ت ف تمهيد فهرس المحتويات

Transkript

1 قائمة المحتويات تمهيد فهرس المحتويات ت ف مقدمة علم الكيمياء.. لماذا الكيمياء العلم المركزي تاريخ الكيمياء الطريقة العلمية القياس في العلوم الطبيعية األرقام المعنوية قياس الحرارة المادة: الخواص والمكونات طبيعة المادة مفهوم المادة العدد الذري والعدد الكتلي والكتلة الذرية العناصر والمركبات حاالت المادة خواص المادة الطبيعية والكيميائية المادة والطاقة: الكيمياء الحرارية أشكال الطاقة وتحوالتها تدفق الطاقة من وإلى النظام :المحتوى الحراري قياس الطاقة في التفاعالت الكيميائية قانون هيس الحاالت القياسية الطاقة وتغير الحالة

2 النظرية الكمية والترتيب االلكتروني طبيعة الضوء األطياف الذرية النظرية الذرية ومستويات الطاقة نموزج الذرة في ميكانيكا الكم النظرية الذرية الحديثة والمدارات األغلفة والمستويات الفرعية الترتيب اإللكتروني للعناصر سعة األفالك والمستويات الفرعية الجدول الدوري والعناصر طبيعة العناصر المجموعات والدورات الترتيب اإللكتروني ودورية الخواص الشحنة النووية الفعالة )Zeff( جهدالتأين الكهرسلبية )EN( األلفة اإللكترونية إتجاهات السلوك الفلزي الربط الكيميائي رموز لويس الرابطة األيونية الرابطة التساهمية كتابة رموز لويس أعداد التكافؤ تركيب الرنين الشحنة التقديرية الكهرسلبية وقطبية الروابط نظرية تنافر أزواج إلكترونات غالف التكافؤ : األشكال الهندسية للجزيئات التفاعالت الكيميائية المعادالت الكيميائية تفاعالت اإلتحاد تفاعالت التفكك )التحليل) تفاعالت إحالل أحادي تفاعالت إحالل مزدوج تفاعالت اإلحتراق تفاعالت التعادل

3 العالقات الكمية في الكيمياء مفهوم المول والكتلة المولية تكوين المركبات الكيميائية الصيغ األولية والصيغ الجزيئية الكاشف المحدد النسبة المئوية للمنتج )نسبة العائد في المائة) الطاقة الحرارية في التفاعالت الكيميائية الحالة الغازية طبيعة الغازات النظرية الحركية للغازات ضغط الغازات قوانين الغازات الغاز المثالي والغاز الحقيقي تطبيقات قانون الغاز المثالي الحالة الصلبة والسائلة خواص المواد الصلبة والسائلة حاالت المادة والقوى بين الجزيئية الحالة الصلبة الحالة السائلة ضغط البخار ونقطة الغليان الطاقة وتغير الحالة تأثير درجة الحرارة والضغط على حالة المادة :منحنى األطوار خواص المخاليط: المحاليل والمخاليط الغروية طبيعة المحاليل الذائبية والقوى البين جزيئية تأثير الضغط على الذائبية : قانون هنري تصنيف المحاليل تركيز المحاليل الخواص الطبيعية للمحاليل

4 األحماض والقواعد واألمالح تعريف األحماض والقواعد تصنيف األحماض والقواعد األمالح خواص األمالح الحمضية - قاعدية تفاعالت األكاسيد كأحماض أو قواعد معايرات األحماض والقواعد تفاعالت التأكسد واإلختزال طبيعة التأكسد واإلختزال حاالت التأكسد )أعداد التأكسد) وزن معادالت التأكسد واإلختزال معايرات التأكسد واإلختزال الكهروكيمياء تفاعالت التأكسد واإلختزال التلقائية الخاليا الكهروكيميائية القوة الدافعة الكهربائية و جهدالقطب القياسي معادلة نيرنست وحساب الجهد الغير قياسي اإلستخدامات التجارية للخاليا الكهربائية: الخاليا الفولتية التحليل الكهربائي اإلستخدامات التجارية للتحليل الكهربائي اإلعتبارات الكمية للتحليل الكهربائي العالقة بين جهد الخلية (E cell) ثابت اإلتزان (K) والطاقة الحرة (G ) الحركية الكيميائية: سرعة وميكانيكية التفاعالت الكيميائية العوامل المؤثرة على سرعة التفاعالت الكيميائية معدل سرعة التفاعالت الكيميائية قانون السرعة قانون السرعة التكاملي تأثير الحرارة على معدل السرعة نظرية التصادم نظرية الحالة اإلنتقالية TST( ) و طاقة التنشيط ( عوامل الحفز وسرعة التفاعل ) E o

5 اإلتزان الكيميائي التفاعالت التامة واإلنعكاسية حالة اإلتزان قانون فعل الكتلة وثابت اإلتزان حالة اإلتزان والتغيرات التي تطرأ من الخارج: مبدأ لوشاتيليه حاصل التفاعل )رائز التفاعل( وثابت اإلتزان (K b و K a ) إتزان الحموض والقواعد قوة الحموض والقواعد في الماء: ثابت التفكك التأين الذاتي للماء والناتج األيوني مفهوم األس الهيدروجيني ph( ) القوة النسبية للحموض والقواعد المرافقة المحاليل المنظمة منحنيات المعايرات الذائبية واإلتزان األيوني في المحاليل المائية الذائبية المولية ثابت حاصل الذائبية sp( K( الذائبية المولية و ثابت حاصل الذائبية تأثير األيون المشترك اإلتزان األيوني والتحاليل الكيميائية مقدمة في الكيمياء العضوية خصائص عنصر كربون والمركبات العضوية هيدروكربونات التماكب هيدروكربونات أروماتية الزمر الوظيفية العضوية الكيمياء النووية النشاط اإلشعاعي اإلستقرار النووي

