فيديو السؤال: التعرف على آثار تكون الصدأ في نظام مغلق الكيمياء

رشت برادة الحديد بالماء، وحفظت في نهاية أنبوب اختبار مع قطعة صوف قطني. بعد أسبوع، ماذا سيحدث لمستوى الماء في أنبوب الاختبار؟

٠٤:٢٦

‏نسخة الفيديو النصية

رشت برادة الحديد بالماء، وحفظت في نهاية أنبوب اختبار مع قطعة صوف قطني. بعد أسبوع، ماذا سيحدث لمستوى الماء في أنبوب الاختبار؟

حسنًا، الأكسدة عبارة عن ظاهرة تحدث بشكل طبيعي عند تعرض عناصر معينة للأكسجين. في هذا السؤال، لدينا مثال لأنبوب اختبار يحتوي على برادة حديد وأكسجين جزيئي. وعلمنا من المعطيات أن برادة الحديد قد رشت بالماء، وهو إجراء ضروري لتسهيل عملية الأكسدة.

عند حدوث تفاعل بين الحديد والماء والأكسجين المائي، أو الأكسجين المذاب في الماء من الهواء، بالنسب الصحيحة يتكون أكسيد الحديد المماه. وهذا النوع من تفاعلات الأكسدة ينتمي إلى التفاعلات التي تعرف باسم «التآكل». وتفاعل الأكسدة الذي يحول الحديد الصلب إلى أكسيد الحديد المماه هو العملية التي تكون الناتج الذي نعرفه باسم الصدأ. وهذه العملية هي نفسها التي تحدث وتتسبب في تآكل السيارات والأنابيب والجسور المصنوعة من الحديد أو من سبائك الحديد.

لكي نتمكن من الإجابة عن السؤال وتحديد ما سيحدث لمستوى الماء في أنبوب الاختبار، دعونا نحلل ما يحدث كيميائيًّا في هذا التفاعل. الخطوة الأولى في هذه العملية هي تكوين أيونات الحديد اثنين موجب ذات الشحنة الموجبة من فلز الحديد. وتعرف العملية التي تفقد فيها ذرة الحديد أو أي ذرة أخرى إلكترونات بالأكسدة. وعندما تتأكسد ذرات الحديد وتكون شحنتها موجبة، تصبح قابلة للذوبان في الماء. وهذا يسمح لها بمزيد من التفاعل في الخطوة التالية من العملية.

وفي حين تحدث عملية الأكسدة، تحدث عملية الاختزال المقابلة لها في الوقت نفسه. وفي هذه الخطوة، يختزل الأكسجين من الهواء؛ حيث يذوب بشكل طبيعي في الماء. ويحدث تفاعل الاختزال عندما يستقبل جزيء، مثل الأكسجين الجزيئي، إلكترونات. في الحالة التي لدينا، يختزل الأكسجين، ويستقبل أربعة إلكترونات، ويتفاعل مع أيونات الهيدروجين الموجودة طبيعيًّا بتركيزات منخفضة في الماء. وفي هذه العملية، يتكون جزيئان من الماء. من المهم ملاحظة أنه في هذه العملية يستهلك الأكسجين المذاب في الماء المرشوش على برادة الحديد. في الخطوة التالية، يحدث مزيد من التأكسد لأيونات الحديد الثنائي المذابة ليتكون بذلك الحديد الثلاثي. وفي الوقت نفسه، يستهلك مزيد من الأكسجين الجزيئي المائي، ويختزل إلى ماء.

في كلتا الخطوتين حتى الآن، يستهلك الأكسجين في الماء، وهو ما يؤدي إلى استنفاد الأكسجين المذاب حول الحديد. إذن لكي يستمر التفاعل، فإن أكسجين الهواء الموجود في أنبوب الاختبار يذوب في الماء المرشوش على برادة الحديد. في الخطوة الثالثة، تتحد أيونات الحديد الثلاثي مع الماء لتكوين هيدروكسيد الحديد الثلاثي. ويفقد أيضًا كل جزيء ماء متفاعل أيون هيدروجين موجب الشحنة في هذه العملية. وفي الخطوة الأخيرة، ينزع الماء من هيدروكسيد الحديد الثلاثي ويتحد مع جزيء ماء آخر لتكوين أكسيد الحديد الثلاثي المماه، أو الصدأ. بناء على هذه المعلومات، يمكننا العودة إلى السؤال الذي لدينا والإجابة عنه.

رشت برادة الحديد بالماء، وحفظت في نهاية أنبوب اختبار مع قطعة صوف قطني. بعد أسبوع، ماذا سيحدث لمستوى الماء في أنبوب الاختبار؟ في بداية التجربة، حفظت برادة حديد وماء وكمية معينة من الأكسجين داخل أنبوب اختبار. يوجد هذا الأكسجين في الهواء داخل أنبوب الاختبار، كما يوجد في صورة مذابة في الماء المرشوش على برادة الحديد. وكما ذكرنا بالفعل من قبل، فإنه في حين يستهلك ‪O2‬‏ المائي، يذوب غاز الأكسجين في الماء. ومن ثم، يقل حجم غاز الأكسجين. وهذا النقص في غاز الأكسجين داخل أنبوب الاختبار يتسبب في ارتفاع مستوى الماء داخل أنبوب الاختبار.

وبذلك نعرف أن الإجابة الصحيحة عن هذا السؤال: «بعد أسبوع، ماذا سيحدث لمستوى الماء في أنبوب الاختبار؟» هي: «سيرتفع مستوى الماء».

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.