عبر المواقع الإلكترونية - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 طاقة التنشيط - بدء التفاعل

المفاهيم الأساسية

طاقة التنشيط (Activation energy): الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لبدء أي تفاعل كيميائي.

خريطة المفاهيم - استكمال

```markmap

التفاعلات الكيميائية

أنواع التغيرات في المادة

التغير الفيزيائي

• يغير الخصائص الفيزيائية فقط
• مثال: طي الورقة، تجمد الماء

التغير الكيميائي

• ينتج مواد جديدة
• مثال: احتراق الورقة، صدأ الحديد

التفاعل الكيميائي

المكونات

• المتفاعلات: المواد الداخلة
• النواتج: المواد الناتجة

التمثيل

• المعادلة الكيميائية: تمثيل رمزي للتفاعل

- المعادلة اللفظية: تستخدم أسماء المواد

- المتفاعلات على يمين السهم (←)

- النواتج على يسار السهم

- يفصل بينها إشارة (+)

- يقرأ السهم "ينتج"

- المعادلة الرمزية: تستخدم رموز العناصر والصيغ

- الأرقام السفلية: تعبر عن عدد ذرات كل عنصر في المركب

- مثال: CO₂ → ذرتي أكسجين

- عدم وجود رقم يعني ذرة واحدة فقط

• قانون حفظ الكتلة: كتلة المتفاعلات = كتلة النواتج

- مكتشفه: أنطوان لافوازييه (1743-1794م)

- المبدأ: الذرات لا تُستحدث ولا تفنى، بل يُعاد ترتيبها

- التجربة: إغلاق النظام ضروري لملاحظة حفظ الكتلة

أنواع التفاعلات من حيث الطاقة

• التفاعل الماص للحرارة: يمتص طاقة

- شرح الطاقة: المتفاعلات أكثر استقراراً (طاقة روابطها أقل) من النواتج

- تمثيل الطاقة: تكتب كلمة "طاقة" مع المتفاعلات في المعادلة

- مثال: التحليل الكهربائي للماء

- المعادلة: طاقة كهربائية + 2H₂O → 2H₂ + O₂

- التفسير: طاقة كهربائية مطلوبة لكسر جزيئات الماء

- أشكال الطاقة الممتصة: كهربائية، ضوئية، صوتية، حرارية

- مثال عملي (فيزيائي): الكمادات الباردة

- المبدأ: ذوبان نترات الأمونيوم في الماء يمتص الحرارة من الجلد

• التفاعل الطارد للحرارة: يطلق طاقة

- مصدر الطاقة: تكسر روابط المتفاعلات وتكوين روابط جديدة في النواتج

- شرح الطاقة: عندما تكون طاقة الروابط في النواتج أقل من طاقة الروابط في المتفاعلات، تتحرر الطاقة الزائدة (كالضوء والحرارة)

- مثال: اتحاد الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الماء (شعلة اللحام)

- المعادلة: طاقة + 2H₂ + O₂ → 2H₂O

- تمثيل الطاقة: تكتب كلمة "طاقة" مع النواتج في المعادلة

- مثال تطبيقي: احتراق الميثان

- المعادلة: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + طاقة

- التفسير: الطاقة تظهر مع النواتج لأنها تتحرر أثناء التفاعل

- التطبيق: تستخدم في طهي الطعام (الشكل ١٠)

- معدل تحرير الطاقة

- تحرير سريع

- ينتج طاقة كافية للإحساس بها أو رؤيتها بسرعة

- مثال: ولاعة الفحم النباتي (سائل + أكسجين ← حرارة لإشعال الفحم)

- مثال: شعلة اللحام (هيدروجين + أكسجين ← حرارة أعلى من 3000°س)

- تحرير بطيء

- يطلق طاقة حرارية ببطء شديد (لا تُرى أو تُحس)

- مثال: صدأ الحديد (حديد + أكسجين + ماء ← صدأ + حرارة بطيئة)

- تطبيق: الكمادات الحارة (تستخدم الإطلاق البطيء للتدفئة لساعات)

سرعة التفاعلات الكيميائية

تعريف سرعة التفاعل

• المعدل الذي تتحول فيه المتفاعلات إلى نواتج

تفاوت السرعة بين التفاعلات

• تفاعلات سريعة جداً: تحدث في ثوانٍ أو أجزاء من الثانية

- مثال: انفجار الألعاب النارية

- مثال: احتراق شريط المغنيسيوم (يطلق ضوءاً أبيض ساطعاً)

• تفاعلات بطيئة جداً: تحدث على مدى سنوات

- مثال: تغير لون التحف النحاسية إلى الأسود (التأكسد)

- مثال: تكون الصدأ

العوامل المؤثرة في السرعة

• التركيز: زيادة تركيز المتفاعلات تزيد سرعة التفاعل
• درجة الحرارة: رفع درجة الحرارة يزيد سرعة معظم التفاعلات
• مساحة السطح: زيادة مساحة سطح المادة الصلبة (بتفتيتها) تزيد سرعة التفاعل
• العوامل المحفزة (المساعدات): مواد تزيد السرعة دون أن تُستهلك

- خصائصها: لا تتغير كيميائياً، لا تُستهلك، تظهر في بداية التفاعل وتستعيد في نهايته

- مثال: الإنزيمات في الجسم (محفزات بيولوجية)

• المثبطات: مواد تُبطئ سرعة التفاعل

أهمية التحكم في السرعة

• تسريع التفاعلات البناءة المرغوب فيها: مثل تفاعلات التصنيع الدوائي
• إبطاء التفاعلات الهدامة غير المرغوب فيها: مثل صدأ المعادن، فساد الطعام

طاقة التنشيط

• تعريفها: الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لبدء التفاعل الكيميائي
• شرط البدء: يجب أن تتصادم جزيئات المتفاعلات بقوة وطاقة كافية
• السبب: تكسير روابط المتفاعلات (للتكوين الجديد) يحتاج طاقة
• التطبيق على التفاعلات الطاردة للطاقة

- تحتاج أيضاً إلى طاقة تنشيط لتبدأ

- مثال: احتراق الجازولين (يحتاج شرارة أو لهباً للبدء)

- مثال: الشعلة الأولمبية (مواد شديدة الاشتعال لكنها لا تشتعل تلقائياً)

المفردات الجديدة

• طاقة التنشيط: الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لبدء التفاعل
• سرعة التفاعل
• التركيز
• المثبطات
• الإنزيمات

أدلة الحواس على حدوث التفاعل

التذوق

• تغير الطعم (مثال: الحليب يصبح لاذعاً)

البصر

• إنتاج ضوء (مثال: الحشرات المضيئة)
• تغير الشكل (مثال: فجوات الخبز)
• تكون فقاقيع ورغوة (مثال: خل + بيكربونات الصوديوم)
• تغير اللون (مثال: تحول لون التفاح إلى البني)

السمع والبصر

• إنتاج صوت وضوء (مثال: مشعل الطوارئ)

الشم واللمس

• إنتاج رائحة وحرارة (مثال: احتراق الغابة)

أمثلة على تفاعلات منزلية

• مسحوق الخبز + خل ← غاز + مادة صلبة بيضاء
• حديد + أكسجين + ماء ← صدأ الحديد
• غاز الطهي + أكسجين ← حرارة وغازات

التطور في كتابة المعادلات

المعادلة اللفظية (بالأسماء الشائعة)

• خل + مسحوق الخبز ← ...