6 3-20 تادحو طاشنلا يعاعشلاا تاريثأت عاعشلإا يوونلا فشكلا نع عاعشلإا يوونلا ةيكرح للاحنلإا يوونلا تلاعافتلا تلاوحتلا: ةيوونلا ةيوونلا ةيعانطصلإا ةقاطلا ةيوونلا و مادختسإ رئاظنلا ةعشملا 472 لصفلا رصتخم 481 لصفلا نيرامت 482 تاقحلم م تاحلطصم ص سوماق ق فاشك ك

7

8 1 مقدمة 1-1 علم الكيمياء... لماذا 2-1 الكيمياء العلم المركزي 3-1 من تاريخ الكيمياء 4-1 الطريقة العلمبة العلوم في 5-1 القياس الطبيعية 6-1 األرقام المعنوية 7-1 قياس الحرارة علم الكيمياء هو العلم المركزي األكثر إرتباطا بفروع العلوم األخرى

9 ب) علم الكيمياء لماذا 1-1 فييييييي الخلييييييية النباتييييييية الخضييييراء معمييييل كيمييييياء متكاميييييل إلنتيييييا سيييييكر الجلوكيييييوز اليييييذي يخضيييييع الحقيييا ألصيييناف العملييييات الكيميائيييية مييين فصيييل و تخييييييييزين و عمليييييييييات حرق وبناء للبحث عن ذاته وعن ما حوله فهو مهيأ حب االستطالع فطر اإلنسان على من الكون الطبيعي و ما يراه من مشاهدات محسوسة وما ال يراه. وهو دائما ويستخدم حصيلته يسأل عن طبيعة هذه األشياء و عن طبيعة الكون ونشأته و دراسة المادة هي الكيمياء لإلجابة عن هذه التساؤالت... المعرفة من والطاقة التي تتحول بها من حال إلى حال الوجوه محتوياتها وخصائصها و المتعلقة بهذه التحوالت. المادة هي مكون الحياة الطبيعية. هي كل ما له كتلة أو كل ما يحتل حيزا في الكون... أي كل ما هو موجود حقيقة في الكون المنظور وما من دابة فوق االرض وال طائر يطير بجناحيه وال شجر أو حجر وال رطب وال يابس إال من المادة..وما يوجد في الكون المنظور من كواكب وأقمار ونجوم ومجرات جميعها من المادة التي ال يعرف جوهرها أو طبيعة تكوينها وخصائصها إال دارس الكيمياء. الكيمياء حاضرة في كل ما يتعلق بالحياة المادية و التغيرات الكيميائية بأشكالها المتعددة تتواصل في جميع الموجودات بدء بالتغيرات الحيوية داخل الخلية الحية وما فيها من الوظائف البيولوجية المعقدة وصوال إلى معامل الصناعات الكيميائية الثقيلة حيث إنتاج ماليين األطنان من المواد الكيميائية بشتى أصنافها النافعة والضارة. بمعادالت تكتب وقوانين تحفظ. فالكيمياء ليست كما يصورها البعض إذن فالمعادالت ليست إال شرح لهذه الظواهر والتغيرات المادة في الحادثة والقوانين تمثل خالصة الفكر البشري والثقافة اإلنسانية من عهد أرسطو مرورا أبو الكيمياء( جابر بن حي ان والرازي و ابن سينا.. وصوال إلى عصر الجسيمات التحت ذرية وتقنية الفمتوثانية... علم الكيمياء تطور خالل هذه األجيال و ظل معينا للمعرفة وجد فيه العلماء والباحثون اإلجابات الشافية إلستفساراتهم أو بمشاهداتهم أو ممارساتهم في الحياة اليومية. الكيمياء العلم المركزي 2-1 علم الكيمياء هو العلم المركزي. هو علم أوله رؤية ثاقبة وبحث متواصل في حقيقة الكون الطبيعي وآخره تقارب المعارف والثقافة البشرية وتالقحها وتمازجها في بوتقة الفكر اإلنساني فالعلم ال يتجزأ واإللمام بالمفاهيم العامة في مجال مثل علم الكيمياء يكون أثره أبعد من حدود هذه المادة فيتحقق بالضرورة إدراك ما كان وما سيكون من فرضيات ونطريات في مختلف صروف المعرفة وال يعاني دارس الكيمياء في استيعاب ما يحدث من تطور في العلوم و ما يجري في البيئة الطبيعية من تغيرات و تقلبات مناخية و يملك القدرة على مواكبة التطورات المتسارعة في المجاالت الطبية والصناعية و ما تخلفه من تأثيرات إيجابية وسلبية على الحياة العصرية. 2

