X
تبلیغات
آموزش علوم تجربی - علوم تجربی سال دوم راهنمایی 1 بخش اول *ماده وتغییرات آن

آموزش علوم تجربی

نگاهی تازه به علوم و آموزش آن

علوم تجربی سال دوم راهنمایی 1 بخش اول *ماده وتغییرات آن

علوم تجربی سال دوم راهنمایی 1

 بخش اول *ماده وتغییرات آن

مقدمه
‌علم و فناوري
علم ، كنجكاوي كردن است.


ميل به دانستن در همه ي ما وجود دارد.مردم هميشه درباره چيزهايي كه مي بينند يا تجربه مي كنند سؤال هايي مي پرسند.
. پرسيدن سؤال و يافتن جواب ها مهمترين نكته در عالم است. پرسيدن سؤال ها ممكن است سؤال هر ديگري را نيز پيش بياورد

يافتن پاسخ :
يكي از راههاي يافتن پاسخ براي پرسش هايي كه مطرح مي شود. انجام دادن تحقيقات علمي است.مثلاً دانشمندان با مشاهده دقيق آب اطراف چشمه هاي داغ موجود در كف اقيانوس، متوجه وجود باكتريهايي شدند كه مي توانند انرژي لازم براي سلول خود را از مواد موجود در آب داغ بگيرند. كرم ها هم با شكار كردن آن باكتريها به زندگي ادامه مي دهند. اما مشاهده كردن قدم اول براي حل مسئله و پاسخ دادن به پرسش است.
جستجوي دليل:
كسي كه علمي فكر كند، از آن چه كه مي بيند، مي شنود و يا مي خواند، به آساني نمي گذرد، بلكه درباره آن مي انديشد.

درست يا نادرست:
گاهي پاسخ هايي كه به يك مسئله علمي داده مي شوند، حتماً درست يا حتماً غلط نيستند، اما به هر حال دليلي براي دادن آن جواب ها وجود دارد.

انتخاب راه :
رسيدن به پاسخ درست و مسائل علمي نياز به تفكر و جمع آوري اطلاعات كافي دارد.

فناوري، تكنولوژي، فرزند علم :
هزاران سال پيش يك شخص ناشناس مشاهده ي مهمي كرد. او ديد كه حركت دادن اجسام داراي كناره هاي انحنا دار، آسان تر از حركت دادن اجسامي است كه كناره هاي آن گوشه دار است. اين يافته ، ارزش علمي بسياري داشت. زيرا به دنبال آن چرخ اختراع شد كه امروزه به همه شكل و حتي در اغلب دستگاهها كاربرد دارد.
علم : نوعي فعاليت براي جمع آوري اطلاعات درباره جهان اطراف است و فناوري، بكاربردن اطلاعات براي حل مسائل علمي و اختراعات تازه است.

دانشمند كيست؟ هر كسي كه درباره آنچه در اطرافش مي گذرد، كنجكاو است ، مي پرسد و به جستجوي پاسخ مي پردازد، دانشمند است. به علت آن كه دنياي اطراف بسيار وسيع است و مسائل و مشكلات بسياري دارد. دانشمندان تحقيقات خود را در چهار موضوع مهم به نام هاي فيزيك، شيمي، زيست شناسي و زمين شناسي طبقه بندي كرده اند. افراديكه بيشتر وقت خود را درباره موضوعات يكي از رشته هاي علمي صرف مي كنند، به همين ترتيب فيزيكدان، زيست شناس و غيره ناميده مي شوند.
علم را از قرن ها پيش، به چهار دسته اصلي زير تقسيم بندي كرده اند.
فيزيك :
علم مطالعه ي حركت ،‌نيرو و انرژي و اثرات آن ها بر ماده
شيمي :
علم مطالعه ي مواد،‌خواص و كاربردهاي آن
زمين شناس:
علم مطالعه ي سياره ي زمين و خصوصيات و ساختمان آن
زيست شناسي:
علم مطالعه موجودات زنده، ساختمان بدن و كارهاي آن ها.

پرسش ها :
1- علم چيست؟
دانسته هاي ما از محيط اطراف علم نام دارد.
2- در يك كلاس درس دانش آموزان در پاسخ به پرسش «علم چيست؟» پاسخ هاي زير را داده اند . با كدام تعريف موافقيد؟
- علم ،‌دانسته هاي ما درباره همه چيز اطراف ماست
- علم راهي براي حل مسئله هاست
- علم اطلاعاتي كه درباره جهان اطراف بدست مي آوريم و شايد در آينده براي ما مفيد باشند.
- علم ، كاري براي مردهاست.
- علم، انجام آزمايش است.

بخش اول – ماده و تغييرات آن
فصل اول – ماده و ويژگي هاي آن : ساختار ماده
همه ي مواد از ذره هاي بسيار كوچكي به نام اتم ساخته شده اند. اين سخن را نخستين بار دموكريت دانشمند يوناني حدود 2300 سال پيش گفته است او با انديشيدن به آنچه در پيرامون خود مشاهده مي كرد، نتيجه گرفت كه ماده از كنار هم قرار گرفتن تعداد زيادي ذره هاي بسيار كوچك ساخته مي شود. دموكريت اين ذره هاي بسيار كوچك را اتم ناميد (اتم در زبان يوناني به معناي تجزيه ناپذير است) چون دموكريت عقيده داشت اتم ما از ذره هاي كوچكتر ديگري ساخته نشده اند، بنابراين نمي توان آن ها را شكست به اين علت اين ذره ها را غيرقابل شكستن يا اتم نام نهاد. دموكريت براي هر اتم شكلي نيز در نظر گرفت.


شكل اتم هاي سازنده مواد مختلف با هم فرق دارند. براي مثال اتم هاي مواد ترش به شكل لوزي هستند و لبه هاي تيز و برنده اي دارند. در حالي كه اتم هاي آب كروي شكل هستند.
دو هزار سال پيش پس از دموكريت، يك دانشمند انگليسي به نام جان دالتون مطالعه پيرامون ماده را دنبال كرد . او پس از آشنايي با عقايد دموكريت، ضمن اجراي چندين آزمايش روي مواد گوناگون در عمل به ذره اي بودن ساختار ماده پي برد. دالتون با پذيرش اتم با عنوان كوچكترين ذره سازنده مواد و با اين فرض كه اتم ها، گوي هاي توپري هستند، به توجيه علت تفاوت در رفتار مواد مختلف پرداخت و به نتايج مهمي نيز دست يافت.
1 – جرم و حجم اتم هاي يك عنصر با جرم و حجم اتم هي ديگر عنصرها تفاوت دارند.
2 – اتم هاي يك عنصر را نمي توان شكست و به اتم عنصرهاي ديگر تبديل كرد
3 – اتم ها را نمي توان به وجود آورد و نمي توان از ميان برد
4 – اتم عنصرهاي مختلف با يكديگر مي پيوندند و تركيب ها را به وجود مي آورند دالتون عنصر را ماده اي تصور مي كرد كه از يك نوع اتم ساخته شده است و تركيب را ماده اي مي دانست كه ذره هاي آن را از اتصال دو يا چند نوع اتم مختلف تشكيل شده اند.
امروزه نادرست بودن برخي از نتيجه گيريهاي دالتون آشكار شده است. با اين حال نظريه ي او توانست زمينه پيشرفت چشم گيري را در شناخت ساختار ماده فراهم آورد.

اندازه يك اتم : در اطراف ما چيزهاي كوچك و بزرگ بسياري وجود دارد. آيا مي توانيد كوچكترين چيزي را نام ببريد كه تا به حال در دور و برخود ديده ايد؟ بي ترديد تصور چيزي به كوچكي يك اتم بسيار دشوارتر است . فكر مي كنيد اتم چه اندازه باشد؟
اگر چه اندازه گيري قطر يك اتم به سادگي اندازه گيري قطر يك توپ فوتبال نيست، با اين حال دانشمندان موفق شده اند به روش هاي پيچيده از اتم ها عكس برداري كنند و قطر آن ها را نيز اندازه بگيرند.




اتم و مولكول: ذره هاي سازنده برخي از عنصرها اتم است. مس عنصري است كه از اتم هاي مس تشكيل شده است. در حاليكه مولكول ها ذره هاي سازنده برخي ديگر از عنصرها و بسياري از تركيب ها هستند. مولكول به گروهي از اتم ها مي گويند كه از اتصال دو يا چند اتم به يكديگر به وجود مي آيند.

 


مولكول كربن دي اكسيد از گردهم آيي سه اتم (دو اتم اكسيژن و يك اتم كربن) ساخته شده است.
مولكول آب از گردهمايي سه اتم (دو اتم هيدروژن و يك اتم اكسيژن) ساخته شده است. اتم هاي سازنده ي مولكول ها ممكن است يكسان يا متفاوت باشند. در مولكول آب دو نوع اتم مختلف به هم وصل شده اند. اين اتم ها كدامند؟ در مولكول كربن دي اكسيد (شكل بالا – راست) هم دو نوع اتم ديده مي شود.
مولكول هاي سازنده برخي از مواد از اتصال اتم هاي يكساني ساخته شده اند . مولكول هاي سازنده دو عنصر را در شكل زير مي بينيد.


عنصر مس از اتم هاي مس تشكيل شده است.
مولكول گوگرد از چند اتم گوگرد ساخته شده است.
مولكول اكسيژن از دو اتم اكسيژن ساخته شده است.
ويژگي هاي ماده:

در يك استكان كه تا نيمه پر از ماسه است مقدار كمي آب بريزيد ، چه روي مي دهد؟ ماسه ي درون استكان ويژگي هايي دارد كه علت مشاهده ي اين پديده را بايد در آن جست و جو كرد. ماسه ساختاري دانه اي دارد. يعني از كنار هم قرارگرفتن دانه هاي كوچكي تشكيل شده است.
اگر با يك ذره بين دانه هاي ماسه موجود در استكان نگاه كنيد، فضاهاي خالي بسياري را در لابه لاي آن خواهيد ديد.اين فضا همان جايي است كه آب درون آن ها وارد مي شود. همان گونه كه مي دانيد ماده نيز ساختاري ذره اي دارد و بنابراين حدس مي زنيم كه مانند ماسه بايد ميان ذره هاي سازنده آن فضاهاي خالي وجود داشته باشد.

جنبش ذره هاي سازنده ي ماده:
ذره هاي سازنده ماده، پيوسته در جنبش اند، به عبارت ديگر ممكن است كه ذره ها از جايي به جاي ديگر حركت كنند (حركت انتقالي) به دور خود بچرخند ( حركت چرخشي) يا لرزش داشته باشند (حركت ارتعاشي) هر يك از اين حركت ها با تركيبي از آن ها نيز ممكن است در ميان ذره هاي ماده مشاهده شود. اگر چه اين ذره ها ديده نمي شوند، اما به آساني مي توان بوجود حركت در آن ها پي برد.
نوع و ميزان جنبش ذره ها در سه حالت مختلف ماده يعني جامد، مايع و گاز متفاوت است. در واقع همين تفاوت است كه حالت هاي مختلف ماده را از يكديگر متمايز مي كند.

فكر كنيد فصل 1 صفحه 3
چه مشاهده هايي سبب شد تا دموكريت به ذره هاي سازنده مواد مختلف شكل هاي گوناگوني را نسبت دهد؟
دموكريت با مشاهده خواص ظاهري مواد از طريق مشاهده كردن، چشيدن ،‌لمس كردن و آثاري كه برروي حواس او ايجاد مي كرد، براي ذره هاي سازنده، مواد مختلف شكل هاي گوناگوني را در نظر گرفت. مثلاً هنگام چشيدن مواد ترش چون باعث سوزش زبان و لب ها مي شد تصور مي كرد به شكل لوزي هستند و لبه هاي تيز و برنده هستند و با مشاهده قطرات آب آن ها را كروي فرض مي كرد.

فكر كنيد صفحه 4
اگر امكان پرسيدن پرسش هاي زير از دالتون فراهم بود، شنيدن چه پاسخ هايي را انتظار داشتيد؟
1 – آثار جرم همه اتم هاي آهن با هم مساوي است؟
بله ، اتم هاي سازنده يك عنصر كاملاً شبيه يكديگر هستند بنابراين اتم هاي آهن همگي هم اندازه هستند و جرم آن ها با هم مساوي است.
2 – آيا مي توان عنصرهاي تازه اي را در آزمايشگاه ساخت؟
خير، زيرا دالتون عقيده داشت اتم ها را مي توان به وجود آورد و نمي توان از ميان برد. پس نمي توان اتمي را در آزمايشگاه ساخت.
3 – آيا مي توان مس را به طلا تبديل كرد؟
خير، زيرا اتم هيچ عنصري نمي تواند به اتم عنصرديگري تبديل شود

فكر كنيد :‌صفحه 7
امروزه، مس، گوگرد و اكسيژن را به عنوان عنصر مي شناسيم. با اين حال
:
1 – آيا برداشت دالتون از مفهوم عنصر درست و كامل بوده است؟
برداشت دالتون تا حدودي درست بوده است. دالتون عنصر را ماده اي مي دانست كه از يك نوع اتم ساخته شده است.
2 – شما عنصر را چه تعريف مي كنيد؟
عنصر ماده اي است كه ذره هاي سازنده ي آن اتم يا مولكول هايي هستند كه از اتم هاي يكسان ساخته شده اند.

فكر كنيد صفحه 10
در هر عبارت به جاي نقطه چين واژه اي مناسب قراردهيد
كاهش يا افزايش – گرم كردن يا سرد كردن
با افزايش دما جنبش ذره هاي ماده افزايش مي يابد
با گرم كردن يك مايع مي توان آن را به بخار تبديل كرد
آيا از دو عبارت بالا مي توان نتيجه گرفت كه : «جنبش ذره ها در حالت گازي بيشتر از حالت مايع است، بله

 


 


فصل 2 – اثر گرما بر حجم مواد:
انبساط و انقباض
:

 

قانون انبساط و انقباض بيان مي كند كه : افزايش دما باعث افزايش حجم مواد و كاهش دما سبب كاهش حجم آن ها مي شود. بنابراين وقتي حجم ماده اي در اثر گرم شدن افزايش يابد مي گوئيم منبسط شده است. و وقتي حجم آن در اثر سرد شدن كاهش يابد، مي گوئيم منقبض شده است.

چگونگي درجه بندي كردن دما سنج:
مخزن دما سنج را در ظرف يخ در حال ذوب شدن مي گذارند. در اين حالت سطح مايع دماسنج در هر نقطه اي كه قراربگيرد به عنوان صفر در نظر مي گيرند و سپس مخزن دماسنج را در بخار آب جوش و فشار هواي كنار دريا قرار مي دهند.
در اين حالت سطح مايع درون لوله ي دماسنج در هر نقطه اي كه قرار بگيرد آن نقطه را به عنوان 100 در نظر مي گيرند. سپس فاصله ي بين صفر تا 100 را به 100 قسمت مساوي تقسيم مي كنند و بر هر قسمت را يك درجه مي نامند. اين نوع درجه بندي را مقياس سلسيوس مي گويند.
سليسيوس نام مخترع اين نوع درجه بندي دما سنج است. نام ديگر اين نوع درجه بندي سانتي گراد است. سانتي گراد به معناي صد بخشي است.
قانون انبساط و انقباض يك قانون علمي است. بعضي از قانون هاي علمي استثنا هم دارند. به جز آب مواد ديگري هم وجود دارند كه بر خلاف قانون انبساط و انقباض رفتار مي كنند
اما نقش و اهميت اين مواد در زندگي و طبيعت به اندازه آب نيست.

انبساط مواد گوناگون : در اطراف ما مواد گوناگوني وجود دارند. اين مواد داراي ويژگي ها و حالت هاي متفاوتي هستند. حالت ها و ويژگي هاي هر ماده به ساختار مولكولي و اتمي آن ماده مربوط مي شود.


با استفاده از اين خاصيت يعني متفاوت بودن مقدار انبساط مواد مختلف ايستگاههايي براي تنظيم دما ساخته شده اند.
مثلاً در بعضي از وسايل خانگي مانند سماور و اتو برقي لازم است دما در درجه دلخواه تنظيم شود، يعني از آن درجه بيشتر يا كمتر شود. دماپا (ترموستات) وسيله اي است كه برا ي اين كار ساخته شده است. دما پا انواع گوناگوني دارد. در يك نوع دماپا، دو تيغه ي فلزي غير هم جنس مطابق شكل به يك ديگر متصل شده اند. اين دو تيغه در دماي معمولي هم طول هستند.



 

وقتي كه دماپا گرم شود، مس بيشتر از آهن منبسط مي شود، در نتيجه دماپا به سمت آهن خم مي شود. اين خم شدن مي تواند در خاموش و روشن كردن يك دستگاه برقي به ما كمك مي كند.

چرا گرما سبب انبساط مواد مي شود؟
دانستيد كه مواد از ذره هايي به نام اتم يا مولكول ساخته شده اند. همچنين دانستيد كه اين ذره ها پيوسته در حال جنبش اند، در بين آنها فضاي خالي وجود دارد و يك ديگر را مي ربايند. به اين نوع تغيير ساختار ماده، نظريه مولكولي گفته مي شود.
نظريه مولكولي همچنين بيان مي كند كه وقتي دماي ماده اي بالا رود جنبش مولكول هاي آن زيادتر مي شود و وقتي دما كاهش مي يابد جنبش مولكول هاي آن ها كمتر مي شود. با افزايش جنبش مولكول ها، برخورد مولكول ها با هم بيشتر و شديدتر شده و در نتيجه از هم دور مي شوند. با دور شدن مولكول ها از هم فضاهاي خالي بين آن ها نيز بيشتر مي شود، بنابراين حجم ماده افزايش مي يابد. شكل زير وضعيت مولكول هاي يك ماده را در حالت گرم و سرد نشان مي دهد.




مشاهده كنيد صفحه 13

 


1 – يك دما سنج معمولي را مورد مشاهده قرا ردهيد. درباره طرز كار با آن بر اساس انبساط و انقباض با دوستان خود گفت و گو كنيد.
هنگامي كه دماسنج را در كنار جسم گرم قرار مي دهيم، مايع درون دما سنج بر اثر گرما منبسط شده و بالا مي رود و اگر دماسنج را در كنار جسم سرد قرار مي دهيم، مايع درون دما سنج بر اثر سرما منقبض شده و پائين مي آيد.

2 – چرا در مسير مايع درون دماسنج پزشكي يك خميدگي ايجاد كرده اند؟
خميدگي بالاي مخزن جيوه سبب مي شود كه هنگام اندازه گيري دماي بدن بيمار جيوه مايع به مخزن برنگردد و پزشك فرصت كافي براي خواندن دماي دقيق را داشته باشد. البته قبل از هر بار استفاده دماسنج را به شدت تكان مي دهند تا جيوه به مخزن باز گردد.

يك پله بالاتر:
1 – براي جداكردن دو ليوان كه در هم گير كرده اند چه راهي پيشنهاد مي كنيد؟
داخل ليوان دروني مقداري آب سرد مي ريزيم و ليوان بيروني را داخل يك ظرف آب گرم قرار مي دهيم ليوان دروني در اثر سرما منقبض مي شود در حاليكه ليوان بيروني در اثر گرما – منبسط مي شود ، بنابراين براحتي از يكديگر جدا مي شوند.

تفسير كنيد
1 – براي بازكردن در فلزي يك ظرف شيشه اي كه بسيار سفت شده است آن را زير آب داغ مي گيرند؟ چرا؟

 


زيرا در فلزي بر اثر گرما سريع تر از ظرف شيشه اي منبسط مي شود ، بنابراين در ظرف به راحتي باز مي شود.
2 – يك گلوله مسي و يك صفحه ي آهني كه روي آن سوراخي دايره اي شكل به قطر گلوله وجود دارد در اختيار داريم. در دماي معمولي گلوله مي تواند از سوراخ عبور كند . با توجه به نمودار بالا به اين دو سؤال پاسخ دهيد.
الف) اگر گلوله مسي و صفحه آهني را تا دماي نسبتاً زيادي گرم كنيم آيا گلوله باز هم از سوراخ رد مي شود؟ چرا؟
خير، زيرا گلوله ي مسي در اثر گرما بيشتر از صحفه ي آهني منبسط مي شود. در نتيجه حجم گلوله ي مسي از صفحه آهني بيشتر افزايش مي يابد و گلوله از سوراخ رد نمي شود.
ب ) اگر گلوله از آهن و صفحه از مس باشد چه وضعي پيش مي آيد؟
گلوله ي آهني از صفحه ي مسي به راحتي عبور مي كند زيرا صفحه بيشتر از گلوله منبسط مي شود.



فصل 3
اثر گرما بر حالت مواد
در سال هاي قبل آموختيد كه مواد در دماي اتاق (يعني ْ25C) در سه حالت جامد، مايع و گاز وجود دارند . در شكل زير وضعيت مولكول هاي مواد در هريك از حالت ها را توصيف كنيد.



ذوب : اگر يك جسم جامد را در ظرفي گرم كنيم جنبش مولكول هاي آن تندتر مي شود، در نتيجه مولكول ها با يكديگر شديدتر برخورد مي كنند و از هم فاصله ي بيشتري پيدا مي كنند. زياد شدن فاصله ي مولكول ها از هم سبك مي شود كه ربايش بين آنها كمتر شود. حال اگر گرم كردن جسم را ادامه دهيم،‌فاصله ي مولكول ها از هم بيشتر و بيشتر و ربايش بين آنها كمتر و كمتر مي شود. تا جايي كه مولكول ها مي توانند آزادانه در ظرف به حركت درآيند و بدان ترتيب جامد به مايع تبديل مي شود. در اين حالت مي گوئيم جسم جامد ذوب شده است. به دمايي كه ماده ي جامد در آن ذوب مي شود نقطه ذوب مي گويند.

انجماد: وقتي يك مايع را به اندازه كافي سرد كنيم، به جامد تبديل مي شود. تبديل شدن مايع به جامد را انجماد مي گويند. دمايي كه در آن ماده ي مايع به جامد تبديل مي شود، نقطه انجماد ناميده مي شود.
بعضي از مواد ، مثل يخ، در يك دماي معين از حالت جامد به حالت مايع در مي آيند و قبل از ذوب شدن نرم نمي شوند. اگر اين گونه مواد را سرد كنيم، در همان دمايي كه ذوب شده اند، به حالت جامد در مي آيند. موادي مانند يخ،قلع و سرب از اين دسته موادند. اين مواد داراي نقطه ذوب معين هستند. يعني دقيقاً مي توانيم بگوئيم كه اين مواد در چه دمايي ذوب (يا منجمد) مي شوند. در اين گروه از مواد نقطه اي ذوب با نقطه اي انجماد برابر است.
گروهي ديگر از مواد در هنگام تبديل از حالت جامد به مايع كم كم نرم مي شوند. مثلاً قير و شيشه وقتي گرم شوند ابتدا نرم مي شوند و از حالت جامد خارج مي گردند، سپس در اثر گرم شدن بيشتر، كم كم بطور كامل به حالت مايع در مي آيند، اين گونه مواد نقطه اي ذوب معيني ندارند و اصطلاحاً گفته مي شود كه اين مواد ذوب خميري دادند. موادي كه داراي نقطه اي ذوب معيني هستند، نقطه ي انجماد مي توانند به حالت جامد يا مايع يا به هر دو حالت وجود داشته باشند.

اثر ناخالصي بر نقطه ي ذوب و انجماد مواد: آيا آب خالص زودتر يخ مي زند، يا آبي كه مقداري ناخالصي در آن حل شده است؟ آيا وجود ناخالصي روي نقطه ي ذوب و انجماد مواد تأثير دارد؟ در زمستان ها براي جلوگيري از يخ زدن آبي كه در دستگاه خنك كننده ي موتور خودرو وجود دارد، نوعي ماده شبيه الكل را با آب مخلوط مي كنند، به اين ماده ضديخ مي گويند.

تبخير:

 

در دوره ابتدايي آموختيد كه به تبديل مايع به گاز ، تبخير مي گويند. در مواد مايع، مولكول هايي كه بر روي سطح قرار دارند، به سبب وجود ربايش مولكولي ، به وسيله ي مولكول هايي كه در زير آن ها قرار دارد جذب مي شوند، به همين دليل نمي توانند به آساني و آزادانه از سطح مايع جدا شوند و به هوا بروند، در هنگام ورود به هوا با مولكول هاي هوا برخورد مي كنند. به عبارت ديگر مولكول هاي هوا سعي مي كنند كه از ورود آن ها به هوا جلوگيري كنند. هر چه تراكم مولكول هاي هوا (فشار هوا) بيشتر باشد، اين مقاومت بيشتر است.
در همين حالت چون مولكول هاي مايع پيوسته در حال جنبش هستند، گاهي مولكول هاي زيرين به مولكول هاي روي سطح مايع برخورد مي كنند و به آن ها نيرويي به سمت بالا وارد مي كنند.
اگر مقدار نيروي ناشي از ضربه ي مولكول هاي زيرين به نيروي ربايشي كه بر يك مولكول روي سطح مايع توسط مولكول هاي اطراف آن وارد مي شود، غلبه كند، اين مولكول از سطح مايع جدا مي شود و به هوا پرتاب مي گردد. بدين ترتيب مايع بخار مي شود. تبخير مايعات در همه ي دماها انجام مي شود.

جوشيدن : همانطور كه آزمايش به شما نشان داد، سرعت تبخير آب و ديگر مايعات در اثر گرم شدن، بيشتر مي شود. اگر گرم كردن يك مايع را ادامه دهيم دماي آن بالا و بالاتر مي رود تا هنگامي كه مايع به جوش آيد. در هنگام جوشيدن ، مولكول هاي مايع، ديگر فقط از سطح مايع تبخير نمي شوند بلكه در وسط مايع و در كف ظرف نيز حباب هايي از بخار پديد مي آيد كه به سمت بالا حركت مي كنند و در هوا پراكنده مي شوند.

ميعان: تبديل بخار، به مايع را ميعان يعني مايع شدن مي نامند. وقتي كه يك ظرف آب را در اتاق مي گذاريد. همان طور كه تعدادي از مولكول هاي آب پيوسته بخار مي شوند و به هوا مي روند، تعدادي از مولكول هاي بخار آب موجود در هوا نيز كه پيوسته به هر سو در حال حركت اند، ممكن است بطور اتفاقي و تصادفي به سطح آب برخورد كنند و در اثر ربايش مولكول هاي سطح آب،‌به آب باز گردند. در اين حالت ميعان رخ داده است.

 


روشن است كه هر چه مقدار بخار آب موجود در هوا بيشتر باشد، احتمال برخورد مولكول هاي بخار آب با سطح مايع و بازگشت آن ها به مايع بيشتر است. در بعضي از مناطق كشور ما ، در فصل تابستان، گاهي هوا از بخار آب سير مي شود،‌در اين حالت مي گويند هوا شرجي شده است.
در هواي شرجي گرچه بدن انسان عرق مي كند، اما به دليل كند بودن سرعت تبخير، عرق روي پوست بدن خيلي دير بخارمي شود و چندان كمكي به خنك شدن بدن نمي كند. البته ميعان هميشه بر روي سطح مايع صورت نمي گيرد، بلكه هر وقت بخار يك ماده سرد شود، در هر نقطه اي و روي هر سطحي ممكن است ميعان صورت گيرد. به عمل تبخير و ميعان متوالي تقطير مي گويند. دستگاه تقطير وسيله اي است كه به وسيله آن مي توان از آب شور آب شيرين تهيه كرد. به آبي كه از طريق تقطير بدست مي آيد آب مقطر گفته مي شود.




تصعيد و چگالش

بعضي از مواد مي توانند مستقيماً از حالت جامد به حالت بخار درآيند. مثلاً چند روز قرص نفتالين را مدتي در يك ظرف در باز بگذاريد، مشاهده مي كنيد، كه قرص ها روز به روز كوچك تر مي شوند. نفتالين بدون ذوب شدن مستقيماً به بخار تبديل مي شود، به تبديل مستقيم جامد به بخار تصعيد يا فرازش مي گويند . تصعيد در مورد بعضي مواد ديگر همه اتفاق مي افتد. عكس عمل تصعيد، يعني تبديل مستقيم گاز به جامد چگالش ناميده مي شود. برفكي كه در يخ ساز يخچال مشاهده مي شود، حاصل چگالش بخار آب يعني تبديل شدن مستقيم بخار آب به يخ است.

 


تغييرات گرماگير و تغييرات گرماده :
در بعضي از تغييرها، ماده بايد ازمحيط پيرامون خود گرما بگيرد. به اين گونه تغييرها گرماگير گفته مي شود. مثلاً ذوب يك تغيير گرماگير است. يعني يك ماده ي جامد براي اينكه به مايع تبديل شود، بايد گرما دريافت كند. اگر مقداري يخ ذوب شود. براي ذوب شدن از چيزهاي اطراف خود گرما مي گيرد و در نتيجه آن چيزها را سرد مي كند. به همين دليل است كه از يخ براي سرد كردن آب و چيزهاي ديگر استفاده مي شود. علاوه بر ذوب ، تبخير و تصعيد نيز تغييرهاي گرماگير هستند.
مي دانيد دي اكسيد كربن گازي بي رنگ و بو است. اگر اين گاز را متراكم و سرد كنيم تبديل به ماده جامد تقريباً سفيد رنگي مي شود. اين ماده جامد مي تواند از محيط اطراف خود گرما جذب كند و مستقيماً به بخار (تصعيد) تبديل شود. چون تصعيد كربن دي اكسيد جامد ( يخ خشك) گرماگير است. از اين رو سبب مي شود كه محيط پيرامون سرد شود.

 


بعضي ديگر از تغييرات گرماده هستند. مثلاً آب در هنگام انجماد يا يخ زدن مقداري گرما به محيط اطراف خود مي دهد و سپس به يخ تبديل مي شود. به همين دليل است كه آب را براي يخ زدن در جاي سرد مي گذارند. يعني وقت آب در يك محيط سرد قرار بگيرد،‌آن قدر از گرماي خود به آن محيط مي دهد تا منجمد شود.

فكر كنيد
عوامل مؤثر بر سرعت تبخير را برشماريد و علت تأثير هر عامل را با توجه به طبيعت ذره اي ماده و ويژگي هاي آن (نظريه مولكولي) توضيح دهيد.
1 – گرم كردن :
وقتي به يك مايع گرما مي دهيم جنبش مولكول ها زيادتر مي شود. به يكديگر برخورد كرده فاصله بين آنها بيشتر مي شود. در نتيجه نيروي ربايش كمتر شده و سريعتر به هوا پرتاب مي شوند.

2 – سطح مايع:
هر چه مساحت سطح مايع بيشتر باشد مولكول ها فرصت بيشتري براي آزاد شدن از سطح مايع پيدا مي كنند بنابراين زودتر تبخير مي شوند.

3 – وزش باد :
وزش باد سبب مي شود مولكول هايي كه در سطح مايع قرار دارند سريعتر از مايع جدا شده و وارد هوا شوند.
4 – نوع مايع :
هر چه نيروي ربايش بين مولكول هاي مايع بيشتر باشد سرعت تبخير كمتر است.
5 – ناخالصي :
هر چه ناخالصي بيشتر باشد مايع غليظ تر شده نيروي ربايش بين مولكول ها زيادتر مي شود، فاصله بين مولكول ها كمتر مي شود و سرعت تبخير كاهش مي يابد.

6 – رطوبت :
هر چه رطوبت هوا بيشتر باشد تعداد مولكول هايي كه از سطح مايع جدا مي شوند با تعداد مولكول هايي كه به مايع باز مي گردند تقريباً مساوي مي شود و در نتيجه تبخير كاهش مي يابد.

فكر كنيد
چرا در محيط هاي مرطوب مثل حمام، لباس هاي خيس ديرتر خشك مي شوند؟
محيط هايي مانند حمام از بخار آب اشباع شده است بطوريكه گاهي اوقات سرعت بخار با سرعت ميعان برابر شده و تبخير صورت نمي گيرد.

آيا مي توانيد پاسخ اين پرسش را به طور كلي به عنوان يكي ديگر از عوامل مؤثر بر سرعت تبخير بيان كنيد؟
بله ، هر چه رطوبت بيشتر باشد، سرعت تبخير كاهش مي يابد

فكر كنيد
بارش باران چه ارتباطي با ميعان بخار آب دارد؟
بخار آب بر اثر سرما در ارتفاعات متراكم شده به قطرات آب تبديل مي شود يعني عمل ميعان صورت گرفته است.

اطلاعات جمع آوري كنيدنوشيدن مداوم آب مقطر – يعني آبي كه هيچگونه مواد معدني ندارند – براي سلامتي زيان آور است. چرا؟
در آب هاي نوشيدني معمولي تركيبات مختلف از جمله آهن، كلسيم و فلوئوروجود دارد كه تا حدودي نياز قسمت هاي مختلف بدن از جمله استخوان ها،‌خون ،‌دندان و غيره را برطرف مي كند. چون آب مقطر مواد معدني ندارد با مصرف مداوم آن بدن دچار كمبود اين مواد مي شود.
فكر كنيد
اگر در يك ظرف شيشه اي دربسته تعدادي قرص نفتالين بيندازيم، پس از مدتي چند بلور بسيار ريز نفتالين روي ديواره ي ظرف و اطراف در آن مشاهده مي شود. علت چيست؟
قرص هاي نفتالين ابتدا به حالت بخار در مي آيند (تصعيد) در اثر تماس با فضاي بالاي ظرف ، سرد شده و دوباره به بلورهاي ريز نفتالين تبديل مي شوند (چگالش)

فكر كنيد
1 – چرا وقتي از استخر بيرون مي آييد بدن شما احساس سرما مي كند؟

زيرا آب موجود بر روي سطح بدن براي تبخير شدن نياز به گرما دارد و اين گرما را از بدن ما دريافت مي كند، بنابراين احساس سرما مي كنيم.



فصل 4
دسته بندي مواد، مخلوط
اگر با ذره بين مقداري خاك باغچه يا گلدان نگاه كنيد. خواهيد ديد كه خاك از چندين جزء تشكيل شده است و هر جزء آن با جزء ديگر تفاوت دارد. به چيزهايي مانند خاك كه از چند ماده ي مختلف تشكيل شده است مخلوط مي گويند.



 

در يك مخلوط هر جزء ويژگي هاي خود را حفظ مي كد. به عبارت ديگر مخلوط شدن يك ماده با ماده ديگر بر ويژگي هاي آن ماده تأثيري ندارد. براي نمونه نمك چه به تنهايي و چه به صورت مخلوط با ماسه مزه ي شور دارد و در آب حل مي شود.

انواع مخلوط
مخلوط ها دو نوعند
ناهمگن و همگن
‌مخلوط ناهمگن به مخلوطي مي گويند كه اجزاي سازنده آن بطور يكنواخت در همه جا پخش نشده اند و در بيشتر موارد نيز مي توان همه يا شماري از اجزاي مخلوط را به آساني از يكديگر تشخيص داد.

دو ويژگي مهم مخلوط هاي ناهمگن عبارتند از :
1- قابل تشخيص بودن اجزا
2- پخش غيريكنواخت و جزء در مخلوط را به خوبي نشان مي دهد.

 


مخلوط هاي همگن: نوع ديگري از مخلوط ها هستند كه در آ ها اجزاي سازنده بطور يكنواخت د رهمه جا پخش شده اند و نمي توان هر جزء را به آساني از يكديگر تشخيص داد. به مخلوط هاي همگن محلول هم مي گويند.





ماده ي خالص :
همه مواد شناخته شده يا موجود در طبيعت مخلوط نيستند. نوع ديگري از ماده نيز وجود دارد كه تنها از يك جزء‌ ساخته شده است.
به چنين موادي ماده خالص مي گويند. مثلاً آب مقطر يك ماده خالص است . زيرا تنها از مولكول هاي اتمي آب (H2O) تشكيل شده است . جيوه هم از انباشته شدن اتم هاي جيوه ساخته شده است. بنابراين مي توان آن را نيز يك ماده خالص در نظر گرفت.

 

عنصر ماده خالصي است كه ذره هاي سازنده آن اتم يا مولكول هايي هستند كه از اتم هاي يكسان ساخته شده اند. بنابراين جيوه و اكسيژن هر دو عنصر به شمار مي آيند. تركيب نيز ماده خالصي است كه ذره هاي سازنده آن از اتصال دو يا چند اتم متفاوت ساخته شده اند. بنابراين آب مقطر يك تركيب به شمار مي آيد. در ساختار مولكول هاي آب دو نوع اتم به چشم مي خورد. از آن جا كه اكسيژن و هيدروژن هر دو عنصر هستند. مي توان نتيجه گرفت كه تركيب ها از به هم پيوستن اتم عنصرها به وجود مي آيند.

فلزها و نافلزها : بطور كلي عنصرها را به دو دسته فلز و نافلز تقسيم مي شوند. مس،‌آهن، آلومينيوم، اورانيوم و طلا نمونه هاي آشنايي از فلزها هستند. فلزها سطح براق و درخشاني دارند. چكش خوارند يعني به راحتي مي توان با ضربه آن ها را شكل داد و به صورت ميله (مفتول) و يا هر شكل ديگري ورقه درآورد.
همه ي فلزها جريان برق و گرما را به خوبي از خود عبور مي دهند. به همين دليل آن ها را رسانا مي نامند. در ميان 109 عنصر شناخته شده 84 فلز وجود دارد.

 


نافلزها بر خلاف فلزها رساناي خوبي براي جريان برق و گرما نيستند. به اين علت آنها را نارسانا يا عايق مي گويند. اغلب نافلزها در حالت جامد شكننده اند و بر اثر ضربه به آساني خرد مي شوند. هم چنين بيشتر آن ها ظاهري غيرشفاف دارند. گوگرد كربن و يد از جمله سرشناس ترين نافلزها هستند.


ناخالصي :

بيشتر مواد موجود در طبيعت به صورت مخلوط هستند. خالص ترين ماده نيز همواره مقادير بسيار ناچيزي رااز برخي مواد ديگر به همراه دارد. به اين مواد همراه ناخالصي مي گويند. ناخالصي هاي موجود در يك ماده خالص از خلوص يا ميزان خالص بودن آن ماده مي كاهند. هر چه ناخالصي هاي يك ماده كمتر باشد آن ماده را خالص تر مي گويند.
وجود ناخالصي در برخي فلزها سبب بهبود ويژگي هاي آن ها مي شود. براي نمونه طلا به حالت عنصري فلزي نرم و بسيار مشكل پذير است. افزايش طلا و نقره و مس به طلا استحكام مي بخشد، به اينگونه مواد كه از مخلوط كردن دو يا چند فلز بدست مي آيند آلياژ يا همجوشه مي گويند. با توجه به آنچه تا به حال گفته شده است، مي توان مواد موجود در طبيعت را به صورت زير دسته بندي كرد:



 


محلول ها :
محلول يك مخلوط همگن است و مانند هر مخلوط ديگري حداقل از دو جزء تشكيل مي شود، حلال و حل شونده . در محلول شكر در آب، آب حلال و شكر حل شونده است. حلال مايعي است كه حل شونده را در خود حل مي كند. آب مهم ترين حلالي است كه تا به حال شناخته شده است. زيرا به فراواني يافت مي شود و مواد بسياري را در خود حل مي كند. ماده حل شونده مي تواند جامد مايع و گاز باشد.
در اين جدول با برخي محلول ها آشنا مي شويد:

حلال

حل شونده

نمونه

نوع محلول

آب

مايع (الكل)

محلول الكل در آب

مايع در مايع

آب

جامد (نمك)

آب نمك

جامد در مايع

آب

گاز (كربن دي اكسيد)

نوشابه گازدار

گاز در مايع

در محلول هاي مايع در مايع، مانند محلول آب و الكل هر دو جزء مي توانند به هر مقدار با هم مخلوط شوند.





انحلال ناپذيري :
اگر هنگام تهيه شكر در آب، افزودن شكر را ادامه دهيد. پس از مدتي خواهيد ديد كه ديگر شكر در آب حل نمي شود و مقداري از آن در ته ليوان باقي مي ماند، به چنين مخلوطي محلول سيرشده مي گويند. در يك دماي معين، همواره فقط مقدار ثابتي از يك حل شونده مي تواند در حجم معيني آب حل شود تا محلول سير شده اي بدست آيد. به اين خاصيت حل شونده انحلال پذير، قابليت حل شدن در آب مي گويند. مواد بسياري وجود دارند كه به مقدار بسيار ناچيزي در آب حل مي شوند. درواقع اين مقدار آن چنان ناچيز است كه مي توان اين مواد را در آب نامحلول در نظر گرفت. مثلا گچ در آب نامحلول است.

اثر دما بر انحلال پذيري : تجربه نشان مي دهد كه به هنگام حل كردن شكر در آب هر چه آب گرم تر باشد مقدار بيشتري شكر در آن حل مي شود. در واقع مي توان نتيجه گرفت كه انحلال پذيري شكر بر اثر افزايش دما زياد شده است.
تجربه نشان مي دهد كه با سردشدن تدريجي اين محلول، (محلول داغ شكر در آب) شكر اضافي آهسته آهسته به صورت بلور از محلول جدا مي شود. از اين خاصيت براي توليد بسياري از مواد بلوري استفاده مي شود.

 

حل شدن گازها در آب: گازها نيز مانند برخي جامدها و مايع ها در آب حل مي شوند. هوا كه مخلوطي از چند گاز است تا حدودي در آب حل مي شود. ماهي ها از هواي حل شده در آب براي تنفس استفاده مي كنند. عوامل متعددي بر حل شدن گازها در آب اثر مي گذارد.

جداسازي اجزاي يك مخلوط: همان طور كه مي دانيد در اثر مخلوط شدن دو يا چند ماده تغييري در خواص آنها بوجود نمي آيد. از اين ويژگي مهم مخلوط مي توان براي جداكردن اجزاي سازنده ي آن استفاده كرد. جداسازي اجزاي يك مخلوط زماني امكان پذير است كه اجزاي سازنده مخلوط حداقل در يك ويژگي با هم تفاوت زيادي داشته باشند.

روش هاي جداسازي: اجزاي يك مخلوط را به شيوه هاي گوناگوني مي توان از هم جدا كرد. صاف كردن ، سرريز كردن ،‌تبلور و تقطير از جمله مهمترين روش هاي جداسازي هستند.

صاف كردن : حتماً تا به حال كارگري را در حال غربال كردن شن ديده ايد. او با كمك يك غربال دانه ي ريز شن را از دانه هاي درشت آن جدا مي كند. به اين نوع جداسازي صاف كردن مي گويند. در اين روش همواره از وسيله اي براي صاف كردن استفاده مي شود. به اين وسيله صافي مي گويند در جداسازي دانه هاي ريز و درشت شن از يكديگر غربال نقش يك صافي را دارد.
سرريز كردن :
يك بار هنگام شستن برنج كنار مادر خود بايستيد و كار او را از نزديك نگاه كنيد. او پس از مخلوط كردن آب و برنج چگونه برنج را جدا مي كند؟ به اين روش جداسازي سرريزكردن مي گويند. براي مثال، اگر در يك مخلوط دوتايي يك جزء سنگين تر از جزء ديگر باشد، جزء سنگين تر در زير جزء سبك تر قرار مي گيرد.

تبلور :جدا شدن ماده ي حل شونده از محلول بر اثر سردشدن محلول داغ را تبلور مي گويند.

تقطير:اجزاي سازنده مخلوطي از دو يا چند مايع را مي توان به روش تقطير از يكديگر جدا كرد. همانطور كه مي دانيد محلول الكل در آب يك محلول مايع در مايع است براي جداكردن الكل از آب از روش تقطير استفاده مي شود.

فكر كنيد
هواي پاك و تميز ، بطور عمده مخلوطي از گازهاي اكسيژن ، نيتروژن، كربن دي اكسيد،‌آرگون و مقداري بخار آب است.
1- اين هوا چه نوع مخلوطي است، همگن يا ناهمگن ؟ چرا؟
مخلوط همگن . چون گازهاي تشكيل دهنده هوا به طور يكنواخت در همه جا پخش شده اند و نمي توان آن ها را به آساني از هم تشخيص داد.

2 – اطلاعات جمع آوري كنيد:
1 – آلياژ طلا را چگونه تهيه مي كنند؟
باتوجه به عيار طلا، طلا را با مقدار معيني نقره و مس حرارت داده و با يكديگر مخلوط مي كنند.
2 – چگونه طلاي واقعي را از بدل تشخيص مي دهند؟
باتوجه به مشخصات ظاهري و يا از سنگ محك و تيزاب استفاده مي كنند. براي تشخيص جسم مورد نظر را روي سنگ محك مي كشند تا اثري بر روي سنگ باقي گذارد. سپس از محلول تيزاب مقداري بر روي آن مي ريزند. اگر طلا، غيرواقعي باشد، اثر آن بر روي سنگ كاملاً محو مي شود ولي اگر طلا واقعي باشد اثر زرد رنگ روشني برجاي مي گذارد.


فكر كنيد1 – با توجه به جدول ص 39 كدام حل شونده بيشتر در آب مي شود. آهك يا گچ؟
گچ ، در مقدار مساوي آب (100 ميلي ليتر) تعداد بيشتري گچ حل مي شود.

2 – يك ليتر محلول سيرشده ي كدام ماده سنگين تر است. شكر يا نمك ؟
محلول سيرشده شكر، از حل شدن 205 گرم شكر در 100 ميلي ليتر آب بدست مي آيد. در حالي كه محلول سيرشده نمك حاصل حل شدن 38 گرم نمك در 100 ميلي ليتر آب است. اگر مقدار آب در هر مورد يك ليتر باشد، محلول سيرشده شكر در آب از محلول سيرشده نمك در آب سنگين تر است.

فكر كنيد : ماهي ها در آب هاي سرد اكسيژن بيشتري در اختيار دارند يا در آب هاي گرم ؟ چرا؟
در آب هاي سرد زيرا ميزان حل شدن گاز در آب سرد بيشتر از آب هاي گرم است.

فكر كنيد1 – باتوجه به جدول زير آيا مي توانيد دو راه براي جدا كردن براده آهن از خاك اره از مخلوط آن ها با يكديگر پيشنهاد كنيد؟ توضيح دهيد.
جريان برق را از خود عبور مي دهد
سنگين تر از آب است
جذب آهن ربا مي شود
برخي از خواص آهن
جريان برق را از خود عبور نمي دهد
سبك تر از آب است
جذب آهن ربا نمي شود
برخي از خواص چوب
1- آهن ربا را به مخلوط (آهن – خاك اره) نزديك مي كنيم براده هاي آهن جذب آهن ربا شده و از ظرف خارج مي گردد و خاك اره در ته ظرف باقي مي ماند.
2- مخلوط براده آهن و خاك اره را داخل آب مي ريزيم ، براده آهن سنگين تر از آب است بنابراين در ته ظرف ته نشين مي شود، و خاك اره بر روي سطح آب شناور مي ماند. با سرريز كردن مي توان اجزاء اين دو مخلوط را از يكديگر جدا كرد.

فكر كنيداگر مقداري روغن مايع را درون يك ليوان آب بريزيد، پس از مدتي روغن از آب جدا مي شود و روي آب قرار مي گيرد. چرا؟
در اين حالت براي جداكردن روغن از آب چه روشي پيشنهاد مي كنيد.
چون روغن درآب حل نمي شود و سبك تر از آب است بر روي سطح آب جمع مي شود.
1 – روش سرريز كردن
2 – از ظرف صابون هاي مايع استفاده مي كنيم. بعد از ريختن آب و روغن داخل ظرف آن را وارونه مي كنيم. بعد از اينكه روغن روي سطح مايع قرار گرفت درب را فشار مي دهيم چون آب سنگين تر از روغن است خارج شده روغن در ظرف باقي مي ماند.
3 – از كيسه فريزي استفاده مي كنيم. مخلوط را در داخل آن مي ريزيم، كيسه را به صورت مخروط در آورده، سوراخ بسيار ريزي در پائين مخروط ايجاد مي كنيم. مثل حالت قبل آب و روغن جدا مي شود.

+ نوشته شده در  یکشنبه 1390/08/01ساعت 4:38 بعد از ظهر  توسط مهدی رسولی کهکی  |