نمايي از عنصر Hs



(از واژه لاتین هاسیاس به معنای هس گرفته شده که ایالتی در آلمان است) هسیم در سال 1984، توسط پیتر آرمبروستر، گوتفراید مونزنبر و همکارانش در GSI دارمستارت آلمان کشف شد.



عنصر Hs در طبيعت




اثرات هسیم بر روی سلامتی
هسیم آن قدر ناپایدار است که هر مقداری از آن تشکیل شود، به سرعت به عناصر دیگر تبدیل می شود. بنابراین لزومی ندارد که اثرات و خطرات آن را بر روی سلامتی بررسی کنیم.

اثرات زیست محیطی هسیم
به علت نیمه عمر بسیارکوتاه هسیم (حدود 12 دقیقه)، لزومی ندارد که اثرات آن را بر روی محیط زیست بررسی کنیم.

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر هسیم :
عدد اتمی:108
جرم اتمی:265
حالت استاندارد: جامد
رنگ: خاکستری
نام گروه:اکتنید8
دوره تناوبی :7
شکل الکترونی: Rn7s25f146d 6

شماره سطح انرژی : 7
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 18
چهارمین انرژی : 32
پنجمین انرژی : 32
ششمین انرژی : 14
هفتمین انرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Hs-265 2.0 میلی ثانیه نمايي از عنصر Mt



در 29 آگوست 1982، فیزیکدانان آزمایشگاه تحقیقاتی هوی یون در دارمستات آلمان غربی با بمباران209Bi با هسته های شتاب گرفته 58Fe ، عنصر 109 را شناسایی کرده و ساختند. اگر انرژی ترکیبی دو هسته بالا باشد، نیروهای دافعه میان هسته ها بر آن غلبه خواهد کرد.
در این آزمایش برای تولید یک هسته منفرد، باید هدف یک هفته بمباران می شد. این گروه وجود عنصر 109 را با چهار اندازه گیری مستقل، تصدیق کردند. اتم تازه تشکیل شده با سرعت پیش بینی شده، از هدف برگشت و با ***** سرعتی که جدیدا توسعه یافته بود، از هسته های کوچکتر و سریعتر جدا شد. زمان حرکت به سمت آشکارساز و انرژی اندازه گیری شد و با مقادیر پیش بینی شده منطبق بود.
هسته های 266X، ظرف 5 ثانیه بعد از برخورد به آشکارساز شروع به تجزیه کردند. ذرات آلفای پر انرژی ساطع شده و 267/107X را تولید کردند. در عوض ذرات آلفای از خود ساطع کرده و به 258/104Rf تبدیل شد و این عنصر به هسته های دیگر نبدیل شد. این آزمایش نشان داد که استفاده از روشهای شکافت مانند روش ساخت هسته های جدید و سنگین، ساده است.



عنصر Mt در طبيعت



اثرات میتریم بر روی سلامتی
میتریم آن قدر ناپایدار است که هر مقداری از آن تشکیل شود، به سرعت به عناصر دیگر تبدیل می شود. بنابراین لزومی ندارد که اثرات و خطرات آن را بر روی سلامتی بررسی کنیم.

اثرات زیست محیطی میتریم
به علت نیمه عمر بسیارکوتاه میتریم (حدود 3.8 میلی ثانیه)، لزومی ندارد که اثرات آن را بر روی محیط زیست بررسی کنیم.


خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر میتریم :
عدد اتمی:109
جرم اتمی:265
حالت استاندارد: نامشخص احتمالاً جامد
رنگ: خاکستری
نام گروه:اکتنید 9
دوره تناوبی :7
شکل الکترونیRn7s25f146d7

شماره سطح انرژی : 7
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 18
چهارمین انرژی : 32
پنجمین انرژی : 32
ششمین انرژی : 15
هفتمین انرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Mt-226 3.4 میلی ثانیه

 فرانسیم

فرانسیُم (به فرانسوی: Francium) با نام قدیمی اکا-سزیم و یا اکتینیم ‎K،‏ عنصری شیمیایی با نماد Fr و عدد اتمی ۸۷ است که در گروه IA (فلزهای قلیایی) و دورهٔ هفتم قرار گرفته‌است. این عنصر، یک الکترون ظرفیتی دارد و در میان همهٔ عناصر جدول تناوبی، دارای کمترین الکترونگاتیوی است.

دمای ذوب و جوش فرانسیم به ترتیب ۲۷ و ۶۷۷ درجه سانتی‌گراد، و شعاع اتمی آن ۲۷۰ پیکومتر است.

 مارگوریت پری، فرانسیم را در سال ۱۹۳۹ در فرانسه کشف کرد، به همین دلیل این عنصر فرانسیم نام گرفت. این عنصر آخرین عنصر کشف شده‌ای است که در طبیعت به طور آزاد وجود دارد و پس از استاتین کمیاب‌ترین عنصر شناخته شده‌است.

فرانسیم در بیرون از آزمایشگاه، به طور بسیار ناچیزی در سنگ معدن اورانیوم و توریوم یافت می‌شود، جایی که ایزوتوپ ۲۲۳ آن به طور پی در پی تشکیل و متلاشی می‌شود. تخمین زده می‌شود که حدود ۳۰ گرم فرانسیم در پوسته زمین وجود داشته باشد. سایر ایزوتوپهای فرانسیم به طور مصنوعی و در آزمایشگاه ساخته می‌شوند. بیشترین مقداری که تاکنون از فرانسیم به طور مصنوعی ایجاد شده، یک خوشه ۱۰٬۰۰۰ اتمی بوده‌است که از طریق ابر اتمی سرد و در دانشگاه استونی بروک و در سال ۱۹۹۷ ساخته شده‌است. فرانسیم پس از فروپاشیدن به استاتین، رادیوم و رادون تبدیل می‌شود.

تاریخچه

در حدود سال‌های دهه ۱۸۷۰ شیمی‌دان‌ها متوجه شدند که باید عنصری با عدد اتمی ۸۷ در گروه فلزات قلیایی زیر سزیم وجود داشته باشد. این عنصر با نام اکا سزیم پیش‌بینی شد. گروه‌های پژوهشی تلاششان را برای یافتن و خالص‌سازی این عنصر ناشناخته آغاز کردند و پس از ۴ تلاش ناموفق، این عنصر ساخته شد.

اکتشافات ناقص و ناتمام

دوبروسردوف شیمیدان روسی اولین شخصی بود که ادعای کشف عنصری به نام فرانسیم یا اکا سزیم را عنوان کرد. در سال ۱۹۲۵ او متوجه وجود رادیواکتیویته ضعیفی در یک نمونه پتاسیم شده و پی برد که این نمونه ممکن است حاوی مقداری از عنصر جدید باشد. سپس او رساله‌ای در مورد خواص این عنصر نوشت و بخاطر نام کشورش آنرا روسیوم نام گذاری کرد.اندکی پس از آن دوبروسردوف به تدریس در انستیتوی پلیمر اودسای اوکراین پرداخت و تحقیقات بیشتری در زمینه این عنصر به عمل نیاورد.

سال بعد، شیمیدانان انگلیسی جرالد دروس و فردریک لورینگ عکسهای اشعه ایکسمنگنز(II) سولفات را بررسی کردند. آنان در این مشاهده به خطوط طیفی برخورد کردند که گمان می‌بردند مربوط به اکا سزیم باشد.آنان این کشفیات را اعلام نموده و آنرا آلکالینیوم نامگذاری کردند.

در سال ۱۹۳۰ فرد آلیسون در موسسه پلی‌تکنیک آلاباما مدعی شد که هنگام بررسی پلوسیت و لپیدولیت با ماشین نور-مغناطیس عنصر ۸۷ را کشف کرده‌اند.آلیسون پیشنهاد کرد که بخاطر زادگاهش یعنی ایالت ویرجینیا این عنصر ویرجنیوم نامگذاری شود و نماد Vi یا Vm داشته باشد. البته در سال ۱۹۳۴ مک فرسون از دانشگاه برکلی این اکتشاف نادرست را رد کرد.

در سال ۱۹۳۶ هوریا هولوبی شیمیدان فرانسوی به همراه دوست فرانسوی‌اش ایوت کاچویس پولوسیت را با استفاده از دستگاه اشعه ایکس با دقت بالا آنالیز کردند. آنان متوجه وجود چندین خطوط نشر ضعیف شدند که به عنصر ۸۷ نسیت دادند.این عنصر به افتخار مولداوی که آزمایش‌ها در آنجا انجام شد مولداویوم نام گرفت و نماد آن هم Ml تعیین گشت. در سال ۱۹۳۷ تحقیقات هولوبی بوسیلهٔ یک فیزیکدان آمریکایی بنام اف اچ هرش رد شد. هرش اطمینان داشت که اکا سزیم در طبیعت وجود ندارد و آنان به اشتباه خطوط نشر جیوه یا بیسموت را مشاهده کرده‌اند. اگرچه هولوبی تاکید می‌کرد که دستگاه‌های او آنچنان دقیق اند که چنین اشتباهی را مرتکب نمی‌شوند.

به همین خاطر ژان باپستیت پرین  برندهٔ جایزه نوبل و استاد هولوبی به کمک مارگوریت پری مولداویوم را به عنوان فرانسیم مورد تایید قرار داد.

ویژگی‌ها

هستهٔ اتم فرانسیم به علت نایابی و ناپایداری امکان جدا کردن اتم‌های فرانسیم به حدی که قابل اندازه گیری باشند نیست به همین دلیل برای خواص آن بیشتر بر روی مکان آن در جدول تناوبی تکیه می‌کنند.

فرانسیم یکی از فلزهای قلیایی است که ویژگی‌های نزدیک به سزیم دارد. فرانسیم ناپایدارتر از هر عنصر سبکتر از دابنیوم (عنصر شماره ۱۰۵) است. پایدارترین ایزوتوپ آن فرانسیم ۲۲۳ با نیم عمر کمتر از ۲۲ دقیقه‌است. عنصر ناپایدار بعدی استاتین نیم عمری حدود ۸٫۵ ساعت دارد. تمام ایزوتوپ‌های فرانسیم پس از فروپاشی به استاتین، رادیوم و رادون تبدیل می‌شوند.

با توجه به اینکه فرانسیم یکی از عناصر چگال جدول تناوبی است و اینکه تعداد الکترون لایه ظرفیت آن ۱ است، بنابراین وزن اکی والان آن از همه عناصر بیشتر است. به محاسبه لینوس پاولینگ مقدار الکترونگاتیوی فرانسیم باید با سزیم برابر و حدود ۰.۷ باشد گرچه محاسبات جدیدتر مقدار آن را ۰.۷۹ نشان می‌دهند اما این مقدار به طور تجربی تائید نشده‌است به طور مشابه فرانسیم کمترین الکترونگاتیوی را در بین عناصر دارد.

فرانسیم مایع -در صورتی که تشکیل شود- در دمای ذوبش تنش سطحی برابر ۰٫۰۵۰۹۲ نیوتن بر متر خواهد داشت. فرانسیم همچنین می‌تواند با بسیاری از نمک‌های سزیم مانند پرکلرات، یدات، تارتارات، کلروپلاتینات و سیلیکوتنگستات سزیم (همچنین روبیدیوم تاتارات) واکنش دهد. همچنین با سیلیسیوم تنگستن و کلورپلاتینید واکنش داده و به ترتیب تولید سیلیکو تنگستن اسید و پرکلریک اسید می‌کند. نمکهای فرانسیم عمدتاً محلول در آب هستند.

نظریه حالت گذار(به انگلیسی: Transition state theory)‏ نظریه ای در سینتیک شیمیایی است که چگونگی انجام یک واکنش شیمیایی بین مواد واکنش دهنده و تولید فرآورده را توصیف می کند.در این نظریه مفهومی فرضی به نام حد واسط یا کمپلکس فعال معرفی می شود که عبارت است از ماده ای با سطح انرژی بالا که در آن پیوند های مواد واکنش دهنده در حال سست شدن و پیوند های مواد فرآورده در حال تشکیل است.با استفاده از نمودار مربوط به این تئوری می توان مقدار انرژی فعال سازی واکنش،آنتالپی واکنش و نوع واکنش(گرما گیر یا گرماده بودن)را تشخیص داد.

نظريه‌ ي حالت گذار پيشنهاد مي ‌كند هنگامي كه مولكول ‌هاي واكنش ‌دهنده به نزديكي همديگر مي‌ رسند، به طور آني در حالتي با پايداري كم ‌تر از پايداري حالت واكنش ‌دهنده ‌ها و محصولات خواهند بود.

در نظريه ‌ي حالت گذار، مكانيسم اندركنش واكنش ‌دهنده‌ ها مطرح نيست؛ معيار مهم آن است كه مولكول ‌هاي واكنش‌ دهنده، انرژي كافي براي غلبه بر سد پتانسيل انرژي (انرژي فعال ‌سازي) داشته باشند تا واكنش دهند.

در اين حالت با پايداري كم ‌تر، اتم‌ها خود را از نو آرايش مي‌ دهند، پيوندهاي اصلي ضعيف مي ‌شوند و پيوندهاي جديد اندكي تشكيل مي‌ شوند.

 انرژي پتانسيل سيستم در اين نقطه افزايش مي ‌يابد؛ زيرا:

· مولكول ‌هاي واكنش‌ دهند ه‌ي در حال واكنش، بايد به نيروهاي دافعه ‌ي متقابل بين الكترون ‌هاي لايه ‌ي بيروني ‌تر اتم ‌هاي سازنده‌ ي خود غلبه كنند.

· اتم ‌ها بايد هنگام شكسته شدن پيوندهايشان از هم جدا شوند.

براي يك واكنش دو مولكولي، حالت گذار هنگامي تشكيل مي ‌شود كه پيوندهاي مولكول ‌هاي قديمي، ضعيف مي ‌شوند و پيوندهاي جديد شروع به شكل ‌گيري مي ‌كنند يا اين ‌كه ابتدا پيوندهاي قديمي مي ‌شكنند تا حالت گذار را شكل دهند و بعد از آن پيوندهاي تازه تشكيل مي ‌شوند.

در مثال زير، حالت گذار اتفاق مي ‌افتد:

 

رسيدن به حالت گذار، انرژي زيادي لازم دارد؛ بنابراين اين حالت، ماده‌اي با انرژي زياد به وجود مي‌آيد. اين افزايش در انرژي پتانسيل با سد پتانسيلي متناظر است كه اگر واكنش به پيش رود، مولكول‌‌هاي واكنش‌دهنده بايد از آن عبور كنند.

آرايش اتم‌ها در بيشينه‌ي اين سد پتانسيل، كمپلكس فعال يا حالت گذار ناميده مي‌شود و يك حالت واسطه‌ي گذرا بين واكنش‌دهنده‌ها و محصولات است.

