خلاصه درس فصل ۵ علوم هفتم؛ درسنامه و نکات مهم

به پل، خودرو یا قاشق خانه نگاه کن؛ مادهٔ اولیهٔ بسیاری از وسایل اطراف ما از زمین آمده است. بعضی مواد را با تغییر کم به کار می‌بریم، اما بسیاری از مواد مصرفی پس از چند مرحله فراوری آماده می‌شوند. معدن، منبع مادهٔ اولیه است؛ نه لزوماً انبار محصول آماده!

برای نمونه، سنگ معدن آهن با فلز آهن یکسان نیست. سنگ معدن شامل ترکیب‌های آهن است و خواص آن با فلز تفاوت دارد. فلز آهن رسانای الکتریکی است و آهن خالص در اثر ضربه بیشتر خم می‌شود؛ در مقابل، سنگ معدن معمولاً شکننده است. پس نمی‌توان فقط به دلیل وجود آهن در یک سنگ، همهٔ ویژگی‌های فلز آهن را به آن نسبت داد.

پیش از ساختن آهن، باید بدانیم کجا مادهٔ اولیهٔ مناسب وجود دارد. یکی از راه‌ها این است که از سنگ و خاک نمونه برداریم و آن را در آزمایشگاه بررسی کنیم. آزمایش‌های شیمیایی می‌توانند به شناسایی مواد موجود در نمونه کمک کنند؛ دستگاه‌های اندازه‌گیری هم برای تعیین مقدار آن‌ها به کار می‌روند.

در آزمایش کتاب، به محلول آهن (III) کلرید، محلول سدیم هیدروکسید اضافه می‌شود و رسوبی قهوه‌ای مایل به قرمز تشکیل می‌شود. این مشاهده نمونه‌ای از یک نشانهٔ شیمیایی برای شناسایی است؛ رسوب تشکیل‌شده، فلز آهن نیست. شبیه کارآگاهی که از نشانه‌ها استفاده می‌کند، دانشمند هم مشاهده را به شناخت ماده پیوند می‌دهد. این آزمایش را فقط در آزمایشگاه و زیر نظر معلم انجام بده؛ مواد آن برای آزمایش خانگی مناسب نیستند.

حالا معدن شناسایی شده است؛ اما آهن هنوز آمادهٔ استفاده نیست. آهن در طبیعت بیشتر به صورت اکسیدهای آهن وجود دارد. اکسید آهن ترکیبی است که در آن اتم‌های آهن و اکسیژن به هم متصل‌اند. برای رسیدن به فلز، باید این اتصال‌ها تغییر کنند و اکسیژن از ترکیب جدا شود.

این کار تغییر شیمیایی است و انرژی زیادی می‌خواهد. خرد کردن سنگ، اندازهٔ قطعه‌ها را کم می‌کند، ولی به‌تنهایی اکسیژن را از ترکیب جدا نمی‌کند؛ همان‌طور که خرد کردن قند، جنس آن را عوض نمی‌کند.

مسیر کلی تولید از شناسایی و بیرون آوردن سنگ آغاز می‌شود. سپس سنگ معدن خالص‌سازی می‌شود تا مواد اضافی آن کمتر شود و برای مرحلهٔ کوره آماده شود. خالص‌سازی سنگ معدن را با تولید فلز آهن یکی ندان.

کوره جایی است که مرحلهٔ اصلی جداسازی انجام می‌شود. سنگ معدنِ آماده‌شده را همراه کربن و سنگ آهک در کوره‌های مخصوص گرما می‌دهند. در این فرایند، کربن به جدا شدن اکسیژن از اکسید آهن کمک می‌کند و اکسیژن به صورت کربن دی‌اکسید خارج می‌شود.

آهنِ به‌دست‌آمده در دمای بالای کوره مذاب است و در پایین کوره جمع می‌شود. بعد آن را در قالب می‌ریزند تا برای تولید شکل‌های مختلف آماده شود. دقت کن: فقط ذوب کردن کافی نیست؛ هم‌زمان باید تغییر شیمیاییِ جدا شدن اکسیژن هم رخ دهد.

همهٔ جرم سنگ معدن به آهن تبدیل نمی‌شود، چون سنگ فقط از آهن ساخته نشده است. در الگوی تقریبی کتاب، از $1000$ کیلوگرم سنگ معدن حدود $500$ کیلوگرم آهن به دست می‌آید؛ این نسبت را نباید برای همهٔ معدن‌ها یکسان فرض کرد.

آیا هر فلزی برای هر کاری مناسب است؟ نه؛ آهن خالص نسبتاً نرم است، پس برای کاربردی مثل اسکلت ساختمان باید خواص مناسب‌تری فراهم شود. متخصصان با آلیاژسازی، موادی با ویژگی‌های دلخواه می‌سازند. آلیاژ قرار نیست دقیقاً همان خواص مواد سازنده‌اش را داشته باشد. مثلاً برنز از ترکیب مس و قلع ساخته می‌شود و از هر دوی آن‌ها سخت‌تر است.

کارد و چنگال هم نمونهٔ خوبی از انتخاب مواد بر پایهٔ خواص است: آهن پایهٔ بخش فلزی است؛ کروم و نیکل به بهبود خواص، از جمله مقاومت در برابر زنگ‌زدگی، کمک می‌کنند. نقره می‌تواند پوششی براق و زیبا باشد. چوب یا پلاستیک برای دسته، انتقال گرما به دست را کاهش می‌دهد و چسب قطعه‌ها را متصل نگه می‌دارد. پس انتخاب ماده باید با کاری که از وسیله انتظار داریم هماهنگ باشد.

از دیوارهای گلی قدیمی تا برج‌های امروزی، ساخت سرپناه به منابع طبیعی وابسته بوده است. با افزایش جمعیت، مصرف این منابع هم بیشتر شده؛ در مقابل، دانش به انسان کمک کرده است مواد مناسب‌تری بسازد.

دو نام را از هم جدا کن: سیمان مخلوطی از آهک و خاک رس است؛ اما بتن با مخلوط کردن سیمان، شن، ماسه و آب ساخته می‌شود. پس سیمان یکی از اجزای بتن است، نه نام دیگر آن. بتن در ساختمان‌ها و سازه‌هایی مانند پل کاربرد دارد، چون استحکام زیادی دارد.

استفاده از فولاد در کنار بتن به مقاوم‌تر شدن ساختمان کمک می‌کند. برای بررسی این اثر، باید یک مقایسهٔ منصفانه طراحی کنیم: دو قطعه با اندازه، ترکیب بتن، مدت نگهداری و روش آزمایش یکسان بسازیم؛ تنها تفاوت، وجود سیم یا توری فلزی باشد.

در آزمایش کتاب، مقدار سیمان هم در بعضی نمونه‌ها متفاوت است. بنابراین برای بررسی اثر فولاد، باید نمونه‌های هم‌ترکیب را مقایسه کنیم. اگر هم مقدار سیمان و هم وجود فلز تغییر کند، معلوم نمی‌شود نتیجه مربوط به کدام عامل است. قطعه‌ها باید طبق دستور کتاب هر روز خیس شوند.

آهک فقط در مصالح ساختمانی کاربرد ندارد؛ مخلوط آن با آب در بعضی محل‌ها برای ضدعفونی کردن هم به کار می‌رود. اما این کاربرد به معنی بی‌خطر بودن آن برای تماس با بدن نیست.

برای تشخیص اسیدی یا بازی بودن مخلوط آب‌آهک، از کاغذ پی‌اچ و راهنمای رنگ آن استفاده می‌کنیم. این مخلوط خاصیت بازی دارد، نه اسیدی؛ پی‌اچ آن بیشتر از $7$ است. ظاهر سفید یک ماده به‌تنهایی این ویژگی را نشان نمی‌دهد. آزمایش آهک را تنها در محیط آموزشی، با نظارت معلم و وسایل حفاظت چشم و دست انجام بده.

جدول تولید و مصرف سیمان کمک می‌کند رابطهٔ نیاز کشور و مقدار تولید را بررسی کنیم. هر ستون را جدا بخوان: تولید و مصرف باید مربوط به یک سال باشند. اگر تولید بیشتر باشد، مقداری سیمان بیش از مصرف داخلی وجود دارد که می‌تواند برای صادرات در دسترس باشد؛ اما جدول به‌تنهایی ثابت نمی‌کند همهٔ آن صادر شده است.

در نمودار ستونی تولید، سال‌ها روی محور افقی و مقدار تولید روی محور عمودی قرار می‌گیرند. برای خانه‌های خالی جدول هم باید منبع معتبر پیدا کنیم؛ حدس زدن، جای داده را نمی‌گیرد.

استخراج معدن فقط یک موضوع اقتصادی نیست. برای جوان جویای کار، معدن می‌تواند فرصت شغلی باشد؛ برای کارخانه، منبع مواد اولیه؛ و برای کاسب محل، فرصتی برای رونق کار. در مقابل، خانواده‌ها ممکن است نگران رفت‌وآمد کامیون‌ها و سلامت کودکان باشند و زیستگاه جانوران هم آسیب ببیند.

پس یک تصمیم خوب باید پیامدهای اجتماعی، اقتصادی و زیست‌محیطی را کنار هم بسنجد و راه کاهش آسیب‌ها را بررسی کند. این نگاه فقط برای ساختمان نیست؛ ظرف‌های آشپزخانه هم از مواد طبیعی ساخته می‌شوند و مصرف آن‌ها به اندوخته‌های طبیعت وابسته است.

پیش از دنبال کردن مسیر مواد تا آشپزخانه، به محل برداشت آن‌ها نگاه کنیم. بهره‌برداری از معدن برای همه یک پیامد یکسان ندارد. جوان محل ممکن است شغل پیدا کند و کاسب با مشتری‌های بیشتری روبه‌رو شود. کارخانه هم به مواد اولیه دسترسی پیدا می‌کند. در مقابل، خانواده‌ای نزدیک مسیر معدن نگران رفت‌وآمد خودروها و سلامت فرزندش است؛ زیستگاه جانوران هم ممکن است آسیب ببیند. پس برای قضاوت، سه نگاه را کنار هم بگذار: زندگی و امنیت مردم، کار و درآمد، و محیط‌زیست. یک فایده، بقیهٔ پیامدها را ناپدید نمی‌کند.

حالا به ظرف‌های خانه برگردیم. مواد اولیهٔ آن‌ها از طبیعت می‌آیند: سنگ معدن آهن برای کارد و چنگال و خاک رس برای ظرف‌هایی مانند سفال و چینی. اما خاک رس خودبه‌خود به کوزه تبدیل نمی‌شود! برای ساخت سفال، نخست گل کوزه‌گری تهیه می‌کنند، بعد به خمیر شکل می‌دهند و سپس آن را می‌پزند و لعاب می‌دهند. رنگ ظرف هم می‌تواند به مواد افزوده‌شده مربوط باشد. برای ساخت سفال‌های رنگی از اکسید فلزهای گوناگون استفاده می‌کنند؛ مثلاً افزودن اکسید کروم به لعاب، رنگ سبز ایجاد می‌کند. پس رنگ ظرف فقط نتیجهٔ شکل دادن به خاک نیست.

مادهٔ اولیهٔ اصلی لیوان شیشه‌ای با ظرف سفالی فرق دارد: برای تهیهٔ شیشه از ماسه استفاده می‌کنند. ماسه را همراه مواد شیمیایی گرما می‌دهند تا خمیر شیشه به دست آید. سپس خمیر را در قالب‌های دلخواه می‌ریزند تا شکل مشخصی بگیرد. شاید بپرسی شیشه‌ای که با ضربه می‌شکند، چطور شکل می‌گیرد؟ نکته این است که شیشه را در حالت نهایی و سردش شکل نمی‌دهند؛ در این فرایند از خمیر شیشه استفاده می‌کنند. قالب هم شکل محصول را تعیین می‌کند؛ به همین دلیل می‌توان از این ماده ظرف‌هایی با شکل‌های متفاوت ساخت.

مسیر معدن تا خانه نشان می‌دهد که زندگی ما به اندوخته‌های طبیعی وابسته است. هر سال مقدار بسیار زیادی از این اندوخته‌ها مصرف می‌شود، اما نباید آن‌ها را بی‌پایان فرض کنیم. پیش‌بینی مطرح‌شده در کتاب می‌گوید اگر همین روند مصرف ادامه پیدا کند، بسیاری از منابع شناخته‌شده تا صد سال دیگر پایان می‌یابند. به این شرط دقت کن: این گفته، زمان قطعی پایان همهٔ منابع نیست. نمودار صفحه هم زمان‌های تقریبی را برای مواد مختلف مقایسه می‌کند، نه اینکه برای همه یک زمان یکسان بدهد. مثلاً استفادهٔ بیشتر از یک ظرف سالم، به‌جای تعویض بی‌دلیل آن، راهی برای پرهیز از مصرف اضافی است.

وسایل خانه از هیچ ساخته نمی‌شوند؛ برای ساخت آن‌ها از اندوخته‌های طبیعی استفاده می‌کنیم. مشکل اینجاست که این اندوخته‌ها بی‌پایان نیستند و مقدار زیادی از آن‌ها هر سال مصرف می‌شود. کتاب هشدار می‌دهد که اگر روند مصرف همین‌طور ادامه یابد، بسیاری از منابع شناخته‌شده ممکن است تا صد سال دیگر پایان یابند. این یک پیش‌بینی وابسته به روند مصرف است، نه تاریخ قطعی پایان همهٔ منابع. نمودار این صفحه هم زمان تقریبی پایان اندوخته‌های چند ماده را مقایسه می‌کند؛ پس نباید تصور کنیم همهٔ مواد با یک سرعت تمام می‌شوند.

ما برای زندگی به منابع طبیعی نیاز داریم؛ پس هدف، کنار گذاشتن کامل استفاده از آن‌ها نیست. باید طوری مصرف کنیم که نسل‌های آینده هم سهمی داشته باشند. دو راه ساده، کاهش مصرف و مصرف دوباره است. کاهش مصرف یعنی مقدار کمتری مصرف کنیم یا نیاز به وسیلهٔ تازه را کمتر کنیم؛ مثلاً با بردن کیسهٔ پارچه‌ای، کیسهٔ تازه نگیریم. مصرف دوباره یعنی وسیلهٔ موجود را باز هم به کار ببریم؛ مثل شستن شیشهٔ سس و ریختن حبوبات در آن. در این کار، شیشه به مادهٔ اولیه تبدیل نشده و همان ظرف دوباره استفاده می‌شود.

گاهی یک وسیله آن‌قدر خراب شده که دیگر نمی‌توان آن را به همان شکل به کار برد؛ اما مادهٔ سازندهٔ آن هنوز به درد می‌خورد. اینجا بازیافت کمک می‌کند: مواد دورریختنی را پردازش می‌کنند تا دوباره برای تولید قابل استفاده شوند. مثلاً قوطی‌ها و ظرف‌های فلزی خراب را ذوب می‌کنند و به شکل شمش درمی‌آورند. تفاوت مهم این است که در مصرف دوباره، خودِ وسیله را به کار می‌بریم؛ در بازیافت، مادهٔ آن دوباره آمادهٔ استفاده می‌شود. این کار می‌تواند نیاز به برداشت مواد تازه از طبیعت را کاهش دهد و به حفظ اندوخته‌ها کمک کند.