الهواء الجوي وعناصره

الهواء الجوي:

هو الغلاف الغازي المحيط بالكرة الأرضية وهو على الرغم من أننا لا نستطيع رؤيته إلا أننا نشعر به عند ملامسة وجوهنا أو تحريك أفرع -  الأشجار وكذلك الملابس المبتلة عند تجفيفها وغير ذلك، والهواء ضروري لتنفس الكائنات الحية من إنسان وحيوان ونبات ولا يمكن أن تستمر الحياة بدونه كما أن له فوائد كثيرة في نقل الأصوات وحبوب اللقاح لتلقيح النباتات وحمل الطيور والطائرات وغير ذلك . ويعتبر الهواء مخلوطا من عدة غازات هي:

1. الأكسجين : ويشغل 30% تقريبا من حجم الهواء وهو الغاز الفعال في الهواء.
2. النتروجين: ويشغل 79 % تقريبا من حجم الهواء وهو غير فعال ولذلك يعتبر مطلفاً لفعالية الأوكسجين عند عمليات الاحتراق.
3. الهيدروجين: وهو غاز خفيف ونسبته قليلة جداً في الهواء.
4. ثاني أكسيد الكربون : ويشغل 0.03 -0.04 % وهو أثقل من الغازات الأخرى ويدخل في عملية التمثيل الضوئي في النبات.
5. الغازات النادرة: وهي مجموعة من الغازات الخاملة وتوجد نسبة ضئيلة جداً في الهواء.
6. بخار الماء: وهو الذي ينتج من عمليات التنفس وتبخير الماء. 

 

الفصل الأول: الأكسجين:

وجوده:

يوجد الأكسجين في الهواء الجوي ويدخل في تركيب الماء وفي أنسجة الحيوانات والنباتات كما يدخل في تركيب الخامات المعدنية.

اكتشافه: حضرة عالم الكيمياء ( بريستلي) بتسخين عينه من أوكسيد الزئبق وذلك بتركيز أشعة الشمس عليها وهي بداخل أنبوبة فوق الزئبق فتجمع لديه مقدار من الغاز الذي سماه بالأكسجين أي الغاز الفعال.

التأكسد: هو اتحاد الأكسجين بالعناصر المختلفة والناتج يسمى أكاسيد.

أنواع الأكاسيد: 

أ-أكاسيد حامضية: تنتج عند احتراق العناصر اللافلزية – (مثل الكربون والكبريت والفوسفور) في غاز الأكسجين وهذه الأكاسيد الناتجة تذوب في الماء مكونه أحماضاً وأساس تكوينها هو الأكسجين ولذلك يسمى بمولد الحموضة.

فمثلا: كربون + أكسجين حرارة                            ثاني أكسيد الكربون.

 ثم ثاني أكسيد الكربون + ماء                             حامض كربونيك.

كبريت + أكسجين حرارة                                  ثاني أوكسيد كبريت.

ثم ثاني أكسيد الكبريت + ماء                              حامض كبريتوز.

أكاسيد قلوية:

تنتج عند احتراق بعض العناصر الفلزية ( مثل الصوديم والبوتاسيوم والماغنيسيوم ) وهذه الأكاسيد الناتجة تذوب في الماء مكونة ما يسمى بالهيدروكسيدات مثلا:

الصوديوم + الأكسجين حرارة            أكسيد الصوديوم.

ثم أكسيد الصوديوم + ماء                   هيدروكسيد الصوديوم

أكاسيد قاعدية:

تنتج عند احتراق بعض العناصر الفلزية مثل الحديد والنحاس وهذه الأكاسيد لا تذوب في  الماء فمثلاً:

النحاس + الأكسجين – (حرارة)          أكسيد النحاس.

 

الفصل الثاني: الهيدروجين

وجوده:

• عنصر غازي لا يوجد تفرداً في الطبيعة إلا في حالات نادرة.
• يوجد في جبو الشمس والنجوم.
• يوجد متحداً مع الأكسجين في الماء فهو يكون نصف وزن مياه الأنهار والبحار والمحيطات.
• عنصر أساسي في تركيب المركبات العضوية ( حيوانية أو نباتية).
• يوجد في بعض المركبات الأخرى مثل الأحماض والقلويات. 

اكتشافه:

حضرة العالم الإنجليزي (هنري كافندش) من تفاعل الأحماض مع بعض المعادن.

تحضير الغاز:

بتفاعل حمض مع فلز ( معدن) باستخدام دورق زجاجي وزجاجة رولف كما بالشكل ويحضر بتفاعل الخارصين التجاري مع حمض الكبريتيك المخفف.

خطوات العمل:

يوضع الخارصين التجاري ( الزنك) أو أي معدن (فلز) مثل الحديد أو المغنيسيوم في قاع زجاجة وولف أو الدورق، ويصب عليه حمض الكبريتيك كالمخفف من القمع حتى ينغمر الخارصين فيتصاعد غاز الهيدروجين طارد الهواء على شكل فقاقيع غازية وبعد فترة يوضع مخبار مملوء بالماء فوق قعب بحوض به ماء حتى يمكن جمع عدة مخابير من الهيدروجين فوق الماء.

خارصين + حمض الكبريتيك   المخفف  كبريتات خارصين + هيدروجين 

خواص غاز الهيدروجين: 

ا-الخواص الفيزيائية:

1. غاز عديم اللون والطعم والرائحة.
2. أخف من الهواء.
3. لا يذوب في الماء.

ب-الخواص الكيميائية:

1. يشتعل الغاز ولا يساعد على الاشتعال.
2. لا يؤثر في ورق عباد الشمس.
3. لا يؤثر في ماء الجمير.
4. ناتج أكسدة الهيدروجين هو الماء.
5. عامل مختزل قوي، (عند إمرار – غاز الهيدروجين على أكسيد نحاس أسود ساخن، فإنه يختزله إلى نحاس، ويتأكسد الهيدروجين إلى ماء).

أهم استعمالاته:

1. يستخدم كعامل مختزل في استخلاص بعض المعادن من أكاسيدها.
2. نظرا لخفته كانت تملأ منه البالونات والمناطيد ولكن قابليته للاشتعال جعلت الهيليوم يفضله لأن الأخير لا يشتعل ولا يساعد على الاشتعال.
3. يستعمل في تجميد الزيوت السائلة  وذلك في صناعة المسلى الصناعي.

 

الفصل الثالث: غاز ثاني أكسيد الكربون

وجوده: يوجد في الهواء الجوي بنسبة 0.3   % إلى 0.4 % ويزداد هذه النسبة في المدن الصناعية والمناطق المزدحمة بالسكان وتقل في جو المناطق الزراعية.

تحضير الغاز في المختبر:

يحضر بتفاعل حمض الهيدروكلوريك المخفف مع الرخام وذلك في قارورة (وولف) وهي عبارة عن إناء زجاجي له فتحتان الأولى تنفذ منه قمع ذو ساق طويلة والثانية ينفذ منها أنبوبة توصيل تنتهي تحت قعب من الفخار وينكس عليه مخبار مملوء بالماء. 

خطوات العمل:

يوضع الرخام في قارورة وولف ويصب عليه حامض الهيدروكلوريك المخفف في القمع حتى ينغمر الرخام فيحدث التفاعل ويتصاعد الغاز ويمر في أنبوبة التوصيل إلى المخبار فيظهر على هيئة فقاقيع تتجمع في أعلى المخبار بينما تزيج الماء إلى أسفل.

معادلة التفاعل: حمض الهيدروكلوريك المخفف + رخام (كربونات الكالسيوم) 

كلوريد الكالسيوم + ماء + ثاني أكسيد الكربون .

تجفيف الغاز:

حيث أنه عند تحضيره يمر الغاز في مخبار به ماء ولذلك يجب تجفيفه بإمراره على مادة كلوريد الكالسيوم أو في حمض الكبريتيك المركز لامتصاص الماء.

أهم صفاته:

1. غاز شفاف عديم اللون والرائحة وحمضي الطعم – وهو أثقل من الهواء.
2. قليل الذوبان في الماء وينتج من ذوبانه حمض الكربونيك.
3. الغاز لا يشتعل ولا يساعد على الاشتعال.
4. عند إمرار الغاز في محلول ماء الجير (لمدة بسيطة) يتعكر المحلول وذلك لتكوين كربونات الكالسيوم العديمة الذوبان في الماء.

ولكن إذا استمر إمرار الغاز لمد طويلة فإن المحلول يروق أي يزول التعكير وذلك لتكوين بيكربونات الكالسيوم التي تذوب في الماء.

 

المرجع:

مذكرة الصحة للصف الثاني المتوسط 

النصف الأول للعام الدراسي 1412هـ 

المعهد المتوسط بالجامعة الإسلامية – المدينة المنورة – المملكة العربية السعودية