قياس المادة

5-1

قياس المادة

Measuring Matter

الفكرة الرئيسية

يستعمل الكيميائيون المول لعد الجسيمات ومنها الذرات والأيونات والجزيئات ووحدات الصيغ الكيميائية.

الربط مع الحياة

هل حاولت يومًا أن تعد المقاعد الموجودة في صفك؟ وهل خطر ببالك يومًا أن تعد حبات الأرز في كيس من الأرز؟ لعلك لاحظت أنه كلما صغرت المادة أصبح عدها أصعب.

الأهداف

• تفسر كيف يستخدم المول بشكل غير مباشر لعد جسيمات المادة.
• تربط المول بوحدة عد يومية شائعة.
• تحول بين المولات وعدد الجسيمات.

مراجعة المفردات

الجزيء: ذرتان أو أكثر مرتبطتان معًا لتكوين وحدة واحدة.

المفردات الجديدة

المول
عدد أفوجادرو

---

عد الجسيمات

Counting Particles

هل ذهبت يومًا إلى إحدى المكتبات وطلبت إلى البائع دزنا من أقلام الرصاص؟ إن ذلك لا يعني أنك تريد قلمًا أو قلمين، بل 12 قلمًا. وكما تحتوي زوج من القفازات، أو رزمة من ورق الطباعة. كل من الوحدات المبينة في الشكل 5-1، وهي الزوج والدزن والرزمة، تمثل عددًا محددًا من الأشياء، وكلها تسهل عملية العد. فمن السهل شراء الورق وبيعه بالرزمة 500 ورقة، بدلًا من شرائه وبيعه بالورقة.

كل من وحدات العد المبينة في الشكل 5-1 تناسب عد نوع معين من الأشياء، اعتمادًا على حجمها واستخدامها. وبغض النظر عن كون الشيء قفازات أو بيضًا أو أقلامًا أو ورقًا فإن العدد الذي تمثله الوحدة يبقى دائمًا ثابتًا.

يحتاج الكيميائيون أيضًا إلى طريقة ملائمة لعد الذرات والجزيئات والأيونات ووحدات الصيغ الكيميائية Formulas units التي تكونت لمادة ما. إلا أن الذرات متناهية الصغر، وهناك الكثير منها حتى في العينات الصغيرة جدًا، مما يجعل عدها بشكل مباشر مستحيلًا. لذلك قام الكيميائيون بإيجاد وحدة عد تسمى المول، وقد عرفت من التجربة الاستهلالية أنه يمثل عددًا ضخمًا من أي جسم.

الشكل 5-1

وحدات مختلفة تستخدم لعد أجسام مختلفة. الزوج عبارة عن جسمين، والدزن 12، والرزمة 500.

اذكر وحدات عد أخرى مألوفة لديك.

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_5-1_وحدات_مختلفة_لعد_أجسام_مختلفة.png

---

#

المول

تسمى وحدة النظام الدولي الأساسية المستخدمة لقياس كمية المادة المول. يعرف المول بحسب النظام الدولي للوحدات بأنه عدد ذرات الكربون-12 في عينة كتلتها 12g من الكربون-12. وخلال سنوات عديدة من التجارب، تم الاتفاق على أن المول الواحد من أي مادة يحتوي على:

6.02 × 10²³

من الجسيمات الممثلة، وهي وحدات البناء المكونة لهذه المادة، ومنها الذرات والجزيئات والأيونات ووحدات الصيغ الكيميائية.

فإذا كتبت العدد فسوف يبدو كما يأتي:

602,213,670,000,000,000,000,000

ويسمى العدد:

6.0221367 × 10²³

عدد أفوجادرو، تكريمًا للفيزيائي الإيطالي والكيميائي أميديو أفوجادرو Amedeo Avogadro، الذي تمكن عام 1811م من تحديد حجم مول من الغاز.

ومن الواضح أن عدد أفوجادرو عدد هائل، وهذا يجعله صالحًا لعد الكائنات المتناهية في الصغر، مثل الذرات. كما يمكنك أن تتصور أن عدد أفوجادرو لن يكون مناسبًا لقياس كمية من كرات اللعب الزجاجية؛ لأن عدد أفوجادرو من هذه الكرات سوف يغطي سطح الأرض إلى عمق يتجاوز ستة كيلومترات.

وكما هو موضح في الشكل 5-2، فإن استخدام المول مناسب لحساب كميات من المواد الكيميائية. ويبين الشكل كميات مقدارها واحد mol من كل من الماء، والنحاس، والملح، وتتكون كل منها من جسيمات ممثلة مختلفة. فالجسيمات الممثلة المكونة لمول من الماء هي جزيئات الماء، والمكونة لمول من النحاس هي ذرات النحاس، والمكونة لمول من كلوريد الصوديوم هي وحدات صيغة كلوريد الصوديوم.

الشكل 5-2

كمية المول الممثلة هي 6.02 × 10²³ أو 1mol من الجسيمات الممثلة المكونة للمادة. الجسيمات الممثلة المكونة لكل مادة موضحة داخل المربع.

الماء H₂O: جزيء
النحاس Cu: ذرة
كلوريد الصوديوم NaCl: وحدة الصيغة الكيميائية

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_5-2_المول_كمية_من_المادة_تساوي_6.02×10^23_جسيم.png

---

#

التحويل بين المولات والجسيمات

Converting Between Moles and Particles

افترض أنك اشتريت ثلاثة دزران ونصف الدزن من الورد، وأردت أن تعرف كم وردة فيها. ينبغي أن تستخدم عامل تحويل يربط بين الدزن وعدد الورد، انظر الشكل 5-3.

1 دزن = 12 وردة

بقسمة كل من طرفي العلاقة على الطرف الآخر يمكن كتابة عاملي تحويل:

1 دزن / 12 وردة

12 وردة / 1 دزن

ثم استخدام عامل التحويل المناسب الذي يمكنك من خلاله حساب عدد الورد. ويمكن الاستدلال على العامل الصحيح من خلال الوحدات؛ إذ تلغى كافة الوحدات ما عدا التي تحتاج إليها في الإجابة.

3.5 دزن × 12 وردة / 1 دزن = 42 وردة

ماذا قرأت؟

اشرح كيف تعرف أنك استخدمت عامل تحويل خطأ؟

الشكل 5-3

12 وردة = 1 دزن ورد.
لكي تتمكن من تحليل الوحدات، يجب تعرف العلاقة الرياضية الصحيحة بين الوحدات التي ستُحولها. والعلاقة الموضحة هنا 12 وردة = 1 دزن ورد يمكن استعمالها لكتابة عاملي تحويل.

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_5-3_علاقة_الدزينة_بعدد_الورد.png

---

تحويل المولات إلى جسيمات

ذرات أو أيونات أو جزيئات

لحساب عدد جزيئات السكروز في 3.5mol منه، تستخدم عدد أفوجادرو؛ أي العلاقة بين عدد المولات وعدد الجسيمات الممثلة، كعامل للتحويل.

6.02 × 10²³ من الجسيمات الممثلة = 1mol من الجسيمات الممثلة

يمكنك من هذه العلاقة كتابة عاملي تحويل يربطان الجسيمات الممثلة بالمولات، هما:

6.02 × 10²³ من الجسيمات الممثلة / 1mol

1mol / 6.02 × 10²³ من الجسيمات الممثلة

ومن خلال استخدام عامل التحويل الصحيح يمكنك حساب عدد الجسيمات الممثلة في عدد من المولات:

عدد الجسيمات الممثلة = عدد المولات × 6.02 × 10²³ من الجسيمات الممثلة / 1mol

وكما هو مبين في الشكل 5-4 فإن الجسيم الممثل في السكروز هو الجزيء، ولحساب عدد جزيئات السكروز في 3.5mol منه عليك أن تستخدم عدد أفوجادرو كعامل تحويل:

3.5mol من السكروز × 6.02 × 10²³ جزيء من السكروز / 1mol من السكروز

= 2.11 × 10²⁴ جزيء من السكروز

---

#

مسائل تدريبية

• يستخدم الخارصين Zn في جلفنة الحديد لحمايته من التآكل. احسب عدد ذرات Zn في 2.5mol منه.
• احسب عدد الجزيئات في 11.5mol من الماء H₂O.
• تستخدم نترات الفضة AgNO₃ في تحضير أنواع متعددة من هاليدات الفضة المستخدمة في عملية التصوير الفوتوغرافي. ما عدد وحدات الصيغة AgNO₃ في 3.25mol من نترات الفضة AgNO₃؟
• تحفيز: احسب عدد ذرات الأكسجين في 5.0mol من جزيئات الأكسجين O₂.

اسم الصورة المرتبطة:
مسائل_تدريبية_التحويل_بين_المولات_والجسيمات.png

---

تحويل الجسيمات إلى مولات

لحساب عدد المولات في عدد معين من الجسيمات الممثلة، يمكنك استخدام مقلوب عدد أفوجادرو عاملًا للتحويل.

عدد المولات = عدد الجسيمات الممثلة × 1mol / 6.02 × 10²³ من الجسيمات الممثلة

لنفترض مثلًا أنك تعلم أن عينة تحتوي على 2.11 × 10²⁴ جزيء من السكروز، بدلًا من معرفتك عدد مولات السكروز. لتحويل هذا العدد من الجزيئات إلى مولات من السكروز، فإنك تحتاج إلى عامل تحويل يكون فيه عدد المولات في البسط وعدد الجزيئات في المقام:

عدد مولات السكروز = 2.11 × 10²⁴ جزيء سكروز × 1mol / 6.02 × 10²³ جزيء سكروز

= 3.5mol من السكروز

أي أن هناك 3.5mol من السكروز في 2.11 × 10²⁴ جزيء منه.

ماذا قرأت؟

اكتب عاملي التحويل اللذين يمكن الحصول عليهما من عدد أفوجادرو.

تجربة عملية

تقدير حجم المول للماء
ارجع إلى دليل التجارب العملية على منصة عين الإثرائية.

اسم الصورة المرتبطة:
تجربة_عملية_تقدير_حجم_المول_للماء.png

الشكل 5-4

الجسيمات الممثلة للسكروز هي الجزيئات. ويوضح نموذج الجزيئات، الكرات والوصلات البلاستيكية، أن جزيء السكروز وحدة واحدة مكونة من الكربون والهيدروجين والأكسجين.

تحليل: استعن بنموذج جزيء السكروز لكتابة صيغته الكيميائية.

اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_5-4_الجسيمات_الممثلة_للسكروز.png

---

#

مثال 5-1

تحويل الجسيمات إلى مولات

يستخدم النحاس Cu في صناعة الأسلاك الكهربائية. احسب عدد مولات النحاس التي تحتوي على 4.5 × 10²⁴ ذرة منه.

1 تحليل المسألة

لديك عدد من ذرات النحاس، وعليك أن تحسب عدد المولات. لو قارنت 4.5 × 10²⁴ ذرة من النحاس مع 6.02 × 10²³، وهو عدد الذرات في المول، يمكنك أن تتوقع أن الإجابة يجب أن تكون أقل من 10mol.

المعطيات

عدد ذرات النحاس = 4.50 × 10²⁴ ذرة

1mol من النحاس Cu = 6.02 × 10²³ ذرة من النحاس

المطلوب

عدد مولات Cu = ؟

2 حساب المطلوب

استخدم عامل التحويل، مقلوب عدد أفوجادرو، والذي يربط عدد المولات بعدد الذرات.

عدد المولات = عدد الذرات × 1mol من النحاس / 6.02 × 10²³ ذرة من النحاس

4.50 × 10²⁴ ذرة من النحاس × 1mol من النحاس / 6.02 × 10²³ ذرة من النحاس

= 7.48mol من النحاس

3 تقويم الإجابة

عدد ذرات النحاس، وعدد أفوجادرو، وكلاهما يشتمل على ثلاثة أرقام معنوية. الإجابة مكتوبة بشكل صحيح، وهي أقل من 10mol، كما هو متوقع، كما أن وحداتها صحيحة.

اسم الصورة المرتبطة:
مثال_5-1_تحويل_الجسيمات_إلى_مولات.png

---

مسائل تدريبية

• ما عدد المولات في كل من:

a. 5.75 × 10²⁴ ذرة من الألومنيوم Al.
b. 2.50 × 10²⁰ ذرة من الحديد Fe.

• تحفيز: احسب عدد المولات في كل من:

a. 3.75 × 10²⁴ جزيء من ثاني أكسيد الكربون CO₂.
b. 3.58 × 10²³ جزيء من كلوريد الخارصين II ZnCl₂.

اسم الصورة المرتبطة:
مسائل_تدريبية_تحويل_الجسيمات_إلى_مولات.png

---

#

التقويم 5-1

الخلاصة

• المول وحدة تستخدم لعد جسيمات المادة بشكل غير مباشر. المول الواحد من المادة النقية يحتوي على عدد أفوجادرو من الجسيمات.
• الجسيمات الممثلة تشمل الذرات، والأيونات، والجزيئات، ووحدات الصيغ الكيميائية، وجسيمات أخرى مشابهة.
• المول الواحد من ذرات الكربون-12 له كتلة مقدارها 12g تمامًا.
• يمكن استخدام عوامل التحويل المكونة من علاقة عدد أفوجادرو للتحويل بين المولات وعدد الجسيمات.

أسئلة التقويم

• الفكرة الرئيسية: فسر لماذا يستخدم الكيميائيون المول؟
• اذكر العلاقة الرياضية التي تربط بين عدد أفوجادرو، والمول الواحد من أي مادة 1mol.
• اكتب عوامل التحويل المستخدمة للتحويل بين الجسيمات والمولات.
• فسر وجه الشبه بين المول والدزن.
• طبق: كيف يحسب الكيميائي عدد الجسيمات في عدد معين من مولات المادة؟
• احسب عدد الجسيمات الممثلة، ذرات أو جزيئات أو أيونات أو وحدات صيغة، في كل من المواد الآتية:

a. 11.5mol من الفضة Ag.
b. 18.0mol من الماء H₂O.
c. 0.15mol من كلوريد الصوديوم NaCl.
d. 1.35 × 10⁻²mol من غاز الميثان CH₄.

• رتب العينات الثلاث الآتية من الأصغر إلى الأكبر بحسب عدد الجسيمات الممثلة:

1.25 × 10²⁵ ذرة من الخارصين Zn
3.56mol من الحديد Fe
6.78 × 10²² جزيء من الجلوكوز C₆H₁₂O₆

اسم الصورة المرتبطة:
التقويم_5-1_قياس_المادة.png