التفكير الناقد - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال س: كيف يمنع أيون الفلوريد تسوس الأسنان؟: كيف يمنع أيون الفلوريد تسوس الأسنان؟ إن أغلب الناس يستعملون معجون أسنان يحتوي على فلوريد الصوديوم، أو فلوريد القصدير II. استعمل معرفتك بذائبية المركبات الأيونية والتفاعلات العكسية لكشف دور أيون الفلوريد في حفظ الأسنان من التسوس.

الإجابة: س: كيف يمنع أيون الفلوريد تسوس الأسنان؟ يحل $F^-$ محل $OH^-$ في مينا الأسنان (هيدروكسي الأباتيت) مكوناً فلورو أباتيت $Ca_5(PO_4)_3F$ الأقل ذوبانية، فيصبح أكثر مقاومة للحمض.

سؤال س1: 1. اكتب معادلة ذوبان هيدروكسي الأباتيت وتعبير ثابت الاتزان له. كيف تختلف الظروف في الفم عن الظروف في الاتزان الفعلي؟

الإجابة: س1: معادلة الذوبان: $Ca_5(PO_4)_3OH(s) ightleftharpoons 5Ca^{2+}(aq) + 3PO_4^{3-}(aq) + OH^-(aq)$ $K_{sp} = [Ca^{2+}]^5 [PO_4^{3-}]^3 [OH^-]$

سؤال س2: 2. اكتب معادلة تصف تفاعل الإحلال المزدوج الذي يحدث بين هيدروكسي الأباتيت وفلوريد الصوديوم.

الإجابة: س2: المعادلة: $Ca_5(PO_4)_3OH + NaF ightleftharpoons Ca_5(PO_4)_3F + NaOH$

سؤال س3: 3. احسب ذائبية هيدروكسي الأباتيت والفلوروأباتيت في الماء، ثم قارن ذوبانيتهما.

الإجابة: س3: الذائبية s: هيدروكسي: $2.7 imes 10^{-5} M$ فلورو: $6.1 imes 10^{-8} M$ الفلورو أباتيت أقل ذوبانية بكثير.

سؤال س 27: 27. اكتب المعلومات التي تحتاج إليها لحساب تركيز ناتج في خليط التفاعل عند الاتزان.

الإجابة: س 27: نحتاج إلى: 1) المعادلة الموزونة 2) قيمة $K_{sp}$ 3) التراكيز الابتدائية 4) جدول ICE

سؤال س 28: 28. فسر كيف تستخدم ثابت حاصل الذائبية في حساب ذائبية مركب أيوني قليل الذوبان؟

الإجابة: س 28: نكتب معادلة الذوبان وتعبير $K_{sp}$، نفرض الذائبية s، نعبر عن التراكيز بدلالة s، ثم نحسب s من $K_{sp}$.

سؤال س 29: 29. صف كيف يقلل وجود الأيون المشترك ذائبية المركب الأيوني؟

الإجابة: س 29: الأيون المشترك يزيح الاتزان نحو اليسار (الراسب) حسب لوشاتيليه، فتقل الذائبية.

سؤال س 30: 30. وضح الفرق بين $K_{sp}$ و $Q_{sp}$. وهل يعد $Q_{sp}$ ثابت اتزان؟

الإجابة: س 30: ثابت ضد الاتزان. $Q_{sp}$ يحسب في أي لحظة. يكون $Q_{sp} = K_{sp}$ فقط عند الاتزان.

سؤال س 31: 31. احسب ذائبية كربونات المغنيسيوم $MgCO_3$ في الماء النقي إذا كان $K_{sp}$ يساوي $2.6 imes 10^{-9}$.

الإجابة: س 31: $K_{sp} = s^2 \Rightarrow s = \sqrt{2.6 imes 10^{-9}} \approx 5.1 imes 10^{-5} M$

سؤال س 32: 32. صمم تجربة اعتماداً على الذائبية لتوضيح أي الأيونين $Mg^{2+}$ أو $Pb^{2+}$ يوجد في محلول مائي.

الإجابة: س 32: أضف $Na_2SO_4$: - راسب أبيض $\leftarrow$ $PbSO_4$ (يوجد $Pb^{2+}$) - لا راسب $\leftarrow$ ذائب (يوجد $Mg^{2+}$)

ما الفكرة الرئيسية التي توضح كيف يحمي أيون الفلوريد (F⁻) الأسنان من التسوس؟

• أ) يقتل أيون الفلوريد البكتيريا المسببة للأحماض في الفم مباشرة.
• ب) يحل أيون الفلوريد (F⁻) محل أيون الهيدروكسيد (OH⁻) في هيدروكسي الأباتيت مكوناً فلورو أباتيت (Ca₅(PO₄)₃F) الأقل ذوبانية بكثير، مما يجعل المينا أكثر مقاومة للأحماض.
• ج) يشكل أيون الفلوريد طبقة عازلة فوق مينا الأسنان تمنع وصول الأحماض.
• د) يعمل أيون الفلوريد على معادلة الأحماض في اللعاب فوراً، مما يرفع درجة الحموضة (pH).

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: يحل أيون الفلوريد (F⁻) محل أيون الهيدروكسيد (OH⁻) في هيدروكسي الأباتيت مكوناً فلورو أباتيت (Ca₅(PO₄)₃F) الأقل ذوبانية بكثير، مما يجعل المينا أكثر مقاومة للأحماض.

الشرح: 1. مينا الأسنان تتكون أساساً من هيدروكسي الأباتيت (Ca₅(PO₄)₃OH). 2. عند وجود أيون الفلوريد (من معجون الأسنان)، يحل محل أيون الهيدروكسيد (OH⁻) في الشبكة البلورية. 3. يتكون مركب جديد هو فلورو أباتيت (Ca₅(PO₄)₃F). 4. فلورو أباتيت أقل ذوبانية بكثير من هيدروكسي الأباتيت، وبالتالي يكون أكثر مقاومة للذوبان في الأحماض الموجودة في الفم.

تلميح: فكر في تفاعل استبدال أيوني وتأثيره على خاصية الذوبان.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما معادلة ذوبان هيدروكسي الأباتيت (Ca₅(PO₄)₃OH) في الماء؟

• أ) Ca₅(PO₄)₃OH(s) → 5Ca²⁺(aq) + 3PO₄³⁻(aq) + OH⁻(aq)
• ب) Ca₅(PO₄)₃OH(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + PO₄³⁻(aq) + OH⁻(aq)
• ج) Ca₅(PO₄)₃OH(s) ⇌ 5Ca²⁺(aq) + 3PO₄³⁻(aq) + OH⁻(aq)
• د) Ca₅(PO₄)₃F(s) ⇌ 5Ca²⁺(aq) + 3PO₄³⁻(aq) + F⁻(aq)

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: Ca₅(PO₄)₃OH(s) ⇌ 5Ca²⁺(aq) + 3PO₄³⁻(aq) + OH⁻(aq)

الشرح: 1. معادلة ذوبان أي مركب أيوني قليل الذوبان تُكتب على شكل تفاعل عكسي. 2. الصيغة الكيميائية لهيدروكسي الأباتيت هي Ca₅(PO₄)₃OH. 3. عند الذوبان، يتحلل إلى أيوناته المكونة: 5 أيونات كالسيوم (Ca²⁺)، و3 أيونات فوسفات (PO₄³⁻)، وأيون هيدروكسيد واحد (OH⁻). 4. تُكتب المعادلة باستخدام رمز الاتزان (⇌) لأن الذوبان عملية عكوسة.

تلميح: تذكر أن المركب الأيوني الصلب يتحلل إلى أيوناته المكونة له في المحلول المشبع.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

كيف يؤثر وجود أيون مشترك في المحلول على ذائبية مركب أيوني قليل الذوبان؟

• أ) يزيد وجود الأيون المشترك من ذائبية المركب لأنه يزيد من القوة الأيونية للمحلول.
• ب) لا يؤثر وجود الأيون المشترك على الذائبية إذا كان المحلول مشبعاً بالفعل.
• ج) يقلل وجود الأيون المشترك من ذائبية المركب الأيوني، لأنه يزيح اتزان الذوبان نحو اليسار (نحو تكوين الراسب) وفقاً لمبدأ لوشاتيليه.
• د) يؤدي وجود الأيون المشترك إلى إذابة الراسب بالكامل وتحويل المحلول إلى غير مشبع.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يقلل وجود الأيون المشترك من ذائبية المركب الأيوني، لأنه يزيح اتزان الذوبان نحو اليسار (نحو تكوين الراسب) وفقاً لمبدأ لوشاتيليه.

