مفهوم الذوبان للاطفال بالتجارب
يُعد التنبؤ والمراقبة والاكتشاف من خلال التجارب العلمية البسيطة طريقة مثيرة للأطفال الصغار لاستكشاف العالم من حولهم ومعرفة المزيد عنه ، الأنشطة التي تشجع على حل المشكلات و
مهارات التفكير
على مستوى مناسب للعمر هي أفضل طريقة لتعليم طفلك المفاهيم العلمية ، وهناك العديد من الخيارات لإظهار كيفية ذوبان المواد لطفلك الصغير لا حصر لها ، ولكن اكتشاف سبب حدوث ذلك هو الجزء الأكثر أهمية.
مفهوم الذوبان
الذوبان هو قدرة مادة كيميائية صلبة أو سائلة أو غازية يشار إليها باسم
المذاب
على الذوبان في
المذيب
وعادة يكون سائل ويشكيل
محلول
، وتعتمد قابلية ذوبان المادة بشكل أساسي على المذيب المستخدم ، بالإضافة إلى درجة الحرارة والضغط.
ماذا يحدث أثناء الذوبان
عندما يتم تسخين مادة صلبة ، أو امتصاص الحرارة من البيئة ، تبدأ الجزيئات في الحصول على طاقة كافية للتغلب على القوى بين الجزيئات ، أو القوى التي تربط الجزيئات معًا بطريقة صلبة ، مثل جزيئات الماء في الجليد.
تبدأ الجزيئات الموجودة على السطح الخارجي للمدة في الذوبان ، حتى مع بقاء الجزء الداخلي باردًا بدرجة كافية ليبقى صلبًا ، مثل مكعب ثلج يذوب من الخارج إلى الداخل بدلاً من أن يتحول إلى بركة في وقت واحد ، إذن هناك عمليتان متورطتان في الذوبان هم امتصاص الطاقة الحرارية ، ثم استخدام تلك الطاقة لتفكيك الهيكل الشبكي المنظم للمادة الصلبة.
تجارب الذوبان للأطفال
تقدم هذه التجارب للأطفال فكرة عمل تنبؤات أي التخمين المدروس حول نتيجة التجربة ، كما يقدمون للأطفال مفهوم التباين بين حالتين مختلفتين على سبيل المثال ، الماء الدافئ مقابل الماء البارد.
تجربة1 : تأثيرات الماء الدافئ على الجليد
المواد المستخدمة
مكعبات ثلج
وعاءان
ماء بارد ودافئ
التجربة
زود الأطفال بوعائين من الماء إحداهما دافئة جدًا ولكنها ليست شديدة الحروق والأخرى شديدة البرودة ، دع الأطفال يدونوا ملاحظات حول درجة حرارة الماء عن طريق اختبارها بأصابعهم ، ثم اجعلهم يفكرون فيما سيحدث إذا وضعت مكعب ثلج في كل وعاء.
اطلب من الأطفال أن يخمنوا ، أي مكعب سيذوب بشكل أسرع؟ ولماذا يحدث ذلك؟
ثم راقب مكعبات الثلج عن كثب وناقش النتائج.
تجربة2: الشمس مقابل الظل
المواد المستخدمة
مكعبات ثلج
الأسطح المشمسة والمظللة
التجربة
قبل بدء التجربة ، ابدأ مناقشة حول ما الذي يجعل الجليد يذوب ، اطلب من الأطفال التخمين وأطرح هذه الأسئلة أين تعتقد أن الجليد سوف يذوب بشكل أسرع؟ في الشمس أم في الظل؟
اطلب من الأطفال وضع مكعب ثلج في الشمس والآخر في الظل ، وشاهد ولاحظ النتائج ، ثم ناقش مع الأطفال لماذا يذوب الجليد المتبقي في الشمس بشكل أسرع؟ اطلب من الأطفال الوقوف في الشمس ثم الوقوف في الظل لمقارنه الفرق.
تجربة3: مكعبات الثلج
المواد المستخدمة
مكعبات ثلج
وعاءان كبيران
كوبين ورقيين صغيرين
التجربة
ضع مكعب ثلج في كل كوب ورقي ثم ، في الوعاء الأول ، ضع 1 أو 2 من مكعبات الثلج ، في الوعاء الثاني ، ضع العديد من مكعبات الثلج 10 أو أكثر.
في هذه التجربة ، سيضع الأطفال كل كوب ويحتوي على مكعب ثلج في وعاء ، واطلب من الأطفال التفكير فيما سيحدث.
في أي أكواب يذوب مكعب الثلج بشكل أسرع؟ الوعاء مع مكعبين فقط؟ أم الوعاء المليء بالمكعبات؟
ضع كل كوب ورقي في وعاء ، و تأكد من أن الأكواب منتصبة حتى لا تسكب محتوياتها وتأكد من أن الكوب الورقي في وعاء مليء بالثلج محاط بمكعبات ثلج ، شاهد ولاحظ النتائج مع الأطفال.[1]
العوامل المؤثرة على عملية الذوبان
درجة الحرارة
في الأساس ، تزداد القابلية للذوبان مع درجة الحرارة ، هذا هو الحال بالنسبة لمعظم المذيبات على الرغم من أن الوضع مختلف بالنسبة للغازات ، مع زيادة درجة الحرارة أصبحت أقل قابلية للذوبان في بعضها البعض وفي الماء ، ولكن أكثر قابلية للذوبان في المذيبات العضوية ، وهناك اعتقاد أن
درجة الحرارة لا تؤثر في معدل ذوبان المادة المذابة في المذيب
ولكن هذا ليس صحيح فكلما ذات درجة حرارة المذيب تسرع عملية الذوبان.
القطبية
في معظم الحالات تذوب المواد المذابة في المذيبات التي لها قطبية مماثلة ، المذاب غير القطبي لا يذوب في المذيبات القطبية والعكس صحيح.
الضغط
المواد المذابة الصلبة والسائلة
بالنسبة لمعظم المواد المذابة الصلبة والسائلة ، لا يؤثر الضغط على قابلية الذوبان.
يذوب الغاز
بالنسبة للغازات ، ينص قانون هنري على أن قابلية ذوبان الغاز تتناسب طرديًا مع ضغط هذا الغاز يتم تقديم هذا رياضيًا على النحو التالي: p = kc ، حيث k هو ثابت يعتمد على درجة الحرارة للغاز ، يمكن ملاحظة دليل جيد على قانون هنري عند فتح زجاجة من المشروبات الغازية ، وعندما نخفض الضغط في الزجاجة ، يخرج الغاز المذاب في مشروب الغاز منه.
الحجم الجزيئي
كلما كانت جزيئات المذاب أكبر ، كلما زاد وزنها الجزيئي وحجمها ، ويصعب على جزيئات المذيبات أن تحيط بجزيئات أكبر إذا تم استبعاد جميع العوامل المذكورة أعلاه ، فيمكن العثور على قاعدة عامة مفادها أن الجسيمات الأكبر حجمًا تكون أقل قابلية للذوبان بشكل عام ، إذا كان الضغط ودرجة الحرارة متماثلين عن مذابتين من نفس القطبية ، فإن الواحد الذي يحتوي على جزيئات أصغر يكون عادةً أكثر قابلية للذوبان.
لماذا الماء مذيب عام
يعتبر الماء مذيب عام وهي خاصية فريدة من نوعها كمذيب ، ويتم ذلك خلال قطبيتها سحب جزيئات الماء بين أيونات سالبة وإيجابية الشحنة للمواد المعدنية مثل Na + Cl -.
تنجذب النقاط الإيجابية على جزيئات الماء إلى أيونات الكلور سالبة الشحنة ، وتنجذب النقاط السالبة على جزيئات الماء إلى أيون الصوديوم موجب الشحنة ، وعندما يتم سحب الماء بين أيونات الصوديوم والكلور ، فإنها تنقسم وتذوب.
تتعارض قطبية جزيئات الماء مع قطبية أيونات المعادن تعبير عن ثابت العزل ، تنفصل الأيونات عن المعدن الصلب وتذوب في الماء وترطب ، وتنجذب العديد من جزيئات الماء بشدة إلى كل أيون ، ويعتمد العدد الدقيق على حجم وشحنة الأيون ، وتشكل جزيئات الماء هذه معظم الغلاف المحيط بالأيون ، وتحتل مجموعة أخرى من جزيئات الماء الأقل ثباتًا بقية هذه القشرة الداخلية بالإضافة إلى بعض أو كل ، أو حتى أكثر من قشرة ثانية حيث يتم تعطيل بنية الماء الطبيعية بواسطة الأيون ، وترتبط جزيئات الماء كهروكيميائيًا بالأيونات والجزيئات المستقطبة ، مما يمنعها من الارتباط فيما بينها لتشكيل بلورات ، وبالتالي يعتبر الماء مذيبًا ممتازًا للمواد المعدنية التي تشكل الأيونات ، إنه أقل فعالية بكثير في إذابة المواد غير القطبية مثل الزيوت والدهون والشموع ، هذه أكثر قابلية للذوبان في المذيبات العضوية غير القطبية ، وتجعل خصائص المذيبات للماء قادرة بشكل فريد على إذابة الأيونات التي تعمل كمغذيات نباتية أساسية ودعم التفاعلات الكيميائية الحيوية العديدة التي تحدث في الخلايا لدعم الحياة ، وتعمل المواد غير القطبية غير القابلة للذوبان كنواة وجدران خلوية تظل مستقرة عند ملامستها للماء.
تحتوي بعض الجزيئات العضوية المتوسطة إلى الكبيرة على تركيبات مائي محبة للماء من جهة وكارهة للماء طاردة للماء على الطرف الآخر ، وفي التربة قد يكون لهذه الجزيئات نهاياتها الكارهة للماء مرتبطة بجزيئات التربة ونهاياتها المائية عند ملامستها لمياه التربة ، داخل النبات قد تشكل هذه الجزيئات غشاء يحيط بقطرة من الزيت ويجعلها قابلة للامتزاج مع وسط الماء المحيط.[2]