وتراكمه ا ف وق الق ارة
املتجمدة اجلنوبية. -11CFC أحد أنواع CFC.
اختبار الر�سم البياين
�ص��ف كيف تغريت كمية مركب ات الكلوروفلوروكربون يف الفرتة بني
عامي 1977 و 1995م؟

• ppt: وحدة قيا�س تركيز، تعني جزء من تريليون trillion per Part
  بدأ العلامء الكشف عن وجود مركبات الكلوروفلوروكربون CFCs يف اجلو يف سبعينيات
  ً القرن املايض، فقاموا بقيــاس كميتها يف الغالف اجلوي، ووجدوا أهنــا تزداد عاما بعد
  ًا، كام هو مبني يف
  آخر. وبحلول ســنة 1995م وجدوا أن كمياهتا وصلت مســتوى عالي
  ً ا عىل
  الشــكل 1-6 ً . وعىل أي حال فقد كان شائعا عىل نطاق واسع أهنا ال تشكل خطر
  البيئة؛ ألهنا مستقرة، لذا مل تشكل مصدر قلق لكثري من العلامء.
  الحظ العلامء بعد ذلك أن سمك طبقة األوزون يتناقص، وأن كميات متزايدة من CFCs
  تصل إىل الغالف اجلوي. فهل هناك عالقة بني احلدثني؟
  قبل أن تعرف إجابة هذا السؤال، ال بد أن تفهم بعض األفكـــار األساسية يف الكيمياء،
  ً وتعرف أيضا كيف حيل الكيميائيون وغريهم من العلامء املشكالت العلمية.
  الخالصة
  الكيمياء هي دراسة املادة والتغريات التي تطرأ
  عليها.
  املادة الكيميائية هلا تركيب حمدد وثابت وتسمى
  باملادة النقية.
  ِّ غاز األوزون يوجد يف طبقة السرتاتوسفري ويكون
  طبقة واقية لألرض من األشعة فوق البنفسجية.
  CFCs مواد مصنعة مكونة من الكلور والفلور
  والكربــون، وتعمل عىل تقليل ســمك طبقة
  األوزون.
  . الفكرة الرئيسة وضح أمهية دراسة الكيمياء لإلنسان.
  . ّعرف املادة الكيميائية، وأعط مثالني ملادتني كيميائيتني.
  . صف كيف يتكون األوزون؟ وملاذا يعد مهمًّ؟
  . ّوضح ُ ملاذا ط َ ورت مركبات الكلوروفلوروكربون؟ وفيم
  تستعمل؟
  فّس سبب قلق العلامء من تزايد أشعة UVB يف اجلو .
  َ .
  فّس سبب ازدياد تركيز CFCs يف الغالف اجلوي.
  َ .
  . ّقوم ملاذا كان من املهم تأكيد بيانات دوبسون عن طريق صور
  األقامر االصطناعية؟
  التقومي 1-1
  18
  1-2
  Chemistry and Matter واملادة الكيمياء
  الفكرة الرئيسة تتناول جماال ُت َ علم الكيمياء درا�سة الأنواع املختلفة من املادة.
  الرب��ط م��ع احلياة إذا اعتربت أن كل يشء من حولك مادة فســوف تدرك أن الكيميائيني
  ً يدرسون تنوع ً ا ضخم من األشياء.
  Matter and its Characteristics صها�وخوا املادة
  املادة هي املكون األســايس للكون. وللامدة أشكال عدة؛ فكل يشء من حولك مادة، ومنها
  األشياء املوجودة يف الشكل .1-7 بعض املواد توجد يف الطبيعة، ومنها األوزون، وبعضها
  اآلخر اصطناعي، ومنها مركبات الكلوروفلوروكربون CFCs.
