تغییرات مواد
مواد در طبیعت دائما تغییر می كنند.
آزمایش كنید:
سه تكه كاغذ تهیه كنید. یكی از آن ها را بسوزانید و یكی از آن ها را پاره كنید.
مشخصات سه تكه كاغذ را در یك جدول بنویسید و با هم مقایسه كنید.
تغییر فیزیكی و تغییر شیمیایی
در بعضی تغییرات، جنس ماده عوض نمی شود؛ یعنی ماده به ماده دیگری تبدیل نمی شود.
فیزیك یعنی ظاهر؛ پس تغییر فیزیكی یعنی تغییر ظاهری.
آیا می توانیم یخ ذوب شده را دوباره به یخ تبدیل كنیم؟ آیا یخ پس از ذوب شدن به ماده ای كاملا جدید تبدیل می شود؟
در گروهی دیگر از تغییرات، خاصیت های ماده به كلی تغییر می كند؛ یعنی، یك ماده به ماده دیگری تبدیل می شود. به چنین تغییراتی، تغییر شیمیایی می گویند. پختن غذا، زرد شدن برگ درختان و كپك زدن نان از این دسته اند.
آیا می توانید چند تغییر شیمیایی دیگر نام ببرید؟
فكر كنید:
این تصویرها دو نوع تغییر را در چوب نشان می دهند. كدام تغییر فیزیكی و كدام تغییر شیمیایی است؟ چرا؟
آزمایش كنید:
۱كمی یخ در یك لیوان بریزید. آن را بو كنید و بچشید. صبر كنید تا یخ كاملا ذوب شود. چند خاصیت یخ را قبل از و بعد از ذوب شدن مقایسه كنید.
۲ تكه ای نان را در یك كیسه پلاستیكی بگذارید و مدتی در جایی تاریك قرار دهید تا كپك بزند. سپس آن را با یك تكه نان سالم مقایسه كنید.
در آزمایش های بالا، آیا یك تغییر شیمیایی مشاهده كردید یا یك تغییر فیزیكی؟ چرا؟
فعالیت:
با دوستانخود مشورت كنید و از تغییراتی كه در محیط اطراف خود مشاهدهمی كنید، مثال هایی را در جدول زیر بنویسید.
از این فعالیت چه نتیجه ای می گیرید؟
فكر می كنید دانستن این كه تغییرات فیزیكی یا شیمیایی هستند چه سودی برای ما دارد؟
( می توانید در مورد مثال هایی كه خودتان نوشته اید، توضیح دهید)
فكر كنید:
مواد غذایی فاسد شدنی یعنی چه؟
چرا ما بعضی غذاها را در یخچال نگهداری می كنیم؟
فكر می كنید زمانی كه هنوز یخچال اختراع نشده بود، مردم چه كار می كردند؟
وقتی آب بخار می شود، مولكول های آن تغییر نمی كنند، بلكه فاصله آن ها از هم زیاد می شود. در این حالت، مولكول ها در هوا پراكنده می شوند.
تبخیر یك تغییر فیزیكی است. در تغییرات فیزیكی، مولكول های ماده تغییر نمی كنند و ماده جدیدی تولید نمی شود.
اگر نان را مدتی روی شعله نگه دارید، سیاه می شود. این ماده سیاه رنگ مزه نان نمی دهد؛ چون دیگر نان نیست. نان تغییر شیمیایی كرده و ماده دیگری به وجود آمده است. بر اثر این تغییر، مولكول های نان تغییر كرده اند و مولكول های جدیدی به وجود آمده اند.
آزمایش كنید:
برای دوست خود با آب لیمو بر روی كاغذ یك پیغام بنویسید. آیا می توانید آن را بخوانید؟
با كمك بزرگ ترها، كاغذ را با اتو گرم كنید. چه اتفاقی می افتد؟
به نظر شما این یك تغییر فیزیكی است یا شیمیایی؟
همان طور كه می دانید، آهن یك عنصر است. اگر یك وسیله آهنی را در هوای مرطوب بگذارید، دچار تغییر شیمیایی می شود؛ زیرا در هوا اكسیژن وجود دارد. ماده ای كه در اثر این تغییر شیمیایی به دست می آید، زنگ آهن نامیده می شود.
نام علمی این ماده، اكسید آهن است. اكسید آهن یك تركیب است. آهنی كه زنگ می زند،
می پوسد و مقاومتش كم می شود.
زنگ زدن آهن در چه مواردی باعث به وجود آمدن خسارات زیادی می شود؟
برای جلوگیری از این تغییر شیمیایی چه كارهایی می توانیم انجام دهیم؟
تحقیق كنید:
چه عواملی باعث زنگ زدن آهن می شود؟
كمی سیم ظرف شویی نو تهیه كنید. آزمایش یا آزمایش هایی طراحی كنید كه بفهمید سیم آهنی در چه شرایطی زودتر زنگ می زند و در چه شرایطی اصلا زنگ نمی زند.
آزمایش كنید و از ان چه انجام داده اید، گزارشی بنویسید.
| فرایندهایی که در آنها ، تنها حالت فیزیکی ماده تغییرمی‌یابد و ماده ای به ماده دیگر تبدیل نمی‌شود،تغییر فیزیکینامیدهمی‌شود. |
|
|
| فرایند تبخیر ، نوعی از تغییر فیزیکی |
دید کلی
بطور کلی ، تغییراتی که در هرواکنش بر روی مواد واکنش‌دهنده صورت می‌گیرد، به دو نوع تغییر فیزیکی و تغییر شیمیاییتقسیم بندی می‌شوند. درتغییرشیمیایی ، ساختار ذره های تشکیل‌دهنده ماده دچار تغییر می‌شود و ماده ای بهماده دیگر تبدیل می‌شود، مانندفرایندسوختن ،زنگزدن و فاسد شدن و... . ولی در تغییر فیزیکی تغییری درآرایشالکترونی اتمها درمولکولها صورت نمی‌گیرد. یعنی ماهیت شیمیایی ماده تغییر نمی‌یابد و فقط حالت فیزیکی مادهتغییر می‌یابد.
بنابراین درتعادل‌های فازی، تغییر حالت فیزیکی راخواهیم داشت. بنابراین تغییر کلیهحالاتماده نظیرذوب،انجماد،تبخیر ،میعان ،تصعید ،تقطیر و... و نیزانحلال نمک‌ها، بازها وموادآلی نظیرقند والکل درآب ،پدیده‌های فیزیکی محسوب می‌گردند. مفهوم فاز
یکفاز، بخشی ازماده است که تمام آن ،از نظرترکیب شیمیاییو خواص فیزیکی یکسان باشد. درشرایط معینی ازفشار ودما بسیاری از مواد خالصمی‌توانند بصورتگاز ،مایع یاجامد باشند. بعنواننمونه ، آب با توجه به فشار و دما می‌تواند بصورت بخار ، مایع یا جامد باشد. به هرکدام از این شکل‌های فیزیکی ، یک فاز می‌گویند.
وقتی که تغییر فازی انجاممی‌شود، ماهیت شیمیایی ماده تغییر نمی‌کند، بنابراین تغییر فاز ، یک تغییر فیزیکیاست. برای مثال ، ذوب یخ یک تغییر فیزیکی است که در آن فاز جامد به فاز مایع تبدیلمی‌شود و بطور کلی ، هر کدام از تبدیل‌های جامد به مایع ، مایع به بخار ، بخار بهجامد ، مایع به جامد و جامد به بخار یک تغییر فاز بشمار می‌آیند. فرایندهایی که درآنها ، تغییر فیزیکی صورت می‌گیرد، در زیر آمده است. ذوب
فرایندی که در آن فاز جامد به فاز مایع تبدیل می‌شود،ذوبنامیده می‌شود ونقطه ذوبیک محلول ،دمایی است که در آن ، مایع و جامد در فشار کل1atm، در حال تعادلند. در نقطهذوب ، دمای سیستممایع جامدثابت می‌ماند تا اینکه تمام فاز جامد به فازمایع تبدیل شود. در حالت جامد ، نیروهای جاذبه بین مولکولی ، مولکولها را در مواضعمشخص از شبکهبلورین ثابت نگهمی‌دارد و با افزایش دما ،انرژیجنبشی مولکولها افزایش می‌یابد و این افزایش حرکت مولکولی برخلاف نیروی جاذبهعمل کرده و باعث می‌شود ساختار بلورین از بین برود و مایع جاری شود.
بهمینجهت ، مایعات شکل مشخصی ندارند، ولی دارای حجم معینی هستند. برای مثال آب شدن یخ دراثر جذب گرما ، نمونه‌ای از فرایند ذوب می‌باشد. انجماد
فرایندی که درآن ، تبدیل فاز مایع به جامد صورت می‌گیرد،انجمادنامیده می شود ونقطه انجمادیکمحلول ، دمایی است که در آن ، مایع و جامد در فشار 1atm، در حال تعادلند. در نقطهانجماد ، دمای سیستممایع جامدثابت می‌ماند تا اینکه تمام مایع منجمدشود.
با سرد شدن مایع ، حرکت مولکولهای آن ، بیش از پیش کند می‌شود وسرانجام ، در دمای انجماد ، انرژی جنبشی تعدادی از مولکولها به اندازه ای کم می‌شودکه جاذبه‌های بین مولکولی می‌توانند آنها را در ساختار بلورین نگه دارند. در اینحال انجماد آغاز می شود و مولکولها بتدریج در مواضع طرح بلورین قرار می‌گیرند تااین که تمام مایع به جامد تبدیل شود. برای مثال ، انجماد آب در اثر سرما.
تبخیر
فرایندی که در آن ، تبدیل فاز مایع به بخار صورت می‌گیرد،تبخیرنامیده می‌شود. تبخیر یک مایع ، شامل جداشدن مولکولها از سطح مایع و پراکنده شده آنها در فضای بالای مایع است. با افزایشدما ،فشاربخار مایع افزایش می‌یابد و موقعی که فشار درون مایع با فشار خارجی برابرمی‌شود (در دمای جوش) ، عمل تبخیر در تمام مایع روی داده و بخار در محیط پخشمی‌گردد. مانند تبخیر آب یا هر مایع دیگر در اثر جذب گرما. تصعید
فرایندی که در آن ، جامد بدون عبور از حالت مایع مستقیما به بخارتبدیل می‌گردد،تصعیدنامیده می‌شود. اینفرایند ،برگشتپذیر است. برای مثال ، اگر یخ خشک (دی‌اکسیدکربن جامد) را تحت فشار1atm، گرم کنیم، در دمای 78,5 درجه سانتی‌گراد، مستقیما به گاز تبدیل می‌شود. آنتالپی مولی تصعید ، مقدار گرمایی است که بایستی به یک مول از ماده جامد داده شود تامستقیما به گاز تبدیل گردد. میعان
فرایندی که در آن ، فاز بخار به فاز مایع تبدیل شود،میعاننامیده می شود. در این فرایند ، با کاهش دماانرزی جنبشی مولکولهای بخار کاهش یافته و نیروی جاذبه بین مولکولها افزایش می‌یابدو در نتیجه ، در دمای خاصی مولکولهای بخار به مایع تبدیل می‌شود. در واقع ، وقتی یکمول بخار بر اثر تراکم به مایع تبدیل می‌شود، انرژی آزاد می‌شود. این تغییر آنتالپیراآنتالپی میعان مولیمی‌نامیم.
آنتالپی میعان مولی ، از نظر عددی برابر باگرمای تبخیرمولیدر همان دما است، با این تفاوت که این کمیت دارای علامت منفی است. نمونه‌ای از فرایند میعان ، سرد کردن بخار آب و تبدیل آن به مایع می‌باشد.
تقطیر
اجزای سازنده محلولی از یک ماده حل شده غیر فرار را می‌توان باتقطیر ساده از هم جدا کرد. برای این کار ، محلول را می‌جوشانیم تا حلال فرار ،تبخیر و از ماده حل‌شده جدا شود. با سرد کردن بخار ، حلال مایع جمع آوری می‌شود وماده حل شده غیر فرار بصورت باقیمانده تقطیر باقی می‌ماند و اجزای سازنده محلول ،حاوی چند جزء فرار را می‌توان با فرایند تقطیر جزء به جزء با استفاده از اختلافدمای جوش از هم جدا کرد، مانندتقطیر جزء به جزءنفت خام. تبلور
تبلورمعمولا در موقع تبدیل یک حالت فیزیکیبه حالت فیزیکی دیگر صورت می‌گیرد. این تبدیل به سه صورت زیر انجاممی‌شود:
· تبلور در هنگام تبدیل حالت مایع بهجامد:این نوع تبلور به دو صورت زیر انجام می‌گیرد:
انجماد مواد مذاب:در اثر سرد کردن ماده مذاب ، اتمها یا مولکولها با هرموقعیتی که دارند، متراکم و بی‌حرکت می‌شوند و ماده منجمد می‌شود. در این صورت ،جسمی جامد بدون داشتن نظم ذره‌ای تشکیل می‌شود. ولی اگر سرد شدن به آرامی و کندیانجام گیرد، اتمها و مولکولها با توجه به نیروی جاذبه و اطاعت از شبکه تبلور کنارهم چیده شده و بلور منتظمی را تشکیل می‌دهند.
تبلور مواد محلول:در این نوع تبلور ، باید محلول به حالتفراسیرشده باشد. در چنین محلولهایی ، بلورها تشکیل و ته‌نشین می‌شوند. رشد بلورها ازطریق اتصال منظمیونها ، اتمها و یا مولکولهای معلق در محلول به نطفه های بلور صورتمی‌گیرد. تبلور در هنگام تبدیل حالت بخار به جامد (سوبلیماسیون):در این حالت تبلور بلورها مستقیما از تبدیل بخار به جامدحاصل می‌شوند. مثال بسیار روشن ، تشکیل قشرهای بلور یخ ناشی از انجماد مستقیم بخارآب اطاقها بر روی شیشه پنجره‌ها در سرمای زمستان می‌باشد.
تبلور مواد جامد:تشکیل بلورهای دانهدرشت از بلورهای کوچکتر که تحت تاثیرفشار و حرارت و در مدتزمان طولانی صورت می‌گیرد، مانند تشکیل بلورهای دانه درشت کلسیت از بلورهای ریزکربنات کلسیم. انحلال
پدیده انحلال نیز یک پدیده فیزیکی می‌باشد و بطور کلی ، حل شدن یکماده حل شونده در یکحلال ، شامل مراحل زیرمی‌باشد:
جدا شدن ذرات تشکیل دهنده ماده حل شونده از یکدیگر.
جدا شدن مولکولهای حلال از یکدیگر و پخش شدن ذرات ماده حل شونده در بینمولکولهای حلال.
بوجود آمدن نیروی جاذبه بین ذرات جسم حل‌شونده و مولکولهایحلال.
در مرحله اول و دوم ، برای غلبه برنیروهای جاذبه بین مولکولیمواد حل‌شونده وحلال ، باید انرژی جذب شود و در مرحله سوم با بوجود آمدن نیروهای جاذبه بین ذراتحل‌شونده و حلال ، انرژی آزاد می‌شود. بدین ترتیب اگر انرژی جذب شده بیشتر از انرژیآزاد شده باشد فرایند حل شدن ،گرماگیر است و برعکس اگر انرژی جذب شده کمتر از انرژی آزاد شده باشد، فرایند انحلال ،گرماده است. برای مثال ، حل شدناسیدسولفوریک وهیدروکسید سدیمدر آب ، گرماده و حل شدناورهدرکلرید آمونیومدر آب ، گرماگیر می‌باشد. مثالهایی برای تغییر فیزیکی
· مغناطیسی شدنآهن در مجاورتآهن ربایک پدیده فیزیکی است. زیرا اولااثری بر خواص شیمیایی آهن ندارد و ثانیا با دور کردن آهن ربا و یا با استفاده ازروش‌های فیزیکی می‌توان این خاصیت را از بین برد. · اغلب فرایندهای انحلال از فسیل ،حلشدن قند یا نمک درآب، حل شدنبنزن درتولوئنو حل شدنید درتتراکلریدکربن. · ملغمه شدنفلزات (آلیاژفلزات).
· تصعیدنفتالیندر دمای اتاق.
· مخلوط کردن گردکات کبود آبی رنگوپودر زرد رنگ گوگردو تولیدگرد سبز رنگنیز صرفا یک پدیده فیزیکی است و تغییر رنگ آن ناشی از انجام یکپدیده شیمیایی نیست.
· آسیاب کردن مواد نیز یک پدیده فیزیکی می‌باشد. زیرا هیچگونه تغییری در ساختارمواد صورت نمی‌گیرد.
نام تحقیق : علوم ( تغییرات مواد )
نام محقق : حسین نوری
نام دبیر : جناب آقای زینعلی
کلاس : 2/5
مدرسه علویه – 2
سال تحصیلی : 87 – 86
