آموزش حرفه و فن
مطالبی مفید و دانستنی هایی فراتر از کتاب های درسی
صفحات وبلاگ
آرشیو وبلاگ
نویسنده: علی خزائی - ٦ شهریور ۱۳٩٠

شناخت مواد


چند نکته: اکسیژن، سلسیم، آلومینیم، آهن، سدیم، پتاسیم ومنیزیم به ترتیب هشت عنصر فراوان در پوسته زمین هستند، هیدروژن نیز یک درصد از عنصرهای سازنده پوسته زمین است.

مکان هر عنصر ها به حدود 2500 سال پیش برمیگردد، زمانی که تالس فیلسوف یونانی آب را عنصر اصلی سازنده جهان میدانست، دویست سال پس از تالس ارسطو عنصر هوا، خاک و آتش به عنصر پیشنهادی تالس افزود که تا دوهزار سال مورد پذیرش دانشمندان بود. ولی در سال 1803 جان دالتون شیمی دان انگلیسی با نظریه ی اتمی خود گام مهمی برای مطالعه ی ماده و ساختار آن برداشت.

دالتون اعتقاد داشت که همه ی مواد از یک ذره ی کوچک و تجزیه ناپذیری بنام اتم ساخته شده اند. که این در نخستین بار 2500 سال پیش توسط دموکریت فیلسوف یونانی مطرح شده بود.

دالتون نظریه علمی خود را در هفت بند شرح داد.

1- ماده از ذره های تجزیه ناپذیری بنام اتم ساخته شده است

2- همه ی اتم های یک عنصر مشابه یکدیگرند

3- اتم ها نه بوجود می آیند و نه از بین میروند

4- اتم، عنصر های مختلف جرم و خواص شیمیایی متفاوتی دارند

5- اتم عنصر های مختلف بهم متصل میشوند و مولکول ها را به و جود می آورند

6- در هر مولکول از یک ترکیب معیین همواره نوع و مقدار نسبی اتم های سازنده ی آن یکسان است

7- واکنش شیمیایی شامل جابجایی اتم ها یا تغییر در شیوه اتصال انها در مولکول هاست در این واکنش اتم ها خود تغییری نمی کنند.

دانشمندان پس از اجرای آزمایش های بسیاری سر انجام موفق شدند نسبت بار به جرم الکترون را اندازه گیری کنند مقدار پذیرفته شده برای بار و جرم الکترون به ترتیب 10 602/1 و 10 109/9 است.

در ساختار پیشنهادی جوزف تامسون برای اتم:

1- الکترون ها که ذره هایی با بار منفی هستند درون فضای کروی پراکنده شده اند.

2- اتم در مجموع خنثی است، بنابر این مقدار بار مثبت فضای کروی ابر گونه با مجموع بار منفی الکترون ها برابر است.

تعداد الکترونها = تعداد پروتونها

3- جرم زیاد اتم از وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن ناشی میشود.

پروتون دو ذره ی سازنده ی اتم در سال 1919 توسط رادرفورد و همکارانش شناسایی شد.

پروتون ذره ای با بار الکتریکی مثبت است. بزرگی بار الکتریکی پروتون با بار الکترون برابر است، ولی جرم پروتون 1837 برابر جرم الکترون است.

در سال 1932 یکی از شاگردان رادرفورد به نام جیمز چادویک از وجود ذره ای خنثی در اتم به نام نوترون خبر داد.

عدد اتمی در واقع تعداد پروتون ها در اتم را مشخص میکند که آن را با Z نمایش میدهند

و چون اتم ذره ای خنثی است بنابر این تعداد پروتونها باید با تعداد الکگترونها برابر باشد. پس عدد اتمی تعداد الکترونها نیز است.

رادرفورد معتقد بود که عدد اتمی همه ی اتم های یک عنصر یکسان است بنابر این میتوان توسط عدد اتمی میتوان نوع عنصر را تعین کرد.

عدد جرمی ایزوتوپ ها:

جرم اتم به تعداد پروتون ها و نوترون ها درون هسته ی آن بستگی دارد. و جرم الکترونها به جرم الکترونها تاثیر چشم گیری ندارد پس به مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یک اتم عدد جرمی گفته می شود و آن را با A نمایش میدهند

تعداد نوترون ها + تعداد پروتون ها (عدد اتمی) = عدد جرمی

A = Z + N

برای مثال: A=Z+N 35= 17+N N= 35-17 = 23

که شیمی دانها برای هر اتم این اطلاعات را به طور خلاصه بصورت مقابل مینویسند

که در آن X نماد شیمیایی عنصر است.

نکته: همه اتم های یک عنصر جرم یکسانی ندارند. ( ایزوتوپ = عدد جرمی)

ایزوتوپ ها اتم های یک عنصر هستند که عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت دارند.

نمونه ای از گاز کلر دو ایزوتوپ کلر -35 و کلر -37را به اثبات رساند.

تاکنون بیش از 23000 ایزوتوپ مختلف(طبیعی و ساختگی) شناخته شده است در این میان فقط 279 ایزوتوپ پایدار وجود دارد. برخی عنصرها مانند فلوئور، فسفر و آلومینیم تنها یک ایزوتوپ پایدار دارند در حالی که برخی از دو یا چند ایزو توپ پایدار برخوردارند، برای نمونه قلع ده ایزوتوپ پایدار دارد.

مثال: اکسیژن یه ایزوتوپ دارد

نکته: جرم اتم ها را بوسیله دستگاهی بنام طیف سنج جرمی اندازه گیری میکنند.

نکته: هنگامی که الکترون با گرفتن مقدار زیادی انرژی به تراز انرژی بی نهایت انتقال می یابد از میدان جاذبه ی هسته خارج می شود در این هنگام می گویند که اتم الکترون الکترون خود را از دست داده و به یون تبدیل شده است، به این فرآیند یونش میگویند.

پس یونش یعنی خارج کردن یک الکترون از اتم و ایجاد یون است که نیاز به انرژی خیلی زیاد دارد.

 

ویژگی های گروهی عنصر ها:

در حدود 91 عنصر از جدول تناوبی در طبیعت یافت می شود که به سه دسته تقسیم می شوند

1- فلزات 2- نافلزها 3-شبه فلزها

فلزات: بیش از 80 در صد عنصر ها فلز هستند مانند عنصر های قلیایی، قلیایی خاکی، واسطه و عنصر های دیگری مانند آلومینیم، قلع و... که دارای خواصی از جمله :

رسانایی خوب گرما و برق، دارا بودن سطح براق ، قابلیت چکش خواری و شکل پذیری از ویژگی های مشترک

نافلز ها : این عنصر ها به طور معمول رسانه ی خوبی برای گرما و برق نیستند و بر خلاف فلز ها شکننده اند و قابلیت چکش خواری و مفتول شدن ندارند و عموما از سطوح براق نیز برخوردار نیستند.

مثال: نیتروژن، اکسیژن، فلوئور و کلر

شبه فلزها: این عناصر نه جز فلز ها و نافلز ها  هستند مثل سیلسیم که درخشان و شکننده و عنصر نیمه رسانایی است.

گروه فلزات قلیایی:

این فلز ها همگی فلز هایی نرم و بسیار واکنش پذیرند، ای ن فلز ها آن چنان نرم هستند که با چاقو بریده می شوند و سطح براق آنها به سرعت با اکسیژن و محیط واکنش داده و تیره می شوند. و واکنش آنها خاصیت قلیایی بازی دارد.

مثال: مزیم(es) ، روبیویم (Rb) ، پتاسیم (K) ، سدیم ( Na) ، لیتیم (Li)

فلز های قلیایی خاکی:

فلزاتی هستند که سبب به گروه اول سخت تر و چگال تر هستند و دمای ذوب آنها نیز بیشتر است. واکنش پذیر هستند و سرعت واکنش پذیری آنها کمتر از نوع اول است

Be بریلم – mg منیزیم - ca کلسیم – sr استرانسیم – Ba باریم – Ra رادیم

عنصر های واسطه: همه فلز هستند اما واکنش پذیری شیمیایی آنها کمتر است.

نکته: هالوژنها به آسانی با فلز ها به ویژه فلز های قلیایی واکنش میدهند و نمک ها را می سازند هالوژن نمک ساز، هالوژن ها واکنش پذیر ترین نافلز است.

F فلوئور - cl کلر - Br برم - I ید - At استاتین

گازهای نجیب: در قدیم به نام گازهای بی اثر معروف بودند ( He هلیم ، Ne نئون ، Ar آرگون ، Kr کریپتون ، Xe زنون ، Rn رادون ) این گاز ها واکنش پذیری خیلی کمی دارند.

عناصر مهم وترکیبات آنها

الف:اکسیژن:گازی بی بو و بی رنگ وبدون مزه است.قابل اشتعال نیست وبرای سوختن کلیه اجسام وهم چینین تنفس موجود ضروری است. اکسژن با عناصر ترکیب شده و اکسید تولید می کند.

از آن در جوش کاری وبرش فلزات استفاده می شود.به مقدار زیاد در طبیعت وجود دارد.تقریبا نصف جرم زمین از ترکیبات اکسیژن دار تشکیل شدهحجم هوا نیز از اکسژن خالص است.

* در صنعت اکسیژن را از تفکیک گازهای موجود در هوا بدست می آورند.

* اکسیداسیون :ترکیب اکسیژن با یک عنصر را اکسیداسیون می گویند وترکیب حاصل را اکسید گویند.عمل احتراق در حقیقت اکسیداسیون است . سرعت بالای اکسیداسیون را احتراق( سوختن تند)وسرعت پایین همان زنگ زدن فلزات است.

احیا:عمل جدا کردن تمام یا قسمتی از اکسیژن موجود در یک ترکیب اکسیژن دار را احیا می گویند.

هیدروژن:

گازی بدون رنگ بو و مزه و سبک ترین عنصر است.قابل اشتعال واز آن در جوشکاری همراه اکسیژن استفاده می کنند.تولید مواد مصنوعی وجامد کردن روغن، هیدروژن به صورت خالص در طبیعت وجود ندارد وبه صورت ترکیب در آب به مقدار فراروان وجود دارد.

کربن :

کر بن عنصر اصلی اکثر مواد سوختنی مانند چوب،زغال،نفت،را تشکیل می دهد.

کربن خالص را در سه صورت می توان یافت:-

الف: به صورت کریستالهای خالص کربن که به نام الماس معروف است از سخت ترین عناصر است.

ب: به صورت مطبق(فرم فلش ها)گرانیت است.

گرانیت های ساده ای سیاه رنگ وبراق که حرارات والکتریسیته را خوب هدایت می کند.*

ج: کربن بیشکل (آمرف) را دردوده می توان یافت ازدوده درلاستیک های رنگ سازی استفاده می شود.

وجود کربن درفولاد اهمیت زیادی دارد باعث افزایش سختی واستحکام فولاد می شود.-

ترکیبات ساده کربن

الف) دی کسید کربن:از سوختن کامل کربن و با ترکیبات کربن دار گاز دی اکسید کربن تولید می شود.

ب) مونوکسید کربن :این گاز از سوختن ناقص کربن یا ترکیبات آن بوجود می آید وسمی است.

ج) کاربیدها :ترکیبات کربن با فلزات و پاره ای از غیر فلزات را کاربید می گویند.کاربید های آهن

هیدروکربن ها- سیلیسیم یکی ازغیر فلزات بوده و در طبیعت به صورت خالص یافت نمی شود.

ومهم ترین ترکیبات آن دی اکسید سیلیسیم است که به نام سیلیس معروف است ودر آلیاژهای مختلف آهن(فولاد و چدن )به کار می رود.

گوگرد

عنصری است زرد رنگ ،جامد وشکننده که در دهانه آتشفشان وچشمه های آب معدنی یافت می شود.

با اکسیژن ترکیب و تشکیل می دهد.ترکیب گوگرد با فلزات را سولفید گویند.

خواص فیزیکی مواد

خواص فیزیکی باعث تعییر درساختمان شیمیای اجسام نمی شود.

1- قابلیت هدایت وحرارت: قدرت هدایت وحرارت واحد طول جسم بر واحدهای مساحت مقطع آن فلزات هدایت حرارتی خوبی دارند ودر بین آنها نقره و مس وآلومینیوم بیشترین هدایت الکتریکی را دارند.

2- قابلیت هدایت الکتریسیته: که عبارت است از قدرت هدایت الکتریسیته واحد طول جسم بر واحد مساحت مقطع آن نقره و مس وآلومینیوم قابلیت هدایت الکتریکی بیشتری دارند.

3-جرم مخصوص:جرم واحد حجم ازهر جسم را جرم مخصوص آن جسم گویند.

4-نقطه ذوب:درجه حرارتی که یک ماده از حالت جامد به حالت مایع تبدیل شود نقطه ذوب گویند.

خواص مکانیکی مواد

عبارت است از مقاومت فلزات در مقابل تاثیرات عوامل مکانیکی، و از خواص مکانیکی می توان استحکام سختی وآلاتسیسته نام برد.

    

الف) استحکام: مقاومتی که اجسام در مقابل نیروی خارجی از خود نشان می دهند گفته می شود.

ب) سختی: مقاومتی که اجسام در مقابل نفوذ جسم خارجی از خود نشان می دهند.

ب) آلاتسیسیته: اجسامی یافت می شوند که تحت تاثیر نیرو، درآنها تغییر شکل حاصل شده وپس ازبرداشتن نیرو به حالت اولیه خود بر می گردند این خاصیت برگشت پذیری راالاتسیسیته می نامند مثل لاستیک و فنر.

خواص تکنولوژیکی

قابلیت چکش خواری،ریخته گری،جوشکاری وبرآده برداری مواد را خواص تکنولوژی می گویند.

الف)قابلیت چشک خواری: قابیلت تغییر شکل مواد را که درنیروی فشارو ضربه قابلیت چکش خواری می نامند.مثل فولاد ،مس،برنج را تحت فشار تغییر شکل داده وعملیاتی مثل نورد کاری،خمکاری وکوره کاری راروی آنها انجام داد ولی چون قابلیت چکش خواری ندارد.

ب)قابلیت ریخته گری:خاصیت شکل پذیری اجسام را در حالت مذاب،قابلیت ریخته گری می نامند چون آلیاژ های آلومینیوم ،آلیاژهای مس ومواد مصنوعی را می توان به راحتی ریخته گری کرد.

ج)قابلیت جوشکاری :موادی قابلیت جوشکاری دارند که بتوان آنها را به حرارت یا حرارات توام با فشار به صورت مذاب به یکدیگر متصل کرد ،فولادها مواد های مصنوعی وفلزات غیرآهنی قابلیت جوشکاری دارند.

د)براده برداری:جسمی قابلیت براده برداری خوب است که بتوان آن را با سرعت زیاد ونیروی کم براده برداری کرد و سطح آن نیز پس از براده برداری کاملا صاف وپرداخت شود.

خواص شیمیای مواد

از مهم ترین خواص شیمیایی مواد می توان مقاومت در مقابل خوردگی ،قابلیت احتراق ،مقاومت در مقابل اسید شدن و همچنین سمی بودن آنها را نام برد.

علی خزائی
دبیر حرفه و فن مدرسه راهنمایی ابوریحان بیرونی - سرگروه حرفه و فن و عضو کمیسیون فناوری اطلاعات و ارتباطات مقطع راهنمایی شهرستان اسدآباد
نویسندگان وبلاگ:
کدهای اضافی کاربر :


تماس با ما

.

.

.

.

مشاهده جدول کامل ليگ برتر ايران