  ًّا مكونة من مادة هلا كتلة. والكتلة هي مقياس
  ربام الحظت أن األشياء التي نســتعملها يومي
  ً كمية املادة. فالكتاب له كتلة ويشغل حيزا، لكن هل اهلواء مادة؟ أنت ال تستطيع رؤية اهلواء
  ً أو اإلحســاس به أحيان ً ا، لكنك عندما تنفخ بالونا فإنه يتمدد ليســمح للهواء بالدخول فيه،
  ويصبــح أثقل من ذي قبل، وهلذا فاهلواء مادة. هل كل يشء مادة؟ األفكار واآلراء التي متأل
  رأسك ليســت مادة، وكذلك احلرارة والضوء وموجات الراديو واملجاالت املغناطيسية. ما
  األشياء التي ليست مادة؟ اذكر بعضها.
  الكتلة والوزن ً هل ســبق أن اســتعملت ميزانا لقياس وزنك؟ الوزن ً ليس مقياسا لكمية
  املادة فحسب، وإنام ً هو أيضا مقياس لقوة جذب األرض للامدة. وقوة اجلذب ليست ثابتة يف
  ً مجيع األماكن عىل األرض؛ فهي تصبح أقل عندما نتحرك بعيدا عن ســطح األرض. ربام مل
  ا حيدث حقا.
  ًّ
  ً تالحظ فرق ً ا يف وزنك عندما تنتقل من مكان إىل آخر، لكن فرق ً ا صغري
  الأهداف
  تقارن بني الكتلة والوزن.
  تف�سر سبب اهتامم الكيميائيني
  بالوصف حتت املجهري للامدة.
  حتدد املجاالت التي يدرسها
  كل فــرع من فــروع الكيمياء
  املختلفة.
  مراجعة املفردات
  التقنية: التطبيق العميل للمعرفة
  العلمية.
  املفردات اجلديدة
  الكتلة
  الوزن
  النموذج
  الشــكل 1-7 كل �ش��يء يف ه��ذه ال�ص��ورة
  مادة وله كتلة ووزن.
  قارن بنيالكتلة والوزن.
  رابطالدر�س الرقمي
  www.ien.edu.sa
  1919
   
  الشـــكل 1-8 
  
  
  
  
  
    
  ً قد يبدو من الأنســب للعلماء أن يســتعملوا الوزن بدلا من الكتلة، إلا أن هذا غير
  عملي، بل الأفضل قياس كتلة الأجســام. لماذا؟ لأن كتلة الجسم ثابتة في أي مكان،
  بخــلاف الوزن الذي يختلف من مكان إلى آخر؛ بســبب اختلاف قوة الجاذبية من
  مــكان إلى آخر، مما يتطلــب معرفة قوة الجاذبية في الأماكن التــي يقارنون فيها بين
  الأوزان. ولما كانت الكتلة مستقلة عن قوة الجاذبية فإنهم يستعملون مقياس الكتلة.
   ما الذي تســتطيع أن تشــاهده في بناء مدرستك
  مــن الخارج؟ أنت تعرف أن البناء يحوي أكثر مما تســتطيع مشــاهدته من الخارج؛
  فأنت لا تســتطيع مشاهدة قضبان الحديد داخل الجدران، والتي تعطي البناء شكله
  واستقراره وثباته.
  خواص معظم المواد واضحة، لا تحتاج إلى مجهر لرؤيتها. وتتركب الأنواع المختلفة
  من المــواد من حولك من عناصر مكونة من جســيمات تســمى ذرات. والذرات
  صغيرة جد ّ ا حتى أنه لا يمكن رؤيتها بالمجاهر الضوئية. ولهذا تعد الذرات جسيمات
  ًّ
  ً تحت مجهرية؛ فتريليون ذرة يمكن أن تشــغل حيزا يساوي النقطة الموجودة في آخر
  هذه الجملة. وتفسر بنية المادة وتركيبها وســلوكها على المستو￯ تحت المجهري، أو
  المســتو￯ الذري. وكل ما نلاحظه عن المادة يعتمد على تركيب الذرات والتغيرات
  التي تحدث لها.
  َ￯ بالعين المجردة، والتي ينتج عنها
  ُ تهدف الكيمياء إلى تفســير الأحداث التي لا تر
  تغيرات ملحوظة. وتعد النماذج إحد￯ طرائق توضيح ذلك. النموذج ّ تفسير مرئي
  ّ أو لفظي ّ أو رياضي للبيانات التجريبية. ويســتعمل العلــماء عدة أنواع من النماذج
  لتمثيل الأشياء التي يصعب مشاهدتها، ومنها المواد المستعملة في البناء، والنموذج
  الحاســوبي للطائرة المبين في الشكل ،1-8 كما يســتعمل الكيميائيون نماذج مختلفة
  لتمثيل المادة.
  نوعين آخرين من النماذج التي يستعملها العلماء.
  ً قد يبدو من الأنســب للعلماء أن يســتعملوا الوزن بدلا من الكتلة، إلا أن هذا غير
  
  
  الوزن
  الاســتعمال العلمي: الــوزن هو مقياس
  لكمية المادة ولقــوة الجاذبية الواقعة على
  جسم ما.
  وزن الجســم هو حاصل ضرب كتلته في
  تسارع الجاذبية الأرضية المحلي.
  الاســتعمال الشــائع: الوزن هــو الثقل
  النسبي لجسم ما.
  ً فنقول مثــلا: إن الأرنب قــد نما بسرعة
  لدرجــة أن وزنــه تضاعــف في بضعة
  أسابيع.
  المطويات
  ّضمن مطويتك معلومــات من هذا
  القسم.
  20
  الكيمياء: علم �أ�سا�سي
  Chemistry: The Central Science
  ًّا
  ُّ علم الكيمياء هو دراســة املادة والتغريات التي تطرأ عليها. إن فهم الكيمياء يعد أساسي
  لكل العلوم: األحياء والفيزياء واألرض والبيئة وغريها. وبسبب وجود أنواع كثرية من
  ًّا إىل فروع تركز
  املادة فإن جماالت الدراســة يف الكيمياء تتنوع؛ إذ تقســم الكيمياء تقليدي
  عىل دراســة معينة، ولكن الكثري منها يتداخل، كام هو مبني يف اجلدول.1-1 فالكيمياء
  العضوية وكيمياء املبلمرات تشرتكان يف دراسة البالستيك.
  الخالصة
  النــاذج أدوات يســتعملها العلــاء
  ومنهم الكيميائيون لتفسري األحداث
  التي ال ترى بالعني املجردة.
  املالحظــات التي يمكن رؤيتها بالعني
  املجردة للامدة تعكس ســلوك الذرات
  التي ال يمكن رؤيتها بالعني املجردة.
  هناك فروع عــدة لعلم الكيمياء، منها
  الكيميــاء العضوية وغــر العضوية
  والفيزيائية والتحليلية واحليوية.
  . الفكرة الرئيسة ّفرّس سبب وجود عدة فروع لعلم الكيمياء.
  . ّفرّس ً ملاذا يستعمل العلامء الكتلة بدال من الوزن يف قياساهتم؟
  10.خلص ملاذا جيب عىل الكيميائيني أن يدرسوا التغريات التي ال ترى بالعني
  املجردة؟
  11.استنتج سبب استعامل الكيميائيني للنامذج لدراسة املادة التي ال ترى
  بالعني املجردة.
  سم ثالثة نامذج يستعملها العلامء، وبني فائدة كل منها.
  ِّ12.
  ِّ13.قوم كيف يمكن أن خيتلف وزنك وكتلتك عىل سطح القمر )جاذبية
  القمر تساوي سدس جاذبية األرض(؟
  ِّقوم ّ هل يتغري وزنك يف أثناء صعودك وهبوطك يف املصعد؟ فرّس 14. إجابتك.
  اجلدول 1-1 بع�ض فروع الكيمياء
  الفرع جمال الدرا�سة �أمثلة
  الكيمياءالعضوية املواد التي حتتوي كربون األدوية، والبالستيكات
  الكيمياء غري العضوية املواد التي ال حتتوي ً عىل كربون عموما املعادن، والفلزات والالفلزات، وأشباه املوصالت
  الكيمياءالفيزيائية سلوك املادة وتغرياهتا وتغريات الطاقة املصاحبة هلا رسعة التفاعالت، وآلية التفاعالت
  الكيمياءالتحليلية أنواع املواد ومكوناهتا األغذية، وضبط جودة املنتجات
  الكيمياءاحليوية املادة والعمليات احليوية يف املخلوقات احلية التمثيل الغذائي، والتخمر
  الكيمياءالبيئية املادة والبيئة التلوث، والدورات الكيميائية احليوية
  الكيمياءاالصطناعية العمليات الكيميائية يف الصناعة األصباغ، ومواد الطالء
  كيمياء املبلمرات املبلمرات واملواد البالستيكية األنسجة، ومواد الطالء، والبالستيكات
  الكيمياءالذرية نظريات تركيب املادة الروابط، وأشكال املدارات، واألطياف اجلزيئية والذرية،
  والرتكيب اإللكرتوين
  الكيمياءاحلرارية احلرارة الناجتة عن العمليات الكيميائية حرارة التفاعل
  التقومي 1-2
  21
  1-3
  Scientific Methods  الطرائقالعلمية
  الفكرة الرئيسة يتب��عالعلماء الطريق��ة العلمية لطرح أ�س��ئلة،واقرتاح إجابات
  لها،واختبارها،وتقومي نتائج االختبارات.
  الرب��طم��عاحلياة ماذا تفعل إذا أردت أن تقــوم برحلة طويلة؟ هل تأخذ معك مجيع
  ً مالبسك يف حقيبة، أم أنك ختطط ملا تلبسه؟ إن إعداد خطة هو األفضل عموما. وكذلك
  ً يطور العلامء خططا تساعدهم عىل استقصاء العامل.
  A Systematic Approach النظاميةيفالبحث الطريقة
  ربام قمت بإجراء جتربة خمتربية مع زمالئك يف صفوف سابقة. لذلك أنت تعرف أن كل
  فرد يف املجموعة قد يكون لديه فكرة خمتلفة عن طريقة إجراء التجربة. هذا االختالف يف
  اآلراء يعد من فوائد العمل اجلامعي. إن تبادل األفكار بفاعلية بني أفراد املجموعة وربط
  ً املشاركات الفردية معا إلجياد حل يتطلب بذل جهد يف العمل اجلامعي.
  ً يقوم العلامء بعملهم بطرائق متشــاهبة؛ فكل عامل حياول فهــم عامله بناء عىل رؤية فردية
  ً َ ا ما يســتخلص أعامل عدة علامء للوصول إىل فهم جديد للموضوع.
  وإبداع ذايت، وغالب
  لذا قد يكون من املفيد أن يستعمل العلامء خطوات موحدة لتنفيذ جتارهبم.
  الطريقة العلمية طريقة منظمة تســتعمل يف الدراسات العلمية، سواء أكانت كيميائية أو
  ّ حيوية أو فيزيائية أو غري ذلك. يتبع العلامء الطريقة العلمية حلل املشــكالت، وللتحقق
  من عمل العلامء اآلخرين. ويبني الشــكل 1-9 نظرة عامة خلطوات الطريقة العلمية.
  وال يقصــد هبذه اخلطوات أن تنفذ بالرتتيب. لذا جيب عــى َ العلامء أن ي ِصفوا طرائقهم
  عند عرض نتائج أبحاثهم. وإذا مل يستطع العلامء اآلخرون تأكيد النتائج باتباع اخلطوات
  نفسها فإن هناك شكا يف صدق النتائج.
  ًّ
  الأهداف
  ِّحتدد خطوات الطريقة العلمية.
  تقارن بني أنواع البيانات.
  ِّحتدد أنواع املتغريات
  ت�صف الفرق بني النظرية والقانون
  العلمي.
  مراجعة املفردات
  الطريقة النظامية: أســلوب
  منظم حلل املشكالت.
  املفردات اجلديدة
  الطريقة العلمية
  البيانات النوعية
  البيانات الكمية
  الفرضية
  التجربة
  املتغري املستقل
  املتغري التابع
  الضابط
  االستنتاج
  النظرية
  القانون العلمي
  تجارب
  نظرية
  ت
  ا تس نتا اج
  تجارب
  ار ج تعها
  مت
  رف تم ةيض
  ار ج تع ها
  مت
  تم ةيرظ ن
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  الشكل1-9 تكرر خطوات الطريقة العلمية �إىل �أن تدعم الفر�ضية �أو تلغيها.
  22
  رابطالدر�س الرقمي
  www.ien.edu.sa
  تطوير مهارات المالحظة
  ملــاذا تعد مهــارات املالحظــة مهمــة يف الكيمياء؟ تســتعمل
  املالحظات عادة للوصول إىل استنتاجات. االستنتاج تفسري أو
  توضيح للمالحظة.
  P O N M L K J I H PPG OOFP NNEO MMDN LL CM KKLB JJ AK I I J HHI GGH FF G EE F DDE CCD BB C AAB A
  خطوات العمل
  . ام�لأ بطاق��ة ال�س�لامة يف دلي��ل التج��ارب العملي��ة عل��ى من�صة عني
  الإثرائية.
  . أ�ص��ف م��اء إل��ى طب��ق ب�تري حت��ى ارتف��اع cm ،0.5 ثم ا�س��تعمل
  ًخمبار ً ا مدرجا لقيا�س mL1 من زيت نباتي، وأ�صفه إلى الطبق.
  . اغم�س رأ�س عود أ�سنان يف �سائل تنظيف الأواين.
  . اجعل رأ�س العود يالم�س املاء يف مركز الطبق، و�سجل مالحظاتك.
  . أ�ص ً ف حليبا كامل الد�سم إلى طبق برتي آخر حتى ارتفاع cm .0.5
  . �صع قطرة واحدة من كل نوع من أربعة أنواع من ملونات الطعام يف
  أربع��ة أماكن على �س��طح احلليب. ال ت�ص��ع أي قطرة ملون يف مركز
  الطبق.
  . كرر اخلطوتني 3 و 4 .
  التحليل
  . �صف ما �صاهدته يف اخلطوة .4
  . �صف ما �صاهدته يف اخلطوة .7
  . ا�س��تنتج الزيت والدهن يف احلليب وال�ص��حم ينتميان إلى فئة من
  امل��واد ت�س��مى "ليبي��دات". ماذا ت�س��تنتج عند إ�صاف��ة املنظف إلى
  �صحن املاء؟
  ّسر. ملاذا كانت مهارات املالحظة مهمة يف هذه التجربة؟
  . ف�
  الشــكل 1-10 البيان��ات الكمي��ة
  معلومات رقمي��ة. أما البيانات النوعية فهي
  مالحظات تو�صف با�ستعمال احلوا�س.
  ّعيالبيانـــ��ات الكمية والنوعيةيف
  ال�صورة.
  املالحظة تبدأ الدراســة العلمية عــادة بمالحظة بســيطة. واملالحظة عملية مجع
  ًا ما تكــون املالحظات األولية التي يقوم هبــا العلامء بيانات نوعية
  معلومات. وغالب
  )معلومات تصف اللون أو الرائحة أو الشكل أو بعض اخلواص الفيزيائية األخرى(.
