پتانسيل تشخيص سرطان بوسيله نانوميله‌هاي طلا
بر اساس يافته‌هاي محققان موسسه فناوري جورجيا، مولکولهاي مشابه نانوميله‌ها بر روي سلولهاي سرطاني، طيف راماني مي‌دهند که بواسطه همترازي ناهمسانگرد شديداً تقويت شده، تيز و قطبي هستند. اين مشاهدات مي‌توانند به عنوان علائم تشخيصي براي سلولهاي سرطاني بکار روند و روش نويد بخشي براي تشخيص سرطان در آينده نزديک به حساب مي‌آيند.

پتانسيل کاربردي فناوري نانو در صنايع غذايي
فناوري‌نانو با دستکاري مولکولهاي زيستي به منظور ايجاد عملکردي متفاوت از ماهيت طبيعي آنها، در حال پيدا کردن کاربردهاي بالقوه در صنايع غذايي و گشودن حوزه جديدي از تحقيقات در اين زمينه است. بدين ترتيب به نظر مي‌رسد محدوديتي براي فناوري‌هاي تهيه مواد غذايي وجود نخواهد داشت و فناوري نانو تمامي ابزارهاي جديد براي اين صنعت را فراهم خواهد کرد.
مواد غذايي هنگامي با عنوان نانوغذا خوانده مي‌شوندکه از نانوذرات يا فنون و ابزارهاي فناوري نانو در يکي از مراحل کاشت، برداشت، فرآوري يا بسته‌بندي مواد غذايي استفاده شود. البته اين بدان معني نيست که مستقيماً يا بطور خودکار توسط نانوماشينها توليد يا اصلاح شده باشند. ولي تحقيقات اخير با بکار گرفتن مفاهيم جديد و راهکارهاي مهندسي در جهت استفاده از ترکيبات زيست فعال و ريزمغذي‌ها، پتانسيل کاربردي بالاي فناوري نانو را براي مواد غذايي اساسي نشان مي‌دهد.
نانومواد در مقايسه با عوامل کپسوله‌کننده قديمي از راندمان کپسوله‌کردن و رهاسازي بهتري براي عناصر غذايي فعال برخوردارند و توسعه نانوامولسيون، ليپوزومها و کمپلکسهاي زيست پليمري منجر به اصلاح خواصي نظير محافظت از ترکيبات زيست فعال، سيستم رهاسازي کنترل شده و تغيير طعم نامطلوب غذا مي‌شوند. فناوري نانو همچنين قادر است فرآيندهاي غذايي را که در آنها از آنزيم براي تزريق مواد مغذي استفاده مي‌شود اصلاح کند. به عناون مثال، آنزيمها معمولاً براي هيدروليز ترکيبات با ارزش غذايي به مواد غذايي افزوده مي‌شوند و از اين‌رو دسترسي به مواد مغذي ضروري نظير مواد معدني و ويتيامينها را افزايش مي‌دهند. از نانومواد با فعاليت بالا و طول عمر زياد و مقرون به صرفه جهت فراهم کردن سيستمهاي آنزيم- پايه که بواسطه نسبت بالاي سطح به حجم در مقايسه با نمونه‌هاي معمولي برتري دارند استفاده مي‌شود.

اختراع جديد فناوري نانو در زمينه استفاده از ويتامين E براي تهيه محصولات آرايشي
ويتامين E مدتهاي مديدي بعنوان ماده‌اي جوان کننده در ترکيب محصولات پوستي با خاصيت ضدپيري بکار رفته است. اين ويتامين براي خنثي سازي ‌‌راديکالهاي آزاد، جلوگيري از اثرات مخرب اشعه UV و کنترل التهابها و حتي ترميم زخمها در ترکيب بسياري از محصولات پوستي بکار مي‌رود. ويتامين E از جمله ترکيباتي است که تاکنون امکان استفاده راحت از آن در ترکيب محصولات آرايشي ممکن نبوده است. اما مسئله مهم در استفاده از اين ترکيب عدم حلاليت آن در آب است لذا بايستي اين ماده را در فرمولاسيونهاي چرب بکار برد که هم استعمال پوستي آنها مشکل است و هم بخاطر محدوديت استفاده از اين ويتامين در فرمولاسيونهاي چرب، کارايي آن کم مي‌شود. اخيرا گروهي از محققان دانشگاه سلطنتي فاشيون ادعا کرده‌اند که با کمک فناوري نانو امکان تهيه فرمولاسيونهاي ضدپيري حاوي ويتامين E با کارايي بيشتر فراهم شده است. کوچک سازي اندازه ذرات در اين روش باعث شده است تا نفوذ آنها به مناطق عمقي‌تر پوست فراهم شود. بزودي به کمک فناوري نانوامکان تهيه فرمولاسيونهاي پوستي بسيار موثرتر از ويتامين E و حتي ساير ترکيبات مفيد فراهم خواهد شد.

بهبود داروها به کمک نانوذرات
محققان دانشگاه North Western آمريکا، نوعي تست مبتني بر نانوذرات ابداع کرده‌اند که مي‌توان با آن قدرت اتصال، اتصال دهنده‌هاي سه جزئي DNA را تشخيص داد. اين تکنيک مي‌تواند به روش‌هايي کارآمد براي توسعه داروهاي بيمارهاي ژنتيکي منجر شود.
Chad Mirkin از دانشگاه North Western مي‌گويد: شرکت‌هاي داروسازي مختلف توجه خود را براي درمان بيماري‌هاي ژنتيکي به DNA معطوف کرده‌اند و سعي مي‌کنند تا DNA مولکول‌هاي کوچکي را که به طور انتخابي به DNA متصل مي‌شوند و ژن مربوط به يک بيماري خاص را فعال يا غير فعال مي‌کنند، شناسايي کنند.
DNA معمولاً داراي يک ساختار دوتايي است که در آن يک جفت رشته DNA به يکديگر متصل شده و يک مارپيچ دوتايي را تشکيل مي‌دهند. ولي گاهي اوقات 3 رشته به يکديگر متصل مي‌شوند. اين DNA سه جزئي که با عنوان DNA ي مارپيچ سه‌تايي هم شناخته مي‌شود، فقط در حضور يک مولکول کوچک اتصال دهنده تشکيل مي‌شود.
براي آزمايش اينکه آيا يک مولکول مشخص مي‌تواند به عنوان اتصال دهنده سه جزئي عمل کند يا خير، آنرا به محلول حاوي دو نوع رشته DNA با عامل هاي نانوذرات طلا به قطر 13 نانومتر، همچنين رشته‌هاي آزاد DNA که مکمل يکي از دونوع ديگر هستند مي‌افزايند. اگر مولکول مورد آزمايش به عنوان يک اتصال دهنده سه جزئي عمل نکند، رشته‌هاي DNA مکمل با يکي از رشته‌هاي عامل‌دار DNA تشکيل يک مارپيچ دو تايي داده و رشته ديگر به طور آزاد باقي مي‌ماند. اما اگر يک مولکول اتصال دهنده سه جزئي به محلول اضافه شود، سه نوع DNA ي مختلف، يک ساختار سه جزئي پايدار تشکيل مي‌دهند. در نتيجه نانوذرات طلا به يکديگر متصل شده و تشديد پلاسمون آنها به سمت قرمز جابجا مي‌شود اين امر سبب تغير رنگ قرمز به آبي مي‌شود که به آساني قابل تشخيص است.
فرآيند مذکور با گرم کردن محلول قابل برگشت است. گرما سبب شکستن ساختار سه جزئي مي‌شود و دمايي که در آن تخريب ساختار سه جزئي و تغيير رنگ به قرمز اتفاق مي‌افتد، نشان دهنده استحکام پيوند اتصال دهنده سه جزئي به DNA است. هر چه دماي مورد نياز براي تخريب اين ساختار بيشتر باشد، اتصالات فوق قوي‌تر هستند.
Mirkin و همکارانش اين فرآيند را با استفاده از عامل‌هاي اتصال دهنده بنزو [e] پيريدوايندول (BePI) وکورالين (CORA) نشان دادند. اتصال‌دهنده قوي‌تر BePI براي شکستن ساختار سه جزئي به گرماي بيشتري نسبت به اتصال ضعيف‌تر CORA نياز داشت. انجام مطالعات مطالعات کامل بر روي هر اتصال دهنده يا مولکول کوچک امکان پذير نيست ولي اين روش به محققين اجازه مي‌دهد که انواع مولکول‌هاي اتصال‌دهنده سه‌تايي را براي يک رشته مخصوص DNA شناسايي کنند. بيشتر بيماري‌ها داراي يک رمز ژنتيکي منحصر به فرد هستند که با دست‌کاري ژن‌ها با اتصال‌دهنده‌هاي سه‌تايي مناسب مي‌توان راه درمان جديدي ابداع کرد.
اين محققان نتايج کار خود را در مجله Journal Of American Chemical Society به چاپ رسانده‌اند.

مواد رادیواكتیو به موادی گفته می‌شود كه بدون اینكه به وسیله نور یا بمباران الكترونی تحریك شوند از خود نور ساطع می‌كنند . هسته‌های ناپایدار رادیواكتیو خود به خود دچار تغییراتی می‌شوند كه در اثر آن تغییرات ، تركیبات هسته‌ای پایدارتر به‌وجود می‌آیند .بعضی از هسته‌های ناپایدار به طور طبیعی وجود دارند و بعضی دیگر ساخته دست انسانند . مواد رادیواكتیو سه نوع پرتو با ذرات پر انرژی از خود ساطع می‌كنند ، پرتوهای آلفا ، بتا و گاما. این سه نوع پرتو از نظر بار ، جرم ، انرژی و قدرت نفوذ در اجسام مختلف با هم فرق دارند. پرتوهای آلفا دارای ذرات باردار مثبت ، پرتو بتا حامل ذرات باردار منفی و پرتو گاما متشكل از ذرات بدون بار هستند. مواد رادیواكتیو به دلیل ناپایداری كه دارند با تابش این پرتوها به هسته‌های پایداری تبدیل می‌شوند. در واكنشهای هسته‌ای ، انرژی فوق‌العاده زیادی ( در مقایسه با واكنشهای شیمیایی ) ردوبدل می‌شود. از جمله واكنشهای هسته‌ای ، شكافت هسته‌ای و هم‌جوشی هسته‌ای را می‌توان نام برد. در شكافت هسته‌ای یك هسته رادیواكتیو ناپایدار به دو هسته پایدار و مقدار بسیار زیادی انرژی تبدیل می‌شود. صنعتی شدن و زیاد شدن مصرف روزافزون انرژی بخصوص در كشورهای صنعتی ، آنها را به این فكر انداخت كه به جای استفاده از انرژی گران شیمیایی ، از انرژی بسیار بیشتر و مقرون به صرفه‌تر هسته‌ای استفاده كنند . متاسفانه اولین استفاده از انرژی هسته‌ای ، ساخت بمب اتم توسط ایالت متحده آمریكا در جنگ جهانی دوم بود . بمب اتمی كه شهر هیروشیما را ویران كرد از اورانیم 235 ساخته شده بود .بمب دیگر كه سه روز بعد شهر ناكازاكی را ویران نمود ، از پولونیم 239 ساخته شده بود. علاوه بر بمباران شهرها و ویرانی ، یك مسئله فرعی ، ریزشهای رادیواكتیو از آزمایشهای بمب هسته‌ای است. در انفجار بمب هسته‌ای ، مقدار قابل توجهی محصولات شكافت رادیواكتیو پراكنده می‌شوند . این مواد به وسیله وزش باد از یك بخش جهان به نقاط دیگر آن منتقل می‌شوند و به وسیله برف و باران از جو فرو می‌ریزند . بعضی از مواد رادیواكتیو طول‌عمر زیادی دارند ؛ آنها به وسیله مواد غذایی روینده جذب ، و به وسیله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌’ انسانها و حیوانات خورده می‌شوند . معلوم شده است كه این گونه مواد رادیواكتیو آثار ژنتیكی و همچنین آثار جسمانی زیان‌آوری دارند . جهت دیگری كه استفاده از توان هسته‌ای به مقیاس وسیعی به طرف آن سوق یافته ، تولید انرژی الكتریكی از انرژی رها شده در عمل شكافت است . تقریبا در تمام سیستمهای تولید توان هسته‌ای موجود ، راكتور منبع گرما برای به كار انداختن توربینهای بخار است ؛ این توربینها مولدهای الكتریكی را درست به همان گونه به حركت در می‌آورند كه توانگاههای نفت سوز یا زغال سوخت عمل می‌كنند . در یك توانگاه هسته‌ای معمولی ماده’ شكافت‌پذیر به جای زغال سنگ یا نفت به كار می‌رود و بنابراین یك منبع جدید انرژی به صورت الكتریسیته فراهم می‌گردد. بمبهای هسته‌ای نمونه‌ای از انجام واكنشهای شكافت هسته‌ای هستند كه در آن یك نوترون سرگردان به یك عنصر رادیواكتیو تابانده شده و آن عنصر با تاباندن نوترونهای دیگر به عنصر رادیواكتیو دیگر و پاره‌های شكافت و انرژی بسیار زیاد تبدیل می‌شود. هنگامی كه می‌خواهند از این انرژی آزاد شده در نیروگاهها استفاده كنند، این انرژی آزاد شده را كنترل می‌كنند و مواد متعادل كننده‌ای به عنصر رادیواكتیو می‌افزایند كه نوترونها یكی یكی آزاد شده و انرژی كم‌كم آزاد شود. اما در بمبهای هسته‌ای تمام نوترونها با هم آزاد می‌شوند و انرژی بسیار زیادی ناگهان آزاد می‌شود. و اما بمبهای ئیدروژنی، نمونه‌ای از انجام واكنشهای همجوشی هستند. در این فرآیند، از طریق بمباران مواد سبك مناسبی كه به عنوان هدف قرار می‌گیرند، با مثلاْْ دوترونهایی پرانرژی كه از یك شتابدهنده‌ی ذره‌ای پرتاب می‌شوند، هسته‌هایی تولید می‌شوند كه هم از هسته‌های پرتابه‌ها و هم از هسته‌هایی كه هدف قرار گرفته‌اند، سنگین‌ترند. البته در این واكنشها تعدادی ذرات اضافی و مقدار زیادی انرژی نیز آزاد می‌گردد. همجوشی دو ایزوتوپ هیدروژن، دوتریم و تریتیم، امكان فراهم آمدن منابع بزرگی از انرژی را برای مثلاْْ توانگاههای الكتریكی به دست می‌دهد كه البته هنوز دانشمندان موفق به استفاده از آن در این توانگاهها نشده‌اند. همجوشی چهار پروتون و تبدیل آنها به هسته‌ی هلیم منبع اصلی انرژی خورشید است. آزاد شدن انرژی زیاد با فرآیند همجوشی بر روی زمین، تاكنون فقط به وسیله‌ی انفجارهای گرما هسته‌ای، از قبیل بمبهای هیدروژنی ممكن بوده است و هنوز دانشمندان نتوانسته‌اند این انرژی را به صورت مهار شده درآورده و استفاده نمایند. یك بمب هیدروژنی، مركب از مخلوطی از عناصر سبك با یك بمب شكافتی است. ذرات پرانرژی كه به وسیله‌ی واكنش شكافت ایجاد می‌شود، به عنوان آغازگر واكنش همجوشی به كار می‌آید. انفجار یك بمب شكافتی، دمایی در حدود 7^10 * 5 درجه كلوین تولید می‌كند كه برای ایجاد واكنش همجوشی كافی است. به دنبال آن واكنشهای همجوشی مقادیر عظیمی انرژی آزاد می‌كنند. انرژی آزاد شده‌ی كل بسیار بیشتر از آن خواهد بود كه از بمب شكافتی، به تنهایی، آزاد می‌شود. علاوه بر این، برای اندازه‌ی بمبهای شكافتی نوعی حد بالا وجود دارد كه در ماورای آن قدرت تخریبی این بمبها خیلی بیشتر نمی‌شود ( زیرا ماده‌ی شكافت پذیر اضافی آنها پیش از آنكه بتواند دچار شكافت شود، پراكنده می‌گردد)، اما برای اندازه‌ی سلاحهای هیدروژنی چنین حدی وجود ندارد و بنابراین قدرت تخریب آن محدودیت ندارد.

ادامه مطلب

شیمی معدنی ، شاخه بزرگی از علم شیمی است که بطور کلی شامل بررسی ، تحلیل و تفسیر نظریه‌های خواص و واکنشهای تمام عناصر و ترکیبات آنها بجز هیدروکربنها و اغلب مشتقات آنهاست. به عبارت دیگر می‌توان چنین اظهار نظر کرد که شیمی معدنی کلیه موادی را که از جمله ترکیبات کربن نباشند، به استثنای اکسیدهای کربن و دی‌سولفید کربن دربرمی‌گیرد.

نگاه کلی

در شیمی معدنی در مورد گستره وسیعی از موضوعات از جمله : ساختمان اتمی ، کریستالوگرافی ، انواع پیوندهای شیمیایی اعم از پیوندهای کووالانسی ، یونی ، هیدروژنی و ... ، ترکیبات کوئوردیناسیون و نظریه‌های مربوطه از جمله نظریه میدان بلور و نظریه اوربیتال مولکولی ، واکنشهای اسید و باز ، سرامیکها ، تقارن مولکولی و انواع بخشهای زیرطبقه الکتروشیمی ( الکترولیز ، باطری ، خوردگی ، نیمه رسانایی و غیره ) بحث می‌شود.

در باب اهمیت شیمی معدنی ، "ساندرسن" چنین نوشته است:

« در واقع بیشترین مباحث علم شیمی را دانش اتمها تشکیل می‌دهد و کلیه خواص مواد و ترکیبات ، به‌ناچار ناشی از نوع اتمها و روشی است که با توجه به آن ، اتمها به یکدیگر می‌پیوندند و مجموعه تشکیل می‌دهند و از طرف دیگر کلیه تغییرات شیمیایی متضمن بازآرایی مجدد اتمهاست. در این حال ، شیمی معدنی تنها بخشی از علم شیمی است که با توجه به آن می‌توان به صورتی ویژه ، در باب مغایرتهای موجود در میان کلیه انواع اتمها بررسی نمود. »

طبقه‌بندی مواد معدنی

در یک مفهوم گسترده ، مواد معدنی را می‌توان در چهار طبقه تقسیم بندی نمود: عناصر ، ترکیبات یونی ، ترکیبات مولکولی و جامدات شبکه‌ای یا بسپارها.

• عناصر : عناصر دارای ساختارها و خواص بسیار متفاوت هستند، بنابراین می‌توانند به یکی از صورتهای زیر باشند:
  
  

1. گازهای اتمی (Kr , Ar) و یا گازهای مولکولی ()
   
   
2. جامدات مولکولی ()
   
   
3. مولکولها و یا جامدات شبکه‌ای گسترش یافته ( الماس ، گرافیت )
   
   
4. فلزات جامد (Co , W) و یا مایع (Hg , Ca)
   
   

• ترکیبات یونی : این ترکیبات در دما و فشار استاندارد همواره جامدند و عبارتند از:
  
  

1. ترکیبات یونی ساده ، مانند NaCl که در آب یا دیگر حلالهای قطبی محلول‌اند.
   
   
2. اکسیدهای یونی که در آب غیر محلول‌اند، مانند () و اکسیدهای مختلط همچون اسپنیل () ، سیلیکاتهای مختلف مانند و ...
   
   
3. دیگر هالیدهای دوتایی ، کاربیدها ، سولفیدها و مواد مشابه. چند مثال عبارتست از: BN , GaAs , SiC , AgCl.
   
   
4. ترکیباتی که دارای یونهای چند اتمی ( به‌اصطلاح کمپلکس ) می‌باشند، همچون .
   
   

• ترکیبات مولکولی : این ترکیبات ممکن است جامد ، مایع و یا گاز باشند و مثالهای زیر را دربر می‌گیرند:
  
  

1. ترکیبات دوتایی ساده همچون .
   
   
2. ترکیبات پیچیده فلزدار همچون .
   
   
3. ترکیبات آلی فلزی که مشخصا پیوندهای فلز به کربن دارند، مانند .
   
   

• جامدات شبکه‌ای یا بسپارها : نمونه‌های این مواد شامل بسپارهای متعدد و متنوع معدنی و ابررساناها می‌باشد. فرمول نمونه‌ای از ترکیبات اخیر است.

ساختمان XeF6 ، یک ماده معدنی

ساختارهای مواد معدنی

ساختار بسیاری از مواد آلی از چهار وجهی مشتق می‌شود. فراوانی آنها به این دلیل است که در مواد آلی ساده ، بیشترین ظرفیت کربن و همچون بیشتر عناصر دیگری (به استثنای هیدروژن) که معمولا به کربن پیوند می‌شوند، چهار است. اما اجسام معدنی وضعیت ساختاری بسیار پیچیده‌ای دارند، زیرا اتمها ممکن است خیلی بیشتر از چهار پیوند تشکیل دهند. بنابراین ، در مواد معدنی ، اینکه اتمها پنج ، شش ، هفت ، هشت و تعداد بیشتری پیوند تشکیل دهند، امری عادی است. پس تنوع شکل هندسی در مواد معدنی خیلی بیشتر از مواد آلی است.

ساختار مواد معدنی اغلب بر اساس تعدادی از چند وجهی‌های با نظم کمتر ، نظیر دو هرمی با قاعده مثلث ، منشور سه ضلعی و غیره و همچنین بر اساس شکلهای باز چند وجهی‌های منتظم یا غیر منتظم که در آنها یک یا چند راس حذف شده است، نیز مشاهده می‌شود.

انواع واکنشهای مواد معدنی

در بیشتر واکنشهای آلی می‌توانیم در مورد مکانیسمی که واکنش از طریق آن انجام می‌شود، بحث و بررسی کنیم، در صورتی که برای بسیاری از واکنشهای معدنی فهم دقیق مکانیسم غیر ممکن یا غیر ضروری است. این امر دو دلیل عمده دارد:

• اولا ، برخلاف بیشتر مواد آلی ، پیوندها در ترکیبات معدنی غالبا تغییر ناپذیرند. در نتیجه رویدادهای متعدد شکسته شدن پیوند و تشکیل پیوند در واکنشهای معدنی در جریان است. در چنین شرایطی واکنش ، توانایی تولید محصولات گوناگونی را بدست می‌آورد.
  
  
• افزون بر این ، اغلب واکنشهای معدنی در شرایطی ویژه همچون به‌هم زدن شدید یک مخلوط ناهمگن در دما و فشار بالا انجام می‌گیرد که تعیین مکانیسم را غیر ممکن یا حداقل غیر عملی می‌سازد.
  
  به این دو دلیل ، اغلب بهتر است که واکنشهای معدنی را فقط بر اساس نتیجه کلی واکنش توصیف کنیم. این رهیافت به نام شیمی معدنی توصیفی معروف است. بنابراین به سهولت مشخص می‌شود که گرچه هر واکنش را می‌توان بر اساس ماهیت و هویت محصولات واکنش در رابطه با ماهیت و هویت مواد واکنش دهنده توصیف کرد، اما نمی‌توان به هر واکنش مکانیسم معینی را نسبت داد. از نظر شیمی معدنی توصیفی ، اکثر واکنشها را می‌توان به یک یا چند طبقه از طبقه‌های زیر نسبت داد:
  
  واکنشهای اسید و باز (خنثی شدن) ، افزایشی _ حذفی ، اکسایش _ کاهش (ردوکس) ، استخلاف ، نوآرایی ، تبادلی ، حلال کافت ، کی‌لیت شدن ، حلقه‌ای شدن و تراکمی و واکنشهای هسته‌ای.
  
  برای درک عمیق‌تر یک واکنش معدنی لازم است تصویر کاملی از واکنش ، از مواد واکنش دهنده گرفته تا حد واسطها یا حالتهای گذرا تا رسیدن به محصولات تهیه کنیم. این امر به دانش کاملی از سینتیک و یا ترمودینامیک واکنش ، همچنین اطلاع از تاثیر ساختار و پیوند بر واکنش پذیری نیاز دارد.

رابطه شیمی آلی و شیمی معدنی

شیمی آلی و معدنی در مواردی در مباحث یکدیگر وارد می‌شوند. به‌عنوان مثال می‌توان به ترکیبات آلی فلزی ، واکنشهای اسید و باز ، شیمی سیلسیم و ترکیبات کربن (وقتی که با اتمهای هیدروژن ، نیتروژن ، اکسیژن ، گوگرد ، هالوژنها و چند عنصر دیگر نظیر سیلسیم و آرسنیک متصل است) اشاره کرد.

پس شیمی معدنی نه‌تنها با مواد مولکولی مشابه موادی که در شیمی آلی بررسی می‌شوند، سروکار دارد، بلکه توجه خود را به انواع وسیعتری از مواد که شامل گازهای اتمی ، جامدات غیر مولکولی که به‌صورت آرایه‌های گسترش یافته‌ای هستند، ترکیبات حساس در مقابل هوا و رطوبت ، ترکیبات محلول در آب و سایر حلالهای قطبی و همچنین مواد محلول در حلالهای غیر قطبی معطوف می‌کند.

بنابراین شیمیدان معدنی با مسئله تعیین ساختار ، خواص و واکنش پذیری گستره فوق‌العاده وسیعی از مواد که دارای خواص بسیار متفاوت و الگوهای فوق‌العاده پیچیده ساختاری و واکنش پذیری‌اند، مواجه است.

رابطه شیمی فیزیک و شیمی معدنی

در توجیه موجودیت مواد معدنی و در توصیف رفتار آنها ، به استفاده از جنبه‌های خاصی از شیمی فیزیک ، بخصوص ترمودینامیک ، ساختارهای الکترونی اتمها ، نظریه‌های تشکیل پیوند در مولکولها ، سینتیک واکنش و خواص فیزیکی مواد نیاز داریم. بنابراین با استفاده از شیمی فیزیک می‌توان به ساختار اتمی و مولکولی ، تشکیل پیوند شیمیایی و دیگر اصول لازم برای درک ساختار و خواص مواد معدنی پرداخت.

دید کلی

در واقع ، مفهوم رسانش یونی کمک می‌کند تا الکترولیز به نحو ساده ای توضیح داده شود. ولی اگر مولکولهای محلول قبل از انحلال از نظر الکتریکی خنثی باشند، پس:

• یون‌های داخل الکترولیت از کجا می‌آیند؟
• آیا این یونها بعلت میدان الکتریکی اعمال شده ظاهر می‌شوند؟
• آیا از همان ابتدا و قبل از بسته شدن مدار در الکترولیت وجود داشته‌اند؟
  
  

و سئوالات زیادی از این قبیل ممکن است مطرح شود.

نتایج تجربی الکترولیت

تجزیه مولکولها به یون‌های باردار به وجود جریان الکتریکی وابسته نیست. در واقع ، اگر مولکول‌ها بر اثر میدان الکتریکی خارجی تجزیه می‌شدند، وجود شدت میدان الکتریکی مینیممی در الکترولیت لازم بود تا بسته به شدت پیوند های مولکولی ، الکترولیز را شروع کند. ولی آزمایش نشان می‌دهد که این طور نیست و با هر مقدار شدت میدان الکتریکی حتی جزئی مولکولی الکترولیز شروع می‌شود.

این امر را می‌توان مثلا با انجام دادن الکترولیز سولفات مس با الکترودهای مسی ثابت کرد. این وقتی است که به علت قطبش آب اسید دار ، اغتشاشی در الکترولیت وجود ندارد. آزمایش‌هایی از این نوع نشان می‌دهند که یونها نه به علت عبور جریان ، بلکه در فرایند انحلال جسم بوجود می‌آیند. تشکیل یونها در مدت انحلال به تجزیه الکترولیت معروف است.

انحلال همیشه با تجزیه یونها همراه نیست و به این دلیل همه محلولها ، رسانای جریان نیستند.

آزمایش ویژه

یک لامپ الکتریکی و دو الکترود را که در ظرفی حاوی آب مقطر قرار دارند، بطور متوالی می‌بندیم و سپس کلید وصل مدار را می‌زنیم. لامپ روشن نمی‌شود، زیرا آب مقطر عملا رسانای جریان الکتریکی نیست. فقط مقدار ناچیزی ناخالصها در آب محلولند، درحالیکه خود مولکولهای آب تقریبا تجزیه نمی‌شوند.

حال قدری شکر در آب می‌ریزیم. محلول نارسانا می‌ماند. این امر به این معنی است که مولکولهای شکر در مدت انحلال تجزیه نشده‌اند. ولی اگر به جای شکر ، کمی نمک معمولی یا چند قطره ای اسید کلریدریک حل کنیم، لامپ روشن می‌شود.

محلول آبکی نمک ، رسانای الکتریسیته است و از این رو در آن تجزیه الکترولیت روی می‌دهد. طبیعی است که در این آزمایش لامپ فقط نشان دهنده جریان است و می‌توان آن را با یک وسیله اندازه گیری عوض کرد.

تجزیه الکترولیت انحلالی آرنیوس

اندیشه تجزیه الکترولیت همراه با انحلال را «آرنیوس» (S.Arrhenius) فیزیکدان و شیمیدان سوئدی ارائه داد. او برای تمایز بین الکترولیتها و غیر الکترولیتها و بخصوص برای اینکه نشان دهد محلول آبکی الکترولیتها رساناهای خوب الکتریسیته‌اند، آزمایش زیر را انجام داد:

الکترولیتها شامل اجسامی هستند که مولکولهایشان از اتمهای بار دار مثبت و منفی تشکیل شده است و نیروهای اندرکنش الکتریکی عامل پیوند آنهاست. نیروی اندرکنش بین دو بار در محیطی با گذردهی الکتریکی (ε=81 برای آب) نیروهای پیوندی یون‌ها در مولکول بسیار ضعیف می‌شوند. بر اثر برخوردهای گرمایی متقابل مولکولهایی که توسط یونهایی با چنین پیوند ضعیف تشکیل شده‌اند، به ذرات باردار ، یونها ، شکسته می‌شوند. یعنی تجزیه الکترولیت بوقوع می‌پیوندد.

۱۰ دانشمند برتر جهان:

 آماری که مشاهده می کنید مربوط به اول ژانویه 1997 تا ماه ژوئن 2007 است. در حیطه علوم کشاورزی نام یک دانشمند ایرانی در جایگاه چهارم مشاهده می شود. دکتر فریدون شهیدی استاد و محقق دانشگاه Memorial Uneversity Of Newfoundland کشور کانادا است. این دانشمند ایرانی نویسنده بیش از 500 مقاله تحقیقی و مولف و ویراستار بیش از 30 کتاب است. دکتر شهیدی سردبیر مجله Food Lipids است و جایزه 2005 Stephen s. Chang از آن خود کرده است.

مهر : رئیس مرکز منطقه ای اطلاع رسانی علوم و فناوری 10 دانشمند تراز اول جهان در رشته های علوم کشاورزی، زیست شناسی و بیوشیمی و شیمی را معرفی کرد که نام یک دانشمند ایرانی به عنوان چهارمین دانشمند برتر علم کشاورزی به چشم می خورد.

دکتر جعفر مهراد رئیس مرکز منطقه ای اطلاع رسانی علوم و فناوری در گفتگو با بیان این خبر افزود : معرفی دانشمندان جهان در رشته های مختلف می تواند در راستای آشنایی و ایجاد انگیزه، بستر مناسبی را برای جهش علمی و کم کردن فاصله علمی با جهان به وجود آورد.

مهراد اظهار داشت : مشاهده تعداد مقالات و تعداد استنادهای صورت گرفته به مقالات دانشمندان تراز اول جهان از این نظر برای ما اهمیت دارد که به ارزیابی علم و پژوهش و پدیدآورندگان دستاوردهای علمی یعنی استادان و محققان در داخل کشور بپردازیم و عملکرد آنها را به عنوان شاخص و معیار انتخاب دانشمندان، پژوهشگران، مبتکران و مخترعان برتر کشور مورد توجه قرار دهیم.

وی به مهر گفت: وقتی استادان و محققان، خود را با جریانات علمی همسو و همسطح قرار دهند، استانداردسازی علم و پژوهش بر مبنای اصول و قواعد بین المللی تحقق می یابد و نام دانشمندان و دانشگاههای کشور در درجه بندی نظام های رتبه بندی قرار می گیرد.

برترین دانشمندان در علم کشاورزی

دکتر مهراد در ادامه گفتگو به خبرنگار مهر گفت: آماری که مشاهده می کنید مربوط به اول ژانویه 1997 تا ماه ژوئن 2007 است. در حیطه علوم کشاورزی نام یک دانشمند ایرانی در جایگاه چهارم مشاهده می شود. دکتر فریدون شهیدی استاد و محقق دانشگاه Memorial Uneversity Of Newfoundland کشور کانادا است. این دانشمند ایرانی نویسنده بیش از 500 مقاله تحقیقی و مولف و ویراستار بیش از 30 کتاب است. دکتر شهیدی سردبیر مجله Food Lipids است و جایزه 2005 Stephen s. Chang از آن خود کرده است.


10 دانشمند برتر علم کشاورزی دنیا

برترین دانشمندان در علم زیست شناسی و بیوشیمی

وی به مهر گفت: در حوزه زیست شناسی و بیوشیمی تعداد مقالات و استنادها قابل توجه اند.

رئیس مرکز منطقه ای اطلاع رسانی علوم و فناوری اضافه کرد : دکتر دیوید لیپمن که در مرکز ملی اجتماعات بیوتکنولوژی وابسته به انستیتو ملی بهداشت در مریلند کار می کند با قرار گرفتن در جایگاه نخست دارای 21534 استناد به 22 مقاله ای است که وی به رشته تحریر درآورده است.

مهراد به مهر گفت : به عبارت دیگر به هر یک از مقالات این دانشمند تقریبا 978 استناد صورت گرفته که عمق اهمیت و اعتبار مقالات را مشخص می سازد.


10 دانشمند برتر علم زیست شناسی و بیوشیمی دنیا

وی گفت : وضعیت رتبه های سوم، چهارم و یازدهم نیز درخور توجه است. گرچه تعداد مقالات اندک می باشد اما به خاطر اهمیتی که موضوع مقالات و یافته های تحقیقات داشته است هر مقاله صدها بار مورد استفاده قرار گرفته است.

برترین دانشمندان در علم شیمی

مهراد اضافه کرد : در مبحث شیمی می توان به پروفسور رابرت گوبس اشاره کرد. این دانشمند که استاد کالتک کالیفرنیا است مجموعا 164 مقاله پر استناد دارد، اما این مقالات بیش از 13 هزار بار مورد استناد قرار گرفته اند. پروفسور گروبس برنده جایزه نوبل سال 2005 میلادی در رشته شیمی است.


10 دانشمند برتر علم شیمی

رئیس مرکز منطقه ای اطلاع رسانی علوم و فناوری تاکید کرد : اهمیت و اعتبار این دانشمندان علاوه بر تعداد مقالات پراستناد به واقعیت های دیگر نیز بستگی دارد. به عنوان مثال چاد میرکین دارای رتبه هفتم در بین 10 دانشمند شیمی برتر جهان تعداد قابل توجهی از مقاله های پژوهشی خود را در مجله معروف science به چاپ رسانده است. این استاد شیمی مدیر انستیتو نانوتکنولوژی در دانشگاه نورت وسترن ایالت ایلینوی است.

دکتر مهراد افزود : شرح زندگانی عملی این دانشمندان هر کدام آموزنده است. برای کسب توان رقابتی در عرصه جهانی شناخت دانشمندان برتر و فعالیت های پژوهشی آنان اهمیت دارد. در واقع با کسب آشنایی و همسو شدن با این نوع توانمندی ها مزیت های نسبی دارد.

به اعتقاد دکتر مهراد، حرکت توسعه علمی باید حرکتی تلقی شود که بیشترین بخش آن تحول در زیر ساخت ها از طریق ایجاد و تقویت نظام های پژوهشی و تعامل و برقراری ارتباط نزدیک میان دانشگاهها و دانشمندان داخل با جهان پیرامون به منظور احراز جایگاه نخست علمی بر اساس چشم انداز بیست ساله کشور باشد.

 

منبع: خبرگزاری مهر

مواد فعال سطحي: جزء اصلي يك شامپو مواد فعال كننده سطحي آن است.
موادفعال كننده سطح به طوركلي به چهار دسته آنيوني، كاتيوني، آمفوتري و غير يوني تقسيم بندي مي شوند. در شامپو معمولا تركيبي از موادفعال آنيوني (مانند سديم لارت سولفات)، مواد آمفوتري (مانند بتائين ها) و مواد غيريوني (مانند كوكونات فتي اسيد دي اتانول آميد) به عنوان مواد فعال كننده سطحي يا جزء اصلي استفاده مي شود.


2- افزودني ها: بفيه اجزاء به عنوان افزودني به شامپو اضافه مي شوند.


افزودني هاي شامپو خود به دو دسته تقسيم بندي مي شوند.


الف- افزودني هاي عمومي
موادي مانند نگهدارنده ها براي جلوگيري از آلودگي ميكروبي، نمك براي افزايش قوام شامپو و اسانس براي خوشبو نمودن شامپو و ا.د.ت.‌آ (EDTA) براي كاهش سختي آب و سيتريك اسيد جهت تنظيم پ هاش جزء افزودني هاي شامپو به حساب مي آيند. اگر به تركيبات تشكيل دهنده شامپوهادقت كنيم خواهیم دید اجزائي مثل اسيدسيتريك، نمك، ا.د.ت.ا، نگهدارنده، اسانس، رنگ و آب در همه شامپوها مشترك هستند بنابراين در انتخاب شامپو دقت به اين موارد اهميتي ندارد.

ب- افزودني هاي اختصاصي
در فرمولاسيون شامپوهاي نوين مواد ويژه اي براي خلق اثربخشي خاص به شامپو اضافه مي گردند تا شامپو علاوه بر شويندگي بتواند ويژگي هاي زیبایی مورد انتظار را نیز برآورده نمايد. در انتخاب شامپوي مناسب دقت به مواد فعال كننده سطح و همچنين افزودني هاي اختصاصي بسيار مهم است.


در برخي از شامپوهاي جديد اجزاء ويژه اي به نام ضخيم كننده‏(Thickner) اضافه شده است. اين شامپوها در واقع سطح تارهاي مو را با لايه اي از پروتئين مي پوشانند بنابراين باعث مي شوند هربار كه شما اين شامپو را استفاده مي كنيد موي شما پر پشت تر به نظر برسد.
پروتئين‏ كراتين و آمينو اسيدها به ساقه مو مي پيوندند و شكافهاي ايجاد شده در اثر استفاده از مواد نامرغوب را پر مي كند. اين امر باعث افزايش مقاومت مو و محافظت از آن مي گردد. پروتئين تخم مرغ با مو پيوند ايجاد نمي كند بنابراين استفاده از آن در شامپو فقط يك مانور تبليغاتي (Gimmick) است.
مواد مرطوب كننده‏، موي شما را هيدراته مي كند درست همان اثري كه بر روي پوست هم دارد.
پنتنول و ويتامين ب5 برخلاف بقيه ويتامين ها به داخل محور مو نفوذ مي كنند و براي افزايش استحكام و سلامت مو مفيد مي باشد. (دقت کنید که از ویتامین برای افزودن خواص نرم کنندگی استفاده شده نه تغذیه و تقویت مو)
هرچند پروتوئين موجود در شامپو ها به داخل محور مو نفوذ نمي كنند اما با پوشانيدن سطح مو باعث پرپشت به نظر آمدن و افزايش خاصيت نرم كنندگي مي شوند.
پروتوئين ابريشم به افزایش درخشندگی مو كمك مي كند.

میزان کارتورگی یا بی‌نظمی یک سیستم که به عنوان معیار خودبخودی واکنش بکار می‌رود، آنتروپی نامیده می‌شود که برحسب J/K.mol بوده و با S نمایش داده می‌شود.

قانون دوم ترمودینامیک و آنتروپی

قانون اول ترمودینامیک به معرفی انرژی درونی ، U ، منجر شد. این کمیت تابع حالتی است که بر مبنای آن ، مجاز بودن یک فرآیند مورد قضاوت قرار می‌گیرد و ‌بیان می‌دارد که فقط تحولاتی مجاز است که انرژی داخلی کل سیستم منزوی ، ثابت بماند. قانونی که ملاک خودبخودی بودن را مشخص می‌سازد (قانون دوم ترمودینامیک) ، برحسب تابع حالت دیگری بیان می‌شود. این تابع حالت ، آنتروپی ، S ، است.

ملاحظه خواهیم کرد که بر مبنای آنتروپی قضاوت می‌کنیم که آیا یک حالت بطور خودبخودی از حالت دیگری قابل حصول می‌باشد. در قانون اول با استفاده از انرژی داخلی ، تحولات مجاز مشخص می‌شود (آنهایی که انرژی ثابت دارند). از قانون دوم با استفاده از آنتروپی ، تحولات خودبخودی از بین همان فرآیندهایی مشخص می‌شود که بر مبنای قانون اول مجاز می‌باشد.

بیان قانون دوم

آنتروپی سیستم منزوی در یک فرآیند خودبخودی افزایش می‌یابد:

که ، آنتروپی تمام قسمتهای سیستم منزوی می‌باشد.

از آنجایی که فرآیندهای برگشت ناپذیر (مانند سرد شدن شیئی تا دمای محیط و انبساط آزاد گازها) خودبخودی است، در نتیجه همه آنها با افزایش آنتروپی توام می‌باشند. این نکته را می‌توان به این صورت مطرح کرد که در فرایندهای برگشت ناپذیر آنتروپی تولید می‌شود. از طرف دیگر ، در فرایند برگشت پذیر توازن وجود دارد، یعنی سیستم با محیط در هر مرحله در تعادل است. هر مرحله بسیار کوچک در این مسیر برگشت پذیر بوده و پخش نامنظم انرژی روی نمی‌دهد و در نتیجه آنتروپی افزایش نمی‌یابد، یعنی در فرآیند برگشت پذیر آنتروپی ایجاد نمی‌شود. آنتروپی در فرآیندهای برگشت پذیر از بخشی از سیستم منزوی به بخش دیگری منتقل می‌گردد.

تعریف آماری آنتروپی

بر مبنای تعریف آماری ، فرض می‌شود که در واقع می‌توانیم با استفاده از فرمول ارائه شده توسط لوودیگ بولتزمن (Ludwing Boltzmann) در سال 1896 ، آنتروپی را محاسبه کنیم:



که k، ثابت بولتزمن است:

این ثابت به صورت به ثابت گاز ربط دارد. کمیت W تعداد راههای متفاوتی است که سیستم می‌تواند با توزیع اتمها یا مولکولها بر روی حالتهای در دسترس به انرژی خاصی برسد. واحد آنتروپی با واحد k یکسان است. در نتیجه واحد آنتروپی مولی ، می‌باشد؛ (این با واحد R و ظرفیت گرمایی یکی است.)

تعریف ترمودینامیکی انرژی

در روش ترمودینامیکی ، تمرکز بر روی تغییر آنتروپی در طول یک فرایند ، dS ، می‌باشد، نه مقدار معلق S. تعریف dS بر این مبناست که می‌توان میزان پخش انرژی را به انرژی مبادله شده به صورت گرما ، در حین انجام فرایند ربط داد. تعاریف آماری و ترمودینامیکی با هم سازگار می‌باشند. در شیمی فیزیک این یک لحظه نشاط آور است که بین خواص توده‌ای (که مورد نظر ترمودینامیک است) و خواص اتمها یک ارتباط برقرار شود.

تغییر آنتروپی محیط

تغییر آنتروپی محیط را با علامت 'dS نشان می‌دهیم. علامت پریم مربوط به محیط سیستم واقعی که در سیستم منزوی بزرگ قرار دارد، مربوط می‌شود. محیط را با یک مخزن حرارتی بزرگ (عملا یک حمام آب) نشان می‌دهیم که در دمای T باقی می‌ماند. مقدار گرمای منتقل شده به مخزن در اثر انجام کار مانند سقوط یک وزنه را با 'dq نشان می‌دهیم که این گرما به مخزن منتقل می‌شود. هرچه مقدار گرمای بیشتری به مخزن منتقل شود، حرکت حرارتی بیشتری هم در آن ایجاد می‌شود و از این رو ، پخش انرژی به میزان بیشتری اتفاق می‌افتد. از این نکته استنباط می‌شود که:



اگر گرما به مخزن سردی منتقل شود، کیفیت انرژی نسبت به موردی که آن گرما به مخزن گرمتری داده شود، انحطاط بیشتری خواهد داشت. در مورد اخیر می‌توانیم در اثر جاری شدن گرمای 'dq از یک مخزن سرد به مخزن سردتری کار استخراج کنیم، اما اگر این گرما مستقما به مخزن سردتر منتقل شود، استخراج چنین کاری امکان پذیر نیست.

نتیجه می‌گیریم که اگر مقدار معین انرژی به صورت گرما به مخزن گرمی داده شود، آنتروپی کمتری ایجاد می‌شود تا اینکه آن انرژی به مخزن سردی داده شود. ساده‌ترین راهی که می‌توان این وابستگی دمایی را به حساب آورد، چنین است:



که 'T دمایی است که در آن دما ، انتقال گرما صورت گرفته است. برای یک تغییر قابل اندازه گیری در دمای ثابت چنین داریم:



وقتی که مقدار زیادی حرکت حرارتی در دمای پایین ایجاد شود، تغییر آنتروپی بزرگی اتفاق می‌افتد. برای فرآیند آدیاباتیک:



این نتیجه برای هر فرآیندی ، برگشت پذیر یا برگشت ناپذیر ، صحیح است، تا زمانی که مناطق گرم محلی در محیط ایجاد نشود، یعنی زمانی این نتیجه صحیح است که محیط ، تعادل درونی خود را حفظ کند. اگر مناطقی محلی بوجود آید، انرژی از این مناطق بطور خودبخودی پخش می‌شود و در نتیجه آن آنتروپی تولید می‌شود. موقعی که یک واکنش شیمیایی با تغییر آنتالپی H∆ در سیستمی انجام می‌شود، گرمایی که در فشار ثابت وارد محیط می‌شود، برابر با . بنابراین تغییر آنتروپی محیط برابر است با:

---

پیلهای الکتروشیمیایی ابزاری برای تبدیل انرژی الکتریکی و شیمیایی به یکدیگر بوسیله واکنشهای الکتروشیمیایی هستند، بدین دلیل به اسم پیلهای الکتروشیمیایی معروفند.

مقدمه

هنگامی که چراغ قوه را روشن کنید یا برای روشن شدن خودرو استارت می‌زنید از انرژی الکترکی استفاده می‌کنید. این انرژی توسط دسته‌ای از واکنشهای شیمیایی فراهم می‌شود که در باتریها روی می‌دهد. مطالعه شیمی باتریها و مباحثی برقکافت ، آبکاری ، فلز گری و از همه مهمتر خوردگی که در چالش برانگیزترین مسأله در جوامع صنعتی امروز به شمار می‌آید همگی در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیای مطرح می‌شوند.

تاریخچه

الکساندر ولتا (1827 - 1745) فیزیکدان ایتالیایی و مخترع اولین باتری است که اکنون پیل ولتا نامیده می‌شود. این پیل شامل صفحات متناوبی از مس و روی است که توسط صفحات مقوایی نازک که در محلول نمکی غوطه‌ورند از هم جدا شده‌اند، بخاطر کمک او به علم الکتریسیته ، واحد اختلاف پتانسیل الکتریکی (ولت) به نام اوست.

نقش و تأثیر در زندگی

باتریهای خشک در زندگی روزمره برای مصارف گوناگون بکار می‌روند، سلولهای انباره‌ای که شامل باتری خودرو باشند برای راه اندازی اتومبیلها بکار می‌روند، از باتریهای نیکل - کادمیم در ابزاری مانند تلفن بی سیم ، رایانه‌های قابل حمل (لپ تاپ) ، تلفن همراه و ماشینهای اصلاح استفاده می‌شود و سلولهای سوختی برای تأمین برق و آب آشامدنی فضاپیما استفاده می‌شود و برای تأمین برق بیمارستانها و به تازگی تأمین نیروی محرکه وسایل نقلیه سنگین و سبک هم استفاده می‌شود. خوردگی سالانه خسارات زیادی در صنعت به بار می‌آورد.

