آشنایی با انواع افزودنی های خوراکیمهم ترین ویژگی آب برای ما آن است که در حدود دو سوم از بدنمان از آب درست شده است. موجودات دیگر نیز کمتر ما آبکی نیستند. عروس دریایی از98 درصد آب و فقط از 2 درصد مواد دیگر تشکیل شده است.
آب مهمترین بخش سازنده بدن ماست که بدون آن بیشتر از چند روز زنده نخواهیم ماند. در مورد گیاهان و جانوران دیگر نیز وضعیت به همین شکل است. آب تنها ماده ای است که در طبیعت به هر سه حالت جامد، مایع وگاز دیده می شود و همان طور که دیدید، تغییر این حالت ها را به یکدیگر را «چرخه آب» می گویند.
در کتاب درسی به جز موارد بالا، به چهار ویژگی غیر عادی آب اشاره شده است که عبارتند از:
1- افزایش حجم به هنگام یخ زدن
2- زیاد بودن ظرفیت گرمایی ویژه
3- زیاد بودن گرمای تبخیر
4- زیاد بودن کشش سطحی
ویژگی های غیرعادی آب مهم ترین ویژگی آب برای ما آن است که در حدود دو سوم از بدنمان از آب درست شده است. موجودات دیگر نیز کمتر ما آبکی نیستند. عروس دریایی از98 درصد آب و فقط از 2 درصد مواد دیگر تشکیل شده است.
آب مهمترین بخش سازنده بدن ماست که بدون آن بیشتر از چند روز زنده نخواهیم ماند. در مورد گیاهان و جانوران دیگر نیز وضعیت به همین شکل است. آب تنها ماده ای است که در طبیعت به هر سه حالت جامد، مایع وگاز دیده می شود و همان طور که دیدید، تغییر این حالت ها را به یکدیگر را «چرخه آب» می گویند.
در کتاب درسی به جز موارد بالا، به چهار ویژگی غیر عادی آب اشاره شده است که عبارتند از:
1- افزایش حجم به هنگام یخ زدن
2- زیاد بودن ظرفیت گرمایی ویژه
3- زیاد بودن گرمای تبخیر
4- زیاد بودن کشش سطحی
حالا به شرح این ویژگی ها می پردازیم، اما توجیه آنها را به بعد از یادگیری ساختار مولکول آب موکول می کنیم.
افزایش حجم آب به هنگام یخ زدن
معمولا مواد در اثر افزایش دما انبساط و در اثر کاهش دما انقباض پیدا می کنند، زیرا افزایش دما موجب افزایش جنبش ذره های آنها و دور شدن آنها از یکدیگر می شود و کاهش دما عکس این کار را انجام می دهد. ولی برای آب، اگر دما تا حد یخ زدن آب کاهش پیدا کند، حجم به جای کاهش، افزایش پیدا می کند. به عبارت دیگر، حجم یخ از حجم آب بیشتر می شود.
در کتاب درسی به جز موارد بالا، به چهار ویژگی غیر عادی آب اشاره شده است که عبارتند از:
1- افزایش حجم به هنگام یخ زدن
2- زیاد بودن ظرفیت گرمایی ویژه
3- زیاد بودن گرمای تبخیر
4- زیاد بودن کشش سطحی
حالا به شرح این ویژگی ها می پردازیم، اما توجیه آنها را به بعد از یادگیری ساختار مولکول آب موکول می کنیم.
افزایش حجم آب به هنگام یخ زدن
معمولا مواد در اثر افزایش دما انبساط و در اثر کاهش دما انقباض پیدا می کنند، زیرا افزایش دما موجب افزایش جنبش ذره های آنها و دور شدن آنها از یکدیگر می شود و کاهش دما عکس این کار را انجام می دهد. ولی برای آب، اگر دما تا حد یخ زدن آب کاهش پیدا کند، حجم به جای کاهش، افزایش پیدا می کند. به عبارت دیگر، حجم یخ از حجم آب بیشتر می شود.
نسبت جرم به حجم یک ماده را چگالی می گویند. هر چه حجم مقدار معینی از یک ماده بیشتر باشد، چگالی آن کمتر می شود، پس چگالی آب از یخ بیشتر و یا چگالی یخ از آب کمتر است.
هر چه ماده ای کمتر باشد، سبک تر است. به همین دلیل، یخ از آب سبک تر است و آب همیشه از سطح شروع به یخ زدن می کند. در اثر این پدیده، یخ موجود بر سطح دریاچه ها و آبگیر ها به عنوان یک عایق عمل کرده، مانع از یخ زدن لایه های زیرین می شود. در این شرایط، ماهی ها و آبزیان دیگر می توانند در عمق آب به زندگی خود ادامه دهند.
اگر یخ را ذوب کنیم، حجم آن کاهش می یابد و این کاهش تا دمای 40C ادامه پیدا می کند، ولی از آن به بعد، مانند مواد دیگر، حجم آب با افزلیش دما بیشتر می شود. به همین دلیل، آب 40C دارای کمترین حجم و بیشترین چگالی است. بنابراین، طبیعی است که در عمق دریاچه ها همیشه آب 40Cوجود داشته باشد.
ظرفیت گرمایی ویژه
ظرفیت گرمایی ویژه، مقدار گرمایی است که باید به یک گرم از یک جسم داد تا دمای آن یک درجه سانتی گراد افزایش یابد.
با توجه به جدول زیر، ظرفیت گرمایی ویژه آب در مقایسه با مواد دیگر بسیار زیاد است. مثلا در مقایسۀ آب و آهن، مقدار گرمایی که برای بالا بردن دمای یک گرم آب به اندازه یک درجه سانتی گرادر لازم است، در حدود 10 برابر آهن می باشد.
|
نام ماده |
ظرفیت گرمایی ویژه J/g.0C |
|
آلومینیوم |
0/897 |
|
مس |
0/385 |
|
اتانول |
2/469 |
|
آهن |
0/449 |
|
آب |
4/185 |
ظرفیت گرمایی ویژه آب، نقش بسیار مهمی در متعادل کردن کرۀ زمین دارد. هر چه مقدار آب در منطقه ای بیشتر باشد،اختلاف دمای هوا در شبانه روز کمتر خواهد بود. علت آن است که اگر دما زیاد شود، آب با جذب گرما و افزایش دمای خود موجب کاهش آن می شود و اگردما کم شود،آب با از دست دادن گرما و کاهش دمای خود موجب کاهش آن می شود.البته همه ی مواد همین کار را انجام می دهند، ولی هر چه ظرفیت گرمایی ویژه ماده بالاتر باشد، به ازای هر درجه گرم تر یا سردتر شدن، گرمای بیشتری را جذب یا آزاد می کند. به همین دلیل، مقادیر زیاد آب موجود در سطح کره ی زمین مانند یک«ترموستات» یا «دماپا»ی غول آسا عمل می کند و از تغییرات وسیع دمایی در این کره جلوگیری می نماید.
پرسش: ظرفیت گرمایی ویژه مس برابرJ/g.0C 0/385 می باشد. اگر بخواهیم 5 گرم مس را از دمای 300C به 340C برسانیم، چند ژول گرما باید به آن بدهیم ؟
پاسخ: ظرفیت گرمایی ویژه برای یک گرم ماده و به ازای افزایش یک درجه افزایش دما تعریف می شود، ولی در اینجا اولاً به جای یک گرم، 5 گرم ماده داریم وثانیاً دمای آن به جای یک درجه، 4 درجه افزایش می یابد. پس مقدار گرمای لازم، یک بار در 5 و بار دیگر در 4 ضرب می شود.
ژول 7/7 = 4 × 5 × 0/385 =گرمای لازم
زیاد بودن گرمای تبخیر آب
از ویژگی دیگر آب، بالا بودن گرمای تبخیر آن است، یعنی برای تبدیل مقدار مشخصی آب از حالت مایع به بخار، گرمای زیادی لازم است.حتماً شما هم متوجه خنکی هوای اطراف پارکها و فضاهای سبز شده اید. در این قسمت وجود مقدار زیادی آب باعث می شود که گرمای محیط جذب و صرف تبخیر آب شود. به همین دلیل، دما کاهش پیدا می کند.
زیاد بودن گرمای تبخیر آب برای ثبات دمای بدن موجودات زنده بسیار حیاتی است. یکی از راههای مهم ثابت نگه داشتن دمای بدن، عمل«تعریق» است. آیا تاکنون از خود پرسیده اید که چرا در هوای گرم بیشتر از هوای سرد عرق می کنید ؟ علت آن است که بر اثر عرق کردن، آبی که از سطح پوست بخار می شود، گرمای پوست را می گیرد و بدن را خنک می کند. به همین دلیل، در هوای گرم، عمل تعریق شدیدتر می شود. برعکس، در هوای سرد، عمل تعریق خفیف تر می شود تا گرمای بدن حفظ شود و از دست نرود.
آیا به سگ ها در تابستان دقت کرده اید؟ سگ ها در هوای گرم، زبان خود را بیرون می آوررند و نفس نفس می زنند. به این ترتیب، آب موجود بر روی زبان آن ها به سرعت تبخیر می شود و بدن را خنک نگه می دارد. سطح مقطع زیاد زبان سگ ها موجب کارآمد شدن این مکانیسم در آن ها می شود. (سگ ها حیوانات زبان درازی هستند.)
زیاد بودن کشش سطحی آب:
یکی دیگر از ویژگی های جالب آب، زیاد بودن کشش سطحی آب است که باعث می شود آب بتواند وزن مشخصی را بر روی خود تحمل کند و از هم گسیخته نشود. مثال های معروف این پدیده، استراحت کردن سنجاقک ها و یا راه رفتن مورچه ها بر روی آب است. قورباغه ها هو می توانند روی آب شناور بمانند، ولی به شرط آن که زیر پای آنها یک برگ باشد. وجود برگ، وزن بدن قورباغه را بر سطح وسیع تری از آب وارد می کند و در این شرایط، آب می تواند وزن قورباغه را تحمل کند.
مروری بر آموخته های گذشته
برای آنکه ویژگی های غیر عادی آب را توجیه کنیم، باید ساختار آن را بشناسیم وبرای آشنایی با ساختار آب، باید برخی
واژه های اولیه ی شیمی را مرور کنیم. در این قسمت به مرور این واژه ها می پردازیم.
عنصر:
عنصر به ماده ای گفته می شود که ذره های سازنده ی آن اتم یا مولکول هایی با اتم های یکسان باشند. برای هر عنصر یک «نماد شیمیایی» در نظر گرفته می شود که شامل یک یا دو حرف نخست از نام لاتین آن عنصر است. همیشه حرف اول را با حرف بزرگ و حرف دوم را با حرف کوچک می نویسیم (مثلاً Fe یا (Mg.
به کوچکترین واحد سازنده ی یک ماده که برخی ویژگی های آن را حفظ می کند، «مولکول» گفته می شود. مولکول ها از اتصال اتم ها به دست می آیند. این اتم ها ممکن است یکسان باشند.(مثلاً در مولکول های N2 ، F2 ،P4و S8 ) و یا با هم فرق داشته باشند(مانند مولکول های HCl ، Cl2O و NF3 ).
ترکیب:
ترکیب به ماده ای گفته می شود که از اتصال اتم های دو یا چند عنصر به هم ساخته شده باشد. مثلاً آب ( H2O ) یک ترکیب است که از اتصال دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن به یکدیگر ساخته شده است. سولفوریک اسید ( H2SO4 ) هم یک ترکیب است که از اتصال هفت اتم از سه عنصر هیدروژن، گوگرد و اکسیژن به یکدیگر درست شده است. منظور از«اتصال»اتم هابه هم، همان «پیوندهای شیمیایی» است. پیوند شیمیایی به نیروی جاذبه ای گفته می شود که دو اتم را به هم متصل می کند. یک نوع از این پیوندها، «پیوند کووالانسی» است که مثلاً دو اتم هیدروژن و کلر را در کنار همدیگر نگه می دارد. برای نمایش هر پیوند کووالانسی از یک خط استفاده می شود، مثلاً HCl را به صورت Cl-Hمی نویسیم.
ممکن است بین دو اتم، بیش از یک پیوند کووالانسی تشکیل شود. در این صورت، تعداد خط های بین آن دو اتم از یک بیشتر خواهد بود. مثلاً مولکول های H2 و O2 را به صورت زیر نشان می دهیم:
O=O H-H
(O2) (H2)
به تعداد پیوندهایی که یک اتم با اتم های دیگر تشکیل داده است، «ظرفیت» آن گفته می شود. مثلاً ظرفیت اتم های Hو O در مولکول های H2 و O2 به ترتیب برابر 1و 2 می باشد. به عبارت دیگر، ظرفیت هر اتم برابر خط هایی است که به آن وصل شده است.
فرمول ها، واکنش ها و معادله های شیمیایی
«فرمول شیمیایی» نمایانگر یک ترکیب شیمیایی است که هم نوع عنصرهای سازنده آن ترکیب و هم تعداد هر کدام از آن ها را مشخص می کند. مثلاً فرمول شیمیایی نیتریک اسید ( HNO3 ) نشان می دهد که هر مولکول این ماده، از یک اتم هیدروژن، یک اتم نیتروژن و سه اتم اکسیژن ساخته شده است.
«معادله ی شیمیایی» خلاصه ای از آن چه را که در یک «واکنش شیمیایی» انجام می شود نشان می دهد. یک واکنش شیمیایی به معنی تبدیل موادی به مواد دیگر با خواص جدید است. مواد شرکت کننده در واکنش را «واکنش دهنده» و مواد تولید شده در واکنش را«فراورده» می نامند. واکنش دهنده ها را در سمت چپ و فراور ده ها را در سمت راست معادله می نویسیم.
اگر شیمی را یک زبان تشبیه کنیم، نماد های شیمیایی «حرف ها»، فرمول های شیمیایی «کلمه ها» و معادله های شیمیایی «جمله های» این زبان را تشکیل می دهند.
خواص الکتریکی ماده
در سال های پیش تصور می شد که اتم کوچکترین ذره ی جهان است و به ذره های کوچکتر از خودتجزیه نمی شود. ولی امروز می دانیم اتم از سه ذره ی کوچکتر به نام «پروتون» ، «نوترون» و «الکترون» ساخته شده است. پروتون ها و نوترون ها در مرکز اتم، به نام هسته قرار دارند و الکترون ها به دور هسته گردش می کنند.
نوترون ها فاقد بار الکتریکی هستند، ولی پروتون ها بار الکتریکی مثبت و الکترون ها بار الکتریکی منفی دارند. به دلیل این بارهای الکتریکی، مواد می توانند از خود خواص الکتریکی نشان دهند. البته در حالت معمولی، همه یمواد از نظر بار الکتریکی خنثی هستند، زیرا مجموع تعداد پروتون ها و الکترون ها، به عبارتی مجموع تعداد بارهای مثبت و منفی در آن ها با هم برابر است.ولی در شرایط ویژه، الکترون ها از یک ماده به ماده ی دیگر منتقل می شوند و توازن بار الکتریکی به هم می خورد. در این حالت، خاصیت الکتریکی در ماده پیدا می شود. مثلاً یک شانه ی پلاستیکی از نظر الکتریکی خنثی است، ولی اگر آن را به موی سر یا یک پارچه ی پشمی مالش دهیم، مقداری بار الکتریکی منفی به دست می آورد و می تواند ورقه های کاغذ خرد شده را به خود جذب کند.
ساختار خمیده ی مولکول آب
اگر یک میله ی پلاستیکی بار دار شده را به یک باریکه ی آب نزدیک کنیم، آب از مسیر خود منحرف و به سمت میله ی پلاستیکی جذب می شود. این آزمایش ساده نشان می دهد که مولکول آب یک مولکول «قطبی» است، یعنی دارای دو قطب الکتریکی مثبت و منفی می باشد. هر مولکول آب از یک اتم O و دو اتم H تشكیل شده است و ساختار آن را می توان به صورت زیر نمایش داد:
H-O-H
شواهد تجربی گوناگون نشان می دهد که ( 2 ) برای ساختار آب بسیار مناسب تر است، چون در این مولکول، قدرت اتم اکسیژن برای جذب الكترون از اتم های هیدروژن بیشتر است، به همین دلیل، الکترون ها بیشتر درسمت اکسیژن تجمع می کنند و این قسمت از مولکول نسبت به قسمتی که اتم های هیدروژن هستند، بار منفی پیدا می کنند.
با توجه به این ساختار برای ملکول آب، خواص الکتریکی آن، از جمله جذب شدن به سوی میله ی باردار، به آسانی قابل توجیه است.
توجه داشته باشید که مولکول آب از نظر مجموع بار الکتریکی خنثی است، فقط بار الکتریکی در آن به صورت یکنواخت پخش نشده است. این موضوع در مورد همه ی مواد قطبی دیگر هم وجود دارد.
حالا که ساختار خمیده و قطبی آب را شناختید، می توانیم به توجیه ویژگی های غیر عادی آب بپردازیم.
توجیه ویژگی های غیر عادی آب
می دانید که قطب های ناهم نام، همدیگر را جذب و قطب های هم نام، همدیگر را دفع می کنند. بین مولکول های هر ماده، نیرو های جاذبه ای وجود دارد که آن ها را به سوی هم جذب می کند. به این نیروها، «نیروهای جاذبه ی بین مولکولی» می گویند. هر چه مولکول قطبی تر باشد، نیروهای جاذبه ی بین مولکول
فرمول نویسی فقط در یک صفحه A4 
در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم - حسین فرمقدم 