  ً وعموما فإن كل يشء يتصل باحلواس اخلمس هو نوعي، مثل: كيف يبدو يشء ما؟ ما
  ملمسه؟ ما طعمه؟ ما رائحته؟
  ً جيمع الكيميائيون عــادة نوعا آخر من البيانات؛ فقد يقيســون درجــة احلرارة، أو
  الضغط، أو احلجم، أو كمية املادة الناجتة عن التفاعل. هذه املعلومات الرقمية تسمى
  »بيانــات كمية«، وهي تبــن رسعة اليشء، أو طوله أو حجمه. مــا البيانات الكمية
  والبيانات النوعية التي تستطيع مجعها من الشكل 1-10؟
  الفر�ضية ّ تذكر ما درســته عن قصة املادتني يف القسم .1-1 اكتشف الكيميائيان مولينا
  وروالند وجود مركبات الكلوروفلوروكربون CFCs قبل أن تبّي البيانات الكمية تناقص
  ّد لدهيام فضول ملعرفة مدة بقاء CFCs يف
  مســتوى غاز األوزون يف السرتاتوسفري. وقد تول
  اجلــو، فقاما بفحص التفاعالت التي يمكن أن جتري بني املواد الكيميائية املختلفة يف اجلو،
  لقد اكتشف مولينا وروالند أن مركبات CFCs تبقى ثابتة يف اجلو لفرتة طويلة، لكنهام عرفا
  ّ أن هذه املواد تصعــد إىل طبقات اجلو العليا، فوضعا فرضية تنــص عىل أن هذه املركبات
  ّل نتيجة التفاعل مع األشــعة فوق البنفســجية اآلتية من الشمس. كام وضعا فرضية
  تتحل
  ّ أخــرى تنص عىل أن الكلــور الناتج عن هذا التفاعل حيطم جزيئــات غاز األوزون. إذن
  الفرضية عبارة عن تفسري مؤقت لظاهرة ما أو حدث متت مالحظته، وهو قابل لالختبار.
  ماذا قرأت؟ ا�ستنتج ملاذا تكون الفرضية مؤقتة؟
  23
   لا معنى للفرضية ما لم يكن هناك بيانات تدعمها. وهكذا فإن وضع الفرضية
  يســاعد العالم على التركيز على الخطــوة الآتية في الطريقة العلميــة. التجربة مجموعة من
  المشــاهدات المضبوطة التي تختبر الفرضية. وعلى العلماء أن يصمموا بعناية تجربة أو أكثر
  ّ وينفذوهــا من أجل اختبار المتغيرات. والمتغير كمية أو حالــة قد يكون لها أكثر من قيمة
  واحدة.
  افترض أن معلم الكيمياء طلب إلى طلاب صفك استعمال المواد الموجودة في الشكل 1-11
  لتصميم تجربة لاختبار الفرضية القائلة إن ملح الطعام يذوب في الماء الســاخن أسرع من
  .(20o
  ذوبانه في الماء الذي درجة حرارته تساوي درجة حرارة الغرفة (C
  ولأن درجــة الحرارة هي المتغير الــذي تخطط لتغييره فهي متغير مســتقل. فإذا وجدت
  o،40 فإن الكمية
  ً مجموعتــك أن كمية من الملــح تذوب تماما خلال دقيقة واحدة عنــد C
  o20 ؛ وذلك لأن درجة الحرارة تؤثر في
  نفسها تحتاج إلى 3 ً دقائق لتذوب تماما عند درجة C
  سرعة ذوبان الملح. وتســمى سرعة الذوبان هذه ً متغير ً ا تابعا ً ؛لأن قيمتها تتغير تبعا لتغير
  ّ المتغير المستقل. ورغم أن مجموعتك تستطيع تحديد الكيفية التي تغير بها المتغير المستقل إلا
  ّ أنها لا تستطيع التحكم في الكيفية التي يتغير بها المتغير التابع.
  الفرق بين المتغير المستقل والمتغير التابع.
  عوامل أخر￯ ما العوامل الأخر￯ التي تستطيع تغييرها في تجربتك؟ هل تؤثر كمية الملح
  التي تستعملها، أو كمية الماء، أو تحريك المخلوط في النتائج؟ إن الإجابة عن هذه الأسئلة
  ربما تكون بالإيجاب. لذا فإن نتائج التجربة ســتختلف. ومن ثَم فإن المتغير المســتقل هو
  ُ الوحيد الذي ي ً ســمح بتغييره في التجربة المخطط لها جيدا. أما العامل الثابت فلا يسمح
  بتغيــيره في أثناء التجربة. ولذلك فإن كمية الملح وكمية الماء وتحريك المزيج يجب أن تبقى
  ثابتة عند أي درجة حرارة.