المعادلة اللفظية (بالأسماء الكيميائية)

• حمض الأسيتيك + كربونات الصوديوم الهيدروجينية ← أسيتات الصوديوم + ماء + ثاني أكسيد الكربون

المعادلة الرمزية (بالصيغ)

• CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂

موازنة المعادلات الكيميائية

الهدف

• تطبيق قانون حفظ الكتلة
• تحقيق تساوي عدد ذرات كل عنصر في الطرفين

مثال تطبيقي: سواد الفضة

• التفاعل: فضة + كبريتيد الهيدروجين ← كبريتيد الفضة + هيدروجين
• المعادلة غير الموزونة: Ag + H₂S → Ag₂S + H₂

- المشكلة: ذرة فضة واحدة في المتفاعلات، وذرتان في النواتج

• المعادلة الموزونة: 2Ag + H₂S → Ag₂S + H₂

- الحل: وضع المعامل 2 أمام Ag

- النتيجة: 2 ذرة فضة في كل طرف

مثال تطبيقي: احتراق الميثان

• التفاعل: ميثان + أكسجين ← ثاني أكسيد كربون + ماء
• المعادلة غير الموزونة: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O
• خطوات الموازنة:

1. موازنة الهيدروجين: ضرب H₂O في 2 ← 4 ذرات H في النواتج

2. موازنة الأكسجين: ضرب O₂ في 2 ← 4 ذرات O في المتفاعلات

• المعادلة الموزونة: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

قواعد الموازنة

• تغيير المعاملات فقط (الأرقام الأمامية)
• عدم تغيير الأرقام السفلية (يغير ذلك نوع المركب)
• التحقق: حساب عدد ذرات كل عنصر في

العلوم

الشعلة الأولمبية ارجع إلى المواقع الإلكترونية الموثقة عبر شبكة الإنترنت للبحث عن معلومات حول الشعلة الأولمبية. نشاط أولمبية تقوم الدولة المضيفة بوضع شعلة جديدة للأولمبياد، دون مراحل إنتاج هذه الشعلة، ونوع الوقود المستخدم فيها.

طاقة التنشيط - بدء التفاعل

يلزم أن تتصادم جزيئات المواد المتفاعلة بعضها البعض قبل أن يبدأ التفاعل. ويبدو هذا الشرط منطقياً؛ لأن تكون الروابط الكيميائية جديدة يتطلب أن تكون الذرات قريبة بعضها من بعض. بل ينبغي أيضاً أن يكون التصادم بين الجزيئات قوياً بدرجة كافية وبطاقة محددة وإلا فلن يحدث التفاعل. لكن لماذا مثل هذا الشرط؟

لتكوين الروابط الكيميائية في النواتج يجب كسر الروابط الكيميائية في المتفاعلات. ولما كان تكسير الروابط الكيميائية يحتاج إلى طاقة محددة، فإنه يجب توافر معين (حد أدنى) من الطاقة حتى يبدأ أي تفاعل كيميائي، وتسمى هذه الطاقة تنشيط التفاعل Activation energy.

ما المصطلح الذي يُعبر عن الحد الأدنى من الطاقة التي تلزم لبدء التفاعل؟

ماذا عن التفاعلات الطاردة للطاقة؟ هل هناك طاقة تنشيط أيضاً؟ نعم، على الرغم من أن هذه التفاعلات تحرر طاقة إلا أنها تحتاج أيضاً إلى طاقة لتبدأ. ويعد احتراق الجازولين مثالاً على التفاعلات التي تحتاج إلى طاقة لتبدأ؛ فإذا انسكب بعض الوقود من غير قصد عند تعبئة خزان الوقود يتبخر هذا الوقود في وقت قصير، ولكنه لا يشتعل. تُرى ما السبب في ذلك؟ السبب هو أن الوقود يحتاج إلى طاقة لكي يبدأ الاحتراق، ولعدم وجوده في محطات الوقود لوحات تمنع التدخين، وتلزم السائق بإطفاء محرك السيارة، وعدم استعمال أجهزة الجوال.

ومن الأمثلة على ذلك أيضاً الشعلة الأولمبية المستخدمة في كل دورة من دورات الألعاب الأولمبية، انظر الشكل ١٢؛ إذ يحتوي الموقف الخاص بالألعاب الأولمبية على مواد شديدة الاشتعال أو الأمطار، ومع ذلك فإن هذه المواد لا تنطفئ بفعل الرياح الشديدة أو الأمطار، ومع ذلك فإن هذه المواد لا تنطفئ من تلقاء نفسها.

يحتاج معظم أنواع الوقود إلى طاقة لكي يشتعل، وشعلة الألعاب الأولمبية على الموقف في الموقد بالطاقة اللازمة لإشعاله.

العلوم --- SECTION: عبر المواقع الإلكترونية --- الشعلة الأولمبية ارجع إلى المواقع الإلكترونية الموثقة عبر شبكة الإنترنت للبحث عن معلومات حول الشعلة الأولمبية. نشاط أولمبية تقوم الدولة المضيفة بوضع شعلة جديدة للأولمبياد، دون مراحل إنتاج هذه الشعلة، ونوع الوقود المستخدم فيها. طاقة التنشيط - بدء التفاعل يلزم أن تتصادم جزيئات المواد المتفاعلة بعضها البعض قبل أن يبدأ التفاعل. ويبدو هذا الشرط منطقياً؛ لأن تكون الروابط الكيميائية جديدة يتطلب أن تكون الذرات قريبة بعضها من بعض. بل ينبغي أيضاً أن يكون التصادم بين الجزيئات قوياً بدرجة كافية وبطاقة محددة وإلا فلن يحدث التفاعل. لكن لماذا مثل هذا الشرط؟ لتكوين الروابط الكيميائية في النواتج يجب كسر الروابط الكيميائية في المتفاعلات. ولما كان تكسير الروابط الكيميائية يحتاج إلى طاقة محددة، فإنه يجب توافر معين (حد أدنى) من الطاقة حتى يبدأ أي تفاعل كيميائي، وتسمى هذه الطاقة تنشيط التفاعل Activation energy. --- SECTION: ماذا قرأت؟ --- ما المصطلح الذي يُعبر عن الحد الأدنى من الطاقة التي تلزم لبدء التفاعل؟ ماذا عن التفاعلات الطاردة للطاقة؟ هل هناك طاقة تنشيط أيضاً؟ نعم، على الرغم من أن هذه التفاعلات تحرر طاقة إلا أنها تحتاج أيضاً إلى طاقة لتبدأ. ويعد احتراق الجازولين مثالاً على التفاعلات التي تحتاج إلى طاقة لتبدأ؛ فإذا انسكب بعض الوقود من غير قصد عند تعبئة خزان الوقود يتبخر هذا الوقود في وقت قصير، ولكنه لا يشتعل. تُرى ما السبب في ذلك؟ السبب هو أن الوقود يحتاج إلى طاقة لكي يبدأ الاحتراق، ولعدم وجوده في محطات الوقود لوحات تمنع التدخين، وتلزم السائق بإطفاء محرك السيارة، وعدم استعمال أجهزة الجوال. ومن الأمثلة على ذلك أيضاً الشعلة الأولمبية المستخدمة في كل دورة من دورات الألعاب الأولمبية، انظر الشكل ١٢؛ إذ يحتوي الموقف الخاص بالألعاب الأولمبية على مواد شديدة الاشتعال أو الأمطار، ومع ذلك فإن هذه المواد لا تنطفئ بفعل الرياح الشديدة أو الأمطار، ومع ذلك فإن هذه المواد لا تنطفئ من تلقاء نفسها. --- SECTION: الشكل ١٢ --- يحتاج معظم أنواع الوقود إلى طاقة لكي يشتعل، وشعلة الألعاب الأولمبية على الموقف في الموقد بالطاقة اللازمة لإشعاله. --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: الشكل ١٢ Description: A person holding an Olympic torch, with a large fire in the background. The torch is lit and appears to be part of a ceremony. Context: Illustrates the concept of needing activation energy to start a fire, using the Olympic torch as an example of a highly flammable material that requires an initial energy input to ignite.