تطبيقات الكيمياء الحرارية حصة مدرسية(بنك المعرفة المصرى )
المهمة
المنتجان الموضحان هنا عبارة عن كمّادة باردة وكمّادة حرارة حرارية. ويستخدم كل منهما تفاعل كيميائي أو تغير فيزيائي لتغيير درجة حرارته.
تعاون مع زميلك في مناقشة الأسئلة التالية:
• ما الاستخدامات التي يمكنك التفكير فيها لكل منتج؟
• أي المنتجين يحتوي على تغيّر ماص للحرارة؟
• أي المنتجين يحتوي على تغيّر مُطلق للحرارة؟
• ما المقصود بالكيمياء الحرارية، ولماذا يطلق على بعض التفاعلات اسم التفاعلات الكيميائية الحرارية، في رأيك؟
المهمة
قواعد السلامة في المختبر
ضع قائمة بقواعد سلامة المختبر وممارسات العمل الجيدة بمشاركة الصف بأكمله.
مثال: ارتدِ نظارات السلامة دائمًا عند التعامل مع المواد الكيميائية.
تحدي الكمّادة الباردة
بالتعاون مع مجموعة طلاب، سيتمثل التحدي الخاص بكم في إنتاج منتج كمّادة باردة للاستخدام في الإصابات الرياضية. يجب أن توضع له تكلفة وأن يعطى للمنتج اسمًا. ولتحديد احتياجات التصميم للمنتج، ستجري أولاً بعض التحاليل المخبرية لتحديد كميات المواد الكيميائية لتصميمك.
سيمكنك استخدام المعطيات التالية:
بلورات كلوريد الأمونيوم (مهيج)
الماء
أنابيب غليان
سدادات مطاطية
شريط شفاف
أنابيب اختبار
مقاييس درجة الحرارة
أكياس بلاستيكية قابلة للغلق (كبيرة وصغيرة)
أسطوانات مدرجة
ميزان كهربائي
ساعة التوقيت
عند العمل كفريق، لا يتعين عليكم جميعًا إكمال المهمة نفسها في الوقت نفسه. يمكنك أن تجعل بعض أعضاء الفريق يقومون بإجراء التحليل بينما يقوم آخرون بتصميم وبدء حساب تكاليف المنتج.
وستكون أفضل كمّادة هي تلك التي تصل إلى أقل درجة حرارة ممكنة بسرعة وبأقل سعر بيع.
المهمة
عندما يذوب كلوريد الأمونيوم في الماء، يعمل تكسير الروابط الأيونية له على امتصاص الطاقة الحرارية من الماء. ويكون هذا التغيير المادي ماصًا للحرارة. و يقلل من درجة حرارة الماء ويبرّد الحاوية.
ويمكن صنع كمّادة باردة من حاويتين (حاوية داخلية أصغر وأخرى خارجية أكبر). تحتوي إحدى الحاويتين على كلوريد الأمونيوم، بينما تحمل الحاوية الأخرى بالماء. عند الحاجة إلى كمّادة التبريد، يفتح المستخدم الحاوية الداخلية، مما يسمح لكلوريد الأمونيوم والماء بالامتزاج.
بالتعاون مع فريقك، حدد نسبة الماء إلى كلوريد الأمونيوم لاستخدامه في النموذج الأولي/المبدئي للتصميم. تذكر أنه كلما زادت كمية المياه والمواد الكيميائية التي تستخدمها، كلما كان منتجك أكثر تكلفة. وتحتاج إلى الموازنة بين الأداء (انخفاض درجة الحرارة) والتكلفة.
استخدام المواد المتاحة لاختبار كميات مختلفة من كلوريد الأمونيوم في حجم ثابت من الماء. ويُترك المقدار الذي تستخدمه لقرارك. فأنت المسؤول عن تصميم هذا المنتج! ومع ذلك، قبل أن تبدأ، تحقق من معلمك للتأكد من أنك تعمل بأمان.
موجز التصميم والتكاليف
يمكن لفريق التصميم الخاص بك استخدام المعلومات المتاحة من التحليل العملي الذي أجريته لتحديد حجم الماء وكتلة كلوريد الأمونيوم التي سيتم استخدامها في التصميم النهائي.
يجب أن يكون منتجك آمنًا (دون تسريب)، وأن تكون تكلفة الإنتاج وسعر التجزئة سيدر ربحًا، وأن يكون منافسًا لمنتجات المجموعات الأخرى. (لا تدع أي مجموعات أخرى تتجسس على بيانات التكلفة والسعر الخاصة بفريقك - وهو ما يسمى بالتجسس الصناعي!)
سيحتاج المنتج إلى اسم لمساعدتك على بيعه. ويجب أن يكون المنتج سهل الاستخدام وينتج بسرعة درجة حرارة منخفضة.
تكاليف المواد
• حقائب بلاستيكية كبيرة: 15 جنيهًا لكل كيس منها
• حقائب بلاستيكية صغيرة: 10 جنيهات لكل كيس منها
• 100 مل من الماء: 1 جنيه
• 1 g من كلوريد الأمونيوم: 100 جنيه
• شريط شفاف: 10 جنيهات لكل متر
• نصيحة من معلمك كخبير استشاري: 20 جنيهًا للدقيقة
• رسوم تنظيف المواد الكيميائية المنسكبة: 500 جنيه (تُدفع في كل مرة يقوم فيها معلمك بتنظيف أي مادة كيميائية منسكبة من مجموعتك)
المهمة
اجمع النموذج الأولي لمنتج كمّادة التبريد الخاص بمجموعتك. لا تختبره.
تذكر أن:
تستخدم البيانات الناتجة من تحليلك المختبري لتحديد الكميات المطلوب استخدامها.
• تحتفظ بقائمة بالمواد والمصادر المستخدمة وتكاليفها.
• تقرر اسمًا وسعر التجزئة لمنتجك.
• تعمل بأمان! ارتدِ نظارات السلامة في جميع الأوقات.
المهمة
ستختبر مجموعتك نموذجًا أوليًا تم تصميمه وتجميعه بواسطة مجموعة أخرى.
افتح الكيس الداخلي بعناية لإطلاق محتوياتها في الكيس الأكبر المحيط به. تأكد من تجنب إتلاف الكيس الأكبر!
سجّل مدى جودة تنفيذ النموذج الأولي، بما في ذلك:
• أدنى درجة حرارة يتم تحقيقها بمجرد تنشيط المنتج
• الوقت المستغرق للتبريد
• مدى سهولة استخدامه
سجل تعليقاتك حول سعر التجزئة من خلال مناقشة القيمة العائدة من استخدام المنتج مقابل السعر.
قدم بيانات الاختبار والتعليقات الموجودة عندك إلى المجموعة التي أنتجت النموذج الأولي.
تأكد من حصولك على نسخة من بيانات الاختبار والتعليقات للنموذج الأولي لمجموعتك.
كمّادات باردة
أثناء مشاهدتك للفيديو ، فكر في كيفية مقارنة الحزمة الرائعة المعروضة مع تصميمك الخاص.
الملخص
ينبغي أن تكون الآن قادرًا على:
شرح المقصود بالكيمياء الحرارية والتفاعلات الكيميائية الحرارية.
وصف تطبيقات التفاعلات الحرارية الكيميائية.
تصميم نموذج أولي لمنتج يستخدم تفاعلًا حراريًا كيميائيًا.
تقييم البيانات التجريبية لتحسين تصميم النموذج الأولي.
المهمة
ناقش نتائج اختبار النموذج الأولي على مستوى الصف بأكمله.
• علّق على الجوانب الإيجابية لعمل المجموعة الأخرى.
• امنح المجموعة الأخرى نصيحة إيجابية للمساعدة في تطوير المنتج.
• سجل الملاحظات التي حصلت عليها بخصوص منتجك. سوف تحتاج إليها في أحد الواجبات المنزلية.
لا يوجد تعليقات
أضف تعليق
يسعدنا تلقي تعليقاتكم