10 مييينهج الكيميييياء العامييية باإلضيييييييييافة لمييييييييينهج الفيزيييييياء العامييييية ميييييع مقدمييييية فيييييي الجبييييير والتفاضييييييل والتكامييييييل يمثيييييييييل المتطلبيييييييييات الرئيسيييييييية لدراسيييييييية المنييييييياهج المختلفييييييية في الكليات العلمية. دراسة الكيمياء تتنزل في خمسة فروع رئيسة هي: )1( كيمياء مركبات الكربون )الكيمياء العضوية ) )2( كيمياء الفلزات ومركباتها )الكيمياء الالعضوية( )3( كيمياء الخواص الطبيعية )الكيمياء الفيزيائية( )4( كيمياء الخاليا الحية )الكيمياء اإلحيائية( )5( كيمياء التحاليل الكيفية والكمية )الكيمياء التحليلية( 3-1 من تاريخ الكيمياء بدأ االهتمام بدراسة طبيعة المادة منذ فجر التاريخ حيث كانت أعمال السحر والتنجيم تسيطر على أذهان الفالسفة والعلماء في القرون الوسطى. وقد تأثر الجميع بالفلسفة اإلغريقية وبنظرية األخالط األربعة )النار والهواء والماء والتراب ) التي زعموا أنها المكونة للمادة وبإمكانية اكتشاف حجر الفالسفة أو إكسيرالحياة الذي يشفي األسقام ويح ول المعادن الرخيصة لذهب و فضة. في القرن الثامن الميالدي إنهارت الحضارة الرومانية وأشرق عصر الحضارة اإلسالمية. العالم جابر بن حي ان ) م( كان أول من نادى باستخالص المعلومات من خالل التجارب العملية واالستنتاج العلمي وإعتماد المنهج التجريبي في الدراسات العلمية. لقد أثمرت أبحاث إبن حي ان عن ابتكار العديد من المعينات المعملية و عن طرق علمية لتحضير مجموعة من المواد الكيميائية أبرزها حامض الكبريتيك )زيت الزاج( وحامض الخليك والماء الملكي وغيرها مما ساعد في تنقية و استخالص عناصر مثل الذهب والكبريت ليتم تصنيفها- ألول مرة -كعناصر كيميائية. وقد استبق جابر بن حيان العالم اإلنجليزي دالتون بألف عام بتقديمه وصفا علميا لالتحاد الكيميائي بأنه ( تمازج عنصرين أوأكثر لتكوين مادة جديدة دون أن تفقد العناصر خصائصها الجوهرية(. تعاقب علماء آخرون منهم يعقوب ابن إسحاق الكندي) م( مؤلف )رسالة في بطالن دعوى المد عين صنعة الذهب والفضة وخدعهم( والطبيب العالم أبوبكر الرازي ) م( والفيلسوف والعالم الفلكي والكيميائي ابن سينا ) م( الذي قرر أنه )ال يمكن إحداث تغيير في وحدة المواد بالرغم من إمكانية حدوث ظاهري لهذا التغيير( ممهدا بذلك للنظرية الذرية الحديثة. مؤلفات أبوبكر الرازي وحده فاقت األلف مصنف أشهرها في الكيمياء كتاب ( سر األسرار ) الذي ترجم لعدة لغات واعتمد كمرجع في الجامعات األوربية حتى القرن السابع عشر. 3

11 في أواخر القرن السابع عشر. دفع العالم اإلنجليزي روبرت بويل) ( بماعرف وقتها بالنظرية الحديثة ومفادها أن المادة تحتوي على مكونات غير قابلة للتجزئة. ومع بداية القرن التاسع عشر اقترح العالم البريطاني جون دالتون) ( تفسيرا عرف بالنظرية الذرية وكانت أهم فرضياتها أن جميع العناصر تتكون من دقائق صغيرة غيرمنظورة وغير قابلة لالنقسام أطلق عليها ذرات. وأن ذرات العنصر الواحد متماثلة في شكلها وخواصها ومختلفة عن ذرات العناصراألخرى وأن المركبات تتكون باتحاد ذرتين أو أكثر بنسب عددية بسيطة وذلك خالل تفاعالت كيميائية يعاد فيها ترتيب الذرات دون أن تفقد خصائصها. مع نهاية القرن التاسع عشر كانت الدراسات قد اثبتت أن الذرة نفسها مكونة من دقائق متناهية في الصغر وكان العالم مايكل فارادي ) ( قد الحظ ( اثناء تجاربه في التحليل الكهربائي( العالقة بين كمية الكهرباء وكمية المادة المترسبة من عنصر وتحقق من العالقة بين ذرات العناصر و وحدات الكهرباء التي أسماها إلكترونات. تلى ذلك دراسات جوزيف تومسون ( ( ألشعة المهبط في انبوب التفريغ التي انتهت أيضا بالتعرف على اإللكترون وخصائصه قبل أن يتمكن العالم ميليكان ) م( من حساب شحنة اإللكترون المنفرد ويثبت ألول مرة أن هذه الشحنة مكماة )كميات ثابتة( وأن الشحن الصادرة تحمل مضاعفات بسيطة لشحنة اإللكترون وأن نسبة شحنة اإللكترون إلى كتلته قيمة ثابتة ال تعتمد على نوع الغاز في أنبوب التفريغ. في 1911 قدم )تلميذه( الفيزيائي رذرفورد النموذ النووي للذرة ومفاده أن الذرة تتكون من نواة مركزية تدور حولها اإللكترونات وتمثل 1 من 10,000 من حجم الذرة وأكثر من %99.95 من كتلتها. وأن النواة تحتوي على البروتونات التي تحمل شحن موجبة وعددها )العدد الذري( صفة مميزة لكل عنصر. بعد ذلك أكتشفت النيوترونات )1932( وهي دقائق متعادلة كهربائيا موجودة في النواة بنفس كتلة البروتون تقريبا )الجسيمات تحت الذرية ملحق 1(. بعد ذلك إتجه اهتمام العلماء لدراسة طبيعة الضوء وخصائصه وتأثيره على المادة. وكان إكتشاف التأثير الكهروضوئي واألطياف الذرية ومعرفة العالقة بين تردد الضوء والطاقة هي المداخل التي فتحت الباب لفهم الترتيب الداخلي للذرة. الفيزيائي ماكس بالنييييك ) ) إفترض أن الضوء يتصرف أحيانا وكانه يتكون من دقائق صغيرة. أك د هذه الفرضية البرت انشتين )1905( بعد دراستة للتأثير الكهروضوئي وأطلق على هذه الدقائق إسم كوانتا وأصبحت تعرف الحقا بالفوتونات وهي وحدة الطاقة الممتصة او المنبعثة من جسم في هيئة اشعاع كهرومغناطيسي. الحظ العلماء أن الطاقة الضوئية تنبعث بفعل شرارة كهربائية على غاز مثل هيدروجين أو بخار عنصر مثل صوديوم أو بإثارة مادة بواسطة اللهب وأنه بتمرير الضوء المنبعث من العنصر المثار خالل منشور زجاجي فانه يسقط بأطوال موجية محددة هي الطيف الخطي) أو الطيف الذري( المميز للعنصر. كان العالم نيلز بوهر ( ) أول من قدم تصورا للتركيب الداخلى للذرة بعد أن استخدم فكرة المدارات اإللكترونية. إفترض بوهر أن اإللكترون )في ذرة هيدروجين( يدور حول النواة في مسارات دائرية لها مستويات محددة من الطاقة تتناسب طرديا مع بعدها عن النواة. وأن هنالك تغيرات محددة )مسموح بها( يمكن ان تحدث داخل الذرات بحيث ال ينتقل اإللكترون من مدار الى مستوى أعلى أوأدنى في الطاقة إال بأكتساب أو بفقد كمية محددة من الطاقة تعادل فرق الطاقة بين المدارين. 4

