سینتیک شیمیایی

سینتیک شیمیایی یکی از شاخه های علم شیمی است که به مطالعه سرعت واکنش شیمیایی ، عوامل موثر بر سرعت این واکنش ها و چگونگی انجام آن ها می پردازد .

مفهوم سرعت

تغییر وضعیت یک پدیده در زمان معین سرعت آن پدیده می گویند. به طور مثال وقتی گفته می شود اتومبیلی با سرعت 120 کیلومتردرساعت حرکت می کند یا شخصی 150 کلمه در دقیقه می خواند سرعت میزان تغییر موقعیت برروی جاده و صفحه را با زمان توصیف می کند. همیشه سرعت برابر است با تغییر یک کمیت تقسیم بر زمانی که برای انجام این تغییر لازم است .

پیشرفت واکنش با زمان و مفهوم سرعت واکنش

مقدار پیشرفت یک واکنش در واحد زمان سرعت واکنش می گویند . سرعت واکنش به ما می گوید واکنش تا چه حد سریع روی داده است.

مفهوم سرعت واکنش

سرعت واکنش کمیتی تجربی است و با اندازه گیری سرعت مصرف واکنش دهنده ها ، یا سرعت تولید فرآورده ها با اندازه گیری ویژگی هایی قابل اندازه گیری واکنش دهنده ها یا فرآورده ها مانند تغییر جرم ،حجم ،غلظت و رنگ و با توجه به شرایط لازم برای انجام واکنش به ویژه دما و فشار

می­توان سرعت واکنش را به دست آورد.

واکنش میان برمید هیدروژن و بخار آب را در دمای 750K در نظر می گیریم

دراین واکنش Br₂ بخار برم که ماده ای رنگین است تولید می­شود . هرگاه این واکنش در ظرف سربسته ای و در دمای ثابت در حال پیشرفت باشد با گذشت زمان بر شدت رنگ برم در ظرف افزوده می شود . از روی میزان تغییر رنگ برم Br₂ برحسب زمان ، می توان به میزان تولید در واحد زمان پی برد . برای این کار می توان از یک فتومتر رنگی ساده یا رنگ سنج کمک گرفت .

از طرف دیگر ، از معادله شیمیایی واکنش پیداست که در آن در ازای از بین رفتن 5 مولکول گاز فقط 4 مولکول گاز حاصل می شود . پس اگر این واکنش در یک ظرف سربسته ( حجم ثابت ) در حال انجام باشد ، با پیشرفت واکنش ، فشار مخلوط گاز در ظرف کم می شود . از روی همین کاهش فشار می توان به میزان از مصرف هریک از واکنش دهنده ها یا تولید هریک از فرآورده ها برحسب زمان پی برد. در واکنش هایی مانندخنثی شدن اسیدها و بازها که محلول های بی رنگی هستند و فرآورده هاهم آب ونمک محلول می باشند ، پیشرفت واکنش را می توان فقط با شناساگر ( معرّف ) مناسب و تغییر رنگ آن مشاهده کرد.

توجه‼ :

سرعت واکنش را می توان برحسب تعداد مول های مصرف شده توسط یکی از واکنش دهنده ها در واحد زمان یا تعداد مول های تولید شده توسط یکی از فرآورده ها در واحد زمان بیان کرد .

مثال :

در واکنش

در مدت 5 دقیقه مقدار 0015/0 مول Br₂ ایجاد شده است سرعت متوسط تولید آن را به دست آورید .

پاسخ :

در محاسبات علمی معمولا از ثانیه بیشتر استفاده می شود

توجه‼ :

از آنجایی که در سینتیک شیمیایی سرعت منفی معنی ندارد، همیشه باید سرعت را به صورت مثبت گزارش کنیم .

منظور از i گونه مورد نظر است .

مثلا سرعت متوسط N ₂ در واکنش به صورت

نوشته می شود.

توجه‼ :

هرگاه واکنش دهنده ها و فرآورده های یک واکنش به حالت محلول ویا در فاز گازی باشند می توان سرعت متوسط مصرف یا تولید آن ها را برحسب تغییر غلظتشان برحسب زمان بیان کرد . برای این منظور از روابط زیراستفاده می کنیم .

توجه‼ :

وقتی فرمول یا نماد ماده ای را داخل [ ] قرار می دهیم منظور بیان غلظت مولاریته ی آن ماده است .

&نكته :

تغییر زمان ، Dt، ممکن است برحسب ثانیه ، s ، دقیقه ، min ، ساعت وغیره بیان شود به این ترتیب سرعت واکنش برحسب mol.min^-1 و mol.L^-1.min^-1 و mol.s^-1 و mol.L^-1.s^-1 و... بیان شود .

&نكته :

اگر به جای مول ماده ، گرم ماده جامد و یا لیترماده گازی شکل داده شده باشدبا استفاده از رابطه های زیر آن ها را به مول ماده تبدیل می کنیم :

&نكته :

حجم سیستم همان حجم مخلوط گازهای شرکت کننده در واکنش و حجم حاصل ، شامل واکنش دهنده ها و فرآورده ها است

&نكته :

سرعت واکنش با گذشت زمان کاهش می یابد چه سرعت متوسط تولید فرآورده ، چه سرعت متوسط واکنش دهنده ، زیرا با گذشت زمان واکنش دهنده کمتری برای واکنش باقی می ماند و با مصرف کمتر ، فرآورده ی کمتری تولید می گردد

&نكته :

باید توجه داشت که حجم مولی هر گاز در شرایط استاندارد ( STP ) یا فشار یک امسفر و دمای صفر درجه سلسیوس برابر22.4 لیتر یا 22400 میلی لیتر است و اگر در مسأله ای در شرایط غیر استاندارد باشد و حجم مولی گاز را هم نداده باشند آن وقت ناچاریم با استفاده از رابطه های زیر تعداد مول های گاز را تعیین کنیم .

یا

توجه‼ :

در معادله حالت اگر P را برحسب پاسکال و V برحسب مترمکعب باشد P V برحسب ژول خواهد بود .

می توان P را برحسب اتمسفر و V برحسب لیتر باشد P V برحسب لیتر اتمسفر خواهد بود و معادله حالت را به صورت به کار می بریم .

&نكته :

برای به دست آوردن مولاریته یک ماده از رابطه زیراستفاده می کنیم

رابطه سرعت واکنش و ضرایب استوکیومتری

سرعت یک واکنش متناسب با ضرایب استوکیومتری در معادله موازنه شدهآن واکنش است و سرعت نسبت به ماده ای که ضریب کمتری دارد کمتر است و نسبت به ماده ای که ضریب بیشتری دارد بیشتر است .اگر چند گونه در معادله موازنه شدهواکنش ضرایب استوکیومتری یکسانی داشته باشند سرعت واکنش نسبت به آن ها یکسان است. سرعت واکنش با سرعت متوسط گونه (ها )یی برابر است که ضرایب استوکیومتری آن (ها ) 1 باشد. با تقسیم سرعت متوسط مصرف یا تولیدیک ماده شرکت کننده در واکنش بر ضرایب استوکیومتری آن در معادله موازنه شده، سرعت واکنش به دست می آید . واکنش کلی را در نظر بگیرید :

مثلا در واکنش می توان نوشت :

و از آنجا خواهیم داشت :

کاربرد :

محاسبه سرعت متوسط به طور غیر مستقیم .

توجه‼ :

هنگامی می توان از رابطه

استفاده کرد که سرعت ها برحسب یک یکا و فرآیند به صورت موازنه شده باشد .

&نكته :

سرعت فرآیند به مقدار ماده اولیه بستگی دارد و در اوایل واکنش که مقدار واکنش دهنده ها زیاد است سرعت هم زیاد است ولی با گذشت زمان از مقدار واکنش دهنده ها کم میشود در نتیجه سرعت واکنش نیز کم می شود .

چون سرعت لحظه ای واکنش سرعتی متغیر است ، از سرعت متوسط استفاده می کنیم . در واقع ، سرعت واکنش در هرلحظه از زمان ، تابع غلظت واکنش دهنده ها در آن لحظه است .چون غلظت واکنش دهنده ها با زمان تغییر می کند ، پس سرعت واکنش با زمان تغییر می کند

سرعت متوسط ، سرعت واکنش در بازهزمانی Dt است و شیبِ نمودارِ غلظت را در یک بازه زمانی مشخص می کند

t₂

نمودارهای مربوط به تغییر غلظت مواد واکنش دهنده و فرآورده با تغییر زمان

1 - فرآورده چون از اول وجود ندارد پس نمودار مربوط به آن از نقطه صفر شروع می شود و به تدریج افزایش می یابد و در پایان ثابت می ماند .یعنی با گذشت زمان و با خاتمه واکنش تغییر نمی کند . اما نمودار ماده واکنش دهنده از بالا شروع شده وبه تدریج کاهش می یابدتا در پایان واکنش به صفر برسد

. در مورد واکنش فرضی نمودارهای یادشده به صورت زیر است :

فرض براین است که در یک آزمایش 10 مول ماده A در ظرف واکنش به تدریج به ماده B تبدیل می شود .

A محاسبه می شود با قرار دادن منفی در کنار رابطه سرعت متوسط ضمن تأکید بر مصرف ماده A و در واقع کاهش تعداد مول های آن سرعت متوسط نیز مثبت به دست می آید .

شیمی آلی و گروه های عاملی

گروه عاملی، در شیمی آلی، به گروه‌های معینی از اتم های یک مولکول گفته می‌شود که در واکنش‌های شیمیایی ویژه آن ملکول شرکت می‌کنند. گروه‌های عاملی یکسان در یک مولکول به واکنش شیمیایی یکسان در آن مولکول می‌انجامند.

 

آلدهید ترکیبی آلی است که یک گروه کربونیل در یک سر خود دارد. این گروه عاملی دارای کربنی است که از یک سو با پیوند دوگانه به اکسیژن و از سوی دیگر یک اتم هیدروژن پیوند دارد. فرمول شیمیایی این بخش از ماده را (-CHO) می نویسند.

 

در شیمی به هر ترکیب شیمیایی که یک گروهِ هیدروکسیل (‎-OH‏) متصل به کربن یک آلکیل داشته‌باشد، الکل گویند. فرمول کلی یک الکل سادهٔ عیر حلقه‌ای ‎C_nH_2n‏ است. در شیمی الکل‌ها در شمار گروه مهمی از ترکیب‌های شیمیایی هستند و در واکنش‌های گسترده‌ای شرکت می‌کنند و بسیاری از ترکیب‌های شیمیایی از آن‌ها به دست می‌آیند، به طوری در کتاب شیمی آلی موریسن و بوید آمده‌است که اگر به شیمیدانی بگویند او را با ده ترکیب شیمیایی دریک جزیره تنها خواهند گذاشت الکل یکی از آن‌ها خواهدبود.

به طور کلی، زمانی که نام الکل به تنهایی به کار می‌رود، معمولاً منظور اتانول است که همان الکل گرفته‌شده از جو یا عرق یا همان مشروبات الکلی می‌باشد. اتانول مایعی بی‌رنگ و فرار وبا بویی بسیار تند است که از تخمیر شکرها به دست می‌آید. همچنین گاه به هر گونه نوشیدنی که الکل داشته‌باشد، الکل می‌گویند. هزاران سال است که معمولاً الکل به عنوان یکی از عامل‌های اعتیادآور به شمار می‌آید.

الکل‌های دیگر بیشتر با صفت‌های مشخص‌کنندهٔ ویژهٔ خود می‌آیند مانند الکل چوب (که همان متانول است) یا ایزوپروپیل الکل. پسوند «ول» نیز در پایان نام شیمیایی همهٔ الکل‌ها می‌آید.

 

کربوکسیلیک اسیدها دسته ای از ترکیب های آلی هستند که یک یا چند گروه عاملی کربوکسیل«COOH-» در آن ها یافت می شود.متانوییک اسید HCOOH ساده ترین و اتانوییک اسیدCH3COOH آشناترین آن هاست.کربوکسیلیک اسیدهای سبک (حداکثر تا چهار اتم کربن)به خوبی در آب حل می شودولی با افزایش طول زنجیره کربنی از انحلال پذیری آن ها در آب کم می شودبه طوری که بسیاری از آن ها در عمل در آب نا محلولند.کربوکسیلیک اسیدها اسید های ضعیفی هستند و بر اثر حل شدن در آب تعدادی از مولکول های آن ها پروتون اسیدی خود را به مولکول های آب می دهندو به سرعت به حالت تعادل می رسند.این اسیدها یک،دو یا چند عاملی هستند که به اسید های آلی چند عاملی پلی الکترولیک می گویند.اگر به جای اتم هیدروژن گروه کربکسیل یک گروه الکیل قرار بگیرد ترکیبی به نام استر به دست می‌‎آید. استرها از مهم‌ترین مشتقات کربکسیلیک اسید‌ها هستند. طعم و بوی شاخص اغلب میوه‌ها و گل‌ها به علت وجود این استرهاست. استر از واکنش کربکسیلیک اسید با الکل بدست میاید. اتيل استات يك استر است كه از واكنش بين اتانول كه يك الكل است با استيك اسيد كه يك اسيد است، به دست مي آيد.

CH3CH2OH + HOCOCH3 CH3CHOCOCH3

درواقع گروه عاملي استر به صورت –O-C=O است كه هم اكسيژن سمت چپ و هم كربن گروه C=O خود به هيدروكربن هاي ديگر متصل مي باشند. استرهاي حلقه‌اي نيز كه لاكتون ناميده مي‌شوند، جزو گروه استرها مي‌باشند.

خواص استر

استرها غالبا فرار و معطرند و برخي از آنها در ميوه‌هاي رسيده يافت مي‌شوند. مثلا استات ايزوپنتيل ، بوي موز است، والرات ايزوپنتيل بوي سيب بوده و پروپيونات ايزوبوتيل ، بوي نيشكر است.

موارد استفاده از استر

خيلي از استرها مانند استات اتيل و استات بوتيل ، بعنوان واكنش‌گر و يا حلال و نرم كننده رزينها در آزمايشگاهها و صنعت مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

 

اتر نامی است که به ترکیب‌های شیمیایی که گروه اتری دارند گفته می‌شود. این گروه یک اکسیژن است که از دو سو به دو گروه آلکیل پیوند دارد.

ویژگی‌های فیزیکی

• نمی‌توانند بین خودشان پیوند هیدروژنی داشته باشند.
• دمای جوششان نسبت به کتون‌ها و آلدهیدها و کربوکسیلیک اسیدها پایین است.
• اترها باز لوییس هستند.

اترها بسته به گروه کربنی که به اکسیژن آن‌ها پیوند داشته باشد در این سه گروه جای می‌گیرند. در این‌جا از هر نوع یک نمونه آورده شده است. یک اتر نوع اول: دی‌اتیل اترCH₃-CH₂-O-CH₂-CH₃. یک‌اتر نوع دوم:دی‌ایزوپروپیل اتر (CH₃)₂CH-O-CH(CH₃)₂ و یک اتر نوع سوم: دی‌ترسیوبوتیل اتر (CH₃)₃C-O-C(CH₃)₃.

دی‌متیل اتر، یک اتر نوع اول، نوع دوم، نوع سوم    

 

تیواتر (که گاه سولفید نیز نامیده می‌شود.) یک گروه عاملی در شیمی آلی است که ساختاری به گونه C-S-C دارد. تیواتر مانند اتر است با این تفاوت که به جای اکسیژن، گوگرد دارد. از آن‌جا که گوگرد و اکسیژن در یک گروه از جدول تناوبی عناصر هستند، بسیاری از ویژگی‌های آن‌ها مانند هم است و از همین رو بسیاری از ویژگی‌های در اتر و تیواتر مانند یکدیگر است.

کمی درباره منگنز

منگنز كه در اعماق در ابتدا به صورت Mn4+ غير محلول حضور داشته است، به واسطه احيايي شدن محيط و بصورت Mn2+ محلول در مي آيد. Mn2+ محلول در درون آب هاي حاصل از دياژنز به طرف بالا صعود مي كند و به محض رسيدن به قسمت هاي سطحي رسوبات، بار ديگر اكسيد مي شود و بصورت Mn4+ غير محلول در مي آيد و بر روي قطعات استخوان و غيره كه به عنوان محل تبلور نطفه بلور عمل مي نمايند، ته نشين مي شود و بدين طريق گرهك هاي منگنز تشكيل مي شوند.

اين طرز تشكيل ممكن است در درياچه ها انجام گيرد، ليكن در اقيانوسها به واسطه ضخامت رسوبات اكسيد كننده كه در بالاي رسوبات احياء كننده واقع است، احتمال بالا آمدن Mn كم است. بطور كلي منشأ منگنز و ديگر فلزات در گرهك هاي منگنز ممكن است تحت تاثير فرآيندهاي باكتريها ، عمل متقابل بين آب دريا و آتشفشان هاي زيردريايي( آتشفشاني متصاعدي)،تخريب و انتقال فلزات از سنگهاي موجود در خشكيها (خاستگاه هاي ولكانيكي ـ آواري ) و ذرات آسماني باشد .

مطالعه گرهكهاي منگنز عمدتاً به منظور بازيابي فلزات مس، نيكل و كبالت مي باشد وليكن هم اكنون اين عناصر با قيمتي بسيار نازلتر، از خشكي ها بدست مي آيند.

رشد نودول ها ظاهراً در اثر آزاد شدن يونها در محيط هاي احيايي واقع در زير رسوبات سطحي صورت مي گيرد كه به طرف بالا ضمن تحرك، يونها مهاجرت كرده و Mn2+ اكسيد شده و به Mn4+ تبديل شده و رسوب مي كند كه در اين واكنش آب دريا حاوي مقادير بسيار زيادي از اكسيژن مي باشد.

مهمترين كاني هاي تشكيل دهنده نودول ها، ورناريت و هيدروژئوتيت است.

ساير هيدروكسيدهاي منگنز و آهن از قبيل نودوركيت، پيرولوزيت، بيرنسيت، رانستيت و كريپتوملان به ندرت يافت مي شوند. براونيت و هماتيت در تركيبات نودول هاي دگرگوني يافت مي شوند.

پتانسيل هاي اقتصادي استخراج نودولها:

كمربند ندولي وسيعي از غرب مكزيك تا جنوب هاوايي، كمربند نودولي شمال اقيانوس آرام به سمت ژاپن و بازارهاي آمريكا و همچنين انباشت بزرگي از اقيانوس اطلس شمالي كه در نزديكي بازار امريكا و اروپا قرار دارد.

همچنين در اعماق بين 6000 – 4000 متري توسعه و تكنولوژي استخراج و فرآوري در ندول ها در مرحله پيشرفت در گلهاي فلزي هيدروترمالي از گودالهاي عميق در درياي سرخ مي باشد.

كانسارهاي نوع دريايي منگنز عمدتاً به شكل دي اكسيد در داخل رسوبات عميق دريايي و آبهاي كم عمق تشكيل مي گردند. اين كانسارها به صورت گرهك هايي به صورت مواد رنگي و پوشش هاي سطحي بر روي فسيل ها به طور گسترده پخش شده اند.

به عقيده Hewett مقادير فراواني از اين گرهك ها در نواحي اقيانوسي غالباً در زير رسوبات كم ضخامت انباشته شده اند.

گرهك هاي منگنز داري كه در آبهاي عميق تشكيل مي شوند، از نظر اقتصادي بسيار مهم مي باشند.

در نزديكي سواحل، رسوبات آهن و ذرات ريز اكسيد منگنز يا ژل هاي بي كربنات و اكسيد و كربناتهاي ديگر از دو فلز آهن و منگنز رسوب مي نمايند.

شكل اين اكسيدها به صورت تخم ماهي يا اووليت و عمدتاً با تركيب كانيهاي پسيلوملان و پيرولوزيت مي باشد. ذخاير منگنز همراه رسوبات نرم و چرت دار واقع در افق فوقاني افيوليت ها در كوبا، ژاپن، ايران و فيليپين كشف شده اند.

از توليد كنندگان اصلي منگنز مي توان از:

آفريقاي جنوبي با 62/3 ميليون تن، گابون با 45/2 ميليون تن، استراليا با 2 ميليون تن، برزيل با 8/1 ميليون تن و هند با 1/1 ميليون تن نام برد.

كاربردهاي پزشكي:

منگنز فلزي است كه به طور گسترده اي در بافت هاي بدن گياهان و حيوانات وجود دارد. اين فلز يك مادة معدني كمياب ناميده ميشود زيرا به مقدار بسيار كم در بدن انسان يافت ميشود.

بدن ما تقريباً حدود 20 ميلي گرم منگنز، به طور عمده در استخوان ها، ذخيره دارد. منگنز در تشكيل بافت همبند چربي و كلسترول، استخوان،‌عوامل انعقاد خون و پروتئين نقش دارد. اين ماده همچنين براي عملكرد طبيعي مغز ضروري است.

منگنز جزئي از تركيب منگنز سوپر اكسيد ديسموآت (MnSaD) است. اين تركيب يك ضد اكسيدان است كه بدن را از مواد سمي حفظ مي كند. به دست آوردن مقدار كافي منگنز از رژيم غذايي، كار ساده اي است.

موارد استفاده

بيماريهاي زير به وسيله مصرف منگنز بهبود مي يابد.

ديابت: افراد مبتلا به ديابت در مقايسه با اشخاص سالم به طور قابل ملاحظه اي منگنز كمتري دارند. منگنز سطح قند خون را در افراد ديابتي كاهش مي دهد.

