|
شیمی دهم صفحه ۱۱۴ - کاوش کنید (آزمایش ۱)
دربارهٔ «اثر دما بر انحلالپذیری گازها در آب» کاوش کنید.
ابزار، وسایل و مواد شیمیایی مورد نیاز: ظرف پلاستیکی بزرگ، استوانهٔ مدرج، قیف، آب، یخ، قرص جوشان.
آزمایش ۱- آ) ظرف پلاستیکی را بردارید و مخلوط آب و یخ را تا نیمه درون آن بریزید.
ب) یک قرص جوشان را نصف کنید و با استفاده از تکهای خمیربازی آن را به دیوارهٔ داخلی قیف بچسبانید.
پ) استوانهٔ مدرج را از آب پر کنید و کف دست خود را روی دهانهٔ آن قرار دهید. حال استوانه را وارونه کرده و مانند شکل، درون ظرف محتوی آب قرار دهید (استوانهٔ مدرج را با دست نگه دارید).
ت) اکنون از یکی از دوستان خود بخواهید که قیف را درون ظرف بزرگ به گونهای قرار دهد که لولهٔ قیف در زیر دهانهٔ استوانهٔ مدرج قرار گیرد. مشاهدههای خود را بنویسید.
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دهم صفحه ۱۱۴ - کاوش کنید (آزمایش ۱)
سلام به شیمیدانهای کاوشگر! در این آزمایش جذاب، میخواهیم به صورت عینی مشاهده کنیم که دما چگونه بر توانایی آب برای نگه داشتن گازها در خود تأثیر میگذارد.
**مشاهده آزمایش ۱ (محیط سرد):**
* زمانی که قرص جوشان با آب تماس پیدا میکند، واکنش شیمیایی شروع شده و حبابهای گاز آزاد میشوند.
* در این مرحله که از **مخلوط آب و یخ** استفاده شده است، مشاهده میکنید که گاز دیاکسید کربن تولید شده از قیف خارج میشود و در بخش بالای استوانه مدرج جمع میگردد.
* نکته علمی مهم اینجاست که در دمای پایین، بخش قابل توجهی از این گاز در آب **منحل میشود**.
* بنابراین حجم گازی که در بالای استوانه جمع میشود، نسبت به حالتی که آب گرم باشد، کمتر است زیرا آب سرد «ظرفیت» بیشتری برای نگه داشتن گاز در میان مولکولهای خود دارد.
شیمی دهم صفحه ۱۱۴ - کاوش کنید (آزمایش ۲)
آزمایش ۲- آزمایش ۱ را با آب گرم تکرار کنید. مشاهدههای خود را یادداشت و جدول زیر را کامل کنید.
| آزمایش | حجم گاز جمع شده درون استوانهٔ مدرج (میلیلیتر) |
| :--- | :---: |
| | آزمایش ۱ (آب سرد) | آزمایش ۲ (آب گرم) |
| بار اول | ... | ... |
| بار دوم | ... | ... |
| بار سوم | ... | ... |
| میانگین | ... | ... |
اکنون به پرسشهای زیر پاسخ دهید:
۱- از واکنش قرص جوشان با آب چه گازی آزاد میشود؟
۲- آیا میانگین حجم گاز آزاد شده در دو آزمایش یکسان است؟ چرا؟
۳- حجم گاز جمعآوری شده در کدام آزمایش کمتر است؟
۴- از مشاهدههای خود چه نتیجهای میگیرید؟ توضیح دهید.
۵- چه رابطهای بین دمای آب و میزان انحلالپذیری گاز وجود دارد؟
۶- چرا در هوای گرم، ماهیها به سطح آب میآیند؟
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دهم صفحه ۱۱۴ - کاوش کنید (آزمایش ۲)
با تکرار آزمایش در دمای بالا، نتایج تفاوت چشمگیری پیدا میکنند. بیایید این پرسشهای تحلیلی را با هم بررسی کنیم:
**۱- نوع گاز آزاد شده:**
* از واکنش میان اجزای قرص جوشان (که حاوی اسید آلی و سدیم بیکربنات است) در مجاورت آب، گاز **دیاکسید کربن** ($CO_{2}$) آزاد میشود.
**۲- مقایسه میانگین حجم گاز جمع شده:**
* خیر، حجم گاز جمعآوری شده در بالای استوانه در دو آزمایش یکسان نیست.
* دلیل آن این است که بخشی از گاز تولید شده در آب حل میشود و مقدار این انحلال کاملاً به **دما** بستگی دارد.
**۳- کمترین حجم جمعآوری شده:**
* حجم گاز جمعآوری شده در **آزمایش ۱ (آب سرد)** کمتر است.
**۴ و ۵- نتیجهگیری و رابطه دما با انحلالپذیری:**
* نتیجه میگیریم که **انحلالپذیری گازها در آب با افزایش دما کاهش مییابد.**
* در آب گرم، جنبش مولکولهای گاز زیاد میشود و فرار آنها از محیط مایع به حالت گازی آسانتر صورت میگیرد.
**۶- دلیل بالا آمدن ماهیها در هوای گرم:**
* این یک مثال عالی از کاربرد شیمی در طبیعت است.
* با گرم شدن آب در تابستان، انحلالپذیری گاز اکسیژن ($O_{2}$) در آب کم میشود.
* برای اینکه ماهیها دچار کمبود اکسیژن نشوند، به سطح آب میآیند تا از اکسیژن بیشتری که در لایههای سطحی (به دلیل تماس با هوا) وجود دارد استفاده کنند.
شیمی دهم صفحه ۱۱۴ - با هم بیندیشیم
نمودار زیر انحلالپذیری سه گاز را که با آب واکنش شیمیایی نمیدهند در دمای $20^{\circ}C$ نشان میدهد. با توجه به آن، به پرسشهای مطرح شده پاسخ دهید.
آ) این نمودار تأثیر چه عاملی را بر انحلالپذیری گازها نشان میدهد؟ توضیح دهید.
ب) نتیجهگیری از این نمودار «قانون هنری» نام دارد. آن را در یک سطر توضیح دهید.
پ) شیب نمودار برای کدام گاز تندتر است؟ از این واقعیت چه نتیجهای میگیرید؟
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دهم صفحه ۱۱۴ - با هم بیندیشیم
در این بخش به بررسی عامل دیگری میپردازیم که برخلاف دما، انحلالپذیری گازها را افزایش میدهد.
**آ) عامل موثر در نمودار:**
* این نمودار تأثیر **فشار گاز** را بر میزان انحلالپذیری نشان میدهد.
* با نگاه به محور افقی (فشار) و محور عمودی (انحلالپذیری)، مشاهده میکنیم که با حرکت به سمت راست و افزایش فشار، مقدار گاز حل شده در آب برای هر سه گاز ($NO$، $O_{2}$ و $N_{2}$) زیاد شده است.
**ب) تعریف قانون هنری:**
* **قانون هنری** بیان میکند که در دمای ثابت، انحلالپذیری یک گاز در یک مایع با **فشار** آن گاز بر روی سطح مایع رابطه مستقیم دارد.
**پ) تحلیل شیب نمودار:**
* شیب نمودار برای گاز **$NO$ (نیتروژن مونوکسید)** تندتر است.
* نتیجه میگیریم که انحلالپذیری این گاز نسبت به افزایش فشار بسیار **حساستر** است.
* به عبارت دیگر، با یک مقدار مشخص افزایش فشار، جرم بیشتری از گاز $NO$ نسبت به گازهای دیگر در آب حل میشود.
