چسبندگی مولکول‌ها

بیازمایی‌ها سلام

امیدوارم پاییزتون زیبا اما دلهاتون گرم و آفتابی باشه. در این شبیه‌ساز جذاب قراره که با چسبندگی مولکول‌ها آشنا بشید.

معرفی

در کل چسبندگی مولکول‌ها به نیرویی گفته می‌شود که مولکول‌ها را به یکدیگر متصل می‌کند. این نیروها می‌توانند شامل پیوندهای هیدروژنی، نیروهای واندروالسی، و پیوندهای یونی باشند. چسبندگی باعث می‌شود که مایعات و جامدات شکل و ساختار خود را حفظ کنند و همچنین بر رفتار مواد در حالت‌های مختلف تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، چسبندگی در مایعات میتواند بر روی خاصیت کشش سطحی و توانایی مایع برای جریان در لوله‌ها تأثیر بگذارد.

خب حالا بیایید خیلی وقت تلف نکنیم و با شبیه‌ساز کار کنیم و همراه با اون کلی نکته یاد بگیریم.

نحوه کار با شبیه ساز

برای شروع کلیک کنید. در پایین شبیه‌ساز در بخش مایعات، چهار نوع مایع وجود دارد که می‌توانید یکی را به دلخواه انتخاب کنید. مایعات شامل آب، هگزان، گلیسیرین و نفت می‌باشد.

🔵 آب حلال معروف و حیاتی است که همه ما آن را میشناسیم.

🟢هگزان، گلیسیرین و نفت، مواد آلی می‌باشند؛ مواد آلی به ترکیبات شیمیایی گفته می‌شود که برپایه کربن هستند و می‌توانند هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد و فسفر هم داشته باشند. یکی از مایعات را انتخاب کنید و به وسط صفحه بکشید.

در پایین شبیه‌ساز در بخش آزمایش‌ها، از چپ به راست، چندین وسیله برای آزمایش‌های مختلف می‌بینید.

1️⃣ آزمایش اول:

قطبیت: این آزمایش شامل یک پتری (نوعی ظرف ته صاف دایره‌ای شکل شفاف) که از مایع انتخابی چند قطره در پتری می‌ریزید و خود شبیه‌ساز شکل مولکول‌های مایع را نشان می‌دهد و شما می‌توانید مشاهده کنید که مایعی که انتخاب کرده‌اید قطبی است یا ناقطبی.

⁉️ یاد آوری:

• مواد قطبی به موادی گفته می‌شود که دارای توزیع نامتقارن بار الکتریکی هستند. این به این معناست که در این مواد، یک طرف مولکول بار مثبت و طرف دیگر بار منفی دارد.

• مواد غیرقطبی (ناقطبی): به موادی گفته می‌شود که بار الکتریکی در آن‌ها به طور یکنواخت توزیع شده است. این مواد معمولاً فاقد قطب مثبت و منفی مشخص هستند.

در این شبیه‌ساز، مواد قطبی دارای بخش‌های آبی و قرمز (مثبت و منفی) هستند.

⁉️ برای اطلاعات کامل‌تر، شبیه‌ساز قطبیت ترکیبات شیمیایی را حتما مطالعه کنید.

حال به سراغ تکمیل جدول بروید:

اگر مایع مورد بررسی شما، قطبی بود در مقابل نام مایع در جایگاه مشخص شده قطبیت در جدول عبارت P (یعنی polar یا همان قطبی) و اگر مایع، ناقطبی بود؛ در مقابل نام مایع در جدول عبارت NP (یعنی non polar یا همان ناقطبی) را وارد کنید.

2️⃣ آزمایش دوم:

ـ قطره قطره: این آزمایش شامل یک صفحه مسطح شیشه‌ای است که از مایع انتخابی یک قطره روی صفحه می‌ریزید و با خطکش (دارای دقت اندازه‌گیری یک میلی متر (mm))، قطر قطره را اندازه‌گیری می‌کنید و در جایگاه مناسب در جدول وارد می‌کنید؛ در واقع می‌خواهیم بررسی کنیم که یک قطره از مایع چقدر پخش می‌شود.

✅نکته: کشش سطحی، عاملی کلیدی در پخش شوندگی قطره بر یک سطح است. هرچه کشش سطحی مایع بیشتر باشد، قطره تمایل به حفظ شکل کروی خود دارد و کمتر پخش می‌شود. کشش سطحی به نیرویی گفته می‌شود که مولکول‌های سطح مایع را به هم متصل می‌کند و باعث می‌شود سطح مایع مانند یک غشای کشسان عمل کند.

3️⃣ آزمایش سوم:

- زاویه شیب: این آزمایش شامل یک گونیا و سطح شیبدار است. یک قطره از مایع انتخابی را روی صفحه می‌ریزید و نوار تنظیم درجه‌ی بالای گونیا را آرام آرام به راست می‌کشید تا سطح، دارای شیب شود. با دقت ببینید که وقتی به چه درجه‌ای می‌رسید، قطره بر روی سطح حرکت می‌کند. در واقع در این آزمایش می‌خواهیم گرانروی یا ویسکوزیته مایع را بررسی کنیم.

✅نکته: گرانروی یک خاصیت فیزیکی مایعات است که نشان‌دهنده مقاومت مایع در برابر جاری شدن و تغییر شکل است. به عبارت دیگر، گرانروی اندازه‌گیری می‌کند که یک مایع چقدر به راحتی می‌تواند جریان یابد. مایعات با گرانروی پایین، مانند آب، به راحتی جریان می‌یابند، در حالی که مایعات با گرانروی بالا، مانند عسل، به سختی جریان می‌یابند.

✅نکته ترکیبی آزمایش دوم و سوم:

هرچه ویسکوزیته مایع بیشتر باشد، قابلیت پخش‌شوندگی آن کمتر خواهد بود.

4️⃣ آزمایش چهارم:

- کشش سطحی: این آزمایش شامل یک نیروسنج است که کشش سطحی را اندازه‌گیری می‌کند. چند قطره از مایع انتخابی را در پتری نیروسنج می‌ریزید و میله آن را به سمت بالا می‌کشید باید آرام آرام میله نیروسنج را بالا بکشیم و ببینیم مایع تا کجا به حلقه داخلی نیروسنج متصل می‌ماند و با آن به بالا کشیده می‌شود، جایی که دیگر مایع از حلقه داخلی نیروسنج جدا شد، عدد را گزارش می‌کنیم تا نیروی ایجاد شده ناشی از کشش سطحی مایع را گزارش کند؛ سپس این عدد را که بر حسب میلی نیوتن است (mN) در جایگاه مناسب در جدول وارد می‌کنید. هرچه این عدد بیشتر باشد یعنی کشش سطحی مایع مورد بررسی بیشتر است و مولکول‌های سطح مایع دوست ندارند که از هم جدا شوند.

5️⃣ آزمایش پنجم:

- افزایش موئینگی: این آزمایش شامل یک پتری است که یک لوله مویین با گیره روی آن نگه داشته شده است. چند قطره از مایع انتخابی را در پتری بریزید و با خط‌کش ارتفاع مایع بالا رفته در لوله موئین را مشاهده کنید؛ سپس این عدد را که بر حسب میلی متر است (mm) در جایگاه مناسب در جدول وارد کنید. حتی می‌توانید قطر لوله مویین را تغییر دهید.

✅نکته: لوله مویین (Capillary Tube) به لوله‌ای بسیار باریک و نازک گفته می‌شود که معمولاً قطر آن در حد میکرومتر یا میلیمتر است. پدیده‌ای که در این لوله‌ها مشاهده می‌شود، پدیده "لوله‌کشی مویین" یا "کشش مویین" نامیده می‌شود.

این پدیده به توانایی مایعات برای بالا رفتن یا پایین آمدن در لوله‌های باریک به دلیل کشش سطحی مایع و چسبندگی مایع به دیواره لوله مربوط می‌شود.

به طور کلی، هر چه مایعی سخت‌تر از لوله مویین بالا رود، نشان‌دهنده این است که نیروی چسبندگی بین مولکول‌های مایع و دیواره لوله کمتر از نیروهای کشش سطحی است و در نتیجه، پدیده لوله‌کشی مویین به خوبی انجام نمی‌شود. (به زیان ساده یعنی مولکول‌های مایع همدیگر را ول نمی‌کنند و از دیواره نمیگیرند که بالا بروند!).

✅نکته بسیار جذاب این شبیه‌ساز این است که پس از وارد کردن تمام اعداد برای تمام مایع‌ها، می‌توانید با زدن دکمه خروجی اکسل در پایین جدول، از داده‌های خود excel بگیرید و همانند یه پژوهشگر واقعی در سیستم خود کلی نمودار رسم کنید 😎.

سوال: گرانروی روغن و نفت را مقایسه کنید. آیا می‌توانید نتیجه خود را به جرم مولی و وزن مولکول‌ها ارتباط دهید؟

چالش: باتوجه به اینکه گلیسیرین ماده ‌آلی است و هم اتم‌هایی مثل کربن و هیدروژن دارد و هم اکسیژن، این ماده قطبی است یا ناقطبی؟

آیا این ماده در آب حل می‌شود چرا؟