ماده و ویژگی ان _ سال اول راهنمایی

ماده و ويژگي هاي آن

آنچه در اطراف ما وجود دارد را ماده مي ناميم. هوا، چوب، سنگ، مدادي كه با آن مي نويسيد و حتي غذا و آبي كه مي خوريد ماده هستند.
علمي كه به مواد و تغييرات آنها مي پردازد را علم شيمي يا علم مواد مي نامند.
در ارتباط با ماده و ساختار آن از زمانهاي گذشته تا كنون دانشمندان زيادي تحقيق و بررسي كرده اند كه از آن جمله مي توان دموكريت و دالتون را كه در كتاب درسي شما هم آورده شده نام برد.

نظريه دموكريت:

دموكريت متفاوت بودن شكل اتمها را بر اساس مشاهده خواص ظاهري آنها حدس زد،

مثلاً با چشيدن مواد ترش و تند كه باعث سوزش لب و زبان مي شدند تصور مي كرد كه اتمهاي اين مواد لبه هاي تيز و برنده(لوزي شكل) دارند و با مشاهده قطره هاي آب آنها را كروي فرض كرد.

نظريه جان دالتون:

سوال: آيا نتايج نظريه دالتون امروزه مورد قبولند.

براي پاسخ به اين سؤال يك بار برخي از نتايج نظريه دالتون را از نظر مي گذرانيم:
- دالتون عقيده داشت كه اتمهاي يك عنصر كاملاً شبيه هم هستند اما امروزه مشخص شده كه ممكن است اينطور نباشد مثلاً دو نوع كلر، سه نوع هيدروژن، سه نوع اكسيژن و ... وجود دارد كه از نظر جر م و برخي خواص ديگر با هم فرق دارند اين عناصر را اصطلاحاً (ايزوتوپ) مي گويند.
- دالتون مي گفت كه اتمهاي يك عنصر را نمي توان شكست و به اتمهاي ديگر تبديل كرد اما امروزه اتمي مانند اورانيوم را در مراكز هسته اي مي شكنند و به اتمهاي باريم و كريپتون تبديل مي كنند.
- دالتون معتقد بود كه اتمها را نمي توان بوجود آورد اما امروزه برخي اتمها از جمله تكنسيم را در آزمايشگاه مي سازند و يا در همجوشي هسته اي از 4 اتم هيدروژن يك اتم هليم پديد مي آورند.
- دالتون اتم را گوي توپر و ساچمه مانند تصور مي كرد اما امروزه عقيده براين است كه داخل اتم فضاي خالي وجود دارد و الكترونها در اين فضا حركت مي كنند

اندازه اتم و مولكول

از اتصال دو يا چند اتم مولكول بوجود مي آيد. اتم و مولكول بسيار كوچكند براي آنكه تصور روشني از اندازه آنها داشته باشيد به مثال زير توجه كنيد.

گفته مي شود اگر يك قطره آب به بزرگي زمين فرض شود مولكول هاي آن به بزرگي توپ بسكتبال خواهند بود.

فعاليت:

يك قطره عطررا با احتياط درون يك بادكنك بچكانيد.
سپس بادكنك را درون ليوان تميزي قرار داده بادكنك را باد كنيد و در آن را محكم ببنديد پس از چند لحظه بادكنك را از درون ليوان خارج كرده ، بي درنگ ليوان را بو كنيد، ليوان بوي عطر خواهد داد يعني مولكول هاي عطر آنقدر كوچكند كه از ديواره بادكنك عبور كرده اند.

ويژگي هاي ماده
1- همه مواد از ذرات ريزي به نام اتم ساخته شده اند . عليرغم تصورات دموكريت و دالتون كه اتم را تجزيه ناپذير مي دانستند، اتم از ذرات كوچكتر الكترون، پروتون و نوترون تشكيل شده است .
2- بين ذرات تشكيل دهنده ماده فضايي خالي وجود دارد . مقدار فضاي خالي در مواد مختلف متفاوت است.

حالت هاي ماده	فاصله بين ذرات(مولكول ها)
جامد	كم
مايع	متوسط
گاز	زياد

- در گازها فضاي خالي بين مولكولها زياد است. هنگامي كه با تلمبه به درون يك توپ پر از هوا، هواي بيشتري وارد مي كنيد فاصله بين مولكول ها كمتر مي شود به همين علت مي گوييم گازها تراكم پذيرند.
- بين مولكول هاي مايعات هم فضاي خالي وجود دارد اما فضاي خالي بين مولكول ها نسبت به گازها كمتر است. هنگامي كه نمك را به آرامي درون يك ليوان پر از آب مي ريزيم حجم آب ليوان تغيير چنداني نمي كند يعني نمك در فضاي خالي بين مولكول هاي آب قرار مي گيرد.

سؤال : اگر 20 سي سي الكل را با 20 سي سي آب مخلوط كنيم حجم مخلوط حاصل چقدر خواهد شد؟ چرا؟

- در بين مولكول هاي جامدات فضاي خالي از دو حالت ديگر كمتر است. گفته مي شود هنگامي كه يك قاشق برنجي را آب نقره مي دهند مقداري از نقره در فضاي خالي بين مولكول هاي برنج نفوذ ميكند.

بطور كلي :

يعني:

3- مولكول ها دائما در حال حركتند.
جنبش و حركت مولكول ها ي ماده نيز همانند فاصله بين آنها در حالت هاي مختلف ماده با هم متفاوت است و با آن نسبت مستقيم داد يعني هر چه فاصله بين مولكول ها بيشتر باشد جنبش مولكول ها بيشتر است البته در اين مورد استثنا هم وجود دارد.

حالت هاي ماده	حركت و جنبش مولكول ها
جامد	كم
مايع	متوسط
گاز	خيلي زياد

هنگامي كه در يك شيشه عطر را باز مي كنيد و يا پيازي را مي بريد بوي عطر و پياز در زمان كوتاه احساس مي شود. هنگامي كه
قطره اي جوهر در آب رها مي كنيد جوهر در آب پخش مي شود حبه قند هم به همين طريق در آب ناپديد مي شود. همه اين موارد حكايت از جنبش و حركت مولكول ها دارند البته گرما حركت مولكول ها را افزايش مي دهد.

بطور كلي:

جنبش و حركت مولكولها را بصورت زير مي توان دسته بندي كرد.

فعاليت:

دو سرنگ مشابه انتخاب كرده يكي را تا نيمه از آب و ديگري را به همان اندازه از هوا پر كنيد سپس دهانه هر دو سرنگ را با انگشت محكم بگيريد و پيستون را به داخل فشار دهيد . چه تفاوتي مشاهده مي كنيد؟ دليل اين تفاوت چيست؟

اثر گرما بر حجم مواد

گرما حجم مواد را تغيير مي دهد. اين پديده را قانون انبساط و انقباض چنين بيان مي كند.

تقريبا همه مواد دراثر گرما بزرگتر ودر اثرسرما كوچكتر مي شوند به اين واقيعت اصل يا قانون انقباض وانبساط مي گويند.

وقتي جسمي در اثر گرما جاي بيشتري اشتغال مي كند و بزرگتر مي شود گوييم منبسط شده است و هنگامي كه جسم در اثر سرما فضاي كمتري اشغال مي كند و كوچكتر مي شود مي گوييم منقبض شده است.
اگر بادكنكي را به دهانه يك بطري شيشه اي خالي ببنيدم و بطري را درون ظرف آب داغ بگذاريم بادكنك باد مي شود علت اين پديده انبساط هواي درون بادكنك بر اثر گرماست اگر بطري را درون مخلوط آب و يخ بگذاريم بادكنك دوباره چروكيده مي شود.

ظرف پر از آب را هم اگر حرارت دهيم سرريز مي شود.

البته ميزان تغيير حجم مواد(انبساط و انقباض ) يكسان نيست بلكه به نوع ماده بستگي دارد.

بطور كلي

يعني

حالت هاي ماده	ميزان انبساط
جامد	كم
مايع	متوسط
گاز	زياد

ناگفته نماند كه در بين مواد جامد ميزان انبساط فلزات از نافلزات بيشتر و ميزان انبساط فلزات هم يكسان نيست.

داستان انبساطي:

هفته آخر شهريور ماه بود مهدي و خانواده اش عازم سفر زيارتي مشهد مقدس شدند بعد از اذان صبح و اقامه نماز به راه افتادند چند كيلومتري كه از شهر بيرون رفتند جهت صرف صبحانه توقف كردند چاي و لوازم صبحانه را آماده كردند هواي صبحگاهي اندكي سرد بود همين كه مادر چاي را درون ليواني هاي شيشه اي ريخت يكي از ليوانها ترك برداشت مهدي با تعجب علت را پرسيد پدرش كه دبير علوم بود پاسخ داد چاي داغ سبب انبساط ناگهاني ديواره دروني ليوان شده و چون ديواره بيروني مانع از اين انبساط مي شود ممكن است ليوان ترك بردارد.
پس از صرف صبحانه به راه افتادند شور و شوق فراواني وجود بچه ها را فراگرفته بود.
هنگام ظهر جهت اقامه نماز، صرف نهار و استراحت در منطقه خوش آب و هوايي در جاده هراز توقف كردند. پس از نماز و نهار بچه ها مشغول بازي شدند توپ آنها رفته رفته كم بادتر مي شد. مهدي تصور مي كرد توپشان پنچر شده اما پدر گفت چون هواي اينجا سرد است هواي درون توپ منقبض مي شود لذا كم بادتر به نظر مي رسد.
هنگام گشت و گذار ناگهان فاصله بين قطعات رآه آهني كه از آن منطقه مي گذشت توجه مهدي را به خود جلب كرد مهدي مي پنداشت كه ريلها شكسته اند اما پدرش گفت اين فاصله ها براي جلوگيري از شكستن يا كج شدن ريلها هنگام انبساط آنهاست.
هنگامي كه به مشهد رسيدند بعد از زيارت حرم مطهر حضرت رضا(ع) جهت خريد به بازار رفتند مهدي كه قرار است به كلاس اول راهنمايي برود براي درس علوم يك دماسنج خريد در زمانهاي مختلف حركت مايع رنگين دماسنج را زير نظر گرفت اما نمي دانست چگونه مايع رنگين در دماسنج بالا و پايين مي رود.
پدرش توضيع داد: درون لوله شيشه اي و نازك دماسنج اندكي مايع رنگين(جيوه يا الكل) وجود دارد هنگامي كه دماسنج در جاي گرم قرار مي گيرد مايع رنگين منبسط مي شود و ناچار در لوله بالا ميرود و هنگامي كه در جاي سرد قرار گيرد مايع رنگين منقبض شده پايين مي آيد. چون هنگام بازشدن مدارس نزديك بود خانواده مهدي پس از سه روز اقامت در مشهد به شهر خود مراجعت كردند.

پديده هايي كه مهدي با آنها روبرو شد وپديده هاي بي شمار ديگري وجود دارند كه با اصل انبساط و انقباض قابل توضيح هستند از جمله:
- از خودنويس پر از جوهر در روزهاي گرم جوهر تراوش ميكند.
- سيمهاي برق را بين تيرها كمي شل مي بندند.
- گاهي در هواي گرم لاستيك اتومبيل ها مي تركند.

سعي كنيد با استفاده از قانون انبساط و انقباض براي هر يك از موارد بالا توضيحي بيابيد.

مقايسه دماسنج پزشكي با دماسنج معمولي

پزشكي	معمولي
محدوده دما بين 35 تا 42	محدوده دما از زير صفر تا 100
پايين دماسنج داراي خميدگي	صاف
مثلثي شكل با لوله شيشه اي بسيار نازك(دقت اندازه گيري زياد)	معمولاً گرد (دقت اندازه گيري كمتر)

سؤال : چرا در دماسنج از الكل و جيوه استفاده مي شود؟
در دماسنجها سه نوع مقياس وجود دارد.

تبديل مقياس ها به يكديگر:

- تبديل سلسيوسبهفارنهايت:

سلسيوس را در 8/1 ضرب كرده با 32 جمع مي كنيم.

- تبديل فارنهايتبهسلسيوس:

فارنهايت را به 8/1 تقسيم و 32 را از آن كم مي كنيم.

- تبديل سلسيوسبهكلوين:

سلسيوس را با 273 جمع مي كنيم.

- تبديل كلوينبهسلسيوس:

از كليوين 273 كم مي كنيم.

- تبديلفارنهايتبهكلوين:

مي توان ابتدا فارنهايت را به سلسيوس تبديل كرد سپس آن را با 273 جمع كرد و يا

توضيح انبساط و انقباض با نظريه مولكولي:
هنگامي كه ماده اي گرم مي شود جنبش و حركت مولكول هاي آن افزايش مي يابد در نتيجه برخورد مولكولها به يكديگر بيشتر و فاصله بين مولكول ها زيادتر مي شود. زياد شدن فاصله مولكول ها از يكديگر به اقزايش حجم ماده(انبساط) منجر مي شود.
عكس اين مطلب هم درست است يعني وقتي ماده اي سرد مي شود جنبش مولكول ها كاهش و برخورد آنها كم مي شود در نتيجه مولكول ها به هم نزديكتر و جسم كوچكتر (منقبض) مي شود.

انبساط غير عادي آب:
برخي مواد بخصوص آب از قانون انبساط و انقباض تبعيت نمي كنند به همين علت گفته مي شود آب انبصاط غير عادي دارد و به خاطر همين انبساط غير عادي آب است كه ديواره حوض و يا لوله هاي آب در زمستان مي تركند اگر آب را سرد كنيم مانند همه مواد منقبض مي شود تا دماي آن به 4 درجه برسد يعني آب 4 درجه كمترين حجم و بيشترين چگالي را دارد. اگر آب 4 درجه را سردتر كنيم منبسط مي شود تا يخ بزند. علت اين انبساط غير عادي پيوند بين مولكول ها ي آب است اين نوع پيوند را كه در سالهاي آينده با آن آشنا خواهيد شد پيوند هيدروژني مي گويند.

بدنيست بدانيد گرچه اين انبساط غير عادي گاهي سبب خسارت مي شود اما بسيار سودمند است و حيات آبزيان را تضمين مي كند. شما در اين مورد تحقيق كنيد كه چگونه چنين چيزي ممكن است؟

انجام دهيد
يك بطري شيشه اي را از آب پر كنيد و در آن را نبنديد سپس بطري را درون حوله يا پارچه اي پيچيده داخل جايخي يخچال بگذاريد تا آب درون آن يخ بزند اكنون بطري را از درون جايخي خارج كرده با احتياط آن را مشاهده كنيد آنچه اتفاق افتاده است را تفسير كنيد.

دما پا:

اين وسيله كه وظيفه تنظيم دما در وسايل برقي را بعهده دارد بر اساس قانون انبساط و انقباض كار ميكند. اساس كار دماپا تفاوت در ميزان انبساط دو فلز است. دماپا(ترموستات) معمولاً از دو تيغه هم اندازه از دو فلز غيرهمجنس (غالباً آهن و مس) ساخته مي شود كه محكم به هم پرچ شده اند.
از آنجا كه ميزان انبساط فلز مس بر اثر گرما از آهن بيشتر است ، هنگامي كه دماي وسيله برقي از حد معمول بيشتر شود ورقه مسي بيشتر منبسط شده بطرف آهن خم مي شود و جريان برق را قطع مي كند.
از دماپا در سماور، اتو، جارو، آبگرمكن، منقل و ... برقي استفاده مي شود از اين وسيله در زنگ اعلام حريق هم استفاده مي شود بدين طريق كه گرماي ناشي از آتش سوزي سبب انبساط بيشتر و خميده شدن ورقه مسي و در نتيجه وصل جريان برق و به صدا در آمدن زنگ خطر مي شود.

اثر گرما بر حالت مواد

مواد در دماي معمولي به سه حالت جامد، مايع و گاز وجود دارند. با تغييرات دما حالت مواد تغيير ميكند شما شاهد بسياري از اين تغيير حالتها در محيط ارطراف خود هستيد.

ذوب:

در جسم جامدي مانند آهن مولكول ها به هم نزديك، جنبش مولكول ها كم و جادبه بين آنها زياد است. اگر جسم جامد گرم شود جنبش و فاصله مولكول ها افزايش و ربايش آنها كم ميشود اگز جسم جامد به اندازه كافي گرم شود ربايش مولكول ها به اندازه اي كم مي شود كه مي توانند آزادانه حركت كنند در اين صورت جامد به مايع تبديل مي شود اين تغيير حالت ذوب ناميده مي شود.
به بيان ساده تر:

ذوب يعني تبديل جامد به مايع بر اثر گرما

و يا

از آنجا كه براي انجام اين تغيير حالت گرما جذب مي شود به آن گرماگير گفته مي شود.

نقطه ذوب:

به دمايي گفته مي شود كه درآن دما جامد به مايع تبديل مي شود.
مثلاً يخ در دماي صفر درجه به مايع تبديل مي شود پس نقطه ذوب آن صفر درجه سانتي گراد است

سؤال : ذوب شدن آهن چه تفاوتي با ذوب شدن شيشه دارد؟

انجماد:

اگر مايعي به اندازه كافي سرد شود جنبش و فاصله مولكول ها كم و ربايش مولكول ها افزايش مي يابد تا جايي كه مولكول ها ديگر نمي توانند آزادانه حركت كنند در اين صورت مايع به جامد تبديل مي شود به اين تغيير حالت انجماد مي گويند.
انجماد يعني تبديل مايع به جامد

از آنجا كه اين تغيير حالت با از دست دادن گرما همراه است آن را گرماده مي گويند.
در موادي كه نقطه ذوب معين دارند همواره

مثلاً اگر نقطه ذوب آهن 1535درجه باشد نقطه انجماد آن هم 1535درجه خواهد بود.

اثر ناخالصي بر نقطه ذوب و انجماد

حتماً ديده ايد كه در زمستان بر سطح خيابان هاي يخ زده نمك مي پاشند.
و يا مخلوطي از آب و الكل به عنوان ضد يخ در رادياتور اتومبيل مي ريزند.
علت هر دو مورد بالا اين است كه:

تبخير :

تبديل مايع به بخار يا گاز را تبخير مي گويند.

خشك شدن لباس، چروكيده شدن برگ درختان در گرما نمونه هايي از تبخير هستند.

جوشيدن:

هرچه مايع گرمتر شود سريعتر تبيخر مي شود. اگر گرم كردن مايع ادامه يابد مايع شروع به جوشيدن مي كند در هنگام جوشيدن در همه قسمت هاي مايع حبابهايي از بخار تشكيل مي شود.

توجه داشته باشيد كه:
- ناخالصي نقطه جوش را بالا ميبرد. يكي از مزاياي ضديخ در رادياتور هم همين است.
- در يك ظرف روباز دماي مايع از نقطه جوش بالاتر نمي رود بنابراين براي زودتر پخته شدن غذا شعله چراغ را زياد نكنيد.
- نقطه جوش به فشار هوا بستگي دارد(در مناطق كوهستاني نقطه جوش پايين تر است)

انجام دهيد:
- اندكي آب درون يك سرنگ وارد كنيد اكنون دهانه سرنگ را با انگشت محكم بگيريد و پيستون آن را به عقب بكشيد اگر كار را درست انجام دهيد خواهيد ديد كه آب درون سرنگ خواهد جوشيد.

- ظرف شيشه اي نشكن (پيركس) مانند ارلن را تا كمتر از نيمه آب كرده روي شعله حرارت دهيد تا آب درون آن به جوش آيد اكنون شعله را خاموش و دهانه ظرف را به چوب پنبه محكم ببنديد اگر ارلن را زير آب سرد بگيريد. و يا به بدنه آن يخ بماليد آب درون ارلن دوباره شروع به جوشيدن خواهد كرد و اين درحالي است كه دماي آب ارلن خيلي پايين تر از نقطه جوش است و جوشيدن آب در هر دو مورد بخاطر كاهش فشار هوا است.

تذكر: هرگز براي انجام اين آزمايش از بطريهاي شيشه اي معمولي استفاده نكنيد.

ميعان :

اگر بخار يا گاز به اندازه كافي سرد شود مولكول ها تا حدي به هم نزديك مي شوند كه بخار به مايع تبديل مي شود اين تغيير حالت ميعان نام دارد.
به بيان ديگر :ميعان يعني مايع شدن و يا تبديل بخار يا گاز به مايع

تشكيل شبنم، مه، تشكيل ابر و بارش ، تشكيل قطرات آب برروي شيشه اي پنجره در زمستان نمونه هايي از عمل ميعان هستند.
ميعان هم مانند انجماد با از دست دادن گرما همراه است بنابراين گرماده محسوب مي شود.

بدنيست بدانيد كه:
اگر بخار آب موجود در هوا از حد معمول بيشتر باشد چنين هوايي را شرجي يا سيرشده يا اشباع مي نامند.
هواي شرجي گرمتر از حد معمول بنظر مي رسد زيرا عرقي كه بر سطح بدن تشكيل مي شود بسرعت تبخير نمي شود تا بدن خنك شود. سواحل شمالي و جنوبي ايران چنين هوايي دارند.

بدون شرح

تصعيد:

به تبديل مستقيم جامد به گاز تصعيد مي گويند.

بلورهاي يد، كافور و قرص هاي نفتالين اگر در ظروف روباز قرار گيرند بدون آنكه مايع شوند مستقيما به گاز تبديل مي شوند(ناپديد مي شوند) اين تغيير حالت ها نمونه هايي از عمل تصعيد هستند.
يخ خشك يا كربن دي اكسيد جامد هم كه از سرد و متراكم كردن گاز كربن دي اكسيد حاصل مي شود به سرعت به گاز تبديل مي شود(تصعيد) از اين ماده براي سرد كردن مواد و در صحنه هاي تئاتر براي تشكيل محيط مه آلود استفاده مي شود.

چگالش:

عكس عمل تصعيد است يعني تبيدل گاز به جامد
تشكيل برفك يخچال و تشكيل برف در آسمان نمونه هايي از عمل چگالش هستند.
برفك يخچال هنگامي تشكيل مي شود كه بخار آب حاصل از مواد غذايي و ميوه ها و سبزيجات درون يخچال به اطراف جايخي كه دماي آن كمتر از نقطه انجماد آب است برخورد كنند.

تغيير حالتها را بطور خلاصه در نمودار زير ببينيد.

مطالب مشابه :

ماده و ویژگی ان _ سال اول راهنمایی

لوازم

پست ثابت

عكسهايي ديدني از هنر نمایی با نوک مداد

ماده و ویژگی ان _ سال اول راهنمایی

آلیاژ برنج

دسته بندی مواد