الخلاصة - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 1: صف كيف تقاس سرعة التفاعل؟

الإجابة: س1: تقاس سرعة التفاعل بمقدار تغير كمية/تركيز المواد مع الزمن؛ مثل كمية المتفاعل التي تستهلك أو كمية الناتج التي تتكون في وحدة الزمن.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: جدول المعطيات والمطلوب** | العنصر | الوصف | |--------|-------| | **المعطيات** | مفهوم سرعة التفاعل الكيميائي. | | **المطلوب** | وصف طريقة قياس سرعة التفاعل. |
2. **الخطوة 2: المبدأ المستخدم** تعتمد **سرعة التفاعل الكيميائي** على معدل التغير في كميات المواد المتفاعلة أو الناتجة بالنسبة للزمن.
3. **الخطوة 3: خطوات القياس** يمكن قياس سرعة التفاعل بطريقتين رئيسيتين: 1. **معدل اختفاء المتفاعلات:** - نقيس **كمية المادة المتفاعلة** التي تستهلك (تقل) خلال فترة زمنية محددة. - مثال: قياس تناقص كتلة مادة صلبة، أو انخفاض تركيز مادة في المحلول مع الوقت. 2. **معدل ظهور النواتج:** - نقيس **كمية المادة الناتجة** التي تتكون خلال فترة زمنية محددة. - مثال: قياس زيادة كتلة مادة صلبة متكونة، أو زيادة تركيز ناتج في المحلول، أو حجم غاز متصاعد مع الوقت. > **ملاحظة:** يُفضل عادةً قياس تكون الناتج لأنه أسهل في القياس من اختفاء المتفاعل.
4. **الخطوة 4: الصيغة العامة** تُعبر عن سرعة التفاعل رياضيًا بالعلاقة: $\text{سرعة التفاعل} = \frac{\text{التغير في كمية (أو تركيز) المادة}}{\text{التغير في الزمن}}$ حيث تكون القيمة موجبة دائمًا. **الإجابة النهائية:** تُقاس سرعة التفاعل الكيميائي بتحديد **معدل التغير في كمية مادة متفاعلة مستهلكة، أو مادة ناتجة متكونة، خلال وحدة الزمن.**

سؤال 2: فسر في هذه المعادلة العامة: C → طاقة + A+B كيف يمكن أن يؤثر كل مما يأتي في سرعة التفاعل؟ أ. زيادة درجة الحرارة. ب. تقليل تركيز المتفاعلات.

الإجابة: س2: أ. زيادة درجة الحرارة: تزيد طاقة حركة الجسيمات وعدد التصادمات الفعالة؛ فتزداد سرعة التفاعل. ب. تقليل تركيز المتفاعلات: يقل عدد الجسيمات في الحجم نفسه فتقل التصادمات الفعالة؛ فتقل سرعة التفاعل.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: جدول المعطيات والمطلوب** | العنصر | الوصف | |--------|-------| | **المعطيات** | تفاعل عام: C → A + B + طاقة | | **المطلوب** | تفسير تأثير (أ) زيادة درجة الحرارة، (ب) تقليل تركيز المتفاعلات على سرعة التفاعل. |
2. **الخطوة 2: المبدأ المستخدم (نظرية التصادم)** تعتمد سرعة التفاعل على: 1. **عدد التصادمات** بين جسيمات المواد المتفاعلة في وحدة الزمن. 2. **فعالية هذه التصادمات** (أي التصادمات الحاوية على طاقة كافية تُسمى **طاقة التنشيط**).
3. **الخطوة 3: تحليل تأثير زيادة درجة الحرارة (أ)** | العامل | التأثير المباشر | النتيجة على سرعة التفاعل | |--------|-----------------|--------------------------| | **زيادة درجة الحرارة** | تزيد من **الطاقة الحركية** لجميع الجسيمات. | 1. **تزداد سرعة الجسيمات** → يزيد عدد التصادمات في الثانية.<br>2. **تزداد نسبة الجسيمات** الحاوية على طاقة أكبر من أو تساوي **طاقة التنشيط** → تزيد نسبة **التصادمات الفعالة**.<br>**الخلاصة: تزداد سرعة التفاعل زيادة ملحوظة.** |
4. **الخطوة 4: تحليل تأثير تقليل تركيز المتفاعلات (ب)** | العامل | التأثير المباشر | النتيجة على سرعة التفاعل | |--------|-----------------|--------------------------| | **تقليل تركيز المتفاعلات** | يقل **عدد الجسيمات** المتفاعلة في وحدة الحجم. | **يقل عدد التصادمات** المحتملة بين الجسيمات المتفاعلة في وحدة الزمن (بما فيها التصادمات الفعالة).<br>**الخلاصة: تقل سرعة التفاعل.** |
5. **الإجابة النهائية:** - **أ. زيادة درجة الحرارة:** ترفع من معدل التصادمات والطاقة الحركية للجسيمات، مما يزيد بشكل كبير من عدد التصادمات الفعالة المؤدية للتفاعل، وبالتالي **تتسارع سرعة التفاعل**. - **ب. تقليل تركيز المتفاعلات:** يخفض من عدد جسيمات المتفاعلات المتاحة للاصطدام في وحدة الحجم، مما **يقلل من وتيرة التصادمات الفعالة**، وبالتالي **تبطؤ سرعة التفاعل**.

