الكيمياء

تجربة عملية توّضح كيفية تقلص محلول سائل

2011 تجارب علمية داخل المادة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية تقلص محلول سائل محلول سائل الكيمياء

– الأهداف

1.  صنع محلول من سائلين.

2.  معرفة الطريقة التي تختلف فيها المواد على المستوى الجزيئي.

 

– الأدوات التي تحتاجها

1- كوبان زجاجيان طويلان ومستقيمان

2– قلم حبر تخطيط سهل التنظيف

 

3- كوب قياس

4– كحول معقم (كحول الإيسوبروبيل)

 

5- أقلام حبر ذات رأس ليفي

6- ماء

 

– خطوات العمل

1- استخدم قلم حبر تخطيط سهل التنظيف لوضع علامة على السطح الخارجي للكوب الزجاجي، وذلك عند ثلث المسافة من قاعدة الكوب إلى قمته. املأ الكوب بالماء حتى يصل إلى أسفل العلامة التي حددتها بالقلم.

2- اسكب الماء من الكوب الأول في الكوب الثاني.

3- صب المزيد من الماء في الكوب الأول حتى يصل إلى أسفل العلامة، ثم كرر ما فعلته سابقاً بسكب هذا الماء في الكوب الثاني.

4- استخدم القلم لتحديد مستوى الماء، وذلك بوضع علامة على السطح الخارجي للكوب الثاني. هذا هو مقدار القياسين للماء من الكوب الأول. أفرغ الآن الكوب الثاني وتأكد من بقاء العلامة التي رسمتها عليه.

5- املأ من جديد الكوب بالماء وصولاً إلى أسفل العلامة، ثم أفرغ هذا الماء في الكوب الثاني كما فعلت سابقاً.

6- املأ الكوب الآن بكحول التعقيم حتى يصل إلى أسفل العلامة.

7- صب الكحول في الكوب الثاني (بوجود الماء فيه طبعاً).

8- لاحظ مستوى السائل في الكوب الثاني. هل المستوى فوق أو تحت العلامة من مجموع كوبي الماء؟ وكم تبلغ المسافة فوق أو تحت العلامة؟

 

قد يكون تكرار النشاط فكرة جيدة باستعمال أكواب قياس لكي تحصل على قياس أكثر دقة وتعرف مقدار تقلص المزيج بالضبط.

حاول استخدام سوائل أخرى غير كحول التعقيم. تستطيع مثلاً استخدام الخل أو كحول الميثانول أو التربنتين (زيت راتنجي) أو الزيت النباتي أو عصير البرتقال أو الحليب. بما أن بعض هذه المواد تعدّ من المركّبات الكيميائية الخطيرة، فينبغي وجود أحد الكبار معك أثناء قيامك بهذا النشاط.

هل تشغل جميع هذه الخلائط حيّزاً أقل من عناصرها منفصلة عن بعضها؟ هل تستطيع تخمين السبب؟

 

تحليل التجربة

بدا السائلان في هذا النشاط وكأنهما تقلصا بطريقة سحرية عند مزجك لهما لتصنع محلولاً.

من المؤكد طبعاً أنه لا يوجد أي شيء سحري في هذا الأمر. فقد كان الحجم الكلي للمحلول أقل من مجموع حجميي السائلين منفصلين لأن جزيئات المحلول أخذت أمكانها سوية بتراصّ أكبر.

تنجح هذه «الحيلة» فقط إذا كانت الجزيئات في كلا السائلين مختلفة الحجم لكي تستطيع الجزيئات الصغيرة أن تجد مكاناً لها داخل الفجوات بين الجزيئات الأكبر.

 

إن السوائل التي تتقلص إلى أدنى مستوى ممكن عند مزجها بالماء هي تلك السوائل التي تحوي الجزيئات الأكبر. تتألف جزيئات الماء من ذرّتي هيدروجين وذرّة أكسجين فقط، لذلك فهي جزيئات صغيرة جداً، وهذا ما يتيح لها أن تتغلغل بسهولة في الفجوات بين جزيئات السوائل الأخرى.

وكلما كانت جزيئات السائل الآخر أكبر توافر مكان أوسع لجزيئات الماء. ولعلك وجدت في نشاط المتابعة أن بعض السوائل جعلت المحلول يتقلص أكثر من غيرها من السوائل، وهذه السوائل هي التي تحوي الجزيئات الأكبر حجماً.

 

ولكنك على الأرجح قد وجدت أن التجربة لم تكن ناجحة دائماً، فلو مزجت الماء مع عصير البرتقال أو الخل، لوجدت أن المحلول الذي قمت بإعداده لم يتقلص أبداً. 

والسبب هو أن الماء يشكّل النسبة العظمى من هذه السوائل، لذلك كنت في الواقع تمزج الماء مع الماء. ولو استعملت الزيت لوجدت أنه يطفو على سطح الماء بدلاً من الامتزاج به، لذلك لم يتغير الحجم.

