آموزش درس علوم دوم راهنمایی-بخش اول(شیمی)

مواد در حال تغيير
مواد پيرامون ما پيوسته در حال تغييرند . انجماد آب ، زنگ زدن آهن شکستن شيشه، ذوب يخ ، تغيير رنگ پارچه ها ، ترش شدن شير، هضم غذا و ... از جمله تغييرات مواد هستند.

برخي از اين تغييرات سودمند و برخي زيان آورند و ما پيوسته در پي آن هستيم که تغييرات مطلوب را پديد آوريم و از بروز تغييرات نامطلوب جلوگيري کنيم.

الف) تغيير فيزيکي: در اين نوع تغيير شکل ، اندازه و حالت ماده تغيير مي کند. اما خواص و ماهيت ماده تغيير نمي کند.
تبخير، تصعيد ، ميعان و ساير تغيير حالت ها و نيز خرد شدن ، سائيدن و ... از جمله تغييرات فيزيکي هستند.
ب) تغيير شيميايي: به تغييري گفته مي شود که در نتيجه آن خواص و ماهيت ماده تغيير مي کند و ماده يا موادي با خواص جديد حاصل مي شود.
هنگامي که آب به کمک جريان الکتريسيته تجزيه مي شود گازهاي ئيدروژن و اکسيژن پديد مي آيند اين دو ماده هيچ شباهتي با آب ندارند.
سوختن چوب ، زنگ زدن آهن، تغيير رنگ پارچه ، زرد شدن برگ درختان ، هضم غذا، تبديل شدن شير به ماست و پنير از جمله تغييرات شيميايي هستند.

فعاليت: اگر چند قطره نيتريک اسيد غليظ بر روي فلز مس بريزيم گاز خرمايي رنگ نيتروژن دي اکسيد که بوي تند و آزار دهنده اي دارد تشکيل مي شود.

اگر لوله محتوي گاز نيتروژن دي اکسيد را در آب جوش قرار دهيم رنگ قهوه اي پر رنگ ظاهر مي شود(شکل1)
اگر لوله را سرد کنيم مولکول هاي سه اتمي نيتروژن دي اکسيد به مولکول هاي 6 اتمي دي نيتروژن تترااکسيد که بي رنگ است تبديل مي شود.(شکل 3)
اگر هر دو لوله را در آب ولرم قرار دهيم تعدادي از مولکول ها No2 و تعدادي N2o4 خواهند بود که در اين صورت رنگ خرمايي کم رنگ مشاهده خواهد شد.
اين تغييرات از نوع شيميايي و برگشت پذير هستند.

خواص ماده:
هر ماده داراي خواصي است که با آنها شناخته مي شود مثلا بي رنگ بودن خاصه آب ، شور بودن خاصه نمک، اشتعال پذير بودن خاصه کاغذ و تمايل به زنگ زدن خاصه آهن است.

الف) خواص فيزيکي:

 به آن دسته از خواص گفته مي شود که مشاهده و اندازه گيري آنها به توليد ماده جديد منجر نمي شود.

ب) خواص شيميايي :

 به مجموعه خواصي گفته مي شود که تمايل يا عدم تمايل يک ماده به شرکت در واکنش هاي شيميايي را بيان مي کند. مثلا اشتعال پذيري خاصه بنزين و عدم اشتعال پذيري خاصه آب است.

نشانه تغيير شيميايي
هر تغيير شيميايي با نشانه اي همراه است است. اين نشانه حاکي از تشکيل يک ماده جديد مي باشد البته بايد توجه داشت که برخي از اين نشانه ها در تغيير فيزيکي هم ديده مي شوند.

