المفاهيم الأساسية

الكيمياء

التفاعلات الكيميائية

الحمضية

الأكسدة

 

 

مقدمة

ربما تكون قد سمعت من قبل أن الاحتفاظ ببعض العملات المعدنية يجلب الحظ، وربما تكون أيضًا قد توقفت في طريقك لالتقاط إحدى عملات الحظ المعدنية تلك من على جانب الطريق. ولكن في بعض الأحيان، تبدو تلك العملات التي تراها ملقاة على الأرض تجلب أي شيء إلا الحظ؛ إذ تبدو بُنِّية أو سوداء اللون، بل وأحيانًا تكون متسخة لدرجة أنه لا يمكنك حتى تعرُّفُها جيدًا.

في هذا النشاط سوف نستكشف الأسباب التي تجعل تلك العملات المعدنية لا تحتفظ ببريقها ولمعانها، ونختبر طرقًا مختلفة لاستعادة ذلك المظهر اللامع والبراق.

 

معلومات أساسية

في البداية، يكون لجميع العملات المعدنية نفس اللون، وهو اللون النحاسي اللامع. ولكن في وقت ما خلال مسيرتها تفقد تلك العملات رونقها، فماذا يحدث؟

الإجابة بسيطة للغاية، فعلى الرغم من أن النحاس معدن لامع، فهو أيضًا معدن تفاعلي؛ إذ تنجذب ذرات الأكسجين سالبة الشحنة في الهواء من حولنا إلى ذرات النحاس موجبة الشحنة في العملة المعدنية، وعندما يجتمع الأكسجين مع النحاس، يشكلان جزيئًا جديدًا يُعرف باسم أكسيد النحاس. ويتميز أكسيد النحاس بلونه المائل إلى البني أو الأسود أحيانًا (بناءً على عوامل أخرى في بيئة العملة المعدنية)، ولهذا فإن معظم العملات المعدنية التي تراها تبدو متسخة أو ذات شوائب، مع أن هذه في الواقع ليست شوائب وإنما أكسيد النحاس يجعل العملة تبدو باهتة بهذا الشكل.

لحسن الحظ، هناك عدة طرق لتنظيف تلك العملات وجعلها تبدو لامعة وبراقة من جديد، وذلك بمساعدة علم الكيمياء، وسوف نختبر في هذا النشاط بضع طرق مختلفة لتنظيف العملات وتحديد أيتها الأفضل في تنفيذ هذه المهمة.

 

أدوات التجربة

  • طقم من ملاعق القياس
  • 10 عملات معدنية ملأى بالشوائب (كلما كانت العملات أكثر تلوثًا كان ذلك أفضل، ويأتي النشاط بأفضل النتائج إذا كانت العملات المعدنية غير نظيفة بنفس الدرجة تقريبًا)
  • ملعقتان كبيرتان من صودا الخَبز
  • أربع ملاعق صغيرة من الملح
  • ملعقتان كبيرتان من الخل الأبيض
  • ملعقتان كبيرتان من عصير الليمون الطازج
  • ملعقتان كبيرتان من الكاتشب
  • ملعقتان كبيرتان من صلصة التاباسكو (أو أية صلصة حارة)
  • 11 كوبًا من البلاستيك (أو يمكن استخدام حاويات أو أوانٍ بلاستيكية صغيرة بدلًا منها)
  • ورق
  • ماء
  • قلم جاف أو رصاص
  • قفازات غسل الأطباق
  • قلم تحديد دائم
  • شريط لاصق شفاف
  • جهاز توقيت أو ساعة حائط
  • مناشف ورقية
  • إمكانية الوصول إلى حوض واستخدامه
  • كاميرا (اختياري)

الإعداد للتجربة

  • اصنع عجينة باستخدام صودا الخبز والماء: صب ربع كوب واحد من صودا الخَبز في أحد الأكواب البلاستيكية، ثم أضف إليها الماء ببطء، ملعقة بعد ملعقة، حتى تنتهي من صنع العجينة.
  • استخدم قلم التحديد لوضع اسم محدد على كل كوب من الأكواب البلاستيكية كما هو موضح أدناه. وإذا كنت تستخدم أواني أو حاويات بلاستيكية فضع الاسم على شريط شفاف من البلاستيك وألصقه عليها برفق.

 

الأسماء المميزة للأكواب: ضع اسمًا محددًا على جميع الأكواب المتبقية كما يلي:

كاتشب 1

كاتشب 5

تاباسكو 1

تاباسكو 5

خل 1

خل 5

ليمون 1

ليمون 5

مجموعة ضابطة 1

مجموعة ضابطة 5

 

  • ضع ملعقة كبيرة من الكاتشب في كل كوب مخصص للكاتشب، وضع ملعقة كبيرة من صلصة التاباسكو في كل كوب مخصص للصلصة. وضع ملعقة كبيرة من الخل وملعقة صغيرة من الملح في كل كوب مخصص للخل، وملعقة كبيرة من عصير الليمون وملعقة صغيرة من الملح في كل كوب مخصص لليمون. واترك الأكواب التي تحمل اسم "المجموعة الضابطة" فارغة.
  • استخدم الورقة والقلم الرصاص في عمل جدول يتكون من ثلاثة أعمدة وستة صفوف تدرج فيها مواد الاختبار الخمس التي استخدمتها (الكاتشب وصلصة التاباسكو والخل وعصير الليمون والمجموعة الضابطة) في عمود على اليسار، واجعل عنوانه "طريقة التنظيف". ثم اكتب على العمود التالي عنوان "دقيقة واحدة" والعمود الثالث "خمس دقائق". واجعل كل خانة (مربع) في الجدول كبيرة بما يكفي لوضع العملة المعدنية فيها بعد إتمام الاختبار. هل لديك افتراض محدد حول أي المواد سوف تحقق أفضل درجات النظافة للعملة؟ ولماذا؟

خطوات التجربة

  • ضع عملة معدنية فوق كل مربع من مربعات الجدول بحيث تكون الصورة إلى أعلى. إذا كانت لديك كاميرا فالتقط صورة لتلك العملات، وإذا لم تكن لديك كاميرا، فألقِ نظرة متفحصة على لون كل عملة. سوف يتيح لك هذا الحكم بصورة أفضل على جودة التنظيف الناتجة عن استخدام كل طريقة من الطرق المذكورة، من خلال النظر إلى العملات قبل وبعد معالجتها. ماذا تلاحظ في كل عملة؟ هل تستطيع أن ترى بوضوح التاريخ المكتوب على العملة أم أنها ملأى بالشوائب بدرجة تحول دون ذلك؟ هل تستطيع أن ترى بوضوح الصورة المطبوعة على العملة؟
  • ابدأ بالأكواب التي تحمل الرقم "1"، وضعها في صف واحد، ثم التقط العملة الموجودة في مربع "الكاتشب -دقيقة واحدة" في الجدول وضعها في الكوب الذي يحمل اسم "الكاتشب 1". وحرك الكوب برفق بحيث يغطى الكاتشب العملة تمامًا.
  • اضبط جهاز التوقيت على دقيقة واحدة.
  • ارتدِ قفازات غسل الأطباق.
  • بعد مرور دقيقة واحدة اغسل الكوب بالماء حتى يصبح داخل الكوب والعملة نظيفين (احرص على ألا تفقد العملة)، واحتفظ بالعملة في الكوب.
  • كرر هذه الخطوة مع جميع العملات في العمود الذي يحمل عنوان "دقيقة واحدة"، مع وضع كل عملة بدورها في الكوب المطابق لها، وتأكد في كل مرة من تغطية العملة تمامًا بمحتويات الكوب.
  • بالنسبة للعملة الموجودة في مربع "المجموعة الضابطة -دقيقة واحدة"، لا تضف أي شيء إلى الكوب، إذ إن هذه العملة ستكون بمنزلة المجموعة الضابطة في هذه التجربة بعد استكمال باقي الخطوات.
  • عندما تنتهي من تنظيف جميع العملات الموجودة في العمود "دقيقة واحدة"، استخدم أصابعك في فرك العملات برفق واحدةً تلو الأخرى باستخدام عجينة صودا الخَبز، مع الحفاظ على ارتداء القفازين والحرص على الاحتفاظ بكل عملة في الكوب الخاص بها. قم بفرك كل عملة لمدة 10 ثوان ثم اغسلها من جديد بالماء وأعدها إلى الكوب الخاص بها.
  • ضع هذه الأكواب جانبًا بشكل مؤقت.
  • كرر هذه الخطوات مع العملات الموجودة في العمود الذي يحمل عنوان "خمس دقائق". ابدأ بوضع العملة الموجودة في مربع "الكاتشب -خمس دقائق" في الكوب الذي يحمل اسم "كاتشب 5". ومرة أخرى، تأكد من تغطية العملة بالكامل بالكاتشب.
  • اضبط جهاز التوقيت على خمس دقائق.
  • استمر في وضع كل عملة في العمود الذي يحمل عنوان "خمس دقائق" في الكوب المطابق لها.
  • عندما تصبح كل عملة في الكوب المناسب لها، استغل الوقت المتبقي في ملاحظة العملات ومحتويات الأكواب. هل تلاحظ أي تغيُّر في مظهر العملات؟ ما الذي يتغير؟ هل تلاحظ أي تغيُّر في محتويات الأكواب؟ هل هناك أية فقاعات أو تغيُّر في الألوان؟
  • عندما تمر الدقائق الخمس اغسل الأكواب بالماء حتى يصبح داخل الأكواب والعملات نظيفًا تمامًا (واحرص على ألا تفقد العملات المعدنية)، ثم احتفظ بالعملات في الأكواب.
  • عندما تنتهي من تنظيف جميع العملات استخدم أصابعك في فركها برفق واحدة تلو الأخرى باستخدام عجينة صودا الخَبز (مع الحفاظ على ارتداء القفازين)، وافرك كل عملة لمدة 10 ثوان ثم اغسلها مرة أخرى بالماء وأعدها إلى الكوب الخاص بها.
  • عد إلى الجدول الذي رسمته مرة أخرى، واستخدم المناشف الورقية في تجفيف كل عملة برفق ثم ضعها في المربع المقابل لها في الجدول.
  • قارن بين العملات في العمودين "دقيقة واحدة" و"خمس دقائق" في كل صف. ما مدى تأثير الوقت على نظافة العملات؟ هل كان التنظيف لمدة دقيقة واحدة أم لمدة خمس دقائق أكثر فاعلية في تنظيف العملات بشكل عام؟ هل يمكنك التفكير في سبب أهمية الوقت؟ هل ترى في أيٍّ من طرق التنظيف أن عامل الوقت لم يكن مهمًّا، بمعنى أن مستوى النظافة التي وصلت إليها العملات بعد دقيقة واحدة وبعد خمس دقائق كان متساويًا؟ ما السبب المحتمَل وراء ذلك في اعتقادك؟
  • قارن بين جميع العملات التي جرى تنظيفها والعملات التي ظلت كما هي في المجموعة الضابطة. أي العملات يبدو الأكثر نظافة مقارنة بالمجموعة الضابطة؟ وأيها لا يزال فيه النسبة الأكبر من الشوائب؟
  • إذا كنت قد التقطت صورًا في البداية، فعُد وقارن بين مستوى نظافة كل عملة قبل التنظيف وبعده. أي العملات كان الأكثر نظافة مقارنة بصورته السابقة للتنظيف؟ وأيها كان الأقل نظافة؟
  • نشاط إضافي: اختبر كل طريقة من طرق التنظيف مُدَدًا أطول. ما المدة المُثلى لترك العملات في محلول التنظيف؟
  • نشاط إضافي: اختبر ما إذا كانت محاليل التنظيف تلك ذات فاعلية مع أنواع أخرى من العملات المعدنية. ماذا تخبرك النتائج عن الخصائص المميزة للعملات النحاسية؟
  • نشاط إضافي: هل يمكنك التفكير في أي أحماض منزلية آمنة أخرى يمكنك اختبارها؟ ماذا عن الصودا؟ أو عصير البرتقال؟

الملحوظات والنتائج

في هذا النشاط أتممت اختبار أربع طرق مختلفة للتنظيف لتحديد أيها أكثر فاعلية في تنظيف العملات المعدنية. لا بد وأنك قد لاحظت أن كل طريقة من تلك الطرق قد جعلت العملات أكثر نظافة ولكن ربما كانت بعض الطرق أكثر فاعلية من غيرها. تتحدد طريقة التنظيف الأفضل على أساس كمية الحمض ووجود الملح، فمثلًا الأنواع التجارية المختلفة من الكاتشب والصلصة الحارة تحتوي على كميات متباينة من الملح والحمض في مكوناتها، ولذا فإن النتائج التي توصلت أنت إليها ربما تكون مختلفة عن تلك التي توصل إليها شخص آخر يُجري ذلك النشاط في منزله. ولكن في جميع الأحوال، فإن طريقة التنظيف التي من المفترض أنها قد حققت أفضل النتائج هي تلك التي تحتوي على أعلى تركيز من الحمض.

عندما تتعرض العملات المعدنية للبيئة الخارجية تتكون عليها طبقة من أكسيد النحاس، مما يجعلها تبدو ملأى بالشوائب (إذ تصبح باهتة وغير نظيفة ويميل لونها إلى اللون البُني). ويتحلل أكسيد النحاس في مزيج من الحمض الضعيف وملح المائدة.

الخل وعصير الليمون يُعَدَّان من الأحماض. افحص محتويات الكاتشب وصلصة التاباسكو التي استخدمتها، ربما تجد على بعض ملصقات المنتج ما يفيد أنه يحتوي على الخل أو حمض الستريك بينما تتكون بعض المنتجات الأخرى من معجون الطماطم فقط. وتحتوي ثمار الطماطم على كمية من حمض الستريك الطبيعي، وهو من الأحماض التي تُعَدُّ في المجمل أضعف قليلًا من الخل أو من مقدار حمض الستريك الموجود في عصير الليمون. ومن ثم، فإن كل طريقة تنظيف قمت باختبارها احتوت على حمض وملح، ولكن الكاتشب وصلصة التاباسكو ربما احتويا على مادة حمضية أضعف قليلًا. في هذه الحالة، ربما تكون قد لاحظت أن العملات التي تم تنظيفها باستخدام الكاتشب وصلصة التاباسكو لم تكن بنفس مستوى نظافة العملات التي تم تنظيفها باستخدام الخل وعصير الليمون.

ربما تكون قد لاحظت أيضًا أنه كلما طالت مدة بقاء العملات المعدنية في محلول التنظيف زاد مستوى نظافتها. فعملية التفاعل الكيميائي التي ينتج عنها انحلال أكسيد النحاس الذي يغطي عملاتك المعدنية هي عملية مستمرة ومتواصلة. فعندما تترك تلك العملات في محلول التنظيف مدةً أطول يعطي ذلك لعملية التفاعل وقتًا أطول للعمل، ويمنحك في النهاية عملات أكثر لمعانًا وبريقًا.