جستجو بر اساس تاريخ مطلب
 مطالب پیشنهادی
 نقش اندازه‌ی ذرات در سرعت واکنش‌های شیمیایی
نقش اندازه‌ی ذرات در سرعت واکنش‌های شیمیاییمشاهده‌ي علمي
مفاهیم کلیدی: شیمی، فیزیک، واکنش، سطح تماس
مشاهده‌ی علمی ۲۱۰
 
 
 
مقدمه:
آیا می‌دانید که آرد می‌تواند منفجر شود؟ خوشبختانه این اتفاق به شکل خود به خودی در آشپزخانه رخ نمی‌دهد، اما اگر شرایط مناسب فراهم باشد این انفجار ممکن است. برای ایجاد این انفجار باید پودری بسیار ریز از آرد داشته باشید. در واقع، هر ماده‌ی جامد قابل اشتعالی که به صورت ابر گرد و غبار پراکنده شود، چنان‌چه در تماس با شعله قرار بگیرد منفجر خواهد شد. (به همین خاطر در مکان‌هایی که ذرات ریز بسیاری وجود دارند، مانند انبارها، باید احتیاط شدیدی اعمال شود.) این موضوع مرتبط است با اندازه‌ی ذرات مواد جامد که سرعت و نوع واکنش شیمیایی را تعیین می‌کند. در این فعالیت علمی می‌توانید این موضوع را به طور دقیق بررسی کنید.
 
 
 
 
پیش‌زمینه:
برخی از واکنش‌های شیمیایی بسیار سریع رخ می‌دهند (مثلا واکنش سرکه و جوش شیرین) و برخی دیگر بسیار کند (مانند زنگ زدن فلزات). در واکنش‌های شیمیایی که یک جزء جامد به عنوان واکنش دهنده دارند، با تغییر ابعاد جامد واکنش دهنده با مایع یا گاز می‌توان سرعت واکنش را تغییر داد، اما چگونه؟ برای رخ دادن یک واکنش شیمیایی باید مولکول‌ها با اتم‌های واکنش دهنده به هم برخورد کنند. این اتفاق تنها در سطح جامد رخ می‌دهد زیرا مولکول‌های داخل جسم جامد تا زمانی که با مولکول‌های واکنش دهنده‌ی دیگر تماس پیدا نکنند قادر به انجام واکنش نیستند. با این وجود، اگر همان ماده‌ی جامد را به تکه‌های کوچک‌تر خرد کنید، سطح جامد در تماس با اجزای دیگر واکنش بیشتر می‌شود و در نتیجه واکنش شیمیایی با سرعت بیشتری رخ می‌دهد. 
 
 
 
 
برای مثال یک ماده‌ی قابل اشتعال مانند آرد را در نظر بگیرید. اگر به یک توده‌ی آرد حرارت دهید، یا اصلا نمی‌سوزد یا با سرعت کم و به صورت کنترل شده خواهد سوخت؛ زیرا سطح تماس کمی برای تماس ذرات آرد با اکسیژن هوا وجود دارد. با این وجود، اگر همین ماده‌ی قابل اشتعال به صورت پودر بسیار ریز در هوا پراکنده شود، سطح تماس بسیار بیشتری برای تماس ذرات آرد با هوا وجود خواهد داشت. در نتیجه، با یک جرقه انفجار رخ خواهد داد. افزایش سطح تماس یک واکنش دهنده نه تنها مقدار ماده‌‌ی در دسترس برای واکنش را افزایش می‌دهد، بلکه باعث بالا رفتن سرعت واکنش نیز می‌شود. در این فعالیت علمی شما با اندازه‌گیری سرعت یک واکنش دیگر (واکنش حل شدن قرص جوشان آنتی اسید در آب) این اثر را بررسی خواهید کرد.
 
 
مواد و وسایل مورد نیاز:
حداقل ۴ عدد قرص جوشان آنتی اسید
 ورق کاغذ
 قاشق
 چهار عدد لیوان آشامیدنی شفاف با گنجایش حداقل ۱۲ اونس
 پیمانه
 قاشق چای خوری
 آب
 زمان سنج
 خودکار
 
 
 
 
آماده‌سازی:
 چهار عدد قرص جوشان را از بسته‌هایشان خارج کنید. مراقب باشید که قرص‌ها چند تکه نشوند زیرا بسیار شکننده هستند.
 
 یکی از قرص‌ها را موقتا کنار بگذارید. 
 
 قرص دوم را از وسط نصف کنید و هر دو تکه را کنار بگذارید.
 
 قرص سوم را به چهار قسمت مساوی بشکنید. برای این منظور ابتدا قرص را نصف کنید و سپس هر کدام از نیمه‌ها را بار دیگر نصف کنید. هر چهار تکه را کنار بگذارید.
 
 قرص چهارم را خرد کنید تا به صورت پودر ریز دربیاید. برای این کار، قرص را درون یک تکه کاغذ تا شده قرار دهید. کاغذ را روی یک سطح محکم بگذارید و با کمک قاشق قرص را خرد کنید. پودر حاصل را در کاغذ نگه دارید و آن را کنار بگذارید.
 
 با استفاده از پیمانه، ۲۵۰ میلی‌لیتر (حدود ۸ اونس) آب به هر ۴ لیوان اضافه کنید. دمای آب داخل این ۴ لیوان باید یکسان باشد.
 
 
 
 
روش کار:
 
یک لیوان حاوی آب و قرص جوشان اول را کنار هم در مقابل خود قرار دهید.
 
 قرص جوشان را بالای سطح آب نگه دارید.
 
 زمان سنج را آماده کنید.
 
 قرص جوشان را داخل آب بیندازید و در همین لحظه زمان سنج را روشن کنید. با وارد شدن قرص جوشان به داخل آب چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا شاهد رخ دادن یک واکنش شیمیایی هستید؟
 
 با قاشق چای خوری محتویات لیوان را به آرامی و با سرعت ثابت هم بزنید. قرص جوشان داخل آب را به دقت بررسی کنید. به نظرتان چه واکنشی درون لیوان در حال رخ دادن است؟
 
 پس از حل شدن کامل قرص جوشان در آب و پایان یافتن واکنش شیمیایی، زمان سنج را متوقف کنید و زمان واکنش را روی کاغذ بنویسید. این واکنش چه مدت به طول انجامید؟ به نظرتان این واکنش سریع است یا آهسته؟
 
 یک لیوان آب دیگر را به همراه قرصی که نصف کردید کنار هم آماده کنید.
 
 دو نیمه‌ی قرص جوشان را بالای لیوان نگه دارید. به نظرتان در این حالت که قرص جوشان به دو تکه تقسیم شده است چه اتفاقی خواهد افتاد؟
 
 زمان سنج را آماده کنید.
 
 
 
 هر دو تکه‌یقرص جوشان را در لیوان بیندازید و زمان سنج را روشن کنید. آیا واکنشی مشابه با واکنش بار اول در آب رخ می‌دهد؟ 
 
 محتویات داخل لیوان را هم بزنید و روند حل شدن دو تکه قرص جوشان را در آب بررسی کنید. تعداد حباب‌های تشکیل شده در آب بیشتر است یا کمتر؟ به نظرتان در این حالت واکنش سریع‌تر انجام می‌شود یا آهسته‌تر؟
 
 پس از حل شدن کامل قرص جامد و متوقف شدن روند تشکیل حباب، زمان سنج را متوقف کنید و زمان واکنش را یادداشت کنید. زمان واکنش در مقایسه با حالت قبل چه تغییری کرده است؟ این واکنش سریع‌تر اتفاق افتاد یا آهسته‌تر؟ دلیل آن چیست؟
 
 همین مراحل را در مورد لیوان سوم و چهارم با قرص چهار تکه شده و قرص پودر شده تکرار کنید. چه تغییری در روند واکنش داخل آب مشاهده می‌کنید؟ سرعت حل شدن قرص جوشان در هر حالت چگونه تغییر می‌کند؟ آیا رابطه‌ای میان زمان واکنش و ابعاد تکه‌های قرص وجود دارد؟
 
 
آزمایش‌های تکمیلی:
به نظرتان چه واکنش‌های شیمیایی دیگری وجود دارند که می‌توانید با استفاده از آنها تاثیر سطح تماس یک واکنش دهنده بر سرعت واکنش آن با آب را بررسی کنید؟ به مواد مورد استفاده در آشپزخانه که اندازه‌های مختلف دارند فکر کنید، مانند شکر، قند و نبات. آیا همین اثر در واکنش‌های دیگر نیز قابل مشاهده است؟
 
 چه عوامل دیگری بر سرعت واکنش شیمیایی تاثیر گذارند؟ بار دیگر این فعالیت را انجام دهید اما این بار فقط از قرص جوشان کامل استفاده و این بار دمای آب در چهار لیوان را تغییر دهید. به نظرتان دما چه تاثیری در سرعت واکنش دارد؟ قرص جوشان در آب سرد و آب گرم با چه سرعتی حل خواهد شد؟
 
 
مشاهده و نتیجه گیری:
در این فعالیت علمی باید مشاهده کرده باشید که قرص جوشان پودر شده بسیار سریع‌تر از قرص جوشان کامل در آب حل می‌شود. احتمالا مشاهده کرده‌اید که در هر ۴ مرتبه با انداختن قرص در آب حباب‌های بسیاری تولید می‌شوند. قرص‌های جوشان آنتی اسید از آسپرین، اسید سیتریک و سدیم بی کربنات تشکیل شده‌اند. با حل شدن سدیم بی کربنات در آب، واکنشی میان این جزء و یون‌های هیدروژن مربوط به اسید سیتریک رخ می‌دهد و حاصل تشکیل کربن دی اکسید است. کربن دی اکسید یک گاز است و به همین دلیل حباب در آب تشکیل می‌شود.
 
 
 
 
هر چه تکه‌های قرص جوشان کوچک‌تری در آب انداخته شوند، روند تشکیل حباب شدیدتر و محسوس‌تر است. همچنین، احتمالا متوجه شده‌اید که بیشترین زمان واکنش مربوط به قرص جوشان کامل است. در مقابل، پودر قرص جوشان به کمترین زمان برای حل شدن در آب نیاز دارد. دلیل آن است که ذرات ریز قرص جوشان سطح تماس بیشتری برای واکنش با آب فراهم می‌کنند و در نتیجه قرص سریع‌تر از هم می‌پاشد.
 
تمیز کردن:
محتویات هر چهار لیوان را در سینک ظرفشویی بریزید.
 

منبع:
 
 
منابع مفید:
 
 
 

 

1395/7/19لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 محتواي زنده مشاهده علمي

 فعاليت هاي علمي
 تماس با ما
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1122
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1122