ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΒΟΗΘΟΣ ΦΑΡΜΑΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΙΕΚ Μυτιλήνης Εξάμηνο Α΄ 2014 – Ερωτήσεις Προόδου Εισηγητής: Γρηγόριος Μαραβάς

1) Ποιές είναι οι ομοιότητες και ποιές οι διαφορές μεταξύ των κλιμάκων έκφρασης θερμοκρασίας, Κελσίου και Κέλβιν; Ποιά είναι η σχέση μετατροπής μεταξύ των μονάδων τους; Κελσίου Δεν είναι μονάδα του SI. Έχει 100νταβάθμια κλίμακα (1/100 μεταξύ του σημείου πήξης (0 oC) και του σημείου βρασμού (100 oC) του νερού στην 1 atm). Πιο διαδεδομένη κλίμακα ανά την υφήλιο (καθημερινή χρήση). Κέλβιν Είναι μονάδα του SI. Έχει 100νταβάθμια κλίμακα (ίδια με Κελσίου), αλλά με αρχή της κλίμακας 0Κ, το απόλυτο μηδέν, η χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία στο γνωστό σύμπαν. Βασική μονάδα στις θετικές επιστήμες (φυσική, χημεία) Τύπος Μετατροπής ΤΚ=ΤC+273,15

2) Τι ονομάζουμε πίεση, πώς ορίζεται και τι μονάδες έχει; Αποτελεί η πίεση θεμελιώδες μέγεθος του SI; Πίεση ονομάζουμε τη δύναμη που ασκείται στη μονάδα επιφάνειας ενός υλικού. Ορίζεται ως το πηλίκο ασκούμενης δύναμης που δρα σε μια επιφάνεια δια του εμβαδού της επιφάνειας αυτής. P= 𝐹 𝐴 Μονάδα πίεσης στο SI είναι το Pascal, Pa=N/m2. Η πίεση δεν αποτελεί θεμελιώδες μέγεθος του SI, αλλά παράγωγο.

3) Να μετατρέψετε τις παρακάτω μετρήσεις σε μονάδες του συστήματος SI: Ταχύτητα καθίζησης ενός ιζήματος σε ένα διάλυμα: 3,0 cm/min Πίεση ενός αερίου: 2,5 atm Θερμοκρασία ενός διαλύματος: 68 oC Ισχύουν: 1cm = 10-2 m και 1 min = 60 sec ,άρα 3,0 𝑐𝑚 𝑚𝑖𝑛 =3,0 10 −2 𝑚 60 𝑠𝑒𝑐 =5∙ 10 −4 𝑚 𝑠𝑒𝑐 Ισχύει: 1atm = 101325 Pa ,άρα 2,5atm = 253312,5 Pa = 253,31 KPa Ισχύει: ΤΚ=ΤC+273,15 ,άρα ΤΚ=68+273,15 Κ= 341,15 Κ

4) Ποιά είναι η βασική διαφορά μεταξύ των φυσικών και χημικών διεργασιών; Δώστε 2 παραδείγματα από κάθε είδος. Φυσικές χαρακτηρίζονται οι διεργασίες κατά τις οποίες έχουµε µεταβολή της φυσικής κατάστασης ή/και της σύστασης των υλικών χωρίς να αλλάζει η µοριακή δοµή τους. Χηµικές χαρακτηρίζονται οι διεργασίες κατά τις οποίες έχουµε αλλαγή στη µοριακή δοµή των υλικών. Φυσικές Θραύση, Άλεση, Κοσκίνιση, Ανάμειξη, Επίπλευση, Καθίζηση, Διήθηση, Εκχύλιση, Κρυστάλλωση, Απόσταξη, Προσρόφηση, Φυγοκέντρηση, Ξήρανση-Θέρμανση Χημικές Εξουδετέρωση, Οξειδοαναγωγή, Ιοντοεναλλαγή, Υδρόλυση, Ηλεκτρόλυση, Καύση, Βιοχημικές αντιδράσεις-ζυμώσεις

5) Τα προϊόντα μιας βιομηχανίας δεν αποτελούν ποτέ τις πρώτες ύλες για άλλες βιομηχανίες. Σωστό Λάθος Αιτιολογήστε την απάντηση σας με ένα τουλάχιστον παράδειγμα. Το αλουμίνιο (παράγεται από βιομηχανίες αλουμινίου, με πρώτη ύλη το βωξίτη) αποτελεί την πρώτη ύλη σε πολλές βιομηχανικές δραστηριότητες, των οποίων η παραγωγή εστιάζεται σε μορφοποίηση προϊόντων αλουμινίου (πόρτες, διάφορα σκεύη οικιακής χρήσης, φύλλα κλπ) Η αιθανόλη, (που παράγεται από χημικές βιομηχανίες) χρησιμοποιείται στην ποτοποιία και στην φαρμακευτική βιομηχανία.

6) Τι ορίζουμε ως ανακύκλωση και ποιά η διαφορά της επαναχρησιμοποίησης; Ο όρος ανακύκλωση περιλαμβάνει τη συλλογή και επανεπεξεργασία ενός χρησιμοποιημένου προϊόντος προκειμένου να παραχθούν νέα προϊόντα. Για παράδειγμα, τα σπασμένα γυάλινα μπουκάλια για παράδειγμα μπορούν μετά από θρυμματισμό τους να επανατακούν και να χρησιμεύσουν στην παραγωγή είτε νέων είτε άλλων γυάλινων αντικειμένων Ο όρος επαναχρησιμοποίηση περιλαμβάνει τη χρησιμοποίηση ενός πόρου στην ίδια μορφή. Μένοντας στο ίδιο παράδειγμα, ένα γερό γυάλινο μπουκάλι μπορεί, αφού πλυθεί, να χρησιμοποιηθεί πολλές φορές.

7) Γιατί επιδιώκεται συνήθως η αύξηση της ειδικής επιφάνειας των στερεών σωμάτων που κατεργάζεται η χημική βιομηχανία; Γιατί διευκολύνει πολύ την πραγματοποίηση των διαφόρων φυσικών μεταβολών και χημικών αντιδράσεων των στερεών σωμάτων, γιατί δίνει την ευκαιρία σε περισσότερα άτομα και μόρια να συμμετάσχουν σε αυτές Για παράδειγμα, διάλυση αλάτων στο νερό, πήξη τσιμέντου στα κονιάματα, καύση του κάρβουνου στις εστίες των καμίνων. Γίνονται ταχύτερα όταν τα στερεά αυτά υλικά βρίσκονται σε μορφή μικρών τεμαχίων ή λεπτής σκόνης, αφού τα φαινόμενα αυτά εκδηλώνονται στην επιφάνεια των κόκκων τους.

8) Σε ποιους βασικούς μηχανισμούς στηρίζονται οι διεργασίες της θραύσης και της άλεσης; Δώστε ένα παράδειγμα από καθεμιά. Οι βασικοί μηχανισμοί που στηρίζονται η θραύση και η άλεση είναι: Η κρούση Η συμπίεση Η κοπή Η τριβή Παραδείγματα: Κρούση - θραυστήρες με σφυριά, σφαιρόμυλοι (και τριβή) Συμπίεση - θραυστήρες με σιαγόνες, γουδί και γουδοχέρι Κοπή - μύλοι κοπής (με λεπίδες) Τριβή - μύλοι με κατακόρυφες ή οριζόντιες μυλόπετρες

9) Η πολύ λεπτή κατανομή των στερεών (μετά από θραύση και άλεση) έχει μόνο πλεονεκτήματα για την επεξεργασία τους. Σωστό Λάθος Ένας από τους κυριότερους κινδύνους είναι να σκορπίσει το υλικό και να παρασυρθεί στον αέρα με τη μορφή σκόνης κατά τη μεταφορά, την αποθήκευση ή τη χρήση του. Για αυτό και πολλές φορές ακολουθείται η αντίστροφη διαδικασία, της συσσωμάτωση. Παράδειγμα, μετατροπή λιπασμάτων σε κόκκους και φαρμάκων σε δισκία (χάπια).

10) Περιγράψτε συνοπτικά τα μέρη από τα οποία αποτελείται ένας σφαιρόμυλος εργαστηρίου και την βασική αρχή λειτουργίας του. Ο σφαιρόμυλος αποτελείται από έναν περιστρεφόμενο οριζόντιο ή κάθετο κύλινδρο, ο οποίος περιέχει χαλύβδινες σφαίρες (ή κάποιο άλλο εξίσου σκληρό υλικό). Το μίγμα στερεών που θέλουμε να αλέσουμε εισάγεται στον κύλινδρο μαζί με τις σφαίρες. Κατά την περιστροφή του κυλίνδρου, προκαλείται στο εσωτερικό μια συνεχής κίνηση των σφαιρών, οι οποίες αναμιγνύονται με το υλικό, χτυπούν και τρίβουν τα τεμάχιά του, και εντέλει το μετατρέπουν σε σκόνη. Η απομάκρυνση γίνεται είτε ανοίγοντας τον κύλινδρο και παραλαμβάνοντας το αλεσμένο υλικό, είτε με κάποιο κόσκινο στην βάση του κυλίνδρου

11) Τι είναι οι ανακλαστήρες στη μηχανική ανάδευση υγρών και πού μας χρησιμεύουν; Οι ανακλαστήρες είναι εμπόδια στην κίνηση του υγρού μέσα στο δοχείο. Με τη χρησιμοποίησή τους, πετυχαίνουμε δημιουργία ακανόνιστων ρευμάτων που εμπλέκονται και παρασύρουν ολόκληρη τη μάζα του υγρού στη διαδικασία της αναμίξεως. Αποφεύγουμε με αυτό τον τρόπο την τοπική ανάμειξη του υγρού.

12) Μια μέθοδος μέτρησης του μεγέθους των σωματιδίων είναι και αυτή με τα αναλυτικά κόσκινα. Περιγράψτε σκωπτικά αυτή την μέθοδο (διάταξη κόσκινων, αριθμός κοσκίνων, διαδικασία, πως εκφράζονται οι διαστάσεις; (ΕΟΠΠΕΠ) Η μέθοδος των αναλυτικών κόσκινων βασίζεται στην απλή αρχή της διαδοχικής κοσκίνισης. Αν το υλικό που μας ενδιαφέρει περάσει από διαδοχικά κόσκινα (το ένα πάνω στο άλλο) με ανοίγματα μεγέθους, που γίνονται βαθμιαία μικρότερο, τότε θα παραμένει σε κάθε κόσκινο το μέρος του υλικού, που αποτελείται από τεμάχια ή κόκκους ενδιάμεσου μεγέθους μεταξύ των ανοιγμάτων του κοσκίνου αυτού και του αμέσως προηγούμενου (σχήμα στην επόμενη σελίδα). Η ποσότητα αυτή του υλικού εκφράζεται σαν ποσοστό % και ονομάζεται κοκκομετρικό κλάσμα. Το άνοιγμα των κοσκίνων εκφράζεται συνήθως σε mesh ή mm και οι ποσότητες του υλικού σε μονάδες μάζας (kg ή gr). Ένα παράδειγμα πίνακα ποσοτήτων που προκύπτει με τη μέθοδο αναλυτικών κοσκίνων φαίνεται στην επόμενη σελίδα.

