جواب با هم بیاندیشیم صفحه 52 شیمی دهم

پاسخ و توضیح تمرین 1 با هم بیندیشیم صفحه 52 شیمی دهم این تمرین به شما کمک می‌کند تا مفهوم **نقطه‌ی جوش** و کاربرد آن در فرآیند **تقطیر جزء به جزء** هوای مایع برای جداسازی گازهای مختلف را درک کنید. 🌡️ --- ## آ) تکمیل جدول (تبدیل سلسیوس به کلوین) رابطه‌ی تبدیل دما از سلسیوس ($athbf{T_C}$) به کلوین ($athbf{T_K}$) عبارت است از: $\mathbf{T_K = T_C + 273}$ (با تقریب). | گاز | نقطه‌ی جوش ($^irc C$) | نقطه‌ی جوش ($athbf{K}$) | | :---: | :---: | :---: | | **نیتروژن** ($athbf{N_2}$) | $\mathbf{-196}$ | $\mathbf{-196 + 273 = 77 \text{ K}}$ | | **اکسیژن** ($athbf{O_2}$) | $\mathbf{-183}$ | $\mathbf{-183 + 273 = 90 \text{ K}}$ | | **آرگون** ($athbf{Ar}$) | $\mathbf{-186}$ | $\mathbf{-186 + 273 = 87 \text{ K}}$ | | **هلیم** ($athbf{He}$) | $\mathbf{-269}$ | $\mathbf{-269 + 273 = 4 \text{ K}}$ | --- ## ب) ترتیب جداسازی گازها از هوای مایع ($athbf{-200^irc C}$) فرآیند جداسازی گازها از هوای مایع، **تقطیر جزء به جزء** نامیده می‌شود. در این روش، دمای مخلوط مایع را به آرامی **افزایش** می‌دهند. گازی که **نقطه‌ی جوش پایین‌تری** دارد، **زودتر** بخار می‌شود و از مخلوط جدا می‌گردد. 1. **محاسبه‌ی نقطه‌ی جوش‌ها بر حسب کاهش (از پایین‌ترین به بالاترین):** $$\mathbf{\text{He} < N_2 < Ar < O_2}$$ $$\mathbf{-269^irc C < -196^irc C < -186^irc C < -183^irc C}$$ 2. **دمای اولیه:** هوای مایع در $\mathbf{-200^irc C}$ (که از نقطه‌ی جوش همه‌ی گازهای اصلی بالاتر نیست). 3. **ترتیب جداسازی (بخار شدن):** با افزایش دما، گازی که نقطه‌ی جوش پایین‌تری دارد، زودتر به فاز گازی تبدیل می‌شود. $$\mathbf{\text{ترتیب جداسازی (از زودترین): هلیم } (He) \rightarrow \text{نیتروژن } (N_2) \rightarrow \text{آرگون } (Ar) \rightarrow \text{اکسیژن } (O_2)}$$ **توضیح:** هلیم ($athbf{-269^irc C}$) زودتر از نیتروژن ($athbf{-196^irc C}$) بخار شده و جدا می‌شود. نیتروژن زودتر از آرگون ($athbf{-186^irc C}$) و آرگون زودتر از اکسیژن ($athbf{-183^irc C}$) جدا می‌شود. 💡

پاسخ و توضیح تمرین 1 با هم بیندیشیم صفحه 52 شیمی دهم این تمرین به شما نشان می‌دهد که چگونه تفاوت‌های جزئی در **نقطه‌ی جوش** گازها، در فرآیند **تقطیر جزء به جزء**، منجر به جداسازی آن‌ها می‌شود. 💨 --- ## پ) شناسایی گازهای رنگی در فرآیند تقطیر جزء به جزء، دمای هوای مایع را بالا می‌بریم. گازی که **نقطه‌ی جوش پایین‌تری** دارد، **سریع‌تر بخار** می‌شود و از مخلوط مایع خارج می‌گردد. 1. **مقایسه‌ی حالت (1) تا (3):** با افزایش دما از $\mathbf{-200^irc C}$ به $\mathbf{-185^irc C}$، مشاهده می‌کنیم که **گوی‌های آبی رنگ** بسیار زودتر (و به مقدار بیشتری) از فاز مایع به فاز گاز تبدیل می‌شوند (بالای ظرف جمع می‌شوند). 2. **مقایسه با نقطه‌ی جوش‌ها:** * $\mathbf{N_2}$: نقطه‌ی جوش $\mathbf{-196^irc C}$ (پایین‌تر) * $\mathbf{O_2}$: نقطه‌ی جوش $\mathbf{-183^irc C}$ (بالاتر) **نتیجه:** * **گوی‌های آبی رنگ:** نشان‌دهنده‌ی $\mathbf{\text{نیتروژن } (N_2)}$ هستند، زیرا نقطه‌ی جوش پایین‌تری دارند و زودتر بخار شده‌اند. * **گوی‌های قرمز رنگ:** نشان‌دهنده‌ی $\mathbf{\text{اکسیژن } (O_2)}$ هستند، زیرا دیرتر از فاز مایع خارج شده‌اند. --- ## ت) حالت اجزای سازنده‌ی هوای مایع در $\mathbf{-180^irc C}$ **پاسخ:** اجزای سازنده به صورت **حالت (1)** وجود دارند. **چرا؟** * $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش } N_2 = -196^irc C}$ * $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش } O_2 = -183^irc C}$ دمای $\mathbf{-180^irc C}$ از نقطه‌ی جوش **نیتروژن** ($athbf{-196^irc C}$) و **اکسیژن** ($athbf{-183^irc C}$) **بالاتر** است. در این دما، هم نیتروژن و هم اکسیژن به طور کامل یا تقریباً کامل به **فاز گازی** تبدیل شده‌اند. بنابراین، مخلوطی از $\mathbf{N_2}$ و $\mathbf{O_2}$ به صورت گاز در ظرف باقی می‌ماند (حالت $athbf{1}$ که شامل مولکول‌های $athbf{N_2}$ آبی و $athbf{O_2}$ قرمز به صورت گاز است). --- ## ث) دشواری تهیه‌ی اکسیژن صددرصد خالص تهیه‌ی اکسیژن صددرصد خالص ($athbf{O_2}$) در فرآیند تقطیر جزء به جزء هوای مایع دشوار است، زیرا: 1. **اختلاف نقطه‌ی جوش بسیار کم:** نقطه‌ی جوش اکسیژن ($athbf{-183^irc C}$) و آرگون ($athbf{-186^irc C}$) **بسیار نزدیک** به یکدیگر است. 2. **آرگون ناخالصی:** آرگون یک درصد کمی از هوای مایع را تشکیل می‌دهد و چون نقطه‌ی جوش آن از اکسیژن پایین‌تر است، در مراحل پایانی فرآیند جداسازی همراه با اکسیژن باقی می‌ماند و **بخار می‌شود**. 3. **نتیجه:** هر چقدر هم که فرآیند با دقت بالا انجام شود، مقداری از **آرگون** همراه با اکسیژن جدا می‌شود و درجه‌ی خلوص $athbf{O_2}$ را کاهش می‌دهد. برای رسیدن به خلوص بالاتر، نیاز به مراحل تقطیر مجدد و پیچیده‌تری است. ⚙️

پاسخ و توضیح تمرین 2 با هم بیندیشیم صفحه 52 شیمی دهم این آزمایش نشان‌دهنده‌ی فرآیند **میعان (تبدیل گاز به مایع)** اجزای هوا در دمای بسیار پایین است و روشی ساده برای جداسازی و تشخیص گازهای اصلی هوا است. 🥶 --- ## آ) تشکیل مایع بی‌رنگ درون لوله‌ی آزمایش این مایع بی‌رنگ، در واقع، **هوای مایع** است که از میعان اجزای اصلی هوا تشکیل شده است. 1. **دمای میعان:** دمای مایع موجود در ظرف ($athbf{-200^irc C}$) بسیار پایین است و از نقطه‌ی جوش **نیتروژن** ($athbf{-196^irc C}$) و **اکسیژن** ($athbf{-183^irc C}$) **پایین‌تر** است. 2. **فرآیند میعان:** هوای اطراف (که حاوی $athbf{N_2}$ و $athbf{O_2}$ است) با دیواره‌ی سرد لوله‌ی آزمایش تماس پیدا می‌کند. به دلیل دمای بسیار پایین لوله، گازهای $athbf{N_2}$ و $athbf{O_2}$ انرژی گرمایی خود را از دست داده، سرعت مولکول‌ها کاهش یافته و به **فاز مایع** تبدیل می‌شوند (میعان). **نتیجه:** این مایع از **میعان نیتروژن و اکسیژن** هوا تشکیل شده است. (نیتروژن به دلیل نقطه‌ی جوش پایین‌تر، سهم بیشتری در این مایع اولیه دارد). --- ## ب) خاموش شدن شعله‌ی کبریت (بلافاصله پس از خروج لوله) **مشاهده:** شعله خاموش می‌شود. **نتیجه‌گیری:** گازی که بلافاصله پس از خروج لوله، بخار شده و در دهانه‌ی آن جمع شده است، **قابلیت سوختن یا کمک به سوختن را ندارد.** **توضیح:** این گاز، **نیتروژن ($athbf{N_2}$)** است. همان‌طور که در قسمت (آ) دیدیم، نیتروژن ($athbf{N_2}$) با نقطه‌ی جوش $athbf{-196^irc C}$، **زودتر** از اکسیژن ($athbf{-183^irc C}$) بخار می‌شود. نیتروژن که حدود $78\%$ هوای مایع را تشکیل می‌دهد، **گازی است که از سوختن پشتیبانی نمی‌کند**، بنابراین شعله‌ی کبریت را خاموش می‌کند. 🔥 --- ## پ) شعله‌ور شدن کبریت نیمه افروخته (پس از چند دقیقه) **مشاهده:** کبریت نیمه افروخته، **دوباره شعله‌ور** می‌شود. **چرا؟** با گذشت زمان، نیتروژن ($athbf{N_2}$) که زودتر بخار می‌شود، تقریباً به طور کامل از لوله خارج شده و جای آن را **اکسیژن ($athbf{O_2}$)** می‌گیرد (که به دلیل نقطه‌ی جوش بالاتر، دیرتر بخار می‌شود). **اکسیژن** گازی است که **به شدت از سوختن پشتیبانی می‌کند**. وقتی اکسیژن غلیظ به شعله‌ی نیمه افروخته می‌رسد، نرخ سوختن را به قدری افزایش می‌دهد که دوباره شعله‌ور می‌شود. این مشاهده یک **آزمایش تأییدی** برای وجود اکسیژن است. 💡