ساختار یا ساختمان

یک پیل الکتروشیمیایی از دو الکترود جریان به نام الکترود کاتد و آند تشکیل یافته است، به هر یک از این الکترودها که در محلول الکترولیت قرار گرفته‌اند و محلولهای الکترولیتی در صورت متفاوت بودن از نظر ترکیب شیمیایی توسط یک پیل نمی که لوله‌های شیشه‌ای نعلی شکل پر شده از محلول غلیظ یک الکترولیت قدیمی باشند و یا یک دیواره متخلخل (نظیر شیشه گداخته و یا چینی و سرامیک بدون لعاب) باهم ارتباط دارند. پیهای الکتروشیمیایی بطور قرار دادی به دو نوع پیل گالوانیک (ولتایی) و الکترولیزی تقسیم می‌شوند.

طرز کار و مکانیزم کار

پیلهای الکتروشیمیایی با واکنشهای اکسایش - کاهش: واکنشهای اکسایش- کاهش عبارتند از انتقال الکترون از یک واکنشگر به واکنشگر دیگری. واکنش اکسایش - کاهش از دو نیم واکنش تشکیل یافته است، نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون از دست می‌دهد نیم واکنش اکسید است و در آند رخ می‌دهد و واکنشگر را کاهنده یا احیا کننده پیلهای الکتروشیمیایی می‌نامند. نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون می‌گردد، نیم واکنش احیا یا کاهش می‌باشد و در کاتد رخ می‌دهد و واکنشگر را اکسید کننده یا اکسنده می‌نامند و پتانسیل واکنش را می‌توان با استفاده از معادله ارنست محاسبه کرد.

کاربردها

از پیلهای الکتروشیمیایی می‌توان در موارد زیر استفاده نمود:

• تعیین PH محیط واکنش و ثابت تعادل واکنش
• در صنعت نانو برای رسوب گیری مواد بر روی الکترودها
• در ساخت و کاربرد حسگرها مورد استفاده در تشخیص و اندازه گیری گونه‌های زیستی یعنی زیست حسگرها
• در صنعت پزشکی برای رسم الکتروکار دیاگرام

چشم انداز و آینده بحث

مواد قابل سنجش متعددی در هوا ، آب ، خاک و دیگر تشکیل دهنده‌های محیط زیست وجود دارد و هر روز بر تعداد اینگونه مواد افزوده می‌شود. ضرورت اندازه گیری آلاینده‌هایی نظیر انواع حشره کشها ، کودهای شیمیایی ، زباله‌ها و پسابهای صنعتی و خانگی بر کسی پوشیده نیست. با استفاده از پیلها و اندازه گیری پتانسیل آنها به ویژه زیست حسگرها می‌توان کلیه امور را در مدت زمان کم و به آسانی انجام داد.

در حالت کلی سینتیک شیمیایی را می‌توان علم مطالعه سیستمهای ناظر بر تجزیه شیمیایی و یا تغییر حالت مولکولها دانست. به عبارت دیگر سینتیک را می‌توان علم مکمل ترمودینامیک دانسته و سیستمهایی را که توزیع انرژی آنها با زمان تغییر می‌نماید مطالعه کرد. نظریه‌هایی که اثرات متقابل شیمیایی را توجیه می‌کنند بطور گسترده‌ای بر اساس نتایج تجربی پایه گذاری شده‌اند که با روشهای ترمودینامیکی و سینتیکی به دست می‌آیند.

نگاه اجمالی

با یک نگرش سطحی می‌توان مشاهده نمود که برخی از واکنشهای شیمیایی آنی بوده و تعدادی کند یا بی‌نهایت کند هستند. همچنین شدت بعضی از واکنشها در آغاز زیاد است، رفته رفته آهسته می‌گردند، برعکس برخی از واکنشها به کندی شروع شده و سپس شتاب می‌گیرند، سینتیک عامل زمان را در واکنشهای شیمیایی مطرح و مورد بحث قرار می‌دهد.

تاریخچه

از نظر تاریخی مطالعه سرعت واکنشها یکی از قدیمی‌ترین موضوعات شیمی فیزیک بوده است. و نزل در سال 1777 سرعت انحلال فلزات در اسیدها را مطالعه کرد. ویلهمی در سال 1850 هیدرولیز بوسیله اسیدها را مورد بررسی قرار داد و به این نتیجه رسید که سرعت واکنش هیدرولیز ساکاروز متناسب با غلظت ساکاروز تجزیه نشده است.

ویلهمی را می‌توان پایه گذار سینتیک نامید. درسال 1862 برتلو و سن ژیل نیز نتایج مشابهی روی هیدرولیز استرها در محیط اسیدی داشتند، سرانجام درسال 1863 گولدبرگ و واگ نتایج فوق را تعمیم داده و به صورت قانون اثر غلظت‌ها بیان کردند.

مطالعات اولیه سینتیک

اولین مطالعات در سینتیک شیمیایی مربوط به اندازه گیری سرعت واکنشها بوده و برای رسیدن به هدف اصلی با توجیه این سرعتها به شناخت مکانیسم کامل واکنش مورد مطالعه پی می‌بریم. البته از آنجا که سرعت اندازه گیری شده یک حالت آماری متوسط مولکولهای شرکت کننده در واکنش می‌باشد، سینتیک شیمیایی اطلاعی از حالت انرژیتیکی یا وضع فضایی مولکولها را بطور جداگانه ارائه نمی‌دهد ولی با این وصف مطالعه جنبشی واکنشهای شیمیایی در تفکیک مکانیسمهای پیچیده به مراحل ساده ، دارای توانایی و قدرت قابل توجهی می‌باشد.

مکانیسم کلی واکنشهای پیچیده‌ای که واکنشگرها تغییرات مرحله‌ای انجام می‌دهند، تنها با مطالعه سینتیکی سرعت یعنی فرایند حاکم بر واکنش از طریق مطالعه سینتیکی قابل تشریح می‌باشد.

استفاده همزمان از عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی

ترمودینامیک شیمیایی هم مانند سینتیک شیمیایی شاخه مهمی از شیمی فیزیک است. در ترمودینامیک عامل زمان ، در کار نیست و در آن از تعادل و حالت ابتدایی و انتهایی سیستم بحث می‌شود. بی آنکه از سرعت رسیدن به تعادل سخن گفته شود. در بیشتر موارد عملی اکثر اطلاعات مورد نیاز با استفاده همزمان از عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی بدست می‌آید. برای مثال در فرایندهای برای تهیه آمونیاک داریم:





زمانی که واکنش گرمازا باشد طبق اصل لوشاتلیه تهیه آمونیاک در فشار بالا و دمای پایین امکانپذیر است. ولی عملا در دمای سرعت واکنش به اندازه‌ای کند است که به عنوان یک فرایند صنعتی مقرون به صرفه نمی‌باشد. لذا اگر چه در فرایند‌ هابر با استفاده از فشارهای زیاد تعادل در جهت تولید آمونیاک پیشرفت می‌کند، عملا در حضور کاتالیزور و دمای (عوامل ترمودینامیکی) سرعت رسیدن به تعادل به مراتب افزایش می‌یابد. در نتیجه برای مشخص نمودن شرایط انجام این واکنش از عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی استفاده می‌شود.

تفاوتهای سینتیک و ترمودینامیک

علم ترمودینامیک بیشتر مبتنی بر تغییر انرژی و آنتروپی است که معمولا همراه با تغییر در سیستم می‌باشد و با استفاده از انرژی آزاد یک واکنش و همچنین ثابت تعادل آن امکان انجام یا عدم انجام یک واکنش شیمیایی را پیش‌بینی می‌کند. اما نتایج ترمودینامیکی به هیچ وجه نمی‌تواند سرعت تغییرات شیمیایی و یا مکانیسم تبدیل واکنش دهنده‌ها اطلاعاتی به ما بدهد. به عنوان مثال اکسیژن و نیتروژن موجود در جو زمین می‌توانند با آب اقیانوسها وارد واکنش شده و اسید نیتریک رقیق تولید کنند.

بر اساس اطلاعات ترمودینامیکی ، این واکنش به صورت خودبه‌خودی می‌تواند انجام شود. اما طبق اطلاعات سینتیکی خوشبختانه سرعت آن خیلی کم می‌باشد. تفاوت مهم دیگر بین سینتیک و ترمودینامیک این است که طبق اصول اساسی ترمودینامیک مقدار ثابت تعادل برای واکنشها مستقل از مسیری است که واکنش دهنده‌ها را به فراورده تبدیل می‌کند اما در سینتیک مسیر واکنش بسیار اهمیت دارد، زیرا کلیه مراحل و مکانیسم واکنشهای شیمیایی را تشکیل می‌دهد.

دید کلی

از لحاظ ترمودینامیکی پایدارترین الگوهای انباشتگی متعاق به گونه ای است که انرژی آزاد آن در دما و فشار مورد نظر حداقل باشد.ارزیابی انرژی آزاد معمولا مشکل است،اما تجزیه و تحلیل سهم های مر بوط بر حسب اندر کنشهای کولمبی بین یونهاکاملا ممکن می باشد.از آنجائیکه فاکتورهایی که یک ساختمان را بر دیگری مطلوب می کنند نهایتا بایکدیگر متعادل میشوند،بسیاری از جامدات بلوری در فرمهای متفاوت وجود دارندیا اصطلاحا پلی مورف می باشند.پلی مورفیسم خاصیتی از تمام جامدات و نه تنها تر کیبات یونی است.مثالی از این خاصیت ،وجود فازهای سفید وسیاه از فسفر عنصری و فازهای کلسیت و آرگونیت و از کربنات کلسیم است.

تقسیم بندی پیوند ها

نیروهای بین اتم ها را می توان به چهار دسته تقسیم کرد:

1-پیوند کوالانسی:

 زمانی این پیوند ایجاد می شود که اوربیتال لایه ظرفیت در اتم های غیر فلز به گونه ای هم پوشانی کنند که دانسیته الکترون بین اتم ها افزایش یابد (همپوشانی مثبت ) چون این اتم ها جاذبه مشابه یا یکسانی برای الکترونها دارند انتقال الکترون ازیک اتم به اتم دیگر صورت نمی گیرد بلکه الکترونها بین آنها به اشتراک گذاشته می شود . یک پیوند کوالانسی مشتمل بر یک جفت الکترون با اسپین های مخالف است و دو اتم در آن نیز سهیم هستند این نیرو در حقیقت نیروی نگهدارنده بین اتم ها در یک مولکول است.

ادامه مطلب

کتون‌ها ترکیباتی هستند که در آنها ، گروه کربنیل به دو گروه آلکیل و یا آریل متصل است.

عامل کتون (c=o)

گروه کربونیل

در کتون ها و آلدئیدها ، گروه کربونیل از یک پیوند δ و یک پیوند π تشکیل شده است که به‌علت عدم پخش یکنواخت بار در طول پیوند ، قطبی می‌باشد. انرژی پیوند کربونیل در آلدئیدها ، 176 کیلوکالری بر مول و در کتون‌ها 180 کیلوکالری بر مول می‌باشد. برای نامگذاری کتونها از پسوند اون (one) استفاده می‌شود.

شماره گذاری اتمهای کربن از طرفی انجام می‌گیرد که گروه کربونیل ، شماره کمتری داشته باشد و پس از ذکر شماره عامل کربونیل ، اسم هیدروکربن را ذکر کرده ، پسوند اون بر آن افزوده می‌شود. اگر ترکیب ، گروه اسیدی هم داشته باشد، اولویت شماره گذاری با گروه اسیدی خواهد بود. در این صورت ، عامل کربونیل به نام OXO مشخص می‌شود.

کتون‌های موجود در طبیعت

کتون‌های موجود در طبیعت ، بوی مطبوع دارند، آلدئیدها و کتون‌ها مواد شیمیایی بسیار ارزشمندی هستند و در صنعت به‌عنوان حلال یا مواد اولیه مصرف می‌شوند و بعضی‌ها مانند تستسترون به‌عنوان هورمون دارای اثرات دارویی و بیولوژیکی می‌باشند.

برخی مانند بی‌اسیل در آماده‌سازی و خوش طعم کردن کره مصنوعی ، مارگارین (Margarine) ، مورد استفاده قرار می‌گیرد. 3- متیل سیکلوپنتا دکانون (مشک آهوی ختن) که از غدد نوعی آهو بدست می‌آید، بسیار معطر می‌باشد. یکی دیگر از مواد زیر روه کربونیل ، کافور می‌باشد که یک کتون است.

تهیه کتونها از اکسید کردن الکلها

با استفاده از برخی اکسید کننده‌های ملایم مثل دی‌اکسید منگنز ، واکنشگر Jones و... ، الکلهای نوع دوم بصورت حدود اکسید می‌شوند و به کتون هم کربن خود تبدیل می‌گردند.

تهیه آلدئیدها و کتونها با استفاده از ترکیبات آلی فلزی

گاهی اوقات از ترکیبات آلی فلزی برای سنتز آلدئیدها و کتونها استفاده می‌شود. در سالهای اخیر برای سنتز ترکیبات کربونیل‌دار از R₂Cd یا RZnX یا R₂Zn استفاده زیادی شده است. قدرت هسته خواهی ملایم و محدود این واکنشگرها ، این امکان را فراهم می‌کند که از کلرواسیدها ، کتونهای مربوطه سنتز شوند. واکنش ترکیبات آلی فلزی با اسیدهای کربوکسیلیک هم به کتون منجر می‌شود.

سنتز آلدئیدها و کتونها از طریق اکسیداسیون آلکیل بنزن‌ها

یکی از روشهای مهم و تجارتی تهیه فنل ، اکسیداسیون ایزوپروپیل بنزن با اکسیژن و هدرولیز هیدروپروکسید حاصل می‌باشد. در این واکنش ، استون هم تولید می‌شود.

سنتز آلدئیدها و کتونها با آب دادن آلکینها

آلکینها را می‌توان به کمک واکنشگرهای مناسب به آلدئید یا کتون تبدیل نمود. مثلا از افزایش آب بر آلکینها در حضور کاتالیزور سولفات جیوه و محلول آبکی اسید سولفوریک ، کتون بدست می‌آید.

تهیه کتونها از طریق واکنش نوآرایی α- دیول‌ها (نوآرایی پنتاکولیک)

وقتی α- دیول‌ها در محیط اسیدی یا قلیایی قرار بگیرند، با مکانیسم خاصی ، آب از دست می‌دهند و یکی از گروهها از کربنی به کربن دیگر مهاجرت می‌کند و کتون تولید می‌شود. یک چنین بازآرایی به بازآرایی Wagner-Meerwein موسوم است.

استن

اکسید شد همراه با شکسته شدن ، اکسید و احیای خودبخودی کتونها

از اکسید شدن الکلها بوسیله اسید کننده‌های مناسب مانند اسید کرومیک ، آلدئید یا کتون بدست می‌آید. اگر واکنش اکسید شدن بوسیله اکسید کننده‌های مناسب ادامه یابد، در این صورت اسید کربوکسیلیک تولید می‌شود. اکسید شدن کتونها بوسیله پراسیدها نیز موجب شکسته شدن پیوند گروه کربونیل یا کربن مجاور می‌‌شود که یکی از روشهای بسیار مهم تهیه استرها و لاکتونها از کتونها می‌باشد و به واکنش ««Baeyer-Viniger»» موسوم است. با استفاده از گروههای مختلف معلوم شده است که گروه مهاجر بصورت آنیونی و با حفظ آرایش ، مهاجرت می‌نماید.

واکنش هالوفرم

یکی از واکنشهایی که هم کتون را اکسید می کند و هم موجب شکسته شدن پیوند گروه کربونیل با کربن مجاور می شود، واکنش هالوفرم می‌باشد که معمولا در مورد کتونهای متیل‌دار انجام می‌گیرد. این واکنش با ید نیز به سهولت انجام پذیر می‌باشد و یدوفرم زرد رنگ آزاد می‌گردد. این واکنشها در محیط قلیایی انجام می‌شوند.

ابن سینا

دید کلی

آغاز کیمیاگری اسلامی ، با اسامی مردانی همراه است که احتمالا خود کیمیاگر نبوده‌اند، اما با گذشت زمان و فرارسیدن قرن دهم میلادی ، کیمیاگران شهیری از میان آنان برخاستند که علاوه بر تفکراتشان ، نوشتارهای کاملا جدید و نوینی خلق کردند.

امام جعفر صادق علیه السلام (148 ـ 82 هـ . ق. / 770 ـ 705 م.)

محضر پر فیض ""حضرت امام صادق علیه‌السلام ""، مجمع جویندگان علوم بود. با دانش‌پژوهی که به محفل آن حضرت راه می‌یافت، از خرمن لایزال دانش او بهره‌مند می‌شد. در علم کیمیا ، ایشان نخستین کسی بودند که عقیده به عناصر چهارگانه (عناصر اربعه) آب ، آتش ، خاک و باد را متزلزل کردند. از فرموده‌های ایشان است که : «من تعجب می‌کنم مردی چون "ارسطو" چگونه متوجه نشده بود که خاک یک عنصر نیست، بلکه عنصرهای متعددی در آن وجود دارد.» ایشان هزار سال پیش از "پرسینلی" ، "لاووازیه" و ... ، دریافته بود که در آب چیزی هست که می‌سوزد (که امروزه آن را هیدروژن می‌نامند).

از امام صادق علیه‌السلام ، رساله‌ای در علم کیمیا تحت عنوان «رسالة فی علم الصناعة و الحجر المکرم» باقیمانده که "دکتر روسکا" آن را به زبان آلمانی ترجمه و در سال 1924 آن را تحت عنوان «جعفر صادق امام شیعیان ، کیمیاگر عربی» در هایدبرگ به چاپ رسانده است. به عنوان مثال و برای آشنایی با نظرات حضرت صادق علیه‌السلام در شیمی ، خلاصه‌ای از بررسی "دکتر محمد یحیی هاشمی" را در ذیل درج می‌کنیم:


«««از شرحی که امام صادق علیه‌السلام برای اکسید می‌دهد، چنین معلوم می‌شود که اکسید ، جسمی است که از آن ، برای رفع ناخالصی در فلزات استفاده شده است. ایشان تهیه اکسید اصغر (اکسید زرد) را از خود و آهن و خاکستر به کمک حرارت و با وسایل آزمایشگاهی آن دوره ، مفصلا شرح داده ، نتیجه عمل را که جسمی زرد رنگ است، اکسید زرد نام نهاده‌اند. این شرح کاملا با فروسیانید پتاسیم که جسمی است زرد رنگ به فرمول Fe(CN)₆] K₄] منطبق است و ... . نتیجه عمل بعد از طی مراحلی ایجاد و تهیه طلای خالص است. امروزه نیز از همین خاصیت سیانور مضاعف طلا و پتاس برای آبکاری با طلا استفاده می‌شود.

رازی

جابر بن حیان (2000 ـ 107 هـ . ق / 815 ـ 725 میلادی)

"جابر بن حیان" معروف به صوفی یا کوفی ، کیمیاگر ایرانی بود و در قرن نهم میلادی می‌زیست و بنا به نظریه اکثریت قریب به اتفاق کیمیاگران اسلامی ، وی سرآمد کیمیاگران اسلامی قلمداد می‌شود. شهرت جابر ، تنها به جهان اسلام محدود نمی‌شود و غربی‌ها او را تحت عنوان «گبر» می‌شناسند. "ابن خلدون" درباره جابر گفته است:

جابربن حیان پیشوای تدوین کنندگان فن کیمیاگری است

.
جابر بن حیان ، کتابی مشتمل بر هزار برگ و متضمن 500 رساله ، تالیف کرده است. "برتلو" شیمیدان فرانسوی که به پدر شیمی سنتز مشهور است، سخت تحت تاثیر جابر واقع شده ، می‌گوید: «جابر در علم شیمی همان مقام و پایه را داشت که ارسطو در منطق.» "جورج سارتون" می‌گوید: «جابر را باید بزرگترین دانشمند در صحنه علوم در قرون وسطی دانست.» "اریک جان هولیمارد" ، خاورشناس انگلیسی که تخصص وافری در پژوهشهای تاریخی درباره جابر دارد، چنین می‌نویسد:


««جابر ، شاگرد و دوست امام صادق علیه‌السلام بود و امام را شخصی والا و مهربان یافت؛ بطوری‌که نمی‌توانست از او جدا ولی بی‌نیاز بماند. جابر می‌کوشید تا با راهنمایی استادش ، علم شیمی را از بند افسانه‌های کهن مکاتب اسکندریه برهاند و در این کار تا اندازه‌ای به هدف خود رسید.»»

برخی از کتابهایی که جابر در زمینه شیمی نوشته عبارتند از : الزیبق ، نارالحجر ، خواص اکسیرالذهب ، الخواص ، الریاض و ... .

وی به آزمایش بسیار علاقمند بود. از این رو ، می‌توان گفت که نخستین دانشمند اسلامی است که علم شیمی را بر پایه آزمایش بنا نهاد. جابر نخستین کسی است که اسید سولفوریک یا گوگرد را از تکلیس زاج سبز و حل گازهای حاصل در آب بدست آورد و آن را زینت الزاج نامید. جابر ، اسید نیتریک یا جوهر شوره را نیز نخستین بار از تقطیر آمیزه ای از زاج سبز ، نیترات پتاسیم و زاج سفید بدست آورد.

رازی ، ابوبکر محمد بن زکریا (313 ـ 251 هـ . ق / 923 ـ 865 م.)

زکریای رازی به‌عنوان یکی از بزرگترین حکیمان مسلمان شناخته شده ، غربی‌ها او را به نام رازس می‌شناسند. رازی در علم کیمیا ، روش علمی محض را انتخاب کرده ، بر خلاف روشهای تمثیلی و متافیزیک ، به روشهای علمی ارزش زیادی قائل شده است. رازی ، موسس علم شیمی جدید و نخستین کسی است که «زیست شیمی» را پایه‌گذاری نموده است. دکتر روسکا ، شیمیدان آلمانی گفته است: «رازی برای اولین بار مکتب جدیدی در علم کیمیا بوجود آورده است که آن را مکتب علم شیمی تجربی و علمی می‌توان نامید. مطلبی که قابل انکار نیست، اینست که زکریای رازی ، پدر علم شیمی بوده است.»

کتابهای او در زمینه کیمیا در واقع ، اولین کتابهای شیمی است. مهمترین اثر رازی در زمینه کیمیا کتاب «سرالاسرار» است. ظاهرا رازی ، 24 کتاب یا رساله در علم کیمیا نوشته است که متاسفانه فقط معدودی از آنها بدست آمده است و در کتابخانه‌های مشهور دنیا نگهداری می‌شود. وی نخستین بار از تقطیر شراب در قرع و انبیق ماده‌ای بدست آورد که آن را الکحل نامید که بعدها به هر نوع ماده پودری شکل حتی به جوهر هم داده شد، از این رو آن جوهر را جوهر شراب نیز نامیدند. گفته می‌شود که رازی کربنات آمونیوم را از نشادر و همچنین کربنات سدیم را تهیه کرده است.

ابوریحان بیرونی

ابن سینا ، حسین (428 ـ 370 هـ . ق / 1036 ـ 980 م.)

ابن سینا ملقب به شیخ الرئیس ، بزرگترین فیلسوف و دانشمند اسلامی و چهره ای بسیار موثر در میدان علوم و فنون است. غربی‌ها وی را به نام اوسینیا می‌شناسند. ابن سینا ، رنجی برای کیمیاگری و ساختن طلا نکشید؛ زیرا او به استحاله باور نداشت و صریحا تبدیل فلزات به یکدیگر را ناممکن و غیر عملی می‌دانست.

ابو علی سینا از ادویه منفرد ، 785 قلم دارو را به ترتیب حروف ابجد نام برده ، به ذکر ماهیت آنها پرداخته ، خواص تاثیر آن داروها را شرح داد. وی ضمن توصیف این مواد ، آگاهی‌های جالبی در زمینه «شیمی کانی» به خوانندگان می‌دهد و می‌گوید از ترکیب گوگرد و جیوه ، می‌توان شنگرف تهیه کرد. وی نخستین کسی است که خواص شیمیایی الکل و اسید سولفوریک را از نظر دارویی شرح داد.

