?الف) با استفاده از علم ترمودینامیک می‌توان لباسی ساخت که بدن را به موقع سرد یا گرم نماید. برای این کار از PEG یا پلی اتیلن گلیکول CH₂-O]_n] که گونه‌ای پلیمر است، می‌توان در ساخت نوعی پوشاک بهره برد که با بالا رفتن و پایین آمدن دمای محیط، دمای بدن انسان را خود به خود در شرایط مطبوع نگاه دارد.

پارچه‌هایی که به PEG آغشته شده‌اند، بسته به دمای بدن می‌توانند گرما جذب یا آزاد نمایند. هم اکنون این مواد برای تولید لباسهای اسکی، زیرپوشهای گرم و جورابهای بلند به کار می‌روند.

ویژگیهای غیرعادی این پوشاک ناشی از تغییر ساختار PEG است که با تار و پود پارچه‌ها آمیخته شده است. جرم ملکولی PEG که برای ساخت لباس به کار می‌رود، در حدود 1000 است.

پلیمرهای PEG را می‌توان به صورت فنرهای مارپیچی بلند در نظر گرفت که میزان کشیدگی آنها با تغییر دما، تغییر می‌کند. در دمای اتاق، حلقه‌های مارپیچی پلیمر شل و سست هستند؛ ولی با کاهش دما، تغییر ساختار می‌دهند و شکل فشرده تری به خود می‌گیرند. با بالا رفتن دما، PEG تغییر شکل‌یافته گرما جذب می‌کند و حلقه‌ها باز می‌شوند. چنین تغییر شکلی با آزاد شدن گرما همراه است و به جرم ملکولی PEG بستگی دارد.

پژوهشگران امیدوارند از این خاصیت برای تهیه نوعی پوشاک آغشته به PEG استفاده کنند که به محض تماس با پوست بدن، از آن گرما بگیرد و آن را خنک نماید. زمان تولید پوشاک مجهز به این گونه سامانه تهویه خیلی دور نخواهد بود.

توضیح: مواد هوشمند می‌توانند محیط و شرایط اطراف خود را درک نمایند و به آن واکنش نشان دهند. هم اکنون فلزات و کامپوزیتهای هوشمند در موارد بسیاری کاربرد و جایگاه خود را پیدا کرده‌اند. برای مثال امروزه از فلزی به نام نیتینول (ترکیبی از نیکل و تیتانیوم) در ساخت قاب عینکها استفاده می‌شود که پس از خم شدن، دوباره به شکل اولیه خود بر می‌گردد. یا در آمریکا لباس سربازان به گونه‌ای ساخته می‌شود که در موقعیتهای گوناگون به صورت هوشمند رفتار می‌کنند؛ چنانچه در فضا مواد شیمیایی پخش شود، مانند ماسک عمل می‌کند یا در صورت بیهوشی سرباز به او شوک می‌دهد!

?الف) بیشتر پلیمرها رسانای برق نیستند که ناشی از  پیوندهای کوالانسی بین اتمها در زنجیرهای مولکولی است.

رزینها برخلاف پلیمرها که بدون بارند دارای ملکولهای بزرگی می‌باشند که دو سر آنها قطبی و دارای بارهای مخالف است، بنا بر این رزینها چسبندگی خوبی دارند.

رزینهای مبادل یون ذرات جامدی هستند که می‌توانند یونهای نامطلوب محلول را با یونهای خود جایگزین کنند. تفاوت رزینهای مبادل یون با الکترولیتها این است که فقط یکی از دو یون رزین، متحرک و قابل جایگزینی است. برای نمونه یک تعویض‌کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی است که کاتیونهایی مانند  ⁺H یا ⁺Na به آن پیوند می‌شوند. به همین صورت یک تعویض‌کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیرمتحرکی است که آنیونهایی مانند ^-Cl یا ^-OH به آن پیوند می‌باشند. در اثر جا به جایی یونها، کاتیون‌های محلول با کاتیونهای رزین و آنیونهای محلول با آنیونهای رزین تعویض می‌شوند به گونه‌ای که هم محلول و هم رزین خنثی باقی می‌مانند. در اینجا گونه‌ای تعادل جامد(رزین) مایع(محلول) وجود دارد بدون آنکه جامد در محلول حل شود.

یک رزین برای آنکه یک تعویض‌کننده یونی مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:

1) خود دارای یون باشد.

2) در آب نامحلول باشد.

3) فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد به طوری که یونها بتوانند به آسانی در شبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.

رزینها بر حسب عامل تعویض متصل به پایه پلیمری به چهار دسته تقسیم می‌شوند:

1) رزینهای کاتیونی قوی SAC) Strong acidic Cation)

2) رزینهای کاتیونی ضعیف WAC) Weak acidic Cation)

3) رزینهای آنیونی قوی SBA) Strong basic anion)

4) رزینهای آنیونی ضعیف (WBA) Weak basic anion

رزین‌های قوی در بازه بزرگ PH و رزین‌های ضعیف در بازه کوچک PH مناسبند. به کارگیری رزین‌های ضعیف، سبب صرفه‌جویی در مصرف مواد لازم برای احیا رزین می‌شود. رزین‌های کاتیونی قوی می‌توانند همه کاتیونهای محلول در آب را جذب کنند ولی رزین‌های کاتیونی ضعیف قادر به جذب کاتیونهایی هستند که به قلیاییت آب مربوطند.

نوع قوی:

Ca(HCO₃)₂ OR MgSO₄ + 2 ZSO₃H --> Ca²⁺ + 2 H₂CO₃ OR Mg²⁺ + H₂SO₄

نوع ضعیف:

Mg(HCO₃)₂ OR Ca(HCO₃)₂ + 2 ZCOOH --> Ca(ZCOO)₂ + Mg(ZCOO)₂ + 2 H₂CO₃

مزیت رزین‌های کاتیونی ضعیف در مقایسه با رزینهای کاتیونی قوی بازدهی بالای آنهاست، بنا بر این پساب کمتری در احیا رزین تولید می‌شود. هنگامی که هدف جداسازی همه کاتیونهای آب باشد به کارگیری هم‌زمان رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی‌تر از رزینهای کاتیونی قوی می‌باشد.

رزین‌های آنیونی قوی می‌توانند همه آنیونهای موجود در آب را جذب کنند ولی رزین‌های آنیونی ضعیف قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی مانند سولفوریک اسید، هیدرو کلریک اسید و نیتریک اسید می‌باشند. رزین‌های آنیونی ضعیف مقاومتر از رزینهای آنیونی قوی هستند و به همین دلیل در تصفیه آب، رزین‌های آنیونی قوی در پایین‌دست رزینهای آنیونی ضعیف قرار می‌گیرند.

HCl OR H₂SiO₃ + ZOH --> ZCl OR ZHSiO₃ + H₂O

HCl OR HNO₃ + ZOH --> ZCl OR ZNO₃ + H₂O

?الف) پاک کننده‌ها
صابون (Soap)
با اینکه همه نمکهای فلزی اسیدهای چرب، صابون هستند، اما تنها نمکهای قلیایی مانند (سدیم و پتاسیم) در آب حل می‌شوند و خاصیت پاک‌کنندگی دارند. نمکهای فلزهای قلیایی خاکی مانند کلسیم و منیزیم در آب حل نمی‌شوند. از این رو صابون‌های معمولی در آب سخت در مجاور یونهای کلسیم و منیزیم رسوب می‌کنند. به این ترتیب صابون خوب کف نمی‌‌کند و خاصیت پاک کنندگی خود را از دست می‌دهد.
نمکهای آلومینیوم اسیدهای چرب نیز در آب نامحلول و در روغنها محلول هستند و از آن در چربیهای نرم‌کننده، رنگ، روغن جلا و ضد آب کردن مواد استفاده می‌شود. نمک اسیدهای فلزهای سنگین مانند کبالت یا مس نیز به عنوان ماده خشک‌کن در رنگهای ساختمانی و جوهر، قارچ کشها و مواد ضد آب استفاده می‌شود.
کیفیت صابون به نوع چربی روغن بستگی دارد و از خالصترین و بی‌بو ترین آنها باید استفاده کرد. مواد افزودنی دیگری هم در فرمولاسیون صابون وارد می‌شوند که عبارتند از: مواد ضداکسیدان مانند تری اتانول آمین اولئات، مواد ضد فساد صابون مانند دی سیانو دی آمیدو سدیم سولفانیلات، روغنهای خوشبو و غیره.