  من المهم وجود ضابط للمقارنة في كثير من التجارب. ففي التجربة السابقة يعد الماء عند
  درجة حرارة الغرفة هو الضابط. ويبين الشكل 1-12 ً ضابطا من نوع آخر؛ فقد أضيف
  كاشف كيميائي إلى كل من الأنابيب الثلاثة، وهناك محلول حمضي في الأنبوب الموجود عن
  َّ اليسار، لذا تحول لون الكاشــف فيه إلى الأحمر. أما الأنبوب الأوسط فيحتوي على ماء،
  ولون الكاشف فيه أصفر. وأما الأنبوب الأيمن فيحتوي على محلول قاعدي، وتحول لون
  الكاشف فيه إلى أزرق.
  الشكل1-11 
  
  
  الشــكل1-12 
  
  ∫ƒ¡› ∫ƒ∏fi ≈dEG »FÉ«ª«c ∞°TÉc ∞«°VCG GPEG 
  hCG É«°†ªM ∫ƒ∏ëŸG ¿Éc GPEG Ée Oó– ∞«µa á°Vƒª◊G v
  ?ÉjóYÉb hCG v ’OÉ©àe k
  24
  ضبط املتغريات التفاعالت املوصوفة أعاله بني CFCs وغاز األوزون يف نموذج مولينا
  وروالند تضم عدة متغريات. فعىل سبيل املثال، هناك غازات أخرى غري غاز األوزون
  يف السرتاتوســفري. لذا فإن مــن الصعب حتديد ما إذا كان أحد هــذه الغازات أو كلها
  ي األشــعة فوق البنفسجية قد يغِّيان
  تســبب تناقص غاز األوزون. كام أن الرياح وتغُّ
  ً من نتائج أي جتربة يف أي وقت، مما جيعل املقارنة صعبة. وقد يكون من األســهل أحيانا
  ًّا، بحيث يمكن ضبط املتغريات بسهولة.
  حماكاة الظروف خمتربي
  اال�س��تنتاج ُ يمكن أن ت ً ظهر التجربــة قدر ً ا كبريا من البيانات، وهذه البيانات يأخذها
  العلامء عادة، وحيللوهنا، ويقارنوهنا بالفرضية للتوصل إىل اســتنتاج. واالستنتاج حكم
  قائم عىل املعلومات التي يتم احلصول عليها. نحن ال نســتطيع إثبات فرضية ما. وهلذا
  عندما تؤيد البيانات الفرضية فإن ذلك يشــر فقط إىل أن الفرضية قد تكون صحيحة.
  وإذا جاءت بعد ذلك بيانات ال تدعم الفرضية فعلينا رفض الفرضية أو تعديلها.
  وضع مولينا وروالند فرضية عن ثبات مركبات CFCs يف طبقة السرتاتوســفري، ومجعا
  بيانات تؤيد فرضيتهــا َّ ، كام طو ً را نموذجا يقوم فيه الكلــور الناتج عن تفكك CFCs
  بالتفاعل مرة بعد أخرى مع غاز األوزون.
  كام أنه يمكن اختبار النموذج واســتعامله يف القيام بتوقعــات. فقد توقع نموذج مولينا
  ُّ وروالند تكون الكلــور وتناقص غاز األوزون، كام هو مبني يف الشــكل .1-13 كام
  ً وجدت جمموعة بحثيــة أخرى دليال عىل تفاعل غــاز األوزون والكلور عندما قامت
  بإجراء قياسات يف طبقة السرتاتوســفري. لكن هذه املجموعة مل تعرف مصدر الكلور.
  َّ لقد توقع مولينــا وروالند يف نموذجهام مصدر الكلور، وتوصال إىل اســتنتاج أن غاز
  األوزون يف السرتاتوســفري يمكن أن يتحطم بفعــل مركبات CFCs، وكان لدهيام دعم
  ٍ كاف ّ لفرضيتهام مكنهام من ن ْش اكتشافهام، ففازا بجائزة نوبل عام 1995م.
  المطويات
  ِّضمن مطويتك معلومات من هذا
  القسم.
  CCl2F + +
  O2
  O3
  O2
  O
  ClO
  ClO
  Cl
  Cl
  Cl
  CCl3F
  
  
  تتحد ذرة أك�سجني O مع أول أك�سيد الكلور ClO ِّ ليكونا غاز
  الأك�سجني 2O والكلور Cl، ثم يتحد الكلور احلر مع جزيء
  غاز أوزون آخر، وتتكرر العملية.