بیرونی ، ابوریحان محمد (442 ـ 362 هـ . ق / 1050 ـ 972 م.)

کانی شناس و داروشناس جهان اسلام و یکی از بزرگترین دانشمندان اسلام است که با ریاضیات ، نجوم ، فیزیک ، کانی شناسی ، دارو سازی و اغلب زبانهای زنده زمان خود آشنایی داشته است. یکی از آثار مهم بیرونی در شیمی ، کتاب الجواهر وی است که در بخشی از آن ، نتایج تجربی مربوطه به تعیین جرم حجمی امروزی آنها تفاوت خیلی کم دارد و یکی از کاربردهای مهم وی به شمار می‌رود که در علوم تجربی ، انقلابی بزرگ بوجود آورد. وی برای تعیین جرم اجسام ، ترازویی ابداع کرد.

بیرونی همچنین در کتاب الجماهیر (در شناسایی جوهرها) به معرفی مواد کانی ، بویژه جواهرات گوناگون پرداخت. بیرونی ، چگالی‌سنج را برای تعیین جرم حجمی کانی‌ها بویژه جوهرها و فلزها نوآوری کرد که در آزمایشگاه امروزی کاربرد دارد.

اثر پوششي لايه‌هاي الكتروني و قاعـده تجربي اسليتر بـراي محاسبه بار مؤثر هسته

---

مثال

---

روش اسليتر

---

مثال 1

---

مثال 2

---

مثال3

اطلاعات اولیه

کروماتوگرافی تبادل یونی در ستون‌ها ، بطور انحصاری ، کاربرد رزین‌های تبادل یونی محدود می‌شود زیرا این مواد به طور عمده خواص مطلوبی ، مانند پایداری مکانیکی و شیمیایی و یکنواختی اندازه دانه‌ها ( ذرات ) دارند، پودر سلولز که آن گرده‌های تبادل یونی به طریق شیمیایی قرار داده شده باشند نیز برای جداسازی مواد در ستون‌ها به کار می‌رود. ورقه‌هایی از سلولز عمل شده فوق و ورقه‌های سلولز پر شده با رزین‌های تبادل یونی را در روش کروموتوگرافی کاغذی برای جداسازی‌هایی که شامل تبادل یونی هستند، می‌توان مورد استفاده قرار داد.

توصیف

در کروماتوگرافی تبادل یونی جداسازی مواد از نوع کروماتوگرافی که در آنها رزین به جای جاذب در کروماتوگرافی جذبی قرار می‌گیرد، است. مقادیر زیادی از رزین‌های تبادل یونی برای جدا کردن کامل یون‌ها از محلول در آزمایشگاه و نیز در مقیاس صنعتی به کار می‌روند. یعنی از جداسازی‌های فوق العاده جالب عبارتند از جداسازی مواد لانتایندها، آکتینیدها و اسیدهای آمینه.

رزین‌های متداول تبادل یونی

رزین‌های متداول تبادل یونی که به طور مصنوعی ساخته می‌شوند، بر پایه قالب غیر محلولی از یک بسپار بزرگ ، معمولا پلی استیرن ، استوار هستند. ولی بعضی از آنها متکی بر اسید متا اکریلیک هستند. نوع اول با بسپار کردن استیرن در حضور مقدار کمی از دی وینیل بنزن ساخته می‌شود. دی وینیل بنرن میزان اتصالات عرضی را که عامل مهمی در کروماتوگرافی است کنترل می‌کند. اتصالات عرضی ، بسپار را به حالت نامحلول در می‌آورد. اگر میزان اتصالات عرضی خیلی کم باشد رزین مستعد جذب مایع اضافی می‌شود و در نتیجه آماس زیادی می‌کند، در حالی که اتصالات عرضی زیاده از حد ، ظرفیت تبادل رزین را ، احتمالا به علت ممانعت فضایی کم می‌کند.

گرده‌های قطبی که باعث خواص تبادل یون در رزین می شوند به جز در مورد اسید پلی متا اکریلیک، بعد از عمل بسپار شدن به رزین اضافه می‌شوند. با بسپار شدن در یک امولسیون آبی می‌توان دانه‌هایی با اندازه‌های معین تهیه کرد و در این صورت است که رزین‌ها برای عمل یون زدایی و اهداف کروماتوگرافی به کار می‌روند. بعضی از رزین‌ها را به شکل ورقه می‌سازند که در این صورت غشاهای تبادل یونی به دست می‌آیند. این غشاها به این صورت کاربردی در کروماتوگرافی ندارند ولی می‌توان از آنها برای نمک‌زدایی محلول‌ها ، که ممکن است یک عمل مقدماتی ضروری برای یک جداسازی مواد کروماتوگرافی مورد نظر باشد، استفاده کرد.

• مواد مبادله کننده یون : تبادل گرهای کاتیونی و آنیونی دو نوع عمده مواد مبادله کننده یون هستند که آنها را به نوبه خود می‌توان بر حسب قدرتشان به اسید و باز تقسیم‌بندی کرد.
  
  
• تبادل‌گر کاتیونی : گروه‌های قطبی در تبادل‌گرهای کاتیونی، که یا و یا می‌باشند، خاصیت اسیدی دارند این گروه‌‌ها به مولکول‌های بسپار به طور قطعی متصل هستند و در معرض محلول‌ حاوی یون‌هایی که باید حذف یا جدا شوند، قرار می‌گیرند.
  
  
• گروه‌های قطبی در تبادل گرهای آنیونی گروه‌های آمونیوم نوع سوم یا چهارم هستند و مثل هم عمل می‌کنند. تبادل‌گر آنیونی بیشتر به شکل کلرید هستند تا به شکل هیدروکسید زیرا کلریدها پایدارتر هستند.

خواص رزین‌ها

• باید دارای گروه‌های مبادله کننده تک عاملی باشد. برای رزین‌های جدید هیچ مشکلی در این مورد وجود ندارد ولی محصولات اولیه که از فنل ساخته می‌شدند چند عاملی بودند و خواص تبادل آنها بستگی به PH محلولی که در آن قرار می‌‌گرفتند، داشت. از این نقطه نظر این رزین‌ها برای کروماتوگرافی مناسب نبودند.
  
  
• باید درجه اتصالات عرضی کنترل شده داشته باشد. 4 - 8 % بهترین درجه برای کروماتوگرافی است.
• گستره اندازه ذرات باید تا آنجایی که ممکن است کوچک باشد.
• اندازه ذرات باید، تا آنجایی که عملی است کوچک باشد.

مزیت اساسی کروماتوگرافی تبادل یونی

در کروماتوگرافی ، محلول‌های بکار رفته اکثرا رقیق هستند و در نتیجه روش شستشو بیشتر به کار می‌رود و اغلب جداسازی‌های بسیار رضایت بخشی به دست می‌آید. در مورد رزین‌ها تجزیه جانشینی و تجزیه مرحله‌ای و شستشوی تدریجی همگی به کار می‌روند. ولی از تجزیه جبهه‌ای استفاده نمی‌شود. روش دیگر شستشو ، تحت عنوان گزینش پذیری ، نیز کارآیی مفیدی دارد. این روش به تغییر فعالیت یون‌هایی بستگی دارد که باید بوسیله عامل شوینده‌ای که با یون‌ها تشکیل کمپلکس می‌دهد جدا شوند.

تشکیل کمپکس بدون شک عامل مهمی در سایر روش‌های کروماتوگرافی ، مخصوصا در جداسازی‌های معدنی روی کاغذ است، ولی در هیچ یک از سایر روش‌ها این موضوع به همان وسعت که در کروماتوگرافی تبادل یونی استفاده شده، مطالعه نشده است. یکی از قدیمیترین و جالب‌ترین موفقیت‌ها در کروماتوگرافی تبادل یونی جداسازی مواد لانتایندها در یک رزین اسید قوی و با استفاده از یک محلول سیترات تامپونی برای شستشو است.

کروماتوگرافی نمک زنی

در روش کروماتوگرافی نمک‌زنی ، از رزین‌های تبادل یونی برای جداسازی مواد غیر الکترولیت‌ها ، با شستن آنها از ستون به وسیله محلول‌های آبی یک نمک ، استفاده می‌شود. اجسام جدا شده بوسیله این روش ، اترها ، آلدئیدها ، کتون‌ها و آمین‌ها هستند.

تبادل‌گرهای یون معدنی

بعضی از نمک‌های معدنی برای پر کردن کاغذ و آماده سازی آن به منظور استفاده در جداسازی‌ها که بر اثر تبادل یون صورت می‌گیرند، بکار می‌روند. یکی از دلایل توجه به مواد معدنی این است که تبادل‌گرهای یونی رزینی بر اثر تابش مستعد خراب شدن هستند. بنابراین در حقیقت برای استفاده با محلول‌های خیلی فعال مناسب نیستند. اگر چه برای جداسازی مواد ، به عنوان مثال ، مخلوط‌های اکتیندها یا موفقیت به کاربرده شده‌اند. مواد معدنی دارای مزایای دیگری مانند گزینش پذیری خیلی زیاد برای بعضی از یون‌ها مانند روبیدیم و سزیم و توانایی در برابر محلو‌ل‌های با دمای بالا هستند.

به علاوه تبادل گرهای یونی معدنی وقتی که در آب قرار می‌گیرند به مقدار قابل توجهی آماس نمی‌کنند و حجم آنها با تغییر قدرت یونی محلول در تماس با آنها تغییر نمی‌کند. از طرف دیگر ، بعضی از مواد معدنی معایبی مانند انحلال پذیری یا والختی در بعضی از PHها که در آن معمولا رزین‌ها پایدارند، دارند یا ممکن است در محلول‌هایی که رزین‌ها غیر محلول هستند، حل شوند. همچنین تبادل‌گرهای یونی معدنی ممکن است به شکل بلورهای ریز باشند که به علت ممانعت از عبور فاز متحرک ، برای پر کردن در ستون‌ها مناسب نیستند. اگر چه راههایی برای فائق آمدن به این مشکل وجود دارد.

گاز کامل گازی را گویند که تغییرات فشار ، دما و حجم آن تابع قانون گازها می‌باشد (تعریف ماکروسکوپی). گاز کامل گازی را گویند که ذرات گاز همانند نقاط مادی بدون اثر بر یکدیگر باشند (تعریف میکروسکوپی).

نگاه اجمالی

گاز ، خوش رفتارترین ماده برای دماسنجی است زیرا نسبت فشار P یک گاز در هر دما به فشار P_tp همان گاز در نقطه سه گانه ، هنگامی که P و P_tp هر دو به سمت صفر میل می‌کنند به مقداری نزدیک می‌شود که مستقل از ماهیت گازی است. مقدار حدی این نسبت ضربدر 273.16K ، به عنوان دمای گاز کامل سیستم θ₁ ، که در آن فشار گاز برابر P است تعریف شده ، دلیل این رفتار منظم را می‌توان با بررسی چگونگی وابستگی حاصلضرب PV یک گاز به چگالی یا ، اگر جرم ثابت باشد بر عکس حجم پیدا کرد. در مورد یک گاز حقیقی تنها هنگامی که فشار به سمت صفر میل می‌کند، معادله حالت بصورت PV = nRθ در می‌آید. علاوه بر این انرژی داخلی یک گاز حقیقی تابعی از فشار و دماست.

انرژی درونی گاز کامل

ظرفی را که از نظر حرارتی عایق است و دیواره‌های آن صلب هستند در نظر بگیرید. این ظرف توسط یک تیغه به دو بخش تقسیم شده است. فرض کنید که یک قسمت پر از گاز و قسمت دیگر خالی باشد اگر تیغه برداشته شود، گاز دستخوش فرآیندی موسوم به انبساط خواهد شد که در حین آن هیچ کاری انجام نمی‌گیرد و هیچ حرارتی منتقل نمی‌شود. چون φ و W هر دو صفرند، از قانون اول نتیجه می‌شود که انرژی داخلی در طی یک انبساط آزاد بدون تغییر باقی می‌ماند. انرژی داخلی یک گاز کامل عبارت است از مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل تک‌تک ذرات تشکیل دهنده گاز می‌باشد. در گاز کامل ذرات نسبت به هم فاقد انرژی پتانسیل هستند. پس تنها انرژی گاز کامل تنها مربوط به انرژی جنبشی ذرات آن می‌باشد.



و نیز انرژی درونی گاز کامل فقط تابع دمای مطلق گاز می‌باشد.



تغییر انرژی درونی گاز کامل نیز چنانچه گفته شد برابر است با ΔE = W + α یعنی تغییر انرژی درونی یک دستگاه برابر است با کار و گرمای مبادله شده بین دستگاه و محیط. اما اگر دستگاه کار یا گرما دریافت کند اندازه آنها مثبت و اگر کار و گرما از دست بدهد اندازه آنها منفی خواهد بود.

ویژگی گاز کامل

چنانچه بیان شد در مورد یک گاز حقیقی ، تنها هنگامی که فشار به سمت صفر میل می‌کند، معادله حالت بصورت PV = nRθ درمی‌آید. علاوه بر این انرژی درونی یک گاز حقیقی تابعی از فشار و دماست. بهتر است در این مرحله یک گاز کامل تعریف کنیم که ویژگیهای آن در عین حال که نظیر ویژگیهای هیچیک از گازهای موجود نیست، تقریبا همان ویژگیهای یک گاز حقیقی در فشارهای پایین است. طبق تعریف در مورد یک گاز کامل معادلات زیر صادقند:




اینکه آیا می‌توان یک گاز حقیقی را مانند یک گاز کامل مورد بررسی قرار داد یا نه؟ بستگی به قابل قبول بودن خطای ناشی از اینکار در این محاسبه معین دارد. یک گاز حقیقی در فشارهای کمتر از حدود 2 اتمسفر را می‌توان با خطایی کمتر از چند درصد همچون یک گاز کامل تلقی کرد. حتی بخار اشباع شده‌ای که با مایع خود در حال تعادل است، اگر فشار بخار کم باشد می‌توان معادله حالت گاز را با خطای اندکی بکار برد.

تعیین تجربی ظرفیتهای گرمایی

ظرفیتهای گرمایی گازها با روش الکتریکی اندازه گیری می‌شوند. برای اندازه گیری C_v گاز در داخل یک فلاسک با دیواره‌های نازک فولادی که دور آن یک سیم گرمکن پیچیده شده است قرار می‌گیرد. با برقرار کردن یک جریان الکتریکی در سیم ، مقداری گرما به گاز داده می‌شود و گرمای ویژه در حجم ثابت با اندازه گیری افزایش دمای گاز بدست می‌آید.

روش مشابهی برای اندازه گیری C_P بکار می‌رود با این تفاوت که بجای محدود کردن گاز در یک حجم ثابت ، به گاز اجازه داده می‌شود که در فشار ثابت از میان یک گرماسنج که در آنجا گاز به طریق الکتریکی مقدار معلومی گرما در واحد زمان دریافت می‌دارد، جریان یابد. با استفاده از دماهای اولیه (ورودی) و نهایی (خروجی) سرعت تولید گرما و سرعت جریان گاز ، مقدار C_p محاسبه می‌شود. نتایج اینگونه اندازه گیریها بر روی گازها در فشارهای پایین (گازهای تقریبا کامل) می‌توان بصورت ساده‌ای برحسب ظرفیتهای گرمایی مولی بیان کرد.

تمام گازها

• C_v تابعی فقط از θ است.
• C_p فقط تابعی از θ است و بزرگتر از C_v است.
• C_p – C_v = Const = R
• 1 < ( تابعی فقط از = γ= C_p /C_v
  
  

• HC_v در گستره وسیعی از دما ثابت ، و تقریبا مساوی R 2/3 است.
• HC_p در گستره وسیعی از دما ثابت ، و تقریبا مساوی با R 5/2 است.

H γ در گستره وسیعی از دما ثابت و تقریبا مساوی 3/5 R است.

• C_v در دمای معمولی ثابت و تقریبا برابر 5/2R است و با ازدیاد دما افزایش می‌یابد.
• C_p در دمای معمولی ثابت و تقریبا برابر 2R/7 است و با ازدیاد دما افزایش می‌یابد.
• γ در دماهای معمولی ثابت و تقریبا مساوی 7/5 است و با ازدیاد دما کاهش می‌یابد.
  
  

C_p و C_v و C_p/ C_v با دما نغییر می‌کنند. این تغییر برای هر گاز متفاوت است.

معادله حالت یک گاز کامل

فرضیه‌های اساسی نظریه جنبشی یک گاز کامل عبارتند از :

• هر نمونه کوچکی از گاز شامل تعداد بسیار زیاد N مولکول است تمام مولکولهای یک نوع ماده شیمیایی مشابه‌اند. اگر m جرم هر مولکول باشد جرم کل mN است. اگر m بیانگر جرم مولکولی بر حسب کیلوگرم بر کیلومول (که قبلا به آن وزن مولکولی می‌گفتند) باشد تعداد گرم مول‌های n عبارت است از:
  
  

تعداد مولکولها در هر مول گاز ، عدد آووگادرو ، N_A ، خوانده می‌شود.

• فرض می‌شود که مولکولهای یک گاز کامل ، شبیه به گویهای کوچک و بیضی بوده که در حرکت دائم کاتوره‌ای هستند. در گستره دما و فشار یک گاز کامل میانگین فاصله بین مولکولهای مجاور در مقایسه با اندازه یک مولکول ، زیاد است. قطر یک مولکول در حدود ^10-10×2 یا ^10-10×3 است. تحت شرایط متعارفی ، میانگین فاصله مولکولها حدود 50 برابر قطر آنهاست.
  
  
• فرض می‌شود که مولکولهای یک گاز کامل هیچ نیروی جاذبه یا دافعه بر روی مولکولهای دیگر بجز در مواردی که با یکدیگر و با یک دیواره برخورد می‌کنند، وارد نمی‌سازند. بین برخوردها مولکولها دارای حرکت مستقیم الخط یکنواخت‌اند.
  
  
• قسمتی از دیواره که یک مولکول با آن برخورد می‌کند صاف در نظر گرفته می‌شود و برخورد کاملا کشسان فرض می‌شود. اگر W سرعت یک مولکول نزدیک شونده به یک دیواره باشد، فقط مقدار مولفه عمودی سرعت W_vertical ، در اثر برخورد به دیواره تغییر می‌کند و از به W_vertical به W_vertical- می‌رسد. این امر ، یک تغییر کلی مساوی با 2W_vertical- در سرعت به بار می‌آورد.
  
  
• اگر هیچ میدان نیروی خارجی وجود نداشته باشد، مولکولها بطور یکنواخت در تمام ظرف توزیع می‌شوند چگالی مولکولی N/V ثابت فرض می‌شود. بطوری که در هر عنصر کوچک حجم d_V ، تعداد d_N مولکول وجود دارد که برابر است با:
  
  

عنصر بی‌نهایت d_V ، در نظریه جنبشی باید دارای همان شرایط باشد که در ترمودینامیک دارد. یعنی نسبت به V کوچک باشد و در عین حال آنقدر بزرگ باشد که d_N را عدد بزرگی بسازد. اگر به عنوان مثال ، 1cm³ حجم ، شامل 10¹³ مولکول باشد، یک میلیونیم یک سانتیمتر مکعب شامل 10¹³ مولکول است و شرایط یک عنصر دیفرانسیلی حجم را دارد.

• سرعت همه مولکولها یکسان نیست. در هر لحظه بعضی از مولکولها آهسته و برخی سرعت نور دانست، از آنجا که بیشتر سرعتهای مولکولی خیلی سریع حرکت می‌کنند بطوری که گستره سرعتها را می‌توان بین صفر و سرعت نور دانست. از آنجا که بیشتر سرعتهای مولکولی خیلی پایینتر از سرعت نور هستند، هیچ خطایی در انتگرال گیری سرعت از 0 تا ∞ بوجود نمی‌آید. اگر dN_V معرف تعداد مولکولهای با سرعت بین W و W + dW باشد، فرض می شود که مقدار آن ثابت باقی بماند. هر چند که مولکولها دائما در حال برخورد و تغییر هستند.

حال مسألة دیگری ایجاد می‌شود. چگونه می‌توان یک کنفیگوراسیون خاص را به جای رسم شکل آن با روشی ساده‌تر و راحت‌تر مشخص نمائیم؟ قابل استفاده‌ترین روش که تا کنون پیشنهاد شده،‌ استفاده از پیشوندهای R و S است. بر طبق دستورالعملی که به توسط آر.اس. کاهن (انجمن شیمی، لندن). عالیجناب کریستوفر اینگلد (کالج دانشگاهی، لندن)،‌ و وی، پرلوگ (دانشکده فنی زوریخ) پیشنهاد شده است. این روش شامل دو مرحله است

مرحلة 1. بر طبق یک سری از دستورهای گزینش، ، ترتیب تقدم را برای چهار اتم یا گروهی از اتمها- یعنی چهار لیگاند- متصل به مرکز کایرال تعیین می‌کنیم. به عنوان مثال در CHClBrI ، چهار اتم متصل به مرکز کایرال، همگی متفاوتند وحتی تقدم بستگی به عدد اتمی دارد؛ اتم با عدد اتمی بیشتر دارای حق تقدم بیشتر است. از این رو ترتیب تقدم به صورت I، Br،Cl،H است.

عکس پیدا نشد

مرحلة 2. جهت‌گیری مولکول را به نحوی در نظر می‌گیریم که لیگاند با پایین‌ترین تقدم در فاصله‌ای دور از ما قرار گیرد و سپس ترتیب قرارگرفتن گروههای باقیمانده را مورد نظر قرار می‌دهیم. اگر از لیگاند با بالاترین تقدم به لیگاندی که در تقدم دوم است و به همین ترتیب با لیگاند سوم از نظر تقدم برسیم و چشم ما در جهت حرکت عقربه‌های ساعت حرکت نماید، کنفیگوراسیون با R مشخص می‌شود(لاتین| rectus، راست)؛ اگر حرکت چشم ما در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت باشد کنفیگوراسیون S است (لاتین Sinister، چپ).

عکس پیدا نشد

بنابراین کنفیگوراسیونهای I و II به صورت زیر مشاهده می‌شوند
که به ترتیب با R و S مشخص می‌گردند.
نام کامل ترکیب فعال نوری- اگر معلوم باشد- هم کنفیگوراسیون و هم جهت چرخش را آشکار می‌سازد، به عنوان مثال، (S)-(+)- بوتیل کلرید نوع دوم،‌ یک مخلوط راسمیک را می‌توان با پیشوند RS مثل (RS)- بوتیل کلرید نوع دوم، مشخص نمود.

البته نباید چرخش نوری یک ترکیب- یک خاصیت فیزیکی از یک ترکیب واقعی مثل نقطه ذوب و نقطه جوش- را با جهتی که چشم ما در موقع تصور یک مولکول در یک موقعیت فرضی حرکت می‌کند اشتباه کنیم. تا جائی که به ما مربوط است هیچ تصوری راجع به این چرخش (+) یا (-) به کدام یک از کنفیگوراسیونهای R وS تعلق دارد نمی‌توانیم داشته باشیم مگر این که از طرق تجربی اطلاعات لازم را در مورد یک ترکیب خاص به دست آوریم.

مقدمه

آمینها ، دسته وسیعی از مواد آلی نیتروژندار را تشکیل می‌دهند که در آنها ، اتم نیتروژن به یک یا دو یا سه گروه آلکیل و یا آریل متصل می‌باشد. آمینها بسته به تعداد گروههای موجود ، بعنوان نوع اول ، دوم و سوم تقسیم‌بندی می‌شوند. در این بخش ، آمینهای آلیفاتیک مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گیرند.

اسید آمینه گلیسین و گروه امینی

نامگذاری آمینها

برای نامگذاری آمینها ، روشهای متعددی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ساده‌ترین و مرسوم‌ترین آنها ، روش استفاده از کلمه آلکیل آمین یا آریل آمین می‌باشد. مانند:

• C₆H₁₁-NH₂: سیکلو هگزیل آمین
• PhCH₂)₂NH): دی بنزیل آمین
• CH₃-NH₂: متیل آمین
  
  

برای نامگذاری آمینهای نوع اول ، از آمینو آلکان نیز استفاده می‌شود، مانند:

• C₅H₉NH₂: آمینو سیکلو پنتان
• C₂H₅-NH₂: آمینو اتان

برخی از آمینهای حلقه‌ای نام خاصی دارند و معمولا از این اسامی برای معرفی آنها استفاده می شود. آمینهای حلقه‌ای با نام azacycloalkane نیز مشخص می‌شوند.

خواص آمینهای آلیفاتیک

تعدادی از آمینهای آلیفاتیک مانند 1 ,4- دی‌آمینو بوتان (Putrescine) و 1 ,5- دی‌آمینو پنتان (Codaverine) سمّی هستند و از فاسد شدن گوشت و ماهی ایجاد می‌شوند. برخی دیگر مانند 2- متیل آزیریدین ، سرطانزا تشخیص داده شده‌اند.
با وجود این ، بسیاری از آمینها و مشتقات آنها ، دارای اثرات زیستی می‌باشند. از آن جمله پیپرازین (ضد انگل) ، هیستامین (تنگ کننده رگها) و نواکائین (بیهوش کننده) را می‌توان نام برد.

خواص فیزیکی و خصلت اسیدی و بازی آمینهای آلیفاتیک

آمینهای نوع اول ، دوم و سوم می‌توانند بعنوان دهنده و یا پذیرنده پیوند هیدروژنی عمل نمایند. ولی پیوند هیدروژنی آنها ضعیفتر از الکلها و آب می‌باشد و به همین علت ، آمینها نقطه ذوب و جوش پایینتری نسبت به الکلهای هم‌کربن دارند. مثلا نقطه جوش متیل آمین ، 6- درجه و متانول ، 64 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. آمینهای کوچک با هر نسبتی در آب حل می‌شوند.

آمینها در مقایسه با الکل ، اسیدهای ضعیفتری می‌باشند، ولی با وجود این می‌توان به کمک بازهای قوی عمل پروتون‌گیری از آمینها انجام داد. خاصیت بازی آمینها قابل ملاحظه می‌باشد و قدرت بازی آنها بوسیله استخلاف کنترل می‌شوند. لازم به یادآوری است که آلکیل آمینها درمقایسه با آریل آمینها قدرت بازی بیشتری از خود نشان می‌دهند.

ساختمان یک نوع آمین

روشهای تهیه آمینهای آلیفاتیک

• از واکنش آمونیاک یا آمینهای نوع اول و دوم با هالیدهای آلکیل ، می‌توان آمینها را تهیه نمود. از فعل و انفعال آمونیاک با هالیدهای آلکیل ، ابتدا منوآلکیل آمین تولید می‌شود. برای جلوگیری از ادامه واکنش ، لازم است که غلظت هالید آلکیل کم انتخاب شود. معمولا نوع محصول واکنش به مدت زمان انجان واکنش ، طبیعت ، غلظت هالید آلکیل ، نوع هالوژن و نوع کربنی که هالوژن روی آن قرار گرفته است، بستگی دارد. با کلریدها ، واکنش قابل کنترل‌تر می‌باشد و در صورت استفاده از یدید آلکیل ، آمونیوم چهارتایی تشکیل می‌شود. اگر غلظت CH₃I کم باشد، می‌توان آمینهای نوع دوم یا سوم را سنتز نمود.
  
  
• می‌توان با انجام واکنش آمیدور سدیم با یدیدهای آلکیل نوع اول در دمای پایین ، آمین نوع اول را بدست آورد. هالیدهای آلکیل نوع دوم و سوم به واکنش حذفی منجر می‌شوند و لذا برای تهیه آمین مربوطه مناسب نمی‌باشند.

واکنشهای شیمیایی آمینهای آلیفاتیک

آمونیاک و آمینهای آلیفاتیک در نقش بازهای قوی ، هسته خواه قوی و همچنین بعنوان اسید ضعیف در واکنشهای گوناگون شرکت می‌کنند. ساده‌ترین واکنش آمینها ، پروتون‌دار شدن آنهاست که به نمک مربوطه منجر می‌شود. به همین علت ، معمولا از آمینها جهت جذب اسیدهای آزاد شده در فعل و انفعالات شیمیایی استفاده می‌شود.

 

---

اصول طیف سنجی جرمی (اسپكترومتري جرمي )

یک ذره باردارمتحرک باسرعتی یکنواخت درخلا ء تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی نیرویی تحمل می کند که سبب تغییر مسیرش می شود.انحراف ذره ازمسیراولیه بستگی به جرم وبارالکتریکی ذره دارد.اگر سرعت ذره باردارتحت تاثیر یک میدان الکتریکی به اختلاف پتانسیل V تشدید شده باشد انرژی جنبشی ذره دراثراین میدان عبارت است از       (1 )     mv² /2  =V.e 

 که دراین رابطه  e و m و v   به ترتیب بار وجرم وسرعت ذره می باشد.طيف نگارجرمي يون هارابرحسب مقادير m/e  ازيكديگر جدا مي كند. در حضور یک میدان مغناطیسی ، یک ذره باردار مسیر منحنی شکلی را خواهد داشت. معادله‌ای که شعاع این مسیر منحنی شکل را نشان می‌دهد به صورت زیراست    :                                                 ( 2)       r = mv / eH

که r شعاع انحنای مسیر و H شدت میدان مغناطیسی است.   باحذف v ازبين دومعادله فوق٬ معادله اساسي اسپكترومتري هاي جرم ساده را بدست مي دهد.          m / e = H²R² / 2V      

این معادله نشان مي دهد که شعاع مسيريون٬ مي تواند در اثر تغيير  H ويا V تغيير نمايد. معمولا H  را متغير انتخاب مي نمايند.

رفتار و عمل یک یون را در بخش تجزیه‌گر جرمی یک طیف سنج جرمی توسط اين معادله مي توان توجیه نمود .      

             

اصول عمليات

دراسپكترومتري جرمي موادي كه توسط كروماتوگرافي گاز جداسازي شده اند  شناسايي واندازه گيري مي گردند .به اين  صورت كه٬  گازهاي خارج شده ازستون مويينه ( GC ) يكي يكي مستقيما واردمخزن يونش  دستگاه طیف سنج جرمی مي شوند . درقسمت هايي از دستگاه چون مخزن يون و جمع كننده و ....بوسيله پمپ ٬ خلاء ايجاد مي كنند.وقتي كه دستگاه طیف سنج جرمی كار مي كند .جریان یکنواختی از بخار مولکول ها از روزنه مولکولی به محفظه یونش وارد مي شوند و توسط جریانی از الکترون های پرانرژی بمباران شده وتبديل به يون هاي مثبت مي گردند.  در محفظه یونش الکترون های پرانرژی دارای انرژی معادل 70 میکرون - ولت هستند. و از یک "سیم باریک"  که تا چند هزار درجه سلسیوس گرم ‌شده است٬ ساطع می‌شوند.

 یک "صفحه دافع" که پتانسیل الکتریکی مثبت كمي دارد، یونهای مثبت  را به طرف "صفحات شتاب دهنده" هدایت می‌کند.

 مولکول های نمونه که یونیزه نشده اند.  بطور مداوم توسط مکنده‌ها یا پمپهای خلا٬ که به محفظه یونش متصل هستند، خارج می شوند. بعضی از این مولکولها از طریق جذب الکترون به یونهای منفی تبدیل می‌شوند. این یونهای منفی توسط صفحات دافع جذب می‌گردند.

 ممکن است که بخش کوچکی از یونهای تشکیل شده بیش از یک بار داشته باشند، (از دست دادن بیش از یک الکترون) اینها مانند یونهای مثبت تک ظرفیتی ، شتاب داده می‌شوند.

پرتوي يون هاي مثبت در یک میدان الکتریکی باقدرت چندين هزار ولت شتاب داده می‌شوند. درنتیجه  این عمل ، پرتویی از یونهای مثبت سریع تولید می شود. این یونها توسط یک یا چند "شکاف متمرکز کننده"  یکنواخت ومتمركز می‌شوند.اگر ولتاژاين ميدان ثابت نگهداشته شود٬ تمام يون هايي كه m/e  مساوي دارند   ٬ باسرعت يكسان وارد يك ميدان مغناطيسي مي شوند.و بسته به نسبت بار/جرم  جدا می‌گردند.

اگر شدت ميدان  ( ‌ H) رابه ميزان ثابتي افزايش ويا كاهش دهند نيروي اعمال شده بوسيله ميدان مغناطيسي افزايش وياكاهش مي يابد وپرتوهاي جداشده هريك به نوبت ازشكاف عبورنموده وبه صفحه آشكاركننده برخوردمي كنند .

آشکار کننده بخش ديگر دستگاه است .كه  در اثر برخورد یونها به آن ، هريون مثبت باگرفتن يك الكترون ٬ توليد جريان درمدار مي كند . سیگنال تولید شده از آشکار کننده به یک ثبات داده می‌شود که یونهای دارای نسبت بار/جرم مشخص و معین را٬ شمارش و آشکارمي گرداند.ونموداری از طیف جرمی ، تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت بار/جرم را رسم مي كند .  می‌توان آن قدر دقیق این جریان را تنظيم نمود. که جریان حاصل از برخورد حتي یک یون به آشکار کننده اندازه ‌گیری شود.

 در دستگاههای جدید ، خروجی آشکار کننده  به رایانه متصل است. رایانه  اطلاعات  را به هر دو صورت جدولی و گرافیکی ذخيره مي كند. درپايان داده‌ها با طیف های استاندارد ذخیره شده موجود در رایانه مقایسه می‌گردد.ومولكول جداسازي شده شناسايي مي شود.
  با كليك دراينجامي توانيدمراحل فوق الذكر را مشاهده كنيد.

بکمک  انرژی های پیوند می توان گرمای تشکیل  یک ماده را محاسبه کرد.  این محاسبات برای  صدها مولکول بیش از یک ویا دوکیلو کالری هرگز اختلاف ندارد  . اگر  اختلاف زیادی دراین مورد مشاهده شود پدیده دیگری اتفاق افتاده است . مثلا دربنزن  .

اگرماموقتا  هریک از ساختار های  ککوله را  بپذیریم درنتیجه  بنزن  دارای سه پیوندساده C - C   وسه پیوند دوگانه C = C  وشش پیوند   C -H ساده خواهد بود درنتیجه شش پیوند  کربن - کربن  ازنظر انرژی یکسان نخواهند بود .  درحالی که  بنزن از شش پیوندهمسان از لحاظ   انرژی  وطول   تشکیل شده است. چگونه چنین پدیده ایی رامی توان توجیه نمود.؟

 اگر گرمای استاندارد  تشکیل بنزن C6H6 را محاسبه کنیم.  گرمای استانداردبنزن ΔH  واکنش بین اتم های تنهای گرافیت و گاز H2 می باشد که منجر به تشکیل بنزن می شود. 

 طبق محاسبه تفاوت بین انرژی لازم برای تشکیل اتم های مجزا از( گرافیت ومولکول هیدروژن )  و( پیوند بین این اتم ها وتشکیل بنزن )گرمای تشکیل بنزن خواهد بود.

 ΔH⁰ = 1343 - 1283 = +60 kcal per mole of benzene
 

این محاسبات  نشان می دهد تشکیل بنزن درحالت استاندارد با  جذب گرما همراه است . که واقعیت است وگرمای تشکیل بنزن مثبت است . اما دراینجا ما بایک اختلاف درتجربه وتئوری مواجه می شویم  ، گرما جذب شده هنگام تشکیل  بنزن از کربن و هیدروژن 20 kcal mole^-1  می باشد   نه 60kcal mole^-1   . به نظرشما علت چیست؟ .

اینجا کلیک کنید تاعلت این اختلاف رادریابید.

درساختار واقعی بنزن پیوند دوگانه ویک گانه وجود ندارد.بلکه تمام پیوندها یکسان وحد واسط یگانه و دوگانه وطول آن ها برابر pm 154  می باشد.

بنزن  مثال مناسبی برای کاربرد یک سیستم الکترون غیر مستقر ( رزونانس) می باشد به طوری که طبق آن می توان برای سیستم پیوند پی بنزن یک قالب اوربیتال درنظر گرفت. اسکلت ساختاری بنزن درشکل زیر نشان می دهد .

اتم های کربن دربنزن دارای ساختار مسطح و هیبرید sp² می باشند .  دواوربیتال sp² با دواتم کربن دیگر در تشکیل حلقه شش گوشه شرکت نموده و   ویک اوربیتال  sp² دیگر با اتم H پیوند می دهد. به این ترتیب یک اوربیتال p برای هراتم کربن باقی می ماند. که به طور عمود برمولکول مسطح بنزن وبه فاصله مساوی ازهم قرارگرفته و درنتیجه باهم موازی خواهندشد .هر یک ازاین اوربیتال ها می توانند به طور یکسانی با اوربیتال سمت راست وچپ خود همپوشانی داده پیوندپی (پای ) تشکیل دهد. به طوری که دربنزن بجای سه پیوند دوگانه  مجزا یک پیوند پی  شش مرکزی وجود دارد. ابرالکترو نی پی  برروی بنزن این پدیده رانشان می دهد.

    

 

اکنون این سوال مطرح می شود که اوربیتال مولکولی MO )   p   ) دربنزن چگونه است ؟

اوربیتال مولکولی حاصل از ترکیب سه یاچند اوربیتال اتمی P موازی برروی اتم های متفاوت معمولااوربیتال مولکولی غیرمستقر پی( پای) خوانده می شوند .این اوربیتال هاتمام اتم های درگیررا، زیر پوشش خود دارند. n اوربیتال مولکولی  پی که باروش " ترکیب خطی اوربیتال های اتمی " ازn اوربیتال اتمی  p موازی پدید می آیند برصفحه ی مولکولی عمودند .هنگامی که nزوج باشد شمار اوربیتال های مولکولی پیوندی     پی   (  ازهمپوشانی هم فازاوربیتال های موازی p برروی اتم هاحاصل می شود.)   برابرباشماراوربیتال های مولکولی ضد پیوند  پی   (  ازهمپوشانی ناهم فاز اوربیتال های موازی p برروی اتم هاحاصل می شود.)   است.

اوربیتال های مولکولی  حول محور دوهسته متقارن نبوده ودانسیته الکترون درصفحه ای که دوهسته برآن قراردارند صفر است. یعنی دارای صفحه ی گرهی عمود برمحور پیوند هستند . گره ها درتابع موجی  دیده می شوند .

بکمک اوربیتال مولکولی (MO ) وضعیت  اوربیتال های  p_z1+p_z2+p_z3+p_z4+p_z5+p_z6, شش کربن ، اطراف حلقه را می توان  نشان  داد.

 هر MO  از 0, 1, 2یا3 گره ناشی شده است.  این گره ها را در دیاگرام MO برای الکترون های پی بنزن با رعایت سطح انرژی درزیرمی بینید. . دراین شکل هر اوربیتال pz بوسیله یک دایره شامل ‘+’ یا  ‘-‘ نشان داده شده است ( دایره های  ‘-‘ سایه دار نشان داده شده   وتمام دایره های روشن دارای علامت مثبت هستند)  این نمودار نمایش ساده گرافیکی ازانواع ترکیب های خطی بین اوربیتال pz  بنزن هستند .میان گره هاMO  خط کشیده شده است.

 

 وجود شش الکترون غیر مستقر برروی حلقه بنزن که به طور یکنواخت برروی شش کربن  حرکت می نمایند (رزونانس ) وپایداری زیادی درحدود 40 کیلو کالری( Kj/mol  152  ) به بنزن داده اند به طوری که علیرغم ساختار غیر اشباع دربنزن تمایلی به واکنش های افزایشی ازخود نشان نمی دهد .

 

در قدیم  ، به شیمی دانان کیمیاگر می گفتند و کیمیاگریان در درجه اول دنبال اکسید حیات می گشتند . اکسید حیات اگر پیدا می شد دو ویژگی داشت .

اول جوانی نصیب انسان می کرد و دوم مس را به طلا مبدل می کرد ..

کیمیاگران قریب به هزار سال اکسید حیات را جستجو کردند و پر واضح است که هر چه بیشتر گشتند کمتر یافتند . در قدیم بویژه در قرون وسطی هر پادشاه و هر پرنس یک بساط کیمیاگری داشت . کیمیاگرانی که در کیمیاگری خدمت می کردنند ، موظف بودند اکسید حیات را پیدا کنند .

کیمیاگران در آزمایشگاهای کیمیاگران ، با انواع ترکیبات ور می رفتند و نادانسته به علم شیمی خدمت می کردند . املاح مختلف جیوه و مس بیشترین کاربردها را داشتند .

وضعیت اخیر آنقدر ادامه پیدا کرد تا انکه ( آنتوان لونت لاوازیه در علم شیمی روشنائیهایی پدید آورد و زمینه را برای شکوفاتر شدن علم شیمی آماده کرد . بدین ترتیب شیمی کم کم به صورت یکی از ضوابط و رشته های علوم طبیعی تجلی نمود .

پیش کسوتان شیمی جدید در درجه اول از خود سوال می کردند : چرا ترکیبات یا مواد آلی ( اورگانیک ) و غیر آلی ( آن اورگانیک ) وجود دارد و عناصر ترکیبات چگونه با یکدیگر ترکیب شده اند . آنها حتی اندر باب خرد مواد آلی اگاهیهای زیادی نداشتند و مثلا نمی دانستند آن دو را چگونه می شود تعریف کرد . آنها فقط می دانستند خود شیمی عبارت است از ، علم مطالعه ترکیب مواد و تغیر ترکیب آنها . آنها شیمی را کمی نه در رشته های مجزا نظیر شیمی آلی ، شیمی کانی ، شیمی فزیک و غیره قبول داشتند .

تازه بعدها بود که مثلا روشن شد شیمی آلی شعبه ای است از علم شیمی که به مطالعه ترکیبات کربن اختصاص دارد . چرا که اتمهای کربن می توانند به طور متنوع با یکدیگر ترکیب شده و تشکیل ترکیبات حلقوی یا ترکیبات زنجیری درازی را بدهند . یا آنکه شیمی غیر آلی ( شیمی کانی ) شعبه ای است از علم شیمی که به مطالعه عناصر و ترکیبات مواد معدنی اختصاص دارد .

به هر حال دوره ، دوره کشف عناصر شیمیائی بود . هر چند مدت عنصر جدیدی کشف می شد و ضمنا جدول تناوبی یا جدول مندلیف نیز هنوز تنظیم نشده بود .

در دانش شیمی نوع نابسامانی به چشم می خورد و نابسامانی در زمینه نامگزاری عناصر چشمگیر تر بود . هر کس به سلیقه خود برای هر عنصر نام جداگانه انتخاب می کرد . شدت چند گانگی اسامی بحدی بود که گاهی اسم فلان عمصر با اسم همان عنصر در شهر مجاور فرق می کرد . غالب اسامی ریشه در دوره کیمیاگری داشتند و در تمام اسامی نوعی گرایش فولکوریکی و غیر علمی محسوس بود .

برای مثال اکسیژن ( هوای آتشی ) و اسم آنتیمون ( سلطان آنتیمونی سولفید ) بود . علاوه بر آن چون فورمولهای شیمیائی وجود نداشتند بجای آنها از انواع علامتها و تصویرها سود می جستند .

چند غالب قریب به اتفاق علامتهای مفهوم عام نداشتنه و تنها خود مبتکر از آنها سر در می آورد .لزوم ایجاد نوعی نظم برای بی نظمی در شیمی اجتناب ناپذیر شد . خوشبختانه دیری نگذشت که ، مقاله ای در سال 1815 در نشریه ( ژورنال مختص شیمی و فیزیک ) منتشر شد که حلال مشکل به شمار آمد .

در مقاله توصیه شده بود ، از آن پس به جای علامت و تصویر فرمول شیمیائی استفاده شود . در مقاله آمده بود : فورمولهای پیشنهادی به ما امکان می دهند نه تنها خود عنصر را بشناسیم بلکه ترکیبات عناصر را بشناسیم بلکه ترکیبات عناصر را با یکدیگر نیز به راحتی و سادگی بفهمیم و آنها را مورد استفاده قرار بدهیم .

فورمولهای پیشنهادی به سادگی فورمولهای جبر در ریاضیات قابل درک و تعمیم هستند و بدون اشکال بخاطر سپرده می شوند . پیشنهاد من آن است که حرف اول نام لاتینی هر عنصر را به عنوان فرمول آن عنصر پذیرا شویم . مثلا برای اکسید مس CU+O برای اسید کربینیک C+2O و برای آب 2H+O و غیره . حال اگر یک حجم ترکیبی داشته باشیم می توانیم از + صرفنظر کنیم مثلا بجای آنکه بنویسیم CUI+SO3 می نویسیم CUOSO3 .

نویسنده مقاله شخصی بود به نام جون جاکوب برزیلیوس ، پرفسور در رشته شیمی و در آکادمی علوم سوئد عضویت داشت و یک شیمی دان با شهرت جهانی به شمار می آمد .

فورمول پیشنهادی او بحدی پراتیک و ساده و علمی بود که با آغوش باز پذیرفته شد بلکه در دراز مدت کاربرد بین المللی پیدا کرد و اهمیتش را تا امروز نیز به طور صد در صد حفظ کرده است .

جان جاکوب برزیلیوس در 20 اوت 1779 در واروسوندا واقع در گروئلند شرقی به دنیا آمد . پدر و مادرش را خیلی زود یعنی در دوره دبستان از دست داد . از خانواده فقیری بود به طوری که در عین درس خواندن ناچار بود کار هم بکند ، او دوره دبیرستان را در دانشگاه اوپالا به اتمام رساند . شرح حال نویسان برزیلیوس ، آنالیز آب معدنی چشمه سلامت بخش را نخستین گام در راه علمی بعدی وی تلقی کرده اند .

برزیلیوس نتیجه مطلعات مذکور را در سال 1800 نحت عنوان ( آنالیز جدید آب مده وی ) اتشار داد .

در همان سال از کشف جدیدی به نام استون ولتانی اطلاع حاصل کرد و با کمک 60 صفحه مس و قلمی شخصا یک ستون ولتانی ساخت . تجربیاتی را که با کمک ستون مذکور و با استفاده از بیمارانش بدست آورد در سال 1802 تحت عنوان نتایج تاثیرات الکتریسیته گالوائی بر روی اجسام آلی و به عنوان رساله دکترای خویش منتشر کرد . او ثابت کرد جریان ولتاز بعکس تصور خیلی ها ، هیچگونه اثرات بهبودی ندارد و بیماران را ولو به اندازه سر سوزن شفا نمی بخشد .

بخت او را در سر راه ویلهلم هیسینگر قرار داد هیسینگر مرد بسیار متمکنی بود که مالک چندین معدن به شمار می آمد . او با سرمایه شخصی خودش آزمایشگاه بسیار مجهزی تدارک دید و آن را به طور در بست به اختیار برزیلیوس قرار داد .

آزمایشهائی که برزیلیوس در آنجا انجام داد رشته های شیمی تئوری و شیمی آزمایشگاهی را پایه گزاری کرد .

برزیلیوس عمر خود را وقف آنالیز ترکیبات شیمیائی ( کواآنتی تاتیو ) و ( کوآلی تاتیو ) و برسی مواد طبیعی کرد . و در ضمن بسیاری از لوازم آزمایشگاهی امروزه را کشف و طراحی کرد و معاقبا درباره شیمی کتابهائی به رشته تحریر در آورد .

برزیلیوس بالغ بر 2000 ازمایش خطرناک انجام داد مثلا در اثنای آزمایش با طلا فولمینات انفجاری رخ داد که کم مانده بود او از هر دو چشم نابینا کند .

در سال 1828 لیست 26 عنصر شناخته شده را با وزن اتمی آنها منتشر کرد . در عین حال عناصر سریوم ، سلن ، سیرکونیم و توریورم را کشف کرد و با همیاری شاگردش سفشتروم موفق به کشف عنصر ( وانادیم ) گردید . برزیلیوس که به پاس خدماتش به دانش شیمی به دریافت لقب فرایهر مفتخر شده بود ، در تاریخ 7 اوت 1848 در استکهلم دارفانی را وداع گفت .

چسب‌های بسیاری برای متصل کردن اجسام مشابه یا غیر مشابه در دسترس هستند.
امروزه تقریبا استفاده از چسباننده‌های طبیعی مثل سریش بجز موارد استفاده خاصی منسوخ شده است. در عوض هر روز شاهد تولید و سنتز چسب‌های جدیدی هستیم که منشأ پلیمری دارند. چسب‌ها در اشل صنعتی به شیوه‌های گوناگونی تهیه می‌شوند که در این بحث برخی از مهمترین روشها را معرفی می‌کنیم

 

پخت یا پروراندن رزین چسب به صورت یک جسم جامد

اپوکسی‌ها معروفترین چسبهای این گروه هستند که با استفاده از رزینهای سیکلوآلیفاتیک ، طوری فرمولبندی می‌شوند که در دماهای بالا قابل استفاده باشند. برای سنتز چسبهای قوی و نیمه انعطاف‌پذیر از رزینهای اپوکسی با عوامل پخت پلی آمین یا پلی آمید استفاده می‌شود و بیشتر اپوکسی‌ها بدون استفاده از مواد افزودنی هم چسبندگی خوبی دارند. زمان پخت می‌تواند از ثانیه‌ها تا روزها طول بکشد که این امر به کاتالیزورها و دما بستگی دارد.
اپوکسی فنولی با استفاده از این چسبها می‌توان اتصالاتی پدید آورد که تا 315ºC پایدار هستند. این چسبها در دماهای بالا پرورده می‌شوند و از آنها برای پیوند ساختمانی و لانه زنبوری استفاده می‌شود. از دیگر چسبهای این گروه می‌توان از پلی استرها (که ارزان قیمت و زودگیر و شکننده هستند)، سیلیکونها ، سیانوآکریلاتها و آکریلیها ، نام برد.

 

تبخیر حلال از محلول پلیمر گرمانرم

مواد پلیمری حل شده در حلالها می‌توانند چسبهای مفیدی تشکیل دهند. با تبخیر حلال ، پلیمر گرمانرم جامدی حاصل می‌شود که به چسب حلال معروف است. از این گروه می‌توان نیتروسلولز را نام برد که سالها محلول 10 تا 25 در صد آن به عنوان چسب هواپیما و یا برای مصارف خانگی استفاده می‌شد.
آکریلیها ، محلول رزینهای آکریلیک پرورده شده هستند و به چسبهای پلاستیک مشهورند و برای متصل کردن پلاستیکهای ABS ، پلی استیرن و آکریلی مؤثرند. سیمانهای لاستیکی هم جزو چسبهای حلال می‌باشند.

 

تبخیر آب از یک شیرابه پلیمری

شیرابه‌ها از ذرات کوچک پلیمر پرورانده شده معلق در آب تشکیل شده‌اند و در موقع تبخیر آب ، ذرات بوسیله نیروهای واندرواسی به یکدیگر متصل می‌شوند. رزین خشک شده ، دیگر در آب حل نمی‌شود. از این چسبها می‌توان پلی وینیل استات را نام برد که برای اتصال قطعات چوبی بکار می‌رود و به صورت شیرابه (محلول در آب) عرضه می‌شود و به نام چسب سفید یا چسب چوب معروف است.

 

سرد کردن پلیمر گرمانرم ذوب شده

پلیمرهایی که در دمای مناسب ذوب می‌شوند و دارای نیروهای جاذبه زیادی می‌باشند، بعنوان چسب داغ ذوب شناخته می‌شوند. از انواع پلی استرهای گرمانرم ، پلی آمیدها و پلی اتیلنها ، بعنوان چسب داغ ذوب استفاده می‌شود. این چسبها به صورت لوله‌هایی با ضخامت کم در بازار موجود می‌باشد. در اثر حرارت دادن ، لوله ذوب و جاری می‌شود و با مالیدن به سطح جسم و فشردن سطوح به همدیگر ، اتصال در ضمن سرد شدن انجام می‌شود.

 

عوامل اتصال دهنده

موادی که با شیمی دوگانه وجود دارند، می‌توانند به چسبندگی کمک کنند. این ترکیبات دارای دو گروه عاملی متفاوت در دو انتها می‌باشند و معمولیترین آنها عوامل اتصال دهنده سیلان می‌باشند. یک انتهای این ترکیبات ، تولید چسبندگی با شیشه یا مواد معدنی دیگر می‌کند و انتهای دیگر از نظر شیمیایی فعال می‌باشد.
اخیرا ترکیباتی به نام تیتاناتها وارد بازار شده‌اند که مانند سیلان دارای شیمی دوگانه هستند و شبیه آنها عمل می‌کنند، اما برتریهایی هم در برخی خواص نسبت به سیلانها دارند.

دید کلی

شیمی در محیط زیست ما نقش اساسی دارد. در واقع در بین مردم متداول است که بیشتر مسائل آلودگی جاری را به گردن مواد شیمیایی سنتزی و پدید آورندگان آنها بیاندازند. اما این نکته ناگفته می‌ماند که بیشتر مسائل زیست محیطی ، قرنها و دهه‌های گذشته ، مانند آلودگی میکروبی آب آشامیدنی ، تنها زمانی برطرف شدند که روشهای علمی بطور کلی و شیمی بطور اخص در مورد آنها بکار گرفته شد. افزایش شگفت‌ انگیز عمر انسان و بهبود کیفیت زندگی در دهه‌های اخیر به مقدار زیاد به علت پیشرفت شیمی و پدید آمدن مواد شیمیایی جدید بوده است.

محصولات فرعی اجسامی که برای بهتر شدن سلامتی و بالا رفتن استاندارد زندگی ما بکار گرفته شده‌اند، در مواردی بوسیله تنزل دادن سلامتی ما و همچنین سلامتی گیاهان و حیوانات ، همچون شبهی ما را دنبال می‌کنند. بطور خلاصه ، غلبه ما بر آلودگی گسترده زیست شناختی و بالا بردن استانداردهای سلامتی و ثروت مادی در کشورهای توسعه یافته به قیمت آلودگی شیمیایی گسترده کره زمین در سطح کم تمام شده است.

مواد شیمیایی و نظرات دانشمندان

تا به حال در بین دانشمندان در این باره که آیا آلودگی بوسیله مواد شیمیایی در سطح کم بر روی سلامتی انسانها یا سایر موجودات زنده اثر مضر و نامطلوب دارد، اتفاق نظر نیست. بعضی از دانشمندان ، خطر هر گونه اثرهای زیان آوری را به علت تاثیر مواد شیمیایی سنتزی (بویژه موادی که در ایجاد سرطان دخالت دارند) بطور کامل رد می‌کنند. این مواد به غلظتهای خیلی بیشتر اجسام سمی طبیعی مانند آفت کشهایی که بوسیله گیاهان تولید می‌شود و ما در معرض آنها قرار داریم، اشاره می‌کنند. در انتهای دیگر این طیف ، دانشمندانی هستند که معتقدند مواد شیمیایی در محیط زیست نقش عمده‌ای در شروع انواع معینی از سرطانها و نواقص در انسانها و حیات وحش دارند.

مواد شیمیایی سمی و نوزادان

نگرانی جامعه ، با توجه به وجود مواد شیمیایی در محیط زیست معمولا مربوط به قابلیت آنها در ایجاد سرطان است. اما پژوهشگران کار خود را صرفا روی اثرهای سرطانزایی احتمالی متمرکز نمی‌کنند. دانشمندان به این موضوع پی برده‌اند که در مسائل مربوط به تولید مثل ، از جمله مسائلی که به نقص جنین می‌انجامد، در حیوانات آزمایشگاهی که در معرض غلظتهای زیاد مواد شیمیایی زیست محیطی قرار می‌گیرند به همان اندازه مشخص کننده است.

اخیرا برای پی بردن به اینکه آیا افرادی که مدتهای طولانی در معرض همان نوع مواد شیمیایی بوده‌اند، البته در سطوح کمتر ، نیز با خطر مشکلات تولید مثلی روبه رو هستند یا نه ، کارهای پژوهشی انجام شده است. برای آشکار ساختن اثرهای نسبتا ظریفی که احتمال می‌رود در انسانها رخ بدهد، لازم است جمعیتی پیدا کنیم و مورد بررسی قرار دهیم موقعیت جغرافیایی ، نوع کار ، یا رژیم غذایی آنها ممکن است این افراد را در معرض بیش از مقادیر میانگین از مواد شیمیایی مورد نظر قرار داده باشد.

راههای جلوگیری از آلودگی

این نکته روشن است که احتمالا سلامتی و رفاه انسانها از راههای ظریف اما موثری بوسیله غلظتهای کم از مواد شیمیایی در محیط زیست ما تحت تاثیر قرار می‌گیرد. از نظر تاریخی بطور ضمنی یا به طور صریح اینطور فرض شده بود که مواد شیمیایی منتشر شده در محیط زیست بوسیله طبیعت تحلیل خواهند رفت. اما امروزه می‌دانیم که چنین نیست. بسیاری از مواد پلیمری که امروزه در جامعه و صنعت تولید می‌شوند قرنها قابل تجزیه و بازگشت به چرخه طبیعی نیستند.

راهبرد اولیه این بود اغلب بوسیله جمع آوری و دور ریختن توده‌های زیادی از این مواد ، پیش از اینکه در محیط زیست پخش شوند، از رها شدن آنها جلوگیری شود. پس از جمع آوری ، آنها را به صورت اجسام جامد درمی‌آورند و در زمینهای بایر می‌ریزند. یک اشکال این قبیل راهبردها این است که آلاینده‌ها معمولا در این فرآیند منهدم نمی‌شوند بلکه صرفا به صورت مطلوب‌تری درمی‌آیند یا اینکه در محیط متفاوتی رسوب داده می‌شوند. راهبرد شیمی سبز که اکنون جای راه حل بالا را می‌گیرد، تجدید نظر در فرمول ‌بندی راههایی است که در سنتز مواد شیمیایی در درجه اول محصولات فرعی سمی تولید نشوند.

قلمروهای شیمی زیست

موضوع شیمی محیط زیست هم شامل اجسام و فرآیندهای طبیعی است که در یک محیط زیست پاکیزه حائز اهمیتند و هم اینکه مسائل آلودگی قابل ملاحظه‌ای را که مبنای شیمیایی دارند، دربرمی‌گیرد. اگر چه طبیعت اکثرا موضوعهای مورد بحث به گونه‌ای است که بیش از یک محیط فیزیکی یا یک ترکیب را دربرمی‌گیرند، اما مطالب مورد بحث شیمی محیط زیست به اینگونه طبقه بندی کلی می‌شوند:

• شیمی اتمسفر
• مواد شیمیایی آلی سمی
• شیمی آب ، از جمله فلزات سنگین و نقش خاکها و رسوبها
• منابع سوخت و انرژی ، از جمله انرژی هسته‌ای
  
  

مسائل محیط زیستی بطور کلی ناشی از افزایش جمعیت دنیاست افزون بر این بسیاری از مسائل زیست محیطی وجود دارند که مورد بحث شیمی محیط زیست نیستند، زیرا این مسائل عمدتا منشا شیمیایی ندارند.

لاووازيه

 

"آنتوان لوران لاووازیه" در 26 اوت 1743 در پاریس از پدر و مادری ثروتمند و مرفه زاده شد.

او زیر نظر استادانی قابل ، نجوم ، گیاه شناسی ، شیمی و زمین شناسی را بخوبی فرا گرفت. پس از اتمام دوره حقوق ، بار دیگر به علوم گرایید و 3 سال بعد در آن هنگام که جوانی 25 ساله بود، به عضویت فرهنگستان سلطنتی علوم برگزیده شد.

لاووازیه که در حقیقت بنیانگذار شیمی جدید محسوب می‌شود. تجربه و سنجش توام با نتیجه‌گیری صحیح را پایه و اساس این علم قرار داد. وی نخستین کسی بود که ترازو را جهت سنجش و تحقیق در فعل و انفعالات شیمیایی در آزمایشگاه وارد عمل کرد.

قبل از او دانشمندان شیمی در مورد سوختن ، عقیده عجیبی داشتند و آن را این طور تعریف می‌کردند که هر جسم سوختنی دارای ماده ای است نامرئی به نام فلوژیستون و چون جسم مشتعل شود، این ماده از آن خارج می‌شود. هر چه جسم بیشتر قابل اشتعال باشد مقدار بیشتری از این ماده را در بردارد و شعله همان فلوژیستیک است که از جسم متصاعد می‌گردد.
به موجب این نظریه ، قدما معتقد بودند که وقتی جسمی در هوا می‌سوزد، سبکتر می‌شود. زیرا ماده فلوژیستون آن خارج می‌گردد. این نظریه نادرست ، سراسر قرن 18 را به کلی مسموم ساخته بود و حتی دانشمندان بزرگ نیز بدان اعتقاد داشتند. چنانکه "پریستلی" هنگامی که گاز اکسیژن را برای نخستین بار تهیه نمود، آن را هوای بدون فلوژیستون نام نهاد.

ادامه مطلب

شايد بسيار عجيب باشد كه عمليات الكتروليز را بدون جريان برق انجام داد.اما اين كار انجام پذير است.هر چند اين نوع دستگاه الكتروليز به علت وزني كه دارد براي هر نوع استفاده اي مناسب نيست اما نظر به اينكه از جريان برق بي نياز است قابل توجه مي باشد........ استفاده از الكتروليز امروزه بهترين راه براي توليد سوخت پيل ميباشد. اين برتري به دلايل زير است: 1- الكتروليز علاوه بر توليد هيدروژن، اكسيژن مورد نياز پيل را نيز توليد مي كند. 2-الكتروليز بسيار ساده و با خلوص بالا هيدروژن توليد ميكند 3-هزينه هاي آن در مقايسه با روش هاي ديگر بسيار كمتر است و... در واقع تنها مشكلي كه براي استفاده از الكتروليز وجود دارد نيازمند بودن آن به برق است. ديگر اينكه در صورت استفاده پيل براي وسايل نقليه حمل آب نا مناسب به نظر ميرسد كه اين مشكل با ذخيره سازي هيدروژن قابل حل است. اما در مورد مشكل اول بايد گفت كه تحقيقات بسياري براي انجام الكتروليز بدون نياز به جريان الكتريسيته انجام گرفته است. كه در اينجا به اين مسٌله ميپردازيم: شايد بسيار عجيب باشد كه عمليات الكتروليز را بدون جريان برق انجام داد.اما اين كار انجام پذير است.هر چند اين نوع دستگاه الكتروليز به علت وزني كه دارد براي هر نوع استفاده اي مناسب نيست اما نظر به اينكه از جريان برق بي نياز است قابل توجه مي باشد. در اين دستگاه از خاصيت مغناطيسي براي تبديل آب به يون هاي سازنده استفاده مي شود به اين صورت كه آب را از مسيرهايي با ديواره هاي مغناطيسي عبور مي دهند. آب در حين عبور از اين مسير ها به يون هاي سازنده تبديل ميشود و به الكترود هاي موجود منتقل مي شود تا يونهاي هيدروژن اكسيده و اكسيژن كاهيده شود. به اين طريق جرياني از الكترون بين الكترود کاتد و آند ايجاد ميشود. در واقع به جاي اينكه جريان برق يون ها را مجبور به الكترون دادن يا گرفتن كنند،خود يون ها داوطلبانه به سمت الكترود ها ميروند و جرياني از الكترون را برقرار مي كنند.البته بايد به اين مطلب هم توجه داشت كه اين جريان ايجادي صرف اكسايش هيدروژني ميشود كه جفت اكسيژنش آن را ايجاد كرده. بنا بر اين جهت ادامه الكتروليز نمي توان از اين جريان استفاده كرد. همانطور كه اشاره شد، استفاده از اين روش به دليل وجود تجهيزات مغناطيسي به نسبت سنگين است. و نيز براي توليد هيدروژن مطلوب هزينه بر نيز ميباشد. اما با توجه به عدم وابستگي آن به جريان برق به نظر مناسب مي آيد.

دید کلی

شیشه از نظر ساختمان مولکولی در حالت جامد آرایش مولکولی نامنظم دارد. در درجه حرارت‌های بالا ، شیشه مثل هر مایع دیگری رفتار می‌کند. اما با کاهش دما ، گرانروی آن بطور غیر عادی افزایش می‌یابد و باعث می‌شود مولکول‌ها نتوانند در آرایشی که لازمه کریستال شدن است، قرار گیرند. به این ترتیب شیشه از نظر ساختمان مولکولی مانند مایعات نامنظم است، ولی این ساختمان غیر منظم ، دیگر متحرک نیست.

شیشه جسمی سخت است که سختی آن در حدود 8 می‌باشد و همه اجسام بجز الماسه‌ها را خط می‌اندازد. وزن مخصوص شیشه 2.5 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و بسیار تُرد و شکننده است. شیشه در مقابل تمام مواد شیمیایی حتی اسیدهای قوی و بازها مقاومت کرده و تحت تاثیر خورندگی واقع نمی‌شود، به همین علت ظرف آزمایشگاهی را از شیشه می‌سازند. فقط اسید فلوئوریدریک (HF) بر آن اثر داشته و شیشه را در خود حل می‌نماید.

تاریخچه

شیشه گری ، یکی از قدیمیترین حرفه‌هایی است که بشر بدان اشتغال داشته است. مصری‌ها سازنده اولین اشیای شیشه‌ای بوده‌اند که ظروف بدست آمده از حفاریهای مصر قدمت 5000 ساله دارد. رومیان نیز در فن شیشه گری مهارت داشته‌اند و در این صنعت از سایرین پیشرفته‌تر بودند. رونق شیشه سازی در نخستین ادوار تاریخ اسلامی صورت گرفته است، زیرا هنری بود که در مساجد و زیارتگاه‌ها و تزئینات مذهبی جلوه خاصی داشته و مورد استفاده قرار می‌گرفت.

در ایران نیز ساختن شیشه قدمت چند هزار ساله دارد. و نخستین واحد ماشینی تولید شیشه ساختمانی در ایران در سال 1340 شروع بکار کرد.

ترکیبات سازنده شیشه

اجزای اصلی تشکیل دهنده شیشه

با نگاه به جدول عناصر ، کمتر عنصری را می‌توان یافت که از آن شیشه بدست نیاید، ولی سه ماده کربنات دو سود ، سنگ آهک و سیلیس ، مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه می‌باشند. مواد شیشه ساز مورد تایید موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران عبارتند از سیلیس (SiO₂) ، دی‌اکسید بور (B₂O₃) ، پنتا اکسید فسفر (P₂O₅) که از هر کدام بتنهایی می‌توان شیشه تهیه نمود.

ادامه مطلب

آب خالص ماده‌اي است بي‌رنگ، بي‌بو و بدون طعم. فرمول شيميايي آب H2O است، يعني هر مولكول آب از اتصال دو اتم هيدروژن به يك اتم اكسيژن ساخته شده است. نكته‌اي كه بايد در نظر داشت آن است كه عنصر هيدروژن همانند بسياري ديگر از عنصرهاي طبيعت ايزوتوپ‌هايي دارد كه عبارتند از H ۲ كه با D دوتريم و H ۳كه با T تريتيم نمايش مي‌دهند. براي آشنا شدن با تفاوت اين ايزوتوپ ها بهتر است يك بار ديگر ساختار اتم را به يادآوريم.

ساختار اتم
اتم كوچكترين بخش سازنده يك عنصر شيميايي است كه هنوز هم خواص شيميايي آن عنصر را دارد. خود اتم ها از سه جزء ساخته شده اند: الكترون، پروتون و نوترون. پروتون و نوترون در درون هسته اتم قرار دارد و الكترون به دور هسته اتم مي‌گردد. الكترون بار منفي و جرم بسيار كمي دارد. پروتون بار مثبت و نوترون بدون بار است. جرم پروتون و نوترون برابر و حدود ۱۸۷۰ بار سنگين تر از الكترون است، بنابر اين بخش عمده جرم يك اتم درون هسته آن قرار دارد. ايزوتوپ: ايزوتوپ به صورت‌هاي گوناگون يك عنصر گفته مي‌شود كه جرم آنها با هم تفاوت داشته باشد. تفاوت ايزوتوپ‌هاي مختلف يك عنصر از آنجا ناشي مي‌شود كه تعداد نوترون‌هاي موجود در هسته آنها با هم تفاوت دارد.


ادامه مطلب

                                             

شيميدان در داروخانه

- روزي يك شيميدان وارد داروخانه اي

 مي شود و مي پرسد" اسيد استيل ساليسيك " داريد؟

- فروشنده ميگويد:منظورتان آسپيرين است ؟

- آه . بله.بله.هيچ وقت اسمش يادم نمي ماند.

 

كنار دريا

روزي يك فيزيكدان ، يك زيست شناس ويك شيميدان براي اولين بار به اقيانوس مي روند. فيزيكدان چنان جذب اقيانوس و جذابيت امواج آن شده بود كه تصميم گرفت روي ديناميك سيالات تحقيق كند و به درون اقيانوس قدم گذاشت ، اما غرق شد و هرگز باز نگشت .

زيست شناس نيز كه از اين همه عظمت به هيجان آمده بود تصميم گرفت روي گياهان و جانوران درون اقيانوس تحقيق كند واو هم وارد اقيانوس شدو هرگز باز نگشت .

شيميدان كه مدتي طولاني منتظر آن ها مانده بود ، بالاخره دفتر چه يادداشت خودرا در آورد ومشاهدات خودرا چنين نوشت " فيزيكدان و زيست شناس در آب اقيانوس حل شدني هستند".

جدول تنابي

روؤي معلم شيمي با عصبانيت به دانش آموزان گفت : براي چه جدول تناوبي را حفظ نكرده ايد؟ من وقتي به سن شما بودم ،آن را كاملا حفظ بودم.

يكي از دانش آموزان بلند شد وگفت " اجازه آقا آخه زمان شما جدول تناوبي عنصر زيادي نداشت.   

مهمترين مسئله

سوال : مهمترين مسئله در علم شيمي چيست؟

پاسخ : هرگز هيچ قاشقي را ليس نزنيد.                           

 

قوانين آزمايشگاه از زبان يك شيميدان

1- وقتي آزمايشي درست از كار در مي آيدحتما چيزديگري در آن آزمايش درست عمل نكرده است.  2- وقتي نمي داني چه كاري داري انجام مي دهي حداقل آن را مرتب انجام بده.

3- براي به دست آوردن يك نمودار منحني ، اول منحني هارا ترسيم كن بعد نقطه هارا بگذار.         4- تجربه نسبت مستقيم با خراب كردن وسائل دارد.                                                    5- هميشه اطلاعات مربوط به كارتان را ثبت كنيد. زيرا فقط بدين ترتيب مي توانيد ثابت كنيد كاري انجام داده ايد.

6- اگر نمي توانيد از حالت معمول به پاسخ دست يابيد بهترين كار آن است كه از جواب شروع كنيد و و سپس به سئوال برسيد.

7- هنگام برخورد با شك و ترديد در مورد مسئله اي ، به زور هم كه شده آن را توجيه پذير جلوه دهيد.

8- اگر به معجزات اعتقاد نداريد ، اما مي توانيد بر آن ها تكيه كنيد.

9- كار گروهي بسيار مهم است ، زيرا هميشه مي توانيد گناه را به گردن كس ديگري بيندازند.

10- هيچ آزمايشي را نمي توان صددر صد شكست دانست ،زيرا حداقل به عنوان يك مثال منفي     كار برد دارد.

 

آخرين جملات يك شيميدان در لحظه مرگ 

-         و حالا به شما بگويم احساس مرگ اين مزه را دارد ....

-       كمي مرا تكان بدهيد....

-       به نظر شما آب معدني من در كدام ليوان است؟

-       آخر نفهميدم چرا آن جسم با شعله سبز رنگ مي سوزد.

-       اين تجربه ، اولين تجربه در عمرم است كه بدون انفجار انجام مي شود.                                                                            ضرب المثل شيميايي

-       يك شيميدان واقعي هرگز نمي ميرد . او فقط نمي تواند واكنش  نشان دهد.

 

   سئوال و جواب

-         مي داني چرا خرس هاي سفيد در آب حل نمي شوند ؟

-       براي اين كه آنها قطبي اند و هر چيز قطبي در آب حل نشدني است .

                                                                                     به نقل از مجله جوانان               

نگاه اجمالی

بشر از دیر باز با مفهوم ساده اسید آشنایی داشته است. در حقیقت این مواد، حتی قبل از آنکه شیمی به صورت یک علم در آید، شناخته شده بودند. اسیدهای آلی همچون سرکه و آبلیمو و آب غوره از قدیم معروف بودند. اسیدهای معمولی مانند اسید سولفوریک ، اسید کلریدریک و اسید نیتریک بوسیله کیمیاگران قدیم ساخته شدند و بصورت محلول در آب بکار رفتند. برای مثال اسید سولفوریک را جابربن حیان برای نخستین بار از تقطیر بلورهای زاج سبز (FeSO₄.7H₂O) و حل کردن بخارات حاصل در آب ، بدست آورد.

در طی سالیان متمادی بر اساس تجربیات عملی لاووازیه (A.L.Lavoisier) چنین تلقی می‌گردید که اجزاء ساختمان عمومی کلیه اسیدها از عنصر اکسیژن تشکیل گردیده است. اما بتدریج این موضوع از نظر علمی روشن و اعلام گردید که چنانچه این موضوع صحت داشته باشد، بر خلاف عقیده اعلام شده در مورد اکسیژن ، این عنصر هیدروژن است. در حقیقت ، تعریف یک اسید بنا به فرمول اعلام شده از سوی لیبیگ (J. Von Liebig) در سال 1840 عبارت است از:

نظریه فوق مدت پنجاه سال مورد استناد بوده است. بعدها با پیشرفت علم شیمی ، مفاهیم جدیدی درباره اسیدها اعلام شده که در زیر به بررسی آنها خواهیم پرداخت.

خواص عمومی اسیدها

• محلول آبی آنها یونهای پروتون آزاد می‌کند.
• موادی هستند که از نظر مزه ترشند.
• کاغذ تورنسل را سرخ رنگ می‌کنند.
• با برخی فلزات مانند آهن و روی ترکیب شده گاز هیدروژن می‌دهند.
• با قلیاها (بازها) واکنش نموده و املاح را تشکیل می‌دهند.
• با کربنات کلسیم (مثلا به صورت سنگ مرمر) بشدت واکنش دارند، بطوریکه کف می‌کنند و گاز کربنیک آزاد می‌نمایند.

نظریه آرنیوس درباره اسیدها

زمانیکه مفاهیم یونیزاسیون ترکیبات شیمیایی در محلولهای آبی روشن گردید، مفهوم اسید بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر پیدا کرد. مطابق تعریف آرنیوس ، اسید ماده ایست که در آب یونیزه می‌شود و یون ⁺H₃O که گاهی بصورت ⁺H نیز نشان داده می‌شود، تولید می‌کند.

آرنیوس قدرت اسیدی را نیز بر همین اساس تفسیر کرد و گفت که اسید قوی ، در محلولهای آبی تقریبا، بطور کامل یونیزه می‌شود. در صورتیکه که میزان تفکیک اسید ضعیف کمتر است. توجه کنید که مفهوم آرنیوس بر یون‌های آب استوار است. بر اساس تعریف آرنیوس می‌توان نقش اکسیدهای اسیدی را نیز تفسیر کرد.

اکسیدهای اسیدی

اکسیدهای بسیاری از غیرفلزات با آب واکنش داده و اسید تولید می‌کنند، در نتیجه این مواد را اکسیدهای اسیدی یا ایندرید اسید می‌نامند.

مفهوم آرنیوس ، به علت تاکید آن بر آب و واکنشهای محلول‌های آبی ، با محدودیت رو‌به‌روست.

نظریه برونشتد- لوری درباره اسیدها

در سال 1923، یوهان برونشتد و تامس لوری ، مستقل از یکدیگر مفهومی گسترده‌تر برای اسیدها و بازها بیان کردند. بر اساس تعریف ، برونشتد - لوری ، اسید ماده ای است که یک پروتون به باز می‌دهد. اسیدها ممکن است مولکول یا یون باشند. با حذف پروتون ، اسید به باز (باز مزودج اسید 1) تبدیل می‌شود و با گرفتن پروتون ، باز اولیه ، یعنی باز 2 به اسید2 (اسید مزدوج باز 2) تبدیل می‌شود.

قدرت اسیدها ، بر میل آنها برای از دست دادن یا گرفتن پروتون استوار است. هر چه اسید قویتر باشد، باز مزدوج آن ضعیفتر است. در یک واکنش ، تعادل در جهت تشکیل اسید ضعیفتر است. اسید پرکلریک ، HClO₄ ، قویترین اسید است، و باز مزدوج آن ، یعنی یون پرکلرات ، ^-ClO₄ ، ضعیفترین باز می‌باشد و H₂ ، ضعیفترین اسید و باز مزدوج آن یعنی یون هیدرید ، ⁺H قویترین باز می‌باشد.

نظریه لوییس درباره اسیدها

گیلبرت لوییس مفهوم گسترده‌تری برای اسیدها در سال 1938 پیشنهاد داد که پدیده اسید - باز را از پروتون رها ساخت. طبق تعریف لوییس ، اسید ماده‌ای است که بتواند با پذیرش یک زوج الکترون از باز ، یک پیوند کوولانسی تشکیل دهد. در نظریه لوییس به مفهوم زوج الکترون و تشکیل پیوند کووالانسی تاکید می‌شود. تعریف لوییس در مورد اسیدها بسیار گسترده‌تر از آن است که برونشتد عنوان نموده است. ترکیبات شیمیایی که می‌توانند نقش اسید لوییس داشته باشند، عبارتند از:

• مولکولها یا اتمهایی که هشت‌تایی ناقص داشته باشند.
  
  

 

• بسیاری از کاتیونهای ساده می‌توانند نقش اسید لوییس داشته باشند.
  
  

Cu⁺² + 4NH₃ → Cu(NH₃)₄⁺²

 

• برخی از اتم‌های فلزی در تشکیل ترکیباتی مانند کربونیل‌ها که از واکنش فلز با مونوکسید کربن تولید می‌شود، نقش اسید دارند:
  
  

Ni + 4CO → Ni(CO)₄

 

• ترکیباتی که اتم مرکزی آنها تونایی گسترش لایه ظرفیتی خود را داشته باشند ، در واکنشهایی که این گسترش عملی شود، نقش اسید دارند، مثلا در واکنش مقابل ، لایه ظرفیتی اتم مرکزی (Sn) از 8 به 2 الکترون گسترش یافته‌است.
  
  

SnCl₄ + 2Cl^- → SnCl₆^-2aq

 

• برخی ترکیبات به علت داشتن یک یا چند پیوند دو گانه در مولکول ، خاصیت اسیدی دارند. مثلا CO₂

قدرت اسیدی و ساختار مولکولی

به منظور بررسی رابطه بین ساختار مولکولی و قدرت اسیدی ، اسیدها را به دو نوع تقسیم می‌کنیم: هیدریدهای کووالانسی و اکسی ‌اسیدها.

هیدریدها

برخی از ترکیبات کووالانسی دوتایی هیدروژن‌دار (مانند HCl , H₂) اسیدی هستند. دو عامل بر قدرت اسیدی هیدریدیک عنصر موثر است: الکترونگاتیوی عنصر و اندازه اتمی عنصر. قدرت اسیدی هیدریدهای عناصر یک تناوب ، از چپ به راست و همسو با الکترونگاتیوی عناصر ، افزایش می‌یابد. یک عنصر الکترونگاتیو ، الکترونهای بیشتری از هیدروژن می‌گیرد و خروج آن به صورت یک پروتون را سرعت می‌بخشد.

قدرت اسیدی هیدریدهای عناصر یک گروه، با افزایش اندازه اتم مرکزی افزایش می‌یابد. در تناوب دوم: NH₃>H₂O>HF در گروه VI به اینصورت است:

H₂Te > H₂Se > H₂S > H₂O

 

اکسی ‌اسیدها

در این ترکیبات ، هیدروژن اسیدی به یک اتم O متصل است و تغییر در اندازه این اتم بسیار ناچیز است. بنابراین عامل کلیدی در قدرت اسیدی این اکسی‌اسیدها، به الکترونگاتیوی اتم Z مربوط می‌شود: H-O-Z .

اگر Z یک اتم غیرفلز با الکترونگاتیوی بالا باشد، سهمی در کاهش چگالی الکترونی پیرامون اتم O (علی رغم الکترونگاتیوی شدید اکسیژن) را دارد. این پدیده باعث می‌شود که اتم اکسیژن، با کشیدن چگالی الکترونی پیوند H-O از اتم H ، تفکیک آن را سرعت ببخشد و ترکیب را اسیدی بکند. هیپوکلرواسید ، HOCl ، اسیدی از این نوع است.

هرچه الکترونگاتیوی Z بیشتر باشد، الکترونهای پیوند H-O به میزان بیشتری از اتم H دور می‌شوند و حذف پروتون آسان‌تر است: HOCl > HOBr > HOI . در اکسی ‌اسیدهایی که اتمهای اکسیژن بیشتری به Z متصل باشند، قدرت اسیدی با افزایش n ، زیاد می‌شود.

مهمترین اسیدهای قوی

مولکولهای این اسیدها و در محلولهای آبی رقیق کاملا یونیزه است. اسیدهای قوی متعارف عبارتند از: اسید کلریدریک ، یدیدریک ، نیتریک ، سولفوریک ، پرکلریک است.

مهمترین اسیدهای ضعیف

یونیزاسیون این اسیدها در آب کامل نمی‌باشد و هرگز به 100% نمی‌رسد. مثال متعارف آنها ، اسید استیک ، اسید کربنیک ، اسیدفلوریدریک ، اسید نیترو و تا حدودی اسید فسفریک است.

برخی از کاربردهای اسیدها

اسید سولفوریک

یکی از اسیدهای معدنی قوی با فرمول H₂SO₄ ، مایعی روغنی‌شکل و بی‌رنگ است. یک متاع سودمند صنعتی است که از آن در حد وسیعی در پالایش نفت و در کارخانجات تولید کننده کودها ، رنگها ، رنگدانه‌ها ، رنگینه‌ها و مواد منفجره استفاده می‌شود.

اسید استیک

یک اسید آلی بصورت مایعی تند و بی رنگ با فرمول CH₃COOH ، که اساس ترشی سرکه نیز می‌باشد. قسمت اعظم اسیداستیک تولیدی دنیا ، مصرف واکنش با الکلها به منظور تولید استرهایی می‌گردد که از آنها بعنوان بهترین حلال‌ها در رنگ و جلا استفاده می‌شود. همچنین در کارخانجات داروسازی، عمل آوردن لاستیک طبیعی و تهیه چرم مصنوعی و به عنوان حلال برای بسیاری از ترکیبات آلی از اسید استیک استفاده می‌شود.

اسید نیتریک

یک اسید قوی معدنی با فرمول HNO₃ می‌باشد که این اسید در کارخانجات تولید کودهای نیترات و فسفات آمونیوم ، مواد منفجره نیترو ، پلاستیکها ، رنگینه‌ها و لاکها کاربر دارد.

اسید سولفونیک

این اسیدها با فرمول عمومی HSO₃R که R می‌تواند متان یا بنزن و ... باشد، محلول در آب ، غیر فرار و جاذب الرطوبه‌اند و به عنوان عوامل امولسیون کننده ، مواد افزودنی و روغنهای روان ‌کننده و به عنوان جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی استفاده می‌گردد.

اسید کلریدریک

یکی از اسیدهای معدنی قوی با فرمول HCl ، که مایعی بی‌رنگ یا اندکی زردرنگ ، بسیار خورنده و غیر آتشگیر است. این اسید در آب ، الکل ، بنزن حل می‌شود و در اسیدی کردن (فعال کردن) چاههای نفت ، پاک کردن رسوبات دیگهای بخار ، صنایع غذایی ، تمیز کردن فلزات و ... استفاده می‌شود.

 

● شعبده باز در يك لحظه آب را به نوشابه تبدل مي‌كند!

شعبده‌باز دو ليوان شيشه‌اي روي ميز دارد: يكي پر از آب، و ديگري به ظاهر خالي. او ابتدا يك جرعه از آب ليوان اول مي‌خورد، و بعد ادعا مي‌كند، كه چون دلش نوشابه مي‌خواهد، هم‌اكنون در پيش چشم حاضران، باقي مانده آب را به نوشابه تبديل خواهد كرد! در اين موقع آب موجود در ليوان اول را به ليوان دوم مي‌ريزد، و در اينجا به رنگ نوشابه در مي‌آيد، اين آزمايش چگونه است؟

ليوان اول واقعاً داراي آب خالص است، كه آزمايشگر يك جرعه از آن مي‌خورد، ولي به گودي ته ليوان دوم، از قبل 5 قطره تنتوريد ريخته‌ است كه خشك شده و زياد به چشم نمي‌خورد. و رنگ نوشابه به حل شدن تنتوريد در آب مربوط مي‌شود.

در نمايش فوق مي‌توان نوشابه بدست آمده را مجدداً به آب تبديل كرد. در اين صورت بايستي از قبل در ليوان ديگري مقداري آب ريخت، و در آن ربع گرم هيپوسولفيت سديم حل كرد. اگر اين مايع بيرنگ روي مايع رنگي شبيه نوشابه، كه از حل شدن تنتوريد در آب بدست مي‌آيد، ريخته شود، همديگر را خنثي مي‌كنند و مايع حاصل به طور كامل بيرنگ مي‌شود. دليل آزمايش اخير را مي‌توان چنين توضيح داد، كه وقتي محلول هيپوسولفيت سديم را وارد محلول تنتوريد در آب مي‌كنيم، تتراتيونات سديم و يدايد ايجاد مي‌شود، و محلول بيرنگ مي‌گردد.

● با يك ميله شيشه‌اي شمع روشن مي‌شود!

باز هم شعبده‌باز با يك نمايش عجيب و باور نكردني تماشاگران را غرق در شگفتي مي‌سازد. نمايشي كه اجراي آن كاملاً غيرممكن به نظر مي‌رسد. او شمعي را روي ميز قرار مي‌دهد، و نوك يك ميله شيشه خيلي معمولي (همزن) را به فتيله آن مي‌زند. شمع روشن مي‌شود! چرا؟

با آنكه نمايش خيلي خارق‌العاده به نظر مي‌رسد، ولي اجرايش ساده است، به طوري كه شما نيز مي‌توانيد موفق به انجام آن شويد. كافي است كه ابتدا وسايل زير را آماده كنيد: اولاً دو يا سه گرم كلرات پتاسيم، و همان مقدار قند، كه هر دو را به طور مجزا به صورت پودر در آورده‌ايد. ثانياً يك شمع درشت معمولي، كه حتي‌الامكان فتيله آن كمي كلفت‌تر از معمول باشد (اين شمع نبايد قبلاً مورد استفاده قرار گيرد). ثالثاً چند گرم اسيدسولفوريك خيلي غليظ، پس از تهيه اين وسائل، قبلاً فتيله را به كمك يك سوزن، كاملاً از هم باز كنيد، به طوري كه تارهاي آن جدا از هم باشند. سپس كلرات پتاسيم و قند را – كه به طور جداگانه در هاون كوبيده، و به صورت پودر نرم درآورده‌ايد – با هم مخلوط كنيد (اگر اين دو ماده را با هم در هاون خرد كنيد، امكان انفجار وجود دارد). اين مخلوط را از قبل روي فتيله شمع بريزيد، به طوري كه اين ذرات لابه‌لاي تارهاي فتيله را به خوبي پر كنند. و چون اين دو ماده سفيد بوده، و همرنگ فتيله شمع هستند، مسلماً كسي از اين آماده‌سازي آگاه نخواهد بود.

و حالا بدون اينكه كسي مطلع باشد، سر يك همزن شيشه‌اي را در اسيدسولفوريك غليظ فرو ببريد، و بلافاصله به فتيله شمع بزنيد. چون براده قند در مجاورت كلرات پتاسيم است، به كمك اسيد سولفوريك آتش خواهد گرفت، شمع روشن می شود.

● يك تردستي زيبا و دلپذير ديگر مربوط به علم شيمي

نمايش ساده‌اي را كه در اينجا مطرح مي‌كنيم، در نوع خود خيلي تماشايي است. روي ميز نمايش سه ليوان بزرگ محتوي مايعات بيرنگي قرار دارند، كه آزمايشگر آنها را آب معرفي مي‌كند. يك پارچ شيشه‌اي نيز داراي ماي بنفش رنگ است. شعبده‌باز روي هر يك از سه مايع بيرنگ‌، كمي از مايع بنفش مي‌ريزد، مايع اول به رنگ بنفش درمي‌آيد. مايع دوم به رنگ قرمز درمي‌آيد، و مايع سوم سبز رنگ مي‌شود! چگونه اين تردستي انجام مي‌پذيرد؟

مواد لازم براي اجراي اين نمايش شگفت‌انگيز عبارتند از: يك برگ كلم قرمز، 100 سانتيمتر مكعب سركه سفيد، و مقداري سود كه در 100 سانتيمتر مكعب آب حل شده است. روش كار به اين ترتيب است، كه از قبل برگهاي كلم قرمز را به قطعات كوچك ببريد. آنها را در يك كاسه بريزيد، و رويش آب جوش اضافه كنيد، و مدت نيم‌ساعت آن را ساكن نگه داريد. شما مايعي به رنگ بنفش خواهيد داشت. آن را از الك عبور دهيد، و در پارچ بریزید. و اما ليوان ل داراي 100 سانتيمتر مكعب سركه سفيد، و سومي سود حل شده در 100 سانتيمتر مكعب آب است. دليلش را هم به طور خلاصه توضيح مي‌دهيم: مايع بنفش رنگ، كه از برگ كلم قرمز به دست مي‌آيد، ا��ر در محيط اسيدي قرار گيرد، به رنگ قرمز درمي‌آيد. در محيط قليايي سبز رنگ مي‌شود. و مسلماً در محيط خنثي رنگ خود (بنفش) را حفظ مي‌كند. همين!

● چرا شعله دست شعبده‌باز را نمي‌سوزاند؟

اين بار شعبده‌باز اجراي نمایش را به عهده مي‌گيرد، كه هيچ تماشاگري با ديدن آن نمي‌تواند از تعجب خودداري كند. و آن اينكه شعبده‌باز در حضور مردم مايعي را در گودي دستش مي‌ريزد. و بي‌آنكه به آن كبريت بزند، شعله آتش در كف دستش زبانه مي‌كشد. او در جلو سن قدم مي‌زند، و بدون احساس ناراحتي با تماشاگران صحبت مي‌كند، تا مايع تمام شود، و شعله فروكش كند. سپس دستش را با يك دستمال پاك مي‌كند، و به ادامه برنامه‌اش مي‌پردازد. چگونه اين كار ممكن است؟

در اينجا نيز شعبده‌باز از علم شيمي استفاده مي‌كند، و هرگز از چشم‌بندي و مهارت دست، و وارونه جلوه‌دادن حقايق بهره نمي‌برد. شما نيز اگر علاقمند به اين گونه نمايشات علمي هستيد، كافي است كه ابتدا 12 سانتيمتر مكعب سولفيدكربن و 8 سانتيمتر مكعب تتراكلريدكربن تهيه كنيد. ابتدا آنها را خوب با هم مخلوط كنيد. سپس بدون اينكه كسي متوجه شود، دست خود را روي بخاري نيم‌گرم، و يا آجري كه روي اجاق برقي قرار دارد – و نظاير آن – گرم كنيد، و آنگاه مخلوط را در گودي دست خود بريزيد، در مدتي خيلي كوتاه مايع شروع به شعله كشيدن مي‌كند، البته اين سوختن با بوي خيلي زننده همراه نيست، و حتي مي‌توان در داخل ساختمان نيز به اجراي آن اقدام كرد.

يادآوري مي‌كنيم، در صورتي كه ������وقعيت مناسب نباشد، تا شما قبلاً دستتان را تا آن حد گرم كنيد، مي‌توانيد مايع دست خود را به كمك يك لوله شيشه‌اي مشتعل سازيد. يعني لوله شيشه‌اي را مدت كوتاهي روي شعله اجاق گاز بگيريد و داخل مايع قرار دهيد. اگر مواد تازه و مؤثر باشند، اين روشها براي مشتعل كردن آن كافي خواهد بود. در غير اينصورت كبريت بكشيد، و به فاصله كمي از آن نگه داريد، مايع شعله‌ور خواهد شد، اما دست شما آن‌قدر گرم نمي‌شود، كه غيرقابل تحمل باشد.

● چرا آب از غربال پايين نمي‌ريزد؟

��عبده‌باز يكي صافي مخصوص آشپزخانه به دست دارد، يك ظرف بزرگ شيشه‌اي نيز كه تا نصف محتوي آب است روي ميز قرار دارد، و كنار آن نيز يك پارچ شيشه‌اي پر از آب ديده مي‌شود. نمايشگر مقداري از آب پارچ مي‌خورد، و آنگاه صافي را بالاي ظرف بزرگ نگه داشته، و اظهار مي‌دارد: آب در غربال حمل كردن – برخلاف تصور عموم – كاري ساده است! و در اين موقع شروع به ريختن آب در داخل صافي مي‌كند. همه متوجه مي‌شوند، كه قطره‌اي آب پايين نمي‌ريزد. به اين ترتيب تقريباً نصف آب پارچ را در توي صافي خالي مي‌كند. و پس از اينكه با شك و ترديد تمام، چند لحظه آن را روي ظرفشويي نگه مي‌دارد، به آرامي مقدار كمي آب از لبه صافي توي ظرف بزرگ خالي كرده، و خود صافي را هم داخل آب قرار مي‌دهد. سپس از يك تماشاگر نيز مي‌خواهد، كه وي نيز اين كار را تكرار كند و آن وقت مجدداً صافي را از توي ظرف خارج كرده، و به دست او مي‌دهد، و تماشاچي بقيه آب را در توي صافي مي‌ريزد. مشاهده مي‌گردد، كه قطره‌اي آب در غربال (صافي) باقي نمانده، و همه آن پايين مي‌ريزد، دليل اين تردستي چيست؟

به طور خلي ساده، وقتي شعبده‌باز آب را در صافي مي‌ريزد، توي صافي يك كاسه شيشه‌اي بزرگ – از انواع پيركس – قرار دارد، كه خيلي نازك بوده، و غيرقابل رؤيت است. همچنين ظرف بزرگ شيشه‌اي و روي ميز محتوي آب خالص نيست، بلكه داراي «تتراكلريدكربن» و «بنزين» است. وقتي آب دو مايع به نسبتهاي مساوي با هم مخلوط شوند، ضريب شكست آن با ضريب شكست شيشه پيركس يكسان مي‌شود، و اشياي شيشه‌اي پيركس در داخل آن ديده نمي‌شوند. شعبده‌باز هنگام قرار دادن صافي در داخل مايع مزبور، آن را كمي مي‌چرخاند، تا از صافي خارج شده، و داخل مايع به طور معكوس قرار گيرد. پس اساس شعبده‌بازي از اين قرار است: هنگامي كه شعبده‌باز آب را در صافي مي‌ريزد، كاسه پيركس توي آن قرار دارد، اما هنگامي كه از مايع درمي‌آورد، تا آن را به تماشاگر بسپارد كاسه مزبور را توي مايع باقي مي‌گذارد. كه البته كسي متوجه آن نمي‌شود. و مسلماً آب در نوبت تماشاچي از صافي به پايين مي‌ريزد!

● آيا مي‌توان شير را به نوشابه تبديل كرد؟

شعبده‌باز ظرف نسبتاً بزرگي را كه محتوي شير است. به حاضران نشان مي‌دهد. سپس مقداري از آن را در يك ليوان مي‌ريزد. بلافاصله شير در ليوان به صورت نوشابه درمي‌آيد. اين كار چگونه ممكن است؟

واقعيت اين است كه، شعبده‌باز از قبل، و دور از چشم حاضران، يك ليتر شير در يك ظرف شيشه‌اي ريخته، و به آن يك قاشق غذاخوري سود اضافه كرده، و خوب به هم زده است. و ليوان ديگر هم – كه به ظاهر خالي به نظر مي‌رسد – محتوي سه قطره محلول الكلي فنل فتالئين است، كه رويش چند قطره شربت كارامل نيز افزوده شده است (معمولاً ته اين ليوانها ضخيم بوده، و محفظه كوچكي در آن قسمت ايجاد شده است، و براي اينكه مواد ريخته شده در آنها ديده نشود، در پايين‌ترين قسمت بدنه ليوان، يك حاشيه به رنگ سفيد زده مي‌شود، كه ظاهراً جنبه تزييني دارد).

دليل آزمايش را مي‌توان چنين توضيح داد كه، تغيير اسيديته محيط در ليوان دوم با شناساگر فنل فتالئين، و وجود شربت كارامل، سبب مي‌شود، كه تماشاگر تصور كند، شير به نوشابه تبديل شده است.

 

   

هيدروكربنهاي هالوژن دار

  هيدروكربنهاي داراي كلرفلوئر برم و يد(هالوژنها) باهيدروكربنهاي نفتي تفاوت دارند چراكه اكثر انها براحتي طي اكسيداسيون شيميايي يا فعاليت باكتريايي تجزيه نمي گردند.مشابه فلزات الاينده هاي پايدار بوده واضافات دائمي در محيط زيست دريايي هستند.برخلاف فلزات بيشتر انها ساخته دست انسان بوده وبصودژرت طبيعي وجود ندارندو درضمن در رسوبات وبدن جانوران مجتمع ميشوند.اكثريت بزرگي از انها حاوي كلر هستند وتحت عنوان هيدروكربنهاي كلردارشناخته مي شوند.

  

تركيبات باوزن مولكولي كم

    هيدروكربنهاي هالوژن دار شامل محدوده وسيعي از تركيبات هستند.هيدروكربنهاي با وزن مولكولي كم خصوصتا متان توسط جلبكهاي دريايي واحتمالا بوسيله تعداد كمي از بيمهرگان ساخته شده و معمولا حاوي كار برم يا ندرتا يد مي باشند.بنابراين شايد افزايش غلظت اين تركيبات ناشي از منابع طبيعي و نه نتيجه فعاليتهاي انساني باشد.

     حتي هيدرو كربنهاي هالوژن دار فرار با وزن مولكولي كم درمقادير بسيار زياد ساخته شده و تقريبا تمامي اين توليدات به محيط زيست راه ميابند.گروه ديگري از هيدروكربن هاي هالوژن دار با وزن مولكولي پايين فرئونها يا كلرو فلوركربنها هستند.اين تركيبات شديدا پايدار غير قابل اشتعال يا سمي وبا توليد ارزان ميباشند.انها اساسا به عنوان سردكننده در يخچالها و دستگاههاي خنك كننده هوا به ميان امدهاند اما بعدها در مقياس وسيع بصورت محركهاي آئروسل و در فومهاي پلاستيكي بكار گرفته شدند.

     برخي از هيدروكربن هاي هالوژنه با وزن مولكولي پايين بخصوص س ف س ها عامل تخريب لايه ازن در بالاي اتمسفر هستند.تاسال 1986 توليد جهاني س ف س ها به بيش از يك ميليون تن در سال رسيد امادر نشست بين المللي سال بعد براساس پروتكل مونترال قرار شد كه كاربرد س ف س ها تا سال 1996 به نصف تقليل يافته و تا سال 2000 تمامي انها كنار گذاشته شود.در حقيقت توليد جهاني س ف س ها بين سالهاي 1988 و 1992_ 40 درصد كاهش يافته واتحاديه اروپا و ايالات متحده امريكا توليد واستفاده از انها را تا پايان سال 1995 متوقف نمودند.

     هيدروكربن هاي هالوژنه با وزن مولكولي پايين به عنوان يك تهديد جدي در دريا بشمار نمي روند اما اكثر انها شامل تتراكلريد كربن كلروفورم تري كلرو اتان همانند س ف س ها در حال كنار گذاشتن ميباشند.

     هيدروكربن هاي مولكولي كلر دار با وزن مولكولي بيشتر موضوعي مورد توجه خاص ميباشند چرا كه برخلاف تركيبات سبك به اكوسيستمهاي دريايي راه يافته ودر بافتهاي حيواني خصوصا در بافتهاي چربي تجمع مي يابند.اين هيدروكربن هاي كلردار در برگيرنده چندين گروه از افت كشها و بي فنيلهاي پلي كلرينه مي باشند.

     كاربردهايي كه منحصر به ايجاد آفت كشها و اكثر تركيبات پ س ب شدند توضيع گسترده انان در محيط زيست را به دنبال داشت.اما منبع اصلي پراكندگي الودگي آفت كشي استفاده كشاورزي انان است.انتقال هوايي مهمترين مسير انها براي رسيدن به درياست.

     هيدروكربنهاي كلردار با وزن مولكولي كم فرار هستند. تمام آفت كشهاي كلردار آلي فرار اند وخصوصا در مناطق گرمسير كه همچنان در مقادير زيادي استفاده ميشوند شرايط اب و هوايي براي آزاد سازي انها به اتمسفر مناسب است.و صريعا در حضور بخار اب به جو راه مي يابند.

     در برخي از اعمال كشاورزي پاشيدن هوايي آفت كشها مطلوب و مدنظر است.

    *اسپري هوايي. در مناطق پرورش ميوه و سبزيجات كاليفرنيا جايي كه استفاده زيادي از آفت كش ها ميشود تخمين زده شده كه 50 درصد از افت كشهاي ناشي از هواپيماي اسپري محصول هرگز به زمين نرسيده و با تشكيل آئروسل ها و مانند انها مسافت هاي زيادي را طي مي كنند.

     *كشت و زرع در مناطق خشك.احتمال دارد كه مناطق باير باكمك  سيستم ابياري تحت كشت قرار بگيرند اما خاك خشك با ذخيره فراوان از آفت كشها جذب شده توسط طوفانهاي خاك انتقال مي يابند.

     انتقال هوايي موجب گسترش همه جانبه آفت كشهاي كلردار آلي مي گردد. د د ت يك تركيب ساخته دست بشر بوده و بطور طبيعي يافت نمي شود و تنها از سال 1940 مورد استفاده فرار گرفته است. با اين حال طي 20 سال د د ت وبقاياي ان به كل بيوسفر نفوذ كرده اند. حتي در پنگوئن هاي امپراتور در قطب جنوب چند هزار كيلومتر دورتر از مكانهاي استفاده از د د ت مقادير قابل رديابي از اين تركيب يافت مي شود.

     هيدروكربن هاي كلردار كاملا غير محلول در اب با يك غلظت اشباع كمتر از پ پ ب هستند اما در چربي ها حل شده و شديدا بر روي ذرات و قطعات جذب مي گردند بنابراين توزيع انها در دريا يك نواخت نيست.

     لايه سطحي دريا يك فيلم باضخامت متفاوت از چند ميكرومتر تا يك ميلي متر است.مطالعه اين منطقه بسيار مشكل است و هم چنان توجهي به ان نمي شود اما معلوم شده داراي اسيد هاي چرب استتر كيبات الي كلر دار به دليل حلاليت درچربياحتمالا در اين ناحيه تجمع مي يابند.در حالي كه بايد در مقدار كلي زياد نباشند غنا وپر باري فيلم سطحي از تركيبات آلي كلردار اهميت زيادي براي موجودات زنده سطح زي يا پرندگاني مانند مرغ طوفان كه چربي را از سطح دريا جدا مي كنند خواهند داشت.از انجا كه سطح دريا جايگاه تبادل با اتمسفر است تركيبات آلي كلردار توسط قطرات آئروسل به هوا انتقال مي يابند.

     در جايي كه توده هاي آب با ويژگي هاي فيزيكي و شيميايي متفاوت با هم برخورد مي كنند يك جبهه شكل مي گيرد جبهه هاي اقيانوسي و ساحل مواد شناور مانند نفت سطحي را جمع مي كنند.جبه ها داراي توليد گسترده اي بوده و تعداد زيادي از ماهيان پرندگان و پستانداران دريايي را بسوي خود جلب مي كنند كه در نتيجه رژيم غذايي پر بار از تركيبات آلي كلردار دريافت مي كنند.يك مقدار قابل ملاحظه از تركيبات آلي كلردار برسي ذرات مطلق يا روي ميروارگانيسم ها است. اين مسئله مشكلاتي رابراي آناليز فراهم مي كند چرا كه جدا از مشكل تشخيص هيدروكربن هاي هالوژن دار مختلف تصميم گيري در مورد اينكه چه موادي در داخل موجودات و چه موادي به سطح خارجي انها جذب شده اند دشوار است.مورد اول روي موجودات اثري مي گذارد در حالي كه  مورد دوم نمي تواند اما از نظر بيولوژيك براي موجودات تغذيه كننده از ارگانيسم هاي آلوده در دسترس خواهد بود.

     هيدروكربن هاي كلردار جذب شده بر روي قطعات و ذرات غير آلي در نهايت به بستر دريا حل شده و به عنوان يك جايگاه براي اين تركيبات عمل مي كنند. با اين حال قطعات معلق يا دوباره معلق شده اگر داراي اندازه يا دانسيته مناسب باشند توسط حيوانات فيلتر كننده هضم شده و هيدروكربن هاي كلردار طي اين مسير وارد زنجيره هاي غذايي مي گردند.

     هيدروكربن هاي هالوژن دار به ويژه د د ت و مشتقات ان در تمام موجودات زنده ودر همه محيطهاي زيست وجود دارند و مقدار قابل ملاحظه اي از كل تركيبات هالوژن دار در دريا در بدن موجودات زنده دريايي است و به چرخش در داخل شبكه هاي غذايي ادامه خواهند داد.

 

  تاثير سوء هيدروكربن هاي كلردار

    كاربرد زياد آفت كشها وبيش از حد د د ت عواقب بدي براي محيط زيست در پي دارد مثال هايي از وقوع چنين عواقب بدي:

1- ماهيان مرده در مناطق اطراف خروجي يك كارخانه دانماركي توليد كننده آفت كش .

2- درهاي در كاليفرنيا كه يكي از غني ترين مناطق كشاورزي در مورد سبزيجات سالادي است . رودخانه اي كه دره را شستشو مي دهد به دليل اينكه يك مانع شني دهانه ان را مسدود مي كند در تابستان جريان نمي يابد طي فصل باراني رودخانه از سدي عبور كرده به داخل خليج جاري مي شود گر چه اين خليج به اقيانوس آرام راه دارد جريان چرخشي بي قاعده گستردهاي داشته و هرگونه آلودگي براي مدت زماني در ان باقي مي ماند طي فصول باراني رودخانه طقيان نموده و مناطق وسيعي از زمين هاي كشاورزي را مي پوشاند در سال 1969 زماني كه رودخانه سد شني را در هم شكسته و مقدار زيادي از خاك را به داخل خليج وارد كرده وبه همراه سيلاب بقاياي آفت كش به داخل خليج حمل گشت.اين واقعه با مرگ و مير استثنايي تعداد زيادي پرنده دريايي درمان هاي بعد ادامه يافت كه همه انها داراي كبدهايي باغلظت هايي بسيار بالااز بقاياي د د ت بودند.

ادامه مطلب

 

منبع: http://www.goodchem.blogfa.com/post-26.aspx

بمب کثیف، نوعی ماده منفجره است که به منظور پراکنده کردن مواد خطرناک رادیواکتیو در سطحی وسیع طراحی شده است. ممکن است شما هم مثل خیلی های دیگر، وقتی دو عبارت بمب و رادیواکتیو را می شنوید، ناخودآگاه به یاد یک جنگ هسته ای تمام عیار بیفتید. ولی قوی ترین قدرت تخریبی یک بمب کثیف، آسیب های ناشی از پرتوهای رادیواکتیو نیست، که ترس و اضطراب شدید است.


بمب کثیف بیشتر از آنکه شبیه به یک بمب هسته ای با قدرت تخریب بالا باشد، به یک بمب با مواد منفجره معمولی شبیه است، ولی ترس از ترکیبات آن می تواند مردم را به سر حد مرگ بکشاند، همانند خطر سیاه زخم در ایالات متحده که در سال 2001 روی داد وعلیرغم آنکه فقط تعداد اندکی از مردم مبتلا شدند، تمامی شهروندان ایالات متحده شرایطی پراضطراب و ترسناک را تجربه کردند.



بمب کثیف چگونه کار می کند؟
        بمب کثیف یا بمب پخش کننده مواد رادیواکتیو از نظر تئوری بسیار ساده است: یک ماده منفجره معمولی مانند TNT که همراه با مواد رادیواکتیو در یک محفظه قرار گرفته اند. این بمب نسبت به یک بمب هسته ای بسیار ساده تر، ارزان تر و البته کم اثرتر است، والبته هنوز از قابلیت تخریب انفجاری و آسیب های تشعشعی برخوردار است.


       مواد منفجره از طریق گاز بسیار داغی که به سرعت منبسط می شود، موجب آسیب های تخریبی فراوانی می شوند. ایده اصلی بمب کثیف هم این است که  به جای آنکه از این قدرت انبساطی گاز در جهت تخریب استفاده شود، به عنوان پخش کننده مواد خطرناک رادیواکتیو در سطحی وسیع استفاده شود. هنگامی که انفجار پایان یافت، مواد رادیواکتیو به صورت ابری از غبار در فضا پخش می شود که همراه با وزش باد، در سطحی وسیع تر از محل انفجار پراکنده می شود. اثر تخریبی طولانی مدت بمب، تشعشع یونیزه کننده مواد رادیواکتیو است.   اتمها را یونیزه کند و مجموعه ای از یونهای مثبت و منفی را درون سلولها ایجاد کند. این پدیده در بدن انسان بسیار خطرناک است، زیرا جریان الکتریکی ناشی از حرکت یونها می تواند واکنش شیمیایی غیر طبیعی را در سلولها آغاز کند. علاوه بر اینها، این یونها ممکن است مولکولهای DNA را که حاوی کدهای ژنتيکي انسان هستند، مورد حمله قرار داده و آن را بشکنند. سلولی که رشته DNA آن شکسته شد، یا می میرد و یا مولکول DNA خودش را به شکل دیگری ترمیم می کند که با شکل پیشین خود متفاوت است و به آن جهش ژنتيکي مي گویند. اگر بسیاری از سلولها بمیرند، بدن دچار بیماری های مختلف می شود. ولی اگر DNA جهش کند، سلول ممکن است سرطانی شود و سرطان در بدن پخش شود. تابش رادیواکتیو هم چنین می تواند در کارکرد سلول اختلال ایجاد کند که منجر به بروز علایمی می شود که از آن به بیماری تشعشع یاد می شود. بیماری تشعشع می تواند مرگ آور باشد، ولی مبتلایان به آن می توانند با درمان های پیشرفته از آن نجات پیدا کنند، بخصوص اگر پیوند مغز استخوان روی آنها صورت پذیرد.
تابش یونیز کننده از ایزوتوپ های رادیواکتیو ( رادیو ایزوتوپ ها ) ساطع می شوند. ایزوتوپ های رادیواکتیو، اتمهایی با هسته ناپایدار هستند که با گذشت زمان دچار واپاشی می شوند؛ به عبارت دیگر، آرایش پروتون ها و نوترون ها در هسته اتم و الکترونها در اطراف اتم به شکلی تغییر می کند که موجب می شود خصوصیات اتم تغییر کند. این واپاشی رادیواکتیو، انرژی فراوانی را در قالب تشعشع های یونیزه کننده آزاد می کند.
          

           ما همیشه مقادیر اندکی از این تشعشع های یونیزه کننده را دریافت می کنیم که منشأ آنها طبیعی است: پرتوهای کیهانی که از فضا می آیند، ایزوتوپ های رادیواکتیو طبیعی، دستگاههای تابش X و مواردی از این دست. البته این تشعشع های طبیعی هم می توانند عامل بروز سرطان شوند، ولی احتمال ابتلا بسیار اندک است. چون ما در برابر مقادیر بسیار اندک آنها قرار داریم.
انفجار یک بمب کثیف، سطح این تشعشع را فراتر از مقدار معمول خود می برد و متناسب با آن، احتمال ابتلا به سرطان و بیماری تشعشع را افزایش می دهد. یک بمب کثیف بلافاصله تعداد زیادی از انسانها را نمی کشد، بلکه موجب می شود تعداد زیادی از انسانها در چند نسل به دلیل ابتلا به بیماری های لاعلاج جان بدهند.



انواع بمب های کثیف


          طرح های مختلفی برای ساختن یک بمب کثیف وجود دارد. انواع مختلف مواد انفجاری در مقادیر متنوع، بمب هایی در ابعاد مختلف و با قابلیت های انفجاری متنوع پدید می آورند و انواع و مقادیر مختلف مواد رادیواکتیو، می تواند موجب آلودگی مناطق مختلف تا اندازه های مختلف شود. برخی از این طرح ها عبارتند از:
• یک بمب کوچک که شامل یک تکه دینامیت و مقدار بسیار کمی ماده رادیواکتیو است.
• یک بمب متوسط، همانند یک خودروی کوچک که پر از مواد منفجره و مقدار بیشتری ماده رادیواکتیو است.
• یک بمب بزرگ، همانند یک کامیون پر از مواد منفجره و مقادیر زیاد مواد رادیواکتیو.
• به دست آوردن مواد منفجره معمولاً کار سختی نیست، ولی دست یابی به مواد رادیواکتیو کار بسیار سختی است، زیرا فقط در مرکزهای حفاظت شده و اماکن تحقیقاتی وجود دراند. با این حال برخی منابع در سراسر جهان وجود دارند که از حفاظت خوبی بهره مند نیستند و ممکن است در آینده خطر ساز شوند.
1- در بیمارستانها مقادیر بسیار اندکی از مواد رادیواکتیو وجود دارد که در پزشکی هسته ای کاربرد دارد، همانند سنریوم 137
2- در دانشگاهها، مقادیر اندکی از مواد رادیواکتیو وجود دارد که در تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می گیرند.
3- مراکز پرتوتابی غذایی، از تابش های رادیواکتیو کبالت 60 استفاده می کنند تا باکتری های مضر روی غذا را نابود کنند.
4- معادن طبیعی اورانیوم در سراسر جهان وجود دارند و برخی از آنها که در آفریقا واقع شده اند، از حفاظت چندانی برخورد نیستند. اورانیوم طبیعی رادیواکتیو است، ولی غلظت آن در حدی نیست که مستقیماً در تهیه بمب های هسته ای مورد استفاده قرار گیرد.
5- مقادیر نسبتاً زیادی از باتری های هسته ای مصرف شده در سطح کشورهای اتحاد جماهیر شوروی سابق پخش شده است این مولد های قابل حمل گرما الکتریکی از مقادیر قابل توجهی استرونسیوم 90 برخوردار هستند که ایزوتوپ رادیواکتیو بسیار قدرتمندی است.
6- سوخت های هسته ای مصرف شده در راکتورهای روسی قدیمی که معمولاً در زیر دریایی های قدیمی و از کار افتاده هسته ای یافت می شود.
7- برخی مواد با رادیواکتیویته بسیار پایین هم در برخی وسایل زندگی روزمره یافت می شوند که جمع آوری آنها، می تواند نوعی تهدید به شمار آید. همانند مواد رادیواکتیو به کار رفته در حسگرهای هشدار دهنده رود.

آسیب های ناشی از بمب کثیف


        جدای از این که بدانیم بمب کثیف چگونه تهیه می شود و خطر دست یابی سودجویان به آن چقدر زیاد است، پرسش مهم این است که اگر کسی چنین بمبی را منفجر کند، چه اتفاقی روی می دهد؟ پاسخ دقیقی برای این پرسش موجود نیست. شما می توانید از ده متخصص در این زمینه بپرسید و ده پاسخ متفاوت دریافت کنید. تعیین دقیق اثرات یک بمب کثیف کار پیچیده ای است، چرا که عوامل بسیاری در این راه دخالت دارند؛ حتی وزش باد هم در تأثیرات چنین بمبی دخالت دارد!


          یک بمب کثیف معمولی را در نظر می گیریم که بین 5/4 تا 23 کیلوگرم ماده منفجره در بر دارد و مقدار بسیار کمی از ماده رادیواکتیو رده پایین همانند کبالت 60 یا سزیوم 137 که در آزمایشگاههای یک دانشگاه می توان آنها را پیدا کرد. چنین بمبی قدرت تخریب وحشتناکی ندارد. هر گونه مرگ آنی یا تخریب اولیه فقط به خود ماده منفجره برمی گردد. البته ماده منفجره مواد رادیواکتیو را در فضا پخش می کند و احتمالاً سطحی به مساحت چند کیلومتر مربع را آلوده خواهد کرد. البته بمب هایی که از ضایعات رادیواکتیو نیروگاههای هسته ای یا ژنراتورهای هسته ای قابل حمل استفاده می کنند، آسیب های بیشتری وارد خواهند کرد، ولی کارکردن با این مواد به مراتب دشوارتر است؛ چرا که تابش این مواد به قدری شدید است که در طول زمان ساختن و حمل و نقل بمب، سازندگان را از پای در می آورد.


           در شرایط انفجار یک بمب معمولی، اگر در طول یک روز از شر لباس های آلوده خلاص شویم، حمام بگیریم و منطقه را پاکسازی کنیم، احتمالاً هیچ مشکلی پیش نخواهد آمد. انفجار بمب میزان تابش رادیواکتیو را از حد مجاز بالاتر می برد، ولی مقدار آن خیلی نیست. بدن انسان می تواند در کوتاه مدت، به خوبی از عهده مقابله با این اثرات برآید. البته مردمی که خیلی به انفجار نزدیک بوده اند، احتمالاً به بیماری تشعشع مبتلا می شوند و نیاز به مراقبت های بیمارستانی دارند.
نگرانی اصلی در مورد تابش های بلند مدت است. بسیاری از ایزوتوپ های رادیواکتیو، با مواد دیگر بسیار خوب واکنش می دهند ( از جمله با بتن و فلزات ) و از این رو نمی توان بدون نابود کردن قطعات ساختمانی، تمامی مواد رادیواکتیو را پاکسازی کرد. حتی پس از آنکه گروههای پاکسازی بخش اعظم مواد مضر را جابجا کردند، باز هم بخش اندکی از این مواد باقی می مانند که می توانند تا سالها و بلکه دهها سال به تشعشع دهند. هر کس در چنین منطقه ای زندگی کند، به طور منظم و در دوره ای طولانی تحت اثر تابش های مضر قرار می گیرد و احتمالاً به سرطان مبتلا خواهد شد.


          پرسشی که اکنون مطرح می شود، این است که آیا این مقدار اندک، می تواند خطر بسیار اندکی را متوجه مردم بکند، خطری به مراتب فراتر از عوامل فعلی ایجاد کننده سرطان؟ دانشمندان برای پاسخ به این پرسش، دو دسته می شوند: گروه نخست معتقد است که اگر دولت، چند هفته تا چند ماه را به پاکسازی منطقه بگذراند، آنگاه خطرات احتمالی قابل صرفنظر خواهد بود. اما گروه دوم، می گویند ممکن است شدت حمله بمب کثیف به قدری زیاد باشد که یک شهر را برای سالها و حتی دهها سال غیر قابل س*****ت نماید.
این که کدامیک از این دو نظر درست است، چیزی است که نمی توان با قطعیت گفت. برای هر دو پاسخ نمونه هایی وجود دارد. هیروشیما و ناکازاکی که به دلیل انفجار بمب هسته ای در معرض تابش های شدید رادیواکتیو قرار گرفتند، ولی امروزه کاملاً ایمن هستند. از سوی دیگر، مناطقی در اطراف نیروگاه هسته ای چرنوبیل وجود دارند که به دلیل تابش شدید رادیواکتیو هنوز ناامن محسوب می شوند

برای دیدن مطالب بیشتردرموردترکیبات خوشه ای اینجاکلیک کنید.

وقتی واردسایت شدیدروی جستجودرمبانی که درسمت راست نوشته شده  کلیک کنیدوسپس لغت کلاسترراداخل کادرنوشته ورروی جستجوکلیک کنید.