سؤال 3: صف كيف تعمل المحفزات على زيادة سرعة التفاعل؟

الإجابة: س3: تعمل المحفزات على تخفيض طاقة التنشيط بتوفير مسار بديل للتفاعل، فتزداد التصادمات الفعالة وتزداد سرعة التفاعل، دون أن تُستهلك في التفاعل.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: جدول المعطيات والمطلوب** | العنصر | الوصف | |--------|-------| | **المعطيات** | تعريف المحفزات (مواد تزيد سرعة التفاعل دون أن تُستهلك). | | **المطلوب** | وصف الآلية التي تزيد بها المحفزات من سرعة التفاعل. |
2. **الخطوة 2: المبدأ الأساسي (طاقة التنشيط)** لحدوث التفاعل، يجب أن تمتلك جسيمات المتفاعلات **طاقة دنيا** تُسمى **طاقة التنشيط ($E_a$)** عند التصادم. التفاعلات البطيئة لها **طاقة تنشيط عالية**، مما يعني أن نسبة قليلة من التصادمات تكون فعالة.
3. **الخطوة 3: الدور الرئيسي للمحفز** يعمل **المحفز** على توفير **مسار تفاعل بديل** للمتفاعلات، يكون له **طاقة تنشيط أقل ($E_{a(محفز)}$)** مقارنةً بالمسار الأصلي بدون محفز. | حالة التفاعل | طاقة التنشيط | نسبة الجسيمات ذات الطاقة الكافية | سرعة التفاعل | |--------------|---------------|-----------------------------------|--------------| | **بدون محفز** | مرتفعة ($E_a$) | **قليلة** | بطيئة | | **مع محفز** | منخفضة ($E_{a(محفز)}$) | **كثيرة** | سريعة |
4. **الخطوة 4: خطوات عمل المحفز (بشكل مبسط)** 1. **الامتزاز:** ترتبط جسيمات المتفاعلات على سطح المحفز (في المحفزات غير المتجانسة) أو تتحد معه (في المحفزات المتجانسة) لتكوين مركب وسطي. 2. **إضعاف الروابط:** يضعف هذا الارتباط الروابط داخل جزيئات المتفاعلات، مما يسهل كسرها. 3. **تكوين النواتج:** تتكون النواتج بشكل أسهل عبر هذا المركب الوسطي منخفض الطاقة. 4. **تحرر المحفز:** تنفصل النواتج، ويُحرر **المحفز** كما هو دون أي تغيير كيميائي دائم، جاهزًا لتكرار العملية. > **ملاحظة هامة:** المحفز **لا يبدأ** التفاعل، ولا **يغير** في نواتجه أو طاقة التفاعل الإجمالية (الإنثالبي)، ولكنه فقط **يقلل من حاجز الطاقة** الذي يجب تجاوزه.
5. **الإجابة النهائية:** ترفع **المحفزات** من معدل التفاعل الكيميائي عبر **تخفيض قيمة طاقة التنشيط** المطلوبة لحدوثه، وذلك بتوفير آلية تفاعل بديلة تمر بمرحلة وسيطة أكثر استقراراً، مما **يزيد من نسبة التصادمات الفعالة** بين الجسيمات، مع بقاء المحفز نفسه غير مستهلك في نهاية التفاعل.

سؤال 4: التفكير الناقد فسر لماذا يمكن تخزين علب صلصة المعكرونة لأسابيع على الرف إن كانت مغلقة، بينما يجب حفظها في الثلاجة مباشرة بعد فتحها.

