پاسخ با هم بیاندیشیم صفحه 63 شیمی دهم

پاسخ و توضیح تمرین 1 تمرین با هم بیندیشیم صفحه 62 شیمی دهم این تمرین یک مقدمه‌ی ساده و ملموس برای درک مفهوم اصلی **قانون پایستگی جرم** است: **جرم به تعداد و نوع اجزا بستگی دارد، نه به نحوه‌ی چیدمان آن‌ها (ساختار).** 🧱 --- ## برابری جرم دو دست سازه اگر هر دو سازه از **تعداد یکسانی** از **قطعات پلاستیکی کاملاً مشابه** ساخته شده باشند، جرم آن‌ها **با هم برابر است**. **توضیح:** جرم کلی یک جسم، صرف نظر از شکل آن، تنها به **تعداد و نوع** ذرات یا قطعات سازنده‌اش بستگی دارد. در اینجا، قطعات پلاستیکی نقش «اتم‌ها» را بازی می‌کنند. اگر سازه‌ی اول دقیقاً $\mathbf{x}$ عدد مکعب آبی، $\mathbf{y}$ عدد مکعب نارنجی و $\mathbf{z}$ عدد میله‌ی نوک‌دار داشته باشد، و سازه‌ی دوم نیز همین تعداد قطعه را داشته باشد، پس جرم کل آن‌ها باید برابر باشد. ## شرط برابری جرم آن‌ها شرط برابری جرم دو دست سازه را می‌توان به این صورت بیان کرد: $$\mathbf{\text{جرم سازه اول} = \text{جرم سازه دوم}}$$ $$\mathbf{\text{جرم کل سازه} = \sum (\text{تعداد قطعه } i \times \text{جرم قطعه } i)}$$ **به زبان شیمی:** شرط برابری جرم آن است که **تعداد کل اتم‌ها** از هر نوع در هر دو طرف برابر باشد، صرف نظر از اینکه به چه شکل (مولکول یا ساختار) درآمده‌اند. این همان **قانون پایستگی جرم** است: جرم کل پیش از یک تغییر (مانند جابه‌جایی قطعات) باید با جرم کل پس از آن برابر باشد.

پاسخ و توضیح تمرین 2 تمرین با هم بیندیشیم صفحه 62 شیمی دهم این تمرین یک مثال مستقیم از **قانون پایستگی جرم** در واکنش‌های شیمیایی است. این قانون بیان می‌کند که جرم کل واکنش‌دهنده‌ها باید با جرم کل فرآورده‌ها برابر باشد. ⚖️ --- ## محاسبه‌ی جرم گوگرد **واکنش شیمیایی:** نقره و گوگرد واکنش داده و نقره سولفید تولید می‌کنند: $$\mathbf{\text{فلز نقره} + \text{گوگرد} \xrightarrow{\Delta} \text{نقره سولفید}}$$ **قانون پایستگی جرم:** $$\mathbf{\text{جرم واکنش‌دهنده‌ها} = \text{جرم فرآورده‌ها}}$$ $$\mathbf{\text{جرم نقره} + \text{جرم گوگرد} = \text{جرم نقره سولفید}}$$ **داده‌های مسئله:** * $\mathbf{\text{جرم نقره}} = 21.58 \text{ g}$ * $\mathbf{\text{جرم نقره سولفید}} = 24.78 \text{ g}$ * $\mathbf{\text{جرم گوگرد}} = \text{نامشخص} (x)$ **محاسبه:** $$\mathbf{21.58 \text{ g} + x = 24.78 \text{ g}}$$ $$\mathbf{x = 24.78 \text{ g} - 21.58 \text{ g}}$$ $$\mathbf{x = 3.20 \text{ g}}$$ **نتیجه:** مقدار جرم گوگرد $\mathbf{3.20 \text{ g}}$ است. $$\mathbf{\text{فلز نقره} + \text{گوگرد} \xrightarrow{\Delta} \text{نقره سولفید}}$$ $$\mathbf{21.58 \text{ g} + 3.20 \text{ g} = 24.78 \text{ g}}$$ **جای خالی:** $\mathbf{3.20 \text{ g}}$

پاسخ و توضیح تمرین 3 تمرین با هم بیندیشیم صفحه 62 شیمی دهم این تمرین یک مثال ظاهراً نقض‌کننده‌ی **قانون پایستگی جرم** است که به دلیل در نظر نگرفتن یکی از واکنش‌دهنده‌ها (گازهای هوا) اتفاق می‌افتد. 🤯 --- ## تحلیل واکنش زنگ زدن و قانون پایستگی جرم **واکنش زنگ زدن (اکسایش):** زنگ زدن یک واکنش شیمیایی است که در آن، آهن ($athbf{Fe}$) با **اکسیژن هوا ($athbf{O_2}$)** در حضور رطوبت واکنش می‌دهد و $\mathbf{\text{اکسید آهن (III) هیدراته}}$ (زنگ آهن) را تشکیل می‌دهد. $$\mathbf{4Fe(s) + 3O_2(g) + 2xH_2O(l) \rightarrow 2Fe_2O_3 \cdot xH_2O(s)}$$ **داده‌های مسئله:** * $\mathbf{\text{جرم میخ آهنی (قبل از زنگ زدن)}} = 2.21 \text{ g}$ * $\mathbf{\text{جرم میخ زنگ‌زده (بعد از زنگ زدن)}} = 2.27 \text{ g}$ **توضیح نقض ظاهری قانون:** 1. **افزایش جرم:** در این آزمایش، جرم **افزایش** یافته است ($athbf{2.27 \text{ g}} > 2.21 \text{ g}$). در نگاه اول، به نظر می‌رسد که قانون پایستگی جرم نقض شده است. 2. **واکنش‌دهنده‌ی پنهان:** اما نکته اینجاست که تنها جرم **میخ آهنی** اندازه گرفته شده است، نه جرم **همه** واکنش‌دهنده‌ها. واکنش‌دهنده‌ی دیگر، **اکسیژن ($athbf{O_2}$)**، یک گاز است که از هوا تأمین شده و در اندازه‌گیری اولیه لحاظ نشده است. 3. **پایستگی واقعی:** افزایش جرم $\mathbf{0.06 \text{ g}}$ (یعنی $2.27 - 2.21$) نشان می‌دهد که $\mathbf{0.06 \text{ g}}$ **اکسیژن** از هوا به آهن متصل شده و در ساختار جامد زنگ آهن وارد شده است. **نتیجه:** اگر جرم **میخ آهنی و اکسیژن مصرف‌شده** در سمت واکنش‌دهنده‌ها را با هم جمع کنیم، با جرم **میخ زنگ‌زده** در سمت فرآورده‌ها برابر خواهد بود. بنابراین، **قانون پایستگی جرم همچنان برقرار است**، به شرطی که جرم **تمام** واکنش‌دهنده‌ها (از جمله $athbf{O_2}$ نامرئی) در نظر گرفته شود. 🔬

پاسخ و توضیح تمرین 4 تمرین با هم بیندیشیم صفحه 62 شیمی دهم این جمله در واقع بیان دیگری از **قانون پایستگی جرم** است، اما نیاز به یک **شرط مهم** دارد تا کاملاً صحیح باشد. 💯 --- ## بررسی درستی جمله‌ی «جرم کل مواد موجود در مخلوط واکنش ثابت است.» ### درستی و دلیل آن (قانون پایستگی جرم) این جمله در چارچوب **قانون پایستگی جرم** که توسط $\mathbf{\text{آنتوان لاووازیه}}$ کشف شد، **درست** است. * **توضیح شیمیایی:** در یک واکنش شیمیایی، اتم‌ها نه خلق می‌شوند و نه از بین می‌روند، بلکه تنها **سازماندهی مجدد** می‌یابند و به فرآورده‌های جدید تبدیل می‌شوند. بنابراین، مجموع جرم همه اتم‌های واکنش‌دهنده (مواد اولیه) باید برابر با مجموع جرم همه اتم‌های فرآورده (مواد نهایی) باشد. ### شرط لازم برای صحت جمله این قانون تنها در شرایطی به طور عملی در یک آزمایش ثابت می‌ماند که **واکنش در یک سیستم بسته انجام شود.** * **سیستم بسته:** سیستمی است که در آن **هیچ ماده‌ای نمی‌تواند به محیط خارج شود یا از محیط وارد شود.** * **مثال نقص ظاهری (واکنش‌های گازی):** اگر واکنش در یک بشر روباز انجام شود و یکی از فرآورده‌ها گاز باشد (مانند گاز $\mathbf{CO_2}$ در واکنش اسید و کربنات)، گاز از ظرف خارج می‌شود و جرم کل سیستم **کاهش** می‌یابد (مانند مثال‌های $\mathbf{CO_2}$ خارج شده از نوشابه یا مثال $\mathbf{3}$ با ورود $\mathbf{O_2}$). **نتیجه‌گیری:** جمله **درست** است، اما برای اثبات آن در یک محیط آزمایشگاهی، باید مطمئن شویم که **جرم کل شامل همه مواد، از جمله گازها و مواد نامرئی است و واکنش در یک سیستم بسته انجام می‌شود.**