انتاج الغاز الحيوي من المخلفات العضوية

أ - مقدمـــــة  
الغاز الحيوي  هو الغاز الذي ينتج من تحلل المواد العضوية بعيدآ عن الهواء,
وينتج عن عملية التحلل غاز الميثان بشكل رئيسي اضافة الى غاز ثاني أوكسيد الكربون وغازات أخرى,
وتبين الصورة المرفق جانبآ البكتريا المسببة لعملية التحلل.


‌ب - مكونات الغاز الحيوي
يتكون الغاز الحيوي من تحلل المواد العضوية في بيئة لاهوائية وينتج عن هذه العملية الغازات التالية:
1 - غاز الميثان: و نسبته تتراوح بين 50 الى 60 بالماية.
2 - غاز ثاني أوكسيد الكربون: ونسبته تتراوح بين 45 الى 35 بالماية.
3 - غازات مختلفة: وتشمل أول أوكسيد الكربون, الهيدروجين, كبريتيد الهيدروجين...الخ.

ويعتبر غاز الميثان الناتج الأهم لأنه غاز قابل للإحتراق.

‌ج - مواصفات غاز الميثان

يمتاز غاز الميثان بأنه غاز قابل للاشتعال, ويعطي لهب ازرق بدون دخان, ولكن اذا امتزج بالهواء يصبح هذا المزيج قابلآ للانفجار وبالمناسبة فإن كل الحوادث التي تحدث في مناجم الفحم سببها غاز الميثان وهذا هو حال الغاز المنزلي أيضآ, ومن ناحية اخرى فان لغاز الميثان تأثير سئ على ظاهرة الاحتباس الحراري حيث ان تأثيره يعادل 24 ضعف تاثير غاز ثاني أوكسيد الكربون, ومن ناحية السمية فغاز الميثان غير سام.

‌د - المواد الأولية المطلوبة لانتاج الغاز الحيوي

كما سبق وذكرنا ينتج الغاز الحيوي من تحلل المواد العضوية في بيئة لاهوائية وتشمل المواد العضوية سواءآ كانت مواد طازجة أو عبارة عن نفايات وتشمل ما يلي:

1 - الفواكه والخضروات.
2 - فضلات الطعام.
3 - روث الدواجن والمواشى.
4 - أوراق الشجر والمواد الناتجة عن عملية التعشيب.
5 - الورق غير المطبوع.
6 - ورق التواليت المستعمل أو المحارم الصحية, ورق الكرتون (بنسب قليلة).
7 - بالنسبة للسوائل يمكن إستخدام مياه المراحيض.

ويجب عدم خلط الفضلات الناتجة عن المواد المذكورة أدناه مع فضلات المواد المذكورة في القائمة السابقة:
1 - الزيوت والشحوم.
2 - اللحم والعظام.
3 - منتجات الألبان.
4 - الأسماك ومنتجاتها.
5 - أخشاب الأشجار والتبن.

إن السبب في عدم استخدام المواد الأربعة الأولى يعود الى أن تحللها ينتج غاز كبريتيد الهيدروجين والذي يعرف بغاز البيض الفاسد وهو غاز ذو رائحة نفاذة, يضاف الى ذلك تأثيره على عملية تحلل المواد العضوية حيث زيادة كمية الغاز قد تؤدي الى توقف عملية التحل. أما بالنسبة للأخشاب فهي غير قابلة للهضم من قبل البكتيريا المسببة للتحلل.

هـ - مصادر المواد الأولية المطلوبة لانتاج الغاز الحيوي
* المصدر الأول : من النفايات المنزلية 
إن المواد الأولية المطلوبة لانتاج الغاز الحيوي متوفرة في النفايات المنزلية حيث تشكل النفايات العضوية ما نسبته 50٪ على الأقل من وزن النفايات المنزلية, ومن المعروف أن معظم المدن تنتج كميات كبيرة جدآ من النفايات المنزلية غالبآ ما تردم في مطامر أو مدافن النفايات دون الاستفادة منها.

* المصدر الثاني : المباقر والمداجن 
ينتج عن عمل المداجن و المباقر كميات كبيرة من الروث الذي يمكن الاستفادة منه في توليد جزء من الطاقة اللازمة لهذه المداجن أو المباقر.

* المصدر الثالث : مصانع الأغذية ومصانع توضيب الخضار والفواكه وأسواق الخضار والفواكه.

* المصدر الرابع : الأراضى الزراعية التي يمتلكها الفلاحون  

يتوفر لدى الفلاحين كميات لا باس بها من فضلات المزروعات والتي تتمثل في الفواكه أو الخضروات التالفة أو المصابة أو المشوهة وبكميات كبيرة, وهذه الكميات كافية لأن توفر له الطاقة اللازمة لاستخدامات الفلاح المنزلية.

ويمكن للفلاح إستخدام نفايات المواد التالية لإنتاج الغاز الحيوي :
الخضروات والفواكه.
أوراق الشجر.
الروث الناتج عن تربية الماشية أو المداجن.

* المصدر الخامس : المزارع الخاصة, المجمعات السياحية والمطاعم خارج المدن.

و- إستخدامات الغاز الحيوي :
يستخدم الغاز الحيوي بشكل رئيسي في المجالات التالية
1 - الطبخ: يقدر استهلاك الفرد من الغاز الطبيعي ب 0.5 متر مكعب / يوميآ.
2 - الانارة : يمكن أن يستخدم أجهزة الاضاءة بالكيروسين المعروفة باللوكس للإضاء.

3 - توليد الكهرباء بواسطة المولدات صغيرة الحجم : يمكن تشغيل المحركات المخصصة لتوليد الكهرباء والمستخدمة على المستوى الفردي والتي تستخدم البنزين بعد استبدال الحاقن (الكربوراتور بآخر مخصص للوقود الغازي). ولكن نظرآ لأن عملية التوليد تستهلك كميات من الغاز الحيوي لذلك يفضل استخدام منظمتين واحدة تعمل بالغاز الحيوي والأخري بالوقود التقليدي (ديزل أو بنزين).

ز - المواد المتبقية من عملية التحلل : 

بعد إنتهاء تحلل المخلفات العضوية تخرج المواد الصلبة التي انتهى تخللها من مخرج الفائض على شكل مياه سوداء, وسواد المياه ناتج عن بقايا تحلل المخلفات العضوية بالهاضم, وإذا قمنا بتجفيف هذا السائل سوف يتبقى لدينا سماد عضوي أسود اللون ذو قيمة عالية, ويمتاز هذا السماد بتوازنه الطبيعي كما أنه قادر على تثبيت النيتروجين في التربة, ويمكن تخصيب التربة فيه إما مباشرة من خلال رش السائل الخارج من مخرج الفائض أو بعد تجفيفه ورشه البودرة الجافة المتبقية. وقد بينت الدراسات أن إنتاجية المحاصيل تزداد بنسبة من 30 الى 50 بالماية.

هناك فائدة أخرى للسائل الأسود الذي يفيض من الهاضم ألا وهو إستخدامه كخميرة عن تعبأة الهاضم لأول مرة, حيث أن إضافة هذا السائل وما يحويه من بكتيريا يسرع في بدء عملية الهضم.

‌

ح - حساب كمية الغاز الناتج عن تحلل النفايات العضوية وكمية الطاقة المنتجة

إن 1 طن من الفضلات العضوية يعطي تقريبآ من 100 الى 400 متر مكعب من غاز الميثان ويعتمد ذلك على:
1 - كفاءة الهاضم المستخدم.
2 - درجة الحرارة المرافقة لعملية التحلل, إن درجة الحرارة المثلى تتراوح من 32 الى 37 درجة, وبالتالي اذا هبطت درجة الحرارة عن 15 فان عملية التحلل سوف تتوقف.
3 - توافر الرطوبة المناسبة فالبيئة الصحراوية لا تساعد على عملية التحلل ولذلك يجب ترطيب النفايات حتى نسمح لعملية التحلل بالاستمرار.
4 - كما تأثر نعومة هذه الفضلات على سرعة التحلل, فمثلآ النفايات المطحونة تعطى غاز بسرعة أكبر من النفايات الغير مطحونة.

الطاقة الناتجة عن الميثان الحيوي :
تقاس الطاقة الناتجة عن الميثان الحيوي بالكيلوكالوري/متر مكعب من الغاز, ويعطي غاز الميثان الصافي طاقة تعادل 9000 كيلوكالوري/متر مكعب في درجة حرارة 15 وضغط جوي واحد, أما الغاز الحيوي فيعطي طاقة تتراوح بين 4000 الى 7000 كيلوكالوري/مترمكعب وللمقارنة فان 1.33 الى 1.87 متر مكعب من الغاز الحيوي يعادل ليتر من الغازولين, كما أن 1.5 الى 2.1 مترمكعب من الغاز الحيوي يعادل ليتر من الديزل.

وللتسهيل نقدم المعطيات التالية :
* ان 1 متر مكعب من الغاز الحيوي يمكن أن يولد طاقة كهربائية ومن خلال مولد طاقة كهربائية صغير ومتنقل تساوي 1.8 كيلوات/ساعة, وهذا يعني تشغيل 18 لمبة استطاعة كل واحد منها 100 وات لمدة ساعة.
* اذا اردنا استخدام هذه الطاقة في استخراج المياه فيمكننا باستخدام الغاز الحيوي رفع 48 متر مكعب من الماء وذلك باستخدام مضخة غاطسة بقوة 1.5 حصان واستطاعة 1.1 كيلووات وذلك عند تشغيلها مدة 4 ساعات يوميآ .

ط - نماذج من أجهزة إنتاج الغاز الحيوي مصنعة بطرق يدوية
هناك العديد من التصماميم الخاصة بأجهزة إنتاج الغاز الحيوي وبكافة الأحجام, ولكن وبشكل عام يمكن تصنيعها يدويآ وهى غير معقدة وغير مكلفة.

الجهاز المبين أدناه يمكن تصنيعه بسهولة  وذلك من خلال استخدام البرميل المعدني المستخدم في تخزين الزيوت المعدنية ويبلغ حجم هذا البرميل 159 ليتر, ويمكن أن نضيف للتصميم المبين أدناه فتحة سفلية تكون قرب القاعدة مزودة بسدة معدنية مع مطاط مانع لتسرب السوائل وذلك لإستخدامه في تفريغ البرميل بعد إنتهاء عملية التحلل.

منقول:http://www.alnazafa.com/?page=show_det&category_id=8&id=35&lang=ar&lang=ar

حمض الفوسفوريك

أكثر الأحماض الفوسفورية شيوعاً. يستخدمه المصنّعون في صنع تركيبات فوسفورية غير عضوية، وفي الأسمدة، والمشروبات الخفيفة والعصير المركز ذي النكهة، وملح الحمض مع الصوديوم (Na3PO4) مُليِّن مائيّ ممتاز. والأسطح الفلزية المعالجة بحمض الفوسفوريك لها مقاومة عالية ضد التآكل.


يتم الحصول على حمض الفوسفوريك بواحدة من عمليتين:

في العملية الرطبة، تعالج معادن الفوسفات التي توجد في الطبيعة بحمض الكبريتيك،
وفي العملية الحرارية، فإن الفوسفور الخالص يستعمل ليُكون أكسيد الفوسفور الخماسيّ P2O5، الذي ينتج الحمض عندما يتحلل في الماء. ويُكوّن حمض الفوسفوريك الخالص بلورات عديمة اللون تنصهر عند حوالي 42,4° م، وهي سريعة التحلل في الماء. ويطلق على حمض الفوسفوريك تقنيًا حمض الأَرثوفوسفوريك. وصيغته الكيميائية هي H3PO4.

حَمْض الفوسفوريك أكثر الأحماض الفوسفورية شيوعاً. يستخدمه المصنّعون في صنع تركيبات فوسفورية غير عضوية، وفي الأسمدة، والمشروبات الخفيفة والعصير المركز ذي النكهة، وملح الحمض مع الصوديوم (Na3PO4) مُليِّن مائيّ ممتاز. والأسطح الفلزية المعالجة بحمض الفوسفوريك لها مقاومة عالية ضد التآكل.

عسر الماء

الماء العسر: هو ماء عادي يذوب به نسبة عالية من الأملاح وخاصة الكالسيوم والماغنسيوم। وتأتي هذه الأملاح نتيجة سريان الماء في الصخور والتربة وإذابة هذه الأملاح والسريان بها وكلما زادت نسبة أملاح الكالسيوم والماغنسيوم في الماء زاد عسر الماء. ويمكن التعرف على الماء العسر بعدم ذوبان الصابون فيه وذلك لتفاعل هذه الأملاح مع الصوديوم في الصابون مكونة صابوناً معدنياً لا يذوب في الماء. وهذا هو سبب عدم تكون الرغوة المطلوبة في المياه العسرة.
وهناك عدة أنواع من درجات العسر والتي تختلف من بلد إلى آخر ويقسم الماء من ناحية عسره إلى نوعين:
(1) العسر المؤقت: ويرجع إلى احتواء الماء على بيكربونات الكالسيوم والماغنسيوم، ويمكن إزالة هذا العسر المؤقت بواسطة التسخين.
(2) العسر الدائم: ويرجع إلى احتواء الماء على كلوريد وكبريتات الكالسيوم والماغنسيوم، ولا يمكن إزالة هذا العسر بواسطة التسخين ولذلك فإن استعمال هذا الماء في الغلايات يؤدي إلى ترسيب مادة كبريتات الكالسيوم والماغنسيوم على هيئة طبقة صلبة يصعب ازالتها تؤدي إلى تلف الغلايات. وإزالة هذا العسر الدائم يحتاج إلى تفاعلات كيميائية ولا يتم بواسطة التسخين.
والماء العسر ليس ضاراً بالصحة ولكنه مزعج في استخدامه ومن هذه الأمثلة:
1- يؤثر على كمية الكالسيوم والماغنسيوم في الطعام.
2- تكون بقع على الأطباق والأكواب بعد جفافها وذلك لترسيب ما به من أملاح على مختلف الأدوات.
3- يؤثر على الشعر وعلى طبيعته وحيويته.
4- ترسيب الأملاح الموجودة في الماء العسر داخل أنابيب المياه يؤدي إلى عدم انسياب المياه بالكمية المطلوبة وبالتالي يصعب استخدامها في الحياة العادية والعملية.
5- الاستحمام بالمياه العسرة يؤدي إلى وجود طبقة من الصابون اللزج على الجلد مما يساعد على ترسيب الأوساخ والغبار والبكتيريا الضارة على الجلد ومن الصعب إزالتها، وتؤدي هذه الطبقة إلى فقد حيوية الجلد ولمعانه وتؤدي إلى تهيج الجلد والتهابه.
6- استخدام المياه العسرة في الغسيل تُعد مزعجة جداً وذلك لأنه لا يساعد في تكوين رغوة مع الصابون أو المنظفات مما يؤدي إلى زيادة استخدامها في عملية التنظيف، واستخدام الماء العسر في الغسيل يؤدي إلى عدم نظافة الغسيل وخاصة الأبيض منه وتحوله إلى اللون الرمادي مع فقد بياضه ونظافته لعدم إزالة الأوساخ جيداً كما يؤدي إلى اتلاف الملابس وعدم تحملها عمليات الغسيل فيما بعد وبالتالي فهي غير صالحة في عمليات الغسيل أو النظافة العامة أو الاستحمام كما انها تؤثر على نوعية وسلامة الملابس.
ولذلك يجب تحويل الماء العسر إلى ماء يسر إزالة عسر الماء (تطرية - تحلية الماء).

الأضرار الناتجة عن استعمال الماء العسر:
(1) في الغلايات والمواسير: يؤدي استعمال الماء العسر بنوعيه المؤقت والدائم في الغلايات إلى ترسيب أملاح الكالسيوم والماغنسيوم بالحرارة وزيادة تركيزها، ويؤدي وجود تلك الطبقات المترسبة إلى أضرار كثيرة منها:
(أ) تقليل التوصيل الحراري في مختلف الأوعية الحرارية.
(ب) صعوبة وعدم وصول الحرارة إلى السائل المسخن وبالتالي فقد وزيادة استهلاك الوقود.
(ج) يؤدي وجود تلك الطبقات المترسبة إلى تكون طبقة عازلة مما يؤدي إلى عدم تبريد الأجزاء الملامسة للهب تبريداً نسبياً، وبالتالي إلى ارتفاع درجة حرارة تلك الأجزاء بشكل خطر قد يؤدي إلى انفجار الغلايات.
(د) قد يؤدي الترسيب المتزايد إلى انسداد مواسير الغلاية وانفجارها.
(2) في الغسيل: يسبب استعمال الماء العسر استهلاكاً كبيراً في الصابون المعدني غير الذائب والذي يرسب على الأسطح المراد غسلها.
(3) في صناعة الغزل والنسيج: تترسب أملاح الحديدوز والمنجنيز على الأنسجة ثم تتأكسد إلى أملاح الحديدك التي تكون بقع سمراء على الأنسجة يصعب إزالتها.
(4) تكون الصدأ وتأكل المعدن.

تهيئة الماء: ومعناها تهيئة الماء للاستخدام الذي يُعد من أجله وهي تشمل إزالة العسر والتنقية:
(أ) إزالة عسر الماء (تطرية - تحلية الماء): وتتم بطرق مختلفة الغرض منها استبدال المعادن المسببة للقساوة أو العسر (الكالسيوم والماغنسيوم) بالصوديوم مما يؤدي إلى إزالة أو تقليل عسر الماء.
(ب) تنقية الماء: الغرض منها إزالة المواد العضوية وإزالة الكائنات الحية الدقيقة والجراثيم من الماء.
هناك ثلاث طرق لتطرية الماء بالتبادل الشاردي وهي:
1- دورة الصوديوم: وهي طريقة كيميائية تعتمد على إزالة أيونات الكالسيوم والماغنسيوم من الماء بإضافة أيونات الصوديوم بدلاً منها.
2- التيار المتفرغ.
3- نزع الشوادر.
والطريقة الرئيسية لتطرية الماء هي الطريقة الأولى وتتلخص هذه الطريقة بتمرير الماء القاسي (العسر) من خلال فرشة للمبادلات الكاتيوبية وهناك تستبدل شوادر المعادن المسببة للقساوة (الكالسيوم والماغنسيوم) بشوادر الصوديوم ويكون معدل التبادل سريعاً جداً ويتم بسهولة وبشكل كامل مهما كانت قساوة الماء. ومن هذه الطرق طريقة كيميائية وتعتمد على إزالة أيونات الكالسيوم والماغنسيوم من الماء بإضافة أيونات الصوديوم بدلاً منها ولابد أن تتم هذه الطريقة بدقة شديدة حيث يجب أن تضاف أيونات الصوديوم بنسبة معينة (حوالي 8ملجم لكل لتر) حتى لا تزيد نسبة الصوديوم في الماء.
التبادل الشاردي: يحدث تبادل شاردي في وسط ما عندما تستبدل شاردة أخرى، عندما يطبق هذا المفهوم على معالجة المياه فهذا يعني أن هناك تبادلاً معكوساً للشوارد بين الطور السائل والطور الصلب.
وهناك نوعان من التبادل الشاردي:
1- التبادل الكايتوني (التبادل القاعدي): هو استبدال شاردة موجبة (كاتيون) بشاردة موجبة أخرى.
الشوارد الموجبة التي يحتوي عليها الماء الطبيعي هي: الكالسيوم - الماغنسيوم - الصوديوم - الهيدروجين - الحديد - المنغنيز.
2- التبادل الأيوني (التبادل الحامضي): هو استبدال شاردة سالبة (أيون) بشاردة سالبة أخرى.
الشوارد السالبة التي يحتوي عليها الماء الطبيعي هي: الكلوريد - السلفات - النترات - الكربونات - الهيدروكسيد - الفلوريد.
لتحلية المياه العسرة: يتم استبدال أيونات الكالسيوم والماغنسيوم بأيونات الصوديوم بحيث تكون نسبة الصوديوم في الماء لا تزيد عن 8ملليجرامات/لتر. ولأن الماء العسر يحتوي على نسبة من أملاح صوديوم ينصح الأطباء مرضاهم وخاصة المصابين بضغط الدم المرتفع وأمراض القلب بعدم استخدام المياه المحلاة بهذه الطريقة الكيميائية (إضافة الصوديوم) واستخدام طرق أخرى لتحلية المياه. كما ينصح بعدم استخدام المياه اليسر في الزراعة أو ري الحدائق وذلك لما تحتويه من نسبة عالية من الصوديوم مما يؤثر على نمو النباتات المختلفة. كما أن الماء اليسر يساعد على ذوبان بعض المعادن مثل الرصاص الموجود في أنابيب المياه كما يؤدي إلى خطورة شديدة عند استخدامها نتيجة لامتصاص الرصاص الذائب.
الصوديوم: هو أكثر الكاتيونات الموجودة في سوائل جسم الإنسان والبلازما (أي خارج خلايا الجسم المختلفة) وهي تمثل 90% من مجموع الكاتيونات الموجودة في جسم الإنسان، ولذلك فهي تلعب دوراً حيوياً ومهماً في استقرار نسبة الماء والضغط الأسموزي في السوائل خارج الخلايا المختلفة في جسم الإنسان.
نسبة الصوديوم الطبيعية في جسم الإنسان البالغ السليم وليس في البلازما فقط تتراوح بين 135- 150مللي مول في اللتر.
ويتناول يومياً الإنسان العادي السليم من 130إلى 260مللي مول من الصوديوم (حوالي 8- 15جراماً) وهي تمتص كلها عن طريق الجهاز الهضمي، ويحتاج الإنسان الطبيعي من 1- 2مللي مول فقط من الصوديوم يومياً ولذلك فالزيادة في الصوديوم يتخلص منها الجسم عن طريق إخراج البول والعرق.
ويؤدي نقص الصوديوم في البلازما عن 135مللي مول/لتر إلى أعراض مرضية منها نقص كمية البول والشعور بالضعف العام وعدم القدرة على التركيز وسرعة ضربات القلب وهبوط حاد في ضغط الدم وخاصة عند الوقوف المفاجئ من وضع الجلوس أو الدم.
وتؤدي زيادة الصوديوم في البلازما عن 150مللي مول/لتر إلى أعراض مرضية مثل الجفاف والعصبية الشديدة نتيجة الجفاف داخل خلايا الجسم وظهور ارتعاش خفيف في اليدين والقلق الزائد والحركات العضلية غير الإرادية وعدم التركيز والزيادة الشديدة في أملاح الصوديوم قد يؤدي إلى غيبوبة.
وقد انتشرت في الآونة الأخيرة أجهزة لتحلية المياه تعتمد على انتزاع الكالسيوم والماغنسيوم من الماء وتطلق مكانها الصوديوم لتصبح المياه مشبعة بالصوديوم بطريقة عشوائية وبتركيز عال جداً مما يؤدي إلى عديد من الآثار الجانبية لمادة الصوديوم كما ذكر من قبل. ولذلك فلابد من توضيح هذه الآثار الجانبية لقرائنا الأعزاء آملين أن يكون ذلك تحذيراً لهم للاستخدام العشوائي لأجهزة تحلية الماء.

acid base titration

* acid-base reactions involve a proton transfer

* the acid donates a proton to the base

* acid-base reactions are also known as neutralisation reactions

acid + base -----> salt + water

acid A + base B -----> conjugate acid of base B + conjugate base of acid A
(Lowry-Brönsted theory)

* H+ + OH- ------> H2O is the most general neutralisation reaction

* Equivalence point is the point at which the moles of H+ is equal to the moles of OH-
An indicator is used to show the equivalence point during a titration

* A titration involves the progressive addition of one reactant from a burette
(usually the acid), to a known volume of the other reactant in a conical flask
(usually the base)

Calculations

1. Write the balanced chemical equation for the reaction

2. Extract all the relevant information from the question

3. Check that data for consistency, for example, concentrations are usually given in M or mol L-1 but volumes are often given in mL. You will need to convert the mL to L for consistency. The easiest way to do this is to multiply the volume in mL x 10-3

4. Calculate the moles of reactant (n) for which you have both the volume(V) and concentration(M) : n = M x V

5. From the balanced chemical equation find the mole ratio known reactant : unknown reactant

6. Use the mole ratio to calculate the moles of the unknown reactant

7. From the volume(V) of unknown reactant and its previously calculated moles(n), calculate its concentration(M): M = n ÷ V

Examples

1.

30 mL of 0.10M NaOH neutralised 25.0mL of hydrochloric acid.
Determine the concentration of the acid
1. Write the balanced chemical equation for the reaction
NaOH(aq) + HCl(aq) -----> NaCl(aq) + H2O(l)

2. Extract the relevant information from the question:
NaOH V = 30mL , M = 0.10M HCl V = 25.0mL, M = ?

3. Check the data for consistency
NaOH V = 30 x 10-3L , M = 0.10M HCl V = 25.0 x 10-3L, M = ?

4. Calculate moles NaOH
n(NaOH) = M x V = 0.10 x 30 x 10-3 = 3 x 10-3 moles

5. From the balanced chemical equation find the mole ratio
NaOH:HCl
1:1

6. Find moles HCl
NaOH: HCl is 1:1
So n(NaOH) = n(HCl) = 3 x 10-3 moles at the equivalence point

7. Calculate concentration of HCl: M = n ÷ V
n = 3 x 10-3 mol, V = 25.0 x 10-3L
M(HCl) = 3 x 10-3 ÷ 25.0 x 10-3 = 0.12M or 0.12 mol L-1

2. 50mL of 0.2mol L-1 NaOH neutralised 20mL of sulfuric acid.
Determine the concentration of the acid

1. Write the balanced chemical equation for the reaction
2NaOH(aq) + H2SO4(aq) -----> Na2SO4(aq) + 2H2O(l)

2. Extract the relevant information from the question:
NaOH V = 50mL, M = 0.2M H2SO4 V = 20mL, M = ?

3. Check the data for consistency
NaOH V = 50 x 10-3L, M = 0.2M H2SO4 V = 20 x 10-3L, M = ?

4. Calculate moles NaOH
n(NaOH) = M x V = 0.2 x 50 x 10-3 = 0.01 mol

5. From the balanced chemical equation find the mole ratio
NaOH:H2SO4
2:1

6. Find moles H2SO4
NaOH: H2SO4 is 2:1
So n(H2SO4) = ½ x n(NaOH) = ½ x 0.01 = 5 x 10-3 moles H2SO4 at the equivalence point

7. Calculate concentration of H2SO4: M = n ÷ V
n = 5 x 10-3 mol, V = 20 x 10-3L
M(H2SO4) = 5 x 10-3 ÷ 20 x 10-3 = 0.25M or 0.25 mol L-1

3. 25.0mL of 0.05M Ba(OH)2 neutralised 40.0mL of nitric acid.
Determine the concentration of the acid.

1. Write the balanced chemical equation for the reaction
Ba(OH)2(aq) + 2HNO3(aq) -----> Ba(NO3)2(aq) + 2H2O(l)

2. Extract the relevant information from the question:
Ba(OH)2 V = 25.0mL, M = 0.05M HNO3 V = 40.0mL, M = ?

3. Check the data for consistency
Ba(OH)2 V = 25.0 x 10-3L, M = 0.05M HNO3 V = 40.0 x 10-3L, M = ?

4. Calculate moles Ba(OH)2
n = M x V = 0.05 x 25.0 x 10-3 = 1.25 x 10-3 mol

5. From the balanced chemical equation find the mole ratio
Ba(OH)2 : HNO3
1 : 2

6. Find moles HNO3
Ba(OH)2 : HNO3 is 1 : 2
So n(HNO3) = 2 x n(Ba(OH)2) = 2 x 1.25 x 10-3 = 2.5 x 10-3 mol

7. Calculate concentration of HNO3: M = n ÷ V
n = 2.5 x 10-3moles, V = 40.0 x 10-3L
M = 2.5 x 10-3 ÷ 40.0 x 10-3 = 0.0625M or 0.0625 mol L-1

ما هو الفرق بين القلويات والقواعد ؟




العناصر القلوية

هي العائلة الاولى في الجدول الدوري وتضم العناصر: الليثيوم, الصوديوم, البوتاسيوم, الروبيديوم, السيزيوم والفرانسيوم...

لهذه العناصر طاقات تأين منخفضة مما يمنحها ميلا لفقدان الكترون التكافؤ الوحيد لديها... وتكون هذه الفلزات في مركباتها ايونات موجبة... وهي فعالة جدا بحيث لا نجدها في الطبيعة بصورة مستقلة...

تتفاعل عناصر هذه المجموعة مع الماء لانتاج غاز الهيدروجين وهيدروكسيد الفلز الملائم...

عند تعرضها للهواء, فإن هذه العناصر تتحد بسرعة مع الاكسجين مكونة عدة انواع من الاكاسيد...

القواعد

اما بالنسبة للقواعد فهي عبارة عن المواد التي تأخذ بروتونا لدى تفاعلها (اي ايون الهيدروجين الموجب) ...

ويمكن للتفاعل التالي ان يوضح ما ذكرته:

NH3 + H2O ----> NH4 + OH

مع توضيح ان NH4 هو ايون موجب و OH ايون سالب. التفاعل هنا بالشكل الصحيح.

نلاحظ ان الامونيا (NH3) اخذت بروتونا لذا فهي تعتبر قاعدة.

لقد كان هذا هو تعريف القاعدة حسب برونستد وهو المأخوذ به حاليا.. ولا اريد التطرق الى تعريفات القواعد التي سبقت هذا التعريف..

هنالك قواعد ضعيفة واخرى قوية... فالامونيا يدعى الكتروليت ضعيف لان القليل من جزيئاته موجود على شكل ايونات في الماء... اما الالكتروليت القوي فهو عبارة عن المادة التي تتحول جميع جزيئاته (او معظمها) الى ايونات في الماء.

الصباغة

أولا: قبل أن نشرع قي عملية الصباغة يجب أن يكون الخام الذي نريد صباغته قد تمت له عملية النصف بياض أو الغلية حسب اللون المطلوب من حيث كونه لون فاتح أو غامق يحتاج إلي نصف بياض أو غلية وقد لا يحتاج إلي هاتين العمليتين كما في صباغة البولي إستر فيكفي تنظيف الخام فقط بالماء أو مع بعض الإضافات المستخدمة ثانيا: قبل أن نقوم بالصباغة يجب إجراء بعض العمليات الهامة وهي كالأتي:- -إذا كان الخام قد تم له عملية نصف بياض فيجب التأكد من عدم تواجد أي بواقي للأكسجين ونقيس ذلك بالورق المخصص لذلك لأن وجود أي بواقي منه تتسبب في تكسير جزيئات الصبغة بعد ذلك - نحدد وزن الخام وهذا يكون معلوم لدينا قبل تحميل الماكينة وذلك لتحديد نسبة الماء المطلوب أي حساب Liquor Ratio حيث=1:10 Range of L।Rوكذلك تحديد وزن الصبغات المطلوبة (حيث أن وزن الصبغة يكون عبارة عن حاصل ضرب نسبة الصبغة لعينة المعمل X وزن الخام X 10 ) وكذلك نحدد كميات المواد المضافة كعوامل مساعدة مع الصبغة تبعا لكمية الماء داخل الماكينة والتي تم تحديدها حسب وزن الخام। - قبل الصباغة يجب معالجة عسورة الماء ((Hardnessعن طريق Sequester والتأكد من إزالة العسورة بقياس نسبتها في الماء بالورق المخصص لذلك؛ ثم نقوم بضبط قيمة الـ pH المطلوب الصباغة عندها عن طريق وضع Acetic acid حتي نصل إلي القيمة المطلوبة وهي غالبا pH= 5 : 5।5 ثالثا يوجد طرق عديدة للصباغة تختلف فيما بينها تبعا لنوع الخام المصبوغ ومن ثما نقوم بتحديد الطريقة المثلي للصباغة علي حسب نوع الخام الذي نريد صباغته من حيث كونه ( قطن – كتان – بولي إستر - داكرون - ........... إلخ إلخ ) وبالطبع تختلف أنواع الصبغات حيث يوجد صبغات خاصة فقط بصباغة القطن مثلا لا تصلح مع البولي إستر والعكس صحيح। وفيمــــــا يلي بعض الطرق المستخدمة في عالم الصباغة وتقسم تبعا لنوع الصبغة المستخدمة ونوع الخامات التي تقوم بصباغتها. 1- Reactive Dyeهذا النوع من الصبغة والتي تعرف بالصبغة النشطة أو Reactive dye مناسبة تماما لصباغة الخامات الآتية: ( قطن – كتان – فسكوز ) * أولا: المواد والكيماويات اللازمة لهذا النوع من الصباغة ودور كلا منها:- 1- ماء (Water) : ويجب أن يعالج من العسورة وتطبط له الـ pH كما سبق. 2- الصبغة (Dye): وهي التي تلعب الدور الأساسي في إعداد الألوان المطلوبة فقد تكون صبغة واحدة للون معين كالأصفر أو الأحمر أو الأزرق( إلخ...) يصبغ بها الخام ويسمي هذا النوع بصباغة Self Shade وقد يتكون اللون من مجموعة من الصبغات صبغتين أو أكثر يتحدو لتكوين لون معين أي عمل مزج أو خلط يسمي بـ Combination d

। 3- ملح (Salt ): ويستخدم الملح في الصباغة كوسيط بين الصبغة والخام فهو يقوم بنقل الصبغة من الماء وتوزيعها علي الخام ويوجد منه نوعان أساسيان هما - ملح كلوريد الصوديوم - ملح جلوبر أو كبريتات الصوديوم (Na2SO4 ) Sodium Sulphate 4- صودا اّش أو كربونات الصوديوم (Na2CO3 ) Sodium Carbonate: وتستخدم في تثبيت الصبغة علي الخام برفع قيمة الأس الهيدروجيني. 5- صودا كاوية Caustic Soda (NaOH) Sodium hydroxide: وتستخدم في حالة الألوان القاتمة التي تحتاج إلي نسبة كبيرة من الصبغة تؤدي بدورها إلي استخدام كمية كبيرة من الصودا اّش التي تستخدم كقاعدة فبدلا من هذا نضيف إلي جانب الصودا اّش قاعدة أخري تغني عن زيادة الصودا اّش هي الصودا الكاوية. 6- حمض الخليك CH3COOH: ويستخدم بعد الصباغة حيث يعطي الخام بعد صباغته حمام خل علي حرارة أقل من 60 درجة مئوية حتي لا يحدث له تكسير وذلك لمعادلة الخام بعد صباغته والتخلص من بقايا الصودا اّش أو الصودا الكاوية إن وجدت ويساعد في إزالة الزيادة من اللون علي الخام أي قطع اللون. 7- الصابون Soap : ويستخدم في نهاية عملية الصباغة للتنظيف تماما والتخلص من أي شوائب وبقايا للصبغة علي الخام في درجة حرارة تتراوح من 70 إلي 90 8- مثبت: أحيانا نحتاج بعد عملية الصباغة لعملية تثبيت للصبغة وذلك يكون بعد حمام الصابون حيث يسحب المثبت في وسط قيمة الأس الهيدروجيني له 5.5 pH= ونضبطها بـ Acetic acid ثانيا : الخطوات العملية للصباغة النشطة:- 1- نذيب الصبغة جيدا في ماء ساخن درجة حرارته لا تتعدي 80 درجة مئوية حيث تذاب الصبغة في عشر أضعاف وزنها ماء. 2- بعد التأكد من ذوبان الصبغة جيدا نقوم بسحب الصبغة تدريجيا(Dosing) علي الخام حتي لا يحدث صدمة تؤدي إلي تواجد تجمعات من الصبغة علي الخام تظهر كعيب بعد الصباغة لذا نقوم بسحب الصبغة تدريجيا خلال 15 دقيقة 3- بعد الإنتهاء من سحب الصبغة ننتظر 10 دقائق ثم نقوم بوضع أو بسحب الملح تدريجيا (Dosing) خلال نصف ساعة(30 دقيقة)تقريبا حيث نقسمه إلي ثلاث أو أربع دفعات وبعد الإنتهاء من وضعه ننتظر من 10دقائق إلي 15 دقيقة 4- بعد ذلك نقوم بسحب الصودا اّش بعد إذابتها جيدا في ماء نظيف ونسحبها أيضا تدريجيا (Dosing) خلال 30 إلي 40 دقيقة ( أما إذا كان هناك صودا كاوية ستوضع بعد ذلك نسحب الصودا اّش في نصف الزمن السابق خلال 15 إلي 20 دقيقة ) وبعد الإنتهاء من سحبها تماما ننتظر لمدة 10 دقائق قبل رفع الحرارة. 5- بعد ذلك نقوم برفع الحرارة تدريجيا gradually إلي 60 درجة مئوية بحيث نرفع درجة في الدقيقة ،( ودور الحرارة هو تثبيت الصبغة علي الخام ). وبعد الرفع إلي 60 درجة ننتظر لمدة ساعة كاملة حيث نكون في مرحلة الثبات حيث تقوم الحرارة بدورها في التثبيت. 6- في حالة استخدام صودا كاوية أثناء عملية الصباغة نقوم بعمل الأتي بعد رفع الحرارة 60 درجة مئوية ننتظر 10 دقائق ثم نقوم بسحب الصودا الكاوية تدريجياً خلال 15 دقيقة وبعدها نثبت الحرارة علي 60درجة لمدة ساعة. 7- بعد مرحلة الثبات لمدة ساعة نقوم بعمل Overflow أي شطف بالماء حتي نتخلص من بقايا المواد والصبغة ثم نعمل Drain أي صرف لكل الماء بما يحتويه من شوائب وصبغة. 8- بعد ذلك ندخل ماء جديد ونعطي حمام خل بحيث نسحب الخل علي الخام الذي تمت صباغته ورفع الحرارة إلي 60 درجة مئوية والإنتظار لمدة 10 دقائق ثم عمل Overflow لمدة 15 دقيقة ثم صرف الماء بما يحتويه أي عمل Drain 9- بعد ذلك نعطي حمام صابون علي ماء نظيف بحيث نسحب الصابون علي الخام الذي صبغ ثم رفع الحرارة من 70 إلي 90 درجة حسب الحاجة إلي ذلك والإنتظار لمدة 10 دقائق ثم عمل Overflow لمدة 15 دقيقة أو حتي ينقطع اللون ثم صرف الماء بما يحتويه أي عمل Drain وقد تحتاج بعض الألوان القاتمة(Dark Shade) إلي أكثر من حمام صابون حتي تقطع لون أو تحتاج أحيانا بعد حمام الصابون إلي حمام ماء علي درجة حرارة عالية (90 درجة مثلا ). 10- قد تحتاج بعض الألوان إلي مثبت فبعد حمام الصابون ندخل ماء جديد ونضبط الـ pH علي 5.5 بـ Acetic acid ثم نسحب المثبت بعد مزجه بالماء تدريجيا (Dosing) ) في درجة حرارة 40 درجة مئوية وننتظر لمدة 15 دقيقة ثم نصرف الماء بما يحتويه أي عمل Drain وبهذا تكون عملية الصباغة قد تمت؛ ثم يعصر الخام ويجفف وتجري له عملية تجهيز بعد ذلك.

المواد المستخدمة في عملية الصباغة

فوق أكسيد الهيدروجين

يعتبر ماء الاكسجين (فوق اكسيد الهيدروجين ) من المركبات الهامة جدا صناعيا نظرا لقدرته المؤكسدة المعتدلة والأهم من ذلك أن ناتج عمليةالأكسدة هو الماء أي أنه صديق للبيئة وهذه الأخيرة جعلته في هذه الفترة مهم جداحيث :
يستخدم كعامل مبيض ومطهر ومعقم لمجال واسع من التطبيقات منها :
مطهر للجروح – تبييض الشعر وتغيير لونه – تبييض الخيوط – معقم فى الصناعات التجميلية والدوائية وصناعة المنظفات وغيرها
تحضيره
يحضر صناعيا من تفاعل فوق أكسيد الباريوم مع حمض الكبريتيك لتترسب كبريتات الباريوم ويفصل فوق اكسيد الهيدروجين (ماء الأكسجيني ) وفق التفاعل الاتى :
BaO2 + H2SO4 --------------- BaSO4 + H2O2

الكلور

الكلور غازٌ سامٌّ ذو لون أصفر مخضرّ ورائحةٍ نفاذةٍ كريهة। يسبِّب الكلور تهيُّجًا في الأنف والحلق والرئتين، إلاّ أنه ينتج كلوريد الصوديوم ـ أي ملح الطعام ـ عندما يتَّحد مع فلز الصوديوم।
حضَّر عالم الكيمياء السويدي كارل ولهلم شيل الكلور لأول مرة عام 1774م، بعد معالجة حمض المورياتيك، أي حمض الهيدروكلوريك، بمادة ثاني أكسيد المنجنيز. وفي عام 1810، أكَّد عالم الكيمياء الإنجليزيّ السير همفري ديفي أنَّ الكلور عنصرٌ كيميائيّ.

مصادر الكلور. يوجد الكلور في الطبيعة في صورة مركبات فقط، ويتوافر بصفة رئيسية في معادن الكلوريد مثل كلوريد الصوديوم. وتوجد الكلوريدات في ترسبات الصخور الملحية ومياه البحر والبحيرات المالحة.

استخدامات الكلور يقتل الكلور البكتيريا في الماء، ولذا يُستخدم على نطاقٍ واسع في تنقية مياه الشرب ومياه حمَّامات السباحة. يتفاعل الكلور بشدة مع الهيدروجين في وجود ضوء الشمس لينتج كلوريد الهيدروجين. ويذوب هذا المركب في الماء فيعطي حمض الهيدروكلوريك الذي يستخدم في الصباغة وتنظيف المعادن.
ينتج الكلور، عند إذابته في هيدروكسيد الصوديوم، خليطًا من كلوريد الصوديوم وهيبوكلوريت الصوديوم. وكثيرًا ما استخدم هذا الخليط في قصر (تبييض) المنسوجات وفي التطهير.
ويستخدم أرباب الصناعات مركبات الكلور، في إنتاج الورق والبلاستيك ومبيدات الحشرات وسوائل التنظيف ومضادات التجمد. كما يستخدم الكلور أيضًا في إنتاج العقاقير الطبية ومواد الطلاء وفي صناعة منتجات النفط.
يحصل الصناعيون على غاز الكلور، بتمرير تيارٍ كهربائيّ في محاليل كلوريد الصوديوم المذاب في الماء. انظر: التحليل الكهربائي. وتنتج هذه العملية، في الوقت نفسه، مادة هيدروكسيد الصوديوم (الصودا الكاوية). وتمثل هذه العملية أساس إحدى أكبر الصناعات الكيميائية، وهي صناعة قلويات الكلور أو الكاويات الكلورية. ويمكن ضغط الكلور وتحويله إلى سائل.

خواصه الكيميائية. ينتمي الكلور إلى مجموعة العناصر اللافلزية المسماة الهالوجينات، أي مكونات الأملاح. ويتميز الكلور النقيّ بنشاطه الفائق كيميائيًّا، وينحو مثل غيره من الهالوجينات إلى الاتحاد مع العناصر الأخرى عن طريق تلقي الإلكترونات منها. وهو عاملٌ مؤكسدٌ قويّ ويتسبب في إطلاق إلكترونات المواد الأخرى.
يرمز للكلور في الكيمياء بالرمز Cl، وعدده الذريّ 17، ووزنه الذري 35,453، وتبلغ كثافته عند درجة حرارة 20°م نحو 0,00295جم/ سم§. ويمكن تكثيف غاز الكلور ليصبح سائلاً يغلي عند درجة حرارة – 34,05°م ويتجمد عند درجة حرارة -100,98°م.