مدونة التربية و التعليم في الجزائر – دروس، فروض، نتائج امتحانات مدونة التربية والتعليم في الجزائر | تحضير الدروس، فروض واختبارات، نتائج البكالوريا وBEM، مسابقات التوظيف، والتوجيه المدرسي للطلاب وأولياء الأمور.
📘 بطاقة الدرس
- المادة: العلوم الفيزيائية (فيزياء وكيمياء)
- المستوى: السنة الثانية ثانوي – الشعب العلمية
- الوحدة: الكيمياء – الناقلية في المحاليل المائية
- المدة: حصتان (ساعتان)
🎯 أهداف التعلم
- أن يفهم مفهوم الناقلية في المحاليل المائية.
- أن يميز بين الناقلية النوعية والناقلية المولية.
- أن يطبق قانون كولروش وجدول الناقلية المولية الشاردية.
- أن يستخدم قياس الناقلية لتحديد التركيز أو ثابت التوازن.
📝 تمهيد
هل تساءلت يوماً لماذا توصل المحاليل الملحية للتيار الكهربائي بينما لا يوصلها السكر المذاب في الماء؟ الإجابة تكمن في وجود الأيونات (الشوارد) في المحلول. تقيس الناقلية الكهربائية قدرة المحلول على توصيل التيار، وهي تعتمد على طبيعة الأيونات وتركيزها وحركتها. يستخدم هذا المفهوم في مجالات عديدة مثل معالجة المياه والتحاليل الطبية والصناعة الكيميائية.
⚡ 1. مفهوم الناقلية الكهربائية
الناقلية (Conductance) هي مقلوب المقاومة، وتُقاس بـ السمنز (Siemens, S).
G = 1/R, حيث R المقاومة.
تعتمد الناقلية المقاسة على:
- طبيعة المحلول (تركيز الأيونات ونوعها).
- أبعاد خلية القياس (مساحة الأقطاب S والمسافة بينهما L).
📏 2. الناقلية النوعية (Conductivité)
الناقلية النوعية (σ) هي ناقلية محلول بين قطبين متوازيين مساحة كل منهما 1 m² والمسافة بينهما 1 m. وتُعطى بالعلاقة:
σ = G × (L/S)
حيث:
- σ: الناقلية النوعية (S·m⁻¹ أو mS·cm⁻¹).
- G: الناقلية المقاسة (S).
- L: المسافة بين القطبين (m).
- S: مساحة كل قطب (m²).
- k = L/S: ثابت الخلية (m⁻¹).
🧪 3. الناقلية المولية الشاردية (λᵢ)
الناقلية المولية الشاردية λᵢ هي مساهمة كل شاردة في الناقلية النوعية الكلية للمحلول. وحدة قياسها: S·m²·mol⁻¹.
قانون كولروش (Kohlrausch):
σ = Σ λᵢ × [Xᵢ]
أي: الناقلية النوعية تساوي مجموع جداء الناقلية المولية الشاردية لكل شاردة في تركيزها.
| الشاردة | λ (mS·m²·mol⁻¹) |
|---|---|
| H₃O⁺ | 35.0 |
| OH⁻ | 20.0 |
| Na⁺ | 5.0 |
| Cl⁻ | 7.6 |
| K⁺ | 7.3 |
| CH₃COO⁻ | 4.1 |
🔬 4. تطبيقات قياس الناقلية
- تعقب التفاعلات الكيميائية: مراقبة تغير الناقلية أثناء التفاعل (مثل المعايرة).
- قياس تركيز محلول: معرفة الناقلية النوعية تسمح بحساب تركيز الأيونات.
- معايرة بالقياس النوعي (Conductimétrie): تحديد نقطة التكافؤ في تفاعل حمض-قاعدة.
- تقدير نقاوة الماء: الماء المقطر له ناقلية منخفضة جداً، بينما ماء الصنبور له ناقلية أعلى.
📌 مثال تطبيقي
محلول كلور الصوديوم (NaCl) تركيزه C = 0.01 mol/L. أحسب ناقليته النوعية.
الحل:
NaCl → Na⁺ + Cl⁻. إذن [Na⁺] = [Cl⁻] = 0.01 mol/L = 10 mol/m³.
σ = λ(Na⁺)×[Na⁺] + λ(Cl⁻)×[Cl⁻] = 5.0×10 + 7.6×10 = 50 + 76 = 126 mS·m⁻¹ (أو 0.126 S·m⁻¹).
✏️ تمرين محلول
محلول مائي لحمض الإيتانويك (CH₃COOH) تركيزه C = 0.05 mol/L. ناقليته النوعية σ = 3.9 mS·m⁻¹.
1. أكتب معادلة تفكك الحمض في الماء.
2. أحسب [H₃O⁺] و [CH₃COO⁻] في المحلول (استعمل جدول λ).
3. استنتج نسبة تقدم التفاعل.
الحل:
1. CH₃COOH + H₂O ⇋ CH₃COO⁻ + H₃O⁺
2. σ = λ(H₃O⁺)×[H₃O⁺] + λ(CH₃COO⁻)×[CH₃COO⁻]. ولكن [H₃O⁺] = [CH₃COO⁻] = x. إذن σ = (35 + 4.1)×x بـ (mS·m²·mol⁻¹). تحويل σ: 3.9 mS·m⁻¹ = 0.0039 S·m⁻¹. x = 0.0039 / (0.035 + 0.0041) = 0.0039 / 0.0391 ≈ 0.1 mol/m³ = 0.0001 mol/L.
3. τ = x/C = 0.0001/0.05 = 0.002 أي 0.2% (حمض ضعيف التفكك).
📌 خلاصة
- الناقلية النوعية (σ) تميز قدرة المحلول على توصيل التيار وتعتمد على الأيونات الموجودة.
- قانون كولروش: σ = Σ λᵢ × [Xᵢ] يربط الناقلية بالتركيز والناقلية المولية الشاردية.
- قياس الناقلية يستخدم في المعايرة، تحديد التركيز، ومراقبة التفاعلات.
- قيمة λ تختلف حسب نوع الأيون (H₃O⁺ و OH⁻ لهما أعلى ناقلية).
📍 دروس مشابهة:
- الكيمياء العضوية: الألكانات – الثانية ثانوي فيزياء
- الطاقة الحركية والطاقة الكامنة – الثانية ثانوي فيزياء