حالت گذار يا كمپلكس فعال ‌شده، يك حالت تركيبي ناپايدار گذراي مولكول‌هاي واكنش‌دهنده است كه در يك بيشينه‌ي انرژي پتانسيل اتفاق مي‌افتد.

اين تركيب هم مي ‌تواند در جهت توليد محصولات به پيش رود و هم به سمت واكنش ‌دهنده‌هاي تغيير نيافته برگردد.

تفاوت انرژي بين واكنش‌ دهنده ‌ها و بيشينه ‌ي انرژي پتانسيل به انرژي فعال سازي برمي‌ گردد.

حركت واكنش از روي بيشينه‌ي انرژي پتانسيل اغلب با دياگرام هماهنگ واكنش نشان داده مي ‌شود.

 

افزايش در انرژي پتانسيل با سد پتانسيلي متناظر است كه اگر واكنش به پيش رود، مولكول‌‌هاي واكنش‌دهنده بايد از آن عبور كنند.

 

شكل‌هاي زير، نظريه‌ي حالت گذار را با اشاره به واكنش بين هيدروژن و يد براي توليد يديد هيدروژن نشان مي‌دهد:

 

 

در اين فرايند، مولكول ‌هاي واكنش‌دهنده به همديگر نزديك مي‌شوند و زماني كه آن ‌ها در حين متعادل‌سازي واكنش براي حالت گذار يا كمپلكس فعال‌شده به پيش مي‌روند:

  پيوندهاي اصلي ضعيف مي‌شوند.

 پيوندهاي جديد نسبتاً تشكيل مي‌شوند.

در اين شكل، واكنش در حهت توليد محصول پيشرفت مي‌كند. اين شكل‌ها را به دقت نگاه كنيد تا ضعيف شدن پيوندهاي اصلي و تشكيل پيوندهاي جديد را بعد از توليد محصولات ببينيد:

 

 همان ‌طور كه دما افزايش پيدا مي ‌كند، سهم اجزاي واكنش ‌دهنده‌اي كه مي ‌توانند به بيشينه ‌ي انرژي پتانسيل برسند، افزايش  پيدا مي‌ كند؛ افزايش تعداد  مولكول ‌ها ي  محصول كه در هر ثانيه  تشكيل مي ‌شوند، آهنگ  واكنش را افزايش مي‌ دهد.

نكات كليدي:

افزايش دمايي مانند ١٠ K  آهنگ واكنش بسياري از واكنش ‌هاي شيميايي را تقريباً دو برابر مي ‌كند.

نظريه ‌ي برخورد بر پايه ‌ي انرژي جنبشي است و فرض مي‌كند كه ذرات بايد داراي دو شرط  جهت مناسب و انرژي جنبشي كافي باشند تا واكنش‌ دهنده‌ ها به محصول تبديل شوند.

 كم ‌ترين انرژي جنبشي لازم براي يك برخورد توسط مولكول‌ هاي واكنش ‌دهنده براي تشكيل محصولات، انرژي فعال‌ سازي (Ea) ناميده مي‌شود.

نسبت مولكول ‌هاي واكنش ‌دهنده ‌اي كه با انرژي جنبشي مساوي با انرژي فعال ‌سازي واكنش مي‌ دهند، با افزايش دما زياد مي ‌شود.

نظريه‌ ي حالت گذار پيشنهاد مي ‌كند كه  هنگام  نزديك شدن  مولكول ‌هاي واكنش ‌دهنده، يك كمپلكس فعال ‌شده ‌ي گذرا (حالت گذار) در بيشينه ‌ي انرژي پتانسيل تشكيل مي ‌شود.

در نظريه‌ ي حالت گذار، انرژي فعال‌ سازي، تفاوت انرژي بين واكنش ‌دهنده ‌ها و بيشينه ‌ي انرژي پتانسيل است.

 در كمپلكس فعال‌شده‌، پيوندهاي اصلي ضعيف شده و پيوندهاي جديد نسبتاً تشكيل مي‌شوند. كمپلكس فعال‌شده ممكن است در جهت توليد محصولات به پيش رود و يا به سمت واكنش‌دهنده‌ها برگردد.

زماني كه دما افزايش پيدا مي ‌كند، نسبت بزرگ‌ تري از مولكول ‌هاي واكنش ‌دهنده مي ‌تواند به بيشينه ‌ي انرژي پتانسيل رسيده و كمپلكس فعال ‌شده تشكيل دهند. بنابراين تعداد مولكول ‌هاي محصول تشكيل‌ شده در هر ثانيه افزايش پيدا مي ‌كند.

با توجه به نوع فاز کاتالیز گر و مواد واکنش دهنده،واکنشهای کاتالیز شده به دو گروه همگن و ناهمگن تقسیم میشوند. 


واکنشهای کاتالیز شده همگن

واکنشی که در آن کاتالیز گر و واکنش دهنده ها همگی در یک فاز قرار داشته باشند واکنش کاتالیز شده همگن نامیده میشود. مانند واکنش تولید گاز.SO3 دراین واکنش گاز NO کاتالیز گر میباشد.


2NO(g)+O2(g) ® 2NO2(g)

NO2(g)+SO2(g) ® NO(g)+SO3(g)



در صورتیکه واکنش دوم را در عدد 2 ضرب نموده و با واکنش اول جمع نمایید واکنش کلی زیر بدست می آید که در آن اثری از گاز NO نیست. به همین جهت گفته میشود که کاتالیزگر ها در پایان واکنش دست نخورده باقی میمانند.


NO


2SO2 (g) + O2(g) 
¾®
2SO3(g) 


در واکنشهای فوق (بطور کلی واکنشهای دو مرحله ای) کاتالیز گر در واکنش اول مصرف و در واکنش دوم تولید میشود. به همین جهت در مجموع واکنش دست نخورده باقی میماند. 


در واکنش فوق NO2 بعنوان "ذره حد واسط" است. لازم به یاد آوری است که ذره حد واسط دقیقا برعکس کاتالیزگر است. یعنی در واکنش اول تولید و در واکنش دوم مصرف میشود.

واکنش کاتالیز شده ناهمگن 

واکنشی که در آن کاتالیزگر و واکنش دهنده ها در دو فاز گوناگون قرار داشته باشند واکنش کاتالیز شده ناهمگن نامیده میشود. مانند واکنش هیدروژندارشدن آلکنها و تولید آلکان. 


H2C =CH2(g)+H2(g) ® H3C -CH3(g)

اتیلن
اتان


نیکل (Ni) پلاتین (Pt) و پالادیوم (Pd) فلزاتی هستند که به عنوان کاتالیزگر در واکنش هیدروژن دار شدن استفاده میشوند. 


واکنش هیدروژندار شدن در غیاب کاتالیزگر بسیار آهسته انجام میشود ولی در حضور دانه های ریز نیکل، پلاتین یا پالادیوم چه در فشارهای بالای گاز هیدروژن و چه در دمای اتاق سریع انجام میشود. این جمله کتاب درسی به این مفهوم است که چه سرعت واکنش بالا باشد و چه پایین باشد استفاده از کاتالیزگر تأثیر محسوس بر افزایش سرعت واکنش خواهد داشت.لازم به یادآوری است که افزایش دما سرعت واکنش هایی با سرعت بالا را نمیتوانست بالاتر ببرد.


تغییرات فشار برسرعت واکنشهایی که میان مواد واکنش دهنده آنها حداقل یک ماده گازی شکل وجود دارد موثر است افزایش فشار موجب کاهش حجم و بعبارت دیگر افزایش غلظت مولد گازی شکل شده و در نتیجه باعث افزایش سرعت واکنش می شود. بنابراین واکنش هیدروژن دار آلکنها در فشار بالای گاز هیدروژنسرعت نسبتا بالایی دارد. همچنین کاهش فشار سرعت چنین واکنشهایی را کاهش میدهن

اکتینید ها: عنصر های 90 تا 103 جدول تناوبی را تشکیل می دهند .که نام آن ها از فلز اکتینیم (89Ac) گرفته شده است.

در این عنصر ها اوربیتال 5f در حال پر شدن است. ساختار هسته در این عنصر ها نسبت به آرایش الکترونی از اهمیت بیش تری برخوردار است. همه ی اکتنید ها هسته ی ناپایداری دارند و به همین دلیل پرتوزا هستند. برای مثال :

مشهور ترین اکتینید ، اورانیم است که از فرو پاشی هسته ی آن انرژی لازم برای تولید برق در نیروگاه ها ، زیر دریایی ها و ناوهای هواپیما بر  فراهم می شود. (اکتینید ها در گروه سوم و دوره ی هفتم جدول تناوبی قرار دارند.

اکتنيدها گروهي از عناصر شيميايي هستند که داراي خواص شيميايي مشابهي مي باشند . اين گروه پانزده عنصر شيميايي را از اکتينيوم (Ac) با عدد اتمي 89 تا لارنسيوم (Lr ) با عدداتمي 103 در بر مي گيرد . عناصر شيمييايي يک گروه در جدول تناوبي بايستي زير يکديگر نوشته شوند . اما به دليل تعداد زياد عناصر اين گروه ، توافق شده است که عناصر گروه اکتنيدها در زير جدول تناوبي وبه صورت يک رديف مستقل نوشته شونداکتنيدها نسبت به لانتانيدها داراي شباهت رفتاري کمتري هستند. اين گروه از عناصر طيف رفتاري گسترده تري را نسبت به در حالتهاي اکسايشي به نمايش مي گذارند و اين مسأله موجب مي شود که اين تصور پيش بيايد که آيا اکتينيوم، توريوم و اورانيوم بايستي به عنوان عناصري از بلوک d در نطظر گرفته شوند. تمامي عناصر موجود در خانواده ي اکتنيدها راديواکتيو هستند

 .

اکتنيدها عمدتاً در زير بخش اصلي جدول تناوبي ( زير لانتانيدها) نوشته مي شوند . يکي از ترکيبات آلي فلزي اکتنيدها تحت عنوان «ارگانواکتنيد organoactinod» شناخته مي شود .
فراواني
فقط توريوم و اورانيوم به صورت طبيعي در پوسته ي زمين يافت مي شوند و مقدار آنها قابل توجه است . مقدار ساير عناصر بسيار بسيار ناچيز است و غالب آنها به صورت مصنوعي در آزمايشگاهها تهيه مي شوند و نيمه عمر بعضاً کوتاهي دارند. نپتونيوم و پلوتونيوم نيز در کانه هاي اورانيوم (سنگ معدن) و آن هم در نتيجه ي واپاشي اورانيوم وجود دارند . بقيه ي عناصر مربوط به گروه اکتنيدها – همانطور که گفته شد – به واسطه ي واکنشهاي هسته اي ساخته مي شوند .

تاريخچه
از نخستين عنصر مربوط به خانواده اکتنيدها ، يعني عنصر اکتينيوم با عدد اتمي 89  تا اورانيوم با عدد اتمي 92 که داراي شباهتهايي با فلزات واسطه مي باشند ، فرض بر آن بود که عناصر پس از اورانيوم داراي خصوصيات اينچنيني باشند.

یکي از محققان به نام «مانهاتان پروجکت Manhattan Project» در سال 1944 به همراه يکي ديگر از دانشمندان معاصر خود به نام گلِن ت. سيبورگدر هنگام جداسازي آمريسيوم و کوريم با مشکلات پيش بين نشده اي مواجه شدند.  آنها باخود مي انديشيدند که ممکن است اين عناصر به دسته يا خانواده ي ديگري از عناصر جدول تناوبي تعلق داشته باشند . بنابر اين نتيجه گرفتند که با دسته ي جديدي از عناصر جدول تناوبي روبرو شده اند . سپس در سال 1945 و به رغم مخالفت بسياري از همکاران ، آنها سري اکتنيدها را در جدول مندليف که تا آن زمان تغييري نکرده بود ، وارد نمودند. در ادامه ، Seaborg  طي مقاله اي اکتنيدها را به عنوان فلزاتي سنگين و با آرايش الکتروني پيچيده معرفي  نمود  و پيش بيني کرد که  اکتنيدها يک دسته يا سري از فلزات واسطه را که شبيه به لانتانيدها باشند ، تشکيل مي دهند .

در سال 1961 يک دانشمند لهستاني به نام Antoni Przybylski ستاره اي  را کشف کرد که بعدها معلوم شد اين ستاره داراي مقدار قابل توجهي از عناصر خانواده اکتنيدها مي باشد .اين ستاره HD 101065 نام دارد که البته به افتخار کاشف آن « پريزي بولسکي Przybylski » نيز ناميده مي شود .

سری فلزات اکتینید

در جدول تناوبی دو ردیف در پایین جدول وجود دارد. سری های لانتانید و اکتینید. سری لانتانید ها می توانند به طور طبیعی در خاک یافت شوند. فقط یک عنصر از این سری رادیواکتیو است. سری  اکتینید خیلی فرق می کند. همه آنها رادیواکتیو هستند و تعدادی از آنها نیز در طبیعت یافت نمی شوند. بعضی از این عناصر، فقط در آزمایشگاه ها ایجاد شده اند

 آشنایی با گروه

پانزده عنصر که با اکتینیوم (Ac) با عدد اتمی 89 شروع و با لارسنیوم(La) با عدد اتمی 103 پایان می یابند. معلمتان هرگز از شما نخواهد خواست که همه عناصر در این سری را حفظ کنید، فقط اکتینیوم را به خاطر بسپارید.

 اكتنيدها

دورة هفتم از جدول كه هنوز تكميل نيافته با فلز راديو اكتيو فرانسيم(عنصر فرانسيم به مقدار بسيار ناچيز هم در زنجيره تباهي و تجزيه هسته‌اي مواد راديواكتيو طبيعي وجود دارد و هم در واكنشهاي هسته‌اي بوجود مي‌آيد.) در خانه 87 آغاز مي‌گردد. سه عنصر اوليه و راديو اكتيو اين دوره بلند يعني فرانسيم، راديم و اكتينيم به ترتيب داراي آرايشهاي سطح ظرفيتيو بوده كه نظير آرايش سه عنصر اوليه دورة قبلي يعنيومي‌باشد. انتظار ما اين است كه ساختمان الكتروني عناصر بعد از اكتينيم مشابه عناصر دوره قبلي باشد كه به پيدايش 14 عنصر لانتانيد مانند انجاميد. به عبارت ديگر، در لانتانيدها چهارده الكترون متوالياً وارد اوربيتالهايشدند، و در اينجا نيز اين توقع را داريم كه آنها متوالياً واردشوند.

متأسفانه حدس علمي ما درست از آب در نمي‌آيد. زيرا نياز به اطلاعات بيشتري داريم. در دوره ششم وضع روشن‌تر بود . تـرازضمن اينكه نزديـكبود ولي در اغلب جاها قاطعانه پايين‌تر از آن بود. در دوره هفتم، ترازهاي انرژيبه اندازه‌اي به يكديگر نزديك مي‌شوند كه توازن ميان آن دو يادآور عمليات بندبازي است! كوچكترين تغيير در شرايط، به نفع يك طرف و به ضرر ديگري تمام مي‌شود، در نتيجه الكترونها گاهي درو زماني دروارد مي‌گردند. در مواردي از قبيل در خانه 91، چنان توازني بر قرار مي‌شود كه نمي‌توان به دقت گفت كه آرايش حالت پايه اين عنصر ،،و يا است! شايد بتوان گفت كه در نيمه دوم اين سري جديد معروف به اكتينيدها، تراز انرژي اغلب، پايين‌تر از است. (نوسانات و آرايشهاي غير قابل پيش بيني عناصر اين دوره) با وجود اينها مي‌توان گفت كه روند كلي تغييرات اكتينيدها و لانتانيدها، كم و بيش مشابه است.

لورنسيمكه آرايش را دارد، آخرين عنصر اكتينيد است. انتظار مي‌رود عناصري كه اخيراً كشف شده مانند عنصر شمارة 104 معروف به كورچاتوويم و عنصر 105 معروف به هانيم ، به علت ورود متوالي آخرين الكترونهاي آنها در، به تدريج چهارمين سري عناصر واسطه جدول تناوبي را تشكيل دهند.

هرگاه نمودارهايرا مقايسه كنيم، به نتيجة جالبي مي رسيم. شيب نزولي تراز اوربيتالهايخيلي كمتر ازاست. علت را بايد در كاهش شديد قابليت نفوذ آنها نسبت به رقيبان خود يعني اوربيتالهاي جستجو كرد. مسئله ديگر اين است كه در روندي مشابه روند قبلي، ديده مي‌شود كه اوربيتالهايو اوربيتالهاي توانايي نفوذ خوبي به سوي خارج يعني در جهت اوربيتال ندارند. از اين‌رو و با اين در هم آميختن با اوربيتالهاي دروني، به پايداري بيشتري مي‌رسند. به عبارت ديگر، تراز انرژي آنها نسبت به اوربيتال ، پايين‌تر است و الكترونها در آنها وارد مي‌شوند.

مبدل های کاتالیزوری چگونه کار می کنند؟

معرفی مبدل های کتالیزوری

 در آمریکا میلیون ها خودرو در حال حرکت اند، و هرکدام منبع آلودگی بالقوه می باشند. به خصوص در شهرهای بزرگ، این میزان آلودگی که از جمع خودروها تولید می گردد، می تواند مشکلاتی بس عظیم به وجود آورد.

  برای حل مشکلاتی از این دست، شهرها و ایالات و دولت فدرال، قوانین هوای-پاک ایجاد می کنند؛ و بسیاری از قوانین، وعظ گردیده اند تا میزان آلودگی تولیدی توسط خودروها را محدود سازند. به منظور هماهنگی با این قوانین، خودروسازان اصلاحات بسیاری را بر روی موتور و سیستم سوخت رسانی اعمال کرده اند. برای کمک به کاهش آلودگی های خروجی، قطعه جالبی به نام مبدل کاتالیزوری طراحی کردند، که در سر راه گاز خروجی قرار گرفته و مقدار زیادی از آلودگی می کاهد.

 در این مقاله، شما فرا خواهید گرفت که موتور یک خودرو چه آلاینده هایی را تولید کرده و علت تولید آنها چیست؛ و اینکه مبدل کاتالیزوری چگونه از پس این آلاینده ها برمی آید. مبدل های کاتالیزوری به صورت شگفت آوری قطعات ساده ای می باشند، بنابراین دیدن اینکه چه تاثیر بزرگی می گذارند، غیر قابل باور است!

آلاینده هایی که موتور خودرو تولید می کند

 به منظور کاهش آلودگی خروجی، موتور خودروهای نوین به طور دقیقی میزان سوخت مصرفی را کنترل می نمایند. آنها سعی می کنند تا نسبت هوا به سوخت را در نقطه محاسبه میزان عناصر (اِستوکیومتریک) نگاه دارند، و آن همان نسبت محاسبه شده ی ایده آل هوا به سوخت باشد. از دیدگاه نظری، در این نسبت، همه سوخت با استفاده از تمامی اکسیژن موجود در هوا می سوزد. برای بنزین، نسبت محاسبه میزان عناصر در حدود 14.7 به 1 می باشد، بدان معنی که برای هر پوند بنزین (حدود 450 گرم)، 14.7 پوند هوا (حدود 6.668 کیلوگرم) سوزانده خواهد شد. در عمل و در هنگام رانندگی، ترکیب سوخت با نسبت ایده آل دارای مقداری تفاوت می باشد. گاهی اوقات ترکیب رقیق(نسبت هوا به سوخت بیشتر از 14.7) و گاهی اوقات غنی (نسبت هوا به سوخت کمتر از 14.7) می شود.

 مهم ترین خروجی های موتور خودرو از این قرار است:

 گاز نیتروژن 78 درصد هوا را نیتروژن تشکیل می دهد، و میزان زیادی از این گاز به داخل موتور راه پیدا می کند.

• دی اکسید کربن (CO2) – این گاز یک محصول عمل احتراق می باشد. کربن سوخت با اکسیژن  هوا ترکیب می شود.
• بخار آب (H2O) – این هم یک محصول دیگر عمل احتراق می باشد. هیدروژن سوخت با اکسیژن هوا ترکیب می شود.

خروجی ها اکثراً بی ضرر می باشند (هر چند اعتقاد بر این است که دی اکسید کربن به روند گرمایش جهانی کمک می نماید). حال به این دلیل که روند احتراق هیچ گاه کامل نیست، نوع دیگری از خروجی ها با مقدار کمتر و ضرر بیشتر در موتور خودرو تولید می گردد:

• مونواکسید کربن (CO) – گاز سمی بدون رنگ و بو.
• هیدروکربن ها یا ترکیبات آلی فرّار (VOCs) – اغلب از سوختی که نسوخته و بخار شده به وجود می آید.

نور خورشید این ترکیبات را می شکند تا اکسیدان ها را تشکیل دهند، که با اکسید نیتروژن واکنش داده و اوزون سطح پایه (O3) را ایجاد می کند و آن جزء اصلی دود و بخار می باشد.

• اکسید نیتروژن (NO و NO2، همراه هم NOx خطاب می شوند) – دود و باران اسیدی را سبب شده و باعث ایجاد سوزش در ترشحات مخاطی انسان می گردد.

 این سه و بعضی دیگر، موادی هستند که مبدل های کاتالیزوری، برای کاهش آنها طراحی گردیده اند.

مبدل های کاتالیزوری چگونه آلودگی را کاهش می دهند 

 اکثر خودروهای نوین مجهز به مبدل های کاتالیزوری سه-وجهی می باشند. "سه-وجهی" به سه گاز خروجی تحت کنترل، که وسیله در تلاش برای کاهش شان می باشد، بر می گردد – مونواکسید کربن، VOCs و مولکول های NOx. مبدل از دو نوع کاتالیزور (واکنش یار) متفاوت استفاده می کند، یک کاتالیزور کاهش و یک کاتالیزور اکسیدگر. هر دو نوع شامل یک ساختار سرامیکی می باشند که با یک کاتالیزور فلزی پوشیده شده، معمولاً پلاتینیوم، رُدییُم و یا پالادیوم. هدف، ایجاد یک ساختار است که بیشترین سطح پوشش کاتالیزور را روی گاز خروجی اعمال کند، همچنین در عین حال، میزان به کارگیری کاتالیزور را به حداقل برساند (این مواد بسیار گران قیمت می باشند). دو نوع ساختار اصلی برای مبدل های کاتالیزوری وجود دارد – بافت لانه زنبوری و مهره های سرامیکی. اکثر خودروهای امروزی از ساختار لانه زنبوری بهره می برند.

 کاتالیزور کاهش

 اولین مرحله مبدل کاتالیزوری، کاتالیزور کاهش می باشد. این کاتالیزور با استفاده از پلاتینیوم و رُدییُم به کاهش خروجی های NOx کمک می نماید. هنگامی که یک مولکول NO و یا NO2 با کاتالیزور برخورد می کند، کاتالیزور، اتم نیتروژن را از مولکول جدا کرده و به آن می چسبد و از آن طرف اکسیژن در قالب O2 آزاد می گردد. اتم های نیتروژن با دیگر اتم های نیتروژنی که به کاتالیزور چسبیده اند، پیوند خورده و N2 را تشکیل می دهند. برای مثال:

NO2 => N₂ + O₂ or 2NO₂ => N₂ + 2O₂

کاتالیزور اکسیدگر

 دومین مرحله مبدل کاتالیزوری، کاتالیزور اکسیدگر می باشد. این کاتالیزور با سوزاندن (اکسیده کردن) هیدروکربن های نسوخته و مونواکسید کربن بر روی یک کاتالیزور پلاتینیوم و پالادیوم، از مقدار آنها می کاهد. این کاتالیزور، به واکنش CO و هیدروکربن ها با باقیمانده اکسیژن موجود در گاز خروجی، یاری می رساند. برای مثال:

 2CO + O₂ => 2CO₂

 اما این اکسیژن از کجا می آید؟

  سیستم کنترل

 سومین مرحله، سیستم کنترلی است که گاز خروجی را بررسی کرده و با استفاده از اطلاعات به دست آمده، سیستم تزریق سوخت را کنترل می نماید. یک حسگر اکسیژن درست قبل از مبدل وجود دارد، بدان معنی که حسگر نسبت به مبدل، به موتور نزدیک تر است. این حسگر به کامپیوتر ِ موتور، میزان اکسیژن موجود در گاز خروجی را گزارش می دهد. کامپیوتر موتور می تواند میزان اکسیژن در گاز خروجی را با تنظیم نسبت هوا-به-سوخت، کم یا زیاد کند. این طرح ِ کنترل، به کامپیوتر موتور این امکان را می دهد تا از فعالیت موتور در نزدیک ترین حالت، به نقطه محاسبه میزان عناصر، اطمیان حاصل کرده؛ و همچنین میزان اکسیژن را به اندازه کافی برای سوزاندن هیدروکربن ها و co به منظور تولید کاتالیزور اکسیدگر، فراهم می سازد.

راه های دیگر کاهش آلودگی

 مبدل کاتالیزوری نقش بسیار مهمی در کاهش آلودگی ایفا می کند، اما در واقع برای بهتر شدن، هنوز جای کار دارد. یکی از بزرگترین نواقصش این است که مبدل، تنها در دمای بالا کارایی دارد. هنگامی که شما خودروی خود را پس از مدتی روشن کنید و موتور سرد باشد، مبدل کاتالیزوری برای کاهش آلودگی گاز خروجی، تقریباً هیچ کاری انجام نمی دهد.

 یک راه حل ساده برای این مشکل، نزدیک تر کردن مبدل به موتور خودرو می باشد. بدین شرح که گازهای خروجی داغ تری به مبدل رسیده و آن را زودتر گرم می سازد؛ اما این مسئله به علت تحمیل دماهای بسیار بالا به مبدل، ممکن است که از عمر مفید آن بکاهد. اکثر خودروسازان، مبدل را زیر جایگاه سرنشین جلو قرار می دهند تا به میزانی که به آن آسیب نرسد از موتور فاصله داشته باشد و گازهایی با دمایی پایین تر به آن برسند.

 از پیش گرم کردن (قبل از روشن شدن موتور) مبدل کاتالیزوری، یک راه خوب برای کاهش آلاینده های خروجی می باشد. آسان ترین راه برای از پیش گرم کردن مبدل، استفاده از وسایل گرمایش الکتریکی می باشد. متاسفانه سیستم های الکتریکی 12 ولت موجود بر روی اکثر خودروها، انرژی و قدرت کافی را فراهم نمی آورند تا بتوان به سرعت، مبدل ها را گرم نمود. اکثر مردم حاضر نیستند قبل از روشن نمودن خودرویشان چندین دقیقه صبر نمایند تا مبدل کاتالیزوری گرم شود. خودروهای هیبریدی که دارای بسته های باطری بزرگ و با ولتاژ بالا هستند، می توانند قدرت لازم برای گرم نمودن مبدل کاتالیزوری، با سرعت زیاد فراهم نمایند.

ساختار اتمسفر

بطور خلاصه می‌توان گفت که جو از چهار لایه کاملا مشخص تروپوسفر ، استراتوسفر ، مزوسفر و ترموسفر تشکیل شده است. محفظه گازی اطراف زمین خود به چندین لایه متفاوت تقسیم می‌شود. حد بالای اتمسفر یعنی جایی که گازها به درون فضا راه پیدا می‌کنند، یکهزار کیلومتر بالاتر از سطح دریا است. بیش از 90 درصد حجم نهایی اتمسفر در 40 کیلومتر ابتدایی این ارتفاع یکهزار کیلومتری قرار دارد. لایه‌های اتمسفر با توجه به شرایط شیمیایی به پنج قسمت تقسیم می‌شوند که تفاوتهای اساسی در دما دارند:
 
 تروپوسفر

تروپوسفر نزدیکترین لایه اتمسفری به زمین بوده و بیشترین درصد حجم کلی اتمسفر را در خود جای داده است. ویژگی بارز این لایه غلظت هوای آن است. در این لایه به ازای هر کیلومتر ارتفاع ، دمای هوا 6درجه سلسیوس تغییر می‌کند. با افزایش ارتفاع ، دما و حجم بخار آب بشدت کاهش می‌یابد. بخار آب نقش بسیار مهمی در کنترل دما دارد، چون انرژی خورشیدی و پرتو افکنیهای گرمایی سطح سیاره را جذب می‌کند. تروپوسفر 99 درصد بخار آب موجود در اتمسفر را در خود جای داده است.

غلظت بخار آب با توجه به عرض جغرافیایی هم تغییر می‌کند. روی مدارهای اصلی غلیظتر و روی قطبها غلظتشان بیشتر می‌شود. تمام پدیده‌های آب و هوایی در این منطقه صورت می‌گیرند. تروپوسفر به معنای منطقه ترکیب شدن است و دلیل آن وجود بادهای شدیدی است که درهم می‌پیچند. حد بالای این لایه از 8 کیلومتر در عرضهای بالایی و تا 18کیلومتر روی استوا متغیر است. این مرز با تغییر فصلها تغییر می‌کند، به گونه‌ای که در تابستان در بلندترین حالت است و در زمستان در کوتاهترین. منطقه بسیار باریکی به نام تروپوپاس نقش حایل بین تروپوسفر و لایه بالایی را بازی می‌کند. نکته جالب اینجاست که با وجود افزایش ارتفاع در تروپوپاس دما همچنان ثابت می‌ماند.

استراتوسفر

بالای لایه تروپوسفر ، استراتوسفر قرار دارد؛ جایی که جریان هوا بیشتر افقی است. لایه اوزون نازکی که در بالای منطقه استراتوسفر قرار دارد، مقادیر بسیار زیادی اوزون در خود دارد. همانطور که اشاره شد، اوزون حالت خاصی از اکسیژن است. وظیفه اصلی این لایه این است که اشعه مادون قرمز خورشید را جذب کند. درحال حاضر انسانها با فعالیتهای مخرب خود از قبیل تولید بیش از حد فلوئورو کربنها باعث تخریب بخشهایی از لایه اوزون شده‌اند.
مزوسفر
مزوسفر تقریبا از 50 کیلومتری سطح زمین شروع می‌شود و در 80 کیلومتری به پایان می‌رسد. مشخصه ویژه این لایه اتمسفری کاهش بسیار شدید دما در آن است. غلظت اوزون و بخار آب در این منطقه بسیار ناچیز است و به همین علت دمای هوا در این لایه بسیار کمتر از تروپوسفر و استراتوسفر است. با افزایش فاصله از سطح زمین ، ترکیب شیمیایی هوا شدیدا به ارتفاع وابسته شده و اتمسفر سرشار از گازهای سبک می‌شود.
ترموسفر
ترموسفر بالاتر از مزوسفر قرار دارد. منطقه‌ای به نام فروسپاس بین ترموسفر و مزوسفر حائل است. دما در این لایه با افزایش ارتفاع ، بالا می‌رود. این افزایش دما به دلیل جذب پرتوافکنیهای شدید خورشیدی است که توسط میزان بسیار کم و محدود مولکولهای اکسیژن انجام می‌گیرد. در ارتفاع 100 تا۲۰۰ کیلومتری هنوز هم عناصر اصلی اتمسفر نیتروژن و اکسیژن هستند.
اگزوسفر
اگزوسفر دورترین لایه اتمسفری از سطح زمین است. شاید حد بالای این لایه به ارتفاع۹۶۰ تایکهزار کیلومتر برسد. به هر حال نمی‌توان برای آن حد معینی تعیین کرد. اگزوسفر فضای انتقالی بین اتمسفر زمین و فضای بین سیاره‌ای محسوب می‌شود.
تغییرات دمایی
دماهای زیاد نزدیک سطح زمین ، در مجاورت استراتوپوز و ناحیه ترموسفر دیده می‌شود. این زیاد بودن دما به تابش خورشید و جذب آن مربوط است. بیشتر تابش خورشیدی توسط سطح زمین جذب می‌شود. بنابراین تروپوسفر از ناحیه زیرین شروع به گرم شدن می‌کند. تغییرات دما از سطح زمین با افزایش ارتفاع ، کاهش می‌یابد و این بدین سبب است که از منبع گرمایی که سطح زمین می‌باشد دور می‌شویم. برعکس تروپوسفر ناحیه گرمایی استراتوسفر در بالای آن قرار دارد و اینجا همان نقطهای است ‌که در آن شکل گیری اوزون و تجزیه ملوکولهای اکسیژن صورت می‌گیرد و در اثر این واکنش گرما ایجاد می‌شود.

با نزدیک شدن به این بخش چون به منبع گرمایی نزدیک می‌شویم، تغییرات دما با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد.در بخش بالاتر ، مزوسفر قرار دارد که در اینجا چگالی مولکولی کم می‌شود و با افزایش ارتفاع به دلیل دور شدن از استراتوسفر که منبع گرمایی می‌باشد، دما به شدت نزول می‌کند تا بخش بالاتر که ترموسفر نامیده می‌شود. از اینجا به بعد دما باز هم افزایش می‌یابد و توجیه آن خروج از حیطه زمین و کاسته شدن اثرات حرارتی آن و نزدیک شدن به منبع اصلی گرما در منظومه شمسی می‌باشد. از اینجا به بعد تغییرات دما سیر صعودی دارد.
دما و لایه‌های جوی
دمای جو زمین همراه با ارتفاع تغییر می کند؛ رابطه ریاضی بین دما وارتفاع مابین لایه های مختلف جومتغیر است:

مرزهای بین این مناطق تروپوپوز ، استراتوپوز و مزوپوز نامگذاری شده‌اند. میانگین دمای جو در سطح زمین 14 درجه سانتیگراد است.
لایه استراتوپوز
استراتوپوز لایه‌ای از جو زمین است که مرز بین استراتوسفر و مزوسفر نیز می‌باشد. در استراتوسفر دما به همراه ارتفاع افزایش می‌یابد و استراتوپوز بخشی است که بیشترین دما را دارد. این مسئله تنها در اتمسفر زمین رخ نمی‌دهد بلکه در سیارات دیگری که دارای اتمسفر هستند نیز رخ می‌دهد. بر روی زمین عموما معتقدند که استراتوپوز در ارتفاع 50 کیلومتری واقع شده است. فشار اتمسفری حدود یک هزارم فشار در سطح دریاست.

ظرفيت گرمايي

مقدار گرمایی که لازم است تا دمای یک جسم را به اندازه یک درجه افزایش دهد، به عنوان ظرفیت گرمایی تعریف می‌شود که آن را با حرف C نشان می‌دهند. ظرفیت گرمایی ، ترجمه واژه لاتین Heat Conductivity می‌باشد.

مقدمه

"ژول" با آزمایش نشان داد که هرگاه مقدار معینی

از انرژی مکانیکی به گرما تبدیل شود، مقدار گرمای حاصل همیشه یکسان است. بنابراین هم‌ارزی گرما و کار مکانیکی به‌ عنوان دو شکل انرژی ، کاملا محرز است. "هلمهولتز"
اولین کسی بود که بوضوح بیان کرد که نه‌تنها گرما و انرژی مکانیکی ، بلکه تمام شکلهای انرژی هم‌ارزند و مقدار معینی از یک شکل انرژی از بین نمی‌رود،مگر آنکه همان مقدار در یکی از شکلهای دیگر انرژی ظاهر شود. بنابراین گرما صورتی از انرژی است

حال اگر چنانچه بخواهیم دمای جسمی را به اندازه واحد افزایش دهیم، در این صورت بسته به نوع جسم ، این مقدار گرما متفاوت خواهد بود. کلمه ظرفیت در ظرفیت گرمایی بویژه گمراه کننده است، چون عبارت مقدار گرمایی را که یک جسم می‌تواند نگه دارد، به یاد می‌آورد که اساسا بی‌معنا است


اصولا می‌توان ظرفیت گرمایی را به‌عنوان یک ثابت تناسب در نظر گرفت، یعنی مقدار گرمای داده شده به یک جسم با تغییر دمای آن جسم متناسب است و با ضرب کردن ظرفیت گرمایی در طرف دوم این رابطه ، رابطه تناسبی به یک تساوی تبدیل می‌شود، یعنی نسبت مقدار انرژی گرمایی که به یک جسم داده می‌شود، بر افزایش دمای متناظر با آن() را ظرفیت گرمایی آن جسم می‌گویند


مقایسه ظرفیت گرمایی ویژهمس  (Copper) و آلومینیوم (Aluminium)


ظرفیت گرمایی ویژه

ظرفیت گرمایی واحدجرمیک جسم راظرفیت گرمایی ویژه آن جسم می‌گویند. ظرفیت گرمایی ویژه ، مشخصه ماده‌ایست کهجسم را تشکیل  داده است. در مورد یک سکه از ظرفیت گرمایی صحبت می‌کنیم، ولی درمورد ماده  تشکیل دهنده آن یعنی مس ، گفتگو از ظرفیت گرمایی ویژهمناسبت ندارد. ظرفیت گرمایی یک جسم و ظرفیت  گرمایی ویژه یک ماده ، هیچکدام ثابتنیستند و به محل بازده دمایی بستگی  دارند.

مشخصات ظرفیت گرمایی

ظرفیت ، یکمقدار عددی است که واحد آن بر اساس تعریف واحد گرما و واحد دما بیان می‌شود. معمولاگرما را برحسبکالری
بیان می‌کنند وکالری طبق تعریف مقدار گرمایی است که باید به یک گرم آب
داده شود تا دمای آن رابه اندازه یک درجه سانتی‌گراد بالا ببرد. بر این
اساس مقدار گرمای لازم برایافزایش دمای یک کیلوگرم آب به اندازه یک درجه
سانتی‌گراد ، کیلوکالری نامیده می‌شود.

دما رانیز برحسب واحد کلوین بیان می‌کنند، البته دما را برحسب درجه سانتی‌گراد نیزمی‌توان بیان کرد. لذا واحد ظرفیت گرماییخواهد بود.

ظرفیت گرمایی مولی جامدات

یک مول از هر ماده ، مقداری از آن ماده است که شامل تعدادمعینی از موجودات بنیادی ، یعنیعدد آووگادرو  ‌باشد. این عدد ، حاصل اینتعریف است که یک مول از اتمهایکربن  (ایزوتوپ کربن 12) دقیقا 12گرم جرمدارد. در سال 1198- 1819، "دولون" و "پتی" خاطر نشان کردند که ظرفیت گرمایی مولی تمامعناصر ، به استثنای چند مورد ، مقادیری در حدوددارند. ظرفیت گرمایی مولی از ضرب کردن گرمای ویژه در وزن مولکولی بدستمی‌آید.

در عمل ظرفیتهای گرمایی مولی با دما تغییر می‌کنند، یعنیوقتی که دما به  طرف صفر کلوین میل می‌کند، آنها به صفر و وقتی که دما بهبی‌نهایت میل  می‌کند، آنها به مقدار دولون _ پتی نزدیک می‌شوند. چون به نظر  می‌رسد که در تعیین گرمای لازم برایافزایش دمای یک جسم به مقدار معین ،  تعداد مولکولها اهمیت داشته باشد و نه نوعآنها ، لذا می‌توان انتظار داشت  که ظرفیت‌های گرمایی مولی مواد مختلف تقریبا بهنحو یکسانی با دما تغییر ‌کنند.

مهم‌ ترین کاربرد اقتصادی نیتروژن برای ساخت آمونیاک از طریق فرایند هابر (Haber) است. آمونیاک معمولاً برای تولید کود و مواد تقویتی و اسید نیتریک استفاده می‌شود.

نیتروژن همچنین به‌عنوان پرکننده بی اثر، در مخزنهای بزرگ برای نگهداری مایعات قابل انفجار، در هنگام ساخت قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور، دیود و مدار یکپارچه و همچنین برای ساخت فلزات ضد زنگ استفاده می‌شود. نیتروژن همچنین به صورت ماده خنک کننده، برای هم منجمد کردن غذا و هم ترابری آن، نگهداری اجساد و یاخته‌های تناسلی (اسپرم و تخم مرغ)، و در زیست‌شناسی برای نگهداری پایدار از نمونه‌های زیستی کاربرد دارد.
نمک اسید نیتریک شامل ترکیبات مهمی مانند نیترات پتاسیوم و سدیوم و نیترات آمونیوم است. که اولی برای تولید باروت و دومی برای تولید کود به کار می‌رود. ترکیبات نیترات شده مانند نیتروگلیسرین و تری نیترو تولوئن (تی‌ان‌تی) معمولاً منفجر شونده هستند.
اسید نیتریک به عنوان ماده اکسید کننده در مایع سوخت موشک‌ها استفاده می‌شود. هیدرازین و مشتقات آن نیز در سوخت موشک‌ها بکار میروند. نیتروژن اغلب در سرمازاها (Cryogens)، به صورت مایع (معمولاً LN2) استفاده می‌شود. نیتروژن مایع با عمل تقطیر هوا به دست می‌آید. در فشار جو، نیتروژن در دمای -195.8 درجه سانتیگراد (-320.4 درجه فارنهایت) مایع می‌شود.
نیتروژن یا ازت یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن N و عدد اتمی آن 7 است. نیتروژن معمولاً به صورت یک گاز،غیر فلز، دو اتمی بی اثر، بی رنگ، بی مزه و بی بو است که 78% جو زمین را در بر گرفته و عنصر اصلی در بافتهای زنده است. نیتروژن ترکیبات مهمی مانند آمونیاک اسید نیتریک و سیانیدها را شکل می‌دهد همچنين ميتوان گفت  فرآیند هابر (به انگلیسی: Haber process)‏ یا فرآیند هابر-بوش (به انگلیسی: Haber–Bosch process)‏ روشی برای تولید صنعتی آمونیاک از طریق واکنش گاز نیتروژن و گاز هیدروژن و با استفاده از کاتالیزگر های آهن و روتنیم است. این فرآیند به طور مشترک توسط دو شیمیدان آلمانی به نام های فریتس هابر و کارل بوش که هر دو از برندگان جایزه نوبل شیمی بودند، ابداع شد.

قانون بویل

قانون بویل بیان می كند كه در دمایی ثابت، فشار با حجم رابطه ای عكس دارد یعنی اگر فشار بالا رود، حجم كم می شود و اگر فشار كم شود به عكس حجم زیاد می شود.

این قانون را می توان با آزمایش زیر نیز بیان كرد.

سه سرنگ خالی از ماده را روی ترازوی دیجیتالی قرار می دهیم، هر نفر یك سرنگ را می بایست به گونه ای فشار دهد كه اولین نفر فشار كم، دومین نفر فشار بیش تر و سومین نفر فشار بیش تری وارد نماید، فشار وارده را می توان با ترازویی كه سرنگ را روی آن قرار داده ایم بررسی كنیم، سپس مشاهده می كنیم اولین سرنگ كه فشار كم تری بر آن وارد شده است دارای حجم بالاتر و به ترتیب با افزایش فشار به سرنگ حاوی هوا، حجم كم و كم تر می شود.

قانون شارل

بر اساس قانون شارل، در فشار ثابت، حجم با دما رابطه ای مستقیم دارد، به گونه ای كه اگر دما زیاد شود حجم بالا می رود و اگر دما كم شود حجم نیز كم می شود.

این قانون را می توان در پدیده ی طبیعی زیر بیان نمود:

در تابستان كه دمای هوا بالا می رود، حجم گاز درون تایر خودروها نیز افزایش می یابد و بلعكس در زمستان با كاهش دما، حجم تایر خودروها كاهش یافته و باید بر باد آن بیفزاییم.

قانون گیلوساك

بنابر این قانون، در حجمی ثابت، دما با فشار رابطه ای مستقیم دارد، به گونه ای كه اگر دما زیاد شود، فشار هم زیاد و اگر دما كم شود فشار نیز كم می شود.