 

تسمى السوائل التي تمتزج مع بعضها «امتزاجية» (قابلة للامتزاج)، بينما تسمى السوائل التي لا تمتزج مع بعضها «غير امتزاجية» (غير قابلة للامتزاج).

لا تستطيع السوائل غير القابلة للامتزاج تكوين محلول، لكن يمكن مزجها بطرائق أخرى، فإذا قمت بهز ورجّ خليط من الزيت والماء لفترة طويلة، سيتفكك الزيت إلى آلاف القطيرات الصغيرة التي تصبح معلقة في الماء.

 

يُطلق على هذا المزيج مصطلح «مزيج معلّق». ولكن في النهاية ستطفو القطيرات على وجه الماء وتجتمع مع بعضها وتفصل المزيج المعلق إلى طبقات من الزيت والماء.

وتستطيع بعض الخلائط المعلّقة أن تبقى متمازجة مع بعضها بشكل دائم، ويُطلق عليها اسم «مستحلبات» أو «غروانيات» (شبه غروية). فالحليب، على سبيل المثال، هو مستحلب من قطيرات زيت في الماء.

 

والمايونيز أيضاً مستحلب مؤلف من زيت وحامض، كالخل أو الليمون، وصفار البيض.

يُطلق على صفار البيض، أو المحّ، اسم «مستحلِب» لأنه يحافظ على المزيج من الانفصال، كما أن بعض أنواع الطلاء أو الدهان تتكون من سوائل مختلفة ممزوجة مع بعضها ضمن قوام مستحلب.

 

يمتزج الماء وكحول التعقيم معاً بسهولة لأن جزيئات كل منهما تنجذب نحو الأخرى، وتستطيع مزج الماء والكحول في أي نسبة ويمتزجان معاً دائماً بشكل كامل.

يُطلق على السوائل التي تشكل المحاليل بسهولة «المذيبات». وتعدّ هذه المذيبات مفيدة جداً لإزالة جميع أنواع الأوساخ والشحوم لأنها تجعل المواد الأخرى تتفكك بسهولة.

 

ما العمل إذا لم يتوافر لديّ قلم تخطيط للكتابة أو الرسم على الزجاج؟

هناك طرائق كثيرة تستطيع بواسطتها تحديد مستوى الماء على الكوب. فاستخدام حلقة مطاطية حول الكوب يُعدّ طريقة جيدة لتحديد مستوى الماء، ولكن احذر انفلات حلقة المطاط من مكانها. وبإمكانك أيضاً استعمال شريط لاصق ملون أو لصاقات ورقية صغيرة أو قليلة من الألوان المائية.

 

نصائح للسلامة

يُعدّ كحول التعقيم مادة سامة، لذلك تجنّب شربه أو اقترابه من عينيك أو أنفك، لكن لمسه يُعدّ آمناً. اطلب من أحد الكبار الحضور كلما أردت استعمال هذا الكحول.

 

سيارات فائقة البرودة

يعتمد حجم الفجوات بين جزيئات السائل على مدى سخونة هذا السائل. وإذا قمت بتبريد السائل فإنه سيتقلص، وتستفيد سيارات السباق من هذا المبدأ.

فمن أجل إبقاء خزان الوقود في تلك السيارات أصغر ما يمكن، تستخدم هذه السيارات وقوداً بارداً جداً كي يشغل حيّزاً أقل داخل الخزان.

مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪بدء تجارب لإيجاد سلاح جديد ضد داء باركنسون: الضوء
قلم:     جنجان سينها
ترجمة:  مي بورسلي
   قد يساعد العلاج بالضوء Light therapy على تحسين الحالة المزاجية والتئام الجروح وتقوية جهاز المناعة. لكن، هل يمكنه تحسين أعراض داء باركنسون Parkinson’s disease أيضًا؟ تجربة هي الأولى من نوعها من المقرر إطلاقها في خريف 2020 بفرنسا، تهدف إلى معرفة ذلك. ففي سبعة مرضى سينقل كابل الألياف البصرية Fiber optic cable المزروع في أدمغتهم نبضاتٍ من ضوء الأشعة القريبة من تحت الحمراء Near infrared pulses ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪زراعة تريليون شجرة ربما ليست فكرةً جيدة
طلق المنتدى الاقتصادي العالمي في شهر فبراير 2020 مبادرة عالمية جديدة هدفها زراعة واستصلاح وصيانة تريليون شجرة حول العالم. وتهدف الخطة التي سُميت 1t.org التي حصلت في دافوس على تأييد الرئيس الأمريكي دونالد ترامب Donald Trump واختصاصية علم الرئيسيات جين غودال Jane Goodall، إلى بدء عملية كثيفة لاستصلاح الطبيعة لحماية التنوع البيولوجي ومكافحة تغير المناخ. وفي بيان، قال مارك بينيوف Marc Benioff، الرئيس التنفيذي لشركة البرمجيات سيْلزفورس Salesforce ... (قراءة المقال)