پاسخ سئوال مسابقه بزرگ کیمیاگران

بسمه تعالی

- سئوال: چرا در دستگاه اشعه کاتدی در فشار ۰.۰۱ اتمسفر گاز درون لوله و در فشار ۰.۰۰۰۱ اتمسفر جداره شیشه ای لوله ملتهب می شود، در حالیکه در فشار ۰.۰۰۰۰۰۱ اتمسفر شاهد تشکیل اشعه کاتدی هستیم؟

در دما و حجم ثابت، تعداد مولکولهای یک گاز با فشار آن رابطه مستقیم دارد. یعنی هرچه فشار گاز درون یک محفظه بیشتر باشد تعداد مولکولهای بیشتری درون ظرف وجود دارد. تعداد مولکولهای یک گاز در فشار ۰.۰۱ اتمسفر بسیار بیشتر تعداد مولکولها در فشار ۰.۰۰۰۱ اتمسفر می باشد. حال توجه کنید وقتی در لوله اشعه کاتدی در فشار ۰.۰۱ اتمسفر اختلاف ولتاژی بیشتر از ۱۰،۰۰۰ ولت برقرار می کنیم جریانی از الکترونهای دارای انرژی ایجاد می شود، به دلیل تراکم بالای مولکولهای گاز درون لوله الکترونها با این مولکولها برخورد کرده و باعث برانگیخته شدن آنها می شوند. در این حالت گاز درون لوله ملتهب شده و طیف خاصی را از خود منتشر می نماید. که رنگ این طیف به جنس گاز درون لوله بستگی دارد. از این نوع لوله ها در ساخت لامپ های تبلیغاتی معروف به لامپ نئون استفاده می شود.

اما وقتی که مولکولهای گاز داخل لوله را کمتر می کنیم و فشار آنرا به ۰.۰۰۰۱ اتمسفر می رسانیم، تعداد ذرات آنقدر کم هستند که باعث شوند تا الکترونهای پر انرژی ضمن عبور از بین آنها کمی منحرف شده و با جداره های شیشه ای لوله برخورد نمایند. در این حالت اتمهای موجود در مولکولهای شیشه برانگیخته شده و نوری به رنگ سبز مغز پسته ای از خود منتشر می نمایند. گاز درون لوله نیز بر انگیخته شده اما دو عامل مانع از نشر نور گاز می شود: ۱- نور شیشه بسیار بیشتر از نور گاز است. ۲- نور شیشه در قسمت خارجی بوده و نور گاز در قسمت داخلی است.

 

در فشار ۰.۰۰۰۰۰۱ اتمسفر تعداد مولکولهای گاز درون لوله آنقدر کم است که نمی تواند مانعی برای عبور الکترونها باشد. و الکترونها به راحتی و به طور مستقیم مسیر خود را درون لوله می پیمایند.

متأسفانه مسابقه برنده ای نداشت. 

گرافیت graphite

بسمه تعالی

- گرافیت:

گرافیت به طور طبیعی در نیویورک و پنسیلوانیا به مقدار کم و در سیلان ، ماداگاسکار و شوروی سابق به مقدار زیادتری یاقت می شود. گرافیت چرب کننده بسیار خوبی است، مخصوصاً وقتی که با روغنهای نیم جامد یا ژله های نفتی مخلوط شود، که در این حالت روغن گرافیت خوانده می شود. از گرافیت برای چرب کردن قطعات ماشین هایی استفاده می شود که در حرارتهای زیاد کار می کنند. نقطه ذوب گرافیت مانند الماس حدود ۳۵۰۰ درجه سانتیگراد است. به همین دلیل گاهی از آن برای ساختن بوته های مخصوص ذوب فولاد و فلزات دیگر استفاده شده و همچنین به عنوان الکترود در کوره های الکتریکی نیز به کار می رود. برای تهیه مداد گرافیت را با خاک چینی مخلوط کرده و به شکل باریکه های مغز مداد در می آورند.

  هم چنین از گرافیت به عنوان کنترل کننده در راکتورهای هسته ای استفاده می شود. گرافیت در راکتورهای هسته ای سرعت نوترون های حاصل از متلاشی شدن هسته اتم های سنگین را کم کرده و آنها را برای ایجاد شکافت در سایر اتمها آماده می کند.

 هیبریداسیون اتمها در ساختمان گرافیت sp2 می باشد. که به واسطه این هیبریداسیون هر اتم کربن با 3 اتم خود پیوند تشکیل می دهد به طوری که تمام اتمهای دارای پیوند در یک صفحه قرار می گیرند و زاویه پیوندی در این اتمها 120 درجه می باشد. یک اربیتال p نیمه پر در هر اتم عمود بر صفحه وجود دارد که با اتمهای صفحه پایینی یا بالایی همپوشانی ناقصی را انجام داده و تشکیل پیوند می دهد. به دلیل همپوشانی ضعیف اربیتال ها در پیوند پیوند بین صفحات بسیار سست بوده و گرافیت به صورت لایه لایه در می آید. الکترونهای بین صفحات توانایی جابجایی داشته و به همین دلیل گرانیت در طول صفحات ( در راستای موازی با صفحات) رسانای جریان الکتریسیته می باشد.

 فاصله بین لایه ها در حدود۳.۳۵ آنگستروم می باشدُ که با جمع شعاع واندروالسی برابر است و نشان دهنده کوچکی نیروی بین لایه هاست. به همین دلیل گرافیت بسیار نرم بوده و لایه ها به راحتی بر روی یکدیگر می لغزند.

 

عملاً دو نو ع گرافیت وجود دارد که با هم در تریب قرار گرفتن لایه ها تفاوت دارند. در هیچ حالتی کلیه اتمهای کربن مربوط به لایه ها یک در میان بر هم منطبق هستند. ولی در پایدارترین حالت لایه ها یک در میان بر هم منطبق هستند.

 از گرافیت هم چنین یک شکل لوزی نیز موجود است که در آن لایه دو در میان قابل انطباق هستند. این شکل بیشتر در گرافیت های طبیعی مشاهده شده است.

بسیاری از شکلهای کربن بی ریخت، مانند زغال معمولی، دوده، دوده چراغ در واقع به شکل بلورهای ریز گرافیت هستند. در پاره ای از دوده ها این بلور های ریز به اندازه ای کوچکند که فقط چند سلول واحد از ساختمان گرافیت را دارند.

یکی از جنبه های مهم تکنولوژی گرافیت، تولید الیاف بسیار محکم به وسیله پیرولیز الیاف پلیمر آلی با جهت یابی معین در دمای ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد یا بالاتر است، در این مورد می توان پلی آکریلونیتریل یا پلی آکریلات استره یا سلولز را به عنوان مثال ذکر کرد. وقتی این الیاف ها در پلاستیک ها به کار می روند ماده به دست آمده سبک و دارای استحکام زیادی است. اشکال دیگر گرافیت مانند اسفنج، ورقه و رشته را نیز می توان تهیه کرد.

ساختمان لایه ای و بسیار سست گرافیت باعث می شود، بسیاری از مولکولها و یونها بین لایه ها نفوذ کرده و به این ترتیب ترکیبات بین شبکه ای یا لایه ای تشکیل شود. که این عمل به منظور نارسانا ساختن یا تقویت رسانایی الکتریکی گرافیت کاربرد دارد.

الماس diamond

بسمه تعالی

- الماس diamond:

   الماس یکی از سخت ترین جامدات شناخته شده است. معروفترین معادن الماس دنیا در جنوب و غرب آفریقا قرار دارد. الماس این نواحی معمولاً در کندوکاو خاک آتشفشان های خاموش بدست می آید. دانشمندان معتقدند این الماس ها به کندی و اثر فشار و حرارت بسیار زیاد شکل گرفته اند. الماس ها به همان زیبایی و درخشندگی ای که درجواهر فروشی ها دیده می شوند نیستند بلکه هنر بریدن و تراش دادن، درخشندگی و تلألو آنها را آشکار می کند.

 نقطه ذوب الماس بسیار بالا بوده و در حدود ۳۵۰۰ درجه سانتیگراد می باشد. سختی و دانسیته زیاد الماس بر اساس ساختمانی که تحت تأثیر پیوندهای پیوندهای کووالانسی و هیبریداسیون sp3 توضیح داده می شود قابل توجیه است. در این ساختمان تمام پیوند ها یکسان و یک شکل بوده و هر اتم با چهار اتم مجاور توسط پیوندهای کووالانسی C-C با زاویه پیوندی ۱۰۹ درجه و ۲۸ دقیقه اتصال برقرار نموده است. به دلیل تعداد زیاد پیوندها در شبکه این ترکیب و نظم فوق العاده زیاد از دید زوایای پیوندی و یکسانی پیوندها الماس جزء سخت ترین مواد شناخته شده به شمار می آید. از آنجایی که تمام الکترونهای لایه ظرفیت در تشکیل پیوند شرکت نموده اند و هیچ الکترونی برای مهاجرت آزاد نیست، الماس عایق الکتریسیته می باشد.

الماس را می توان از گرافیت با اعمال فشار زیاد به دست آورد. علاوه بر فشار می بایست دما را نیز افزایش داد تا به سرعت تبدیل قابل توجهی دست یافت. بنابراین برای ایجاد الماس طبیعی هم از نظر زمین شناسی باید چنین شرایطی فراهم بوده باشد. با شناسایی این شرایط تلاش برای ساخت الماس سنتزی در آزمایشگاه از حدود ۱۸۸۰ شروع شده و تا سال ۱۹۵۵ تمام این تلاشها با شکست مواجه گردید.

هرچند که گرافیت را می توان مستقیماً در دماهای حدود ۳۰۰۰ درجه کلوین و فشار بالای ۱۲۵ کیلو بار به الماس تبدیل کرد، اما برای حصول سرعت مناسب تبدیل، یک کاتالیزور از فلزهای واسطه مثل Fe,Cr یا Pt نیز به کار می رود که فیلم نازکی از فلز مذاب روی گرافیت تشکیل شده و آن را در خود حل می کند و دوباره به صورت الماس که قابلیت انحلال کمتری دارد رسوب می دهد. الماس هایی تا ۰.۱ قیراط که از نظر صنعتی کیفیت مرغوبی دارند و از آنها در نوک مته های حفاری استفاده می شود، را می توان از این روش به طور عادی و ارزان قیمت تولید کرد. الماس هایی که به عنوان جواهر مصرف داشته باشند نیز از این روش ساخته شده اند ولی قیمت آنها خیلی زیاد بوده و از گسترش تجاری آنها جلوگیری شده است.

شکل عادی الماس مکعبی است اما شکل شش ضلعی آن در تعدادی از سنگهای آسمانی مشاهده شده است. الماس را می توان در هوا در دمای ۶۰۰ - ۸۰۰ درجه سانتیگراد سوزاند که در این حالت گاز CO2 آزاد می شود. مردم روستایی معتقدند در نزدیکی های درختانی که بر اثر صاعقه سوخته اند می توان الماس پیدا کرد.

 

نامگذاری سیکلو آلکان ها

 بسمه تعالی

 

- سیکلو آلکان ها:

 

ترکیبات سیر شده حلقوی هستند که در آن تمام کربنها دارای پیوند های یگانه هستند و بصورت حلقوی به هم متصل هستند. هیبریداسیون اتمهای کربن در سیکلو آلکانها sp^3 مي باشد و تمام

پيوندهاي موجود در اين تركيبات از نوع سيگما مي باشد. فرمول عمومي سيكلو آلكان ها CnH2n بوده و كاملاً مشخص است كه مقدار n بايد بيشتر از ۳ باشد تا يك حلقه ايجاد گردد. همچنین سیکلو آکانها دارای شکلهای فضایی منحصر بفردی هستند.

 

- نامگذاری سیکلو آلکانها:

برای نامگذاری سیکلو آلکانها حلقه را مانند زنجیر اصلی در آلکان ها نامگذاری می کنیم با این تفاوت که برای این ترکیبات همیشه از پیشوند " سیکلو " استفاده می کنیم. به الگوی زیر توجه نمایید:

" سیکلو + تعداد کربن حلقه با لفظ یونانی + ان"

مثال:

 

 

 

برای نامگذاری سیکلو آکانهای شاخه دار چنانچه فقط یک حلقه جانبی بر روی حلقه وجود داشته باشد، قبل از ذكر نام سيكلو آلكان، نام شاخه را ذكر مي كنيم.

مثال:

 

چنانچه بيشتر از يك شاخه بر روي حلقه اصلي موجود باشد، حلقه را طوري شماره گذاري مي نماييم كه مجموع اعداد كمترين باشد. و شماره كربن محل شاخه را قبل از نام شاخه ذكر مي كنيم.

مثال:

 

    ۳- بوتيل ۱و۱ - دي متيل سيكلو هگزان

 

اگر تعداد كربن هاي شاخه بيشتر از تعداد كربنهاي حلقه باشد، در اين صورت حلقه را به عنوان شاخه در نظر مي گيريم.

مثال:

  ۱- سيكلو پروپيل بوتان

 

 

ساير قواعد نامگذاري مانند نامگذاري آلكان ها مي باشد.

 

در نهايت شما را به تماشاي چند عكس زيبا از سيكلو آلكانها دعوت مي نماييم.

 

 

 

 

  

 

نامگذاری آلکن ها و آلکین ها

 بسمه تعالی

آلکن ها:

 

 

ترکیبات هیدروکربنی راست زنجیری هستند که در ساختمان آنها یک و تنها یک پیوند دوگانه یافت می شود. این ترکیبات به دلیل داشتن پیوند دوگانه می توانند در واکنشهای مختلفی از جمله واکنشهای افزایشی شرکت نمایند. به همین دلیل در پتروشیمی از اهمیت خاصی برخوردار هستند، هرچند كه مقدار آنها در نفت خام زياد نيست. به آلكن ها لقب اولفين ها را نيز داده اند. كربن هاي شركت كننده در پيوند دوگانه داراي هيبريداسيونsp^2بوده و ساير كربن ها هيبريداسيون sp^3  مي باشند. بدين ترتيب مي توان گفت كه در ساختمان آلكن ها يك پيوند از نوع

پاي بوده و ساير پيوندها از نوع سيگما مي باشند. فرمول عمومي آلكن ها CnH2n مي باشد.

- نامگذاری آلکن ها:

 برای نامگذاری آلکن ها مانند آلكان ها نام زنجیر اصلی از تعداد کربن ها گرفته می شود، فقط پسوند مربوط به آلكن ها متفاوت است، يعني به جاي "ان" از "اِن" استفاده مي كنيم. آلكن هاي بدون شاخه را به شكل زير نامگذاري مي كنيم:

۱- اگر تعداد كربن ها كمتر از ۴ باشد:

" تعداد كربن با لفظ يوناني + اِن"

مثال:

            پروپن

 

۲- اگر تعداد كربنها بيشتر يا مساوي با ۴ باشد:

زنجير را از سمت نزديكتر به پيوند دوگانه شماره گذاري نموده، آنگاه به شكل زير عمل مي نماييم:

" شماره كربن بند دوگانه + تعداد كربن ها با لفظ يوناني + اِن"

مثال:

    ۲ - بوتن

 

   ۲ - بوتن

 

برای نامگذاری آلکن های شاخه دار به روش زیر عمل می کنیم:

۱- بلندترین زنجیر دارای پیوند دوگانه را به عنوان زنجیر اصلی در نظر می گیریم.

۲- زنجیر اصلی را از سمت نزدیکتر به پیوند دوگانه شماره گذاری می نماییم. اگر پیوند دوگانه درست وسط زنجیر بود از سمت نزدیکتر به شاخه زنجیر اصلی را شماره گذاری می نماییم و در نهایت اگر در این مورد نیز تفاوتی نداشته باشد، شماره گذاري را طوري انجام مي دهيم كه مجموع اعداد به كمترين حالت ممكن برسد. 

۳- زنجير اصلي را مانند آلكن هاي بدون شاخه نامگذاري مي كنيم.

۴- بقيه قواعد مانند قواعد مطرح شده براي آلكان ها مي باشد.

و در نهايت از الگوي زير پيروي مي نماييم:

" شماره كربن محل شاخه + نام شاخه + نام زنجير اصلي"

مثال:

     ۲ - متيل ۱- بوتن

 

     ۴- اتيل ۳ - اكتن

 

-  آلکین ها:

 

 

ترکیباتی هستند که در ساختمان آنها یک و فقط یک پیوند سه گانه وجود دارد، بدين ترتيب هيبريداسيون كربن هاي شركت كننده در پيوند سه گانه sp بوده و بقيه كربن ها داراي هيبريداسيون  sp^3  هستند. در ساختار اين هيدروكربن ها دو پيوند از نوع پيوندهاي پاي بوده و

مابقي پيوندها از نوع سيگما مي باشند. فرمول عمومي آلكين ها CnH2n-2 مي باشد.

 

- نامگذاري آلكين ها:

تمام قوانين نامگذاري براي آلكين ها در مورد پيوند سه گانه مانند قوانين حاكم بر پيوند دوگانه آلكن ها مي باشد و ساير قوانين نامگذاري مانند آلكان ها مي باشد. در آلكين ها از پسوند "ين" در نامگذاري زنجير اصلي استفاده مي شود.

مثال:

    ۳ و۷ دي متيل ۴ - نونين

 

آزمایش های جالب شیمی 2

 بسمه تعالی

سلام:

این چند آزمایش را به سفارش یکی از بهترین شاگردانم ، "آقای علیرضا اخوان پور" در نظر گرفته ام. که امیدوارم مورد توجه ایشان و شما دوستان عزیز قرار گیرد. در ضمن ما ازتمام نظرات، پيشنهادات و انتقادات شما استقبال مي كنيم. ما را از لطف خود محروم نفرماييد. منتظر مطالب شما هستيم.

- مقالات مرتبط:

آزمایش های جالب شیمی

 ۱- تخم مرغ نقره اي:

داستان تخم مرغ طلايي را همه ما در دوران كودكي به اشكال مختلف شنيده ايم. اما ما در اين جا به شما داشتن يك تخم مرغ نقره اي را آموزش خواهيم داد. شما مي توانيد با انجام اين آزمايش در مهماني هايتان ضمن شگفت زده كردن مهمانانتان اوقات شادي را براي آنها فراهم كنيد.

مواد و وسايل لازم: تخم مرغ ۱ عدد - ليوان شيشه اي نسبتاً بزرگ ۱ عدد - شمع يك عدد و مقداري آب.

 

 

 

 

خيلي ساده است، فقط كافيست تخم مرغ را روي شمع روشن بگيريد تا سراسر پوسته آن توسط دوده شمع سياه شود. بايد تخم مرغ را به رأس شمع كاملاً نزديك كنيد. ولي مواظب دستان خود باشيد تا نسوزد. دقت نماييد تا سراسر پوسته تخم مرغ بطور كاملاً يكنواخت از دوده پوشانده شود. ليوان را تا نيمه پر از آب كنيد. بطوريكه وقتي تخم مرغ را درون آب انداختيد، آب تمام سطح تخم مرغ را بپوشاند و در ضمن از ليوان نيز بيرون نريزد. حال از روبرو به تخم مرغ خود نگاه كنيد. چه مي بينيد؟ يك تخم مرغ نقره اي درخشنده كه خيلي بزرگتر از اندازه واقعي تخم مرغ سياه شده است.

به نظر شما دليل اين پديده چيست؟ اگر تخم مرغ نقره اي را از آب خارج كنيد دوباره به حالت قبل باز مي گردد. چرا؟

جواب سئوال ها را در انتهاي مقاله مشاهده نماييد.

---

۲- انداختن تخم مرغ در بطري: 

 شما مي توانيد با نشان دادن يك بطري كه دهانه آن نسبتاً تنگ است ابتدا از دوستان خود بپرسيد كه آيا به نظر شما مي شود بدون شكستن اين تخم مرغ آنرا درون بطري جا داد؟ اجازه دهيد دوستانتان پاسخهاي خود را بدهند كه در نوع خود جالب توجه است. سپس به شكل زير عمل نماييد.

مواد و وسايل لازم: تخم مرغ ۱ عدد - بطري شيشه اي با دهانه نسبتاً تنگ - سركه - وازلين - پنبه و الكل.

شما براي شگفت زده كردن دوستانتان بايستي يك تخم مرغ را حداقل ۶ ساعت قبل درون سركه قرار داده باشيد. اينكار را طوري انجام دهيد كه سركه تمام سطح تخم مرغ را بپوشاند. توجه داشته باشيد كه تخم مرغ تازه نه در سركه و نه در آب شناور نمي شود و بطور كامل غرق خواهد شد. پوسته تخم مرغ با سركه واكنش داده و تبديل به يك لايه لاستيكي شكل و انعطاف پذير مي گردد. وقتي كه پوسته تخم مرغ كاملاً انعطاف پذير گرديد،دهانه بطري را با وازلين چرب نموده سپس مقداري پنبه را به الكل آغشته با احتياط آتش زده و درون بطري بيندازيد. حال اگر تخم مرغ انعطاف پذيرتان را بر دهانه بطري قرار دهيد، طي يك واكنش ناگهاني به درون بطري مكيده مي شود و دوستانتان را شگفت زده خواهد نمود. دقت كنيد اگر دهانه بطري خيلي تنگ باشد آزمايش با شكست مواجه خواهد شد.

 چنانچه تمايل به نگهداري اين تخم مرغ داريد، بايد مقداري الكل در بطري بريزيد تا سطح تخم مرغ را كاملاً بپوشاند. در غير اينصورت تخم مرغ به سرعت فاسد خواهد شد.

---

۳- انرژي گرماي دست: 

اگر به شما بگويم مي توانيد با گرماي دستتان يك سكه ۵۰ توماني را به حركت در آوريد، حتماً تعجب خواهيد نمود. اگر باور نمي كنيد مي توانيد با انجام اين آزمايش باورهايتان را متحول نماييد.

مواد و وسايل لازم: سكه ۵۰ توماني ۱ عدد - بطري شيشه اي نوشابه - مقداري آب.

بطري نوشابه را تا ۳/۱ از آب پر كرده و در يخچال بگذاريد. توجه نماييد كه در بطري را نبسته باشيد. حال وقتي كه بطري به اندازه كافي سرد شد قبل از خروج بطري از يخچال سكه خود را با كمي آب خيس كنيد و وقتي كه بطري را از يخچال در آورديد. بلافاصله سكه را در دهانه بطري بگذاري. حال قسمت خالي بطري را با دستانتان نگهداريد و به حركات سكه دقت كنيد.

همانطور كه مشاهده مي كنيد سكه در دهانه بطري شروع به تكان خوردن مي نمايد. به نظر شما حركات سكه چه دليلي مي تواند داشته باشد؟

جواب سئوال ها را در انتهاي مقاله مشاهده نماييد.

---

۴- توليد هيدروژن با چنته: 

شما مي توانيد با استفاده از چنته و كمي فويل آلومينيومي گاز هيدرژن تهيه نموده و از آن در آزمايشهايتان استفاده نماييد.

  مواد و وسايل لازم: چنته - فويل آلومينيومي - آب و بطري شيشيه اي

چنته ماده اي است كه از آن براي باز كردن لوله هاي فاضلاب استفاده مي شود، با توجه به اين مطلب بايد بدانيد كه چنته همان سود سوز آور مي باشد، كه شما مي توانيد با قيمت بسيار مناسب آن را از سوپر ماركت محل تهيه نماييد.

مقداري آب درون بطري بريزيد طوريكه ۳/۱ بطري را پر كند. حال مقداري چنته را در اين بطري بريزيد، مواظب باشيد كه سود سوز آور با دستتان تماس پيدا نكند زيرا بلافاصله آب دستتان را جذب كرده و ضمن واكنش با پوست باعث ايجاد سوزش و خارش در محل تماس مي گردد. درحين آزمايش نيز دستتان را به دهان يا چشم خود نزنيد. مقداري فويل آلومينيومي را به صورت گلوله هاي كوچك در آورده و داخل بطري بياندازيد.

 

 طي يك واكنش شيميايي گاز هيدروژن ايجاد مي شود كه به آرامي بالا مي آيد. حال اگر با احتياط كامل كبريت مشتعلي را به دهانه بطري نزديك نماييد پديده پر هيجاني را مشاهده خواهيد نمود. از هيدروژن به دست آمده براي باد كردن باد كنك هم مي توانيد استفاده نماييد. اين بادكنك تا ارتفاع زيادي بالا مي رود. محلول داخل بطري را به همراه آب زياد داخل سينك مي تواني تخليه نماييد.

---

۵- آتشفشان خود اشتعال: 

اكثر ما از ديدن آزمايش كوه آتشفشان در دوره راهنمايي بسيار متعجب شده ايم، اما در اينجا من مي خواهم به شما كوه آتشفشاني آموزش بدهم بطور خود به خود و ناگهاني مشتعل مي شود. مواد لازم براي اين آزمايش بسيار ساده است.

  مواد و وسايل لازم: سطح نسوز - پتاسيم پرمنگنات - گليسرين.

پتاسيم پرمنگنات يك ضدعفوني كننده قوي مي باشد كه مي توان آن را از داروخانه ها تهيه نمود. گليسيرين نيز در سوپر ماركت ها به راحتي قابل خريد است. انحلال اين دو ماده در هم با واكنشي گرما زا همراه است كه باعث ايجاد شعله مي شود. اشتعال اين دو ماده بسيار پر انرژي و سريع است.

به اندازه يك قاشق پتاسيم پرمنگنات را بر روي يك سطح نسوز ريخته، از نبودن مواد و وسايل قابل اشتعال در محيط مطمئن شده و سپس مقداري گليسرين روي آن بريزيد. چنانچه دماي محيط در حدود ۲۵ درجه سانتيگراد باشد، اشتعال خود به خود ناگهاني خواهيم داشت. البته اين اشتعال بعد از مدت كوتاهي روي مي دهد كه شما مي توانيد براي هيجان زده كردن دوستانتان در اين حين با آنها شروع به صحبت نموده و حواسسشان را پرت نماييد. توجه داشته باشيد كه دود حاصل از اين آزمايش تقريباً سمي است و از استنشاق آن بايد خودداري نمود.

---

پاسخ سئوالها: 

۱- دوده ای که روی تخم مرغ را گرفته است، نفوذ ناپذير بوده و مانع از نفوذ آب به سطح تخم مرغ مي شود و هنگام فرو رفتن در آب يك لايه نازك هوا را همراه خود مي برد. اين لايه هوا كه به طور يكنواخت سطح تخم مرغ را پوشانده است. باعث ايجاد شكست در نور عبوري از آب مي شود. كه همين شكست نور رنگ سياه تخم مرغ را نقره اي نمايش مي دهد. برا مشاهده يك پديده مشابه شما مي توانيد يك لوله آزمايش را در آب فرو برده و از روبرو به آن نگاه كنيد، مشاهده خواهيد نمود كه قسمتي از لوله كه داخل آب قرار دارد نقره اي به نظر مي رسد. حال دليل بزرگتر بوده تخم مرغ نقره اي نسبت به تخم مرغ معمولي را شما به ما بگوييد.

۲- با سرد شدن بطري هواي داخل بطري منقبض مي شود. به اين ترتيب هواي بيشتري داخل بطري جمع مي شود. وقتي شما با دستتان بطري را گرم مي كنيد، هواي داخل بطري منبسط شده و سعي در خارج شدن از بطري دارد كه فشار وارده از سوي هوا سكه را تكان مي دهد. دليل اينكه در بطري به مقدار ۳/۱ آب مي ريزيم نيز اين است كه آب داراي ظرفيت گرمايي ويژه بالايي است و وجود آب درون بطري شيشه اي موجب جلوگيري از ايجاد شك حرارتي مي شود.

.موفق باشيد

آشنایی با هالوژن ها

                                                              باسمه تعالی

مقدمه:

 

شناخت عناصر و مهم تر از آن تسلط بر روی نوع دسته بندی و علم به مکان آنها در جدول تناوبی کمک می کند تا بتوان مشخصات و ویژگی های آنها را حدس زد و  به خوبی از آنها استفاده کرد .

 دسته بندی های کلی ای را برای جدول سحر آمیز مندلیف آورده اند که از جالب ترین دسته هایی که  نیز خواصی جالب دارند می توان به گروه 17 یا همان هالوژن ها اشاره کرد. ابتدا در این قسمت به  دسته بندی عناصر بر اساس آرایش الکترونی می پردازیم سپس به خواص عمومی هالوژنها اشاره می کنیم بعد از آن به سراغ آشنایی کامل از عناصر تشکیل دهنده ی این گروه می رویم.

 

 عناصر را می توان بر اساس آرایش الکترونی آنها طبقه بندی کرد:

  

1.گازهای نجیب: در جدول تناوبی ، گازهای نجیب در انتهای هر تناوب در گروه 0 (صفر) جای دارند. این عناصر گازهای بی رنگ، تک اتمی ، دیا مغناطیسی و از نظر شیمیایی غیر فعالند. بجز هلیم (که آرایش الکترونی 1s2 دارند) تمام گازهای نجیب آرایش الکترونی ns2np6 که نظمی بسیار پایدار است، دارند.

 

2. عناصر نماینده: این عناصر گروههای A جدول تناوبی را تشکیل می دهند و شامل فلزات و نافلزات هستند . خواص شیمیایی این عناصر بسیار متنوع است . بعضی از آنها دیامغناطیس و بعضی دیگر پارامغناطیس هستند. ولی ترکیبات این عناصر دیا مغناطیس و بی رنگ اند. پوسته های الکترونی درونی تمام این عناصر ، کامل یا پایدارند(ns2np6). اما بیرونی ترین پوسته در این عناصر ، از عنصری به عنصر بعدی در حال افزایش الکترون و پر شدن است. این پوسته بیرونی پوسته والانس و الکترونهای آن، الکترونهای والانس نامیده می شوند. تعداد الکترونهای والانس هر اتم ، برابر شماره گروه است که عنصر در آن قرار گرفته است. خواص شیمیایی این عناصر به الکترونهای والانس آنها بستگی دارد.

 

3.عناصر واسطه: این عناصر در گروههای B جدول تناوبی دیده می شوند. از ویژگیهای این عناصر درون سازی آنهاست. یعنی الکترون متمایز کننده در آنها ، به روش نامگذاری، یک الکترون d درونی است. در عناصر واسطه ، الکترونهای دو پوسته ی آخری در واکنشهای شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند. تمام این عناصر فلز بوده ، بیشتر آنها پارا مغناطیس اند و ترکیبات شدیداً رنگین و پارا مغناطیس به وجود می آورند.

  

4.عناصر واسطه درونی : این عناصر در پائین جدول تناوبی دیده می شوند، اما در واقع باید در تناوب های ششم و هفتم به دنبال عناصر گروه III B قرار گیرند. 14 عنصری که در تناوب ششم بعد از لانتان قرار دارند، سری لانتانید ها نامید می شوند. در تناوب هفتم ، دسته ای که به دنبال آکتینیم قرار می گیرند، سری آکتینیدها خوانده شده اند. در این دسته از عناصر، الکترون متمایز کننده از نوع f است و در پوسته فرعی f واقع در پوسته زیر ماقبل آخر قرار می گیرد. بنابر این، در شیمی این عناصر ممکن است سه پوسته بیرونی، دخالت داشته باشد. تمام عناصر واسطه درونی فلز هستند. این عناصر پارامغناطیس اند و ترکیبات آنها نیز رنگین و پارا مغناطیس است.

  

فلزات و نافلزات:

 

 گروه های 1 IA)) ) و IIA) 2 ) جدول تناوبی ، فعالترین فلزات را در بر می گیرند. چون عناصر یک گروه دارای ویژگیهای یکسان می باشند، یک گروه را گاهی یک خانواده می نامند. بسیاری از گروه ها دارای نامهای خانوادگی اند. گروه1 به استثنای هیدروژن ، خانواده ی فلزات قلیایی نامیده می شود. گروه 2 را خانواده ی فلزات قلیایی خاکی می نامند.

 نا فلزات در سوی دیگر جدول ، در گروه هایVIA) 16 ، (VIIA) 17 و (VIIIA) 18 قرار گرفته اند . گروه (VIA) 16 را خانواده ی کالوژن می نامند. گروه (VIIA) 17 را به نام خانواده ی هالوژنها می شناسند. عناصر گروه (VIIIA) 18 ، گازهای نجیب نام دارند.

 به طور کلی ، فلزات ، سخت، درخشنده و رسانای خوب گرما و الکتریسیته اند. نافلزات و بالاخص هالوژنها در دمای  معمولی گاز یا جامدهای شکننده اند. اگر جامد باشند، سطح آنها تیره است و نارسانا به شمار می آیند.

 

 نافلزها:

 

 همانطور که گفته شد در گروه های چهارم، پنجم، ششم و هفتم (هالوژن ها) جدول تناوبی عناصری قرار دارند که اغلب خواص غیر فلزی دارند این عناصر یا گازی شکلند یا جامد که حالت شکننده دارند و هادی جریان برق و حرارت نیستند . غیر فلزها در ترکیب با فلزها اغلب پیوند یونی تشکیل می دهند و با یکدیگر الکترون به اشتراک می گذارند که به هر صورت به آرایش الکترونی گاز بی اثر دوره خود می رسند از گروه چهارم تا هفتم خواص غیرفلزی شدید دارند و با فلزات ترکیب شده تشکیل نمک می دهند به همین دلیل آنها را هالوژن (نمک زا) می گویند.

 

  عناصر گروه هفتم (اصلی) هالوژنها:

 

 عناصر این گروه به ترتیب عبارتند از : فلوئور F ، کلر Cl، برم Br ، ید I  ، استانین At. شعاع اتمی این عناصر با افزایش عدد اتمی (از بالا به پائین) زیاد می شود انرژی یونیزاسیون کم شده الکترونگاتیوی نیز کم می شود نقاط ذوب و جوش بیشتر شده. پتانسیل اکسیداسیون آنها به ترتیب کاهش می یابد و هر کدام در لایه آخر 7 الکترون (s2p5) دارند، با فلزات میل ترکیبی شدید دارند و مولکول حاصل از آنها اغلب خصلت یونی دارد مانند NaF و KCl و BaI2 . با هیدروژن هالدیدئیدروژن می دهند که پس از حل شدن در آب محلول اسید به وجود می آورند مانند HCl و HI. از بالا به پائین خواص غیر فلزی ضعیف تر می شود غیر فلز بالاتر می تواند غیر فلز پائین تر را از نمکش بیرون کرده و هالوژن آزاد نماید . مثلاً:                     

 

                                      KCl +  Br --------> عملی نیست

 

 ولی از تأثیر کلر بر نمک Br، برم حاصل می شود: 

 

                                       2KBr + Cl₂ ----------->2 KCl + Br₂ 

 

 بنابراین از لحاظ فعالیت شیمیایی ترتیب زیر برقراراست:

 

 F_۲>Cl_۲>Br_۲>I_۲>As

 

فلوئور و کلرگازی شکلند، برم مایع و ید جامد است که خیلی زود به حالت بخار در می آیند به همین دلیل آنها را به صورت  F₂, Cl₂,Br₂,I₂  نشان می دهند. 

 فلوئور در تمام ترکیبات یک ظرفیتی است ولی سایر هالوژنها می توانند ظرفیت های مختلف در ترکیبات داشته باشن زیرا در فلوئور فقط یک الکترون منفرد در اوربیتال 2p وجود دارد و به هیچ وجه نمی تواند حالت برانگیخته پیدا کند ولی در سایر هالوژنها ، الکترونها حالت برانگیخته پیدا می کنند و الکترونهای منفرد زیاد تر ایجاد می گردد. مثلاً: اتم کلر 17Cl در ترکیب با فلوئور 9F  ممکن است CLF و ClF3 و ClF5 و ClF7 بدهد در هر ترکیب حالت برانگیخته الکترونها را در اوربیتال 3d می توان توجیه کرد.

 هالوژنها چون میل ترکیبی زیادی با عناصر دیگری دارند در طبیعت به حالت آزاد وجود ندارد ولی به صورت ترکیب فراوان هستند این عناصر اغلب سمی و خطرناکند در حالیکه ترکیبات آنها بسیار مفید و با ارزش هستند و کاربرد آنها در صنایع مختلف زیاد است مانند گاز فریون CF2Cl2 که در یخسازی به کار می رود پی وی سی  و د.د.ت (دی کلر ـ دی فنیل تری کلرواتان)، کلروفرم ، .... سایر ترکیبات فلوئور برم و ید که در انواع داروها و ترکیبات مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

 برای تهیه ی هالوژنها از نمک های آنها استفاده می کنند فقط فلوئور را از الکترولیز KHF2 یا (KF.HF)  بدست می آورند. بقیه هالیدها با اسید سولفوریک و دی اکسید منگنز هالوژن می دهند مثلاً: طرز تهیه ید از یدید سدیم:

 

 2NaI + H₂SO₄ + MnO₂ -------> MnSO₄ + 2NaHSO₄ + I₂ + 2H₂O

 

از تاثیر گاز کلر بر یدیدها نیز می توان ید بدست آورد یا از تاثیر گاز کلر بر برمیدها برم حاصل می شود. فلوئور اکسید کننده ایست شدید و کلر نیز اکسید کننده است برم و ید هم خاصیت اکسید کنندگی و هم خاصیت احیا کنندگی دارند مثال:

 

 2KI + Cl₂ ------> 2KCl + I₂

 

3I₂ + 2Al ------> 2AlI₃

 

که در اولی ید اکسید شده و در دومی ید احیاء شده است.

 

 یدومتری:

 

 به واکنش هایی که در آن ید اکسید می گردد یعنی از محلول یدیدها ید آزاد می گردد یدومتری گویند.

 

 2KI + H₂O₂ + H₂SO₄ -------> I₂ + K₂SO₄ + H₂O 

 

تذکر: ارزش حجمی آب اکسیژنه (پر اکسید هیدروژن) از رابطه a=N.Ev  بدست می آید که a ارزش حجمی N نرمالیته  Ev ای کی والان حجمی معادل 6/5 است.

 

 

ئیدراسیدها (هالیدها هیدروژن):

 

 هالیدهای ئیدروژن به ترتیب عبارتند از HF و HCl و HBr و HI که برای تهیه ی آنها از تاثیر اسید سولفوریک بر هالیدهای فلزی استفاده می کنند. 

این مواد در آب حل شده تولید اسید می نمایند. فلوئوریدئیدرژن به علت داشتن پیوند ئیدروژنی استثنائاً نقطه ی جوش بالاتر دارد و در حالت عادی مایع است بقیه هالیدهای ئیدروژن با افزایش جرم مولکولی نقطه ی جوش بالاتر دارند به همین دلیل فلوئورید ئیدرژن به صورت H2F2  و همین ها به صورت زیروند 3 تا آخر وجود دارد. 

ئیدرواسید ها بر اغلب فلزات، ا کسیدها، بازها، کربناتها اثر کرده و نمک می دهند.

اسید فلوئوریدریک بر شیشه اثر می کند یعنی سیلیس SiO2 را در خود حل می نماید.

 

اکسی اسیدهای هالوژنه:

 

 غیر از فلوئور، هالوژنها اکسی اسید (اسید اکسیژن دار) نیز تولید می کنند مانند KClO4 پر کلرات پتاسیم NaIO3 یدات سدیم NaBrO هیپو برومیت سدیم. هرچه تعداد اکسیژن در اکسی اسیدهای هالوژن بیشتر باشد، خاصیت اسیدی آن زیاد تر است زیرا اکسیژن از هالوژن الکترونگاتیوتر می باشد و زوج الکترونهای مشترک بین Cl و O را به طرف خود می کشد در نتیجه خروج الکترون مشترک بین H و O متوجه اکسیژن پیوندی هیدروژن و اکسیژن کاسته می گردد و پروتون (+H) آسانتر آزاد می گردد.

 بنابر این از لحاظ اسیدی می توان گفت که:

 

 HClO₄ > HClO₃ > HClO₂ > HClO

 

عدد اکسیداسیون کلر در این ترکیبات به ترتیب 1،3،5،7 است و نمکهای این اسیدها به ترتیب هیپوکلریتها، کلریتها، کلراتها و پر کلراتها می باشند.

 

 طرز تشخیص هالیدهای محلول (آنیون هالید X-):

 

 برای تشخیص یون فلوئور از یون Ca^2+ و برای تشخیص یون کلرید از یون Ag^+ استفاده می کنند:

 

 Ca^2+ + 2F^- -----> CaF₂

 

Ag^+ + Cl^--------> AgCl

 

 (یدیدها با کلرید و برمیدها با کلر. برم می دهند که قبلا گفته شد)

 

تذکر :

۱.  اسیدهای هالوژنه با افزایش جرم مولکولی خاصیت اسیدی بیشتری پیدا می کنند و درجه تفکیک یونی آنها زیادتر است یعنی:

HI > HBr > HCl > HF

 

 2. هالوژنها در آب حل می شوند و محلول رنگی بوجود می آورند (ید در حلالهای آلی حل می شود)

 رنگ محلول بستگی به نوع هالوژن و نوع حلال دارد مثلا در تترا کلرید کربن ید بنفش، برم قرمز و کلر زرد می شود.

 3. جدول مشخصات هالوژنها نشان می دهد که با کاهش عدد اتمی از ید تا کلر بر مقدار انرژی الکترون خواهی افزوده می شود ولی در مورد فلوئور از انرژی الکترون خواهی کاسته می گردد(به علت کوچک بودن حجم آن)

 4. استاتین آخرین عنصر گروه هفتم از بمباران کردن بیسموت با اشعه آلفا بدست می آید که ایزوتوپهای زیادی دارد.

 

 

پایان قسمت اول

آزمایش های جالب شیمی

- مقالات مرتبط:

آزمایش های جالب شیمی 2

آزمايش اول    

                                   آشنايي با كشش سطحي آب

 مواد و وسايل لازم:

«روغن يا گريس ـ لام شيشه‌اي ـ قطره چكان»

روش كار:

         يك لام شيشه‌اي را گرفته و نصف سطح آن را به روغن يا گريس آغشته مي‌كنيم. با قطره چكان چند قطره آب روي قسمت روغن كشيده و چند قطره آب روي قسمت بدون روغن بريزيد. چه چيزي مشاهده مي‌شود؟ دليل چيست؟

 

 مواد و وسايل لازم:

«دستمال كاغذي ـ بشر بزرگ ـ سوزن يا تيغ ـ مايع ظرفشويي»

روش كار:

         درون بشر آب ريخته، تيغ يا سوزن را روي تكه‌اي از دستمال كاغذي قرار داده و به آرامي روي سطح آب رها مي‌كنيم، بعد ازمدتي دستمال كاغذي خيس شده و ته‌نشين مي‌شود. ولي تيغ يا سوزن در سطح آب شناور مي‌ماند. چرا؟ چگالي آب و فولاد را مقايسه كنيد. آيا با توجه به اين چگالي‌ها تيغ يا سوزن فولادي مي‌بايست در آب شناور شود يا خير؟ دليل بياوريد.

         براي اينكه آزمايش را راحت‌تر انجام دهيد مي‌توانيد تيغ يا سوزن را كمي چرب كنيد. حال يك قطره مايع ظرفشويي به آب اضافه كنيد. چه اتفاقي مي‌افتد؟ مشاهدات خود را شرح دهيد و با دليل علمي آن را توجيه نماييد.

 

 مواد و وسايل لازم:

«پودر گوگرد يا ذغال ـ مايع ظرفشويي ـ بشر بزرگ ـ نمك‌پاش»

روش كار:

         با نمك‌پاش مقداري پودر گوگرد يا ذغال به طور يكنواخت بر سطح آب بپاشيد. براي اين منظور بايستي نمك‌پاش را كمي بالاتر از سطح آب گرفته و عمل پاشيدن پودر گوگرد يا ذغال را به دقت و با آرامي انجام دهيد. حال يك قطره مايع ظرفشويي به مركز سطح بشر بچكانيد. چه چيزي مشاهده مي‌كنيد.

         دوباره با نمك‌پاش مقداري پودر ذغال يا گوگرد به سطح آب بپاشيد. چه اتفاقي مي‌افتد؟ چرا؟

 

 

---

آزمايش دوم            

                                     تهيه‌ي آب مقطر

مواد و وسايل لازم:

«نيترات نقره ـ لوله‌ي آزمايش ـ مبرد ـ بالن تقطير ـ درپوش لاستيكي ـ شلنگ ـ بشر ـ سه پايه ـ توري نسوز ـ چراغ گاز ـ سنگ جوش»

تئوري آزمايش:

         تقطير يكي از روش‌هاي جداسازي در صنعت است كه در آن يك مايع با نقطه‌ي جوش پائين‌تر از مواد سنگين‌تر جدا مي‌شود. اين مواد سنگين‌تر مي‌توانند مايع يا جامد باشند ولي هر چه هست نقطه‌ي جوش آن‌ها بالاتر است. جزء سبك‌تر يا جزئي كه داراي نقطه جوش پائين‌تر است از طريق تبخير شدن به صورت نسبتاً خالص از محيط خارج شده و سپس در محيط ديگر با عكس عمل تبخير يعني ميعان مجدداً بازيافت مي‌شود. براي خالص‌سازي آب از اجزاي محلول در آن و بدست آوردن آب مقطر از روش تقطير استفاده مي‌شود.

ورودي آب سرد كننده

خروجي آب سرد كننده

 

روش كار:

         دستگاه را مطابق دستور زیرسوار كرده و در بالن كمي آب معمولي مي‌ريزيم. آب را جوشانده و بخار آب را پس از عبور از مبرد و سرد شده در بشر جمع مي‌كنيم. حال در يك لوله‌ي آزمايش مقداري از آب مقطر بدست آمده و در ديگري مقداري از آب شير مي‌ريزيم. اندكي نمك نيترات نقره به هر دو لوله اضافه مي‌كنيم. مشاهده‌ي خود و دليل آن را بنويسيد. در لوله‌ي آزمايش ديگري مقداري آب مقطر ريخته و به آن اندكي نمك طعام بيفزائيد. پس از حل شدن نمك طعام دوباره مقداري نيترات نقره به لوله‌ي آزمايش اضافه كرده، مشاهدات خود و دلايل آن را بنويسيد.

سوار نمودن دستگاه:

۱- سه پایه و توری نسوز را روی شعله خاموش می گذاریم.

۲- بالن تقطیر را روی سه ژایه گذاشته و با گیره می بندیم.

۳- لوله خم گلویی را روی بالن سوار می کنیم.

۴ - مبرد را به لوله خم متصل کرده و با گیره می بندیم.

 ۵- لوله پیپ شکل را به انتهای مبرد وصل کرده و ظرف مخصوص جمع آوری محصولات را زیر آن می گذاریم.

۶- لوله آب خنک را به ورودی پایین مبرد و لوله آب خروجی را به قسمت بالا خروجی مبرد متصل کرده و جریان آب را تنظیم می کنیم. 

 

 

---

آزمايش چهارم            

                                جداسازي آب و الكل

مواد و وسايل لازم:

«ست تقطير ـ الكل طبي ـ استوانه مدرج ـ پنس ـ پنبه»

روش كار: 

    در استوانه‌ي مدرج الكل مي‌ريزيم و آن‌ها را در استوانه‌ي  با هم مخلوط مي‌كنيم. چه چيزي مشاهده مي‌كنيد؟ دليل آن را بيان كنيد.

  سپس پنبه‌اي را به كمك پنس با مخلوط بدست آمده آغشته كرده و آتش مي‌زنيم. باقيمانده‌ي مخلوط را در دستگاه تقطير ريخته و مي‌جوشانيم. بعد از مدتي مقداري پنبه را به مايع بدست آمده از تقطير آغشته كرده و آتش مي‌زنيم.

   مايع بدست آمده چيست؟ نقطه‌ي جوش الكل بالاتر است يا آب؟ يك روش براي جداسازي مخلوط‌هاي "آهن و گوگرد، مخلوط ماسه و نمك، مخلوط آب و پارافين و مخلوط ماسه و پودر زغال" پيشنهاد كنيد.

 

 

---

آزمايش چهارم             

                                       اسانس‌گيري

مواد و وسايل لازم:

«ست تقطير ـ شيشه درب‌دار ـ گياه معطر»

تئوري آزمايش:

         اسانس‌ها تركيبات فرار و بوداري هستند كه در بين سلول‌هاي گياهان (برگ، گلبرگ و ...) محبوس مي‌باشند. براي بدست آوردن اين تركيبات بايستي ساختار سلول‌هاي احاطه كننده‌ي اسانس‌ها را شكسته و آن‌ها را آزاد كنيم. يكي از روش‌هاي متداول در صنعت استفاده از بخار آب براي جداسازي اسانس‌ها از گياهان معطر مي‌باشد كه به روش معروف است در اين روش برگ گياهان را در مجاورت بخار آب قرار مي‌دهند و بخار آب بعد از شكستن ساختار سلول‌هاي گياهي اسانس آن را در خود حل كرده و از سيستم خارج مي‌شود، چون اغلب اسانس‌ها روغني مي‌باشند بعد از تقطير مايع بدست آمده دو فازي خواهد شد كه فاز بالا اسانس و فاز پائين آب خواهد بود.

 

روش كار: 

   در اين آزمايش به جاي بالن تقطير از ارلن استفاده مي‌كنيم. برگ يا گلبرگ يك گياه معطر را پس از خورد كردن درون ارلن ريخته و مانند دستگاه تقطير بقيه دستگاه را سوار مي‌كنيم.

     مقداري آب به گياه درون ارلن افزوده و منتظر مي‌شويم تا عمل تقطير صورت بگيرد. بعد از اتمام تقطير شما مخلوطي از اسانس و آب داريد كه اگر مقدار اسانس شما زياد باشد بعد از مدتي مخلوط شما دو فازي خواهد بود.

 چند فرآيند صنعتي نام ببريد كه در آن‌ها يك مايع (مانند اسانس) از يك جامد (مانند برگ گياهان) جدا مي‌شود.

آيا براي بدست آوردن اسانس روش بهتري مي‌شناسيد؟ چند روش صنعتي اسانس‌گيري را نام ببريد.

 

---

آزمايش پنجم              

                      تهيه‌ي شناساگرهاي خوراكي

مواد و وسايل لازم:

«بشر بزرگ ـ سه پايه ـ توري نسوز ـ كارد آشپزخانه ـ سركه ـ آب ـ پودر چنته ـ لوله آزمايش»

تئوري آزمايش:

         شناساگرها به موادي گفته مي‌شود كه در محيط‌هاي مختلف داراي رنگ‌هاي متفاوتي مي‌باشند. بعضي از شناساگرها در محيط اسيدي رنگ قرمز و در محيط بازي رنگ آبي و در محيط خنثي رنگ بنفش دارند. آب ليمو يا سركه به عنوان اسيد و مقداري محلول چنته به عنوان باز مي‌تواند شما را در اين آزمايش كمك نمايد. از آب خالص نيز به عنوان محيط خنثي مي‌توانيد استفاده كنيد.

 

روش كار:

         شناساگرهاي خوراكي را از جهتي مي‌توان به دو دسته تقسيم كرد:

1. سبزي‌ها و ميوه‌هايي كه آب آن‌ها در دسترس است مانند آب انگور، آب آلبالو، آب گوجه‌فرنگي و آب انار كه بايد آن‌ها را با آب مقطر رقيق كرد و به كار برد.

2. برگ سبزي‌هاي و پوست ميوه‌ها كه در اين صورت بايد ابتدا آن‌ها را خرد كرده و روي آن‌ها را با آب پوشانده و سپس به مدت نيم‌ساعت در دماي كمتر از دماي جوش آب نگه داريد. سپس محلول را صاف كنيد.

         در اين‌جا روش تهيه‌ي شناساگر از كلم، پياز قرمز و گل سرخ آموزش داده مي‌شود.

 تهيه‌ي عصاره پياز قرمز يا كلم قرمز:

پياز يا كلم را برش داده و در آب جوش به مدت 15 دقيقه مي‌جوشانيم. سپس آن را صاف كرده و در سه لوله‌ي آزمايش مقداري از آن را مي‌ريزيم. حال چند قطره آب ليمو يا سركه به لوله‌ي اول، چند قطره آب مقطر به لوله‌ي دوم و چند قطره محلول چنته به لوله‌ي سوم اضافه مي‌كنيم. تغيير رنگ‌هاي مشاهده شده را يادداشت نماييد.

 تهيه‌ي عصاره گل سرخ:

مقداري گلبرگ گل سرخ را در الكل انداخته، بگذاريد بي‌رنگ شود. محلول بدست آمده مانند تورنسل عمل مي‌كند. مطابق روش بالا تغيير رنگ اين محلول را در سه محيط خنثي، ‌اسيدي و بازي آزمايش نماييد و تغيير رنگ‌هاي مشاهده شده را يادداشت نماييد.

جدول زير را تكميل كنيد:

رديف		محيط اسيدي	محيط خنثي	محيط بازي
1	آب انگور
2	آب گوجه‌فرنگي
3	آب آلبالو
4	چغندر
5	پوست سيب قرمز
6	پوست هلو
7	پوست گلابي
8	پوست تربچه
9	پوست ترب سفيد

 

 توضیح: از آنجایی که آب میوه های ارائه شده توسط شرکت های مختلف دارای مواد افزودنی و نگهدارنده می باشد. لذا تا جایی که امکان دارد با میوه و آب میوه های تازه آزمایش فوق را انجام دهید.

---

آزمايش ششم               

                               تهيه‌ي پلاستيك‌ها

تئوري آزمايش:

         در طبيعت تعدادي پليمر طبيعي مانند سلولز، لاستيك و پروتئين وجود دارد كه از مولكول‌هاي بزرگ تشكيل شده است. همين مسئله باعث الهام گرفتن انسان براي ساختن مولكلو‌هاي بزرگ‌تر با كاربرد‌هاي متفاوت است كه از حدود 50 سال قبل تلاش‌هايش را در اين زمينه آغاز كرده است.

         تحقيقات در زمينه ساخت پليمرها شاخه‌ي جديدي از علم شيمي پليمر را ايجاد كرد كه نقش آن در زندگي انسان‌ها غير قابل انكار مي‌باشد. كشور ما به دليل داشتن مواد خام اوليه و ارز آوري بالاي محصولات پليمري يكي از بهترين پتانسيل‌ها را در اين زمينه داراست. بنابر اين براي آشنايي هر چه بيشتر دانش‌آموزان با اين رشته از علم شيمي چند آزمايش را در زير آورده‌ايم.

 

 كازئين

مواد و وسايل لازم:

«شير ـ محلول رقيق استيك اسيد ـ قيف شيشه‌اي ـ كاغذ صافي ـ ارلن ـ بشر ـ فرمالين»

روش كار:

         در اين آزمايش طرز تهيه‌ي كازئين را براي شما شرح مي‌دهيم كه مي‌توان با مواد تقريباً ساده و ابتدايي آن را تهيه كرد. ابتدا به مقداري شير محلول رقيق استيك اسيد (سركه) بيفزائيد. سپس مخلوط را صاف كنيد. آنچه روي كاغذ صافي مي‌ماند، استات كازئين است. استات كازئين را در يك قالب ريخته و تحت فشار قرار دهيد. بگذاريد خشك شود و به آن فرمالين اضافه كنيد تا سخت شود. كازئين به عنوان چسب چوب مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين رزين در ساخت ميل‌هاي بافندگي، زنبيل و … استفاده مي‌شود و نام های آن عبارتست از زوليت، آرينولد و كاسكو است.

 

 رزين اوره ـ فرمالدئيد

مواد و وسايل مورد نياز:

«اوره ـ محلول فرمالدئيد ـ كلريدريك اسيد غليظ ـ بالن ـ مبرد برگشتي ـ بشر»

روش كار:

         يك گرم اوره و 2 ميلي‌ليتر محلول فرمالدئيد را همراه 3 تا 4 قطره كلريدريك اسيد غليظ در يك بالن حجمي مجهز به مبرد برگشتي بريزيد و آن را براي مدت 2 ساعت در يك حمام آب داغ قرار دهيد تا رزين اروه ـ فرمالدئيد تشكيل شود.

         اين رزين به رنگ سفيد شيري است و بر اثر حرارت دادن در قالب به جسم صلب تبديل مي‌شود كه ديگر نمي‌توان آن را دوباره به شكل ديگري درآورد. از اين رزين در ساخت لوازم الكتريكي (كليد و پريز، فنجان‌هاي نشكن، ورقه‌هاي مطبق براي مصارف تزئيني) استفاده مي‌شود.

 

توضیح : مبرد  برگشتی یا رفلاکس مبردی است شبیه به مبرد مارپیچ معمولی با این تفاوت که در آن مایع خنک کننده وارد قسمت مارپیچ شده و مایع خنک شونده وارد جداره خارجی می گردد. این مبرد بطور عمودی بر روی بالن تقطیر سوار می شود و احتیاج به لوله رابط ندارد.

 

 سلولز استات

مواد و وسايل لازم:

«پنبه ـ استيك اسيد (گلاسيال) ـ بشر ـ بالن ـ مبرد برگشتي ـ انيدريد استيك ـ سولفوريك اسيد غليظ ـ كاغذ صافي ـ استون»

روش كار:

         سلولز استات را از استيله كردن سلولز بدست مي‌آورند. از اين ماده بيشتر در ساخت ورق‌هاي شيشه استفاده مي‌شود كه به اين منظور مقداري پنبه را در استيك اسيد بي‌آب حل مي‌كنند و به مدت 15 دقيقه تا دماي حرارت دهيد و سپس بگذاريد تا سرد شود. سپس محلول بدست آمده را در يك بالن با مبرد برگشتي بريزيد و به آن استيك اسيد، انيدريد استيك و چند قطره محلول غليظ سولفوريك اسيد اضافه كنيد. مخلوط را براي مدت يك تا يك و نيم ساعت حرارت دهيد تا سلولز استات تشكيل شود. محتويات بالن را صاف كنيد. رزين بدست آمده را با آب كاملاً شستشو داده و سپس آن را خشك كنيد. رزين خشك شده را در استون حل كنيد و روي يك شيشه بريزيد. فيلمي از استات سلولز روي شيشه تشكيل مي‌شود.

 

توضیح: انیدریک استیک در شرایط خاص با آسپرین واکنش داده و ایجاد هروئین می نماید به همین دلیل تهیه این ماده فقط با مجوز رسمی از مراجع مربوطه امکان پذیر است.

 

در گزارش كار خود به يكي از سؤالات زير به طور مفصل پاسخ دهيد.

1. آيا مي‌توان پلاستيك‌هاي ديگري نيز در آزمايشگاه تهيه كرد؟ روش آن را شرح دهيد.

2. در مورد پليمرها چه مي‌دانيد؟ شرح دهيد.

3. در مورد پلاستيك‌ها چه مي‌دانيد؟ شرح دهيد.

4. چگونه مي‌توان محيط زيست را از گزند پلاستيك‌ها در امان نگه داشت؟

 

 

---

آزمايش هفتم                             

                                  آشنايي با جرم حجمي

 تخم مرغ شناور

مواد و وسايل لازم:

«سديم كلريد ـ تخم مرغ ـ بشر»

روش كار:

         سه بشر را پر از آب كنيد. يكي از آن‌ها را نمك سديم كلريد به صورت سير شده درآوريد. تخم مرغ در اين محلول شناور مي‌ماند، زيرا جرم حجمي محلول سير شده نك طعام بيشتر از جرم حجمي تخم مرغ مي‌باشد.

         در بشر دوم نصف مقدار بشر اول نمك طعام حل كنيد. تخم مرغ در وسط محلول معلق مي‌ماند. چرا؟ در بشر سوم كه آب خالص دارد تخم مرغ به ته بشر مي‌رود. چرا؟

 

 هيدروكلريك اسيد و تخم مرغ

وسايل و مواد لازم:

«تخم مرغ ـ هيدروكلريك اسيد ـ نمك خوراكي ـ استوانه مدرج»

         در استوانه‌ي مدرج 40 ميلي‌ليتر هيدروكلريك اسيد ريخته و مابقي آن را از آب پر كنيد. دقت كنيد سه استوانه مدرج مقداري خالي باشد. تخم مرغي را در آن بيندازيد تا بالا و پائين برود. اگر تخم مرغ بالا نيايد مقدار هيدروكلريك اسيد و نمك طعام در محلول حل كنيد. چنانچه تخم مرغ پائين نرفت به آن آب اضافه كنيد.

چون تخم مرغ دارای جرم و حجم زیادی است. عمل نوسان به کندی صورت می پذیرد. برای مشاهده نوسان های سریع تر می توانید به جای تخم مرغ از چند عدد نفتالین استفاده نمایید که در این صورت بایستی مقداری پودر سنگ مرمر به مواد داخل استوانه مدرج اضافه نمایید.

         چرا تخم مرغ در استوانه مدرج به صورت متناوب بالا و پائين مي‌رود؟ واكنش مربوطه را بنويسيد.

 

 ارتفاع گزينشي

مواد و وسايل لازم:

«جيوه ـ كربن تتراكلريد ـ سولفوريك اسيد غليظ ـ استن ـ آب ـ قطعه آهني ـ نفتالين ـ چوب ـ چوب پنبه ـ‌يد ـ كات كبود ـ پتاسيم دي كرومات ـاستوانه مدرج ـ بشر»

  مايعات انتخاب شده داراي چگالي‌هاي متفاوتي هستند. لذا براي رنگي شدن مايعات در كربن تتراكلريد و استن كمي يد و در آب كمي پتاسيم دي كرومات زرد يا كات كبود آبي حل كنيد. مايعات را به ترتيب جيوه، سپس سولفوريك اسيد، كربن تتراكلريد، آب و استن در استوانه مدرج بريزيد. ريختن مايعات بايدبه آرامي و با دقت صورت بگيرد. حال اجسام را به آرامي درون استوانه مدرج بياندازيد.

        

توجيهي براي تفاوت جرم حجمي در اجسام مختلف بياوريد.

        

 در يك سفر توريستي به درياچه اروميه راهنماي سفر ادعا مي‌كند كه تا به حال هيچ‌كس در اين درياچه غرق نشده است. آيا ادعاي اين شخص درست است؟ توضيح دهيد.

 

---

آزمايش هشتم                                  

                  آب‌كاري فلزات

مواد و وسايل لازم:

«سديم هيدروژن سولفات ـ مس كربنات ـ تيغه آهني ـ سمباده ـ بشر»

 

تئوي آزمايش:

         از آب‌كاري فلزات در صنعت براي پوشش دادن يك فلز به منظور جلوگيري از خوردگي يا تزئين استفاده مي‌شود. به عنوان مثال آهن اگر در مجاورت هوا و رطوبت قرار بگيرد زنگ مي‌زند. زنگ زدن آهن نوعي خوردگي است كه باعث از بين رفتن استحكام آن شده و آهن را مستهلك مي‌نمايد. براي جلوگيري از اين مسئله از روش‌هاي مختلفي مانند رنگ‌كاري، گريس‌كاري يا آلياژكاري استفاده مي‌شود. در پاره‌اي موارد نيز براي محافظت هر چه بيشتر از آب‌كاري استفاده مي‌كنند كه آهن گالوانيزه (براي آب‌كاري از فلز روي استفاده مي‌شود) و حلبي (براي فلز‌كاري از قلع استفاده مي‌شود) محصولات اين آب‌كاري هستند و براي منظورهاي گوناگوني بكار مي‌روند. 

   در آب‌كاري به نكات زير بايد توجه كرد:

1.تمام آب‌كاري‌ها با جريان مستقيم و ولتاژ 6 تا 12 ولت انجام مي‌شود.

2.سطح فلز آب‌كاري شونده بايد كاملاً تميز باشد.

3.حمام آب‌كاري را نبايد به هم زده يا دماي آن را بالا برد.

4.ظرف آب‌كاري بايستي  غيررسانا باشد.

 

روش كار:

         10 گرم سديم هيدروژن سولفات را با 5/2 گرم مس (۱۱)كربنات در آب حل مي‌كنيم. تيغه‌ي آهني را با سمباده تميز كرده و داخل محلول قرار مي‌دهيم. بعد از مدتي لايه‌اي از مس سرخ‌رنگ روي تيغه‌ي آهني مي‌نشيند.

         واكنش انجام شده را بنويسيد. دليل اتفاق فوق را توضيح دهيد. نقش سديم هيدروژن سولفات در اين آزمايش چه بود؟

         محلول زير سال‌ها در صنايع آب‌كاري مورد استفاده قرار گرفته است كه به علت سمي بودن نسبي كار كردن با آن مي‌بايست با رعايت جوانب اختياط صورت گيرد.

 

تركيب	گرم در ليتر
مس سیانید	5/32
سديم سيانيد	30
سديم كربنات	10