روماتيسم مفصلي: افراد مبتلا به روماتيسم مفصلي (التهاب مفاصل) سطح پاييني از MnSaD دارند (اين ماده از آسيب مفاصل در حين التهاب جلوگيري مي كند) مكمل هاي منگنز فعاليت MnSaD را افزايش مي دهند.

صرع: يك مطالعه مهم در اوايل سال 1960 نشان داده است موش هايي كه دچار كمبود منگنز بوده اند بيشتر مستعد ابتلا به تشنج هستند و نوار مغزي آنها (EEG) حاوي فعاليتهاي تشنجي است.

اسكيزوفرني: افراد اسكيزوفرن به مكمل هاي منگنز به خوبي پاسخ مي دهند.

پوكي استخوان: از دست رفتن تودة استخواني بعد از يائسگي به سرعت شروع مي شود و مي تواند منجر به پوكي استخوان (نازك و شكننده شدن) گردد. منگنز و ديگر عناصر كمياب استحكام استخوان را در زنان بعد از يائسگي افزايش مي دهند.

بيمايهاي ديگر: منگنز همچنين در دمان تصلب شرايين (سخت شدن ديوارة عروق)، كلسترول بالاي خون، سرگيجه و كاهش شنوايي مؤثر و مفيد است.

منابع غذايي

آجيل (مخصوصاً گرد و بادام) ، سبوس گندم و همة غلات، حبوبات تغيير نيافته،برگ سبزيجات، كبد، كليه، بادام زميني، لوبيا (از خانوادة نيامداران)، ميوه هاي خشك، غلات به عمل آمده (تغيير يافته)، گوشت و محصولات خشك داراي ميزان خيلي كمي از منگنز هستند. غذاهاي تغيير شكل نيافته نظير نان غلات و حبوبات داراي ميزان زيادي منگنز هستند.

اشكال ديگر

منگنز به اشكال مختلفي در دسترس است: نمك (سولفات و گلوكونات) كلوئيد، آسپارات، پيكولينات، فومارات، سوكسينات و آمينواسيد كلات). اين ماده به صورت قرص يا كپسول معمولاً به همراه ساير ويتامين ها و موادمعدني قابل دسترسي است.

نحوة مصرف

در مورد منگنز مقدار مجاز توصيه شده در رژيم غذايي (RDA) وجود ندارد. رژيم توصيه شده براساس جذب از طريق رژيم تيپيك است و مقداري است كه از بروز نشانه هاي كمبود منگنز جلوگيري كند.

متوسط جذب منگنز 2 تا 9 ميلي گرم در روز است. در بعضي موارد افراد به ميزان بيشتري (10 ميلي گرم در روز) منگنز نياز دارند.

ميزان كافي و مطمئن مصرف روزانة منگنز 2 تا 5 ميلي گرم براي بزرگسالان. 1 تا 3 ميلي گرم براي بچه ها و نوجوانان و 0.3 تا 1 ميلي گرم براي شيرخواران است.

موارد احتياط

جذب بيش از حد منگنز مي تواند منجر به توليد اثرات سمي شود. شما نبايد به طور مرتب، بيش از حد مطمئن و كافي (كه در بالا توضيح داده شد) مصرف منگنز داشته باشيد.

تداخل هاي احتمالي

كلسيم، مس، آهن، منيزيوم و روي بر سر جذب در رودة كوچك با منگنز رقابت مي كنند. جذب بيش از حد هر كدام از اينها مي تواند باعث كاهش جذب بقيه شود. مصرف بيش از حد منگنز مي تواند باعث كم خوني فقر آهن شود.

من دوباره شروع میکنم!!!

من دوباره شروع میکنم!!!

انگشت نگاري پديده اي شيميايي ( بيشتر بدانيد! )

 

اغلب هنگامي که ما اجسام را لمس ميکنيم ،آثاري بر روي آنها برجا ي مي ماندکه آن را اثر انگشت

مي ناميم.براي آشکار کردن اثر انگشت،به فرايند شيميايي نيازمنديم.باايجاد اثر انگشت بر روي کاغذ و  پس از اجراي چند مرحله مي توان اثر انگشت را قابل ديدن کرد.

مواد مورد نياز

 

کاغذ مقوايي سفيد يا کاغذ سفيد بدون خط ،يد بلوري   ،  ارلن 250 يا 125 ميلي ليتري ،چراغ گاز ،گيره، قيچي ،درهنگام کار از عينک ايمني استفاده  کنيد .

 

روش كار

 

1)از يک تکه کاغذ سفيد ،نوار باريکي بطوري که

بتوان آن رااز دهانه ي ارلن ،به درون آن هدايت کرد.

2)بايکي از انگشتان خود به انتهاي نوار کاغذي محکم فشار دهيد.

3)به اندازه ي نصف يک قاشق کوچک چاي-    خوري از بلورهاي يددر انتهاي ارلن بگذاريد.

پس به آرامي آنرا با شعله ي چراغ در  زير هود گرم کنيد تا يد بخار شود.ميتوانيد از شعله پخش کن استفاده کنيد .از تنفس بخارهاي يد بپرهيزيد.

4)به کمک  گيره ،نوار کاغذي را به درون ارلن هدايت کنيد.چه مشاهده ميکنيد؟

5)با چسباندن نوار چسب شفاف بر رو ي اثرانگشت خود،از آن محافظت کنيد.

 

واكنش هاي شيميايي

چربي اسيدهاي چرب و سديم کلريد از جمله مواد شيميايي هستندکه از منافذ پوست به صورت عرق خارج مي شوند.ترشح اين چربيها يک ساز و کار طبيعي برا ي نر م و مرطو ب نگه داشتن پوست است.هنگامي يک اثر انگشت به وجود مي آيدکه مواد چرب موجود در آن بر جاي بماند،يد در مواد چربي حل شده و با آنها واکنش شيميايي ميدهدو به رنگ قهوه اي در مي آيد.بنابر اين اگر بخارهاي يد بتوانند با چربي هاي به جا مانده از پوست دست تما س پيدا کنند،طرح اثر انگشت به صورت خطوط از سطح انگشت بر رو يکاغذ سفيد آشگار خواهد شد.  

آزمایش کوپلیمریزاسیون رادیکالی

هدف آزمایش

تهیه کوپلیمری دارای خصوصیات بهتری از پلی متیل- متاکریلات و پلی آکریلونیتریل

تئوری آزمایش

کوپلیمرها را در صنعت برای بهتر نمودن خواص مواد بکار می‌برند. بعنوان مثال ، هموپلیمری (پلیمری با فقط یک نوع منومر) برای کاربرد بخصوص ، دارای خواص مناسبی می‌باشد، ولی یک یا چند خصلت آن ، زیاد مناسب نیست. در این هنگام ، کوپلیمری درست می‌کنند که خصلت‌های نامساعد را بهبود بخشد. بعنوان مثال ، پلی پروپیلن ایزوتاکتیک ، پلیمر با قدرت مکانیکی خوبی است، ولی قدرت رنگ‌پذیری ندارد. برای از بین بردن این نقیصه ، پروپیلن را هنگام کوپلیمریزاسیون با یک منومر دیگر ، کوپلیمره می‌کنند.

اکریلونیتریل بعنوان الیاف و با نام "اورلون" کاربرد دارد. آفینیته رنگرزی در این مولکول پایین می‌باشد، یعنی تمایل به گرفتن رنگ پایین است. برای بالا بردن آفینیته رنگرزی ، به مقدار کم با اسید اکریلیک (حدود %10) کوپلیمریزه می‌کنند. گروه اسیدکربوکسیلیک تمایل به گرفتن رنگ را در اورلون زیاد می‌کند، بدون اینکه به خواص دیگر پلی اکریلونیتریل صدمه بزند.

وسایل لازم

• لوله آزمایش 50 میلی لیتری که بوسیله شعله از قسمت دهانه کشیده شده است.
  
  
• بالن 100 میلی لیتری
  
  
• مبرد
  
  
• حمام آبی
  
  
• متیل متاکریلات
  
  
• آکریلونیتریل
  
  
• بنزوئیل پراکسید و یا AIBN
  
  
• استون
  
  
• الکل متیلیک و یا الکل اتیلیک
  
  

روش آزمایش

داخل لوله آزمایشی که از قسمت دهانه (با شعله) کشیده شده است، 10 گرم ، متیل متاکریلات ، 5 گرم ، آکریلونیتریل و 0,05 گرم ، آغازگر ریخته و بادقت ، دهانه لوله آزمایش را با شعله می‌بندند. سپس لوله را با زرورق آلومینیومی پیچیده و بمدت 4 ساعت در حمام آبی به دمای 80 درجه سانتی‌گراد قرار می‌دهند. بعد از زمان مقرر ، لوله آزمایش را خارج نموده و پس از سرد شدن ، دهانه آن را بدقت شکسته و کوپلیمر حاصل را با یخ سرد کرده و بروش مکانیکی به تکه های کوچکتر تبدیل می‌کنند.

این تکه های کوچک را بهمراه استون در بالنی که به سر آن مبردی متصل شده، تحت تاثیر حرارت ، حل می‌کنند. بعد از سرد شدن محلول ، بوسیله الکل متیلیک و یا الکل اتیلیک (اتانول)، کوپلیمر را رسوب می‌دهند و در اتو خلاء در دمای 40 درجه سانتی‌گراد خشک کرده و توزین می‌کنند.

حمام آبی ظرفی است که در آن ، آب در حال جوشیدن است و ظرف مورد حرارت در روی آن ، تحت حرارت غیر مستقیم قرار دارد. اتو خلاء ، ظرفی است که مواد شیمیایی را در آن ، در شرایط بدون هوا و اکسیژن ، خشک می‌کنند.

نتیجه آزمایش

تهیه کوپلیمر فوق (با توجه به روش کار) به دقت بسیار زیادی نیاز دارد. عدم رسیدن هوا برای رسیدن به ماده مورد نظر بسیار مهم است. کوپلیمر حاصل در ضمن در استون قابل حل است. کوپلیمر فوق ، برای بهتر کردن خصوصیات مکانیکی پلیمر پلی اکریلونیتریل و رنگ‌پذیری بهتر مناسب است. بدون این‌که خواص پلی اکریلونیتریل دچار اشکال گردد.

سوالات

1. به نظر شما چرا روی لوله آزمایش را می‌پوشانیم؟
   
   
2. فرمولهای شیمیایی آکریلونیتریل و متیل متاکریلات را پیدا کنید.
   
   
3. چرا برای حرارت دادن لوله آزمایش از حرارت مستقیم استفاده نمی‌کنیم و از حمام آبی استفاده می‌کنیم؟

نیروی واندروالسی

نیروی واندروالسی
اتم‌ها در مولکولها توسط پیوندهای کووالانسی کنار هم نگه داشته شده‌اند. اما پرسش این است که مولکولها در حال مایع و جامد توسط چه نیرویی به سوی یکدیگر جذب می‌شوند، نیروهایی که مولکولهای یک ماده را در حالت مایع یا جامد به همدیگر ارتباط می‌دهد به نیروهای بین مولکولی معروف است.

نیروهای بین مولکولی بین مولکولهای قطبی با نیروهای بین مولکولی بین مولکولهای غیرقطبی باهم تفاوت دارند. معمولاً نیروهای بین مولکولی به نام نیروهای واندروالسی معروفند. وجود این نیروها در بین مولکولها باعث می‌شود که یک ترکیب جامد مولکولی شکل معینی داشته باشد و با غلبه بر این نیروها بتوان آن را به حالت مایع درآورد.

۱ تاریخچه
۲ انواع نیروهای واندروالسی
۳ پیوند هیدروژنی
۴ نیروهای لاندن (پراکندگی)
۵ منابع 
 
 تاریخچه
اولین بار یوهانس واندروالس در سال ۱۸۷۳ وجود نیروهای کشش بین مولکولی در میان مولکولهای گاز را مطرح کرد، به نظر واندروالس مجموع این نیروها هستند که مقدار انحراف یک گاز حقیقی از گاز ایده آل را معین می‌کنند توضیح خاستگاه این نیروهای بین مولکولی توسط فرتینر لاندن در ۱۹۳۰ پیشنهاد شد. امروزه نیروهای بین مولکولی را به صورت عام نیروهای واندروالس و نیروهای پراکندگی بین مولکولهای غیرقطبی را نیروهای لاندن می‌نامند.

انواع نیروهای واندروالسی
نیروهای دوقطبی - دوقطبی این نیروها بین مولکولهای قطبی دیده می‌شوند. این مولکولها دارای دوقطبیهای دائمی هستند و تمایل به قرار گرفتن در راستای میدان الکتریکی دارند. پایدارترین حالت زمانی است که قطب مثبت یک مولکول تا حد امکان به قطب منفی مولکول مجاور نزدیک باشد. در این شرایط بین مولکولهای مجاور یک نیروی جاذبه الکتروستاتیکی به نام نیروی دوقطبی بوجود می‌آید.

با توجه به مقادیر الکترونگاتیوی اتم‌ها در یک مولکول دو اتمی می‌توان میزان قطبیت مولکول و جهت‌گیری قطبهای مثبت و منفی را پیش بینی کرد اما پیش بینی قطبیت مولکولهای چند اتمی باید مبتنی بر شناخت شکل هندسی مولکول و آرایش جفت الکترونهای غیر مشترک باشد.

 پیوند هیدروژنی
پیوند هیدروژنی نوعی نیروی بین مولکولی است که در آن بین اتم هیدروژن از یک مولکول با اتمهای الکترونگاتیو F و O و N از مولکول دیگر جاذبه‌ای بوجود می‌آید که به پیوند هیدروژنی معروف است. پیوند هیدروژنی فقط بین ترکیبات دارای H و O و N و F وجود دارد یعنی در این ترکیبات هیدروژن به عنوان پلی بین دو اتم الکترونگاتیو عمل می‌کند. انرژی لازم برای شکستن یک مول پیوند هیدروژنی از حدود ۱ تا ۱۰ کیلوکالری متغیر است.

اگرچه پیوندهای هیدروژنی ضعیفتر از پیوندهای کووالانسی است اما در میان نیروهای بین مولکولی قویترین آنها به شمار می‌رود. پیوندهای هیدروژنی نقش موثری در ساختار مواد مهم بیولوژیکی شامل پیوندهای N -H و O-H و تعیین خواص آنها دارد. شکل هندسی پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک که مولکولهای آلی دارای زنجیر بلند هستند با پیوند هیدروژنی میان گروههای N - H یک زنجیر و گروه C = O زنجیر مجاور تثبیت می‌شود.

 نیروهای لاندن (پراکندگی)
مولکولهای غیرقطبی، دوقطبی دائمی ندارند ولی با وجود این تمام مواد غیرقطبی را می‌توان مایع کرد. از اینرو علاوه بر نیروی دوقطبی - دوقطبی باید نوع دیگری از نیروی بین مولکولی وجود داشته باشد. وجود نیروهای پراکندگی در مولکولها به عنوان یک اصل پذیرفته شده‌اند. تصور می‌شود این نیروها ناشی از حرکت الکترونها باشد. در یک لحظه از زمان ابر الکترونی یک مولکول به نحوی تغییر شکل می‌دهد که یک دوقطبی لحظه‌ای بوجود می‌آید که در آن قسمتی از مولکول به مقدار بسیار کم منفی تر از قسمت‌های دیگر است و در لحظه بعد به علت حرکت الکترونها جهت دوقطبی لحظه‌ای تغییر می‌کند.

اثر این دوقبیهای لحظه‌ای در طول زمان بسیار کوتاه یکدیگر را حذف می‌کنند به صورتی که مولکول غیر قطبی فاقد دوقطبی دائمی می‌شود. ولی دوقطبیهای مواج لحظه‌ای یک مولکول، دوقطبیهای نظیر خود را در مولکولهای مجاور القا می‌کنند و حرکت هم‌زمان الکترونهای مولکولهای مجاور باعث ایجاد نیروی جاذبه بین این دو قطبیهای لحظه‌ای، نیروی لاندن را تشکیل می‌دهند. نیروی لاندن بین مولکولهای قطبی هم وجود دارد، اما تنها نیروی بین مولکولی موجود در مولکولهای غیرقطبی است.

پیوند کوولانسی

پیوند کووالانسی یا پیوند هم‌ارز یکی از انواع پیوندهای شیمیایی است. یک جفت الکترون مشترک بین دو هسته یک پیوند کووالانسی تشکیل می‌دهند.

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. معمولاً غیر فلزات با جفت کردن الکترون‌ها پیوند ایجاد می‌کنند و در این فرآیند به ساختار یک گاز نجیب می‌رسند.

 

 استواری پیوند کووالانسی
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 کشش 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.مشترکی را جذب می‌کنند.

 نحوه تشکیل اوربیتال مولکولی
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 رانش پاولی دو الکترون این پیوند باید چرخش مخالف داشته باشند. در نتیجه تشکیل پیوند اوربیتال‌های اتمی به اوربیتال مولکولی تبدیل می‌شود.

انواع پیوند کووالانسی
پیوند یگانه کووالانسی: متشکل از یک جفت الکترون (دارای چرخش مخالف) است، که اوربیتالی از هر دو اتم پیوند شده را اشغال می‌کند. ساده‌ترین نمونه اشتراک در مولکول‌های دو اتمی گازهای 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 تای، که ویژه گازهای نجیب است، می‌رسد.

پیوند چند گانه: بین دو اتم، ممکن است بیش از یک پیوند کووالانسی تشکیل شود در این موارد گفته می‌شود که اتم‌ها با پیوند چند گانه به هم متصل‌اند. دو جفت الکترون مشترک را پیوند دو گانه و سه جفت الکترون مشترک را پیوند سه گانه می‌نامند. اغلب می‌توان تعداد پیوندهای جفت الکترونی را که یک اتم در یک مولکول به وجود می‌آورد از تعداد الکترون‌های مورد نیاز برای پر شدن پوسته والانس آن اتم، پیش بینی کرد. چون برای فلزات شماره گروه در جدول با تعداد الکترون‌های والانس برابر است، می‌توان پیش بینی کرد که عناصر گروه VIIA مثل Cl (با هفت الکترون والانس)، برای رسیدن به هشت تای پایدار یک پیوند کووالانسی، عناصر گروه IVA مثل O و S (با شش الکترون والانس) دو پیوند کووالانسی، عناصر VA مثل N و P (با پنج الکترون والانس) سه پیوند کووالانسی و عناصر گروه IVA مثل C (با چهار الکترون والانس) چهار پیوند کووالانسی به وجود خواهند آورد.

نماد ساختار مولکول
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 دوگانه

 

N Ξ N: پیوند سه‌گانه

CΞC پیوند چهارگانه

 

نور شیمی

نگاه اجمالی

چون آغاز حیات به کمک نور خورشید بوده ، لذا این عقیده عمومیت پیدا کرد که درک فرایندهای آغاز شده توسط نور ، درک خود زندگی است و اگر چه هیچ کس اطمینان ندارد که زندگی را بدرستی درک کرده باشد ، اما آگاهی و دانش نسبت به بسیاری از فرایندهای نور شیمی در حد کمال است. فرایندهای نور شیمی برای ادامه حیات در روی زمین اهمیت زیادی دارند. اهمیت نور شیمی ، بیشتر در این امر نهفته است که بشر و طبیعت هر دو آن را بخوبی به خدمت می‌گیرد.

سیر تحولی و رشد

بشر آگاه از زمان‌های بسیار دور با اثر نور بر ماده آشنا بوده است. مثلا رومیان می‌دانستند که نور خورشید برای رشد گیاهان لازم است. همچنین آنها می‌دانستند که نور آفتاب بر وسایل رنگی اثر تخریبی دارد. در آن ایام ، از انرژی خورشیدی استفاده عملی نمی‌کردند، جز اینکه معروف است که سربازان "اسکندر" دستبندی از الیاف رنگین داشتند که به عنوان ساعت از آن استفاده می‌کردند، زیرا با گذشت زمان رنگ آن تغییر می‌کرد.

در اواخر قرن هیجدهم ، "هیلز" ، فرآیند فتوسنتز را توضیح داد. پس از آن فیزیکدانان و شیمی‌دانان به این موضوع علاقمند شدند و از آن به بعد ، مطالب مربوط به نور شیمی گسترش یافت. در آغاز ، بررسی‌های نورشیمی در کشورهای حوزه‌ مدیترانه گسترده در زیر تابش عظیم خورشید توسعه یافت. "سیمیسیان" و "سیلبر" در سال 1900 در بولونی ، گزارش‌های علمی در مورد استفاده از نور خورشید در تغییرات شیمیایی چاپ نمودند و توضیح دادند که این واکنش‌ها بسیار جالب هستند.

چهل و پنج سال بعد ، "شونبرگ" و "مصطفی" در مصر در مورد واکنش‌های دسیر شدن ، حذف و حلقه‌سازی که همه توسط نور خورشید انجام شد، کشف جالبی نمودند. پس از آن واکنش‌های نور شیمی زیادی در فاز گازی انجام شد. در سال‌های بعد درباره کار "سیلبر" و "مصطفی" مطالب نظری زیادی به چاپ رسید. رابطه‌ی منطقی بین ماده و نور و مفهوم کوانتیده بودن انرژی از نظریه پلانک نتیجه گرفته شد و "آلبرت انیشتین" قاعده مهمی را فرموله کرد:« برای اینکه ترکیبی در یک واکنش شرکت کند، باید نور جذب نماید.»

در سال‌های اخیر ، فرآیندهای نور شیمی توسعه فراوان یافتند.

فرآیندهای نور شیمی

در فرآیند نور شیمی ، نور همراه یکی از اجزای واکنش کننده است. در نور شیمی ، اثرات فیزیکی و شیمیایی برانگیختگی الکترونی حاصل از اثر تابش الکترومغناطیسی با ماده ، مورد بررسی قرار می‌گیرد. تابش الکترومغناطیسی طیف گسترده‌ای از فیزیک امواج است که از طول موج کوتاه اشعه گاما تا طول موج‌های رادیویی و تلویزیونی را شامل می‌شود. اشعه ایکس و اشعه گاما ،‌ باعث یونیزه شدن مولکول‌ها می‌شوند.

در حالی که آنچه در نور شیمی بیشتر مد نظر است، برانگیختگی الکترونی است. لذا به طول موجهای زیر قرمز و فرابنفش ، توجه خاص معطوف می‌شود. همچنین واکنش‌ها ، تفکیک پذیری‌ ، ایزومری شدن و نشرنور توسط اتم‌ها و مولکولهای برانگیخته‌ ترکیبات شیمیایی ، هسته‌ اصلی فتوشیمی ( نور شیمی ) هستند.

هدف نور شیمی امروزی

• پاسخ به تقاضا برای انواع واکنشهای جدید و کلی
• جستجو برای ارائه نظریه‌های استادانه در مورد عوامل کنترل کننده انتقالات حالت برانگیخته.

کاربرد نور شیمی در زندگی

• فتوسنتز از انرژی خورشید برای تولید کربوهیدرات از دی‌اکسید کربن و آب و همچنین افزایش یا برگشت اکسیژن به هوا استفاده می‌کند.
  
  
• نور با تغییراتی که در گازها و ذرات معلق در اتمسفر ایجاد می‌کند، باعث اصلاح ترکیبات ساختاری و شیمیایی آنها شده و لذا از حیات بر روی زمین محافظت می‌کند. در واقع تولید مولکول‌های پیچیده‌ی حیات از مولکول‌های کوچک خود ، باعث ادامه حیات می‌شود.
  
  
• کاربرد نور در سنتز مواد جدید ، چه برای مصارف بیولوژیکی و چه صنعتی است.
  
  
• بینایی در موجودات زنده یک فرایندی نور شیمیایی است.

"آیا واقعا جفت الکترون غیر پیوندی فضای بیشتری را اشغال می کند؟"

"آیا واقعا جفت الکترون غیر پیوندی فضای بیشتری را اشغال می کند؟"

با سلام خدمت شما دوستان گرامی ازلطف شما نسبت به خودم بسیار ممنونم راستش من سوال شمار در نظرات دیده بودم واین هم مقاله ای در باره ی سوالات شما:

 اوربیتال های هیبریدی حاصل از sو p درحالت کلی  معادل ومتقارنند . اما  لزومی  هم ندارد که همیشه معادل ویکسان باشند .مثلا زمانی که دراطراف اتم مرکزی عناصر وعوامل مختلف و از جمله الکترون های نا پیوندی قرارمی گیرد این اوربیتال ها معادل نیستند .

مثلا در همین مولکول آب زاویه پیوندی( 104- 105 درجه) . با هیچیک از هیبرید ها  s وpویا زاویه اوربیتال های P همخوانی ندارد.ما بین زاویه هیبریدی sp₃ و P قراردارد. احتمال می رود که دواوربیتال پیوندی در آب تقریبا اوربیتال های چهاروجهی باشند .که خاصیت  P آن ها کمی بیشتر است که با تمایل زاویه پیوندی به کاهش به سوی 90 درجه (زاویه بین اوربیتالP) مطابقت دارد.

پس باید امکانات دیگر هیبرید شدن بغیر از هیبرید های sp و sp2 و sp3 را  مورد بررسی قرارداد.

از آنجایی که اوربیتال های هیبریدی٬ حاصل از ترکیب خطی توابع موجی اوربیتال های s وp می باشند .

محدودیتی از این نظر که  a وb باید مقادیری داشته باشند که خاصیت s  دقیقا 25% (sp3 ) ویا 33% ( sp2)   ویا 50 %  (sp ) باشد وجود ندارد .به عنوان مثال در اوربیتال های هیبریدی پیوندی آب سهم مشارکت اوربیتال ها 20% سهم اوربیتال  s  و 80%   سهم اوربیتال  p   می باشد.

در هیبرید شدن هایی که دارای اوربیتال های نا معادل هستند. معمولا می توان مجموعه اوربیتال های هیبریدی را به زیر مجموعه هایی از اوربیتال ها یی تقسیم کرد. که درهر زیر مجموعه اوربیتال های معادل هم قرار داشته باشند. در اوربیتال های هیبریدی نامعادل ممکن است  خاصیت sو p  کسری باشد .

رابطه بین هیبرید شدن وزاویه پیوند برای هیبرید های s-p  به شکل زیر است .

در این رابطه خاصیت sوp به صورت کسرهای اعشاری بیان می شود. مثلا برای هیبرید sp^3     به صورت زیر می باشد.

درمولکول آب اوربیتال های پیوندی که حدواسط بین pخالص وهیبرید sp^3 می باشد می توانیم چهار اوربیتال مربوط را به زیر مجموعه پیوندی ( زاویه5/ 104 ) و زیر مجموعه ناپیوندی ( زاویه نامشخص ) تقسیم کنیم .به کمک رابطه زیر سهم اوربیتال های به کار رفته در هیبریداوربیتال ها درمولکول آب  را در هر مجموعه می توان حساب کرد.

 

                                                                          80/0 =   p

نتیجه می شود که  ۸۰ ٪ خاصیت p و20% خاصیت s در اوربیتال ها ی هیبریدی وجود دارد.

به طور کلی در اینجا مجموعه سهم اوربیتال های  p روی هرچهار اوربیتال اکسیژ ن باید برابر 3 (    px+py+pz ) ومجموعه سهم اوربیتال s    یک باشد . اگر اوربیتال های پیوندی سهم بیشتری از p داشته باشند پس دو زوج تنها باید به طور نسبی سهم کمتری از p داشته باشند.

می توانیم زاویه بین محورهای دو زوج تنها را با روش مشابه محاسبه نماییم .

با این که در حال حاضر هیچ روشی برای اندازه گیری زاویه بین زوج های تنها در اختیار نداریم .اما قابل قبول است که این زوج ها زاویه بزرگتری از زاویه چهار وجهی باهم می سازند.در واقع دافعه بین زوج الکترون های نا پیوندی بیشتر از دافعه بین زوج الکترون های پیوندی باعث این امر می باشد. زیرا زوج تنها فقط توسط هسته خود جذب می شود و یک هسته اتم دیگر  در انتهای   دیگر زوج تنها وجود ندارد که بتواند ابر الکترونی را درناحیه بین دوهسته متمرکز کند بنابراین حجم زاویه ایی بزرگتری را اشغال می نماید. علاوه براین زوج تنها درصورتی که امکان داشته باشد به سمتی می روند که در آن بتوانند به

راحتی ترین نحو منبسط شود (نظیر هیبرید های sp^3d ویا sp^3d^3)

ساخت كاغذ كربني با انعطاف پذيري، استحكام و سبكي بي‌نظير

مهندسان موفق به طراحي كاغذ كربني نازكي شده‌اند كه از نظر انعطاف‌پذيري، سبكي و استحكام، از نانولوله‌ها هم بهتر است.

به گزارش خبرگزاري فرانسه از پاريس، دانشمندان به سرپرستي "رادني راف" از دانشگاه نورث وسترن در شيكاگو شرح اين "كاغذ اكسيد گرافين" را در مجله نيچر منتشر كرده‌اند.

اين ماده از گرافيت گرفته شده و اكسيد شده تا تشكيل اكسيد گرافيت بدهد و سپس تصفيه شده و تشكيل لايه‌هايي با ساختار مرتب كه ضخامت هر كدام به اندازه يك ميكرون يا يك ميليونيم يك متر است مي‌دهد.

محققان با اين شيوه ورقه‌هاي كوچك كاغذ قهوه‌اي تيره تهيه كرده‌اند كه ضخامت آنها از يك تا ‪ ۱۰۰‬ميكرون متفاوت است و اين كاغذ را از نظر فشار و كشش با رقباي فناوري پيشرفته شامل كاغذ ‪ bucky‬كه از نانو لوله‌هاي كربني ساخته شده است مقايسه كردند.

كاغذ اكسيد گرافين، كيفيت فيزيكي استثنايي خود را مديون يك شبكه كاشي درهم قفل شده بي‌نظير در مقياس اتمي است.

اين كاغذ همچنين از ويژگيهاي جالب الكتريكي برخوردار است، بطوري كه فرايند اكسيداسيون، اين ماده را از يك حالت رسانا به عايق تبديل مي‌كند.

در آينده امكان انطباق اين ماده به شكل رسانا، نيمه رسانا يا عايق ميسر خواهد بود. همچنين امكان كنترل خواص الكتريكي بدون قرباني كردن خواص مكانيكي استثنايي وجود خواهد داشت.

اين كاغذ فويل مانند، كاربردهاي بالقوه بسياري به تنهايي يا در تركيب با پلاستيك ، سراميك يا فلز دارد كه نيازمند تقويت انعطاف پذيري است و بطور نمونه هواپيما، خودرو و ساختمانها را مي‌توان ذكر كرد.

همچنين مي‌توان از اين كاغذ در باتريها و ابرخازن‌ها استفاده كرد و ساختار شبكه‌اي بي‌نظير آن را مي‌توان شارژ الكتريكي كرد تا غشاهايي با نفوذپذيري قابل كنترل ساخت.

تاكنون فقط ورقه‌هاي آزمايشي اين كاغذ ساخته شده است كه هر كدام آنها حدود ‪ ۱۲‬سانتي متر ضخامت دارند. اما به عقيده روف توليد ورقه‌هاي بزرگ با توجه به ارزاني و فراواني گرافيت بسيار آسان است.

اين محققان در تهيه دسته جديدي از مواد موسوم به گرافين كه يك ورقه كربن با ضخامت فقط يك اتم است نيز پيشگام هستند.

خواص مكانيكي، حرارتي، نوري و الكتريكي گرافين استثنايي است.

از نظر فرضي ورقه‌هاي گرافين مي‌تواند از تمام مواد ديگر به استثناي الماس برتر باشد.

تهیه لاستیک سنتزی

هدف آزمایش

تهیه لاستیک سنتزی تیوکل (Tiokol)

تئوری آزمایش

تیوکل ، لاستیکی سنتزی است که با افزودن گوگرد به انتهای زنجیرهایش ، استحکام و خواص ویژه‌ای به خود می‌گیرد و خصلت ارتجاعی بیشتری پیدا می‌کند.
تیوکل ، پلیمری از اتیلن دی‌کلراید است که به آن ، گوگرد اضافه شده و فرمول نهایی بصورت C₂H₄S₄ در آمده است. این ترکیب ، حدود 82% گوگرد است و چون وزن مولکولی بالاست، ساختمانش احتمالا زنجیری است با گروه اتیلن مشخص و دست نخورده.

در تهیه این پلیمرها ، از هیدروکسیدسدیم استفاده می‌شود که با عمل جوشاندن تغلیظ می‌شود. این هیدروکسید غلیظ شده ، نصف گوگرد افزوده شده را جذب می‌کند و ماده‌ای پودری شکل را بوجود می‌آورد. لذا هر چهار گروه اتم گوگرد دو به دو به طریقه متفاوتی از هم متصل شده‌اند. مقدار در صد بالای گوگرد در ترکیب ، ناشی از سولفید سدیم تولیدی در اثر ترکیب هیدروکسید سدیم با گوگرد است.

اسیدی شدن محلول ، H₂S و دی‌تیول اتیلن آزاد می‌کند. منشا تشکیل پلیمر ، پیوند دی‌سولفید در آن است:

SH₂ + HS - CH₂ - CH₂ - SH

دو اتم گوگردی که توسط سدیم هیدروکسید جذب شده ، در پلیمر اولیه در محلول جامد نخواهد بود و توسط استن و جوشاندن قابل استخراج نیست. بعلاوه دو اتم گوگرد می‌توانند با دو اتم گوگرد موجود در زنجیر کئوردینه شوند و بدین ترتیب قابل استخراج گردد. از طرفی چون مقادیر کمی از تتراسولفیدسدیم باقی می‌ماند، احتمال تشکیل گروههای نهایی در مرکاپتان نیز می‌رود.

وسایل مورد نیاز

• بشر
• بالن
• دستگاه رفلکس
• هیدروکسید سدیم
• پودر گوگرد
• دی‌کلرو اتان

شرح آزمایش

هیدروکسید سدیم را در آب حل کرده ، می‌جوشانید تا تغلیظ شود. سپس به آن ، گوگرد اضافه کنید تا حدی که بیشتر گوگرد در آن حل گردد. بعد آن را در بالنی اضافه کرده و به آن دی‌کلرو اتان اضافه ‌کنید و مخلوط را رفلکس کنید تا کلوئیدی اسفنجی تهی و تشکیل گردد.

نتیجه آزمایش

یکی از خواص مهم پلی سولفیدها (که لاستیکی که تهیه کرده‌اید جزو آنهاست) ، مقاومت آنها در برابر حلال است. پلیمرها بر اساس خواص متفاوتشان کاربردهای زیادی پیدا می‌کنند. عده ای در تهیه و ساخت چسب‌ها و رزین‌ها و رنگ‌ها کاربرد دارند. عده‌ای دیگر فرم لاستیکی دارند و برای ساخت قطعاتی با حالت ارتجاعی بکار می‌روند.

لاستیک تیوکل در ساخت لوله‌های گاز اتومبیل و مراکز سرویس آنها ، پوشش‌های کابل ، پوشش منسوجات و بالن بسیار کاربرد دارد. از خواص مهم لاستیک تیوکل ، مقاومت فوق‌العاده آنها در برابر حلال و روغن ، پایداری فوق‌العاده در برابر کهنگی ، اوزون و نور آفتاب ونفوذ ناپذیری در برابر گازها و بخارهاست و بر اساس این خواص ، کاربرد وسیعی دارد.

سوالات

1. فکر می‌کنید در استفاده از لاستیک تیوکل چه محدودیت‌هایی وجود دارد؟
2. استحکام لاستیکی را که تهیه کرده‌اید، بررسی کنید.
3. فکر می‌کنید لاستیک حاصله در چه حلال‌هایی قابل حل است؟

فسرسانس و فلوئورسانس

فسرسانس و فلوئورسانس:

فسرسانس و فلوئورسانس پديده هايي هستند كه در آنها يك ماده خاص كه بطور عام به آن فسفر گفته ميشود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئي يا غير مرئی يا حرارت ( تحريك شده ) اين انرژي را در خود ذخيره مي كند و سپس آن انرژي را بصورت طيفي از امواج مرئي در طول مدت زماني منتشر مي كند .

. اگر اين بعنوان شباهت اين دو پديده باشد تفاوت آنها در اختلاف زماني بين اين دو دريافت و تابش يا به عبارت گر دوام تابش است . اگر زمان تحريك كمتر از ۱۰ به توان ۸- ثانيه باشد، اين پديده را Fluorescent مي ناميم و اگر زمان تحريك بيش از ۱۰ به توان ۸- ثانيه باشد آن را Phosphorescent مي ناميم.به عبارتي در فسفرسنس تحريك طولاني تر و تشعشع طولاني تري داريم و در فلوئورسنس تحريك كوتاهتر تر و تشعشع كوتاهتري تري داريم.در فلوئورسانس كه نمونه آن نور مهتابي يا صفحه تلويزيون است تابش آني است و تقريبا" بلافاصله بعد از قطع نور تمام ميشود . در حالي كه در فسفرسانس ماده بعد از قطع نور نيز تا مدتي به تابش ادامه ميدهد كه مقدار آن بسته به ماده مورد استفاده مي تواند از چند ثانيه تا چندين روز طول بكشد . در فلوئورسانس برانگيختگي ميان دو تراز اصلي با انرژي هاي E1,E2 اتفاق مي افتد كه جابجايي بين أنها كاملا" أزاد است .الكترون با دريافت انرژي بر انگيخته شده وبه تراز E2 مي رود وپس از 8تا 10 ثانيه دوباره به تراز اول بر مي گردد و فتوني با انرژي E2-E1 تابش مي كند اما در فسفرسانس ماجرابدليل وجود يك تراز مياني كمي پيچيده تر است اين تراز كه مابين تراز پايه و برانگيخته قرار دارد تراز نيمه پايدار مي باشد و مانند يك دام براي الكترونها عمل ميكند به خاطر شرايط خاص اين تراز انتقال الكترون از أن به ساير ترازها ممنوع واحتمال أن بسيار كم است بنابراين چنانچه الكتروني پس از برانگيختگي از تراز E2 در دام تراز نيمه پايدار بيافتد انجا مي ماند تا زماني كه به طريقي ديگر مجددا" برانگيخته شود وبه تراز E2 برگردداين اتفاق مي تواند تحت تاثير جنبشهاي گرمايي اتمها يا مولكولهاي مجاور ويا برانگيختگي نوري روي دهد اما احتمال وقوع أن بسيار كم است به همين دليل چنين الكترونهايي تا مدتها در تراز مياني مي مانند (بسته به ساختار اتمي ماده و شرايط محيطي) وهمين عامل تاخير در باز تابش بخشي از انرژي دريافت شده است.تحريك اين ماده ها به گونه هاي مختلف انجام مي شوند: بمباران فوتوني، الكترونها، يونهاي مثبت، واكنشهاي شيميايي، گرما و گاهي اوقات ( مخصوصاً در جانداران ) تنش هاي مكانيكي... راز کرمهای شب تاب در فسفرسانس است.
برای ساختن مواد درخشنده در تاريکی بايد فسفری وجود داشته باشد که با استفاده از نور معمولی انرژی بگيرد و طول تابش ان زياد باشد.برای مثال دو فسفری که اين ويژگی ها را دارند مثل ( Zinc Sulfide ) و ( Strontium Aluminate ). که ( Strontium Aluminate ) بهتر است برای طول تابش بيشتر.
اين مواد با پلاستيک مخلوط ميکنند و مواد درخشنده در تاريکی را ميسازند.
بعضی مواقع ممکن است شما موادی را ببينيد که ميدرخشند ولی به انرژی احتياجی ندارند!يکی از ان مثالها بروی عقربه های ساعتهای گران قيمت است.درانها فسفر با يک عنصر راديو اکتيو مخلوط شده (مثل راديوم- radium) که ان عنصر با انتشار راديو اکتيو فسفر را مرتبا با انرژی ميکند.
شرحي از نحوه ي كار لامپ هاي فلوئورسنت :

در اين لامپها يك تخليه ي الكتريكي در محيطي از بخار جيوه و يك گاز خنثي ( مانند آرگون ) انجام مي شود. بخار جيوه بر اثر اين تخليه ي انرژي و جذب اين انرژي، شروع به تشعشع مي كند و طول موج اين تشعشع ۲۵۳۷ آنگستروم است كه در محدوده ي طيف UV ( فرا بنفش ) است.

از ديگر سوي، دبواره ي داخلي لامپ را با مواد فسفرسنتي پوشش مي دهند و اين مواد توسط اشعه ي UV تحريك شده، نور مرئي تابش مي كنند.
در دهه ي ۱۹۴۰ اين پوشش Zn2SiO4 (سيليكات زيركونيم) بود و از Mn بعنوان Activator استفاده مي كردند. بعدها يك محلول فسفاتي به صورت Ca5.(PO4)3.(Cl,F).Sb3+ion.Mn2+ion - كه Sb3+ion يعني يون ۳ بار مثبت آنتيموان - استفاده شد كه Activator ان، Sb ( آنتيموان ) بود.

چه موادي اين گونه هستند (نام عنصر ها) و رنگ نور انها به چه بستگي دارد؟

شماره - ماده ي زمينه - Activator - رنگ تشعشع - كاربرد
-------------------------------------------------------------- ( زمان عملكرد كوتاه )
۱ - CaWO4 - بدون Activator - آبي - لامپ آبي
۲ - Pb - CaWO4 - آبي كم رنگ - لامپ آبي
۳ - Pb - BaSi2O5 - فرا بنفش - لامپ تشعشع طولاني مدت فرابنفش
۴ - Mn - Zn2SiO4 - سبز - لامپ سبز
۵ - Pb3Mn - CaSiO3 - بين زرد و نارنجي - لامپ رنگي با كيفيت بالا
۶ - Mn - Cd2B2O5 - نارنجي / زرد - لامپ ترنر
-------------------------------------------------------------- ( زمان عملكرد طولاني )
۱ - Mn - Zn2SiO4 - زرد سبز - رادار و اسيلوگراف
۲ - Pb3Mn - CaSiO3 - نارنجي - رادار
۳ - Mn - (Zn,Be).SiO4 - سفيد - تلويزيون هاي دقيق

اينم متني براي شيمي دوم دبيرستان

با تشكر

منتظر نظرات شما هستم

شیشه

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.

گدازآورها
کربنات سدیم (Na2CO3) ، کربنات پتاسیم (K2CO3) و خرده شیشه ، سیلیکات سدیم و پتاسیم (Na2SiO3 , K2SiO3) که حاصل ترکیب سیلیس با گدازآورها می‌باشند، در آب حل می‌شوند و از شفافیت شیشه به تدریج کم می‌کنند. به همین علت است که اغلب شیشه‌های مصرف شده در گلخانه پس از چند سال کدر می‌شوند و نور از آنها بخوبی عبور نمی‌نماید.

تثبیت کننده‌ها
برای آنکه مقاومت شیشه را در مقابل آب و هوا ثابت کنیم، باید اکسیدهای دو ظرفیتی باریم ، سرب ، کلسیم ، منیزیم و روی به مخلوط اضافه کنیم که به این عناصر ، ثابت کننده می‌گویند.

تصفیه کننده‌ها
موجب کاستن حباب هوای موجود در شیشه می‌شوند و بر دو نوعند:

 

فیزیکی: سولفات سدیم (Na2SO4) ، کلرات سدیم (NaClO3). با ایجاد حباب‌های بزرگ حباب‌های کوچک را جذب و از شیشه مذاب خارج می‌کنند.

شیمیایی: املاح آرسنیک و آنتیموان ترکیباتی ایجاد می‌کنند که حباب‌های کوچک داخل شیشه را از بین می‌برند.

تا اینجا به موادی اشاره کردیم که عدم وجودشان ، در مواد اولیه باعث از بین رفتن مرغوبیت کالا می‌شد. حال به چند ماده دیگر که به نوعی در تولید شیشه سهیم هستند، اشاره می‌کنیم.

افزودنیها
استفاده از بوراکس به جای اکسید و کربنات سدیم (گدازآور) که در اثر حرارت به Na2O و B2O3 تجزیه می‌شود و در واقع بجای هر دو ماده عمل می‌کند.
استفاده از نیترات سدیم NaNo3برای از بین بردن رنگ سبز شیشه (ناشی از اکسید آهن که همراه مواد دیگر وارد کوره می‌شود).
استفاده از اکسید منگنز که باعث مقاومت بیشتر در مقابل عوامل جوی و شفاف‌تر شدن شیشه می‌شود.
استفاده از اکسید سرب PH3O4 , PbO به جای CaO برای ساختن شیشه‌های مرغوب بلور و کریستال که باعث درخشندگی شیشه می‌شوند.
برای ساختن کریستال مرغوب از اکسید نقره استفاده می‌کنند.
استفاده از فلدسپار که باعث مقاومت بهتر در مقابل مواد شیمیایی می‌شود.
برای اینکه شیشه در برابر اسید فلوئوریدریک هم مقاوم باشد، ترکیباتی از فسفات به آن می‌افزایند.
استفاده از خرده شیشه که به ذوب مواد سرعت بیشتری می‌دهد.
استفاده از اکسید فلزات برای تهیه شیشه‌های رنگی.
اکسید سزیم برای جذب اشعه زیر قرمز و اکسید بر برای ازدیاد مقاومت حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دو نمونه از عناصر تشکیل دهنده که عمومیت بیشتری دارند، در زیر ذکر می‌گردد.

 

ترکیبات(1): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 74 تا 80 درصد و بقیه شامل پراکسید سدیم (NaO2) تا 15 درصد و اکسید کلسیم 7 تا 12 درصد اکسید منیزیم 2 تا 4 درصد و 2 درصد هم عناصر دیگر مانند Fe2O3 - MnO - Al2O3 - TiP2 - SiO3.
ترکیبات (2): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 73 درصد ، اکسید سدیم 15 درصد ، اکسید کلسیم 5.55 درصد ، اکسید منیزیم 3.6 درصد ، اکسید آلومینیوم 1.5 درصد ، اکسید بور (B2O3) و اکسید پتاسیم( K2O) هر کدام 0.4 درصد ، اکسید آهن (Fe2O3) و اکسید سیلیسیم 6 ظرفیتی SiO3 هر کدام 0.3 درصد.

علاوه بر مواد فوق همیشه مقداری خرده شیشه نیز با این مواد وارد کوره می‌گردد.

 

انواع شیشه و کاربرد آنها
شیشه به اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ساخت لوازم تزیینی مانند گل ، تابلو و غیره در ساختن ظروف آزمایشگاهی و یا ظروف آشپزخانه مانند لیوان ، بطری و غیره و بالاخره در ساختن شیشه‌های مسطح که در دو نوع ساده و مشجر عرضه می‌گردد و مصارف مختلفی دارد که عمده ترین کاربرد آن به عنوان در و پنجره در کارهای ساختمانی است که به شکلهای مختلف اعم از شیشه‌های شفاف ، نیمه شفاف و رنگی ، جاذب حرارت ، ایمنی ، دوجداره ، سکوریت و... وجود دارد.

همچنین در آینه سازی ، صنایع نشکن ، صنایع یخچال سازی ، میزهای شیشه‌ای ، انواع شیشه رومیزی و تیغه کاری ساختمان کاربرد دارد.

شیشه رنگی
به دو طریق می‌توان شیشه رنگی بدست آورد.

 

با افزودن و کم کردن بعضی مواد شیمیایی در مصالح اولیه تهیه شیشه. برای نمونه اکسیدهای مسی به شیشه رنگهای مختلف قرمز می‌دهد و رنگ آبی پر رنگ بوسیله اکسید کبالت بدست می‌آید. رنگ زرد با افزودن مقداری اکسید اورانیوم و کادمیوم حاصل می گردد.

شیشه سفید را در شیشه مذاب رنگی فرو می‌کنند تا دو روی آن رنگی شود. شیشه‌های رنگی در ویترین مغازه‌ها ، نمایشگاهها ، آزمایشگاهها و ساختمانهای صنعتی بکار می‌روند.
شیشه ضد آتش (پیرکس)
همراه مواد اولیه این شیشه‌ها در مقابل حرارت ، مقاومت زیادی دارند، مقدار زیادی اکسید بوریک بکار می‌رود و سیلیس آنها از انواع شیشه‌های معمولی بیشتر است. معمولا از آنها به عنوان ظروف آزمایشگاه و آشپزخانه و یا در جلوی بخاری‌های دیواری و اجاقها استفاده می‌نماید.

شیشه مسطح
این نوع شیشه را با اضافه نمودن توری فلزی در میان شیشه می‌سازند و بیشتر برای درهای ورودی ، کارگاهها ، موتورخانه‌ها ، آسانسورها و هر جایی که خطر شکستن و فروریختن شیشه وجود دارد، استفاده می‌نمایند.

شیشه دوجداره (مضاعف)
این نوع شیشه‌ها ، از دو لایه ساده و گاهی رنگی که به موازات یکدیگر قرار گرفته‌اند و لبه‌ها یا درزهای آنها هوابندی شده است و فضای بین آنها با مواد خشک کننده‌ای مانند سیلیکاژل ، پُر و یا در بعضی از موارد بین دو لایه ، خلاء ایجاد می‌شود. این نوع شیشه که عایق گرما ، سرما و صداست، در بسیاری از ساختمانها مانند فرودگاهها ، هتل‌ها و بیمارستانها بکار می‌رود.

شیشه سکوریت
در این حالت ، شیشه مجددا تا حدود 700 درجه سانتی‌گراد حرارت داده و بعد بطور ناگهانی و تحت شرایط خاص و کنترل شده‌ای سرد می‌شود. این عمل باعث افزایش مقاومت شیشه (حدود 3 الی 5 برابر) در مقابل ضربه و نیز شوکهای حرارتی می‌گردد. این شیشه‌ها در صورت شکستن ، به ذرات ریز و مکعب شکل تقسیم می‌شوند که آسیب رسان نیستند. از این نوع شیشه در ویترین فروشگاهها ، درهای شیشه‌ای و پنجره‌های جانبی اتومبیلها استفاده می‌گردد.

 

شیشه نشکن
این نوع شیشه‌ها شامل دو یا چند لایه شیشه‌اند که بوسیله ورقه‌هایی از نایلون شفاف تحت حرارت و فشار به هم متصل می‌شوند. همچنین بعضی از انواع شیشه‌های طلق‌دار به عنوان عایق صوتی ، جاذب حرارت ، کاهنده شفافیت و شیشه ایمنی بکار برده می‌شوند. وقتی که این شیشه‌ها می‌شکنند، خاصیت کشسانی نایلون مانع از پخش و پراکندگی ذرات شیشه می‌گردد.

از جمله کاربردهای این نوع شیشه‌ها در خودروها و ویترین مغازه‌هایی که اشیاء گرانقیمت می‌فروشند استفاده می‌گردد. ممکن است شیشه نشکن را از جنس شیشه سکوریت بسازند.

شیشه ضد گلوله
از چند لایه شیشه سکوریت و یا نشکن ، شیشه ضد گلوله می‌سازند. در هنگام وارد شدن گلوله به داخل شیشه ، از نیروی آن کاسته و در میان شیشه متوقف می‌گردد.

شیشه انعکاسی (بازتابنده)
در این نوع شیشه‌ها ، یک سطح شیشه با یک پوشش منعکس کننده نور و حرارت از جنس فلز یا اکسید فلزی دارای این خاصیت پوشانده می‌شود. این نوع شیشه‌ها ، نور خورشید را منعکس می‌کنند و در کاهش حرارت و درخشندگی نور موثر هستند. اگر در روشنایی روز از بیرون به شیشه انعکاسی نگاه کنیم مشاهده می‌کینم که تصاویر اطراف را مانند آینه باز می‌تاباند و اگر از داخل به بیرون نگاه کنیم، شیشه کاملا شفاف خواهد بود. شبها پدیده مذکور برعکس است. یعنی شیشه از خارج شفاف و از داخل مانند آینه است.

این شیشه با منعکس نور خورشید ، حرارت ناشی از تابش نور خورشید را بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد و در نتیجه ، باعث صرفه جویی در هزینه‌های احداث ، راه اندازی و نگهداری سیستمهای تهویه و تبدیل می‌شود.

شیمی آتش بازی

شیمی آتش بازی:

 

یک مخلوط آتش بازی به عنوان نمونه حاوی یک اکسید کننده، سوخت، ماده چسبنده و ماده ای برای اثرات ویژه است.

اغلب از نمکهای پتاسیم(KNO₃) به عنوان اکسید کننده استفاده میشود. البته از KClO₃ و KClO₄ نیز استفاده میشود. در این بین KClO₄ ایمنی بیشتری دارد.

به عنوان سوخت از آلومینیوم، منیزیم، تیتان، زغال، گوگرد، سولفید آنتیموان استفاده میشود.

ماده چسبنده مثل: دکسترین، صمغ قرمز، پلیمرهای سنتزی.

جالبترین بخشهای آتش بازی رنگهای خیره کننده آن است. نور سفید از اکسایش منیزیم و آلومینیوم فلزی در دمای بالا حاصل میشود و جرقه های درخشانی که در آتش بازی دیده میشود مشخصه مخلوط منیزیم و پرکلرات پتاسیم است.

تولید رنگ زرد به راحتی توسط نمکهای سدیم امکانپذیر است. محلوطهای آتش بازی معمولا دارای سدیم در غالب ترکیبهایی که جاذب رطوبت نباشند، مانند کریولیت(Na₃AlF₆) میباشند. از اکزالات سدیم هم میتوان برای تولید رنگ زرد استفاده کرد.

از نمکهای استرانسیم برای تولید رنگ قرمز استفاده میشود. مانند: نیترات استرانسیوم و کربنات استرانسیوم.

 رنگ سبز توسط نمکهای باریم مانند Ba(NO₃)₂ ایجاد میشوند.

رنگ آبی که در آتش بازیها بسیار کمیاب است از نشر نور از کلرید مس (I) در دمای پایین حاصل میگردد.

 

اثرات ویژه:

صدای زوزه: بنزوات پتاسیم یا سالیسیلات سدیم

جرقه های سفید: آلومینیوم، منیزیم، آلیاژ آلومینیوم و منیزیم، تیتان

جرقه های طلایی: براده آهن- زغال

شعله سفید: فلزهای منیزیم و آلومینیوم

دود سفید: مخلوط نیترات پتاسیم و گوگرد

دود رنگی: مخلوط کلرات پتاسیم، گوگرد و رنگ آبی

 

الکتروشیمی

دید کلی
تمام واکنشهای شیمیایی ، اساسا ماهیت الکتریکی دارند، زیرا الکترونها در تمام انواع پیوندهای شیمیایی (به راههای گوناگون) دخالت دارند. اما الکتروشیمی بیش از هر چیز بررسی پدیده‌های اکسایش- کاهش است. روابط بین تغییر شیمیایی و انرژی الکتریکی ، هم از لحاظ نظری و هم از لحاظ عملی حائز اهمیت است.

از واکنشهای شیمیایی می‌توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد (در سلولهایی که سلولهای ولتایی یا سلولهای گالوانی نامیده می‌شوند) و انرژی الکتریکی را می‌توان برای تبادلات شیمیایی بکار برد (در سلولهای الکترولیتی). علاوه بر این ، مطالعه فرآیندهایی الکتروشیمیایی منجر به فهم و تنظیم قواعد آنگونه از پدیده‌های اکسایش - کاهش که خارج از اینگونه سلولها روی می‌دهند، نیز می‌شود. با برخی فرآیندهای الکتروشیمیایی آشنا می‌شویم.
رسانش فلزی
جریان الکتریکی ، جاری شدن بار الکتریکی است. در فلزات ، این بار بوسیله الکترونها حمل می‌شود و این نوع رسانش الکتریکی ، رسانش فلزی نامیده می‌شود. با بکار بردن یک نیروی الکتریکی که توسط یک باتری یا هر منبع الکتریکی دیگر تامین می‌گردد، جریان الکتریکی حاصل می‌شود و برای تولید جریان الکتریکی ، یک مدار کامل لازم است. تشبیه جریان الکتریسیته به جریان یک مایع ، از قدیم متداول بوده است. در زمانهای گذشته ، الکتریسیته به‌صورت جریانی از سیال الکتریکی توصیف می‌شد.

قراردادهای قدیمی که سابقه آنها ممکن است به "بنجامین فرانکلین" برسد و پیش از آن که الکترون کشف شود، مورد پذیرش بوده است، بار مثبتی به این جریان نسبت می‌دهد. ما مدارهای الکتریکی را با حرکت الکترونها توجیه خواهیم کرد. اما باید به خاطر داشت که جریان الکتریکی بنا به قرارداد بطور اختیاری مثبت و به صورتی که در جهت مخالف جاری می‌شود، توصیف می‌گردد.

جریان الکتریکی برحسب آمپر (A) و بار الکتریکی برحسب (C) کولن اندازه گیری می‌شود. کولن ، مقدار الکتریسیته است که در یک ثانیه با جریان 1 آمپر از نقطه‌ای می‌گذرد: 1C = 1A.S و 1A = 1C/S . جریان با اختلاف پتانسیل الکتریکی که بر حسب ولت اندازه گیری می‌شود، در مدار رانده می‌شود. یک ولت برابر یک ژول بر کولن است. 1V = 1J/C یا 1V.C = 1J . یک ولت لازم است تا یک آمپر جریان را از مقاومت یک اهم بگذراند. I=ε/R یا ε=IR
رسانش الکترولیتی
رسانش الکترولیت ، هنگامی صورت می‌گیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل می‌کنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساس توسط نمکهای مذاب و محلولهای آبی الکترولیتها صورت می‌گیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد. منبع جریان در یک سلول الکترولیتی ، الکترونها را به الکترود سمت چپ می‌راند.

بنابراین می‌توان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا می‌کند. این الکترونها از الکترود مثبت سمت راست کشیده می‌شوند. در میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود می‌آید، یونهای مثبت یا کاتیونها به طرف قطب منفی یا کاتد و یونهای منفی یا آنیونها به طرف قطب مثبت یا آند جذب می‌شوند. در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود.

برای این که یک مدار کامل حاصل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی (که لازم نیست حتما حامل بار باشند) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن ، اجزا اکسید شوند. الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد رانده می‌شوند.
عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی
رسانش الکترولیتی به تحرک یونها مربوط می‌شود و هر چند که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجاد مقاومت در برابر جریان می‌شود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهای الکترولیت اثر دارند، عبارتند از : جاذبه بین یونی ، حلال پوشی یونها و گرانروی حلال. انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش دما زیاد می‌شود و بنابراین مقاومت رساناهای الکترولیتی ، بطور کلی با افزایش دما کاهش می‌یابد. یعنی رسانایی زیاد می‌شود. به‌علاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما کم می‌شود.
الکترولیز (برقکافت)
الکترولیز یا برقکافت سدیم کلرید مذاب ، یک منبع صنعتی تهیه فلز سدیم و گاز کلر است. روشهای مشابهی برای تهیه دیگر فلزات فعال ، مانند پتاسیم و کلسیم بکار می‌روند. اما چنانکه بعضی از محلولهای آبی را برقکافت کنیم، آب به جای یونهای حاصل از ماده حل شده در واکنشهای الکترودی دخالت می‌کند. از اینرو ، یونهای حامل جریان لزوما بار خود را در الکترودها خالی نمی‌کنند. مثلا در برقکافت محلول آبی سدیم سولفات ، یونهای سدیم به طرف کاتد و یونهای سولفات به طرف آند حرکت می‌کنند، اما بار این هر دو یون با اشکال تخلیه می‌شود.

بدین معنی که وقتی عمل برقکافت بین دو الکترود بی‌اثر در جریان است، در کاتد ، گاز هیدروژن بوجود می‌آید و محلول پیرامون الکترود ، قلیایی می‌شود:

(2H2O + 2e → 2OH- + H2(g

یعنی در کاتد ، کاهش صورت می‌گیرد، ولی به جای کاهش سدیم ، آب کاهیده می‌شود. بطور کلی ، هرگاه کاهش کاتیون ماده حل شده مشکل باشد، کاهش آب صورت می‌گیرد. اکسایش در آند صورت می‌گیرد و در برقکافت محلول آبی Na2SO4 ، آنیونها (2-SO4) که به طرف آند مهاجرت می‌کنند، به‌سختی اکسید می‌شوند:

2SO42- → S2O42- + 2e

بنابراین ترجیهاً اکسایش آب صورت می‌گیرد:

2H2O → O2(g) + 4H+ + 4e

یعنی در آند ، تولید گاز اکسیژن مشاهده می‌شود و محلول پیرامون این قطب ، اسیدی می‌شود. بطور کلی هرگاه اکسایش آنیون ماده حل شده مشکل باشد، آب در آند اکسید می‌شود. در الکترولیز محلول آبی NaCl ، در آند ، یونهای -Cl اکسید می‌شوند و گاز Cl2 آزاد می‌کنند و در کاتد ، احیای آب صورت می‌گیرد. این فرآیند ، منبع صنعتی برای گاز هیدروژن ، گاز کلر و سدیم هیدروکسید است:

2H2O + 2Na+ + 2Cl- → H2(g) + 2OH- + 2Na+ + Cl2

سلولهای ولتایی
سلولی که به‌عنوان منبع انرژی الکتریکی بکار می‌رود، یک سلول ولتایی یا یک سلول گالوانی نامیده می‌شود که از نام "آلساندرو ولتا" (1800) و "لوئیجی گالوانی" (1780) ، نخستین کسانی که تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی را مورد آزمایش قرار دادند، گرفته شده است. واکنش بین فلز روی و یونهای مس II در یک محلول ، نمایانگر تغییری خود به خود است که در جریان آن ، الکترون منتقل می‌شود.

(Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s

مکانیسم دقیقی که بر اساس آن انتقال الکترون صورت گیرد، شناخته نشده است. ولی می‌دانیم که در آند ، فلز روی اکسید می‌شود و در کاتد ، یونهای Cu+2 احیا می شود و به ترتیب یونهای Zn+2 و فلز Cu حاصل می‌شود و الکترونها از الکترود روی به الکترود مس که با یک سیم به هم متصل شده‌اند، جاری می‌شوند، یعنی از آند به کاتد.

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e

(Cu2+(aq)+2e → Cu(s

نیم سلول سمت چپ یا آند ، شامل الکترودی از فلز روی و محلول ZnSO4 و نیم سلول سمت راست یا کاتد ، شامل الکترودی از فلز مس در یک محلول CuSO4 است. این دو نیم سلول ، توسط یک دیواره متخلخل از هم جدا شده‌اند. این دیواره از اختلال مکانیکی محلولها ممانعت می‌کند، ولی یونها تحت تاثیر جریان الکتریسیته از آن عبور می‌کنند. این نوع سلول الکتریکی ، سلول دانیل نامیده می‌شود.
نیروی محرکه الکتریکی
اگر در یک سلول دانیل ، محلولهای 1M از ZnSO4 و 1M از CuSO4 بکار رفته باشد، آن سلول را با نماد گذاری زیر نشان می‌دهیم:

(Zn(s) │ Zn2+(1M) │ Cu2+(1M) │ Cu(s

که در آن خطوط کوتاه عمودی ، حدود فازها را نشان می‌دهند. بنابر قرارداد ، ماده تشکیل دهنده آند را اول و ماده تشکیل دهنده کاتد را در آخر می‌نویسیم و مواد دیگر را به ترتیبی که از طرف آند به کاتد با آنها برخورد می‌کنیم، میان آنها قرار می‌دهیم. جریان الکتریکی تولید شده در یک سلول ولتایی ، نتیجه نیروی محرکه الکتریکی (emf) سلول است که برحسب ولت اندازه گیری می‌شود.

هر چه تمایل وقوع واکنش سلول بیشتر باشد، نیوری محرکه الکتریکی آن بیشتر خواهد بود. اما emf یک سلول معین به دما و غلظت موادی که در آن بکار رفته است، بستگی دارد. emf استاندارد، ˚ε ، مربوط به نیروی محرکه سلولی است که در آن تمام واکنش دهنده‌ها و محصولات واکنش در حالت استاندارد خود باشند. مقادیر ˚ε معمولا برای اندازه گیری‌هایی که در ˚25C به عمل آمده است،
معین شده است.