12 4-1 الطريقة العلمبة المنهج المتبع في العلوم الطبيعية من وسائل بحث عن المعرفة يبدأ بمالحظة أو فكرة ثم صياغة فرضية نابعة من حقائق علمية ثابتة واستنتاجات موثقة ومتعلقة بموجودات طبيعية يلي ذلك اختبار وتجربة عملية ثم تحليل وتفسير للمشاهدات. هذا المنهج االستقرائي يعرف بالطريقة العلمية و هو منهج يمثل أقصى ما تحقق في المعارف اإلنسانية كوسيلة للبحث عن المعرفة. متى ما كانت حصبلة الفرضيات إيجابية و النتائج التجريبية قابلة لإلعادة يبدأ التنسيق والضبط ومن ثم يقدم المشروع كنظرية علمية أو كقانون. و األخير يمثل أقصى مراتب المعرفة المتعلقة بالكون الطبيعي والتي يفترض أنها سليمة وغير قابلة للطعن. القياس 5-1 في العلوم الطبيعية القياس هو الحصول على رقم يتعلق بحجم أو بكمية شيئ وعمليات القياس أساسية بالنسبة لعلم الكيمياء مثل ما هي مهمة بالنسبة للعلوم الطبيعيةاألخاألخرى و العلوم الهندسية فضال عن أهميتها في علوم الفضاء والجغرافيا و المجاالت الصناعة والتجارية. بالقياس تقد ر األشيييياء وتقارن األبعاد و الكميات ويعبر عن ذلك بإسيييتخدام أرقام ووحدات حسب قواعد محددة للحصول على نتائج دقيقة وقابلة لإلعادة. لقيد تعيددت أسيييييالييب القيياس وآليياتيه لتواكيب التطورات المتالحقية في مختل فالم جاالت و أ تا حت التقن ية ال حدي ثة الق ياس في مدى بيكوميتر إ ىل فيمتوميتر ( )10. 5

13 وحدات القياس الوحدات األشياء. هي كميات معر فة بمعايير متفق عليها تمثل وسيلة لمقارنة في القرن الثامن عشر وبعد الثورة الفرنسية كان إختراع النظام المتري )متر- كيلوغرام - ثانية( وهو نظام مؤسس بدقة عالية على مجموعة من المعايير المتسقة والغير مسبوقة. مثال المتر )وحدة قياس األطوال( يساوي 1\10 مليون طول المسافة بين القطب الشمالي وخط اإلستواء. النظام الدولي للوحدات (SI) في العام 1960 إنعقد في باريس المؤتمر العام لألوزان والمقاييس حيث أعتمد النظام الدولي للوحدات )SI( وهو نظام معدل من النظام المتري السابق وذلك بغرض توحيد نظم القياس. الوحدات المعتمدة شملت 7 وحدات أساسية أهمها وحدات قياس األطوال الكتلة الزمن درجة الحرارة وكمية المادة. الوحدات القياسية تتميز بالدقة الفائقة في التعريف. على سبيل المثال يعرف المتر بالمسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ في 1/299,792,458 جزء من من الوحدات األساسية. لقد إعتمدت الثانية. والمول بعدد األوساط العلمية في معظم دول العالم الوحدات القياسية الدولية بينما أصبحت تحظى باإلهتمام المناسب في األوساط التجارية وغيرها من األوساط الغير علمية. الوحدات األخرى مثل وحدات الحجم والكثافة والطاقة والقوة وغيرها مشتق ة من الوحدات األساسية في النظام الدولي حيث توجد 22 وحدة مشتقة. على سبيل المثال نيوتن )N( وحدة قوة مشتق ة من وحدات كغم متر ثانية. 1 2 نيوتون يساوي 1 كغم. متر\ث 2 1N = 1Kg.m/s 7 وحدات أساسية معتمدة في النظام الدولي للوحدات (.)SI والكثافة مشتق ة من وحدتي الكتلة والحجم. ووحدة الحجم بدورها مشتق ة من وحدة األطوال كغم 3 دسم الكتلة = ) الطول العرض اإلرتفاع) الكتلة = الكثافة = الحجم جزء في المليون ( )ppm تعبير يعني جزء من مكون في كل مليون جزء من عينة. على سبيل المثال 1 جزء في المليون ( )1ppm يعني تركيز 1 ميكروجرام من مكون في 1 جرام من عينة. أو 1 ملجم في 1 كيلوغرام من عينة. )1ppm 1 ميكروجم\ 10 6 ميكروجم= 1 جزء من المليون ( 6

