بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
اندازه گیری و محاسبات در شیمی
اصول اولیه جهان مادی اتمها هستند و فضای خالی.
درک مفهومی
یادگیری مفهومی
حل مسئله اساس درک شیمی است.
قرار است این درس به دانشجو ابزاری را بدهد که یک متفکر شود، تا سئوال کند، قوانین و مدلها را بکار ببرد و نتایج را ارزیابی کند.
مشاهده اساس تمام علوم می باشد. این مشاهدات می توانند کمی یا کیفی باشند. یک مشاهده کمی یعنی اندازه گیری، که همیشه دو قسمت دارد:
اسلاید 2 :
یک عدد و یک مقیاس (که واحد خوانده می شود)
هر دو قسمت باید موجود باشند تا یک اندازه گیری معنی دار شود.
یک مشاهده کیفی با عدد گزارش نمی شود. مثالهای مشاهدات کیفی: ”ماده آبی است“ یا ” خورشید بسیار داغ است“
در مطالعه شیمی، ما جرم، طول، زمان، دما، جریان الکتریکی و مقدار یک ماده و موارد دیگر را اندازه گیری می کنیم و از آنها استفاده می کنیم.
محققین از زمانها پیش فهمیده بودند که می خواهند اندازه گیریها مفید باشند.
اسلاید 3 :
اما اگر هر محققی یک سری واحدهای اختیاری داشته باشد، یک سر درگمی حاصل اش خواهد بود.
متاسفانه در نقاط مختلف دنیا استانداردهای متفاوتی پذیرفته شده بود.
دو سیستم رایج، سیستم انگلیسی است که در آمریکا استفاده می شد و دیگری سیستم متریک بود که در بقیه کشورهای صنعتی بکار برده می شد.
همین قضیه مسائلی را به وجود آورده بود. برای مثال قطعه هائی به سادگی پیچ و مهره که بر پایه این دو سیستم ساخته می شدند قابل استفاده در دو اتومبیل آمریکائی و اروپائی را نداشتند.
اسلاید 4 :
در نتیجه آمریکا نیز پذیرفت که سیستم متریک را بکار ببرد!!
اکنون سالها است که محققین در کشورهای مختلف از سیستم متریک استفاده می کنند.
در سال 1960، بر پایه یک توافق بین المللی یک سیستم واحدها بنام سیستم بین المللی SI (International System SI) ایجاد شد. این سیستم بر اساس سیستم متریک بنا شده است. و واحدها از سیستم متریک مشتق شده اند.
واحدهای اساسی SI در جدول زیر لیست شده اند. در ادامه بحث خواهیم کرد که چگونه این واحدها را دستکاری کنیم.
اسلاید 6 :
چقدر تبدیل یک واحد به دیگری اهمیت دارد؟ اگر از سازمان فضائی NASA سئوال شود دادشان در می آید!
در سال 1999، ناسا یک ماهواره فضائی به ارزش 125 میلیون دلار که قرار بود در یکی از مدارهای مریخ بگردد، راه را گم کرد زیرا آنها محاسبات را بر پایه سیستم انگلیسی انجام داده بودند.
مسئله اینگونه ایجاد شده بود که دو تیمی که بر روی پروژه مریخ کار می کردند از سیستمهای مختلفی استفاده کرده بودند. محققین ناسا در پنسیلوانیای کالیفرنیا به داده های محققین سازنده ماهواره که از شهر دنور به آنها داده بودند اعتماد کردند.
اسلاید 8 :
یک هواپیمای غول پیکر کانادائی تقریبا شانس آورد! وقتی کسی مقدار 22,300 pounds را به جای 22,300 Kg در باک هواپیما ریخت!!!
بنابراین در هر تحقیقی واحدهایتان را چک کنید.
یک نکته مهم در ارتباط با اندازه گیریها، رابطه جرم با وزن است.
جرم مقیاسی برای سنجش مقاومت یک ماده (یک شیئ) به یک تغییر در حالت حرکت آن می باشد.
وزن پاسخ جرم به جاذبه است، آن با قدرت جاذبه تغییر می کند. جم شما روی زمین و ماه یکسان است اما وزن شما در روی زمین بیشتر است.
اسلاید 9 :
عدم قطعیت در اندازه گیری
چون وزن یک ماده روی یک ترازو در مقایسه با جرم یک شیئ استاندارد تعیین می شود، اگرچه درست نیست اما وزن و جرم بعضی وقتها به جای یکدیگر بکار برده می شوند.
عدم قطعیت در اندازه گیری
عدد معرف یک اندازه گیری از طریق یک ابزار محقق می گردد.
برای مثال فرض کنید اندازه گیری حجم یک مایع با استفاده از یک بورت:
اسلاید 12 :
ارقام مطمئن (Certain digits)
ارقام نامطمئن
(Uncertain digits)
ما معمولا یک اندازه گیری را با گزارش کردن ارقام مطمئن بعلاوه یک رقم نامطمئن.
مهم است بدانیم که یک اندازه گیری همیشه درجه ای از عدم قطعیت دارد.
عدم قطعیت به دقت دستگاه اندازه گیری بستگی دارد.
برای مثال وزن کردن یک خربوزه!
اسلاید 14 :
آیا دو خربوزه وزن یکسان دارند؟
جواب بستگی به این دارد که شما کدام نتیجه را در نظر بگیرید.
بنابراین نتیجه یک سری اندازه گیری، بستگی به قطعیت آن اندازه گیری ها دارد. به همین دلیل مهم است که عدم قطعیت هر اندازه گیری را نشان دهیم.
این کار به این شکل انجام می شود که همیشه ارقام قطعی را یادداشت کرده، و اولین رقم نامطمئن را.
این ارقام، ارقام با معنی (Significant figures)نامیده می شوند.
اسلاید 15 :
عدم قطعیت در آخرین رقم معمولا فرض می شود که 1± باشد، مگر آنکه چیزی غیر دیگری ذکر شده باشد.
برای مثال، اندازه گیری 1.86 Kg میتواند منظور 1.86±1 باشد.
مثال: در هنگام آنالیز یک نمونه آب آلوده، یک شیمیدان 25.00 mL از نمونه آب را با پیپت بر می دارد. در جائی دیگر از این بررسی شیمیدان از یک استوانه مدرج (Graduated cylinder) برای اندازه گیری 25 mL از یک محلول استفاده می کند. تفاوت بین اندازه گیری 25.00 mL و 25 mL چه می باشد؟
اسلاید 17 :
25 mL i.e., 25 ± 1 mL
25.00 mL i.e., 25 ± 0.01 mL
وقتی یک اندازه گیری انجام می دهید، مهم است که نتایج را تا یک تعداد ارقام بامعنی مناسب گزارش کنید. برای مثال اگر بورت مشخصی می تواند تا 0.01 mL را بخواند، شما مظف هستید عدد را 25.00 mL گزارش کنید ونه 25 mL.
بدین ترتیب وقتی در زمان دیگری از نتایج تان برای محاسبات استفاده می کنید، عدم قطعیت در اندازه گیری برای شما معلوم می باشد.
اسلاید 18 :
دقت و صحت
دو عبارت که اغلب برای بیان اعتبار اندازه گیریها بکار برده می شوند، دقت و صحت هستند.
اگرچه در زندگی روزمره ما اغلب از این عبارتها به جای یکدیگر استفاده می کنیم اما در دنیای علمی معانی مختلفی دارند.
صحت اشاره به توافق یک مقدار مشخص با مقدار واقعی دارد.
دقت اشاره به درجه توافق بین چندین اندازه گیری از یک کمیت دارد. دقت منعکس کننده تکرارپذیری (Reproducibility) یک نوع اندازه گیری مشخص دارد.
تفاوت بین این عبارتها در شکل منعکس می باشد:
اسلاید 20 :
دو نوع خطا (Error) در شکل شرح داده شده است:
یک خطای اتفاقی (Random error) یا (Determinate error) بدین معنی است که یک اندازه گیری یک احتمال مساوی دارد که کم یا زیاد باشد. این نوع خطا در تخمین مقدار آخرین رقم یک اندازه گیری اتفاق می افتد.
نوع دیگر خطا، خطای سیستماتیک (Systematic error) یا (Determinate error) نامیده می شود. این نوع خطا همیشه در یک حهت اتفاق می افتد؛ همیشه زیاد است یا کم.
در شکل darts قسمت(a) خطاهای اتفاقی زیادی را نشان می دهد (تکنیک ضعیف). شکل (b) خطای اتفاقی کوچکی را نشان می دهد. شکل (c)..
