تعادل بخار-مايع

گاهی در شرايط مناسب ميان حالت های فيزيکی يک ماده شيميايی

 تعادل برقرار می شود .مانند تعادلی مولکولهای تشکيل دهنده يک نمونه ماده درهيچ يک ازحالت های فيزيکی ساکن نيستند وبنابر شرايط محيط دارای جنبش وحرکت های گوناگونی می باشند.دو نکته مهم لازم به تذکر است .

 اول اينکه اين جنبش ها کاملا بی نظم وتصادفی هستند و دوم اينکه شدت آنهاازمولکولی به مولکول ديگر متفاوت می باشد . 

مولکولهای يک مايع درهر دمايی جنب وجوش شديدی دارند و برخی ازآنها می توانند بر جاذبه مولکولهای اطراف  خود درسطح مايع غلبه کرده و به بخار تبديل شوند.چون افزايش دما شدت جنبش های مولکولی را زياد می نمايند درنتیجه تعداد مولکولهايی راکه از واحد سطح جدا می شوند را افزايش می دهد.پس دردمای ثابت سرعت تبخير يک مايع ثابت خواهد ماند.

در يک ظرف در بسته هم زمان با تبخير برخی ازمولکولهای بخار به طور تصادفی به سطح مايع برخورد نموده در اين هنگام اگر انرژی آنها به اندازه کافی پايين باشد ممکن است توسط مولکولهای مايع جذب شوند.(ميعان)

درابتدا سرعت تبخير زياد ولی سرعت ميعان اندک است اما بعد از مدتی سرعت ميعان رو به افزايش می گذارد تا آنجا که با سرعت تبخير برابرمی شود در اين حالت تعادل بين بخار و مايع بوجود می آيد.اين تعادل ديناميک است يعنی تعداد مولکولهايی که در واحد زمان از واحد سطح مايع جدا می شوند (سرعت تبخير) با تعداد مولکولهايی که در واحد زمان به واحد سطح مايع برمی گردد(سرعت ميعان) با هم برابراست .

برای مشاهده اين پديده دراينجا کليک نماييدکه ميان آب وبخارآب دريک ظرف دربسته برقرارمی شود.

قدرت اسيدها

قدرت اسيد ها و بازها نسبی می باشد .اسيدی قويتراست که پروتون دهنده بهتری باشد.اسيدهای خالص ساختارمولکولی داشته که ضمن انحلال درآب به يون هيدرونيوم و آنيون (بازمزدوج اسيد) يونيده می شوند. همه اسيدها بطورکامل درآب يونش نمی يابند مانند هيدروفلوئوريک اسيد که ضمن انحلال درآب به مقدارجزيی توليد يون هيدرونيوم و يون(^- F )می کند درحالی که هيدروکلريک اسيد تقريبا بطور ۱۰۰٪  درآب يونش می يابد به همين علت محلول HF را اسيدی ضعيف و محلول HCl اسيدی قوی می نامند هرچه اسيد قوی تر باشد P^H  کوچکتری خواهد داشت.

ازمهمترين عوامل درقدرت اسيدی ساختار اسيد و ميزان انحلال در دمای ثابت است . درمورد محلول HF درآب عامل مهم ديگر قدرت پيوند هيدروژنی بين مولکولهای HF خالص است که قويترين پيوند هيدروژنی موجود می باشد بطوری که حتی درحالت گاز بين بعضی ازمولکولهای اين ماده هم چنان باقی می ماند.

درهنگام حل شدنHF درآب پيوندهيدروژنی تشکيل شده بين آب وHF  به قدرت پيوند هيدروژنی بين مولکولهای خالص HF نبوده، به طوريکه برخلاف معمول هرچه محلول HF  درآب را غليظ تر کنيم درجه يونش اسيد افزايش می يابد.

برای مقايسه قدرت اسيدی دراينجا کليک کنيد. 

                     محلول های بافری  

 يک سیستم بافرمی تواند مقدارقابل توجهی اسید  یا باز رابدون آنکه تغییر عمده ای در   P^H   محلول  رخ دهد جذب نماید محلول های بافر ازمخلوط یک اسید ضعیف بانمک آن ویا محلول

  بازضعیف بانمک آن تهیه می شوند. وزمانی بیشترین کارایی رادارند که غلظت اسيد ضعیف با

 بازمزدوجش ( HA   و  A^-  ) ویا غلظت بازضعیف بااسید مزدوجش( MOH و M⁺  )

 برابرباشد.محلولهای بافر درحیات مابسیاربااهمیت می باشند  .ازجمله خون یک بافربسیارمهم است

  که باعث می شود P^Hمحیط بدن درمقابل مواد غذایی متنوع ویاداروهایی که می خوریم ثابت بماند.

برای این که مکانیسم این پدیده را مشاهده نمایید دراینجا کلیک کنید.

بدنیست بدانیدزمانی که ورزشکاران درلحظات اضطراب ناشی از مسابقه ورقابت، سریعترو

عمیق تر نفس می کشند تهویه بیش از اندازه میزان CO₂ موجوددرخون راکاهش می دهد

درنتیجه مقداربیشتری H₂CO₃ طبق رابطه زیر تجزیه شده تاطبق اصل لوشاتلیه این کاهش

جبران شود      H2O    +   CO2 <ــــ  H₂CO₃  امادرنتیجه این عمل تعادل میان 

 ^-HCO₃  و  H₂CO₃  به هم می خورد برای جبران  H₂CO₃ مصرفی تعادل زیر صورت

  می گیرد        H₃O⁺  + HCO₃^- →     H2O+  H₂CO₃   ممکن است^{.     ـ}HCO₃ 

  به حدی کم شود که برای جبران  آن P^H خون افزایش یابد دراین شرایط رگهای خون درمغز

 انقباض یافته وخون کمی به مغز میرسددراین حالت ورزشکار دچارسرگیجه وگاه بیهوش

 می شود دراین وضعیت تنفس عادی شده و P^Hبه مقدارطبیعی بارمی گردد.

        نظريه برخورد درسازکارهای شيميايی

يکی از نظريه های مهم سينتيک شيميايی درانجام واکنشها نظريه برخورد است.عوامل مهم دراين نظريه عبارتند از:

  ۱ـ تعداد برخورد: افزايش مول ها در يک سيستم باعث افزايش برخوردها و در نتیجه باعث افزايش سرعت واکنش می شود.

۲ـ انرژی ذره ها هنگام برخورد : در لحظه برخورد مولکولها در جهت مناسب بايد  شدت واکنش به حدی شديد باشد که منجر به انجام واکنش شود پيوندهای لازم شکسته شده تا پيوندهای جديد بتوانند تشکيل شوند .

۳ـ جهت گيری ذره هاهنگام برخورد: درظرف واکنش مولکولها دارای حرکت های نامنظم و کاملا تصادفی هستند طی همين حرکات مولکولها به هم برخورد نموده دراين حال اگراين برخوردها دارای جهت مناسب باشند واکنش انجام خواهد شد.

برای درک اين مطلب دراینجاکلیک کنيد.

           ايزوتوپ وعدداتمی

درسال ۱۹۱۳هنری موزلی ،دانشمند انگليسی ،پرتوهای X توليد شده ،درلامپ پرتو X را با آندهايی از فلزهای مختلف بررسی کرد .او دريافت، اين طول موج بستگی به عده پروتون های هسته اتم مورد آزمايش دارد و برای يک عنصر معين مقدار ثابتی است.

عده پروتونهای  اتم يک عنصر،عدد اتمی(Z ) آن عنصر ناميده می شود وچون يک اتم ازنظر بار الکتريکی خنثی می باشد، تعداد الکترون های يک اتم نيز برابر پروتونهای آن است. عده پروتونهای يک اتم هويت عنصر می باشد .

درهسته اتم نوترون نيز وجود دارد که تعداد آن درتعداد کمی ازاتم ها برابر پروتون ولی در اکثر اتم ها بيشتر از پروتونها می باشد و قسمت عمده جرم اتم به علت وجود نوترونهای آن است. اتمهای يک عنصرتعداد پروتون يکسان داشته اما دربعضی موارد تعداد نوترون برابری ندارند به اين گونه اتمها ايزوتوپ گفته می شود .يعنی ممکن است جرم همه ی اتمهای يک عنصر معين ،برابر نباشد.

مانند هيدوژن که دارای سه ايزوتوپ (پروتيم ، دوتريم ، تريتيم ) هست .

با کليک دراینجا ايزوتوپ های هيدروژن و جايگزينی  الکترون و پروتون و نوترون را در چند اتم مختلف مشاهده کنيد.

  اعداد کوانتومی       

راستی فکر می کنيد اتم چگونه ساختاری دارد؟ شايد به توان اتم را به يک پياز گرد با لايه های آبدار تشبيه کرد که وقتی يک لايه آن را جدا می کنيم لايه کوچکتری در زير آن ظاهر می شود و يا همانند زمين ،لايه ی مختلف هوا اطراف آنرا احاطه نموده اند.

بياييد به شهر خيالی اتم سفر کنيم .شهری با خيابانهای کروی تو درتو، که درآن ها سفينه هايی کوچک متحدالشکل با سرعتی بسيار زياد درحرکتند بدون آن که به هم برخورد نمايند و تمام فضا را اشغال نموده و از دور مانند يک مه غليظ  به چشم می خورند.برای عبور ازاين خيابانها ازآسانسور نوری استفاده می کنيم و پايين می رويم ازهفت خيابان می گذريم تا به مرکز شهر   ( هسته اتم) برسيم .درکره ی مرکزشهر نوترونها وپروتونها را می بينيم که مرتب و فشرده با نظم خاصی گرد هم نشسته و گرم و صميمی مشغول داد و ستد هستند

از آنها سراغ الکترون را می گيريم ،نوترونی پاسخ می دهد که: الکترون ها در اطراف ما در حرکتند و ما را پوشش می دهند خيابانها را نگاه کنيد همه جا هستند .

نوترون می پرسد : کد الکترونی ، اعداد کوانتومی اتمی که می خواهيد ملاقات کنيد چيست؟ می پرسيم : کد؟،اعدادکوانتومی ديگر چه هستند؟!

نوترون : همان طور که شما انسانها خيابانها و محله های شهر تان را نامگذاری و يا  شماره گذاری می کنيد ،الکترونها نيز درخيابان(لايه=n) و محله خاصی (تراز، شکل حرکت الکترونl) که دارای کد  و رمز مشخصی می باشد ،حرکت می کنند .

عدد کوانتومی اصلی n اطلاعاتی درباره ی اندازه ی نسبی و انرژی الکترون به ما می دهد .

اين لايه ها دارای تراز های مختلفی هستند که تعداد آنها به n  و شکل اين ترازها با عدد کوانتومی سمتی l مشخص می شود  و تنوع شکل آنها ازصفر تا ۱- n  است ،مثلا اگر۴ = n باشد در اين صورت ۳و۲و۱و۰ =l خواهد بود يعنی چهار شکل مختلف برای حرکت الکترون وجود دارد.

اعداد کوانتومی سمتی (l) محتمل ترين شکل توزيع الکترون را معرفی می کند و درباره شکل ويژه و احتمالی اوربيتا ل اطلاعاتی می دهد.

با سرعت زيادی که الکترون دارد نمی توان مکان دقيق آنرا مشخص نمود (اصل عدم قطعيت).

اوربيتال فضايی است که احتمال حضورالکترون درآن بيش از ۹۰٪می باشد.

هيچ يک از اين شکل ها معنای فيزيکی معينی ندارند و تنها نمودار توابع رياضی هستند که دانشمندان آن ها را از حل معادله های پيچيده بدست آورده اند.

همانطورکه در هرمحله تعدادی خانه وجود دارد در هر تراز فرعی نيز نسبت به جهت قرار گرفتن در فضا  تعدادی اوربيتال تشکيل می شود 

عدد کوانتومی مغناطيسی ( m) تعيين کننده ی جهت توزيع احتمال الکترون است و درباره  جهت گيری اوربيتال درفضا،اطلاعاتی دقيق تری می دهد. 

  شما جهت قرار گرفتن خانه خودرا باکلماتی نظير شمالی ،جنوبی ،غربی،شرقی معين می نماييد دراتم نيز برطبق محورهای مختصات x،y،z جهت گيری فضايی اوربيتال مشخص می شود .که بصورت زيروند اوربيتال نوشته می شود.

هراوربيتال حداکثربه دو الکترون تعلق دارد که دردو جهت مخالف به دور خود می چرخند(اسپين)تاجاذبه مغناطيسی دافعه الکترونی ازبين برده و مزاحم حضور هم نباشند .

الکترونهايی که دريک اوربيتال قرار می گيرند دقيقا هم تراز نبوده وبه مقدا جزيی ازلحاظ انرژی متفاوتند حرکت الکترون درجهت حرکت عقربه های ساعت ويا خلاف آن  ميدان مغناطيسی ايجاد می کند.

sعددکوانتومی چرخشی (اسپين الکترون)است.

هيچ دوالکترونی اعدادکوانتومی يکسانی ندارند وحداقل درحرکت اسپينی متفاوتند .حال متوجه می شويم که الکترونها که اينقدر باشتاب بدور خود و هسته اتم می چر خند چرا بهم برخورد نکرده يايکديگر را نمی رانند.

ازاتم خارج می شويم وبه آسمان می نگريم دردل  کهکشان نيز همين نظام رامشاهده می کنيم زمين همانند الکترون به دور خودمی چرخد وشب وروز را به وجود می آيندودرعين حال  به دور خورشيد می چرخد  تافصل هابه دنبال يکديگربيايند  وبروند وسالی ديگر برسد.همان نظم وحرکتی که دردل يک ذره ی بی نهايت کوچک وجود دارد دريکی از بزرگ ترين اجزای مجموعه هستی نيز ديده می شود .راستی فکر می کنيدچرا؟ 

   ساختار هسته

 ۱- لیپتونها :که الکترون مشهورترين آنها می باشد

واقعا ذرات بنيادی هستند.

 ۲ـ هادرونها :   هادرونها که ذرات کوچکتر ولی سنگينتراز لیپتونها می باشند ، شامل:

آـ  باريونها :متداولترين باريون  همان پروتونها و نوترونها هستند.

پروتونها و نوترونها بانيروی هسته ای درکنار يکديگر در حجم کوچک هسته قرار می گيرند .

 ب ـ مزون :مهمترين مزونها پيونها و کيونها می باشند.

ذراتی که درهسته اتم جای می گيرند  نوکلئون می ناميم .

درباره ساختار هسته اتم دانشمندان درموارد زير با هم توافق دارند که:

۱ ـ نوکلئونها ( پروتونهاونوترونها ) خاصيتی دارند که متناظر با چرخش اطراف يک محور است . برای مثال ، مشاهدات نشان می دهد پايداری هسته ايی  غيرعادی در حالتی به چشم می خورد که عده پروتونها و يا نوترونها درهسته اتمی برابر با اعداد جادويی : ۲و ۸ و ۲۰ و۲۸ و ۵۰ و۸۲ و ۱۲۶ باشد. اين اعداد دلالت بر لايه های درون هسته ای دارند.

۲ـ درهسته اتم ، الکترون وجود ندارد اما ازهسته گسيل می شود. 

بعضی از اتمها دارای هسته های ناپايدار هستند هسته اين اتمها دچار نوعی تلاشی هسته ای شده واز خود اشعه راديواکتيو ساطع می نمايند و مقدار جزيی از جرم آنها کاسته می شود  ولی انرژی زيادی حاصل می گردد که از رابطه انيشتن می توان آن را محاسبه نمود.                       E = mC²                

    اشعه راديواکتيو بطور عمده شامل:

  ۱ـ اشعه آلفا (α ) که همان هسته اتم هليم می باشد. برای مثال رادون ۲۲۶ در يک تلاشی هسته ايی تبديل به پولونيم ۸۴ و اشعه آلفا می شود .گسيل اشعه آلفا منجر به کاهش  ۲  واحد از عدد اتمی و4 واحد از عدد جرمی  می شود و در ميدان الکتريکی به طرف قطب منفی کشيده می شود.

۲ـ اشعه بتا (β) که همان الکترون می باشد نتيجه تبديل يک نوترون به يک پروتون می باشد عدد اتمی را يک واحد افزايش ولی عدد جرمی تغييری نمی نمايد.مثال، کربن ۱۴ درتبديل به نيتروژن  ۱۴  اشعه بتا ساطع می کند.درميدان الکتريکی به طرف قطب مثبت کشيده می شود

۳ـ اشعه گاما(γ) تابش الکترومغناطيسی با طول موج بسيار کوتاه می باشد که براثر تغيير انرژی درونی هسته صورت می گيرد مشابه با طيف خطی است که از گذار الکترون بين لايه های الکترونی حاصل می شود و تغييری در عدد اتمی وعدد جرمی ايجاد نمی شود .پس در ميدان الکتريکی منحرف نمی شود.

برای مشاهده اين رويداد دراینجا کليک کنيد.

                                 ساختار اتم  

تصوری که امروزه ازساختاراتم در ذهن ما می باشد نتيجه فرضيه ها وآزمايش هايی است که رادرفورد ويارانش ازجمله نيلز بور و هانس گايگر وارنست مارسدن انجام داده اند .

آنها ورقه بسيارنازکی از طلا رادرمعرض عبور اشعه آلفا ( ⁺He² )قراردادند . نتايج زيربه دست آمد.

۱ـ اکثر ذرات آلفا مستقيم ازورقه عبور نمود .آنها نتیجه گرفتند  که بايد بيشتر حجم اتم خالی باشد ۰ (شعاع اکثر اتم ها بين   ۵۰ و۲۵۰ پيکومتر  وشعاع هسته اتم ها بين  ^۳-۱۰ ×۱.۲ و

 ^۳ -۱۰ × ۷.۵ پيکومتر تغيير می کند  )

۲ـ تعدادکمی ازذرات بازوايای بزرگ منحرف شدند.نتيجه آن که بايد ازکنار ذره ايی بابار مثبت عبورکرده باشند.

۳ـ تعداداندکی درخلاف جهت وبه عقب بازگشتند .رادرفورد دراين باره توضيح داد که اتم دارای هسته  بسيار کوچکی است که  بيشترين جرم رادرخودجا داده است.

برای مشاهده آزمايش  رادرفورد در اينجا کليک  کنيد.

الکتروليز

فرايندی که طی آن انرژی الکتريکی تبديل به انرژی شيميايی می شود،را الکتروليز می گويند . اين پديده درسلولی به نام سلولهای الکتروليتی انجام می گيرد.وشامل دوالکترود است که هريک توسط يک رشته سيم رسانا به يک قطب باتری  متصل شده اند ودرمحلول الکتروليت مناسب قرار می گيرند .

واکنشی که درسلول الکتروليتی انجام می گيرد انرژی خواه بوده ودرنتيجه محتوای انرژی فراورده بالاترازواکنش دهنده ها می باشد .باتری قرارگرفته درمدار نقش يک پمپ الکترون راداردکه با صرف کارالکتريکی ،الکترون را از آند گرفته ودراختيار کاتد قرار می دهد.

بايد درنظر داشته باشيد که :

۱ـ در کاتد همواره عمل کاهش صورت می گيرد با اين تفاوت که درسلولهای گالوانی نقش قطب مثبت داشته، اما در سلولهای الکتروليتی به قطب منفی مولد متصل می شود .

۲ـ درآند که همواره عمل اکسايش انجام می گيرد درسلول گالوانی نقش قطب منفی را دارد در حالی که درسلول الکتروليتی بايد به قطب مثبت متصل شود.

ازالکتروليزبرای آبکاری بافلز،تصفيه فلزها،استخراج فلز،تجزيه مواد ....استفاده می شود .

با کلیک در  اینجا می توانید چند  آزمايش جالب انجام دهید.

تحقيق کنيد:

۱ـتعداد مولهای  جابجا شده در هرالکترود چه رابطه ايی باهم دارند؟

۲ـ رابطه مولهای جا به جا شده با ولتاژ بکار رفته چيست؟

۳ـ آيا زمان آزمايش درميزان جرم جابجا شده نقش دارد ؟ 

سلولهای گالوانی

هرگاه يک عامل کاهنده درتماس بايک عامل اکسنده قرارگيرد .الکترون خودرابطور مستقيم به عامل اکسنده منتقل می کند ويک واکنش اکسايش ـ کاهش به صورت خود بخودی صورت می گيردکه در نتيجه آن سطح انرژی فراورده ها پايين ترازسطح انرژی واکنش دهنده ها می باشد درنتيجه انرژی آزاد خواهد شد.واگرمانع تماس فيزيکی دوعامل اکسنده وکاهنده شويم والکترون هاراتوسط يک رشته سيم رسانا منتقل نماييم به اين ترتيب درسيم جريانی ازالکترون بوجود می آيد.برای انتقال يونها نيزبايد از الکتروليت مناسب استفاده نمود.درسلول های گالوانی به اين طريق انرژی شيميايی به الکتريکی تبديل می شود.

هرسلول گالوانی ازدونيم سلول درست شده است وهرنيم سلول معمولاشامل يک تيغه فلزی  (الکترود)است که درمحلولی ازيونها ی( الکتروليت)خود قراردارد. 

با توجه به اين که مهمترين تفاوت فلزات درازدست دادن الکترون می باشد.هرگاه يک فلز در محلولی از يونهای خود قرارگيرداگراتمهای فلز پايدارترازيون آن باشد، مانند فلزهای کم فعاليت ويا فلزهای غير فعال نظير Cu،Ag،Hg،Pt...دراين حالت يون درشبکه فلزنفوذ نموده و فلز دارای بارمثبت ومحلول دارای بارمنفی خواهد شد .

درصورتی که يون فلز پايدارتراز اتم فلز باشد  مانند فلزهای گروه اول ودوم ..... اتم فلز با از دست دادن الکترون بصورت يون واردمحلول شده ودراين حالت محلول پتانسيل بيشتری نسبت به تيغه فلزی  خواهد داشت هرچه اختلاف درپايداری فلز ويون آن بيشترباشد اختلاف پتانسيل بين تيغه و محلول آن بيشتر خواهد بود . 

حال اگر دونیم سلول ازدوفلزمختلف  راتوسط يک سيم رسانا  بهم وصل نماييم وبرای انتقال يونها  وبستن مدار ازيک پل نمکی استفاده کنيم می توانيم اختلاف پتانسيل دونيم سلول را توسط ولتمتر اندازه گيری نماييم.

  در اینجا می توانید با انتخاب دوفلز متفاوت والکتروليت مناسب چگونگی کار سلولهای ولتایی را ببينيد.

رسانش الکتروليتی  

رسانشی که توسط مهاجرت يونها صورت می گيرد رسانش الکتروليتی نامند .

دريک رسانای الکتروليتی مانند نمکهای مذاب ويا محلول های الکتروليت  يونها آزادانه حرکت نموده وبارالکتريکی حمل می نمايند . تداوم اين جريان الزامأ با يک تغيير شيميايی همراه است  . اين واکنش های شيميايی  در سلولهای الکتروليتی انجام می گيرد.

هرماده ای که درحالت مايع يا محلول دارای يون باشد الکتروليت محسوب می شود.اسيدها بازها ونمکها رسانا نيستند اين گونه مواد درمحلول، و نمک ها وبازهای جامد، در حالت مذاب توليد يون می کنند.

بايد درنظر داشت تعداد يونی که توسط تعداد مول مشخصی ازالکتروليت های مختلف ايجاد می شود ،متفاوت است به همين علت رسانايی  الکتروليت ها با هم متفاوت است .

الکتروليت قوی موادی هستند که هم انحلال پذيری آنها زياداست وهم به طور کامل به يون تفکيک می شوند.

محلول الکتروليت ضعيف نسبت به الکتروليت قوی دارای  يون اندکی است. وغيرالکتروليت به محلول های گفته می شود که دارای يون نيستند وقادر به عبور جريا ن الکتريسته نمی باشند.

 باکلیک دراینجا انجام چند آزمايش، درمورد مطالب بالا تحقيق کنید .

  گرمای انحلال

گرمای انحلال ،گرمايی است که به هنگام حل شدن مواد درحلال بامحيط اطراف مبادله می شود.

بااندازه گيری تغيير دمای حلال پس از انحلال ماده می توان گرمای انحلال را محاسبه نمود.

انحلال مواد درحلال طی سه مرحله انجام می پذيرد.

درمرحله اول جاذبه بين بعضی از ذرات حلال ازبين می رود  ،درنتيجه اين مرحله گرماگير است.

درمرحله دوم جداشدن ذرات حل شونده صورت می گيرد که اين مرحله نيز گرماگير خواهد بود .

اما درمرحله سوم بين ذرات حلال وحل شونده جاذبه برقرار می شود،که درنتيجه آن گرما آزاد خواهد شد .

مجموع گرمای اين سه مرحله گرمای انحلال ( _انحلال  Δ H )ناميده می شود ،لازم بتذکر است که علاوه

برعامل انرژی نقش عامل بی نظمی را در انحلال پذيری  مواد  بايد درنظرداشت.انحلال اغلب مواد جامد

درآب باافزايش بی نظمی همراه است .مواد جامد يونی ضمن انحلال درآب  يون های آبپوشيده تشکيل

 می دهند ،و  مواد کوالانسی  مولکولی  نظير الکل ، اوره  و شکر به کمک پيوند هيدروژنی  وهم چنين

 مواد کوالانسی  مولکولی قطبی ، توسط نيروی دوقطبی ـ دوقطبی و به صورت مولکولی  درآب حل

می شوند .

باکليک در  اینجا وانتخاب موادگوناگون ضمن آزمايش ، بااندازه گيری دما به تفاوت گرمای انحلال مواد

 درآب پی خواهيد برد .

    چگونگی انحلال مواد یونی وقطبی  

برای پی بردن به عمل حلال انحلال نمک طعام رادرآب درنظر بگیرید .

مولکول های آب که بسیارقطبی اند توسط مولکول های قطبی دیگر ویا یون هاجذب می شوند.برای مثال هنگامی که  NaCl   رادرآب می ریزیم یون های موجوددرسطح بلور مولکول های آب را ازسر بار مخالف با جاذبه قوی یون- دوقطبی جذب می نمایند  بطوری که  جاذبه بین یونهای آبپوشیده ویونهای باقیمانده دربلور به حدی کاهش می یابدکه دیگر توسط بلورنگهداشته نشده به تدریج از شبکه بلور جداشدن می شود .این گونه جداشدن یونهاراتفکیک یونی گویند.

هرکدام ازیونهای درمحلول رفتار مستقل دارند به این معنی که مخلوطی همگن ازیونهای سدیم آبپوشیده و یونهای کلرید  آبپوشیده وآب به وجودآمده است.که درآن رفتار ویژه سدیم کلرید مشاهده نمی شود.

برای مشاهده مکانيسم اين انحلال در اينجا کليک کنيد.

خواص کوليگاتيو

آن دسته ازخواص محلول که با خواص حلال خالص تفاوت دارد ، مانند  فشار بخار ، دمای جوش ،  دمای انجماد ، وفشاراسمزی  راخواص کوليگاتيو می نامند .اين خواص به نوع ماده بستگی نداشته بلکه به تعداد ذرات حلال شده موجود در محلول وابسته است .

چون در سطح محلول  ذرات حل شده بين ذرات حلال قرار گرفته اند ، فرصت تبخير مولکولهای حلال را کاهش می دهند.درنتيجه ذرات کمتری از حلال به فاز بخار می روند ،اگر جسم حل شده غير فرار باشد ،هميشه  فشار بخار محلول کمترازحلال خالص می شود .

ميزان کاهش فشار بخار به حلال بستگی دارد .  

                                              فشار بخار (حلال)×کسرمولی (حلال)= فشار بخار (محلول)

نتیجه کاهش فشاربخارمحلول، افزايش دمای جوش و کاهش دمای انجماد نسبت به حلال خالص  می باشد، زيرا هنگامی مايع می جوشد که فشاربخار آن  با  فشارجو وارد  برسطح مايع  برابر شود .

و زمانی مايع شروع به انجماد می کند که فشاربخار جامد و مايع با هم برابرشود،چون فشار بخار محلول کاهش يافته منحنی فشار بخار محلول ،منحنی فشار بخارحلال جامد را دردمايی پايين تر قطع می کند پس نقطه انجماد محلول پايين تراز حلال خالص می شود. 

باکلیک در اینجا و انجام آزمایش های مختلف  می توانید اين پديده را مشاهده کنيد.

۱ـ آيا ماده حل شده مشخصی (مثلأ NaCl) بر خواص کوليگاتيو حلال های مختلف  تأثير يکسانی دارد؟

۲ـ نوع  و مقدارماده حل شده برخواص کوليگاتيو يک  حلال معين ( مانند آب) چه تأثيری می گذارد؟

     قانون بويل   

تعداد معينی مولکولهای گازرا وارد ظرفی می کنيم که به يک پيستون متحرک مجهز می باشد. دردمای ثابت ميانگين انرژی جنبشی مولکولهای گاز تغيير نمی کند.چنانچه پيستون را پايين ببريم ، وحجم را به نصف کاهش دهيم ،همان تعدادمولکول اکنون در نصف حجم اوليه قرارمی گيرند، چون تعداد برخوردهای مولکولهای گاز با ديواره ظرف دوبرابرشده است، پس فشار دو برابرافزايش می يابد با تکرار آزمايش درحجمهای مختلف متوجه می شويم که حجم با فشار نسبت عکس دارد.

قانون بويل : چنانچه تعداد مولکولها و دمای گازثابت باشند فشار وارد شده به وسيله گازبا حجم اشغال شده توسط گاز نسبت معکوس دارد.                                                              P=k/V 

دراين عبارت  P فشار وV  حجم و k مقدار ثابتی است که تعداد مولکولهای گاز ودما را به حساب می آورد.

باتوجه به ثابت بودن  k دردمای ثابت برای تعداد معينی گاز ،می توان رابطه زير را نيزنتيجه گرفت.                      

                                                                  P₁  V₁=  P₂  V₂  

دراینجا کلیک کنید وبا انجام چند آزمايش با گاز های مختلف ،درستی  روابط  بالا را  تحقيق کنيد.

 قانون شارل             

ژاک شارل فيزيکدان فرانسوی درسال ۱۷۸۷  ميلادی به رابطه اثر دما برحجم گاز ها درفشار ثابت  پی برد.

 اوباانجام آزمايش برروی گازهای متفاوت وبامقادير مختلف دريافت،که براثرتغيير دما به اندازه يک درجه سيليسيوس ، حجم گازها به اندازه   ۲۷۳/۱ برابرحجم  آن گاز در دمای صفردرجه  سيليسيوس  (^oC)     تغيير می يابد. قانون شارل را می توان دررابطه زير خلاصه نمود .

                                                V =  V₀ +1/273   V₀ t 

 V حجم گازدردمای t درجه  (  برحسب  V₀ ،   (  ^oC حجم گازدرصفردرجه سيليسیوس می باشد.

اگر نمودار تغييرات حجم گازهارا برحسب تغييردما (برحسب  ^oC )  رسم نمايید  خطوط راستی به دست خواهد آمد که اگرآنها را ادامه دهيد ( برون يابی ) ،مشاهده خواهد کرد که همگی محورافقی را در

( ۲۷۳ـ  ^oC ) قطع خواهند نمود . لرد کلوين - دانشمند انگليسی پنجاه سال بعد از شارل اين دما را صفر مطلق ناميد.اين يافته ها می رساند که  در( ۲۷۳-)  درجه سيلسيوس گاز حجمی ندارد،و يا ناپديد خواهد شد اما تمام گازها قبلا از رسيدن به اين دما مايع می شوند و رابطه شارل برای مايعات وجامدات صدق نمی کند.

اگردما را برمبنای اين نقطه بسنجيم مقياس جديدی به دست می آيد که به احترام لرد کلوين، کلوين ناميده شده وبا حرف K  نشان داده می شود.                        t(⁰ C)  +273   =K 

طبق قانون شارل ،حجم يک مقدار معين گاز با دمای مطلق به طور مستقيم تغيير می کند .

                                                            V = k T

ومی توان نتيجه گرفت .                      V1 / T1  = V2 / T2

         با کليک در اینجا وانجام آزمايش اثر دما برحجم  گاز، درستی روابط فوق را تحقيق کنيد.                

مانومتر                                            

برای اندازه گيری فشار گازها ،ازروش مقايسه آنها با فشار هوا وبکمک دستگاه مانومتر استفاده می شود . درلوله U شکل مايعی ريخته می شود که چنانچه چگالی مايع موجود درفشار سنج را بدانيم می توانيم اختلاف فشار بين گاز وجورا محاسبه نماييم.معمولأ  درمانومتر از جيوه استفاده می شود . هنگامی که فشار دو گاز در دوحباب برابر است فشار برابر  ۷۶۰ ميلی متر جيوه (يک جو)خواهد بود.برای آشنايی بيشتر با طرز کار اين دستگاه دراينجا کليک کنید.

 اين مطلب مقدمه ايی برای شروع و ورود به بحث استوکيومتری کتاب شيمی سوم متوسطه می باشد .

.  استوکيومتری

                              ‍‍‍‍‍‍‍‍     

                                     CH₄    +  2O₂     --->     2H₂O   +  CO₂ 

یک مولکول کربن دی اکسید +دومولکول آب<---   دومولکول اکسیژن +    یک مولکول متان

             O 2          +          C  1                 <---                O 4            +        C 1

               H 4        +           O  2                  <---                                          H  4

                        وقتی همه علوم  به سوی كمال می روند مفاهيم آنها شكل رياضی می گيرد.

                                                 آلفرد نورث وايتهد

 بين تعداد اتم عنصر هايی كه يك ماده را می سازند ؛روابط كمی وجود دارد كه  اين روابط را با

 فرمول های شیمیایی نمایش می دهند.عنصرها؛به نسبت جرمي معين باهم وارد واكنش می شوند

و تركيب شيميايی رامی سازند.

پس دریک ترکیب خاص درصدعنصرهای سازنده آن معین وثابت است .

به کمک ترکیب درصد عنصرهای سازنده يك  ماده مركب شيميايی مي توان فرمول تجربی آن ماده

رابه دست آورد.

 فرمول تجربی هرماده شيميايی نسبت  اتمی عنصر های سازنده تركيب رانشان می دهد.بادردست

داشتن جرم مولكولی؛مي توان فرمول مولكولی تركيب راتعيين نمود.

يك مولكول درفرآيندهای فيزيكی وشيميايی به صورت يك واحد عمل می كند.

استوكيومتری يك تركيب شيميایی:

فرمول شيميايی؛ تركيب اتمی يك ماده خالص است كه به كمك نمادهای شيميايی نوشته می شود.

 درفرمول شيميايی برای نشان دادن نوع عنصرازنمادشيميايی وبرای مشخص كردن تعدادنسبی

عنصرهاازاعدادی به صورت زيرونداستفاده می شود.براي مثال: فرمول شيميايي سديم اكسيد

به صورت Na₂Oمی باشد؛كه نشان می دهد دربلوراين تركيب يونی به ازای هراتم اكسيژن

 دواتم سديم وجود دارد.اگردرفرمول شيميايی نمادعنصري زيروند نداشته باشد؛به اين معنی است

 كه تعداد آن عنصردرواحد مولكولی ماده ؛يك است.

 درتركيب هايی كه ساختار يك پارچه دارند؛ فرمول تجربی همان فرمول شيميايي ماده مي باشد

مانند تركيب هاي يونی NaCl ؛ فلزها   Feوياتركيب هاي كوالانسی نظيرالماس C ؛ به موارد

زير توجه كنيد.

الف:دراكثرتركيب های يونی؛ فرمول شيميايی ساده ترين نسبت بين يون های تشكيل دهنده ی بلور

 می باشد. زيرادربلوراين گونه مواد هيچ يونی به طورانحصاري به يون ديگر تعلق ندارد.

فكركنيد:

شكل مقابل بلور نمك طعام رانشان می دهد.

الف:به ازای هريون كلريد چند يون سديم وجوددارد؟                              ⁺ Na

ب: درمجموع اين قطعه بلورازنظربارچگونه  است؟                           

پ: چه فرمول شيميايی براي نمك طعام پيشنهاد می كنيد؟                                ^- Cl

 ب: الماس سخت ترين جامد می باشد كه درساختارآن اتم های كربن با پيوند كووالانسی به هم متصل شده اند.

ومولكول نامحدودوغول آسايی رامی سازند.

فکرکنید:

الف :بايك جمله كوتاه اين ساختارراتشريح كنيد.

ب:كوچك ترين ذره سازنده اين بلور چيست.

پ:به نظر شما فرمول شيميايی الماس راچگونه بايد نوشت؟

فعاليت:

قسمت عمده  ماسه  تركيبي به نام سيليسيم اكسيد می باشد دربلور اين تركيب شيميايی هر اتم

سيليسيم ازچهار جهت به چهار اتم اكسيژن وهراتم اكسيژن به دواتم سيليسيم طوری متصل شده اند

كه حلقه های شش گوشه به هم چسبيده ایی رابه وجود می آورند.    به وسيله ی موادی مانند خميربازی؛

مدلی برای نشان دادن ساختار بلور اين تركيب شيميايي بسازيد.

فرمول شيميايی ماسه به نظر شما چگونه بايد نوشته شود؟

پ: درساختاربلورفلزهانيزتعدادبی شماری اتم فلزی باپيوندی به نام پيوندفلزی به هم متصل شده اند.

دراين گونه مواردنيز نمادفلز به عنوان فرمول شيميايی عنصردرنظرگرفته می شود.مثال:فرمول شيميایي

 فلز آهن Fe  است.

 به طورخلاصه ساده ترين نسبت بين تعدادعنصرتركيب هايی نظيرتركيب های ذكر شده به عنوان فرمول

شيميايی شناخته می شود

فرمول شيميايی درتركيب های مولكولی چگونه است؟

تركيب های كوالانسی اغلب به صورت واحدهای جداازهم به نام مولكول وجوددارند.اين گونه مواد را

 تركيب های مولكولی نيزمي نامند.

فرمول شيميايی يك ماده مولكولی ؛تركيب يك مولكول رانشان می دهد به همين علت به آن فرمول

 مولكولی هم گفته می شود.

مثال:فرمول شيميايیH₂O  نشان می دهد كه يك مولكول آب ازدواتم هيدروژن ويك اتم اكسيژن

ساخته شده است.

درموردعنصرهايی كه ساختار مولكولی دارندباتوجه به تعداد اتم های عنصردريك مولكول؛

فرمول مولكولی نوشته می شود.فرمول شيميایی    P₄   نشان می دهد؛هرواحدمولكولی فسفرسفيد

ازچهاراتم فسفرتشكيل شده است.

فكركنيد:

باتوجه به شكل های زير فرمول مولكولی مواد را بنويسيد.

چون فرمول مولكولی؛ تركيب اتمی واقعی؛يك مولكول رانشان می دهد ؛نمی توان زيروندهارا

ساده نموده و فرمول ساده ترين نسبت بين اتم هارانوشت.دراكثر تركيب های مولكولی؛

فرمول مولكولی بافرمول تجربی متفاوت است.و دربعضی مواردچندتركيب شيميايی  كاملا

 متفاوت فرمول تجربی  يكساني دارند.

 مثال:به فرمول مولكولي تركيب های زير توجه نماييد؛بااين كه اين مواد خواصی كاملا

 متفاوت دارند اما فرمول تجربی(ساده ترين نسبت بين اتم درمولكول آنها)يكسان است. 

فرمول مولكولی            C₂H₂  اتین             C₄H₄ بوتادی ان                   C₆H₆  بنزن

فرمول تجربی                  CH                      CH                                   CH                 

چگونه دو ياچند مولكول ازيك تركيب شيميايی رانشان می دهند؟

اگر بخواهيم دريك فرآيند دو يا چند مولكول را نشان دهيم ؛بايدازروشی كه دررياضی به كارمی رود

 استفاده نماييم؛زيرا فرمول شيميايی ويا  فرمول مولكولی مقدارمعينی ازيك ماده را نشان می دهد

كه آن راواحدفرمولی  می نامند.

دررياضي برای نشان دادن دوعدد  A    آن رابه صورت   A2 نمايش می دهيم حال اگر بخواهيم سه

 مولكول سديم كلريد رانشان دهيم ؛می نويسيم       NaCL 3

خودرابيازماييد:

1-                 فرمول تجربی مواد زيرچگونه است؟

الف)        NaOH                                         ب)    H₂O₂

پ)  C₂H₄O₂                                             ت)    C₂H₄

ث)  NH₄)₂C₂O₄ )                                   ج)  Na₂S₄O₆

2-      ضرايب موجود درعبارت Ca3(PO4)2   چه معلوماتی دراختيار شما می گذارد.

۳-   به كمك نماد هاي شيميايی ؛چهار مولكول آمونيم سولفات رانشان دهيد. 

استوكيومتری يك واكنش شيميايی چگونه است؟

باتشكيل معادله  فرآيندشيميايی مي توان به روابط كمی ميان موادی كه درواكنش دخالت دارند

پی برد.يك معادله شيميايی كه توسط فرمول شيميايی مواد واكنش دهنده وفرآورده های يك واكنش

 نوشته می شود ؛تعداد نسبی مول هاي موادواكنش دهنده ها وفرآورده هارادرفرآيندشيميايی

 نشان می دهد.اين معادله هابراساس پايستگي جرم موازنه می شود.

يك معادله شيميايی موازنه شده ماراياری می دهد كه به پرسش هايی ازقبيل اين كه ؛ چند مول

 وياچندگرم واكنش دهنده لازم است تامقدارمعينی فرآورده تشكيل شود ؟پاسخ گوييم .

به مثال زيرتوجه كنيد:

                        2Na (s)           +                Cl2 (g)            →          2NaCl 

   دو مول سديم كلريد(جامد)                       يك مول كلر(گاز)     + دو مول سديم(جامد)

         2  مولكول    NaCL                          1 مولكول _۲ CL      + 2اتم  Na

                     ۱۱۷              =                    ۷۱          +     ۲ × ۲۳

 1ـ فرمول تجربی چيست؟وچه اطلاعاتی ازماده به مامی دهد؟

2ـ فرمول تجربی راچگونه می توان محاسبه نمود ؟

3ـ فرمول مولكولي چيست؟ وچه تفاوتی بافرمول تجربی دارد؟

4ـ رابطه فرمول تجربی بافرمول مولكولی چگونه است؟

5ـ فرمول شيميايي چيست؟

بطورخلاصه:

ـ استوکیومتری ترکیب : روابط کمی میان عنصرهای سازنده یک ماده مرکب می باشد.

ـ فرمول تجربی: ساده ترین نسبت اتمی عنصر های سازنده تركيب رانشان دهد.

ـ فرمول مولکولی : نوع عنصرها وتعداد اتم های یک واحد مولکولی درموادی که دارای

 مولکول هستند رانشان می دهد .

ـ فرمول شیمیایی : بیان کننده ترکیب ترکیب یک واحد فرمولی ازیک ماده مرکب برحسب

نمادهای شیمیایی است.

ـ  زیروندهای یک فرمول: عده نسبی اتم های هرعنصر موجود درماده مرکب رانشان می دهد 

ـ استوکیومتری واکنش: روابط کمی میان موادی که دریک واکنش شرکت می کنندرانشان می دهد .

ـ معادله شیمیایی: نمایش یک فرایند شیمیایی بافرمول شیمیایی موادی که درآن واکنش شرکت

نموده اند.

    آزمایشگاه         

می خواهم يک آزمايشگاه مجازی شيمی را به شما دانش آموزان عزيز معرفی کنم.محيط اين آزمايشگاه دارای نوار ابزاری است که دارای  وسايل و مواد مورد نيازآزمايش است و در قسمت سمت چپ صفحه نمايش مي توانيد متن يکی از آزمايشهای طراحی شده را انتخاب نموده و شروع به کار نماييد و نتيجه آزمايش خود را مشاهده کنيد.

برای استفاده ازاين آزمايشگاه  به نشانی زيرمراجعه کنيد .

                                     http://www.modelscience.com

سپس روی     modelchemlabsoftware کليک  کنيدو downloadراانتخاب نماييد به اين ترتيب ليستی ازآزمايش های قابل download مشاهده می شود و شما به  اين ترتيب يک آزمايشگاه مجازی به صورت   offline روی سيستم خود خواهيد داشت.