پاک کننده‌های سنتزی (Synthetic detergents)
شوینده‌های سنتزی که امروزه بسیار استفاده می‌شوند، مانند صابون از یک زنجیر هیدرو کربن متصل به نمک یک اسید محلول در آب ساخته شده‌اند. کیفیت پاک‌کننده‌ها به طول زنجیر و نوع هیدروکربن بستگی دارد.
در ساخت این شوینده‌ها از گروههای قطبی مشتق شده از سولفوریک اسید برای جایگزینی کربوکسیلات استفاده می‌گردد که می‌توان آلکیل سولفاتها (ROSO3Na)، آلکان سولفوناتها (RSO3Na) و آلکیل آریل سولفوناتها (R-C6H4-SO3Na) و از مهمترین آنها سدیم لوریل (دودسیل) سولفات (C12H25-OSNa) و سدیم دودسیل بنزن سولفونات (C12H25-C6H4-SO3-Na) را که قدرت پاک‌کنندگی بالایی دارند، نام برد. استرها و آمید اسیدهای چرب نیز که از تورین (H2NCH2CH2SO3H) و ایزاتیونیک اسید (HOCH2CH2SO3H) تهیه می‌شوند، از جمله اولین آنها تلقی می‌شوند.
از طرف دیگر ممکن است با تغییر بار یون فعال در سطح، گروههای قطبی تغییر و اصلاح شوند. یک مثال بسیار معروف از مواد شوینده کاتیونی (invert soaps)، نمک آمونیوم نوع چهارم به فرمول C16H33N(CH3)Br است.
شامپوها از پاک‌کننده‌های سنتزی آنیونی هستند. بیشتر شامپوها دارای فرمول یکسان سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین لورین سولفات هستند.
اجزای سازنده شامپو
عامل پاک کننده: سبب جدا شدن ذرات چرک و کاهش چربی از سطح مو می‌شود که خود شامل 3 دسته مواد فعال سطحی آنیونی (مانند سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین سولفات)، آمفوتری (مانند بتاتین کوکو آمیدو پروپیل) و غیر یونی هستند.
عامل تقویت کننده کف: مانند بتاتین.
عامل حالت دهنده مو: سبب می‌شود مو به آسانی شانه شود و هنگام شانه کردن به هوا بلند نشود.
عامل نگهدارنده: عامل نگهدارنده مو را از مواد ضدعفونی کننده و میکروب کش نگه می‌دارد.
عامل صدفی کننده: مانند اتیلن گلیکول که به شامپو حالت و شکل صدفی می‌دهد.
عامل غلیظ کننده: مانند نمک طعام.
عوامل رنگی:
حنا: حنا خاصیت ضدمیکروبی دارد و برای رفع بیماری پوستی مناسب است.
بانونی: بانونی خاصیت ضدمیکروبی و ضدقارچی دارد و سبب طلایی جلوه دادن مو می‌شود. همچنین تقویت کننده پوست و مو است.
سدر: سدر برای تقویت مو و دفع شوره سر مناسب است. سدر همچنین ضدعفونی کننده است و مقاومت عفونتهای پوستی را افزایش می‌دهد.
کتیرا: خاصیت تقویتی برای پوست و مو ندارد و برای غلیظ کردن شامپو به آن افزوده می‌شود.

?الف) نایلونها یا همان پلی‌آمیدها نوعی پلیمر هستند که مقاوت گرمایی ندارد. به کمک فناوری نانو و تهیه نانوکامپوزیت از آنها می‌توان تنها با وارد کردن درصد کمی نانو مواد، مقاومت فیزیکی و گرمایی آنها را افزایش داد. برای بررسی بیشتر در این باره و اطلاع از درجه مقاوت گرمایی، می‌توانید به کتابهای اصول علم مواد مراجعه بفرمایید.

5الف) حامل جوهر خودکار یا روغن کرچک است یا صمغ درخت کاج سفید که رازین نامیده می‌شود و در آب نامحلول است. البته در جوهر، مقدار حلال روغنی بسیار کم است و تنها نقش حامل دارد ولی در رنگ، حلال روغنی حجم زیادی دارد.
ماده رنگی به کار رفته در ساخت جوهرها، از دسته رنگهای آزو می‌باشد. (انواع دیگر این رنگها، برای رنگ کردن لباس و مواد غذایی نیز به کار می‌روند.) برای ساختن یک رنگ آزویک، یک ترکیب آروماتیک شامل یک حلقه بنزنی که یک شاخه NH₂ دارد را با نیتریک اسید واکنش می‌دهند. با استفاده از آمینها و فنلهای گوناگون، می‌توان رنگهای بسیار متنوعی از زرد، نارنجی، قرمز، آبی و قهوه‌ای را تهیه نمود.

توضیح: مولکول بیشتر رنگینه‌ها از دو بخش ساخته شده است: بخشی که رنگ را به وجود می‌آورد و بخشی که انحلال‌پذیری و خواص رنگرزی را ایجاد می‌کند. بخش رنگی مولکول یک یا چند حلقه بنزنی شامل گروههای عاملی زیر است:

C=C , C=S , C=O , NO₂ , C=NH , N=N

گروههای عاملی که موجب می‌شوند مولکول رنگ به الیاف ماده بچسبد عبارتند از:

COOH , -OH , -NH₂

6الف) مواد دودزا در شرایط خاصی مقدار معینی غبار یا دود از خود آزاد می‌کنند بدون این که کمترین نوری از خود بتابانند. از این ویژگی این گونه مواد برای استتار و اختفا استفاده می‌شود؛ همچنین انواع رنگی این مواد برای علامت دادن به کار می‌‌روند.

مواد دودزا، خود به دو دسته تقسم می‌شوند: 1) دودزاهایی که در اثر یک واکنش شیمیایی از خود دود تولید می‌کنند. 2) موادی که با رسیدن به دمای تصعید، دود تولید می‌کنند. بیشتر دودزاهای سیاه و سفید از دسته اولند ولی دودزاهای رنگی به دلیل اینکه امکان تولید آنها در واکنشهای شیمیایی نیست و یا تولید آنها زیان‌آور است، در دسته دوم جای دارند.

در روش دوم اگر گرمای فراهم‌شده بیش از دمای تصعید باشد، ممکن است با تجزیه یا ذوب ماده دودزا، بخشی از آن هدر برود. بنا بر این، تولید گرما باید از طریق مواد دیگری مهار شود. برای مثال پتاسیم کلرات گرامای زیادی تولید می‌کند ولی با افزودن جوش شیرین به آن می‌توان آهنگ تولید گرما را کاهش داد. یادآوری می‌شود که از گرما دادن جوش شیرین، آب، کربن دی اکسید و سدیم کربنات به دست می‌آید:

2 NaHCO₃ --(heat)--> Na₂CO₃ + H₂O + CO₂

برخی از ترکیبهای دودزا:

گرد روی، هگزا کلرو اتان و آلومینیم: دود سفید

پنتا اکسید فسفر و فسفریک اسید: دود سفید

پتاسیم کلرات، نفتالن و زغال: دود سیاه

گرد روی، هگزا کلرو اتان و نفتالن: دود خاکستری

تترا کلرید سیلیکون و بخار آمونیم: دود خاکستری

اورا مین، لاکتوز، پتاسیم کلرات و کریوزیدین: دود زرد

اورا مین، لاکتوز، پتاسیم کلرات و آنتیموان سولفید: دود زرد