دانش آموزان عزیز سلام💖
در این مطلب قصد داریم نکات مبحث هواکره فصل دو شیمی دهم را به همراه سوالات نهایی و کنکور در اختیار شما قرار دهیم تا آمادگی لازم را برای آزمون پیش رو کسب کنید. فایل پی دی اف شامل سوالات و پاسخنامه تشریحی امتحان نهایی و کنکور را در انتهای مطلب مشاهده میکنید.
 | رویا خواجوی رتبه 8 منطقه 3 کنکور تجربی 1403 دانشجوی دندان پزشکی دانشگاه شهید بهشتی |
«در ابتدا برای درک اهمیت این مبحث سوالاتی که در امتحان نهایی دهم آورده شده را باهم بررسی میکنیم. بعد از خواندن درسنامه سعی کنید به سوالات پاسخ بدهید و بعد جوابتان را با پاسخنامه فایل ضمیمه مقایسه کنید.»
🔴در دمای اتاق کدام یک با گاز H2 واکنش نمیدهد؟
🔴نقطه جوش گازهای نیتروژن و اکسیژن به ترتیب برابر 196- و 183- درجه سلسیوس است. مخلوط گازی N2 و O2 را سرد میکنیم، کدام یک زودتر به مایع تبدیل میشود؟ چرا؟
🔴با افزایش ارتفاع از سطح زمین، چگالی هوا (کاهش/افزایش) مییابد.
هواکره:
1️⃣در میان سیاره های سامانۀ خورشیدی، تنها زمین، اتمسفری دارد که امکان زندگی را روی آن فراهم می کند.
2️⃣لایۀ فیروزه ای پیرامون زمین، اتمسفر زمین یا همان هواکره است که اغلب هوا نامیده می شود.
3️⃣اگر زمین را به سیب تشبیه کنیم، ضخامت هواکره نسبت به زمین به نازکی پوست سیب می ماند.
- 4️⃣این اتمسفر، مخلوطی از گازهای گوناگون است که تا فاصله ٥٠٠ کیلومتری از سطح زمین امتداد یافته است.
- 5️⃣جاذبۀ زمین این گازها را پیرامون خود نگه می دارد و مانع از خروج آنها از اتمسفر می شود.
- 6️⃣انرژی گرمایی مولکول ها سبب می شود تا پیوسته آنها درحال جنبش باشند و در سرتاسر هواکره توزیع شوند.اغلب گازها نامرئی هستند.
- 7️⃣میان گازهای هوا، واکنش های شیمیایی گوناگونی رخ می دهد که اغلب آنها برای ساکنان این سیاره سودمند هستند، اما برخی از این واکنش ها مفید نبوده و فراورده هایی تولید می کنند که دلخواه و مطلوب ساکنان سیارۀ خاکی نیست.
تغییرات فشار:
1️⃣فشار هر گاز، ناشی از برخورد مولکول های آن با دیوارۀ ظرف است. هواکره نیز به دلیل داشتن گازهای گوناگون فشار دارد. این فشار در همۀ جهت ها بر بدن ما و به میزان یکسان وارد می شود.
2️⃣فشار هوا با فاصله گرفتن از زمین به تدریج کاهش می یابد.
3️⃣نمودار تغییرات فشار بر حسب ارتفاع از سطح زمین نزولی و غیر خطی است. میزان کاهش فشار هوا در ارتفاعات پایین تر بیشتر است.
تغییرات دما:
روند تغییر دمای هواکره با افزایش ارتفاع از سطح زمین، یکنواخت و منظم نیست. بر همین اساس هواکره را به لایه های مختلفی تقسیم می کنند.
🟧نکات شکل بالا:
1️⃣گاز های N2، O2 و O3 در هر سه لایه وجود دارند.
2️⃣لایه اوزون مربوط به لایه دوم (استراتوسفر) است، اما گاز اوزون در لایه اول و سوم نیز وجود دارد.
3️⃣بخار آب فقط در لایه اول وجود دارد. به همین دلیل تغییرات آب و هوایی و بسیاری از پدیده های جوی که به رطوبت سر و کار دارند در این لایه اتفاق می افتد.
4️⃣در لایه چهارم ما با اتم اکسیژن و یون های مثبت نیز سر و کار داریم. پرتو های پر انرژی خورشید مولکول ها و اتم های این لایه را بمباران کرده و باعث تبدیل آنها به یون های مثبت می شوند.
- 5️⃣تروپوسفر، نزدیک ترین لایه هواکره به زمین است و تا ارتفاع 11/5 کیلومتری از سطح زمین را شامل می شود.
- حدود 75 درصد از جرم هواکره در لایه تروپوسفر قرار دارد.
- 6️⃣پرواز اغلب هواپیما های مسافربری در لایه تروپوسفر انجام می شود.
🟧نکات جدول بالا:
🟢درصد حجمی گاز های هواکره:
N2˂O2˂Ar˂CO2˂Ne˂He˂Kr˂Xe
- 🟢فراوان ترین گاز هواکره: نیتروژن
- 🟢فراوان ترین گاز نجیب هواکره: آرگون
- 🟢فراوان ترین ترکیب موجود در هوا: کربن دی اکسید
رطوبت هوا متغیر بوده و میانگین بخار آب در هوا، حدود یک درصد است. هر چند این مقدار از جایی به جای دیگر، از روزی به روز دیگر و حتی از ساعتی به ساعت دیگر تغییر می کند.
بررسی های دانشمندان برای هوای به دام افتاده درون بلورهای یخ در یخچال های قطبی و نیز سنگ های آتشفشانی نشان می دهد كه از 200 میلیون سال پیش تاكنون، نسبت گازهای سازندۀ هواكره تقریباً ثابت مانده است.
در لایه تروپوسفر با افزایش ارتفاع به ازای هر کیلومتر از سطح زمین دما حدود 6 درجه سانتی گراد کاهش می یابد.
🟢🟢میزان تغییر دما در مقیاس سلسیوس و کلوین با هم برابر است.
تقطیر جز به جز:
در این فرایند، نخست هوا را از صافی هایی عبور می دهند تا گرد و غبار آن گرفته شود؛ سپس با استفاده از فشار، دمای هوا را پیوسته كاهش می دهند. با كاهش دمای هوا تا 0 درجه رطوبت هوا به صورت یخ از آن جدا می شود. در دمای 78- دی اكسید هوا نیز به حالت جامد در می آید. با سرد کردن بیشتر تا دمای -200 مخلوط بسیار سردی از چند مایع پدید می آید كه به آن هوای مایع می گویند. در پایان، با عبور هوای مایع از یك ستون تقطیر، گازهای سازنده جداسازی و در ظرف های جدا ذخیره می شوند.
🟧نکات جدول بالا:
🟢در هوای مایع با دمای 200- نیتروژن، اکسیژن و آرگون به صورت مایع اند اما هلیم همچنان گازی است و در مخلوط هوای مایع وجود ندارد.
🟢در ستون تقطیر ابتدا 1️⃣نیتروژن سپس 2️⃣آرگون و بعد 3️⃣اکسیژن به صورت بخار از مخلوط جدا می شوند.
🟢با گرم کردن هوای مایع در ستون تقطیر هر چه نقطه جوش ماده پایین تر باشد، زودتر به جوش آمده و زودتر از مخلوط خارج می شود.
🟢در تقطیر جزء به جزء هوای مایع تهیه اکسیژن خالص دشوار است، زیرا نقطه جوش اکسیژن به نقطه جوش آرگون خیلی نزدیک است.
هرگاه یک لوله آزمایش خشک و سرد را مطابق شکل های زیر درون یک مایع با دما 200 - قرار دهیم، مایع بی رنگی درون لوله آزمایش جمع می شود که همان هوای مایع است.
اگر لوله آزمایش را از درون این مایع بسیار سرد بیرون آورده و در هوای اتاق قرار دهیم و بلافاصله یک کبریت شعله ور را به دهانه آن نزدیک کنیم، شعله خاموش می شود. با قرار دادن هوای مایع در دمای اتاق مخلوط شروع به جوشیدن می کند از خاموش شدن شعله نتیجه می گیریم اولین گاز خروجی قطعا اکسیژن نیست. و با گذشت چند دقیقه نیتروژن و آرگون از لوله خارج شده و سپس اکسیژن خارج می شود و کبریت نیمه افروخته در حضور گاز اکسیژن می سوزد و شعله ور تر می شود.
زندگی جانداران گوناگون در زیست کره با گازهای موجود در هوا، گره خورده است. گیاهان با بهره گیری از نور خورشید و مصرف کربن دی اکسید هواکره، اکسیژن مورد نیاز جانداران را تولید می کنند. جانداران ذره بینی، گاز نیتروژن هواکره را برای مصرف گیاهان در خاک تثبیت می کنند.
🟡کاربرد نیتروژن:
- 1️⃣بسته بندی مواد غذایی (کم بودن واکنش پذیری)
- 2️⃣پر کردن تایر خودرو (کم بودن واکنش پذیری)
- 3️⃣انجماد مواد غذایی (پایین بودن نقطه جوش)
- 4️⃣نگهداری نمونه های بیولوژیک در پزشکی (پایین بودن نقطه جوش)
🔴آرگون:
آرگون گازی بی رنگ، بی بو و غیرسمی است. واژۀ آرگون به معنای تنبل است؛ زیرا واکنش پذیری ناچیزی دارد. این گاز در پتروشیمی شیراز از تقطیر جزء به جزء هوای مایع با خلوص بسیار زیاد تهیه می شود. آرگون به عنوان محیط بی اثر در جوشکاری، برش فلزها و همچنین در ساخت لامپ های رشته ای به کار می رود.
🔵کاربرد های هلیم:
- 1️⃣پر کردن بالن های هواشناسی، تفریحی و تبلیغاتی
- 2️⃣جوشکاری
- 3️⃣کپسول غواصی
- 4️⃣مهم تر از همه، برای خنک کردن قطعات الکترونیکی در دستگاه های تصویربرداری مانند MRI
هلیم به عنوان سبک ترین گاز نجیب، بی رنگ و بی بو است. هلیم در کرۀ زمین به مقدار خیلی کم یافت می شود؛ به طوری که مقدار ناچیزی از آن در هوا و مقدار بیشتری در لایه های زیرین پوستۀ زمین وجود دارد؛ از این رو، منابع زمینی آن از هواکره سرشارتر و برای تولید هلیم در مقیاس صنعتی مناسب ترند. هلیم از واکنش های هسته ای در ژرفای زمین تولید می شود. این گاز پس از نفوذ به لایه های زمین، وارد میدان های گازی می شود. یافته های تجربی نشان می دهد که حدود 7 درصد حجمی از مخلوط گاز طبیعی را هلیم تشکیل می دهد. البته مقدار هلیم در میدان های گازی گوناگون، متفاوت است. هلیم را می توان افزون بر هوای مایع، از تقطیر جزء به جزءِ گاز طبیعی نیز به دست آورد. جداسازی هلیم از گاز طبیعی به دانش و فناوری پیشرفته ای نیاز دارد.
🟢اکسیژن:
بسیاری از واکنش های شیمیایی مانند فرسایش سنگ و صخره، زنگ زدن، فساد مواد غذایی و... که پیوسته پیرامون ما رخ می دهند به دلیل تمایل زیاد اکسیژن برای انجام واکنش است.
- این عنصر در آب کره، در ساختار مولكول های آب یافت می شود.
- در زیست کره در ساختار همۀ مولكول های زیستی مانند كربوهیدرات ها، چربی ها و پروتئین ها یافت می شود.
- در هواكره نیز این گاز به طور عمده به شکل مولكول های دو اتمی وجود دارد.
با افزایش ارتفاع، غلظت و فشار همه گاز های موجود در هواکره از جمله اکسیژن کم می شود. به دلیل کاهش فشار و غلظت اکسیژن در ارتفاعات بالا، کوهنوردان هنگام صعود به ارتفاعات، کپسول اکسیژن حمل می کنند و هواپیماها با خود اتاقکی از گاز اکسیژن حمل می کنند.
