الثلاثاء، 30 مايو، 2017

درس البلاسومز المرئي التفاعلي فيزياء - قوة الاحتكاك السكوني والحركي

درس البلاسومزالمرئي التفاعلي
التصميم
عنوان الدرس
المواد البلاستيكية والروابط الكيميائية
الاسم : هناء ذيبان
الإنتماء : معلمة كيمياء في مدارس السعد
الجزء الأول :  ( 2دقائق)  صورة لنفايات البلاستيك وصعوبة تحللها إن أمكن
 المكان : كورنيش الخبر أو الدمام وهو ملوث ببقايا المواد البلاستيكية مثل أكياس بلاستيك وقواريرماء
السلام عليكم : أنا هناء ذيبان معلمة الكيمياء أعمل في مدارس السعد الأهلية فيمدينةالخبر في المملكة العربية السعودية .  
 كلنا يعلم أن الإنسان في حياته خلال القرون الماضية حتى مطلع القرن العشرين
إعتمد على مواد مصنوعة من مصادر طبيعية  تتوفر في بيئته فكان غذاؤه
وكساؤه وأدواته الشخصية مثل الصحون والملاعق والكوؤس يصنعها
    من النباتات أو الحيوانات مثل :
( الصوف ، الحرير ، المطاط  ،الأخشاب  ، الخزف )
 ( تعرض صور لهذه الأشياء من البيئة )
 ولكن في مطلع القرن الميلادي الماضي مع ظهور النفط برزت مواد جديده من
صنع الإنسان أكتشف لها
استعمالات  تنافس المواد الطبيعية وحلت محلها في كثير من الصناعات هي المواد البلاستيكية و كلنا يعرف كم هي مفضلة لدينا وخاصة القوارير
 البلاستيكية والصحون البلاستيكية لأنها خفيفة في الحمل والإستعمال
 فنحن نفضلها عن صحون الورق التي تتمزق بسرعة أو صحون الزجاج التيتنكسر إذا ماسقطت من أيدينا بدون .          ( 1 )

قصد.
( أتوجه لمنظر الكورنيش الملوث ببقايا البلاستيك )
ولكن كثير من النفايات العضوية من المنتجات الطبيعيةالتي من حولنا هي نفايات قابلة للتحلل البيولوجي أيأن البكتريا المحللة يمكنها أن تحللها بسهولة
الأساسية خلال أيام او شهور أو بضع سنوات على الأكثر ، بينما لاتتمكن بعض
 أنواع البكتيريا من تحليل بعض أنواع  نفايات البلاستيك .
 وبالرغم من ذلك نستخدمها ونعيد تدويرها بعد الإنتهاء من إستعمالها مثل :
إعادة تعبئة قوارير مياه الشرب .
*والسؤال هنا :
من منكم فكر كيف تصنع هذه المواد البلاستيكية التي ننعم بها والتي نخاففي نفسالوقت من تراكمها لعدم قدرتها على التحلل بسهولة ؟
في مجموعات فكرواما هي المادة التي تصنع منها المواد البلاستيكية وسأعود إليكم .
**************************************************************************************************************
الجزء الثاني :  (3 د )
المكان : قاعة السايتك ومكان المواد العضوية التي تظهر ذرات الكربون
مرحبا: توقعت منكم المحاولة في إيجاد الإجابة دعونا نتعرف عليها
المواد البلاستيكية ماهي إلا مبلمرات Polymers وهي مؤلفه من مقطعين بوليوتعني عدد كبيرومونيمرتعني مركبات صغيرةإتحدت عدة مركباتمنها مع بعضها البعض عن طريق الروابط الكيميائية وكونت ما يعرف بالبوليمر .
                                                                      2

ولكن هذه الروابط تكون غير مشبعةونقصد هنا بغير مشبعة أي أن الروابط بينذرات الكربونلم يتم إرتباطها جميعها بعناصر مثل الهيدروجين أو الكلور أو الفلور أو أي عنصر اخر
لذلك يمكن أن ترتبط هذه الجزيئات العضوية الصغيره عن طريق الرابطة الغير
مشبعةلتكوّن جزيئات كبيره ضخمة مشبعة لنستفيد منها في الصناعة.       
وكما نعرف
أن ذرة الكربون  هي أساس تركيب المركب العضوي
لا بد أن نذكرأن لذرة الكربون خصائص تنفرد بها عن باقي الذرات حيث أنه
لايمكن لذرة أخرى أن تشاركها في هذه المميزهفهي تكوين سلاسل طويله .
إذن ذرة الكربون هي أساس تكوين أي مركب عضوي والمركب العضوي هو
في دوره أساس تكوين المبلمرات البلاستيكية لذلك دعونا نبدأ معاً في
 التعرف على بنيةتركيب ذرة الكربون
في مجموعات كما تعودتم أكتبوا التوزيع الإلكتروني لذرة الكربون ثم وزعوها في مجالاتها الإلكترونية حسب مبدأ أوفباو وتوقعوا عدد الروابط التي يمكن أن تكونها ذرة الكربون ؟ وسأعود بعد قليل
عدنا من جديد اشكركم على المحاولة في الحل       
( ظهور الجدول الدوري كخلفية أساسية أثناء حديثي )

                                        3


 ذرة الكربون تمتلك 6 إلكترونات والتي تعرف بالعدد الذري وهي توجد في
الجدول الدوري أعلى الرمز الكيميائي  وعند توزيع هذه الإلكترونات في المجالاتالذرية نحصل على الشكل الآتي يفضل بوربوينت

وعند  توزيعها في مجالاتها الإلكترونية نحصل على هذا الشكل .

2s2px     2py   2pz
1s2           
وربماتوقعتمأن تكون ذرة الكربون رابطتان بسببالإلكترونان المفردان
الموجودان في المجال       
 ولكن هذا مخالف للحقيقة لأن الذي يحصل هو إنتقال الإلكترون
من المجال إلى المجال              ويحدث للمجالات عملية
  تهجين أي خلط للمجالات حيث تختلط المجالات الفرعية          مع المجالات
 لنحصل على أربعة مجالات مهجنة لها نفس الطول والنوع والقوة والشكل
ويصبح لدينا الشكل                                    ونحصل على مجالات
 مهجنة من نوع

 4


والآنما هي توقعاتكم حول المادة العضوية التي تحوي ذرة الكربون ومن خلالها تتكون المواد البلاستيكية ؟
فكروا في الإجابة وسوف أراكم بعد قليل

الجزء الثالث :  (3د  )    يعرض على السبورة السؤال وأقرأه بدون ظهوري
 كان سؤالنا ما هي المادة العضوية التي من خلالها نستطيع تكوين المواد
 البلاستيكية ؟ في الحقيقة  لابد أن نعرف أن الوحدة الأساسية لتكوين البلاستيك
  هي جزيء عضوي مكون من ذرتين كربون توجد بينهما رابطة ثنائية تتحد هذه الجزيئات مع بعضها البعض مكونه سلاسل طويلة ضخمة
ويعرف هذا المركب العضوي الصغير التي صنعت منه المادة البلاستيكية
بالإيثيلينوهو أول مادة تم تصنيع المبلمرات منهاوهو
 ينتمي للمركبات الهيدروكربونية
الغير مشبعة والعائلة الهيدروكربونيةالتي ينتمي إليها الإيثيلين
 تعرف بالألكينات ، ويعتبر الإيثيلين أصغر الألكينات
 التي يمكن إستخدامه لتكوين المبلمرات
  دعونا نرى مما يتكون جزيء الإيثيلين ( أعرض ذرات الجزيئات )جزيء
الإيثيلين  يحتوي على ذرتيكربون مرتبطتين معاً برابطة تساهمية ثنائية
إحداهما تعرف بالرابطة سجما  ويرمز لها بالرمز         
 والثانية تعرف بالرابطة باي ويرمز لها بالرمز π
                                          5

 وقد وجد الباحثون الكيميائيون أن الرابطة  باي هي مفتاحلكثير من التفاعلات
 الكيميائية التي يتم من خلالها تحويل الجزيئات الصغيره إلى عدد كبير من المواد
 الصناعيةالجديدةمثل المواد البلاستيكية والمطاطوالألياف الصناعية.
 كما ينتج عن المواد العضوية التي تحتوي على رابطة تساهمية ثنائية الأسمدة الكيميائية ومساحيق التنظيف والصابون وغيرها من المساحيق الأخرى
ولولا وجود هذه الرابطة لما نتجت لنا كل هذه المواد الرائعة والتي نخص بالذكر منها المواد البلاستيكية . 

دعونا نفكر سوياً كيف يمكن للرابطة بايأن تتكون بين ذرتي الكربون ؟
فكروا وسوف أراكم لاحقاً .عدنا من جديد
  *************************************************************
الجزء الرابع :  (   5د  )
أشكركم على المحاولة في إيجاد الإجابة ، ودعوني أجيبكم على السؤال
لقد تعرفنا في بداية الحديث على خصائص ذرة الكربون
وكيف للإلكترون في المجال            أن ينتقل إلى المجال           ولكن سوف يكون الفرق فقط في كيفية التهجينودمج المجالات التي نحتاج لها،( عرض ذرات الجزيئات وأشرح عليها ) فجزيء الإيثيلين

                                          6

عبارة عن ذرتي كربون تحتاج كل ذرة كربونلثلاثإلكترونات، إلكترون واحد
لترتبطبذرة الكربون الثانية ( عرض بوربوينت إن أمكن )
وإلكترونين للترابط مع ذرتي الهيدروجينفيكون مجموع الإلكترونات المطلوبة ثلاث
إلكتروناتلكل ذرة كربون،ولكن ذرة الكربون تكون أربع روابط بنفس عدد
 إلكترونات التكافؤالموجودة في مجالها الأخير فكيف يحدث ذلك إذادعونا نرى ،تظهرالشرائحفي المرحلة الأولى
نجد أن ذرتي الكربون في حالة إستقرار
تبدأ بتوزيع الإلكترونات حسب قاعدة هوند في
المجالات الإلكترونية
أمافي المرحلة الثانية يبدأ الإلكترون الموجود في المجال 2Sبالإنتقال للمجال الفارغ 2Pz وتعرف ذرتي الكربون في هذه المرحلة بالذرة المثاره .
أمافي المرحلة الثالثة تبدأ عملية دمج المجالين من 2P مع المجال 2S لنحصل على ثلاث مجالات مهجنة من نوع SP2لهما نفس الطول والقوة والنوع والشكل وتعرف ذرة الكربون في هذه المرحلة بالذرة المهجنة
كذلك بالنسبة لذرة الكربون الثانية يحدث لها نفس العملية .
أما في المرحلة الرابعة تبدأ عملية تكوين الروابط بهذا الشكل
 تبدأ الذرتين بتكوين رابطة بينهما تساهمية تدعى سجما ونلاحظ أنها تكونت
 بين المجالات المهجنة ، ثم تكوين الرابطة باي بين المجالات الغير مهجنة
بعد ذلك ترتبط ذرتي الهيدروجين بالإلكترونات الفردية الموجودةفي المجالات المهجنة
                                         7

لذرة الكربون الأولى ثم ترتبط ذرتي الهيدروجين مع المجالات المهجنة في ذرة
الكربون الثانية .
 ويتكون جزيء الإيثيلين كما نلاحظ من تداخل رأسي بين المجالات المهجنة SP2
وتنشأ الرابطة سجما ، أما المجالات الغير مهجنة يكون التداخل جانبي بشكل
متوازي مما ينتج عنه رابطة تساهمية تدعى بايوهي لا ترتبط بذرات هيدروجين
كما هو الحال مع الإلكترونات الأخرى ، ثم يحدث تداخل رأسي لباقي ذرات الهيدروجين وتنشأ الرابطة سجما بين ذرات الهيدروجين وبين ذرات الكربون
وينشأ جزيئ الإيثيلين المعروف بهذا الشكل

( يطرح سؤال بشكل تعجب )
ولكن فكروا معيالمواد البلاستيكية مبلمرات ؟ والمبلمرات مركبات عضوية
أساسها جزي الإيثيلين الغير مشبع الذي بدوره يتحد مع جزيئات أخرى مثله عن
 طريق فك الرابطة باي 
برأيكم ما السبب في فك الرابطة باي  الغير مشبعة  وليست الرابطة سجما    
    المشبعة والتي نكون منها المواد البلاستيكية ؟
أعتقد أنكم عرفتم السبب (عرض الشريحة الخامسة فقط وإعادة ظهور)
                                       ( كيف تكونت الرابطة باي فقط )
                                        8

