الباب الخامس
ما لمقصود بالوقود ؟
هو مادة قابلة للاشتعال في وفرة من الأكسجين لينطلق منها طاقة حرارية من خلال تفاعل طارد للحرارة .
• وأشهر أنواع الوقود هو الوقود العضوي الذي يتركب أساساً من عنصري الكربون والهيدروجين ( C, H ) .
• وينقسم الوقود إلى أربعة أنواع حسب الحالة الفيزيائية له :
1- صلب ( مثل : الخشب , الفحم , الحطب ) .
2- سائل ( مثل : البنزين , الكيروسين , السولار ) .
3- غاز ( مثل : الغاز الطبيعي , الميثان ) .
4- حيوي ( مثل : النشا , السكريات , الدهون ) .
• ويطلق على الوقود المستخرج من باطن الأرض ( الفحم – البترول – الغاز الطبيعي ) الوقود الحفري , التقليدي أو غير المتجدد .
• ما هي الاعتبارات التي تراعى عند اختيار الوقود ؟
• 1- هل الوقود طبيعي أم مخلق .
• 2- هل الوقود يوجد في باطن الأرض بكميات كافية أم بنسبة قليلة .
• 3- هل الوقود قيمته السعرية عالية أم منخفضة .
• 4- هل الوقود يسهل نقله من مكان استخراجه إلى مكان استهلاكه .
• 5- هل الوقود بعد الاحتراق يتخلف عنه مواد يصعب التخلص منها أم لا .
• 6- هل الوقود من المواد التي يصدر عنها إشعاعات ذرية أم لا .
أولا : زيت البترول :
• زيت البترول : هو المادة السوداء الداكنة الخام المستخرجة من باطن الأرض والتي لا تصلح لأي غرض من الأغراض .
• ما هي النظريات التي تحدثت عن نشأة زيت البترول ؟
يوجد العديد من النظريات التي تكلمت عن تكوين البترول في باطن الأرض ولكن أهمها نظرية " الفرض العضوي " .
س ) ما المقصود بنظرية الفرض العضوي ؟ وما هي الدلائل على صدق هذه النظرية ؟
* تفسر تكوين زيت البترول من بقايا كائنات بحرية ماتت ودفنت وتحللت منذ ملايين السنين . والشواهد هي :
1- وجود آبار البترول بالقرب من شواطىء البحار والمحيطات .
2- وجود بقايا تشبه الكائنات البحرية في زيت البترول الخام .
3- عينة من زيت السمك وسخنت تسخينا كونت مادة سوداء داكنة تشبه زيت البترول
ما هي مكونات زيت البترول ؟
1- مكونات أساسية وهي الهيدرو كربونات والتي تتكون من عنصري الكربون والهيدروجين فقط .
2- مكونات غير أساسية ( تعتبر الشوائب ) وهي المواد الاكسجينية , الكبريتية , النيتروجينية .
تقسيم الهيدرو كربونات C , H :
1- أليفاتية. 2- أروماتية ( عطرية )
أولاً الهيدرو كربونات الأليفاتية :
1- ذات سلاسل مفتوحة :
أ ) الكانات C C ( مثل الميثان CH4 – الإيثان C2H6 )
ب) الكينات C C ( مثل : الايثيلين C2H4 )
ج ) الكاينات C C ( مثل : الاستيلين C2H2 )
• حتى يكون زيت البترول الخام المستخرج من باطن الأرض صالح للاستعمال يمر بثلاثة خطوات هامة وهو ما يعرف باسم تكرير زيت البترول . وهي ثلاثة مراحل :
1- الفصل 2- التحويل 3- التنقية
أولاً : عملية الفصل :
ماذا يقصد بالفصل ؟ البترول خليط من عدة مكونات يقصد بالفصل : أن يفصل كل مكون من هذه المكونات على حدة حتى يمكن استعماله .
س) ما هو الأساس العملي لعملية الفصل ؟
كل مكون من مكونات زيت البترول له درجة غليان تختلف عن بقية المكونات وعليه الأقل في درجة الغليان يكون هو الأكثر تطايراً ( الأسرع انفصالاً ) ويستخدم لذلك الغرض أبراج خاصة تسمى أبراج التقطير التجزيئي .
• التقطير البسيط : يستخدم لفصل مادتين سوائل فقط عن بعضهما مثل الماء والكحول .
• التقطير التجزيئي : وهو الذي يستخدم لفصل أكثر من مادتين عن بعضهما .
1- أعلى البرج تنفصل الغازات ( علل ) لأنها أقل مكونات زيت البترول في درجة الغليان الأكثر تطايراً ( علل ) لأن كتلتها الجزيئية صغيرة بها عدد قليل من ذرات الكربون .
2- يلي الغازات المواد السائلة حيث تزداد في الكتلة الجزيئية بالتالي تزداد درجة الغليان وتقل سرعة التطاير .
3- أسفل البرج تنفصل المواد الصلبة الإسفلتية لأنها الأعلى في درجة الغليان والأقل تطايراً ( علل ) لكبر كتلتها الجزيئية لوجود عدد كبير من ذرات الكربون .
ثانياً : التحويل :
عملية كيميائية يقصد بها تحويل المواد الأقل استخداماً ذات النسبة العالية في زيت البترول إلى المواد الأكثر استخداما ذات النسبة القليلة : كيف تتم عملية التحويل ؟
1- التكسير ( التكسير الحراري – التكسير الحفزي ) .
2- البلمره .
أولاً : عملية التكسير : مركب هيدروكربوني ذات سلسلة كربونية طويلة نسبته عالية في زيت البترول واستخداماته قليلة يكسر إلى عدة مركبات أقل في طول السلسلة الكربونية لكل منها استخدام هام .
كيف تتم عملية التكسير ؟
1- تكسير حراري 2- تكسير حفزي
1 – التكسير الحراري : يتم في درجات حرارة عالية وضغط عالي ولكن نواتج هذه الطريقة عرضه لعمليات الأكسدة وتكون مواد صمغية ومواد ليس لها استخدامات أو غير مرغوب فيها .
2- التكسير الحفزي : يتم في درجات حرارة عادية وضغط عادي ولكن في وجود عوامل حفازة معينة مثل أكسيد السليكون – أكسيد الألومونيوم – الطفل . ويفضل التكسير الحفزي على التكسير الحراري ..... علل ؟ لان نواتجه ثابتة غير عرضه لعمليات الأكسدة ولا يكون مواد صمغية غير مرغوب فيها .
ثانياً : عملية البلمره ( عكس التكسير ) وهي تجميع عدة جزيئات صغيرة لتكوين جزيء واحد كبير له استخدامات عديدة .
3C2H2 C6H6
بنزين عطري الاستيلين
الجزيء الصغير = مونمر الجزيء الكبير = بوليمر
البلمره : هي تجميع عدة مونمرات للحصول على بوليمر واحد كبير .
ثالثاً : عملية التنقية : ( المعالجة ) :
وهي عملية يقصد بها التخلص من المواد الغير أساسية ( الشوائب ) مثل المركبات الأكسجينية والنيتروجينية والكبريتية وذلك لزيادة نسبة المواد الأساسية ( C, H ) .
• رقم الأوكتان :
رقم يعبر عن مدى صلاحية الوقود في آلة الاحتراق الداخلي .
كيف يقدر رقم الأوكتان ؟ بمقارنة الوقود المطلوب معرفة رقم أوكتانه بخليط من الهبتان العادي صلاحيته 0% يحدث خبط وتآكل في آلة الاحتراق الداخلي والايزو أوكتان صلاحيته 100% .
س) ماذا نعني يقولنا أن رقم الأوكتان لوقود ما = 80 :
أي أن صلاحية هذا الوقود تعادل خليط من الهبتان بنسبة 20% والايزو أوكتان بنسبة 80%.
س) ماذا نعي بقولنا أن رقم الأوكتان لوقود ما = 95 :
أي أن صلاحية هذا الوقود تعادل خليط من الهبتان بنسبة 5% والايزو أوكتان بنسبة 95 % .
كيف يمكن رفع رقم الأوكتان لأي وقود ؟
باستخدام مادة تسمى رابع ايثيل الرصاص ولكن هذه الطريقة خطيرة وضارة بالبيئة ( علل ) تسبب تلوث للهواء الجوي بعد احتراق الوقود بأبخرة الرصاص لذلك حرمت هذه الطريقة دولياً.
ثانياً الغاز الطبيعي :
يوجد في باطن الأرض إما طافياً فوق زيت البترول أو في تجمعات خاصة له .
ما هي مكونات الغاز الطبيعي ؟
1- 93% من الغاز الطبيعي غاز يسمى الميثان CH4 .
2- 7% خليط من عدة غازات أهمها الإيثان – البروبان – البيوتان ويفصل كل من البروبان والبيوتان ويضغطا في اسطوانات تحت اسم غاز البوتجاز .
س) فما المقصود بغاز البوتجاز ؟ هو خليط البروبان والبيوتان يفصلا من الغز الطبيعي ويضغطا في اسطوانات تستخدم في الأغراض المنزلية .
البوتجاز ( وقود حفري ) – غير متجدد – عضوي مثل البترول .
الأهمية الاقتصادية للغاز الطبيعي :
1- الميثان يستخدم كوقود ذو قيمة سعرية عالية .
2- الميثان يحضر من الغاز المائي ( CO , H2 ) وله عدة استخدامات .
CH4 + H2O CO +3H2
الغاز المائي
يمكن استخدام الغاز المائي في تحضير الكحول الميثيلي :
عوامل
CO + 2H2 CH3OH
كحول ميثيلي حفز
س ) من غاز الميثان كيف تحصل على الكحول الميثيلي ؟
بعض أنواع الوقود المتجدد
ا ) البيوجاز ( الغاز الحيوي ) : هو غاز الميثان الذي نحصل عليه من روث الحيوان ومخلفات هضم وبيئة الانسان في مولدات خاصة بها نوع معين من البكتريا اللاهوائية المحللة .
وتحتاج هذه الطريقة لتكنولوجيا عالية جداً خاصة درجة حرارة مولدات غاز الميثان . ( علل )
1- حتى لا يحدث انفجار للمولد .
2- حتى لا يؤدي إلى موت وهلاك البكتريا المحللة .
• بعض الحاصلات الزراعية كوقود ذو قيمة سعرية عالية وهو قصب السكر ( الكحول الايثيلي C2H5OH ) من خلال عملية كيميائية تسمى عملية التخمر ( التحول ) الكحولي .
1 ) سكر القصب يسمى السكروزC12H22O11 يتحلل مائياً بفعل انزيم الانفرتيز إلى جلوكوز وآخر فركتوز .
انزيم الانفرتيز
C12H22O11 + H2O C2H12O6 + C6H12O6
فركتوز جلوكوز
2 ) يتخمر كل من الجلوكوز والفركتوز بفعل خميرة البيرة والتي تفرز انزيم يسمى الزيماز ويتحولا إلى كحول ايثيلي وقود ذو قيمة سعرية عالية .
خميرة البيرة
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + E
انزيم الزيماز
وللكحول الايثيلي أهمية اقتصادية كبرى فما أهميته ؟
1- وقود ذو قيمة سعرية عالية جداً أعلى من غاز الميثان .
2- يمكن أكسدته وتحويله إلى حمض الاسيتيك ( الخليك , الخل )
C2H5OH 2O CH3COOH + H2O
3- ينزع جزيء واحد من الماء منه يتم تحويله إلى ايثيلين C2H4 يمكن بلمرته والحصول منه على بولي ايثيلين ويستخدم في صناعة البلاستيك .
س ) قارن بين غاز البيوجاز وغاز البوتجاز .
التلوث البيئي
س ) ما المقصود بالتلوث البيئي ؟
هو اختلال في توازن النظام البيئي القائم بين المكونات وبعضها .
ويرجع ذلك إلى وجود ما يسمى بالملوثات ..... فما هي ؟
قد تكون أجسام صلبة أو سائلة أو غازية أو ميكروبات أو إشعاعات تؤدي إلى ضرر للإنسان وأمراض أحيانا تصل إلى حد الوفاة .
س ) ما هي مصادر تلوث البيئة ؟
1- مصادر طبيعية : لا دخل للإنسان فيها :
ومنها : 1- البراكين 2- البرق 3- التحلل البكتيري لبعض المواد العضوية في البرك و المستنقعات.
2- مصادر صناعية : من صنع الانسان :
ومنها : 1- عوادم السيارات 2- عوادم المصانع 3- مخلفات الانسان
الإشعاعات الذرية .
ما هي أهم ملوثات الهواء الجوي ؟
1- أكاسيد الكربون ( CO , CO2) .
2- أكاسيد الكبريت ( SO2 , SO3) .
3- أكاسيد النيتروجين ( NO , NO2) .
4- مركبات الرصاص .
أولاً دراسة أكاسيد الكربون :
1- ثاني أكسيد الكربون CO2 : كيف يصل إلى الهواء الجوي ؟
الاحتراق – التنفس – عوادم السيارات – عوادم المصانع .
• ما هي أضراره : يسبب ارتفاع درجة الحرارة على سطح الكرة الأرضية وهو ما يعرف باسم " أثر البيت الأخضر "... فما المقصود بالبيت الأخضر ؟
تسقط أشعة الشمس على سطح الكرة الأرضية وتنعكس مرة ثانية في صورة أشعة تحت حمراء يلاقيها CO2 فيعكسها مرة ثانية على سطح الكرة الأرضية مما يسبب ارتفاع درجة حرارة سطح الكرة الأرضية ......فما الضرر من ذلك ؟
• يؤدي إلى عملية التصحر ويقصد بها إتلاف مساحة كبيرة من أرض كانت صالحة للزراعة .
• ذوبان مساحة كبيرة من الجليد الموجود في القطبين مما يؤدي إلى غرق بعض المدن الساحلية.
2- أول أكسيد الكربون CO :
يصل إلى الهواء الجوي من عوادم السيارات البطيئة القديمة خاصة ساعة الذروة من النهار حيث يخرج الوقود غير تام الاحتراق . .......... فما الضرر الناتج عنه ؟
غاز CO له ميل شديد ( 210 مرة ) قدر الأكسجين للارتباط بهيموجلوبين الدم مما يسبب تسمم في الدم وشعور بصداع مستمر ودوران وإغماء وفقدان للوعي .
ثانياً أكاسيد الكبريت
كيف تصل للهواء الجوي ؟
احتراق الوقود مثل الفحم والبترول وبهما نسبة عالية من الكبريت .
S + O2 SO2
ثاني أكسيد الكبريت
2SO2 + H2O 2SO3
ثالث أكسيد الكبريت
SO3 + H2O H2SO4
حمض الكبريتيك
فما الضرر في ذلك ؟
أ) صحة الإنسان : حمض الكبريتيك يؤثر تأثيرا خطير على الجهاز التنفسي – ويسبب أمراض ربو مزمنة والتهاب في الرئتين .
ب) على المباني والمنشآت : تسقط الأمطار مشبعة بأكاسيد الكبريتيك وتسمى بالأمطار الحامضية التي تسبب تآكل واجهات المباني خاصة المصنوعة من الحجر الجيري .
ثالثاً أكاسيد النيتروجين
كيف تصل إلى الهواء الجوي ؟
1)النشاط البركاني .
2) التحلل العضوي بفعل أنواع معينة من البكتريا .
3) البرق : يولد شرارة كهربية يجعل غازي N2 , O2 يتحدا معا ً.
N2 + O2 2NO
2NO + O2 2NO2
2NO2 + H2O HNO3 + HNO2
حمض النيتروز حمض
الضعيف النيتريك
ما أثر تلوث الهواء الجوي بحمض النيتريك ؟
يسبب إصابة بالغة للجهاز العصبي .
أما NO2 يتحلل إلى أكسيد نيتريك ( NO ) والأكسجين ذري ( O) الذي يتحد مع الأكسجين ويكون الأوزون
O2 + [O] [O3]
غاز الأوزون قريباً من سطح الأرض غاز ضار جداً ....... فما أضراره ؟
التهاب العين – سرعة الأكسدة – إتلاف المواد المعدنية – تآكل المطاط .
رابعاً: مركبات الرصاص :
يتلوث الهواء الجوي بأبخرة الرصاص من الوقود الذي رفع رقم أوكتانه بمادة رابع ايثيل الرصاص Pb(C2H5)4 حيث يسبب أمراض خطيرة على صحة الإنسان .
• مادة البنزويرين :
* عمال المناجم ( الفحم ) أثناء عملية تسمى تكويك الفحم ....... فما المقصود بها ؟
" هي عملية تحضير نوع معين من الفحم يسمى فحم الكوك من التقطير الإتلافي للفحم الحجري "
• المدخنين : وهذه المادة تسبب أمراض سرطانية خطيرة .
الحد من التلوث :
كيف نحد ( نقلل ) من التلوث :
1- التخلص من الشوائب قبل استخدام الوقود نهائياً .
2- التخلص من الشوائب بعد احتراق الوقود وقبل خروج الغازات للهواء .
3- إعادة الدورة كوسيلة للحد من التلوث .
ما المقصود بإعادة الدورة ؟
" إعادة تنقية المواد وإعادة استخدامها عدة مرات " .
ما الفائدة من إعادة الدورة ؟
لإعادة الدورة بعدين :
2- بعد بيئي : التخلص من هذه المواد يخلصنا من كثير من الملوثات التي تسبب تلوث خطير للبيئة .
بعد اقتصادي : إعادة استخدام المواد خصوصاً المعادن والبلاستيك يوفر عملات اقتصادية كبيرة كانت تستهلك في استيراد خامات جديدة
الرئيسية 
المنشورات 
