درسنامه علوم تجربی هفتم فصل ۵

در زندگی روزمره از مواد مختلفی برای رفع نیازهای خود استفاده می‌کنیم؛ برای نمونه از سیمان، آهن و شیشه در ساختمان استفاده می‌کنیم.

آیا تا به حال فکر کرده‌اید این مواد از کجا و چگونه به دست می‌آیند؟ مادۀ اولیه مورد نیاز برای تهیۀ بسیاری از مواد و وسایل از معادن به دست می‌آید. تهیه و تولید این مواد بر زندگی شما چه تأثیری دارد؟ در این فصل با برخی از فرایندهای تولید مواد و تأثیرات زیست محیطی آنها آشنا می‌شوید.

اندوخته‌های زمین

به شکل‌های زیر توجه کنید. در ساختن هر یک از آنها از چه موادی استفاده شده است؟ آیا همۀ این مواد در طبیعت یافت می‌شوند؟

              

 

آموختید که تعداد اندکی از مواد به طور مستقیم و بیشتر آنها به طور غیرمستقیم از زمین به دست می‌آیند؛ بنابراین زمین اندوخته‌ای عظیم و خدادادی از مواد مورد نیاز برای زندگی است. این اندوخته‌ها در معادن مختلف مانند معادن آهن، مس، طلا، آلومینیم، گچ، زغال سنگ و… یافت می‌شوند. در این معادن، مواد معمولاً به صورت ترکیب وجود دارند. معادن، مواد اولیۀ لازم را برای تولید انواع فراورده‌های صنعتی، ساختمانی، دارویی و… تأمین می‌کنند.

فکرکنید (صفحهٔ ۳۷ کتاب درسی)

 

شکل زیر مراحل کلی تولید تقریباً ۵۰۰ کیلوگرم آهن را از سنگ معدن نشان می‌دهد. با بررسی دقیق آن به پرسش‌های مطرح شده پاسخ دهید.

الف) مقدار آهن مورد نیاز ساختن خانۀ مسکونی را که در آن زندگی می‌کنید به طور تقریبی حساب کنید.
مقدار مصرف آهن در یک سازه فولادی مسکونی ۵ طبقه با شرایط معمولی و برای طراحی بهینه، به ازای هر متر مربع حدود ۷۰ کیلوگرم برآورد می‌شود. به این ترتیب مقدار آهن لازم برای ساختن خانه مسکونی ۵ طیقه با متراژ ۱۰۰ متر مربع در هر طبقه (در مجموع ۵۰۰ متر مربع)، برابر است با: ۷۰×۵۰۰=۳۵۰۰۰

ب) با توجه به پاسخ پرسش الف، حساب کنید برای تأمین میزان آهن به کار رفته در خانۀ شما چند تن سنگ آهن مصرف شده است.
با توجه به این که برای تهیهٔ ۱۵ کیلوگرم آهن به ۱۰۰۰ کیلوگرم سنگ آهن نیاز است، برای تامین میزان آهن برای ساخت خانه مسکونی مورد نظر، به ۷۰۰۰ تن سنگ آهن نیاز است.
۱۵۱۰۰۰=۳۵۰۰۰x→x=35000×۱۰۰۰۱۵=۲۳۳۳۳۳۳≅۲۳۳

چگونه می‌توان به آهن دست یافت؟

عنصر آهن در معادن به صورت ترکیب‌های آهن یافت می‌شود. اکسیدهای آهن از ترکیب‌های مهم آهن هستند که در این معادن وجود دارند. در این اکسیدها، اتم‌های آهن و اکسیژن به هم متصل‌اند. برای دستیابی به فلز آهن، باید اتم‌های اکسیژن را از اکسید آهن جدا کنیم. البته این جدا کردن، کار آسانی نیست و شامل یک تغییر شیمیایی است که با صرف انرژی زیادی همراه است.

 

شکل زیر مراحل تولید آهن را نشان می‌دهد. با توجه به آن درباره فرایند تولید آهن و مراحل مختلف آن در کلاس گفت‌وگو کنید .

   

     

آیا می‌دانید
معدن سنگان خواف در استان خراسان رضوی و معدن چغارت در اطرافِ بافق در استان یزد از معادنِ مهمِ سنگ آهن در ایران‌اند.

همان‌طور که در قسمت «پ» شکل مشاهده می‌کنید برای جدا کردن اتم‌های اکسیژن از آهن، سنگ معدن را به همراه کربن و سنگ آهک در کوره‌های مخصوص حرارت می‌دهند. در اثر این عمل، اتم‌های اکسیژن از سنگ معدن جدا و به صورت کربن دی‌اکسید خارج می‌شوند. در نتیجه فلز آهن به حالت مذاب در ته کوره باقی می‌ماند.

در پایان، فلز مایع را در قالب‌های مختلف می‌ریزند و به شکل‌های مختلف وارد بازار می‌کنند.

آیا می‌دانید
فلز آهن به صورت خالص نسبتاً نرم است و در اثر ضربه خم می‌شود.

فکر کنید (صفحهٔ ۳۹ کتاب درسی)

 

آیا از فلز آهن خالص می‌توان به عنوان تیرآهن در ساخت اسکلت‌های ساختمانی و ورقه‌های آهن در ساخت بدنۀ خودروها و لوازم آشپزخانه استفاده کرد؟ پاسخ خود را توضیح دهید. خیر، آهن خالص نرم است و به آسانی در اثر ضربه خم می‌شود. به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد. در اثر رطوبت زنگ می‌زند و به سادگی روی آن خط می‌افتد. این ویژگی‌ها، استفاده از آهن به صورت خالص را در مصارف مختلف نامناسب کرده است. بنابراین برای بهبود خواص آهن، آن را همراه عناصری دیگر مثل کربن و… به صورت آلیاژی از آهن در می‌آورند.

خود را بیازمایید (صفحهٔ ۳۹ کتاب درسی)

 

جدول زیر مواد اولیۀ به کار برده شده در تولید کارد و چنگال‌های مختلف را نشان می‌دهد. در هر مورد علت استفادۀ مواد را مشخص و جدول را کامل کنید.

ماده اولیۀ به کار برده شده

علت کاربرد

آهن

آهن وقتی آلیاژ می‌شود استحکام می‌یابد و قیمت آهن مناسب است.

کروم و نیکل

جلوگیری از زنگ زدن آهن

نقره

خاصیت باکتری کشی، درخشش بالا

چوب یا پلاستیک

عایق بودن و سبکی

چسب

چسبندگی بین اجزای سازنده

بیشتر بدانید
استفاده هم زمان از فولاد و بتن در ساختن خانه‌های مسکونی سبب می‌شود که هنگام بروز حوادث طبیعی، آسیب کمتری به ساختمان و ما وارد شود.

به دنبال سرپناهی ایمن

هزاران سال است که انسان از مواد طبیعی گوناگونی مانند چوب، سنگ، خاک و… برای ساختن سرپناه استفاده می‌کند. برای این منظور از جنگل‌ها، معادن، جانوران، گیاهان و دیگر منابع خدادادی بهره‌برداری می‌کند. البته نوع و میزان بهره‌برداری انسان از اندوخته‌های طبیعی با گذشت زمان تغییر کرده است.

نمونه‌هایی از ساختمان‌های مسکونی

فعّالیت (صفحهٔ ۴۰ کتاب درسی)

 

دربارۀ استحکام این ساختمان‌ها در برابر حوادث طبیعی مانند زمین لرزه و سیل گفت‌وگو کنید. در گفت‌وگوی خود به ارتباط استحکام ساختمان با مواد به کار رفته در ساخت آن بپردازید
در شکل سمت راست فقط از خاک برای ساختن بنا استفاده شده است و از اسکلت فلزی یا بتن استفاده نشده است. بنابراین مقاومت آن در برابر سیل و زلزله کم است و مخصوصاً اگر شدت زلزله بالا باشد. ساختمان نشان داده شده در شکل وسط نسبت به ساختمانی که در شکل سمت راست نشان داده شده مستحکم‌تر است. در ساختمانی که در شکل سمت چپ نشان داده شده، از اسکلت فلزی، بتن و مصالح ساختمانی محکم‌تر استفاده شده است. بنابراین در مقابل زلزله و سیل مقاومت بالاتری دارند.

آِیا می‌دانید
سیمان مخلوطی از آهک و خاک رس است.

بیشتر بدانید
مخلوط آب و آهک را به عنوان ضد عفونی کننده در ورودی استخرها، گاوداری‌ها و مرغداری‌ها به کار می‌برند.

میزان مصرف منابع طبیعی با افزایش جمعیت به مقدار قابل توجهی افزایش یافته است. از سوی دیگر، گسترش روز افزون دانش بشری به انسان این امکان را می‌دهد که مواد جدیدی را بسازد به طوری که خانه‌های مسکونی ساخته شده با این مواد، استحکام بیشتری دارند و در برابر زمین لرزه از مقاومت بیشتری برخوردارند.

بتن، یکی از مهم‌ترین موادی است که امروزه برای ساختن خانه‌های مسکونی و برج‌ها از آن استفاده می‌شود. بتن مخلوطی از سیمان، ماسه و آب است و استحکام زیادی دارد.

آزمایش کنید (صفحهٔ ۴۰ کتاب درسی)

درسنامه علوم تجربی هفتم فصل ۵

وسایل و مواد: مقوا، ماسه، سیمان، تشتک، آب، سیم یا توری فلزی
روش آزمایش
۱- چهار قوطی مقوایی مکعبی شکل به ابعاد ۱۰ × ۵ × ۵۰ سانتی‌متر بسازید وآنها را شماره گذاری کنید.
۲- دو تشتک جداگانه بردارید. در اولی پنج لیوان ماسه و یک لیوان سیمان و مقدار کافی آب و در دومی پنج لیوان ماسه، دو لیوان سیمان و مقدار کافی آب بریزید و خوب هم بزنید.
۳- در قوطی شمارۀ (۱)، بتن به دست آمده در تشتک اول و در قوطی شمارۀ (۲) از بتن تشتک دوم بریزید؛ سپس بگذارید تا یک هفته به حال خود باقی بمانند و خشک شوند.
۴- در هر یک از قوطی‌های شمارۀ (۳) و (۴) ابتدا دو عدد سیم یا توری فلزی با قطرهای یکسان، قرار دهید و آنها را با بتن‌ها پر کنید. اجازه دهید تا یک هفته به حال خود باقی بمانند و خشک شوند.
۵- پس از یک هفته با طراحی یک آزمایش استحکام بتن‌های خشک شده را بررسی و مقایسه کنید.
توجه: قطعه‌های بتنی را هر روز با ریختن آب خیس کنید.
استحکام بتن قوطی‌های شماره (۳) و (۴) بیشتر از استحکام بتن قوطی شماره‌ٔ (۲) است و استحکام بتن قوطی شماره‌ٔ (۲) بیش‌تر از استحکام بتن قوطی شماره‌ٔ (۱) است.

بتن کاربردهای گوناگونی دارد. شکل زیر برخی از این کاربردها را نشان می‌دهد. شما چه کاربردهای دیگری می‌شناسید؟ آنها را بنویسید.

برخی از کاربردهای بتن

 

آزمایش کنید (صفحهٔ ۴۱ کتاب درسی)

 

در حدود ۵۰ گرم آهک را در یک ظرف بریزید و دو لیوان آب روی آن اضافه کنید. مشاهدات خود را یادداشت کنید؛ سپس با استفاده از کاغذ پی اچ مشخص کنید آیا مخلوط آب آهک خاصیت اسیدی دارد؟
اگر بر روی کلسیم اکسید (آهک زنده) آب ریخته شود، بر اثر واکنش با آب گرما ایجاد می‌کند که موجب بخار شدن قسمتی از آب می‌شود در این عمل، آهک بر اثر جذب آن متورم شده سپس به صورت گرد سفیدی در می‌آید که اصطلاحاً آهک مرده نامیده می‌شود؛ زیرا در تماس با آب، دیگر واکنشی از خود نشان نمی‌دهد. این عمل را شکفته شدن آهک نیز می‌گویند. هرگاه مقداری آب به آهک مرده اضافه شود به شیر آهک تبدیل می‌شود که اگر آن را صاف کنیم محلول زلالی که در حقیقت محلول سیر شده‌ٔ کلسیم هیدروکسید در آب است. حاصل می‌شود که به آب آهک موسوم است. مخلوط آب آهک خاصیت بازی دارد، زیرا کاغذ پی اچ (تورنسل) در آن به رنگ آبی در‌ می‌آید. اگر سنگ آهک را در دمای بالا قرار دهیم آب خود را از دست داده و تبدیل به آهک می‌شود سپس با اضافه کردن خاک رس به آن تبدیل به سیمان می‌شود.

فعّالیت (صفحهٔ ۴۱ کتاب درسی)

 

جدول زیر اطلاعاتی دربارۀ مقدار تولید و مصرف سیمان در کشورمان را نشان می‌دهد. با بررسی آن به پرسش‌های مطرح شده پاسخ دهید.

سال

تولید سیمان (تن)

مصرف سیمان (تن)

۱۳۷۷

۲۰۰۰۰

۲۰۰۰۰

۱۳۸۳

۳۳۰۰۰

۳۱۰۰۰

۱۳۸۹

۶۱۰۰۰

۵۰۰۰۰

۱۳۹۲

۶۸۰۰۰

۵۶۰۰۰

۱۳۹۴

۵۸۰۰۰

۴۹۰۰۰

۱۳۹۶

۷۰۰۰۰

۵۸۰۰۰

الف) نمودار ستونی مقدار تولید سیمان را در سال‌های مختلف رسم کنید.

ب) در چه سال‌هایی کشور ایران صادر کننده سیمان نبوده است؟ پاسخ خود را توضیح دهید. در سال‌ ۷۷ صادر کننده نبود است. زیرا همه‌ٔ سیمان تولید شده در کشور مصرف شده است. اما در سال‌های دیگر میزان تولید سیمان بیشتر از مقدار مصرف آن بوده، بنابراین مقداری از آن صادر شده است.

فعّالیت (صفحهٔ ۴۲ کتاب درسی)

 

یک شرکت بزرگ قصد دارد در حومۀ یکی از شهرهای ایران از یک معدن بزرگ بهره‌برداری کند. در زیر نظر چند نفر از افراد مختلف در این باره ارائه شده است.
در یک پژوهش گروهی، مزایا و معایب بهره‌برداری از یک معدن در استان محل زندگی خود را از نظر اجتماعی، اقتصادی و زیست محیطی بررسی، و به کلاس گزارش کنید.

از اهالی محل: من بچۀ کوچکی دارم که به مدرسه می‌رود. مدرسه نزدیک راه معدن و کارخانه‌های وابسته به آن است. من نگران امنیت و سلامت بچه‌ام هستم.
جوان جویای کار: بالاخره من هم یک شغل خوب نزدیک محل زندگی خود پیدا می‌کنم.
کاسب محل: من فکر می‌کنم فرصت مناسبی برای گسترش و رونق شغل من ایجاد می‌شود.
کارشناس محیط زیست: این کار سبب تخریب آشیانۀ حیوانات و پرندگان مختلف در این منطقه می‌شود و به محیط زیست آسیب وارد می‌کند.
مهندس معدن: با بهره‌برداری از این معدن برای چندین سال می‌توانیم مواد اولیۀ مورد نیاز چند کارخانه را تأمین کنیم.
نظر شما: 

اندوختۀ طبیعی و ظروف آشپزخانه

ظروف آشپزخانه نیز مانند سایر وسایل مورد استفاده در زندگی از مواد موجود در طبیعت ساخته می‌شوند.

دیدید که مادۀ اولیه تولید کارد و چنگال، سنگ معدن آهن است. آیا تا به حال فکر کرده‌اید، ظروف سفالی، چینی و شیشه‌ای را از چه موادی می‌سازند؟ جالب است بدانید، بشقاب چینی که در آن غذا می‌خورید، از خاک رس و لیوان شیشه‌ای که در آن آب می‌نوشید، از ماسه ساخته می‌شود.

خاک رس یکی از مواد طبیعی است که به فراوانی یافت می‌شود. برای تهیه ظروف سفالی تغییرات زیر را روی خاک رس انجام می‌دهند:

در تولید ظروف سفالی رنگی از اکسید فلزهای مختلفی مانند آهن، کروم، مس، و… استفاده می‌شود.

اطلاعات جمع‌آوری کنید (صفحهٔ ۴۳ کتاب درسی)

 

در شهرهایی مانند یزد، همدان و… ظرف‌های سفالی و چینی مختلفی ساخته می‌شود. دربارۀ تنوع، ویژگی‌ها و چگونگی ساختن این ظرف‌ها اطلاعات جمع‌آوری کنید.
برای تهیه ظروف سفالی معمولاً از نوعی خاک به عنوان ماده اولیه به همراه مقداری کاه و شن به عنوان چسب استفاده می‌شود. این مواد با آب مخلوط می‌شوند و ترکیب حاصل به شکل ظرف مورد نظر در می‌آید و سپس در کوره عملیات پخت صورت می‌گیرد. سپس به آرامی خنک می‌شود. بعد از این مرحله با کمک اکسیدهای رنگی فلزات آهن، آلومینیم، مس و سرب، لعاب روی ظرف قرار می‌گیرد و مجدداً عملیات پخت تکرار می‌شود.
ظروف چینی یکی از سالم‌ترین ظروف غذاخوری هستند. با سرد و گرم شدن به راحتی نمی‌شکنند. همچنین این ظروف هیچ گونه مواد سمی و مضری ندارند. چینی‌ها انواع گوناگونی دارند. چینی‌های ضخیم و بسیار مقاوم معمولاً در هتل‌ها استفاده‌ می‌شوند. و چینی‌های کاغذی که نوعی چینی بسیار نازک، براق و گران قیمت است در انگلستان و کره مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ایران معمولاً از این نوع چینی استفاده می‌شود که ضخامت متوسطی دارد و از جلای خوبی برخوردار است.
فرآیند تولید ظروف چینی عبارتند از:
۱- آماده سازی مواد اولیه: نوعی خاک، ماده معدنی جلا دهنده و سیلیس به همراه خاک چسبنده، مواد اولیه تهیه چینی هستند.
۲- فرم دهی و ریخته گری: برای تولید ظروف با اشکال مختلف، مواد را در قالب‌های گچی ریخته گری می‌کنند.
۳- پخت اولیه و لعاب زنی و پخت لعاب ظروف: محصول این مرحله چینی سفید نام دارد.
۴- دکور زنی و مراحل تکمیلی: در این مرحله چینی سفید تزئین می‌شود.

شیشه نیز یکی از مواد پرمصرف در تولید ظرف‌های آشپزخانه است. برای تهیۀ شیشه، ماسه را با افزودن مواد شیمیایی مختلف گرما می‌دهند تا به خمیر شیشه تبدیل شود؛ سپس خمیر شیشه را در قالب‌های دلخواه می‌ریزند و به شکل‌های مشخص درمی‌آورند.
   

آیا می‌دانید
افزودن اکسید کروم به لعاب، سبب تولید ظروفی با رنگ سبز می‌گردد.

گفت‌وگو کنید (صفحهٔ ۴۳ کتاب درسی)

می‌دانید شیشه در اثر ضربه می‌شکند. دربارۀ اینکه چگونه خمیر شیشه‌ای را به شکل‌های مختلف درمی‌آورند در کلاس گفت‌وگو کنید.

                        

مهم‌ترین وسیله‌ٔ شیشه‌گری لوله‌ای به طول ۱۰۰ الی ۱۲۰ سانتی‌متر از فولاد یا آلیاژی مخصوص است که به آن دُم گفته می‌شود. این لوله تو خالی است و برای برداشتن شیشه از داخل کوره مورد استفاده قرار می‌گیرد. طرز استفاده چنین است که شیشه‌گران آن را به داخل شیشه مذاب فرو می‌برند و کمی آن را می‌چرخانند، بعد از برداشتن مقدار کمی از شیشه مذاب در لوله می‌دمند. به این ترتیب گوی کوچکی به نام گوی اول به دست می‌آید، بعد از سرد شدن این گوی، مجدداً دم را به داخل شیشه مذاب فرو برده و شیشه لازم را برای ساخت وسیله مورد نظر بر می‌دارند. برای تراش دادن این گونه وسایل از سنگ‌های مخصوصی که درجه سختی آنها بیش‌تر از شیشه است استفاده می‌کنند و بعد آنها را صیقل داده، تا تنوع لازم به دست آید.

شیشه سازی در ایران سابقه‌ای طولانی دارد و به بیش از ۲۰۰۰ سال می‌رسد.

 

سرعت مصرف منابع

سالانه میلیاردها تن از اندوخته‌های طبیعی و خدادادی مصرف می‌شود. پیش‌بینی دانشمندان نشان می‌دهد که اگر انسان با همین روند منابع را مصرف کند تا صد سال دیگر بسیاری از منابع شناخته شده به پایان خواهند رسید.

فعالیت (صفحهٔ ۴۴ کتاب درسی)

درسنامه علوم تجربی هفتم فصل ۵

نمودار زیر زمان تقریبی پیش‌بینی شده برای پایان یافتن اندوخته‌های شناخته شده از چند ماده را نشان می‌دهد. دربارۀ داده‌های این نمودار در کلاس گفت‌وگو کنید.

زمان تقریبی پایان یافتن برخی اندوخته‌های طبیعی (سال)

با توجه به نمودار از بین مواد داده شده، زمان پیش‌بینی شده برای مصرف طلا خیلی کم‌تر از بقیه مواد است و این عامل خود سبب گرانبها بودن آن شده است.
زمان‌های پیش‌بینی شده برای مصرف این اندوخته‌های شناخته شده به دو عامل بستگی دارد: میزان تقاضا برای مصرف ماده و میزان پیش‌بینی شده برای مصرف اندوخته‌های شناخته شده از آن کم‌تر خواهد بود.

هر چند انسان برای رفع نیازهای زندگی خود مجبور است از منابع طبیعی بهره‌برداری کند، توجه به این نکته بسیار مهم است که طبیعت و همۀ اندوخته‌های آن امانتی هستند که خداوند آنها را نزد انسان به ودیعه گذاشته است. حال پرسش اساسی این است که چگونه می‌توان ضمن بهره‌برداری از اندوخته‌های طبیعی، آنها را برای نسل‌های آینده نیز محافظت کنیم.

فکرکنید (صفحهٔ ۴۴ کتاب درسی)

برای محافظت از منابع طبیعی سه راه پیشنهاد شده است که عبارت اند از:«کاهش مصرف، بازیافت، مصرف دوباره»
نمودار زیر، کدام یک از راه‌های بالا را برای حفظ منابع آهن نشان می‌دهد؟ پاسخ خود را توضیح دهید.

کاهش مصرف که می‌تواند شامل سه راه:
۱- مصرف دوباره (در تهیه بعضی از ابزارها)
۲- بازیافت (جمع‌آوری آهن و شیشه و مجدداً از آنها بعد از مراحل ذوب دوباره استفاده کنیم.)
۳- استفاده از جایگزینی (موادی مثل: پاکت‌ها، پلاستیک و پروفایل‌ها، ستون‌های بتنی که باعث کاهش مصرف می‌شود)

گفت‌وگو کنید (صفحهٔ ۴۵ کتاب درسی)

هر یک از عبارت‌های داده شده به یکی از روش‌های محافظت از منابع طبیعی و محیط زیست اشاره می‌کند. دربارۀ اینکه هر عبارت بیانگر کدام روش است در کلاس گفت‌و‌گو کنید.
الف) ظرف‌های شیشه‌ای سس، ترشی و … را می‌توان شست و حبوبات را داخل آنها نگهداری کرد. مصرف دوباره
ب) برای خرید میوه با خود زنبیل یا کیسۀ پارچه‌ای می‌بریم . کاهش مصرف
پ) قوطی‌ها و ظرف‌های فلزی خراب را در کارخانه پس از ذوب کردن به حالت شمش در می‌آورند.  بازیافت

ارسال نظر

error: سایت در برابر کپی برداری محافظت شده است