علت افزایش فشار با افزایش دما و كاهش آن به شرح زیر است:

وقتی دما افزایش می یابد، سرعت و در نهایت  انرژی جنبشی ذرات گاز افزایش می یابد و همانطور كه می دانید فشار یك گاز نتیجه ی برخورد ذرات گاز با دیواره ی ظرف است بنابر این برخورد ذرات گاز با دیواره ی ظرف افزایش می یابد و در نهایت فشار نیز افزایش می یابد.

قانون بويل

قانون بويل : چنانچه تعداد مولکولها و دمای گازثابت باشند فشار وارد شده به وسيله گازبا حجم اشغال شده توسط گاز نسبت معکوس دارد.                                                              P=k/V 

دراين عبارت  P فشار وV  حجم و k مقدار ثابتی است که تعداد مولکولهای گاز ودما را به حساب می آورد.

باتوجه به ثابت بودن  k دردمای ثابت برای تعداد معينی گاز ،می توان رابطه زير را نيزنتيجه گرفت.                      

                                                                  P₁  V₁=  P₂  V₂ 

عناصر گروه دوم جدول تناوبی که به فلزات قلیایی خاکی معروفند در لایه ظرفیت الکترونی ، دارای آرایش nS2 هستند. آخرین عنصر این گروه یعنی رادیوم ، رادیواکتیو است. این فلزات سطحی درخشان و رنگ نقره‌ای سفید دارند. دارای واکنش‌پذیری بالایی هستند. اما واکنش‌پذیری این گروه به اندازه فلزات قلیایی استخراج فلزات قلیایی خاکی در پوسته زمین یافت می‌شوند. اما نه بصورت فلز آزاد بلکه بعلت فعالیت بالا بصورت ترکیب در کانی‌ها و سنگهای مختلف. کلسیم ، پنجمین عنصر فراوان در پوسته زمین و منیزیم هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمین است. کانی‌های مهم منیزیم عبارتند از: کارنیت ، منیزیت و دولومیت. منیزیم از آب دریا هم استخراج می‌شود. با افزودن هیدروکسید کلسیم به آب دریا هیدروکسید منیزیم کم محلول بصورت رسوب ته‌نشین می‌شود. این رسوب بعد از تبدیل به کلرید منیزیم در سلول الکتروشیمیایی داونز الکترولیز می‌شود تا منیزیم فلزی بدست آید. منابع عمده کلسیم ، کالک ، سنگ آهک ، ژیپس ( سنگ گچ ) بی‌آب است. خواص فیزیکی این فلزات سخت‌تر و چگال‌تر از فلزات گروه اول هستند. دمای ذوب بالایی دارند. این خواص آنها تا حد زیادی ناشی از وجود دو الکترون در لایه ظرفیت است که پیوندهای قوی‌تری از فلزات گروه I ایجاد می‌کنند. منیزیم ، کلسیم ، استرانسشیم و باریم از این گروه در اثر حرارت در شعله ایجاد رنگ می‌کنند. منیزیم: سفید درخشان کلسیم: قرمز آجری استرانسیم: قرمز خونی باریم: سبز شعاع اتمی و یونی بطور یکنواخت از بالا به پایین افزایش می‌یابد. شعاع یونی خیلی کوچکتر از شعاع اتمی است و این بعلت وجود دو الکترون در لایه S است که با از دست دادن آنها و ایجاد کاتیون M+2 بار مؤثر هسته بر الکترون‌های تراز کامل بیشتر شده و این باعث کاهش اندازه یون می‌شود. خواص شیمیایی از بالا به پایین این فلزات ، الکتروپزیتیوتر می‌شوند. واکنش با اکسیژن و کلر شدید است. تمام فلزات بجز بریلیم در دمای اتاق در معرض هوا اکسید شده و رنگشان تیره می‌شود. بریلیم بعلت واکنش‌پذیری بالا در زیر نفت نگهداری می‌شود. همه فلزات این گروه بجز بریلیم آب و اسیدهای ضعیف را به هیدروژن کاهش می‌دهند. منیزیم بکندی با آب واکنش می‌دهد مگر اینکه آب داغ باشد. ولی کلسیم بشدت در دمای اتاق با آب واکنش داده و سوسپانسیون ابری سفیدی از هیدروکسید کلسیم تولید می‌کند. کلسیم ، استرانسیم و باریم در اثر حرارت با هیدروژن ترکیب شده و آنرا به فرم هیدرید احیاء می‌کند. فلزات این گروه در اثر گرم شدن عامل احیاء کننده قوی برای احیاء نیتروژن به فرم نیترید هستند . منیزیم در CO2 سوخته و آنرا به کربن احیاء می‌کند. یعنی آتش منیزیم با CO2 خاموش نمی‌شود. اکسید اکسید این فلزات به فرمول عمومی MO بوده و یک اکسید بازی است و از حرارت کربنات یا هیدروکسید این فلزات با آزاد کردن CO2 تولید می‌شود. اکسید این فلزات انرژی شبکه و دمای ذوب بالایی دارند. بجز بریلیم بقیه دارای فرم پراکسید MO2 هم هستند، چون کاتیون Be+2 برای ایجاد پراکسید بسیار کوچک است. اکسیدهای کلسیم ، استرانسیم ، باریم با آب واکنش داده و هیدرو اکسید تولید می‌کنند. هیدروکسید کلسیم که به آب آهک معروف است، بطور نسبی در آب محلول بوده و یک محلول بازی متوسط می‌دهد که برای شناسایی گاز CO2 بکار می‌رود. هالید هالیدهای این گروه از فلزات به فرم هیدراته یافت می‌شوند. بجز کلرید بریلیم ، همگی ترکیب یونی هستند. کلرید کلسیم بی‌آب میل شدیدی به جذب آب دارد و بعنوان خشک کننده استفاده می‌شود. حالت اکسیداسیون فلزات قلیایی خاکی در تمام ترکیباتی که تشکیل می‌دهند حالت اکسیداسیون +2 دارند. بجز چند استثنا همه ترکیبات آنها یونی است. این فلزات دو الکترون در لایه آخر دارند که از دست دادن آنها نسبتا آسان است. اما برداشتن الکترون سوم بسیار مشکل است و به انرژی بالایی نیاز دارد، زیرا تحت جاذبه شدید هسته بوده و از لایه هشت تایی کامل برداشته می‌شود. بنابراین کاتیون این فلزات به فرم M+2 است. اطلاعات صنعتی از میان فلزات این گروه فقط منیزیم بطور گسترده تولید می‌شود.از این فلز ، بدلیل داشتن شعله سفید و درخشان در ترکیب منومرها ، فشفشه‌ها و گلوله‌های نورانی ردیاب و بمب‌های آتشزا استفاده می‌شود. منیزیم با آلومینیوم آلیاژی با دانسیته پایین و دوام بالا ایجاد می‌کند که در صنایع هواپیماسازی کاربرد دارد. اکسید منیزیم بدلیل دمای ذوب بالا در بدنه کوره‌ها استفاده می‌شود.

 مانومتر

برای اندازه گیری فشار گاز درون یک ظرف از وسیله ای بنام مانومتر استفاده می شود . مانومتر یک لوله خمیده است که درون آن جیوه قرار دارد . و بر حسب میلیمتر مدرج شده است . در صورتیکه فشار دو طرف لوله با هم برابر باشد ، سطح جیوه در دو لوله یکسان خواهد بود . ولی اگر فشار یک طرف لوله بیشتر باشد ، جیوه دورن لوله جابجا شده و اختلاف سطح جیوه در دوطرف لوله همان اختلاف فشار دو طرف لوله می باشد .
این انیمیشن یک مانومتر را نشان می دهد شما میتوانید فشار داخل بالنهای متصل به آنرا تغییر داده و تغییرات سطح جیوه در مانومتر را مشاهده کنید .

 برای اندازه گيری فشار گازها ،ازروش مقايسه آنها با فشار هوا وبکمک دستگاه مانومتر استفاده می شود . درلوله U شکل مايعی ريخته می شود که چنانچه چگالی مايع موجود درفشار سنج را بدانيم می توانيم اختلاف فشار بين گاز وجورا محاسبه نماييم.معمولأ  درمانومتر از جيوه استفاده می شود . هنگامی که فشار دو گاز در دوحباب برابر است فشار برابر  ۷۶۰ ميلی متر جيوه (يک جو)خواهد بود

هیدروژن

هیدروژن سبک ترین عنصر شیمیایی بوده با معمول ترین ایزوتوپ آن که شامل تنها یک پروتون و الکترون است. 
 
  
خصوصیات قابل توجه

هیدروژن سبک ترین عنصر شیمیایی بوده با معمول ترین ایزوتوپ آن که شامل تنها یک پروتون و الکترون است. در شرایط فشار و دمای استاندارد هیدروژن یک گاز،H۲، دو اتمی با نقطه جوش ۲۰.۲۷° K و نقطه ذوب ۱۴.۰۲° K را میسازد. در صورتیکه این گاز تحت فشار فوق العاده بالایی، مانند شرایطی که در مرکز غولهای گازی وجود دارد، قرار گیرد مولکولها ماهیت خود را از دست داده و هیدروژن بصورت فلزی مایع در می آید. (رجوع شود به هیدروژن فلزی). اما در فشار های بسیار پایین مانند شرایطی که در فضا یافت می شود، به این علت که هیچ راهی برای ترکیب اتمهایش وجود ندارد، هیدروژن تمایل دارد تا بصورت اتم های مجزا در آمده ؛ ابرهای   تشکیل می شود که به شکل گیری ستارگان نیز مرتبط می باشد

این عنصر نقش بسیار حیاتی در تامین انرژی جهان از طریق واکنش پروتون-پروتون و چرخه کربن-نیتروژن به عهده دارد(اینها فرآیندهای هم جوشی هستهای هستند که با ترکیب دو اتم هیدروژن به یک اتم هلیم، مقدار بسیار عظیمی از انرژی آزاد می کنند.)

کاربردها

 
به مقدار بسیار زیادی هیدروژن در فرآیند هابر (Haber Process) صنعت نیاز می باشد، مقدار قابل توجهی در برای تولید آمونیاک، هیدروژنه کردن چربیها و روغنها، و تولید متانول. سایر مواردی که نیازمند هیدروژن است عبارتند از:

هیدرودیلکیلاسیون  (hydrodealkylation)، هیدرودیسولفوریزاسیون (hydrodesulfurization) و هیدروکرکینک (hydrocracking)

تولید اسید هیدروکلریک،جوشکاری،سوختهای موشک و احیاء سنگ معدن فلزی هیدروژن مایع در تحقیقات سرما شناسی مانند مطالعات ابررسانایی بکار می رود. تریتیوم که در رآکتورهای اتمی تولید می شود در ساخت بمبهای هیدروژنی مورد استفاده قرار می گیرد.

هیدروژن چهارده و نیم بار از هوا سبکتر است و سابقا بعنوان عامل بالا برنده در بالونها و کشتیهای هوایی مورد استفاده قرار می گرفت تا وقتیکه فاجعه هیندنبرگ ثابت کرد که استفاده از این گاز برای این منظور بسیار خطرناک است.

دوتریوم بعنوان یک کند کننده جهت کاهش حرکت نوترونها در فعالیت های هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد، و ترکیبات دوتریوم در شیمی و زیست شناسی در مطالعاتتاثیرات ایزوتوپ، مورد استفاده وافع می شوند.

تریتیوم که یک ایزوتوپ طبقه بندی شده در علوم زیست شناسی است که بعنوان یک منبع تشعشع در رنگهای نورانی کاربرد دارد. هیدروژن می تواند در موتورهای درون سوز سوخته شود و در برهه کوتاهی اتومبیلهایی با سوخت هیدروژنی توسط شرکت Chrysler-BMW تولید شدند. پیل های سوختی هیدروژنی، بعنوان راه کاری برای تولید توان بالقوه ارزان و بدون آلودگی، مورد توجه قرار گرفته است.

تاریخچه

هیدروژن «فرانسه به معنی سازنده آب و واژه یونانی hudôr یعنی "آب" و gennen یعنی "تولید کننده") برای اولین بار در سال ۱۷۷۶ بوسیله هنری کاوندیش بعنوان یک ماده مستقل شناخته شده، آنتونی لاوازیه نام هیدروژن را برای این عنصر انتخاب کرد.

 
پیدایش
هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است بطوریکه ۷۵% جرم مواد طبیعی از این عنصر ساخته شده و بیش از ۹۰% اتمهای تشکیل دهنده آنها اتم های هیدروژن است.

این عنصر به مقدار زیاد و به وفور در ستارگان و سیارات غولهای گازی یافت می شود. به نسبت فراوانی زیاد آن در جاهای دیگر، هیدروژن در اتمسفر زمین بسیار رقیق است(۱ ppm برحسب حجم). متعارف ترین منبع برای این عنصر در زمین آب است که از دو قسمت هیدروژن و یک قسمت اکسیژن (H۲O) ساخته شده است.

منابع دیگر عبارتند از بیشترین اشکال مواد آلی که در اندام تمام موجودات زنده شناخته شده وجود دارند، زغال،سوخت فسیلی و گاز طبیعی. متان ( CH۴)، که یکی از محصولات فرعی فساد ترکیبات آلی است که اهمیت منابع آن رو به افزایش است.

هیدروژن از چندین راه مختلف بدست می آید، عبور بخار از روی کربن داغ، تجزیه هیدروکربن بوسیله حرارت، واکنش هیدروکسید سدیم یا پتاسیم بر آلومینیوم، الکترولیز آب یا از جابجائی آن در اسیدها توسط فلزات خاص.

 هیدروژن تجاری در حجمهای زیاد معمولا بوسیله تجزیه گاز طبیعی تولید می شود.

ترکیبات

هیدروژن سبک ترین گازها با اکثر عناصر ترکیب شده و ترکیبات مختلف را بوجود می آورد. هیدروژن دارای عدد اکترونگاتیویته ۲.۲ است پس هیدروژن هنگامی ترکیبات را می سازد که عناصر غیر فلزی تر و عناصر فلزی تری وجود داشته باشند. در این حالت(غیر فلزی) تشکیل دهنده ها هیدریدها نامیده می شوند، که هیدروژن یا بصورت یونهای H- یا بصورت حل شده در عنصر دیگر وجود خواهد داشت (مانند هیدرید پالادیوم). در حالت دوم (ترکیب با فلز) هیدروژن تمایل برای تشکیل پیوند کووالانسی دارد، چون یونهای H+ بصورت یک اتم عریان فاقد الکترون در می آیند بنابراین تمایل شدیدی به جذب الکترونها به سمت خود داردند. هر دوی اینها تولید اسید می کنند. لذا حتی در یک محلول اسیدی می توان یونهایی مثل H۳O+ را دید که گویی پروتونها به جایی محکم به چیزی چسبیده اند.

هیدروژن با اکسیژن ترکیب شده و تولید آب می کند، H۲O، که در این واکنش مقدار زیادی انرژی را بصورتی آزاد می کند که، باعث انفجار در هوا میگردد. به اکسید دوتریوم یا D۲O، که معمولا آب سنگین گفته می شود. همچنین هیدروژن با کربن یک سری ترکیبات گستردهای را بوجود می آورد. بخاطر ارتباط این ترکیبات با چیزهای زنده، این ترکیبات را ترکیبات آلی می نامند، و به مطالعه خصوصیات این ترکیبات شیمی آلی گفته می شود.

حالتها

در شرایط عادی گاز هیدروژن ترکیبی از دو نوع متمایز مولکول است که با هم از نظر جهت چرخش الکترونها و هسته تفاوت دارند. این دو شکل به نام ارتو- و پارا- هیدروژن معروفند. (این مورد با ایزوتوپها فرق می کند به پاراگراف بعد توجه کنید.) در شرایط استاندارد هیدروژن معمولی ترکیبی از ۲۵% شکل پاراو ۷۵% شکل ارتو است. شکل ارتو را نمی توان بصورت حالت خالص آن تهیه کرد. این دو مدل هیدروژن از نظر انرژی با هم متفاوتند که این مسئله موجب می گردد، تا خصوصیات فیزیکی آنها کمی متفاوت باشد. مثلا نقطه ذوب و جوش پاراهیدروژن تقریبا ۰.۱ K ° پائین تر از ارتوهیدروژن است.

ایزوتوپها

پروتیوم ، معمولی ترین ایزوتوپ هیدروژن فاقد نوترون است گرچه دو ایزوتوپ دیگر به نام دوتریوم دارای یک نوترون و تریتیوم رادیو اکتیویته دارای دو نوترون، وجود دارند. دو ایزوتوپ پایدار هیدروژن پروتیوم(H-۱) و دیتریوم(D ، H-۲) می باشند. دیتریوم شامل ۰.۰۱۸۴-۰.۰۰۸۲%درصد کل هیدروژن است «IUPAC)؛ نسبتهای دیتریوم به پروتیوم با توجه به استاندارد مرجع آب VSMOW اعلام میگردد. تریتیوم(T یا H-۳)، یک ایزوتوپ رادیواکتیو دارای یک پرتون و دو نوترون می باشد. هیدروژن تنها عنصری است که ایزوتوپ های آن اسمی مختلفی دارند.

هشدارها

هیدروژن گازی است با قدرت اشتعال فوق العاده زیاد. این گاز همچنین به شدت با کلر و فلوئور واکنش نشان می هد. D۲O، یا آب سنگین برای بسیاری از گونه های سمی است. اما مقدار قابل توجهی از آن برای کشتن انسان لازم است.

استلاکتیت و استلاگمیت

استالاكتيت: اشكال مخروطي توپر يا متخلخل كه  از سقف غار آويزان است.

استالاگميت: به صورت سنگال هايي(كنكرسيون) در زير استالاكتيت ها ايجاد مي شوند كه قاعده آنها در كف غار و راس آنها به طرف سقف است.

استالاگميت و استالاکتيت از فرهنگ نامه جامع ويكي پديا :

واژه استالاكتيت واژه اي يوناني است و برگرفته از مفهوم چكيدن و چكه كردن مي باشد. معناي لفظي اين واژه «آن چه كه مي چكد» مي باشد. استالاكتيت نوعي رسوبات استوانه اي يا مخروطي مي باشد كه بر سقف يا ديواره هاي غار هاي آهكي تشكيل مي شود و گاهي از آن با نام سنگ چكنده ياد مي كنند. استالاكتيت ها از ته نشين شدن كلسيم كربنات و ديگر مواد معدني، كه رسوبات آب هاي حاوي مواد معدني هستند تشكيل مي شوند. شكل مقابل اين رسوبات كه در زير استالاكتيت ها تشكيل مي شود استالگميت ناميده مي شود. در صورت وجود زمان كافي استالاگميت ها مي توانند به استالاكتيت ها رسيده، و تشكيل يك ستون دهند.

هر استالاكتيت ابتدا تنها با چكيدن قطرات آب هاي حاوي كلسيم كربنات از سقف بوجود مي آيد. هنگامي كه يك قطره مي چكد، حلقه اي بسيار نازك از كلسيت تشكيل مي دهد. با تداوم اين عمل هر قطره حلقه نازك ديگري از رسوبات كلسيت از خود بر جاي مي گذارد. سرانجام، اين حلقه ها يك حفره يا سوراخ بسيار باريك ايجاد مي كنند. اين سوراخ ها كه قطري حدود نيم ميليمتر دارند، ممكن است بسيار طولاني باشند اما بسيار نازك و ترد مي باشند. در صورتي كه به نحوي راه اين سوراخ بسته شود، قطرات آب از بالا به بيرون سر ريز شده، باعث ته نشين شدن مقدار بيشتري كلسيت و مخروطي تر كردن شكل استالاكتيت   مي شوند. قطراتي كه از استالاكتيت مي چكند كلسيت بيشتري در پايين ته نشين مي كنند. اين ته نشين ها سر انجام استالاگميت هاي گرد يا مخروطي شكلي را پديد مي آورند. بر خلاف استالاكتيت ها استالاگميت ها هيچ گاه داراي سوراخي در داخل خود نمي باشند.

هر چند كه ادعا شده است بلند ترين استالاكتيت شناخته شده در جهان در تالار راريتيس واقع در برزيل قرار دارد و داراي بيست متر ارتفاع مي باشد، برخي از غار نوردان در هنگام جست و جو حتي با استالاكتيت هاي بلند تري هم مواجه شده اند.

استالاكتيت ها مي توانند بر روي سقف هاي بتني و ساختمان ها هم پديد آيند. هر چند كه در اين اماكن به نسبت محيط هاي ديگر استالاكتيت ها به مراتب سريع تر شكل مي گيرند. استالاكتيت ها حتي بوسيله گدازه هاي آتشفشاني هم شكل مي گيرند كه البته مكانيزم شكل گيري آن ها بسيار متفاوت است.

استالاگميت نوع ديگري از رسوبات ستوني شكل است كه بر كف غار هاي آهكي شكل مي گيرد و دليل بوجود آمدن آن چكيدن قطرات حاوي مقدار زيادي مواد معدني محلول و ته نشين شدن و رسوب كردن كلسيم كربنات است.

در هنگام بازديد از غارهاي حاوي استالاكتيت ها و استالاگميت ها از بازديد كنندگان درخواست مي شود به ديواره ها و سنگ ها دست نزنند. دليل اين موضوع به طور كلي ادامه داشتن رشد تشكيل سنگ ها و استالاكتيت هاست. نيز، از ان جا كه شكل گرفتن سنگ ها به دليل رسوب مواد معدني محلول در آب بر سنگ هاي قديمي مي باشد، لذا دست زدن به سنگ ها باعث تخريب بستر رسوب گذاري و از بين رفتن رشد طبيعي آن ها مي شود.

راه هاي زيادي براي بخاطر سپردن اين كه كدام يك از استالاكتيت يا استالاگميت بر سقف ها و كدام يك بر كف پديد مي آيند وجود دارد كه چند نمونه از آن ها در زير بيان شده است.

استالاكتيت (StalaCtite) داراي حرف C مي باشد كه از سقف (Ceiling) مي آيد.

استالاگميت (StalaGmite) داراي حرف G مي باشد كه از زمين (Ground) مي آيد.

حرف T در استالاكتيت بيان گر آويزان شدن چيزي از سقف است.

حرف M در استالاگميت يادآور وجود چيزي از زمين است

فسفر یک عنصر جامد به رنگ سفید واکسی می باشد که در سال 1669توسط Hennig Brand از کشور آلمان کشف شد . این عنصر از سنگهای فسفاته بدست می آید .

فسفر دارای 4 آلوتروپی می باشد. این آلوتروپی ها به فرمهای سفید یا زرد، قرمز، سیاه یا بنفش می باشد. فسفر معمولی مومی شکل سفید رنگ و جامد است. فسفر زمانی که خالص باشد بیرنگ و شفاف است . فسفر سفید دو حالت دارد آلفا و بتا با دمای تبدیل -3.8oC .
این عنصر در آب حل نمی شود اما در دی سولفید کربن حل می شود. این عنصر به خودی خود در هوا آتش می گیرد و بعد از ترکیب با اکسیژن هوا در زمان سوختن تبدیل به پنتا اکسید فسفرمی شود .
این عنصر به حالت آزاد در طبیعت یافت نمی شود ترکیبات این عنصر به صورت گسترده ای در طبیعت پراکنده شده اند. سنگ فسفات حاوی کانی آپاتیت دارای ناخالصی تری فسفات کلسیم است که این سنگ مهمترین منبع تولید فسفر است. معادن بزرگ این عنصر در روسیه، مراکش و فلوریدا و بعضی ازایالتهای دیگر آمریکا یافت می شود .
فسفر عنصری بسیار سمی است 50 میلی گرم آن برای مرگ کافی است. پرتودهی این عنصر از 0.1 میلیگرم بر متر مکعب تجاوز نمی کند. فسفر سفید در زیر آب نگهداشته می شود باید آن را با انبر جابجا کرد تماس آن با پوست دست باعث سوختگی شدید می شود.
وقتی در معرض نور خورشید قرار بگیرد یا وقتی داغ شده باشد حرارت آن به 250 درجه می رسد که می تواند در این حالت تبدیل به فسفات نوع قرمز شود. این فرم از فسفر به راحتی و به خودی خود آتش نمی گیرد و به اندازه فسفر سفید خطرناک نیست. در موقع کار با فسفر سفید باید بسیار دقت کرد چون هم بسیار سمی است و هم به راحتی درجه حرارت آن بالا می رود و آتش می گیرد. فسفر قرمز نسبت به سفید دارای پایداری بیشتری می باشد و برای ساخت کبریتهای بی خطر، مواد آتش بازی ، آفت کشها ، آتش افروزها ، بمبهای دودزا و گلوله ها کاربرد دارد.
فسفر سفید به روشهای مختلفی ساخته می شود. تری فسفات کلسیم یکی از اجزای اصلی سنگ فسفر است که در کوره های برقی یا سوخت کوره کاربرد دارد.
اسید فسفریک غلیظ که حاوی 70 تا 75 درصد P2O5 است عامل مهمی در تولیدات کشاورزی و مزرعه می باشد. از این عنصر برای تهیه کودهای شیمیایی کاربرد دارد. فسفاتها در تولید شیشه های مخصوص مثل لامپهای سدیم کاربرد دارد. فسفات کلسیم در ساخت ظروف چینی و پودر خمیرمایه استفاده می شود.
فسفرها یکی از مهمترین عامل تولید فولاد و فسفر برنز و تولیدات مهم دیگر می باشد. تری سدیم فسفات عامل پاک کننده در تصفیه آب و دیگ بخارمی باشد. فسفر ها عامل حیاتی در پروتوپلاسم همه سلولها، بافت های عصبی و استخوانها هستند.



ساختار بلوری عنصر فسفر


اثرات فسفر بر سلامتی انسان
فسفر در مقایسه با فسفات در محیط زیست از فراوانی بیشتری برخوردار است. فسفات ها یکی از مهمترین مواد تشکیل دهنده بدن انسان به شمار میروند. زیرا فسفاتها قسمتی از ماده DNA را تشکیل میدهند و در توزیع انرژی بدن شرکت میکنند. همچنین فسفاتها از اجزای تشکیل دهنده گیاهان هستند.
انسان با افزودن کودهای غنی از فسفات به خاک و با استفاده از شوینده های حاوی فسفات باعث افزایش مقدار فسفات در طبیعت میشود. همچنین، فسفات یکی از مواد افزودنی به مواد غذایی به شمار میرود. مواد غذایی مانند پنیر، سوسیس و همبرگرها دارای مقدار قابل توجهی فسفات هستند.
مقدار زیاد فسفات باعث بیماریهایی از قبیل آسیب به کلیه ها و پوکی استخوان میشود. از طرفی ممکن است در بدن فردی کمبود فسفات رخ دهد. کمبود فسفات بر اثر استفاده بیش از اندازه دارو اتفاق می افتد. مقدار بسیار اندک فسفات نیز آسیبهایی را به سلامت انسان وارد میکند.
فسفرخالص به رنگ سفید است. فسفر سفید خطرناکترین شکل فسفری است که تاکنون شناخته شده است. اگر فسفر سفید در محیط وجود داشته باشد احتمال خطر و تاثیر آن بر سلامت انسان افزایش می یابد. فسفر سفید بسیارسمی است و در بسیاری موارد پرتودهی آن کشنده میباشد.
بیشتر موارد مرگ گزارش شده بر اثر فسفر سفید به دلیل بلع مرگ موش میباشد. علائمی مانند استفراغ، گرفتگی معده و خواب آلودگی قبل از مرگ در فرد مشاهده میشود.
فسفر سفید باعث سوختگی پوست میشود. در حین سوختگی پوست قسمتهایی از بدن مانند کبد، قلب و کلیه ها آسیب میبینند.

اثرات فسفر بر محیط زیست
فسفر سفید
با تولید مواد شیمیایی در صنایع مختلف و تولید مهمات در ارتش مقداری فسفر سفید وارد محیط میشود. با تخلیه فضلاب کارخانه ها مقداری فسفر سفید وارد آبهای سطحی نزدیک کارخانه میشود.
به نظر میرسد که فسفر سفید در محیط منتشر نمیشود زیرا به سرعت با اکسیژن هوا واکنش میدهد. با ورود فسفر سفید به هوا و ترکیبش با اکسیژن، فسفر سفید به ذراتی تبدیل میشود که اثر مخرب کمتری دارد. زیرا زمانیکه ذرات فسفر در هوا قرار دارند، پوشش محافظی آنها را دربرگرفته و از واکنش دادن با سایر مواد جلوگیری میکند.
فسفر سفید در آب با سایر مواد وارد واکنش نمیشود و در نتیجه داخل بدن موجودات آبی تجمع پیدا میکند. در خاک فسفر طی چند روز باقی می ماند و سپس به مواد با خطر کمتر تبدیل میشود. اما در خاکهای عمیق و در اعماق رودخانه ها و دریاچه ها ممکن است فسفر حدود چند هزار سال باقی بماند.

فسفاتها
فسفات اثرات زیادی بر موجودات زنده دارد. اثر فسفات نتیجه انتشار وسیع آن در محیط زیست به دلیل معدنکاری و کشت و زرع میباشد. در هنگام تصفیه آب معمولاً فسفات از بین نمیرود، بنابراین فسفات میتواند در مسافت زیادی از طریق آبهای سطحی انتشار پیدا کند.
با توجه به مقدار اضافه فسفر در طبیعت که به دلیل فعالیتهای انسانی اتفاق افتاده است و به دلیل افزایش غلظت فسفر، در چرخه فسفر اختلالاتی پدید آمده است.
با افزایش غلظت فسفر در آبهای سطحی، تعداد ارگانیسمهای وابسته به فسفات افزایش می یابد. این ارگانیسمها عبارت هستند از جلب و خزه. این ارگانیسمها مقدار زیادی از اکسیژن محیط را مصرف میکنند و از وارد شدن نور خورشید به آب جلوگیری میکنند. این مسئله باعث میشود که سایر موجودات زنده نتوانند در آب زندگی کنند. به این پدیده eutrophication گفته میشود.

 نیتروژن عنصر شیمیائی غیر فلزی با الکترونگاتیویته 3 است که در جدول تناوبی با نشانه N مشخص می شود و دارای عدد اتمی 7 می باشد . این گازدر سال توسط Daniel Rutherford از کشور اسکاتلند کشف گردید و 78% ترکیبات اتمسفر را شکل می دهد این گاز از مایع سازی هوا و گرم کردن NaN3 بدست می آید .

 
2.6 درصد از ترکیب سیاره بهرام را نیتروژن تشکیل می دهد. از دیگر منابع نیتروژن اتمسفر است که نیتروژن گازی را از جو می توان با روشهای مایع شدن و تقطیر جز به جز به دست آورد. نیتروژن در همه سیستمهای حیاتی و همه ترکیبات زیستی یافت می شود.
یک شیمیدان فرانسوی به نام Antoine Laurent Lavoisier اشتباهاً نام ازت را به معنی مرده یا بدون حیات روی نیتروژن گذاشت. به هر حال ترکیبات نیتروژن در غذاها، مواد آلی، کودها، مواد سمی و مواد منفجره یافت می شود. نیتروژن گاز بی رنگ، بی بو، و در حالت عادی بی اثر است. نقطه جوش آن 195.80 درجه است. این گاز می تواند توسط واکنش آب و نیتریت آمونیوم تولید شود. نیترات سدیم و نیترات پتاسیم از تجزیه ترکیبات آلی حاصل می شود. نیترات پتاسیم در مناطق خشک دنیا برای استفاده کودهای ازتی یافت می شود. از دیگر ترکیبات نیتروژن آلی اسید نیتریک، آمونیاک، سیانیدها و اکسیدهای نیتروژن هستند.
چرخه نیتروژن یکی از مهمترین فرایندها در طبیعت برای ارگانیسمهای زند ه است. این چرخه باکترهای نیتروژن دار را به نیتروژن گازی تبدیل می کند. نیتروژن و ترکیبات پروتئینی نقش تعیین کننده در حیات انسانها را دارند.
آمونیاک یکی از مهمترین ترکیبات نیتروژن است. که توسط فرایندهای هابر تولید می شود. گاز طبیعی متان در واکنش دی اکسید کربن و هیدروژن گازی در دو مرحله حاصل می شود. هیدروژن گازی و نیتروژن گازی در فرایند هابر تولید آمونیاک می کنند. این گاز بیرنگ دارای بوی تیز است و به آسانی به مایع تبدیل می شود.


اثرات نیتروژن بر سلامتی انسان

مقدار مولکولهای نیتروژن در هوا زیاد است. نیتروژن در آب و خاک به صورت نیترات و نیتریت پیدا میشود. کلیه این مواد بخشی از چرخه نیتروژن به حساب می آیند، اگر چه همه این اشکال نیتروژن با یکدیگر در ارتباط هستند.
انسان خصوصیات نیترات و نیتریت طبیعی را تغییر داده است. این تغییرات بالاخص در کودهای شیمیایی نیتروژن دار اتفاق افتاده است. شرکتهای صنعتی با نیتروژنی که تولید میکنند میزان نیترات و نیتریت خاک و آب را که نتیجه چرخه نیتروژن میباشند را تغییر میدهند. به دلیل این فعالیتها غلظت نیترات در آب آشامیدنی افزایش می یابد.
نیتراتها و نیتریتها بر سلامت انسان تاثیر دارند. این اثرات عبارت هستند از:
واکنش با هموگلوبین خون، این امر باعث کاهش توانایی خون برای انتقال اکسیژن میشود (نیتریت).
عملکرد غده تیروئید را کاهش میدهد (نیتریت).
سبب کمبود ویتامین A میشود (نیتریت).
nitrosamines از عوامل عمده ایجاد کننده سرطان محسوب میشوند (نیتراتها و نیتریتها).
از نقطه نظر متابولیسمی، اکسید نیتروژن نسبت به عنصر شیمیایی نیتروژن به تنهایی از اهمیت بیشتری برخوردار است. در سال 1987، Salvador Moncada کشف کرد که اکسید نیتروژن برای آرامش عضلات بدن بسیار حیاتی است و امروزه میدانیم که اکسید نیتروژن در سیستم قلبی – عروقی، سیستم ایمنی، سیستم عصبی مرکزی و سیستم عصبی جانبی وجود دارد. آنزیم تولید کننده اکسید نیتروژن، synthase اکسید نیتروژن نامیده میشود و در مغز انسان به مقدار زیاد وجود دارد.
اگر چه اکسید نیتروژن دوره عمر کوتاهی دارد، لیکن میتواند به اجزای تابع خود تبدیل شود.

اثرات زیست محیطی نیتروژن

انسان با فعالیتهایی که انجام داده است باعث تغییر مقدار نیتریت و نتیرات در طبیعت گشته است. عمده ترین عامل افزایش مقدار نیترات و نیتریت در محیط زیست کودهای شیمیایی هستند. فرآیند احتراق سبب افزایش نیترات و نیتریت میشود، زیرا بخارات متصاعد شده از اکسیدهای نیتروژن در محیط زیست به نیترات و نیتریت تبدیل میشوند.
طی تولیدات شیمیایی، نیترات و نیتریت تشکیل میشوند و برای کنسرو کردن مواد غذایی مورد استفاده قرار میگیرند. همین مسئله سبب افزایش غلظت ترکیبات نیتروژن در آبهای سطحی و زیرزمینی و به تبع آن در غذا میشود.
افزایش پیوندهای نیتروژنی در محیط زیست سبب اثرات متنوعی میشود. یک، تنوع در پیوند شیمیایی باعث تغییر در ترکیب شیمیایی گونه های مختلف موجودات زنده میگردد. ثانیاً نیتریت اثرات مختلفی بر زندگی انسان و جانوران میگذارد. غذای غنی از ترکیبات نیتروژن سبب کاهش انتقال اکسیژن خون شده و عواقب وخیمی برای گله های گاو دربردارد.
با افزایش غلظت نیتروژن مشکلاتی در غده تیروئید رخ میدهد و همچنین مقدار ذخیره ویتامین A کاهش می یابد. در معده و روده جانوران نیترات به nitrosamines تبدیل میشود و یک ماده خطرناک سرطانزا را تولید میکند.

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر نیتروژن :

عدد اتمی:7
جرم اتمی: 14.00674
نقطه ذوب : C°-210.0
نقطه جوش: C°-195.7
شعاع اتمی : Å 0.75
ظرفیت:5
رنگ: بی رنگ
حالت استاندارد: گاز
نام گروه: 15
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 1402.3
شکل الکترونی: 1s2 2s22p3

آنتوان لوران لاووازيه در 26 اوت 1743 در پاريس از پدر و مادري ثروتمند و مرفه زاده شد. او زير نظر استاداني قابل نجوم و گياه شناسي و شيمي و زمين شناسي را به خوبي فراگرفت. پس از اتمام دوره حقوق بار ديگر به علوم گراييد و سه سال بعد در آن هنگام كه جواني 25 ساله بود به عضويت فرهنگستان سلطنتي علوم برگزيده شد.
لاووازيه كه در حقيقت بنيانگذار شيمي جديد محسوب مي شود، تجزيه و سنجش توأم با نتيجه گيري صحيح را پايه و اساس اين علم قرار داد. وي نخستين كسي بود كه ترازو را جهت سنجش و تحقيق در فعل و انفعالات شيميايي در آزمايشگاه وارد كرد. قبل از او دانشمندان شيمي در مورد سوختن، عقيده عجيبي داشتند و آن را اين طور تعريف مي كردند كه «هر جسم سوختني داراي ماده اي است نامرئي به نام فلوژيستن و چون جسم مشتعل شود اين ماده از آن خارج مي شود. هرچه جسم بيشتر قابل اشتعال باشد مقدار بيشتري از اين ماده در بر دارد و شعله همان فلوژيستيك است كه از جسم متصاعد مي گردد». به موجب اين نظريه قدما معتقد بودند كه وقتي جسمي در هوا مي سوزد سبكتر مي شود زيرا ماده فلوژيستن آن خارج مي گردد. اين نظريه نادرست سراسر قرن هجدهم را به كلي مسموم ساخته بود و حتي دانشمندان بزرگ نيز بدان اعتقاد داشتند چنانكه پريستلي هنگامي كه گاز اكسيژن را براي نخستين بار تهيه نمود آن را «هواي بدون فلوژيستن» نام نهاد.

لاووازيه كه شيميدان برجسته اي براي هميشه است امكان درك و شناخت عناصر گازي شكل را فراهم كرد. در دوران سلطه «نظريه آتشزايي» (نظريه اي كه در بالا ذكر شد) وسايل تجربي زيادي فراهم آمده بود كه سبب دگرگوني هاي انقلابي در شيمي شدند. بيشترين اعتبار اين تحولات مديون زحمات لاووازيه است كه درك درستي از اكسيژن را ميسر كرد. انگلس F. Engels نوشت كه: لاووازيه مي توانست نقطه مقابل و ضد فلوژيستون افسانه اي را در اكسيژني كه پريستلي به دست آورده بود بيابد و در نتيجه قادر بود كل نظريه آتشزايي را از پا در آورد اما اين كار نمي توانست نتايج تجربي حاصل از پذيرفتن آتشزاها را از بين ببرد برعكس آن نظريات پا برجا بودند و فقط ترتيب بيانشان وارونه شده بود و از كلمه فلوژيستيك به عباراتي كه اكنون در زبان شيمي اعتبار دارند برگردانده شده بود و بنابراين اعتبارشان حفظ شده بود.
راه لاووازيه براي كشف اكسيژن خيلي مستقيم تر از راه ديگر هم عصرانش بود. در آغاز اين دانشمند فرانسوي نيز گرايش به نظريه آتشزايي داشت ولي هرچه بيشتر كه به نتايج تجربي مي رسيد بيشتر از آن نظريه كناره مي گرفت. در اول نوامبر سال 1772 شرح تجربياتش در زمينه احتراق تركيبات مختلف در هوا را به اين ترتيب پايان بخشيد كه گفت: وزن همه مواد از جمله فلزات بر اثر احتراق و سوختن افزايش مي يابد نظر به اينكه چنين واكنشها نياز به مقدار زيادي هوا داشتند. لاووازيه نتيجه گيري ديگري هم كرد و گفت: هوا مخلوطي از گازهاي با خواص گوناگون است كه در حين سوختن مواد، قسمتي ازآن با ماده سوزنده تركيب مي شود. در آغاز لاووازيه اين جزء از هوا را مشابه هواي ثابت بلاك تلقي كرد ولي به زودي متوجه اشتباه خود شد. در فوريه سال 1774 اين دانشمند فرانسوي متوجه شد كه آن قسمت از هوا كه با مواد در هنگام سوختن تركيب مي شود مناسبترين جزء هوا براي تنفس است، به اين ترتيب لاووازيه رودر روي اكسيژن قرار گرفت ولي از اعلام كشف گاز جديد خودداري كرد زيرا مي خواست چند تجربه تكميلي انجام دهد.
در اكتبر سال 1774 پريستلي كشف خود را به لاووازيه گزارش كرد و اين گزارش مفهوم واقعي كشف لاووازيه را براي خودش روشن كرد، وي بلافاصله به تجربه با اكسيد قرمز جيوه كه مناسبترين مولد اكسيژن بود پرداخت. در آوريل 1775 لاووازيه گزارشي تحت عنوان «يادداشتي درباره طبيعت ماده اي كه هنگام سوختن فلزات با آنها تركيب مي شود و سبب افزايش وزن ماده توليد شده مي شود» به آكادمي علوم فرانسه داد.
در واقع اين كشف اكسيژن بود لاووازيه نوشت كه اين نوع هوا را پريستلي و شيل و خودش تقريباً به طور همزمان كشف كرده اند. ابتدا وي آن را مناسبترين هوا براي تنفس ناميد ولي بعد نامش را «هواي زندگي بخش يا توانبخش» گذاشت.به اين ترتيب ملاحظه مي شود كه لاووازيه با دركي كه از طبيعت اكسيژن كرده بود تا چه اندازه بر همزمانانش پيشي گرفت. در مرحله بعدي دانشمند مزبور به اين نتيجه رسيد كه «مناسبترين هوا براي تنفس» يكي از مواد بنياني در ساخت اسيدهاست يعني مهمترين قسمت همه اسيدهاست بعدها معلوم شد كه اين اعتقاد اشتباه بوده است (وقتي اسيدهاي بدون اكسيژن هالوژنه تهيه شدند) ولي در سال 1779 لاووازيه انديشيد كه اين خاصيت را در نام گاز كشف شده بگنجاند و از آن پس اين عنصر را اكسيژن «oxygen» ناميد كه از كلمه يوناني «اسيد ساز» گرفته شده است. انگلس نوشته است: «پريستلي و شيل بدون اينكه بدانند ست روي اكسيژن گذاشته اند، آنها را تهيه كردند» .... و گرچه لاووازيه همان گونه كه بعدها اعتراف كرده است اكسيژن را همزمان و مستقل از آن دو نفر تهيه نكرده بود با توجه به اين كه آن دو نفر نمي دانستند چه چيزي را تهيه كرده اند لاووازيه را بايد كاشف اكسيژن شناخت از جمله خطراتي كه جان لاووازيه را به مخاطره انداخته بود و بيشتر جنبه سياسي داشت هنگام انقلاب كبير فرانسه در سال 1789 يعني در آن هنگام كه انقلابيون زمام امور پاريس را در دست داشتند رخ داد. لاووازيه رساله معروفي در باب اقتصاد سياسي موسوم به «ثروتهاي زيرزميني فرانسه» به رشته تحرير درآورد اين كتاب يكي از مهمترين كتبي است كه در مبحث اقتصاد نوشته شده است.
سرانجام آنتوان لاووازيه در سال 1794 در دادگاه انقلابي به رياست ژان باتيست كوفن هال به جرم خيانت به ملت همراه چندتن ديگر تسليم تيغه گيوتين شد در حاليكه 51 سال سن داشت.
پس از مرگ لاووازيه لاگرانژ گفت: «تنها يك لحظه وقت آنان براي بريدن آن سر صرف شد و شايد يكصد سال زمان نتواند سر ديگري همانندش بوجود آورد.»

