خلاصه درس فصل ۱ علوم نهم؛ درسنامه و نکات مهم

چرا سیم‌ها مسی‌اند؟

سیم برق باید جریان الکتریکی را به‌خوبی عبور دهد و بتوان آن را به شکل رشته‌های باریک و بلند ساخت. مس هر دو ویژگی را دارد؛ برای همین در سیم‌کشی ساختمان کاربرد زیادی دارد.

سه ویژگی مهم مس را به کاربردشان وصل کنیم:

• رسانایی الکتریکی زیاد: جریان برق را به‌خوبی از خود عبور می‌دهد.
• قابلیت مفتول شدن: می‌توان آن را به صورت رشته‌های باریک و بلند، یعنی مفتول، درآورد.
• مقاومت در برابر خوردگی: در برابر تغییر و آسیب شیمیایی ناشی از محیط مقاومت دارد؛ پس برای استفادهٔ طولانی‌مدت مناسب است. البته این ویژگی به معنی «هرگز واکنش ندادن» نیست.

مثلاً در سیم شارژر، رشته‌های باریک مسی می‌توانند جریان برق را عبور دهند. پس انتخاب مس فقط به یک ویژگی مربوط نیست؛ مجموعهٔ خواص آن مس را برای این کاربرد مناسب می‌کند.

برای دیدن مس، هرگز روکش سیم برق را باز نکن؛ مشاهدهٔ تصویر یا نمونهٔ آموزشیِ جدا از برق کافی است.

تغییر آرام فلزها

اگر یک وسیلهٔ آهنی زنگ‌زده دیده باشی، نشانه‌ای از یک واکنش شیمیایی آرام را دیده‌ای. آهن با اکسیژن واکنش می‌دهد و زنگ آهن به وجود می‌آید. این تغییر فقط عوض شدن ظاهر آهن نیست؛ مادهٔ تازه‌ای تشکیل شده است.

مس هم با اکسیژن به‌آرامی ترکیب می‌شود، اما مادهٔ حاصل از آن مس‌اکسید نام دارد، نه زنگ آهن. پس هر دو فلز می‌توانند با اکسیژن واکنش بدهند، ولی محصول واکنش آن‌ها یکسان نیست.

نکتهٔ مهم این است: آرام بودن واکنش به معنی رخ ندادن آن نیست. ممکن است با نگاه کردن کوتاه به سطح یک فلز، تغییری نبینی؛ چون بعضی تغییرهای شیمیایی برای دیده شدن به زمان نیاز دارند.

از منیزیم تا طلا

آیا همهٔ فلزها در تماس با اکسیژن مثل هم رفتار می‌کنند؟ آهن و مس به‌آرامی واکنش می‌دهند؛ اما منیزیم، وقتی با شعله گرم شود، به‌سرعت می‌سوزد و نور خیره‌کننده‌ای تولید می‌کند. این سوختن، واکنش سریع منیزیم با اکسیژن است و نشان می‌دهد منیزیم از آهن و مس واکنش‌پذیرتر است.

در سوی دیگر، طلا در شرایط مورد بحث با اکسیژن ترکیب نمی‌شود. به همین دلیل، زیورآلات طلا در تماس با هوای معمولی مثل وسایل آهنی زنگ نمی‌زنند. البته این به معنی آن نیست که طلا با هیچ ماده‌ای واکنش نمی‌دهد!

پس فلز بودن به معنی داشتن واکنش‌پذیری یکسان نیست: بعضی فلزها با اکسیژن سریع واکنش می‌دهند، بعضی آهسته و بعضی در این شرایط واکنش نمی‌دهند.

این مقایسه برای فهم رفتار فلزهاست؛ سوزاندن منیزیم را در خانه امتحان نکن و به نور شدید سوختن آن مستقیم نگاه نکن.

مقایسه با یک آزمایش

برای مقایسهٔ واکنش‌پذیری آهن، منیزیم و روی، می‌توان سرعت واکنش آن‌ها را با محلول کات کبود بررسی کرد. در سه بشر، مقدارهای برابر از محلول کات کبود با غلظت یکسان می‌ریزیم؛ سپس در هر بشر یکی از این فلزها را قرار می‌دهیم و سرعت تغییر رنگ محلول‌ها را مقایسه می‌کنیم.

مقایسه باید منصفانه باشد: دمای محلول‌ها و سطحِ در تماسِ تیغه‌های فلزی با محلول هم باید یکسان باشد. درست مثل مقایسهٔ سرعت دو دونده که باید مسیر یکسانی را بدوند!

در این شرایط، تغییر رنگ سریع‌تر نشانهٔ واکنش سریع‌تر فلز با محلول است و به ما کمک می‌کند فلز واکنش‌پذیرتر را تشخیص دهیم. پس فقط دیدن تغییر رنگ کافی نیست؛ مهم است بدانیم این تغییر در چه مدت رخ داده است.

این آزمایش را فقط در آزمایشگاه و زیر نظر معلم انجام بده؛ کات کبود را لمس نکن و از چشیدن آن بپرهیز.

اکسیژن؛ از هوا تا صنعت

هوایی که نفس می‌کشی مخلوطی همگن از چند گاز است؛ اکسیژن فقط یکی از آن‌هاست. اکسیژنِ تنفسی به شکل مولکول‌های دواتمی با فرمول $\mathrm{O_2}$ وجود دارد؛ یعنی هر مولکول آن از دو اتم اکسیژن ساخته شده است.

اما همین عنصر شکل دیگری هم دارد: اوزون با فرمول $\mathrm{O_3}$. هر مولکول اوزون سه اتم اکسیژن دارد. اوزون در لایه‌های بالایی هوا مانند سپری محافظ، جلوی رسیدن بخشی از پرتوهای خطرناک فرابنفش به زمین را می‌گیرد؛ البته در هوای آلوده هم یافت می‌شود.

نقش اکسیژن به تنفس محدود نیست. اتم‌های آن در ساخت ترکیب‌هایی مانند سولفوریک اسید با فرمول $\mathrm{H_2SO_4}$ شرکت دارند. این ترکیب در تهیهٔ کود شیمیایی، رنگ و شوینده‌ها کاربرد دارد. در ساختارش، هیدروژن و گوگرد هم حضور دارند. گوگرد نافلزی جامد و زردرنگ است که در اطراف دهانهٔ برخی آتشفشان‌ها یافت می‌شود.

پس تفاوت مهم این است: مولکول اوزون فقط اتم اکسیژن دارد، اما سولفوریک اسید از چند نوع عنصر ساخته شده است.

نیتروژن؛ از هوا تا کود

فکر می‌کنی هوای اطراف ما چه ارتباطی با کودِ یک گلدان دارد؟ نیتروژن هوا می‌تواند مادهٔ اولیهٔ ساخت کود باشد؛ البته ابتدا باید به مواد دیگری تبدیل شود.

نیتروژن در هوا به شکل گاز با مولکول‌های دواتمی وجود دارد. فرمول آن $\mathrm{N_2}$ است؛ یعنی هر مولکول آن از دو اتم نیتروژن ساخته شده است، نه دو عنصر متفاوت.

در صنعت، از واکنش گاز نیتروژن با گاز هیدروژن، آمونیاک تولید می‌کنند. آمونیاک ماده‌ای تازه است؛ پس نیتروژن و آمونیاک را یکی ندان! سپس از آمونیاک برای تهیهٔ کودهای شیمیایی و مواد منفجره استفاده می‌شود.

برای به‌خاطر سپردن ارتباط هوا با کشاورزی، این مسیر را دنبال کن: نیتروژنِ هوا، تولید آمونیاک، تهیهٔ کود شیمیایی. پس بخشی از مسیر ساخت کود، از یک گاز موجود در هوا شروع می‌شود.

شباهت در مدار آخر

دو خانه ممکن است تعداد طبقه‌های متفاوتی داشته باشند، اما تعداد اتاق‌های آخرین طبقه‌شان برابر باشد. در مدل بور اتم‌ها هم می‌توانیم تعداد مدارها و تعداد الکترون‌های مدار آخر را جداگانه مقایسه کنیم.

برای اتم‌های خنثیِ این چهار عنصر، چیدمان الکترون‌ها از مدار نزدیک هسته به بیرون چنین است:

• نیتروژن: $2، 5$
• فسفر: $2، 8، 5$
• کربن: $2، 4$
• سیلیسیم: $2، 8، 4$

آخرین عدد هر ردیف، تعداد الکترون‌های مدار آخر را نشان می‌دهد. پس نیتروژن و فسفر هر دو در مدار آخر $5$ الکترون دارند؛ اما نیتروژن دو مدار و فسفر سه مدار دارد. کربن و سیلیسیم هم هر دو در مدار آخر $4$ الکترون دارند؛ با این تفاوت که کربن دو مدار و سیلیسیم سه مدار دارد.

بنابراین برابر بودن تعداد الکترون‌های مدار آخر، به معنی یکسان بودن کل مدل اتمی نیست. هنگام مقایسه، مشخص کن شباهت یا تفاوت مربوط به کدام ویژگی است.

فلوئور و کلر در زندگی

اگر روی بستهٔ خمیردندان دنبال واژهٔ «فلوئورید» بگردی، ردّ یکی دیگر از نافلزها را پیدا می‌کنی! فلوئور به شکل یون فلوئورید در خمیردندان وجود دارد و به پیشگیری از پوسیدگی دندان کمک می‌کند؛ پس منظور، وجود فلوئور به شکل گاز در خمیردندان نیست.

حالا اتم فلوئور و اتم کلر را مقایسه کنیم. هر دو در مدار آخر خود هفت الکترون دارند. این شباهت به معنی یکسان‌بودن اتم‌های آن‌ها نیست؛ تعداد مدارهای الکترونی آن‌ها متفاوت است. هنگام مقایسهٔ مدل‌های بور، باید مشخص کنی که تعداد مدارها را مقایسه می‌کنی یا تعداد الکترون‌های مدار آخر را.

کلر و ترکیب‌های آن نیز کاربردهای گوناگونی دارند؛ برای نمونه، در ضدعفونی‌کردن آب به کار می‌روند. بنابراین این دو نافلز، هم در مراقبت از دندان‌ها و هم در بهداشت آب نقش دارند.

نظم‌دادن به عنصرها

اگر کتاب‌های کتابخانه بی‌هیچ نظمی کنار هم باشند، پیدا کردن یک کتاب سخت می‌شود. عنصرها هم برای مطالعهٔ آسان‌تر به یک نظم نیاز دارند؛ دانشمندان آن‌ها را بر پایهٔ ویژگی‌های مشترک طبقه‌بندی می‌کنند.

یکی از این ویژگی‌ها، تعداد الکترون‌های مدار آخر اتم است. در طبقه‌بندی این درس، عنصرهایی که این تعداد در اتم‌هایشان برابر است، معمولاً در یک ستون قرار می‌گیرند و خواص مشابهی دارند.

برای نمونه، اتم‌های کربن و سیلیسیم هر دو در مدار آخر خود چهار الکترون دارند؛ پس با وجود متفاوت بودن تعداد مدارهایشان، در یک ستون قرار می‌گیرند. بنابراین برای پیدا کردن هم‌ستون‌های یک عنصر، فقط تعداد کل الکترون‌ها یا تعداد مدارها را مقایسه نکن؛ به الکترون‌های مدار آخر نگاه کن.

حالا با همین راهنما، جای یک عنصر را تشخیص بده.

چرا عنصرها را دسته‌بندی می‌کنیم؟

فرض کن در کتابخانه‌ای، کتاب‌های داستان، علوم و تاریخ بدون هیچ نظمی کنار هم باشند. پیداکردن یک کتاب علمی وقت زیادی می‌گیرد! اگر کتاب‌های هر موضوع در بخش مشخصی باشند، هم راحت‌تر پیدایشان می‌کنی و هم می‌توانی آن‌ها را با هم مقایسه کنی.

دانشمندان برای مطالعهٔ عنصرها هم از همین روش کمک می‌گیرند: عنصرهایی را که خواص مشابهی دارند، در یک دسته قرار می‌دهند. به این کار «طبقه‌بندی» می‌گوییم. با این نظم، بررسی و مقایسهٔ عنصرها آسان‌تر می‌شود.

البته «مشابه‌بودن» به معنی «کاملاً یکسان‌بودن» نیست؛ همان‌طور که کتاب‌های علمی یک قفسه، همگی دربارهٔ علم‌اند، اما محتوای یکسانی ندارند، عنصرهای یک دسته هم می‌توانند تفاوت‌هایی داشته باشند.

حالا ببین می‌توانی دلیل این دسته‌بندی را تشخیص بدهی؟

مدار آخر؛ سرنخ ستون‌ها

برای پیدا کردن جای یک عنصر در جدول سادهٔ این درس، لازم نیست همهٔ الکترون‌هایش را بشماری؛ تعداد الکترون‌های مدار آخر سرنخ مهم‌تری است. در این جدول، معمولاً اتم‌هایی که تعداد الکترون‌های مدار آخرشان برابر است، در یک ستون قرار می‌گیرند و خواص مشابهی دارند.

مثلاً اتم سیلیسیم با نماد $\mathrm{Si}$، در مدارهایش به‌ترتیب $2$، $8$ و $4$ الکترون دارد. مدار آخر آن، دورترین مدار از هسته است و $4$ الکترون دارد؛ پس سیلیسیم در ستون چهارم این جدول قرار می‌گیرد، نه ستون سوم که تعداد مدارهایش است!

حالا به پرسش آغاز درس برگردیم: لیتیم و سدیم هر دو در مدار آخرشان $1$ الکترون دارند، اما منیزیم $2$ الکترون دارد. بنابراین لیتیم هم‌ستون سدیم است و انتظار داریم خواصش بیشتر به سدیم شبیه باشد.

یادت بماند: هم‌ستون بودن نشانهٔ شباهت است، نه اینکه دو عنصر در همهٔ ویژگی‌ها یکسان باشند.

عنصرها در بدن ما

وقتی راه می‌روی، قلبت می‌تپد و استخوان‌هایت وزن بدنت را تحمل می‌کنند. عنصرهای مختلف در این فعالیت‌ها نقش دارند؛ اما کار همهٔ آن‌ها یکسان نیست:

• آهن در ساختار هموگلوبین خون حضور دارد؛ هموگلوبین به جابه‌جایی اکسیژن کمک می‌کند.
• سدیم و پتاسیم در فعالیت‌های قلب نقش دارند.
• ید به تنظیم فعالیت‌های بدن کمک می‌کند.
• کلسیم در رشد استخوان‌ها مؤثر است.

پس عنصرها فقط موادی در آزمایشگاه نیستند؛ بدن ما هم برای کارکردهای گوناگون به آن‌ها نیاز دارد. مثلاً هنگام دویدن، هم رساندن اکسیژن به بخش‌های بدن مهم است و هم فعالیت قلب. در این دو کار، عنصرهای متفاوتی نقش دارند. البته این ارتباط‌ها به معنی آن نیست که هر عنصر فقط همین یک وظیفه را دارد.

عنصرها چقدر فراوان‌اند؟

اگر از دو مخلوط مواد یکسانی پیدا کنیم، آیا مقدار آن مواد هم حتماً برابر است؟ نه! در مقایسهٔ عنصرهای بدن و پوستهٔ زمین هم باید هم به نام عنصرها توجه کنیم و هم به سهم آن‌ها.

در نمودارهای صفحهٔ ۸، اکسیژن در هر دو جا بیشترین سهم را دارد؛ اما سهم آن در بدن حدود $65\%$ و در پوستهٔ زمین حدود $46.4\%$ است. پس بیشترین‌بودن در هر دو نمودار، به معنای برابر بودن درصدها نیست.

پس از اکسیژن، در پوستهٔ زمین سیلیسیم با حدود $28.2\%$ قرار دارد، ولی در بدن کربن با حدود $18\%$ دوم است. مثل دو فروشگاه که هر دو بیشتر از هر چیز نان می‌فروشند، اما دومین کالای پرفروششان متفاوت است!

برای مقایسهٔ درست، اول ببین نمودار مربوط به کجاست؛ سپس نام عنصر، درصد و جایگاهش را بررسی کن.

از مولکول کوچک تا بسپار

آیا همهٔ مولکول‌ها کوچک‌اند؟ نه! مولکول اکسیژن با فرمول $\mathrm{O_2}$ فقط از دو اتم ساخته شده است؛ اما در موادی مثل سلولز، هر مولکول تعداد بسیار زیادی اتم دارد. به موادی با چنین مولکول‌های بزرگی درشت‌مولکول می‌گوییم. سلولز، چربی و هموگلوبین از نمونه‌های آن هستند.

بسپارها دسته‌ای از درشت‌مولکول‌ها هستند. نکتهٔ مهم فقط بزرگی آن‌ها نیست: زنجیرهای بلند بسپار از اتصال تعداد زیادی مولکول کوچک به یکدیگر ساخته می‌شوند.

برای تصور این ساختار، ساختن یک گردنبند مهره‌ای را در نظر بگیر. با وصل‌کردن مهره‌های کوچک، رشته‌ای بلند به دست می‌آید. در این تشبیه، مهره‌ها نمایندهٔ مولکول‌های کوچک‌اند و رشتهٔ بلند، زنجیر بسپار را نشان می‌دهد.

پس هنگام شناخت بسپار، فقط نپرس «مولکولش بزرگ است؟»؛ بپرس «آیا زنجیر بلند آن از اتصال مولکول‌های کوچک ساخته شده است؟»

از مولکول کوچک تا بسپار

مولکول‌ها هم‌اندازه نیستند! بعضی، مثل مولکول اکسیژن با فرمول $\mathrm{O_2}$، فقط از چند اتم ساخته شده‌اند. اما بعضی دیگر، مانند مولکول سلولز، تعداد بسیار زیادی اتم دارند و درشت‌مولکول نامیده می‌شوند.

بسپارها گروهی از درشت‌مولکول‌ها هستند. ویژگی مهم آن‌ها فقط بزرگی نیست: زنجیرهای بلندشان از اتصال تعداد زیادی مولکول کوچک به یکدیگر ساخته می‌شود.

برای تصور این ساختار، گیره‌های کاغذ را در نظر بگیر. هر گیره کوچک است، اما اگر تعداد زیادی گیره را به هم وصل کنی، یک زنجیر بلند می‌سازی. در این تشبیه، هر گیره نمایندهٔ یک مولکول کوچک و زنجیر نمایندهٔ ساختار بسپار است؛ البته اتصال مولکول‌ها شیمیایی است، نه مثل اتصال گیره‌ها.

پس هر بسپار درشت‌مولکول است؛ اما فقط با دانستن اینکه مولکولی اتم‌های زیادی دارد، نمی‌توان نتیجه گرفت که بسپار است.

بسپارهای ساختهٔ طبیعت

از لباس نخی‌ات تا نانی که می‌خوری، می‌توانی ردّ بسپارهای طبیعی را پیدا کنی! این بسپارها از گیاهان یا جانوران به دست می‌آیند؛ یعنی منشأ آن‌ها موجودات زنده‌اند.

برای شناختنشان، مثال‌ها را در دو گروه ببین:

• گیاهی: سلولز، نشاسته و پنبه. سلولز در ساختار گیاهان وجود دارد، نشاسته در خوراکی‌هایی مانند سیب‌زمینی یافت می‌شود و از الیاف پنبه برای تهیهٔ پارچه استفاده می‌کنیم.
• جانوری: پشم و ابریشم. از پشم گوسفند لباس گرم و از ابریشمِ حاصل از کرم ابریشم پارچه تهیه می‌کنیم.

نکته این است که ساختن یک وسیله از بسپار طبیعی، منشأ آن بسپار را تغییر نمی‌دهد. مثلاً انسان پنبه را به نخ و پارچه تبدیل می‌کند، اما بسپارِ موجود در آن همچنان طبیعی است؛ چون از گیاه به دست آمده است.

حالا منشأ بسپارهای طبیعی را در یک جمله جمع‌بندی کن.

چرا بسپار مصنوعی ساختیم؟

فرض کن جمعیت یک شهر بیشتر شود و افراد بیشتری به لباس و وسایل روزمره نیاز داشته باشند. اگر فقط از بسپارهای طبیعی استفاده کنیم، آیا می‌توانیم همهٔ این نیازها را با هزینهٔ مناسب برآورده کنیم؟

در قرن بیستم، با افزایش جمعیت، تقاضا برای بسپارها بیشتر شد. بسپارهای طبیعی به‌تنهایی پاسخ‌گوی این نیاز نبودند؛ علاوه بر این، تهیهٔ وسایل از آن‌ها پرهزینه شد. این دو مسئله باعث شد شیمی‌دان‌ها به تولید بسپارهای مصنوعی از نفت توجه کنند.

پلاستیک نمونه‌ای از بسپارهای مصنوعی است. اگر به اطرافت نگاه کنی، آن را در بطری، بسته‌بندی خوراکی‌ها و بعضی وسایل شخصی می‌بینی. پلاستیک‌ها در ساخت قطعات خودرو و مصالح ساختمانی هم کاربرد دارند. پس تولید بسپارهای مصنوعی، راهی برای پاسخ‌دادن به نیاز گسترده‌تر انسان‌ها به مواد و وسایل بود، نه به این دلیل که بسپارهای طبیعی دیگر کاربردی نداشتند.

پلاستیک پس از مصرف

بطری پلاستیکی آب را بعد از نوشیدن کجا می‌اندازی؟ استفاده از بطری تمام شده، اما خود پلاستیک هنوز باقی است. پلاستیک‌ها در طبیعت به‌آسانی تجزیه نمی‌شوند؛ یعنی به‌سرعت به مواد ساده‌تر تبدیل نمی‌شوند و ممکن است مدت‌های طولانی در محیط بمانند. پس رها کردن آن‌ها در کنار رودخانه یا روی خاک، پایان ماجرا نیست.

شاید فکر کنی سوزاندن، راه سریعی برای خلاص شدن از پلاستیک است؛ اما سوزاندن پلاستیک‌ها بخارات سمی وارد هوا می‌کند. بنابراین، با این کار مشکل زباله را به آلودگی هوا تبدیل می‌کنیم.

راه مناسب‌تر، بازگردانی است: پلاستیک‌های مصرف‌شده جمع‌آوری و دوباره برای تولید وسایل به کار گرفته می‌شوند. مثلاً با جدا گذاشتن بطری خالی از زباله‌های تر، می‌توانی به بازگردانی آن کمک کنی.

نشانه‌ها برای جداسازی

دو ظرف پلاستیکی ممکن است شبیه هم باشند، اما آیا حتماً از یک جنس‌اند؟ برای تشخیص جنس پلاستیک، فقط به رنگ و شکل آن تکیه نمی‌کنیم؛ کد بازگردانی به ما کمک می‌کند.

اگر زیر یا کنار بعضی کالاهای پلاستیکی را نگاه کنی، عددی درون نشانه‌ای مثلثی از سه پیکان می‌بینی. این کد، جنس پلاستیک را مشخص می‌کند. هنگام جداسازی برای بازگردانی، پلاستیک‌هایی که کد یکسان دارند، در یک گروه قرار می‌گیرند تا جدا از جنس‌های دیگر بازگردانی شوند.

مثلاً اگر دو بسته‌بندی شکل‌های متفاوتی داشته باشند، ولی کد هر دو یکسان باشد، برای دسته‌بندی بر اساس جنس در یک گروه قرار می‌گیرند. برعکس، شبیه بودن دو ظرف دلیل کافی برای هم‌جنس بودن آن‌ها نیست.

پس نکته این است: برای جداسازی پلاستیک‌ها، کد را بررسی کن، نه فقط ظاهر را.