درسنامه آموزشی شیمی هنرستان
فصل 2: فرآیندهای شیمیایی
- انرژی گرمایی چه تأثیری بر واکنشهای شیمیایی دارد؟
- چگونه میتوان سرعت واکنشهای شیمیایی را تغییر داد؟
دانشمندان تا حدود 300 سال پیش، دنیای فیزیک و شیمی را جدا از یکدیگر میپنداشتند؛ آنها فیزیک را بررسی فرایندهایی میدانستند که طی آن ساختار ماده دستخوش دگرگونی نمیشود؛ درحالی که شیمی، بررسی فرایندها با تغییر ساختار ماده بود. آزمایشهای فیزیکدانان آشکار ساخت که انرژی در فرایندهایی که با مبادلۀ گرما همراه است، از بین نمیرود و بهوجود نمیآید؛ بلکه از شکلی به شکل دیگر در میآید. این نتیجهگیری بعدها قانون پایستگی انرژی نامیده شد.
چنین پیشرفتهایی در دنیای فیزیک، نمیتوانست بینیاز از دنیای شیمی باشد. بهطور مثال حدود صد سال بعد دانشمندان پی بردند که منبع بیشتر انرژیها (صرف نظر از انرژی خورشیدی)، واکنشهای شیمیایی بهویژه سوختن موادی مانند چوب، زغال سنگ، نفت و... است. به این ترتیب فیزیکدانان و شیمیدانها ضرورت ارتباط دنیای فیزیک و شیمی را دریافتند.
یکی از مفاهیم مشترک میان علوم فیزیک و شیمی مفهوم گرما و دما است، این دو مفهوم در انجام فرایندهای شیمیایی نقش عمدهای دارند.
مفهوم دما و گرما
مفهوم دما
دما بیان کننده میزان گرمی یا سردی یک جسم است. جسمی که دمای کمتری دارد سردتر احساس میشود. بسیاری از خواص مواد به دما وابسته است. نخستین وسیله برای اندازهگیری دما در سال 1592 توسط گالیله اختراع شد. وی به این منظور یک بطری شیشهای گردن باریک انتخاب کرد. بطری با آب رنگین تا نیمه پر شده و بهصورت وارونه در یک ظرف محتوی آب رنگین قرار گرفته بود. با تغییر دما، هوای محتوی بطری منبسط یا منقبض میشد و ستون آب در گردن بطری بالا یا پایین میرفت (شکل 2).
با استفاده از دماسنج میتوان میزان گرمی و سردی جسم را اندازهگیری کرد. دماسنجهای جیوهای و الکلی رایجترین دماسنجها هستند. این دماسنجها بر مبنای انبساط مایعات کار میکنند. تقريبا همۀ مواد هنگام گرم شدن منبسط میشوند. هرگاه دمای محیط اطراف دماسنج افزايش یابد، مایع دماسنج بالا میرود و با کاهش دمای محیط، جیوه و الکل به درون محفظۀ شیشهای باز میگردند. امروزه بیشتر از مقیاس سانتی گراد (C°) یا سلسیوس برای اندازهگیری دما استفاده میشود. بسیاری از شیمیدانان برای اندازهگیری دما از کلوین (K) نیز استفاده میکنند. برای تبدیل دمای سانتیگراد به کلوین از رابطۀ زیر استفاده میشود:
${{T}_{k}}{{T}_{c}}+273/15$
خود را بیازمایید (صفحه 31 کتاب درسی)
الف) دماهای زیر را بر حسب کلوین محاسبه کنید.
| سانتی گراد (℃) | 0 | 100 | 37 | 25 | 273- |
| کلوین (K) |
تحقیق کنید (صفحه 31 کتاب درسی)
چرا معمولا از جیوه و الکل برای ساخت دماسنج استفاده میشود؟ آیا از آب نیز میتوان به این منظور استفاده کرد؟ تفاوت عمدۀ دماسنجهای جیوهای و الکلی چیست؟
مفهوم گرما
دانشمندان از حدود سه قرن پيش، به مطالعۀ مفهوم گرما پرداختند. در آن زمان، بشر معتقد بود كه گرما یک مادۀ نامرئی است كه وقتی یک جسم گرم در كنار جسم سرد قرار میگيرد، از مادۀ گرم خارج شده و به مادۀ سرد منتقل میشود.
امروزه میدانيم گرما نیز مانند انرژی الکتریکی، شیمیایی، مکانیکی و... یکی از صورتهای انرژي است. گرم کردن یک ماده جنب و جوش ذرات آن را افزایش میدهد که نتیجۀ آن افزایش دما یا تغییر حالت است(شکل 4). گرما صورتی از انرژی است كه در اثر اختلاف دما بهطور خود به خود از جسم گرم به جسم سرد منتقل میشود. واحد اندازهگيری گرما ژول (J) است، اما از واحدهای ديگر مانند كالری(cal) نيز استفاده میشود. (شکل 5) تفاوتهای مفهوم دما و گرما را در تبدیل یخ به آب مایع و بخار آب نمایش میدهد.
آزمایش کنید (صفحه 32 کتاب درسی)
دو لیوان بردارید و به اندازۀ مساوی در یکی آب سرد و در دیگری آب گرم بریزید. آنگاه با قطره چکان در یک لیوان یک قطره جوهر آبی و در دیگری جوهر قرمز بریزید. در مورد آنچه مشاهده میکنید با هم کلاسیهای خود گفتوگو کنید.
واکنشهای شیمیایی
معادلۀ شیمیایی
هنگام انجام یک واکنش شیمیایی، ماهیت ماده دچار تغییر شده و مادۀ جدیدی تولید میشود. برای نمایش واکنشهای شیمیایی از معادلۀ شیمیایی بهصورت زیر استفاده میشود:
فراورده (ها) $\to $ واکنشدهنده (ها)
معادلۀ شیمیایی یک واکنش، به شکلهای مختلف نمایش داده میشود. در نوعی از معادلۀ شیمیایی که معادلۀ نوشتاری نامیده میشود، نام مواد شرکت کننده (واکنش دهندهها) و مواد تولید شده در واکنش (فراوردهها) نوشته میشود. برای مثال معادلۀ نوشتاری واکنش سوختن کربن در گاز اکسیژن خالص بهصورت زیر است:
شکل دوم نمایش یک معادلۀ شیمیایی، معادلۀ نمادی است. معادلۀ نمادی اطلاعات بیشتری از واکنش را نمایش می دهد، نماد یا فرمول شیمیایی مواد موجود در واکنش، حالت فیزیکی مواد جامد را با $s$، مایع را با ($l$)، گاز را با ($g$) و محلول را با ($aq$) در جلوی نماد یا فرمول ماده نشان میدهند و گاهی شرایط انجام دادن واکنش (روی پیکان واکنش) هم ذکر میشود. برای مثال معادلۀ نمادی واکنش سوختن کربن به صورت زیر است:
در این واکنش، کربن در حالت جامد و مولکول اکسیژن و کربن دی اکسید در حالت گازی هستند.
واکنشهای شیمیایی از قانون پایستگی جرم پیروی میکنند. در یک واکنش شیمیایی اتمی از بین نمیرود و اتم جدیدی نیز تولید نمیشود.
پس معادلۀ شیمیایی هنگامی صحیح نوشته میشود که نشان دهد واکنش از قانون پایستگی جرم پیروی میکند. به چنین معادلهای، معادلۀ موازنه شده میگویند. هنگام انجام یک واکنش شیمیایی همه یا تعدادی از پیوندهای شیمیایی میان اتمهای واکنش دهندهها شکسته شده و پیوندهای شیمیایی جدید تشکیل میشوند. بنابراین در معادلۀ نمادی یک واکنش شیمیایی، تعداد اتمهای هر عنصر در دوطرف معادله باید برابر باشد (معادله موازنه باشد).
کار درکلاس (صفحه 33 کتاب درسی)
واکنش شیمیایی تولید آب از گاز اکسیژن و گاز هیدروژن را در نظر بگیرید و به کمک اعضای گروه به پرسشهای زیر پاسخ دهید.
الف) جدول زیر را کامل کنید
| عناصر موجود در واکنش | نماد شیمیایی | تعداد اتم هر عنصر | |
| در واکنش دهندهها | در فراوردهها | ||
| اکسیژن | $O$ | ||
| هیدروژن | $H$ | ||
ب) آیا این معادله صحیح است؟ چرا؟
ج) برای حل این مشکل چه پیشنهادی دارید؟ (توجه! در فرمول شیمیایی هر مادهای نباید زیروندها تغییر داده شوند)
د) معادلۀ نمادی موازنه شده را بنویسید. در پایان، تعداد اتمهای سمت چپ و راست معادله را مشخص کنید.
نمونۀ حل شده
آیا واکنش زیر از قانون پایستگی جرم پیروی میکند؟ چرا؟
$C{{H}_{4}}(g)+{{O}_{2}}(g)\to C{{O}_{2}}(g)+{{H}_{2}}O(g)$
پاسخ: ابتدا تعداد اتمهای کربن ($C$)، هیدروژن ($H$) و اکسیژن ($O$) را در فراوردهها و واکنش دهندهها محاسبه میکنیم:
در سمت واکنش دهندهها 7 اتم (1 اتم کربن، 4 اتم هیدروژن و 2 اتم اکسیژن) و در سمت فراوردهها 6 اتم (1 اتم کربن، 2 اتم هیدروژن و 3 اتم اکسیژن) وجود دارد. پس این معادله موازنه نیست و واکنش مورد نظر از قانون پایستگی جرم پیروی نمیکند.
برای برابر شدن تعداد اتمهای اکسیژن و هیدروژن در دو سمت واکنش، با ضریب 2 برای آب (${{H}_{2}}O$) و ضریب 2 برای گاز اکسیژن (${{O}_{2}}$) معادله را موازنه میکنیم:
$C{{H}_{4}}(g)+2{{O}_{2}}(g)\to C{{O}_{2}}(g)+2{{H}_{2}}O(g)$
خود را بیازمایید (صفحه 34 کتاب درسی)
معادلههای شیمیایی زیر را موازنه کنید.
${{N}_{2}}(g)+{{H}_{2}}(g)\to N{{H}_{3}}(g)$
${{C}_{3}}{{H}_{8}}(g)+{{O}_{2}}(g)\to C{{O}_{2}}(g)+{{H}_{2}}O(g)$
نسبت مواد در واکنش
در معادلۀ نمادی، نسبت واکنش دهندهها و فراوردهها مشخص است. برای مثال، معادلۀ نمادی واکنش سوختن کربن، نشان میدهد که اگر 1 اتم کربن در واکنش شرکت کند، 1 مولکول گاز اکسیژن (شامل 2 اتم اکسیژن) در واکنش شرکت میکند و 1 مولکول کربن دی اکسید (شامل 1 اتم کربن و 2 اتم اکسیژن) تولید میشود. مشخص بودن نسبت مواد به ما کمک میکند تا بتوانیم مقدار مواد مورد نیاز برای یک واکنش یا مقدار فراورده تولید شده را محاسبه کنیم. اگر تعداد اتمهای یکی از مواد موجود در واکنش را بدانیم، با استفاده از ضرایب معادله موازنه شده، تعداد اتمها یا مولکولهای سایر مواد (چه واکنشدهنده و چه فراورده) را میتوانیم محاسبه کنیم.
خود را بیازمایید (صفحه 35 کتاب درسی)
در واکنشِ سوختن متان تعداد مولکولهای اکسیژن و متان مورد نیاز برای تولید 50 مولکول کربن دی اکسید را محاسبه نمایید.
بیندیشید
فرض کنید یک کیسۀ 50 کیلوگرمی لوبیا در اختیار دارید و میخواهید با کمک یک ترازوی معمولی (حداقل 10 گرم را میتواند دقیق اندازهگیری کند) تعداد لوبیاهای داخل کیسه و جرم یک دانۀ لوبیا را تعیین کنید. چه راه حلی پیشنهاد میکنید؟
شمارش اتمها
میدانیم جرم هر اتم به تعداد پروتون و نوترون موجود در هستۀ آن اتم (عدد جرمی) بستگی دارد. اتمها آن قدر کوچکاند که مشاهده و شمارش آنها با دستگاههای معمولی امکانپذیر نیست. پس چگونه میتوان تعداد اتمها را در یک مقدار معین ماده تعیین کرد؟ بر اساس پاسخی که به فعالیت بیندیشید قبل دادهاید، راه حلی پیشنهاد کنید.
اگر جرم تعداد مشخصی اتم را داشته باشیم میتوانیم جرم هر اتم را از تقسیم جرم بر تعداد اتمها محاسبه کنیم (مانند محاسبۀ جرم 1 لوبیا!) و تعداد اتمها را نیز میتوانیم در مقداری از ماده تعیین کنیم (مانند شمردن تعداد لوبیا در یک کیسۀ لوبیا!).
تعداد بسیار زیادی اتم باید کنار هم قرار گیرند تا جرمِ قابل اندازهگیری داشته باشند. (بهنظر شما چند اتم؟)
این تعداد را دانشمندان $6/022\times {{10}^{23}}$ به دست آوردند! (میتوانید بزرگی این عدد را تصور کنید؟ با این تعداد توپ بسکتبال میتوانیم سیارهای به اندازه کره زمین بسازیم! یا اگر این تعداد سکۀ 5000 ریالی روی هم چیده شوند ارتفاع آنها به طرف دیگر کهکشان راه شیری میرسد!).
این عدد (یعنی $6/022\times {{10}^{23}}$) به عدد آووگادرو معروف است و به این تعداد از هر اتم یا مولکول، یک مول ($mol$) اتم یا مولکول گفته میشود. بنابراین میتوانیم تعداد اتمها و مولکولها را با واحد مول گزارش کنیم.
عددآووگادرو (${{N}_{A}}$) تعداد ذرههای موجود در یک مول از یک ماده است.
اگر یک مول اتم ($6/022\times {{10}^{23}}$ اتم) کنار هم باشند جرم آنها با دستگاههای معمولی قابل اندازهگیری است. مثلاً، یک مول اتم کربن جرمی معادل 12 گرم، یک مول اتم اکسیژن جرمی برابر 16 گرم و یک مول اتم هیدروژن جرمی معادل 1 گرم دارند.
مول ($mol$) کاربرد بسیار وسیعی در دنیای شیمی پیدا کرده است تا جایی که امروزه به عنوان یکا یا واحد شمارش اتمها، مولکولها و یونها شناخته میشود.
نکتۀ مهم این است که گرم برای گزارش جرم یک اتم، یکای بسیار بزرگی است. مثل اینکه بخواهیم قطر نوک خودکار را با واحد کیلومتر گزارش کنیم. به همین دلیل دانشمندان برای جرم اتمها و مولکولها یکای کوچکی به نام واحد جرم اتمی که آن را با $amu$ نشان میدهند ارائه کردهاند. جرم یک اتم، عدد جرمی آن است که بر حسب $amu$ بیان میشود؛ برای مثال، جرم اتم ${}_{8}^{16}O$ برابر $16\,amu$ است.
جرم مولی
شیمیدانها برای بیان جرم یک مول از اتمها یا مولکولها از جرم مولی استفاده میکنند.
جرم مولی، جرم یک مول از اتمها یا مولکولهاست که برحسب گرم بر مول ($g.mo{{l}^{-1}}$) بیان میشود. برای مثال جرم مولی اتمهای اکسیژن 16 گرم بر مول است. جرم مولی مولکولها بر اساس جرم مولی اتمهای سازندۀ آنها قابل محاسبه است. برای مثال، جرم مولی مولکولهای اکسیژن (${{O}_{2}}$) $2\times 16=32$ گرم بر مول و جرم مولی مولکولهای آب (${{H}_{2}}O$) $(2\times 1)+16=18$ گرم بر مول ($g.mo{{l}^{-1}}$) است.
خود را بیازمایید (صفحه 37 کتاب درسی)
1- بر اساس جرم مولی عناصر داده شده، جرم مولی ترکیبهای خواسته شده را محاسبه کنید.
| نام و نماد شیمیایی | کربن ($C$) |
هیدروژن ($H$) |
اکسیژن ($O$) |
فسفر ($P$) |
گوگرد ($S$) |
| جرم مولی (گرم بر مول) |
12 | 1 | 16 | 31 | 32 |
الف) فسفریک اسید (${{H}_{3}}P{{O}_{4}}$):
ب) گوگرد تری اکسید ($S{{O}_{3}}$):
ج) متان ($C{{H}_{4}}$):
2- با توجه به اینکه با داشتن جرم و جرم مولی ماده میتوانیم تعداد مول را محاسبه کنیم به سؤالات زیر پاسخ دهید.
الف) در 9 گرم آب (جرم مولی $18\,g.mo{{l}^{-1}}$) چند مول مولکول ${{H}_{2}}O$ و چند مول اتم هیدروژن وجود دارد؟
ب) چند گرم از کربن دی اکسید شامل 2 مول مولکول کربن دی اکسید است؟
همانطور که گفته شد، معادلۀ شیمیایی موازنه شده، نسبت تعداد اتمها یا مولکولهایی را که در واکنش شرکت میکنند یا در جریان واکنش تولید میشوند، نشان میدهد. برای واکنشِ سوختنِ متان در اکسیژن دو توصیف زیر را میتوانیم به کار ببریم:
1 مولکول متان با 2 مولکول اکسیژن واکنش میدهد و 1 مولکول کربن دی اکسید و 2 مولکول آب تولید میشود.
2 مول متان با 2 مول اکسیژن واکنش میدهد و 1 مول کربن دی اکسید و 2 مول آب تولید میشود.
خود را بیازمایید (صفحه 37 کتاب درسی)
با توجه به معادلۀ شیمیایی واکنش سوختن گاز متان در گاز اکسیژن جدول زیر را کامل کنید.
$C{{H}_{4}}(g)+2{{O}_{2}}(g)\to C{{O}_{2}}(g)+2{{H}_{2}}O(g)$
| تعداد مولکول متان |
تعداد مولکول اکسیژن مورد نیاز |
تعداد مولکول کربن دی اکسید تولید شده | تعداد مولکول آب تولید شده |
| $1$ | 2 | 2 | |
| $10$ | |||
| $1000$ | |||
| $6/022\times {{10}^{23}}$ | |||
| $1\,mol$ | |||
| $5\,mol$ | $5\,mol$ |
نمونۀ حل شده
با توجه به معادلۀ شیمیایی سوختن گاز متان:
الف) چند مول گاز اکسیژن برای سوزاندن 1/6 گرم گاز متان نیاز است؟
ب) چند مول آب در طی این واکنش تولید میشود؟
(جرم مولی کربن، اکسیژن و هیدروژن به ترتیب 12، 16 و 1 گرم بر مول است)
پاسخ:
الف) ضرایب در معادلۀ موازنه شده نشان دهندۀ نسبت مولی مواد در واکنش است. پس ابتدا مقادیر داده شده را به مول تبدیل میکنیم:
ب) معادلۀ واکنش نشان میدهد که اگر 0/1 مول متان در واکنش شرکت کند، 0/2 مول گاز اکسیژن (یعنی $0/2\times 6/022\times {{10}^{23}}$ مولکول ${{O}_{2}}$) نیاز است و 0/2 مول آب تولید میشود.
خود را بیازمایید (صفحه 38 کتاب درسی)
با توجه به معادلۀ موازنه شدۀ تولید گاز آمونیاک، به سؤالات زیر پاسخ دهید.
الف) برای تولید 3 مول $N{{H}_{3}}$ چند مول گاز هیدروژن نیاز است؟
ب) چند مول اتم نیتروژن برای واکنش کامل با 2 مول گاز هیدروژن نیاز است؟ (توجه! در مولکول گاز نیتروژن 2 اتم نیتروژن وجود دارد).
ج) در صورتی که 5/6 گرم گاز نیتروژن (${{N}_{2}}$) در واکنش شرکت کند چند مول $N{{H}_{3}}$ تولید میشود؟ (جرم مولی عنصر نیتروژن 14 گرم بر مول است).
گرما شیمی
گرما شیمی یا ترمو شیمی علمی است که به مطالعۀ تغییرات انرژی (گرما) طی یک واکنش شیمیایی میپردازد. بهطور کلی انجام دادن یک واکنش شیمیایی با تغییر انرژی همراه است. در بسیاری از واکنشها مانند سوختن گاز طبیعی، گرما آزاد میشود و گرمای لازم برای پختن غذا روی اجاق گاز یا جوشیدن آب فراهم میشود. در مقابل، فرایند ذوب یخ به جذب انرژی گرمایی نیاز دارد. پس برای انجام دادن برخی واكنشها، به گرما نياز داريم، يعنی گرما بايد از محيط جذب شود، اين واكنشها گرماگير ناميده میشوند.واكنشهای ديگری هستند كه با آزاد شدن گرما همراهاند، در اين نوع واكنشها، گرمای آزاد شده به محيط اطراف منتقل میشود. اين واكنشها گرماده یا گرمازا ناميده میشوند.
نمونههایی از واکنشهای گرماده و گرماگیر در طبیعت در جدول زیر نمایش داده شده است.
| فرایند گرماده | فرایند گرماگیر |
| تشکیل یخ | ذوب یخ |
| تشکیل برف از ابر | تبدیل یخ به بخار آب |
| تشکیل باران از بخار آب | تبخیر آب |
| سوختن کبریت | پخت نان |
| زنگ زدن آهن | تولید قند در فرایند فتوسنتز |
| سوختن گاز طبیعی و نفت | انحلال آمونیوم نیترات در آب |
| انحلال اسیدها در آب | ذوب نمک |
آزمایش کنید (صفحه 40 کتاب درسی)
برای درک بهتر واکنشهای گرماده و گرماگیر آزمایشهای زیر را انجام دهید.
الف) 25 میلیلیتر آب را در یک بشر ریخته و 10 گرم پودر پتاسیم نیترات به آن اضافه کنید. سپس مخلوط را با استفاده از دماسنج به آرامی به هم بزنید. بشر را در کف دست خود نگه دارید. چه چیزی احساس میکنید؟ انرژی گرمایی به دست شما منتقل شده و یا از آن گرفته میشود؟
ب) 25 میلیلیتر محلول مس (II) سولفات را در بشر ریخته و به آن مقداری پودر روی اضافه کنید. سپس با استفاده از دماسنج مخلوط را به آرامی هم بزنید. با دقت سطح بیرونی بشر را لمس کنید. چه اتفاقی را مشاهده میکنید؟ دیوارۀ بشرگرم شده یا سرد میشود؟
|
|
|
سطح انرژی
میدانید که واکنشهای گرماده، گرما آزاد میکنند. حال ممکن است بپرسید که منبع این گرما چیست؟ و از کجا میآید؟ در یک واکنش گرماگیر، گرمای جذب شده چه میشود؟ با توجه به قانون بقای انرژی، گرما ناپدید نمیشود. پاسخ این پرسشها به کمک کمیتی به نام سطح انرژی امکانپذیر است. هر سامانه دارای یک سطح انرژی است، به این معنی که شامل مقدار معینی گرما است. سطح انرژی یک سامانه در جریان واکنش شیمیایی تغییر میکند. تغییر سطح انرژی، همان اختلاف میان سطح انرژی واکنش دهندهها و فراوردههاست.
بخشی از جهان که مورد مطالعه قرار میگیرد سامانه (سیستم) نام دارد.
بخشی از جهان که با سامانه برهم کُنشِ داشته باشد، محیط در نظر گرفته میشود.
در حالت کلی میتوان در مورد هر فرایند شیمیایی چنین گفت:
- در یک فرایند گرماده، سطح انرژی فراوردهها (به اندازۀ گرمای آزاد شده) کمتر از سطح انرژی واکنشدهنده هاست.
- در یک فرایند گرماگیر، سطح انرژی فراوردهها (به اندازۀ گرمای گرفته شده) بیشتر از سطح انرژی واکنشدهندهها است.
بیشتر بدانید
جوشکاری ترمیت، واکنشی گرماده بین اکسید فلز آهن و فلز آلومینیوم است. در اثر این واکنش، حرارت بسیار بالایی به وجود میآید که گرمای مورد نیاز برای ذوب شدن قطعاتی که قرار است به هم جوش داده شوند، تأمین میشود. جوشکاری ریلهای راه آهن از جمله پرکاربردترین موارد استفاده از جوشکاری ترمیت است. علت اصلی انجام این واکنش و تولید گرمای فراوان، تمایل زیاد فلز آلومینیوم به ترکیب شدن با اکسیژن و تشکیل ترکیب پایدار $A{{l}_{2}}{{O}_{3}}$ است.
$F{{e}_{2}}{{O}_{3}}+2Al\to 2Fe+A{{l}_{2}}{{O}_{3}}$
آزمایش کنید (صفحه 42 کتاب درسی)
با استفاده از توضیحات زیر، کیسههای سرمازا و گرمازا بسازید:
کیسههای سرمازا، حاوی کیسۀ کوچکی از آمونیم نیترات در داخل کیسۀ آب است. با فشار دادن کیسه، آمونیم نیترات از کیسه خارج شده و وارد آب میشود. در این کیسهها واکنش شیمیایی زیر انجام میشود:
$N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}(s)+{{H}_{2}}O\,(l)\to N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}(aq)$
با قرار دادن این کیسهها در محل آسیب دیده، فرد درد کمتری احساس میکند. چرا؟
کیسههای گرمازا حاوی مقداری کلرید کلسیم است و واکنش زیر در آنها انجام میشود.
$CaC{{l}_{2}}(s)+{{H}_{2}}O\,(l)\to CaC{{l}_{2}}(aq)$
با قرار دادن این کیسهها در محل آسیب دیده، جریان خون افزایش مییابد و گرفتگی ماهیچهها به سرعت بر طرف میشود. چرا؟
سرعت واکنش
سرعت یک واکنش شیمیایی، روند تبدیل مواد واکنشدهنده به محصول را در مدت زمان معینی نشان میدهد. بررسی سرعت واکنشها یکی از مهمترین مباحث در شیمی است. شیمیدانها همیشه به دنبال راهی هستند که سرعت یک واکنش را بالا ببرند تا در زمان کوتاه بازده بالایی داشته باشند یا در پی راهی برای کاهش سرعت یا متوقف ساختن برخی واکنشهای مضر هستند. هدف از مطالعه سرعت یک واکنش این است که بدانیم واکنش چقدر سریع رخ میدهد. از این نظر، واکنشها به سه دسته تقسیم میشوند:
1- واکنشهای سریع که زمان انجام این واکنشها کم و در حدود حساسیت انسان به زمان (ثانیه) است، مانند واکنشهای انفجاری.(شکل 10)
2- واکنشهای معمولی که زمان انجام این واکنشها در حدود چند دقیقه یا چند ساعت طول میکشد، مانند پختن تخم مرغ.
3- واکنشهای کند که زمان انجام این واکنشها ماهها و سالها طول میکشد، مانند زنگ زدن آهن.
عوامل مؤثر بر سرعت واکنش
میدانيم كه برخورد مولكولها مقدمۀ انجام واكنش شیمیایی است. اما واقعيت آن است كه تنها برخوردهایی به انجام یک واکنش شیمیایی منجر میشود که از انرژی كافی برخوردار باشند. شكل زير نشان میدهد كه افزايش دما باعث میشود تعداد برخوردهای مولكولها افزایش یابد و درنتیجه باعث افزایش سرعت واکنش میشود.
دیگر عامل تأثیرگذار بر سرعت واکنشهای شیمیایی کاتالیزگر است. کاتالیزگرمادهای است که در واکنش شرکت میکند و سرعت واکنشهای شیمیایی را افزایش میدهد ولی در واکنش مصرف نمیشود؛ به این معنی که در پايان واكنش دست نخورده باقی میمانند. در صنعت استفاده از کاتالیزگر بر افزایش دما به علت صرف انرژی کمتر و کاهش هزینهها برتری دارد. تعدادی از کاتالیزگرهای مورد استفاده در صنعت در شکل زیر نمایش داده شده است.
بیشتر بدانید
سوختن بنزين در موتور خودروها، گازهای آلايندۀ هوا از قبيل کربن مونوكسيد، نیتروژن اکسید و هيدروكربنهای نسوخته را که گازهایی سمی هستند؛ پديد میآورد. با قرار دادن كاتاليزگرهایی از جنس نانو ذرات فلز پلاتین و پالادیم یا فولاد ضد زنگ در اگزوز خودروها گازهای فوق با سرعت به گازهايی بیخطر، مانند گاز کربن دی اکسید، گاز نيتروژن و بخار آب تبديل شوند.
آنچه آموختیم در یک نگاه
ارزشیابی پایان فصل (صفحه 47 کتاب درسی)
1- تفاوت عمدۀ مفهوم دما و گرما را توضیح دهید.
2- واکنش زیر را موازنه کنید:
\[KCl{{O}_{3}}(s)\to KCl\,(s)+{{O}_{2}}(g)\]
3- دو نمونه از واکنشهای گرماده و گرماگیر را نام ببرید و معادلۀ نمادی آنها را بنویسید.
4- واکنشهای زیر از نظر سرعتِ انجام دستهبندی کنید:
| واکنش | واکنش سدیم با آب | سوختن گاز طبیعی | تیره شدن انگشتر نقره | فاسد شدن موادغذایی |
| سرعت |