الباب الخامس
الوقـــــــــــود
معظم أنواع الوقود عبارة عن مواد عضوية تتركب أساسا من عنصر الكربون والهيدروجين.
Ûتعريف الوقود:
هي مادة قابلة للاشتعال تتحد مع الأكسجين فتتحول الطاقة الكيميائية المختزنة إلي طاقة حرارية خلال تفاعل طارد.
Ûأنواع الوقود :
1-وقود عضوي. 2-وقود نووي: اليورانيوم - البلوتونيوم.
Ûصور الوقود العضوي :
1-وقود صلب ... -مثل: (الخشب – الفحم الحجري – فحم الكوك – فحم الأنثراسيت)
2-وقود سائل ... -مثل: (الجازولين – الكيروسين – مازوت – زيت الديزل)
3-وقود غازي ... -مثل: (الغاز الطبيعى – البيوتان - البروبان – الأستيلين – غاز الفحم)
4-وقود حيوي ... -مثل: (السكر – النشا – الدهون - الزيوت).
Ûتعريف الاحتراق :
هي عملية أكسدة سريعة يصحبها انطلاق طاقة حرارية وضوئية.
Û يتم الاحتراق بطريقتين :
1-أكسدة في وجود الأكسجين :
ïمثال: احتراق الوقود العضوي
وقود عضوى (C . H) + O2 CO2 + H2O + طاقة
2-أكسدة في غير وجود الأكسجين
ïمثال:
CL2 + H2 2HCL + طاقة
Û الأسس التي يبني عليها اختيار الوقود :
1-القيمة السعرية الحرارية للوقود تنتج عن احتراقه.
2-سهولة تخزين الوقود ونقله إلي أماكن استغلاله.
3-أنواع الشوائب الموجودة في الوقود.
4-مناسبة تركيب الوقود الكيميائي لآلة الاحتراق الداخلية.
5-استغلال الوقود ونواتج احتراقه في أغراض صناعية متعددة.
6-تأثير الوقود علي الكائنات الحية (يفضل الوقود الغير ملوث للبيئة).
7-تكاليف الإنتاج للوقود إذا كان محضرا صناعيا.
8-الكمية الموجودة منه في الطبيعة.
Ûتعريف الوقود الحفري :
هو الوقود الذي يستخرج من باطن الأرض مثل (الفحم – البترول – الغاز الطبيعي) ويطلق عليه الوقود التقليدى أو الغير متجدد أوالعضوى.
المناقشة
1-أكتب المصطلح العلمي الدال علي العبارات التالية :
1-مركبات تحتوي علي عنصري الكربون والهيدروجين فقط.
2-مواد عضوية قابلة للاشتعال تتركب أساسيا من عنصري الكربون والهيدروجين.
3-الوقود الذي يستخرج من باطن الأرض.
4-مواد قابلة للاشتعال عند اتحادها بالأكسجين تتحول طاقتها الكيميائية المختزنة فيها إلي طاقة حرارية.
5-عملية أكسدة سريعة يصاحبها انطلاق طاقة.
2-اختر الإجابة الصحيحة مما بين القوسين :
1-يتكون الوقود العنصري أساسيا من عنصري ..........
(الكربون والهيدروجين – الكبريت والهيدروجين – الكربون والأكسجين – الأكسجين والهيدروجين)
2-المركب ......... لا يعتبر من المركبات العضوية. (CH3COOH – CH4 – Na2CO3 – C2H5OH)
3-كل مما يأتي من أنواع الوقود الحفري ، عدا ...... (زيت البترول – الفحم – الكهرباء – الغاز الطبيعي)
4-يمكن تسمية زيت البترول بكل مما يأتي ، عدا ...........
(وقود حفري – وقود تقليدى – وقود حيوي – وقود غير متجدد)
5-من أمثلة الوقود الغازي ......... (الكيروسين – الأسيتلين – الجازولين – المازوت)
6-كل مما يأتي من أمثلة الوقود الحيوي ، عدا .... (الخشب – السكريات – النشويات – الدهون)
7-يتم المفاضلة بين أنواع الوقود المختلفة تبعا لـ .............
(مدي صعوبة تداولها – سهولة نقلها – قيمتها السريعة – جميع ما سبق)
8-في عملية الاحتراق تتحول الطاقة ......... المختزنة في الوقود إلي طاقة حرارية
(النووية – الكيميائية – الميكانيكية – الضوئية)
9-يتصاعد ....... عند احتراق أى وقود عضوي
(ثاني أكسيد الكربون وأكسجين – ثاني أسيد الكربون وهيدروجين – ثاني أكسيد الكربون وبخار ماء)
10-ينتج عند احتراق السكريات في الجسم طاقة ........ (ضوئية – حرارية – صوتية – جميع ما سبق)
3-وضح بالمعادلات الرمزية :
1-تفاعل احتراق ، لا يكون الأكسجين طرفا فيه.
2-تفاعل احتراق وقود عضوي.
4-صنف أنواع الوقود التالية ، مع ذكر أساس التصنيف :
1-المازوت 2-فحم الكوك 3-الجازولين 4-الوقود العنصري
5-الوقود الحفري 6-الوقود الغير متجدد 7-الاحتراق 8-النشويات
5-ما المقصود بكل من :
1-الوقود 2-الهيدروكربونات. 3-الوقود العضوي
4-الوقود الحفري 5-الوقود غير المتجدد 6-الاحتراق
6-علل لما يأتي :
1-الطاقة الشمسية هي مصدر جميع أنواع الوقود العضوي.
2-تسمية الوقود بالوقود الحفري.
3-تسمية زيت البترول والغاز الطبيعي بالوقود التقليدي.
4-صعوبة تداول الوقود النووي.
5-الوقود الغازي والوقود السائل أفضل من الوقود الصلب.
6-احتراق الغذاء في الجسم غير مصحوب بتولد طاقة ضوئية.
7-لا يعني تفاعل الأكسدة بالضرورة اتحاد المادة بالأكسجين.
أولا: زيت البتـــــــــــرول
هو زيت الصخر لأنه يوجد بين صخور القشرة الأرضية
هناك عدة نظريات لتفسير نشأة زيت البترول وأقربها للصواب هو الفرض العضوى
Ûالفرض العضوي في منشأ زيت البترول (رأى انجلر) :
زيت البترول تكون منذ ملايين السنين من تحلل المواد العضوية مثل النباتات والحيوانات البحرية ونتيجة للتغيرات الأرضية مثل الضغوط الكبيرة والحرارة الشديدة وكذلك بتأثير البكتريا علي المواد العضوية في الأعماق الكبيرة.
Ûالأدلة التي تثبت صحة الفرض العضوي :
1-وجود منابع البترول بجانب الشواطئ أو الصحاري.
2-وجود بعض الحفريات من أصل نباتي وحيواني بزيت البترول.
3-وجود سائل يشبه زيت البترول عند تقطير زيت السمك تحت ضغط مرتفع.
4-وجود عناصر النيتروجين والكبريت في تركيب زيت البترول.
Ûمكونات زيت البترول:
-مركبات عضوية : أهمها الهيدروكربونات.
-مركبات غير عضوية: بخار ماء - كبرتيت – أكسجين - نيتروجين
الجزء الرئيسي من مكونات زيت البترول هو الهيدروكربونات.
Ûتعريف الهيدروكربونات ... هي مركبات عضوية تحتوي علي عنصرى (الهيدروجين والكربون).
Ûتصنيف الهيدروكروبونات :
1-أليفاتية ...
أ-لا حلقية : ذات سلسلة مفتوحة : وتنقسم إلى :
-الكانات(C - C) -الكينات (C = C) -الكاينات (C º C)
روابط أحادية روابط ثنائية روابط ثلاثية
الميثان الإيثلين الاستيلين
CH4 C2H2 C2H4
ب-حلقية : ذات سلسلة مقفلة مثل الهكسان الحلقى C6H12
2- أروماتية ... مثل البنزين (العطرى) الحلقى C6H6
õ ملحوظة:
الهيدروكربونات الأروماتية مركبات تحتوي علي حلقة سداسية واحدة علي الأقل بها ثلاث روابط ثنائية (مزدوجة) بالتبادل مع الروابط الأحادية.
تكرير البترول
×الفصل: يتم فيه فصل كل مكون على حده لاستخدامه فى غرض معين.
×التحويل: يتم فيه تحويل بعض المركبات الأقل استخداما إلى مكونات أكثر استخداما.
×التنقية: يتم فيها تخليص مكونات البترول من المواد التى تسبب تلوث البيئة.
Ûأولا : الفصل :
فصل كل مكون من مكونات زيت البترول إلي عدة مكونات بقصد استخدامها في غرض معين.
يتم فصل خليط زيت البترول من المكونات الأخري بواسطة (برج التقطير التجزيئي)
×تعريف التقطير التجزيئي: هي عملية فصل عدة سوائل ممتزجة مع بعضها ومختلفة في درجة غليانها.
عند التسخين يتطاير السائل الأقل في درجة الغليان ثم يكثف وعليه باقي السوائل بالتتابع حسب الزيادة في درجة الغليان.
? علل : لا يصلح التقطير العادي في فصل مكونات زيت البترول.
لأن البخار الناتج من تسخين الخليط سيحتوي علي أكثر من سائل واحد ، وبالتالي سيكون السائل المقطر غير نقي ، وتكون نسبة السائل الأقل في درجة الغليان أعلي من نسبة أى سائل آخر.
×برج التقطير التجزيئي :
õ ملحوظة: توجد علاقة بين الكتلة الجزيئية ودرجة الغليان.
الأجزاء الخفيفة التي تحتوي علي عدد أقل من ذرات الكربون تخرج من أعلي البرج والأجزاء الثقيلة تخرج من أسفل البرج.
× نواتج التقطير التجزيئي لزيت البترول :
1-نواتج غازية (خفيفة): مثل (الميثان – الإيثان – البروبان – البيوتان)
2-نواتج سائلة (متوسطة) :
أ-سوائل خفيفة مثل (الجازلين – الكيروسين) ب-سوائل ثقيلة مثل ( زيت الديزل – السولار – شمع البارافين)
3-نواتج صلبة : مثل (الأسفلت – القار – نسبة من فحم الكوك)
Ûثانيا: عملية التحويل :
تحويل نواتج تقطير زيت البترول ذات الوزن الجزيئى الكبير زدرجة الغليان العالية والأهمية الإقتصادية المنخفضة إلى نواتج ذات وزن جزيئى أقل ودرجة غليان منخفضة وأهمية إقتصادية كبيرة مثل زيادة نسبة الجازولين الأكثر استخدام من نواتج التقطير.
?علل: لماذا دعت الضرورة إلي عملية التحويل في مجال تكرير البترول الخام.
لأنه إذا قلت عدد ذرات الكربون في الهيدروكربون كلما زادت قيمته الاقتصادية وزيادة نسبة الجازولين الناتج من تقطير البترول.
× طرق التحويل :
* أ-عملية التكسير :
تتم بانحلال الجزيئات الكبيرة إلي جزيئات أصغر.
C20 – C12 كيروسين ومازوت إلى C5 – C10 جازولين
وتتم عملية التكسير بإحدي الطريقتين :
1-التكسير الحراري :
تتم بدرجة عالية حوالي 500م5 وتحت ضغط مرتفع (250 – 750رطل / بوصة2) يشتمل الجازولين المحضر بالتكسير الحراري علي نسبة عالية من الهيدروكربونات الغير مشبعة لذلك فهو معرض للأكسدة والبلمرة وتكوين مواد صمغية عند التخزين وهي نواتج غير مرغوب فيها لذلك فهو أقل جودة.
2-التكسير الحفزي :
تتم باستخدام عوامل حفازة مثل أكسيد الألومنيوم أو أكسيد السليكون أو أكسيد المنجنيز أو مسحوق الطفل عند 400 إلي 500م5 وضغط منخفض مناسب (20 رطل / بوصة2) والجازولين الناتج يكون أكثر جودة.
? علل: يفضل التكسير الحفزي عن التكسير الحراري
أ-لأن نواتج التكسير الحفزي تحتوي علي كميات أقل من الأوليفينات (الروابط الثنائية) وبذلك تكون أقل عرضه للأكسدة والبلمرة التي تعطي مواد صمغية عند التخزين وهي نواتج غير مرغوب فيها.
ب-نواتج التكسير الحفزي تمتاز بارتفاع رقم الأوكتان.
* ب-عملية البلمرة:
هى عملية عكس عملية التكسير ويقصد بها ارتباط عدد من الجزيئات الصغيرة (المونيمر) مع بعضها لتكوين جزيئات كبيرة (بوليمر).
وتتم هذه العملية تحت ضغط وحرارة وعوامل حفازة مثل حمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك وتستخدم فى تحويل الألكينات الغازية التى تتكون من التكسير الحرارى إلى وقود سائل (جازولين)، ويجب التحكم فى البلمرة حتى لا تنتج بوليمرات أكبر من اللازم غير مطلوبة إقتصاديا.
Û ثالثا عملية المعالجة أو التنقية:
-الغرض منها: التخلص من الشوائب الموجودة فى زيت البترول فبعضها مركبات كبريتية أو نيتروجينية أو أكسجينية لأنها تحدث تآكل فى الأجهزة وتسبب تلوث البيئة فتقلل القيمة الإقتصادية للبترول.
× تعريف رقم الأوكتان:
هو الرقم الذي يعبر عن مدي صلاحية الوقود في آلات الاحتراق الداخلي.
أو النسبة المئوية للأيزوأوكتان في خليط منه مع الهبتان العادي بحيث يعطي هذا الخليط نفس الدقات التي يعطيها الوقود المستخدم لو وضع في آله الاحتراق الداخلي لنفس الزمن.
? ما المقصود برقم الأوكتان 80.
أى أن هذا الوقود يعطي في آلة الاحتراق الداخلية عدد من الدقات التي يحدثها خليط من أيزوأوكتان 80 وهبتان عادي 20% لو وضع في آلة الاحتراق الداخلي في نفس الزمن.
1-مركب الأيزوأوكتان (C8H18) في ألة الاحتراق الداخلية يحترق دون إحداث أى دقات (خبط) ولذلك اصطلح علي أن رقم الأوكتان له يساوي 100.
2-مركب الهبتان العادي (C7H16) عند احتراقه يسبب دقا شديدا لذلك اصطلح أن رقم الأوكتان له يساوي صفر لذلك فهو أردأ أنواع الوقود.
3-كلما زادت قيمة رقم الأوكتان للوقود ازدادت جودته وصلاحيته.
* يوجد نوعين من الجازولين :
1-جازولين أعلي في السعر وأكثر جودة (رقم الأوكتان 90).
2-جازولين أقل في السعر واقل جودة (رقم الأوكتان 80).
× طرق زيادة رقم الأوكتان في الوقود :
1-إضافة الأيزوأوكتان لأى الوقود.
2-إضافة رابع إيثيل الرصاص Pb(C2H5)4 لأنها تنظم من عملية احتراق الوقود.
õ ملحوظة: مادة رابع إيثيل الرصاص سامة تسبب تلوث البيئة.
?علل : تبذل الدولة الجهد والمال للتخلص من الشوائب الموجودة في زيت البترول.
1-لأنه ينشأ عن احتراق مركبات الكبريت الموجودة في الوقود كشوائب تلوث الهواء بأكاسيد الكبريت (SO3 – SO2)
2-ينشأ عن احتراق الأكاسيد النيتروجينية الموجودة في الوقود كشوائب أكاسيد نيتروجينية مثل (NO – NO2)
ثانيا : الغاز الطبيـــــعي
× وجود الغاز الطبيعي :
1-يتكون الغاز الطبيعي في باطن الأرض في ظروف مشابهة لتكوين البترول.
2-يوجد مع البترول إما مختلطا معه أو فوق سطحه.
× مكونات الغاز الطبيعي :
1-يتكون أساسا من الميثان CH4 بنسبة 93%.
2-بعض الهيدروكربونات مثل البروبان والأيثان والبيوتان.
× مميزات الغاز الطبيعي :
1-سهولة نقله من مواقع استخراجه إلي مواقع استخدامه.
2-وقود نظيف غير ملوث للبيئة.
3-له قيمة سعرية عالية.
×استخدام الغاز الطبيعي :
1-يستخدم في تحضير الغاز المائي يستخدم كوقود.
CH4 + H2O (CO + 3H2) الغاز المائى
2-يستخدم في تحضير الكحول الميثلي من الغاز المائي الذي يدخل في العديد من الصناعات الكيميائية.
CO + 2H2 CH3OH كحول مثيلي DH = -91 K.J
3-يستخدم كوقود نظيف له قيمة سعرية عالية وتلوث منخفض.
4-يفصل غاز البروبان والبيوتان من الغاز الطبيعي ثم يتم ضغطها فيتحولان إلي سائل عديم الرائحة يعرف (بالبوتاجاز).
ونظرا لخطورته علي الإنسان لشدة قابليته للاشتعال يضاف إليه بعض المركبات الكيميائية ذات الرائحة لنفاذة لينتبه الإنسان إلي تسربه.
المناقشة
1-اكتب المصطلح العلمي الدال علي العبارات التالية :
1-أقرب النظريات إلي الصواب في تفسير نشأة زيت البترول.
2-مركبات هيدروكربونية ذات سلسلة مفتوحة جميع الروابط فيها من النوع الأحادي.
3-مركبات هيدروكربونية أليفاتية تحتوي علي رابطة مزدوجة واحدة علي الأقل.
4-عمليات تحويل زيت البترول إلي نواتج عديدة صالحة للاستعمال.
5-عملية تحويل الماء إلي بخار الماء في درجة حرارة أقل من درجة الغليان.
6-عملية فصل مزيج من عدة سوائل ممتزجة اعتمادا علي اختلاف درجة غليانها.
7-عملية تحويل الجزيئات الكبيرة إلي جزيئات أصغر تتميز بانخفاض درجة غليانها.
8-عملية الحصول علي الجازولين من الكيروسين باستخدام العوامل الحفازة.
9-رقم يستخدم للتعبير عن صلاحية الوقود المستخدم في آلات الاحتراق الداخلي.
10-مركب كيميائي يحترق في آلات الاحتراق الداخلي بسلاسة دون أحداث أى دقات.
2-اختر الإجابة مما بين القوسين :
1-البترول كلمة لاتينية معناها ......... (وقود حفزى – وقود حيوي – زيت الصخر – نفط)
2-............. هي الجزء الرئيسي المكون لزيت البترول.
(الهيدروكربونات – مركبات الكبريت – مركبات الأكسجين – جميع ما سبق)
3-يمكن تسمية الألكاينات بـ ....... (البرافينات – الأوليفينات – الأسيتيلينات)
4-الهكسان الحلقي من المركبات ...... (الأليفاتية – الغير مشبعة – الأروماتية – ذات السلسلة المفتوحة)
5-البنزين العطري من المركبات ...... (الأليفاتية – المشبعة – الأروماتية – ذات السلسلة المفتوحة)
6-المركبات التي تحتوي علي رابطة ثلاثية بين ذرتي كربون فيها تعتبر من ......
(الألكانات – الألكاينات – الألكينات – البرافينات)
7-لفصل مكونات زيت البترول عن بعضها تجري عملية .......
(ترسيب – ذوبان – تقطير – بسيط – تقطير تجزيئي)
8-تتم تحلية ماء البحر عن طريق عملية ........
(التقطير التجزيئي – الترسيب التجزيئي – التبلر – التقطير البسيط)
9-عدد ذرات الكربون في مركبات الديزل أقل من تلك الموجودة في مركبات .......
(الجازولين – شمع البارافين – الكيروسين – لا توجد إجابة صحيحة)
3-اكتب الصيغ الكيميائية للمواد التالية :
1-الهكسان الحلقي 2-البنزين العطري
3-الهبتان العادي 4-رابع أثيل الرصاص 5-الكحول الميثيلي
4-وضح بالمعادلات الرمزية :
1-تحضير الغاز المائي من الغاز الطبيعي 2-تحضير الكحول المثيلي من الغاز المائي.
5-ما المقصود بكل من :
1-التقطير التجزيئي. 2-التقطير البسيط 3-عملية التكسير
4-رقم الأوكتان 5-جازولين رقم الأوكتان له 80 6-البلمرة
7-معالجة الجازولين.
6-علل لما يأتي :
1-تسمية البترول بزيت الصخر.
2-نظرية الفرض العضوي هي أفضل النظريات في تفسير منشأ زيت البترول.
3-تجري عملية التكرير لزيت البترول بعد استخراجه من باطن الأرض.
4-لا تصلح عملية التقطير البسيط في فصل مكونات زيت البترول.
5-تستخدم عملية التقطير التجزيئي في فصل مكونات زيت البترول.
6-يلزم إجراء عملية التحويل لبغض مكونات زيت البترول.
7-تعتبر عملية التكسير من أعظم الكشوف العملية في صناعة البترول.
8-يفضل استخدام عوامل حفازة أثناء عملية التكسير الحفزي لنواتج زيت البترول الثقيلة.
9-يفصل الجازولين 95 عن الجازولين 90.
10-يفضل طريق التكسير الحفزي عن طريقة التكسير الحراري في الحصول علي الجازولين.
بعض أنواع الوقود المتجدد
أولا: البيوجـــــــاز (الغاز الحيوى – غاز البرك والمستنقعات)
هو غاز الميثان الناتج من التخمر اللاهوائي للنفايات الحيوانية والمخلفات اليومية بواسطة بكتيريا لا هوائية
× كيفية الحصول علي غاز الميثان (البيوجاز)
في مولدات غاز الميثان حيث تتم عملية التحلل اللاهوائي للمخلفات الحيوية بواسطة أنواع خاصة من البكتريا فينقص الهواء الجوي في الكتلة الحيوية ويتصاعد غاز CO2
× مميزات مولدات الميثان :
1-رخص الخامات المستخدمة.
2-التخلص من فضلات الإنسان والحيوان وتحويلها إلي مواد نافعة.
3-مصدر متجدد ورخيص.
× العوامل التى يجب توافرها عند إنتاج البيوجاز:
1-أن تتناسب درجة حرارة المفاعل مع نشاط البكتيريا.
2-نوعية المواد المتحللة وخواصها ودرجة تلويثها للبيئة.
3-احتياطات الأمان امواجهة مخاطر زيادة الضغط والحرارة
õ ملحوظة:
1-يسمي غاز الميثان (البيوجاز) بغاز المستنقعات لأنه ينتج في قاع البرك والمستنقعات نتيجة التحلل العضوي بتأثير البكتريا اللاهوائية.
2-سمي البيوجاز بهذا الاسم لأنه ناتج من عمليات تحلل بيولوجية (حيوية) كلمة (بيو) مشتقة من كلمة (بيولوجي).
ثانيا: الحاصلات الزراعية كمصدر للوقود
× تهتم معظم الدول بزراعة قصب السكر كمصدر للطاقة للأسباب التالية:
1-ارتفاع انتاجية الفدان (40 طن فى السنة)
2-تقام المعاصر وسط الحقول مما يقلل من تكاليف النقل.
3-سهولة عملية تخمر المحلول السكرى الناتج بواسطة الخميرة.
4-لا تؤثر زراعته على نسبة النيتروجين فى التربة.
5-تتم عملية التخمر الكحولى لسكر القصب (السكروز) بالتحلل المائى لجزىء السكروز بواسطة حمض الكبريتيك وخميرة البيرة فيتحول جزىء السكروز إلي جزئ سكر جلوكوز (عنب) وجزئ سكر فركتوز (فواكه) ثم بواسطة إنزيم الإنفرتاز ثم يتحول الجلوكوز والفركتوز إلى كحول إيثيلى وثانى أكسيد الكربون بواسطة إنزيم الزيماز.
سكر القصب سكر جلوكوز + سكر فركتوز كحول إيثيلي + CO2 + طاقة
H2O + C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6 4C2H5OH + 4CO2
?علل : لا يكون الفقد من الطاقة كبيرا عند تحويل سكر القصب إلي كحول إيثيلي.
لأن حرارة احتراق مول واحد من سكر القصب تساوي 5638.4 كيلو جول بينما حرارة احتراق كمية الكحول الناتجة منه (2مول) = 5562.4 كيلو جول. وبذلك لا يكون فقد الطاقة كبيرا أثناء عملية تحويل سكر القصب.
?علل : يفضل استخدام الكحول الإيثيلي عن سكر القصب كمصدر للطاقة.
1-لأنه سهل الانتقال.
2-وزن الكحول الناتج لا يتعدي نصف وزن السكر.
× استخدام الكحول الإيثلي :
1-يستخدم كوقود.
2-يستخدم في تصنيع البتروكيمايات.
3-يحول الكحول الإيثلي إلي حمض الخليك (الأسيتيك) بالأكسدة.
C2H5OH (أكسدة) CH3COOH + H2O
4-الحصول علي غاز الإيثلين الذي يستخدم في صناعة البتروكيماويات (صناعة البولى إيثيلين) وذلك بنزع جزىء ماء من جزىء كحول بواسطة حمض الكبريتيك.
المناقشة
1-اكتب المصطلح العلمي الدال علي العبارات التالية :
1-تحلل المواد العضوية بواسطة البكتريا في غياب الأكسجين.
2-غاز المستنقعات.
3-النفايات والمخلفات التي يمكن الحصول منها علي وقود البيوجاز.
4-السكر الذي يمكن الحصول عليه من القصب.
5-عملية تحويل السكروز إلي كحول إيثيلي وثاني أكسيد الكربون.
6-الأنزيم الذي يحول السكروز إلي جلوكوز وفركتوز.
7-الأنزيم الذي يحول الجلوكوز والفركتوز إلي كحول إيثيلي.
8-المونيمر الغازي الذي يكون البولي إيثيلين.
9-وقود سائل نحصل عليه من قصب السكر.
10-الحمض الناتج من أكسدة الكحول الإيثيلي.
2-اختر الإجابة الصحيحة مما بين القوسين :
1-من أنواع الوقود الغازي المتجدد ....... (الغاز الطبيعي – البيوجاز – الإيثلين – جميع ما سبق)
2-ينتج البيوجاز من ......... (بلمرة الإيثلين – تحلل الكتل الحيوية – أكسدة الكحول الإيثيلي – لا توجد إجابة صحيحة)
3-الغاز الناتج من تحلل المواد العضوية لا هوائيا يسمي ..... (البوتاجاز –البيوجاز –الغاز المائي –جميع ما سبق)
4-تتم عملية التحلل اللاهوائي للمخلفات الحيوية بواسطة أنواع خاصة من ......
(البكتيريا – الإنزيمات – الفطريات – العوامل الحفازة)
5-نشاط بكتيريا التحلل اللاهوائي يتوقف علي .........
(حامضية الكتلة الحيوية – سمية المواد العضوية المتحللة – درجة حرارة المفاعل – جميع ما سبق)
6-تصل نسبة غاز ........ إلي أكثر من 50% بعد 23 يوم من جملة الغاز الناتج من مولدات البيوجاز
(الإيثان – الميثان – البروبان – الإيثيلين)
7-يسمي سكر القصب بـ ....... (الفركتوز – الجلوكوز – اللاكتوز – السكروز)
8-تسمي عملية تحويل الجلوكوز إلي كحول إيثيلي وثاني أكسيد الكربون بـ .......
(البلمرة – التكسير – التخمير – الأكسدة)
9-يتكون .......... عند انتزاع جزئ ماء من جزئ كحول إيثيلي بواسطة حمض كريتيك مركز.
(غاز الميثان – غاز الإيثيلين – غاز ثاني أكسيد الكربون – حمض الخليك)
10-تحويل الكحول الإيثيلي إلي حمض خليك يعتبر عملية ...... (أكسدة – تخمر – نزع - اختزال)
1-تفاعل التحلل المائي للسكروز بواسطة إنزيم الأنفرتاز.
2-عملية التخمير الكحولي للفركتوز والجلوكوز.
3-عملية أكسدة الكحول الإيثيلي.
4-ما دور كل من :
1-البكتيريا في صناعة البيوجاز. 2-القصب في تخليق الوقود.
3-الخميرة في صناعة الكحول.
4-حمض الكبريتيك المركز في تحضير الأيثيلين من الحكول الإيثيلي.
5-علل لما يأتي :
1-ظهور حلقات من النيران فوق البرك والمستنقعات في الليالي المظلمة.
2-روث الماشية من أهم الصور للوقود الحيوي.
3-يحتاج إنتاج البيوجاز إلي تكنولوجيا عالية رغم بساطة الأساس العلمي للمولدات الحيوية.
4-تعتبر المفاعلات الحيوية والكيميائية المصاحبة لتوليد البيوجاز من العمليات المعقدة.
5-إنتاج البيوجاز له بعد اقتصادي وآخر بيئي.
6-لا يكون الفقد في الطاقة كبير عند تحويل سكر القصب إلي كحول إيثيلي.
7-القصب من أهم الحاصلات الزراعية التي يمكن الحصول منها علي وقود مخلق.
آثار احتراق الوقود علي التلوث البيئي
× تعريف التلوث البيئي :
هو اختلال النظام القائم بين مكونات النظام البيئي نتيجة التغيرات المستحدثة وينتج منها حدوث اضرار بالإنسان تؤدي إلي الوفاة أحيانا.
× مصادر التلوث :
1-مصادر طبيعية :
1-نواتج البركان من غازات وما يصاحبها من غبار وحمم.
2-الغازات الناتجة من التحلل العضوي مثل (غاز النشادر – كبريتيد الهيدروجين)
3-أثناء البرق يتولد شرر كهربي ينتج غاز أكسيد النيتريك وثاني أكسيد الكربون.
2-مصادر صناعية :
1-المبيدات الحشرية والسماد.
2-عوادم السيارات والمصانع.
3-مخلفات الحيوانات والقمامة ومخلفات الإنسان.
4-احتراق الوقود العضوي والنووي.
× يمكن تقسم الملوثات في البيئة إلي ثلاث أنواع هي :
أ-ملوثات الهواء. ب-ملوثات التربة. جـ-ملوثات الماء.
× نواتج احتراق الوقود التي تسبب تلوث الهواء
أكاسيد كربون أكاسيد كبريتية أكاسيد نيتروجين هيدروكربونات مركبات الرصاص مادة البنزوين
(Co , co2) (So2 , So3) (No2 , No) غير محترقة
أكاســـــيد الكربـــون
× 1-ثاني أكسيد الكربون CO2 :
** أسباب زيادة نسبة ثاني أكسيد الكربون في الجو :
1-احتراق الوقود.
2-قلة المساحة الخضراء في العالم.
3-إتلاف النباتات المائية والطحالب في المحيطات نتيجة تلوث الهواء.
** يرجع دور ثاني أكسيد الكربون في تلوث البيئة إلي :
أ-رفع درجة حرارة الجو.
ب-تصحر بعض الأراضي الزراعية.
** دور ثاني أكسيد الكربون في ارتفاع درجة حرارة الجو :
1-تصدر الشمس إشعاعات ذات أطوال موجية قصيرة وقوية النفاذ خلال الهواء وتمتص الأرض هذه الأشعة وترتفع درجة حرارتها.
2-تعكس الأرض هذه الإشعاعات بأطوال طويلة قليلة النفاذ من خلال الهواء وتكون أغلبها الأشعة تحت الحمراء التي لها أثر حراري كبير.
3-يقوم ثاني أكسيد الكربون بامتصاص الأشعة تحت الحمراء لأنه أثقل من الهواء وتعكسها إلي الأرض مرة أخري مما يؤدي إلي ارتفاع درجة حرارة الجو ويعرف هذا (البيت الأخضر – الصوب الزجاجية).
× 2-أول أكسيد الكربون CO :
**مصدر زيادة نسبة أول أكسيد الكربون في الجو :
1-عوادم السيارات القديمة الناتجة من عدم الاحتراق الكامل للوقود (لذلك تزداد نسبته فى الجراجات – إشارات المرور).
2-تصل نسبة أول أكسيد الكربون إلي أقصاها في الصباح أثناء ذهاب العاملين لعملهم وبعد الظهر عند العودة من أعمالهم.
** أضرار التلوث بأول أكسيد الكربون علي الصحة :
1-ميل الحديد المكون الأساسي في هيموجلوبين الدم للارتباط به 210 مرة أكثر من ميله للأكسجين وبذاك تقل قدرة الدم علي نقل الأكسجين مما يؤدي إلي الصداع والدوار والإغماء.
2-يسبب آلاما في المعدة وفقدان الوعي ثم الموت.
أكاسيد الكبريت [ SO2 , SO3]
× تنشأ أكاسيد الكبريت من وجود الكبريت في المصادر الآتية :
1-ينتج بكميات كبيرة في الأماكن البركانية.
2-ينتج من نواتج تقطير زيت البترول وتكريره.
3-يوجد في الفحم بنسبة 6%.
4-تحتوي الزيوت الثقيلة للبترول علي نسبة عالية من الكبريت.
× تكوينه:
وعند احتراق هذه المواد فإن الكبريت يتأكسد إلي ثاني أكسيد الكبريت. ويتأكسد جزئ من ثاني أكسيد الكبريت في الجو في وجود عوامل حفازة إلي ثالث أكسيد الكبريت.
S + O2 SO2
2SO2 + O2 2 SO3
-يذوب ثالث أكسيد الكبريت في بخار الماء الجوى متحولا إلي حمض الكبريتيك.
SO3 + H2O H2SO4
× أضرار أكاسيد الكبريت :
1-تقلل من كفائة الرئة ويظهر علي شكل نوبات تنفسية مثل الربو.
2-تسبب التهاب في العين. 3-تؤثر علي الصحة العامة للإنسان.
× أضرار حمض الكبريتيك :
نتيجة لذوبان ثالث أكسيد الكبريت في بخار الماء الجوى أو في الأمطار يتكون حمض الكبريتيك وبذلك تصبح الأمطار حامضية تسبب :
1-صدأ المعادن وتأكلها.
2-تحول مواد البناء القاعدية مثل (الرخام – الحجر الجبري) إلي كبريتات الكالسيوم القابلة الذوبان في الماء وبذلك يؤدي إلي تأكل مواد البناء.
CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + H2O + CO2
3-تؤثر الأمطار الحامضية في الكائنات الحية المائية تؤدي إلي وفاتها.
أكاســـــيد النيتروجين
× مصادر تولد أكاسيد النيتروجين :
1-أثناء ثورة البراكين. 2-أثناء الرعد والنشاط البكتيري.
3-احتراق الفحم والبترول. 4-عوادم السيارات.
?علل : تكون الظروف مواتية داخل شكمانات السيارات لتكون أكاسيد النيتروجين؟
لارتفاع درجة حرارة الشمكانات تسمح بتفاعل النيتروجين مع الأكسجين الموجودين في الجو لأنه تفاعل ماص للحرارة. فيتكون أكسيد النيتريك الذي يتأكسد إلي ثاني أكسيد النيتروجين.
N2 + O2 2NO أكسيد نيتريك
2NO + O2 2NO2 ثاني أكسيد النيتروجين
× أضرار أكاسيد النيتروجين :
1-يذوب في بخار الماء الجوي مكونا خليط من حمض النيتريك وحمض النيتروز ويمثل الأخير أكسيد النيتريك وماء وحمض النيتريك وهذه مركبات سامة تسبب تهيج الجهاز العصبي.
2NO2 + H2O HNO3 + HNO2
2-يكون ثاني أكسيد النيتروجين الدخان البني الكثيف الذي يمكن مشاهداته فوق المدن المزدحمة ونظرا للونه البني المحمر فإنه يمتص الطاقة الضوئية من الشمس فينحل إلي أكسيد نيتريك وأكسجين ذري نشط.
NO2 NO + O ذري
-يتحد الأكسجين الذري بالهيدروكربونات الغير محترقة مكونا مركبات تلهب أنسجة العين.
يتحد الأكسجين الذري مع أكسجين الهواء مكونا غاز الأوزون الذي له القدرة علي أكسدة المواد فيسبب الصدأ وإتلاف المطاط.
O ذرى + O2 O3
مركبات الرصــــــاص
× أسباب تكاثر نسبة الرصاص في كثير من الصناعات :
1-تدخل مركبات الرصاص في كثير من الصناعات.
2-تخرج مركبات الرصاص من عوادم السيارات بسبب وجود رابع إيثيل الرصاص في الجازولين.
×أضرار مركبات الرصاص :
1-تتراكم في الجسم ولا تخرج منه إلا ببطء شديد.
2-تصيب الإنسان بالتالي :
أ-فقر الدم ب-فقدان الشهية
ج-آلام المفاصل د-سرعة الإجهاد.
هـ-نقص نسبة الهيموجلوبين في الدم و-تصلب الشرايين وأحيانا فقدان البصر.
?علل: رجال المرور أكثر الناس تعرضا لسرعة الإجهاض وفقر الدم.
مـــــادة البنزوبيرين
× مصدر مادة البنزوبيرين :
-تنتج مادة البنزوبيرين من احتراق الألياف الجافة والأوراق الجافة.
-نسبة مادة البنزوبيرين في الفحم أكثر عشر مرات من نسبة وجودها في البترول حيث تنشأ من التقطير الإتلافى للفحم.
-تنشأ أيضا من التدخين لأنواع التبغ المختلفة.
×أضرار مادة البنزوبيرين : - ينشأ عن تلوث الهواء بهذه المادة الإصابة بمرض السرطان.
إعادة الدورة كوسيلة للحد من التلوث
×تعريف إعادة الدورة :
عملية يقصد بها تنقية المواد وإعادة استخدامها وقد تحدث إعادة الدورة طبيعيا أو صناعيا (من صنع الإنسان).
** أولا: إعادة الدورة في الطبيعية :
تقوم الطبيعية بعمليات إعادة الدورة في البيئة لتحافظ علي توازن مكوناتها في حالة ثابتة ومن أمثلة هذه الدورات : (دورة الماء – دورة ثاني أكسيد الكربون – دورة الأكسجين)
** ثانيا : إعادة الدورة صناعيا :
*تعاد الدورة باستخدام الإنسان (أمثلة) :
-إعادة مخلفات المدن للاستفادة منها كمصدر للطاقة.
-المخلفات القابلة للاشتعال نحصل منها علي غازات وزيوت تستخدم كوقود.
-المخلفات الورقية في صناعة الورق.
*يتم بأسلوبين هما:
1-إزالة الملوثات من الوقود قبل احتراقه: مثل إزالة الكبريت من مواد الوقود قبل احتراقها.
2-إزالة الملوثات بعد احتراقها مباشرة: قبل خروجها للهواء بواسطة المحولات الحفزية.
× إعادة الدورة للمعادن صناعيا له بعدين :
1-البعد البيئي : حماية البيئة من التلوث وتخليصها من مخلفات يصعب تحللها.
2-البعد الاقتصادي : يتمثل في الاستفادة من المخلفات كمصدر لتوفير الطاقة أو إعادة تصنيعها ثانية ولذلك تكون المخلفات ثروة تدعم الاقتصاد.
ïمثال : استخلاص الصلب من المخلفات المعدنية يوفر 65% - واستخلاص الألمونيوم يوفر 95%.
õ ملحوظة: مخلفات المدن هي :
1-50% مكونات ورقية 2-10% مواد غذائية.
3-10% زجاج 4-10% معادن. 5-20% بلاستيك.
المناقشة
1-اكتب المصطلح العلمي الدال علي العبارات التالية :
1-اختلال الاتزان القائم بين مكونات النظام البيئي.
2-الميكروبات أو الإشعاعات أو أى مادة يمكن أن تخلق الأذي بالكائنات الحية.
3-الأثر الحراري الناشئ عن زيادة نسبة غاز CO2 في الهواء الجوي.
4-المطر الذائب فيه نسبة من غاز ثالث أكسيد الكبريت.
5-عملية تحضير فحم الكوك من التقطير الأتلافي للفحم الحجري.
6-مرض تزداد معدلات الإصابة به بين المدخنين وعمال تكويك الفحم.
7-عملية تنقية المواد وإعادة استخدامها.
8-مخلفات غنية بمادة السيليوز ، وتشكل حوالي 50% من مخلفات المدن.
9-عملية تستخدم للحد من التلوث والمحافظة علي المخزون الطبيعي للخامات.
2-اكتب اسم المادة الكيميائية التي تدل عليها العبارات التالية :
1-أحد مركبات النيتروجين التي تنتج من تحلل المواد العضوية.
2-الغاز الذي يميل أيون هيموجلوبين الدم للاتحاد به 210 مرة أكثر من ميله للاتحاد بغاز الأكسجين.
3-الغاز الذي تتسبب زيادة نسبته في الهواء الجوي إلي إحداث أثر يشبه أثر البيوت الزجاجية.
4-الشوائب التي تصل نسبتها في الفحم إلي 6% وتقل نسبتها قليلا في زيت البترول.
5-الحمض الناتج عن ذوبان غاز ثالث أكسيد الكبريت في الماء.
6-المادة التي تدخل في تركيب الرخام والحجر الجيري.
7-الحمض الذي ينحل بسهولة إلي أكسيد نيتريك وماء وحمض نيتيريك.
8-غاز يكون سحب بنية اللون فوق المدن الصناعية.
3-ما هو الملوث الكيميائي الذي يسبب الأعراض التالية :
1-ارتخاء في العضلات وفقدان الوعي ثم الموت عند استنشاق كمية كبيرة منه.
2-نوبات تنفسية حادة مصحوبة بالتهابات رئوية مزمنة قد تسبب الربو.
3-الأنيميا والإصابة بالدوار وآلام المفاصل.
4-اختر الإجابة الصحيحة مما بين القوسين :
1-من المصادر الصناعية للتلوث ...... (عوادم السيارات –بقايا المبيدات الحشرية –مخلفات الوقود النووى –جميع ما سبق)
2-ترجع خطورة غاز ثاني أكسيد الكربون علي حياة الإنسان إلي ........
(ميله للاتحاد بالأكسجين مكونا غاز CO2 – تأثيره علي كفاءة الرئة – ميله للاتحاد بكرات الدم البيضاء – ميل هيموجلوبين الدم للاتحاد به)
3-ينتج من احتراق غاز ....... تكوين غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. (CH4 – C2H4 – CH4 – جميع ما سبق)
4-اتلاف البلانكتون يؤدي إلي ارتفاع نسبة غاز ......... في الهواء الجوي.
(الأكسين – أول أكسيد الكربون – ثاني أكسيد الكربون – ثاين أكسيد النيتروجين)
5-درجة ذوبان كبريتات الكالسيوم في الماء ....... درجة ذوبان كربونات الكالسيوم. (أقل من – تساوي – أكبر من)
6-تنتج أكاسيد ....... من النشاط البكتيري. (الكربون – الكبريت – النيتروجين – الحديد).
7-يتحد غازي النيتروجين والأكسجين أثناء حدوث ......... (البراكين – البرق – التحليل البكتيري – جميع ما سبق)
8-يذوب غاز ثاني أكسيد النيتروجين في الماء مكونا .........
(حمض النيتريك فقط – حمض النيتروز فقط – حمض النيتروز وحمض النيتريك – حمض النيتريك وأكسيد النيتروز)
9-حمض النيتريك من المركبات السامة التي تسبب ..........
(فقدان البصر – تهيج الجهاز العصبي – الإحساس بالدوار – تصلب الشرايين)
10-التحلل الحراري للمخلفات ينتج عنه ....... (غازات – زيوت – قطران – جميع ما سبق)
5-علل لما يأتي :
1-يؤدي التواجد في المناطق المزدحمة بالسيارات إلي شعور بالصداع والدوار.
2-زيادة نسبة CO2 في الهواء الجوي تسبب ارتفاع درجة حرارة الجو.
3-غاز CO2 ليس هو المتهم الوحيد في قضية الاحتباس الحراري.
4-تنتج البلاد المصدرة للبترول الكبريت بكميات كبيرة.
5-خطورة حمض الكبريتيك علي صحة الإنسان.
6-تمنع الدول مرور السيارات في المناطق الأثرية.
7-الأمطار الحامضية تسبب اختلال التوازن البيئ في المسطحات المائية.
8-تأكل وجهات المنازل في المناطق الصناعية.
9-تعمل شمكانات السيارات علي تكوين أكاسيد النيتروجين.
10-ينشأ عن البرق تلوث بيئي.
أهم التعليلات للوحدة الخامسة
? 1-لإعادة الدورة بعدين بعد بيئي وبعد اقتصادي.
-بعد بيئي .. في تخليص البيئة من ملوثات يصعب تحليلها
-بعد اقتصادي يتمثل في :
1-المحافظة علي المخزون الطبيعي للخامات المعدنية
2-توفير قدر كبير من الطاقة.
? 2-رغم بساطة الأساس العلمي للمفاعلات البيولوجية إلا أنها تحتاج علي تكنولوجيها عالية.
حتي لا يتعرض لمفاعل الحيوي إلي الانفجار نتيجة ارتفاع درجة الحرارة أو زيادة الضغط.
? 3-ارتفاع نسبة الإصابة بمرض السرطان بين عمال الفحم والمدخنين؟
بسبب وجود مادة البنزوبيرين التي تنتج من احتراق الألياف الجافة والأوراق الجافة ونسبة هذه المادة في الفحم أكبر 10 مرات من نسبته في البترول.
? 4-صحة الفرض العضوي لمنشأ زيت البترول؟ -يرجع صواب الفرض العضوي للأسباب الآتية :
1-وجود منابع البترول بالقرب من شواطئ البحار أو تحت سطح مياه البحر.
2-وجود حفريات بحرية مختلطة بزيت البترول.
3-عند تقطير بعض المواد الدهنية مثل زيت السمك تحت ضغط مرتفع يعطي سائلا يشبه زيت البترول.
? 5-يسبب الأوزون تلف المعادن والأنسجة.
لأن الأوزون له قدرة عالية علي أكسدة المواد إتلافها حيث يسبب الصدأ للمعادن.
? 6-خطورة أول أكسيد الكربون الشديد علي صحة الإنسان؟
لأنه يقلل قدرة الدم علي نقل الأكسجين ولذلك يؤدي إلي الصداع والإغماء وتنفس كميات كبيرة من أول أكسيد الكربون يسبب آلاما حادة في المعدة وارتخاء في العضلات وفقدان الوعي ثم الموت.
? 7-غاز ثاني أكسيد النيتروجين له دور في تكوين غاز الأوزون؟
لأن ثاني أكسيد النيتروجين لونه بني ولذلك فإنه يمتص طاقة ضويئة من الشمس فينحل إلي أكسيد نيتريك وأكسجين ذري نشطة NO2 NO + O
يتحد الأكسجين الذري مع أكسجين لهواء مكونا غاز الأوزون O3 O + O2
? 8-يؤدي التواجد في الأماكن المزدحمة بالسيارات إلي الشعور بالصداع والإغماء.
نتيجة تولد غاز CO من الاحتراق الغير كامل للوقود.
? 9-الغاز الطبيعي يعتبر أكثر أنواع الوقود استخداما؟
لهسولة نقله من مواقع استخراجه إلي مواقع استخدامه في المنازل خلال أنابيب ويعتبر وقود نظيف له قيمة سعرية عالية جدا إذا ما قورن بأنواع الوقود الأخري وسهولة استخدامه.
? 10-لا يصلح التقطير العادي في فصل مكونات البترول الخام؟
لأن البخار الناتج من تسخين الخليط يحتوي علي أكثر من مادة واحدة لأن البخر يحدث لجميع السوائل قبل درجة الغليان وبالتالي سيكون السائل المقطر غير نقي وتكون نسبة السائل الأكثر تطايرا (الأقل من درجة الغليان) أعلي نسبة من أى سائل آخر في الخليط.
? 11-ينتج تلوث الهواء بسبب احتراق الكبريت الذي يوجد بنسب مختلفة في الفحم والبترول؟
نتيجة تأكسد الكبريت إلي SO2 الذي يتأكسد بواسطة أكسجين الهواء الجوي في وجود عوامل حفازة مثل :
(جزيئات المعادن – الأسطح الزجاجية) حيث يتحول إلي ثالث أكسيد الكبريت SO3
SO2 + O2 2SO3
ويذوب ثالث أكسيد الكبريت في بخار الماء الجوي متحولا إلي قطرات من حمض الكبريتيك مسببا سقوط أمطار حامضية : SO3 + H2O H2SO4
? 12-يفضل التكسير الحفزي عن التكسير الحراري؟
لأن الجازولين المحضر بالتكسير الحفزي يحتوي علي نسبة أقل من الأوليفينات وبذلك تكون أقل عرضة للأكسدة والبلمرة وتكوين مواد صمغية عند التخزين وهي مواد غير مرغوب فيها.
? 13-تتميز نواتج التكسير الحفزي بارتفاع رقم الأوكتان؟
لأن نواتج التكسير الرئيسية تتكون من هيدروكربونات ذات سلاسل مرتفعة ويزداد رقم الأوكتان في الوقود بزيادة التفرع في الجزئ.
حمل المذكرة كاملة ورد جاهزة للطباعة
http://www.mediafire.com/?l553w3idz4d1i10
الوقـــــــــــود
معظم أنواع الوقود عبارة عن مواد عضوية تتركب أساسا من عنصر الكربون والهيدروجين.
Ûتعريف الوقود:
هي مادة قابلة للاشتعال تتحد مع الأكسجين فتتحول الطاقة الكيميائية المختزنة إلي طاقة حرارية خلال تفاعل طارد.
Ûأنواع الوقود :
1-وقود عضوي. 2-وقود نووي: اليورانيوم - البلوتونيوم.
Ûصور الوقود العضوي :
1-وقود صلب ... -مثل: (الخشب – الفحم الحجري – فحم الكوك – فحم الأنثراسيت)
2-وقود سائل ... -مثل: (الجازولين – الكيروسين – مازوت – زيت الديزل)
3-وقود غازي ... -مثل: (الغاز الطبيعى – البيوتان - البروبان – الأستيلين – غاز الفحم)
4-وقود حيوي ... -مثل: (السكر – النشا – الدهون - الزيوت).
Ûتعريف الاحتراق :
هي عملية أكسدة سريعة يصحبها انطلاق طاقة حرارية وضوئية.
Û يتم الاحتراق بطريقتين :
1-أكسدة في وجود الأكسجين :
ïمثال: احتراق الوقود العضوي
وقود عضوى (C . H) + O2 CO2 + H2O + طاقة
2-أكسدة في غير وجود الأكسجين
ïمثال:
CL2 + H2 2HCL + طاقة
Û الأسس التي يبني عليها اختيار الوقود :
1-القيمة السعرية الحرارية للوقود تنتج عن احتراقه.
2-سهولة تخزين الوقود ونقله إلي أماكن استغلاله.
3-أنواع الشوائب الموجودة في الوقود.
4-مناسبة تركيب الوقود الكيميائي لآلة الاحتراق الداخلية.
5-استغلال الوقود ونواتج احتراقه في أغراض صناعية متعددة.
6-تأثير الوقود علي الكائنات الحية (يفضل الوقود الغير ملوث للبيئة).
7-تكاليف الإنتاج للوقود إذا كان محضرا صناعيا.
8-الكمية الموجودة منه في الطبيعة.
Ûتعريف الوقود الحفري :
هو الوقود الذي يستخرج من باطن الأرض مثل (الفحم – البترول – الغاز الطبيعي) ويطلق عليه الوقود التقليدى أو الغير متجدد أوالعضوى.
المناقشة
1-أكتب المصطلح العلمي الدال علي العبارات التالية :
1-مركبات تحتوي علي عنصري الكربون والهيدروجين فقط.
2-مواد عضوية قابلة للاشتعال تتركب أساسيا من عنصري الكربون والهيدروجين.
3-الوقود الذي يستخرج من باطن الأرض.
4-مواد قابلة للاشتعال عند اتحادها بالأكسجين تتحول طاقتها الكيميائية المختزنة فيها إلي طاقة حرارية.
5-عملية أكسدة سريعة يصاحبها انطلاق طاقة.
2-اختر الإجابة الصحيحة مما بين القوسين :
1-يتكون الوقود العنصري أساسيا من عنصري ..........
(الكربون والهيدروجين – الكبريت والهيدروجين – الكربون والأكسجين – الأكسجين والهيدروجين)
2-المركب ......... لا يعتبر من المركبات العضوية. (CH3COOH – CH4 – Na2CO3 – C2H5OH)
3-كل مما يأتي من أنواع الوقود الحفري ، عدا ...... (زيت البترول – الفحم – الكهرباء – الغاز الطبيعي)
4-يمكن تسمية زيت البترول بكل مما يأتي ، عدا ...........
(وقود حفري – وقود تقليدى – وقود حيوي – وقود غير متجدد)
5-من أمثلة الوقود الغازي ......... (الكيروسين – الأسيتلين – الجازولين – المازوت)
6-كل مما يأتي من أمثلة الوقود الحيوي ، عدا .... (الخشب – السكريات – النشويات – الدهون)
7-يتم المفاضلة بين أنواع الوقود المختلفة تبعا لـ .............
(مدي صعوبة تداولها – سهولة نقلها – قيمتها السريعة – جميع ما سبق)
8-في عملية الاحتراق تتحول الطاقة ......... المختزنة في الوقود إلي طاقة حرارية
(النووية – الكيميائية – الميكانيكية – الضوئية)
9-يتصاعد ....... عند احتراق أى وقود عضوي
(ثاني أكسيد الكربون وأكسجين – ثاني أسيد الكربون وهيدروجين – ثاني أكسيد الكربون وبخار ماء)
10-ينتج عند احتراق السكريات في الجسم طاقة ........ (ضوئية – حرارية – صوتية – جميع ما سبق)
3-وضح بالمعادلات الرمزية :
1-تفاعل احتراق ، لا يكون الأكسجين طرفا فيه.
2-تفاعل احتراق وقود عضوي.
4-صنف أنواع الوقود التالية ، مع ذكر أساس التصنيف :
1-المازوت 2-فحم الكوك 3-الجازولين 4-الوقود العنصري
5-الوقود الحفري 6-الوقود الغير متجدد 7-الاحتراق 8-النشويات
5-ما المقصود بكل من :
1-الوقود 2-الهيدروكربونات. 3-الوقود العضوي
4-الوقود الحفري 5-الوقود غير المتجدد 6-الاحتراق
6-علل لما يأتي :
1-الطاقة الشمسية هي مصدر جميع أنواع الوقود العضوي.
2-تسمية الوقود بالوقود الحفري.
3-تسمية زيت البترول والغاز الطبيعي بالوقود التقليدي.
4-صعوبة تداول الوقود النووي.
5-الوقود الغازي والوقود السائل أفضل من الوقود الصلب.
6-احتراق الغذاء في الجسم غير مصحوب بتولد طاقة ضوئية.
7-لا يعني تفاعل الأكسدة بالضرورة اتحاد المادة بالأكسجين.
أولا: زيت البتـــــــــــرول
هو زيت الصخر لأنه يوجد بين صخور القشرة الأرضية
هناك عدة نظريات لتفسير نشأة زيت البترول وأقربها للصواب هو الفرض العضوى
Ûالفرض العضوي في منشأ زيت البترول (رأى انجلر) :
زيت البترول تكون منذ ملايين السنين من تحلل المواد العضوية مثل النباتات والحيوانات البحرية ونتيجة للتغيرات الأرضية مثل الضغوط الكبيرة والحرارة الشديدة وكذلك بتأثير البكتريا علي المواد العضوية في الأعماق الكبيرة.
Ûالأدلة التي تثبت صحة الفرض العضوي :
1-وجود منابع البترول بجانب الشواطئ أو الصحاري.
2-وجود بعض الحفريات من أصل نباتي وحيواني بزيت البترول.
3-وجود سائل يشبه زيت البترول عند تقطير زيت السمك تحت ضغط مرتفع.
4-وجود عناصر النيتروجين والكبريت في تركيب زيت البترول.
Ûمكونات زيت البترول:
-مركبات عضوية : أهمها الهيدروكربونات.
-مركبات غير عضوية: بخار ماء - كبرتيت – أكسجين - نيتروجين
الجزء الرئيسي من مكونات زيت البترول هو الهيدروكربونات.
Ûتعريف الهيدروكربونات ... هي مركبات عضوية تحتوي علي عنصرى (الهيدروجين والكربون).
Ûتصنيف الهيدروكروبونات :
1-أليفاتية ...
أ-لا حلقية : ذات سلسلة مفتوحة : وتنقسم إلى :
-الكانات(C - C) -الكينات (C = C) -الكاينات (C º C)
روابط أحادية روابط ثنائية روابط ثلاثية
الميثان الإيثلين الاستيلين
CH4 C2H2 C2H4
ب-حلقية : ذات سلسلة مقفلة مثل الهكسان الحلقى C6H12
2- أروماتية ... مثل البنزين (العطرى) الحلقى C6H6
õ ملحوظة:
الهيدروكربونات الأروماتية مركبات تحتوي علي حلقة سداسية واحدة علي الأقل بها ثلاث روابط ثنائية (مزدوجة) بالتبادل مع الروابط الأحادية.
تكرير البترول
×الفصل: يتم فيه فصل كل مكون على حده لاستخدامه فى غرض معين.
×التحويل: يتم فيه تحويل بعض المركبات الأقل استخداما إلى مكونات أكثر استخداما.
×التنقية: يتم فيها تخليص مكونات البترول من المواد التى تسبب تلوث البيئة.
Ûأولا : الفصل :
فصل كل مكون من مكونات زيت البترول إلي عدة مكونات بقصد استخدامها في غرض معين.
يتم فصل خليط زيت البترول من المكونات الأخري بواسطة (برج التقطير التجزيئي)
×تعريف التقطير التجزيئي: هي عملية فصل عدة سوائل ممتزجة مع بعضها ومختلفة في درجة غليانها.
عند التسخين يتطاير السائل الأقل في درجة الغليان ثم يكثف وعليه باقي السوائل بالتتابع حسب الزيادة في درجة الغليان.
? علل : لا يصلح التقطير العادي في فصل مكونات زيت البترول.
لأن البخار الناتج من تسخين الخليط سيحتوي علي أكثر من سائل واحد ، وبالتالي سيكون السائل المقطر غير نقي ، وتكون نسبة السائل الأقل في درجة الغليان أعلي من نسبة أى سائل آخر.
×برج التقطير التجزيئي :
õ ملحوظة: توجد علاقة بين الكتلة الجزيئية ودرجة الغليان.
الأجزاء الخفيفة التي تحتوي علي عدد أقل من ذرات الكربون تخرج من أعلي البرج والأجزاء الثقيلة تخرج من أسفل البرج.
× نواتج التقطير التجزيئي لزيت البترول :
1-نواتج غازية (خفيفة): مثل (الميثان – الإيثان – البروبان – البيوتان)
2-نواتج سائلة (متوسطة) :
أ-سوائل خفيفة مثل (الجازلين – الكيروسين) ب-سوائل ثقيلة مثل ( زيت الديزل – السولار – شمع البارافين)
3-نواتج صلبة : مثل (الأسفلت – القار – نسبة من فحم الكوك)
Ûثانيا: عملية التحويل :
تحويل نواتج تقطير زيت البترول ذات الوزن الجزيئى الكبير زدرجة الغليان العالية والأهمية الإقتصادية المنخفضة إلى نواتج ذات وزن جزيئى أقل ودرجة غليان منخفضة وأهمية إقتصادية كبيرة مثل زيادة نسبة الجازولين الأكثر استخدام من نواتج التقطير.
?علل: لماذا دعت الضرورة إلي عملية التحويل في مجال تكرير البترول الخام.
لأنه إذا قلت عدد ذرات الكربون في الهيدروكربون كلما زادت قيمته الاقتصادية وزيادة نسبة الجازولين الناتج من تقطير البترول.
× طرق التحويل :
* أ-عملية التكسير :
تتم بانحلال الجزيئات الكبيرة إلي جزيئات أصغر.
C20 – C12 كيروسين ومازوت إلى C5 – C10 جازولين
وتتم عملية التكسير بإحدي الطريقتين :
1-التكسير الحراري :
تتم بدرجة عالية حوالي 500م5 وتحت ضغط مرتفع (250 – 750رطل / بوصة2) يشتمل الجازولين المحضر بالتكسير الحراري علي نسبة عالية من الهيدروكربونات الغير مشبعة لذلك فهو معرض للأكسدة والبلمرة وتكوين مواد صمغية عند التخزين وهي نواتج غير مرغوب فيها لذلك فهو أقل جودة.
2-التكسير الحفزي :
تتم باستخدام عوامل حفازة مثل أكسيد الألومنيوم أو أكسيد السليكون أو أكسيد المنجنيز أو مسحوق الطفل عند 400 إلي 500م5 وضغط منخفض مناسب (20 رطل / بوصة2) والجازولين الناتج يكون أكثر جودة.
? علل: يفضل التكسير الحفزي عن التكسير الحراري
أ-لأن نواتج التكسير الحفزي تحتوي علي كميات أقل من الأوليفينات (الروابط الثنائية) وبذلك تكون أقل عرضه للأكسدة والبلمرة التي تعطي مواد صمغية عند التخزين وهي نواتج غير مرغوب فيها.
ب-نواتج التكسير الحفزي تمتاز بارتفاع رقم الأوكتان.
* ب-عملية البلمرة:
هى عملية عكس عملية التكسير ويقصد بها ارتباط عدد من الجزيئات الصغيرة (المونيمر) مع بعضها لتكوين جزيئات كبيرة (بوليمر).
وتتم هذه العملية تحت ضغط وحرارة وعوامل حفازة مثل حمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك وتستخدم فى تحويل الألكينات الغازية التى تتكون من التكسير الحرارى إلى وقود سائل (جازولين)، ويجب التحكم فى البلمرة حتى لا تنتج بوليمرات أكبر من اللازم غير مطلوبة إقتصاديا.
Û ثالثا عملية المعالجة أو التنقية:
-الغرض منها: التخلص من الشوائب الموجودة فى زيت البترول فبعضها مركبات كبريتية أو نيتروجينية أو أكسجينية لأنها تحدث تآكل فى الأجهزة وتسبب تلوث البيئة فتقلل القيمة الإقتصادية للبترول.
× تعريف رقم الأوكتان:
هو الرقم الذي يعبر عن مدي صلاحية الوقود في آلات الاحتراق الداخلي.
أو النسبة المئوية للأيزوأوكتان في خليط منه مع الهبتان العادي بحيث يعطي هذا الخليط نفس الدقات التي يعطيها الوقود المستخدم لو وضع في آله الاحتراق الداخلي لنفس الزمن.
? ما المقصود برقم الأوكتان 80.
أى أن هذا الوقود يعطي في آلة الاحتراق الداخلية عدد من الدقات التي يحدثها خليط من أيزوأوكتان 80 وهبتان عادي 20% لو وضع في آلة الاحتراق الداخلي في نفس الزمن.
1-مركب الأيزوأوكتان (C8H18) في ألة الاحتراق الداخلية يحترق دون إحداث أى دقات (خبط) ولذلك اصطلح علي أن رقم الأوكتان له يساوي 100.
2-مركب الهبتان العادي (C7H16) عند احتراقه يسبب دقا شديدا لذلك اصطلح أن رقم الأوكتان له يساوي صفر لذلك فهو أردأ أنواع الوقود.
3-كلما زادت قيمة رقم الأوكتان للوقود ازدادت جودته وصلاحيته.
* يوجد نوعين من الجازولين :
1-جازولين أعلي في السعر وأكثر جودة (رقم الأوكتان 90).
2-جازولين أقل في السعر واقل جودة (رقم الأوكتان 80).
× طرق زيادة رقم الأوكتان في الوقود :
1-إضافة الأيزوأوكتان لأى الوقود.
2-إضافة رابع إيثيل الرصاص Pb(C2H5)4 لأنها تنظم من عملية احتراق الوقود.
õ ملحوظة: مادة رابع إيثيل الرصاص سامة تسبب تلوث البيئة.
?علل : تبذل الدولة الجهد والمال للتخلص من الشوائب الموجودة في زيت البترول.
1-لأنه ينشأ عن احتراق مركبات الكبريت الموجودة في الوقود كشوائب تلوث الهواء بأكاسيد الكبريت (SO3 – SO2)
2-ينشأ عن احتراق الأكاسيد النيتروجينية الموجودة في الوقود كشوائب أكاسيد نيتروجينية مثل (NO – NO2)
ثانيا : الغاز الطبيـــــعي
× وجود الغاز الطبيعي :
1-يتكون الغاز الطبيعي في باطن الأرض في ظروف مشابهة لتكوين البترول.
2-يوجد مع البترول إما مختلطا معه أو فوق سطحه.
× مكونات الغاز الطبيعي :
1-يتكون أساسا من الميثان CH4 بنسبة 93%.
2-بعض الهيدروكربونات مثل البروبان والأيثان والبيوتان.
× مميزات الغاز الطبيعي :
1-سهولة نقله من مواقع استخراجه إلي مواقع استخدامه.
2-وقود نظيف غير ملوث للبيئة.
3-له قيمة سعرية عالية.
×استخدام الغاز الطبيعي :
1-يستخدم في تحضير الغاز المائي يستخدم كوقود.
CH4 + H2O (CO + 3H2) الغاز المائى
2-يستخدم في تحضير الكحول الميثلي من الغاز المائي الذي يدخل في العديد من الصناعات الكيميائية.
CO + 2H2 CH3OH كحول مثيلي DH = -91 K.J
3-يستخدم كوقود نظيف له قيمة سعرية عالية وتلوث منخفض.
4-يفصل غاز البروبان والبيوتان من الغاز الطبيعي ثم يتم ضغطها فيتحولان إلي سائل عديم الرائحة يعرف (بالبوتاجاز).
ونظرا لخطورته علي الإنسان لشدة قابليته للاشتعال يضاف إليه بعض المركبات الكيميائية ذات الرائحة لنفاذة لينتبه الإنسان إلي تسربه.
المناقشة
1-اكتب المصطلح العلمي الدال علي العبارات التالية :
1-أقرب النظريات إلي الصواب في تفسير نشأة زيت البترول.
2-مركبات هيدروكربونية ذات سلسلة مفتوحة جميع الروابط فيها من النوع الأحادي.
3-مركبات هيدروكربونية أليفاتية تحتوي علي رابطة مزدوجة واحدة علي الأقل.
4-عمليات تحويل زيت البترول إلي نواتج عديدة صالحة للاستعمال.
5-عملية تحويل الماء إلي بخار الماء في درجة حرارة أقل من درجة الغليان.
6-عملية فصل مزيج من عدة سوائل ممتزجة اعتمادا علي اختلاف درجة غليانها.
7-عملية تحويل الجزيئات الكبيرة إلي جزيئات أصغر تتميز بانخفاض درجة غليانها.
8-عملية الحصول علي الجازولين من الكيروسين باستخدام العوامل الحفازة.
9-رقم يستخدم للتعبير عن صلاحية الوقود المستخدم في آلات الاحتراق الداخلي.
10-مركب كيميائي يحترق في آلات الاحتراق الداخلي بسلاسة دون أحداث أى دقات.
2-اختر الإجابة مما بين القوسين :
1-البترول كلمة لاتينية معناها ......... (وقود حفزى – وقود حيوي – زيت الصخر – نفط)
2-............. هي الجزء الرئيسي المكون لزيت البترول.
(الهيدروكربونات – مركبات الكبريت – مركبات الأكسجين – جميع ما سبق)
3-يمكن تسمية الألكاينات بـ ....... (البرافينات – الأوليفينات – الأسيتيلينات)
4-الهكسان الحلقي من المركبات ...... (الأليفاتية – الغير مشبعة – الأروماتية – ذات السلسلة المفتوحة)
5-البنزين العطري من المركبات ...... (الأليفاتية – المشبعة – الأروماتية – ذات السلسلة المفتوحة)
6-المركبات التي تحتوي علي رابطة ثلاثية بين ذرتي كربون فيها تعتبر من ......
(الألكانات – الألكاينات – الألكينات – البرافينات)
7-لفصل مكونات زيت البترول عن بعضها تجري عملية .......
(ترسيب – ذوبان – تقطير – بسيط – تقطير تجزيئي)
8-تتم تحلية ماء البحر عن طريق عملية ........
(التقطير التجزيئي – الترسيب التجزيئي – التبلر – التقطير البسيط)
9-عدد ذرات الكربون في مركبات الديزل أقل من تلك الموجودة في مركبات .......
(الجازولين – شمع البارافين – الكيروسين – لا توجد إجابة صحيحة)
3-اكتب الصيغ الكيميائية للمواد التالية :
1-الهكسان الحلقي 2-البنزين العطري
3-الهبتان العادي 4-رابع أثيل الرصاص 5-الكحول الميثيلي
4-وضح بالمعادلات الرمزية :
1-تحضير الغاز المائي من الغاز الطبيعي 2-تحضير الكحول المثيلي من الغاز المائي.
5-ما المقصود بكل من :
1-التقطير التجزيئي. 2-التقطير البسيط 3-عملية التكسير
4-رقم الأوكتان 5-جازولين رقم الأوكتان له 80 6-البلمرة
7-معالجة الجازولين.
6-علل لما يأتي :
1-تسمية البترول بزيت الصخر.
2-نظرية الفرض العضوي هي أفضل النظريات في تفسير منشأ زيت البترول.
3-تجري عملية التكرير لزيت البترول بعد استخراجه من باطن الأرض.
4-لا تصلح عملية التقطير البسيط في فصل مكونات زيت البترول.
5-تستخدم عملية التقطير التجزيئي في فصل مكونات زيت البترول.
6-يلزم إجراء عملية التحويل لبغض مكونات زيت البترول.
7-تعتبر عملية التكسير من أعظم الكشوف العملية في صناعة البترول.
8-يفضل استخدام عوامل حفازة أثناء عملية التكسير الحفزي لنواتج زيت البترول الثقيلة.
9-يفصل الجازولين 95 عن الجازولين 90.
10-يفضل طريق التكسير الحفزي عن طريقة التكسير الحراري في الحصول علي الجازولين.
بعض أنواع الوقود المتجدد
أولا: البيوجـــــــاز (الغاز الحيوى – غاز البرك والمستنقعات)
هو غاز الميثان الناتج من التخمر اللاهوائي للنفايات الحيوانية والمخلفات اليومية بواسطة بكتيريا لا هوائية
× كيفية الحصول علي غاز الميثان (البيوجاز)
في مولدات غاز الميثان حيث تتم عملية التحلل اللاهوائي للمخلفات الحيوية بواسطة أنواع خاصة من البكتريا فينقص الهواء الجوي في الكتلة الحيوية ويتصاعد غاز CO2
× مميزات مولدات الميثان :
1-رخص الخامات المستخدمة.
2-التخلص من فضلات الإنسان والحيوان وتحويلها إلي مواد نافعة.
3-مصدر متجدد ورخيص.
× العوامل التى يجب توافرها عند إنتاج البيوجاز:
1-أن تتناسب درجة حرارة المفاعل مع نشاط البكتيريا.
2-نوعية المواد المتحللة وخواصها ودرجة تلويثها للبيئة.
3-احتياطات الأمان امواجهة مخاطر زيادة الضغط والحرارة
õ ملحوظة:
1-يسمي غاز الميثان (البيوجاز) بغاز المستنقعات لأنه ينتج في قاع البرك والمستنقعات نتيجة التحلل العضوي بتأثير البكتريا اللاهوائية.
2-سمي البيوجاز بهذا الاسم لأنه ناتج من عمليات تحلل بيولوجية (حيوية) كلمة (بيو) مشتقة من كلمة (بيولوجي).
ثانيا: الحاصلات الزراعية كمصدر للوقود
× تهتم معظم الدول بزراعة قصب السكر كمصدر للطاقة للأسباب التالية:
1-ارتفاع انتاجية الفدان (40 طن فى السنة)
2-تقام المعاصر وسط الحقول مما يقلل من تكاليف النقل.
3-سهولة عملية تخمر المحلول السكرى الناتج بواسطة الخميرة.
4-لا تؤثر زراعته على نسبة النيتروجين فى التربة.
5-تتم عملية التخمر الكحولى لسكر القصب (السكروز) بالتحلل المائى لجزىء السكروز بواسطة حمض الكبريتيك وخميرة البيرة فيتحول جزىء السكروز إلي جزئ سكر جلوكوز (عنب) وجزئ سكر فركتوز (فواكه) ثم بواسطة إنزيم الإنفرتاز ثم يتحول الجلوكوز والفركتوز إلى كحول إيثيلى وثانى أكسيد الكربون بواسطة إنزيم الزيماز.
سكر القصب سكر جلوكوز + سكر فركتوز كحول إيثيلي + CO2 + طاقة
H2O + C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6 4C2H5OH + 4CO2
?علل : لا يكون الفقد من الطاقة كبيرا عند تحويل سكر القصب إلي كحول إيثيلي.
لأن حرارة احتراق مول واحد من سكر القصب تساوي 5638.4 كيلو جول بينما حرارة احتراق كمية الكحول الناتجة منه (2مول) = 5562.4 كيلو جول. وبذلك لا يكون فقد الطاقة كبيرا أثناء عملية تحويل سكر القصب.
?علل : يفضل استخدام الكحول الإيثيلي عن سكر القصب كمصدر للطاقة.
1-لأنه سهل الانتقال.
2-وزن الكحول الناتج لا يتعدي نصف وزن السكر.
× استخدام الكحول الإيثلي :
1-يستخدم كوقود.
2-يستخدم في تصنيع البتروكيمايات.