من عملية التداخل الجانبي للرابطة باي نلاحظ أن الرابطة طويله أطول من التداخل
الذي تم لتكوين الرابطة سجمالذلك الرابطة باي تكون أضعف بسبب طولها
 وأسهل في الفك والترابط مع مركبات شبيه لها تحوي رابطة طويلة وسهلة الفك
 مثل الرابطة باي لذلك لجأالكيميائيون لتكوين المبلمرات من جزيء الإيثيلن
 بالذات كمادة أساسية .
  والآن عرفنا أن المواد البلاستيكية مبلمرات لكن نوعية المواد البلاستيكية
  تختلف عن بعضها البعض ، فهناك بلاستيك صلب وهناك بلاستيك مرن
برأيكم ما الذي يميز مركب بلاستيكي عن مركب بلاستيكي آخر وكلاهما له نفس بنية التركيب الكيميائية؟ فكروا في السبب وسأعود بعد قليلعدنا من جديد لنجيب على السؤال الذي طرحناه
الجزء الخامس ( 4د)
 لننظر لمبلمر الإيثيلين أعرض هذا المبلمر( فلاش)  مع ذكر إسم ذرة الكربون والهيدروجين على الصورة أو الجزيء
لنرى جزئ الإيثيلين عندما يبدأ اتحاد جزيئات الإيثيلين مع بعضها البعض تنفك الرابطة باي وتبدأ بالترابط جزيئات الإيثيلين الصغيرة لتكون جزئ كبير ضخم يعرف بمبلمر الإيثيلين
H – C = C – H  +  H – C = C – H + H – C = C – H 
H   H                  H    H                 H     H 
HHH   H H  H   
C - C –C - C –C - C
HHH   H H  H       n    
 نجد مثل هذه المركبات ينتج منها مبلمرات تتميز بالمرونة والشفافية وتستخدم في
 صناعة رقائق البلاستيك            9

  أكياس التغليف عوازل أسلاك الكهرباء لعب الأطفال وعبوات البلاستيك
المستخدمه في تعبأة مياه الشرب
      وضع صور لبعض مصانع تصنيع عبوات مياه الشرب ، ومصانع صناعة
 أكياس البلاستيكالمستخدم في  تغليف الأطعمة ، وأكياس النفايات             النتائج المبهره للمنتجات البلاستيكية شجعتالباحثين  على
 اكتشاف خصائص جديده أفضل من التي أنتجت .
 برأيكم كيف أمكن تحسين نوع المبلمر البلاستيكي الذي انتجت منه اقراص
الـ CD   ، والكراسي البلاستيكية ؟
 فكروا في ذلك إلى أن نلتقي

الجزء السادس :  ( 3د )
مرحبا اشكركم على التعاون في البحث عن الإجابه الصحيحه
ولكنقبل الإجابه أريد أناطرح عليكم أن تستبدلوا حرف الحاء فيكلمة ( حبل )
بالحرف  جيم ؟
 نحصل على كلمةجديدههي( جبل )نجد ان حبل شئ بسيط سهل عندما استبدلت حرف الحاء بحرف الجيم تحول إلى شئ صلب أكثر قساوه


                                      10


 وهكذاهو الحال في مركبات المبلمرات عندما نستبدل ذرة الهيدروجين في مركب الإيثيلين
  بمجموعة من الذرات مثل  مجموعة (  CH3  ) التي تدعىمجموعة الميثيل Methyl
 نحصل على جزيءأكثر صلابه ومتانة وقوةيدعى بالبروبين
H-C  = C-H
CH3  H مثل هذه المبلمرات تعطي مواد أكثر مقاومة للحرارة وأكثر صلابهمثل  أقراص الـ سي دي
المستخدمة في تخزين الملفات في الكمبيوتر  والأحبال البلاستيكية
والكؤوس البلاستيكية المستخدمة في شربالمياه الباردة أو الساخنة،
وألواح تقطيع اللحوموفي صناعة ملفات الورق وحافظات الورق
 والحقائب والحاويات البلاستيكية

(أمسك بيدي قطعة فلين وأقول )
كلنا يعرف هذا النوع من المواد والمعروف بالفلين دعونا نحاول أن يشعله تتوقعون أن يشتعل ؟لم يشتعل
 برأيكم  ما هي المجموعة التي دخلت على جزيء الإيثيلين وكونتالفلين
   الذي يعرف كيميائياً بمبلمر الستايرين
 فكروا قليلا في الإجابة لعلكم تتوصلون للحل

