⚛️ العلوم الفيزيائية — السنة الثالثة ثانوي (بكالوريا)

الوحدة الأولى: المتابعة الزمنية لتحول كيميائي في وسط مائي

دليل الطالب الشامل للقوانين، جدول التقدم، قراءة المنحنيات البيانية، وطرق الإجابة النموذجية في امتحان البكالوريا.

1️⃣ المفاهيم الأساسية وجدول تقدم التفاعل

🔹 تقدم التفاعل (x):

عدد مرات حدوث التفاعل بوحدة المول (mol). يبدأ من x = 0 ويتطور حتى يتوقف التفاعل عند التقدم النهائي xf.

🔹 التقدم الأعظمي (xmax):

قيمة حسابية نظرية توافق استهلاك المتفاعل المحد تماماً (بافتراض أن التفاعل تام بنسبة 100%).

🔹 التقدم النهائي (xf):

قيمة تجريبية مقاسة واقعياً توافق توقف الجملة الكيميائية عن التطور. نقيسها من التجربة مباشرة.

💡 فكرة ذهبية للبكالوريا: كيف تميز بين التفاعل التام وغير التام؟

نحسب النسبة τ = xf / xmax:
• إذا كان xf = xmax (أي τ = 1): التفاعل تام (وهو الغالب دائماً في تفاعلات الأكسدة والإرجاع بالوحدة 1).
• إذا كان xf < xmax (أي τ < 1): التفاعل غير تام (عكوس) ويصل لحالة توازن كيميائي (كما في الوحدة 4 و 6).

📊 الشكل النظامي لجدول التقدم في البكالوريا:

معادلة التفاعل	a A + b B		=	c C + d D
الحالة	التقدم (mol)	n(A) بالمول	n(B) بالمول	n(C) بالمول	n(D) بالمول
الابتدائية (t = 0)	0	n₁(A)	n₂(B)	0	0
الانتقالية (t)	x(t)	n₁(A) - a·x	n₂(B) - b·x	c·x	d·x
النهائية (tf)	xmax	n₁(A) - a·xmax	n₂(B) - b·xmax	c·xmax	d·xmax

🎯 المنهجية الرسمية لتعيين المتفاعل المحد:
1. نفرض أن A يستهلك تماماً: n₁(A) - a·x₁ = 0 ⇒ x₁ = n₁(A) / a.
2. نفرض أن B يستهلك تماماً: n₂(B) - b·x₂ = 0 ⇒ x₂ = n₂(B) / b.
3. نقارن بين القيمتين: القيمة الأصغر هي التقدم الأعظمي xmax = min(x₁, x₂)، والمتفاعل الموافق لها هو المتفاعل المحد.
⚖️ شرط المزيج الستوكيومتري: إذا كانت n₁(A) / a = n₂(B) / b، فإن المتفاعلين يختفيان معاً ولا يوجد متفاعل محد.

2️⃣ ملخص القوانين الحاسمة وفخاخ التحويلات في البكالوريا

📦 حساب كمية المادة (n)

جسم صلب: n = m / M (الكتلة m بـ g، الكتلة المولية M بـ g/mol).
محلول مائي: n = C × V (الحجم V باللتر L).
غاز في شروط نظامية: n = Vg / VM (حيث VM = 22.4 L/mol أو المعطاة).
قانون الغاز المثالي: P · V = n · R · T ⇒ n = (P · V) / (R · T).

🧪 المحاليل التجارية وقانون التمديد

تركيز المحلول التجاري: C₀ = (10 × p × d) / M (حيث p درجة النقاوة %، d الكثافة).
التركيز الكتلي: Cm = m / V = C × M (بوحدة g/L).
قانون التمديد (التخفيف): C₁ · V₁ = C₂ · V₂.
معامل التمديد: F = C₁ / C₂ = V₂ / V₁ > 1.
حجم الماء المقطر المضاف: Veau = V₂ - V₁.

⚠️ احذر أهم فخين يسقط فيهما التلاميذ في البكالوريا:

فخ قانون الغازات P·V = n·R·T: يجب تحويل الحجم V إلى المتر المكعب (m³) بالضرب في 10⁻³ (1L = 10⁻³ m³)، والضغط P إلى الباكال (Pa) (1 bar = 10⁵ Pa، 1 atm = 1.013×10⁵ Pa)، ودرجة الحرارة بالكلفن: T(K) = θ(°C) + 273.
فخ قانون كولروش للناقلية النوعية σ = Σ λᵢ·[Xᵢ]: في هذه العلاقة تحديداً، يجب أن تعوض التراكيز المولية بـ (mol/m³) وليس (mol/L)! للتحويل من mol/L إلى mol/m³ نضرب في 1000.

3️⃣ زمن نصف التفاعل (t½) والسرعات بيانيا

⏱️ تعريف وأهمية زمن نصف التفاعل t½ (سؤال نظري متكرر):

التعريف الوزاري: هو المدة الزمنية اللازمة لبلوغ تقدم التفاعل نصف قيمته النهائية: x(t½) = xf / 2 (أو xmax / 2 إذا كان تاماً).
الأهمية العملية: 1) المقارنة بين سرعة تحولين كيميائيين (كلما كان t½ أصغر كان التحول أسرع). 2) تقدير مدة نهاية التفاعل الكلية (يتوقف التفاعل عملياً عند 4 إلى 7 أضعاف t½).

📈 1. حالة بيان تقدم أو تشكل ناتج (يتصاعد من 0):

الترتيبة عند t½ هي: yf / 2.
نسقط نصف القيمة النهائية على المنحنى ثم شاقولياً على محور الزمن.

📉 2. حالة بيان اختفاء متفاعل غير محد (يتبقى منه yf):

الترتيبة عند t½ هي: y(t½) = (y₀ + yf) / 2.
(انتبه: لا تقسم y₀ على 2 مباشرة إلا إذا كان المتفاعل يختفي تماماً yf = 0!).

🏎️ ملخص قوانين السرعات في البكالوريا:

النوع	سرعة التفاعل (v)	سرعة تشكل ناتج (C)	سرعة اختفاء متفاعل (A)
اللحظية	v = dx / dt	v(C) = dnC / dt	v(A) = - dnA / dt
الحجمية (vol)	vvol = (1/VT) · (dx/dt)	vvol(C) = (1/VT) · (dnC/dt)	vvol(A) = - (1/VT) · (dnA/dt)

📐 كيفية الحساب بيانياً: المشتقة dx/dt أو dn/dt تمثل هندسياً معامل توجيه (ميل) المماس للمنحنى البياني عند اللحظة t المطلوبة: ميل المماس = Δy / Δt = (y₂ - y₁) / (t₂ - t₁).
🔍 التفسير المجهري لتناقص السرعة مع مرور الزمن: تتناقص السرعة تدريجياً بسبب تناقص التراكيز المولية للمتفاعلات نتيجة استهلاكها، مما يؤدي إلى تناقص وتيرة التصادمات الفعالة بين الأفراد الكيميائية في وحدة الزمن حتى تنعدم عند نهاية التفاعل.

4️⃣ طرق المتابعة الزمنية والعوامل الحركية

🔬 المتابعة عن طريق المعايرة اللونية:

نأخذ عينات متساوية في لحظات مختلفة. الخطوة الإلزامية: توقيف التفاعل فوراً قبل المعايرة بإضافة الماء المثلج والجليد (ظاهرة السقي الكيميائي / التبريد الفجائي لتثبيط التفاعل). عند التكافؤ: C₁·V₁ = C₂·VE.

⚡ العوامل الحركية وتأثيرها:

• درجة الحرارة: زيادتها تزيد من الطاقة الحركية وعدد التصادمات الفعالة فتزداد السرعة.
• التراكيز الابتدائية: زيادتها ترفع عدد الأفراد المتصادمة فتزداد السرعة.
• الوسيط: نوع كيميائي يسرع التفاعل دون أن يستهلك ودون أن يغير من قيمة التقدم النهائي xf.

الوحدة 1: المتابعة الزمنية لتحول كيميائي في وسط مائي