  ثم يقوم الكل ور بتدمري غاز الأوزون باالحتاد معه
  وتكوي ن غاز الأك�سجني 2O وأول أك�سيد الكل ور
  .ClO
  تنب أ من وذج مولين ا وروالن د أن الأ�ش عة ف وق
  البنف�سجية جتعل الكلور Cl ينف�صل عن F3CCl
  أحد مركبات CFCs.
  الشكل1-13 يبني منوذج مولينا وروالند كيف تدمر مركبات CFCs غاز الأوزون.
  25
  Theory and Scientific Law العلمي والقانون النظرية
  النظرية ً تفســر لظاهرة طبيعية بناء عىل مشاهدات واســتقصاءات مع مرور الزمن. ولعلك
  ً
  ً ســمعت عن نظرية أينشتاين يف النســبية، أو عن النظرية الذرية. تصف النظرية عموما مبدأ
  ً رئيســا يف الطبيعة تم دعمه مع مرور الزمن. ولكن النظريات كلها تبقى عرضة للبحث، وقد
  ًا إىل اســتنتاجات جديدة. وتعد النظرية ناجحة إذا
  يتم تعديلها. كام أن النظريات تؤدي غالب
  أمكن استعامهلا للقيام بتوقعات صحيحة.
  ً يتوصل عدد من العلامء أحيانا إىل االســتنتاجات نفســها عن بعــض العالقات يف الطبيعة،
  ً وال جيدون أي اســتثناءات هلذه العالقــات. أنت تعرف مثال أنه مهــا كان عدد مرات قفز
  املظليني من الطائرة- كام هو مبني يف الشــكل 1-14 - فإهنم يعودون دائًم إىل األرض. لقد
  ً كان إســحاق نيوتن متأكدا من وجود قوة جتاذب بني مجيع األجسام. لذا اقرتح القانون العام
  للجاذبية. إن قانون نيوتن قانون علمي ّ يصف عالقة أوجدها اهلل عز ّ وجل يف الطبيعة تدعمها
  ِّ عدة جتارب. وعىل العلامء أن يطوروا فرضيات وجتارب أخرى لتفسري وجود هذه العالقات.
  الشكل1-14 ينطبق قانون نيوتن للجاذبية على
  كل قفزة من قفزات هوؤالء املظليني مهما تعددت.
  الخالصة
  الطرائــق العلمية طرائــق منظمة حلل
  املشكالت.
  البيانات النوعية تصــف مالحظة ما،
  والبيانات الكمية تستعمل األرقام.
  املتغري ُ ات املسـتقلـة تـغَّي يف التجربـة،
  أما املتغريات التابعـة فتتغري ً تبعا لتغري
  املتغريات املستقلة.
  النظرية فرضية يدعمها الكثري من
  التجارب.
  5. الفكرة الرئيسة ِّفس ملاذا ال يستعمل العلامء جمموعة حمددة من اخلطوات
  يف كل بحث يقومون به؟
  16.فرق أعط مثاًل عىل بيانات كمية وآخر عىل بيانات نوعية.
  قوم ُ طلب إليك أن تدرس أثر درجة احلرارة يف حجم بالون، فوجدت أن
  َ17.
  حجم البالون يزداد عند تسخينه. ما املتغري املستقل؟ وما املتغري التابع؟
  ً وما العامل الذي بقي ثابتا؟ وما الضابط الذي ستقارن به؟
  َ18.ميز َ وصف العامل شارل العالقة املبارشة بني درجة احلرارة واحلجم جلميع
  الغازات عند ضغط ثابت. هل نسمي هذه العالقة قانون شارل أم نظرية
  شارل؟ ملاذا؟
  فّس ُ النامذج العلمية اجليدة يمكن فحصها واستعامهلا للقيام بتوقعات.
  َ19.
  ماذا توقع نموذج مولينا وروالند عن كمية غاز األوزون يف اجلو عند
  ازدياد كمية CFCs؟