برخي از نشانه هاي تغيير شيميايي عبارتند از :

الف) ظهور يک رنگ جديد مانند:
رنگ قهوه اي ‹------------- قرار گرفتن ميخ آهني در محلول مس سولفات

رنگ آبي مايل به سياه ‹------------- افزودن محلول يد به سيب زميني

شيري رنگ ‹--------------- دميدن در آب آهک

ب) تشکيل يک ماده جامد مانند:
ماده جامد پنير مانند ‹------------- افزودن سرکه به شير

ج) تشکيل حبابهايي از گاز
حباب هاي گاز کربن دي اکسيد ‹------------ ريختن جوهر نمک بر روي پوسته تخم مرغ
حباب هاي گاز کربن دي اکسيد ‹------------ افزودن سرکه به جوش شيرين

د: توليد گرما :

 مانند حل شدن کلسيم کلريد در آب
همانطور که گفته شد برخي نشانه ها در هر دو نوع تغيير مشاهده مي شوند.
مثلا هنگامي که در نوشابه گاز دار را باز مي کنيد و يا هنگامي که آب را حرارت مي دهيد هم حباب هاي گاز ظاهر مي شوند اما در اينجا تغيير شيميايي روي نداده است.

اجزاء يک تغيير شيميايي

هنگامي که آهن در هواي مرطوب قرار مي گيرد آهن با اکسيژن هوا ترکيب مي شود و لايه قهوه اي يا نارنجي رنگ بر روي آن تشکيل مي شود که زنگ آهن يا اکسيد آهن نام دارد.

اگر فراورده واکنش فوق يعني آهن اکسيد با گاز ئيدروژن ترکيب شود دو ماده جديد يعني آهن و آب پديد مي آيند.

توجه: هميشه واکنش دهنده در سمت چپ واکنش و فراورده در طرف راست واکنش قرار دارد.

سوختن: نوعي تغيير شيميايي است که طي آن يک ماده اشتعال پذير که ممکن است يک ماده آلي مانند گاز شهري (متان) و يا يک نافلز مانند گوگرد و يا يک فلز مانند منيزيم باشد به سرعت با اکسيژن ترکيب مي شود که نتيجه آن توليد انرژي (گرما و نور) همراه با ترکيبات اکسيژن دار است.

انرژي + بخار آب + کربن دي اکسيد ‹----------------------- اکسيژن + گاز متان
انرژي + گوگرد دي اکسيد ‹----------------------- اکسيژن + گوگرد
انرژي + منيزيم اکسيد ‹----------------------- اکسيژن + منيزيم

سوختن:
تند(احتراق):

 با نور و گرماي شديد همراه است مانند سوختن منيزيم و يا احتراق مواد منفجره

کند(اکسايش):

 نور و گرماي محسوس ندارد. مانند اکسيد شدن غذا در سلول هاي بدن- زنگ زدن آهن

بد نيست بدانيد که گاهي بر اثر کمبود اکسيژن سوختن بصورت ناقص انجام مي شود در اين صورت علاوه بر کربن دي اکسيد و بخار آب مقداري گاز سمي کربن مونوکسيد (Co) هم تشکيل مي شود.
اگر مقدار اکسيژن باز هم کمتر شود مقداري دوده هم تشکيل مي شود . دوده شکلي از کربن است که بصورت گرد نرمي از سوختن ناقص مواد سوختني حاصل مي شود. از اين فراورده فرعي سوختن، جهت توليد رنگ ، جوهر خودکار ، بارور کردن ابرها و نيز در صنعت لاستيک سازي استفاده مي شود.

الاکلنگ آتشين بسازيد.
دو سر يک شمع استوانه اي را صاف کرده، سوزن خياطي بلندي را کاملا از وسط شمع عبور دهيد .
اکنون دو سر سوزن را روي دو پايه مثلا دو ليوان وارونه قرار دهيد بطوري که شمع بين دو ليوان قرار گيرد حالا دو طرف شمع را روشن کرده به حرکت شمع توجه کنيد . علت حرکت شمع را تفسير کنيد.

توجه داشته باشيد که براي وقوع تغيير شيميايي احتراق همواره سه شرط لازم است اين سه شرط را در نمودار مقابل که به مثلث آتش معروف است مي بينيد.

بديهي است فقدان هر يک از شرايط از وقوع اين تغيير شيميايي جلوگيري مي کند بنابراين هنگام ايجاد حريق به روش هاي مختلف:

يکي از اين شرايط را حذف مي کنند اين روشها عبارتنداز :

الف) دور کردن مواد سوختني از اطراف آتش (حذف سوخت) مثل بستن شير گاز

ب) دور کردن (حذف اکسيژن) مثل ريختن ماسه و يا انداختن پتو بر روي آتش

ج) سرد کردن (حذف گرما) مثل پاشيدن آب بر روي آتش

انرژي و تغييرات

تغييرات گرماده : تغييراتي هستند که با از دست دادن انرژي بصورت گرما همراهند در اين گونه تغييرات انرژي واکنش دهنده ها بيشتر از انرژي فراورده هاست.

تغييرات گرماگير: تغييراتي هستند که با گرفتن انرژي (گرما) همراهند در اين تغييرات انرژي واکنش دهنده ها کمتر از فراورده هاست.

سرعت واکنش هاي شيميايي : واکنش هاي شيميايي با سرعت هاي متفاوتي انجام مي شوند.
سرعت واکنش شيميايي يعني سرعت توليد فراورده ها و يا سرعت مصرف واکنش دهنده ها به بيان ديگر سرعت واکنش شيميايي يعني «توليد فراورده يا مصرف واکنش دهنده در واحد زمان»

توجه داشته باشيد که هر چه انرژي فعال سازي (حداقل انرژي لازم براي شروع واکنش) کمتر باشد سرعت واکنش بيشتر است.

الف) دما :

 آب از هيدروژن و اکسيژن تشکيل شده است . اين دو گاز در دماي معمولي هرگز با هم ترکيب نمي شوند اما اگر مخلوط اين دو گاز را تا حدود 700 درجه سانتيگراد حرارت دهيم بسرعت با هم ترکيب مي شوند و آب پديد مي آيد.

ب) غلظت :

 با افزايش غلظت برخورد مؤثر بين مولکول هاي واکنش دهنده بيشتر و واکنش سريعتر مي شود نمودار مقابل رابطه غلظت با سرعت را نشان مي دهد.

ج) کاتاليزگر:

 موادي هستند که سرعت واکنش هاي شيميايي را افزايش مي دهند اما خود دچار تغيير شيميايي نمي شوند و در پايان واکنش دست نخورده باقي مي مانند مثلا هيدروژن پراکسيد (آب اکسيژنه) در گرما و نور به آب و گاز اکسيژن تجزيه مي شود افزودن زنگ آهن سرعت تجزيه شدن را افزايش مي دهد. اگر مقداري گرد دي اکسيد منگنز به آب اکسيژنه اضافه کنيم سرعت واکنش بحدي افزايش مي يابد که شروع به جوشيدن مي کند و گرماي قابل ملاحظه اي ازاد مي شود.(واکنش گرماده)
نمودار الف تجزيه اين ماده بدون حضور کاتاليزگر و نمودار ب تجزيه اين ماده با حضور کاتاليزگر را نشان مي دهد.

د) سطح تماس:

 با افزايش سطح تماس سرعت واکنش زياد تر مي شود به همين علت است که خاک اره سريعتر از تنه درخت مي سوزد و يا خوب جويدن غذا هضم آن را آسانتر مي کند.

فعاليت:
مقداري پر منگنات پتاسيم را روي تکه اي کاشي يا سنگ بريزيد . چند قطره گليسرين روي آن بچکانيد و چند لحظه صبر کنيد.
بار ديگر همين آزمايش را انجام دهيد اما اين بار قبل از چکاندن گليسرين ، پرمنگنات را در هاون کاملا نرم کنيد.

تفاوت نتيجه اين مرحله با مرحله قبل را تفسير کنيد.

تذکر: اين آزمايش را با احتياط و زير نظر بزرگتر ها انجام دهيد.

قانون پايستگي جرم:
لاوازيه در سال 1782 به اين نتيجه رسيد که وقتي ماده اي به ماده ديگر تبديل مي شود وزن کلي آن تغيير نمي کند . به عبارت ديگر در يک تغيير شيميايي همواره مجموع جرم واکنش دهنده ها برابر مجموع جرم فراورده هاست يعني جرم ثابت باقي مي ماند.

مثلا از سوختن چوب در هوا، موادي مانند کربن، دود، خاکستر، بخار آب و ... پديد مي آيد جرم کربن، دود ، خاکستر ، بخار آب و هواي مصرف شده برابر جرم چوب اوليه خواهد بود.
و يا اگر 4 گرم آهن و 7 گرم گوگرد را با هم حرارت دهيم حتما 11 گرم آهن سولفيد حاصل مي شود.