با سلام به همه همكاران ارجمند و دانش آموزان علاقمند به مسابقات آزمايشگاهي شيمي نكات مهم دستورالعمل برگزاري دهمين مسابقات آزمايشگا هي درسال تحصيلي ۸۸ -۸۷ را بر اساس بخشنامه رسيده به مدارس و تجربيات سالهاي گذشته به اطلاعتان مي رسانم. 

اهداف:

۱-ايجاد زمينه براي رشد توانمنديهاي دانش آموزان

۲- تفاوت مهارتهاي ذهني وروان -حركتي

۳- ايجاد انگيزه جهت مطالعه ،تحقيق و تفكر بيشتر در دانش آموزان وتقويت بنيه علمي آنها

۴- ترويج فعاليت هاي آزمايشگاهي وكار عملي

شرايط شركت كنندگان :

دانش آموزان مشغول به تحصيل در پايه سوم متوسطه كه شيمي ۱و۲ را با موفقيت گذرانده اند.

شيوه اجرا وزمان برگزاري:

اين مسابقه در چهار مرحله ،

آموزشگاهي  حداكثر تا تاريخ       ۱۰/۱۱/۸۷

منطقه اي  حداكثر تا تاريخ       ۲۰/۱۲/۸۷

استاني : مرحله تئوري ،فروردين ماه ۱۳۸۸ و مرحله عملي ،ارديبهشت ۱۳۸۸

وكشوري ،در تابستان ۸۸برگزار خواهد شد

مهارت هاي آزمايشگاهي بخش شيمي در چهار مرحله مسابقات آزمايشگاهي شامل:

1-    طراحي آزمايش

2-    اجراي آزمايش

3-    مشاهده ثبت يافته ها و تفسير داده ها

4-    تفسير نتايج آزمايش

5-    ارايه گزارش

در هر مرحله مي توان از مهارت هاي آزمايشگاهي به صورت اجراي آزمايش از كتاب شيمي 2 و آزمايشگاه و طراحي آزمايش از كتاب شيمي 1 و آزمايشگاه آزمون علمي و عملي به عمل آورد .

در مرحله كشوري و استاني از تمامي آزمايش هاي موجود در كتاب شيمي 2 و آزمايشگاه و در مرحله آموزشگاه و منطقه فقط از آزمايشهاي مربوط به مباحث نيم سال اول ارزش يابي انجام گيرد .

در هر چهار مرحله مي توان از نمونه هايي شبيه به مهارت هاي طراحي آزمايش ، مشاهده ثبت يافته ها و تفسير داده هاي موجود در كتاب شيمي (1) و آزمايشگاه در آزمون كتبي استفاده نمود . به عنوان مثال :

فكر كنيد ـ فعاليت هاي همچون دانشمندان صفحه ي 27 ، شناسايي با گل ها صفحه ي 31 ، هوا قوي تر است يا زمين ؟ صفحه ي 54 ، چه آينده اي در انتظار ماست ؟ صفحه 68 ، فكر كنيد صفحه ي 24 و صفحه ي 78 ، اندازه گيري سختي آب ، اندازه گيري فشار هوا و …

 

فهرست عناوين آزمايشگاهي پيشنهادي بخش شيمي

 

1-   مباني كار عملي

·        قوانين و مقررات ايمني آزمايشگاه

·        گزارش نويسي

·        آشنايي با وسايل آزمايشگاهي و روش استفاده از آنها

 مباحث كتاب شيمي و زندگي

2- محلولها

·        خواص غير عادي آب

·        كشش سطحي

·        مقايسه چگالي آب و يخ

·        حلاليت

·        اسيد و باز

·        شناساگرها

·        PH

·         رسانايي الكتريكي محلولها (الكتروليت)

3- گـازها

·        اجزاء هوا

·        خواص گاز اكسيژن

·        طراحي آزمايش قوانين گازها (قانون شارل ، قانون بويل )

 

مباحث کتاب  شيمي ۲ و آزمايشها

4- نظريه هاي اتمي (تجزيه وتحليل آزمايشهاي طراحي شده در تاريخچه پيشرفت نظريه ي اتمي )

·        تخليه الكتريكي در گازها ( لوله هاي كروكس )

·        خواص اشعه كاتدي

·        آزمون شعله و طيف نشري عناصر

5- بررسي ويژگيهاي عناصر

·        بررسي عناصر گروه يك ІA ، دو II A ، هفدهم VII A

·        بررسي دوره اي عناصر ( روند تغييرات در عناصر رديف دوم و سوم جدول تناوبي )

6-   ويژگيهاي مواد يوني

·         اندازه گيري آب تبلور

 مباحث كتاب شيمي سه و آزمايشها ( نيم سال اول)

  ۷- انواع واكنش هاي شيميايي

·        طراحي آزمايشهايي براي تشخيص انواع واكنش ها

·        بررسي آزمايشهاي كوه آتشفشان

·        طراحي آزمايشهايي براي شناسايي كاتيونها (Pb ²⁺  , Ag⁺ , Ba ²⁺ )

·        طراحي آزمايشهايي براي شناسايي آنيونها (Cl ^- , CrO₄^2- , SO₄ ^2-  )

8-  غلظت

·        مباحث غلظت ( غلظت معمولي ، مولاريته ، ….)

·        تهيه محلول با غلظت معين

·        رقيق كردن محلولها

·        حجم سنجي (تيتراسيون)

 

مباحث كتاب شيمي سه و آزمايشها ( نيم سال دوم )

9- گرماسنجي ( كالريمتري)

·        تعيين ارزش گرمايي گرماسنج

·        تعيين آنتالپي فرايندهايي نظير( انحلال ، سوختن ، ذوب و تبخير )

10- واكنش هاي خودبخودي و غيرخود بخودي

11- حلاليت

·        تعيين قابليت انحلال مواد

·        رسم نمودار انحلال

·        تهيه محلولهاي سيرشده و فراسير شده

12- خواص فيزيكي محلولها

·        اندازه گيري نقطه جوش مايع خالص

·        تأثير ناخالصي در دماي جوش

13- مقايسه ويژگيهاي محلولها ، كلوئيد ها ، مخلوط ها

14- روشهاي جداسازي مخلوط ها

·        تقطير

·        كروماتوگرافي

 اهداف :

انتظار مي رود دانش آموز :

1-    فرضيه قابل آزمون بسازد و يا از بين چند فرضيه ، فرضيه قابل آزمون را تشخيص بدهد .

2-    طرح قابل اجرايي را براي انجام آزمايش پيشنهاد كند .

3-     با اجراي دقيق آزمايش و رعايت نكات ايمني نتايج و داده ها را تفسير كند .

 

معيار :

1-    روش ارايه شده براي آزمايش قابل اجرا باشد .

2-    از وسايل و مواد براي دست ورزي و كنترل متغيرها به طور مناسب استفاده كند .

3-     از داده هاي به دست آمده نتيجه گيري مناسب كند .

4-     به كمك نمودارهاي و ثبت داده ها ، ترتيب رويدادها و مراحل انجام آزمايش را به طور مناسب توصيف كند .

( با توجه به اينكه برخي از همكاران در رابطه با رايانه نيز سوالاتي پرسيده بودند اضافه ميكنم)

 بخش رايانه :

در ارزشگذاري مسابقه دانش آموزي ( مرحله كارگاهي ) ، معيارهاي ارزشيابي زير مي تواند لحاظ شود :

1-    توجه به مباني شناخت مسأله و بكارگيري شيوه هاي تفكر جانبي و مكاشفه اي در نوشتن برنامه ها

2-     مستند سازي برنامه جهت بررسي سريع آن .

3-     نوآوري در بكارگيري توانائي كامپيوتر و انجام ابتكارات در حل مسئله

4-    توجه به ويژگيهاي يك برنامه خوب ، ساخت يافته و استفاده كمتر از دستور انتقال كنترل Go to .

5-     فهم درست از صورت مسأله و استفاده بهينه از عملكردهاي منطقي و مقايسه اي در نوشتن برنامه .

6-     جمع زمان صرف شده براي آزمون .

7-    تعميم پذيري برنامه .

 

دانستني هايي در مورد آب سنگين 
 والتر راسل در سال 1926 وجود دو تريم را پيش بيني كرد و هارولد يوري آن را در سال 1931 كشف كرد. درسال 1933 گيلبرت لوويس اولين نمونه ي خالص آب سنگين را با روش الكتروليز تهيه نمود. در سال 1934، هوسي و هافر با استفاده از آب سنگين و با انجام اولين آزمون هاي رديابي زيست شناختي به بررسي سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند. 
 آب سنگني به طور طبيعي در آب هاي كره ي زمين يافت مي شود اما بسيار كم. در واقع به ازاي هر 6000 ليترآب معمولي ، يك ليترآب سنگين بيش تريافت نمي شود. آب سنگين به روش هاي مختلفي توليد مي شود كه رايج ترين آن ها روش تقطير ويا روش الكتروليز است. در فرايند تقطير، آب را وارد برج هاي تقطير شبيه برج تقطير نفت خام مي كنند. آب سنگين به علت بيشتر بودن جرم مولي در دماي بالاتر از آب معمولي مي جوشد. با كنترل گرما در نقطه جوش آب معمولي ، آب سبك تبديل به بخار شده و از آب سنگين جدا مي شود. در فرايند الكتروليز با عبور جريان برق از آب ، آن را به اكسيژن و هيدروژن تبديل مي كنند. اما در ولتاژ تعيين شده ، D2O نمي تواند تجزيه شود . پس مقدار D2O در نمونه افزايش مي يابد. از آنجائي كه استفاده از روش هاي تقطير والكتروليزنياز به دستگاه هاي پيچيده و مقدار زيادي هزينه و انرژي دارد، به همين دليل بيش تر از روش هاي شيميايي براي تهيه ي آب سنگين استفاده مي كنند. اولين كارخانه ي آب سنگين در كشور نروژ احداث شد و در حال حاضر كشورهاي كانادا، هند، پاكستان ، نروژ، آرژانتين و روماني بزرگ ترين توليد كنندگان آب سنگين هستند كه در اين ميان كانادا مقام اول را دارد. 

كاربردهاي آب سنگين 
(1) در اوايل دهه ي 1930 مشخص شد كه از گرافيك وآب سنگين دو محيط تعديل كننده مي توان به وجود آورد. در يك كوره ي اتمي از آب سنگن براي كاهش سرعت نوترون ها و توليد thermal newtron استفاده مي شود. نوترون هاي آزاد شده در محيط پس از برخورد با هسته ي آب سنگين از سرعتشان كاسته شده و سپس جذب هسته ي اورانيوم مي شوند (نوترون هاي سريع به خوبي جذب نمي شوند) بر اثر برخورد اين نوترون ها ، هسته ي اورانيوم شكسته شده و علاوه بر توليد انرژي گرمايي فوق العاده كه بخار توليد مي كند و توربين هاي توليد برق را به حركت در مي آورد معمولاً دو نوترون نيز آزاد مي شود كه فرايند ذكر شده را تكرار كرده و فعل و انفعالات به صورت زنجيره اي انجام مي شوند. البته از آب معمولي نيز مي توان به عنوان كند كننده استفاده كرد، اما از آنجائي كه آب سنگين نوترون هاي حرارتي را هم جذب مي كند در راكتورهاي آب معمولي بايد اورانيوم غني شده با خلوص زياد استفاده كنند. اما در راكتور آب سنگين مي توان از اورانيوم معمولي يا غني نشده هم استفاده كرد. 
(2) توليد تري تيم: هنگامي كه دو تريم راكتور آب سنگين يك نوترون به دست مي آورد، به تري تيم تبديل مي شود تري تيم درساخت نيروگاه هاي گرما هسته اي به كار مي رود. 
(3) آزمون هاي سوخت وساز در بدن: از مخلوط آب سنگين با H2O18¬ ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬) نه ( براي انجام آزمايش اندازه گيري سرعت سوخت و ساز بدن حيوانات انسان استفاده مي شود كه آزمون آب دو بار نشان دار شده مي نامند. 
(4) طيف سنجي NMR: در اين طيف سنجي هنگامي كه هسته ي مورد نظر هيدروژن وحلال آب باشد، از آب سنگين استفاده مي كنند. در اين صورت چون سيگنال هاي اتم هيدروژن مورد نظر با سيگنال هاي اتم هيدروژن آب معمولي تداخل مي كند ميتوان از آب سنگين استفاده كرد. زيرا خواص مغناطيسي دوتريم و هيدروژن متفاوت از يكديگرند و و سيگنال هاي دو تريم با سيگنال هاي هيدروژن تداخل نمي كنند. 
(5) آشكارسازي نوترينو: آشكار ساز نوترينو در كانادا و در يك معدن قديمي در اعماق زمين كار گذاشته شده است تا پرتوهاي كيهاني به آن نرسد. هدف از اين دستگاه آن است كه آيا نوترينوهاي الكترون كه از هم جوشي در خورشيد توليد مي شوند، در مسير رسيدن به زمين به انواع ديگر نوترينوها تبديل مي شوند يا نه؟ وجود آب سنگين در اين آزمايش ها ضروري است زيرا دوتريم لازم براي آشكار سازي انواع نوترينوها را فراهم مي كند. 

حالت استاندارد ترمودینامیکی 

حالت استاندارد ترمودینامیکی ، پایدارترین شکل ماده خالص در فشار یک اتمسفر و دمایی مشخص ( معمولا دمای اتاق 25 ) تعریف می شود . با ذکر چند مثال این تعریف را بیشتر بررسی می کنیم .
حالت استاندارد برای گازهای نجیب ، حالت گازی مولکول تک اتمی آنها می باشد . مثل Ar(g) , He(g) . 
حالت استاندارد برای مولکولهای گازی دو اتمی مثل هیدروژن ، اکسیژن و کلر ، همان مولکول دو اتمی آنها می باشد . مثل H2(g) . Cl2(g) 
حالت استاندارد برای عنصرهایی که دارای چند آلوتروپ ( دگر شکل ) می باشند ، پایدارترین دگرشکل آنها خواهد بود . به عنوان مثال از بین دگر شکل های کربن در طبیعت ، گرافیت به عنوان حالت استاندارد کربن در نظر گرفته می شود چون پایداری آن از سایر دگر شکل های کربن بیشتر است . به همین ترتیب بین اکسیژن O2(g) و اوزون O3(g) ، اکسیژن و بین دگر شکل های فسفر ، فسفر سفید حالت استاندارد آن در نظر گرفته می شوند . همچنین از بین دگر شکل های گوگرد ، گوگرد هشت وجهی به عنوان حالت استاندارد در نظر گرفته می شود .
برای یک ماده در حالت محلول ، حالت استاندارد ترمودینامیکی غلظت یک مول بر لیتر ( mol/L 1 ) در شرایط استاندارد ترمودینامیکی ( فشار یک انمسفر و دمای 25 ) در نظر گرفته می شود . 
برای مشخص کردن شرایط استاندارد علامت " o " را بالای نماد کمیتی قرار می دهند که در آن شرایط اندازه گیری می شود . برای مثال گرمای تشکیل استاندارد آب به حالت مایع به صورت ∆Ho = - 286 KJ ، نشان داده می شود . 

 

- آيا آرد (آرد گندم) ميتواند منفجر شود؟

همه ميدانيم كه بيشتر گندم سفيد از نشاسته درست شده است . و ميدانيم كه نشاسته از كربوهيدرات ساخته شده است يعني از به هم پيوستن زنجيره ی مولكولهاي شكر  . هر كسي كه  تا بحال مارشمالو (نوعي شيريني خميرمانند )را اتش زده باشد ميداند كه شكر براحتي ميسوزد , پس ارد هم ميتواند.آرد و خيلي از كربوهيدراتهاي ديگر ميتواند اتش بگيرند وقتي انها در هوا بحالت گرد و غبار وجود دارد .فقط کافيه در هر متر مكعب 50 گرم يا بيشتر آرد بصورت گرد در هوا وجود داشته باشد و مشتعل شود. ذره هاي آرد انقدر كوچك هستند كه فورا ميسوزند. وقتي يك ذره بسوزد بقيه ذره هاي نزديكش را هم روشن ميكند و انوقت شعله بوجود امده تمام ابر ارد را شعله ور كرده و منفجر ميشود. تقريبا هر كربو هيدرات بصورت گرد و غبار  وقتي مشتعل شود منفجر خواهد شد .در خيلي از انبارهاي آرد به همين صورت با يك جرقه يا يك منبع گرما باعت انفجار و اتش سوزي ميشود.

 - چرا وقتی در نوشابه نمک می ریزیم, با شدت بیشتری گاز آزاد می شود ؟

 

 ابتدای ماجرا : هرچه دمای آب کمتر و فشار بیشتر باشد , ظرفیت پذیرش گاز بیشتری را خواهد داشت و به عنوان مثال CO2 بیشتری را در خود حل می کند. هنگام تولید نوشابه با استفاده از این خاصیت , در دماهای پایین و فشار بالا , نوشیدنی با تزریق گاز CO2 به حالت اشباع می رسد. بنابراین وقتی در نوشابه باز شود و نوشابه در دما و فشار معمولی قرار گیرد , محلول خاصیت فوق اشباع دارد یعنی مقدار CO2 حل شده در آن بیش از ظرفیت انحلال در آن دما و فشار است. چنین محلولی اگر شرایط مهیا باشد تمایل به آزاد کردن CO2 دارد. برای این کار گاز CO2 محلول باید به صورت حباب درآید یعنی مولکولهای CO2 حل شده باید در نقطه ای جمع شوند و با به هم پیوستن , یک حباب تشکیل دهند و به سطح نوشابه بیایند و از آن خارج شوند. اگر دقت کرده باشید تشکیل حباب در سطوح تماس خارجی نوشابه اتفاق می افتد یعنی در سطح نوشابه و دیواره های بطری یا دور نی . به زبان ساده این سطوح و به خصوص نا همواری های موجود روی آنها یا هر نوع ناهمگنی موجود در محیط نقش جایگاههای تجمع یا مکانهایی برای به هم پیوستن مولکولها و تشکیل حباب را بازی می کنند.به عبارت عامیانه یعنی مولکولها برای ایجاد حباب دنبال بهانه می گردند و این بهانه را در این سطوح پیدا می کنند. در این وضعیت ریختن نمک در نوشابه باعث خروج سریع تر گاز از محلول می شود. زیرا سطح بیشتری برای تشکیل حباب در اختیار مولکولها قرار می گیرد ( سطح جانبی بلورهای نمک ) . چیزی مانند تبلور ( = بلور شدن ) شکر پس از قرار دادن بلور یا نخ در محلول فوق اشباع آن.بنابراین چنین اتفاقی اصلا شیمیایی نیست. هیچ واکنشی هم صورت  نمی گیرد و تقریبا هر ماده ای از نمک و شکر گرفته تا شن و ماسه که بتوانند نوعی ناهمگنی در محیط نوشابه ایجاد کند یا سطح آزاد در اختیار آن قرار دهد ( یا به طور خلاصه بهانه دست مولکولها بدهد ! ) میتواند این کار را بکند . این اتفاق را حتما در هنگام وارد کردن نی در نوشابه دیده اید. تنها مزیت نمک با شکر این است که به دلیل داشتن دانه های ریز سطح جانبی نسبی بیشتری در مقایسه با مواد درشت تر دارند. همین! از این به بعد می توانید در نوشابه دوستتان به جای نمک خاک بریزید !!!