14 من الوحدات)الغير قياسية( التي ال تزال مستخدمة في العلوم وفي معامل الكيمياء وحدة لتر) L ( و وحدة الكتلة الذرية )u( 1 لتر =1 دسم 3 وحدة كتلة ذرية = كغم جزء في البليون ( )ppb تعبير يعني جزء من مكون في كل بليون جزء من عينة. مثال 1 جزء في البليون ( )1ppb يعني 1.0 ميكروجرام من مكو ن في كيلوغرام من عينة جزء في المليون حجما ( v )1ppm يساوي )حجم مكون\ حجم 10 6 مخلوط( جزء في البليون حجما ( v )ppb يساوي )حجم مكو ن\ حجم مخلوط( 10 9 مثال تركيز واحد سنتمتر مكعب من مكون في ديسمتر مكعب من عينة يساوي 1000 جزء في المليون: )1000 ppm v 1000 جزء في المليون حجما ( = 10 6 \ 3 10 سم ) 3 ( 1 سم 3 القياس الوحدة الرمز الكتلة كيلوغرام kg كغم األطوال متر m م الزمن ثانية s ث الحرارة كلفن K ك كمية مادة مول mol مول التوهج شمعة cd شمعة التيارالكهربائي أمبير A أ قائمة 1-1 الوحدات القياسية الدولية )SI( الكيلوغرام المعياري الكيلوغرام المعييياري مصيينوع من سييبيكة بالتين- إريييديوم وهو الييوحييدة الييوحيييييدة المصنعة يدويا. السوابق القيم الصغيرة جدا. من القيم الكبيرة جدا و الكيميائي يواجه نطاقا واسعا السوابق صي غ متفق عليها تستخدم للتعبير عن مضاعفات القيم الكبيرة أو الكسور العشرية للوحدات القياسية )قائمة 2-1 (. 7

15 السابقة الرمز ترقيم تقليدي ترقيم أسي ,000,000,000,000,000 p بيتا peta ,000,000,000,000 T تيرا Tera ,000,000,000 G جيجا giga ,000,000 M ميجا mega ,000 k كيلو kilo h هكتو hecto da ديكا deca d ديسي deci c سنتي centi m مللي milli µ ميكرو micro n نانو nano p بيكو pico f فيمتو femto قائمة 2-1 سوابق وحدات القياس 8

16 6-1 األرقام المعنوية في الدراسة العملية يكون اإلهتمام بكمية المادة المقاسة وأيضا بمصداقية القياس. األرقام المعنوية هي األرقام التي تمثل نتيجة قياس. كل األعداد غير الصفرية تعتبر أرقام معنوية أما األصفار فقد تكون أو قد ال تكون أرقام معنوية ويتحدد ذلك حسب قواعد متفق عليها. األرقام المعنوية تكون معروفة يقينا في نتيجة كل قياس عدا الرقم األخير. الدقة والمصداقية الدقة في القياس تعني تجانس القراءات أو قربها من بعضها بإستخدام نفس أداة القياس. وبصورة عامة كلما يزداد عدد األرقام المعنوية في قياس كلما تكون النتيجة أكثر دقة. فالنتيجة جرام فيها المصداقية أقل وبالتالي دقة أعلى من النتيجة 14.7 جرام. المصداقية في قراءة تعني مدى قرب القراءة في القياس من القيمة الفعلية )القيمة الحقيقية(. وعادة كلما زادت المصداقية )أي كلما تدنت الالمصداقية( كلما كانت النتيجة أكثر دقة. وهنا يجب التنبيه إلى إحتمال أن تكون الدقة عالية وتكون النتيجة غير صحيحة كما يحدث مثال في حالة قياس حجم سائل بواسطة ماصة أو سحاحة ترقيمها غير دقيق. حساب المصداقية في نتيجة كتلة عينة إفتراضية بقيمة 14.7 جرام األرقام )1 و 4( أرقام في هذه القيمة ثالثة أرقام معنوية ( 1 4 و (. 7 أو جرام 14.6 أو جرام 14.7 دقيقةوصادقة و الرقم األخير )7( غير صادق. يمكن أن تكون الكتلة الحقيقية للعينة ± جراموتكون الالمصداقية في القراءة 0.1 إذا أعيد وزن العينة بميزان حساس وكانت القراءة جرام يكون في القراءة 4 أرقام معنوية : األرقام ( 1,4,7( أرقام دقيقة وصادقة والرقم األخير )2( غير صادق وتصبح الالمصداقية في القراءة ± ثم إذا أعيد وزن العينة بميزان أعلى حساسية وكانت القراءة جرام يكون في القراءة 5 أرقام معنوية : األرقام ( 1,4,7,2( أرقام دقيقة وصادقة والرقم األخير )4( غير صادق وتصبح الالمصداقية في القراءة ±

17 تعيين األرقام المعنوية كل األرقام الصحيحة غير الصفرية تعتبر أرقام معنوية الخطييأ هييو الفييرق بييين القيمييييييية الصيييييييحيحة والقيميية المقاسيية بينمييا الالمصييييييييداقية فييييييييي القييييياس هييييي تحديييييد الريبييية أو عيييدم اليقيييين في نتيجة الحساب لتحديد األصفار كأرقام معنوية تتبع القواعد التالية: 1. األصفار الواقعة بين أرقام غير صفرية تعتبر أرقام معنوية. مثال في القيمة 702 ثالثة أرقام معنوية وفي القيمة 2004 أربعة أرقام معنوية. 2. األصفار يمين األرقام التي تشتمل على عالمة عشرية تعتبر أرقام معنوية. مثال في القيمة 7.0 رقمان معنويان وفي القيمة أربعة أرقام معنوية مثال 1-1 عي ن عدد األرقام المعنوية و )الالمصداقية( في القراءات التالية: 3. األصفار يسار أول رقم غير صفري ال تعتبر أرقام معنوية. مثال في القيمة رقمان معنويان فقط وفي القيمة رقمان معنويان أيضا. 4. األصفار الواقعة يمين شرطة ضمنية كما في القيمة 12,000 ال تعتبر أرقام معنوية ويمكن تحديد صفتها كأرقام معنوية بإستخدام التدوين العلمي )الفقرة ) ) ( )أ( 470 كغم )ب( ثانية متر )د( جم اإلجابة )±0.1( 5 ) ( )± )أ( 1( 2 )ب( ( 2 ±0.001 ) )د( )±0.1( 6 و األرقام المعنوية والعمليات الحسابية اال لة الحاسبة ال تحدد األرقام المعنوية بل تظهر نتائج العمليات الحسابية بقيم غير منطقية. مثال قسمة العدد 9.3 على 3.81 تظهر نتيجتها على اآللة الحاسبة في هذه العملية إذا كانت األرقام 9.3 و 3.81 تمثل قياسات معلومة برقمين و ثالث أرقام معنوية على التوالي: مثال 9.3 جم 3 فإن النتيجة تكون قد أظهرت دقة غير منطقية لقيمة الكثافة ) سم في عمليات الجمع والطرح تعتبر المسافات العشرية بينما تتعلق نتائج الضرب والقسمة بعدد األرقام المعنوية أرقام معنوية(. هنالك قاعدتان لتحديد األرقام المعنوية في نتائج العمليات الحسابية: تحديد األرقام المعنوية في عمليات الضرب والقسمة في عمليات الضرب والقسمة ال يكون في حاصل العملية أرقام معنوية أكثر من أقل الحدود دقة. في المثال أعاله أقل الحدود دقة هو الرقم 9.3 )رقمان 10

18 معنويان( فال يزيد عدد األرقام المعنوية في حاصل القسمة عن هذا العدد وتكتب 3 قيمة الكثافة 2.4 جم\سم تحديد األرقام المعنوية في عمليات الجمع والطرح في عمليات الجمع والطرح يكون في حاصل العملية نفس عدد المنازل العشرية في القيمة ذات أقل منازل عشرية. أي تكون المصداقية ناتج العملية تساوي المصداقية القياس األدنى مصداقية في عملية الجمع أعاله الرقم األقل مصداقية هو فتقر ب اإلجابة لمنزلة عشرية واحدة لتكون نتيجة العملية مالحظة: يق بر الرقم األخير إذا كان أكبر من الرقم 5 ويلغى إذا كان أصغر من. 5 إذا كان الرقم يساوي 5 فيقر ب إذا كان يساره رقم فردي ويلغى إذا كان يساره رقم زوجي. مثال 2-1 في تعيين حجم قطعة من الخشب كانت القراءات التالية 3.42 سم 3.0 سم 1.4 سم = = = الطول العرض السمك كم يكون حجم القطعة بإعتبار قواعد األرقام المعنوية اإلجابة اآللة الحاسبة تظهر النتيجة : سم 3. لكن حسب القاعدة تكتب قيمة الحجم في التقرير برقمين معنويين فقط أي تكون القيمة 14 سم 3. األرقام المثبتة هي األرقام الناتجة عن تعريف مثل عدد البوصات في القدم أو عدد الكيلومترات في الميل. أو األرقام الناتجة عن إحصاء معين مثل عدد المنازل في أحد األحياء أو عدد الطالب في قاعة. هذه األرقام يطلق عليها أرقام مثبتة )محددة( ويكون لها عدد غير محدود من األرقام المعنوية وال تخضع لقواعد األرقام المعنوية في 11

19 الفقرة 3-1. على سبيل المثال لحساب عدد الكيلومترات في 4.5 ميل تكتب نتيجة العملية: = كلم وتظل النتيجة بخمسة أرقام معنوية حيث أن الرقم (عدد الكيلومترات في الميل( رقم مثبت يحتفظ بعدد ال نهائي من األرقام المعنوية. تمرين 1-1 نتيجة حساب مساحة مستطيل أضالعه 22.2 سم و 27.1 سم باآللة الحاسبة تظهر سم. أكتب النتيجة الصحيحة حسب مصداقية القراءات )1( )2( لحساب حجم قطعة من الخشب عينت األبعاد بإستخدام مسطرة وكان طول القطعة 9.7 سم وعرضها 5.2 سم. سمك القطعة عين بدقة بواسطة مسماك ليكون سم. حساب الحجم بواسطة اآللة الحاسبة يظهر النتيجة التالية: = حدد النتيجة الصحيحة حسب مصداقية القراءات تمرين 2-1 إذا كانت قياسات األطوال في 3 شجيرات: 41.7 سم 31.2 سم و 22.9 سم. أحسب متوسط طول الشجيرة مع مراعات قواعد األرقام المعنوية في العمليات الحسابية التدوين العلمي واألرقام المعنوية التدوين العلمي نظام أسي يعبر عن مضاعفات القيم أو الكسور العشرية للوحدات القياسية ويعبر عن األرقام بالصيغة: A 10 n على سبيل المثال عدد أفوجادرو يكتب بالترقيم التقليدي: 602,300,000,000,000,000,000, ويكتب بالتدوين العلمي : من ناحية أخرى كتلة ذرة هيدروجين تكتب بالترقيم التقليدي: جم وتكتب بالتدوين العلمي: جم 12