الشرح: 1. الأيون المشترك هو أيون موجود في تركيب المركب القليل الذوبان ويوجد أيضاً في المحلول من مصدر آخر. 2. عند إضافة هذا الأيون إلى المحلول المشبع، تزداد تركيزه. 3. وفقاً لمبدأ لوشاتيليه، يتحول الاتزان لمقاومة هذه الزيادة. 4. يتحول الاتزان نحو اليسار (ناحية تكوين المادة الصلبة) مما يعني ترسيب جزء من المادة المذابة. 5. النتيجة النهائية هي انخفاض في ذائبية المركب الأيوني.

تلميح: تذكر مبدأ لوشاتيليه وتأثير التركيز على موضع الاتزان.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما الفرق الأساسي بين ثابت حاصل الذائبية (Ksp) والحاصل الأيوني (Qsp)؟

• أ) Ksp خاص بالمركبات القابلة للذوبان، بينما Qsp خاص بالمركبات غير القابلة للذوبان.
• ب) Ksp هو ثابت اتزان ثابت عند درجة حرارة معينة للمحلول المشبع، بينما Qsp هو حاصل أيوني يحسب في أي لحظة ويمكن أن يتغير. Qsp يكون مساوياً لـ Ksp فقط عند حالة الاتزان.
• ج) Ksp و Qsp هما نفس الشيء، وكلاهما ثوابت لا تتغير.
• د) Qsp يستخدم فقط في المحاليل الحمضية، بينما Ksp يستخدم في المحاليل القاعدية.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: Ksp هو ثابت اتزان ثابت عند درجة حرارة معينة للمحلول المشبع، بينما Qsp هو حاصل أيوني يحسب في أي لحظة ويمكن أن يتغير. Qsp يكون مساوياً لـ Ksp فقط عند حالة الاتزان.

الشرح: 1. Ksp (ثابت حاصل الذوبان): قيمة ثابتة عند درجة حرارة محددة، تمثل حاصل ضرب تراكيز الأيونات في محلول مشبع. 2. Qsp (الحاصل الأيوني): له نفس صيغة Ksp، لكنه يحسب باستخدام التراكيز اللحظية أو الابتدائية للأيونات في المحلول. 3. Qsp ليس ثابتاً، بل يتغير مع تغير التراكيز. 4. المقارنة بين Qsp و Ksp تحدد حالة المحلول: - Qsp < Ksp: محلول غير مشبع. - Qsp = Ksp: محلول مشبع (اتزان). - Qsp > Ksp: محلول فوق مشبع (سيتكون راسب).

تلميح: فكر في معنى كلمة 'ثابت' مقابل الحالة اللحظية للنظام.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط

ما المعلومات الأساسية المطلوبة لحساب تركيز ناتج في خليط تفاعل عند الاتزان؟

• أ) درجة الحرارة والضغط فقط، لأن Ksp يعتمد عليهما.
• ب) المعادلة الموزونة للتفاعل، قيمة ثابت الاتزان (Ksp)، التراكيز الابتدائية للمواد المتفاعلة، واستخدام جدول ICE (التغير الأولي-التغير-الاتزان).
• ج) حجم المحلول ولون المواد الناتجة فقط.
• د) قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) للمحلول النهائي.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: المعادلة الموزونة للتفاعل، قيمة ثابت الاتزان (Ksp)، التراكيز الابتدائية للمواد المتفاعلة، واستخدام جدول ICE (التغير الأولي-التغير-الاتزان).

الشرح: لحساب تركيز ناتج عند الاتزان، نحتاج إلى: 1. المعادلة الموزونة: لمعرفة النسبة المولية بين المواد. 2. قيمة ثابت الاتزان (Ksp): المعطى التجريبي الذي يحدد موضع الاتزان. 3. التراكيز الابتدائية: للبدء بحساب التغيرات. 4. جدول ICE: أداة منظمة لتتبع التغيرات في التراكيز (Initial, Change, Equilibrium). 5. بالتعويض في تعبير ثابت الاتزان باستخدام قيم الاتزان من الجدول، يمكن حساب التركيز المجهول.

تلميح: تذكر خطوات حل مسائل الاتزان الكيميائي.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب