بیشتر موادّ پیرامون در طبیعت یافت نمی شوند؛ بلکه باید آنها را با انجام تغییرهای فیزیکی و شیمیایی در مواد طبیعی به دست آورد؛
برای نمونه:
فلزهای آهن، آلومینیم و مس را از سنگ معدن آنها، شیشه را از ماسه ، سیمان را از سنگ آهک و پلاستیک را از نفت خام می سازند.
چکش خوار بودن فلزها این امکان را می دهد تا آنها را به شکل های دلخواه در آوریم.
مواد در دمای معمولی به سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارند.
با تغییرات دما ، حالت مواد تغییر می کند.
شما شاهد بسیاری از این تغییر حالتها در محیط اطراف خود هستید.
چکش خوار بودن فلز ها را با توجه به ساختار اتمی
استحکام فلزها بیشتر از سایر مواد است.
در نتیجه برای ساختن وسایلی که باید استحکام زیادی داشته باشند، از فلز ها استفاده می کنند.
برای نمونه:
بدنهٔ خودروها، اسکلت های ساختمانی، پل ها، در و پنجره و وسایل ورزشی را با استفاده از فلزها می سازند.
استحکام:
مقدار نیرویی که لازم است تا یک ماده در اثر کشیدن، گسسته یا بریده شود.یا میزان مقاومتی که یک ماده در برابر پاره شدن از خود نشان می دهد
چگالی فلزها با هم برابر نیستند.
برای نمونه، چگالی طلا خیلی بیشتر از فولاد و چگالی فولاد نیز بیشتر از آلومینیم است.
به همین دلیل فلز آلومینیم به یک فلز سبک شهرت دارد و برای ساختن اجسام محکم ولی سبک به کار می رود
هر وسیله، کاربرد معینی دارد. بنابراین هنگام ساختن وسایل، باید به ویژگی مواد سازندهٔ آن توجه کرد.
در ساختن یک وسیله، علاوه بر ویژگی های فیزیکی مواد، قیمت و فراوانی آنها نیز در انتخاب آنها اهمیت دارد.
برای نمونه فلز آهن از سایر فلزها ارزان تر است .به همین دلیل این فلز کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع مختلف دارد.
برای شناسایی مواد و پی بردن به ویژگی های آن ها دو روش وجود دارد:
مشاهده مستقیم:
دراین روش رفتار و ویژگی ماده به صورت مستقیم بررسی می شود.
مشاهده غیرمستقیم:
در این روش با مشاهده غیرمستقیم وانجام آزمایشها، اطلاعاتی ازخواص و ویژگی های مواد کسب ومیتوان آنها را شناسایی کرد.
دانشمندان به همین روش به وجود اتم ها وخواص آنها پی بردند.
بیشتر موادی که در زندگی روزمره استفاده می کنیم ، ترکیب هستند.
تعداد عناصر جهان در حالت طبیعی به حدود 90 عنصر می رسد و تمام ترکیب های موجود در جهان نیز از ترکیب 90 عنصر ساخته شده اند.
ویژگی های ماده:
- ماده ساختار ذره ای دارد .
- در میان ذره های سازنده ی ماده فضای خالی وجود دارد.
- ذرات سازنده ی ماده ،دائماً در حال حرکتند.
- ذرات سازنده ی ماده ،یکدیگر رامی ربایند .
- وقتی ماده ای را گرم کنیم ،جنبش ذرات آن افزایش و با سرد شدن جنبش ذرات آن کاهش می یابد.
موارد یادشده نظریه ی مولکولی راتشکیل داده و بسیاری ازرفتارهای ماده را می توان باآن توضیح داد.
مثال:
درموادگازی شکل، فاصله ی بین ذره ها بیشتر از جامد ومایع است.
پس می توان اتم ها یامولکول های گاز رابه یکدیگر نزدیک کرد وحجم آن راکاهش داد.یعنی گازها رابه راحتی می توان متراکم نمود.
امانمی توان یک مایع یاجامد رابه آسانی و به مقدار زیاد متراکم کرد یعنی آن ها تقریباً تراکم ناپذیرند.
تأثیر گرما بر حجم مواد :
در اثر گرم شدن مواد، انرژی جنبشی ذرات ماده بیشتر می شود.
در نتیجه فاصله بین ذرات آن ها افزایش یافته و حجم ماده زیاد می شود .
در این حالت می گوییم ماده منبسط شده است.
با فرض این که میزان گرما و حجم اولیه مواد یکسان باشد از مقایسه ی میزان انبساط در سه حالت ماده نتیجه مقابل به دست میآید :
گازها > مایعات>جامدات فلزی>جامدات نافلز
خواص فلز ها را نیز می توان با افزودن یک یا چند مادهٔ شیمیایی به آنها، تغییر داد.
در اثر این عمل خواص فلزها بهبود پیدا می کند، آلیاژها مواد جدیدی اند که اغلب از مخلوط کردن دو یا چند فلز به دست می آیند.
برای این منظور فلز ها را ذوب و با هم مخلوط می کنند.
در اثر این عمل، اتم های سازندهٔ آلیاژ، لابه لای یکدیگر پخش می شوند.
آلیاژها
آلیاژها ویژگی های جدیدی دارند؛ به طوری که، هرگاه مقدارکمی از فلز های مختلف یا کربن را به فلز آهن اضافه کنیم، انواع فولاد با ویژگی های متفاوت به دست می آید.
برای نمونه، افزودن فلزهای کروم و نیکل به آهن سبب تولید مادهٔ جدیدی به نام فولاد زنگ نزن می شود که بسیار مقاوم و سخت تر از آهن است.
آموزش فصل 4
ذوب:
در جسم جامدی مانند آهن مولکول ها به هم نزدیک، جنبش مولکول ها کم و جادبه بین آنها زیاد است.
اگر جسم جامد گرم شود جنبش و فاصله مولکول ها افزایش و ربایش آنها کم می شود.
اگر جسم جامد به اندازه کافی گرم شود ربایش مولکول ها به اندازه ای کم می شود که می توانند آزادانه حرکت کنند
در این صورت جامد به مایع تبدیل می شود این تغییر حالت ذوب نامیده می شود.
به بیان ساده تر:
ذوب یعنی تبدیل جامد به مایع بر اثر گرما
از آنجا که برای انجام این تغییر حالت، گرما جذب می شود به آن گرماگیر گفته می شود.
نقطه ذوب:
به دمایی گفته می شود که درآن دما جامد به مایع تبدیل می شود.
مثلاً یخ در دمای صفر درجه به مایع تبدیل می شود پس نقطه ذوب آن صفر درجه سانتی گراد است.
سؤال : ذوب شدن آهن چه تفاوتی با ذوب شدن شیشه دارد؟
انجماد:
اگر مایعی به اندازه کافی سرد شود جنبش و فاصله مولکول ها کم و ربایش مولکول ها افزایش می یابد.
تا جایی که مولکول ها دیگر نمی توانند آزادانه حرکت کنند در این صورت مایع به جامد تبدیل می شود به این تغییر حالت انجماد می گویند.
انجماد یعنی تبدیل مایع به جامد
از آنجا که این تغییر حالت با از دست دادن گرما همراه است آن را گرماده می گویند.
در موادی که نقطه ذوب معین دارند همواره
مثلاً اگر نقطه ذوب آهن 1535درجه باشد نقطه انجماد آن هم 1535درجه خواهد بود.
اثر ناخالصی بر نقطه ذوب و انجماد
حتماً دیده اید که در زمستان بر سطح خیابان های یخ زده نمک می پاشند.
و یا مخلوطی از آب و الکل به عنوان ضد یخ در رادیاتور اتومبیل می ریزند.
علت هر دو مورد بالا این است که:
تبخیر :
تبدیل مایع به بخار یا گاز را تبخیر می گویند.
خشک شدن لباس، چروکیده شدن برگ درختان در گرما نمونه هایی از تبخیر هستند.
جوشیدن:
هرچه مایع گرمتر شود سریعتر تبخیر می شود.
