جدول ثوابت الانخفاض في درجة التجمد وتجربة عملية - كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

الكتاب: كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 | المادة: الكيمياء | المرحلة: الصف 12 | الفصل الدراسي: 1

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

الدرس: الانخفاض في درجة التجمد

📚 معلومات الصفحة

الكتاب: كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 | المادة: الكيمياء | المرحلة: الصف 12 | الفصل الدراسي: 1

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

نوع المحتوى: درس تعليمي

الفصل: 6 | الدرس: 1

مستوى الصعوبة: متوسط

📝 ملخص الصفحة

تقدم هذه الصفحة شرحاً لظاهرة الانخفاض في درجة التجمد للمحاليل، مع التركيز على ثابت الانخفاض المولالي (Kf). يوضح الجدول 6-1 قيم Kf ودرجات التجمد لعدة مذيبات شائعة مثل الماء والبنزين والإيثانول، ويشرح المعادلة ΔTf = Kf m التي تربط الانخفاض في درجة التجمد بمولالية المحلول للمواد غير المتأينة.

يتم توضيح أهمية هذه الظاهرة في التطبيقات العملية، مثل استخدام الجليسرول في دماء الأسماك والحشرات للحماية من التجمد، واستخدام جليكول الإثيلين في مانعات التجمد. كما يتم التمييز بين سلوك المواد غير المتأينة والمواد المتأينة، حيث تتطلب الأخيرة حساب المولالية الفعلية بسبب تفككها إلى أيونات.

تتضمن الصفحة أيضاً تجربة عملية خطوة بخطوة لقياس الانخفاض في درجة التجمد باستخدام الماء والثلج وملح الطعام (NaCl)، مع أسئلة تحليلية تهدف إلى فهم تأثير المواد المتأينة على درجة التجمد وتطبيقاتها في الحياة اليومية مثل صنع الآيس كريم.

📄 النص الكامل للصفحة

--- SECTION: الجدول 6-1 --- المذيب KF (°C/m) °C درجة التجمد الماء 1.86 0.0 البنزين 5.12 5.5 رابع كلوريد الكربون 29.8 -23.0 الإيثانول 1.99 -114.1 الكلوروفورم 4.68 -63.5 ΔT<sub>f</sub> = K<sub>f</sub>m يبين الجدول 6-1 ثابت الانخفاض في درجة التجمد المولالي (K<sub>f</sub>) لكثير من المذيبات. هذا وتتناسب قيم الانخفاض في درجة التجمد للمواد غير المتأينة تناسبا طرديا مع مولالية المحلول.وكما هو الحال مع قيم K فإن قيم K تعتمد على طبيعة المذيب. ولأن ثابت انخفاض درجة التجمد للماء (K<sub>f</sub>) يساوي 1.86°C/m فإن المحلول المائي الذي تركيزه 1m يتجمد، ويحتوي على مذاب غير متطاير وغير متأين عند درجة -1.86°C وهي أقل من درجة تجمد الماء النقي (0.0°C). ويعد الجليسرول مذاب غير متأين، وينتجه الكثير من الأسماك والحشرات لحماية دمائها من التجمد في الشتاء القارص. كذلك فإن مقاوم التجمد أو مانع تكوين الجليد يحتوي على مذاب غير متأين، هو جليكول الإثيلين.لاحظ أن معادلات الارتفاع في درجة الغليان والانخفاض في درجة التجمد تحدد مولالية المواد غير المتأينة. أما في حالات المواد المتأينة فيجب استعمال المولالية الفعلية للمحلول والتي تأخذ بعين الاعتبار عدد جسيمات المذاب المتفككة، كما يوضحها المثال 1-6. --- SECTION: الانخفاض في درجة التجمد --- كيف يمكنك قياس الانخفاض في درجة التجمد؟ --- SECTION: الخطوات --- 1. املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية. 2. املأ كأسين سعة كل منهما 400 مل بالجليد المجروش، وأضف 50 مل من مياه الصنبور البارد إلى كل من الكأسين. 3. قس درجة حرارة كل من الكأسين بمقياس حرارة (ثرمومتر) غير زئبقي. 4. حرك محتويات كل كأس بساق مدة دقيقة واحدة، حتى تصبح درجتا حرارة الكأسين متماثلتين، وسجل درجة الحرارة. 5. أضف 75 غ من ملح الطعام الخشن NaCl إلى إحدى الكأسين، وتابع التحريك في الكأسين، سوف يذوب بعض الملح. 6. عندما تثبت درجة الحرارة في كل كأس سجل كلا منهما . 7. اسكب محتويات الكأسين في المغسلة، واشطفها بكمية من ماء الصنبور. --- SECTION: التحليل --- 1. قارن درجة حرارة الماء والثلج بدرجة حرارة الماء والثلج المضاف إليهما الملح. بم تفسر تغير درجة الحرارة؟ 2. فسر لماذا أضيف الملح إلى إحدى الكأسين دون الأخرى؟ 3. فسر الملح مادة متأينة قوية تنتج أيوني الصوديوم Na+ والكلور Cl- عندما تتفكك في الماء. فسر لماذا يعد هذا التفكك مهما عند حساب الانخفاض في درجة التجمد؟ 4. توقع هل من الأفضل استعمال الملح الخشن، أم ملح المائدة الناعم، عند صنع الآيس كريم المنزلي؟ فسر إجابتك.

