آشنایی با علم شیمی

مقدمه

شیمی علمی است درباره ترکیب ها، ساختارها و خواص مواد همچنانکه  تغییرات این فاکتورها را در حین انجام ترکیبات شیمیایی بررسی می کند. شیمی علمی فیزیکی برای مطالعه اتم ها، مولکول ها و کریستال های مختلف مواد در ترکیباتی است که به تولید انرژی می انجامند.

شاخه ها در محدوده شیمی به طور سنتی بوسیله نوع ماده مورد استفاده گروه بندی می شوند. این شاخه ها دربرگیرنده شیمی غیرآلی(که مواد شیمیایی غیر آلی را مطالعه می کند)، شیمی آلی (که مواد شیمیایی  آلی را مطالعه می کند) بیوشیمی (مطالعه مواد یافت شده در ارگانیسم های زیستی)، شیمی فیزیک(مطالعات وابسته به انرژِی مربوط به مقیاس های ماکرو، مولکولی و زیر مولکولی ) و شیمی آنالیزی( آنالیز مواد برای درک ساختار آنها) می باشند.

تعریف و شرح

کلمه شیمی (انگلیسی:chemistry) در اصل از کلمه یونانی به معنای «به هم فشردن»، «با هم ساختن»، «جوش دادن» و «آلیاژ» و … گرفته شده‌است اما خاستگاه واژه کیمیا از زبان پارسی باستان است. این واژه و داستان دانش شگفت انگیز پشت آن به همراه دانشش به زبان عربی نوشته شد و اروپاییان با این واژه و دانش آن از راه مسلمانان آشنا شدند و این دانش را با نام alchemy شناختند. آنگاه آن را در میان خود پروردند تا در سده‌های بعد شیمی به زبان ما بازگشت. علم شیمی از ابتدا تا کنون به5 دوران تقسیم می‌شود: 1.دوران رشد کارهای تجربی 2.دوران رشد جنبه‌های تئوری شیمی 3.دوران کیمیا گری 4.دوران اصل آتش 5.دوران شیمی مدرن

شیمی علم اتم‌ها، پیوندها و مولکول‌هاست. دانشی که می‌تواند خواص ماده، چگونگی تغییرات و شیوه تولید آن‌ها را از هسته اتم گرفته تا کهکشان‌ها بررسی کند و رشته شیمی، رشته‌ای است که به پرورش متخصصانی می‌پردازد که با مطالعه و تحقیق و آزمایش به ابداع و نوآوری پرداخته و یا فرآورده‌های شیمیایی را کنترل می‌کنند. مهندسی شیمی نیز کاربرد علم، ریاضیات و اقتصاد در فرآیند تبدیل مواد خام به مواد باارزش‌تر یا سودمندتر است. مهندسی شیمی عمدتاً در طراحی و نگهداری فرآیندهای شیمیایی برای تولید انبوه به کار می‌رود.

کاربرد و زیر شاخه ها

همانطور که می دانیم شیمی در تمام سطوح زندگی اعم از زندگی روزمره تا تخصصی ترین مسائل مانند مکانیک کوآنتم  نقش دارد.

اما ما در اینجا می خواهیم بدانیم که یک متخصص در زمینه های مرتبط با علم شیمی چه توانایی هایی دارد:

یک شیمیست محض به تمام مسایلی که حل آن کمکی در جهت گسترش مرزهای دانش شیمی است علاقه نشان داده و در یک اشل آزمایشگاهی مشغول پژوهش و تحقیق می شود بدون توجه زیاد به آنکه نتیجه کار تا چه حدّ کاربرد صنعتی داشته باشد. بنابراین، یک شیمیست عهده دار تجزیه شیمیایی، اندازه گیری ویژگی های فیزیکی و شیمیایی یک ترکیب، سنتز یک ماده شیمیایی جدید و یا تکوین یک فرآیند نوین شیمیایی می باشد. این کار اغلب در کنار کامپیوتر های پیشرفته و یا بر روی میز آزمایشگاه و به کمک ابزار و آلاتی که ظرفیت آنها حداکثر به پنج لیتر می رسد انجام می گیرد.

یک شیمیست کاربردی با عنایت به اینکه در اصل یک شیمیست بوده ( متجاوز از 70 درصد دروس مشترک با شیمی محض گذرانده ) و در جنب آن با زیان و اصلاحات مهندسی صنعتی و مهندسی آشنایی دارد، دستاوردها و نتایج پژوهش های شیمی محض را مرور کرده و بخشی از آنرا که کاربردی و قابل پیاده شدن در صنعت تشخیص دهد، جدا کرده و در یک اشل نیمه صنعتی ( پاپیلوت ) آزموده و نسبت به امکان اجرای پروژه در اشل صنعتی اظهار نظر می کند.

بنابراین، پس از آنکه فرآیند نوینی توسط شیمیست محض در اشل آزمایشگاهی گزارش شد، مراحل بعدی و رساندن فرآیند به مرز صنعتی به شیمیست کاربردی واگذار می شود.

طرحهای موفق شیمیست کاربردی برای پیاده شدن در صنعت و طراحی تاسیسات به مهندس شیمی یعنی کسی که در اصل یک مهندس است ( متجاوز از 70 درصد دروس گذرانده مهندسی بوده ) و بطور جنبی با زبان و اصطلاحات شیمی آشنا است، محوّل می شود.

در این مرحله از کار، موضوع انتقال حرارت و انتقال جرم جزء مشکل ترین بخش پروژه به حساب می آید. مواد خام اولیّه بجای آنکه با دست حمل شوند بوسیله پمپ یا وسایلی نظیر آن به راکتور منتقل می شود. کنترل کیفیت هوای داخل کارخانه بایستی در حد استاندارد های تعیین شده توسط مراجع محیط زیست باشد. جمع آوری و دفع ضایعات و محصولات جنبی بدردنخور بایستی مطابق اصول مشخصی انجام گیرد.

یک مهندس شیمی علاوه بر موارد فوق می بایستی به کاهش هزینه تولید، کیفیت مواد اولیه، انرژی مصرفی، نیروی انسانی، بازگشت سرمایه و نحوه دفع مواد ضایع شده و جنبی توجه داشته باشد.

شاخه های این علم به طور کلی طبق تقسیم بندی زیر است:

شیمی تجزیه، که به تعیین ترکیبات مواد و اجزای تشکیل دهنده آن‌ها می‌پردازد.

شیمی آلی، که به مطالعه ترکیبات کربن‌دار، غیر از ترکیباتی چون دو اکسید کربن (دی اکسید کربن) می‌پردازد.

شیمی معدنی، که به اکثریت عناصری که در شیمی آلی روی آنها تاکید نشده و برخی خواص مولکولها می‌پردازد.

شیمی فیزیک، که پایه و اساس کلیه شاخه‌های دیگر را تشکیل می‌دهد، و شامل ویژگی‌های فیزیکی مواد و ابزار تیوری بررسی آنهاست.

دیگر رشته‌های مطالعاتی و شاخه‌های تخصصی که با شیمی پیوند دارند عبارت‌اند از: علم مواد، مهندسی شیمی، شیمی بسپار، شیمی محیط زیست و داروسازی.

شیمی در ایران

شیمی در ایران از پیشینه بسیار طولانی برخوردار است از زمان کیمیاگران گرفته که سعی می کردند از فلزات بی ارزش طلا بسازند تا زکریای رازی کاشف الکل همگی بر قدمت این علم در ایران دلالت دارند.

اما تاریخچه مهندسی شیمی در ایران به تأسیس مدرسه صنعتی ایران و آلمان برمی‌گردد که پس از جنگ جهانی یکم به عنوان غرامت جنگی به ایران واگذار گردید. در این مدرسه عالی در هر رشته مهندسی شیمی، برق و ماشین حدود بیست نفر دانشجو پذیرفته می‌شد. گرچه پس از گذراندن دوره‌ای دو ساله دانش آموختگان آن مهندس شیمی نامیده می‌شدند اما برنامه درسی آنها بیشتر دروس مربوط به رشته شیمی با تأکید بر شیمی تجزیه و آزمایشگاه بود. شش سال بعد یعنی در سال 1313 که دانشگاه تهران بنیاد شد و رشته مهندسی شیمی بخشی از دانشکده فنی را به خود اختصاص داد. رقابت‌های ناسالم میان دانش آموختگان این دو واحد آموزشی سرانجام منجر به منحل شدن مدرسه عالی صنعتی که در آن زمان «هنرسرای عالی» نامیده می‌شد گردید. مدتی بعد دانشگاه صنعتی پلی تکنیک تأسیس شد (سال 1336) و برای دوره چهار ساله مهندسی شیمی نیز دانشجو پذیرفت. پس از این دو دانشگاه، دانشگاه شیراز و سپس در سال 1344 دانشگاه صنعتی آریامهر سابق (صنعتی شریف فعلی) با برنامه‌ای که تفاوت محسوسی با برنامه درسی امروز مهندسی شیمی نداشت پا به عرصه وجود گذاشتند. در سال‌های بعد ضمن گسترش دوره‌های کارشناسی، دوره‌های کارشناسی ارشد و در بعضی دانشگاه‌ها دوره دکتری نیز گشایش یافتند. لازم به یادآوری است که در طی این سالیان دانشکده نفت آبادان نیز با افت و خیزهای زیاد فعالیت کرده و در برخی از سال‌های فعالیت خود، در رشته‌ مهندسی شیمی نیز دانشجو پذیرفت. تعداد دانش آموختگان مهندسی شیمی در ایران تا سال1370 حدود هشت هزار نفر برآورد می‌شود.

نویسنده: فاطمه سادات مویدی

تنظیم برای تبیان: محسن مرادی

تست شعله ( Flame Test ):

یکی از روش های شناسایی مواد که از گذشته ای نزدیک رایج شده است استفاده از طیف نوری برای تشخیص نوع عنصر موجود در یک ترکیب است .

این روش بر این مبنا استوار است که ابتدا عنصر مورد نظر را مشتعل کرده و سپس از روی رنگ خاصی که هر عنصر در یک طیف یا یک دسته نور در محیط مرئی ساطع می کند عنصر مورد نظر را شناسایی می کنند .

برای مثال هنگامی که نمک طعام یا خوراکی را که شامل عنصر فلزی سدیم در ترکیب ساختمانی است را روی شعله یکنواخت و آبی رنگ که دارای شدت یکنواخت است

 می گیریم از خود نور نارنجی مایل به زرد خارج می کند از آنجایی این نور, تنها مربوط به فلز سدیم با این درجه خلوص در ترکیب مورد نظر است, می توان در شناسایی ترکیباتی که در آنها شعله مورد نظر دارای این رنگ می گردد از بودن سدیم در آن ترکیب مطمئن گردید.

از مزیت های این روش به روش های ساده شناسایی دیگر می توان به قدرت تشخیص عنصر در ترکیب در حالت های کمپلکس های پایدار و ترکیبات مختلف یک عنصر ( مانند کربنات,سولفات,نیترات و ...) اشاره نمود که حسنی بزرگ برای شروع تجزیه و شناسایی و کار با یک ترکیب ناشناخته است .

یکی از کمبود های این روش عدم قدرت تشخیص چند طول موج نزدیک به هم از نظر چشم است . که امروزه با پیشرفت تکنولوژی و ساخت تجهیزاتی نظیر طیف سنج RI یا دستگاه NMR این کمبود ها جبران شده و از این روش تنها برای شناسایی مواد بسیار ساده و در سطحی کم استفاده می گردد. این در صورتی است که ماده خالص بوده(؟) , اشتعال زا نباشد و تولید گاز در هنگام سوختن نکند (؟)

در این آزمایش به تفاوت های بین چند ماده در هنگام سوختن در شعله پی می بریم .

روش کار :

ابتدا یک میله فلزی  و نسوز را در شعله گرفته تا سرخ شود و دیگر دود نکند سپس آن را تا دمای اتاق سرد کنید .

نمونه های مورد نظر را تحویل گرفته و دور از حرارت شعله قرار دهید .

ابتدا میله را کمی داغ کرده و در ظرفی که شامل مقدار بسیار کمی ماده است فرو ببرید تا کمی از پودر ماده به نوک میله بچسبد .

شعله گاز را تنظیم کنید تا به طور کامل به رنگ آبی پر رنگ بسوزد سپس میله فلزی را  در مکانی که شعله مورد نظر بیشترین حرارت را داراست بگیرید و به آرامی بچرخانید (از تنفس گاز های خارج شده جدا خودداری کنید!) رنگ شعله را برای ترکیب مورد نظر یادداشت کنید . برای ترکیب بعدی دوباره میله را تمیز کنید , روی شعله تا سرخی حرارت دهید و تا دمای محیط خنک کنید و مراحل را دوباره تکرار کنید .

برای هر ترکیب رنگ مورد را به دقت یادداشت کنید تا در گزارش کار خود نوع عنصر ماده داده شده را از روی رنگ شعله مورد نظر شناسایی کنید .

دانش آموزان عزیز می توانند با دانلود فایلهای زیر به سوالات شیمی بهمراه پاسخ تشریحی آنها در کنکور 91 دست یابند.

سوالات و پاسخ تشریحی کنکور تجربی91

سوالات و پاسخ تشریحی کنکور ریاضی91

سلام

دوستان عزیز می توانند فایلهای pdf دروس مختلف شیمی را از قسمتهای زیر دانلود کنند.

شیمی اول

شیمی دوم

شیمی سوم

شیمی چهارم

توجه:

1- پسورد مورد نظر برای فایلهای فوق (shimidan shakak ) می باشد.

2- با کلیک روی گزینه های فوق و باز شدن پنجره جدید باید حدود 20 ثانیه صبر کنید تا گزینه دانلود فعال گردد.

3- این فایلها مربوط به سال 1391 می باشد.