شارح الدرس: التحلُّل الحراري العلوم • الصف الثالث الإعدادي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف تفاعلات التحلُّل الحراري، ونقدِّم أمثلة عليها.

في تفاعل التحلُّل يتفكَّك المركب إلى مركبات أبسط أو حتى عناصر.

بيروكسيد الهيدروجين عبارة عن مادة كيميائية تحتوي على الأكسجين والهيدروجين، وهو مكوِّن أساسي في العديد من أنواع صبغات الشعر. بيروكسيد الهيدروجين لا يُعَد مركبًا مستقرًّا، ويتحلَّل تدريجيًّا بمرور الوقت ليكوِّن ماءً وأكسجينًا.

توضِّح المعادلة الآتية عملية التحلُّل هذه:

من بين تفاعلات التحلُّل، يُعَد النوع الأكثر شيوعًا هو التحلُّل الحراري. وكما يوحي الاسم، يَصِف التحلُّل الحراري مادة تتحلَّل عند تسخينها.

يتحلَّل العديد من أنواع المركبات الكيميائية المختلفة عند تسخينه. وأحد الأمثلة الشائعة على ذلك كربونات الفلزات.

يتحلَّل العديد من كربونات الفلزات بالحرارة لتكوين أكسيد الفلز وثاني أكسيد الكربون، كما هو موضَّح في المعادلة الكلامية العامة الآتية.

نحن نعلم أن تفاعلات التحلُّل الحراري عبارة عن تفاعلات كيميائية تتكوَّن فيها مواد جديدة، على الرغم من أن الكربونات لا تتفاعل مع أي مواد كيميائية أخرى.

من الممكن أن يحدث التحلُّل الحراري للعديد من الكربونات المختلفة، ولكن ليس لكل أنواع كربونات الفلزات. على سبيل المثال، يتحلَّل كلٌّ من كربونات النحاس والرصاص والزنك عند تسخينه باستخدام موقد بنسن. لكن الكربونات الأخرى، مثل كربونات البوتاسيوم، لا تتحلَّل حراريًّا ما لم تُسخَّن إلى درجة حرارة عالية جدًّا.

هيا نتناول بعض المعادلات الكلامية والمعادلات بالرموز لهذه التفاعلات.

التحلُّل الحراري لكربونات النحاس تفاعلٌ مثير للاهتمام. يمكننا أن نلاحظ بعض التغيرات المذهلة في الألوان؛ حيث تتحوَّل كربونات النحاس التي لها لون أخضر مائل إلى الزرقة إلى أكسيد النحاس الأسود القاتم، على النحو الآتي:

وبالمثل، تتحلَّل كربونات الرصاص عند تسخينها:

يمكن أن تتحلَّل كربونات الزنك حراريًّا أيضًا، لكن ليس بنفس سرعة تحلُّل كربونات الرصاص وكربونات النحاس:

هيا نُلقِ نظرة على الجهاز الذي يمكن استخدامه لإجراء تفاعل تحلُّل حراري.

هناك عدد من الطرق المختلفة التي يمكن من خلالها إعداد هذا الجهاز، لكن معظم الإعدادات تتكوَّن من:

• أنبوب اختبار للتسخين
• أنبوب توصيل
• أنبوب اختبار يحتوي على بعضٍ من ماء الجير

يمكن تسخين الكربونات والكشف عن وجود ثاني أكسيد الكربون الناتج لمعرفة متى حدث التفاعل. يظهر في الشكل الآتي أحد الإعدادات النموذجية.

في حالة كربونات النحاس، من السهل ملاحظة حدوث التفاعل؛ نظرًا لعدم وجود أي مادة صلبة خضراء مائلة إلى الزرقة متبقية.

أما في حالة كربونات الزنك، فيكون من الصعب معرفة ذلك؛ لأن كلًّا من الكربونات والأكسيد الصلب الناتج يكون أبيض اللون. ومن ثَمَّ، لمعرفة إذا ما كانت كربونات الزنك قد تحلَّلت، يمكننا الكشف عمَّا إذا كان هناك ثاني أكسيد كربون ناتج.

يمكن الكشف عن وجود غاز ثاني أكسيد الكربون باستخدام محلول هيدروكسيد الكالسيوم المائي المعروف باسم ماء الجير. عند تدفُّق فقاعات غاز ثاني أكسيد الكربون عبر ماء الجير، يحدث تفاعل كيميائي، ويصبح ماء الجير غائمًا.

مثال ٣: استخدام العبارات لوصف تفاعل تحلُّل

أيُّ العبارات الآتية صواب؟

الحل

يُعطينا الشكل في هذا السؤال مجموعة من الخيارات. في الخيار الأول، مطلوب منا تحديد إذا ما كان الأكسيد يتحلَّل إلى كربونات أو أن الكربونات تتحلَّل إلى أكسيد. والأكسيد مادة أبسط من الكربونات.

يعتمد التحلُّل الحراري على تفكُّك المواد بواسطة الحرارة لتكوين مواد أبسط؛ ومن ثَمَّ، فإن العبارة السفلية «الكربونات تتفكَّك إلى الأكسيد» هي الخطوة الأولى الصحيحة.

الخيار الثاني الذي لدينا يتعلَّق بالناتج الآخر لهذا التفاعل. تتكوَّن الكربونات من ذرة فلز وذرات كربون وأكسجين.

في تفاعل التحلُّل، تتطاير ذرات الكربون والأكسجين في صورة غاز ثاني أكسيد الكربون. أما بالنسبة إلى ماء الجير، فهو محلول مشبع من هيدروكسيد الكالسيوم يُستخدَم للتحقُّق من وجود ثاني أكسيد الكربون.

بالنظر إلى هذه المُعطيات، يتضح لنا أن الناتج الثاني لتفاعل التحلُّل هذا هو ثاني أكسيد الكربون؛ ومن ثَمَّ، فإن العبارة ٤ هي الإجابة الصحيحة.

هناك ملاحظة خاصة بتعليمات السلامة يجب الانتباه إليها عند إجراء تفاعل التحلُّل الحراري. عند انتهاء التفاعل، يجب فصل أنبوب الاختبار الذي يحتوي على ماء الجير عن أنبوب التوصيل. في حالة عدم القيام بذلك، سينكمش الغاز الموجود في أنبوب التوصيل وأنبوب الاختبار عندما تبرد الأدوات. هذا الانكماش سيؤدي إلى امتصاص ماء الجير لأعلى باتجاه أنبوب التوصيل ومنه إلى أنبوب الاختبار الذي لا يزال ساخنًا، وهو ما قد يتسبَّب في تصدُّع الزجاج أو حتى تحطُّمه. ويُعرَف هذا التأثير باسم التدفُّق إلى الداخل مرةً أخرى.

هناك العديد من تطبيقات تفاعلات التحلُّل الحراري في جميع أنحاء العالم.

على سبيل المثال، تتحلَّل كربونات الكالسيوم حراريًّا لتكوين أكسيد الكالسيوم ()، المعروف أيضًا باسم الجير الحي. لطالما كان الجير الحي أحد المكوِّنات المهمة المستخدَمة لإنتاج الأسمنت.

يساعدنا التحلُّل الحراري أيضًا في تحميص بعض الخامات غير النقية. يحتوي المالاكيت، الذي هو أحد خامات النحاس، على نسبة كبيرة من كربونات النحاس، ويتسم بلون مميز توضِّحه الصورة الآتية:

يمكن تحويل كربونات النحاس الموجودة في المالاكيت إلى أكسيد النحاس عن طريق التحلُّل الحراري.

وفي مثال أخير نتناول تحلُّل مادة معروفة باسم أزيد الصوديوم. أزيد الصوديوم () عبارة عن مادة كيميائية موجودة في أنواع معيَّنة من الوسائد الهوائية للسيارات.

يُطلِق جهاز تحكُّم إلكتروني مزيجًا من مادة الأزيد والمواد الكيميائية الأخرى عند استشعار تصادم كبير. ونتيجةً لذلك تتولَّد حرارة كافية لتحلُّل أزيد الصوديوم وإنتاج كميات كبيرة من غاز النيتروجين، ما يؤدي إلى ملء الوسادة الهوائية:

الكربونات ليست الأنواع الوحيدة من المواد الكيميائية التي يمكن أن تتحلَّل حراريًّا:

فمن الممكن أيضًا أن يتحلَّل هيدروكسيد النحاس، وهو مادة صلبة زرقاء فاتحة، بالتسخين:

هناك مركب نحاسي آخر، وهو كبريتات النحاس، يمكن أن يتحلَّل حراريًّا أيضًا لإنتاج غاز ثالث أكسيد الكبريت الحمضي وأكسيد النحاس:

هناك تفاعل تحلُّل اشتُهر بفضل كلٍّ من جوزيف بريستلي وأنطوان لافوازييه، وهو تحلُّل أكسيد الزئبق، :

من الممكن أن يتسبَّب الأكسجين الناتج في هذا التفاعل في إعادة إشعال إحدى الشظايا المتوهِّجة.

آخر مثال سنتناوله على التحلُّل الحراري هو التحلُّل الحراري لنيترات الصوديوم لتكوين ملح نيتريت الصوديوم الأبيض المصفر وغاز الأكسجين: