جواب فعالیت های فصل ۱ علوم نهم؛ درس اول مواد و نقش آنها در زندگی – صفحه ۲ تا ۱۲

پاسخ: بله. اگر بخشی از روکش عایق سیم برق را کنار بزنیم، معمولاً فلز براق و سرخ‌رنگ مس را می‌بینیم. مس به دلیل رسانایی الکتریکی زیاد و قابلیت تبدیل شدن به سیم‌های باریک، یکی از مهم‌ترین فلزهای مورد استفاده در سیم‌کشی ساختمان است.

پاسخ پیشنهادی: انسان از هزاران سال پیش فلزها را شناخته و با شناخت ویژگی‌های هر فلز، کاربردهای آنها را گسترش داده است. در ابتدا فلزهایی مانند طلا و مس که گاهی به صورت نسبتاً خالص در طبیعت یافت می‌شدند، برای ساخت زیورآلات، ظروف و ابزارهای ساده به کار رفتند. بعدها انسان با ترکیب مس با فلزهایی مانند قلع، آلیاژهایی مانند مفرغ یا برنز ساخت که سخت‌تر و مناسب‌تر برای ابزار و سلاح بودند.

با گسترش روش‌های استخراج، آهن کاربرد بسیار گسترده‌ای پیدا کرد و بعدها ساخت فولاد، امکان تولید ساختمان‌ها، پل‌ها، ماشین‌آلات، خودروها و ابزارهای مقاوم را فراهم کرد. در دوران جدید نیز فلزهایی مانند آلومینیم، تیتانیم، نیکل و کروم در صنایع گوناگون به کار گرفته شدند.

فلز یا آلیاژ	نمونه کاربرد در گذشته	نمونه کاربرد امروزی
طلا	زیورآلات و اشیای زینتی	زیورآلات، قطعات الکترونیکی و تجهیزات دقیق
مس	ظروف، ابزار و اشیای تزئینی	سیم برق، موتورهای الکتریکی، لوله‌ها و آلیاژها
برنز	ابزار، سلاح، مجسمه و ظروف	قطعات صنعتی، مجسمه، یاتاقان و وسایل تزئینی
آهن و فولاد	ابزار و سلاح	ساختمان، پل، خودرو، راه‌آهن و ماشین‌آلات
آلومینیم	کاربرد گسترده آن مربوط به دوران جدید است	هواپیما، خودرو، ظروف، بسته‌بندی و ساختمان

پاسخ: از مس در ساخت کابل‌های برق، موتور و ژنراتورهای الکتریکی، مدارهای الکترونیکی، لوله‌های آب، مبدل‌های گرمایی، سکه و آلیاژهایی مانند برنج و برنز استفاده می‌شود.

برخی ترکیب‌های مس نیز کاربرد دارند؛ برای مثال کات کبود یا مس سولفات در بعضی کاربردهای کشاورزی و آزمایشگاهی به کار می‌رود و برخی ترکیب‌های دیگر مس در ساخت رنگدانه‌ها و مواد صنعتی استفاده می‌شوند.

متن بالا را یک بار دیگر به‌دقت بخوانید و به موارد زیر پاسخ دهید.

۱ــ کدام فلز واکنش‌پذیری بیشتری دارد؟ کدام فلز با اکسیژن واکنش نمی‌دهد؟

۲ــ کدام فلزها واکنش‌پذیری کمتری دارند؟

پاسخ ۱: از میان فلزهای مطرح‌شده، منیزیم واکنش‌پذیری بیشتری دارد و با اکسیژن به سرعت واکنش می‌دهد. طلا با اکسیژن واکنش نمی‌دهد.

پاسخ ۲: آهن و مس نسبت به منیزیم واکنش‌پذیری کمتری دارند. مس نیز نسبت به آهن دیرتر با اکسیژن واکنش می‌دهد.

وسایل و مواد لازم: بشر، کات کبود، تیغهٔ آهن، تیغهٔ منیزیم، تیغهٔ روی

۱ــ سه بشر را شماره‌گذاری کنید و درون هر یک تا یک سوم حجم آن، آب بریزید.

۲ــ یک قاشق چای‌خوری کات کبود در هر یک از بشرها حل کنید.

۳ــ در بشر شمارهٔ (۱) تیغهٔ آهن، در بشر شمارهٔ (۲) تیغهٔ منیزیم و در بشر شمارهٔ (۳) تیغهٔ روی را قرار دهید.

۴ــ سرعت تغییر رنگ در سه بشر را با هم مقایسه کنید.

پاسخ: تغییر در بشر شمارهٔ ۲ که تیغه منیزیم دارد سریع‌تر رخ می‌دهد. پس از آن بشر شمارهٔ ۳ حاوی روی و در نهایت بشر شمارهٔ ۱ حاوی آهن تغییر کندتری نشان می‌دهد.

در این واکنش‌ها فلزهای منیزیم، روی و آهن می‌توانند یون‌های مس را از محلول کات کبود جابه‌جا کنند و مس روی سطح فلز رسوب کند. هرچه فلز واکنش‌پذیرتر باشد، تغییر سریع‌تر مشاهده می‌شود.

پاسخ: منیزیم از روی و روی از آهن واکنش‌پذیرتر است. بنابراین ترتیب واکنش‌پذیری فلزهای این آزمایش چنین است:
Mg > Zn > Fe > Cu

پاسخ: ظروف آهنی زودتر دچار خوردگی و زنگ‌زدگی می‌شوند؛ زیرا آهن نسبت به مس واکنش‌پذیرتر است و در شرایط یکسان سریع‌تر با اکسیژن و رطوبت محیط واکنش می‌دهد. مس نیز به مرور با مواد موجود در هوا واکنش می‌دهد، اما این فرایند معمولاً کندتر است.

پاسخ:
شباهت: هر دو اتم در مدار آخر خود ۶ الکترون دارند؛ بنابراین از نظر تعداد الکترون‌های مدار آخر به یکدیگر شبیه‌اند.تفاوت: اتم اکسیژن در مجموع ۸ الکترون و دو مدار دارد، درحالی‌که اتم گوگرد دارای ۱۶ الکترون و سه مدار است.

عنصر	تعداد کل الکترون	آرایش در مدارها	الکترون مدار آخر
اکسیژن	۸	2, 6	۶
گوگرد	۱۶	2, 8, 6	۶

پاسخ: بخش زیادی از هوای اطراف ما را گاز نیتروژن تشکیل می‌دهد، اما بیشتر گیاهان نمی‌توانند نیتروژن مولکولی هوا را مستقیماً مصرف کنند. برخی باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن و همچنین پدیده‌هایی مانند آذرخش، سبب تبدیل نیتروژن هوا به ترکیب‌هایی می‌شوند که می‌توانند وارد خاک شوند.

گیاهان ترکیب‌های نیتروژن‌دار را از خاک جذب و برای ساخت موادی مانند پروتئین‌ها استفاده می‌کنند. جانوران نیز با خوردن گیاهان یا جانوران دیگر، نیتروژن مورد نیاز خود را به دست می‌آورند.

پس از مرگ جانداران یا دفع مواد زائد، تجزیه‌کنندگان ترکیب‌های نیتروژن‌دار را دوباره به خاک برمی‌گردانند و فعالیت گروهی از باکتری‌ها نیز در نهایت بخشی از نیتروژن را دوباره به جو بازمی‌گرداند. به این ترتیب نیتروژن پیوسته میان هوا، خاک، گیاهان، جانوران و تجزیه‌کنندگان در گردش است.

پاسخ و راهنمای رسم:
کربن ۶ الکترون دارد و آرایش آن 2, 4 است.
نیتروژن ۷ الکترون دارد و آرایش آن 2, 5 است.
سیلیسیم ۱۴ الکترون دارد و آرایش آن 2, 8, 4 است.
فسفر ۱۵ الکترون دارد و آرایش آن 2, 8, 5 است.

نتیجه: مدل اتمی کربن و سیلیسیم از نظر داشتن ۴ الکترون در مدار آخر به یکدیگر شبیه‌اند.
مدل اتمی نیتروژن و فسفر نیز از نظر داشتن ۵ الکترون در مدار آخر به یکدیگر شباهت دارند.

پاسخ: بله. روی بسته‌بندی خمیردندان معمولاً نام مواد تشکیل‌دهنده نوشته می‌شود. یکی از موادی که در بسیاری از خمیردندان‌ها وجود دارد، ترکیب‌های دارای یون فلوئورید است که به افزایش مقاومت مینای دندان و پیشگیری از پوسیدگی دندان کمک می‌کند.

پاسخ: بله. در کتابخانه یا فروشگاه، وسایل و کتاب‌هایی که ویژگی مشترک دارند در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند؛ برای مثال کتاب‌ها را می‌توان بر اساس موضوع و کالاها را بر اساس نوع و کاربرد دسته‌بندی کرد. این کار پیدا کردن و مطالعه آنها را آسان‌تر می‌کند. دانشمندان نیز عنصرها را بر اساس ویژگی‌های مشترک طبقه‌بندی می‌کنند.

پاسخ: اتم عنصرهایی که در یک ستون قرار گرفته‌اند، تعداد الکترون‌های یکسانی در مدار آخر خود دارند و به همین دلیل بسیاری از ویژگی‌های شیمیایی آنها نیز به یکدیگر شبیه است.

پاسخ:
منیزیم: ۲ الکترون در مدار آخر دارد ← ستون دوم
سیلیسیم: ۴ الکترون در مدار آخر دارد ← ستون چهارم
کلر: ۷ الکترون در مدار آخر دارد ← ستون هفتم

راهنمای کامل کردن شکل: در ردیف سوم جدول، Mg را در خانه ستون دوم، Si را در خانه ستون چهارم و Cl را در خانه ستون هفتم بنویسید.

پاسخ: لیتیم ویژگی‌هایی شبیه سدیم دارد؛ زیرا اتم هر دو عنصر در مدار آخر خود یک الکترون دارد و در یک ستون قرار می‌گیرند. به همین دلیل ویژگی‌های شیمیایی آنها به یکدیگر شبیه است و هر دو فلزهایی واکنش‌پذیرند.

منیزیم در مدار آخر خود دو الکترون دارد و در ستون دیگری قرار می‌گیرد؛ بنابراین شباهت آن با سدیم کمتر است.

پاسخ: در هر دو شکل، اکسیژن فراوان‌ترین عنصر است؛ اما نوع و مقدار سایر عنصرهای فراوان در بدن انسان و پوسته زمین تفاوت زیادی دارد.

بدن انسان بیشتر از اکسیژن، کربن، هیدروژن و نیتروژن ساخته شده است؛ درحالی‌که پس از اکسیژن، عنصر سیلیسیم سهم بسیار بزرگی از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد. کلسیم نیز هم در بدن انسان و هم در پوسته زمین وجود دارد، هرچند مقدار آن متفاوت است.

عنصر در بدن انسان	درصد تقریبی	عنصر در پوسته زمین	درصد تقریبی
اکسیژن	۶۵٪	اکسیژن	۴۶٫۴٪
کربن	۱۸٪	سیلیسیم	۲۸٫۲٪
هیدروژن	۱۰٪	آلومینیم	۸٫۳٪
نیتروژن	۳٪	آهن	۵٫۶٪
کلسیم	۱٫۵٪	کلسیم	۴٫۱٪
فسفر	۱٪	سدیم	۲٫۴٪
دیگر عنصرها	۱٫۵٪	منیزیم	۲٫۳٪
—	—	پتاسیم	۲٫۱٪
—	—	دیگر عنصرها	۰٫۶٪

نتیجه: نوع و درصد عنصرهای سازنده هر ماده یا مجموعه با دیگری متفاوت است. برای نمونه، مقدار کربن و هیدروژن در بدن انسان بسیار بیشتر از پوسته زمین است؛ در مقابل سیلیسیم و آلومینیم از عنصرهای اصلی پوسته زمین‌اند.

پاسخ: بسپارهای طبیعی از گیاهان یا جانوران به دست می‌آیند و در زندگی روزانه کاربردهای فراوانی دارند.

بسپار طبیعی یا ماده دارای آن	نمونه کاربرد
سلولز و پنبه	تولید کاغذ، نخ، پارچه و پوشاک
نشاسته	ماده غذایی، صنایع غذایی و برخی چسب‌ها
پشم	لباس، پتو، فرش و منسوجات گرم
ابریشم	پارچه و پوشاک ظریف و برخی کاربردهای پزشکی
پروتئین‌های موجود در گوشت	تأمین مواد لازم برای رشد، ترمیم و فعالیت‌های بدن

پاسخ پیشنهادی: پلاستیک‌ها از مهم‌ترین بسپارهای مصنوعی‌اند و به علت ویژگی‌هایی مانند سبکی، شکل‌پذیری، دوام و مقاومت در برابر بسیاری از مواد، کاربردهای فراوانی دارند. در جهان سالانه بیش از ۴۰۰ میلیون تن پلاستیک تولید می‌شود.

برای شناسایی نوع پلاستیک هنگام بازگردانی، روی بسیاری از کالاهای پلاستیکی یک عدد درون یا کنار نشان سه پیکانه درج می‌شود. این عدد نوع رزین پلاستیکی را مشخص می‌کند.

کد	نوع پلاستیک	علامت	ویژگی و کاربرد رایج
۱	پلی‌اتیلن ترفتالات	PET / PETE	شفاف و سبک؛ بطری نوشیدنی و برخی بسته‌بندی‌ها
۲	پلی‌اتیلن با چگالی بالا	HDPE	سخت و مقاوم؛ بطری شیر و شوینده، ظروف و لوله
۳	پلی‌وینیل کلرید	PVC	مقاوم و بادوام؛ لوله، کف‌پوش، روکش سیم و بعضی مصالح ساختمانی
۴	پلی‌اتیلن با چگالی پایین	LDPE	نرم و انعطاف‌پذیر؛ کیسه، فیلم و پوشش‌های پلاستیکی
۵	پلی‌پروپیلن	PP	سبک و نسبتاً مقاوم به گرما؛ ظروف مواد غذایی، درِ بطری و قطعات گوناگون
۶	پلی‌استایرن	PS	سبک و عایق؛ برخی ظروف، فوم‌ها و بسته‌بندی‌ها
۷	سایر پلاستیک‌ها	OTHER	پلاستیک‌هایی که در شش گروه قبلی قرار نمی‌گیرند؛ ویژگی و کاربرد آنها به نوع ماده بستگی دارد

نکته: عدد داخل نشان بازگردانی در اصل نوع رزین پلاستیکی را مشخص می‌کند. وجود این کد به‌تنهایی به این معنا نیست که آن کالا در همه شهرها و با هر سامانه‌ای حتماً قابل بازیافت است؛ امکانات بازگردانی در مناطق مختلف متفاوت است.

پاسخ: مواد گوناگون مانند فلزها، شیشه، چوب و پلاستیک برای تأمین بسیاری از نیازهای انسان ضروری‌اند، اما منابع طبیعی زمین نامحدود نیستند و استخراج، تولید و دور ریختن مواد می‌تواند به محیط زیست آسیب برساند.

بنابراین هر یک از ما مسئولیم تا:
• از مصرف بی‌رویه و خرید وسایل غیرضروری خودداری کنیم.
• تا حد امکان از وسایل بادوام و چندبارمصرف استفاده کنیم.
• وسایل قابل تعمیر را به جای دور انداختن تعمیر کنیم.
• زباله‌ها، به‌ویژه پلاستیک، شیشه، کاغذ و فلز را برای بازگردانی تفکیک کنیم.
• پلاستیک‌ها را در طبیعت رها یا در فضای باز نسوزانیم.
• در مصرف مواد اولیه صرفه‌جویی کنیم و تا جای ممکن آنها را دوباره وارد چرخه تولید و مصرف کنیم.

با کاهش مصرف، استفاده مجدد و بازگردانی مواد می‌توان هم منابع طبیعی را حفظ کرد و هم مقدار آلودگی محیط زیست را کاهش داد.

جمع‌بندی فصل اول علوم نهم: ویژگی و کاربرد مواد به نوع عنصرها و ذره‌های سازنده آنها بستگی دارد. فلزها واکنش‌پذیری یکسانی ندارند و با بررسی رفتار آنها می‌توان میزان واکنش‌پذیری‌شان را مقایسه کرد. عنصرهایی که تعداد الکترون‌های مدار آخر یکسانی دارند، معمولاً ویژگی‌های شیمیایی مشابهی نشان می‌دهند. همچنین بسپارهای طبیعی و مصنوعی نقش بسیار مهمی در زندگی انسان دارند؛ با این حال استفاده مسئولانه، کاهش مصرف و بازگردانی مواد، برای حفظ منابع و محیط زیست ضروری است.