به نام خداوندمهربان

موضوع:شیمی محلولها

گردآورنده:محمّدیوسفی

معلم مربوطه:آقای سلامی

کلاس دوم تجربی

دبیرستان شهیدرجایی1

شیمی محلولها

 محلولها ، مخلوطهایی همگن هستند. محلولها را معمولا بر حسب حالت فیزیکی آنها طبقه بندی می‌کنند: محلولهای گازی ، محلولهای مایع و محلولهای جامد.

محلولها ، مخلوطهایی همگن هستند. محلولها را معمولا بر حسب حالت فیزیکی آنها طبقه بندی می‌کنند محلولهای گازی ، محلولهای مایع و محلولهای جامد. بعضی از آلیاژها محلولهای جامدند؛ سکه‌های نقره‌ای محلولهایی از مس و نقره‌اند و برنج محلولی جامد از روی در مس است. هر آلیاژی محلول جامد نیست، بعضی از آلیاژها مخلوطهایی ناهمگن اند. محلولهای مایع متداولترین محلولها هستند و بیشترین کاربرد را در بررسیهای شیمیایی دارند. هوا هم مثالی برای محلولهای گازی می‌باشد.

 ● ماهیت محلولها

در یک محلول ، معمولا جزئی که از لحاظ کمیت بیشترین مقدار را دارد، حلال و سایر اجزا را مواد حل شده (حل شونده) می‌گوییم. اما گاهی آسانتر آن است که جزئی از محلول را با آنکه مقدارش کم است، حلال بنامیم و گاهی اصولا اطلاق نام حلال و حل شونده به اجزای یک محلول (مثلا محلولهای گازی) چندان اهمیتی ندارد.

بعضی از مواد به هر نسبت در یکدیگر حل می‌شوند.امتزاج پذیری کامل از ویژگیهای اجزای تمام محلولهای گازی و بعضی از اجزای محلولهای مایع و جامد است. ولی غالبا، مقدار ماده ای که در حلال معینی حل می شود، محدود است. انحلال پذیری یک ماده در یک حلال مخصوص و در دمای معین، بیشترین مقداری از آن ماده است که در مقدار معینی از آن حلال حل می شود و یک سیستم پایدار به وجود می آورد.

● غلظت محلول

برای یک محلول معین ، مقدار ماده حل شده در واحد حجم حلال یا در واحد حجم محلول را غلظت ماده حل شده می‌گوییم. مهمترین نوع غلظتها که در آزمایشگاه بکار می‌رود مولاریته و نرمالیته است.

● انواع محلولها

▪ محلولهای رقیق

محلولهایی که غلظت ماده حل شده آنها نسبتا کم است

▪ محلولهای غلیظ

محلولهایی که غلظت نسبتا زیاد دارند

▪ محلول سیر شده

اگر مقدار ماده حل شده در یک محلول برابر با انحلال پذیری آن در حلال باشد، آن محلول را محلول سیر شده می‌نامیم. اگر به مقداری از یک حلال مایع ، مقدار زیادی ماده حل شونده (بیشتر از مقدار انحلال پذیری آن) بیفزاییم، بین ماده حل شده و حل شونده باقیمانده تعادل برقرار می‌شود. ماده حل شونده باقیمانده ممکن است جامد ، مایع یا گاز باشد. در تعادل چنین سیستمی ، سرعت انحلال ماده حل شونده برابر با سرعت خارج شدن ماده حل شده از محلول است. بنابراین در حالت تعادل ، غلظت ماده حل شده مقداری ثابت است.

▪ محلول سیر نشده

غلظت ماده حل شده در یک محلول سیر نشده کمتر از غلظت آن در یک محلول سیر شده است.

▪ محلول فراسیرشده

می‌توان از یک ماده حل شونده جامد ، محلول فراسیر شده تهیه کرد که در آن، غلظت ماده حل شده بیشتر از غلظت آن در محلول سیر شده است. این محلول ، حالتی نیم پایدار دارد و اگر مقدار بسیار کمی از ماده حل شونده خالص بدان افزوده شود، مقداری از ماده حل شده که بیش از مقدار لازم برای سیرشدن محلول در آن وجود دارد، رسوب می‌کند.

● خواص فیزیکی محلولها

بعضی از خواص محلولها به دو عامل ، نوع ماده حل شده و غلظت آن در محلول بستگی دارند. این مطلب برای بسیاری خواص فیزیکی محلولها از جمله ، محلولهای آبی درست به نظر می‌رسد. برای مثال، محلول نمک طعام در آب بی رنگ پرمنگنات پتاسیم در آب، بنفش صورتی است (در اینجا نوع ماده حل شده مطرح است). افزون بر این ، می‌دانیم که هر چه بر محلول پرمنگنات آب بریزیم و آن را رقیقتر کنیم، از شدت رنگ آن کاسته می‌شود (اینجا غلظت محلول مطرح است)

یکی دیگر از خواص فیزیکی که به این دو عامل بستگی دارد، قابلیت هدایت الکتریکی محلول آبی مواد گوناگون است.

چهار خاصه فیزیکی دیگر از محلولها وجود دارد که به نوع و ماهیت ذرات حل شده بستگی ندارد، بلکه فقط به مجموع این ذرات وابسته است. به عبارت دیگر ، تنها عامل موثر بر خواص محلول در اینجا ، غلظت است. چنین خواصی از محلول را معمولا "خواص جمعی محلولها" (خواص کولیگاتیو)).Colligative properties) می‌نامند

 و عبارتند از کاهش فشار بخار ، صعود نقطه جوش ، نزول نقطه انجماد و فشار اسمزی.

▪ کاهش فشار بخار

وقتی یک حل شونده غیر فرار در یک حلال حل می‌شود، فشار بخار آن کاهش می‌یابد و مقدار کاهش به مقدار حل شونده بستگی دارد. هر چه میزان حل شونده بیشتر باشد، میزان کاهش در فشار بخار بیشتر است. برای مثال اگر دو ظرف را در نظر بگیریم که در آنها مقدار مساوی مایع وجود دارد که یکی محتوی مولکولهای آب خالص و دیگری محتوی محلول قند در آب است، بدیهی است که تعداد مولکولهای آب در واحد حجم از آب قند ، کمتر از آب خالص است. به همین نسبت ، تعداد مولکولهای آب در سطح آب قند ، نیز کمتر می‌باشد. بنابراین، نسبت مولکولهای پرانرژی آب که قادر به تبخیر از سطح آب قند هستند، کمتر می‌باشد و در نتیجه فشار بخار محلول کمتر می‌شود.

▪ افزایش نقطه جوش

در اثر حل شدن مقداری حل شونده غیر فرار در یک حلال ، نقطه جوش آن افزایش می‌یابد. مقدار افزایش فقط به مقدار حل شونده بستگی دارد. برای مثال ، آب در شرایط متعارفی (دمای ۲۵درجه سانتیگراد و فشار بخار یک اتمسفر یا ۷۶۰میلی متر جیوه) در ۱۰۰درجه سانتیگراد می جوشد. اما اگر در آب، مقداری قند مثلا به غلظت یک مولال (یک مول در ۱۰۰۰گرم آب) بریزیم، فشار بخار محلول آب قند به اندازه ۱۴میلی متر جیوه کاهش می‌یابد و در نتیجه محلول در ۵۲/۱۰۰درجه سانتیگراد می‌جوشد.

▪ کاهش نقطه انجماد

وقتی یک حل شونده غیر فرار در یک حلال حل می‌شود، نقطه انجماد آن کاهش می‌یابد. بنابراین دمای انجماد محلولهای آبی همیشه کمتر از دمای انجماد آب خالص است. استفاده از این خاصیت در رادیاتور اتومبیل می‌باشد که برای جلوگیری از یخ زدن آب رادیاتور اتومبیل در زمستان ، به آن مقداری مایع به نام ضد یخ می‌افزایند. همچنین با اضافه کردن نمک (مانند کلرید سدیم) همراه با شن ریز روی آسفالت خیابانهای شهر ، هیدراته شدن یونهای نمکها مستلزم مصرف مقداری آب است که از ذوب شدن برف فراهم می گردد. بنابراین آب نمک غلیظی فراهم می‌شود که حتی در ۲۰درجه زیر صفر منجمد نمی‌ شود.

▪ فشار اسمزی

اگر در ظرف U شکلی ، حلال A از مخلوط حلال و حل شونده (B + A) به وسیله یک غشای نیمه تراوا ، جدا شود، چون فقط حلال از غشا عبور می‌کند، بعد از رسیدن به حالت تعادل ، ارتفاع مایع در قسمت که حل شونده وجود دارد بالا می رود. 

اگر به این ستون فشار وارد شود تا سطح مایع در دو طرف یکسان شود، این فشاراسمزی است که به علت حل شدن حل شونده غیر فرار در حلال ایجاد شده است. 

به عکس فرآیند اسمز ، اسمز معکوس گویند که برای شیرین کردن آب استفاده می شود. همچنین برای تعیین جرم مولکولی پلیمرها ، پروتئینها و بطور کلی مولکولهای سنگین از فشار اسمزی استفاده می‌شود.

به نام یگانه خالق هستی

موضوع:اسیدها

گردآورنده:محمّدیوسفی

معلم مربوطه:آقای سلامی

کلاس دوم تجربی

دبیرستان شهید رجایی1

اسیدها

 اسیدها موادی ترش مزه اند خاصیت خورندگی دارند شناساگرها را تغییر رنگ می دهند و بازها را خنثی می کنند.

● تعریف قدیمی

اسیدها موادی ترش مزه اند خاصیت خورندگی دارند شناساگرها را تغییر رنگ می دهند و بازها را خنثی می کنند.

بازها موادی با مزهٔ گس-تلخ اند حالتی لزج دارند شناساگرها را تغییر رنگ می دهند و اسیدها را خنثی می کنند.

▪ لی بیگ: اسیدها موادی اند که در ساختار خود هیدروژن یا هیدروژن هایی دارند که در واکنش با فلزها توسط یون های فلز جایگزین می شوند.

▪ آرنیوس: اسیدها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب یون +H آزاد می کنند. بازها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب یون -OH آزاد می کنند.این تعریف فقط به موادی محدود می‌شود که در آب قابل حل باشند. حدود سال ۱۸۰۰، شیمی دانان فرانسوی از جمله آنتوان لاووازیه، تصور می کرد که تمام اسیدها دارای اکسیژن هستند. شیمی دانان انگلیسی از جمله سر همفری دیوی، معتقد بود که تمام اسیدها دارای هیدروژن هستند. شیمی دان سوئدی، سوانت آرنیوس، از این عقیده برای گسترش تعریف اسید استفاده نمود.

▪ لوییس: اسیدها موادی هستند که در واکنش های شیمیایی پیوند داتیو می پذیرند. بازها موادی هستند که در واکنش های شیمیایی پیوند داتیو می دهند.تعریف لوییس را با نظریه اوربیتال مولکولی هم می‌توان بیان کرد. به طور کلی، اسید می‌تواند یک جفت الکترون از بالاترین اوربیتال خالی در پایین اوربیتال خالی خود دریافت کند. این نظر را گیلبرت ن. لوییس مطرح کرد. با وجود این که این تعریف گسترده ترین تعریف است، تعریف لوری-برونستد کاربرد بیشتری دارد. با استفاده از این تعریف می‌توان میزان قدرت یک اسید را هم مشخص نمود. از این مفهوم در شیمی آلی هم استفاده می‌شود (مثلاً در کربوکسیلیک اسید)

● نگاه اجمالی

بشر از دیر باز با مفهوم ساده اسید آشنایی داشته است. در حقیقت این مواد، حتی قبل از آنکه شیمی به صورت یک علم در آید، شناخته شده بودند. اسیدهای آلی همچون سرکه و آبلیمو و آب غوره از قدیم معروف بودند. اسیدهای معمولی مانند اسید سولفوریک ، اسید کلریدریک و اسید نیتریک بوسیله کیمیاگران قدیم ساخته شدند و بصورت محلول در آب بکار رفتند. برای مثال اسید سولفوریک را جابربن حیان برای نخستین بار از تقطیر بلورهای زاج سبز (FeSO۴.۷H۲O) و حل کردن بخارات حاصل در آب ، بدست آورد.

در طی سالیان متمادی بر اساس تجربیات عملی لاووازیه (A.L.Lavoisier) چنین تلقی می‌گردید که اجزاء ساختمان عمومی کلیه اسیدها از عنصر اکسیژن تشکیل گردیده است. اما بتدریج این موضوع از نظر علمی روشن و اعلام گردید که چنانچه این موضوع صحت داشته باشد، بر خلاف عقیده اعلام شده در مورد اکسیژن ، این عنصر هیدروژن است. در حقیقت ، تعریف یک اسید بنا به فرمول اعلام شده از سوی لیبیگ: (J. Von Liebig) در سال ۱۸۴۰عبارت است از

ـ موادی حاوی هیدروژن که می‌توانند با فلزات واکنش نموده و گاز هیدروژن تولید نمایند.

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

● خواص عمومی اسیدها

▪ محلول آبی آنها یونهای پروتون آزاد می‌کند

▪ موادی هستند که از نظر مزه ترشند

▪ کاغذ تورنسل را سرخ رنگ می‌کنند

▪ با برخی فلزات مانند آهن و روی ترکیب شده گاز هیدروژن می‌دهند

▪ با قلیاها (بازها) واکنش نموده و املاح را تشکیل می‌دهند

با کربنات کلسیم (مثلا به صورت سنگ مرمر) بشدت واکنش دارند، بطوریکه کف می‌کنند و گاز کربنیک آزاد می‌نمایند.

● اکسیدهای اسیدی

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

N۲O۵(s) + H۲O → H+ + NO۳-aq

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

اسید ۲ + باز ۱ <----- اسید ۱ + باز ۲

قدرت اسیدها ، بر میل آنها برای از دست دادن یا گرفتن پروتون استوار است. هر چه اسید قویتر باشد، باز مزدوج آن ضعیفتر است. در یک واکنش ، تعادل در جهت تشکیل اسید ضعیفتر است. اسید پرکلریک ، HClO۴، قویترین اسید است، و باز مزدوج آن ، یعنی یون پرکلرات ، -ClO۴، ضعیفترین باز می‌باشد. H۲، ضعیفترین اسید و باز مزدوج آن یعنی یون هیدرید ، +H قویترین باز می‌باشد

● نظریه لوییس درباره اسیدها

گیلبرت لوییس مفهوم گسترده‌تری برای اسیدها در سال ۱۹۳۸پیشنهاد داد که پدیده اسید - باز را از پروتون رها ساخت. طبق تعریف لوییس ، اسید ماده‌ای است که بتواند با پذیرش یک زوج الکترون از باز ، یک پیوند کوولانسی تشکیل دهد. در نظریه لوییس به مفهوم زوج الکترون و تشکیل پیوند کووالانسی تاکید می‌شود. تعریف لوییس در مورد اسیدها بسیار گسترده‌تر از آن است که برونشتد عنوان نموده است. ترکیبات شیمیایی که می‌توانند نقش اسید لوییس داشته باشند، عبارتند از:

مولکولها یا اتمهایی که هشت‌تایی ناقص داشته باشند

(BH۳ + F- → BH۴-(aq

بسیاری از کاتیونهای ساده می‌توانند نقش اسید لوییس داشته باشند.

Cu+۲ + ۴NH۳ → Cu(NH۳)۴+۲

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

Ni + ۴CO → Ni(CO)۴

ترکیباتی که اتم مرکزی آنها تونایی گسترش لایه ظرفیتی خود را داشته باشند ، در واکنشهایی که این گسترش عملی شود، نقش اسید دارند، مثلا در واکنش مقابل ، لایه ظرفیتی اتم مرکزی (Sn) از ۸به ۲الکترون گسترش یافته‌است.

SnCl۴ + ۲Cl- → SnCl۶-۲aq

برخی ترکیبات به علت داشتن یک یا چند پیوند دو گانه در مولکول ، خاصیت اسیدی دارند. مثلا CO۲

قدرت اسیدی و ساختار مولکولی.

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

● هیدریدها

برخی از ترکیبات کووالانسی دوتایی هیدروژن دار اسیدی هستند.دو عامل بر قدرت اسیدی هیدریدیک

عنصرموثر است:الکترونگاتیوی عنصرو اندازه اتمی عنصر.

قدرت اسیدی هیدریدهای عناصر یک گروه، با افزایش اندازه اتم مرکزی افزایش می‌یابد. در تناوب دومNH۳>H۲O>HF در گروه VIبه اینصورت است:

H۲Te > H۲Se > H۲S > H۲O

● اکسی ‌اسیدها

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

.H-O-Z

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

● مهمترین اسیدهای قوی

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

● مهمترین اسیدهای ضعیف

یونیزاسیون این اسیدها در آب کامل نمی‌باشد و هرگز به ۱۰۰%نمی‌رسد. مثال متعارف آنها ، اسید استیک ، اسید کربنیک ، اسیدفلوریدریک ، اسید نیترو و تا حدودی اسید فسفریک است.

اسیدها مزه ترشی دارند بعضی اسیدها سمی هستند بعضی باعث سوختگی های شدید می شوند و تعدادی نیز کاملاً بی ضرر به شمار می آیند بعضی اسیدها نیز خوراکی و بسیار مفید هستند ما اسید سیتریک را از پرتقال و لیموترش به دست می آوریم بدنمان هم اسیدهایی را می سازند که به گوارش غذا کمک می کنند.

اسید سولفوریک یکی از قوی ترین و مهم ترین اسیدها است که به مقدار فراوان در تولید انواع کود ، فرآورده های نفتی و آهن و فولاد بکار گرفته می شوند آب باتری اتومبیل ها اسید سولفوریک رقیق شده با آب خالص است سایر اسیدهای قوی عبارتند از: اسید نیتریک و اسید کلرید ریک.

بازها یا قلیاها موادی هستند که مخالف و ضد اسیدها به شمار می آیند گرچه بعضی بازها از قبیل آهک (هیدروکسید کلسیم) و سود سوز آور همانند اسیدها خیلی فعال و خورنده هستند از بازها در فرآیند های صنعتی استفاده می شوند هیدروکسید منیزیم (مایع یا پودر سفیدی که برای برطرف کردن درد ناشی از حالت اسیدی معده مصرف می کنیم) نمونه ای از یک باز ملایم است بازی که در آن قابل حل می باشد ، قلیا نامیده می شود وقتی یک اسید و یک باز به نسبت مناسب با هم مخلوط می شوند یکدیکر را خنثی می کنند برای مثال اگر اسید کلرید ریک با سود سوز آور مخلوط شود حاصل واکنش آنها نمک معمولی و آب خواهد بود بعضی مواد وقتی با اسید و بازها تماس پی�

محمد جهانی

۰۱شهید نصیری

عنصر رادیواکتیو پلوتونیوم بیش از تصورات قبلی سرطانزا است.

هوالحق

نام : مجتبی مرادطلب

کلاس : 06

 دیمیتری ایوانویچ مندلیف

متولد : 8 فوریه 1834

وفات : 2 فوریه 1906 (72 سال)

ملیت : روسیه   

علت شهرت : بنیانگذار جدول تناوبی عناصر شیمیایی

جوایز : مدال کاپلی (1905)

دمیتری ایوانویچ مِندِلیف

 (به روسی: Дмитрий Иванович Менделеев)

 (به انگلیسی: Dmitri Ivanovich Mendeleev)

 شیمی‌دان معروف اهل روسیه است. وی پایه‌گذار جدول تناوبی عناصر شیمیائی موسوم به «جدول مندلیف» است، او بوسیله این جدول توانست وجود تعداد زیادی از عناصر کشف نشده را پیش‌بینی نماید.

   نام :   مجتبی مرادطلب 

کلاس :   06

شهید نصیری 

 الکتروليز     

فرايندی که طی آن انرژی الکتريکی تبديل به انرژی شيميايی می شود،را الکتروليز می گويند.

اين پديده درسلولی به نام سلولهای الکتروليتی انجام می گيرد.وشامل دوالکترود است که هريک توسط يک رشته سيم رسانا به يک قطب باتری  متصل شده اند ودرمحلول الکتروليت مناسب قرار می گيرند .واکنشی که درسلول الکتروليتی انجام می گيرد انرژی خواه بوده ودرنتيجه محتوای انرژی فراورده بالاترازواکنش دهنده ها می باشد .باتری قرارگرفته درمدار نقش يک پمپ الکترون راداردکه با صرف کارالکتريکی ،الکترون را از آند گرفته ودراختيار کاتد قرار می دهد.

بايد درنظر داشته باشيد که :

مهدی هادی پور/مدرسه شهید نصیری/کلاس05

امواج الکترومغناطیسی

دید کلی

در مکانیک کلاسیک و ترمودینامیک تلاش ما بر این است که کوتاهترین وجمع و جورترین معادلات یا قوانین را که یک موضع را تا حد امکان بطور کامل تعریف می‌کنند معرفی کنیم. در مکانیک به قوانین حرکت نیوتن و قوانین وابسته به آنها ، مانند قانون گرانش نیوتن، و در ترمودینامیک به سه قانون اساسی ترمودینامیکرسیدیم. در مورد الکترومغناطیس ، معادلات ماکسول به عنوان مبنا تعریف می‌شود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که معادلات ماکسول توصیف کاملی از الکترو‌مغناطیس بدست می‌دهد و علاوه برآن اپتیک را به صورت جزء مکمل الکترومغناطیس پایه گذاری می‌کند. به ویژه این معادلات به ما امکان خواهد داد تا ثابت کنیم که سرعت نور در فضای آزاد طبق رابطه (C = 1/√μ₀ ε₀) به الکترومغناطیس|کمیتهای صرفا الکتریکی و مغناطیسی مربوط می‌شود.

یکی از نتایج بسیار مهم معادلات ماکسول ، مفهوم طیف الکترومغناطیسی است که حاصل کشف تجربی موج رادیویی است. قسمت عمده فیزیک امواج الکترومغناطیسی را از چشمه‌های ماورای زمین دریافت می‌کنیم و در واقع همه آگاهیهای که درباره جهان داریم از این طریق به ما می‌رسد. بدیهی است که فیزیک امواج الکترومغناطیسی خارج از زمین در گسترده نور مرئی از آغاز خلقت بشر مشاهده شده‌اند. 

تعریف امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی یک رده از امواج است که دارای مشخصات زیر است:

• امواج الکترومغناطیسی دارای ماهیت و سرعت یکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس ، یا طول موج باهم تفاوت دارند
• در طیف امواج الکترومغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانس دلخواه را می‌توانیم تولید کنیم.
• برای مقیاسهای بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شده‌ای وجود ندارد.
• از جمله منابع زمینی امواج الکترومغناطیسی می‌توان به امواج دستگاه رله تلفن ، چراغهای روشنایی و نظایر آن اشاره کرد.
• این امواج برای انتشار خود نیاز به محیط مادی ندارند.
• قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.
• امواج الکترومغناطیسی جزو امواج عرضی هستند.

گستره امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی از طولانی‌ترین موج رادیویی ، با طول موج‌های معادل چندین کیلومتر ، شروع شده پس از گذر از موج رادیویی متوسط و کوتاه تا نواحی کهموج ، فروسرخ و مرئی امتداد می‌یابد. بعد از ناحیه مرئی فرابنفش قرار دارد که خود منتهی به نواحی اشعه ایکس ، اشعه گاما و اشعه کیهانی می‌شود. نموداری از این طیف که در آن نواحی قراردادی طیفی نشان داده می‌شوند در شکل آمده است که این تقسیم بندی‌ها جز برای ناحیه دقیقا تعریف شده مرئی لزوما اختیاری‌اند. 

یکاهای معروف فیزیک امواج الکترومغناطیسی

• طول موج λ بنا به تناسب مورد ، برحسب متر و همچنین میکرون یا میکرومتر μm ، واحد آنگستروم A و واحد ایکس XU نشان داده می‌شود.
  
  
• با بکار بردن متر به عنوان واحد طول ، طول موجهای نوری بایستی بنا به تناسب برحسب ، nm سنجیده شوند، ولی هنوز آنگستروم یک واحد رسمی بوده و به عنوان متداول ترین واحد درطیف نمایی بکار برده می‌شود.
  
  
• واحد XU ابتدا به شکل مستقل طوری تعریف شده بود که رابطه آن با آنگستروم به صورت 1A = XU 1002.060بود. این واحد اکنون دقیقا معادل ^10-10 یا m 10^-13 تعریف شده است.
  
  
• علی رغم طبقه بندی عمومی تابش با طول موج ، کمیت مهم از نظر ساختار اتمی و مولکولی فرکانس <ν = c/λ_vacΔE = hv به اختلاف انرژی ΔE بین دو حالت ساکن دستگاه مربوط است. در طول موجهای کوتاهتر مناسب‌تر آن است که به جای ν واحد متناسب با آن یعنی عدد موجیδ = 1/λ_vac = c/v جایگزین شود. مؤلفین مختلف واحدهای مختلفی را برای عدد موجیمانند ΄ν ، K و δ بکار می‌برند که همگی یکسان‌اند، در این بحث علامت δ انتخاب شده است، زیرا امکان اشتباه آن با خود ν و یا سایر ثابتها کم است.
  
  
• واحد عدد موجی یک بر سانتیمتر است که گاهی کایزر (K) نامیده می‌شود. واحد کوچکتر آن میلی کایزر است که (mk) واحد مناسبی برای ساختار فوق ریز و کارهای مربوط به عرض خطی است. هر چند که متخصصین طیف نمایی فرکانس رادیویی برای این قبیل کمیتها واحد فرکانس یعنی MHz را بکار می‌برند (MHz 29.979=mk 1 ).
  
  
• انرژی موج را بر حسب واحد الکترون ولت (ev) بیان می‌کنند که انرژیهای فوتونی خیلی بالا (مربوط به طول موجهای خیلی کوتاه) یک الکترون ولت معادل 1.6x10^-19J است.

طیف نمایی و امواج الکترومغناطیسی

• ناحیه مرئی یا نور مرئی (4000-7500 آنگستروم) توسط نواحی فروسرخ از طرف طول موجهای بلند ، فرابنفش از طرف طول موجهای کوتاه ، محصور شده است. معمولا این نواحی به قسمتهای فروسرخ و فرابنفش دور و نزدیک ، با محدوده‌هایی به ترتیب در حدود 30 میکرومتر و 2000 آنگستروم تقسیم می‌شوند که نواحی مزبور دارای شفافیت نوری برای موادی شفاف از جمله منشورها و عدسیها می‌باشند.
  
  
• تا این اواخر ناحیه مرئی متشکل از فروسرخ تا فرابنفش نور توسط گافهایی از نواحی رادیویی و اشعه ایکس سوا می‌شدند که در آنها بر انگیزش و آشکار سازی تابش با طول موجهای متناسب ممکن نبوده است. اختراع رادار در سالهای جنگ (45 - 1938) راه ورود به نواحی امواج خیلی کوتاه رادیویی یا کهموج را باز کرد، در حالی که در همان زمان طیف شناسان فروسرخ دامنه فعالیت خود را تا به نواحی طول موجهای بلندتر توسعه می‌دادند. این دو ناحیه هم اکنون ابعاد کوچکتر از میلیمتر روی هم می‌افتند.
  
  
• گاف طول موج کوتاه ، بخاطر جالب بودنش برای متخصصین فیزیک پلاسما و اختر فیزیک به خوبی پر شده است. هم اکنون حدود طیف نمایی نوری به زیر 2 آنگستروم رسیده است در حالی که مرز پرتوهای ایکس نرم تا 50 آنگستروم می‌رسند. تشخیص بین پرتو نوری و پرتو ایکس ، در ناحیه پوشش فوق الذکر بر منشأ خطوط طیفی مبتنی است.
  
  
• طیف نمایی نوری با گذار‌های الکترونهای خارجی یا ظرفیتی و طیف نمایی اشعه ایکس با گذارهای الکترونهای داخلی مربوط می‌کند. طیفهای نوری ، طول موجهای خیلی کوتاه از الکترونهای خارجی عناصری با درجه یونش بسیار بالا بوجود می‌آیند.

کاربرد‌های امواج الکترومغناطیسی

• کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در مخابرات: از این جمله می‌توان فیبر نوری ، دستگاه رله تلفن ، موجبرها ، ماهواره و ... اشاره کرد.
  
  
• کاربرد‌های امواج الکترو‌مغناطیسی در نظامی: مانند بمب الکترومغناطیسی ، انواع رادار ، ردیابهای موشک و ... .
  
  
• کاربردهای امواج الکترو مغناطیسی در پزشکی: از قبیل عکسبرداری مغناطیسی ، رادیولوژی ، سونوگرافی با لیزر ، کاربرد اشعه ایکس و گاما در فیزیک پزشکی و ... .
  
  
• کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در صنعت: انواع برشکاریهای لیزری ، قطار الکترو‌مغناطیسی و صندلی مغناطیسی و ... .
  
  
• کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در اخترشناسی: با مطاله طیف الکترومغناطیسی گسیل شده از جو می‌توان به ساختار اجرام آسمانی پی‌برد.

رضا پورابراهیم/مدرسه شهید نصیری/کلاس05

طول موج

طول موج فاصله بین دو نقطه نظیر هم روی یک موج است. بطور معمول طول موج را از یک قله موج تا قله‌ی دیگر آن اندازه می‌گیرند.

دید کلی

بیشتر ما موجهای روی دریا را دیده‌ایم. این موجها بیش از آنکه به ساحل برسند، آب دریا را موج دار می‌کنند. به بالاترین نقطه‌های این موجها قله‌ی موج و به پایین‌ترین نقطه‌های آنها دره‌ی موج می‌گویند. فاصله بین یک قله موج تا قله‌ی دیگر را طول موج می‌نامند. 

موجهای صدا

همه شکلهای انرژی متحرک ، از جمله صدا ، نور و گرما بصورت موج حرکت می‌کنند. همه‌ی آنها ، درست مانند موجهای دریا ، طول موجی دارند. برای مثال ، وقتی موجهای صدا در هوا حرکت می‌کنند، در فشار هوا تغییر اندکی بوجود می‌آورند. قله‌های موجهای صدا در نقطه هایی واقع می شوند که فشار هوا به بیشترین حد خود می‌رسد. گوشهای ما ، تغییر فشار هوا را دریافت می‌کنند و پیامی به مغز می‌فرستند. 

طول موجهای متفاوت

طول موج نیز مانند بسامد (میزان بالا و پایین رفتن موج) ، روی ویژگیهایی موج تأثیر می‌گذارد؛ زیرا این دو باهم ارتباط نزدیک دارند. برای مثال ، موجهای صدای کم بسامد نسبت به موجهای صدای پر بسامد ، طول موج بزرگتری دارند. همچنین طول موج نور سرخ از طول موج نور آبی بزرگتر است. نور بخشی از گستره‌ی موجهای انرژی است که شامل موجهای رادیویی ، ریزموجها (مایکروویوها) ، پرتوهای فرو سرخ ، پرتوهای فرابنفش ، پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما می‌شود که همه‌ی آنها با سرعت 300 هزار کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کنند. همه اینها باهم طیف الکترومغناطیس را تشکیل می‌دهند. 

طول موج و بسامد

اگر سرعت موج (بر حسب متر بر ثانیه) را بر بسامد آن (بر حسب هرتز) تقسیم کنید، طول موج آن بر حسب متر بدست می‌آید. برای مثال که به سرعت 344 متر بر ثانیه حرکت می‌کند و بسامد آن 688 هرتز است، طول موجی برابر 5/0 متر دارد. 

طیف الکترومغناطیسی

طیف الکترومغناطیسی شامل گستره‌ی بسیار وسیعی از موجهای انرژی است که همه مانند هم حرکت می‌کنند. امواج الکترومغناطیسی طیف بسیار وسیعی از طول موجهای بسیار کوچک تا بسیار بزرگ را در بر‌ می‌گیرند. این امواج را با توجه به اندازه طول موج به هفت دسته‌ مختلف تقسیم‌بندی می‌کنند که شامل امواج گاما با طول موجهایی کوچکتر از سانتیمتر تا امواج رادیویی با طول موج بزرگتر از ۱۰ سانتیمتر را شامل می‌شوند. همانطور که در شکل بالا ملاحظه می‌شود محدوده امواج نوری که قابل دیدن توسط چشم انسان می‌باشند، محدوده بسیار کوچکی از این طیف گسترده است. با حرکت از سمت امواج رادیویی به سمت امواج گاما ، همزمان با کاهش طول موج ، فرکانس آن و در نتیجه انرژی موج افزایش می‌یابد. چون بخشهای گوناگون طیف ، طول موجهای متفاوتی دارند، ویژگیهای آنها نیز متفاوت است. برای مثال موجهای نوری را می‌توانیم ببینیم، و پرتو ایکس بخشی از طیف است که از اجسام جامد ، مانند پوست‌ها ، عبور می‌کنند. 

کاربرد امواج ، طول موجهای متفاوت

موجهای رادیویی در فرستنده‌های رادیویی کار می‌کنند. موجهای رادیویی با بسامد بسیار زیاد (UAF) مربوط به موجهای تلویزیون هستند. ریزموجهای بلندتر در رادار به کار می‌روند. ریزموجهای کوتاه در اجاق مایکروویو به کار می‌روند. پرتوهای فروسرخ در دوربینهای حساس به گرما به کار می‌روند. نور مرئی از سرخ تا بنفش برای رؤیت به رنگهای مختلف و پرتوهای فرابنفش در تختهای مخصوص حمام آفتاب به کار می‌روند. پرتوهای ایکس برای نگاه کردن به درون اجسام بکار می‌روند و از پرتوهای گاما برای آشکارسازی ترک در فلز به کار می‌رود. پلیس‌ها اغلب برای تشخیص سرعت خودروها از رادار استفاده می‌کنند. موجهای رادار که از تفنگی شلیک می‌شوند، به وسیله‌ی نقلیه‌ای که در حال حرکت است می‌خورند و بر می‌گردند. بسامد موج برگشتی سرعت وسیله‌ی نقلیه را مشخص می‌کند. 

رضا زارعی/مدرسه شهید نصیری/کلاس05

اشعه ماوراء بنفش چیست؟

انسان از قرن­ها پیش اعتقاد داشت که نور خورشید می‌تواند از اشاعه عفونت­ها جلوگیری کند. در سال 1877 دو محقق انگلیسی به نام­های دانز و بلونت دریافتند که تکثیر میکروارگانیسم­ها زمانی که تحت تابش نور آفتاب قرار می‌گیرند، متوقف می‌شود. تحقیقات بعدی نشان داد که عامل این پدیده طیف غیرقابل رؤیت اشعه خورشید با طول موج 254 نانومتر است. در پی این کشف، امکان طراحی و ساخت دستگاه­های مولد اشعه باکتری­کش میسر گردید. امروزه این نوع اشعه که باعث جلوگیری از فعالیت باکتری­ها می‌گردد، به عنوان اشعه ماورای بنفش"UV" شناخته شده است. تحقیقات جدید در مورد تأثیر این پرتو بر روی میکروارگانیسم­ها منجر به ساخت سیستم­های جدید ضدعفونی برای مایعات، هوا و همچنین سطح اجسام گردید. بدین ترتیب، ضدعفونی بدون استفاده از مواد شیمیایی میسر شد و ضدعفونی در مواردی که قبلاً مشکل و یا غیر ممکن بود نیز امکان پذیر گردید. امروزه ضدعفونی با اشعه ماورای بنفش، نه فقط به عنوان یک روش با ارزش و موثر شناخته شده، بلکه در خیلی از موارد به عنوان مکمل سایر روش­های ضدعفونی به‌کار گرفته می‌شود.

تعریف ماورای بنفش:

اصطلاح UV برداشتی از نام انگليسی Ultravioletبه مفهوم Ultraدر زبان لاتين "ماورا يا فرا" و Violet به مفهوم "بنفش" که در طيف نور مرئی کوتاه­ترين طول موج را دارا می­باشد.

کاربردهای اشعه فرابنفش:

برای ضدعفونی کردن آب­ها، تخریب نسوج، تخریب باکتری­ها، تحريک­پذيری شديد روی اعضای حسی سطحی، سطوح کار، فضای آزمایشگاه­ها، بیمارستان­ها و صنایع غذایی مورد استفاده قرار می­گیرد.

لامپ‌های فلورسنت اشعه ماورای بنفش:

لامپ‌های فلورسنت قادرند با یونیزه نمودن بخار جیوه، تابش فرابنفش تولید کنند. لایه‌ای فسفری در داخل تیوب همراه با جذب تابش فرابنفش است که آن را تبدیل به نور مرئی می‌نماید.

مزایای کاربرد اشعه ماورای بنفش:

• رفع موثر آلودگی میکروبی بدون آلودگی شیمیایی و ضدعفونی موثر میکروارگانیسم­های مقاوم در برابر کلر و اُزون
• عدم ایجاد ترکیبات جانبی مضر و بیماری‌زای شیمیایی
• عدم ایجاد طعم و بوی شیمیایی
• عدم تغییر در کیفیت فیزیکی و شیمیایی
• عدم ایجاد عوارض فوری و حساسیت
• عدم تخریب محیط زیست، نابودسازی انگل­های مقاوم به ضدعفونی كننده­های شيميايی مانند کریپتوسپور و ژیاردیا

مکانیسم ضدعفونی با اشعه ماورای بنفش:

اشعه ماورای بنفش، میکروارگانیسم­ها را به وسیله اثر متقابل شیمیایی غیرفعال نمی‌کند، بلکه آن­ها را به وسیله جذب نور توسط خودشان غیرفعال می­نماید که باعث واکنش فتوشیمیایی می‌شود. اشعه UV در دیواره سلولی میکروارگانیسم­ها نفوذ کرده و اسیدهای نوکلئیک و دیگر مواد سلولی حیاتی را مورد هدف قرار می­دهد. برای از بین بردن میکروارگانیسم­های کوچک مانند باکتری­ها و ویروس­ها مقداری اشعه ماورای بنفش لازم است، اما برای از­ بین بردن و غیر­فعال کردن پروتوزآها مانند ژیاردیا انرژی اشعه مورد نیاز، چندین برابر انرژی لازم برای غیرفعال کردن باکتری­ها و ویروس­ها می‌باشد.

نحوه مقاومت بدن در برابر اشعه ماورای بنفش

جهت حفاظت از اثرات مخرب تابشماورای بنفش بدن انسان گاهی (با توجه به نوع پوست و نژاد)، از خود نوعی رنگدانه (پیگمان) قهوه‌ای آزاد می‌کند.

توصیه‌­های علمی:

امروزه بعضی از محصولات به اصطلاح Sunscreenمانند ضدآفتاب‌ها دارای ترکیباتی از قبیل دی‌اکسیدتیتانیوم، اکسید روی و آووبنزونهستند که باعث محافظت بدن در برابر تابش انواع اشعه­ها می­شوند. همچنین استفاده از عینک­هایی با لنز­های پلاستیکی ترجیحاً از جنس پلی‌کربنات به جای لنزهای شیشه­ای توصیه می­شود.

رضا زارعی/مدرسه شهید نصیری/کلاس05

برنز

برنز بطور معمول ترکيبي است از مس و قلع و ممکن است حاوي مقادير کمي از سرب يا آرسنيک باشد. نسبت قلع به مس معمولا بين 5 درصد به 15 درصد است. برنز تا حدودي يک لغت عمومي است که به طيف گسترده اي ازآلياژهاي مس منسوب ميشود. با وجود اينکه مس و قلع بطور طبيعي بوجود مي آيند، اين دو سنگ معدن به ندرت با هم يافت ميشوند. برنز زنگار بوجود مي آورد اما مثل مس خالص زنگ نميزند. گرچه واژه برنز در ابتدا به هرگونه آلياژ مس که حاوي قلع بود اطلاق ميشد، اکنون عموما براي توصيف انواع آلياژهاي مس شامل برنز آلومينيوم، برنز منگنز يا برنز سيليکون استفاده ميشود.

قلع مورد استفاده در آلياژ برنز محصول فرعي کسيتريت( cassiterite)معدني است که يک اکسيد قلع معدني ميباشد وبا دارا بودن حدود 5 درصد قلع، آن را به يک محصول نسبتا نادر تبديل ميکند. کسيتريت در رسوبات پلاسر يا آبرفتي يافت مي شود.

عصر برنز

عصر برنز، دوره اي در توسعه يک تمدن بود؛ درست زماني که در صنعت فلزکاري تکنيک هايي براي ذوب و خالص سازي مس ، قلع و آرسنيک از سنگهاي معدني طبيعي، بوجود آمده بودند. اولين آلياژ فلز برنز، از مس و آرسنيک در سال 4200 قبل از ميلاد مسيح درآسياي صغير (آناتوليا) بوجود آمد و آلياژهاي مس - قلع توسط سومريان باستان در سال 3500 پيش از ميلاد مسيح (اوايل عصر برنز 3500-2000 پيش از ميلاد مسيح) در دره دجله و فرات عراق امروزي حاصل شدند. ساکنان درهايندوس (رود سند) نيزعصر برنزخودرادر حدود3300 سالقبلازميلادآغازکردند.

با کشف برنز جنگاوري به طرز چشمگيري تغيير کرد. با اضافه کردن آرسنيک و قلع، سختي مس به طور قابل توجهي افزايش يافته بود و هيچيک ازگرزهاي سنگي آن دوران با تسليحاتي که اين ترکيب توليد مي کرد، برابري نمي کردند. برنز همچنين در زره نيز استفاده شد که نسبت به ضربات سلاح ها غيرقابل نفوذ بود.

برنز در حدود سال 2000 پيش از ميلاد مسيح در چين پديدار شد. ريخته گري هاي اوليه برنز چيني با ريختن فلزمايعگداختني در قالب هاي شني، خاکي يا سنگي ساخته شدند. در طول اين دوران برنز براي ساختن اشياء هنري، سکه ها، جواهر و ابزار بکار مي رفت. برنز همچنين به طور گسترده در مصر باستان استفاده مي شد و ريخته گري ها براي ساخت قطعات تزئيني بزرگ معماري، بکار برده مي شدند. برنز همچنين بخاطر اينکه سخت تر از آهنوبسيار مقاوم در برابرخوردگي بود، براي ساخت سلاح مورد استفاده قرار مي گرفت.

مهدی هادی پور/مدرسه شهید نصیری/کلاس05

انواع برنج

برنج دریاسالار: شامل ۳۰٪ روی همراه با ۱٪ قلع

برنج آلفا: شامل کمتر از ۳۵٪ روی، که از آن می توان برای کارهایی با فشار بالا، ضربه و سرد استفاده کرد. ساختار کریستالی این نوع برنج FCC است .

برنج بتا: شامل ۴۵٪ تا ۵۰٪ روی که سختی و مقاومت بیشتری نسبت به گرما و فشار و ضربه دارد.

 برنج آلفاـبتا: شامل ۳۵٪ تا ۴۵٪ روی مناسب برای گرما

برنج آلومینیومی: که شامل آلومینیوم است و مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارد که از آن در ساخت سکه های اروپایی استفاده می کنند .

 برنج آرسنیکی: شامل آرسنیک. آلومینیوم است که در ساخت دیگ‌های بخار کاربرد دارد .

برنج فشنگی: شامل ۳۰٪ روی برنج معمولی: شامل ۳۷٪ روی، ارزان و مناسب برای کارهای بدون گرما (سرد)

برنج عالی: شامل ۳۵٪ روی و ۶۵٪ مس، با قابلیت انعطاف پذیری بالا، استفاده شده در ساخت فنر و پیچ ها.

 برنج سربی: همان برنج آلفاـبتا همراه با مقداری سرب است.

برنج پست: شامل ۲۰٪ روی است، با رنگ زرد نزدیک به طلا

برنج دریایی: شبیه به برنج دربا سالار با ۴۰٪ روی و ۱٪ قلع

برنج سفید: شامل بیش از ۵۰٪ روی ، بسیار شکننده

برنج طلایی: که نرم ترین فلز برنج است با ۹۵٪ مس و ۵٪ روی که در ساخت مهمات جنگی کاربرد دارد.

آلیاژ برنج

برنج ها آلیاژهای مس وروی می باشند که براساس تغییرات ترکیبی ورنگ ظاهری به برنج زرد وبرنج قرمز وبرنج سرب،برنج سیلیسیم،برنج قلع،برنج های نیکلی(ور شو)تقسیم می شوند.
خواص فیزیکی:
٣٢ % در درجه حرارت انجماد و در حدود / حد حلالیت روی در مس برابر ۵مهم α ٣۵ % در درجه حرارت محیط می باشد از این رو فاز محلول جامد ترین شبکه میکروسکوپی موجود در آلیاژ برنج است. و همانطور که در دیاگرم مس وروی نشان داده شده است

اکثر آلیاژهای برنج دارای دامنه انجماد بسیار کم بوده ووجود فلزات دیگر در مس عملاً باعث پائین آمدن نقطه ذوب می شود و هر قدر دامنه انجماد کمتر باشد،سیالیت آلیاژ بهتر خواهد بود ولی این امر معمولاً با زیادشدن حجم انقباض متمرکز همراه است و کاملاً برای ریخته گری مناسب می باشند واز نقطه نظر شبکه محلولهای جامد مس و روی دارای خواص زیر می باشند:
الف)محلول جامد α : این شبکه در سرما چکش خوار می باشد ولی چکش خواری آن در گرما  منوط به نداشتن سرب در آلیاژ است(به دلیل تشکیل سرب مایع در گرما)
  ب)محلول جامد β  : در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم می باشد وشبکه خاصیت چکش خواری  خود را در گرما حفظ می کند.
  ج)محلول جامد  : γاین شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه را دارد .
باید مقدار فلز روی از γ بوده وبرای به وجود آمدن شبکه β اگر مقدار فلز روی از ۵٠ %کمتر ابشد آلیاژ در ناحیه
۵٠ %تجاوز کند.به همین دلیل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از ۴٧ %است ورنگ برنج به مقدار روی
بستگی دارد.
تشکیل شده باشد در این صورت خواص مکانیکی با افزایش فلزروی بالا میα اگر برنج تنها از محلول جامد
تشکیل شده باشد β و α رود سپس با افزایش بیش از حد روی دوباره کاهش می یابد.اگر برنج از شبکه
مقدار درصد تغییر شکل به کم شدن ادامه می دهد در حالیکه سختی پیوسته زیاد می شود.
در جدول زیر آورده شده است: α تاثیر روی در محلول جامد
دسته بندی آلیاژهای مس:
آلیاژهای مس مانند آلومینیم به دو دسته آلیاژهای کارپذیر(نوردی)وریختگی تقسیم می گردند.هر دسته از
این آلیاژها نیزبر حسب شرایط ترکیبی وعناصر آلیاژی می توانند عملیات حرارتی پذیر یا عملیات حرارتی
ناپذیر باشند.
انواع برنجهای کارپذیر(نوردی)فقط حاوی مس وروی می باشند وعناصردیگردرحد ناخالصی در آنها وجود دارد
وبرنجهای آلیاژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری نظیر سیلیسم،آهن،
قلع،و سرب و… نیز هستند وبیشتر از طریق ریخته گری شکل می گیرند.
برنجهای مخصوص:
اگر به آلیاژ مس وروی سایر عناصر اضافه شوند به طورکلی خواص مکانیکی برنج بالا می رود واین نوع
را α+β ویا α آلیاژها را برنج مخصوص می نامند.و بالطبع نمی توان فقط ساختمانهای ساده محلول جامد
انتظار داشت.
عناصری مانند سرب،قلع،آهن،منگنز،نیکل وغیره دربرنج همواره به عنوان عنصر آلیاژی یا عنصر ناخالصی
١% تجاوز نمی کند. – حضور دارند.ومقدار این عناصر هیچگاه از حدود ٢
آلیاژ مس و روی را برنج می گویند. بر حسب درصد روی در مس می توان برنجهای متفاوتی را به دست آورد.
هر چه درصد روی در مس افزایش یابد سختی و استحکام این آلیاژ بیشتر می شود و رنگ برنج از قرمز به
٧ گرم بر سانتی متر مکعب در مذاب / ۴١٩ و چگالی ١۴ C زرد کم رنگ متمایل می شود. روی با نقطه ذوب
٨ گرم بر سانتی متر مکعب معمولاً به صورت غیر همگن یا غیر / ١٠٨٣ و وزن مخصوص ٩ C مس با نقطه ذوب
یکنواخت قرار می گیرند که مشکل اساسی جدایش را به وجود می آورد . چون روی تا ٣٢ % می تواند در
میگویند که شامل یک ساختمان α در مس وجود داشته باشد به آن برنج αدمای محیط به صورت تک فازی
تجارتی تا ٣۶ % روی دارند و α تک فازی کریستالهای محلول جامد روی و مس می باشد. معمولاً برنجهای
به دو گروه تقسیم می شوند :
قرمز که شامل ۵ الی ٢٠ % روی می باشد. α زرد که شامل ٢٠ الی ٣۶ % روی می باشدو برنج α برنج
در تهیه آلیاژهای برنج می توان دو روش را مورد استفاده قرار داد:
١-از هاردنر مس و روی استفاده نمود. لازم است در این روش مس را تحت فلاکس پوششی ذوب کرده و
بعد هاردنر را در چند مرحله به مذاب وارد نمود.
٢-استفاده از روی خالص که لازم است مس را تحت فلاکس پوششی ذوب نموده فوق گداز آن را پایین
آورده و روی را در چند مرحله به مذاب وارد نموده و کاملاً آن را مخلوط نمود. از دیاگرام مس و روی می توان
فهمید که دامنه انجماد برنجها کوتاه و سیالیت خوبی دارند.
برای ساخت برنج ٢٠ % روی لازم است مس مورد نیاز را همراه با فلاکس پوششی که شیشه
می باشد ذوب نموده و چون از روی خالص استفاده می شود بایستی فوق گداز را پایین آورده و این مقدار
روی را در چندین مرحله ( معمولاً در ٣ نوبت مناسب است ) به مذاب وارد کنیم. به دلیل نقطه ذوب و وزن
٧ گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و / ١٠٨٣ و چگالی آن ٩ C مخصوص متفاوت این دو فلز که نقطه مس
٧ گرم بر سانتی متر مکعب باعث جدایش این دو فلز از یکدیگر / ۴١٩ و وزن مخصوص ١۴ C روی با نقطه ذوب
شده و پدیده جدایش را به وجود می آورند و لذا بایستی حتماً این مذاب را توسط ابزار خوب مخلوط نموده و
اقدام به ذوب ریزی نمود.

برنجها آلياژهای مس وروی می باشند که براساس تغييرات ترکيبی ورنگ ظاهری به برنج زرد وبرنج قرمز وبرنج سرب،برنج سيليسيم،برنج قلع،برنج های نيکلی(ور شو)تقسيم می شوند.

خواص فيزیکی:

٣٢ % در درجه حرارت انجماد و در حدود / حد حلاليت روی در مس برابر ۵ مهم α ٣۵ % در درجه حرارت محيط می باشد از این رو فاز محلول جامد ترین شبکه ميکروسکوپی موجود در آلياژ برنج است. و همانطور که در دیاگرم مس وروی نشان داده شده است اکثر آلياژهای برنج دارای دامنه انجماد بسيار کم بوده ووجود فلزات دیگر در مس عملاً باعث پائين آمدن نقطه ذوب می شود و هر قدر دامنه انجماد کمتر باشد،سياليت آلياژ بهتر خواهد بود ولی این امر معمولاً با زیاد شدن حجم انقباض متمرکز همراه است و کاملاً برای ریخته گری مناسب می باشند واز نقطه نظر شبکه محلولهای جامد مس و روی دارای خواص زیر می باشند:

این شبکه در سرما چکش خوار می باشد ولی چکش خواری آن در گرما : αالف)محلول جامد منوط به نداشتن سرب در آلياژ است(به دليل تشکيل سرب مایع در گرما) در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم می باشد وشبکه خاصيت چکش خواری : β ب)محلول جامد خود ار در گرما حفظ می کند. را دارد γ این شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه :γج)محلول جامد

باید مقدار فلز روی از γ بوده وبرای به وجود آمدن شبکه β اگر مقدار فلز روی از ۵٠ %کمتر ابشد آلياژ در ناحيه ۵٠ %تجاوز کند.به همين دليل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از ۴٧ %است ورنگ برنج به مقدار روی بستگی دارد. تشکيل شده باشد در این صورت خواص مکانيکی با افزایش فلزروی بالا می α اگر برنج تنها از محلول جامد تشکيل شده باشد β و α رود سپس با افزایش بيش از حد روی دوباره کاهش می یابد.اگر برنج از شبکه مقدار درصد تغيير شکل به کم شدن ادامه می دهد در حاليکه سختی پيوسته زیاد می شود. در جدول زیر آورده شده است: α تاثير روی در محلول جامد

دسته بندی آلياژهای مس:

آلياژهای مس مانند آلومينيم به دو دسته آلياژهای کارپذیر(نوردی)وریختگی تقسيم می گردند.هر دسته از این آلياژها نيزبر حسب شرایط ترکيبی وعناصر آلياژی می توانند عمليات حرارتی پذیر یا عمليات حرارتی ناپذیر باشند.انواع برنجهای کارپذیر(نوردی)فقط حاوی مس وروی می باشند وعناصردیگردرحد ناخالصی در آنها وجود دارد وبرنجهای آلياژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری نظير سيليسم،آهن،

رضا پورابراهیم/مدرسه شهید نصیری/کلاس05

سوپر آلیاژها

معرفي تكنولوژي سوپرآلياژ و ميزان كاربرد آن در جهان و ايران
دكتر هاشمي مشاور سازمان گسترش و نوسازي صنايع ايران در زمينة معرفي مواد جديد مطالبي را بیان نموده است كه قسمت اول آن مربوط به معرفي سوپر آلياژها ميباشد و در زیر آورده شده :
معرفي وكاربردها 
سوپرآلياژها در واقع آلياژهايي مقاوم در برابر حرارت، خوردگي و اكسيداسيون ميباشند كه به لحاظ تركيب شيميايي شامل سه گروه پايه نيكل، نيكل-آهن و پايه كبالت ميباشند. اولين استفاده از سوپرآلياژها در ساخت توربينهاي گازي، طرحهاي تبديل ذغال‌سنگ، صنايع شيميايي و صنايعي كه نياز به مقاومت حرارتي و خوردگي داشتهاند بوده است. 

امروزه تناژ وسيعي از قطعات مصرفي در توربينهاي گازي از جنس سوپرآلياژها ميباشند. در ذيل به بعضي از مصارف اين قطعات اشاره شده است: 

- توربينهاي گازي هواپيما

- توربينهاي بخار نيروگاه‌هاي توليد برق

- ساخت قالب‌هاي ريختهگري و ابزارهاي گرمكار

- مصارف پزشكي و دندانپزشكي

- فضاپيماها

- تجهيزات عمليات حرارتي

- سيستمهاي نوتروني و هستهاي

- سيستمهاي شيميايي و پتروشيمي

- تجهيزات كنترل آلودگي

- تجهيزات و كورههاي نورد فلزات

- مبدلهاي حرارتي تبديل ذغال سنگ

به منظور انتخاب سوپرآلياژها جهت مصرف در كاربردهاي فوق لازم است خواص فني نظير شكلپذيري، استحكام، مقاومت خزشي، استحكام خستگي و پايداري سطحي در نظر گرفته شوند. 

تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب روش توليد 

با توجه به نحوة توليد ميتوان سوپرآلياژها را به چهار گروه كلي تقسيم‌بندي نمود كه عبارتنداز:

1) سوپرآلياژهاي كارپذير 

سوپرآلياژهاي كارپذير در حقيقت گروهي از سوپر آلياژها هستند كه قابليت كار مكانيكي دارند و از روشهاي مكانيكي ميتوان به آنها شكلداد. به منظور توليد مقاطع معيني از سوپرآلياژهاي كارپذير، اولين گام آن است كه شمشهاي سوپرآلياژها به دليل حضور عناصر فعال(عناصري كه سريع در مجاورت هوا اكسيد ميشوند) در شرايط خاصي تهيه شوند. فرايندهاي ذوب در خلاء در مورد تهيه سوپرآلياژهاي پايه نيكل و پايه آهن جزء ضروريات مي­باشد. اما در مورد سوپرآلياژهاي پايه كبالت امكان ذوب در هوا وجود دارد. اين فرايند به طور خلاصه شامل ذوب القائي تحت خلاء (VIM)، ذوب مجدد قوس الكتريكي در خلاء (VAR) و ذوب مجدد با سرباره (ESR)، فرايندهاي ترمومكانيكي و 


متالورژي پودر ميباشند. 

پس از تهيه شمشآلياژهاي كارپذير به يكي از روش‌هاي فوق عمليات شكلدهي صورت ميگيرد. عمليات شكل­دهي سوپرآلياژها نيز ميتواند توسط عمليات متداول كليه آلياژهاي فلزي انجام پذيرد. سوپرآلياژهاي پايه آهن، كبالت و نيكل را ميتوان به صورت مفتول، صفحه، ورق، نوار، سيم و اشكال ديگر توسط فرايندهاي نورد، اكستروژن و آهنگري توليد نمود. معمولاً عمليات شكلدهي در دماي بالا صورت ميگيرد و تعداد كمي از سوپرآلياژها را ميتوان به صورت سرد شكل‌دهي نمود. ساختارهاي يكنواخت و ريزدانهاي كه از شكل‌دهي سرد حاصل ميشود نسبت به ساختارهاي شكلدادن گرم ارجحيت دارند. 

عمليات ترموديناميكي بر روي سوپرآلياژها معمولاً در حدود 1000-950 درجه سانتيگراد انجام ميشود كه به اين ترتيب در حين شكل دادن عمليات حرارتي نيز صورت ميگيرد. 

2) سوپرآلياژهاي متالورژي پودر 
بسياري از انواع آلياژهاي كارپذير از طريق فرايندهاي متالورژي پودر توليد ميگردند. امروزه قطعات متالورژي پودر از جنس سوپرآلياژ با دانسيته كامل از طريق روش‌هاي اكستروژن يا پرسكاري ايزواستاتيك گرم (HIP) توليد ميگردند. مهمترين اين قطعات قيچيها و سوزنهاي جراحي ميباشند. 

فرايندهاي متالورژي پودر به‌دليل داشتن مزاياي زير بر فرايندهاي ريختهگري ترجيح داده ميشوند هر چند كه معايبي را نيز به همراه خواهند داشت: 

- يكنواختي در تركيب شيميايي و ساختار كريستالي

- ريز بودن اندازه دانههاي كريستالي

- كاهش جدايشها

- راندمان بالاتر از نظر مصرف مواد

اما مشكلاتي نظير حضور گاز باقيمانده، آلودگي كربني و آخال‌هاي سراميكي باعث ميگردد كه در برخي موارد نيز فرايندهاي شمش‌ريزي و ترمومكانيكي متداول صورت پذيرند. 

3) سوپرآلياژهاي پلي‌كريستال ريختگي 

وجود محدوديت‌هاي تكنولوژيكي سبب محدود شدن رشد صنعت سوپرآلياژ مي‌گردد و بنابراين با پيدايش فرايندهاي جديد توليد، اين صنعت نيز روز به روز توسعه مييابد.





تعداد زيادي از فرايندها را ميتوان در توليد قطعات سوپرآلياژ با اندازه نزديك به قطعة نهايي مورد استفاده قرار داد اما اساساً اين قطعات توسط فرايند ريختهگري دقيق توليد ميگردند. 

محدوده تركيب شيميايي سوپرآلياژهاي ريختگي بسيار گستردهتر از سوپرآلياژهاي كارپذير بوده و بنابراين خواص متنوعتري نيز از اين طريق قابل حصول خواهند بود هر چند كه انعطاف‌پذيري و مقاومت به خستگي در فرآيندهاي كار مكانيكي بهتر از ريختهگري خواهد بود، اما امروزه با توسعه فرآيندهاي جديد ريختهگري و انجام عمليات حرارتي متعاقب، خواص سوپرآلياژهاي ريختگي نيز افزايش يافته است. 

4) سوپرآلياژهاي تككريستالي انجماد جهتدار 
به‌منظور توسعه توربينهاي گازي مصرفي در هواپيماها و افزايش دماهاي كاري و كارآيي موتورها، به‌طور مداوم روشهاي توليد سوپرآلياژها در حال بهبود است. 

قسمت‌هاي بحراني توربينها معمولاً شامل پرههاي تحت فشار بالا، هواكشها و ديسكها ميباشند. در طول 15 سال گذشته تحقيقات بسياري در زمينه افزايش راندمان توربينها صورت گرفته است و عمده اين تحقيقات بر امكان افزايش دماي ورودي، فشاركاري و كاهش هزينههاي توليد استوار بوده است. توسعه فرايند انجماد جهتدار به‌منظور توليد تك‌كريستالي‌هاي ريختگي سبب شده تا بتوان از اين طريق پرههاي توربين را با دانههاي جهتدار در راستاي اعمال تنش توليد نمود و به اين ترتيب علاوه بر خواص پايدار حرارتي، استحكام خستگي، استحكام خزشي و انعطاف‌پذيري نيز افزايش يابند. 

با توسعه اين تكنولوژي، امروزه در توربينهاي مصرفي در نيروگاه‌هاي برق نيز از قطعات تك‌كريستال از جنس سوپرآلياژها استفاده به‌عمل ميآيد. 

در سالهاي اخير شركت هواپيمايي PWA يكي از پيشگامان توليد سوپرآلياژها مي‌باشد و توليد آلياژهاي PWA 1480 به صورت تك‌كريستال توسط اين شركت، سبب افزايش عمركاري هواپيماي جنگي F-100 گرديده است. 

تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب تركيب شيميايي 

به طور كلي اين آلياژها شامل سه گروه پايه نيكل، پايه آهن و پايه كبالت ميباشند كه بسته به درجه حرارت كاربردي مورد استفاده قرار ميگيرند 

1) سوپرآلياژهاي پايه نيكل 
امروزه آلياژهاي نيكل در حالت‌هاي "تك‌فازي"، "رسوب سختي شده" و "مستحكم‌شده توسط رسوبات اسيدي و كامپوزيتها" در مصارف صنعتي مختلف مورد استفاده قرار ميگيرند. 

سوپرآلياژهاي پايه نيكل پيچيدهترين تركيباتي ميباشند كه در قطعات دماي بالا به كار ميروند. در حال حاضر 50 درصد وزن موتورهاي هواپيماهاي پيشرفته از جنس اين آلياژها ميباشد. خصوصيات اصلي آلياژهاي نيكل، پايداري حرارتي و قابليت مستحكم شدن ميباشد. 

بسياري از اين آلياژها حاوي 10 الي 20 درصد كرم، حداكثر 8 درصد آلومينيوم و تيتانيم، 5 تا 15 درصد كبالت و مقادير كمي موليبدن، نيوبيم و تنگستن ميباشند. 

دو گروه اصلي از آلياژهاي آهن- نيكل كه ميزان نيكل آنها بيشتر از مقدار آهن است عبارت از گروهIncoloy 706 و Inconel 718 ميباشند. 

اين آلياژها معمولاً حاوي 3 تا 5 درصد نيوبيم ميباشند و در رديف آلياژهاي پايه نيكل قرار ميگيرند. آلياژهاي پايه نيكل معمولاً تا دماي 650 درجه سانتيگراد استحكام خود را حفظ ميكنند. اما در دماهاي بالاتر به سرعت استحكام خود را از دست ميدهند. 

2) سوپرآلياژهاي پايه آهن 

سوپرآلياژهاي پايه آهن نشات گرفته از فولادهاي زنگ نزن آستينتي ميباشند كه داراي زمينهاي از محلول جامد آهن و نيكل بوده و براي پايداري زمينه نياز به حداقل 25 درصد نيكل است.





- گروه‌هاي متعددي از اين آلياژها تاكنون مشخص گرديدهاند كه هر يك با مكانيزمهاي خاصي مستحكم ميشوند. برخي از اين آلياژها نظير 57-V و 286-A حاوي 25 تا 35 درصد وزني نيكل ميباشند و استحكامشان به دليل حضور آلومينيوم و تيتانيم مي‌باشد. 

- گروه دوم آلياژهاي پايه آهن كه آلياژهايX750 و Incoloy901 نمونههاي آن ميباشند، حداقل 40 درصد وزني نيكل داشته و همانند گروههاي با نيكل بالاتر استحكام بخشي توسط سختي رسوبي صورت ميگيرد. 

- گروه ديگر اين آلياژها بر پايه آهن- نيكل- كبالت ميباشند و استحكام اين گروه در محدوده 650 درجه سانتيگراد مناسب بوده و ضريب انبساط حرارتي آنها پايين ميباشد. اين آلياژها شامل Incoloy با شمارههاي 903، 907، 909، 1-1- PyrometCTX و 3-PyrometCTX و غيره ميباشند. 

3) سوپرآلياژهاي پايه كبالت 
سوپرآلياژهاي كارپذير پايه كبالت برخلاف ساير سوپرآلياژها مكانيزم استحكام بخشي متقاوتي دارند و خواص حرارتي خوبي در دماي حدود 1000 درجه سانتيگراد خواهند داشت. 

سوپرآلياژهاي پايه كبالت حاوي كرم، مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون خوبي داشته و هم چنين قابليت جوشكاري و مقاومت به خستگي حرارتي آنها نسبت به آلياژهاي پايه نيكل بالاتر ميباشد. از طرف ديگر امكان ذوب و ريختهگري اين آلياژ، در هوا با اتمسفر آرگون مزيت ديگري نسبت به ساير سوپرآلياژها كه نياز به خلاء دارند مي­باشد.

سه گروه اصلي آلياژهاي پايه كبالت را ميتوان به صورت ذيل در نظر گرفت: 

- آلياژهايي كه در دماهاي بالا در محدودة 650 تا 1150 درجه سانتيگراد مورد استفاده قرار ميگيرند كه شامل آلياژهايS-816، 25HAYNES، 188 25HAYNES، 55625HAYNES، 50UMCO ميباشند.

- آلياژهايي كه تا حدود 650 درجه سانتيگراد به كار ميروند نظيرTN3MP، 159 MP

- آلياژ مقاوم به سايش B 6 Stellite

آلياژ 2525HAYNES بيشترين كاربرد را در ميان آلياژهاي كارپذير پايه كبالت داشته اشت و در ساخت قطعات گرمكار نظير توربينهاي گازي، اجزاء راكتورهاي هستهاي، ايمپلنت‌هاي جراحي و غيره مورد استفاده قرار گرفتهاند. آلياژهاي گروه پايه كبالت كه شامل كرم- تنگستن- كربن ميباشند معروف به آلياژهاي Satellite بوده كه به شدت مقاوم به سايش ميباشند. 

اين گروه معمولاً در مواردي كه مقاومت سايشي در درجه حرارت‌هاي بالا مورد نياز باشد به كار ميروند. در واقع سختي اين مواد در دماي بالا حفظ شده و در مواقعي كه نميتوان در حين كار روغنكاري انجام داد به خوبي مورد استفاده قرار ميگيرند. 

بازار سوپرآلياژها

شايد بتوان گسترش بازار سوپرآلياژها را در دنيا مربوط به صنايع هوا _ فضا در نظر گرفت كه با توجه به رشد روزافزون اين صنعت و قطعات يدكي آن در سطح جهان پيش بيني ميگردد كه تنها بازار قطعات يدكي هواپيماها بالغ بر 4،5 ميليارد دلار باشد، بررسيها حاكي از آنست كه تا سال 2015 تعداد 16000 فروند هواپيماي جديد با موتورهاي توربين گازي وارد بازار ميشوند كه نيمي از وزن اين 

موتورها از جنس سوپر آلياژ خواهد بود. 

بر اساس آمارهاي تخميني موجود در ايران، سوپرآلياژها سالانه به ميزان 80 ميليون دلار در سه وزارتخانة نفت، نيرو و دفاع مورد استفاده قرار ميگيرند.

رضا زارعی/مدرسه شهید نصیری/کلاس05

CFC ها موادی هستند که صدها مصرف گوناگون دارند. زیرا آنها تقریبا غیر سمی و مقاوم در برابر شعله بوده ، براحتی تجزیه نمی‌شوند. به خاطر چنین پایداری ، آنها تا 150 سال باقی خواهند ماند. گازهای CFC به آرامی تا ارتفاعات 40 کیلومتری صعود کرده و در آنجا تحت نیروی عظیم تشعشعات ماورای بنفش خورشید شکسته شده ، عنصر شیمیایی کلر را آزاد می‌کنند.

بعد از آزادی هر اتم کلر قبل از برگشت به زمین که سالها طول می‌کشد، حدود صد هزار مولکولاوزون را از بین می‌برد. سه و شاید پنج درصد لایه ازن در سطح جهان تاکنون توسط گازهای CFCتخریب شده است.

با تخریب ازن در لایه‌های بالای اتمسفر ، کره زمین اشعه ماورای بنفش دریافت می‌کند که موجب بروز سرطان پوست ، بیماری آب مروارید چشم و تضعیف سیستم دفاعی بدن می‌شود. با نفوذ بیشتر اشعه ماورای بنفش از لایه‌های اتمسفر ، اثرات آن روی سلامتی بدتر شده ، بهره‌دهی محصولات کشاورزی و جمعیت ماهی‌ها کاهش خواهد یافت و آسایش هر فرد روی این سیاره تحت تاثیر قرار خواهد گرفت.

تهدید اکوسیستم‌ها

کشورهای پیشرفته بیش از هفتاد هزار ماده شیمیایی مختلف تولید می‌کنند که بیشتر آنها بطور کامل از نظر ایمنی آزمایش نشده‌اند. استفاده نامحتاطانه از این مواد ، مواد غذایی و آب و هوای ما را آلوده کرده ، اکوسیستمهایی را که ما به آنها متکی هستیم، شدیدا" تهدید می‌کند.

راهیابی مواد شیمیایی به محیط زیست

مواد شیمیایی به بخش جدا نشدنی از زندگی روزانه ما تبدیل گشته‌اند. ما از وسایل رفاهی مانندپلاستیکها ، پودرهای رختشویی و آروزولها که از مواد شیمیایی ساخته شده‌اند، استفاده می‌کنیم. ولی اغلب از هزینه پنهانی که ناشی از آنهاست بی‌خبریم. نهایتا آنها از طریق محلهای دفن زباله ، زهکشیها و فاضلابها به آب و یا زمین راه پیدا می‌کنند.

مواد سمی در پلاستیک‌ها

اگر چه مصرف کنندگان به ندرت محصولات پلاستیکی را که روزانه ساخته می‌شود و بسته بندی‌ که در آن خرید می‌کنند، به مساله آلودگی سمی ربط می‌دهند، باید دانست که اکثر مواد شیمیایی که در تولید و ساخت پلاستیکها مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار سمی هستند. برحسب درجه بندیEPA باید دانست که از 20 ماده شیمیایی که تهیه آنها موجب تولید بیشترین مقدار کل مواد زاید خطرناک می‌شود، پنج ماده شیمیایی از شش مورد اولی ، موادی هستند که بطور مستمر در صنایع پلاستیک‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مهدی هادی پور/مدرسه شهیدنصیری/کلاس05

دید کلی

با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی می‌باشد، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولا اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن ، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد. 

فروپاشی گاما

در فروپاشی گاما ، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است: 

که در آنX و X^* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی(A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست. 

حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما ، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود. 

حالتهای فروپاشی گاما

• نشر اشعه گامای خالص :
  در این حالت فروپاشی گاما ، اشعه گامای منتشر شده بوسیله یک هسته از یک فرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولا از 2 کیلو الکترون ولت تا 7 میلیون الکترون ولت می‌باشد، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه می‌باشد، ولی این انرژی معمولا نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد.
  
  
• حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی :
  در این حالت فروپاشی ، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه ، الکترونهای اوژه ، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی می‌باشد. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی می‌باشد.
  
  با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد.
  
  
• حالت فروپاشی بصورت جفت :
  برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگتر از 1.02 میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرآیند ، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون – پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود.
  
  انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و 1.02 میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرآیند نابود خواهد شد.