X
تبلیغات
شیمی

شیمی

آموزش شیمی

شیمی
بخش 1 ـ مایعی کم‏یاب در عین فراوانی
 مقدمه

 سطح كره‏ي زمين از آب پوشيده شده است . از اين‏رو هنگامي كه از فضا به زمين مي‏نگريم، عموماً آن را كره‏اي به رنگ آبي مي‏بينيم . وجود مقادير زياد آب در زمين سبب شده است كه سياره‏ي ما در منظومه‏ي خورشيدي ، تنها سياره‏ي مناسب براي زندگي جان داران باشد.

 

سه چهارم سطح کره‏ي زمين را آب پوشانده است

 

 

 

 

 

 

منابع آب در طبيعت

پراكندگي منابع ناچيز آب شيرين در سراسر زميني يکنواخت نيست؛ عوامل مؤثر بر آن عبارت است از: موقعيت جغرافيايي، شرايط آب و هوايي و ميزان بارش

بيش‏تر نقاط ايران جزو مناطق خشك و نيمه خشك (كم بارش ) مي‏باشند.

 

 تجديدپذيري طبيعي منابع آب

آب موجود در طبيعت به نسبت تقريباً ثابتي در ميان منابع آب توزيع مي‏شود. اين توزيع متناسب، با به چرخش درآمدن آب در ميان اين منابع انجام مي‏گيرد. چرخه‏ي آب نامي است که به اين فرآيند داده‏اند

 تجدیدپذیری آب در طبیعت

 

همه‏ي آب موجود در طبيعت به نسبت تقريباً ثابتي بين منابع آب تـوزيع مي‏شودکه به اين فرآيند ، چرخه‏ي طبيعي آب مي‏گويند.

 

 

چرخه‏ي طبيعي آب

 

 

چرخه‏ي آب در طبيعت

 

 مصرف آشكار و نهان آب

تحقيقات آماري در بسياري از كشورهاي پيشرفته نشان مي‏دهد كه ميانگين مصرف آشكار آب براي هر نفر در روز حدود ليتر و مصرف نهان آب ، براي هر نفر در روز حدود ليتر است .

مصرف آشكار آب مانند: آشاميدن ، شست و شوي لباس و ظرف‏ها، حمام كردن ، آبياري گل‏ها و

مصرف نهان آب مانند: آبياري كشت‏زارها و تهيه و توليد مواد غذايي ، تأمين انرژي ، توليد فرآورده‏هاي صنعتي ، امور بازرگاني و خدمات مروري بر آموخته‏هاي گذشته
 ماده

هر چيزي كه جرم دارد و فضا اشغال مي‏كند، ماده نام دارد.

 

 اتم

همه‏ي مواد از اتم تشكيل شده‏اند.

اتم ، داراي يك هسته است كه درون آن ذره ‏هاي داراي بار مثبت (پروتون‏ها) و ذره‏هاي بدون بار (نوترون‏ها) وجود دارند.

اتم هيدروژن سبك ، يک پروتون دارد و نوترون ندارد.

الكترون‏ها ذره‏هايي با بار الكتريكي منفي مي‏باشند و در فضاي اطراف هسته‏ي اتم در حال حركت‏اند.

اتم‏ها از نظر الكتريكي خنثي هستند، زيرا تعداد الكترون‏ها و پروتون‏ها، در نتيجه تعداد بارهاي منفي و مثبت آن ها در يك اتم با هم برابر است يون

اتم مي‏تواند يك يا چند الكترون از دست بدهد و به يون مثبت (كاتيون ) تبديل شود، يا يك يا چند الكترون بگيرد و يون منفي (آنيون ايجاد كند. مانند، و

 

مولكول

وقتي دو يا چند اتم به نسبت معين با يك‏ديگر پيوند دهند، مولكول به‏وجود مي‏آيد.

مولكول ، كوچك‏ترين ذره‏ي هر ماده است كه ويژگي‏هاي آن ماده را دارد. مانند مولكول‏هاي ، ، ، ، ،  و

 

 ماده‏ي خالص

ماده‏اي است كه مولكول‏هاي يکسان دارد. ماده‏ي خالص ممكن است عنصر يا مركب باشد.

 

 عنصر

ماده‏ اي است كه ذره‏هاي سازنده‏ي آن ، اتم يا مولكول‏هايي هستند كه از يك نوع اتم ساخته شده‏اند. مانندكه از دو اتم اكسيژن ياكه از سه اتم اكسيژن تشكيل شده است . تقريباً  عنصر در طبيعت يافت مي‏شود.

 

 تركيب‌

ماده‏اي است كه مولكول‏هاي آن از اتم‏هاي متفاوت تشكيل شده است . مانند: آب كه از مولكول‏هاي، متان كه از مولكول‏هاي و آمونياك كه از مولكول‏هاي تشكيل شده است .

 

 

 نماد شيميايي

براي نشان دادن عنصرها، اتم‏ها و ترکيب‏ها از نمادهاي شيميايي استفاده مي‏شود.

نمادهاي شيميايي معمولاً يك يا دو حرف لاتين را دربر دارند. نمادهاي سه حرفي هم وجود دارد كه براي عنصرهايي كه به تازگي كشف شده‏اند، به‏كار مي‏روند.

نمادهاي يك حرفي با حرف بزرگ نوشته مي‏شوند. در مواردي كه حرف اول نام دو عنصر يکسان باشد، از حرف اول و يكي ديگر از حرف‏هاي نام آن‏ها استفاده مي‏شود. در نمادهاي شيميايي دو حرفي ، حرف اول را بزرگ و حرف دوم را كوچك مي‏نويسند.

 فرمول شيميايي‌

نماد شيميايي ، عنصرهاي سازنده و تعداد اتم‏هاي هر عنصر را در يك مولكول يا واحد سازنده‏ي آن ماده مشخص مي‏كند. هر فرمول شيميايي نمايانگر يک ترکيب شيميايي است.

مثلاً فرمول شيميايي متان نشان مي‏دهد كه از عنصرهاي كربن و هيدروژن ساخته شده است و شامل يك اتم كربن و چهار اتم هيدروژن مي‏باشدواكنش شيميايي‌

شامل شكسته شدن پيوندهاي شيميايي و تشكيل پيوندهاي جديد است .

در واكنش‏هاي شيميايي ، آرايش اتم‏ها در مولكول‏هاي مواد اوليه (واكنش‏دهنده‏ها) تغيير مي‏كند و مواد جديدي (فرآورده‏ها) به‏دست مي‏آيد.

خواص فرآورده‏ها با واکنش‏دهنده‏ها متفاوت است.

 

 پيوندهاي شيميايي
 پيوند كووالانسي

نيرويي قوي است كه ، اتم‏هاي سازنده‏ي يك مولكول را كنار يك ‏ديگر نگه مي‏دارد.

 

 ظرفيت

تعداد پيوندهايي است كه يك اتم ، مي‏تواند با اتم‏هاي ديگر تشكيل دهد.

 

اتم هيدروژن يک ظرفيتي بوده و با يک هيدورژن ديگر پيوند کوالانسي برقرارمي‏کند.

پيوند كووالانسي را به‏صورت يك خط بين نمادهاي شيميايي دو اتم درگير در پيوند نشان مي‏دهند. مانند

 

ـ مولکول آمونياک

 

ـ مولکول متان

 

 پيوند يوني

پيوند شيميايي بسيار محكمي است كه در تركيب‏هاي يوني بين كاتيون‏ها و آنيون‏ها كه بارهاي ناهمنام دارند، ايجاد مي‏شود

 پیوند یونی

 

در تركيب‏هاي يوني مجموع بارهاي مثبت و منفي برابر بوده و تركيب يوني از نظر الكتريكي خنثي است .

 

 معادله‏ي شيميايي

آن‏چه در يك واكنش شيميايي روي مي‏دهد را به‏طور خلاصه بيان مي‏كند.

مانند معادله‏ي سوختن متان كه ، بخار آب ، گاز كربن دي اكسيد و گرما توليد مي‏كند.

           

معادله‏ي شيميايي موازنه شده ، معادله‏اي است كه تعداد كل اتم‏هاي هر عنصر در دو طرف معادله (واكنش‏دهنده‏ها و فرآورده‏ها) يکسان باشند. چنين معادله‏اي ، از قانون پايستگي جرم تبعيت مي‏كند

 قانون پایستگی جرم

 

واکنش‏هاي شيميايي از قانون پايستگي جرم تبعيت مي‏کنند. به طور مثال 5 مول روي با 5 مول گوگرد، 5 مول روي سولفيد مي‏دهد. آب مايعي با ويژگي‏هاي باورنكردني

آب تنها ماده‏اي است كه در طبيعت به هر سه حالت جامد، مايع و گاز يافت مي‏شود.

برخي ويژگي هاي غيرعادي آب عبارت‏اند از

تغيير غيرعادي حجم آب بر اثر تغيير دما

 زياد بودن ظرفيت گرمايي ويژه

بالا بودن گرماي تبخير

زياد بودن كشش سطحي آب

1ـ تغيير غيرعادي حجم آب بر اثر تغيير دما: اغلب مواد در اثر سرما منقبض شده كاهش حجم پيدا مي‏كنند، اما هنگامي كه آب بر اثر سرما به يخ تبديل مي‏شود، انبساط مي‏يابد. اين افزايش حجم غير عادي در يخ ، موجب مي‏شود كه چگالي يخ كم‏تر از آب بوده و يخ روي آب شناور بماند. (به نسبت جرم به حجم يك ماده ، چگالي يا جرم حجمي مي‏گويند.)

             (چگالي )

اين پديده موجب مي‏شود كه در زمستان ها با يخ زدن سطح آب درياچه‏ها، لايه‏ي عايقي از يخ به‏وجود آيد كه از يخ زدن لايه‏هاي زيرين جلوگيري مي‏كند. در اين شرايط ماهي‏ها و آبزيان ديگر مي‏توانند در مناطق گرم‏تر زيرين به زندگي خود ادامه دهند.

2ـ زياد بودن ظرفيت گرمايي ويژه : ظرفيت گرمايي ويژه ، مقدار گرمايي است كه دماي از يك جسم را افزايش مي‏دهد.

اين ويژگي غيرعادي آب موجب مي‏شود كه مقادير زياد آب موجود در سطح زمين ، مانند يك ترموستات يا دماپاي غول‏آسا عمل كرده و تغييرات دماي زمين را كه بر اثر تابش نور خورشيد بر آن به‏وجود مي‏آيد، متعادل سازد. ظرفيت گرمايي ويژه‏ي آب برابر  مي‏باشد.

3ـ بالا بودن گرماي تبخير: براي تبديل مقدار كمي آب به بخار، گرماي زيادي لازم است . اين خاصيت نيز براي ما بسيار اهميت دارد. براي نمونه ، وجود يك حوض بزرگ با چند فواره در يك پارك ، هواي آن‏جا را خنك‏تر از جاهاي ديگر مي‏كند.

وجود درياچه‏ها و اقيانوس‏ها آب و هواي محلي را كه نزديك آن ها است معتدل مي‏كند. گرماي اضافي بدن ما نيز با تبخير مقدار كمي آب بدن از طريق منافذ پوست (عرق كردن ) كاسته مي‏شود.

4ـ زياد بودن كشش سطحي آب : زياد بودن كشش سطحي آب ، موجب مي‏شود اجسام سبك بر روي آن شناور بمانند. سطح آب زير پاي حشره‏ها فرو مي رود، اما پاره نمي‏شود.

 

 ساختار خمیده‏ی آب

چنان‏چه آب ساختاري خطي مانند مي‏داشت ، مولكولي ناقطبي به شمار مي‏رفت . اما تجربه نشان مي‏دهد كه باريكه‏ي آب ، جذب ميله‏ي پلاستيكي داراي بار مي‏شود؛ بنابراين مولكول‏هاي آب قطبي مي‏باشند. ثابت شده است كه اتم اكسيژن ، داراي جزئي بار منفي بوده و اتم‏هاي هيدروژن ، قطب مثبت مولكول آب را تشكيل مي‏دهند كه جزئي بار مثبت  دارند. بنابراين مولكول آب ساختاري خميده خواهد داشت . به عبارت ديگر، دو اتم هيدروژن آن نسبت به اتم اکسيژن در يک راستا و به‏صورت قرار نگرفته‏اند. بلکه به‏صورت   مي‏باشد.

مولکول آب يا هر مولکول ديگري که دوقطبي است، يعنی يک قطب مثبت و يک قطب منفي دارد، مولکول قطبي ناميده مي‏شود ولي در مجموع از نظر الکتريکي خنثي است زيرا تعداد الکترون‏ها و پروتون‏ها در يک اتم يا مولکول همواره برابر است.

 

آب يک مولکول قطبي است که داراي يک سر منفي و دو سر مثبت مي‏باشد . اکسيژن داراي جزيي بارمنفي و هيدروژن داري جزيي بار مثبت مي‏باشد.

 

 توجیه ويژگي‏هاي غيرعادي آب

ساختار خميده‏ي مولكول آب و قطبي بودن آن ، حاكي از وجود نيروهاي جاذبه‏ي قوي بين مولكول‏هاي آب است . وجود اين نيروهاي جاذبه‏ي بين مولكولي سبب مي‏شود كه آب مايعي با خواص ويژه باشد.

 

پيوند هيدروژني بين مولکول‏هاي آب باعث مي‏شود که گرماي تبخير آب بسيارزياد وحدود1-J.g2260باشد.

1ـ زياد بودن ظرفيت گرمايي ويژه : هر چه جاذبه‏هاي بين مولكولي قوي‏تر باشد، گرماي بيش‏تري براي افزايش جنب و جوش مولكول‏ها و بالا بردن دماي آن ماده مصرف مي‏شود. (ظرفيت گرمايي ويژه‏ي يك جسم ، مقدار گرمايي است كه به يك گرم از آن ماده داده مي‏شود تا دماي آن افزايش يابد). اين عامل اثر زيادي در دماي كره‏ي زمين دارد و فايده‏ي آن اين است كه تفاوت دماي روز و شب در كره‏ي زمين را قابل تحمل كرده است ، زيرا در روز آب به‏تدريج اين گرما را مي‏گيرد و در شب نيز به‏تدريج از دست مي‏دهد. در نتيجه دماي سطح كره ‏ي زمين تغييرات چنداني نمي‏كند

 ظرفیت گرمایی ویژه‏ی آب

 

2ـ گرماي تبخير بالا: براي تبديل مقدار كمي آب به بخار، گرماي زيادي لازم است . خنک شدن بدن بر اثر تعرق، شرايط خاص آب و هوايي كنار درياها و اقيانوس‏ها و خنك بودن هوا در تابستان كنار حوض‏هاي بزرگ آب يا فواره‏ها، گرماي تبخير بالاي آب را نشان مي‏دهند. براي اين‏كه يك گرم آب از حالت مايع به بخار تبديل شود حدود گرما لازم است . اين امر خود باعث ادامه‏ي زندگي جان‏داران شده است ، زيرا هم گياهان و هم جانوران با عمل تعرّق (عرق كردن )، دماي بدن خود را متعادل مي‏كنند، تعرق و تبخير از سطح پوست ، مقدار گرمايي را كه در اثر سوختن غذا و به‏خصوص در هنگام فعاليت زياد ايجاد شده است ، به‏صورت محسوس از بدن به محيط اطراف منتقل مي‏كند. تعرق ، بدن را به‏صورت نامحسوس با لايه‏ي نازكي از بخار آب مي‏پوشاند و پوست را در برابر تغيير دماي محيط محفوظ نگه مي‏دارد. هم‏چنين آب به حالت مايع ، تا حدي سبب تنظيم دماي آب و هواي زمين مي‏شود، «هواكره» نيز گرماي تعادلي را براي زمين نگه مي‏دارد و بخار آب را از اقيانوس‏ها به خشكي مي‏برد.

3ـ زياد بودن كشش سطحي آب : مولكولي كه درون مايع قرار دارد از هر سمت از طرف مولكول‏هاي اطراف خود به‏طور يکسان جذب مي‏شود از اين‏رو چنين مولكولي در راستاي خاصي كشيده يا دفع نمي‏شود. اما مولكول‏هاي سطح مايع تنها از طرف مولكول‏هاي مجاور و زيرين خود جذب مي‏شوند. اين امر سبب مي‏شود كه مولكول‏هاي سطح مايع به طرف داخل كشيده شوند و در نقش يك پوسته عمل كنند. هر اندازه نيروهاي جاذبه‏ي بين مولكولي قوي‏تر باشند، كشش سطحي مايع نيز بيش‏تر است . زياد بودن كشش سطحي آب موجب مي‏شود اجسام سبك روي آن شناور باشند.

4ـ تغيير غيرعادي حجم آب : آب در، كم‏ترين حجم و بيش‏ترين چگالي را دارد. (چگالي ، جرم واحد حجم ماده است ). در وقتي آب يخ مي‏بندد هر مولكول آب با مولكول آب ديگر آرايش چهاروجهي منتظم ايجاد مي‏كند و وجود فضاهاي ضلعي توخالي بين مولكول‏هاي آب باعث افزايش حجم آب مي‏شود.

