سلام
در این مطلب میخواهیم با هم به جمع بندی نکات هوا کرده و موازنه واکنش (مطابق با آزمون جامع) و خلاصه نکات که برای پاسخگویی به سوالات آزمون باید به آن‌ها مسلط باشید، بپردازیم.
روند تغییر دمای هواکره در محدوه های مختلف متفاوت است. که این امر نشان از لایه ای بودن هواکره است.
هواکره دارای 4 لایه متفاوت است که به ترتیب از سطح زمین تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر نامیده می شوند. که در کتاب درسی تنها 3 تای اول نام برده شده است.
1-در لایه ی اول (تروپوسفر) که نزدیک ترین لایه ی هواکره به سطح زمین است، با افزایش ارتفاع و فاصله از سطح زمین، دما کاهش می یابد. در این لایه با افزایش ارتفاع به ازای هر کیلومتر، دما 6 کاهش می یابد. به طوری که از 11 به 55 می رسد.
2- در لایه ی دوم (استراتوسفر) با افزایش ارتفاع، دما افزایش می یابد به طوری که از 55- به حدود 7 می رسد، که این امر به دلیل جذب تابش های فرابنفش توسط مولکول های اوزون قرار گرفته در این لایه است.
3- در لایه ی سوم (مزوسفر) با افزایش ارتفاع، دما کاهش می یابد و از 7 به حدود 78 می رسد.
تغییرات آب و هوایی در لایه ی تروپوسفر یعنی از سطح زمین تا ارتفاع 10-12 کیلومتری سطح آن اتفاق می افتد.
هواکره به دلیل داشتن گازهای گوناگون، فشار دارد! با افزایش ارتفاع در هواکره (در همه لایه ها) هواکره رقیق تر می شود؛ از این رو با فاصله گرفتن از زمین، چگالی و همین طور فشار هوا کاهش می یابد.
میزان کاهش فشار در ارتفاع های پایین تر بیشتر است.
بخش عمده هواکره را به ترتیب گازهای نیتروژن و اکسیژن تشکیل می دهد. گاز آرگون در میان اجزای هواکره رتبه سوم را دارد. در صنعت این سه گاز را از تقطیر جزء به جزء هوای مایع تهیه می کنند.
2- چهارمین گاز فراوان هواکره، کربن دی اکسید بوده که یک ترکیب است.
توجه: نیتروژن،اکسیژن و کربن دی اکسید از جمله گازهای هواکره هستند که در زندگی روزانه، نقش حیاتی دارند؛ به طور مثال، گیاهان با بهره گیری از نور خورشید و مصرف کربن دی اکسید هواکره، اکسیژن مورد نیاز جانداران را تولید می کنند. جانداران ذره بینی هم، گاز نیتروژن هواکره را برای مصرف گیاهان در خاک تثبیت می کنند.
کاربرد های گاز نیتروژن
1-بسته بندی برخی مواد خوراکی
2- پرکردن تایر خودرو
3- صنعت سرماسازی برای انجماد مواد غذایی
4- نگهداری نمونه های بیولوژیک که در پزشکی استفاده می شود.
کاربرد های هلیم
1- پر کردن بالن های هواشناسی، تفریحی و تبلیغاتی
2-جوشکاری
3- کپسول غواصی
4-برای خنک کردن قطعات الکترونیکی در دستگاه های تصویربرداری مانند MRI استفاده می شود.
مقدار گازهای نجیب هلیم، نئون،آرگون، کریپتون، زنون و رادون در هواکره بسیار کم است. از این رو به گازهای کم یاب معروف هستند.
توجه: برخی از کاربردها و ویژگی های هلیم به صورت زیر است:
1-به عنوان سبک ترین گاز نجیب، بی رنگ، بی بو و بی مزه است.
2-در کره ی زمین به مقدار خیلی کم یافت می شود، به طوری که مقدار ناچیزی از آن در هوا و مقدار بیشتری در لایه های زیرین پوسته زمین وجود دارد. به همین دلیل منابع زمینی آن از هواکره سرشار تر و برای تولید هلیم در مقیاس صنعتی مناسب ترند.
3-هلیم از واکنش های هسته ای در اعماق زمین تولید می شوند. این گاز پس از نفوذ به لایه های زمین وارد میدان های گازی می شوند.
4-بر اساس یافته های تجربی حدود 7 درصد حجمی مخلوط گاز طبیعی را هلیم تشکیل می دهد. البته مقدار هلیم در میدان های گازی گوناگون متفاوت است.
5-هلیم را می توان از تقطیر جز به جز گاز طبیعی به دست آورد که تهیه ی آن از این روش نسبت به تقطیر جز به جز هوای مایع مقرون به صرفه تر است. هرچند در کشور ما این تکنولوژی وجود ندارد و گاز هلیم وارد می شود.
6-هلیم موجود در گاز طبیعی به همراه سایر فرآورده های سوختی بدون مصرف وارد هواکره می شوند.
توجه:برخی از ویژگی ها و کاربردهای آرگون به صورت زیر است:
1-گاز نجیب، بی رنگ، بی بو و غیر سمی که در بین گازهای تشکیل دهنده هوای پاک خشک رتبه ی سوم را پس از نیتروژن و اکسیژن (از لحاظ درصد حجمی) از آن خود کرده است. برای تهیه ی آن از تقطیر جز به جز هوای مایع استفاده می شود. که با خلوص بسیار زیاد تولید می شود.
2-این واژه (آرگون) به معنای تنبل است، زیرا واکنش پذیری آن بسیار ناچیز بوده و در واقع واکنش ناپذیر است به همین دلیل در لامپ های رشته ای به کار می رود.
3-از این گاز برای ایجاد محیط بی اثر در هنگام جوشکاری و برش فلزات استفاده می شود تا از ترکیب شدن فلزات با اکسیژن هوا در دمای بالای جوشکاری جلوگیری شود و استحکام و طول عمر فلزات افزایش یابد.
4-به دلیل رسانایی گرمایی کم، از آن در فضای میان پنجره های چند جداره استفاده میشود.
اکسیژن
اکسیژن یکی از مهم ترین گازهای تشکیل دهنده هواکره است که دارای ویژگی های زیر است.
1-درهواکره بیشتر به صورت مولکول های دو اتمی، در آب کره در ساختار مولکول های آب و در سنگ کره به صورت ترکیب با دیگر عنصرها وجود دارد.
2-پس از گاز نیتروژن، فراوان ترین گاز موجود در هواکره است.
3-در ساختار همه ی مولکول های زیستی مانند کربوهیدرات ها، چربی ها و پروتئین ها یافت می شود.
4-هر چه ارتفاع از سطح زمین بیشتر می شود، هواکره رقیق تر شده و غلظت آن کاهش می یابد، بنابراین می توان نتیجه گرفت که با افزایش ارتفاع، غلظت و فشار گاز های هواکره از جمله اکسیژن کمتر می شود. (البته درصد حجمی گازها تغییری نمی کند.)
توجه: به دلیل کمتر بودن فشار گاز اکسیژن در ارتفاع زیاد، کوهنوردان به هنگام صعود به قله های بلند برای آنکه دچار کمبود اکسیژن نشوند از کپسول اکسیژن استفاده می‌کنند. در ضمن هواپیماها نیز با خود اتاقکی از گاز اکسیژن حمل می کنند تا در مواقع نیاز کمبود اکسیژن احساس نشود.
5- واکنش پذیری بسیار زیادی دارد و با اغلب عناصر مواد واکنش می دهد به همین دلیل است که بسیاری از واکنش های شیمیایی مانند فساد مواد غذایی، پوسیدن چوب، فرسایش سنگ و خاک، زنگ زدن وسایل آهنی، سوختن سوخت ها و... روزانه پیرامون ما رخ می دهد.
6- آزاد سازی انرژی شیمیایی ذخیره شده در مواد غذایی، چربی‌ها و قندها در سوخت و ساز یاخته ای نیز به کمک اکسیژن انجام می شود. تا به این ترتیب انرژی لازم برای فعالیت های بدن فراهم شود.
7-واکنش سوختن یکی از واکنش های مهمی است که در آن یک ماده با اکسیژن به سرعت واکنش می دهد و بخشی از انرژی شیمیایی آن به صورت گرما و نور آزاد می شود؛ به عنوان مثال زغال سنگ در حضور اکسیژن می سوزد و افزون بر تولید گازهای CO2 و SO2 و بخار آب، مقدار زیادی انرژی آزاد می کند.
نکته: انواع فرآورده ها در واکنش سوختن سوخت های فسیلی علاوه بر ماهیت ماده سوختنی به مقدار اکسیژن در دسترس نیز بستگی دارد به طوری که اگر اکسیژن کافی داشته باشد سوختن کامل انجام می گیرد و گاز کربن دی اکسید و بخار آب تولید می شود در این حالت رنگ شعله آبی است اما اگر مقدار اکسیژن کم باشد گاز کربن دی اکسید و یا دوده نیز به همراه سایر فراورده ها تولید می شود و رنگ شعله زرد رنگ خواهد شد یعنی سوختن ناقص انجام می گیرد.
نمایش واکنش های شیمیایی
موازنه کردن معادله ی واکنش های شیمیایی
برای موازنه کردن یک معادله شیمیایی می توانید مطابق با گام های زیر پیش بروید.
1- در ابتدا پیچیده ترین ماده را شناسایی کنید.
2-برای ماده انتخاب شده، عنصری را انتخاب کنید که تنها در واکنش دهنده ها یا فرآورده ها ظاهر شده باشد. عنصر انتخاب شده را در طرفین معادله موازنه کنید.
3- در مرحله بعد بارهای یون ها را در طرفین موازنه کنید.
4- اتم های باقی مانده را موازنه کنید. معمولا این فرآیند با ساده ترین ترکیب به پایان میرسد. اگر حتی یکی از ضرایب بدست آمده نیز به صورت کسری هستند میتوانید طرفین معادله را در مخرج کسر ضرب کنید؛ با انجام این کار تمامی ضرایب صحیح شده و درک بهتری را از کل معادله بدست خواهید آورد.
5- در گام اخر باید تعداد کل اتم ها را در دو طرف معادله موازنه کنید. در حقیقت تعداد اتم های تمامی عناصر باید در دوسمت معادله برابر باشد.
ترکیب اکسیژن با فلزها و نافلزها
اغلب فلزها در طبیعت به شکل ترکیب (عمدتا به شکل اکسید) وجود دارند. به طور مثال فلزهای آلومینیم و آهن به ترتیب به صورت ترکیب های بوکسیت و هماتیت در طبیعت یافت می شوند.
به واکنش آرام مواد با اکسیژن که با تولید انرژی همراه است، اکسایش می گویند. به طور مثال زنگ زدن آهن نمونه ای از واکنش های اکسایش است که در آن آهن با اکسیژن درهوای مرطوب واکنش می دهد.
زنگ آهن، متخلخل است و باعث می شود بخار آب و اکسیژن به لایه های زیرین فلز آهن هم نفوذ کند و فرایند اکسایش آهن تا تبدیل همه فلز به زنگار، ادامه پیدا کند. این ماده استحکام لازم را ندارد و در اثر ضربه خرد می شود و فرو می ریزد. بهترد و خرد شدن و فرو ریختن فلزها بر اثر اکسایش، خوردگی گفته می شود. و اگه دقت کرده باشین! واکنش فلز آهن با اکسیژن می تواند از نوع سوختن یا از نوع اکسایش باشد! بیایید به نیم نگاهی به تفاوت ها و شباهت های این دو واکنش بندازیم!
تست های منتخب؛ (تست های زیر را حل کنید و پاسخ آن ها را در کامنت ها به اشتراک بگذارید!)
تست 1
تست 2
تست 3
تست 4
تست 5
دوستان عزیز می توانید برای دسترسی به نسخه کامل خلاصه نکات به همراه پاسخ فایل پی دی اف زیر را دانلود کنید!
فراموش نکنید اگر سوالی در رابطه با این مبحث داشتید می توانید به راحتی در کامنت ها سوال خود را برای ما بنویسید.
دوستان عزیزم ما تصمیم گرفتیم برای اینکه بتونیم ارتباطمون رو با هم بیشتر کنیم و قدم به قدم کنارتون باشیم، صفحه ی اینستاگرام متا رو بسازیم
و همراهتون باشیم.
با آرزوی موفقیت و کامیابی
گلنوش بیرانوند، دانشجوی مهندسی شیمی دانشگاه شریف
نوید آرمات، دانشجوی مهندسی عمران دانشگاه تهران