20 للتدوين العلمي أيضا أهمية في تحديد عدد األرقام المعنوية وبالتالي تحديد المصداقية القياس. مثال في القيمة جم ثالثة أرقام معنوية فقط. يتضح ذلك من إمكانية كتابة الرقم بالتدوين العلمي كما يلي: لقد إختفت األصفار وإتضح أن األصفار التي تقع يسار أول رقم غير صفري ليست أرقام معنوية. من ناحية أخرى يمكن اإلستفادة من التدوين العلمي لتوضيح عدد األرقام المعنوية في القيم الكبيرة. على سبيل المثال إذا كانت نتيجة قياس طول مسافة 16,000 متر فال يمكن التثبت من عدد األرقام المعنوية إال بإستخدام التدوين العلمي التي تتيح كتابة القيمة بعدد األرقام المعنوية المرغوبة )أربعة أو ثالثة أو رقمين معنويين(: ± المصداقية = م أربعة أرقام معنوية المصداقية = 0.01 ± ثالث أرقام معنوية م المصداقية = 0.1 ± رقمان معنويان م عرض األرقام بالتدوين العلمي لعرض الرقم 27,300 بالتدوين العلمي إبدأ بحساب األرقام من اليمين إلى اليسار وحتى خانة الكسر العشري التي تختارها. مثال من 0 وحتى )7300( 7 ثم أستخدم عدد الخانات )4( أس موجب على أساس عدد الخانات = 4 وهو األس الملحق بالقيمة ويكتب الرقم: لعرض الرقم بالتدوين العلمي أبدأ الحساب من أول رقم بعد العالمة العشرية وأحسب األرقام من اليسار إلى اليمين حتى خانة الكسر العشري التي تختارها مثال من 0 وحتى (00004( 4 واستخدم الرقم 5 أس سالب للعدد

21 مثال عب ر عن القيم التالية بالتدوين العلمي مع توضيح عدد األرقام المعنوية )أ( متر )ب( سم 3 2. عبر عن القيم التالية بالصيغة النموزجية: )أ( )ب( اإلجابة )أ( متر )ثالثة أرقام معنوية( سم 3 )ب( )أربعة أرقام معنوية( 32,500 1,000,600 )أ( )ب(.2 تحويل وحدات القياس بطريقة العامل المصنف طريقة العامل المصنف )التحليل البعدي( تتيح تحويل قيمة معينة إلى قيمة مقابلة بوحدة مختلفة دون أن يحدث تغيير في القيمة وذلك بإتباع عدد من الخطوات المتتالية ( ملحق 3(. 7-1 قياس الحرارة درجة الحرارة هي مقياس شدة الطاقة الحرارية. وهي فعليا تعبر عن متوسط الطاقة الحركية في الذرات و الجزيئات المكو نة لجسم. الوسيلة األكثر شيوعا لقياس درجة الحرارة هي مقياس الحرارة )الثيرمومتر( وهو أنبوب مدر يحتوي على سائل )عادة زئبق أو كحول( يتمدد بالحرارة. في مجال العلوم الطبيعية )مثل الكيمياء والفيزياء( تعي ن درجات الحرارة بوحدات سلزيوس )ºC( )درجات مئوية ) أو بالكلفن )K( وفي نطام ثالث تقاس درجة الحرارة بوحدات فهرنهايت ) (. سلم سلزيوس يحتوي على 100 وحدة تقابلها 180 وحدة في نظام فهرنهايت. 100 =

22 درجة الصفر في سلم سلزيوس ) 0( تعادل درجة تجمد الماء )درجة حرارة.)32 خليط يحتوي على ثلج وماء( وتقابل 32 درجة في سلم فهرنهايت ( من ناحية أخرى درجة غليان الماء تعادل 100 و 212 للتحويل من سلزيوس لفهرنهايت أضرب درجة سلزيوس في ( ) ثم أضف 32 5 = للتحويل من فهرنهايت لوحدات سلزيوس أطرح 32 ثم أقسم على 5 )أضرب في ) 9 = 5 ( 32 ) 9 درجة الحرارة في مقياس سلزيوس تمثل درجة الصفر في مقياس كلفن )0= K( ويطلق عليها الصفر المطلق وهي الدرجة التي تتوقف عندها حركة الذرات و تصل الطاقة الحركية إلى الصفر وهي مرحلة ال يمكن الوصول إليها عمليا. كلفن ورمزها )K( هي الوحدة القياسية الدولية Unit( )SI لقياس الحرارة. وحيث أنه ال يوجد مقياس حرارة خاص بكلفن فيمكن قياس الحرارة بدرجات سلزيوس وتحويلها إلى كلفن بإضافة )الوحدة في كلفن تعادل الدرجة في نظام سلزيوس(. T(K) = :أو بصورة مبسطة T(K) = نظام فهرنهايت يختلف عن النظم األخرى في قيمة الصفر وكذلك في مقدار الوحدة الدرجة الوحيدة التي يتساوى فيها )عدديا ( تدريج سلزيوس مع فهرنهايت هي الدرجة = 40 ال تلحق وحدة درجة وال الرمز )º( بقيم كلفن 15

23 اعتمد النظام الدولي للوحدات )SI( في 1960 بغرض توحيد نظم القياس. الوحدات المعتمدة شملت 7 وحدات أساسية هي وحدات قياس األطوال الكتلة الزمن درجة الحرارة كمية المادة التيار الكهربائي والتوهج. باالضافة للعديد من الوحدات المشتق ة. السوابق )أو البادئات( في الوحدات القياسية مثل كيلو- وسنتي- تستخدم للتعبير عن القيم الكبيرة جدا أو الصغيرة جدا. األرقام المعنوية هي األرقام التي تمثل نتيجة قياس و يستدل بها على مدى دقته. جميع األرقام غير الصفرية تعتبر أرقام معنوية و في أي قراءة هي أرقام موثوق بها القراءة. باستثناء أول رقم يمين األرقام الصفرية قد تكون أرقام معنوية أو قد ال تكون وذلك حسب قواعد متفق عليها. األرقام المعنوية في نتائج العمليات الحسابية تحدد حسب قواعد معينة متفق عليها. 16

