درسنامه کامل علوم تجربی هفتم فصل 4 موادّ پیرامون ما

تقسیم بندی مواد:

الف) موادی که به طور مستقیم از طبیعت به دست می آیند (مواد طبیعی).

ب) موادی که با تغییرات شیمیایی و فیزیکی روی مواد طبیعی حاصل می شوند (مواد مصنوعی).

مواد طبیعی مستقیماً از طبیعت بدست می آیند و آن ها را استخراج می کنند؛ به عنوان مثال گوگرد که به صورت بلورهای زرد و کدر در دهانه آتشفشان های خاموش و نیمه فعال وجود دارد و یا طلا که به صورت تکه ها یا رگه های فلزی درخشان در لا به لای برخی از خاک و سنگ ها یافت می شود. همچنین الماس را می توان به صورت بلورهای زیبا و درخشان در داخل سنگ های آتشفشانی جست و جو کرد و نیز نمک خوراکی را می توان از آب دریا تهیه کرد. اکثر مواد مورد استفاده در زندگی ما در طبیعت یافت نمی شوند، بلکه باید آن ها را با انجام تغییرهای فیزیکی و شیمیایی در مواد طبیعی به دست آورد.

از جمله مواد مصنوعی فلز آهن، آلومینیوم و مس هستند که از سنگ معدن استخراج می شوند. همچنین شیشه را از ماسه، سیمان را از سنگ آهک و پلاستیک را نفت خام می سازند.

اکسیژن، نیتروژن و کربن دی اکسید به صورت گازهای بی رنگ در هوا یافت می شوند.

برای بیان ویژگی های مواد از عبارت ها و واژه هایی مانند سخت یا نرم، چکش خوار یا شکننده، انعطاف پذیر یا انعطاف ناپذیر، جاذب آب یا ضد آب، شفاف یا کدر، دارای خاصیت آهنربایی یا بدون خاصیت آهنربایی استفاده می کنند.

به عنوان مثال اگر بخواهیم ویژگی های فلز مس را بیان کنیم:

مس فلزی است جامد که سطح براقی دارد و رسانای جریان برق و گرما است. همچنین چکش خوار و سخت نیز می باشد.

ویژگی های مختلف مواد:

خاصیت ضد آب:

میزان مقاومت ماده ها در برابر نفوذ مایع ها خصوصا آب (دفع کردن آب). تعداد قطره ها و مدت زمانی که طول می کشد تا آن ها جذب ماده شوند ، تعیین کننده میزان خاصیت ضد آب بودن ماده ها است.

ویژگی سفتی:

میزان مقاومتی که یک ماده در برابر ترک خوردن و شکستن از خود نشان می دهد.

ویژگی سختی:

به میزان مقاومت یک ماده در برابر خراشیده شدن سختی آن ماده می گویند. وقتی گفته می شود یک ماده از ماده ی دیگر سخت است، منظور این است که به کمک ماده سخت تر بر روی ماده ی دیگر خراش ایجاد کرد یا آن را برید؛ برای نمونه با استفاده از الماس می توان شیشه را برید، یا با ناخن روی صابون و چوب پنبه خراش ایجاد کرد. در نتیجه الماس از شیشه و ناخن از صابون و چوب پنبه سخت تر است.

خاصیت انعطاف پذیری:

انعطاف پذیری یک ماده نشان می دهد که آن ماده چقدر می تواند در اثر نیرو خم یا کشیده شود و پس از برداشتن نیرو، دوباره به حالت اول برگردد. برای نمونه اگر یک کش لاستیکی را بکشید، طول آن افزایش می یابد و شکل آن تغییر می کند. حال اگر آن را رها کنید (نیروی وارد شده را حذف کنید)، دوباره به حالت اول خود برمی گردد. به همین دلیل می گوییم کش انعطاف پذیر است.

خاصیت چکش خواری:

اگر ماده ای چکش خوار باشد، با ضربه زدن به آن نمی شکند و شکل می گیرد. بنابراین می توان آن را به شکل های مختلف در آورد؛ مثلا به صورت مفتول یا ورقه ورقه. فلزها چکش خوار هستند. ولی اگر ماده ای چکش خوار نباشد بر اثر ضربه می شکند، مثل نافلزها. چکش خوار بودن فلزها این امکان را می دهد تا آن ها را به شکل های مختلف در آوریم.

با ضربه زدن بر روی فلزها ، اتم های سازنده ی آن ها از هم جدا نمی شوند و بلکه روی هم سُر می خورند . در نتیجه شکل ظاهری فلز تغییر می کند.

میزان چکش خواری طلا بسیار زیاد است. به طوری که اگر مقداری طلا به اندازه ی نخود داشته باشیم، می توانیم آن را به صفحه ی بسیار نازکی با مساحت ۲ متر مربع در آوریم. 

مواد رسانا:

به موادی که جریان برق و گرما را از خود عبور دهند رسانای الکتریسیته و گرما می گویند؛ مثل آلومینیوم، طلا، مس و … .

مواد نارسانا (عایق):

به موادی که جریان برق و گرما را از خود عبور ندهند، نارسانا یا عایق الکتریسیته و گرما می گویند؛ مثل شیشه، پلاستیک، چوب و ... .

استحکام (محکمی) و ترکیب مواد رسانا و نارسانا برای ایجاد آن:

به مقدار نیرویی که برای گسسته یا بریده شدن یک جسم در اثر کشیدن لازم است، میزان استحکام آن ماده می گویند. معمولا استحکام فلزها بیشتر از سایر مواد است. در نتیجه برای ساختن وسایلی که باید استحکام زیادی داشته باشند مثل بدنه خودروها، اسکلت های ساختمان، پل ها در و پنجره از فلزها استفاده می شود. در ساختن تایرهای خودرو از رشته های فولادی جهت استحکام بیشتر آن استفاده می شود .

اهمیت تعیین چگالی مواد:

توجه به ویژگی چگالی، بیشتر در ساخت وسایلی که خواهند محکم ولی سبک مهم است. برای تعیین چگالی مواد گوناگون ابتدا حجم های ثابتی از مواد را تهیه می کنیم و سپس با استفاده از ترازو جرم آن ها را اندازه می گیریم. هر کدام جرم بیشتری داشته باشند، چگالی آن ها نیز بیشتر است. چگالی فلزات معمولاً بیشتر از سایر مواد است. البته چگالی فلزات نیز با هم متفاوت است. به عنوان نمونه چگالی طلا خیلی بیشتر از فولاد و فولاد هم بیشتر از آلومینیوم است. فلز آلومینیوم به عنوان یک فلز سبک شهرت دارد و برای ساختن اجسام محکم ولی سبک به کار می رود؛ مثلا در صنایع هواپیما سازی در ساخت بدنه هواپیما استفاده می شود.

مهمترین ویژگی شیشه:

شیشه شفاف است و نور را از خود عبور می دهد. این ویژگی شیشه سبب شده است که این ماده کاربردهای گسترده ای پیدا کند.

عوامل تأثیر گذار در ساخت وسایل:

در ساخت وسایل علاوه بر ویژگی های فیزیکی، عوامل دیگری نیز تاثیر گذارند؛ در ساخت وسایل قیمت و فراوانی آن ها نیز در انتخاب آن ها بسیار اهمیت دارد؛ مثلاً دلیل استفاده گسترده آهن در صنایع، ارزان بودن آن نسبت به سایر فلزات می باشد.

چند سازه:

چند سازه به ترکیب شدن دو یا چند ماده مختلف گفته می شود که در اثر ترکیب شدنشان چندسازه ایجاد شده خاصیت های مواد قبلی را نیز دارا می باشد؛ به طور مثال استفاده از چند سازه ها به جای فلزات در ساخت بدنه خودروها مزایای بسیاری دارد، باعث می شود خودرو سبک شود و بنابراین مصرف سوخت آن کم می شود، محکم تر می شود و در نتیجه ضریب امنیت افزایش می یابد. فایبر گلاس نخستین چندسازه شناخته شده است که سال هاست از آن برای ساختن بدنه خودروها و قایق های تندرو، کلاه های ایمنی، میز و صندلی و ... از آن استفاده می کنند.

نکته:

انسان ها از گذشته به فکر تغییر در مواد به منظور بهبود کیفیت آن ها بوده اند. به عنوان مثال با افزودن آهک به گل سبب افزایش استحکام آن شده اند.

مقایسه مقاومت در برابر زنگ زدن آهن ، آلومینیوم و طلا:

آهن به آسانی در مجاورت هوا و رطوبت زنگ می زند و خورده می شوند. در حالی که فلز آلومینیوم در برابر خوردگی و رطوبت مقاوم است. همچنین طلا فلزی است که هیچ گاه زنگ نمی زند و به همین دلیل برای مدت های طولانی درخشان باقی می ماند.

کربن (ذغال):

نافلزی سیاه رنگ و نرم است که با کشیدنش روی کاغذ یا سنگ به آسانی لایه ای از آن جدا می شود. در نتیجه از آن برای ساخت تولید مغز مداد استفاده می شود. افزودن مقداری خاک رس به کربن سبب بیشتر شدن سختی آن می شود، به طوری که هرچه مقدار خاک رس بیشتر باشد، سختی مغز مداد بیشتر است.

آلیاژ :

به موادی که از مخلوط کردن دو یا چند فلز با هم و یا فلز با نافلز به دست می آیند، آلیاژ گفته می شود؛ به عنوان مثال کربن نافلزی است که برای تهیه آلیاژ از آن استفاده می شود.

برای تهیه آلیاژ، فلزها را ذوب کرده و با هم مخلوط می کنند. در اثر این عمل اتم های سازنده ی آلیاژ لابه لای یکدیگر پخش می شوند. به عنوان مثال برای تهیه آلیاژ فولاد، مقدار کمی از فلزهای مختلف با کربن را به فلز آهن اضافه کنیم ، در نتیجه انواع فولاد با ویژگی های متفاوت به دست می آید.

برخی خواص آلیاژ:

مواد هوشمند:

موادی که در شرایط مختلف بتوانند شکل خود را حفظ کنند؛ برای نمونه عینک هایی ساخته شده اند که اگر به این عینک ها نیرو یا فشاری وارد شود، قاب آن ها مچاله شده و تغییر شکل می دهد؛ اما بعد از حذف نیرو یا فشار دوباره بدون هیچ کمکی به شکل اولیه خود برمی گردند.