سوال ۱۰۲ · شیمی
کنکور ریاضی ۱۴۰۲ نوبت اول · سوال ۱۰۲ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۳ · فصل ۳: شیمی جلوه‌ای از هنر، زیبایی و ماندگاری
کدام ماده در حالت مایع، انرژی گرمایی را بیشتر نگه می‌دارد؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
۱. منظور پرسش را در چارچوب کتاب مشخص می‌کنیم. در مبحث ذخیرهٔ انرژی خورشیدی، شاره‌ای مناسب است که بتوان آن را بسیار داغ کرد، بیآنکه به گاز تبدیل شود. کتاب برای این کاربرد، سدیم کلرید مذاب را مثال می‌زند که انرژی گرمایی را برای تولید بخار در شب یا روزهای ابری ذخیره می‌کند (شیمی ۳، صفحهٔ ۷۸–۷۹).
۲. نوع ذره‌ها و جاذبهٔ میان آن‌ها را بررسی می‌کنیم. پتاسیم کلرید، ، یک ترکیب یونی است و در حالت مذاب، یون‌های و دارد. ذوب‌شدن به معنای حذف جاذبهٔ الکتریکی میان این یون‌ها نیست. در مقابل، آب، نیتروژن و هیدروژن فلوئورید، به‌ترتیب با فرمول‌های ، و ، مواد مولکولی‌اند. در آب و هیدروژن فلوئورید پیوند هیدروژنی وجود دارد، اما این جاذبه ویژگی شارهٔ یونی مذاب را ایجاد نمی‌کند.
۳. نتیجه می‌گیریم. جاذبهٔ قوی میان یون‌های ناهم‌نام سبب می‌شود پتاسیم کلرید در دماهای بالا نیز بتواند مایع بماند؛ بنابراین، در مقایسهٔ موردنظر کتاب، برای نگهداری انرژی گرمایی در حالت مایع مناسب‌تر است. این استدلال با مقایسهٔ شاره‌های یونی و مولکولی و اهمیت گسترهٔ دمایی حالت مایع در کتاب همخوانی دارد (شیمی ۳، صفحهٔ ۷۷–۷۹).
دقت کنید که از این نتیجه نمی‌توان حکم کرد ظرفیت گرمایی ویژهٔ هر مایع یونی از آب بیشتر است؛ مقایسهٔ این پرسش دربارهٔ کاربرد شاره‌های بسیار داغ برای ذخیرهٔ انرژی است.
پاسخ: گزینهٔ ۱
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۲: ممکن است به دلیل ظرفیت گرمایی ویژهٔ زیاد آب، آن را انتخاب کنید؛ اما در چارچوب این پرسش، معیار مقایسه توانایی شاره برای مایع‌ماندن در دماهای بالا و ذخیرهٔ انرژی گرمایی است، نه صرفاً ظرفیت گرمایی ویژه. آب یک مادهٔ مولکولی است و برای این کاربرد، ویژگی شارهٔ یونی مذاب را ندارد.
- گزینهٔ ۳: ممکن است مایع‌بودن نیتروژن را برای ذخیرهٔ انرژی گرمایی کافی بدانید؛ درحالی‌که نیروهای بین‌مولکولی آن ضعیف است و فقط در دماهای بسیار پایین و گسترهٔ دمایی باریکی مایع می‌ماند.
- گزینهٔ ۴: وجود پیوند هیدروژنی در هیدروژن فلوئورید ممکن است شما را به انتخاب آن برساند؛ اما این ماده همچنان مولکولی است و جاذبهٔ میان مولکول‌های آن، ویژگی شارهٔ یونی برای مایع‌ماندن در دماهای بسیار بالا را فراهم نمی‌کند.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- بخش «هنرنمایی با شاره‌های مولکولی و یونی برای تولید برق» را به یاد آورید: برای ذخیرهٔ انرژی خورشیدی، چه نوع شاره‌ای به کار می‌رود؟
- مواد گزینه‌ها را به یونی و مولکولی دسته‌بندی کنید؛ سپس نوع جاذبهٔ میان ذره‌های سازندهٔ آن‌ها را مقایسه کنید.
- به دنبال ماده‌ای باشید که در حالت مذاب نیز از یون‌های مثبت و منفی تشکیل شده باشد و بتواند در دماهایی بسیار بالاتر از مایعات مولکولی، مایع بماند.