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 4

سؤال س 1: 1. قارن درجة حرارة الماء والثلج بدرجة حرارة الماء والثلج المضاف إليهما الملح. بم تفسر تغير درجة الحرارة؟

الإجابة: س 1: درجة حرارة الماء والثلج بدون ملح تقارب 0°C، ومع الملح تنخفض لأقل من ذلك لأن الملح يخفض درجة التجمد، وذوبان الثلج يمتص حرارة فيبرد الخليط.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفاهيم الأساسية):** نحتاج لتذكر مفهوميْن: - **درجة التجمد**: هي درجة الحرارة التي يتواجد عندها الماء الصلب (الثلج) والماء السائل معًا في حالة توازن، وهي 0°س تحت الظروف القياسية. - **خفض درجة التجمد**: عندما نذيب مادة (مثل الملح) في مذيب (مثل الماء)، تنخفض درجة الحرارة التي يتجمد عندها المذيب.
  2. **الخطوة 2 (تحليل التجربة):** - في الكأس الأولى (بدون ملح): الماء والثلج يتوازنان عند **درجة حرارة تقارب 0°س**. - في الكأس الثانية (مع ملح): عندما نضيف الملح، يذوب في الماء. هذه العملية (ذوبان الملح) تحتاج إلى طاقة (حرارة) مأخوذة من المحيط، مما يؤدي إلى **تبريد الخليط**.
  3. **الخطوة 3 (التفسير والنتيجة):** إذن، سبب انخفاض درجة الحرارة هو: 1. **المذاب (الملح) يخفض درجة تجمد الماء**. 2. لتحقيق هذا التوازن الجديد عند درجة حرارة أقل، يجب أن **يذوب جزء من الثلج** (عملية امتصاص للحرارة). 3. امتصاص الحرارة هذا من الخليط نفسه يؤدي إلى **انخفاض فعلي في درجة حرارته** تحت 0°س. لذلك، درجة حرارة الماء والثلج مع الملح **أقل من** درجة حرارة الماء والثلج دون ملح.

سؤال س 2: 2. فسر لماذا أضيف الملح إلى إحدى الكأسين دون الأخرى؟

الإجابة: س 2: لتكون الكأس الأخرى (بدون ملح) كأسًا ضابطة للمقارنة، لإثبات أن الانخفاض في درجة الحرارة سببه إضافة الملح وحدها.

خطوات الحل:

  1. **الشرح:** هذا السؤال يتعلق بتصميم التجربة العلمية السليمة. عندما نقوم بتجربة، نحتاج إلى التأكد من أن النتيجة التي نلاحظها (مثل انخفاض درجة الحرارة) سببها هو المتغير الذي نختبره (إضافة الملح) وليس أي عامل آخر. لذا، نستخدم ما يُسمى **بالعينة الضابطة (الكأس الضابطة)**. الكأس التي لا نضيف إليها الملح تمثل الحالة الطبيعية أو الأصلية (ماء + ثلج عند 0°س). بمقارنة نتائج الكأس التي أضفنا إليها الملح مع هذه الكأس الضابطة، نستطيع أن نقول بثقة: "الانخفاض الملحوظ في درجة الحرارة حدث **بسبب إضافة الملح فقط**"، لأن جميع العوامل الأخرى (نوع الماء، كمية الثلج، درجة حرارة الغرفة) كانت متماثلة في الكأسين.

سؤال س 3: 3. فسر الملح مادة متأينة قوية تنتج أيوني الصوديوم $Na^+$ والكلور $Cl^-$ عندما تتفكك في الماء. فسر لماذا يعد هذا التفكك مهمًا عند حساب الانخفاض في درجة التجمد؟

الإجابة: س 3: لأن الانخفاض يعتمد على عدد جسيمات المذاب، و NaCl يتفكك لأيونين فيزداد عدد الجسيمات (i ≈ 2)، مما يزيد مقدار الانخفاض $\Delta T_f$.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم الأساسي):** قانون الانخفاض في درجة التجمد $\Delta T_f$ يعتمد على **عدد جسيمات المذاب** في المحلول، وليس فقط نوعها أو كتلتها. كلما زاد عدد الجسيمات، زاد مقدار الانخفاض.
  2. **الخطوة 2 (تطبيق المفهوم على الملح):** ملح الطعام (كلوريد الصوديوم، NaCl) هو **مادة متأينة قوية**. يعني هذا أنه عندما يذوب في الماء، لا يبقى على شكل جزيئات NaCl، بل **يتفكك تمامًا** إلى أيونات منفصلة: $$NaCl_{(s)} \xrightarrow{H_2O} Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)}$$ لذلك، كل وحدة صيغة واحدة (جزيء) من NaCl تُنتج **جسيمين** (أيونين) في المحلول.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** عند حساب الانخفاض المتوقع $\Delta T_f$ باستخدام القانون $\Delta T_f = i \cdot K_f \cdot m$، فإن معامل فانت هوف $i$ (الذي يمثل عدد الجسيمات الناتجة عن كل وحدة صيغة) سيساوي تقريبًا 2 للملح. هذا الضعف في عدد الجسيمات مقارنة بمادة لا تتأين يؤدي إلى **انخفاض مضاعف تقريبًا في درجة التجمد**، مما يفسر فعاليته الكبيرة في تبريد خليط صنع الآيس كريم أو إذابة الجليد على الطرق.

سؤال س 4: 4. توقع هل من الأفضل استعمال الملح الخشن، أم ملح المائدة الناعم، عند صنع الآيس كريم المنزلي؟ فسر إجابتك.

الإجابة: س 4: الملح الناعم أفضل لأنه يذوب أسرع (مساحة سطح أكبر)، فيخفض درجة التجمد بسرعة أكبر ويتجمد الآيس كريم بكفاءة أعلى.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (تحليل السؤال):** الهدف من إضافة الملح في صنع الآيس كريم المنزلي هو **خفض درجة حرارة خليط الثلج والماء المحيط بوعاء الآيس كريم** بسرعة وكفاءة، حتى يتجمد الخليط الداخلي (الحليب والسكر) بسرعة.
  2. **الخطوة 2 (مقارنة نوعي الملح):** - **الملح الناعم (مثل ملح المائدة)**: له حبيبات صغيرة، مما يعني **مساحة سطح أكبر** بالنسبة لنفس الكتلة. - **الملح الخشن**: له حبيبات أكبر ومساحة سطح أقل.
  3. **الخطوة 3 (التوقع والتفسير):** **الملح الناعم سيكون أفضل**. السبب: عملية خفض درجة الحرارة تعتمد على سرعة ذوبان الملح في الماء. المساحة السطحية الأكبر للملح الناعم تسمح ب**تلامس أكبر وأسرع مع جزيئات الماء**، وبالتالي: 1. يذوب الملح الناعم **بسرعة أكبر**. 2. يبدأ التفاعل الماص للحرارة (ذوبان الملح وذوبان الثلج) على الفور وبكفاءة. 3. هذا يؤدي إلى **انخفاض أسرع في درجة الحرارة** المحيطة، مما يجعل عملية تجميد الآيس كريم **أكثر فعالية وأسرع**.

🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

عدد البطاقات: 10 بطاقة لهذه الصفحة

ما هي معادلة حساب الانخفاض في درجة التجمد؟

الإجابة: ΔTf = Kf × m

الشرح: تمثل ΔTf الانخفاض في درجة التجمد، وKf ثابت الانخفاض في درجة التجمد المولالي، وm مولالية المحلول

تلميح: انظر إلى الرمز الذي يمثل الانخفاض في درجة التجمد وارتباطه بثابت المذيب وتركيز المحلول

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

ما قيمة ثابت الانخفاض في درجة التجمد المولالي (Kf) للماء؟

الإجابة: 1.86 °C/m

الشرح: هذه القيمة تستخدم لحساب الانخفاض في درجة تجمد المحاليل المائية

تلميح: ابحث في الجدول عن المذيب الذي درجة تجمده 0.0°C

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

ما درجة تجمد الماء النقي؟

الإجابة: 0.0°C

الشرح: هذه هي درجة التجمد القياسية للماء النقي عند الضغط الجوي العادي

تلميح: انظر إلى عمود درجة التجمد في الجدول للمذيب الأول

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

عند أي درجة يتجمد المحلول المائي الذي تركيزه 1m لمذاب غير متطاير وغير متأين؟

الإجابة: -1.86°C

الشرح: هذا الانخفاض ناتج عن تأثير المذاب على خواص المذيب التجميدية

تلميح: احسب الانخفاض باستخدام ثابت Kf للماء ومولالية المحلول

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: متوسط

ما الفرق بين المواد المتأينة وغير المتأينة في حساب الانخفاض في درجة التجمد؟

الإجابة: المواد غير المتأينة تستخدم مولالية المحلول مباشرة، أما المواد المتأينة فيجب استخدام المولالية الفعلية التي تأخذ بعين الاعتبار عدد جسيمات المذاب المتفككة

الشرح: التفكك الأيوني يزيد من عدد الجسيمات المذابة مما يزيد من الانخفاض في درجة التجمد

تلميح: فكر في كيفية تأثير تفكك المادة إلى أيونات على عدد الجسيمات في المحلول

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: صعب

ما هي وظيفة الجليسرول الذي تنتجه الأسماك والحشرات؟

الإجابة: حماية دمائها من التجمد في الشتاء القارص

الشرح: الجليسرول كمذاب غير متأين يخفض درجة تجمد الدم مما يمنع تجمده في درجات الحرارة المنخفضة

تلميح: فكر في كيفية تأثير المذاب غير المتأين على درجة تجمد السوائل

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما هو المذاب غير المتأين المستخدم في مانع تكوين الجليد؟

الإجابة: جليكول الإثيلين

الشرح: جليكول الإثيلين كمذاب غير متأين يخفض درجة تجمد السوائل المستخدمة في أنظمة التبريد

تلميح: ابحث عن المادة المستخدمة في مقاوم التجمد

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط

لماذا يعد تفكك الملح إلى أيونات مهماً عند حساب الانخفاض في درجة التجمد؟

الإجابة: لأن التفكك يزيد من عدد الجسيمات المذابة في المحلول، مما يزيد من الانخفاض في درجة التجمد

الشرح: كلما زاد عدد الجسيمات المذابة في المحلول، زاد الانخفاض في درجة التجمد، والمواد المتأينة تتفكك إلى أيونات متعددة

تلميح: تذكر أن الانخفاض في درجة التجمد يعتمد على عدد الجسيمات وليس فقط كتلة المذاب

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

ما قيمة ثابت الانخفاض في درجة التجمد المولالي (Kf) للبنزين؟

الإجابة: 5.12 °C/m

الشرح: قيم Kf تختلف حسب طبيعة المذيب وتستخدم لحساب الانخفاض في درجة تجمد المحاليل المختلفة

تلميح: ابحث في الجدول عن المذيب الذي درجة تجمده 5.5°C

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

ما هي الخطوات الأساسية لقياس الانخفاض في درجة التجمد عملياً؟

الإجابة: 1. إعداد كأسين بالجليد والماء البارد 2. قياس درجة الحرارة الابتدائية 3. إضافة الملح لأحد الكأسين 4. متابعة التحريك وقياس درجة الحرارة النهائية 5. تسجيل النتائج والمقارنة

الشرح: هذه الخطوات تمكن من ملاحظة تأثير المذاب على درجة تجمد المذيب عملياً

تلميح: ركز على التسلسل المنطقي للتجربة من الإعداد إلى القياس النهائي

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط