جواب فصل سوم بخش دوم علوم تکمیلی هفتم 🔍 تجربه و تفکر

جواب فصل سوم بخش دوم علوم تکمیلی هفتم ؛ در این مقاله به جواب و حل سوال های آزمایش کنید ، فعالیت ، خود را بیازمایید و متن تکمیلی صفحه ۱۰ ، ۱۲ ، ۱۳ ، ۱۴ ، ۱۵ ، ۱۶ ، ۱۷ ، ۱۸ ، ۱۹ ، و ۲۱ فصل سوم «اتم‌ها، الفبای مواد» بخش اول «مواد؛ الفبای زندگی» علوم تجربی تکمیلی (ویژه مدارس استعداد درخشان) پایه هفتم متوسطه اول پرداخته ایم. در ادامه با بخش آموزش و پرورش ماگرتا همراه ما باشید.

همچنین بخوانید: گام به گام کتاب علوم تجربی تکمیلی (ویژه مدارس استعداد درخشان) هفتم

جواب آزمایش کنید صفحه ۱۰ فصل سوم بخش دوم علوم تکمیلی هفتم

کهن‌ترین کنجکاوی بشر در مورد ماده

انتشار و پخش ذره‌ها در یک مایع
با کمک یک قاشقک مقدار کمی از بلورهای پتاسیم پرمنگنات را بردارید و آنها را به آرامی در انتهای یک بشر آزمایشگاهی دارای آب قرار دهید. حال به مدت چند دقیقه به داخل بشر نگاه کنید.

چه چیزی را مشاهده می‌کنید؟

پاسخ: با قرار گرفتن بلورهای پتاسیم پرمنگنات در ته ظرف، ابتدا رگه‌ها و خطوط نازک ارغوانی‌رنگ از سطح بلور به سمت بالا و اطراف کشیده می‌شوند. به مرور زمان و بدون این‌که آب را به هم بزنیم، این رنگ در سراسر آب پخش شده و در نهایت تمام حجم آب درون بشر به رنگ ارغوانی یکنواخت درمی‌آید.

توضیح دهید که به نظر شما چه اتفاقی برای ذره‌های ارغوانی رنگ می‌افتد.

پاسخ: توضیح علمی: این پدیده به دلیل پدیدهٔ «انتشار (پخش شدن ذره‌ها)» و «جنبش خودبه‌خودی مولکول‌ها» رخ می‌دهد:

۱. جدا شدن ذره‌ها: وقتی بلور پتاسیم پرمنگنات در آب قرار می‌گیرد، پیوند بین ذره‌های آن شکسته شده و ذره‌های سازندهٔ آن از یکدیگر جدا می‌شوند.

۲. حرکت دائمی ذره‌های آب: مولکول‌های آب همواره در حال حرکت و جنبش گرمایی هستند و مدام با ذره‌های پتاسیم پرمنگنات برخورد می‌کنند.

۳. پخش شدن در فضاهای خالی: ذره‌های پتاسیم پرمنگنات بر اثر این برخوردها و جنبش خود، از جایی که تراکمشان زیاد است (ته ظرف) به سمت بخش‌هایی که تراکمشان کم است (سایر نقاط آب) حرکت کرده و در فاصله‌های خالی بین مولکول‌های آب قرار می‌گیرند تا جایی که به طور کاملاً یکنواخت در ظرف توزیع شوند.

جواب فعالیت صفحه ۱۲ فصل ۳ بخش ۲ علوم تکمیلی هفتم

دالتون یکی از معروف‌ترین شیمی‌دان‌های دو قرن گذشته است. او فهرستی از موادی را که تصور می‌کرد عنصرند، تهیه کرده و به هر یک از آنها نماد خاصی نسبت داده بود.

آ) در حال حاضر ما می‌دانیم که برخی از این مواد (مانند هیدروژن، کربن، اکسیژن و روی) عنصرند. نام دو ماده‌ی دیگر را از این فهرست که عنصرند بنویسید.

پاسخ: علاوه بر موارد ذکر شده، می‌توانیم به گوگرد (Sulfur) و آهن (Iron) اشاره کنیم.
(همچنین در فهرست دالتون عناصری مانند مس، نقره، طلا، جیوه و قلع نیز به عنوان عنصر شناخته می‌شوند که می‌توانید هر کدام را بنویسید).

ب) در شکل‌های زیر، فرمول سه ترکیب با استفاده از نمادهای اتمی دالتون مشخص شده است. نام هر یک از آنها را در جاهای خالی بنویسید:

پاسخ: تصویر کامل شده:

پ) نمادهای شیمیایی دالتون را با کاغذهای دایره‌ای شکل تهیه کنید و مولکول‌های آمونیاک (سه هیدروژن و یک نیتروژن)، آب (دو هیدروژن و یک اکسیژن) و نیتروژن دی اکسید (یک نیتروژن و دو اکسیژن) را با استفاده از این نمادها بسازید.

پاسخ: در زیر می‌توانید مشاهده کنید:

پاسخ فعالیت صفحه ۱۳ فصل سوم بخش دوم علوم تکمیلی هفتم

وسایل مورد نیاز:

جعبه‌ی کفش
کاغذ شطرنجی
میل بافتنی
خط‌کش یا متر
رایانه و نرم افزار مایکروسافت اکسل

مراحل فعالیت
شبیه‌سازی کف دریا که با استفاده از پردازش داده‌ها صورت می‌گیرد، مدت‌هاست که در تحقیقات و مطالعات اقیانوس‌شناسی به کار می‌رود. اقیانوس‌شناسانِ اولیه، به انتهای کابل‌های بلند وزنه‌هایی می‌آویختند و ته دریا می‌فرستادند. این وزنه‌ها کف دریا را می‌پیمودند و ناهمواری‌ها و شیارهای آن را از طریق کابل‌ها روی کاغذهای شطرنجی نقش می‌کردند.

اقیانوس‌شناسان جدید، کابل و وزنه را به کناری نهادند و از فنّاوری رادار کمک گرفتند. آنها امواج صوتی را از یک کشتی اقیانوس‌پیما به کف دریا می‌فرستند و با ثبت فاصلۀ کف با منبع گسیل‌کننده ناهمواری‌های کف را ترسیم می‌کنند.

ماهواره‌ها هم با همین روش می‌توانند امواجی را به اعماق ناشناختۀ فضا بفرستند و با محاسبۀ زمان رفت و برگشت، فواصل را اندازه بگیرند.

برای مشاهدۀ سطح اتمی مواد با دقت بسیار زیاد، از ابزاری به نام میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده می‌شود که این امکان را با مشاهدۀ غیر مستقیم فراهم می‌کند.

پاسخ: مقدمه و هدف از انجام فعالیت
در این فعالیت، شما یاد می‌گیرید که چگونه بدون اینکه به طور مستقیم به یک جسم نگاه کنید (مشاهده غیرمستقیم)، شکل، ارتفاع و ناهمواری‌های آن را کشف کنید. این روش شباهت زیادی به کار اقیانوس‌شناسان در بررسی کف دریا یا کار میکروسکوپ نیروی اتمی در مشاهده سطح اتم‌ها دارد.

مراحل انجام کار (بر اساس دستور کتاب):

1. مرحله اول (آماده‌سازی جعبه): یک جعبهٔ کفش خالی بردارید. از دوستتان بخواهید بدون اینکه شما ببینید، یک جسم مجهول (مثل یک قطعه چوب هرم‌مانند یا شیء دیگر) را وسط جعبه بچسباند و درِ آن را محکم ببندد. سپس یک کاغذ شطرنجی (شبکه ۱۵ در ۱۵) روی درِ جعبه بچسبانید.
2. مرحله دوم (اندازه‌گیری ارتفاع): با یک میل بافتنی، نقاط مختلف کاغذ شطرنجی را سوراخ کنید و نوک میل را به آرامی به سمت پایین بفرستید تا با جسم داخل جعبه برخورد کند. حالا طول بخش فرورفتهٔ میل را اندازه بگیرید.
   • نکته بسیار مهم: برای به دست آوردن ارتفاع واقعی جسم در آن نقطه، باید ارتفاع کل جعبه را منهای طول بخش فرورفتهٔ میل کنید.
   • مثال: اگر ارتفاع کل جعبه ۱۴ سانتی‌متر باشد و میل بافتنی ۷/۵ سانتی‌متر فرو برود، ارتفاع شیء در آن نقطه برابر است با:

$$\text{ارتفاع شیء} = ۱۴ – ۷/۵ = ۶/۵ \text{ سانتی‌متر}$$

3. مرحله سوم (رسم روی کاغذ یا اکسل):اعدادی را که از اندازه‌گیری نقاط مختلف به دست آورده‌اید، در خانه‌های متناظر روی کاغذ شطرنجی یا نرم‌افزار Microsoft Excel وارد کنید. به نقاطی که ارتفاع یکسانی دارند، رنگ یکسانی بدهید.

نتیجه‌گیری و پرسش نهایی فعالیت
چگونه می‌توان جسم درون جعبه را شناسایی کرد؟ با ثبت داده‌های ارتفاعی نقاط مختلف روی کاغذ شطرنجی یا نمودار اکسل و رنگ‌آمیزی خانه‌ها، یک تصویر سه‌بعدی یا نقشه‌برداری‌شده از سطح جسم به دست می‌آید. در نمونهٔ این فعالیت، ارتفاع‌های کمتر در اطراف جعبه و بیشترین ارتفاع (حدود ۱۲ سانتی‌متر) در مرکز قرار دارد که نشان می‌دهد جسم درون جعبه به شکل قله یا هرم است.

پاسخ فعالیت صفحه ۱۴ ، ۱۵ و ۱۶ فصل ۳ بخش ۲ علوم تکمیلی هفتم

در این‌جا فعالیتی را معرفی می‌کنیم که شما را با رفتار یک میکروسکوپ نیروی اتمی آشنا می‌سازد. با این آزمایش می‌توانید، بدون دیدنِ مستقیم، داده‌هایی را از درون یک جعبۀ دربسته استخراج کنید و با استفاده از آنها تصاویری دو و سه‌بُعدی از سطح درونی آن رسم کنید.

۱. جعبۀ کفش خالی را بردارید و از دوستتان بخواهید، یک وسیلۀ مجهول را درون جعبه، درست وسط آن بچسباند و در آن را هم محکم ببندد. حالا کاغذ شطرنجی را روی آن بچسبانید.

سپس با یک میل بافتنی صفحه را سوراخ سوراخ کنید و با کمک همان میل بافتنی ارتفاع شیء مجهول از کفِ جعبه را در نقاط مختلف اندازه بگیرید. حواستان را جمع کنید که فقط ارتفاع میلۀ بافتنی فرورفته در داخل جعبه را اندازه نگیرید؛ بلکه ارتفاع جعبه را هم محاسبه کنید. مثلاً اگر ارتفاع جعبه ۱۴ سانتی‌متر است و میل بافتنی در آن نقطه ۷/۵ سانتی‌متر فرو رفته است؛ باید ۷/۵ را از ۱۴ کم کنید تا ارتفاع شیء مجهول از کف جعبه به دست آید.

پس از این‌که ارتفاع‌های نقاط متفاوت را اندازه گرفتید، کافی است به ازای هر اندازه‌ای که ثبت کرده‌اید، یک رنگ در نظر بگیرید و متناظر آن نقطه روی جعبۀ کفش یک مربع را در کاغذ شطرنجی، رنگی کنید. برای این کار می‌توانید از نرم افزار مایکروسافت اکسل نیز استفاده کنید. به این منظور اطلاعات به‌دست آمده از هر نقطه را در یک جدول در برنامۀ اکسل وارد و نمودار میل‌های آن را رسم کنید. جدول ۱۵×۱۵ نرم افزار اکسل، در واقع همان کاغذ مشبکی است که شما روی جعبه چسبانده‌اید. کافی است که ارتفاع شیء مجهول را در هر نقطه به کمک میل بافتنی اندازه بگیرید و آن را در خانۀ متناظر آن در فایل Excel ذخیره کنید. (مطابق شکل صفحه بعد)

با کمک تصویری که روی کاغذ شطرنجی رسم کرده‌اید یا نموداری که از نرم افزار اکسل به دست آورده‌اید، می‌توانید حدس بزنید که داخل جعبه چه چیزی وجود دارد.

پاسخ: هدف آزمایش:
آشنایی با مفهوم «مشاهدهٔ غیرمستقیم»؛ یعنی پی بردن به شکل، ناهمواری‌ها و ویژگی‌های یک جسم مخفی یا بسیار ریز (دقیقاً مانند کاری که میکروسکوپ نیروی اتمی انجام می‌دهد) بدون این‌که بتوانیم مستقیماً داخل جعبه را ببینیم.

روش و فرمول اندازه‌گیری: وقتی میل بافتنی را از سوراخ‌های کاغذ شطرنجی وارد جعبه می‌کنیم، نوک میل با جسم برخورد کرده و متوقف می‌شود. برای اینکه بدانیم ارتفاع جسم از کف جعبه در آن نقطه چقدر است، از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:

ارتفاع شیء از کف جعبه = ارتفاع کل جعبه − مقدار فرورفتن میل بافتنی

حل مثال کتاب: اگر ارتفاع جعبه ۱۴ سانتی‌متر باشد و میل بافتنی ۷/۵ سانتی‌متر درون جعبه فرو برود:

سانتی‌متر ۶/۵ = ۷/۵ − ۱۴

بنابراین ارتفاع جسم در آن نقطه برابر با ۶/۵ سانتی‌متر است.

نحوهٔ بازسازی شکل با کاغذ شطرنجی یا اکسل:
۱. با اندازه‌گیری نقاط مختلف روی شبکهٔ ۱۵×۱۵، ارتفاع نقاط اطراف جعبه کم (حدود ۱ تا ۲ سانتی‌متر) و ارتفاع نقاط مرکزی زیاد (تا ۱۲ سانتی‌متر) به دست می‌آید.
۲. با رنگ‌آمیزی خانه‌های هم‌ارتفاع روی کاغذ شطرنجی یا رسم نمودار سه‌بعدی در نرم‌افزار اکسل، شکل جسم آشکار می‌شود.

نتیجه نهایی و حدس جسم داخل جعبه: بر اساس نمودار اکسل و جدول داده‌ها (تصویر صفحهٔ ۱۶ کتاب)، داده‌ها نشان می‌دهند که ارتفاع از دیواره‌ها کم است و هرچه به مرکز نزدیک می‌شویم ارتفاع بیشتر می‌شود و در نقطهٔ وسط به اوج می‌رسد؛ بنابراین جسم پنهان‌شده درون جعبه یک جسم هرم‌مانند (شبیه کوه یا قله) است.

جواب خود را بیازمایید صفحه ۱۷ فصل سوم بخش دوم علوم تکمیلی هفتم

دانش‌آموزی سعی کرد با رسم یک شکل رابطۀ بین اتم‌ها، عنصرها، ترکیب‌ها، مخلوط‌ها و مولکول‌ها را نشان دهد. طرحی که او رسم کرد، در زیر نشان داده شده است:

آ) این طرح چند اشتباه دارد. این اشتباه‌ها را مشخص کنید.

پاسخ: ۱. در طرح رسم‌شده توسط دانش‌آموز چند خطای مهم علمی وجود دارد:
جایگاه «اتم‌ها» و «عنصرها»: اتم‌ها ذرات سازندهٔ تمام مواد (از جمله عناصر، ترکیب‌ها و مولکول‌ها) هستند؛ بنابراین نمی‌توان آن‌ها را به‌عنوان یک دایرهٔ مجزا و بی‌رابطه در گوشهٔ تصویر قرار داد، در حالی که عنصرها و مولکول‌ها از اتم‌ها تشکیل شده‌اند.

۲. رابطهٔ میان «مولکول‌ها»، «ترکیب‌ها» و «مخلوط‌ها»:
در شکل دانش‌آموز، «مولکول‌ها» در عمیق‌ترین لایهٔ درون ترکیب‌ها قرار گرفته‌اند، در حالی که همهٔ مولکول‌ها ترکیب نیستند؛ بلکه برخی مولکول‌ها عنصری هستند (مثل اکسیژن و نیتروژن که از یک نوع اتم ساخته شده‌اند).
«مخلوط‌ها» خود از دو یا چند مادهٔ خالص (عنصر یا ترکیب) تشکیل شده‌اند و نمی‌توانند به‌صورت مجموعه‌ای جداگانه از ترکیب‌ها و مولکول‌ها نمایش داده شوند که هیچ ارتباطی با عناصر ندارند.

ب) طرح مورد نظر خود را دربارۀ ارتباط این مفاهیم با یکدیگر ترسیم کنید.

پاسخ: برای رسم نمودار ون صحیح:
کادر بزرگ کل، نشان‌دهندهٔ «مواد» است.
مواد به دو دستهٔ کلی تقسیم می‌شوند: «خالص» و «مخلوط».
مواد خالص شامل عنصرها (مثل هلیم که تک‌اتمی است یا اکسیژن که مولکول دواتمی است) و ترکیب‌ها (مثل آب و آمونیاک) هستند.
مولکول‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند: مولکول‌های عنصری (مربوط به عنصرها) و مولکول‌های ترکیبی (مربوط به ترکیب‌ها).

پ) نام هر یک از مواد داده شده در فهرست زیر را در قسمت مناسبی از طرح خود جای دهید:
هوا، آب، آمونیاک، اکسیژن، نفت خام، کلر، هلیم، نیتروژن، فسفر، سولفوریک اسید.

پاسخ: در جدول زیر می‌توانید مشاهده کنید:

به نمودارهای دایره‌ای مشابه نمودار بالا، نمودار «وِن» می‌گویند. در هر دایره چیزهایی که ویژگی مشابه دارند، قرار می‌گیرد. گاهی اوقات چند دایره با هم در بخش‌هایی هم‌پوشانی دارند و حتی ممکن است دایره‌ای درون دایرۀ دیگر قرار گیرد که به نوعی مفاهیمی مانند اشتراک مجموعه‌ها و زیرمجموعه‌ها را بیان می‌کند.

سعی کنید با استفاده از این نمودارها تقسیم‌بندی‌های مختلفی از مواد ارائه دهید و دسته‌بندی‌های خود را با هم‌کلاسی‌هایتان در میان بگذارید.

جواب متن تکمیلی صفحه ۱۷ فصل ۳ بخش ۲ علوم تکمیلی هفتم

ذرات یک ماده جنبش دارند

در آزمایش «کهن‌ترین کنجکاوی بشر در مورد ذرات» آموختید که ذرات یک ماده دارای حرکت هستند که به آن جنبش مولکولی یا جنبش اتمی می‌گویند. این جنبش به چه صورت است؟ ذرات هر ماده بسته به حالت فیزیکی (جامد، مایع یا گاز بودن) می‌توانند جنبش‌های مختلفی داشته باشند.
در گازها ذرات از آزادی بیشتری برخوردارند در نتیجه انواع جنبش‌ها را دارند که عبارت است از: الف) ارتعاشی ب) چرخشی ج) انتقالی

در حرکت ارتعاشی، ذرات در جایی که قرار دارند لرزش می‌کنند درست مانند تلفن همراهی در حالت ویبره قرار دارد و در جیب شما می‌لرزد. در حرکت چرخشی، ذرات سازنده مدام دور خودشان می‌چرخند و جابجایی ندارند مانند فردی که روی یک صندلی چرخدار مدام دور خودش می‌چرخد. در سومین نوع تحرک که به جنبش انتقالی معروف است، ذرات در جای خود ثابت نمی‌مانند و مدام تغییر جا می‌دهند مانند فردی که در اتاق حرکت می‌کند.

سؤال) چه پدیده‌های دیگری را می‌توان با نظریه جنبشی ذرات ماده توجیه کرد؟

پاسخ: با توجه به نظریهٔ جنبش مولکولی (که بیان می‌کند ذرات سازندهٔ تمام مواد مدام در حال جنبش و حرکت هستند و با افزایش دما جنبش آن‌ها بیشتر می‌شود)، پدیده‌های زیر در زندگی روزمره را می‌توان به کمک این نظریه توجیه و تفسیر کرد:

۱. پدیدهٔ پخش و انتشار (پخش بو و رنگ):
پخش بوی عطر یا غذا در هوا: مولکول‌های عطر جنبش انتقالی سریعی دارند و با برخورد به مولکول‌های هوا در سراسر اتاق جابه‌جا و پخش می‌شوند.
حل شدن و پخش جوهر یا شکر در آب: ذرات جوهر یا قند به دلیل جنبش مولکول‌های آب، بین ذرات آب حرکت کرده و به‌آرامی در تمام لیوان پخش می‌شوند (در آب داغ این پدیده سریع‌تر رخ می‌دهد چون جنبش ذرات بیشتر است).

۲. انبساط و انقباض گرمایی:
وقتی به یک ماده (جامد، مایع یا گاز) گرما می‌دهیم، جنبش ذرات آن بیشتر و سریع‌تر می‌شود. در نتیجه، ذرات مدام به یکدیگر برخورد کرده، از هم فاصله می‌گیرند و حجم ماده بیشتر می‌شود (انبساط). با سرد شدن، جنبش کم شده و فاصله ذرات کاهش می‌یابد (انقباض).

۳. تغییر حالت‌های ماده (ذوب، تبخیر و تصعید):
ذوب و تبخیر: با گرم کردن یخ، جنبش ارتعاشی ذرات آن‌قدر زیاد می‌شود که از قید پیوندهای سخت جامد آزاد شده و به حالت مایع درمی‌آیند. با ادامه گرما، جنبش انتقالی بسیار شدیدی پیدا کرده و تبدیل به بخار می‌شوند.
خشک شدن لباس‌های خیس (تبخیر سطحی): مولکول‌های آب در سطح لباس به دلیل جنبش خود انرژی کافی کسب کرده و به هوا فرار می‌کنند.

۴. فشار گازها:
باد کردن بادکنک یا تایر دوچرخه: برخورد مداوم ذرات گازیِ پرجنبش به دیواره‌های داخلی ظرف، ایجاد فشار می‌کند. هرچه دما بالاتر برود، جنبش ذرات بیشتر شده و فشار گاز افزایش می‌یابد.

۵. حل شدن سریع‌تر مواد در آب داغ:
حل شدن سریع‌تر شکر در چای داغ نسبت به آب سرد؛ زیرا جنبش انتقالی و ارتعاشی مولکول‌های آب در دمای بالا شدیدتر است و ذرات شکر را سریع‌تر از هم جدا می‌کند.

پاسخ آزمایش کنید صفحه ۱۸ فصل سوم بخش دوم علوم تکمیلی هفتم

فعالیت صفحۀ ۱۴ کتاب را که یادتان هست… می‌خواهیم دوباره آن را تکرار کنیم.

این بار آن را در شرایط متفاوت تکرار کنید. در بشر اول بلورهای پتاسیم پرمنگنات را در آب سرد و در بشر دوم بلورهای پتاسیم پرمنگنات را در آب خیلی گرم (نزدیک به دمای جوش) قرار دهید. سرعت انتشار ذرات پتاسیم پرمنگنات را در شرایط مختلف بررسی کنید.

بار دیگر یک بشر حاوی آب سرد را آهسته روی شعلۀ ملایم قرار دهید و پتاسیم پرمنگنات را در انتهای ظرف قرار دهید.
مشاهدات خود در شرایط مختلف را با هم مقایسه کنید.
این آزمایش را به شیوه‌های مختلف می‌توانید تکرار کنید…

محلول غلیظ پتاسیم پرمنگنات در آب تهیه کنید. چند قطره از آن را درون آب سرد و آب گرم بریزید و سعی کنید از مشاهدات خود نتیجه بگیرید.

پاسخ: مشاهده‌ها و مقایسه
۱. بلور پتاسیم پرمنگنات در آب سرد: رنگ بنفش به‌آرامی در آب پخش می‌شود و مدتی طول می‌کشد تا همهٔ آب رنگی شود.
۲. بلور پتاسیم پرمنگنات در آب خیلی گرم: رنگ بنفش سریع‌تر در آب پخش می‌شود و آب زودتر رنگی می‌شود.
۳. آب سردی که آرام‌آرام از زیر گرم می‌شود: در ابتدا انتشار رنگ کند است؛ اما با گرم‌شدن آب، سرعت پخش‌شدن رنگ بیشتر می‌شود. اگر آب از پایین گرم شود، حرکت آب گرم به سمت بالا نیز به جابه‌جایی رنگ کمک می‌کند.
۴. چند قطره محلول غلیظ پرمنگنات در آب سرد و گرم: قطره‌ها در آب گرم سریع‌تر پخش می‌شوند؛ در آب سرد پخش‌شدن آن‌ها آهسته‌تر است.

نتیجه‌گیری
با گرم‌شدن آب، جنبش ذرات آن بیشتر می‌شود. ذرات آب و پتاسیم پرمنگنات سریع‌تر حرکت می‌کنند و در نتیجه، انتشار پتاسیم پرمنگنات در آب گرم سریع‌تر از آب سرد است.

پاسخ خلاصه:
پتاسیم پرمنگنات در آب گرم سریع‌تر از آب سرد پخش می‌شود؛ زیرا با افزایش دما، جنبش ذرات بیشتر می‌شود. در آبی که از پایین گرم می‌شود، حرکت آب گرم به سمت بالا نیز به پخش‌شدن رنگ کمک می‌کند.

پاسخ فعالیت صفحه ۱۸ فصل ۳ بخش ۲ علوم تکمیلی هفتم

ابتدا چهار نفری در صفی کنار هم بایستید. هر کدام از شما جای خودش را با گچ روی زمین علامت بزند، سپس طول صف را اندازه بگیرید.

بعد با انجام فعالیت‌های «درجا» جنبش خودتان را زیاد کنید مثلاً حرکت ورزشی پروانه را انجام دهید.

برای اینکه راحت‌تر حرکت در جای پروانه انجام دهید، باید کمی از هم فاصله بگیرید… پس هر کدام از شما جایش عوض شده است. دوباره محل‌های جدید خود را علامت بزنید و این بار نیز طول صفی را که در آن کنار هم ایستاده‌اید علامت بزنید.

چه مشاهده می‌کنید؟

پاسخ: وقتی افراد شروع به انجام حرکت ورزشی «پروانه» (جنبش بیشتر) می‌کنند، برای اینکه دست‌ها و پاهایشان به نفر کناری برخورد نکند، مجبور می‌شوند کمی از یکدیگر فاصله بگیرند. در نتیجه، طول ثانویهٔ صف بیشتر از طول اولیهٔ آن می‌شود (فاصلهٔ بین افراد افزایش یافته و طول کل صف زیادتر می‌شود).

اگر حاصل تفریق «طول اولیه از طول ثانویه» را حساب کنیم، یک عدد مثبت به دست می‌آید که نشان‌دهندهٔ میزان افزایش طول صف (میزان انبساط) است.

به نظر می‌آید که فاصلۀ بین شماها زیاد شده است. اکنون طول اولیۀ صف را از طول ثانویه کم کنید. بار دیگر بازی قبل را تکرار کنید این بار به‌جای چهارنفر، هفت نفری در کنار هم یک صف را تشکیل دهید. (طول اولیه صف را اندازه بگیرید. حرکت پروانه انجام دهید و دوباره طول صف را اندازه بگیرید و سپس طول اولیه را از طول ثانویه کم کنید.)

در کدام حالت انجام حرکت ورزشی پروانه باعث شده است که بیشتر به طول صف اضافه شود؟

پاسخ: در حالتی که ۷ نفر بودید، بیشتر به طول صف اضافه شد.

چرا این اتفاق افتاد؟

پاسخ: وقتی هر نفر (که نمایندهٔ یک ذره یا اتم است) شروع به جنبش و حرکت می‌کند، برای اینکه با نفر کناری برخورد نکند، ناخودآگاه کمی از او فاصله می‌گیرد. در صفی که ۷ نفر حضور دارند، تعداد این «فاصله‌ها» بین افراد بیشتر از صفِ ۴ نفره است. وقتی فاصلهٔ بینِ تک‌تکِ ذرات کمی زیاد شود، مجموع این افزایشِ طول‌ها در یک صف طولانی‌تر (۷ نفره)، عدد بزرگ‌تری می‌شود؛ بنابراین کلِ طول صف بیشتر افزایش می‌یابد.

همان‌طور که می‌دانید میزان انبساط یک ماده در اثر گرما به جنس ماده و طول اولیۀ آن بستگی دارد. این بازی که شما انجام دادید، کدام مورد را شبیه‌سازی می‌کرد؟

پاسخ: این فعالیت، «انبساط گرمایی مواد (به‌ویژه جامدات)» را شبیه‌سازی می‌کرد.

دانش‌آموزانِ ثابت: ذراتِ سردِ یک ماده (که جنبش کمی دارند و نزدیک هم هستند).
دانش‌آموزانِ در حال جنبش: ذراتِ گرمِ یک ماده (که جنبش زیادی دارند).
زیاد شدن فاصله: همان پدیدهٔ انبساط است؛ ذرات وقتی گرم می‌شوند، چون جنبششان شدید می‌شود، برای جلوگیری از برخورد با یکدیگر، فضای بیشتری اشغال می‌کنند و از هم دور می‌شوند؛ نتیجهٔ این دور شدن، افزایش طول یا حجم ماده است.

جواب خود را بیازمایید صفحه ۱۹ فصل سوم بخش دوم علوم تکمیلی هفتم

اگر جوشیدن را خیلی دقیق بررسی کنید مثلاً دمای یک مایع را پیش از رسیدن به نقطه جوش تا پایان جوشیدن و تبدیل شدن به بخار تحت نظر بگیرید، یکی از پدیده‌هایی که مشاهده خواهید کرد ثابت ماندن دمای مایع هنگام جوشیدن است. وقتی مایع هنوز نجوشیده است با گرفتن گرما دمایش بالا می‌رود اما وقتی مشغول جوشیدن و قل‌قل کردن است دمای آن ثابت می‌ماند.

این پدیده را چگونه می‌توان توجیه کرد؟

پاسخ: وقتی به یک مایع (مثل آب) گرما می‌دهیم، در ابتدا این گرما باعث افزایش جنبش ذرات و بالا رفتن دمای مایع می‌شود. اما وقتی مایع به نقطه‌جوش می‌رسد و شروع به قل‌زدن می‌کند، با وجود اینکه به دادن گرما ادامه می‌دهیم، دمای آن دیگر بالا نمی‌رود و ثابت می‌ماند.

چرا این اتفاق می‌افتد؟
ذراتِ یک مایع با نیروهای ربایشی (جاذبه) به یکدیگر متصل هستند. برای اینکه یک مایع به گاز تبدیل شود، ذرات باید کاملاً از چنگ نیروی جاذبهٔ همدیگر رها شوند و از هم جدا گردند.

گرمی که در هنگامِ جوشیدن به مایع داده می‌شود، صرفِ افزایش دما نمی‌شود؛ بلکه تمامیِ این انرژیِ گرمایی به عنوانِ انرژی پتانسیل مصرفِ شکستنِ پیوندها و نیروهای جاذبهٔ بین ذرات می‌گردد تا آن‌ها از هم فاصله گرفته و به بخار تبدیل شوند. به همین دلیل، تا زمانی که تمام مایع به بخار تبدیل نشده است، دَمای آن ثابت می‌ماند.

پاسخ کوتاه: وقتی مایع به نقطهٔ جوش می‌رسد، گرمایی که به آن داده می‌شود صرفِ افزایش دما نمی‌شود، بلکه این انرژی برای شکستن نیروهای جاذبهٔ بین ذرات و تبدیل مایع به بخار (گاز) مصرف می‌شود. به همین دلیل، تا زمان کامل شدن جوشش، دما روی یک عدد ثابت می‌ماند.

جواب خود را بیازمایید صفحه ۲۰ فصل ۳ بخش ۲ علوم تکمیلی هفتم

چگالی یک ماده با استفاده از فرمول زیر تعیین می‌شود:

چگالی = جرم / حجم

به نمودار زیر نگاه کنید:

نمودار ۲ – مقایسه میزان افزایش حجم مقدار یکسانی از چند ماده در اثر افزایش دما به مقدار یکسان

آ) در این نمودار اگر محور عمودی چگالی باشد، نمودار آن را در زیر رسم کنید.

پاسخ: نمودار رسم شده:

ب) حالت فیزیکی هر یک از این عنصرها در دمای ۲۵^۰C چگونه است؟

پاسخ: بر اساس دمای اتاق (۲۵ درجهٔ سلسیوس):
۱. گازها (مثل اکسیژن و نیتروژن): در این دما به حالت گاز هستند زیرا فاصلهٔ ذراتشان بسیار زیاد است.
۲. مایعات (مثل جیوه یا برم): در این دما به حالت مایع قرار دارند.
۳. جامدات (مثل طلا، مس، آلومینیوم، آهن): در این دما به حالت جامد هستند زیرا ذراتشان به‌شدت به هم فشرده و متصل است.

پ) علت اختلاف زیاد در چگالی عنصرهای داده شده را توضیح دهید.

پاسخ: چگالی به دو عامل بستگی دارد: «جرمِ ذرات (اتم‌ها)» و «فاصلهٔ بین ذرات (حجم)».
۱. در گازها، فاصلهٔ بین ذرات بسیار زیاد است؛ به همین دلیل در حجم مشخصی، تعداد کمی ذره جا می‌گیرد و چگالی بسیار کم می‌شود.
۲. در جامدات و مایعات، ذرات بسیار به هم نزدیک هستند، اما جرمِ اتم‌های سازندهٔ آن‌ها با هم فرق می‌کند (مثلاً اتمِ طلا یا سرب بسیار سنگین‌تر از اتمِ آلومینیوم است). بنابراین هم فاصلهٔ کمِ ذرات و هم نوع و جرمِ خودِ اتم‌ها باعث ایجاد اختلاف زیاد در چگالی عنصرها می‌شود.

پاسخ خلاصه: اختلاف در چگالی به خاطر تفاوت در نوع و جرمِ اتم‌های سازنده و همچنین فاصلهٔ بین ذرات (حالت فیزیکی ماده) است. اتم‌های سنگین‌تر و فشرده‌تر چگالی بیشتری دارند.

ت) چرا برای بیان چگالی اکسیژن و نیتروژن حتماً باید دما و فشار مشخص باشد؟

پاسخ: گازها برخلاف جامدات و مایعات، حجم ثابتی ندارند و به‌شدت تحت تأثیر دما و فشار تغییر می‌کنند:

اگر دما بالا برود، گاز منبسط می‌شود، حجمش زیاد می‌شود و در نتیجه چگالی‌اش کاهش می‌یابد.
اگر فشار زیاد شود، گاز فشرده می‌شود، حجمش کم می‌شود و چگالی‌اش بالا می‌رود.
به همین دلیل، بدون ذکر دما و فشار، مقدار دقیق چگالی یک گاز معنی ندارد.

پاسخ خلاصه: چون گازها تراکم‌پذیرند و حجم آن‌ها با کوچک‌ترین تغییرِ دما یا فشار عوض می‌شود؛ تغییر حجم یعنی تغییر چگالی، پس برای دقت علمی باید شرایطِ دما و فشار ثبت شود.

پاسخ خود را بیازمایید صفحه ۲۱ فصل سوم بخش دوم علوم تکمیلی هفتم

علت هر یک از پدیده‌های زیر را توضیح دهید:

آ) گاهی اوقات هنگام قدم زدن در کنار خیابان، بوی سیب زمینی سرخ کرده یا گوشت کباب شده را احساس می‌کنید.

پاسخ: ذراتِ مادهٔ بودارِ غذا (به دلیل حالت گازی و جنبش دائمیِ خود) از منبعِ بو جدا شده و در بین مولکول‌های هوا پخش می‌شوند. این ذرات به همراه هوا جابه‌جا شده و وقتی به گیرنده‌های بویاییِ داخل بینیِ ما می‌رسند، ما بوی غذا را احساس می‌کنیم (پدیدهٔ پخش ذرات گاز در هوا).

پاسخ خلاصه: به دلیل پدیدهٔ پخش؛ ذراتِ بودارِ غذا در هوا منتشر شده و با حرکت در میان مولکول‌های هوا به بینی ما می‌رسند.

ب) شکر در آب داغ با سرعت بیشتری نسبت به آب سرد حل می‌شود.

پاسخ: با افزایش دمای آب، جنبشِ حرارتی ذرات آب بیشتر می‌شود و سریع‌تر به ذرات شکر ضربه می‌زنند. همچنین فاصله‌های بین ذرات آب کمی بیشتر می‌شود؛ به همین دلیل ذرات شکر خیلی سریع‌تر از هم باز شده و در میان ذرات آب پخش (حل) می‌شوند.

پاسخ خلاصه: چون در آب داغ، سرعت و جنبشِ ذرات آب بیشتر است و شکر را سریع‌تر در خود حل می‌کند.

مقداری از یک مادۀ خالص را که به‌صورت جامد است، داخل یک لولۀ آزمایش می‌ریزیم و به آرامی حرارت می‌دهیم تا به مایع تبدیل شود. سپس حرارت دادن را ادامه می‌دهیم تا مایع به دست آمده نیز تبخیر شود. تغییرات دمایی در طول این فرآیند به شکل زیر است:

آ) دمای ذوب این ماده چند درجه است؟

پاسخ: روی صفر درجهٔ سانتی‌گراد ($0^\circ\text{C}$)؛ در این بخش، نمودار برای مدتی افقی می‌شود که نشان‌دهندهٔ دمای ذوب (تبدیل جامد به مایع) است.

ب) در کدام قسمت از نمودار، ماده به‌طور کامل به‌صورت مایع خواهد بود؟

پاسخ: در بخش صعودیِ میانِ دو سکوی افقی (یعنی بین دمای $0^\circ\text{C}$ تا $100^\circ\text{C}$ که خط اریبِ وسط نمودار قرار دارد)، ماده به‌طور کامل به شکل مایع است و دمایش با گرفتن گرما بالا می‌رود.

پ) شکل نمودار به دست آمده را تفسیر کنید.

پاسخ: این نمودار نشان می‌دهد که با دادن گرما به ماده:
۱. در ابتدا مادهٔ جامد گرم می‌شود (خط اریب اول).
۲. وقتی به دمای ذوب می‌رسد (صفر درجه)، دما ثابت می‌ماند تا تمام جامد به مایع تبدیل شود (خط افقی اول).
۳. پس از ذوب کامل، مایعِ حاصل گرم می‌شود و دمایش بالا می‌ رود (خط اریب دوم).
۴. در دمای جوش (صد درجه)، دوباره دما ثابت می‌ماند تا مایع به بخار تبدیل شود (خط افقی دوم).
۵. در نهایت بخارِ حاصل گرم می‌شود.

پاسخ خلاصه: نمودار نشان می‌دهد که با دادن گرما، دمای ماده بالا می‌رود، اما در هنگام ذوب شدن و جوشیدن (بخش‌های افقی)، دما ثابت می‌ماند زیرا گرمای داده‌شده صرفِ تغییر حالت ماده می‌شود.

به شکل‌های زیر دقت کنید:

مشخص کنید کدام یک از آنها نشان دهندۀ یک عنصر(اتم یا مولکول)، ترکیب خالص و یا یک مخلوط است.

پاسخ: ۱. شکل اول (کره‌های قرمز تکی):
نوع ماده: عنصر (اتم آزاد)؛ زیرا همهٔ ذرات کاملاً یکسان و تک‌اتمی هستند.

۲. شکل دوم (مولکول‌های دواتمی آبی):
نوع ماده: عنصر (مولکول)؛ زیرا ذرات دوتایی هستند اما همگی از یک نوع اتم تشکیل شده‌اند.

۳. شکل سوم (مولکول‌های سه تاییِ سبز و بنفش):
نوع ماده: ترکیب خالص؛ زیرا همهٔ مولکول‌ها کاملاً شبیه هم هستند، اما هر مولکول از دو نوع اتمِ مختلف ساخته شده است.

۴. شکل چهارم (مجموعه‌ای از ذرات مختلف کنار هم):
نوع ماده: مخلوط؛ زیرا از چند نوع ذره، اتم و مولکولِ مختلف تشکیل شده که با هم آمیخته شده‌اند.

توجه: شما دانش آموز پایه هفتم متوسطه اول می توانید برای دسترسی سریع و آسان تر به معنی مطالب آموزشی و جواب سوالات درس های کتاب علوم تجربی تکمیلی (ویژه مدارس استعداد درخشان) پایه هفتم متوسطه اول ، در انتهای عنوان خود عبارت «ماگرتا» را نیز در گوگل جستجو کنید.

پاسخ فصل بعدی:

پاسخ فصل قبلی: جواب فصل دوم بخش اول علوم تکمیلی هفتم

📝 در انتها امیدواریم که مقاله جواب فعالیت ها و تمرین های فصل سوم بخش دوم کتاب علوم تجربی تکمیلی ویژه استعداد درخشان پایه هفتم متوسطه اول، برای شما دانش آموزان عزیز مفید بوده باشد و توانسته باشید تا از آن استفاده و بهره برده باشید.