Φυσικά (Ε Δημοτικού) - Βιβλίο Μαθητή
|
Καθημερινά χρησιμοποιούμε πολλά αντικείμενα, που είναι κατασκευασμένα από διαφορετικά υλικά. Ορισμένα από τα υλικά που χρησιμοποιούμε είναι καθαρές ουσίες. Οι καθαρές ουσίες μπορεί να είναι χημικά στοιχεία ή χημικές ενώσεις. Το οξυγόνο που χρησιμοποιείται για τη συγκόλληση των μετάλλων, το αλουμίνιο από το οποίο κατασκευάζονται πόρτες και παράθυρα, ο χαλκός στα σύρματα των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων, ο υδράργυρος στο θερμόμετρο είναι χημικά στοιχεία.
Το καθαρό οινόπνευμα πάλι, όπως και το αποσταγμένο νερό και το διοξείδιο του άνθρακα είναι χημικές ενώσεις. Τις περισσότερες φορές ωστόσο τα αντικείμενα που χρησιμοποιούμε δεν είναι κατασκευασμένα από καθαρές ουσίες αλλά από μίγματα καθαρών ουσιών. Στη συσκευασία πολλών τυποποιημένων προϊόντων μπορούμε να διαβάσουμε τα συστατικά τους. Για παράδειγμα, στη συσκευασία ενός αναψυκτικού διαβάζουμε τα εξής συστατικά: νερό, ζάχαρη, διοξείδιο του άνθρακα, καραμελόχρωμα, καφεΐνη, φωσφορικό οξύ, αρωματικές ουσίες. Το αναψυκτικό, δηλαδή, είναι ένα μίγμα ουσιών που μάλιστα δεν είναι όλες στην ίδια φυσική κατάσταση. Το νερό είναι υγρό, η ζάχαρη στερεή, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα αέριο.
|
|
Τα περισσότερα υλικά γύρω μας είναι μίγματα. Οι τροφές, τα ρούχα, τα οικοδομικά υλικά, τα περισσότερα μεταλλικά αντικείμενα που χρησιμοποιούμε είναι μίγματα. Τα μίγματα αποτελούνται από δύο ή περισσότερες καθαρές ουσίες. Οι ουσίες αυτές είναι τα συστατικά του μίγματος. Ένα μίγμα διατηρεί τις ιδιότητες που έχουν και τα συστατικά του. Για παράδειγμα, το αλάτι είναι αλμυρό. Το μίγμα που φτιάχνουμε αναμειγνύοντας αλάτι με νερό, το αλατόνερο, είναι κι αυτό αλμυρό. Η ζάχαρη είναι γλυκιά. Ο καφές έχει σκούρο χρώμα. Το μίγμα που φτιάχνουμε, όταν αναμειγνύουμε νερό με καφέ και ζάχαρη έχει τις ιδιότητες των συστατικών του, έχει σκούρο χρώμα και γλυκιά γεύση.
Στην κουζίνα του σπιτιού μας φτιάχνουμε συχνά μίγματα με τα χέρια μας ή με ειδικές συσκευές. Η σαλάτα, το λαδόξιδο, ο χυμός πορτοκαλιού, η μαγιονέζα, το τσάι είναι τέτοια μίγματα. Αναμειγνύοντας δύο ή περισσότερες ουσίες φτιάχνουμε ένα μίγμα.
Σε άλλα μίγματα μπορούμε να αναγνωρίσουμε τα συστατικά με το μάτι ή με το μικροσκόπιο, ενώ σε άλλα δεν μπορούμε να τα διακρίνουμε. Για παράδειγμα, στο σκυρόδεμα, στο μπετόν με το οποίο κατασκευάζεται ο σκελετός των σπιτιών μας μπορούμε να διακρίνουμε τα συστατικά: χαλίκια, άμμο και τσιμέντο. Αντίθετα στο αλατόνερο δεν μπορούμε να διακρίνουμε τα συστατικά, γιατί το αλάτι έχει διαλυθεί στο νερό. Αν όμως το νερό εξατμιστεί, τότε θα δούμε το αλάτι να κατακάθεται στο δοχείο.
Κάποιες φορές χρειαζόμαστε ένα ή περισσότερα από τα συστατικά ενός μίγματος. Τότε πρέπει να διαχωρίσουμε τα συστατικά του μίγματος. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι διαχωρισμού. Άλλες είναι πιο απλές και εφαρμόζονται καθημερινά, ενώ άλλες είναι πιο σύνθετες και χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία.
|
|
Μελετώντας τα μίγματα
Οι περισσότερες ουσίες που χρησιμοποιούμε καθημερινά έχουν δημιουργηθεί από την ανάμειξη δύο ή περισσοτέρων καθαρών ουσιών. Οι ουσίες που προκύπτουν από την ανάμειξη καθαρών ουσιών ονομάζονται μίγματα.
Οι καθαρές ουσίες από την ανάμειξη των οποίων προκύπτουν τα μίγματα, τα συστατικά δηλαδή του μίγματος, μπορεί να είναι χημικά στοιχεία ή χημικές ενώσεις. Τα μίγματα που δεν έχουν ενιαία σύσταση, τα μίγματα δηλαδή στα οποία μπορούμε να διακρίνουμε τα συστατικά τους με γυμνό μάτι ή με το μικροσκόπιο, ονομάζονται ετερογενή. Ανακινήστε καλά πριν από τη χρήση
Σε όλες σχεδόν τις συσκευασίες των φυσικών χυμών φρούτων που κυκλοφορούν στο εμπόριο διαβάζουμε τη σύσταση «Ανακινήστε καλά πριν από τη χρήση». Την ίδια σύσταση παρατηρούμε και σε πολλά σοκολατούχα γάλατα. Γιατί όμως είναι απαραίτητο να ανακινήσουμε τα υγρά αυτά, πριν τα χρησιμοποιήσουμε;
Αν αφήσουμε ένα χυμό φρούτων για αρκετό χρονικό διάστημα σε ένα διάφανο δοχείο, θα παρατηρήσουμε ότι στο κάτω μέρος του δοχείου συγκεντρώνεται ένα στερεό στρώμα. Στη χημεία το στερεό αυτό που συγκεντρώνεται στον πυθμένα του δοχείου ονομάζεται ίζημα. Η ανακίνηση είναι, λοιπόν, απαραίτητη, για να ανακατευτεί το ίζημα πάλι με το υγρό και να γίνουν οι χυμοί ή τα σοκολατούχα γάλατα γευστικά και απολαυστικά.
Διαχωρίζοντας τα συστατικά των
μιγμάτων Πολλές φορές χρειαζόμαστε ένα ή περισσότερα από τα συστατικά ενός μίγματος. Στην περίπτωση αυτή πρέπει να διαχωρίσουμε τα συστατικά του μίγματος, επιλέγοντας την κατάλληλη μέθοδο. Μερικές μέθοδοι διαχωρισμού είναι απλές και εφαρμόζονται καθημερινά ακόμη και στο σπίτι, άλλες είναι πιο σύνθετες και εφαρμόζονται σε ειδικές εγκαταστάσεις.
Όταν, για παράδειγμα, η μητέρα ή ο πατέρας σου μαγειρεύουν φακές πρέπει, πριν τις βράσουν, να αφαιρέσουν τα πετραδάκια από το μίγμα. Ανακατεύουν αργά το μίγμα με τις φακές, μέχρι να δουν ένα πετραδάκι και στη συνέχεια το αφαιρούν. Η απλή αυτή μέθοδος διαχωρισμού ονομάζεται διαλογή. Άλλη απλή μέθοδος διαχωρισμού είναι η διήθηση ή φιλτράρισμα. Στο σπίτι τη μέθοδο αυτή τη χρησιμοποιούμε, όταν με το σουρωτήρι ξεχωρίζουμε τα στερεά κομματάκια στο χυμό ή όταν ετοιμάζουμε καφέ φίλτρου. Παραδείγματα πιο σύνθετων μεθόδων διαχωρισμού που χρησιμοποιούνται σε ειδικές εγκαταστάσεις είναι η φυγοκέντριση, η απόσταξη, η χρωματογραφία.
|
|
Τα μίγματα αποτελούνται από τα δομικά σωματίδια, π.χ. μόρια, των χημικών ουσιών που έχουν αναμειχθεί. Αν μπορούσαμε να μικρύνουμε, θα βλέπαμε όλα αυτά τα σωματίδια να κινούνται αναμεμιγμένα μεταξύ τους συνεχώς και τυχαία.
Σκουπίδια, ένα μίγμα που μπορεί να είναι και χρήσιμο...
Τα σκουπίδια που καταλήγουν καθημερινά στους κάδους είναι ένα ετερογενές μίγμα με πολλά και διαφορετικά συστατικά. Παρότι τα σκουπίδια φαίνονται με πρώτη ματιά άχρηστα, περιλαμβάνουν πολλά αντικείμενα που μπορεί με την κατάλληλη επεξεργασία να γίνουν πάλι χρήσιμα. Για να μπορούμε να αξιοποιήσουμε όμως τα συστατικά αυτά, πρέπει να τα ξεχωρίσουμε, με άλλα λόγια πρέπει να διαχωρίσουμε τα χρήσιμα συστατικά του μίγματος. Ο διαχωρισμός μπορεί να γίνει με μηχανικά μέσα στα κέντρα επεξεργασίας
απορριμμάτων, μπορεί όμως να γίνει σε ένα πρώτο στάδιο και από εμάς τους ίδιους στο σπίτι. Η πιο απλή μέθοδος διαχωρισμού στην οποία μπορούμε να συμμετέχουμε όλοι είναι η διαλογή. Πριν πετάξουμε τα σκουπίδια, διαλέγουμε διάφορα χρήσιμα υλικά, όπως για παράδειγμα γυαλί, χαρτί, αλουμίνιο και τα συλλέγουμε στον αντίστοιχο κάδο. Με τον τρόπο αυτό μειώνεται σημαντικά το κόστος επεξεργασίας των απορριμμάτων. Σε πολλές χώρες εφαρμόζεται και ο διαχωρισμός των απορριμμάτων σε ανόργανα και οργανικά, σε υπολείμματα δηλαδή τροφών, τα οποία συγκεντρώνονται σε ειδικούς κάδους και χρησιμοποιούνται ως ζωοτροφές.
|
|
Διαλύματα
Τα μίγματα που έχουν ενιαία σύσταση, τα μίγματα δηλαδή στα οποία δεν μπορούμε να διακρίνουμε τα συστατικά τους, ακόμη και αν χρησιμοποιήσουμε μικροσκόπιο, ονομάζονται ομογενή ή αλλιώς διαλύματα. Πολλά από τα υλικά που χρησιμοποιούμε καθημερινά είναι διαλύματα. Το κρασί, το αλατόνερο, ο αέρας που αναπνέουμε, ακόμη και τα μπρούντζινα κέρματα είναι διαλύματα! Στα διαλύματα το συστατικό το οποίο περιέχεται στο μίγμα σε μεγαλύτερη ποσότητα ονομάζεται διαλύτης. Τα υπόλοιπα συστατικά του ονομάζονται διαλυμένες ουσίες.
Αέρια και στερεά διαλύματα
Στην καθημερινή μας ζωή τη λέξη «διάλυμα» τη χρησιμοποιούμε για τα υγρά ομογενή μίγματα. Δεν είναι όμως όλα τα διαλύματα υγρά. Υπάρχουν και αέρια και στερεά διαλύματα.
Ο αέρας που αναπνέουμε, όταν είναι καθαρός, είναι ένα ομογενές μίγμα, ένα διάλυμα. Τα χρυσά κοσμήματα είναι κατασκευασμένα από ομογενή μίγματα μετάλλων, είναι δηλαδή στερεά διαλύματα. Ο καθαρός χρυσός είναι ένα πολύ μαλακό μέταλλο. Αν τα κοσμήματα κατασκευάζονταν από καθαρό χρυσό, θα φθείρονταν γρήγορα. Για την κατασκευή τους χρησιμοποιούνται μίγματα, που περιέχουν χρυσό και άλλα μέταλλα, συνήθως χαλκό. Τα μίγματα των μετάλλων ονομάζονται κράματα.
Αν κοιτάξεις προσεκτικά με ένα μεγεθυντικό φακό ένα χρυσό δαχτυλίδι, θα δεις στο εσωτερικό του μία σφραγίδα και δίπλα σημειωμένο έναν αριθμό, που μας δείχνει πόσο χρυσό περιέχει το κράμα. Στους αθλητικούς αγώνες ο πρώτος νικητής παίρνει χρυσό μετάλλιο, ο δεύτερος αργυρό και ο τρίτος λέμε ότι παίρνει χάλκινο μετάλλιο. Στην πραγματικότητα όμως το μετάλλιο του τρίτου νικητή είναι κατασκευασμένο από μπρούντζο, ένα ομογενές κράμα από χαλκό και κασσίτερο, δηλαδή ένα στερεό διάλυμα! Ζεστό ή κρύο
Η ποσότητα μιας ουσίας που διαλύεται σε ένα διαλύτη δεν είναι απεριόριστη. Αν προσθέτουμε συνεχώς ζάχαρη στο τσάι, κάποια στιγμή η ζάχαρη δε διαλύεται πια και αρχίζει να συγκεντρώνεται στον πυθμένα του ποτηριού. Η ποσότητα που κατακάθεται ονομάζεται ίζημα.
Η ποσότητα μιας ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε ένα διαλύτη εξαρτάται από τον όγκο και τη θερμοκρασία του διαλύτη. Όσο περισσότερος είναι ο διαλύτης και όσο αυξάνει η θερμοκρασία του, τόσο μεγαλύτερη είναι και η ποσότητα της ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε αυτόν. Στο ζεστό τσάι, για παράδειγμα, διαλύεται περισσότερη ζάχαρη απ´ ότι στο κρύο. Αν, λοιπόν, προτιμάς το τσάι σου πολύ γλυκό, θα πρέπει να το πίνεις ζεστό. Προσοχή όμως στα δόντια! Η πολλή ζάχαρη μπορεί να κάνει το τσάι πιο νόστιμο, κάνει όμως κακό στα δόντια σου. Για να εξηγήσουμε τη σχέση που υπάρχει ανάμεσα στην ποσότητα μιας ουσίας που διαλύεται σε ένα διαλύτη και στη θερμοκρασία του διαλύματος, μελετάμε και πάλι το μικρόκοσμο. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, αυξάνεται και η ταχύτητα με την οποία κινούνται τα μόρια στα στερεά, στα υγρά και στα αέρια, οπότε και διευκολύνεται η ανάμειξή τους με τα μόρια του διαλύτη.
|
|
Νερό, ο παγκόσμιος διαλύτης
Το νερό είναι ένας πολύ συνηθισμένος διαλύτης, καθώς είναι πάρα πολλές οι ουσίες που διαλύονται σε αυτό. Λόγω της συχνής χρήσης του ως διαλύτη, το νερό ονομάζεται και παγκόσμιος διαλύτης. Στο νερό διαλύονται στερεές, υγρές αλλά και αέριες ουσίες. Στο θαλασσινό νερό, για παράδειγμα, είναι διαλυμένες πολλές και διαφορετικές ουσίες.
Οι βασικότερες από αυτές είναι το αλάτι, που δίνει στο νερό της θάλασσας τη χαρακτηριστική αλμυρή γεύση αλλά και το οξυγόνο. Χάρη στο οξυγόνο που είναι διαλυμένο στο νερό επιβιώνουν τα ψάρια, αφού το διαχωρίσουν από το νερό με τα βράγχιά τους.
Η ευκολία με την οποία διαλύονται οι ουσίες στο νερό οφείλεται στη σύνθεση του μορίου του. Το μόριο του νερού αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου (Η2Ο). Τα άτομα αυτά είναι συνδεδεμένα με τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορούν εύκολα τα μόρια του νερού να εισχωρούν στα μόρια ή στα άτομα άλλων ουσιών τα οποία διαλύονται σ' αυτό.
|