                                                        11


الجزء السابع :  (3د )   
  أشكركم فقد كان توقعكم صحيح حيث أن مادة قوية مثل الفلينوغير قابلة
للإحتراق لابد أن تكون مصنوعة
من جزيئات قوية لذلك أستبدلت ذرة الهيدروجين الضعيفة بمجموعة من الذرات تشكلت على شكل حلقة معقدة
    تعرف بحلقة بنزين مما أدى لقوة تماسك جزيء المبلمر . ثم عرض صورةالمبلمرH -C= C – H
H
عرض صور إضافية لمبلمر الستايرين ( الفلين )ولقد استخدم مثل هذا المبلمر في صناعة العوازل الحرارية
 للمباني ، وصناعة أطباق  الفلين وكؤوس الفلينالتي نشرب بها المشروبات الساخنه
( عرض صورة لبيضة تقلى في مقلاة من الألومينيوم وتلتصق بها ، وبيضة تقلى في مقلاة من التيفال لا تلتصق )
واسأل ما سبب عدم إلتصاق هذه البيضة في هذه المقلاة ،بينما في هذه المقلاة
 إلتصقت، إنها مطلاة بمادة ، برأيكم مما صنعت هذه المادة العجيبة؟ فكرواقليلاً
هناك ذرة قوية جداً توجد في المجموعة السابعة عشر في الجدول الدوري
  تنتمي لعائلة الهالوجينات وهي نشطة جدأ هل عرفتموها ؟ إنها ذرة الفلور
   فإذا استبدلت ذرات الهيدروجين في جزيء الإيثيلين بذرات الفلورفإنناسوف
نحصل على هذه المادة  القوية التي تستخدم في طلاء أواني الطهي حتى
 لايلتصق بها الطعام  وبنفس الوقتهي مقاومة جدا للحرارة العالية والمواد الكيميائية
                                                          12


هل تتوقعوا أن ملابس الإطفاء المقاومة للحريق صنعت من نفسهذاالمبلمر نعم صنعت هذه المواد من مبلمر رابع فلوريد الإيثيين .
FF
-C  = C--FFn
 أما إذا استبدلت ذرة هيدروجين واحده بذرة كلورفي جزئ الإيثيين فهذا ينتج مبلمر جدأ قوي يعرف
بكلوريد الفينيل ويسمى تجاريأ   يعرف بـ P .V .C
و يستخدم في صناعة أنابيب المياه بدلاً من الأنابيب المعدنيه الموجودة في المنازل كما أنهاغير قابلةللصدأ ،
ويستخدمأيضافي صناعة المعاطف الواقية من المطر ، وفي صناعة أثاث السيارات
وإليكم الآن طريقة تكوين كلوريد الفينيل
H-C = C –H                                                                              
Cl      Hn
بقدر الإمكان إستطعت أن أذكر بعض المواد التي يمكن إنتاجها من المركبات
العضوية الغير مشبعة والتي هي موضوع درسناهذا .
 فقد من الله علينا في هذا العصر بتوفر أنواع من المواد لم تكن لدى أسلافنا مثل المواد البلاستيكية .
ولكن بقدر أهميتها في حياتنا وتيسيرها لكثير من شئون حياتنا إلا أنها من المواد التي يصعب  تحللها بسهولة لذلك إتجهت بعض الدوللمنع إستخدام الأكياس البلاستيكية لحملالمشتريات اليومية وإستعاضت عنها
                                         13

بأكياس ورقية يمكن تحللها سريعاً ، كما أن الأكياس الورقية يمكنها أن تذوب في الماء وتتحلل بطرق كيميائية لو تراكمت في المسطحات المائية .
ولكن مؤخراً توصلت الأبحاث إلى التعرف على أنواع من البكتريا يمكنها أن
   تحلل مادة البولي إيثيلن  أطلب منكم البحث في هذا المجال وعمل بحوث نظرية
  وبحوث تطبيقية لحل مشكلة النفايات البلاستيكية والمحافظة على البيئة من التلوث

 كما يمكننا أنا نساهم في المحافظة على البيئة من خلال ترشيد إستهلاكنا للمواد البلاستيكية إلا للضرورة
 والحرص على إستخدام الأواني التي يمكن إستخدامها عدة مرات بدلاً من الأواني البلاستيكية التي تستخدم
 مرة واحدة ثم ترمى . كذلك يمكننا إعادة إستخدام الأكياس البلاستيكية أكثر من مرة بدلاً من رميها بمجرد إستخدامها لمرة واحد
لقد تعرفنا على العلاقة بين المواد البتروكيميائية الغير مشبعة والمواد البلاستيكية، و بالتالي نكون قدأجبنا على السؤال الذي طرحناه في بداية الدرس. أرجوا أن تكونوا قد استمتعتم بالدرس و أدعوكم إلى المزيد من التأمل في المواد التي تحيط بنا و المزيد من البحث على معلومات إضافية عن أنواع البكتريا القادرة على القيام بعملية تحلل بعض أنواع البلاستيك وعمل بحوث ليستفيد منها الآخرون . 
                                                            14



ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق