شیمی دهم؛ رد پای گازها در زندگی را یکبار برای همیشه یاد بگیر
امروز فضای مجازی و بستر اینترنت به یکی از مراجع مهم برای دانش آموزان تبدیل شده است تا با مراجعه به آن پاسخ بسیاری از پرسش های خود را بیابند.
تحریریۀ مدرسه آنلاین تلاش می‌کند تا در این بخش اطلاعات به روز و مستندی را پیرامون موضوعات درسی تهیه و در اختیار کاربران فضای مجازی قرار دهد.
امروز بحث رد پای گازها در زندگی در شیمی دهم را با هم می‌خوانیم.
لایه‌های هواکره
در میان سیاره‌های سامانە خورشیدی، تنها زمین، اتمسفری دارد که امکان زندگی را روی آن فراهم می‌کند. این اتمسفر، مخلوطی از گازهای گوناگون است که تا فاصله ٥٠٠ کیلومتری از سطح زمین امتداد یافته است به‌طوری که می‌توان گفت ما در کف اقیانوسی از مولکول‌های گازی زندگی می‌کنیم. جاذبە زمین این گازها را پیرامون خود نگه می‌دارد و مانع از خروج آن‌ها از اتمسفر می‌شود.
از سوی دیگر، انرژی گرمایی مولکول‌ها سبب می‌شود تا پیوسته آن‌ها درحال جنبش باشند و در سرتاسر هواکره توزیع شوند. اغلب گازها نامرئی هستند؛ به‌طوری که ما هوا را نمی‌توانیم ببینیم. میان گازهای هوا، واکنش‌های شیمیایی گوناگونی رخ می‌دهد که اغلب آن‌ها برای ساکنان این سیاره سودمند هستند، اما برخی از این واکنش‌ها مفید نبوده و فراورده‌هایی تولید می‌کنند که دلخواه و مطلوب ساکنان سیارە خاکی نیست.
هواکره دارای لایه‌های زیر است:
تروپوسفر: این لایه نزدیک‌ترین لایه به زمین است و حدود 12 کیلومتر با زمین فاصله دارد. تغییرات هوایی زمین، در این لایه رخ می‌دهد و با افزایش ارتفاع، دما و فشار هوا کاهش می‌یابد.
استراتوسفر: تقریبأ 50 کیلومتر با زمین فاصله دارد و دارای گازهای O3 ,Co2, O2 ,N2 می‌باشد.
مزوسفر: تقریبا 75 کیلومتر با زمین فاصله دارد.
ترموسفر: تقریبا 500 کیلومتر با زمین فاصله دارد. به علت برخورد پرتوهای مغناطیسی با اتم‌ها، اتم‌ها می‌شکنند و به یون تبدیل می‌شوند. دارای گازهای O2 , N2 , O و یون‌های مثبت، He , O , O2 , N2 , H می‌باشد.
هوا معجونی ارزشمند
امروزه در صنعت بسته‌بندی، می‌توان زمان ماندگاری مواد غذایی را افزایش داد. جالب است بدانید در بسته‌بندی برخی مواد خوراكی از گاز نیتروژن استفاده می‌شود. افزون بر این، گاز نیتروژن کاربردهای دیگری نیز دارد. کاربردهایی نظیر، پر کردن تایر خودروها، انجماد مواد غذایی در صنعت سرماسازی و نگهداری نمونه‌های بیولوژیکی در پزشکی را دارد.
نیتروژن و اکسیژن و دی‌اکسید کربن از گازهای هواکره هستند که در لایه تروپوسفر قرار دارند و در زندگی روزانه نقش مهمی دارند. حدود 75 درصد از جرم هواکره، در نزدیک‌ترین لایه به زمین (تروپوسفر) قرار دارد. این بخش از هوا كره، همان بخشی است كه ما در آن زندگی می‌كنیم. پس از تروپوسفر، هواکره رقیق و رقیق‌تر می‌شود. رطوبت هوا متغیر بوده و میانگین بخار آب در هوا، حدود یک درصد است. هر چند این مقدار از جایی به جای دیگر، از روزی به روز دیگر و حتی از ساعتی به ساعت دیگر تغییر می‌کند.
بخش عمدۀ هواكره را دو گاز نیتروژن و اكسیژن تشكیل می‌دهد. گاز آرگون در میان اجزای هواكره در رتبۀ سوم قرار دارد؛ بنابراین می‌توان هوا را منبعی غنی برای تهیۀ این گازها دانست. در صنعت، این گازها را از تقطیر جزءبه جزء هوای مایع تهیه می كنند.
تقطیر جزء به جزء هوا مایع
در این فرآیند، نخست هوا را از صافی‌هایی عبور می‌دهند تا گرد و غبار آن گرفته شود؛ سپس با استفاده از کاهش فشار، دما هوا را پیوسته كاهش می‌دهند. با كاهش دما هوا تا صفر درجه سلسیوس، رطوبت هوا به صورت یخ از آن جدا می‌شود. در دمای 78- درجه سلسیوس، گاز کربن دی‌اکسید هوا به حالت جامد در می‌آید و از مخلوط گازی جدا می‌شود.
اکسیژن در دما 183- و آرگون در دما 186- و نیتروزن در دما 196- به صورت مایع جدا می‌شوند. در دما 200-، محلول بسیار زیادی از چند مایع به دست می‌آید که به آن هوای مایع می‌گویند. در آخر با عبور هوای مایع از یك ستون تقطیر، گازهای سازنده جداسازی و در ظرف‌های جدا ذخیره می‌شوند.
گاز آرگون
این گاز بی‌رنگ، بی‌بو، غیرسمی است. واکنش‌پذیری ناچیز دارد و به عنوان محیط بی‌اثر در جوشکاری، برش فلزها و در ساخت لامپ‌های رشته‌ای به‌کار می‌رود.
گاز هلیم
هلیم به‌عنوان سبک‌ترین گاز نجیب، بی‌رنگ و بی‌بو است که کاربردهای فراوانی در زندگی دارد. از هلیم، افزون بر پرکردن بالن‌های هواشناسی، تفریحی و تبلیغاتی در جوشکاری، کپسول غواصی و مهم‌تر از همه، برای خنک کردن قطعات الکترونیکی در دستگاه‌های تصویربرداری مانند MRI استفاده می‌شود. هلیم در کرە زمین به مقدار خیلی کم یافت می‌شود؛ به طوری که مقدار ناچیزی از آن در هوا و مقدار بیشتری در لایه‌های زیرین پوستە زمین وجود دارد؛ از این رو، منابع زمینی آن از هواکره سرشارتر و برای تولید هلیم در مقیاس صنعتی مناسب‌ترند.
هلیم از واکنش‌های هسته‌ای در ژرفا زمین تولید می‌شود. این گاز پس از نفوذ به لایه‌های زمین، وارد میدان‌های گازی می‌شود. یافته‌های تجربی نشان می‌دهد که حدود 7 درصد حجمی از مخلوط گاز طبیعی را هلیم تشکیل می‌دهد. البته مقدار هلیم در میدان‌های گازی گوناگون، متفاوت است. جداسازی هلیم از گاز طبیعی به دانش و فناوری پیشرفته‌ای نیاز دارد. متخصصان کشورمان تاکنون موفق به جداسازی و تهیە آن نشده‌اند و همچنان، هلیم از دیگر کشورها وارد می‌شود.
اكسیژن، گازی واكنش‌پذیر در هواكره
اكسیژن یکی از مهم‌ترین گازهای تشکیل‌دهندە هواکره است كه زندگی روی زمین به وجود آن گره خورده است. به‌طوری که بسیاری از واکنش‌های شیمیایی مانند فرسایش سنگ و صخره، زنگ‌زدن، فساد مواد غذایی و… که پیوسته پیرامون ما رخ می‌دهند به‌دلیل تمایل زیاد اکسیژن برای انجام واکنش است.
این عنصر در آب كره، در ساختار مولكول‌های آب و در زیست کره در ساختار همۀ مولكول‌های زیستی مانند كربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و پروتئین‌ها یافت می‌شود. در هواكره نیز این گاز به‌طور عمده به شکل مولكول‌های دو اتمی وجود دارد؛ هرچند مقدار این گاز در لایه‌های گوناگون هواكره با هم تفاوت دارد.
تركیب اكسیژن با فلزها و نافلزها
اكسیژن در سنگ کره به شکل اکسیدهای گوناگون نیز یافت می‌شود. برای نمونه فلز آلومینیم به شکل بوکسیت (Al2O3 به همراه ناخالصی) و سیلیسیم به شکل سیلیس (SiO2) در طبیعت وجود دارد. فلزها تنها یک نوع اکسید در طبیعت دارند، جالب است بدانید که افزون بر فلزهایی مانند طلا و پلاتین که به حالت آزاد در طبیعت یافت می‌شوند، فلزهایی نیز وجود دارند که با بیش از یک نوع اکسید در طبیعت شناخته شده‌اند.
آهن نمونه‌ای از آن‌هاست. این فلز در ترکیب با اکسیژن دو نوع اکسید با فرمول‌های شیمیایی FeO ، Fe2O3 تولید می‌کند. به واکنش آرام مواد با اکسیژن که با تولید انرژی همراه است، واکنش اکسایش می‌گویند. به ترد شدن و خورد شدن فلزها در اثر اکسایش خوردگی گفته می‌شود.
منبع: بخون