24 1-1 ما هو القياس األكثر دقة في القراءات التالية )أ( 21 قدم )ب( 21.2 قدم ( ) قدم )د( قدم )هي( قدم 2-1 عرف األرقام الصفرية في القيم الحسابية ووضح متى تكون أرقام معنوية أو غير معنوية 3-1 احسب عدد األرقام المعنوية في القراءات التالية: ( ) جم )د( سم 2 )أ( متر )ب( دسم 3 )هي( كلم 4-1 عبرعن القيم التالية بالتدوين العلمي : 2,410, )أ( )ب( ) ( 5-1 في القراءات التالية ضع خط تحت األصفار التي تعتبر أرقام معنوية ثم أحسب عدد األرقام المعنوية في كل قراءة سم ( ) )أ( جم )ب( لتر )د( سم 2 )هي( قدم 6-1 اجر العملية التالية وقرب اإلجابة ألنسب عدد من األرقام المعنوية 2 سم سم سم العملية التالية وقرب اإلجابة ألنسب عدد من األرقام المعنوية جم سم 7-1 اجر 8-1 اجر العملية التالية وقرب اإلجابة ألنسب عدد من األرقام المعنوية 1 جم ( 1000 ملجم ) ملجم) ) سم 17

25 9-1 عين عدد األرقام المعنوية في القيم التالية 4, ) ( )أ( 4,345,000 )د( )ب( 2,000, )هي( )و( عين عدد األرقام المعنوية في القيم التالية )و( )أ( 220 )ب( ( ) 12,00240 )د( 124,470,000 )هي( )ح( )ز( 11-1 عبر عن األرقام التالية بالتدوين العلمي 6,020,000)1( 5,120,000,000 )2( 12-1 عبر عن األرقام التالية بالتدوين العلمي )أ( )ب( ( 251 ) )د( )و( 20,000,000 )برقمين معنويين( )ز( 20,000,000 )هي( 1560 )3 أرقام معنوية( إذا كانت الكتلة الحقيقية لعينة من الماء تساوي )األدنى المصداقية( في القراءات التالية: جم. حدد القياس األعلى مصداقية 13-1 ( ) 35 جم )د( جم )هي( )أ( جم )ب( اكتب اإلجابة الصحيحة للعمليات التالية مستخدما التدوين العلمي واألعداد المناسبة من األرقام المعنوية: )أ( )ب( ) ( 15-1 اجر العمليات التالية واكتب النتيجة باألعداد الصحيحة من األرقام المعنوية )أ( 7, )ب( ) ( عبر عن القيم التالية بالتدوين العلمي 16-1 )أ( 35,000,000,000 1,246 )ب( 11.7 ) ( )د( )هي( 18

26 17-1 ما ال يعتبر رقم محدد في ما يلي: )أ( عدد الدقائق في الساعة )ب( عدد الدرجات في الدائرة ( ) كتلة كأس فارغ )د( عدد الطالب في قاعة 18-1 حول الدرجات التالية من سلزيوس إلى فهرنهايت : 30 ) ( 0 )أ( 100 )ب( طول ضلعه 21.2 ملم يزن جم. أحسب كثافة ألمنيوم بوحدة جم\سم مكعب من ألمنيوم كم تكون قيمتها بوحدة كغم \لتر إذا كانت كثافة مادة تساوي 2.7 جم\سم 21-1 وضح معامالت التحويل التي يمكن إنشاؤها ألزوا الوحدات التالية: )أ( األمتار والكيلومترات )ب( اللترات والميكرولترات ( ) الثواني والمليثواني )د( الجرامات والسنتجرامات 22-1 حول الدرجات التالية من فهرنهايت إلى كلفن 6 ) ( 0 )أ( 55 )ب( 23-1 ينصهر الزئبق عند 234K وهي أدنى نقطة إنصهار فلز. أحسب نقطة إنصهار الزئبق بوحدة درجة فهرنهايت بواسطة ماصة دقيقة إلى 59.5 سم 3 من الكحول بواسطة سحاحة و سم أضيف سم 3 من الماء في مخبار مدر. أحسب الحجم الكلي للمحلول مع مراعاة المسافات العشرية وكتابة القيمة باألرقام المعنوية المناسبة جم أم القيمة أكبر عدد من األرقام المعنوية هل يكون في القيمة جم عبرعن القيم التالية بالتدوين العلمي وخمسة أرقام معنوية ,450, )أ( )ب( ) ( في تجربة لتعيين كثافة الماء قام 4 طالب بتعيين كتلة سم 3 من الماء و كانت تقارير التجارب باألرقام التالية: جم جم جم جم 27-1 حسب قواعد األرقام المعنوية يكون متوسط كتلة عينة الماء: 19

27 )أ( جم )ب( جم جم ) ( )د( جم عدد األرقام المعنوية في القيمة 4400 سم يساوي: ) ( )أ( 1 )ب( 2 )د( 4 عدد األرقام المعنوية في القيمة جم يساوي: ) ( )أ( 1 )ب( 2 )د( اكتب األرقام التالية بالترقيم التقليدي )أ( )ب( ( ) )د( 32-1 قرب القيم التالية لثالث أرقام معنوية )أ( 63,705 )ب( ) ( 20