اگر گرم کردن مایع ادامه یابد مایع شروع به جوشیدن می کند.
در هنگام جوشیدن در همه قسمت های مایع حبابهایی از بخار تشکیل می شود.
توجه داشته باشید که:
- ناخالصی نقطه جوش را بالا می برد.
- یکی از مزایای ضدیخ در رادیاتور هم همین است
- در یک ظرف روباز دمای مایع از نقطه جوش بالاتر نمی رود بنابراین برای زودتر پخته شدن غذا شعله چراغ را زیاد نکنید
- نقطه جوش به فشار هوا بستگی دارد(در مناطق کوهستانی نقطه جوش پایین تر است.)
انجام دهید:
– اندکی آب درون یک سرنگ وارد کنید اکنون دهانه سرنگ را با انگشت محکم بگیرید و پیستون آن را به عقب بکشید.
اگر کار را درست انجام دهید خواهید دید که آب درون سرنگ خواهد جوشید.
ظرف شیشه ای نشکن (پیرکس) مانند ارلن را تا کمتر از نیمه آب کرده روی شعله حرارت دهید تا آب درون آن به جوش آید.
اکنون شعله را خاموش و دهانه ظرف را به چوب پنبه محکم ببندید
اگر ارلن را زیر آب سرد بگیرید.
و یا به بدنه آن یخ بمالید آب درون ارلن دوباره شروع به جوشیدن خواهد کرد .
این درحالی است که دمای آب ارلن خیلی پایین تر از نقطه جوش است و جوشیدن آب در هر دو مورد بخاطر کاهش فشار هوا است.
تذکر: هرگز برای انجام این آزمایش از بطری های شیشه ای معمولی استفاده نکنید.
میعان :
اگر بخار یا گاز به اندازه کافی سرد شود مولکول ها تا حدی به هم نزدیک می شوند که بخار به مایع تبدیل می شود این تغییر حالت میعان نام دارد.
به بیان دیگر :میعان یعنی مایع شدن و یا تبدیل بخار یا گاز به مایع
شبنم، مه، تشکیل ابر و بارش
تشکیل شبنم، مه، تشکیل ابر و بارش ، تشکیل قطرات آب برروی شیشه ای پنجره در زمستان نمونه هایی از عمل میعان هستند.
میعان هم مانند انجماد با از دست دادن گرما همراه است بنابراین گرماده محسوب می شود.
بدنیست بدانید که:
اگر بخار آب موجود در هوا از حد معمول بیشتر باشد چنین هوایی را شرجی یا سیرشده یا اشباع می نامند.
هوای شرجی گرمتر از حد معمول بنظر می رسد زیرا عرقی که بر سطح بدن تشکیل می شود بسرعت تبخیر نمی شود تا بدن خنک شود.
سواحل شمالی و جنوبی ایران چنین هوایی دارند.
به تبدیل مستقیم جامد به گاز تصعید می گویند.
بلورهای ید، کافور و قرص های نفتالین اگر در ظروف روباز قرار گیرند بدون آنکه مایع شوند مستقیما به گاز تبدیل می شوند.
(ناپدید می شوند)
این تغییر حالت ها نمونه هایی از عمل تصعید هستند.
یخ خشک یا کربن دی اکسید جامد هم که از سرد و متراکم کردن گاز کربن دی اکسید حاصل می شود به سرعت به گاز تبدیل می شود(تصعید)
از این ماده برای سرد کردن مواد و در صحنه های تئاتر برای تشکیل محیط مه آلود استفاده می شود.
چگالش:
عکس عمل تصعید است یعنی تبدیل گاز به جامد
تشکیل برفک یخچال و تشکیل برف در آسمان نمونه هایی از عمل چگالش هستند.
برفک یخچال هنگامی تشکیل می شود که بخار آب درون یخچال به اطراف جایخی که دمای آن کمتر از نقطه انجماد آب است برخورد کنند.
(بخار آب حاصل از مواد غذایی و میوه ها و سبزیجات .(
تغییر حالتها را بطور خلاصه در نمودار زیر ببینید.
