- تعريف مصطلح الهيدروكربون بأنه مركب يتكون فقط من ذرات C و H
- فهم أن الألكانات هي هيدروكربونات بسيطة لا تحتوي على مجموعة وظيفية
- نص وشرح الظواهر الطبيعية والبشرية لأكاسيد النيتروجين وإزالتها التحفيزية من غازات العادم لمحرك الاحتراق الداخلي
- فهم أن أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي ($\text{NO}$ و$\text{NO}_2$) يمكن أن تتفاعل مع الهيدروكربونات غير المحترقة لتكوين بيروسي أسيتيل نترات، PAN، وهو مكون من مكونات الدخان الكيميائي الضوئي
- وصف دور $\text{NO}$ و$\text{NO}_2$ في تكوين المطر الحمضي بشكل مباشر وفي دورها التحفيزي في أكسدة ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي
النيتروجين والكبريت
A-Level الكيمياء · الموضوع 12
7:40
النيتروجين والكبريت
خذ نفسًا. ما يقارب أربعة أخماس ما دخل رئتيّ للتو كان نيتروجين — وعاد للخارج مباشرة دون أي تغيير. النيتروجين هو…
سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية
12.1
لماذا النيتروجين غير متفاعل
المنهج
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
غاز النيتروجين، $\text{N}_2$، يشكل معظم الهواء لكنه يتفاعل مع القليل منه. هناك سببان:
- ذرتا النيتروجين مترابطتان بـ رابطة ثلاثية، لها طاقة رابطة عالية جداً. يتطلب كسرها الكثير من الطاقة.
- الجزيء ليس له قطبية - فهو متماثل تماماً، لذا لا يوجد ما يسحب جزيئات أخرى نحوه.
استكشف
شكل الأمونيا
تحتوي الأمونيا على ثلاث أزواج ترابط وزوج حر — يدفع الزوج الحر الروابط للأسفل ليأخذ شكل هرمي (حوالي 107°).
12.1
الأمونيا وأيون الأمونيوم
قاعدية الأمونيا
القاعدية للأمونيا (قدرتها على العمل كقاعدة) تأتي من الزوج الحر من الإلكترونات على ذرة النيتروجين. باستخدام نظرية برونستيد-لووري، الأمونيا قاعدة لأن هذا الزوج الحر يمكنه قبول بروتون ($\text{H}^+$):
$$\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$$
أيون الأمونيوم
عندما يشكل الزوج الحر رابطة مع $\text{H}^+$، فإنه يكون أيون الأمونيوم، $\text{NH}_4^+$. بما أن كلا الإلكترونات المشتركة جاءت من النيتروجين، فهذه الرابطة الجديدة هي رابطة إحداثية. الأيون لديه أربع روابط N–H متطابقة وشكل رباعي الأوجه.
إزاحة الأمونيا من أملاحها
إذا قمت بتسخين ملح أمونيوم مع قاعدة (مثل هيدروكسيد الصوديوم)، فإنك تطرد غاز الأمونيا. هذا إزاحة حمض-قاعدة:
$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$
الرائحة الحادة للأمونيا، وتحويل ورق عباد الشمس الأحمر الرطب إلى الأزرق، هو اختبار لملح الأمونيوم.
12.1
أكاسيد النيتروجين وتلوث الهواء
مصدرها
أكاسيد النيتروجين ($\text{NO}$ و $\text{NO}_2$، تُعرف مجتمعة باسم $\text{NO}_x$) تأتي من مصدرين:
- طبيعي: البرق يوفر طاقة كافية لنيتروجين وأكسجين الهواء للتحدث.
- بشري: درجة الحرارة العالية داخل محرك الاحتراق الداخلي تجعل النيتروجين والأكسجين يتفاعلان:
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}$$
إزالتها من عادم السيارات
المحول الحفاز ينقي غازات العادم. يسمح للغازات الضارة بالتفاعل معاً لتكوين غازات غير ضارة:
$$2\text{NO} + 2\text{CO} \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{CO}_2$$
الدخان الضوئي
في ضوء الشمس، $\text{NO}$ و $\text{NO}_2$ يتفاعلان مع الهيدروكربونات غير المحترقة لتكوين بيروكسي أسيتيل نترات (PAN). PAN هو جزء ضار من الدخان الضوئي، الضباب البني المرئي فوق المدن المزدحمة.