الإجابة: س4: لأن العلبة وهي مغلقة لا يدخلها هواء أو كائنات دقيقة فتقل تفاعلات الفساد. أما بعد فتحها فتتعرض للأكسجين والملوثات فتزداد تفاعلات التلف، لذلك تُحفظ في الثلاجة لأن انخفاض درجة الحرارة يبطئ التفاعلات.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: جدول المعطيات والمطلوب** | الوضع | الشرط | |--------|-------| | **الحالة الأولى** | العلبة مغلقة، مخزنة على رف في درجة حرارة الغرفة. | | **الحالة الثانية** | العلبة مفتوحة، محفوظة في الثلاجة. | | **المطلوب** | تفسير سبب اختلاف ظروف التخزين بين الحالتين بناءً على عوامل سرعة التفاعل. |
2. **الخطوة 2: تحديد طبيعة التفاعلات المعنية** الهدف من التخزين هو **إبطاء أو منع تفاعلات الفساد** التي تؤدي لتلف الصلصة. هذه التفاعلات قد تكون: - **تفاعلات أكسدة** بفعل الأكسجين. - **تفاعلات تحلل إنزيمي** أو كيميائي. - **نمو الكائنات الدقيقة** (بكتيريا، فطريات). جميعها **تفاعلات كيميائية أو حيوية** تتأثر بعوامل السرعة.
3. **الخطوة 3: تحليل الحالة الأولى (علبة مغلقة على الرف)** | عامل مؤثر | وضعه في العلبة المغلقة | التأثير على سرعة تفاعلات الفساد | |------------|-------------------------|----------------------------------| | **الأكسجين (متفاعل)** | معدوم أو قليل جدًا داخل العلبة المفرغة من الهواء أو المعقمة. | **محدود بشدة** → تفاعلات الأكسدة لا تحدث أو تكون بطيئة جدًا. | | **الكائنات الدقيقة** | غير موجودة بسبب التعقيم أثناء التصنيع. | **معدوم** → لا تحدث تفاعلات تحلل بواسطة الميكروبات. | | **درجة الحرارة** | حرارة الغرفة (مرتفعة نسبيًا). | عامل يساعد على السرعة، ولكن بسبب غياب المتفاعلات (أكسجين، ميكروبات) **يبقى التفاعل بطيئًا أو معدوماً** لأأسابيع. | **الخلاصة:** الإغلاق يزيل **عامل التركيز** للمتفاعلات الأساسية (أكسجين، ملوثات)، مما **يوقف** معظم تفاعلات الفساد.
4. **الخطوة 4: تحليل الحالة الثانية (علبة مفتوحة في الثلاجة)** | عامل مؤثر | وضعه بعد فتح العلبة | التأثير على سرعة تفاعلات الفساد | |------------|-------------------------|----------------------------------| | **الأكسجين (متفاعل)** | **يدخل بوفرة** إلى العلبة. | **يزيد تركيز متفاعل رئيسي** → تزداد سرعة تفاعلات الأكسدة. | | **الكائنات الدقيقة** | **تتلوث** الصلصة من الهواء والملاعق. | **تظهر وتنمو** → تبدأ تفاعلات التحلل الحيوي السريعة. | | **درجة الحرارة** | منخفضة (داخل الثلاجة). | **تقليل درجة الحرارة يقلل من:**<br>1- الطاقة الحركية للجزيئات.<br>2- معدل نمو وتكاثر الكائنات الدقيقة.<br>**النتيجة:** إبطاء جميع تفاعلات الفساد الكيميائية والحيوية. | **الخلاصة:** يهدف التبريد إلى **التعويض عن زيادة تركيز المتفاعلات (الأكسجين، الميكروبات)** عن طريق **خفض عامل درجة الحرارة**، مما يبطئ التفاعلات إلى حد يسمح بالتخزين لعدة أيام بأمان.
5. **الإجابة النهائية:** يُمكن تخزين العلبة **المغلقة** لأسابيع لأن العزل يمنع دخول **المتفاعلات الأساسية** للفساد (كالأكسجين والملوثات)، مما **يوقف آليات التفاعل** تقريبًا. أما بعد **فتحها**، فتدخل هذه المتفاعلات وتزداد تركيزاتها، لذا تُحفظ في **الثلاجة** ليعمل **انخفاض الحرارة** على إبطاء حركة الجسيمات ونمو الميكروبات، مما **يخفض من معدل** جميع تفاعلات التلف إلى قيمة مقبولة.