13) Μια μέθοδος μέτρησης του μεγέθους των σωματιδίων είναι και αυτή της καθιζήσεως. Πού βασίζεται αυτή η μέθοδος; Ποια μαθηματική σχέση (τύπος) χρησιμοποιείται; Εξηγήστε τι παριστάνουν τα μεγέθη στον τύπο (v. Stokes). (ΕΟΠΠΕΠ) Η μέθοδος της καθίζησης στηρίζεται στο ότι τα σωματίδια του υλικού που μας ενδιαφέρουν και είναι διασπαρμένα σε ένα υγρό αιώρημα, έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα από το υγρό. Έτσι, αν το υγρό βρίσκεται σε ηρεμία, τα σωματίδια με τη βοήθεια της βαρύτητας θα αρχίζουν να καθιζάνουν προς τον πυθμένα. Ο τύπος που χρησιμοποιούμε για να περιγράψουμε το φαινόμενο είναι ο νόμος του Stokes και δίνεται από τη σχέση: FD = 3π μ D u ,όπου FD είναι η δύναμη που προκαλείται λόγω τριβής (οπισθέλκουσα), μ: το κινηματικό ιξώδες, D: η διάμετρος των σωματιδίων και u: η ταχύτητα των σωματιδίων.

14) Κατά τη φυγοκέντρηση, η ουσία που θέλουμε να διαχωρίζουμε με καθίζηση, μετά την περιστροφή του αιωρήματος σε μεγάλη ταχύτητα, τελικά θα επιπλεύσει στην επιφάνεια του υγρού. Σωστό Λάθος Η φυγοκέντρηση μας βοηθά για να έχουμε γρήγορο και αποτελεσματικό διαχωρισμό της ουσίας από το υγρό, όταν η καθίζηση είναι αργή με τη βοήθεια της βαρύτητας, των παχυντών ή της ήπιας ανάδευσης. Με την ταχύτητα που αποκτά το αιώρημα λόγω περιστροφής, η φυγόκεντρη δύναμη αναπτύσσεται και μεταφέρεται στα σωματίδια και έτσι αυτά συσσωρεύονται (καθιζάνουν) στον πυθμένα της φιάλης.

15) Δώστε επιγραμματικά τις κυριότερες μεθόδους διαχωρισμού στερεών από αέρια. Κονιοπαγίδες Κυκλώνες Σακκόφιλτρα Φίλτρα αέρα Πύργοι πλύσεως Ηλεκτρόφιλτρα

16) Η διήθηση υπό κενό είναι πιο γρήγορη από την απλή διήθηση. Σωστό Λάθος Δικαιολογήστε την απάντηση σας. Στην απλή διήθηση στηριζόμαστε στην βαρύτητα για να περάσει το αιώρημα από τον ηθμό και να κατακρατηθούν τα στερεά σωματίδια. Στη διήθηση υπό κενό επιταχύνουμε τη διαδικασία, εφαρμόζοντας χαμηλότερη πίεση (ή και κενό) από την πλευρά του διηθήματος και έτσι το αιώρημα περνά γρηγορότερα από τον ηθμό εφόσον το «σπρώχνει» η μεγαλύτερη ατμοσφαιρική πίεση.

17) Τι ονομάζουμε εκχύλιση; Περιγράψτε σύντομα την τεχνική της εκχύλισης. Εκχύλιση ονομάζεται η μεταφορά μιας ουσίας από μια φάση στην οποία βρίσκεται με τη μορφή διαλύματος ή αιωρήματος σε μια άλλη υγρή φάση. Στις περισσότερες περιπτώσεις η ανάμιξη των δύο φάσεων γίνεται σε διαχωριστικό χωνί, όπου αναταράσσονται έτσι ώστε να έλθουν σε στενή επαφή και να αποκατασταθεί ισορροπία των διαλυμένων ουσιών στις δύο φάσεις οπότε και διαχωρίζονται. Για παράδειγμα η παραλαβή οργανικών ουσιών από αιωρήματα, γίνεται με ανάμιξη του υδατικού μίγματος με ένα μη αναμιγνυόμενο με το νερό οργανικό διαλύτη. Το προϊόν μεταφέρεται στην οργανική στοιβάδα και μπορεί να ανακτηθεί με την απομάκρυνση του διαλύτη

18) Τι καλείται «απόσταξη»; Περιγράψτε μια «συσκευή απλής απόσταξης νερού». (ΕΟΠΠΕΠ) Απόσταξη ονομάζεται η μέθοδος με την οποία απομονώνεται ένα υγρό συγκεκριμένου σημείου βρασμού από ένα μίγμα. Μια συσκευή απλής απόσταξης νερού περιλαμβάνει: Μια φιάλη που περιέχει το μίγμα (επιτραπέζιο νερό) και θερμαίνεται από μια συσκευή θέρμανσης. Ένα θερμόμετρο, που χρησιμεύει να παρακολουθούμε τη θερμοκρασία βρασμού. Ένα ψυκτήρα, για να ψύχονται και να υγροποιούνται οι εξερχόμενοι ατμοί. Μια φιάλη υποδοχής του απεσταγμένου νερού.

19) Πότε η φλόγα λέγεται αναγωγική και πότε οξειδωτική; Να αναφέρετε τα χαρακτηριστικά σε κάθε περίπτωση. (ΕΟΠΠΕΠ) Σε ένα λύχνο Bunsen, όταν οι οπές είναι κλειστές η καύση είναι ατελής και η φλόγα είναι φωτιστική ή αναγωγική. Η φλόγα αυτή έχει χρώμα κίτρινο-φωτεινό και είναι αδύναμη και συνεπώς μη χρήσιμη για εργαστηριακές ανάγκες. Επιπλέον, σχηματίζει αιθάλη (καπνιά) που μαυρίζει τα θερμαινόμενα γυάλινα σκεύη. Όταν οι οπές είναι ανοικτές επιτυγχάνεται τέλεια καύση και η φλόγα του λύχνου είναι θερμαντική ή οξειδωτική. Η φλόγα αυτή έχει χρώμα μπλε ανοικτό και χρησιμεύει για θερμάνσεις (π.χ. διαλυμάτων) και πυρώσεις (π.χ. σύντηξη).

20) Σε υψηλότερες των 500 οC θερμοκρασίες έχουμε θέρμανση. Σωστό Λάθος Όταν η αύξηση της θερμοκρασίας ενός σώματος φθάσει τους 400 έως 500 οC, τότε μιλάμε για θέρμανση αυτού. Σε υψηλότερες των 500 οC θερμοκρασίες έχουμε πύρωση.

21) Αναφέρετε 3 από τις συνήθεις χρησιμοποιούμενες συσκευές θέρμανσης που χρησιμοποιούνται σε εργαστήρια. Στα χημικά εργαστήρια συνηθίζεται για τις θερμάνσεις να χρησιμοποιούνται: οι λύχνοι, τα υδρόλουτρα (ή ατμόλουτρα ή ελαιόλουτρα), τα αμμόλουτρα, οι θερμαντικοί μανδύες, οι θερμαντικές πλάκες και τα πυριαντήρια.

22) Τι είναι ο ξηραντήρας και ποιά η χρησιμότητά του; Ο ξηραντήρας είναι ένα κλειστό αεροστεγώς δοχείο, όπου διατηρούνται τα δείγματα μετά τη ξήρανση τους σε ξηρή κατάσταση και συναντάται συχνά στα χημικά εργαστήρια. Ο ξηραντήρας χρησιμοποιείται για να απομακρύνει την υγρασία από το δείγμα μας, που βρίσκεται σε στερεή κατάσταση. Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ενός ξηραντικού μέσου π.χ. MgClO4, CaCl2, άνυδρο Al2O3, πηκτή SiO2, το οποίο διατηρεί το δοχείο σε συνθήκες χαμηλής υγρασίας.