3-يحول الكحول الإيثلي إلي حمض الخليك (الأسيتيك) بالأكسدة.
C2H5OH (أكسدة) CH3COOH + H2O
4-الحصول علي غاز الإيثلين الذي يستخدم في صناعة البتروكيماويات (صناعة البولى إيثيلين) وذلك بنزع جزىء ماء من جزىء كحول بواسطة حمض الكبريتيك.
المناقشة
1-اكتب المصطلح العلمي الدال علي العبارات التالية :
1-تحلل المواد العضوية بواسطة البكتريا في غياب الأكسجين.
2-غاز المستنقعات.
3-النفايات والمخلفات التي يمكن الحصول منها علي وقود البيوجاز.
4-السكر الذي يمكن الحصول عليه من القصب.
5-عملية تحويل السكروز إلي كحول إيثيلي وثاني أكسيد الكربون.
6-الأنزيم الذي يحول السكروز إلي جلوكوز وفركتوز.
7-الأنزيم الذي يحول الجلوكوز والفركتوز إلي كحول إيثيلي.
8-المونيمر الغازي الذي يكون البولي إيثيلين.
9-وقود سائل نحصل عليه من قصب السكر.
10-الحمض الناتج من أكسدة الكحول الإيثيلي.
2-اختر الإجابة الصحيحة مما بين القوسين :
1-من أنواع الوقود الغازي المتجدد ....... (الغاز الطبيعي – البيوجاز – الإيثلين – جميع ما سبق)
2-ينتج البيوجاز من ......... (بلمرة الإيثلين – تحلل الكتل الحيوية – أكسدة الكحول الإيثيلي – لا توجد إجابة صحيحة)
3-الغاز الناتج من تحلل المواد العضوية لا هوائيا يسمي ..... (البوتاجاز –البيوجاز –الغاز المائي –جميع ما سبق)
4-تتم عملية التحلل اللاهوائي للمخلفات الحيوية بواسطة أنواع خاصة من ......
(البكتيريا – الإنزيمات – الفطريات – العوامل الحفازة)
5-نشاط بكتيريا التحلل اللاهوائي يتوقف علي .........
(حامضية الكتلة الحيوية – سمية المواد العضوية المتحللة – درجة حرارة المفاعل – جميع ما سبق)
6-تصل نسبة غاز ........ إلي أكثر من 50% بعد 23 يوم من جملة الغاز الناتج من مولدات البيوجاز
(الإيثان – الميثان – البروبان – الإيثيلين)
7-يسمي سكر القصب بـ ....... (الفركتوز – الجلوكوز – اللاكتوز – السكروز)
8-تسمي عملية تحويل الجلوكوز إلي كحول إيثيلي وثاني أكسيد الكربون بـ .......
(البلمرة – التكسير – التخمير – الأكسدة)
9-يتكون .......... عند انتزاع جزئ ماء من جزئ كحول إيثيلي بواسطة حمض كريتيك مركز.
(غاز الميثان – غاز الإيثيلين – غاز ثاني أكسيد الكربون – حمض الخليك)
10-تحويل الكحول الإيثيلي إلي حمض خليك يعتبر عملية ...... (أكسدة – تخمر – نزع - اختزال)
1-تفاعل التحلل المائي للسكروز بواسطة إنزيم الأنفرتاز.
2-عملية التخمير الكحولي للفركتوز والجلوكوز.
3-عملية أكسدة الكحول الإيثيلي.
4-ما دور كل من :
1-البكتيريا في صناعة البيوجاز. 2-القصب في تخليق الوقود.
3-الخميرة في صناعة الكحول.
4-حمض الكبريتيك المركز في تحضير الأيثيلين من الحكول الإيثيلي.
5-علل لما يأتي :
1-ظهور حلقات من النيران فوق البرك والمستنقعات في الليالي المظلمة.
2-روث الماشية من أهم الصور للوقود الحيوي.
3-يحتاج إنتاج البيوجاز إلي تكنولوجيا عالية رغم بساطة الأساس العلمي للمولدات الحيوية.
4-تعتبر المفاعلات الحيوية والكيميائية المصاحبة لتوليد البيوجاز من العمليات المعقدة.
5-إنتاج البيوجاز له بعد اقتصادي وآخر بيئي.
6-لا يكون الفقد في الطاقة كبير عند تحويل سكر القصب إلي كحول إيثيلي.
7-القصب من أهم الحاصلات الزراعية التي يمكن الحصول منها علي وقود مخلق.
آثار احتراق الوقود علي التلوث البيئي
× تعريف التلوث البيئي :
هو اختلال النظام القائم بين مكونات النظام البيئي نتيجة التغيرات المستحدثة وينتج منها حدوث اضرار بالإنسان تؤدي إلي الوفاة أحيانا.
× مصادر التلوث :
1-مصادر طبيعية :
1-نواتج البركان من غازات وما يصاحبها من غبار وحمم.
2-الغازات الناتجة من التحلل العضوي مثل (غاز النشادر – كبريتيد الهيدروجين)
3-أثناء البرق يتولد شرر كهربي ينتج غاز أكسيد النيتريك وثاني أكسيد الكربون.
2-مصادر صناعية :
1-المبيدات الحشرية والسماد.
2-عوادم السيارات والمصانع.
3-مخلفات الحيوانات والقمامة ومخلفات الإنسان.
4-احتراق الوقود العضوي والنووي.
× يمكن تقسم الملوثات في البيئة إلي ثلاث أنواع هي :
أ-ملوثات الهواء. ب-ملوثات التربة. جـ-ملوثات الماء.
× نواتج احتراق الوقود التي تسبب تلوث الهواء
أكاسيد كربون أكاسيد كبريتية أكاسيد نيتروجين هيدروكربونات مركبات الرصاص مادة البنزوين
(Co , co2) (So2 , So3) (No2 , No) غير محترقة
أكاســـــيد الكربـــون
× 1-ثاني أكسيد الكربون CO2 :
** أسباب زيادة نسبة ثاني أكسيد الكربون في الجو :
1-احتراق الوقود.
2-قلة المساحة الخضراء في العالم.
3-إتلاف النباتات المائية والطحالب في المحيطات نتيجة تلوث الهواء.
** يرجع دور ثاني أكسيد الكربون في تلوث البيئة إلي :
أ-رفع درجة حرارة الجو.
ب-تصحر بعض الأراضي الزراعية.
** دور ثاني أكسيد الكربون في ارتفاع درجة حرارة الجو :
1-تصدر الشمس إشعاعات ذات أطوال موجية قصيرة وقوية النفاذ خلال الهواء وتمتص الأرض هذه الأشعة وترتفع درجة حرارتها.
2-تعكس الأرض هذه الإشعاعات بأطوال طويلة قليلة النفاذ من خلال الهواء وتكون أغلبها الأشعة تحت الحمراء التي لها أثر حراري كبير.
3-يقوم ثاني أكسيد الكربون بامتصاص الأشعة تحت الحمراء لأنه أثقل من الهواء وتعكسها إلي الأرض مرة أخري مما يؤدي إلي ارتفاع درجة حرارة الجو ويعرف هذا (البيت الأخضر – الصوب الزجاجية).
× 2-أول أكسيد الكربون CO :
**مصدر زيادة نسبة أول أكسيد الكربون في الجو :
1-عوادم السيارات القديمة الناتجة من عدم الاحتراق الكامل للوقود (لذلك تزداد نسبته فى الجراجات – إشارات المرور).
2-تصل نسبة أول أكسيد الكربون إلي أقصاها في الصباح أثناء ذهاب العاملين لعملهم وبعد الظهر عند العودة من أعمالهم.
** أضرار التلوث بأول أكسيد الكربون علي الصحة :
1-ميل الحديد المكون الأساسي في هيموجلوبين الدم للارتباط به 210 مرة أكثر من ميله للأكسجين وبذاك تقل قدرة الدم علي نقل الأكسجين مما يؤدي إلي الصداع والدوار والإغماء.
2-يسبب آلاما في المعدة وفقدان الوعي ثم الموت.
أكاسيد الكبريت [ SO2 , SO3]
× تنشأ أكاسيد الكبريت من وجود الكبريت في المصادر الآتية :
1-ينتج بكميات كبيرة في الأماكن البركانية.
2-ينتج من نواتج تقطير زيت البترول وتكريره.
3-يوجد في الفحم بنسبة 6%.
4-تحتوي الزيوت الثقيلة للبترول علي نسبة عالية من الكبريت.
× تكوينه:
وعند احتراق هذه المواد فإن الكبريت يتأكسد إلي ثاني أكسيد الكبريت. ويتأكسد جزئ من ثاني أكسيد الكبريت في الجو في وجود عوامل حفازة إلي ثالث أكسيد الكبريت.
S + O2 SO2
2SO2 + O2 2 SO3
-يذوب ثالث أكسيد الكبريت في بخار الماء الجوى متحولا إلي حمض الكبريتيك.
SO3 + H2O H2SO4
× أضرار أكاسيد الكبريت :
1-تقلل من كفائة الرئة ويظهر علي شكل نوبات تنفسية مثل الربو.
2-تسبب التهاب في العين. 3-تؤثر علي الصحة العامة للإنسان.
× أضرار حمض الكبريتيك :
نتيجة لذوبان ثالث أكسيد الكبريت في بخار الماء الجوى أو في الأمطار يتكون حمض الكبريتيك وبذلك تصبح الأمطار حامضية تسبب :
1-صدأ المعادن وتأكلها.
2-تحول مواد البناء القاعدية مثل (الرخام – الحجر الجبري) إلي كبريتات الكالسيوم القابلة الذوبان في الماء وبذلك يؤدي إلي تأكل مواد البناء.
CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + H2O + CO2
3-تؤثر الأمطار الحامضية في الكائنات الحية المائية تؤدي إلي وفاتها.
أكاســـــيد النيتروجين
× مصادر تولد أكاسيد النيتروجين :
1-أثناء ثورة البراكين. 2-أثناء الرعد والنشاط البكتيري.
3-احتراق الفحم والبترول. 4-عوادم السيارات.
?علل : تكون الظروف مواتية داخل شكمانات السيارات لتكون أكاسيد النيتروجين؟
لارتفاع درجة حرارة الشمكانات تسمح بتفاعل النيتروجين مع الأكسجين الموجودين في الجو لأنه تفاعل ماص للحرارة. فيتكون أكسيد النيتريك الذي يتأكسد إلي ثاني أكسيد النيتروجين.
N2 + O2 2NO أكسيد نيتريك
2NO + O2 2NO2 ثاني أكسيد النيتروجين
× أضرار أكاسيد النيتروجين :
1-يذوب في بخار الماء الجوي مكونا خليط من حمض النيتريك وحمض النيتروز ويمثل الأخير أكسيد النيتريك وماء وحمض النيتريك وهذه مركبات سامة تسبب تهيج الجهاز العصبي.
2NO2 + H2O HNO3 + HNO2
2-يكون ثاني أكسيد النيتروجين الدخان البني الكثيف الذي يمكن مشاهداته فوق المدن المزدحمة ونظرا للونه البني المحمر فإنه يمتص الطاقة الضوئية من الشمس فينحل إلي أكسيد نيتريك وأكسجين ذري نشط.
NO2 NO + O ذري
-يتحد الأكسجين الذري بالهيدروكربونات الغير محترقة مكونا مركبات تلهب أنسجة العين.
يتحد الأكسجين الذري مع أكسجين الهواء مكونا غاز الأوزون الذي له القدرة علي أكسدة المواد فيسبب الصدأ وإتلاف المطاط.
O ذرى + O2 O3
مركبات الرصــــــاص
× أسباب تكاثر نسبة الرصاص في كثير من الصناعات :
1-تدخل مركبات الرصاص في كثير من الصناعات.
2-تخرج مركبات الرصاص من عوادم السيارات بسبب وجود رابع إيثيل الرصاص في الجازولين.
×أضرار مركبات الرصاص :
1-تتراكم في الجسم ولا تخرج منه إلا ببطء شديد.
2-تصيب الإنسان بالتالي :
أ-فقر الدم ب-فقدان الشهية
ج-آلام المفاصل د-سرعة الإجهاد.
هـ-نقص نسبة الهيموجلوبين في الدم و-تصلب الشرايين وأحيانا فقدان البصر.
?علل: رجال المرور أكثر الناس تعرضا لسرعة الإجهاض وفقر الدم.
مـــــادة البنزوبيرين
× مصدر مادة البنزوبيرين :
-تنتج مادة البنزوبيرين من احتراق الألياف الجافة والأوراق الجافة.
-نسبة مادة البنزوبيرين في الفحم أكثر عشر مرات من نسبة وجودها في البترول حيث تنشأ من التقطير الإتلافى للفحم.
-تنشأ أيضا من التدخين لأنواع التبغ المختلفة.
×أضرار مادة البنزوبيرين : - ينشأ عن تلوث الهواء بهذه المادة الإصابة بمرض السرطان.
إعادة الدورة كوسيلة للحد من التلوث
×تعريف إعادة الدورة :
عملية يقصد بها تنقية المواد وإعادة استخدامها وقد تحدث إعادة الدورة طبيعيا أو صناعيا (من صنع الإنسان).
** أولا: إعادة الدورة في الطبيعية :
تقوم الطبيعية بعمليات إعادة الدورة في البيئة لتحافظ علي توازن مكوناتها في حالة ثابتة ومن أمثلة هذه الدورات : (دورة الماء – دورة ثاني أكسيد الكربون – دورة الأكسجين)
** ثانيا : إعادة الدورة صناعيا :
*تعاد الدورة باستخدام الإنسان (أمثلة) :
-إعادة مخلفات المدن للاستفادة منها كمصدر للطاقة.
-المخلفات القابلة للاشتعال نحصل منها علي غازات وزيوت تستخدم كوقود.
-المخلفات الورقية في صناعة الورق.
*يتم بأسلوبين هما:
1-إزالة الملوثات من الوقود قبل احتراقه: مثل إزالة الكبريت من مواد الوقود قبل احتراقها.
2-إزالة الملوثات بعد احتراقها مباشرة: قبل خروجها للهواء بواسطة المحولات الحفزية.
× إعادة الدورة للمعادن صناعيا له بعدين :
1-البعد البيئي : حماية البيئة من التلوث وتخليصها من مخلفات يصعب تحللها.
2-البعد الاقتصادي : يتمثل في الاستفادة من المخلفات كمصدر لتوفير الطاقة أو إعادة تصنيعها ثانية ولذلك تكون المخلفات ثروة تدعم الاقتصاد.
ïمثال : استخلاص الصلب من المخلفات المعدنية يوفر 65% - واستخلاص الألمونيوم يوفر 95%.
õ ملحوظة: مخلفات المدن هي :
1-50% مكونات ورقية 2-10% مواد غذائية.
3-10% زجاج 4-10% معادن. 5-20% بلاستيك.
المناقشة
1-اكتب المصطلح العلمي الدال علي العبارات التالية :
1-اختلال الاتزان القائم بين مكونات النظام البيئي.
2-الميكروبات أو الإشعاعات أو أى مادة يمكن أن تخلق الأذي بالكائنات الحية.
3-الأثر الحراري الناشئ عن زيادة نسبة غاز CO2 في الهواء الجوي.
4-المطر الذائب فيه نسبة من غاز ثالث أكسيد الكبريت.
5-عملية تحضير فحم الكوك من التقطير الأتلافي للفحم الحجري.
6-مرض تزداد معدلات الإصابة به بين المدخنين وعمال تكويك الفحم.
7-عملية تنقية المواد وإعادة استخدامها.
8-مخلفات غنية بمادة السيليوز ، وتشكل حوالي 50% من مخلفات المدن.
9-عملية تستخدم للحد من التلوث والمحافظة علي المخزون الطبيعي للخامات.
2-اكتب اسم المادة الكيميائية التي تدل عليها العبارات التالية :
1-أحد مركبات النيتروجين التي تنتج من تحلل المواد العضوية.
2-الغاز الذي يميل أيون هيموجلوبين الدم للاتحاد به 210 مرة أكثر من ميله للاتحاد بغاز الأكسجين.
3-الغاز الذي تتسبب زيادة نسبته في الهواء الجوي إلي إحداث أثر يشبه أثر البيوت الزجاجية.
4-الشوائب التي تصل نسبتها في الفحم إلي 6% وتقل نسبتها قليلا في زيت البترول.
5-الحمض الناتج عن ذوبان غاز ثالث أكسيد الكبريت في الماء.
6-المادة التي تدخل في تركيب الرخام والحجر الجيري.
7-الحمض الذي ينحل بسهولة إلي أكسيد نيتريك وماء وحمض نيتيريك.
8-غاز يكون سحب بنية اللون فوق المدن الصناعية.
3-ما هو الملوث الكيميائي الذي يسبب الأعراض التالية :
1-ارتخاء في العضلات وفقدان الوعي ثم الموت عند استنشاق كمية كبيرة منه.
2-نوبات تنفسية حادة مصحوبة بالتهابات رئوية مزمنة قد تسبب الربو.
3-الأنيميا والإصابة بالدوار وآلام المفاصل.
4-اختر الإجابة الصحيحة مما بين القوسين :
1-من المصادر الصناعية للتلوث ...... (عوادم السيارات –بقايا المبيدات الحشرية –مخلفات الوقود النووى –جميع ما سبق)
2-ترجع خطورة غاز ثاني أكسيد الكربون علي حياة الإنسان إلي ........
(ميله للاتحاد بالأكسجين مكونا غاز CO2 – تأثيره علي كفاءة الرئة – ميله للاتحاد بكرات الدم البيضاء – ميل هيموجلوبين الدم للاتحاد به)
3-ينتج من احتراق غاز ....... تكوين غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. (CH4 – C2H4 – CH4 – جميع ما سبق)
4-اتلاف البلانكتون يؤدي إلي ارتفاع نسبة غاز ......... في الهواء الجوي.
(الأكسين – أول أكسيد الكربون – ثاني أكسيد الكربون – ثاين أكسيد النيتروجين)
5-درجة ذوبان كبريتات الكالسيوم في الماء ....... درجة ذوبان كربونات الكالسيوم. (أقل من – تساوي – أكبر من)
6-تنتج أكاسيد ....... من النشاط البكتيري. (الكربون – الكبريت – النيتروجين – الحديد).
7-يتحد غازي النيتروجين والأكسجين أثناء حدوث ......... (البراكين – البرق – التحليل البكتيري – جميع ما سبق)
8-يذوب غاز ثاني أكسيد النيتروجين في الماء مكونا .........
(حمض النيتريك فقط – حمض النيتروز فقط – حمض النيتروز وحمض النيتريك – حمض النيتريك وأكسيد النيتروز)
9-حمض النيتريك من المركبات السامة التي تسبب ..........
(فقدان البصر – تهيج الجهاز العصبي – الإحساس بالدوار – تصلب الشرايين)
10-التحلل الحراري للمخلفات ينتج عنه ....... (غازات – زيوت – قطران – جميع ما سبق)
5-علل لما يأتي :
1-يؤدي التواجد في المناطق المزدحمة بالسيارات إلي شعور بالصداع والدوار.
2-زيادة نسبة CO2 في الهواء الجوي تسبب ارتفاع درجة حرارة الجو.
3-غاز CO2 ليس هو المتهم الوحيد في قضية الاحتباس الحراري.
4-تنتج البلاد المصدرة للبترول الكبريت بكميات كبيرة.
5-خطورة حمض الكبريتيك علي صحة الإنسان.
6-تمنع الدول مرور السيارات في المناطق الأثرية.
7-الأمطار الحامضية تسبب اختلال التوازن البيئ في المسطحات المائية.
8-تأكل وجهات المنازل في المناطق الصناعية.
9-تعمل شمكانات السيارات علي تكوين أكاسيد النيتروجين.
10-ينشأ عن البرق تلوث بيئي.
أهم التعليلات للوحدة الخامسة
? 1-لإعادة الدورة بعدين بعد بيئي وبعد اقتصادي.
-بعد بيئي .. في تخليص البيئة من ملوثات يصعب تحليلها
-بعد اقتصادي يتمثل في :
1-المحافظة علي المخزون الطبيعي للخامات المعدنية
2-توفير قدر كبير من الطاقة.
? 2-رغم بساطة الأساس العلمي للمفاعلات البيولوجية إلا أنها تحتاج علي تكنولوجيها عالية.
حتي لا يتعرض لمفاعل الحيوي إلي الانفجار نتيجة ارتفاع درجة الحرارة أو زيادة الضغط.
? 3-ارتفاع نسبة الإصابة بمرض السرطان بين عمال الفحم والمدخنين؟
بسبب وجود مادة البنزوبيرين التي تنتج من احتراق الألياف الجافة والأوراق الجافة ونسبة هذه المادة في الفحم أكبر 10 مرات من نسبته في البترول.
? 4-صحة الفرض العضوي لمنشأ زيت البترول؟ -يرجع صواب الفرض العضوي للأسباب الآتية :
1-وجود منابع البترول بالقرب من شواطئ البحار أو تحت سطح مياه البحر.
2-وجود حفريات بحرية مختلطة بزيت البترول.
3-عند تقطير بعض المواد الدهنية مثل زيت السمك تحت ضغط مرتفع يعطي سائلا يشبه زيت البترول.
? 5-يسبب الأوزون تلف المعادن والأنسجة.
لأن الأوزون له قدرة عالية علي أكسدة المواد إتلافها حيث يسبب الصدأ للمعادن.
? 6-خطورة أول أكسيد الكربون الشديد علي صحة الإنسان؟
لأنه يقلل قدرة الدم علي نقل الأكسجين ولذلك يؤدي إلي الصداع والإغماء وتنفس كميات كبيرة من أول أكسيد الكربون يسبب آلاما حادة في المعدة وارتخاء في العضلات وفقدان الوعي ثم الموت.
? 7-غاز ثاني أكسيد النيتروجين له دور في تكوين غاز الأوزون؟
لأن ثاني أكسيد النيتروجين لونه بني ولذلك فإنه يمتص طاقة ضويئة من الشمس فينحل إلي أكسيد نيتريك وأكسجين ذري نشطة NO2 NO + O
يتحد الأكسجين الذري مع أكسجين لهواء مكونا غاز الأوزون O3 O + O2
? 8-يؤدي التواجد في الأماكن المزدحمة بالسيارات إلي الشعور بالصداع والإغماء.
نتيجة تولد غاز CO من الاحتراق الغير كامل للوقود.
? 9-الغاز الطبيعي يعتبر أكثر أنواع الوقود استخداما؟
لهسولة نقله من مواقع استخراجه إلي مواقع استخدامه في المنازل خلال أنابيب ويعتبر وقود نظيف له قيمة سعرية عالية جدا إذا ما قورن بأنواع الوقود الأخري وسهولة استخدامه.
? 10-لا يصلح التقطير العادي في فصل مكونات البترول الخام؟
لأن البخار الناتج من تسخين الخليط يحتوي علي أكثر من مادة واحدة لأن البخر يحدث لجميع السوائل قبل درجة الغليان وبالتالي سيكون السائل المقطر غير نقي وتكون نسبة السائل الأكثر تطايرا (الأقل من درجة الغليان) أعلي نسبة من أى سائل آخر في الخليط.
? 11-ينتج تلوث الهواء بسبب احتراق الكبريت الذي يوجد بنسب مختلفة في الفحم والبترول؟
نتيجة تأكسد الكبريت إلي SO2 الذي يتأكسد بواسطة أكسجين الهواء الجوي في وجود عوامل حفازة مثل :
(جزيئات المعادن – الأسطح الزجاجية) حيث يتحول إلي ثالث أكسيد الكبريت SO3
SO2 + O2 2SO3
ويذوب ثالث أكسيد الكبريت في بخار الماء الجوي متحولا إلي قطرات من حمض الكبريتيك مسببا سقوط أمطار حامضية : SO3 + H2O H2SO4
? 12-يفضل التكسير الحفزي عن التكسير الحراري؟
لأن الجازولين المحضر بالتكسير الحفزي يحتوي علي نسبة أقل من الأوليفينات وبذلك تكون أقل عرضة للأكسدة والبلمرة وتكوين مواد صمغية عند التخزين وهي مواد غير مرغوب فيها.
? 13-تتميز نواتج التكسير الحفزي بارتفاع رقم الأوكتان؟
لأن نواتج التكسير الرئيسية تتكون من هيدروكربونات ذات سلاسل مرتفعة ويزداد رقم الأوكتان في الوقود بزيادة التفرع في الجزئ.
حمل المذكرة كاملة ورد جاهزة للطباعة
http://www.mediafire.com/?l553w3idz4d1i10
fathy sabet2014-06-02, 7:11 pm