سؤال 5: تطبيق الرياضيات حل المعادلة بخطوة واحدة تنتج مادة عن تفاعل كيميائي بمعدل 2 جم كل 45 ثانية، ما الوقت الذي يلزم لينتج هذا التفاعل 50 جم من المادة نفسها؟

الإجابة: س5: 50 ÷ 2 × 45 = 1125 ثانية = 18 دقيقة و 45 ثانية.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: جدول المعطيات والمطلوب** | الكمية | الرمز | القيمة | الوحدة | |--------|-------|--------|--------| | **معدل الإنتاج** | Rate | 2 | جم / 45 ثانية | | **الكتلة المطلوبة** | m | 50 | جم | | **الزمن اللازم** | t | ؟ | ثانية (ثم نحول إلى دقائق وثواني) |
2. **الخطوة 2: المبدأ أو القانون المستخدم** نسبة طردية بين **الكتلة المنتجة** و **الزمن**، حيث المعدل ثابت. $\text{الزمن الكلي} = \frac{\text{الكتلة الكلية المطلوبة}}{\text{معدل الإنتاج}}$
3. **الخطوة 3: توحيد معدل الإنتاج** لتبسيط الحساب، نجد معدل الإنتاج لكل **ثانية واحدة**: $\text{معدل الإنتاج في الثانية} = \frac{2 \, \text{جم}}{45 \, \text{ثانية}} \approx 0.0444 \, \text{جم/ثانية}$ (هذه الخطوة اختيارية للفهم، ويمكن الحل مباشرة).
4. **الخطوة 4: إيجاد الزمن باستخدام التناسب الطردي** نعلم أن: - كل **2 جم** تُنتج في **45 ثانية**. - نريد إنتاج **50 جم**. ننشئ تناسبًا طرديًا: $\frac{2 \, \text{جم}}{45 \, \text{ثانية}} = \frac{50 \, \text{جم}}{t \, \text{ثانية}}$ بضرب الطرفين في الوسطين (التقاسيم): $2 \times t = 45 \times 50$ $2t = 2250$ $t = \frac{2250}{2} = 1125 \, \text{ثانية}$
5. **الخطوة 5: تحويل الوحدة من ثواني إلى دقائق وثواني** - نعلم أن: **1 دقيقة = 60 ثانية**. - عدد الدقائق = $1125 \div 60 = 18.75$ دقيقة. - **18 دقيقة** كاملة = $18 \times 60 = 1080$ ثانية. - الثواني المتبقية = $1125 - 1080 = 45$ ثانية. **الخطوة 6: الإجابة النهائية** **الزمن اللازم** لإنتاج 50 جراماً من المادة هو **1125 ثانية**، والتي تعادل **18 دقيقة و 45 ثانية**.

ما المقصود بـ "طاقة التنشيط" في التفاعلات الكيميائية؟

• أ) أقل كمية من الطاقة الناتجة عن التفاعل.
• ب) أقل كمية من الطاقة المطلوبة لبدء التفاعل الكيميائي.
• ج) الطاقة اللازمة لكسر جميع الروابط في المتفاعلات فقط.
• د) الطاقة الكلية المنبعثة خلال التفاعل.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: هي أقل كمية من الطاقة المطلوبة لبدء التفاعل الكيميائي.

الشرح: التفاعلات الكيميائية تحتاج إلى طاقة أولية لكسر الروابط القديمة وبدء عملية تكوين الروابط الجديدة. هذه الطاقة الدنيا تسمى طاقة التنشيط، وهي ضرورية لكي تحدث التصادمات الفعالة بين الجسيمات.

تلميح: فكر في الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لبدء عملية كيميائية.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

كيف تُقاس سرعة التفاعل الكيميائي؟

• أ) بقياس التغير في حجم الوعاء مع مرور الزمن.
• ب) بتحديد معدل التغير في كمية مادة متفاعلة مستهلكة، أو مادة ناتجة متكونة، خلال وحدة الزمن.
• ج) بحساب الكتلة الكلية للمواد المتفاعلة قبل وبعد التفاعل.
• د) عن طريق قياس درجة حرارة التفاعل فقط.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تُقاس بتحديد معدل التغير في كمية مادة متفاعلة مستهلكة، أو مادة ناتجة متكونة، خلال وحدة الزمن.

