سوال ۸۰ · شیمی
کنکور تجربی ۱۴۰۲ نوبت دوم · سوال ۸۰ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۱ · فصل ۳: آب، آهنگ زندگی
کدام مورد، نادرست است؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
برای یافتن عبارت نادرست، ابتدا باید جهت اسمز و شرط توقف آن را مشخص کنیم.
۱. در اسمز، آب از میان غشای نیمه‌تراوا از سمت آب خالص یا محلول رقیق‌تر به سمت محلول غلیظ‌تر جابه‌جا می‌شود؛ درحالی‌که حل‌شوندهٔ عبورناپذیر از غشا در همان سمت باقی می‌ماند. این رفتار را می‌توان با بررسی شکل آب مقطر و آب دریا در کتاب توضیح داد (شیمی ۱، صفحهٔ ۱۱۸).
۲. با ورود آب به سمت محلول غلیظ‌تر، حجم و ارتفاع مایع در آن سمت افزایش می‌یابد. اختلاف ارتفاع، اختلاف فشاری ایجاد می‌کند که در برابر ادامهٔ ورود آب قرار می‌گیرد. هنگامی که این اثر با تمایل به عبور اسمزی آب موازنه شود، جابه‌جایی خالص آب متوقف می‌شود؛ بنابراین توقف اسمز الزاماً به معنای برابرشدن غلظت حل‌شونده در دو طرف نیست. برای مثال، در شکل کتاب، یون‌های نمک نمی‌توانند وارد سمت آب مقطر شوند؛ پس آن سمت همچنان بدون نمک می‌ماند، اما سمت دیگر محلول نمک است. در نتیجه، ادعای گزینهٔ ۳ نادرست است (شیمی ۱، صفحهٔ ۱۱۸).
۳. اسمز در جهت طبیعی خود، خودبه‌خودی است. برای حرکت آب در جهت مخالف، باید به سمت محلول غلیظ‌تر فشار خارجی کافی وارد کنیم؛ همان کاری که پمپ در دستگاه اسمز معکوس انجام می‌دهد. بنابراین اسمز معکوس به صرف انرژی نیاز دارد و گزینهٔ ۲ درست است (شیمی ۱، صفحهٔ ۱۱۸).
۴. کاربرد اسمز معکوس محدود به تهیهٔ آب شیرین نیست. اگر بخشی از آب شیر با اعمال فشار از غشای مناسب خارج شود و اجزای دیگر در سمت شیر باقی بمانند، مقدار آب نسبت به مواد باقی‌مانده کاهش می‌یابد و شیر تغلیظ می‌شود. این نتیجه با مفهوم غلظت، یعنی مقدار حل‌شونده در مقدار معینی از حلال یا محلول، سازگار است؛ پس گزینهٔ ۱ درست است (شیمی ۱، صفحه‌های ۹۴ و ۱۱۸).
۵. در دستگاه اسمز معکوس، عملکرد غشا به وضعیت آب ورودی نیز وابسته است. مواد معلق و مواد رسوب‌گذار می‌توانند غشا را دچار گرفتگی کنند و کارایی آن را کاهش دهند؛ بنابراین کیفیت آب بر مدت استفادهٔ مؤثر از غشا اثر می‌گذارد و گزینهٔ ۴ نیز درست است. این نکته با نقش اصلی غشا در دستگاه شیرین‌سازی نشان‌داده‌شده در کتاب ارتباط دارد (شیمی ۱، صفحهٔ ۱۱۸).
پاسخ: گزینهٔ ۳
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: ممکن است تصور کنید اسمز معکوس فقط برای شیرین‌سازی آب دریاست. اما با عبور دادن بخشی از آب شیر از غشای مناسب و نگه‌داشتن اجزای دیگر در سمت شیر، می‌توان آن را تغلیظ کرد؛ پس این عبارت درست است.
- گزینهٔ ۲: ممکن است حرکت آب در هر دو جهت را خودبه‌خودی بدانید. درحالی‌که اسمز در جهت طبیعی خود رخ می‌دهد، اما برای راندن آب در جهت معکوس باید فشار خارجی کافی وارد کرد؛ بنابراین عبارت درست است.
- گزینهٔ ۴: ممکن است نیمه‌تراوا بودن غشا را به معنای ثابت‌ماندن همیشگی کارایی آن بدانید. اما ناخالصی‌های آب می‌توانند موجب رسوب‌گذاری یا گرفتگی غشا شوند و مدت استفادهٔ مؤثر از آن را کاهش دهند؛ پس این عبارت درست است.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- شکل لولهٔ دارای غشای نیمه‌تراوا در صفحهٔ ۱۱۸ شیمی ۱ را به یاد آورید: غشا به آب اجازهٔ عبور می‌دهد، اما مانع عبور یون‌های نمک می‌شود.
- با ورود آب به سمت محلول غلیظ‌تر، سطح مایع در آن سمت بالا می‌رود. بررسی کنید اختلاف ارتفاع ایجادشده چه اثری بر ادامهٔ جابه‌جایی آب دارد.
- توقف جابه‌جایی خالص آب را از برابرشدن غلظت‌ها جدا کنید؛ فشار ناشی از اختلاف ارتفاع می‌تواند با تمایل آب به عبور اسمزی مقابله کند.