ملخص الوحدة العاشرة: الأرض والغلاف الجوي – Earth and the Atmosphere لمادة الكيمياء للصف التاسع الفصل الدراسي الثاني المنهج العماني

نقدم لكم ملخص الوحدة العاشرة: الأرض والغلاف الجوي – Earth and the Atmosphere لمادة الكيمياء للصف التاسع الفصل الدراسي الثاني المنهج العماني

الدرس الأول: غازات الغلاف الجوي (10-1)

مكوّنات الهواء

يُعدّ الغلاف الجوي أحد أهم الموارد الطبيعية للأرض؛ فهو يوفر الهواء الذي نتنفسه ويحدّ من فقدان الحرارة المنعكسة ويحمينا من الأشعة فوق البنفسجية. الهواء مخلوط من عدة غازات؛ تشكّل النيتروجين نسبة 78%، والأكسجين 21%، والأرغون 0.9%، وثاني أكسيد الكربون حوالي 0.04%، فضلاً عن كميات ضئيلة من الغازات النبيلة كالهيليوم والنيون والكريبتون والزينون وبخار الماء بنسبة تتراوح بين 0.2% و4% حسب المكان. ثاني أكسيد الكربون على الرغم من نسبته الضئيلة (0.04%) يُعدّ مهماً جداً لعملية التمثيل الضوئي ودوره في تأثير الاحتباس الحراري.

الغازات النبيلة Noble Gases

الغازات النبيلة هي عناصر المجموعة الثامنة من الجدول الدوري، وتوجد في الغلاف الجوي بنسبة حوالي 1% مجتمعة. تتميز هذه الغازات بأنها شديدة الخمول لأنها لا تتفاعل مع غيرها من المواد في الظروف العادية، ويرجع ذلك إلى امتلاء مستويات طاقتها الإلكترونية الخارجية. يُستخدم الهيليوم في ملء البالونات ومحطات الطاقة، والأرغون في المصابيح الكهربائية ذات الأسلاك المعدنية الساخنة منعاً للاحتراق، ويُستخدم الزينون في إضاءة الملاعب والأنفاق. تبقى أن ذرات الغازات النبيلة مستقرة جداً كون مستواها الإلكتروني الخارجي ممتلئاً.

الدرس الثاني: مصادر تلوّث الهواء (10-2)

الاحتراق الكامل وغير الكامل

الاحتراق هو تفاعل المادة مع الأكسجين مُنتجاً كميات من الطاقة. الاحتراق الكامل Complete combustion يحدث عند توفر كمية وافرة من الأكسجين ويُنتج ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. احتراق الميثان احتراقاً كاملاً: CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l). أما الاحتراق غير الكامل Incomplete combustion فيحدث عند نقص الأكسجين وينتج أول أكسيد الكربون (CO) وهو غاز سام يمنع انتقال الأكسجين في الدم، إلى جانب ثاني أكسيد الكربون. 2CH₄(g) + 3O₂(g) → 2CO(g) + 4H₂O(l).

الغازات الملوّثة للهواء

من أبرز مصادر تلوّث الهواء: ثاني أكسيد الكبريت SO₂ الذي ينتج من احتراق الوقود الأحفوري المحتوي على الكبريت، وأكاسيد النيتروجين NOₓ التي تنتج من احتراق الوقود في محركات السيارات والأفران عند درجات حرارة عالية حيث يتفاعل النيتروجين والأكسجين في الهواء. هذه الغازات تذوب في قطرات المطر في الغيوم لتُكوّن أحماضاً، فينتج عنها المطر الحمضي Acid rain الذي يُلحق أضراراً جسيمة بالأشجار والأبنية والمواد المعدنية والأحياء المائية ويُحمّض التربة.

الاحتباس الحراري والتغيّر المناخي

الغازات الدفيئة Greenhouse gases كثاني أكسيد الكربون والميثان توجد طبيعياً في الغلاف الجوي وتحبس بعض الحرارة القادمة من الأرض فتمنعها من الفرار إلى الفضاء، وهذا ما يُسمى تأثير الدفيئة Greenhouse effect. ومع ازدياد تركيزات هذه الغازات بفعل الأنشطة البشرية (حرق الوقود الأحفوري، إزالة الغابات، الصناعة) ازدادت درجة حرارة الأرض. هذه الظاهرة تُسمى الاحترار العالمي Global warming وقد أدت إلى: ذوبان الجليد القطبي وارتفاع مستوى البحر، وارتفاع درجة حرارة سطح الأرض، وتكرار الظواهر المناخية القاسية، واحتمال تحوّل مناطق زراعية إلى مناطق جافة وبالعكس.

الدرس الثالث: حلّ مشكلة الغازات الملوّثة (10-3)

إزالة الكبريت من غاز المداخن

تُستخدم عملية إزالة الكبريت من غاز المداخن Flue gas desulfurisation للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت من محطات الطاقة. تمرّ الغازات الحمضية عبر طبقة من الجير (أكسيد الكالسيوم) الذي يمتص ثاني أكسيد الكبريت: SO₂(g) + CaO(s) → CaSO₃(s). وكبريتيت الكالسيوم الناتج أقل ضرراً على البيئة من ثاني أكسيد الكبريت. كما يُستخدم الوقود المنخفض الكبريت Low sulfur fuels في السيارات للحد من إنتاج ثاني أكسيد الكبريت.

المُحوِّل الحفّاز Catalytic Converter

المُحوِّل الحفّاز هو جهاز يُركَّب في نظام عادم السيارة للحدّ من التلوّث الناتج عنها. يحتوي على عُنصرَي الروديوم والبلاتين كعوامل حفّازة يُحوّلان الغازات الملوّثة كأول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين إلى غازات أقل ضرراً وفق المعادلات: 2CO(g) + O₂(g) → 2CO₂(g)، و 2NO(g) + 2CO(g) → N₂(g) + 2CO₂(g)، و 2NO(g) → N₂(g) + O₂(g). أصبح المُحوِّل الحفّاز إلزامياً قانونياً في كثير من الدول.

الدرس الرابع: منتجات من الأرض: الحجر الجيري (10-4)

الحجر الجيري Limestone

الحجر الجيري هو صخرة رسوبية تتكوّن رئيسياً من كربونات الكالسيوم CaCO₃. يتكوّن بشكل رئيسي في قاع البحار من بقايا الكائنات البحرية ذات الأصداف. يُعدّ الحجر الجيري من أكثر الصخور استخداماً في العالم ويُستخدم مباشرةً كمادة بناء أو كمادة أولية لصنع مُركّبات أخرى. يتفاعل الحجر الجيري مع الأحماض: CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). يُعاني الحجر الجيري من تأثيرات المطر الحمضي الذي يُسرّع تآكله ويُدمر منشآت الأبنية التاريخية.

تصنيع الجير الحي – أكسيد الكالسيوم

يتم تحويل الحجر الجيري إلى الجير أي أكسيد الكالسيوم Lime (CaO) عبر التسخين الشديد في أفران عالية الحرارة. هذا التفاعل يُسمى التفكّك الحراري Thermal decomposition. المعادلة: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g). الجير الحي عند إضافة الماء إليه يتحوّل إلى مخلوط قلوي ساخن جداً يُسمى ماء الجير محلول هيدروكسيد الكالسيوم. يُستخدم الجير الحي في: معالجة التربة الحمضية بالمزارع، وإزالة الكبريت من غازات المداخن، وصناعة الزجاج والأسمنت والرمل، والصناعات الحديدية لإزالة شوائب السليكا.

معالجة التربة الحمضية

تحتاج النباتات والمحاصيل الزراعية إلى تربة ذات نطاق معيّن من الرقم الهيدروجيني لنموّها الأمثل. فالحمضيات تُفضّل تربة تتراوح قيمة pH فيها بين 5.5 و6.5، والنباتات الجذرية كالجزر تُفضّل 5.5 إلى 7.5. إذا كانت التربة حمضية جداً يُضاف إليها الجير الحي (أكسيد الكالسيوم) أو الجير المُطفأ (هيدروكسيد الكالسيوم) لرفع قيمة pH وجعلها مناسبة للزراعة. حمض الكبريتيك من المطر الحمضي يتفاعل مع الكربونات في الأرض: CaCO₃(s) + H₂SO₄(aq) → CaSO₄(s) + CO₂(g) + H₂O(l). لمعالجة هذه الأضرار يُضاف الجير لتعادل التربة الحمضية.