الشرح: تقاس سرعة التفاعل بمراقبة تغير كمية (أو تركيز) المتفاعلات التي تستهلك أو النواتج التي تتكون بمرور الزمن. الصيغة العامة هي: التغير في كمية المادة / التغير في الزمن.

تلميح: ركز على الملاحظة الكمية للمواد المتفاعلة أو الناتجة بمرور الوقت.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما تأثير كل من زيادة درجة الحرارة وتقليل تركيز المتفاعلات على سرعة التفاعل الكيميائي؟

• أ) كلاهما يزيدان سرعة التفاعل.
• ب) كلاهما يقللان سرعة التفاعل.
• ج) زيادة درجة الحرارة تقلل سرعة التفاعل، وتقليل التركيز يزيدها.
• د) زيادة درجة الحرارة تزيد من سرعة التفاعل، وتقليل تركيز المتفاعلات يقلل من سرعة التفاعل.

الإجابة الصحيحة: d

الإجابة: زيادة درجة الحرارة تزيد من سرعة التفاعل، وتقليل تركيز المتفاعلات يقلل من سرعة التفاعل.

الشرح: 1. زيادة درجة الحرارة تزيد الطاقة الحركية للجسيمات وعدد التصادمات الفعالة. 2. تقليل التركيز يقلل عدد الجسيمات المتفاعلة في الحجم، فيقلل التصادمات الفعالة.

تلميح: تذكر نظرية التصادم وتأثير الطاقة وعدد الجسيمات المتاحة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما الآلية الرئيسية التي تعمل بها المحفزات لزيادة سرعة التفاعل الكيميائي؟

• أ) تزيد من درجة حرارة التفاعل بشكل مباشر.
• ب) تزيد من تركيز المتفاعلات في الوعاء.
• ج) تعمل المحفزات على تخفيض طاقة التنشيط المطلوبة لحدوث التفاعل، مما يزيد من نسبة التصادمات الفعالة.
• د) تزيد من حجم الجسيمات المتفاعلة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: تعمل المحفزات على تخفيض طاقة التنشيط المطلوبة لحدوث التفاعل، مما يزيد من نسبة التصادمات الفعالة.

الشرح: المحفز يوفر مسارًا بديلاً للتفاعل يتطلب طاقة تنشيط أقل. هذا يعني أن نسبة أكبر من الجسيمات تمتلك الطاقة الكافية للتفاعل عند التصادم، فتزداد السرعة دون أن يستهلك المحفز نفسه.

تلميح: تذكر دور المحفز في 'حاجز الطاقة' الذي يجب أن تتجاوزه الجسيمات للتفاعل.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

لماذا يمكن تخزين علب صلصة المعكرونة المغلقة لأسابيع على الرف، بينما يجب حفظها في الثلاجة مباشرة بعد فتحها؟

• أ) لأن الصلصة تتجمد في الثلاجة مما يمنع تفاعلها تمامًا.
• ب) العلبة المغلقة تمنع دخول الأكسجين والكائنات الدقيقة، مما يوقف تفاعلات الفساد. بعد الفتح، تتعرض الصلصة للملوثات والأكسجين، وحفظها في الثلاجة يبطئ هذه التفاعلات بانخفاض درجة الحرارة.
• ج) الصلصة تتفاعل مع المعدن عند الفتح، والثلاجة تمنع هذا التفاعل.
• د) لأن العلبة المفتوحة لا تحتوي على مواد حافظة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: العلبة المغلقة تمنع دخول الأكسجين والكائنات الدقيقة، مما يوقف تفاعلات الفساد. بعد الفتح، تتعرض الصلصة للملوثات والأكسجين، وحفظها في الثلاجة يبطئ هذه التفاعلات بانخفاض درجة الحرارة.

الشرح: 1. الإغلاق يمنع الأكسجين والميكروبات (المتفاعلات)، فيقل الفساد. 2. بعد الفتح، تزداد تركيزات المتفاعلات المسببة للفساد. 3. الثلاجة تقلل الحرارة، مما يبطئ حركة الجسيمات ونمو الميكروبات، وبالتالي يقل معدل التلف.

تلميح: تذكر تأثير عوامل مثل تركيز المتفاعلات ودرجة الحرارة على سرعة التفاعلات الكيميائية والحيوية.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب