كيمياء الهواء والماء

[خلود]

بحث عن كيمياء الهواء والماء

كيمياء الهواء
الهواء: هو خليط متجانس من غازات متعددة عديمة اللون والطعم والرائحة.
أهمية الهواء:
1ـ الهواء يجعل السماء زرقاء بسبب انكسار أشعة الشمس عند أختراقها طبقات الهواء المحيطة بالكرة الأرضية .
2ـ الهواء ينقل موجات الصوت لذلك يساعد على سماع الصوت.
3ـ الهواء يعزل سطح الأرض ويوزع الحرارة.
4ـ يحمي الأرض من الشهب والنيازك وذلك نتيجة احتراقها عند احتكاكها بالهواء.
5ـ يحمي الأرض من الأشعة الكونية وفوق البنفسجية.
مكونات الهواء
يتكون الهواء من :
1ـ النيتروجين78%حجمًا . 2ـ الأكسجين 20.95%حجمًا.
3ـ الأرجون. 0.93% حجماً 4ـ غازات مختلفة.
الأكسجين O2
أهميته:
1ـ مهم في عملية التنفس. 2ـ يساعد على الإشتعال.
تحضير الأكسجين:
أولا:صناعيا بالتقطير التجزيئي للهواء الجوي المسال حيث يغلي الأكسجين عند درجة – 183ْم
ثانيًا: في المختبر:
1ـ بالتحليل الكهربي للماءH2 O ~ 2 H2+O2 2
2ـ بتسخين أكسيد الزئبقيك ((الزئبق الأصفر))HgO ∆ 2 Hg+O2 2
وجودة في الطبيعة:
1ـ يشكل 1/5 الهواء الجوي حجما (20%)
2يمثل 8/9 وزن الماء (88.89%)
3ـ يمثل 1/2 الصخور المكونة للقشرة الأرضية
الأسباب المؤدية لثبات نسبة الأكسجين في الهواء الجوي:
1ـ عملية البناء الضوئي.
2ـ تيارات الهواء تنقل الماء الى طبقات الجو العليا عندها تقوم الأشعة فوق البنفسجية بتحليل جزيئات الماء الى الأكسجين والهيدروجين حيث ينجذب الأكسجين الى الأسفل بسبب ثقله.

النيتروجينN2
أهميته:
1ـ يعمل كمذيب أو مخفف للاكسجين الذي يضر الجسم إذا أستنشق نقيا لأنه خامل نسبيا.
2ـ يعتبر من مصادر تغذية النباتات لوجودة في التربة .
3ـ يدخل في صناعة الأسمدة .
تحضيره:
بالتقطير التجزيئي للهواء الجوي المسال حيث يغلي النيتروجين عند درجة – 196ْم.
الغازات النادرة ((النبيلة))((المجموعة صفر)):
هيليوم He نيون Ne أرجون Ar
كربتون Kr زينون Xe رادون Rn
خواصهما:
1ـ أحادية الذرة.
2ـ مداراتها الخارجية مملوءة بالالكترونات.
3ـ لها جهود تأين مرتفعة و ألفة الكترونية منخفضة.
الهيليومHe
تحضيره:
يتم الحصول عليه من الغاز الطبيعي المستخرج من الأرض.
استعماله:
1ـ يستعمل في المناطيد.
2ـ يخلط مع الأرجون في لحام الفلزات لتوفير جو خامل وعازل.
3ـ مبرد في المفاعلات الذرية لأنه لا يتأثر بالاشعاعات الذرية.
4ـ يستعمل مع الأكسجين في علاج مرض الأزمة لأن المزيج يتسرب خلال أنسجة الرئة أسرع من الهواء العادي.
5ـ يستعمل مع الأكسجين للتنفس اثناء الغوص وذلك لأن النيتروجين في الهواء العادي اكثر ذوبانا من الهيليوم وهذا يؤدي الى تكوين فقاعات هواء في الدم عند الصعود لسطح الماء.
6ـ صناعة مقاييس الحرارة المنخفضة.
النيون Ne
تحضيره :
يجمع النيون مع النيتروجين ثم يفصل النيتروجين بالتبريد ثم بامتصاصه بالفحم النباتي.
استعماله
يستعمل في صناعة الإعلانات الضوئية الملونة.

الأرجون ِAr
تحضيره: بالتقطير التجزيئي للهواء الجوي المسال حيث يغلي عند درجة – 186ْم وهنا يكون الأرجون غير نقي يحتوي على 20% أكسجين.
تنقيته من الأكسجين:
يمزج الخليط مع الهيدروجين ويحرق ليتحول الأكسجين إلى الماء ويفصل الهيدروجين الزائد بإمراره على أكسيد ألنحاسيك CuO الساخن.
استعماله:
1ـ يستعمل في عمليات اللحام.
2ـ يستعمل في صنع المصابيح الكهربية.
3ـ يستعمل في صناعة مصابيح الفلورسنت.
الكربتون Kr
يستعمل في صناعة مصابيح عمال المناجم.
الزينونXe
يستعمل في صناعة الأنابيب الالكترونية المستعملة في التصوير السريع.
تلوث الهواء
اضرار الهواء:
1ـ يحمل البكتريا والفطريات والجراثيم.
2ـ بنقل الروائح الكريهة .
3ـ يساعد في انتشار حرائق الغابات.
4ـ ينقل الغبار ودخان الإنفجارات البركانية.
عوامل تلوث الطبيعة:
1ـ الحرائق في الغابات .
2ـ الأنفجارات البركانية.
3ـ الزوابع الرملية.
عوامل التلوث التي يسببها الإنسان:
1ـ النفايات الغازية التي تبثها مداخن المصانع.
2ـ السيارات وما تخرجه من غاز CO2 والزيوت المحروقة وغير المحروقة.
3ـ النفايات عند حرقها وما ينتج عنها من غازات ومواد سريعة التطاير.
وسائل منع حدوث تلوث الهواء:
1ـ منع إضافة مركبات الرصاص إلى البنزين.
2ـ منع سير السيارات التي تستخدم الديزل في داخل المدن.

وسائل مكافحة التلوث
1ـ استعمال السيارات الكهربية.
2ـ استعمال غاز الهيدروجين كوقود لأنه عند اشتعاله ينتج بخار الماء فقط.
3ـ صنع مرشحات تثبت في مداخن السيارات والمصانع لتنقي فضلات الاحتراق من الغازات الضارة.
كيمياء الماء
أهمية الماء:
الماء مركب كيميائي مهم لأنه يمثل :
1ـ 1/ 3 وزن جسم الإنسان.
2ـ90%من دم الإنسان.
3ـ 80-90% وزن معظم الخضروات.
تركيب الماء:
1ـ يتكون من الهيدروجين والأكسجين.
2ـ جزيء الماء زاوي يحتوي رابطتين تساهميتين ناتجتين من تداخل مجالين مهجنين من نوع Sp3 على ذرة الأكسجين مع مجال1S على ذرة الهيدروجين.
3ـ مقدار الزاوية HOH104.5ْ.
4ـ جزيء الماء قطبي لأن الرابطة O-H تساهمية قطبية جزئية لارتفاع السالبية الكهربية للأكسجين.
الخواص الفيزيائية والكيمائية:
1ـ سائل في درجة الحرارة العادية .
2ـ سائل لا طعم له ولا لون ولا رائحة.
3ـ الماء أساس معظم المقاييس الطبيعية للمواد (كثافته 1جم /سم عند 4م درجة انصهار الجليد صفر وغليانه 100م حرارته النوعية 1سعر/جم/1م)
4ـ كثافة الماء أكبر من كثافة الجليد.
5ـ درجة غليان الماء اكبر من درجات غليان هيدريدات المجموعة السادسة بسب وجود الروابط الهيدروجينية .
6ـ الماء مذيب جيد للمواد الأيونية حيث تحيط جزيئاته بأيونات المذاب.
7ـ يدخل في دورة الحياة كعملية البناء الضوئي.
8ـ الماء النقي موصل رديء جداً للكهرباء.
9ـ يتحلل كهربيًا الى عنصرية.
4H2O + 4e 2H2 + 4OH- عند المهبط
2H2 O 4H+ + O2 +2e عند المصعد

وجود الماء في الطبيعة :
1ـ نقيًا (( ماء المطر قبل أن يذيب أملاح التربة))
2ـ عذبًا((مياه الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية))
مالحًا((مياه البحر)) حيث تشكل 98% من المياه على سطح الأرض .
المياه العذبة:

ماء المطر نقي إلا أنه عند تساقطه يذيب الأوكسجين والنيتروجين وثاني اكسيد الكربون ونترات الأمونيوم المتكونة من التفريغ الكهربي الناتج عن البرق.
أقسام المياه من حيث نسبة الأملاح :
1ـ ماء صالح للشرب: نسبة الأملاح < 1000 جزء من الملح في مليون جزء من الماء.
2ـ ماء أجاج: نسبة الأملاح بين 1000 ـ 35000 جزء من الملح في مليون جزء من الماء.
3ـ ماء مالح: نسبة الأملاح > 35000 جزء من الملح في مليون جزء من الماء.
طرق تعقيم (( تطهير )) المياه:
لكي يكون الماء صحياً يجب أن يكون خالياً من البكتيريا بالطرق التالية :
1ـ بالترشيح خلال طبقات كثيفة من الطين.
2ـ إضافة الكلور أو مسحوق التبييض الحاوي على أيون الهيبو كلورايت ثم إمراره على مرشحات من الفحم لتمتص الكلور.
3ـ بمعالجته بالأوزون.
4ـ إضافة قطرات من اليود ثم إضافة نقاط من ثيو كبريتات الصوديوم Na2S2 O3 لإزالة اليود وجعله طبيعي الطعم.
مياه البحر:
تحوي البحار 98 % من مياه الكرة الأرضية وتحوي مياه البحر على 3.5 % من وزنها أملاحاً كما تحوي على عناصر أخرى فألاوكسجين المذاب مهم لحياة الكائنات الحية المائية وثاني أكسيد الكربون يكون محلول حمض الكربون H2 CO3 الذي ينظم حموضة ماء البحر فيجعله قلوي ويدخل كذلك في عمليات البناء الضوئي في الماء وبالتالي تعتبر المياه تربه سائلة لأنها تنتج لنا الخيرات كالأرض لأنها :
1ـ مصدر للماء. 2ـ مصدر للغذاء.
تحليه أو أعذاب مياه البحرطرق تحلية المياه المالحة ):
أولاً / التقطير , ويتم بطريقتين :
1 ــ التقطير العادي (( التبخير العادي )) :
تسخين الماء المالح تحت ضغط جوي عادي تم إعادة تكثيفه مرةُ أخرى للتخلص من الأملاح.

2 ــ التبخير الومضي :
تسخين الماء المالح تحت ضغط منخفض ليغلي عند درجة حرارة أقل من درجة غليانه العادية ثم إعادة تكثيفه مره أخرى للتخلص من الأملاح.
مصادر الطاقة المستخدمة في التقطير :
1 ـ حرق الغاز الطبيعي أو زيت الوقود .
2 ـ الطاقة الشمسية .
3 ـ الطاقة النووية .
ثانياً / التناضح العكسي (( الانتشار الغشائي )) :
يوضع غشاء شبه منفذ بين الماء المالح والماء العذب وجعل ضغط الماء المالح أعلى من الضغط التناضحي (( ضغط الانتشار الغشائي الطبيعي )) فينتقل الماء العذب عبر الغشاء من المالح تاركاً وراءه الأملاح.
ثالثاً / الميز الغشائي الكهربي :
هي خلية تحليل كهربائي بها أغشية شبه منفذه إحداهما منفذ للأيونات الموجبة والأخر منفذ للأيونات السالبة وعند مرور تيار كهربي في الخلية تتحلل الأملاح وخاصةً كلوريد الصوديوم وتتجه الأيونات الموجبة نحو المهبط والأيونات السالبة نحو المصعد ويصبح الماء بين القطبين نقياً .
رابعاً / التبادل الأيوني .
وهي إحدى طرق إزالة ملوحة مياه البحر وتكون بطريقتين
1ـ إزالة الشق السالب(الأيون السالب من الملح)
2ـ إزالة الشق الموجب من الملح الذائب في الماء (الكاتيون)
مشاكل تلوث الماء:
مصادر تلوث مياه الشرب:
1ـ الإنسان والحيوانات.
2ـ العوامل الطبيعية كأن تلامس مياه الشرب تحت الأرض أو على السطح معادن سامة.
3ـ المواد الكيميائية المستعملة كالمبيدات الحشرية والأسمدة الكيميائية.
4ـ شبكات المجاري.
طرق تنقية مياه الشرب:
1ـ إضافة الكلور لقتل الجراثيم تم إمراره على مرشحات من الفحم ليمتص الكلور الفائض حتى يجعل رائحته مقبولة.
2ـ يزال عسر الماء.
مصادر تلوث مياه البحر :
1ـ نفايات المجاري.
2ـ ناقلات النفط حيث أنها بعد أن تفرغ حمولتها من النفط تملأ خزاناتها بمياه البحر لحفظ توازنها وعند مغادرتها الميناء تفرغ الماء ملوثة بذلك ماء البحر.
3ـ النفايات المشعة.
الماء الثقيل: أكسيد الديوتيريوم D2O :
تحضيره : بالتحليل الكهربائي لمحلول مائي لهيدروكسيد الصوديوم NaOH
خواصه : سائل شفاف يشبه الماء العادي في الخواص الفيزيائية والكيميائية ويتميز عن الماء العادي بفروق بسيطة لان كتلته اكبر من كتلة الماء العادي .
استعمالاته : ملطف لطاقة النيوترونات السريعة في المفاعلات الذرية