الأمطار الحمضية
أكاسيد النيتروجين تساعد أيضاً في تكوين الأمطار الحمضية بطريقتين:
- مباشرة: $\text{NO}_2$ يذوب في المطر لتكوين حمض النتريك.
- كعامل حفاز: $\text{NO}_2$ يسرع أكسدة ثاني أكسيد الكبريت الجوي ($\text{SO}_2$) إلى $\text{SO}_3$، والذي يتكون بدوره حمض الكبريتيك في المطر.
مثال محلول. يُسخّن صلب أبيض مع $\text{NaOH}$ مائي، ويتصاعد غاز يحوّل ورقة ليتmus حمراء رطبة إلى اللون الأزرق. حدد الغاز والأيون في الصلب، واشرح التفاعل. الغاز الشائع الوحيد الذي يحوّل ورقة ليتmus حمراء رطبة إلى أزرق هو الأمونيا، $\text{NH}_3$، لذا يحتوي الصلب على أيون الأمونيوم، $\text{NH}_4^{+}$. أيون الهيدروكسيد قاعدة أقوى، لذا يستعيد البروتون من أيون الأمونيوم:
$$\text{NH}_4^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$
هذا هو الاختبار القياسي لـ $\text{NH}_4^{+}$. يجب دائماً أن تقول إن ورقة الليتmus رطبة: إذ يجب أن تذوب الأمونيا في الماء قبل أن تُظهر قاعدتها، لذا لن تُعطي ورقة ليتmus جافة أي تغير في اللون على الإطلاق.
استكشف
مسار تلوث NOx
آثار أكاسيد النيتروجين من المحركات الساخنة إلى الضرر البيئي.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| triple bond/ˈtrɪpl bɒnd/ | الرابطة الثلاثية |
| bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ | طاقة الرابطة |
| polarity/pəʊˈlærɪti/ | القطبية |
| basicity/beɪˈsɪsɪti/ | القاعدية |
| lone pair/ləʊn peə/ | زوج من الإلكترونات الحرة |
| proton/ˈprəʊtɒn/ | بروتون |
| ammonium ion/æˈməʊnɪəm ˈaɪɒn/ | أيون الأمونيوم |
| coordinate bond/kəʊˈɔːdɪnət bɒnd/ | الرابطة التناسقية |
| displacement/dɪˈspleɪsmənt/ | إزاحة |
| internal combustion engine/ɪnˈtɜːnl kəmˈbʌstʃn ˈendʒɪn/ | محرك الاحتراق الداخلي |
| catalytic converter/ˌkætəˈlɪtɪk kənˈvɜːtə/ | محول حفازي |
| exhaust gases/eɡˈzɔːst ˈɡæsɪz/ | غازات العادم |
| photochemical smog/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl smɒɡ/ | الدخان الضوئي الكيميائي |
| acid rain/ˈæsɪd reɪn/ | الأمطار الحمضية |
| sulfur dioxide/ˈsʌlfɜː daɪˈɒksaɪd/ | ثاني أكسيد الكبريت |
12.1
نصائح للامتحان
- $\text{N}_2$ غير متفاعلة بسبب رابطة ثلاثية قوية (طاقة ربط عالية جداً) — وضح ذلك تماماً.
- الأمونيا قاعدة وليغاند بسبب زوج الإلكترونات الحر؛ يتكون أيون الأمونيوم عبر رابطة تناسقية.
- اشرح كيفية تكون أكاسيد النيتروجين (في درجات حرارة عالية في المحركات) وعلاقتها بالأمطار الحمضية والدخان الضوئي.
- قدم معادلات موزونة وملاحظات صحيحة لتفاعلات الأمونيا وأيون الأمونيوم.
دروس تفاعلية حول هذا الموضوع
ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.