در عصري كه ما زندگي مي كنيم آزمايشهايي كه چشمان جهانيان را خيره مي كند ازجمله آزمايشهايي كه براي يافتن توالي اجزاي يك ژنوم، شكافتن ذرات ريز اتمي در شتابدهنده ها و تجزيه وتحليل ستارگاني كه با ما ميلياردها سال نوري فاصله دارند نياز به ميليونها دلار سرمايه گذاري دارند و تجزيه وتحليل اطلاعات به دست آمده از ابزارهاي پيشرفته دراين آزمايشها ماهها به طول مي انجامد.
«رابرت كريز» عضو گروه فلسفه دانشگاه نيويورك در استوني بروك كه مورخ آزمايشگاه ملي بروك هيون هم هست، از فيزيكدانان خواست ده آزمايش برتر جهان فيزيك را نام ببرند. برخلاف انتظار عصر ما كه آزمايشهاي پيچيده توسط تيمهاي برجسته دانشگاهها و مراكز تحقيقات صورت مي پذيرد ده آزمايش برتري كه به عنوان زيباترين آزمايشهاي فيزيك در طول تاريخ انتخاب شد توسط ده فيزيكدان بسيار سرشناس انجام شده بود كه دستياران چندان زيادي هم نداشتند. ازهمه جالب تر اين كه اين آزمايشهايي كه در فهرست زيباترين آزمايشهاي فيزيك جاي گرفتند نيازي به كامپيوترهاي فوق پيشرفته بسيار مدرن نداشتند. اين ليست در مجله Physics World به چاپ رسيده است . دراينجا به جاي آن كه به اين آزمايشها به ترتيب رتبه بپردازيم به ترتيب تقدم وتأخر زماني انجام اين آزمايشها، به اين ده آزمايش محبوب در فيزيك خواهيم پرداخت.
۱ـ اندازه گيري محيط زمين توسط اراتوستن رتبه هفتم را به دست آورد. هنگام انقلابين [اصطلاح اخترشناسيSolstice] در ظهر روزي كه آفتاب در شهر آسوان مصر هيچ سايه اي ندارد به گونه اي كه نور خورشيد قادر است به طور مستقيم به ته يك چاه برسد، موردتوجه اراتوستن ـ كتابدار شهر اسكندريه در سه قرن پيش از ميلاد مسيح ـ قرار گرفت. اراتوستن در چنين روزي درست هنگام ظهر كه در آسوان سايه وجود ندارد در شهر اسكندريه سايه را اندازه گيري كرد، چاره اي نبود جز اين كه زمين را كروي درنظر بگيرد. چون سايه در اسكندريه نسبت به خط عمود هفت درجه بود. محيط هردايره ۳۶۰درجه است براساس اندازه گيري اراتوستن ميان اسكندريه وآسوان ۷درجه فاصله بود. [واحد اندازه گيري درآن زمان به جاي متر «Stadium» بود] با سفر ميان دوشهر اسكندريه وآسوان معلوم شد كه فاصله آنها براساس واحد اندازه گيري Stadium، ۵۰۰۰ است. به اين ترتيب هفت درجه از ۳۶۰درجه ۵۰۰۰ استاديوم اندازه گيري شده بود پس محيط زمين براساس محاسبات اراتوستن ۲۵۰۰۰۰استاديوم بود.
۲ـ آزمايش گاليله درمورد سقوط اجسام رتبه دوم را به دست آورد.
در اواخر دهه ۱۵۰۰ميلادي گاليليو گاليله Galileo Galilei كه كرسي استادي دانشگاه پيزا را داشت دانش متعارف زمان خود را زير سؤال برد . با انداختن دو شيء از بالاي برج پيزا كه وزنشان برابر نبود نشان داد كه شيءسنگين تر زودتر از جسم سبك تر فرود نمي آيد. اگر اين كشف را در دوران ارسطو انجام داده بود به قيمت شغلش تمام مي شد.
۳ـ آزمايش گاليله با گوي هاي غلتان برروي سطح شيب دار رتبه هشتم را به دست آورد. دراين آزمايش گاليله ثابت كرد كه مسافت با زمان به توان دو نسبت مستقيم دارد وسرعت [Velocity كه با علامت اختصاري Vنمايش مي دهند] در جريان آزمايش ثابت باقي مي ماند.
4ـ انكسار نور با منشور توسط نيوتن رتبه چهارم را به دست آورد. ايساك نيوتن درسالي به دنيا آمد كه گاليله مرد. نيوتن فارغ التحصيل كالج تثليث كمبريج (سال ۱۶۶۵) بود. اين بار هم نيوتن دانش متعارف به جامانده از دوران ارسطو را زير سؤال برد. تلقي مردم از نور خورشيد مانند برداشت ارسطو بود ونور را خالص مي دانستند. با وجودي كه مردم رنگين كمان را ديده بودند. تا پيش از عبور نور از منشور وتجزيه آن به هفت رنگ حتي فكرش را نمي كردند نور متشكل از اين رنگها باشد.
۵ـ آزمايش كاونديش در مورد ميله و پيچش رتبه ششم را به دست آورد. از تئوريهايي كه نيوتن در مورد گرانش داده بود يكي اين بود كه نيروي جاذبه ميان دوجسم رابطه مستقيم با جرم به توان دو و رابطه معكوس با فاصله به توان دو دارد. در قرن هجدهم، هنري كاونديش براي اندازه گيري قدرت گرانش آزمايشي انجام داد او يك ميله چوبي دومتري كه به دوسر آن دوكره فلزي نصب شده بود انتخاب و با سيم اين ميله چوبي را آويزان كرد. با همين وسايل ساده كاونديش موفق به اندازه گيري ثابت گرانشي gravitational Constant شد. اين آزمايش زمينه اندازه گيري جرم زمين هم بود.
۶ـ آزمايش تداخل ـ نور يانگ مقام پنجم را به دست آورد.
همه تئوريهاي نيوتن درست از آب درنيامد. او مي گفت نور از ذرات تشكيل شده است و به صورت موج منتشر نمي شود. در سال۱۸۰۳ توماس يانگ، درصدد برآمد به اثبات برساند نحوه حركت پرتوهاي نور به صورت موج است. او در پنجره سوراخي ايجاد كرد، همه پنجره ها را به دقت با پوششي ضخيم پوشاند بعد از يك آيينه براي تغيير جهت پرتويي از نور كه از طريق اين سوراخ وارد مي شد، استفاده كرد با استفاده از يك كارت كه عرض آن يك ميليمتر بود جلوي نيمي از سوراخ را گرفت در نتيجه به توالي نوارهاي سايه و روشن مشاهده كرد، اين پديده در صورتي قابل توضيح است كه پرتوهاي نور مانند امواج در يكديگر تداخل ايجاد كنند. بعدها اين آزمايش را با دوسوراخ انجام دادند و نتيجه واضح تري به دست آمد.
۷ـ آزمايش پاندول فوكو رتبه دهم را به دست آورد. دانشمندان سال پيش پاندولي را به قطب جنوب بردند و مهر صحت بر آزمايش زدند كه در سال۱۸۵۱ توسط ژان برنارد لئون فوكو با يك پاندول آهني ۳۰كيلوگرمي آويزان از گنبد پانتئون انجام شد. فوكو به گوي يك پاندول سوزن گرامافون وصل كرده بود و روي زمين زير گوي حلقه اي از شن هاي مرطوب قرار داد. در مقابل حيرت همه نشان داد كه با وجودي كه حركت پاندول به جلو و عقب هدايت شده بود اما پاندول حركتي دوار انجام داد. يعني در واقع كف پانتئون در حال گردش بود و يا به عبارت بهتر زمين در حال چرخيدن حول محور خود بود. در پاريس هر ۳۰ساعت پاندول در جهت عقربه هاي ساعت يك دور را كامل مي كند. در نيمكره جنوبي اين گردش در خلاف جهت عقربه هاي ساعت است. همانطور كه دانشمندان معاصر نشان داده اند در قطب جنوب دوره گردش كامل پاندول ۲۴ساعت است.
۸ـ آزمايش قطره روغن ميليكان رتبه سوم را به دست آورد. قرنها بود كه دانشمندان الكتريسيته را چه در مورد رعد و برق چه الكتريسته ساكن ناشي از تماس برس با موي سر مشاهده كرده بودند. در سال۱۸۹۷ تامسون فيزيكدان بريتانيايي پايه گذار اين دانش شد كه الكتريسيته از ذراتي به نام الكترون كه بار منفي دارند تشكيل شده است. رابرت ميليكان آمريكايي در سال۱۹۰۹ موفق به اندازه گيري بار منفي در الكترونها شد. براي اين كار از چندوسيله ساده استفاده كرد. با استفاده از افشانه هايي كه ادكلن را به صورت افشانه درمي آورند روغن را در يك محفظه شفافي افشاند كه دوطرف آن به دوسر يك باطري متصل بودند. به اين ترتيب يك سر محفظه مثبت و سرديگر آن منفي بود.
زماني كه نيروي گرانش با نيروي جاذبه الكتريكي كه قطرات روغن باردار را به سمت خود مي كشيد برابر مي شد قطره در ميان آسمان و زمين معلق مي ماند. در واقع در حالت عادي اين قطره به خاطر نيروي گرانش بايدپايين مي افتاد اما در اثر نيروي جاذبه الكتريكي در حال حركت به سمت قطب مخالف بود چون دونيرو برابر شدند اين قطره روغن از حركت بازايستاد. با همين وسايل ساده ميليكان موفق به اندازه گيري بار الكتريكي يك الكترون شد.
۹ـ آزمايش كشف هسته توسط رادرفورد مقام نهم را كسب كرد.
در سال۱۹۱۱ را در فورد و همكارانش با بمباران يك لايه بسيار نازك طلا با ذراتي به نام آلفا متوجه اين حقيقت شدند كه درصدي از اين ذرات منحرف و درصدي درست در جهت مقابل بازمي گردند به اين ترتيب رادرفورد موفق شد مدل قديمي آرايش هسته و الكترون را كه به «مدل كيك آلو» معروف بود به چالش بكشاند.
10ـ آزمايش ماكس پلانك و تئوري كوانتوم رتبه اول را كسب كرد. در مورد نور نه حق به جانب نيوتن بود ونه يانگ نه مي توان نور را فقط ذرات فوتون دانست و نه امواج. در اوايل قرن بيستم ماكس پلانك و بعد آلبرت انيشتين نشان دادند كه نور به صورت بسته هاي بسيار كوچكي منتشر و جذب مي شود كه به آن فوتون مي گويند. در عين حال آزمايشهاي ديگر هم موجي بودن حركت نور را به اثبات مي رسانند.
براي اثبات در اينجا به جاي آزمايش از سوراخ يانگ و پرتوهاي نور از پرتوهاي الكترون استفاده ميشود. ذرات، براساس قوانين كوانتومي، پديده اي شبيه به نور در آزمايش تداخل يانگ از خود برجاي مي گذارند اگرچه اين آزمايش در سال۱۹۶۱ توسط كلاوس جانسون از توبينگن انجام شد اما در اين سالها ديگر يافته هاي دانش به قدري زياد و گسترده شده بود كه ديگر نمي توانست نامهايي ابدي مثل نيوتن و انيشتين در اذهان مردم دنيا بيافريند.ادامه مطلب...

پلاسما گازي ست كه از يون هايي كه آزادانه شناورند تشكيل شده اند. پلاسما جريانات الكتريكي را هدايت مي كند (رساناست) و به وسيله ويليام كروكس در سال 1879 كشف شد. انواع بسيار مختلفي از پلاسما وجود دارد. پلاسما در ستارگان (شامل خورشيد) وجود دارد و باد خورشيدي در منظومه شمسي ما از پلاسما ساخته شده.
دانشمندان پلاسما را حالت چهارم ماده مي دانند، يعني مايع، جامد، گاز و پلاسما. اين ماده با ماهيت محيط يونيزه ، ترکيبي از يونهاي مثبت و الکترون با غلظت معين مي‌باشد که مقدار الکترونها و يونهاي مثبت در يک محيط پلاسما تقريبا برابر است و حالت پلاسماي مواد ، تقريبا حالت شبه خنثايي دارد. پديده‌هاي طبيعي زيادي از جمله آتش ، خورشيد ، ستارگان و غيره در رده حالت پلاسمايي ماده قرار مي‌گيرند. پلاسما شبيه به گاز است، ولي مرکب از ذرات باردار متحرکي به نام يون است. يونها بشدت تحت تاثير نيروهاي الکتريکي و مغناطيسي قرار مي‌گيرند. مواد طبيعي در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجي جو زمين ، اتمسفر ستارگان ، بسياري از مواد موجود در فضاي سحابي و بخشي از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهاي قطبي شمالي. نمايش خيره کننده از حالت پلاسمايي ماده است که در ميدان مغناطيسي جريان مي‌يابد. بد نيست بدانيد که دانش امروزي حالات ديگري از جمله برهمکنش ضعيف و قوي هسته‌اي را نيز در دسته‌بنديها بعنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب مي‌آورد که از اين حالات در توجيه خواص نکلئونهاي هسته ، نيروهاي هسته‌اي ، واکنش هاي هسته‌اي و در کل فيزيک ذرات بنيادي استفاده مي‌شود.
ساختار پلاسما : عموما پلاسما را مجموعه‌اي از يونها ، الکترونها و اتمهاي خنثي جدا از هم و تقريبا در حال تعادل مکانيکي ـ الکتريکي مي‌گويند. حالتهاي خاصي را در مقابل مغناطيس نشان مي‌دهد. اين رفتارها کاملا برعکس رفتار گازها در مقابل ميدان مغناطيسي است. زيرا گازها به سبب خنثي بودنشان از لحاظ بار الکتريکي توانايي عکس ‌العمل در مقابل مغناطيس و ميدان وابسته به آن را ندارند. در کنار اين رفتار پلاسما مي‌تواند تحت تاثير ميدان مغناطيسي دروني که از حرکت يونهاي داخلي به عمل مي‌آيد قرار گيرد. همچنين پلاسما بعلت رفتار جمعيتي که از خود نشان مي‌دهد، گرايشي به متاثر شدن در اثر عوامل خارجي ندارد. و اغلب طوري رفتار مي‌کند که گويي داراي رفتار مخصوص به خودش است. معيار ديگر براي پلاسما آن است که فراواني بارهاي مثبت و منفي بايد چندان زياد نباشد که هر گونه عدم توازن موضعي بين غلظت‌هاي اين بارها غير ممکن باشد. مثلا بار مثبت به سرعت بارهاي منفي را به سوي خود مي‌کشد تا توازن بار از نوع برقرار سازد. بنابراين اگرچه پلاسما به مقدار زيادي بار آزاد دارد، ولي از لحاظ بار الکتريکي خنثي است. ماده در حالت پلاسما نسبت به حالتهاي جامد ، مايع و گاز نظم کمتري دارد. با اين حال خنثي بودن الکتريکي پلاسما بطور متوسط انرژي از نظم را نشان مي‌دهد. اگر پلاسما تا دماي زياد حرارت داده شود، نظم موجود در پلاسما از بين مي‌رود و ماده به توده درهم و برهم و کاملا نامنظم ذرات منفرد تبديل مي‌شود. بنابراين پلاسما گاهي نظير سيارات ، رفتاري جمعي و گاهي نظير ذرات منفرد ، بصورت کاملا تکي عمل مي‌کند. بدليل همين رفتارهاي عجيب و غريب است که غالبا پلاسما در کنار گازها و مايعات و جامدات ، چهارمين حالت ماده معرفي مي‌شود. بنابراين با توجه به اينکه چگالي پلاسما قابل توجه مي‌باشد. مدولانک در تک ذرات منفرد به مشکلات رفتار پلاسما افزوده مي‌شود.
ضرورت بررسي پلاسماي طبيعي : با وجود اين پيچيدگي‌ها با عنايت به اينکه 99 درصد ماده موجود در طبيعت و جهان در حالت پلاسما است. علاقمندي ما به پلاسما جدا از بسياري کاربردها نظير توليد انرژي، عدسي پلاسمايي براي کانونش انرژي و ... معتدل مي‌باشد، چرا که از ترک زمين ، با انواع پلاسماها مانند «يونسفر ، کمربندها و بادهاي خورشيدي) مواجه مي‌شويم. بنابراين فيزيک پلاسما نيز در کنار ساير شاخه‌هاي علوم فيزيکي ، در شناخت محيط زندگي ما در قالب رشته ژئوفيزيک از يک اهميت زيادي برخوردار است.
انواع پلاسما
پلاسماي جو: نزديکترين پلاسما به ما «کره زمين) ، يونوسفر (Ionosphere) مي‌باشد که از صد و پنجاه کيلومتري سطح زمين شروع و به طرف بالا ادامه مي‌يابد. لايه‌هاي بالاتر يونسفر ، فيزيک سيستمها به فرم پلاسما مي باشند که توسط تابش موج کوتاه در حوزه وسيعي ، از طيف اشعه فرابنفش گرفته تا پرتوهاي ايکس و همچنين بوسيله پرتوهاي کيهاني و الکترونهايي که به گلنونسفر اصابت مي‌کنند يونيزه مي‌شوند.
شفق قطبي: پديده شفق نيز نوعي پلاسما است که تحت اثر يونيزاسيون ايجاد مي‌شود. يونسفر پلاسمايي با جذب پرتوهاي ايکس ، فرابنفش ، تابش خورشيدي ، انعکاس امواج کوتاه و راديويي اهميت اساسي در ارتباط راديويي در سرتاسر جهان دارد. با همه اين احوال نه تنها زمين بلکه زهر و مريخ نيز فضايي يونسفري دارند. ملاحظات نظري نشان مي‌دهد که در ساير سياره‌هاي منظومه شمسي نظير مشتري ، زحل ، اورانوس ، نپتون نيز بايد يونسفرهاي قابل مشاهده وجود داشته باشد.
فضاي بين سياره‌اي نيز از پلاسماي بين سياره‌اي در حال انبساط پر شده که محتواي يک ميدان مغناطيسي ضعيف (حدود 5 به توان 10- تسلا) است.
هسته‌هاي ستارگان دنباله دار نيز به فضاي بين پلاسمايي پرتاب مي‌کند.
از طرف ديگر ، خورشيد منظومه شمسي مانند يک کره پلاسمايي است. درخشندگي شديد خورشيد ، معمولا عين يک درخشندگي پلاسمايي مي‌باشد. خورشيد به سه قشر گازي فتوسفر ـ کروموسفر و کورونا (که کروناي آن بيش از يک ميليون درجه ، حرارت دارد) احاطه شده است و انتظار مي‌رود که هزارها سال به درخشندگي خود ادامه بدهد.
کاربرد پلاسماي يونسفر : يونوسفر زمين در ارتباطات راديويي اهميت زيادي دارد. توضيح اين نکته لازم است که يونوسفر ، امواج راديويي با فرکانسهاي بيش از 30 مگاهرتز (بين امواج رادار و تلويزيون) را عبور مي‌دهد. ولي امواج با فرکانسهاي کمتر (کوتاه ، متوسط و بلندراديويي) را منعکس مي کند. همچنين شايان ذکر است که ضخامت يونسفر زمين که از چند لايه منعکس کننده تشکيل شده است با عواملي نظير شب و روز آشفتگي پلاسمايي سطح خورشيد در ارتباط نزديک مي‌باشد.
بادهاي خورشيدي : خورشيد منظومه شمسي منبع نيرومندي از جريان مداوم پلاسما به صورت باد خورشيدي است. باد خورشيدي اصطلاحي براي ذرات تشعشع يافته نظير بادهايي در حدود 100 هزار درجه کلوين است. باد خورشيدي پديده پيچيده‌اي است که سرعت و چگالي آن متغير مي‌باشد. متغير بودن پلاسماي بادي به فعاليت خورشيد بستگي دارد. گفتني است که به دليل 100 برابر بودن انرژي جنبشي پلاسما نسبت به انرژي مغناطيسي‌اش ، اصطلاح باد مغناطيسي به آن داده‌اند.
حالات ماده از جامد تا پلاسما
مایعات و گازها شاره هستند، یعنی جریان می‌یابند. این اجسام شکل معینی ندارند و شکل ظرفی را که در آن قرار دارند به خود می‌گیرند، در حالی که مقدار معینی دارند. مثلا مقدار آب ، دی اکسید کربن ، هوا ، شیر و غیره جرم قابل اندازه گیری و معینی دارند، اما نمی‌توانند همانند جامدات با اعمال نیروی پس زنی کشانی ، در مقابل تغییر شکل ، مقاومت کنند.

اندیشه اولیه تئوری مولکولی مربوط به رابرت براوان بوده و بر پایه عقاید خود چندین نوع آزمایشات را انجام داد از جمله در یک لیوان شیشه‌ای پر از آب یک قطره جوهر ریخته و حرکت جوهر را بررسی کرد. این حرکت نامنظم و زیگ زاگ و در هم و بر هم مولکولی را حرکت براونی گویند. ولی اینها تمام حالات ماده نیستند. اشکال ماده بطور کلی عبارتند از: جامد ، مایع ، گاز ، پلاسما و ماده چگال بوز - انیشتین و حالت تازه کشف شده یعنی ماده چگال فرمیونی.



مواد جامد
مواد جامد در برابر تغییر شکل مقاومت می‌کنند و آنها سفت و شکننده هستند. برای درک چگونگی این موضوع می‌توان جامدات را اینگونه تعریف کنیم: در حالت جامد ، نیروهای بین مولکولی ، به قدری قویتر از انرژی جنبشی هستند که باعث سخت شدن جسم در نتیجه عدم جاری شدن آن می‌گردند. جامدات شکل و حجم معینی دارند. در جامدات فاصله مولکولها مانند فاصله آنها در مایع است. جامدات نمی‌توانند مانند وضعیتی که حالات مایع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکت کنند. بلکه ، در جامد ، مولکولها در مکانهای خاصی قرار می‌گیرند و فقط می‌توانند در اطراف این مکانها حرکت نوسانی رفت و برگشتی بسیار کوچک انجام دهند. این حرکت نوسانی ، بخصوص در جامدات بلورین ، کاربردهای صنعتی و علمی زیادی را برای این دسته از مواد به دنبال دارد.
جامدات بلورین: وقتی مایع به آرامی سرد شود مولکولهای مایع فرصت پیدا می‌کنند که شکل منظم و ثابتی به خود بگیرند، مثل فلزات.
جامدات بی شکل: وقتی مایعی به سرعت سرد شود مولکولهای مایع دیگر فرصت ندارند که شکل منظم و ثابتی به خود بگیرند،مانند: چوب ، پنبه، عاج، شیشه.
مواد مایع
در حالت مایع ، مولکولها به هم نزدیکتر بوده ، بطوری که نیروهای مابین آنها قویتر از انرژی جنبشی آنان می‌باشد. از طرف دیگر ، نیروها آنقدر قوی نیستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکولها گردند. از این روست که جریان مایع از ظرفی به ظرف دیگر شدنی است، اما نسبت سرعت جاری شدن آب در مقایسه با مایعات دیگر از قبیل روغنها و گلسیرین بسیار متفاوت است که این تفاوت در سرعت جاری شدن ، میزان مقاومت یک مایع در مقابل جاری شدن ، یعنی ویسکوزیته آن خوانده می‌شود که خود تابعی از شکل ، اندازه مولکولی ، درجه حرارت و فشار می‌باشد. بنابراین مایعات حجم معین و شکل نامعینی دارند. فاصله مولکولها در مایعات در مقایسه با گازها بسیار کم است. در مایعات مولکولها به اطراف خود حرکت می‌کنند و به سهولت روی هم می‌لغزند و راحت جریان (شارش) پیدا می‌کنند. مواد مایع با قابلیت شکل پذیری و جریان یافتن در شبکه‌های ریز ، کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کرده‌اند.


گاز

بطور کلی می‌توان گازها را اینگونه تعریف کرد؛ گاز ها کم چگالند و ساده متراکم می‌شوند و نه تنها شکل ظرف خود را می‌گیرند، بلکه آنقدر منبسط می‌شوند تا ظرف را کاملا پر کنند. اما اگر بخواهیم گازها را بهتر بشناسیم می‌توانیم بگوییم که؛ حالت فیزیکی مواد در شرایط فشار و درجه حرارت طبیعی ، بستگی به اندازه مولکولی و نیروهای فی‌مابین آن دارد. اگر مقدار کمی از یک گاز ، در یک تانک نسبتا بزرگی قرار گیرد، مولکولهای آن با سرعت در سرتاسر تانک پخش می‌شوند. پخش سریع مولکولهای گاز دلالت بر آن میکند که نیروهای موجود فیمابین مولکولها ، بمراتب ضعیفتر از انرژی جنبشی آن است و از آنجایی که ممکن است مقدار کمی از یک گاز در سرتاسر تانک یافت شود، نشان دهنده آن است که مولکولهای گاز باید نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراین گازها شکل و حجمشان بستگی به ظرفی دارد که در آن جای دارند.
در حالت گازی ، مولکولها آزادانه به اطراف حرکت کرده و با یکدیگر و نیز با دیواره ظرف برخورد می‌کنند. فاصله مولکولها در حالت گازی در حدود چند ده برابر فاصله آنها در حالت مایع و جامد است. اگر در یک ظرف نوشابه پلاستیکی را بسته و آنرا متراکم کنید و سپس آنرا با آب پر کرده و دوباره سعی کنید که آنرا متراکم کنید، در حالت اول به علت فاصله زیاد بین مولکولی در گاز ، متراکم کردن سنگینتر و سختتر صورت می‌گیرد، در صورتی که در حالت دوم چنین نیست.
پلاسما
حالت چهارم ماده پلاسما شبیه گاز است و از اتمهایی تشکیل شده است که تمام یا تعدادی از الکترونهای خود را از دست داده‌اند (یونیده شده‌اند). بیشتر مواد جهان در حالت پلاسما هستند مانند خورشید که از پلاسما تشکیل شده است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می‌توان آن را در میدان مغناطیسی به دام انداخت. اما در تعریفی کلی از پلاسما باید گفت که؛ پلاسما حالت چهارمی از ماده است که دانش امروزی نتوانسته آنها را جزو سه حالت دیگر پندارد و مجبور شده آنرا حالت مستقلی به حساب آورد. این ماده با ماهیت محیط یونیزه ، ترکیبی از یونهای مثبت و الکترون با غلظت معین می‌باشد که مقدار الکترونها و یونهای مثبت در یک محیط پلاسما تقریبا برابر است و حالت پلاسمای مواد ، تقریبا حالت شبه خنثایی دارد. پدیده‌های طبیعی زیادی از جمله آتش ، خورشید ، ستارگان و غیره در رده حالت پلاسمایی ماده قرار می‌گیرند.
پلاسما شبیه به گاز است، ولی مرکب از ذرات باردار متحرکی به نام یون است. یونها به شدت تحت تأثیر نیروهای الکتریکی و مغناطیسی قرار می‌گیرند. مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجی جو زمین ، اتمسفر ستارگان ، بسیاری از مواد موجود در فضای سحابی و بخشی از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهای قطبی شمالی که نمایش خیره کننده‌ای از حالت پلاسمایی ماده است که در میدان مغناطیسی جریان می‌یابد.
بد نیست بدانید که دانش امروزی حالات دیگری از جمله برهمکنش ضعیف و قوی هسته‌ای را نیز در دسته‌بندیها به عنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب می‌آورد که از این حالات در توجیه خواص نوکلئونهای هسته ، نیروهای هسته‌ای ، واکنشهای هسته‌ای و در کل فیزیک ذرات بنیادی استفاده می‌شود.ادامه مطلب...

مفهوم نیمه عمر

یکی از مهمترین کمیتهای مشخصه مواد رادیو اکتیو ، نیم عمر آنها می‌باشد. یعنی مدت ‏زمانی که در طی آن نصف ماده اولیه تجزیه می‌شوند. تحقیقات انجام شده نشان ‏می‌دهد که از ۱۰۰۰۰۰۰ اتم پلوتونیوم ۲۱۸ ، موجود در یک نمونه تازه تهیه شده ماده ‏رادیواکتیو ، پس از ۲۰ دقیقه فقط حدود ۱۰۰۰۰ اتم پلوتونیوم باقی می‌ماند و بقیه به ‏اتم‌های سرب ۲۱۴ و محصولات نوزاد آن مبدل می‌شوند. پس از تهیه نمونه خالصی از ‏Po‏۲۱۸ ، برای آنکه ۵۰% اتمهای موجود در آن تباهی پیدا ‏کنند، فقط ۳ دقیقه زمان لازم است. در مورد رادیوم ( ‏‎Ra ۲۲۶‏ ) ، ۱۶۲۰ سال طول ‏می‌کشد. که نیمی از اتمهای رادیوم در یک نمونه تازه تهیه شده آن به اتمهای ‏رادن تبدیل ‌شوند. ‏
● سرعت تباهی:‏ دو مثال بالا نمایانگر این واقعیت تجربی است که نمونه‌های عناصر رادیو اکتیو از لحاظ ‏سرعت تباهی باهم تفاوت بسیار دارند. اگر سرعتهای متفاوت حاصل از میانگینهای ‏رادیواکتیوی را در نظر بگیریم، هرگز نمی‌توانیم بگوییم که چه وقت دچار تباهی خواهند ‏شد. بعضی از آنها ممکن است به محض تولید شدن دچار تباهی شوند و بعضی ‏دیگر ممکن است هرگز تباهیده نشوند.
● تجزیه رادیواکتیو:‏ به طور تجربی معلوم شده است که برای گروه بزرگی از اتمهای یک نوع ماده ‏رادیواکتیوی کسری از این اتمها که در هر ثانیه دچار تباهی می‌شوند، تعییرناپذیر است و ‏همیشه برای گروه بزرگی از اتمهای آن نوع ماده رادیواکتیو ، یکسان است. این کسر ‏تقریبا به طور کمی مستقل از تمام شرایط فیزیکی و شیمیایی ، مثلا دما ، فشار و ‏شکل ترکیب شیمیایی است. این خواص برجسته رادیواکتیویته شایان توجه خاصی است. زیرا پایه‌ای برای فهم ‏رادیواکتیویته است. مثلا فرض کنید که ۱۰۰۰/۱ اتمهای یک نمونه خالص تازه تهیه شده ‏در طول یک ثانیه تباهیده شوند. در این صورت انتظار خواهیم داشت که ۱۰۰۰/۱ اتمهای ‏باقیمانده در یک ثانیه بعد دچار تباهی شوند. به این ترتیب ۱۰۰۰/۱ اتمهای باقیمانده ‏پس از ده ثانیه نیز در طول ثانیه یازدهم تباهیده می‌شوند و همین طور تا آخر.
● نیم عمر چیست؟ واقع امر این است که در طول هر ثانیه متوالی از زمان ۱۰۰۰/۱ اتمهای باقیمانده در آغاز ‏آن ثانیه دچار تباهی می‌شود. این عمل دست کم تا آنجا ادامه دارد که تعداد اتمهای ‏باقیمانده به قدری کوچک شوند که پیشگویی های ما بسیار نامطمئن باشد. چون کسری از ‏اتمها که در هر ثانیه نابود می‌شود، برای هر عنصر ثابت است. عده اتمهایی که در واحد زمان دچار تباهی می‌شوند به نسبت کاهش عده اتمهایی ‏که هنوز تغییر نیافته‌اند، تقلیل می‌یابد. برای اورانیوم ۲۳۸ که مادر سری اورانیوم است، ‏‏نیم عمر ، ۴.۵ بیلیون سال است. این بدان معنی است که پس از ‏‎ ‎‎۴.۵x۱۰۹ ‎سال ، نصف اتمهای اورانیوم ۲۳۸ دچار تباهی می‌شوند. برای ‏پلونیوم ۲۱۴ ، نیم عمر از مرتبه ‏‎۱۰-۴‎‏ ثانیه است. یعنی فقط در ۱۰۰۰۰/۱ ‏ثانیه ، نصف یک نمونه اصلی از اتمها ‏‎۲۱۴Po‏ می‌شوند. هرگاه نمونه‌های خالصی شامل عده اتمهای برابر ، از هر یک از آنها موجود باشد، ‏فعالیت اولیه (اتمهایی که در ثانیه دچار تباهی می‌شوند) پولونیم ۲۱۴ بسیار قوی و ‏فعالیت اولیه اورانیوم ۲۳۸ بسیار ضعیف خواهد بود. لیکن اگر حتی یک دقیقه بگذرد ‏پولونیم کلا نابود می‌شود و بنابراین ، عده اتمهای باقیمانده آن به قدری کم می‌شود ‏که در این حالت فعالیت پولونیم کمتر از فعالیت اورانیوم خواهد بود. ‏
● محاسبه نیم عمر: شاید مدتها پیش عناصر رادیواکتیو به مقدار زیاد وجود داشته و چنان به سرعت نابود شده‌اند که امروز هیچ اثر قابل اندازه‌گیری از آن به جا نمانده است. از طرف دیگر ‏بسیاری عناصر رادیو اکتیو چنان به کندی نابود می‌شوند که در حین هر بار آزمایش ‏عادی ، سرعتهای شمارش که تباهی را نشان می‌دهد، به نظر ثابت می‌ماند.‏ برای هر عنصر با نیم عمر ‏T½‎‏ ، صرف نظر از کهنگی نمونه ، پس از گذشت فاصله ‏زمانی ‏T½‎‏ بازهم نصف اتمهای آن باقی خواهد ماند. بنابراین ، نیم عمر را نباید به عنوان ‏علامت اختصاری برای "نصف یک عمر" تصور کرد. اگر نصف اتمهای اصلی پس از زمان ‏T½‎‏ بدون تغییر باقی بماند، پس از دو فاصله زمانی نیم عمر متوالی ‏T½‎‏ ، یک چهارم ‏‏(‏‎½‎‏×‏‎ ½‎‏) ، و پس از ‏T ½‎‏۳ ، یک هشتم اتمها و همچنین تا آخر باقی خواهد ماند.ادامه مطلب...

یخ اما داغ

● آیا یخ در طبیعت فقط بر اثر سرما ایجاد می شود برای اغلب مردم، درست كردن یخ كار ساده ای است: كافی است یك ظرف آب را در فریزر قرار دهیم. اما شیمیدانی به نام «یون می چوی» Eun Mi Choi و همكارانش در دانشگاه ملی سئول در كره جنوبی به این مسئله به گونه ای دیگر می نگرند. برای آنها درست كردن یخ از طریق كاهش دما تا زیر نقطه انجماد آب، آخرین گزینه محسوب می شود و نه اولین گزینه. این محققان ترجیح می دهند با قرار دادن آب در معرض میدان های الكتریكی یخ درست كنند و شگفت انگیزتر آنكه این كار را در دمای اتاق انجام می دهند. اما همانطور كه «دنیس ویتلی» (Denys Wheatley) زیست شناس سلولی دانشگاه آبردین انگلستان كه بر روی تاثیر آب بر سیستم های زنده تحقیق می كند نیز اذعان دارد، ایجاد یخ در دمای اتاق یا اصطلاحا «یخ داغ» واقعا حیرت انگیز است چراكه قرن های متمادی تصور بشر آن بود كه ایجاد یخ فقط با سرما میسر است. آزمایش موفقیت آمیز «چوی» كه چند ماه پیش صورت گرفت سرانجام به جست وجویی ۱۰ساله در مورد نحوه تشكیل «یخ داغ» پایان داد. اما نتیجه غیرمنتظره این آزمایش شگفت انگیز سئوال جدیدی را نیز برای دانشمندان مطرح كرد. آزمایش «چوی» حاكی از آن است كه نه تنها تبدیل آب ولرم به یخ توسط اعمال میدان الكتریكی، كاری شدنی است بلكه شدت میدان لازم برای این كار نیز به طور غیرمنتظره ای پایین است، آنقدر پایین كه به سهولت می توان میدان های مشابهی را در گوشه و كنار طبیعت از شكاف میان تخته سنگ ها و خلل و فرج ذرات خاك معلق در هوا گرفته تا فضای میان پروتئین ها در سلول های بدن یافت. به همین علت تحقیقات اخیر پس از كشف «یخ داغ»، بر روی این پرسش متمركز شده است كه آیا «یخ داغ»، به طور طبیعی در طبیعت نیز شكل می گیرد اما بازگردیم به داستان كشف «یخ داغ». داستان تشكیل یخ در دمای اتاق با كشفی به ظاهر تصادفی در سال ۱۹۹۵ و توسط یك دانشمند علم مواد به نام «یاكوب كلین» Jacob Klein در مؤسسه علوم ویزمان Weizmann در اسرائیل آغاز شد. او متوجه شد كه مایعات آلی محصور شده مابین صفحاتی از جنس میكا كه تنها چند نانومتر با همدیگر فاصله گرفته اند در دمایی بسیار بالاتر از حالت معمول خود منجمد می شوند. همین مسئله سبب شد تا او به این فكر بیفتد كه شاید به روشی مشابه بتوان در دمای اتاق یخ ایجاد كرد. اینگونه بود كه كلین شش سال بعد را صرف آزمایش بر روی آب و دیگر مایعات كرد. آزمایش های او برای منجمد كردن اغلب مایعات در دمای اتاق موفقیت آمیز بود اما در مورد آب خیر. می دانیم كه آب یك مایع معمولی نیست. در حالی كه اغلب مواد در حالت جامد خود، چگال تر از حالت مایع هستند اما موضوع در مورد آب برعكس است به همین دلیل هم كوه های یخ در آب شناور می مانند چراكه آب، پس از انجماد، منبسط شده و نتیجتا چگالی یخ، كم تر از چگالی آب است. نهایتا «كلین» به این نتیجه رسید كه محصور كردن مولكول های آب در فضای تنگ مابین صفحات جامد خود به عنوان مانعی برای انجماد آب عمل می كند. به همین دلیل هم او از ادامه آزمایش خود بر روی آب منصرف شد. اما «كلین» یك عامل حیاتی را كه برای ایجاد یخ در دمای اتاق لازم است ندیده بود و آن، میدان الكتریكی بود. اما همین كه كلین پروژه تحقیقاتی خود را متوقف كرد دو زیست فیزیكدان به نام های «رونن زانگی» Ronen Zangi و «آلن مارك» Alan Mark كه در آن زمان در دانشگاه گرونینگن در هلند بودند، ادامه تحقیق را به دست گرفتند. این دو محقق در سال ۲۰۰۳ موفق به انجام یك شبیه سازی رایانه ای شدند كه نشان می داد در هنگام اعمال یك میدان الكتریكی چه اتفاقی برای مولكول های آب محصور میان صفحات جامد خواهد افتاد. از آنجایی كه دو اتم هیدروژن موجود در مولكول آب دارای بار جزیی مثبت بوده و اتم اكسیژن این مولكول نیز بار جزیی منفی دارد بنابراین اعمال میدان الكتریكی بر روی آب می تواند جهت گیری های تصادفی مولكول های آب را تغییر داده و آنها را همانند مولكول های جامدات منظم كند. شبیه سازی های «زانگی» و «مارك» حاكی از آن است كه این میزان نظم می تواند به حدی باشد كه حتی در دمای اتاق هم آب را منجمد و جامد گرداند.
«مارك» دراین باره می گوید: «با یك میدان الكتریكی قوی حتی می توان یك لیوان پر از آب را در دمای اتاق به یخ تبدیل كرد.» اما هیچ كس نتوانسته بود صحت این پیش بینی را حتی با مقادیر بسیار جزیی آب به طور تجربی نشان دهد تا اینكه نوبت به «چوی» رسید. «چوی» و همكارانش ابتدا لایه نازكی از آب را مابین یك صفحه و یك سوزن بسیار باریك فلزی محصور كردند. سپس میدان الكتریكی ضعیفی را مابین سوزن و صفحه فلزی اعمال كرده و سر سوزن را به تدریج به صفحه نزدیك كردند. هنگامی كه سر سوزن فقط ۷۰ نانومتر با صفحه فلزی فاصله داشت، سوزن به مانعی برخورد كرد و دیگر جلوتر نرفت. این مانع، در واقع لایه ای از یخ بود و بدین ترتیب «چوی» برای اولین بار در جهان موفق به ایجاد «یخ داغ» شده بود. اما آنچه محققان را به طور خاص شگفت زده كرد آن بود كه ایجاد «یخ داغ» با اعمال شدت میدانی در حدود یك میلیون ولت بر متر میسر شده بود. اگرچه ممكن است این شدت میدان، زیاد به نظر برسد اما برعكس تصور شما، این میدان در حدی است كه به راحتی می توان مشابه آن را در بسیاری از نقاط طبیعت یافت. به عنوان مثال، در میان خلل و فرج ذرات خاك معلق در هوا، بار الكتریكی كافی برای ایجاد چنین شدت میدانی وجود دارد. چنین میدانی می تواند حتی در هوای معتدل نیز توده ای از مولكول های آب را به بلورهای بسیار كوچك یخ تبدیل كند. بدین ترتیب پدیده «یخ داغ» ممكن است بتواند نحوه تشكیل ابرها در آسمان را كه سال هاست به شكل یك راز سر به مهر باقی مانده و دانشمندان علوم جوی را سردرگم كرده است تبیین كند برای توضیح بیشتر در این مورد، به حاشیه مقاله با عنوان «ابرها هیچگاه فراموش نمی كنند» مراجعه كنید. به همین ترتیب، میدان های الكتریكی موجود مابین غشاء سلول های عصبی و یا سطوح پروتئین ها و پلی ساكاریدها نیز می توانند به اندازه كافی شدید باشند كه منجر به شكل گیری ذرات بسیار كوچك یخ در درون سلول ها شوند. «ویتلی» معتقد است كه بدین ترتیب، به زودی جست وجو برای یافتن «یخ داغ» در حفره های درون پروتئین ها نیز آغاز خواهد شد. او می گوید: «در فواصل بسیار كوچك در سطح پروتئین ها می توان میدان های الكتریكی بسیار شدیدی را یافت.» درواقع ممكن است نشانه هایی از وجود «یخ داغ»، پیش از این نیز بدون آنكه كسی متوجه آن شده باشد خود را بروز داده باشد.
شیمیدان هایی كه میزان تحرك مولكول های آب را مطالعه می كردند دریافته بودند كه حركت این مولكول ها در اطراف یون هایی كه دارای دو یا سه بار مثبت هستند نظیر یون های كلسیم و كروم به شدت كند می شود. میزان این كند شدن به حدی است كه مولكول هایی كه در لایه های نزدیك این یون ها قرار دارند ممكن است تا پیش از آنكه جای خود را به دیگر مولكول ها بدهند حتی تا یك ساعت تمام همانطور در اطراف یون مزبور باقی بمانند. اما همین مولكول ها در اطراف یون های تك بار نظیر پتاسیم و سدیم برعكس بسیار پرجنب و جوش هستند. در واقع ممكن است حركت كند آب در اطراف یون های با بیش از یك بار مثبت، نشانه ای از انجماد آب در حضور میدان الكتریكی اطراف یون باشد. «ویتلی» معتقد است كه پیامدهای كشف این رفتار شگفت انگیز آب بسیار تكان دهنده خواهد بود. آب بستر حیات محسوب می شود و چنانچه ویژگی های این بستر حتی اندكی هم تغییر كند منجر به تحول بیش از یكصد عامل دیگر در سلول ها خواهد شد. «ویتلی» ادامه می دهد: «به نظر می رسد كه آب یعنی همان مایعی كه بیشترین بخش بدن ما را تشكیل می دهد هنوز هم جزء ناشناخته ترین عوامل طبیعت است. ویژگی های ناشناخته این مایع حیات بخش، هنوزهم پس از قرن ها تحقیق علمی، ما را شگفت زده می كند.»

ادامه مطلب...

کارن وترهان یک پروفسور بین المللی شیمی و یک محقق ماهر در زمینه اثر فلزات سنگین بر روی سیستم های زنده و بویژه نقششان در ایجاد سرطان بود . اما خود او سرانجام قربانی یک فلز سنگین سمی شد .
او در حال مطالعه طریقه ی اثر کردن یونهای جیوه بر پروتیینهای تعمیر کننده DNA بود و Hg(CH۳)۲ را به عنوان یک ماده مرجع استاندارد برای اندازه گیری ۱۹۹Hg NMR بکار برد.
وترهان از سمی بودن بسیار جیوه آگاه بود و برای همین اقدامات احتیاطی لازم را بکار برد ،‌در حالیکه عینک ایمنی می زد و از دست کش های لاستیکی استفاده می کرد آزمایش را در زیر یک هود انجام می داد و تنها با مقادیر کوچک ماده ی جیوه ای کار میکرد.
دی متیل جیوه در یک سل شیشه ای بسته شده قرار گرفت .یکی از همکارانش برای کاهش اثر فراریت این ماده ،‌سل را در آب یخ سرد می کرد . وترهان یک نمونه ی کوچک را با پیپت به لوله NMR انتقال داد ،‌ظرف را بست ،‌لوله ها را برچسب زد و دستکش های لاستیکی اش را به خوبی شستشو داد و دور انداخت . کمتر از یکسال او به واسطه اثر جیوه ی سمی کشته شد !!!
چرا او مرد؟
وترهان بعد ها به یاد ‌آورد که یک قطره ( احتمالا بیشتر ) از دی متیل جیوه بر روی دستکشهایش ریخته است. متعاقبا آزمایشها نشان داد که این قطره توانسته از دستکش نفوذ کند و ظرف مدت ۱۵ ثانیه وارد پوستش شده است . امروزه هنگام کار کردن با ترکیبات سمی این چنینی از دستکشهایی که یک ورقه مقاوم دارند در زیر یک جفت دستکش های آستین دار نیوپرن استفاده میکنند.
در ژانویه ۱۹۹۷ وترهان از ظهور علایم معینی نظیر لرزش انگشتان دست و پا و لکنت زبان نگران شد .
سپس مشکلاتی از بابت تعادلش آغاز شد و زمینه دیدش کم شد . جیوه سمی در ۲۸ ژانویه ۱۹۹۷ تشخیص داده شد . آزمایشها معلوم کردند که میزان جیوه خون، ۴۰۰۰ میکروگرم بر لیتر است که ۸۰ برابر آستانه سمی بودن است . دو هفته بعد او به حالت اغما رفت و مرگ او در ۸ ژوین ۱۹۹۷ رخ داد .
دی متیل جیوه
دی متیل جیوه در دمای اتاق مایع است و بوی کمی شیرینی دارد . در فشار اتمسفر نقطه جوشش ۹۲ ۰C است و دانسیته اش (‌چگالی )‌۹۶/۲ گرم بر سانتیمتر مکعب است . دی متیل جیوه از نظر شکلی ساختار خطی دارد و شبیه بسیاری از سیستمهای HgX۲است . (‌طول پیوند Hg – C برابر ۰۸۳/۲ انگستروم است)
دی متیل جیوه یکی از قویترین سموم اعصاب شناخته شده است . این ماده به راحتی از سد خون – مغز می گذرد و شاید منجر به تشکیل یک کمپلکس متیل جیوه سیستیین شود . این ترکیب سبب اختلال حسی ،‌فقدان تعادلی و تغییر در حالت روانی میشود.
به طور کلی جیوه یک اسید نرم است بنابراین با اتمهای دهنده ی براحتی قطبش پذیر در بازهای نرم پیوند می شود .این به یون جیوه تمایل زیادی برای پیوند با گوگرد و لیگاندهای حاوی اتم گوگرد را می دهد .بنابراین هنگامی که وارد بدن شد به گروههای تیول آنزیمها حمله می کند و از عملکرد آنها جلوگیری میکند.
Zeise اولین لیگاند های مرکاپتان را ساخت و نامشان را بر اساس عبارت لاتین Mercurium captans (تسخیر کننده و اسیرکننده ی جیوه Capturing mercury ) ابداع کرد.
سنگ معدن اصلی جیوه سولفور سیماب HgS است . که از معادن مهمی نظیر Almaden در اسپانیا و Idria و Serbia و Monte Amiata در ایتالیا استخراج میشود. در زمان رومی ها جنایتکارانی که به کار در معادن جیوه محکوم میشدند به دلیل خاصیت سمی جیوه طول عمر کوتاهی داشتند. در حقیقت به نوعی این مجازات مرگ برای ایشان بود .Pliny علایم جیوه سمی را در قرن اول میلادی شرح داد .شنگرف یا سولفورسیماب بعنوان یک دانه ی رنگی و به طور گسترده در جهان باستان به کار میرفت .
موارد دیگر
در یک زمانی مردم از جیوه و ترکیباتش برای درمان سیفلیس استفاده می کردند. اگر چه موفقیت آمیز نبود اما برای یک زمان قابل توجهی رواج داشت تا اینکه پنی سیلین که یک داروی موثر برای مراحل اولیه این بیماری بود کشف شد .
یکی دیگر از موارد استفاده از جیوه استفاده از آنها در کلاه سازی بود . ۲۰۰ سال پیش خزهای بکار رفته برای ساختن قسمت پایینی کلاه های نمدی در محلول نیترات جیوه (II) به عنوان یک محافظ و برای نرم کردن موهای حیوانات غوطه ور می شدند .متاسفانه کارگرانی که در این قسمت فعالیت داشتند بدلیل جذب جیوه از طریق پوستشان دچار لرزش و لکنت زبان میشدند . به این بیماری در گذشته بیماری کلاهدوزان می گفتند . که اعتقاد داشتند از شخصیت کلاهدوز عصبانی در داستان آلیس در سرزمین عجایب الهام گرفته است .
استفاده دیگر از ترکیبات آلکیل جیوه ،‌استفاده در قارچ کش های دانه ها بو د. بین جنگ های جهانی کارگران ساخت قارچ کش های گیاهی ،‌جیوه سمی را گسترش دادند .
در سال ۱۹۴۲ دو جوان منشی کانادایی بدلیل حضور در یک انبار گمرکی در کانادا به طرز شدیدی مسموم شدند . در انبار گمرک دانه های عمل شده با جیوه وجود داشت .
در سال ۱۹۶۰ کشاورزان سویدی متوجه شدند که پرندگان به طرز اسفناکی به روی زمین می افتند و می میرند . پرندگان دانه های عمل شده با جیوه یا حیوانانی که چنین دانه هایی را مصرف کرده بودند خورده بودند و به چنین سرنوشتی گرفتار شده بودند .
ترس بیشتر از همه گیر شدن این مسمومیت بود . استفاده مردم از چنین دانه های خطرناک …
یک اپیدمی مهم و خطرناک در عراق در سالهای ۱۹۵۶ و ۱۹۶۰ اتفاق افتاد . در حالیکه به کار بردن دانه های گندم (‌که با یک مخلوطی از C۲H۵HgCl و C۶H۵HgOCOCH۳ عمل شده بودند )‌برای غذا ،‌سبب مسمویمت حدود ۱۰۰ نفر در پاکستان در سال ۱۹۶۱ شد .حوادث دیگر در سال گواتمالا در سال ۱۹۶۵ و در عراق در سال ۱۹۷۱ تا ۱۹۷۲ رخ داد که بر طبق آمار رسمی ۴۴۵۹ نفر مردند. دانه با ترکیبات متیل جیوه به عنوان یک قارچ کش به عمل می آْمد و سپس کاشته میشد و بعد از آن آسیاب شده و به نان تبدیل میشد.
حادثه ی میناماتا
در اوایل ۱۹۵۰ ماموران ساحل میناماتا در جزیره کیوشو در ژاپن متوجه رفتارهای عجیب و غریبی در حیوانات آن منطقه شدند . گربه ها حرکات عصبی از خودشان نشان می دادند و به طور ناگهانی جیغ می کشیدند ،‌پرندگان از آسمان سقوط می کردند و علایم بیماری همچنین در ماهیها هم مشاهده شد که جزء مهمی در برنامه ی غذایی قشر فقیر بود .
علایم این بیماری مرموز در انسانها در سال ۱۹۵۶ شروع شد . در سال ۱۹۵۷ ماهیگیری به طور رسمی ممنوع اعلام شد .
پس از مدتی کشف شد که شرکت چیزو _ که یک کمپانی پتروشیمی و تولید کننده پلاستیک هایی ماننده وینیل کلراید – مواد زاید فلزی سنگین را به داخل دریا خالی میکرده است . آنها ترکیبات جیوه را به عنوان کاتالیزو در سنتزهایشان بکار می بردند .احتمالا بیش از ۱۴۰۰ نفر از مردم کشته شدند و شاید ۲۰۰۰۰ نفر هم به اندازه ی کمتری مسموم شدند .
علت
متیل کبال آمین ( یک کو آنزیم از ویتامین B۱۲ )قادر است ترکیبات جیوه ی غیر آلی و همچنین خود جیوه را به شکل CH۳Hg+(aq) متیله کند . گونه های واقعی جیوه حاضر در محلول احتمالا CH۳HgOH بودند.
یون CH۳Hg+(aq) بوسیله پلانکتون جذب می شد .
ماهی ها این پلانکتون های آلوده را می خوردند و خیلی آرام جیوه را دفع می کردند . جیوه بدین ترتیب به تدریج در سیستم بدنشان انباشته می شد . سپس این ماهی ها توسط ماهی های بزرگتر دیگر و در نهایت توسط حیوانات و انسانها خورده می شد .و هر بار غلظت جیوه افزایش پیدا می کرد .غلظت نهایی جیوه در حیوانات و انسانها هزاران یا میلیونها برابر از غلظت جیوه در آب اصلی بیشتر بود .
جیوه با بسیاری از فلزات مخلوط های مشهور به ملغمه تشکیل می دهد . از جیوه برای استخراج طلا ی فلزی از سنگ معدن طلا در تخمین آن استفاده می شد .طلا با تقطیر از جیوه بازیافت می شود .بیشتر معدنچیان جیوه را بازیابی نمی کردند. بنابراین جیوه وارد رودخانه ها میشد که تبدیل به یون متیل جیوه می گردید . جیوه برای خالص کردن وتصفیه نقره مکزیکی در قرن شانزدهم هم بکار می رفت . استفاده های نادرست از جیوه در استخراج طلا ،‌پیامدهایی را در ناحیه آمازون آمریکای شمالی ،‌آفریقای غربی و دیگر از جاها به دنبال داشته است .ادامه مطلب...

آب سنگین چیست؟
Heavy water
آب خالص ماده ای است بی رنگ، بی بو و بدون طعم. فرمول شیمیایی آب H۲O است، یعنی هر مولكول آب از اتصال دو اتم هیدروژن به یك اتم اكسیژن ساخته شده است. نكته ای كه باید در نظر داشت آن است كه عنصر هیدروژن همانند بسیاری دیگر از عنصرهای طبیعت ایزوتوپ هایی دارد كه عبارتند از H ۲ كه با D دوتریم و H ۳كه با T تریتیم نمایش می دهند. برای آشنا شدن با تفاوت این ایزوتوپ ها بهتر است یك بار دیگر ساختار اتم را به یادآوریم.

●ساختار اتم اتم كوچكترین بخش سازنده یك عنصر شیمیایی است كه هنوز هم خواص شیمیایی آن عنصر را دارد. خود اتم ها از سه جزء ساخته شده اند: الكترون، پروتون و نوترون. پروتون و نوترون در درون هسته اتم قرار دارد و الكترون به دور هسته اتم می گردد. الكترون بار منفی و جرم بسیار كمی دارد. پروتون بار مثبت و نوترون بدون بار است. جرم پروتون و نوترون برابر و حدود ۱۸۷۰ بار سنگین تر از الكترون است، بنابر این بخش عمده جرم یك اتم درون هسته آن قرار دارد. ایزوتوپ: ایزوتوپ به صورت های گوناگون یك عنصر گفته می شود كه جرم آنها با هم تفاوت داشته باشد. تفاوت ایزوتوپ های مختلف یك عنصر از آنجا ناشی می شود كه تعداد نوترون های موجود در هسته آنها با هم تفاوت دارد. البته تعداد پروتون های تمام اتم های یك عنصر از جمله ایزوتوپ ها با هم برابر است. برای مثال عنصر هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است: H هیدروژن كه در هسته خود فقط یك پروتون دارد، بدون نوترون. H ۲یا D دوتریم كه در هسته خود یك پروتون و یك نوترون دارد و H ۳ یا H تریتیم كه یك پروتون و دو نوترون دارد. از آنجایی كه خواص شیمیایی یك عنصر به تعداد پروتون های هسته مربوط است، ایزوتوپ های مختلف در خواص شیمیایی با هم تفاوت ندارند، بلكه خواص فیزیكی آنها با هم متفاوت است. عمده هیدروژن های طبیعت H یا هیدروژن معمولی است و فقط ۰۱۵۰ درصد آن را دوتریم تشكیل می دهد، یعنی از هر ۶۴۰۰ اتم هیدروژن، یكی دوتریم است. حال در نظر بگیرید كه به جای یك اتم هیدروژن معمولی در مولكول آب H۲O اتم D بنشیند. آن وقت مولكول HDO به وجود می آید كه به آن آب نیمه سنگین می گویند. اگر جای هر دو اتم هیدروژن، دوتریم بنشیند، D۲O به وجود می آید كه به آن آب سنگین می گویند. خواص فیزیكی آب سنگین تا حدودی با آب سبك یا آب معمولی تفاوت دارد.با توجه به جانشینی D به جای H در آب سنگین، انرژی پیوندی پیوند های اكسیژن هیدروژن در آب تغییر می كند و در نتیجه خواص فیزیكی و به ویژه خواص زیست شناختی آب عوض می شود.
●تاریخچه تولید آب سنگین والتر راسل در سال ۱۹۲۶ با استفاده از جدول تناوبی «مارپیچ» وجود دو تریم را پیش بینی كرد. هارولد یوری یكی از شیمیدانان دانشگاه كلمبیا در سال ۱۹۳۱ توانست آن را كشف كند. گیلبرت نیوتن لوئیس هم در سال ۱۹۳۳ توانست اولین نمونه از آب سنگین خالص را با استفاده از روش الكترولیز تهیه كند. هوسی و هافر نیز در سال ۱۹۳۴ از آب سنگین استفاده كردند و با انجام اولین آزمون های ردیابی زیست شناختی به بررسی سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند. تولید آب سنگین: در طبیعت از هر ۳۲۰۰ مولكول آب یكی آب نیمه سنگین HDO است. آب نیمه سنگین را می توان با استفاده از روش هایی مانند تقطیر یا الكترولیز یا دیگر فرآیندهای شیمیایی از آب معمولی تهیه كرد. هنگامی كه مقدار HDO در آب زیاد شد، میزان آب سنگین نیز بیشتر می شود زیرا مولكول های آب هیدروژن های خود را با یكدیگر عوض می كنند و احتمال دارد كه از دو مولكول HDO یك مولكول H۲O آب معمولی و یك مولكول D۲O آب سنگین به وجود آید. برای تولید آب سنگین خالص با استفاده از روش های تقطیر یا الكترولیز به دستگاه های پیچیده تقطیر و الكترولیز و همچنین مقدار زیادی انرژی نیاز است، به همین دلیل بیشتر از روش های شیمیایی برای تهیه آب سنگین استفاده می كنند.
●كاربرد های آب سنگین آب سنگین در پژوهش های علمی در حوزه های مختلف از جمله زیست شناسی، پزشكی، فیزیك و... كاربردهای فراوانی دارد كه در زیر به چند مورد آن اشاره می كنیم. طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته: در طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته NMR هنگامی كه هسته مورد نظر ما هیدروژن و حلال هم آب باشد از آب سنگین استفاده می كنند. در این حالت چون سیگنال های اتم هیدروژن مورد نظر با سیگنال های اتم هیدروژن آب معمولی تداخل می كند، می توان از آب سنگین استفاده كرد، زیرا خواص مغناطیسی دوتریم و هیدروژن با هم تفاوت دارد و سیگنال دوتریم با سیگنال های هیدروژن تداخل نمی كند.
●كند كننده نوترون آب سنگین در بعضی از انواع رآكتورهای هسته ای نیز به عنوان كند كننده نوترون به كار می رود. نوترون های كند می توانند با اورانیوم واكنش بدهند.از آب سبك یا آب معمولی هم می توان به عنوان كند كننده استفاده كرد، اما از آنجایی كه آب سبك نوترون های حرارتی را هم جذب می كنند، رآكتورهای آب سبك باید اورانیوم غنی شده اورانیوم با خلوص زیاد استفاده كنند، اما رآكتور آب سنگین می تواند از اورانیوم معمولی یا غنی نشده هم استفاده كند، به همین دلیل تولید آب سنگین به بحث های مربوط به جلوگیری از توسعه سلاح های هسته ای مربوط است. رآكتورهای تولید آب سنگین را می توان به گونه ای ساخت كه بدون نیاز به تجهیزات غنی سازی، اورانیوم را به پلوتونیوم قابل استفاده در ------ اتمی تبدیل كند. البته برای استفاده از اورانیوم معمولی در ------ اتمی می توان از روش های دیگری هم استفاده كرد. كشورهای هند، اسرائیل، پاكستان، كره شمالی، روسیه و آمریكا از رآكتورهای تولید آب سنگین برای تولید ------ اتمی استفاده كردند.با توجه به امكان استفاده از آب سنگین در ساخت سلاح هسته ای، در بسیاری از كشورها دولت تولید یا خرید و فروش مقدار زیاد این ماده را كنترل می كند. اما در كشورهایی مثل آمریكا و كانادا می توان مقدار غیر صنعتی یعنی در حد گرم و كیلوگرم را بدون هیچ گونه مجوز خاصی از تولید كنندگان یا عرضه كنندگان مواد شیمیایی تهیه كرد. هم اكنون قیمت هر كیلوگرم آب سنگین با خلوص ۹۸۹۹درصد حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ دلار است. گفتنی است بدون استفاده از اورانیوم غنی شده و آب سنگین هم می توان رآكتور تولید پلوتونیوم ساخت. كافی است كه از كربن فوق العاده خالص به عنوان كند كننده استفاده شود از آنجایی كه نازی ها از كربن ناخالص استفاده می كردند، متوجه این نكته نشدند در حقیقت از اولین رآكتور اتمی آزمایشی آمریكا سال ۱۹۴۲ و پروژه منهتن كه پلوتونیوم آزمایش ترینیتی و ------ مشهور «Fat man» را ساخت، از اورانیوم غنی شده یا آب سنگین استفاده نمی شد.
●آشكار سازی نوترینو رصد خانه نوترینوی سادبری در انتاریوی كانادا از هزار تن آب سنگین استفاده می كند. آشكار ساز نوترینو در اعماق زمین و در دل یك معدن قدیمی كار گذاشته شده تا مئون های پرتو های كیهانی به آن نرسد. هدف اصلی این رصدخانه یافتن پاسخ این پرسش است كه آیا نوترینوهای الكترون كه از همجوشی در خورشید تولید می شوند، در مسیر رسیدن به زمین به دیگر انواع نوترینوها تبدیل می شوند یا خیر. وجود آب سنگین در این آزمایش ها ضروری است، زیرا دوتریم مورد نیاز برای آشكارسازی انواع نوترینوها را فراهم می كند.
●آزمون های سوخت و ساز در بدن از مخلوط آب سنگین با ۱۸O H۲ آبی كه اكسیژن آن ایزوتوپ ۱۸O است نه ۱۶O برای انجام آزمایش اندازه گیری سرعت سوخت و ساز بدن انسان و حیوانات استفاده می شود. این آزمون سوخت و ساز را معمولا آزمون آب دوبار نشان دار شده می نامند.
●تولید تریتیم هنگامی كه دوتریم رآكتور آب سنگین یك نوترون به دست می آورد به تریتیم ایزوتوپ دیگر هیدروژن تبدیل می شود. تولید تریتیم به این روش به فناوری چندان پیچیده ای نیاز ندارد و آسان تر از تولید تریتیم به روش تبدیل نوترونی لیتیم ۶ است. تریتیم در ساخت نیروگاه های گرما هسته ای كاربرد دارد.ادامه مطلب...

 

 

● تاریخچه برای اولین بار در سال ۱۸۰۰، آب بوسیله کارلسیل و نیکولسن ، الکترولیز شد که منجر به آزاد شدن هیدروژن در کاتد و اکسیژن در آند شد.
● الکترولیز آب خالص در الکترولیز آب خالص ، از آنجا که آب خالص رسانا نیست، می‌بایستی الکترولیتی به آن اضافه کرد که نه آنیون آن قادر به ترکیب شدن با الکترودها باشد و نه کاتیون آن. برای این منظور ، می‌توان خواه از یک اسید مثلا اسید سولفوریک (H۲SO۴) ، خواه یک باز ، مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) ، و حتی یک نمک (Na۲SO۴) استفاده کرد. برعکس ، به‌علت آزاد شدن کلر آندی ، شایسته است که از مصرف کلریدها خودداری شود.
● اختلاف پتانسیل لازم برای الکترولیز آب اصولا ، اختلاف پتانسیل لازم برای تجزیه آب ، چیزی جز اختلاف پتانسیل الکتریکی یک الکترود اکسیژنی و یک الکترود هیدروژنی نیست که در PH برابر ۱.۲۳ ولت است. در عمل ، بایستی اضافه پتانسیل الکتریکی آندی و کاتدی را که موجب افزایش اختلاف پتانسیل تحمیلی و بنابراین مصرف انرژی می‌شود، به حساب آورد. الکترودهای لازم برای الکترولیز آب و اختلاف پتانسیل نتیجه شده این اضافه پتانسیلهای الکتریکی ، بستگی اندکی به نوع الکترولیت انتخاب شده دارند، اما به‌شدت به ماهیت الکترودها وابسته‌اند. بهترین نتایج را می‌توان با کاتد پلاتینی و آند نیکلی بدست آورد. اما بدلیل قیمت بسیار بالای چنین وسایلی و نظر به برتری اندکی که نتیجه می‌شود، در صنعت ترجیح داده می‌شود تا با الکترودهای آهنی در محلول سود یا پتاس سوزان کار کنند. [بزرگ‌نمایی تصویر] بنابراین ، اختلاف پتانسیل حداقل الکترولیز در حدود ۱.۷ ولت است. بایستی افت اهمی پتانسیل الکتریکی در حمام را به آن اضافه کرد. با وجود دیافراگم ، مقدار افت بیشتر می‌شود. در مجموع ، اختلاف پتانسیل حقیقی ، اندکی بیشتر از ۲ ولت است.
● چگونگی بدست آوردن گازهای خالص برای بدست آوردن گازهای خالص ، بایستی قسمتهای آندی و کاتدی را از یکدیگر جدا کرد. برای این منظور ، خواه از یک ظرف استوانه‌ای شیشه‌ای که کاتد را احاطه می‌کند و خواه از یک دیافراگم آزبستی استفاده می‌شود. لیکن ، گاز خالص بدست آمده نسبی است و هر یک از گازهای اکسیژن و هیدروژن می‌توانند تا ۲ الی ۳ درصد از دیگری را در خود داشته باشند، ولی عمل پالایش شیمیایی بعدی آسان است..
● انرژی لازم برای الکترولیز آب مصرف انرژی در حدود ۶ کیلووات ساعت (KWh) ، برای بدست آوردن یک متر مکعب هیدروژن و نیم متر مکعب اکسیژن ، مقدار زیادی است و علاوه بر آن ، اکسیژن غالبا محل فروش هم ندارد. بدین ترتیب ، این روش اغلب در مناطقی که دارای انرژی الکتریکی فراوان هستند (نروژ) و بویژه به‌منظور تهیه هیدروژن متراکم که در سیلندر به فروش می‌رسد، استفاده می‌شوند. اما این هیدروژن بخش اندکی از کل گاز هیدروژن تولید شده است. اما با این وجود ، دستگاههای الکترولیز در فرانسه یا به منظور ایجاد موازنه تولید یا برای استفاده از کارخانجات مخصوص که هیدروژن خالص را به‌عنوان کاهنده بکار می‌برند، بکار برده می‌شوند. در این قبیل موارد ، اغلب اکسیژن در فضا رها می‌شود.

ادامه مطلب...

برای انتقال حرارت از داخل یك محفظه یا اتاق به خارج , احتیاج به یك واسطه است. در یك سیستم سرد كننده مكانیكی استاندارد , عمل گرفتن حرارت با تبخیر مایعی در دستگاه تبخیر (Evaporator), و پس دادن آن در دستگاه تقطیر (Condenser) صورت می گیرد و این امر باعث تغییر حالت ماده سرمازا از بخار به مایع می گردد .مایعاتی كه بتوانند به سهولت از مایع به بخار و بالعكس تبدیل شوند به عنوان واسطه انتقال حرارت به كار برده می شوند, زیرا این تغییر حالت باعث تغییر حرارت نیز می گردد .برخی از این مواد سرمازا از مواد دیگر مناسب تر هستند .


خصوصیات مواد سرمازا :
سیالی كه به عنوان ماده سرمازا مورد استفاده قرار می گیرد باید دارای كیفیات زیر باشد:
1- سمی نباشد.
2- قابل انفجار نباشد .
3-اكسید كننده نباشد .
4- قابل اشتعال نباشد .
5- در صورت نشت به سهولت قابل تشخیص باشد
6- محل نشت آن قابل تعیین باشد .
7- قادر به عمل كردن در فشار كم باشد (نقطه جوش پایین) .
8- از نوع گازهای پایدار باشد .
9- قسمت هایی كه در داخل مایع حركت می كند به سهولت قابل روغنكاری باشند.
10- تنفس كردن آن مضر نباشد .
11- دارای گرمای نهان متعادلی برای مقدار تبخیر در واحد زمان باشد .
12- جابجایی نسبی آن برای ایجاد مقدار معینی برودت كم باشد .
13- دارای كمترین اختلاف, بین فشار تبخیر و تقطیر باشد .
ماده سرمازا نباید خورنده باشد (ایجاد زنگ زدگی كند) تا ساختن تمام قطعات سیستم از فلزات معمولی با عمر خدمتی طولانی تر عملی گردد.
مبنای مقایسه مواد سرمازای به كار رفته در صنعت سرد كنندگی , بر اساس حرارت تبخیر 5 درجه فارنهایت و حرارت تقطیر 68 درجه فارنهایت است .

شناسایی مواد سرمازا بوسیله شماره گذاری :
روش جدید مشخص كردن مواد سرما زا در صنایع تبرید , شماره گذاری این مواد است . پیش حرف R كه مخفف كلمه REFRIGERANT به معنای سرمازا است نوشته می شود. روش مشخص نمودن شماره ای توسط انجمن مهندسین تهویه ,تبرید و حرارت مركزی آمریكا متداول شده است .

طبقه بندی مواد سرما زا :
این مواد بوسیله دو سازمان ملی آمریكایی به نام های :
The national refrigeration safety code
The national board of fire underwriters طبقه بندی شده اند.

سازمان اول تمام مایعات سرمازا به سه گروه زیر تقسیم بندی می كند:
گروه اول – بی خطر ترین مواد كه شامل R-500,R-14,R-13,R-502,R-744 R-13BL,R-22,R-30,R-12,R-114,R-21,R-11,R-113 می باشد.
گروه دوم _ مواد سمی و تا حدی قابل اشتعال كه شاملR-717,R-40,R-764, R-1130,R-160,R-611 می باشد.
گروه سوم _ مواد قابل اشتعال كه شامل R-50,R-1150,R-170,R-290-
می باشد.
موسسه NBFU نیز مواد سرمازا را نسبت به درجه سمی بودن آن ها طبقه بندی كرده است كه شامل شش گروه است كه بی خطر ترین آن ها گروه یك است.

GROUP 1 CLASS
R-744 Carbon Dioxide 5
R-12 6
R-13B1 Kulene-131 6
R-21 6
R-114 6
R-30 Carrene No. 1 4
R-11 6
R-22 5
R-113 4
R-500 6
R-502 6
R-503 6
R-504 6
R-40 Methylene Chloride 4

GROUP 2
R-717 Ammonia 2
R-1130 Dichloroethylene 4
R-160 Ethyl Chloride 4
R-40 Methyl Chloride 4
R-611 Methyl Formate 3
R-764 Sulphur Dioxide 1

GROUP 3
R-600 Butane 5
R-170 Ethane 5
R-601 Iso Butane 5
R-290 Propane 5

در اینجا به بررسی بعضی از مبردهای متداول می پردازیم

22-R (دی كلرودی فلورو متان ) (CCl2F2) :
ماده ای است بیرنگ تقریبا بی بو و در فشار اتمسفر دارای نقطه جوشی معادل 7/21 درجه فارنهایت است . ماده ای غیر سمی و غیر قابل اشتعال است و خورنده نیست , از نظر شیمیایی در حرارت های عملیاتی بی اثر است و از نظر حرارتی تا 1022 درجه پایدار باقی می ماند .

12- R :
دارای گرمای نهان نسبتا پایین است و برای مصرف در دستگاه های كوچك تر مناسب می باشد , زیرا گردش مقدار زیادی ماده سرما زا امكان استفاده از مكانیزم های عملیاتی و تنظیم دقیق تر و در عین حال با حساسیت كمتر را میسر می كند . از این مبرد در كمپرسور های پیستونی و دورانی و انواع بزرگ گریز از مركزی استفاده می شود .
این ماده در فشار های سر , و معكوس (پس فشار) كم , ولی مثبت با یك بازدهی حجمی خوب كار می كند , 12- R , در 5 درجه فارنهایت , فشاری معادل 5/26 پوند بر اینچ مربع مطلق , و در 86 درجه فارنهایت دارای فشاری مطلق معادل 8/108 پوند بر اینچ مربع است .
گرمای نهان آن در 5 درجه فارنهایت 2/68 بی-تی- یو است و نشت آن به سهولت و با استفاده از نشت یاب الكترونیكی یا مشعل هالاید مشخص می گردد.
در حرارت صفر درجه مقدار كمی آب در 12-R حل می شود كه نسبت آن بر حسب وزن 6 در ملیون است . مایعی كه تولید می شود تا حدودی بر روی اكثر فلزات معمولی كه در ساختمان دستگاه های سرد كننده استفاده می شود , ایجاد زنگ می كند . اضافه كردن روغن های معدنی هیچگونه اثری در ایجاد رنگ بوسیله مایع ندارد ولی احتمالا كم رنگ شدن مایع به وسیله آب را كاهش می دهد . حساسیت ماده 12-R نسبت به آب در مقایسه با 22-R و 502-R بیشتر است . تا 90 درجه قابل حل شدن در روغن است . در این حرارت روغن شروع به جدا شدن می كند و به علت سبك تر بودن وزن در سطح آن جمع می شود .
به كار بردن 30 پوند از این ماده به ازای هر 1000 فوت مكعب فضای تهویه شده كاملا بی خطر است .
این ماده در سیلندر های به اندازه مختلف عرضه می شود و احتمالا در قوطی های سر بسته و محكم نیز یافت می شود . كد رنگی مخصوص 12- R سفید است .

22-R منوكلرودی فلورو متان (CHCLF2) :
22-R یك ماده سرمازای مصنوعی است كه انحصارا برای دستگاه های تبریدی كه درجه تبخیر پایینی دارند ساخته شده است . یكی از موارد استفاده آن در دستگاه های انجماد سریع است كه حرارت آن ها بین 20 تا 40 درجه فارنهایت حفظ می گردد . همچنین در دستگاه های تهویه مطبوع و یخچال های خانگی نیز به طور موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار گرفته است . 22-R فقط در كمپرسورهای پیستونی به كار گرفته می شوند و فشار عملیاتی آن به نحوی است كه برای نیل به درجات پایین , نیازی به كار كردن در فشار های كمتر از جو نیست . گرمای نهان آن به ازای هر پوند در 5 درجه فارنهایت 21/93 بی-تی-یو است . فشار عادی سر كمپرسور در 86 درجه 82/172 پوند بر اینچ مربع مطلق است .
22-R ماده ای پایدار ,غیر سمی ,بدون اثر اكسید كنندگی , بی آزار و غیر قابل اشتعال است . فشار اواپراتور در 5 درجه فارنهایت 43 پوند بر اینچ مربع است . حلالیت آن در آب 3 برابر 12-R است . بنابراین رطوبت در این ماده باید حداقل باشد .به همین دلیل استفاده از رطوبت گیر و خشك كن در این مورد بیشتر است .
به علت تمایل شدید تر 22-R به آب تعداد بیشتری رطوبت گیر برای خشك كردن آن لازم است. 22-R تا حرارت16درجه فارنهایت در روغن حل می شود وپس از ان روغن شروع به جدا شدن نموده و چون از مایع سبك تر است در سطح آن جمع می شود. وجود نشت را می توان به وسیله ی نشت یاب الكترونیكی و یا مشعل هالاید تیین كرد.

مواد سرما زای مخلوط :
همانطور كه از نامشان پیداست , این مواد مخلوطی از دو یا چند ماده ی سرما زا هستند, ولی مانند یك ماده سرما زای واحد عمل می كنند. و چهار نوع متداولتر آنها عبارتند از:
1)R-500 كه مخلوطی است از 8/73 درصد R-12 و 2/26 درصد R-152a
2)R-502 كه مخلوطی است از8/ 48 درصد R-22 و 2/ 51درصد R-115
3) كه مخلوطی است از 1/ 41 درصد R-23 و 9/ 59 درصد R-13
4) كه مخلوطی است از 2/ 48 درصد R-32 و 8/ 51 درصد R-115
این مواد سرما زا موادی ثبت شده هستند كه مراحل تركیب آنها پیچیده است و متصدی سرویس نباید با اختلاط مواد مبرد اقدام به ساختن ماده ای مخصوص بنماید.ادامه مطلب...

پلیمرها در زندگی روزمره به وفور یافت می‌شوند. از لفاف و پوشش‌های مواد خوراکی گرفته تا کیسه‌های مورد استفاده برای زباله، پلیمرهایی هستند که در گوشه و کنار یافت می‌شوند. خودروها نیز از این قاعده مستثنی نیستند. پلیمرها افزودن بر ۴۰ درصد از هر خودروی مدرن را تشکیل می‌دهند. قطعاتی همچون فرش، صندلی، لایی، موکت، دستگیره، سویچ و داشبورد، از یک یا چند پلیمر تشکیل شده‌اند. صنعت‌گران و استفاده‌کنندگان از مواد پلیمری، با توجه به تنوع خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی این مواد در مصارف گوناگون، ناگزیر به تعیین نوع و شناسایی نمونه پلیمری بوده، اما اغلب فاقد آزمایشگاهی مجهز و افراد مجرب در این زمینه‌اند.
● طیف‌سنجی مادون قرمز به روش FTIR
طیف‌سنجی مادون قرمز یکی از روش‌های خوب و متداولی است که از سال‌ها پیش برای تجزیه و شناسایی پلیمرها و برخی افزودنی‌های آنها، مورد استفاده قرار گرفته است.
فرکانس تشعشع الکترومغناطیس در ناحیه مادون قرمز (IR) مطابق با فرکانس ارتعاش طبیعی اتم‌های یک پیوند است و پس از جذب امواج مادون قرمز در یک مولکول، باعث ایجاد یک سری حرکات ارتعاشی در آن می‌شود که اساس و مبنای طیف‌سنجی مادون قرمز را تشکیل می‌دهد. ساده‌ترین نوع حرکات ارتعاشی در یک مولکول، حرکات خمشی و کششی است.
دستگاه FTIR با استفاده از تبدیل ریاضی فوریه مزایای زیادی در مقایسه با دستگاه IR معمولی دارد که نمونه آن سرعت بالای جمع‌آوری اطلاعات و نسبت سیگنال به نویز بهتر است.
تقریبا تمامی ترکیباتی که پیوند کوالانسی دارند، اعم از آلی یا معدنی، فرکانس‌های متفاوتی از اشعه الکترومغناطیس را در ناحیه مادون قرمز جذب می‌کنند. ناحیه مادون قرمز، ناحیه‌ای از طیف الکترومغناطیس است که طول موجی بلندتر از نور مرئی (۴۰۰ تا ۸۰۰ نانومتر) و کوتاه‌تر از امواج مایکرو ویو (طول موج بلندتر از ۱mm) دارد. بسیاری از شیمیدانان از واحد «عدد موجی» در ناحیه مادون قرمز طیف الکترومغناطیس استفاده می‌کنند.
عدد موجی با واحد Cm-۱ بیان شده و عبارت است از عکس طول موج (با واحد Cm). مزیت این واحد این است که رابطه مستقیمی با انرژی دارد. با استفاده از این واحد، ناحیه ارتعاشی پرکاربرد مادون قرمز (Mid IR) بخشی بین ۴۰۰ تا ۴۰۰۰ Cm-۱ خواهد بود.
مشابه دیگر انواع جذب انرژی، هنگامی که مولکول‌ها اشعه مادون قرمز را جذب می‌کنند، به حالت انرژی بالاتر برانگیخته می‌شود. جذب تابش مادون قرمز همانند دیگر فرایندهای جذب، فرایندی کوانتابی است. به این صورت که فقط فرکانس‌های خاصی از تابش مادون قرمز توسط مولکول جذب و باعث ارتعاش کششی و خمشی پیوندهای کوالانسی می‌شود.
انرژی جذب شده از نور مادون قرمز توسط پیوندهای شیمیایی یا گروه‌های عاملی خاص در طول موج مشخص، منجر به کاهش شدت عبور نور شده و معمولا به عنوان تابعی از عدد موجی (بر حسب
Cm-۱) رسم می‌شود.
توجه به این نکته مهم است که تمام پیوندهای مولکول قادر به جذب انرژی مادون قرمز نیستند، حتی اگر فرکانس اشعه با فرکانس حرکت تطبیق کند، فقط پیوندهایی که دارای گشتاور دو قطبی هستند قادر به جذب اشعه مادون قرمز می‌باشند. مثلاً، پیوند موجود در H۲ و Cl۲ و همچنین پیوندهای موجود در آلکن‌ها و آلکین‌های متقارن، اشعه مادون قرمز را جذب نمی‌کنند.
باید توجه داشت که هر پیوند دارای فرکانس ارتعاش طبیعی خاصی است. یعنی یک پیوند خاص با جذب فرکانسی مشخص قادر به ارتعاش خمشی و کششی است. یک پیوند، به‌خصوص در دو مولکول مختلف، در محیط‌های متفاوتی از نظر اتم‌ها و پیوندهای پیرامونی خود قرار داشته و هیچ‌گاه دو مولکول با ساختمان‌های متفاوت، طیف مادون قرمز یکسانی نمی‌دهند. با توجه به این مطلب، از طیف مادون قرمز می‌توان همانند اثر انگشت در انسان، برای شناسایی مولکول‌ها استفاده کرد. با مقایسه طیف مادون قرمز دو ماده که تصور می‌شود مشابه باشند، می‌توان پی برد که آیا واقعا یکی هستند یا خیر. اگر تمام جذب‌ها در طیف دو نمونه بر یکدیگر منطبق شوند، به احتمال قریب به یقین، دو ماده یکسان هستند.
طیف FTIR علاوه بر موارد گفته شده، اطلاعاتی را در مورد ساختمان شیمیایی یک مولکول، در اختیار ما می‌گذارد. مثلاً، هر جذبی که در ناحیه ۳۰۰۰±۱۵۰Cm-۱ طیف قرار داشته باشد، نشان‌دهنده وجود اتصال C-H در مولکول است و جذبی که در ناحیه ۱۷۰۰±۱۰۰Cm-۱ مشاهده شود معمولا مربوط به پیوند گروه کربونیل (C=۰) در مولکول است. جدول زیر، راهنمایی مفید در زمینه بررسی عدد موجی در طیف FTIR بسیاری از پیوندهاست.
با توجه به نکات فوق می‌توان برای تحلیل و شناسایی لاستیک‌ها، پلاستیک‌ها و پاره‌ای از مواد افزودنی آنها، از طیف‌سنجی مادون قرمز استفاده کرد.

کلکسیون‌ها و بانک‌های اطلاعاتی وسیعی از طیف FTIR وجود دارد که برای مقاصد شناسایی کیفی می‌توان از آنها استفاده کرد. نمونه آنها، اطلس تحلیل پلیمرها (هامل) است.
● تهیه نمونه به منظور گرفتن طیف FTIR (در پلیمرها)
طیف FTIR معمولا از نمونه‌هایی به شکل فیلم به دست می‌آید که معمولا نازک‌تر از ۵۰ µm است. برای تهیه فیلم مناسب از نمونه‌های ضخیم‌تر یا گرانول‌ها، نمونه تا بالای دمای نرمش حرارت داده شده و سپس پرس می‌شود تا فیلم‌هایی به اندازه کافی نازک، برای استفاده مستقیم در طیف‌سنجی FTIR تهیه شود. در ضمن می‌توان از فیلم‌های حلالی نیز استفاده کرد. در این حالت، قطعه کوچکی از نمونه موردنظر در حلال مناسب حل شده و با قرار دادن آن بر روی قرص‌های پتاسیم بروماید و تبخیر کامل حلال، فیلم نازک نمونه مستقیما روی قرص KBr حاصل می‌شود، زیرا KBr در ناحیه مادون قرمز موردنظر هیچ جذبی ندارد.
اگر بنا به دلایلی، فیلم قابل تهیه نباشد، می‌توان پلاستیک را بسیار ریز آسیاب کرده و سپس آن را با پودر KBr کاملا مخلوط و توسط دستگاه پرس مخصوص به قرص مناسب برای گرفتن طیف FTIR تبدیل کرد. برای تهیه نمونه مناسب از لاستیک‌ها، می‌توان از روش پیرولیز استفاده کرد. در این روش، نمونه به ابعاد کوچک خرد شده و در لوله آزمایشی ریخته می‌شود. سپس، توسط استون، روغن‌گیری شده، آنگاه استون همراه با روغن استخراج شده از نمونه جدا می‌شود. لوله آزمایش حاوی نمونه، روی شعله حرارت داده می‌شود تا پلیمر لاستیکی به اجزای سازنده خود که عمدتا الیگومرها (زنجیرهایی شامل دو یا سه منومر) هستند، تجزیه شود. سپس، مقدار کمی از مایع جمع‌آوری شده، روی قرص KBr قرار گرفته و طیف FTIR آن مورد بررسی قرار می‌گیرد.
● نواحی جذبی مختلف در طیف FTIR
نواحی معمول طیف IR که در آن، انواع مختلف باندهای ارتعاشی مشاهده می‌شود، در چارت زیر ارائه شده است. باید توجه داشت که منطقه بالای خط چین به ارتعاش کششی و ناحیه زیر خط چین به ارتعاش خمشی مربوط است. به طور کلی، پیوندهای سه گانه، قوی‌تر از پیوندهای دوگانه و یا ساده بوده و دارای فرکانس ارتعاشی بالاتر یا به بیانی بهتر، عدد موجی بالاتر هستند. پیوند C-C دارای فرکانس جذب ۱۲۰۰Cm-۱بوده در حالی‌که پیوند دوگانه C=C فرکانس جذب ۱۶۵۰Cm-۱و پیوند سه‌گانه C=C دارای فرکانس جذب ۲۱۵۰Cm-۱ است. همچنین حرکت خمشی راحت‌تر از حرکت کششی صورت می‌پذیرد. مثلا، C-H خمشی در ناحیه ۱۳۴۰Cm-۱و C-H کششی در ناحیه ۳۰۰۰Cm-۱ قرار می‌گیرد.
نوع هیبریداسیون نیز بر فرکانس جذب تاثیر می‌گذارد، به طوری که قدرت پیوندها به ترتیب:
SP>SP۲>SP۳ بوده و فرکانس ارتعاشی C-H آنها به صورت زیر تغییر می‌کند:
محدوده Cm-۱ ا۱۴۰۰ تا Cm-۱ا ۶۰۰ به دلیل کمتر بودن میزان انرژی جذب شده و ارتعاش خمشی اکثر پیوندهای موجود در مولکول، ناحیه‌ای پیچیده و شلوغ است واین موضوع تشخیص همه باندهای جذبی در این ناحیه را مشکل می‌سازد. به دلیل الگوی منحصربه‌فردی که در این ناحیه وجود دارد، به آن ناحیه «اثر انگشت» نیز گفته می‌شود.
باندهای جذبی در ناحیه ۴۰۰۰-۱۴۵۰Cm-۱ دارای انرژی جذب شده بیشتری بوده و عموما ناشی از ارتعاش کششی پیوندهای قوی‌تر است و گاهی به این ناحیه، ناحیه فرکانس گروهی نیز گفته می‌شود.ادامه مطلب...