در مورد فصل اول
دالتون
اتم را جان دالتون یک شیمیدان و فیزیکدان بریتانیایی بود . معروفیت او بیشتر بخاطر هواداری اش از نظریه اتمی است.
جان دالتون ۱۰ سال پیش از ثبت و اعلان استقلال آمریکا در سال ۱۷۶۶ ، در انگلستان زاده شد . خانواده او در یک کلبه کوچک گالی در روستایی زندگی می‌کردند . در کودکی ، جان به همراه برادرش در یک مزرعه کار می‌کرد و در مغازه پدر در بافتن لباس او را یاری میدادند . با وجود فراهم بودن اندکی از لوازم اولیه زندگی آنها خانواده فقیری بودند ، بسیاری از پسران فقیر در آن زمان از داشتن تحصیلات محروم بودند ، اما جان توانست با خوششانسی در مدرسهای در همان نزدیک زادگاهش مشغول تحصیل شود. got یادگیری علاقه زیادی نشان می‌داد . آموزگاران نیز او را به یادگیری تشویق می‌کردند . در ۱۲ سالگی ، او اولین مدرسه خود را در شهری نزدیک محل اقامتش باز کرد اما به خاطر کمبود پول مجبور به بستن آنجا و کارکردن در مزرعه عمهاش شد.
۳ سال بعد، به همراه برادر بزرگ‌تر و یکی از دوستانش مدرسهای را در کندال[۱] انگلیس باز کرد . به تدرس انگلیسی . لانتین ، یونانی ، فرانسوی و ۲۱ موضوع علمی و ریاضی پرداخت . جان به یادگیری طبیعت و هوای اطراف خود میپرداخت . او پروانهها ، حلزون ، و ... را جمعآوری می‌کرد.جان دالتون پی برد که دچار کوررنگی ست و به یادگیری آن روی آورد . در ۱۷۹۳ ، جان به عنوان معلم خصوصی به منچستر رفت و در کالج جدید مشغول به تدریس شد . و در آنجا به مشاهده رفتار گازها پرداخت.
او به عناصر و اجزاء مختلف و چگونگی درست شدن آنها اندیشید . جان نظریهای داشت که بر طبق آن ، هر عنصری از اتمهای مجزا تشکیل شده و تمام عناصر با یکدیگر متفاوت هستند زیرا اتمهای سازنده هر کدام از آنها، با دیگری متفاوت است.
او فکر می‌کرد که هر عنصری وزن مخصوص می‌دارد، زیرا از اتمهای متفاوتی تشکیل شده.در سال ۱۸۰۸ ، جان دالتون کتابی با مضمون ، «نظامی نوین در فلسه شیمی» منتشر کرد که در آن وزن بسیاری از اتمهای شناخته شده را جمعآوری و لیست کرده بود . مقدار عددی وزنهایی که او محاسبه کرده کاملاً دقیق نبودند ، اما مبنایی بودند برای «جدول دورهای پیشرفته» ، اگرچه بسیاری نظریه دالتون در مورد ساختار اتم را نپذیرفتند، اما وی بر تحقیقات خود برای دفاع از نظریهاش ادامه می‌داد.
جان دالتون در سال ۱۸۴۴ درگذشت ، او با افتخار در انگلستان به خاک سپرده شد. بیش از ۴۰۰,۰۰۰ نفر بدن بیجان او را هنگام قرار گرفتن در تابوت مشاهده کردند . به عنوان آخرین تجربه و آزمایش ، او از کالبد شکافی استفاده کرد تا دلیل کوررنگی خود را پیدا کند. او ثابت کرد که چشمان او دلیل این او نمیباشند ، بلکه اشکال از قوه درک و احساس بینایی او در قسمتی از مغز او بود که از کار افتاده بود . حتی تا لحظات آخر زندگی . او به گسترش علم و دانش کمک کرد.
امروز، دانشمندان در هر جا، نظریه دالتون درباره ساختار اتم را مورد قبول میدانند. یک پسر ساده روستایی روش جدیدی برای اندیشیدن و نگاه کردن به عالم هستی و چگونگی کارکرد آن را به مردم و اهل دانش نشان داد .
ا چه کسی کشف کرد
اتم و انرژی هسته‌ای مسئله‌ای جدید و نونیست، بلکه کشف و تحقیق در این باره به حدودیک قرن پیش می‌رسد.
در واقع مبحث اتم مربوط به زمان کنونی‌نیست، شاید برایتان جالب باشد بدانید که 2300سال پیش یک فیلسوف یونانی به نام(دموکریتوس) به پدیده اتم پی برد. اتم در زبان‌یونانی به معنی تقسیم‌ناپذیر است. به این ترتیب‌وجود اتم را در تفکرها پروراند. سپس در سال1808 جان دالتون نظریه اتمی نوین را ارایه‌کرد تا نوبت به ارنست رادرفورد رسید او با تحقیق‌و بررسی خود به انرژی هسته‌ای امروزی دست‌یافت لذا او را پدر انرژی هسته‌ای می‌نامند.
در این مقاله به زندگی شخصی و تحقیقات وی‌می‌پردازیم.
تولد یک دانشمند
ارنست رادرفورد در 30 آگوست 1871 درحومه برایت واتر شهر نلسون واقع در ساحل‌شمالی جزیره جنوبی زلاندنو به دنیا آمد. اوچهارمین فرزند از دوازده فرزند جیمز و مارتارادرفورد نیوزلندی‌های نسل اول بود که ازکودکی از اسکاتلند به زلاندنو آمده بودند.خانواده رادرفورد معتقد به مسیحیت و با فرهنگ‌و جدی در رفتن به کلیسا بودند. آنها احساس‌خوشبختی می‌کردند و این خانواده پرجمعیت‌چهارده نفری در انجام کارهای روزمره خانواده‌شرکت می‌کردند. پدر و مادر سعی در ارتقای‌سطح علمی فرزندانشان داشتند. آنها علیرغم‌اینکه در کشاورزی فعالیت داشتند و ساعت‌های‌متمادی مجبور به کار در مزرعه خود بودند، دست‌از مطالعه کتب مذهبی و علمی برنمی‌داشتند
از این رو ارنست نیز همچون والدینش به‌تحصیل علم علاقمند بود. عشق او به علم در اوان‌کودکی بروز کرد. در سن ده سالگی کتب علمی‌همچون خواندنی‌های اولیه فیزیک و شیمی را که‌تالیف معلمی به نام بالفور استوارت بود با علاقه وجدیت مطالعه می‌کرد. کتاب استوارت شبیه‌کتاب‌های خودآموز فیزیک امروزی بود که درآن اصول اولیه و پایه‌ای فیزیک را با زبان ساده‌توضیح داده بود. ارنست نیز این کتاب را بیش از15 بار مطالعه کرد و با اجسام ساده‌ای همچون‌شمع، سنگ، سکه و وسایل آشپزخانه مادرش‌آزمایش‌های این کتاب را انجام داد. او در همان‌شهر به مدرسه رفت.
16 ساله بود که نخستین بورس از بورس‌های‌تحصیلی متعدد در زندگی خود را دریافت کرد وتوانست در کالج کنتر بوری شهر کریست چرچ‌ثبت‌نام کند. او رشته تحصیلی اصلی خود رافیزیک و ریاضیات انتخاب کرد و تحت نظر اساتیدباتجربه کالج به فراگیری این علوم پرداخت.
او در مدت 3 سال مدرک کارشناسی ریاضی‌فیزیک گرفت و برای ارایه پایان نامه خود دومقاله مهم درباره فعالیت تشعشعی مواد در سال1895 نوشت که مقالاتش مقام دوم را از آن‌خود کرد. یکی دیگر از جوایز او حق انتخاب‌موسسه آموزشی برای ارتقای سطح علمی بود که‌رادرفورد آزمایشگاه کاوندیش در دانشگاه‌کمبریج لندن را برگزید. این آزمایشگاه به‌مدیریت جی‌جی تامسون صاحب نظر پیشتازجهان در زمینه الکترو مغناطیس اداره می‌شد. این‌فرد صاحب‌نام تاثیر زیادی در روند پیشرفت‌ارنست داشت و او را حمایت و تشویق کرد.
اکتشافات علمی
ارنست در دوران تحصیل خود با اکتشافات‌مهمی از جمله کشف اشعه ایکس توسط ویلهم‌کنراد رونتگن فیزیکدان آلمانی روبه‌رو شد وهمین کشف‌ها در زندگی علمی او تاثیر زیادی‌گذاشت.
کشف مهم دیگر درباره تحقیقات هانری بکرل‌دانشمند فرانسوی بود که تاثیر نور مرئی و سنگ‌معدن اورانیوم برروی فیلم عکاسی را فهمید.
رادرفورد در سال 1895 کار جدی خود رادر آزمایشگاه کاوندیش آغاز کرد و رادیواکتیویته‌ناهمانند را مورد شناسایی قرار داد. او اولین‌اشعه‌ای که بار الکتریکی مثبت داشت و به سهولت‌در مواد جذب می‌شد را اشعه آلفا نامید و اشعه‌دوم با بار الکتریکی منفی را اشعه بتا نام گذاشت
او اشعه سومی را هم یافت که شبیه پرتوهای‌ایکس بود. رادرفورد طی شبانه روز فقط 3ساعت می‌خوابید و تمام ساعات شب و روز را درآزمایشگاه می‌گذراند حتی وقت استحمام کردن‌هم نداشت. او در نهایت اظهار کرد که رادیوم تنهاعنصر از گروه عناصر حاصل از فعالیت تشعشعی‌اورانیوم است.
رادرفورد در سال 1903 مفتخر به عضویت‌انجمن سلطنتی لندن شد و یک سال بعد کتابی درزمینه (فعالیت تشعشعی) نوشت. امروزه این کتاب‌جزو کتب کلاسیک می‌باشد.
رادرفورد به شهرت رسیده بود و از سوی‌چندین دانشگاه هندی کرسی‌های زیادی به وی‌پیشنهاد شد. او تصمیم گرفت در دانشگاه منچسترمشغول به کار شود. ارنست در این دانشگاه استادعده‌ای از دانشجویانی بود که درباره ساختار اتم‌تحقیق می‌کردند رادرفورد در سال 1907 تلاش‌و کوشش زیادی جهت شناخت ساختار اتم داشت‌لذا از سوی دانشگاه چندین نشان و جایزه‌دریافت کرد و در همان سال مفتخر به دریافت‌جایزه نوبل در رشته شیمی شد. به گفته رادرفورد،سال 1907 اوج شکوفایی شهرت و موفقیت وی‌بوده است.
بزرگترین نتیجه کاری رادرفورد کشف ساختارهسته اتم بود. او تا آن زمان تصور می‌کرد اتم‌جسمی سخت و قرمز است اما با تحقیق و بررسی‌فهمید که اتم متشکل از ذرات بی‌شمار می‌باشد که‌هر ذره اسراری را در دل دارد.
مدل اتمی رادرفورد
قبل از رادرفورد چند دانشمند درباره ساختاراتم جامه عمل پوشاند و آنها کامل نمود.
او معتقد بود که یک هسته در مرکز اتم وجوددارد. بیشترین جرم و تمام بار مثبت اتم در هسته‌متمرکز است. هسته شامل پروتون‌ها ونوترون‌هایی است که هم جرم هسته را دربردارند و هم بار هسته ناشی از پروتون‌های آن‌است. او بر این ایده بود که هسته درون اتم‌دارای بار مثبت است که توسط الکترون‌هامحاصره شده و به خاطر وجود فضای خالی زیاددرون اتم حجمش کم می‌باشد. رادرفورد این‌فیزیکدان بزرگ و آزمایشگری که به پشتکاری اوتاکنون فردی نیامده است نام پدر انرژی هسته‌ای‌را به نام خود ثبت کرد.
رادرفورد با کشف هسته اتم راه را برای‌دانشمندان آینده خود هموار کرد.
دانشمندان با توجه به مجموعه آزمایش‌های‌رادرفورد به این نتیجه رسیدند که اتمها برخلاف‌نامشان از اجزای کوچکتری هم تشکیل شده‌اندرادرفورد از سوی انجمن سلطنتی انگلستان به‌لقب لرد رادرفورد نایل شد.
در حقیقت بعد از اینکه رادرفورد ماهیت‌تشعشع رادیواکتیو را کشف کرد دانشمندان پی‌بردند که رادیواکتیویته به علت متلاشی شدن‌خود به خود هسته‌های سنگین و تبدیل آنها به‌هسته‌های سبک‌تر است. در میان این تبدیل وتحول ذرات آلفا، بتا و گاما ساطع می‌شود و به‌دنبال آن ماهیت آن تغییر می‌کند. رادرفورد ازاین طریق توانست نیمه عمر را معنا بخشد وی سهم‌زیادی در شناخت اتم همچنین انرژی هسته‌ای‌دارد که امروزه از آن در جوامع جهان به وفور ازآن یاد می‌شود. در واقع رادرفورد اسرار ناگفته‌اتم را برای همگان گشود و کشف کرد.
زندگی شخصی رادرفورد
ارنست رادرفورد همه اوقات زندگی خود رادر راه کشف‌های علمی خود گذاشت و به ازدواج‌و تشکیل خانواده فکر نکرد.
روزهای متمادی در آزمایشگاهش مشغول‌تحقیق بر روی ذرات اتم بود و یا کتاب و مقاله‌می‌نوشت. هفته‌ها پی در پی می‌گذشت و حتی‌یک بار به بیرون از آزمایشگاه پا نمی‌گذاشت و نورخورشید را نمی‌دید. از این رو هیچگاه به داشتن‌یک زندگی مشترک فکر نکرد. او خودش را وقف‌علم فیزیک و شیمی کرده بود و در آن غرق شده‌بود.
در سال‌های اولیه‌ای که نظریه خود را در زمینه‌هسته اتم ارایه کرد هوادار چندانی نداشت. اماکم‌کم توانست ایده‌اش را به همگان بقبولاند ومورد اعتماد واقع شود.
یکی از همکاران و شاگردانش، فردریک‌سودی در دانشگاه مک گیل بود که با کمک و یاری‌رادرفورد کاشف ایزوتوپها شد. اوتوهان‌آلمانی یکی دیگر از شاگردان وی بود که 30 سال‌بعد با شکاف اورانیوم و اظهار اینکه در هر اتم‌همواره انرژی وجود دارد، استاد خود را مبهوت‌کرد.ارنست رادرفورد در سال 1927درگذشت.
ساختار هسته
آیا تئوری یا مدلی برای هسته می‌توان ارایه کرد؟
آیا هسته هم مانند اتم دارای اجزاء کوچکتری است؟ چه نیرویی آنها را به هم پیوند می‌دهد؟
در اوایل قرن بیستم، سوال هایی اساسی برای دانشمندان مطرح شدند.
در آن زمان دانشمندان اتم را شامل یک هسته و الکترون هایی که در اطراف آن در چرخشند، می‌دانستند، در ضمن هر اتم از اتم دیگر بخاطر هسته ی متفاوتی که داشت، متمایز می‌شد. خواص شیمیایی متفاوت آنها نیز به مقدار بار الکتریکی هسته بستگی داشت. به عنوان مثال هیدروژن دارای یک الکترون منفی و یک هسته با بار مثبت است در حالی که اکسیژن دارای ٨ الکترون با بار منفی و هسته ای با بار ٨+ است. اتمها تنها با گسیل الکترون یا دریافت الکترون با مواد اطراف خود ارتباط پیدا میکنند، بنابراین در واکنشهای شیمیایی عنصر عوض نمی شود.
حال برویم سراغ هسته. همانطور که می‌دانید اورانیوم از خود ذرّات گسیل می‌کند یعنی ذره ای با جرمی چهار برابر جرم هسته هیدروژن. این ذره از کجا آمده است؟ این سؤال جدی و مهمی بود زیرا در اطراف هسته فقط الکترون قرار دارد. آیا این ذره از هسته اتم جدا شده است؟
بدین شکل دانشمندان برای هسته اتم جزء ریزتری در نظر گرفتند.
در سال ١٢٤٣ شمسی (١٩١٤ م) رادرفورد چنین ادعا نمود که: باری کوچکتر از بار الکترون یا بار هسته هیدروژن وجود ندارد. به همین خاطر هسته هیدروژن را پروتون () نامید که واژه ای بر گرفته از یک واژه یونانی به معنی نخست است. برای هسته‌های دیگر هم به ازای هر یک بار الکتریکی، یک پروتون در نظر گرفت. اما یک مشکل مهم پیش آمد. به عبارتی جرم هسته‌ها با جرم پروتون هایی که داشتند برابر نمی شد. به عنوان مثال جرم هسته هلیوم ٤ برابر جرم هیدروژن است، در حالی که بار هسته آن ٢ بار مثبت است و طبق قاعده ای که رادرفورد گفت باید جرم آن ٢ برابر جرم هیدروژن می‌بود. در هسته‌های سنگین تر وضع بدتر بود. به عنوان مثال جرم هسته اورانیوم ٢٣٨ برابر جرم هسته هیدروژن است در حالی که بار آن ٩٢ مثبت است.
به نظر شما این جرم اضافی از کجا ناشی شده است؟ چه چیزی باعث می‌شود که جرم هسته از قاعده رادرفورد تبعیت نکند؟
دانشمندان درون هسته را مورد کاوش قرار دادند تا علت این اختلاف جرم را بیابند. در سال ١٣١١ شمسی (١٩٣٢ م) "چدویک" دانشمند انگلیسی، جوابی برای آن یافت. در آن زمان اتاقکی به نام اتاقک ابر وجود داشت که رد و مسیر حرکت ذره باردار در آن مشخص می‌شد زیرا هنگام عبور ذرّات باردار از درون بخار آب، قطره‌های ریز آب دور آنها جمع می‌شدند و مسیر حرکت ذره توسط قطره‌های آب به جا مانده و مشخص می‌شد. در شکل زیر یک اتاق ابر و مسیر ذرّات را در آن می‌بینید.
چدویک با استفاده از این دستگاه هسته اتمهای عنصر بریلیوم را توسط ذرّات آلفا بمباران کرد و متوجه تابش جدیدی شد که مسیر آن در اتاقک ابر ظاهر نمی شد. ولی وقتی پارافین در معرض این تابش قرار می‌گرفت از هسته پارافین پروتون جدا می‌شد.
بنابراین چدویک هنگام بمباران بریلیوم توسط ذرّات ، با ذرّات جدیدی روبه‌رو شد که رد آنها در اتاقک ابر بر جای نمی ماند. پس باید بدون بار الکتریکی باشند. از طرف دیگر جرم آنها باید نزدیک جرم پروتون باشد چرا که از هسته پارافین، پروتون جدا می‌کند. چدویک نام آن را "نوترون" () گذاشت که یک واژه لاتینی به معنی نه مثبت و نه منفی است.
در شکل زیر اتاقک ابری را می‌بینید که محل تولید نوترون با علامت + مشخص شده است با فرض وجود نوترون مشکل قاعده رادرفورد حل شد. حال دانشمندان چیزی درون هسته کشف کرده بودند که جرم هسته را بدون افزایش بار آن، افزایش می‌داد. بنابراین مشخص شد هسته از دو نوع ذره به نام‌های پروتون و نوترون ساخته شده است و جرم آنها نیز برابر است. به پروتون و نوترون درون هسته نوکلئون می‌گویند. بنابراین وقتی ذره از هسته‌ای جدا می‌شود اتفاق زیر برای آن هسته روی می‌دهد.
تعداد پروتون‌های هسته را عدد اتمی می‌گویند و با نشان می‌دهند. تعداد نوترونهای هسته را عدد نوترونی می‌گویند و با نشان می‌دهد. تعداد کل نوکلئون‌های هسته (مجموع پروتون و نوترون) را عدد جرمی می‌گویند و با نشان می‌دهند. بنابراین داریم:
یکی از فرض های بدیهی نظریه اتمی دالتون این است که هر یک از اتمهای یک عنصر از هر لحاظ (از جمله جرم) با اتمهای دیگر آن یکسان است. ولی در اوایل قرن بیستم معلوم شد که یک عنصر ممکن است شامل چند نوع اتم باشد که اختلاف آنها با یکدیگر در جرم اتمی است. فردریک سودی اصطلاح ایزوتوپ (از واژه یونانی به معنای هم مکان) را برای اتمهای یک عنصر که که از نظر جرم با یکدیگر تفاوت دارند پیشنهاد کرد.
برای بررسی ایزوتوپها از طیف نگار جرمی استفاده می شود.دستگاههایی از این نوع ابتدا توسط فرانسیس استون (1919) و آرتور دمپستر (1918) با پیروی از اصول روشهایی که جی جی تامسون در 1912 ارائه کرده بود ساخته شد. اگر عنصری شامل چند نوع اتم با جرمهای متفاوت (ایزوتوپها ) باشد، این تفاوت در مقادیر یونهای مثبت حاصل از این اتمها پدیدار می گردد.طیف نگار جرمی یونها را بر حسب مقادیر نسبت بار به جرم ، از یکدیگر جدا می کند، و سبب می شود که یونهای مثبت متفاوت در محلهای مختلف روی یک صفحه عکاسی اثر کند. وقتی دستگاه کار می کند، اتمهای بخار ماده مورد مطالعه در معرض بمباران الکترونی قرار گرفته و به یونهای مثبت تبدیل می شوند.این یونها بر اثر عبور از یک میدان الکتریکی ، به قدرت چندین هزار ولت ، شتاب پیدا می کنند. اگر ولتاژ این میدان ثابت نگه داشته شود، تمام یونهایی که مقدار بار به جرم مساوی دارند، با سرعت مساوی وارد یک میدان مغناطیسی می شوند. این سرعت، مقدار بار به جرم و شدت میدا مغناطیسی، شعاع مسیر یون را در میدان مغناطیسی تعیین می کند.
اگر شدت میدان مغناطیسی و ولتاژ شتاب دهنده ثابت نگه داشته شوند، تمام یونهایی که مقدار بار به جرم مساوی دارند، در یک محل بر روی صفحه عکاسی متمرکز می شوند. این محل را می توان با تغییر پتانسیلی که موجب شتاب یونها می شود، تغییر داد. ولی یونهایی که مقدار بار به جرم متفاوت دارند در محلهای مختلف روی صفحه عکاسی متمرکز می شوند. هر گاه یک وسیله الکتریکی که شدت اشعه یونی را اندازه می گیرد، جای گزین صفحه عکاسی شود، دستگاه را طیف سنج جرمی می نامیم. با استفاده از طیف سنج جرمی می توان هم جرم اتمی دقیق ایزوتوپها و هم ترکیب ایزوتوپی عناصر (انواع ایزوتوپهای موجود و مقدار نسبی هر یک) را تعیین کرد.
ایزوتوپها، اتمهایی با عدد اتمی مساوی و عدد جرمی متفاوتند. این اتمها دارای خواص شیمیایی بسیار مشابه هم (در اغلب موارد غیر قابل تشخیص) هستند. مثلا در طبیعت دو نوع اتم کلر وجود داردکه هر دو 17 پروتون و 17 الکترون دارند ولی یکی دارای 18 نوترون و دیگری دارای 20 نوترون است. بنابراین، اختلاف ایزوتوپها در تعداد نوترونهای هسته ها آنهاست. بعضی از عناصر فقط به یک شکل ایزوتوپی در طبیعت وجود دارند(مثل سدیم، بریلیم و فلوئور). ولی اغلب عناصر بیش از یک ایزوتوپ دارند.مثلا قلع دارای ده ایزوتوپ است. اصطلاح نوکلید، به طور کلی، برای گونه های اتمی به کار می رود.
بسیاری از ایزوتوپها از ایزوتوپها رادیواکتیو هستن ، یعنی ذراتی با فرکانس بالا را از هسته (مرکز) اتمهای خود را ساطع می کنند . از آنها می توان برای دنبال کردن مسیر مواد متحرکی که از دید پنهان هستند ، مانند جریان خون در بدن یک بیمار در بیمارستان ، استفاده کرد.
جریان خون
مقدار کمی از یک ایزوتوپ رادیو اکتیو به درون جریان خون بیمار تزریق می شود . سپس مسیر آن توسط آشکارسازهای خاصی که فعالیت رادیواکتیویته را مشخص می کنند دنبال می شود . این اطلاعات به یک کامپیوتر داده می شود ، که صفحه آن هر گونه اختلالی ، مانند انعقاد خون در رگها ، را نشان می دهد . با استفاده از روشی مشابه ، می توان از ایزوتوپها برای مطالعه جریان مایعات در تاسیسات شیمیایی نیز استفاده کرد.
فرسودگی ماشین آلات
آهنگ فرسودگی ماشین آلات صنعتی را نیز می توان با استفاده از ایزوتوپها اندازه گرفت . مقادیر اندکی از ایزوتوپهای رادیواکتیو به بخشهای فلزی ماشین آلات ، مانند یاتاقانها و رینگ وپیستونها اضافه می شود . سپس سرعت فرسودگی با اندازه گرفتن رادیواکتیویته روغنی که برای روغنکاری این بخشها به کار رفته است مححاسبه می شود.
کاربرد های انرژی هسته ا ی
دستیابی جمهوری اسلامی ایران به فناوری هسته‌ای و بومی کردن این دانش روز بشری که در توسعه و پیشرفت کشور نقش بالایی ایفاء خواهد کرد، به یکی از چالش‌های اصلی در سیاست خارجی تبدیل شده است. در مقطع کنونی تنها با یک عزم و اراده ملی می‌توان از این بحران عبور کرد و توطئه‌های دشمنان انقلاب اسلامی با محوریت آمریکا و رژیم صهیونیستی را خنثی نمود. از این روی آشنایی اجمالی با کاربرد انرژی هسته‌ای‌از اهمیت‌بالایی‌برخوردار است . در این‌نوشتار بحث ، فناوری هسته‌ای از زوایای مذکور مورد بررسی قرار می‌گیرد و به مواردی نیز اشاره خواهیم کرد
1- کاربرد انرژی هسته‌ای در تولید برق
2- کاربرد انرژی هسته‌ای در پزشکی هسته‌ای و امور بهداشتی
3- کاربرد انرژی هسته‌ای در بخش دامپزشکی و دامپروری
4- کاربرد انرژی هسته‌ای در دسترسی به منابع آب
5- کاربرد انرژی هسته‌ای در بخش صنایع غذایی و کشاورزی
6- کاربرد انرژی هسته‌ای در بخش صنعت
انرژی هسته‌ای دارای کاربردهای فراوان است. در یک تقسیم‌بندی کلی می‌توان کاربردهای انرژی هسته‌ای را در دو بخش نظامی و غیرنظامی یا صلح جویانه قرار داد. ایران در طول سالیان اخیر همواره‌تأکید بر استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای داشته و مسئولان بارها اعلام کرده‌اند که سلاح‌های هسته‌ای و بمب اتم در دکترین دفاعی کشور جایی ندارد. آمریکایی‌ها قریب دو دهه است که ایران را متهم به تلاش جهت دستیابی به سلاح‌های اتمی میکنند و مقصد نهایی ایران در فعالیتهای هسته‌ای را دسترسی به سلاح اتمی اعلام می‌دارند. آمریکایی‌ها و برخی دیگر از کشورهای غربی و همچنین رژیم صهیونیستی با تکیه بر قدرت رسانه‌ای، اینگونه تبلیغ می‌نمایند که ایران با برخورداری از منابع‌عظیم انرژی‌های فسیلی، هیچگونه نیازی به انرژی اتمی ندارد، فلذا فعالیتهای هسته‌ای ایران دارای مقاصد غیرصلح‌آمیز بوده و باید متوقف گردد. در داخل کشور نیز برخی از گروههای سیاسی با همین استدلال، معتقدند درحالیکه مجامع بین‌المللی نسبت به فعالیتهای هسته‌ای ایران بدگمان می‌باشند و ما هم با وجود منابع عظیم انرژی فسیلی نیاز مبرمی به انرژی جایگزین نداریم، بهتر است فعالیتهای هسته‌ای کشور را متوقف نماییم. بنابراین آشنایی با موارد کاربرد صلح‌آمیز انرژی هسته‌ای و تبیین نقش فناوری هسته‌ای در پیشرفت و توسعه کشور بسیار ضرروری است.
نگاهی به ساختار نیروگاه های هسته ای
مطالبی در مورد ساختار نیروگاه های اتمی جهان و نیز شرح مختصری درباره طرز غنی سازی اورانیوم و یا سنتز عنصر پلوتونیوم:
برحسب نظریه اتمی عنصر عبارت است از یک جسم خالص ساده که با روش های شیمیایی نمی توان آن را تفکیک کرد. از ترکیب عناصر با یکدیگر، اجسام مرکب به وجود می آیند. تعداد عناصر شناخته شده در طبیعت حدود 92عنصر است.
هیدروژن اولین و ساده ترین عنصر است و پس از آن هلیم، کربن، ازت، اکسیژن و... فلزات روی، مس، آهن، نیکل و... و بالاخره آخرین عنصر طبیعی به شماره 92، عنصر اورانیوم است. بشر توانسته است به طور مصنوعی و به کمک واکنش های هسته ای در راکتورهای اتمی و یا به کمک شتاب دهنده های قوی بیش از 20 عنصر دیگر بسازد که تمام آن ها ناپایدارند و عمر کوتاه دارند و به سرعت با انتشار پرتوهایی تخریب می شوند. اتم های یک عنصر از اجتماع ذرات بنیادی به نام پرتون، نوترون و الکترون تشکیل یافته اند. پروتون بار مثبت و الکترون بار منفی و نوترون فاقد بار است.
تعداد پروتون ها، نام و محل قرار گرفتن عنصر را در جدول تناوبی (جدول مندلیف) مشخص می کند. اتم هیدروژن یک پروتون دارد و در خانه شماره ۱ جدول و اتم هلیم در خانه شماره ۲، اتم سدیم در خانه شماره ۱۱ و... و اتم اورانیوم در خانه شماره 92 قرار دارد. یعنی دارای 92 پروتون است.
ایزوتوپ های اورانیوم
تعداد نوترون ها در اتم های مختلف یک عنصر همواره یکسان نیست که برای مشخص کردن آنها از کلمه ایزوتوپ استفاده می شود.
بنابراین اتم های مختلف یک عنصر را ایزوتوپ می گویند. مثلاً عنصر هیدروژن سه ایزوتوپ دارد: هیدروژن معمولی که فقط یک پروتون دارد و فاقد نوترون است؛ هیدروژن سنگین یک پروتون و یک نوترون دارد که به آن دوتریم گویند و نهایتاً تریتیم که از دو نوترون و یک پروتون تشکیل شده و ناپایدار است و طی زمان تجزیه می شود.
ایزوتوپ سنگین هیدروژن یعنی دوتریم در نیروگاه های اتمی کاربرد دارد و از الکترولیز آب به دست می آید. در جنگ دوم جهانی آلمانی ها برای ساختن نیروگاه اتمی و تهیه بمب اتمی در سوئد و نروژ مقادیر بسیار زیادی آب سنگین تهیه کرده بودند که انگلیسی ها متوجه منظور آلمانی ها شده و مخازن و دستگاه های الکترولیز آنها را نابود کردند.
غالب عناصر، ایزوتوپ دارند. از آن جمله عنصر اورانیوم، چهار ایزوتوپ دارد که فقط دو ایزوتوپ آن به علت داشتن نیمه عمر نسبتاً بالا در طبیعت و در سنگ معدن یافت می شوند. این دو ایزوتوپ عبارتند از اورانیوم 235 و اورانیوم 238 که در هر دو 92 پروتون وجود دارد ولی اولی 143 و دومی 146 نوترون دارد. اختلاف این دو فقط وجود ۳ نوترون اضافی در ایزوتوپ سنگین است ولی از نظر خواص شیمیایی این دو ایزوتوپ کاملاً یکسان هستند و برای جداسازی آنها از یکدیگر حتماً باید از خواص فیزیکی آنها یعنی اختلاف جرم ایزوتوپ ها استفاده کرد. ایزوتوپ اورانیوم 235 شکست پذیر است و در نیروگاه های اتمی از این خاصیت استفاده می شود و حرارت ایجاد شده در اثر این شکست را تبدیل به انرژی الکتریکی می نمایند. در واقع ورود یک نوترون به درون هسته این اتم سبب شکست آن شده و به ازای هر اتم شکسته شده 200 میلیون الکترون ولت انرژی و دو تکه شکست و تعدادی نوترون حاصل می شود که می توانند اتم های دیگر را بشکنند. بنابراین در برخی از نیروگاه ها ترجیح می دهند تا حدی این ایزوتوپ را در مخلوط طبیعی دو ایزوتوپ غنی کنند و بدین ترتیب مسأله غنی سازی اورانیوم مطرح می شود.
ساختار نیروگاه اتمی
به طور خلاصه چگونگی کارکرد نیروگاه های اتمی را بیان کرده و ساختمان درونی آنها را مورد بررسی قرار می دهیم:
طی سال های گذشته اغلب کشورها به استفاده از این نوع انرژی هسته ای تمایل داشتند و حتی دولت ایران 15 نیروگاه اتمی به کشورهای آمریکا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولی خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه مهم، تری میل آیلند (Three Mile Island) در 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبیل (Chernobyl) در روسیه در ۲۸ مارس ۱۹۷۹ و فاجعه چرنوبیل (Chernobyl) در روسیه در ۲۶ آوریل ۱۹۸۶، نظر افکار عمومی نسبت به کاربرد اتم برای تولید انرژی تغییر کرد و ترس و وحشت از جنگ اتمی و به خصوص امکان تهیه بمب اتمی در جهان سوم، کشورهای غربی را موقتاً مجبور به تجدیدنظر در برنامه های اتمی خود کرد.
نیروگاه اتمی در واقع یک بمب اتمی است که به کمک میله های مهارکننده و خروج دمای درونی به وسیله مواد خنک کننده مثل آب و گاز، تحت کنترل در آمده است. اگر روزی این میله ها و یا پمپ های انتقال دهنده مواد خنک کننده وظیفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددی به وجود می آید و حتی ممکن است نیروگاه نیز منفجر شود، مانند فاجعه نیروگاه چرنوبیل شوروی. یک نیروگاه اتمی متشکل از مواد مختلفی است که همه آنها نقش اساسی و مهمی در تعادل و ادامه حیات آن دارند. این مواد عبارت اند از:
۱ _ ماده سوخت متشکل از اورانیوم طبیعی، اورانیوم غنی شده، اورانیوم و پلوتونیم است. عمل سوختن اورانیوم در داخل نیروگاه اتمی متفاوت از سوختن ذغال یا هر نوع سوخت فسیلی دیگر است. در این پدیده با ورود یک نوترون کم انرژی به داخل هسته ایزوتوپ اورانیوم 235 عمل شکست انجام می گیرد و انرژی فراوانی تولید می کند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپایداری در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسیار کوتاهی هسته اتم شکسته شده و تبدیل به دو تکه شکست و تعدادی نوترون می شود. تعداد متوسط نوترون ها به ازای هر 100اتم شکسته شده ۲۴۷ عدد است و این نوترون ها اتم های دیگر را می شکنند و اگر کنترلی در مهار کردن تعداد آنها نباشد واکنش شکست در داخل توده اورانیوم به صورت زنجیره ای انجام می شود که در زمانی بسیار کوتاه منجر به انفجار شدیدی خواهد شد.
در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانیوم و شکسته شدن آن توأم با انتشار انرژی معادل با 200 میلیون الکترون ولت است این مقدار انرژی در سطح اتمی بسیار ناچیز ولی در مورد یک گرم از اورانیوم در حدود صدها هزار مگاوات است. که اگر به صورت زنجیره ای انجام شود، در کمتر از هزارم ثانیه مشابه بمب اتمی عمل خواهد کرد.
اما اگر تعداد شکست ها را در توده اورانیوم و طی زمان محدود کرده به نحوی که به ازای هر شکست، اتم بعدی شکست حاصل کند شرایط یک نیروگاه اتمی به وجود می آید. به عنوان مثال نیروگاهی که دارای 10 تن اورانیوم طبیعی است قدرتی معادل با 100 مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط 105 گرم اورانیوم 235در روز در این نیروگاه شکسته می شود و همان طور که قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسیله ایزوتوپ اورانیوم 238 اورانیوم 239 به وجود می آمد که بعد از دو بار انتشار پرتوهای بتا (یا الکترون) به پلوتونیم 239 تبدیل می شود که خود مانند اورانیوم 235 شکست پذیر است. در این عمل 70 گرم پلوتونیم حاصل می شود. ولی اگر نیروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون های موجود در نیروگاه زیاد باشند مقدار جذب به مراتب بیشتر از این خواهد بود و مقدار پلوتونیم های به وجود آمده از مقدار آنهایی که شکسته می شوند بیشتر خواهند بود. در چنین حالتی بعد از پیاده کردن میله های سوخت می توان پلوتونیم به وجود آمده را از اورانیوم و فرآورده های شکست را به کمک واکنش های شیمیایی بسیار ساده جدا و به منظور تهیه بمب اتمی ذخیره کرد.
۲ _ نرم کننده ها موادی هستند که برخورد نوترون های حاصل از شکست با آنها الزامی است و برای کم کردن انرژی این نوترون ها به کار می روند. زیرا احتمال واکنش شکست پی در پی به ازای نوترون های کم انرژی بیشتر می شود. آب سنگین (D2O) یا ذغال سنگ (گرافیت) به عنوان نرم کننده نوترون به کار برده می شوند.
۳ _ میله های مهار کننده: این میله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود آنها در داخل رآکتور اتمی الزامی است و مانع افزایش ناگهانی تعداد نوترون ها در قلب رآکتور می شوند. اگر این میله ها کار اصلی خود را انجام ندهند، در زمانی کمتر از چند هزارم ثانیه قدرت رآکتور چند برابر شده و حالت انفجاری یا دیورژانس رآکتور پیش می آید. این میله ها می توانند از جنس عنصر کادمیم و یا بور باشند.
۴ _ مواد خنک کننده یا انتقال دهنده انرژی حرارتی: این مواد انرژی حاصل از شکست اورانیوم را به خارج از رآکتور انتقال داده و توربین های مولد برق را به حرکت در می آورند و پس از خنک شدن مجدداً به داخل رآکتور برمی گردند. البته مواد در مدار بسته و محدودی عمل می کنند و با خارج از محیط رآکتور تماسی ندارند. این مواد می توانند گاز CO2، آب، آب سنگین، هلیم گازی و یا سدیم مذاب باشند.
دیمتری ایوانویچ مندلیف زیر و رو کننده علم شیمی و فرزند یکی از مدیران مدرسه محلی در هفتم فوریه 1834 در شهر «توبوسک» واقع در روسیه متولد شد. وی در سال 1869 دکتر علوم و استاد شیمی دانشگاه شد و در همین سال ازدواج کرد در این هنگام فقط شصت و سه عنصر از نظر شیمی‌دان‌ها شناخته شده بود. مندلیف در این فکر بود که خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر تابعی از جرم اتمی آنها است. بدون قانون تناوبی نه پیش بینی خواص عناصر شیمیایی ناشناخته میسر بود و نه به فقدان یا غیبت برخی از عناصر می‌شد پی برد کشف عناصر منوط به مشاهده و بررسی بود. بنابراین تنها یاری بخت، مداومت و یا پیش داوری منجر به کشف عناصر جدید می‌شد قانون تناوبی راه جدیدی در این زمینه گشود. منظور مندلیف از این جمله‌ها آن بود که در سیر تاریخی عناصر شیمیایی، زمان حدس زدن وجود عناصر و پیشگویی خواص مهم‌شان فرا رسیده است. جدول تناوبی پایه‌ای برای این کار شد. حتی ساخت این جدول نشان می‌داد که در چه جاهایی مکان خالی باقی می‌ماند که باید بعداً اشغال شود. با آگاهی از خواص عناصر موجود در جوار این مکان‌های خالی می‌شد خواص مهم عناصر ناشناس را تخمین زد و چند مشخصه مقداری آنها (جرمهای اتمی، چگالی، نقطه ذوب و نقطه جوشش و مانند آنها را) به کمک نتیجه گیری‌های منطقی و چند محاسبه ریاضی ساده، تعیین کرد. این مطالب نیاز به تبحر کافی در شیمی داشت. مندلیف از این تبحر برخوردار بود که با ترکیب آن با تلاش علمی و اعتقاد به قانون تناوبی توانست پیشگوهای درخشانی درباره وجود و خواص چندین عنصر جدید ارائه دهد. بنابراین مطابق با این فکر جدولی درست کرد و شصت و سه عنصر شناخته شده را به ترتیب جرم اتمی‌شان در جدول قرار داد.
بمب‌باران اتمی هیروشیما و ناکازاکی
بمب‌باران اتمی هیروشیما و ناکازاکی عملیاتی اتمی بود که در زمان جنگ جهانی دوم علیه کشور ژاپن که متحد آلمان نازی بود انجام گرفت. عملیات اول در تاریخ دوشنبه، ساعت ۸:۱۵ صبح روز ۶ اوت ۱۹۴۵ به وقت محلی در شهر هیروشیما انجام گرفت
بمب اتمی اول به نام پسر کوچک (Little Boy) توسط یک هواپیمای بمب افکن به نام Enola Gay بر روی هیروشیما انداخته شد. انرژی تولید شده توسط این بمب برابر بود با انرژی حاصل از ۱۵ کیلوتن تی‌ان‌تی. فعل و انفعالات اتمی در مرکز این بمب باعث گرمائی حدود چندین میلیون درجه سانتیگراد شد. این گرمای عظیم هر چیزی را تا شعاع یک و نیم کیلومتری مرکز اصابت بمب بطور کلی ذوب نمود. مردمی که از دور دست انفجار "پسر کوچک" را در آسمان هیروشیما مشاهده کرده‌اند می‌گویند، خورشید دیگری را در آسمان دیده‌اند.
تنها چیزی که از شهر باقی می ماند ساختمان تالار ترویج صنعتی استانی هیروشیماست که انفجار، بالای گنبد این بنا رخ می دهد و به خاطر قرار گرفتن در کانون مرکزی انفجار، کاملاً ویران نمی شود
بعد ها وزیر دفاع ژاپن در مورد این بمب‌باران چنین گفت:
اگر این حمله انجام نمی‌شد، جنگ دوم جهانی خاتمه نمی‌یافت و تعداد بیشتری از مردم این کشور کشته می‌شدند.[
وزش بادی شدید، موجب شد که بمب به هنگام فرود در منطقه ای در گوشه شهر به زمین افتد . بر اثر این بمب یک سوم شهر ناکازاکی از جمله کارخانه های فولاد سازی و صنعتی ای چون میتسوبیشی از بین رفتند
سه تن از خدمه این هواپیمای جنگی، اظهار داشته اند که «کاربرد سلاح اتمی اقدامی لازم در تاریخ» بوده و آنها از این کار « به دلیل پایان دادن به جنگ جهانب دوم پشیمان نیستند».
فرمانده هواپیمای «بی-۲۹» که در جنگ جهانی دوم نخستین بمب اتمی را بر شهر هیروشیمای ژاپن فروانداخت در سن ۹۲ سالگی درگذشت. «پل وارفیلد تیبت جونیر»، در خانه اش در شهر کلمبو در ایالت اوهایوی آمریکا چشم از جهان فرو بست
سه روز بعد بمب دیگری به نام Fat man بر روی شهر ناکازاکی انداخته شد.این عملیات در تاریخ پنج شنبه نهم او
بر اساس اعلام وزارت بهداشت، رفاه و کار ژاپن از تعداد ۲۵۱هزار و ۸۳۴ نفر قربانیان بمباران اتمی شهرهای هیروشیما و ناکازاکی تا سی و یکم ماه مارس سال جاری میلادی ۲۰۰۷ ، بیماری دو هزار و ۲۴۲نفر از این قربانیان از سوی دولت مورد تایید قرار گرفته است
پس از نابودی ناکازاکی ، ژاپن مجبور به تسلیم شد
ت ۱۹۴۵ میلادی انجام شد.
اطلاعات عمومی در مورد فصل دوم
بررسی مواد ساده و مرکب در طبیعت نشان می‌دهد که اکثریت قریب به اتفاق اتمها در طبیعت به حالت آزاد وجود ندارند. مواد ساده‌ای که در طبیعت به حالت آزاد وجود دارند، بندرت بصورت مولکول تک اتمی‌هستند. بیشتر مواد ساده بصورت مولکولهای دو یا چند اتمی در طبیعت پیدا می‌شوند. برای مثال گاز هیدروژنی که از اثر اسیدها بر فلزها یا از تجزیه الکتریکی آب یا از هر راه دیگری بدست می‌آید، بصورت مولکول دو اتمی است.
اکسیژن نیز در اغلب موارد بصورت مولکول دو اتمی و گاهی نیز بصورت مولکول سه اتمی اوزون یافت می‌شود. فسفر سفید بصورت مولکول چهار اتمی و گوگرد بصورت مولکول هشت اتمی است. تنها گازهای بی‌اثر در طبیعت بصورت تک اتمی یافت می‌شوند.
قرار دارد. در حالی که در اوربیتال اتمی ابر الکترونی تحت تاثیر جاذبه یک هسته است.چون نیروی جاذبه هسته‌ها در فضای بین دو هسته از جاهای دیگر بیشتر است، در نتیجه تراکم ابر الکترونی در فاصله دو هسته از جاهای دیگر بیشتر خواهد بود.
انرژی پیوند ، عبارت است از مقدار انرژی آزاد شده به هنگام تشکیل پیوند بین یک مول اتمهای گازی شکل یک عنصر با یک مول اتمهای گازی شکل همان عنصر یا عنصر دیگر.
پیوند کووالانسی بین دو اتم هیدروژن از همپوشانی اوربیتال s بوجود می‌آید و مولکول حاصل بیضوی است که هسته‌های دو اتم در دو کانون آن قرار دارند و تراکم ابر الکترونی در بین دو هسته زیاد و در اطراف هسته‌ها کمتر است. در نتیجه تشکیل پیوند ، اوربیتالهای اتمی به اوربیتال مولکولی تبدیل می‌شوند. اوربیتالهای مولکولی حاصل از تشکیل پیوند میان دو اتم هیدروژن بیضوی است که تراکم ابر الکترونی بر روی خط واصل بین هسته‌های آن از جاهای دیگر بیشتر است. این شکل اوربیتال مولکولی اوربیتال مولکولی سیگما یا پیوند سیگما نامیده می‌شود.در نوع دیگر از اوربیتالهای مولکولی ، نه تنها سطح انرژی پائین نمی‌آید و انرژی آزاد نمی‌شود، بلکه سطح انرژی از اتمهای اولیه نیز بالاتر است، این اوربیتال را نمی‌توان اوربیتال پیوندی نامید، بلکه یک اوربیتالی ضد پیوندی است و بصورت نشان داده می‌شود.هرچه در یک مولکول ، تعداد اوربیتالهای پیوندی اشغال شده بیشتر باشد، مولکول پایدارتر است، ولی هر گاه تعداد اوربیتالهای پیوندی و ضد پیوندی برابر باشد، دو اتم از یکدیگر جدا می‌مانند و بین آنها پیوندی تشکیل نمی‌شود. تعداد پیوند میان دو اتم برابر نصف تعداد الکترونهای موجود در اوربیتالهای پیوندی منهای نصف تعداد الکترونهای موجود در اوربیتالهای ضد پیوندی است.
اتم نیتروژن با سه اتم هیدروژن ، پیوند کووالانسی معمولی تشکیل می‌دهد و به آرایش الکترونی گاز بی‌اثر می‌رسد. پس از این عمل ، برای نیتروژن یک جفت الکترون غیر پیوندی باقی می‌ماند که می‌تواند آن را بصورت داتیو در اختیار اتمهایی که به آن نیاز دارند، قرار دهد. از سوی دیگر ، اتم هیدروژن که یک اتم الکترون در اوربیتال آن موجود است، هر گاه این الکترون را از دست بدهد، به یون تبدیل می‌شود که اوربیتال آن خالی است.حال هرگاه این یون به مولکول آمونیاک نزدیک شود، با آن پیوند داتیو برقرار می‌کند و خود را به آرایش الکترونی گاز بی‌اثر می‌رساند: این مجموعه که یون آمونیوم نامیده می‌شود، در بسیاری از ترکیبات مانند کلرید آمونیوم و هیدروکسید آمونیوم وجود دارد.اندازه گیری‌های انجام شده نشان می‌دهد که انرژی و طول هر چهار پیوند نیتروژن _ هیدروژن در یون آمونیوم کاملا یکسان است. این امر منطقی نیز به نظر می‌رسد، زیرا پیوند داتیو نیز مانند پیوند کووالانسی معمولی یک جفت الکترون است که بین هسته اتم نیتروژن و هسته اتم هیدروژن قرار گرفته است.هچنین می‌تواند با یون یون تشکیل دهد که در آن هر چهار پیوند از نظر طول و انرژی یکسان هستند. کلرید آلومینیوم نیز با یون ترکیب می‌شود و یون تولید می‌کند که در آن هر چهار پیوند AL - Cl از نظر طول و انرژی یکسان هستند.
در اتم لیتیم ، 2 الکترون وجود دارد که یک الکترون ، در لایه والانس آن قرار دارد. به هنگام تشکیل پیوند ، چون این اتم در دومین سطح انرژی دارای جفت الکترون غیر پیوندی نیست و تفاوت سطح انرژی اول و دوم نیز بسیار زیاد است، نمی‌تواند الکترون خود را برانگیخته کند. بنابراین در خارجی‌ترین سطح انرژی ، تنها یک الکترون خواهد داشت. هرگاه این اتم بخواهد پیوند کووالانسی تشکیل دهد، باید یک اتم تک الکترونی دیگر مانند فلوئور پیوند تشکیل دهد و را تولید کند.واقعیت آن است که از پیوند بین لیتیم و فلوئور ، فلورید لیتیم پدید می‌آید، ولی هرگاه بخواهیم این دو اتم را از نظر آرایش الکترونی بررسی کنیم، مشاهده خواهیم کرد که اتم فلوئور با اشتراک گذاشتن الکترون ، ممکن است به آرایش الکترونی گاز بی‌اثر برسد، ولی لیتیم آرایش الکترونی گاز بی‌اثر پیدا نکرده است.لیتیم هر گاه بخواهد به آرایش الکترونی گاز بی‌اثر بعد از خود برسد، باید روی هم رفته هفت الکترون بگیرد که اگر بخواهد این هفت الکترون را با پیوند کووالانسی بدست آورد، خود نیز باید هفت الکترون در خارجی‌ترین سطح انرژی خود داشته باشد که این کار به هیچ وجه امکان پذیر نیست.ولی هر گاه این عنصر بخواهد آرایش الکترونی گاز بی‌اثر قبل خود را پیدا کند، کافی است که یک الکترون موجود در اوربیتال خود را از دست بدهد تا آرایش الکترونی آن به صورت در آید و آرایش الکترونی گاز بی‌اثر هلیم پیدا کند. یعنی اتم لیتیم به یون تبدیل می‌شود و به آرایش گاز هلیم می‌رسد.اتم فلوئور نیز می‌تواند با گرفتن یک الکترون و تبدیل شدن به یون خود را به آرایش الکترونی گاز بی اثر نئون برساند. یعنی به هنگام تشکیل پیوند بین لیتیم و فلوئور ، لیتیم یک الکترون به فلوئور می‌دهد و با این عمل هر دو به آرایش الکترونی گاز بی‌اثر می‌رسند. به این ترتیب اتم فلوئور به یون منفی (آنیون) و اتم لیتیم به یون مثبت (کاتیون) تبدیل می‌شود. این نوع پیوند را پیوند الکترووالانسی یا یونی می‌نامند که بین یک فلز و یک غیرفلز رخ می‌دهد
میلیون‌ها ماده مرکب شناخته شده فقط از غیر فلزات ترکیب یافته‌اند. این مواد مرکب فقط شامل عناصری هستند که در هر اتم 4 ، 5 ، 6 یا 7 الکترون والانس دارند. بنابراین الکترونهای والانس اتمهای غیر فلزی ، آنقدر زیاد است که اتمها نمی‌توانند با از دست دادن آنها ساختار یک گاز نجیب را به دست آورند. معمولا غیر فلزات با جفت کردن الکترونها پیوند ایجاد میکنند و در این فرآیند به ساختار یک گاز نجیب می‌رسند.
آنچه اتمهای یک ملکول را به هم نگه می‌دارد، پیوند کووالانسی است، در تشکیل پیوند کووالانسی الکترونها ، به جای آنکه از اتمی به اتم دیگر منتقل شوند، میان دو اتم به اشتراک گذاشته می‌شوند. استحکام پیوند کووالانسی ناشی از جاذبه متقابل دو هسته مثبت و ابر منفی الکترونهای پیوندی است. یا به عبارت دیگر مربوط به آن است که هر دو هسته الکترونهای مشترکی را جذب میکنند.
دو اوربیتال به نحوی همپوشانی میکنند که ابرهای الکترونی ، در ناحیه بین دو هسته ، یکدیگر را تقویت میکنند و احتمال یافتن الکترون در این ناحیه افزایش می‌یابد طبق اصل طرد پاولی دو الکترون این پیوند باید اسپین مخالف داشته باشند. در نتیجه تشکیل پیوند اوربیتالهای اتمی به اوربیتال مولکولی تبدیل می‌شود.
انواع پیوند کووالانسی
متشکل از یک جفت الکترون (دارای اسپین مخالف) است که اوربیتالی از هر دو اتم پیوند شده را اشغال می‌کند. ساده‌ترین نمونه اشتراک در مولکولهای دو اتمی گازهایی از قبیل F2 ، H2 و Cl2 دیده می‌شود. اتم هیدروژن فقط یک الکترون دارد هرگاه دو اتم هیدروژن تک الکترونهای خود را به اشتراک بگذارند، یک جفت الکترون حاصل می‌شود.این جفت الکترون پیوندی متعلق به کل مولکول هیدروژن است و به آرایش الکترونی پایدار گاز نجیب هلیم می‌رسد. هر الکترون هالوژن ، هفت الکترون والانس دارد. با تشکیل یک پیوند کووالانسی بین دو تا از این اتمها ، هر اتم به آرایش الکترونی هشت تایی ، که ویژه گازهای نجیب است، می‌رسد.
در ساختار اول ، جفت الکترون مشترک با دو نقطه و ساختار دوم با یک خط کوتاه نشان داده شده است. مانند :
H ― H H : H پیوند یگانه
:Ö=C=Ö: پیوند دو گانه
:N Ξ N: پیوند سه گانه
CΞC در پیوند چهار گانه
پیوند یونی
پیوند یونی جاذبه‌ای است که بین یونهای مثبت و منفی وجود دارد و آنها را در یک ساختار بلورین به هم نگه می‌دارد. این پیوند ناشی از انتقال الکترون بین اتم هاست.
دید کلی
ترکیبات یونی متشکل از تعداد زیادی آنیون و کاتیون هستند که با طرح معین هندسی در کنار هم قرار گرفته‌اند و یک بلور بوجود می‌آورند. هر بلور ، به سبب جاذبه‌های منفی ـ مثبت یونها به هم ، نگهداشته شده است. فرمول شیمیایی یک ترکیب یونی نشانه ساده‌ترین نسبت یونهای مختلف برای به وجود آوردن بلوری است که از نظر الکتریکی خنثی باشد.
پیوند یونی IonicBond
ماهیت یون
وقتی اتمها به یون تبدیل می‌شوند، خواص آنها شدیدا تغییرمیکند. مثلا مجموعه‌ای از مولکولهای برم قرمز است. اما یونهای در رنگ بلورماده مرکب هیچ دخالتی ندارند. یک قطعه سدیم شامل اتمهای سدیم نرم است. خواص فلزی دارد و بر آب به شدت اثر می‌کند. اما یونهای در آب پایدارند.
مجموعه بزرگی از مولکولهای کلر ، گازی سمّی به‌رنگ زرد مایل به سبز است، ولی یونهای کلرید مواد مرکب رنگ ایجاد نمی‌کنند و سمّی نیستند. به همین لحاظ است که یونهای سدیم و کلر را به صورت نمک طعام می‌توان بدون ترس از واکنش شدید روی گوجه فرنگی ریخت. وقتی اتمها به صورت یون در می‌آیند، ماهیت آنها آشکارا تغییر می‌کند.
خواص مواد مرکب یونی
گروههای حاوی پیوند یونی
عناصرگروه IA (فلزات قلیایی)
یعنی Li ، Na ، K ، Rb ، Cs ، هر یک به ترتیب یک الکترون بیشتر از گازهای نجیب ، (He ، Kr ، Ne ، Ar ، Xe) دارند. اگر هر یک از این فلزات از هر اتم یک الکترون از دست بدهند، جزء باقیمانده آرایش الکترونی گاز نجیب متناظر خود را پیدا می‌کند. مثلا ، Li یک الکترون والانس در آرایش حالت پایه دارد. از دست دادن یک الکترون موجب می‌شود که Li ساختار الکترونی He را پیداکند. یک اتم Li که فقط دو الکترون و سه پروتون داشته باشد، بار +1 خواهد داشت.
یک اتم باردار مانند یا یک گروه از اتمهای باردار ، مانند گروه سولفات را یون می‌گویند.
عناصر گروه IIA (فلزات قلیایی خاکی)
هریک دو الکترون والانس دارند. پس برای اینکه mg ، ca ، sr ، ba ساختار گاز نجیب را به دست آورند اتمهای هرعنصر باید دو الکترون از دست بدهند. از دست رفتن دو الکترون موجب می‌شود که دو پروتون در هسته خنثی نشده بماند. پس هر یون بار +2 خواهد داشت. برای جدا شدن سومین الکترون لازم است جفت الکترونهای تراز اصلی با انرژی پایین‌تر شکسته شود. این امر انرژی زیادتری می‌خواهد. جداشدن الکترونها از فلزات و تشکیل یونهای مثبت حاصل از آنها را می‌توان به راههای مختلف ترسیم کرد.
پس جدا شدن یک الکترون از یک اتم معین جداشدن الکترونهای بعدی به ترتیب مشکلتر می‌شود. زیرا با از دست رفتن هر الکترون بار مؤثر زیادتری می‌شود و الکترونهای باقیمانده را محکمتر نگاه می‌دارد. بطور خلاصه یونهای مثبت وقتی تشکیل می‌شوند که اتمهای فلزی یک الکترون (گروهIA ) دو الکترون (گروهIIA) و یا سه الکترون (گروهIIIA) به اتمهای غیر فلزی می‌دهند. یونهای حاصل آرایش الکترونی یکسان با یک گاز نجیب دارند.
عناصر گروه VIIA (هالوژنها)
یونهای مثبت در حضور یونهای منفی پایدار می‌شوند. خنثی شدن بار ، هر دو نوع یون را پایدار می‌کند. یونهای منفی پایدار ، از اتمهایی که شش یا هفت الکترون والانس دارند، تولید می‌شوند. اینگونه اتمها آنقدر الکترون بدست می‌آورند تا ساختار گاز نجیب را پیدا کنند. مثلا اتمهای عناصر گروه VIIA (هالوژنها) هفت الکترون والانس دارند و هر یک ، یک الکترون می‌خواهند تا آرایش الکترونی یک گاز نجیب را پیدا کنند.
اگر اتمهای F ، Cl ، Br ، I هر یک ، یک الکترون بدست آورند، یونهای حاصل یعنی ، ، ، به ترتیب آرایش الکترونی را خواهند داشت.
عناص گروه VIA (گروه اکسیژن)
اتم عناصر (VIA) برای رسیدن به ساختار الکترونی یک گاز نجیب هریک دو الکترون نیاز دارند. اضافه شدن دو الکترون به هر اتم ، سبب تولید می‌شود. روند به دست آوردن الکترون توسط غیرفلزات ، مانند از دست دادن الکترون توسط فلزات را می‌توان به راههای متفاوت ترسیم کرد. بطور خلاصه غیرفلزات یک ، دو ، یا سه الکترون از فلزات می‌گیرند و یون منفی ایجاد میکنند.
این یونهای منفی همگی الکترونهای والانس جفت شده و آرایش هشت الکترونی پایدار گازهای نجیب را دارند.
فرمول شیمیایی مواد مرکب یونی
فرمول شیمیایی یک ماده مرکب از لحاظ الکتریکی خنثی است. خنثی بودن الکتریکی مستلزم آن است که شمار بارهای مثبت و منفی در بلور ماده مرکب برابر باشند. دو برای هر ، سه یون برای دو یون Al^3+ و الی آخر. در بلور نمک طعام یونهای با جاذبه الکتریکی میان بارهای مخالف ، در جای خود نگاه داشته شده‌اند.
علاوه بر این ، برای خنثی بودن این ماده مرکب باید نسبت یونهای سدیم به یونهای کلرید 1 به 1 باشد. در این صورت ساده‌ترین فرمول آن خواهد بود. در ساختار بلورین هر یون سدیم با هر شش یون کلرید اطراف آن جذب می‌شود. به همین طریق هر یون کلرید با هر شش یون سدیم اطراف آن جذب می‌شود.
در ساختارهای یونی هیچ مولکول تک اتمی وجود ندارد، یعنی هیچ یون خاصی وجود ندارد که منحصرا به یک یون دیگر بپیوندد
آمونیاک
اطلاعات کلی
آمونیاک ، مهمترین ترکیب هیدروژنه ازت بوده ، در طبیعت از تجزیه مواد آلی ازت دار حاصل می‌گردد. این ماده ، گازیست بی‌رنگ با مزه فوق‌العاده تند و زننده که اشک‌آور و خفه‌کننده نیز می‌باشد. گاز آمونیاک از هوا سبک‌تر بوده ، به‌سهولت به مایع تبدیل می‌شود. آمونیاک در آب بسیار محلول است و در منهای 77,7 درجه سانتیگراد منجمد و در منهای 33,5 درجه سانتیگراد به جوش می‌آید.
وزن مخصوص محلول اشباع آمونیاک 0,88 گرم بر سانتی‌متر مکعب است.
موارد استفاده
در کارخانجات یخ سازی ، در ساخت کودهایی از قبیل نیترات ، سولفات و فسفات آمونیوم ، تهیه اسید نیتریک ، دارو و مواد منفجره بکار می‌رود.
آمونیاک تجارتی
محلول آمونیاکی که معمولا در تجارت ، خرید و فروش می‌شود، 20 تا 22 درجه سوم (20.7 درصد و تکاتف نسبی آن d=0,92) و یا 28 تا 29 درجه (32.7 درصد آمونیاک) می‌باشد.
روشهای تهیه آمونیاک
آمونیاک را می‌توان اصولا از سه منبع زیر تهیه کرد:تقطیر زغال سنگ که از آبهای آمونیاکی آن ، ابتدا آمونیاک و سپس سولفات آمونیاک تهیه میکنند.
1. سنتز مستقیم
2. تهیه سینامالدئید و سیانوزها
تقطیر زغال سنگ برای تهیه آمونیاک
منظور از تقطیر زغال سنگ استفاده از گازهای سوختنی و یا کک برای صنایع فلزسازی است که بحث مفصلی را تشکیل می‌دهد و مربوط به این برنامه نیست. لیکن در این جا آن قسمت از عملیات تقطیر
که مربوطه به تهیه آمونیاک و سولفات آن است، از نظر تکمیل این مبحث بررسی می‌شود.زغال سنگ ، دارای 1 تا 1,5 درصد نیتروژن آلی است و در موقعی‌که آب را تقطیر کنیم، قسمتی از این نیتروژن ، بصورت آزاد و قسمت دیگری به حالت آمونیاک و ترکیبات آمونیاکی فرار و غیر فرار از دستگاههای تقطیر خارج می‌شود و در خنک کننده هایی که به همین منظور بعد از قرنهای تقطیر قرار داده‌اند، مخلوط با قطرانهای زغال سنگی جمع آوری می‌گردد.
نمکهای آمونیاکی
نمکهای آمونیاکی که از تقطیر زغال سنگ بدست می‌آیند، بر دو نوعند: نمکهای فرار مانند کربنات آمونیوم CO3(NH4)2 و سولفیدرات SHNH4 و S(NH4)2 که به‌آسانی بوسیله بخار آب برده می‌شوند، نمکهای ثابت و غیر فرار مانند کلرید آمونیوم NH4Cl و هیپوسولفیت S2O3(NH4)2 و غیره که بوسیله باز غیر فراری مانند آهک تجزیه می‌گردند.
ضمنا باید متذکر شد، آمونیاکی که از تقطیر یک تن زغال سنگ حاصل می‌شود، طبعا با مقدار ازت موجود در زغال متغیر است و این مقدار بین 1,4 کیلوگرم تا 4,6 کیلوگرم نوسان دارد و به‌ندرت در بعضی از انواع زغال سنگها این مقدار به 7,2 کیلوگرم می‌رسد.
معمولا هرگاه عمل تقطیر زغال سنگ را در مجاورت 2,5 درصد آهک انجام دهند، بهره آمونیاک تا 20 درصد افزایش نشان می‌دهد و به هر صورت ، آمونیاک و کلیه ترکیبات آمونیاکی را که در بالا نام بردیم، می‌توان در دستگاههای خنک کننده از قطرانهایی که همراه آنها می‌باشند، جدا کرد و اصطلاح صنعتی این قبیل محلولهای آمونیاکی را آبهای آمونیاکی می‌نامند که آنها را ابتدا در ستونی تقطیری وارد میکنند. سپس تحت تاثیر شیر آهک قرار می‌دهند و در آنجا آمونیاک و املاح فرار آنها بوسیله بخار آب برده می‌شوند، در حالیکه املاح غیر فرار تحت تاثیر شیر آهک ، تجزیه و به آمونیاک تبدیل می‌گردند.
خطرات آتش سوزی و انفجار
آمونیاک ، گازیست قابل اشتعال و حدود اشتعالش 16 تا 25 درصد حجمی گاز آمونیاک در هوا می‌باشد. حضور مواد نفتی و دیگر مواد قابل اشتعال ، خطر حریق را افزایش می‌دهند. محلول غلیظ اکسید نقره از محلول آمونیاک حل شده و تولید فولمینات نقره به فرمول CNOAg می‌نماید که ماده ای شدیداً قابل انفجار است. همچنین گاز آمونیاک در اثر حرارت از 400 درجه به بالا تجزیه شده ، تولید هیدروژن می‌نماید.
خطرات بهداشتی
سبب تحریکات سیستم تنفسی ، پوست و چشم شده و با آسیب رساندن به ریه‌ها در اثر مواجهه با حجم زیاد این گاز می‌تواند سبب مرگ شود. در صورت تماس با آمونیاک مایع ، سوختگی شدید در محل تماس ایجاد می‌گردد. آستانه مجاز مواجهه با آن ، ppm 50 است و جهت کمکهای اولیه ، قسمتهای آلوده سطح بدن را با آب و صابون شسته و چشمها را نیز با آب فراوانی شستشو داد و به پزشک مراجعه نمود.
طریقه اطفاء حریق
در صورتیکه سیلندر گاز آمونیاک مشتعل شد، نباید شعله آن را خاموش نمود، مگر اینکه قبلاً بتوان جریان گاز را قطع کرد. در حین عملیات اطفاء ، باید سیلندرهای حاوی گاز آمونیاک را با آب خنک نمود. از پودر شیمیایی خشک یا گاز کربنیک یا آب به‌صورت اسپری جهت اطفاء می‌توان استفاده نمود. به هنگام عملیات باید از لباس کاملاً ایمن و سیستم حفاظتی دستگاه تنفس استفاده کرد.
طریقه نگهداری و حمل ونقل
آمونیاک باید در سیلندرهای استیل نگهداری و توسط تانکرهای مخصوص آن حمل گردد. باید سعی نمود از رسیدن تنشهای فیزیکی و حرارت زیاد به ظروف محتوی آمونیاک جلوگیری شود. انبار و محل نگهداری آن باید مقاوم در برابر حریق بوده و دارای سیستم اعلام و اطفاء اتوماتیک باشد. آمونیاک باید جدا از موادی چون گازهای اکسید کننده ، کلر ، برم ، ید و اسیدها نگهداری شود.
اسید و باز
شناساگر اسید و باز ( اندیکاتور) یک محلول رنگی است که محیط را بر حسب اینکه اسیدی ، بازی یا خنثی باشد با تغییر رنگ نشان می دهد . این ترکیب در تیتراسیون اسید ها و بازها به کار می رود همچنین به عنوان رنگ دانه صنعتی و احتمالا رنگ دانه خوراکی نیز بتواند مورد استفاده قرار گیرد . اهداف جزیی : 1- شناسایی و استخراج اندیکاتور اسید و باز از منابع گیاهی ، 2- صرفه جویی ارزی به نفع کشور ، جلوگیری از واردات این گونه ترکیبات که هر ساله مبلغ قابل توجهی برای واردات آن هزینه می شود. هم اکنون برای کارهای آزمایشگاهی و صنعتی شنساگرهای مختلف مانند تورنسل - تیسل - اورانژهلیافتین، بروموفنل و غیره از خارج کشور وارد می شود ، 3- این ترکیبات چون منشاء گیاهی داردمی تواند رنگ دانه خوراکی و صنعتی مورد استفاده قرار گیرد .
معرف‌ها تشخیص دادن اسیدها و بازها
معرف ها ، تشخیص دادن اسیدها و بازها
تئوری آزمایش :
ترکیات خاصی با اسیدها و یا بازها واکنش می کنند و موادی با رنگهای مخصوص تولید می کنند . از این ترکیبات یا معرف ها می توان برای تعیین ویژگی های اسیدی یا بازی مواد خانگی یا غذاها استفاده کرد . در این آزمایش شما ، اثر اسیدها و بازها را روی معرف هایی که در خانه خواهید یافت ، تعیین می کنید .
هدف آزمایش :
تعیین اثری که اسیدها و بازها روی رنگ جوهر کلم قرمز دارند.
مواد لازم :
• آب مقطر
• آمونیاک
• چهار عدد ظرف شیشه ای
• عصاره کلم قرمز
• غذای بچه ( دهانه گشاد )
• قلم نشانه گذاری
• سرکه سفید
• دو عدد قطره چکان
روش کار :
مواظب باشید : آمونیاک را با دقت جابجا کنید و در محلی که هوای آن به خوبی تهویه می شود ، کار کنید ؛ زیرا آمونیاک سمی است و بخاری که متصاعد می کند ، به پوست ، مخاط بینی ، دهان و چشم صدمه می رساند .
1. ظرف شیشه ای را تا نیمه از جوهر کلم پر کنید .
2. شیشه را از آب مقطر پر کنید ، به حدی که شفاف شود ؛ ولی رنگ آن صورتی کم رنگ بماند .
3. با قلم عبارت ( معرف کلم ) را روی یک قطره چسب بنویسید و آن را روی ظرف شیشه ای بچسبانید .
4. دو ظرف غذای بچه را تا 4/1 با محلول رقیق شده جوهر کلم ( که از مرحله دوم بدست آمده است ) پرکنید .
5. یک ظرف غذای بچه دیگر را تا 4/1 از سرکه پر کنید و برچبی را که روی آن کلمه ( اسید ) نوشته شده است ، روی آن بچسبانید . همچنین یکی از قطره چکان ها راداخل آن قرار دهید .
6. چند قطره از محلول اسید را با قطره چکان ، قطره قطره به یک ظرف کوچک ( معرف کلم ) اضافه کنید و بعد از هر بار اضافه کردن اسید ، محلول را هم بزنید . این عمل را تا مشاهده یک تغییر رنگ مشخص ادامه دهید .
7. چند قطره از محلول باز را به ظرف کوچک دیگر که حاوی ( معرف کلم ) است اضافه کنید و ظرف را بعد از افزودن هر قطره هم بزنید .این عمل را تا مشاهده یک تغییر رنگ مشخص ادامه دهید .
نتایج :
• آمونیاک که یک باز است ، رنگ ( معرف کلم ) را سبز می کند و سرکه که یک اسید است ، رنگ آن را صورتی مایل به قرمز برمی گرداند .
• چرا ؟
معرف ترکیبی است که در حضور اسید یا باز تغییر رنگ می دهد . رنگ هر ماده بستگی دارد به عناصر شیمیایی ای که آن ماده را تشکیل می دهد و این عناصر روی طول موجهای نور اثر می گذارد و آنها را جذب یا منعکس می کنند . محلولهای بازی شامل یونهای ( OH-) هستند که این یونها ساختمان شیمیایی ( جوهر کلم ) را به گونه ای تغییر می دهند که بیشتر موجهای نور سبز را انعکاس می دهد . محلولهای اسیدی شامل یون هیدروژن ( H+) هستند که این یونها ساختمان ( جوهر کلم ) را به گونه ای تغییر می دهند که بیشتر موجهای نور قرمز رنگ منعکس می شوند . به سبب این تغییرات رنگی ویژه ، می توان از کلم قرمز برای تشخیص اسیدها و بازها استفاده کرد .
تئوری آزمایش :
ترکیات خاصی با اسیدها و یا بازها واکنش می کنند و موادی با رنگهای مخصوص تولید می کنند . از این ترکیبات یا معرف ها می توان برای تعیین ویژگی های اسیدی یا بازی مواد خانگی یا غذاها استفاده کرد . در این آزمایش شما ، اثر اسیدها و بازها را روی معرف هایی که در خانه خواهید یافت ، تعیین می کنید .
هدف آزمایش :
تعیین اثری که اسیدها و بازها روی رنگ جوهر کلم قرمز دارند.
مواد لازم :
• آب مقطر
• آمونیاک
• چهار عدد ظرف شیشه ای
• عصاره کلم قرمز
• غذای بچه ( دهانه گشاد )
• قلم نشانه گذاری
• سرکه سفید
• دو عدد قطره چکان
روش کار :
مواظب باشید : آمونیاک را با دقت جابجا کنید و در محلی که هوای آن به خوبی تهویه می شود ، کار کنید ؛ زیرا آمونیاک سمی است و بخاری که متصاعد می کند ، به پوست ، مخاط بینی ، دهان و چشم صدمه می رساند .
1. ظرف شیشه ای را تا نیمه از جوهر کلم پر کنید .
2. شیشه را از آب مقطر پر کنید ، به حدی که شفاف شود ؛ ولی رنگ آن صورتی کم رنگ بماند .
3. با قلم عبارت ( معرف کلم ) را روی یک قطره چسب بنویسید و آن را روی ظرف شیشه ای بچسبانید .
4. دو ظرف غذای بچه را تا 4/1 با محلول رقیق شده جوهر کلم ( که از مرحله دوم بدست آمده است ) پرکنید .
5. یک ظرف غذای بچه دیگر را تا 4/1 از سرکه پر کنید و برچبی را که روی آن کلمه ( اسید ) نوشته شده است ، روی آن بچسبانید . همچنین یکی از قطره چکان ها راداخل آن قرار دهید .
6. چند قطره از محلول اسید را با قطره چکان ، قطره قطره به یک ظرف کوچک ( معرف کلم ) اضافه کنید و بعد از هر بار اضافه کردن اسید ، محلول را هم بزنید . این عمل را تا مشاهده یک تغییر رنگ مشخص ادامه دهید .
7. چند قطره از محلول باز را به ظرف کوچک دیگر که حاوی ( معرف کلم ) است اضافه کنید و ظرف را بعد از افزودن هر قطره هم بزنید .این عمل را تا مشاهده یک تغییر رنگ مشخص ادامه دهید .
نتایج :
• آمونیاک که یک باز است ، رنگ ( معرف کلم ) را سبز می کند و سرکه که یک اسید است ، رنگ آن را صورتی مایل به قرمز برمی گرداند .
• چرا ؟
معرف ترکیبی است که در حضور اسید یا باز تغییر رنگ می دهد . رنگ هر ماده بستگی دارد به عناصر شیمیایی ای که آن ماده را تشکیل می دهد و این عناصر روی طول موجهای نور اثر می گذارد و آنها را جذب یا منعکس می کنند . محلولهای بازی شامل یونهای ( OH-) هستند که این یونها ساختمان شیمیایی ( جوهر کلم ) را به گونه ای تغییر می دهند که بیشتر موجهای نور سبز را انعکاس می دهد . محلولهای اسیدی شامل یون هیدروژن ( H+) هستند که این یونها ساختمان ( جوهر کلم ) را به گونه ای تغییر می دهند که بیشتر موجهای نور قرمز رنگ منعکس می شوند . به سبب این تغییرات رنگی ویژه ، می توان از کلم قرمز برای تشخیص اسیدها و بازها استفاده کرد .
بررسی خواص اسیدها
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:
موادی حاوی هیدروژن که می‌توانند با فلزات واکنش نموده و گاز هیدروژن تولید نمایند.
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.
(HCl -----> H+ + Cl-(aq
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.
N2O5(s) + H2O → H+ + NO3-aq
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.
اسید 2 + باز 1 <1>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.
سلام آقای مرادیان ببخشید بازهم مزاحم شدم میشه لینک وبلاگمو به faghatdars.blogsky.com با عنوان فقط درس تغییر دهید.
سلام عزیزم خواهش می کنم مراحمی
شرمنده بنابر دلایلی فعلا شما را از لینک حذف کردم تا بعد