 

 

به هنگام يخ زدن ، هر مولکول آب با 4 مولکول از اطراف، پيوند هيدروژني تشکيل مي‏دهد. بین مولکول‏ها فضاي توخالی 6گوشه پديد مي‏آيد که باعث افزايش حجم هنگام يخ زدن مي‏شود

 توجیه برخی ویژگی‏های غیر عادی آب

 

تشکيل پيوند هيدروژني و به‏وجود آمدن فضاي توخالي 6گوشه

در زمستان‏ها سطح درياچه‏ها يخ مي‏بندد و مانند لايه‏اي عايق از يخ زدن لايه‏هاي زيرين جلوگيري مي‏كند و آبزيان مي‏توانند در مناطق گرم‏تر زيرين (دماي آن از پايين‏تر نمي‏رود) به زندگي خود ادامه دهند. آبي كه كم‏ترين حجم و بيش‏ترين چگالي را دارد لايه‏ي زيرين را تشكيل مي‏دهد.

             چگالي آب در

             چگالي يخ در

بنابراين يخ روي آب شناور مي‏ماند. همين عامل باعث شناور شدن يخ‏هاي قطبي روي آب مي‏شود. به‏جز آب ، برخي عنصرها نيز اين خاصيت را دارند

 

بيش‏تر بدانيد

يكي از راه‏هاي تأمين آب ، ايجاد باران مصنوعي است . براي اين عمل ، مواد سردكننده مانند يخ خشك (كربن دي‏اكسيد جامد) را با هواپيما در بالاي ابرها پخش مي‏كنند كه باعث تجمع آب ابرها مي‏شود و سپس به‏صورت باران به زمين مي‏آيد.

البته براي ايجاد باران مصنوعي وجود ذره‏هاي بخار آب در هوا و شرايط جوّي و هواشناسي مناسب ، ضروري است .

اگر نشتي يا چكّه‏ي شير آب ، يك فنجان را به مدت دقيقه پر كند، در مدت يك سال حدود ليتر آب هدر مي‏رود. شما بايد در مدت يك سال روزي ليوان آب بنوشيد تا به اين حجم آب دست يابيد. با اين مقدار آب مي‏توان بار استحمام كرد، هم‏چنين براي پر كردن يك استخر هم كافي است .

پرباران‏ترين منطقه‏ي جهان با متوسط بارش سالانه ي ميلي‏متر (متر) در ايالت آسام هند قرار دارد.

متوسط بارش سالانه در جهان ، آسيا و ايران به ترتيب ، برابر با ، و ميلي‏متر است .

رشت با متوسط بارش سالانه‏ي ميلي‏متر و يزد با متوسط بارش سالانه‏ي ميلي‏متر، به ترتيب پرباران‏ترين و كم‏باران‏ترين شهرهاي ايران هستند.

متوسط بارش سالانه در شهرهاي بندري چابهار و لنگه به ترتيب برابر و ميلي‏متر است .

حدود جرم بدن برخي از جانوران بي‏مهره ي دريايي را آب تشكيل مي‏دهد.

حدود خون ، سلول‏هاي عصبي ، ماهيچه‏ها و  پوست ما را آب تشكيل داده است .

نخستين بار در سال ميلادي دانشمندي انگليسي به نام هنري كاونديش ، آب را از سوزاندن هيدروژن در هوا تهيه كرد. دو سال بعد لاووازيه با قاطعيت اعلام كرد كه آب عنصر نيست . بلكه تركيبي از دو عنصر گازي شكل است .

لاووزايه براي عنصرهاي سازنده‏ي آب ، نام‏هاي اكسيژن و هيدروژن را پيشنهاد كرد.

جرم كل نمك‏هاي موجود در درياها و اقيانوس ها، حدود  ميليارد تن ، تخمين زده شده است .

بيش‏ترين درصد جرمي نمك‏هاي موجود در آب دريا به سديم كلريد ( گرم در هر ليتر آب دريا) مربوط است .

معرفي کتاب

1ـ هم گام با شيمی ـ اميدوار، سليماني و شعاعي ـ  انتشارات مبتکران

 

 

+ نوشته شده در  شنبه دهم اسفند 1387ساعت 22  توسط فرهاد راسخ  |