الكيمياء المدرسية — من الصف الأول إلى الصف الثاني عشر · Grades 1–12
4الهواء خليط من الغازات
في يوم عاصف تشد الطائرة الورقية خيطها، وعلى البحيرة يمتلئ الشراع ويدفع القارب إلى الأمام. ثمة شيء يدفعهما، ومع ذلك لا نرى شيئًا. هذا الشيء هو الهواء. لا نستطيع أن نراه، لكنه في كل مكان من حولنا، يملأ كل قارورة فارغة وكل غرفة، وندخله إلى أجسامنا مع كل نفس. فمِمَّ يتكون الهواء؟
ما تعرفه من قبل
الخلط أن نضع أشياء مختلفة معًا؛ وما نحصل عليه خليط من هذه الأشياء، ولا يضيع شيء حين نخلطها (الفصل 2).
4.1 الهواء في كل مكان من حولنا
مثال 4.1 (كأس مقلوبة)
نضغط منديلًا ورقيًا جافًا في قاع كأس فارغة. ثم نقلب الكأس وندفعها مستقيمة إلى الأسفل في وعاء ماء. وحين نرفعها من جديد نجد المنديل لا يزال جافًا. لم تكن الكأس فارغة: كانت مملوءة بالهواء، والهواء منع الماء من الدخول.
ملاحظة 4.2 (الهواء غاز)
الهواء غاز: ليس له شكل خاص به، وينتشر ليملأ أي وعاء. وهو مع ذلك مادة، فالبالون المملوء بالهواء أثقل قليلًا من البالون نفسه فارغًا. أما ما هي الغازات، ولماذا تسلك هذا السلوك، فيرويه كتاب الفيزياء.
4.2 الهواء خليط
تعريف 4.3 (الهواء)
الهواء خليط الغازات الذي يحيط بالأرض. وهو ليس غازًا واحدًا: بل تختلط فيه عدة غازات، ويمكن أن يُفصل بعضها عن بعض.
قضية 4.4 (مِمَّ يتكون الهواء)
إذا تركنا جانبًا بخار الماء الذي فيه، فالهواء يتكون من:
- النيتروجين، نحو أربعة أخماس الهواء؛
- الأكسجين، نحو خمس الهواء؛
- قليل من الأرغون، نحو جزء واحد من 100؛
- قليل جدًا من ثنائي أكسيد الكربون، نحو 4 أجزاء من 10 000، ومقادير ضئيلة من غازات أخرى.
ويحمل الهواء أيضًا بخار الماء، وهو لا يُرى: قليلًا جدًا في يوم بارد جاف، وحتى نحو 4 أجزاء من 100 في يوم حار رطب.
مثال 4.5 (مئة قارورة من الهواء)
تخيّل 100 قارورة من الهواء الجاف، وقد فُرزت غازات الهواء في قوارير منفصلة. فنحو 78 قارورة تحوي النيتروجين، و21 قارورة الأكسجين، والقارورة الأخيرة الأرغون، ومعه ما يعادل بضع قطرات من ثنائي أكسيد الكربون وغازات أخرى.
ملاحظة 4.6 (أسماء الغازات)
النيتروجين والأكسجين والأرغون وثنائي أكسيد الكربون أسماء غازات. كلها عديمة اللون ولا رائحة لها. وسيبيّن فصل لاحق مِمَّ يتكون كل منها، وصولًا إلى الجسيمات الدقيقة التي تتكون منها كل المادة.
4.3 ما نستنشقه وما نزفره
قضية 4.7 (هواء الزفير)
الهواء الذي نزفره ليس هو الهواء الذي استنشقناه. فجسمنا يأخذ بعض الأكسجين ويطرح ثنائي أكسيد الكربون وبخار الماء:
مثال 4.8 (غرفة مزدحمة)
في قاعة صغيرة نوافذها مغلقة يزفر ثلاثون شخصًا ثنائي أكسيد الكربون طوال الصباح. فيقل الأكسجين في هواء الغرفة شيئًا فشيئًا ويكثر ثنائي أكسيد الكربون، ويشعر الناس بالتعب. وفتح النوافذ يُدخل الهواء النقي من جديد.
ملاحظة 4.9 (لماذا يتنفس الغواصون الهواء)
تُملأ قارورة الغواص بهواء مضغوط في حيز صغير، لا بأكسجين نقي: فتنفس الأكسجين النقي في الأعماق خطر. والنيتروجين الذي في الهواء موجود ليخفف الأكسجين.
4.4 الأكسجين للحياة وللنار
قضية 4.10 (الكائنات الحية واللهب تستهلك الأكسجين)
من بين غازات الهواء كلها، الأكسجين هو الذي تحتاج إليه الكائنات الحية واللهب. فالحيوانات والناس يأخذونه حين يتنفسون؛ واللهب يأخذه من الهواء المحيط به. أما النباتات الخضراء فتعيد الأكسجين إلى الهواء في ضوء النهار.
في المختبر — شمعة تحت ناقوس
يشعل المعلم شمعة على بلاطة ويُنزل فوقها ببطء ناقوسًا زجاجيًا كبيرًا. فيصغر اللهب ويرتعش ثم ينطفئ بعد بضع ثوانٍ: فالهواء حول اللهب لم يعد يحوي ما يكفي من الأكسجين ليبقيه مشتعلًا. وتحت ناقوس أكبر بمرتين تشتعل الشمعة نحو ضعف المدة، لأن فيه نحو ضعف الهواء، وبالتالي ضعف الأكسجين الذي يُستهلك.
ملاحظة 4.11 (النيتروجين لا يحترق)
النيتروجين هو الجزء الأكبر من الهواء، ومع ذلك فهو لا يبقي اللهب مشتعلًا ولا يستهلكه جسمنا. ولو كان الهواء كله نيتروجينًا لما استطعنا أن نتنفس، ولما احترق شيء.
4.5 تمارين
تمرين 4.1 ★
هل الهواء غاز واحد أم خليط؟ سمِّ الغازين الرئيسيين في الهواء.
حل
حل التمرين 4.1.
خليط. وغازاه الرئيسيان هما النيتروجين والأكسجين.
تمرين 4.2 ★
ما الكسر الذي يمثله النيتروجين من الهواء تقريبًا؟ وما الكسر الذي يمثله الأكسجين تقريبًا؟
تمرين 4.3 ★
في 100 لتر من الهواء الجاف، كم لترًا من النيتروجين تقريبًا؟ وكم لترًا من الأكسجين تقريبًا؟
حل
حل التمرين 4.3.
نحو 78 لترًا من النيتروجين ونحو 21 لترًا من الأكسجين.
تمرين 4.4 ★
نضع قارورة فارغة مقلوبة في حوض ماء. لماذا لا يملأ الماء القارورة؟
تمرين 4.5 ★
انظر إلى المخطط بالأعمدة. أي غاز يقل في هواء الزفير؟ وأي غاز يزيد؟
حل
حل التمرين 4.5.
الأكسجين أقل (16 جزءًا من 100 بدلًا من 21)، وثنائي أكسيد الكربون أكثر (4 أجزاء من 100 بدلًا من لا شيء تقريبًا).
تمرين 4.6 ★
أي غاز من غازات الهواء يحتاج إليه اللهب؟ وأي غاز من غازات الهواء نحتاج إليه حين نتنفس؟
تمرين 4.7 ★
انظر إلى الشكل الذي فيه 100 مربع. كم مربعًا يمثل النيتروجين؟ وكم مربعًا لا يمثله؟
حل
حل التمرين 4.7.
78 مربعًا تمثل النيتروجين؛ و مربعًا لا تمثله.
تمرين 4.8 ★
لماذا تنطفئ شمعة تحت ناقوس بعد مدة؟
حل
حل التمرين 4.8.
يستهلك اللهب أكسجين الهواء الذي في الناقوس. وحين يبقى حول اللهب أكسجين قليل جدًا ينطفئ.
تمرين 4.9 ★
في 500 لتر من الهواء، كم لترًا من الأكسجين تقريبًا؟ (خُمس الهواء أكسجين.)
حل
حل التمرين 4.9.
خُمس 500 لتر: لتر من الأكسجين.
تمرين 4.10 ★★
لماذا يحسن أن نفتح نوافذ القاعة بين الحصص؟
حل
حل التمرين 4.10.
الناس في الغرفة يستنشقون الأكسجين ويزفرون ثنائي أكسيد الكربون. وفتح النوافذ يعيد الهواء النقي، وفيه أكسجين أكثر وثنائي أكسيد كربون أقل.
تمرين 4.11 ★★
تشتعل شمعة 10 ثوانٍ تحت ناقوس صغير. كم تقريبًا تشتعل تحت ناقوس يحوي ثلاثة أضعاف ذلك الهواء؟