جواد مینایی 06 جناب آقای سلامی

بخش ۱_ قسمت دوم
ساختار خميده ي مولکول آب

اگر يک ميله پلاستيکي را به پارچه ي پشمي بماليد تا داراي بار الکتريکي شود وآن را به باريکه اي از آب نزديک کنيد مي بينيد که آب از مسير خود منحرف شده و به ميله ي پلاستيکي نزديک مي شود . در توجيه اين پديده مي توان گفت که مولکول آب داراي دو سر مثبت و منفي هستند . يعني مولکول آب يک مولکول قطبي است که از سر مثبت خود جذب ميله ي پلاستيکي با بار منفي مي شود .شواهد تجربي نشان مي دهد که مولکول آب شکل خميده اي (V شکل ) دارد و شيميدانان بعد از آزمايشهاي بسيار متوجه شدند که درسمت اکسيژن بار منغي و درسمت هيدروژن بار مثبت وجود دارد .

  به شکل زير توجه کنيد :

  توجيه برخي ويژگيهاي غير عادي آب

از آنجا که بارهاي الکتريکي نا هم نام يکديگر را مي ربايند ، قطب مثبت يک مولکول آب ، قطب منفي مولکول همسايه اش را جذب مي کند . اين نيروي جاذبه سبب مي شود که مولکول هابتوانند در کنار هم قرار بگيرند ، از اين رو به آن نيروي جاذبه بين مولکولي گفته مي شود . در آب نيروي جاذبه بين مولکولي خيلي زياد است ، چنين بنظر مي رسد که اتم هيدروژن ، مولکولهاي آب را در کنار هم نگه داشته است به همين علت به اين نيروها پيوند هيدروژني مي گويند .بنابراين انرژي بالايي معادل j۲۲۶۰ مورد نياز است که يک گرم آب را تبديل به بخا رکند . هين نيروي قوي جاذبه بين مولکولهاي آب سبب به وجود آمدن کشش سطحي زياد مي شود .  

  آب به عنوان يک حلال

آب به عنوان حلال مي تواند تعداد بسيار زيادي از ترکيبات يوني مانند سديم کلريد را در حوض حل کند . چون مولکول هاي آب قطبي هستند . سديم کلريد در آب تبديل به يون هاي( Na مثبت و Cl منفي ) در بين مولکولهاي آب مي شود . اين محلول رساناي الکتريکي نيز هست . زيرا يون هاي مثبت محلول (کاتيون مثبت Na ) به طرف قطب منفي و يون هاي منفي محلول (آينون منفي Cl) به طرف قطب مثبت حرکت مي کند و جريان برق را انتقال مي دهند .  

  انحلال پذيري مواد جامد در آب

براي حل شدن مواد گوناگون در مقدار معيني آب در دماي اتاق محدوديتي وجود دارد. اين محدوديت را انحلال پذيري يا قابليت حل شدن آن ماده مشخص مي کند . انحلال پذيري وابسته به دما است و مي توان آن را با کمک منحني انحلال پذيري نشان داد . بسته به ميزان ماده حل شده ، محلول را به سه نوع تقسيم مي کنند که عبارتند از محلول هاي سير نشده ، سيرشده و فراسير شده .  

  انحلال پذيري گازها درآ ب

انحلال پذيري گازها در آب هم وابسته به دما است . در دماي پائين تر ميزان بيشتري گاز درآب حل مي شود . به ميزان اکسيژن حل شده در آب DO مي گويند و آن را بر حسب PPm (قسمت در ميليون) بيان مي کنند .  

  آلودگي گرمايي آب

در ماه هاي گرم تابستان رقابت ميان موجودات زنده آبزي براي دسترسي به اکسيژن محلول افزايش مي يابد . با توجه به اينکه در فصل گرم ميزان اکسيژن حل شده در آب کمتر است و از طرفي برخي از کارخانه ها از آب براي سيستم خنک کننده ي خود استفاده مي کنند و مجدداً آب گرم شده را به رودخانه و دريا بر مي گرداند ،دماي آب بالا رفته و ميزان اکسيژن کمتري را درخود حل مي کند . اين مسئله باعث مرگ و مير ماهي ها مي شود.  

  آلودگي اسيدي آب

مي دانيم که PH مقياسي براي تعيين خاصيت اسيدي يا قليايي بودن محلول است و محدوده آن از اسيدي ترين تا قليايي ترين محلول به شکل زير است :  

آب باران اندکي اسيدي است ، زيرا مقادير کمي از ۲Co هوا را در داخل خود حل مي کند و کربنبک اسيد رقيق بوجود مي آورد . با جريان يافتن آب باران در بستر جويبارها ممکن است موادي در آن حل شده و ph را بالا ببرند . گاه ممکن است با ورود پساب اسيدي و فاضلاب کارخانه ها به آب هاي طبيعي Ph آب کاهش يابد ، به گونه اي که ماهي توان ادامه زندگي در اين Ph اسيدي را نداشته باشند .  

  آلودگي آب توسط کاتيون هاي سنگين

گاه ممکن است کاتيون هاي سنگيني مثل جيوه (Hg+2) ، سرب(Pb+2) و کادميم(Cd+2) از طريق پساب هاي صنعتي به منابع آب وارد شده اند و آب را آلوده کنند . ضريب خطر يون هاي سنگين از اين رابطه بدست مي آيد :140  

  تصفيه طبيعي آبها

آبها به طور طبيعي طي سه فرآيند زير خود به خود تصفيه مي شوند :
۱- جداشدن تقزيباً کامل مواد اوليه حل شده در آب به هنگام تشکيل برف و باران
۲- تجزيه برخي از مواد محلول و شناور به مواد ساده تر تويط باکتريها
۳- جداشدن مواد معلق ازآب به هنگام عبور از ميان سنگ ريزه ها و ماسه ها

مجتبی غیور مدرسه ی ملاصدرا 1 کلاس 06 آقای سلامی

۱۳:۳۰ (سه شنبه ۱۶ خرداد ۱۳۸۵) اخبار مرتبط     آلبوم مرتبط

منابع انرژی تجدید پذیر به صورت تناوبی در دسترس هستند و به خودی خود قابل حمل و ذخیره نیستند و به همین خاطر نمی توانند به صورت سوخت به خصوص در بخش حمل و نقل مورد استفاده قرار گیرند. سوخت های متداول به علت انتشار مواد آلاینده باعث نگرانی های در جهت سلامت کره زیست شده اند و لذا کشور های پیشرفته از جمله ایالات متحده امریکا تمهیداتی در جهت استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت جانشین و برتر ونیز در جهت اجرای سیاست های دولت برای فاصله گرفتن از وابستگی به نفت، به کار گرفته اند.

تلاش ایالات متحده امریکا بر جایگزینی سوخت هیدروژنی در اتومبیل ها وزیر انرژی ایالت متحده امریکا ، ٦ آوریل ٢٠٠٦ ، از تقاضای ٥٢,٥ میلیون دلار ظرف سه سال آینده برای پشتیبانی از نوآوری های تازه و پژوهش بنیادین در فن آوری هیدروژن خبر داد. این تقاضا از طرح انرژی پیشرفته رییس جمهور امریکا که تلاش دارد وابستگی به نفت خارجی را کاهش دهد حمایت می کند و از پژوهش هایی که به حل مشکلات علمی مربوط به تولید، استفاده و ذخیره هیدروژن کمک می کنند پشتیبانی به عمل خواهد آورد. بودمن در همایش جهانی ٢٠٠٦ انجمن مهندسان خودروسازی اعلام کرد: "این سرمایه گذاری در پژوهش بنیادین برای تشویق نوآوری ها و پیشرفت های تازه در نظر گرفته شده است که ما را در ایجاد اقتصادی بر پایه هیدروژن کمک خواهد کرد. صنعت خودروسازی ما در حال تغییر است و امیدواریم که این سرمایه گذاری برای آمریکا امکان رهبری دنیا در تولید اتومبیل های پاکیزه را با سوخت هیدروژن فراهم سازد که بدون آلاینده باشند و از وابستگی ما به نفت وارداتی بکاهد. وی گفت که این مساله ما را در از میان برداشتن موانع فنی کمک خواهدکرد و ایجاد فن آوری هیدروژن و پیل سوختی را یک گام به مرحله عملی شدن نزدیک خواهد کرد." این تقاضا مشکلاتی را که ذخیره، تولید و استفاده از هیدروژن با آنها مواجه است، هدف قرار می دهد . این پژوهش دانش درازمدتی را برای حرکت به سوی اقتصاد هیدروژنی فراهم خواهد ساخت و خودروهای دارای سوخت باتری هیدروژنی تا سال ٢٠٢٠ وارد بازار انبوه خواهند شد و هدف بوش برای فراهم ساختن امکان شرکت کودکان امروزی در آزمون رانندگی آینده شان با ماشین های کاملا بدون آلودگی تحقق خواهد یافت. وی به فن آوری های کوتاه مدت برای از بین بردن وابستگی به نفت خارجی پرداخت و از تمام خودروسازان درخواست کرد تا به ساخت خودروهایی با سوخت پاکیزه "ای – ٨٥ "بپردازند. این سوخت ترکیبی از ٨٥ درصد اتانول قابل تجدید و ١٥ درصد گازوییل است. وزارت انرژی بر این باور است طرح انرژی پیشرفته رییس جمهور امنیت چشمگیر انرژی و سودمندی برای محیط زیست را فراهم خواهد ساخت. واشنگتن در تلاش جهت ساخت پیل های باتری از هیدروژن برای تامین سوخت و نیروی اتومبیل ها، تلفن های موبایل، و دستگاه های دیگر است، یکی از بزرگترین چالش ها یافتن راه هایی جهت ذخیره مقادیر زیاد هیدروژن در دما و فشار مناسب است. به گزارش وزارت دفاع امریکا، برای قابل استفاده و عملی بودن یک سوخت، غلظت هیدروژن آن سوخت باید حداقل ٥/٦ درصد باشد، که دانشمندان ما به غلظت ٥/٧ درصدی دست یافته اند – تقریبا سه برابر بیشتر از گزارش های قبلی – ولی در دمای بسیار پایین (منهای ١٩٦ درجه سلسیوس). عمر یاغی، استاد شیمی در دانشگاه UCLA، که این پژوهش را با همکارانش در دانشگاه میشیگان انجام داده است می گوید "با استفاده از یک ماده جدید، مسیر مشخصی را برای رسیدن به بیش از ٧ درصد هیدروژن در کل وزن ماده شناسایی کرده ایم." نتایج این پژوهش ممکن است منجر به ساخت سوخت هیدروژنی ای شود که می تواند جهت تامین نیروی کامپیوترهای لپ تاپ، تلفن های موبایل، دوربین های دیجیتال و دیگر دستگاه های الکترونیکی بکار گرفته شود. هیدروژن چگونه در دستگاه هایی مانند تلفن موبایل، کامپیوترهای لپ تاپ و دوربین های دیجیتال استفاده می شود؟ عمریاغی پژوهشگر در این زمینه می گوید:"به جای یک باتری، واسطه ای مانند MOF لازم است تا هیدروژن را ذخیره کند و آن را در پیل باتری آزاد کند." او تاکید می کند: وقتی هیدروژن می سوزد، فقط آب تولید می کند، که هیچ ضرری برای محیط زیست ندارد. هیدروژن، ذخیره شده در MOF، از لحاظ فیزیکی جذب می شود، بدون هزینه زیاد می توان به راحتی هیدروژن را جدا کرد و دوباره آن را سر جای خود گذاشت. وی بیان داشت، چالش اصلی، ذخیره هیدروژن به مقداری است که بتواند سوخت یک اتومبیل را برای ٣٠٠ الی ٤٠٠ مایل بدون نیاز به سوخت گیری مجدد، تامین کند. در پژوهش های قبلی، یاغی نشان داده که می توان در MOF ها مقادیر زیادی دی اکسید کربن، یکی از گازهای گلخانه ای، در دمای محیط ذخیره کرد؛ پیشرفتی که می تواند از انتشار گاز دی اکسید کربن از نیروگاه ها و اتومبیل ها و ورود آن به اتمسفر جلوگیری کند.یاغی و همکارانش همچنین گزارش کردند که MOF ها می توانند مقادیر زیادی متان ذخیره کنند. متان نیز یکی از گازهای گلخانه ای است. یاغی اظهار داشت، "موادی ساخته ایم که خیلی بیشتر از استاندارد تعیین شده وزارت نیرو متان ذخیره می کنند، و فکر می کنیم می توانیم استراتژی مشابهی برای ذخیره هیدروژن بکار ببندیم." آزمایش اولین هواپیما با سوخت هیدروژن یک شرکت آمریکایی در جهت رسیدن ایالت متحده امریکا به اهداف توسعه جایگزینی سوخت هیدروژنی و فاصله گرفتن امریکا از وابستگی به نفت، موفق شد برای نخستین بار هواپیمایی با سوخت هیدروژن بسازد . بر اساس این گزارش ساخت این هواپیما می تواند اولین گام برای استفاده از انرژی پاک در حمل و نقل هوایی باشد.به گفته طراحان این هواپیما، هیدروژن مایع که در مخزن سوخت هواپیما حمل می شود با اکسیژن ترکیب و انرژی پرواز را تولید می کند .محصول ترکیب اکسیژن با هیدروژن نیز آب است که به صورت بخار وارد هوا می شود . پرواز آزمایشی این هواپیما با موفقیت انجام شده است . تولید هیدروژن از روغن آفتابگردان گروهی از دانشمندان بریتانیایی فرآیندی را برای تولید هیدروژن از روغن آفتابگردان که به گفته آنها در آینده می تواند یک منبع مهم انرژی بی ضرر برای محیط زیست باشد ابداع کرده اند.به اعتقاد دانشمندان این منبع می تواند برای به کار گرفته شدن به عنوان سوخت خودروها مناسب باشد. این تحقیقات در نشست سالانه انجمن شیمی آمریکا عرضه می شود.با کاهش منابع نفتی جهان و پدیدار شدن آثار گرم شدن زمین در سراسر کره، استدلال برای حرکت از اقتصاد متکی به نفت به سوی اقتصادی متکی به هیدروژن منطقی تر شده است اما هیدروژن را باید تولید کرد و برخی شیوه های موجود برای تولید آن به اندازه احتراق نفت، گازهای گلخانه ای تولید می کند.با این حال آخرین دستاوردها در این زمینه از سوی دانشمندان دانشگاه لیدز فراهم کننده راه تازه ای برای بدل کردن این فرآیند به یک فرآیند بی ضرر برای طبیعت است. ماده خام این فرآیند مواد گیاهی است و محصول آن عمدتا چیزی جز هیدروژن نیست.دکتر اندرو ماس یکی از پژوهشگران این تیم می گوید: "تولید هیدروژن از مواد گیاهی و روغن های گیاهی نمایانگر یک شیوه واقع گرایانه برای دستیابی به یک منبع قابل تجدید انرژی است. این فرآیند خاص می تواند امکان تولید هیدروژن از مواد گرفته شده از گیاهان را فراهم کند. تولید هیدروژن به و سیله پردازنده های سوختی ثابت یا پردازنده های تعبیه شده در خودروهای متکی به سلول سوختی انجام خواهد شد."براساس این مدل باک خودروها با مثلا روغن آفتاب گردان پر خواهد شد و این روغن هنگام حرکت خودرو به هیدروژن بدل می شود و هیدروژن نیز نیروی موتوری را که با سلول سوختی کار می کند تامین می کند. فرآیند تبدیل روغن به هیدروژن، مقداری دی اکسید کربن تولید می کند اما کشت و پرورش مقدار بیشتری آفتاب گردان آن را از هوا جذب خواهد کرد.تیم محققان دانشگاه لیدز نشان داده است که این فن آوری عملی است، اما موانع بزرگی در مسیر به واقعیت پیوستن خودروهایی که با روغن آفتاب گردان کار می کنند وجود دارد که یکی از آنها هزینه است.این فرآیند از موادی نسبتا گران استفاده می کند و در کوتاه مدت، بنزین مسلما گزینه ارزان تر خواهد بود. تحول در صنایع خودروسازی آمریکا در جهت کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی دولت آمریکا با کنارگذاشتن طرح یک و نیم میلیارد دلاری برای کمک به ساخت نسل تازه ای از اتومبیل های بنزین سوز کم مصرف، استراتژی تازه خود را بر ساخت اتومبیل های هیدروژن سوز متمرکز کرده است. وزیر انرژی آمریکا در مرکز صنایع اتومبیل سازی آمریکا اعلام کرد که دولت بوش تصمیم گرفته است برای سرعت بخشیدن به طرح ساخت موتورهای هیدروژنی به جای موتورهای بنزین سوز احتراقی، وارد عمل شود. نیروی محرکه اتومبیل ها ی جدید، انرژی برق خواهد بود که از سوختن هیدورژن ذخیره شده در باک اتومبیل با اکسیژن موجود در هوا تولید خواهد شد.ین نوع موتور تنها بخار آب در هوا متصاعد می کند.طرح قبلی که در سال ١٩٩٣ برای آینده صنعت اتومبیل سازی در آمریکا ریخته شده بود، شامل ساخت اتومبیل های بنزین سوز نسبتا ارزان قیمتی بود که مصرف موتور احتراقی آن برای هر ٣٥ کیلومتر، یک لیتر بنزین باشد.طرفداران حفظ محیط زیست و کارشناسان امور انرژی از این تغییر جهت دولت آمریکا در سیاست استراتژیک و درازمدت خود برای کاستن از میزان اتکای این کشور بر فرآورده های نفتی استقبال کرده اند. متخصصین تکنولوژی موتورهای هیدروژنی می گویند رسیدن به مرحله تولید انبوه و مقرون به صرفه این نوع موتور برقی برای خودروهای شخصی، محتاج ١٠ تا ٢٠ سال تجربه و آزمایش است. اندیشه طراحی یک موتور برقی هیدروژن سوز نخستین بار در دوره ریاست جمهوری بیل کلینتون ارایه شد. "ال گور" معاون وی، این طرح را به پروژه فضایی آپولو تشبیه کرد، پروژه ای که برای سبقت گرفتن آمریکا از شوروی در تکنولوژی فضاپیمایی و سفر به کره ماه با یک جدول زمانی مشخص به وجود آمد.دولت آمریکا اکنون با قبول ضرورت یافتن یک جایگزین برای فرآورده های نفتی به عنوان منبع اصلی تولید نیروی محرکه در آن کشور یک و نیم میلیارد دلار اعتبار دولتی برای پژوهش در این رشته کنار گذارده است. علاوه بر این اعتبار دولتی، سه شرکت بزرگ خودروسازی آمریکا، ژنرال موتور، فورد و دیملرکرایسلر مشترکا سالانه یک میلیارد دلار برای طرح ریزی و آزمایش این نوع موتور بدون دود هزینه خواهند کرد. یارانه بدون تعهد به رغم یارانه قابل توجه دولت آمریکا برای آزمایش این طرح دراز مدت، وزارت انرژی ایالات متحده شرکت های خودروسازی را ملزم به ساختن اتومبیل های هیدروژن سوز نکرده است. تصمیمی که با اعتراض طرفداران حفظ محیط زیست و کارشناسان امور انرژی روبرو شده است. به اعتقاد معترضان، اگر هدف مشخصی برای یافتن منابع انرژی زای تازه به جای فرآورده های نفتی تعیین نشود، از اتکای آمریکا بر منابع فسیلی کاسته نخواهد شد. آمریکا با داشتن تنها ٥ درصد از جمعیت دنیا، معادل ٢٥ درصد از مصرف فرآورده های نفتی، به ویژه بنزین جهان را به خود اختصاص داده است.