Chemistry Data Book — Second Edition in SI
إعداد: J. G. Stark وH. G. Wallace
مقدمة: M. L. McGlashan
الناشر: John Murray، لندن
ISBN: 978-0-7195-3951-0
وهو مرجع مختصر من نحو 112–128 صفحة، مخصص لطلاب الكيمياء في مستوى A-Level والمراحل الجامعية التمهيدية. بيانات الطبعة، صفحة الناشر

ملخص الكتاب بالعربية

هذا الكتاب ليس كتابًا دراسيًا يشرح النظريات فصلًا بعد فصل، وإنما مرجع للبيانات والجداول الكيميائية. وظيفته تزويد الطالب بالقيم العددية والثوابت التي يحتاجها في حل المسائل، وتحليل التجارب، وفهم خواص الذرات والجزيئات والتفاعلات.

1. الرموز والوحدات الكيميائية

يبدأ الكتاب عادةً بتوضيح الرموز المستخدمة في الكيمياء والفيزياء الكيميائية، مع التركيز على النظام الدولي للوحدات SI، مثل:

المول لقياس كمية المادة.
الكيلوغرام والجرام للكتلة.
الكلفن لدرجة الحرارة.
الباسكال للضغط.
الجول للطاقة.
الكولوم للشحنة الكهربائية.
المتر المكعب والحجم المولي.
طرق تحويل الوحدات والبادئات مثل كيلو، ملي، ميكرو ونانو.

أهمية هذا القسم أنه يمنع الخلط بين الوحدات عند استخدام المعادلات الكيميائية، خصوصًا في الديناميكا الحرارية والكيمياء الكهربائية.

2. الثوابت الفيزيائية الأساسية

يجمع الكتاب قيم الثوابت اللازمة للحسابات، ومنها:

عدد أفوجادرو.
ثابت الغازات العام.
ثابت بولتزمان.
ثابت بلانك.
سرعة الضوء.
شحنة الإلكترون.
كتلة الإلكترون والبروتون والنيوترون.
ثابت فاراداي.
الحجم المولي التقريبي للغازات.

تُستخدم هذه القيم في مسائل الغازات، والطاقة، والبنية الذرية، والتحليل الكهربائي، وحساب عدد الجسيمات.

3. العناصر والخواص الذرية

يقدم الكتاب جدولًا دوريًا وبيانات مرتبطة بالعناصر، مثل:

العدد الذري.
الكتلة الذرية النسبية.
التوزيع الإلكتروني.
حالات التأكسد الشائعة.
أنصاف الأقطار الذرية والأيونية.
طاقات التأين.
الألفة الإلكترونية.
السالبية الكهربائية.
درجات الانصهار والغليان.
الكثافة والبنية البلورية لبعض العناصر.

يساعد هذا القسم على تفسير الاتجاهات الدورية؛ فطاقة التأين تزداد عمومًا عبر الدورة، بينما يزداد نصف القطر الذري عند النزول في المجموعة.

4. خواص الجزيئات والروابط

يحتوي المرجع على بيانات تساعد في دراسة البنية الجزيئية، ومنها:

أطوال الروابط.
طاقات الروابط.
زوايا الروابط في بعض الجزيئات.
العزوم القطبية.
الكتل الجزيئية.
بعض بيانات الأطياف والاهتزازات الجزيئية.

تُستخدم طاقات الروابط لتقدير حرارة التفاعل:

\[ \Delta H \approx \sum E(\text{الروابط المكسورة}) -\sum E(\text{الروابط المتكوّنة}) \]

إذا كانت الطاقة المطلوبة لكسر الروابط أكبر من الطاقة المنطلقة عند تكوين الروابط، يكون التفاعل ماصًا للحرارة، والعكس صحيح.

5. البيانات الثرموديناميكية

هذا من أهم أقسام الكتاب، ويشمل قيمًا معيارية مثل:

إنثالبي التكوين \(\Delta H_f^\circ\).
إنثالبي الاحتراق \(\Delta H_c^\circ\).
الإنتروبيا المولية \(S^\circ\).
طاقة غيبس الحرة \(\Delta G^\circ\).
السعة الحرارية.
طاقات الشبكة البلورية.
حرارة التبخر والانصهار.

تسمح هذه البيانات بحساب حرارة التفاعل باستخدام قانون هس:

\[ \Delta H^\circ_{\text{reaction}} = \sum \Delta H_f^\circ(\text{النواتج}) - \sum \Delta H_f^\circ(\text{المتفاعلات}) \]

كما تساعد طاقة غيبس في تحديد إمكانية حدوث التفاعل تلقائيًا:

\[ \Delta G = \Delta H-T\Delta S \]

عندما تكون \(\Delta G\) سالبة، يكون التفاعل ممكنًا تلقائيًا في الظروف المحددة.

6. الاتزان الكيميائي والأحماض والقواعد

يورد الكتاب بيانات مرتبطة بالاتزان، مثل:

ثوابت الاتزان \(K_c\) و\(K_p\).
ثوابت تأين الأحماض \(K_a\).
قيم \(pK_a\).
ثوابت تأين القواعد.
حاصل تأين الماء.
ثوابت ذوبان الأملاح \(K_{sp}\).
ثوابت تكوين المعقدات الفلزية.

تُستخدم هذه القيم في حساب:

الرقم الهيدروجيني \(pH\).
قوة الحمض أو القاعدة.
اتجاه التفاعل.
ترسيب الأملاح.
استقرار الأيونات المعقدة.

فكلما انخفضت قيمة \(pK_a\)، كان الحمض أقوى عادةً.

7. الكيمياء الكهربائية

يحتوي الكتاب على جهود الاختزال القياسية لأنصاف الخلايا، ومنها أزواج مثل:

\[ \mathrm{Zn^{2+}/Zn},\qquad \mathrm{Cu^{2+}/Cu} \]

ومن هذه القيم يمكن حساب جهد الخلية:

\[ E^\circ_{\text{cell}} = E^\circ_{\text{cathode}} - E^\circ_{\text{anode}} \]

إذا كانت النتيجة موجبة، يكون تفاعل الخلية ممكنًا تلقائيًا في الظروف القياسية. وتفيد الجداول أيضًا في توقع:

العامل المؤكسد الأقوى.
العامل المختزل الأقوى.
اتجاه انتقال الإلكترونات.
نواتج التحليل الكهربائي.
العلاقة بين جهد الخلية وطاقة غيبس.

8. حركية التفاعلات

يوفر قسم الحركية بيانات ومفاهيم مرتبطة بـ:

ثابت سرعة التفاعل.
رتبة التفاعل.
زمن نصف العمر.
طاقة التنشيط.
معادلة أرهينيوس.
تأثير الحرارة والمحفزات في سرعة التفاعل.

العلاقة الأساسية هي:

\[ k=Ae^{-E_a/RT} \]

وتوضح أن ارتفاع درجة الحرارة يزيد ثابت السرعة، لأن نسبة أكبر من الجزيئات تصبح قادرة على تجاوز حاجز طاقة التنشيط.

9. البيانات غير العضوية

يجمع الكتاب معلومات عن المركبات والأيونات غير العضوية، مثل:

الذوبانية في الماء.
ألوان الأيونات والمركبات.
حالات التأكسد.
التفاعلات المميزة.
خواص الأكاسيد والهاليدات والكبريتيدات.
ثوابت استقرار المعقدات.
أنصاف أقطار الأيونات.
طاقات الشبكات البلورية.

ثوابت الاستقرار مفيدة خصوصًا في دراسة معقدات الأمونيا والسيانيد وEDTA. وكلما ارتفعت قيمة ثابت التكوين، كان المعقد أكثر استقرارًا عادةً.

10. البيانات العضوية

يتضمن القسم العضوي معلومات مرجعية عن:

المجموعات الوظيفية.
تسمية المركبات.
درجات غليان وانصهار مركبات مختارة.
الكثافة والذوبانية.
الحموضة والقاعدية.
تفاعلات الكشف النوعي.
خواص الهيدروكربونات والكحولات والألدهيدات والكيتونات والأحماض والأمينات.
بعض البيانات الطيفية اللازمة للتعرف إلى المركبات.

هذا القسم لا يشرح آليات التفاعلات بالتفصيل، لكنه يوفر القيم التي تساعد على مقارنة المركبات وتحديد هويتها.

القيمة العملية للكتاب

الهدف الأساسي من الكتاب هو تدريب الطالب على استخراج المعلومة من الجدول ثم استخدامها في الحساب أو الاستنتاج. ومن أمثلة استخداماته:

حساب حرارة تفاعل من إنثالبيات التكوين.
مقارنة قوة الأحماض باستخدام \(pK_a\).
توقع اتجاه تفاعل أكسدة واختزال.
حساب جهد خلية كهروكيميائية.
تحديد احتمال ترسب ملح.
مقارنة استقرار المعقدات.
تفسير الاتجاهات في الجدول الدوري.
التعرف إلى مركب مجهول من خواصه الفيزيائية أو الطيفية.

وبذلك فالكتاب أشبه بـ«صندوق أدوات رقمي» للكيمياء، وليس كتابًا للحفظ أو القراءة المتسلسلة. ونظرًا إلى قِدم هذه الطبعة، فقد تختلف بعض الكتل الذرية والثوابت الدقيقة قليلًا عن القيم الحديثة المعتمدة، لكن المبادئ وطريقة استعمال الجداول ما تزال صالحة.

Nuffield Foundation. Science Teaching Project