آرسنیک

آرسنیک یک عنصر جامد پودری به رنگ خاکستری می باشد که در سال 1250 توسط Alberts Magna کشف شد . آرسنیک ماده سرطان زایی است که اگر تنفس شود بر روی ششها تـأ ثیر می گذارد همچنین بر روی پوست و جگر نیز اثرات مخربی می گذارد .

عنصر آرسنیک در حالت جامد به دو رنگ زرد و خاکستری یا فلزی با وزن مخصوص به ترتیب 1.97 و 5.73 یافت می شود. این عنصر در سال 1250 توسط Albertus Magnus به دست آمد. در سال 1649 Schroeder دو روش برای استحصال این عنصر کشف کرد. آرسنوپیریت مهمترین ترکیب این عنصر است که توسط گرما از سولفیدهای آهندار به دست می آید.
این عنصر به رنگ فولاد خاکستری، خیلی شکننده، بلورین، جامد شبه فلزی است. در هوا تیره می شود. در اثر گرما به سرعت اکسید می شود و به اکسید آرسنیک که بوی سیر می دهد تبدیل می شود. آرسنیک و دیگر ترکیبات آرسنیک سمی هستند.
موارد استفاده این عنصر در آتش بازی و برای گلوله سربی مو رد استفاده قرار می گیرد. مهمترین ترکیبات آرسنیک شامل آرسنیک سفید، سولفید، آرسنات کلسیم و آرسنات سرب است. این سه ترکیب در حشره کشها و سموم کشاورزی و مواد سمی کاربرد دارد. آرسنیک همچنین برای ساخت دستگاههایی مثل ترانزیستور نیز کاربرد دارد. آرسنیک گالیم برای موارد لیزری الکتریکی نور همدوس کاربرد دارد.


ساختار بلوری عنصر آرسنیک

اثرات آرسنیک بر روی سلامتی
آرسنیک یکی از سمی ترین عناصر موجود است. علیرغم اثرات سمی این عنصر، مقدار آرسنیک غیرآلی طبیعی موجود در زمین اندک است. آرسنیک از طریق غذا، آب و هوا وارد بدن انسان می شود. تماس پوستی با خاک یا آب آلوده به آرسنیک هم باعث ورود آرسنیک به بدن انسان می شود. میزان آرسنیک موجود در غذا بسیار کم است و به علت سمیت به غذا افزوده نمی شود. اما ممکن است میزان آرسنیک موجود در ماهی و غذاهای دریایی بالا باشد زیرا ماهی از آبی که در آن زنئگی می کند، آرسنیک را جذب می کند. خوشبختانه این شکل از آرسنیک آلی بی خطر است اما ماهی هایی که مقدار زیادی آرسنیک غیرآلی دارند، برای سلامتی انسان مضر هستند.
خطر آلودگی با آرسنیک در اشخاص زیر بیشتر است: افرادی که با آرسنیک کار می کنند، کسانی که زیاد شراب می نوشند، کسانی که در مزارعی کار می کنند که در آنجا کودهای آرسنیک دار مصرف می شود.
قرار گرفتن در معرض آرسنیک غیرآلی، سبب ایجاد عوارض مختلفی مانند سوزش معده و روده، کاهش تولید سلولهای قرمز و سفید خون، تغییر پوست و سوزش ریه می شود. جذب مقدار زیادی آرسنیک غیرآلی احتمال بروز سرطان و به ویژه سرطان پوست، سرطان ریه، کبد و غدد لنفاوی را افزایش می دهد.
قرار گرفتن در معرض آرسنیک غیرآلی، سبب نازایی و سقط جنین در زنان می شود و در زنان و مردان باعث ناراحتیهای پوستی، کاهش مقاومت در برابر ویروسها،
اشکال دیگر :

ایست قلبی و آسیب مغز می شود. آرسنیک غیرآلی به DNA هم آسیب می رساند.
آرسنیک آلی هم باعث سزطان می شود اما به DNAآسیب نمی رساند. اما دوز بالای آن باعث صدمات عصبی و ناراحتی معده می شود.

اثرات زیست محیطی آرسنیک
آرسنیک به طور طبیعی به مقدار کم در زمین وجود دارد. آرسنیک در خاک و کانیها وجود دارد و می تواند از طریق گرد و غبار یا رواناب، وارد هوا و آب هم شود.
تبدیل آرسنیک به حالت محلول یا گازی بسیار مشکل است. آرسنیک ماده ای است که به طور طبیعی متحرک است و احتمال تمرکز مقدار زیادی از آن در یک محل کم است. این ویژگی بسیار خوب است اما نکته منفی آن این است که آلودگی آرسنیک گسترده است زیرا به راحتی منتشر می شود. هنگامی که آرسنیک غیرمتحرک باشد، نمی تواند به آسانی حرکت کند. به علت فعالیتهای بشری و عمدتا معدنکاری، آرسنیکهای آرسنیکهایی که در شرایط طبیعی غیر متحرک هستند متحرک شده و در بسیاری از جاهایی که در شرایط طبیعی وجود نداشتند هم یافت می شوند.
چرخه آرسنیک در اثردخالتهای بشری گستره تر شده است و به همین علت مقدار آرسنیک در محیط زیست و جانداران زنده کاهش یافته است. عمدتا آرسنیک توسط صنایع تولید کننده مس منتشر می شود اما در حین تولید سرب و روی و فعالیتهای کشاورزی هم پراکنده می شود. آرسنیک وقتی وارد محیط زیست شد، تجزیه نمی شود بنابراین این مقدار آرسنیک اضافی که در اثر فعالیتهای انسانی وارد محیط می شود، منتشر شده و در بسیاری جاها، باعث بیماری انسانها و جانوران می شود.
گیاهان آرسنیک را به آسانی جذب می کنند بنابراین ممکن است غلظت آرسنیک در غذا بالا باشد. غلظت بالا و خطرناک آرسنیک غیرآلی که در حال حاضر در آبهای سطحی موجود است، احتمال تغییرات ژنتیکی در ماهیها را افزایش می دهد. در این شرایط آرسنیک دربدن جانداران گیاهخوار آب شیرین تجمع می یابد. پرندگان ماهی هایی را می خورند که در بدن آنها آرسنیک زیادی وجود دارد و وقتی این ماهی در بدن آنها تجزیه می شود، در اثر سم آرسنیک می میرند.

 آنتیموآن یک عنصر جامد شبه فلزاست که به رنگ سیاه تا خاکستری می باشد . دارای ساختار رومبوئدرال می باشد . این عنصر در طبیعت از سنگهای استیبنیت و والنتینیت بدست می آید .

این عنصر از مدتها پیش توسط پیشینیان شناخته شده بود، این فلز از ابتدای قرن هفدهم کشف شد.
آنیتموان عنصر فراوانی در طبیعت نیست اما در بیش از 100 گونه کانی یافت می شود. این عنصر بعضی اوقات به صورت آزاد نیز یافت می شود اما معمولاً به صورت ترکیب سولفید استیبنیت نیز یافت می شود.
آنتتیموان رسانای خوبی برای جریان برق و الکتریسیته نیست. آنتیموان و ترکیبات آن سمی هستند.
آنتیموان در صنایع نیمه رسانا برای ساخت ردیابهای مادون قرمز، دیودها و پدیده هال کاربرد دارد. برای بالا بردن سختی و مقاومت سرب به کار می رود. از این عنصر برای ساخت باتری ها و آلیاژهای ضد اصطکاک، فلز چاپ، استفاده می شود. از ترکیبات این عنصر می توان اکسیدها، سولفیدها، سدیم آنتیموان ها و تترا کلرید آنیتموان را نام برد.
از این عنصر برای ساخت ترکیبات آتش زا، لعاب سرامیک های رنگی، شیشه ها و سفالها نیز استفاده می شود.


اثرات آنتیموان بر روی سلامتی

آنتیموان به طور طبیعی در محیط زیست وجود دارد. اما از طریق فعالیتهای انسانی هم وارد محیط زیست می شود. افرادی که با آنتیموان کار می کنند، در اثر تنفس غبار آنتیموان عوارضی را نشان می دهند. در اثر تنفس هوا، نوشیدن آب و خوردن غذایی که حاوی آنتیموان است، آنتیموان وارد بدن می شود. اما در اثر تماس پوست با خاک، آب و مواد دیگری که حاوی آنتیموان هستند هم آنتیموان وارد بدن می شود. تنفس آنتیموانی که در ترکیب با هیدروژن است در حالت گازی، عوارض بسیاری بر روی سلامتی دارد. غلظت بالای آنتیموان (9 mg/m3 در هوا) درمدت زمانی طولانی باعث سوزش چشم، پوست و ریه ها می شود. اگر تماس با آنتیموان برای مدتی طولانی ادامه یابد، عوارض جدی تری مانند بیماریهای ریوی، مشکلالت قلبی، اسهال، استفراغ و زخم معده پیش می آید. مشخص نیست که آیا آنتیموان باعث سرطان می شود یا ناتوانی جنسی می شود یا خیر. آنتیموان در درمان عفونتهای انگلی به عنوان دارو به کار می رود اما افرادی که داروهای زیادی مصرف می کنند یا نسبت به آن حساسیت دارند، در گذشته دچار بیماریهایی شده اند. این عوارض، ما را از خطرات آنتیموان آگاه می کند.


اثرات زیست محیطی آنتیموان

آنتیموان در خاک، آب و هوا به مقدار بسیار کمی وجود دارد. آنتیموان خاک را آلوده می کند. آنتیموان می تواند از طریق آب زیرزمینی مسافتی طولانی را تا مکانهای دیگر و تا آب سطحی طی کند. بررسیهای آزمایشگاهی انجام شده بر روی موشهای صحرایی، خرگوشها و خوکچه های هندی نشان می دهد که غلظت بالای آنتیموان، بعضی جانوران کوچک را می کشد. موشها قبل از مرگ، دچار ناراحتیهای ریوی، قلبی، کبد و کلیه می شوند. جانورانی که برای مدتی طولانی از هوای دارای اندکی آنتیموان تنفس می کنند، دچار سوزش چشم، تاسی و ناراجتیهای ریوی می شوند. سگها حتی در غلظت اندک آنتیموان هم دچار ناراحتیهای قلبی می شوند. جانورانی که طی دو ماه از هوای دارای آنتیموان اندک تنفس می کنند، نازا می شوند. اما اینکه آیا آنتیموان می تواند باعث سرطان شود یا نه هنوز به طور دقیق مشخص نشده است.


خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر آنتیموان :
عدد اتمی: 51
جرم اتمی: 121.75
نقطه ذوب : C° 630.63
نقطه جوش : C° 1587
شعاع اتمی : Å 1.53
ظرفیت: 3و5
رنگ: خاکستری سیاه
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: 15

بیسموت عنصر فلزی است که با ساختار رومبوئدرال متبلور می شود که می تواند به صورت آزاد در طبیعت و یا در کانیهائی نظیر بیسموتین ( Bi2O3 ) یافت شود . در زمانهای گذشته این کانی با قلع و سرب اشتباه گرفته می شد. این عنصر در سال 1735 توسط Claude Geoffroy شناخته شد.
این فلز به رنگ سفید، بلوری، شکننده با رنگ کمی متمایل به صورتی می باشد. بیسموت عنصری با خاصیت دیامغناطیس در بین همه فلزات است و تنها فلزی است که رسانایی گرمایی پایینی در بین فلزات به جز جیوه دارد. مقاومت الکتریکی این عنصر بالاست و بالاترین فلزی است که دارای اثر هال است.
از مهمترین کانیهایی که این عنصر در آن وجود دارد بیسموتینیت یا بیسموت گلاس است. از مهمترین کشورهای تولید کننده بیسموت در دنیا پرو، ژاپن، مکزیک، بولیوی و کانادا هستند. بیشترین تولید کننده بیسموت در دنیا آمریکا است. این عنصر به صورت یک فراورده مصنوعی از استحصال سنگهای معدن سرب، مس، قلع، نقره و طلا تولید می شود.
حدود 3.32 درصد از این عنصر در طبیعت به صورت جامد وجود دارد. این خصوصیت باعث می شود که آلیاژهای بیسموت برای قالبهای با حرارتهای بالا استفاده شود. این عنصر با فلزات دیگر مثل کادمیم و قلع آلیاژ می شود. آلیاژهای بیسموت دارای نقطه ذوب پایین هستند که کاربردهای گسترده ای در تجهیزات ایمنی برای آتش سوزی و سیستمهای فروکش کردن آتش دارند. بیسموت برای تولید محصولات آهنی چکش خوار و تشخیص کاتالیزورها برای ساخت الیافهای پلاستیکی کاربرد دارد.
وقتی که بیسموت گرم می شود در هوا با شعله سفید آبی می سوزد و دود زرد رنگی را به فرم اکسید بیسموت از خود متصاعد می کند. از این فلز برای ترموکوبلها و سوخت راکتورهای اتمی ایزوتوپهای اورانیم 235U , 233U کاربرد دارد. از اکسی کلرید بیسموت استفاده گسترده ای در صنعت لوازم آرایش می شود. ساب نیترات و ساب کربنات بیسموت نیز در صنعت داردوسازی کاربرد دارد.

اثرات بیسموت بر روی سلامتی

بیسموت و نمکهای آن باعث آسیب کلیه می شود اگرچه میزان آسیب خفیف است. دوز بالای آن کشنده است. از نظر صنعتی بیسموت در بین فلزات سنگین کمترین سمیت را دارد. در اثر جذب دوز بالایی از بیسموت در محیطهای بسته عوارضی شدید و گاهی اوقات کشنده ایجاد می شود. ممکن است عوارض سمی دیگری مانند احساس سردرگمی، وجود آلبومین و پروتئینهای دیگر در ادرار، اسهال و واکنشهای پوستی ایجاد شود.
راههای ورود به بدن: تنفس، پوست و خوردن
عوارض: تنفس: سمی است. گرد و غبار آن باعث سوزش مجاری تنفسی می شود. باعث ایجاد مزه فلز و تورم لثه می شود.
خوردن: سمی است. باعث حالت تهوع، بی اشتهایی و کاهش وزن، بیقراری، ادرار آلبومینی، اسهال، واکنشهای پوستی، ورم دهان و لثه، سردرد، تب، بی خوابی، افسردگی و روماتیسم می شود و ممکن است در اثر رسوب سولفید بیسموت روی لثه، خطی سیاه به وجود آید.
پوست: باعث سوزش می شود.
چشم: باعث سوزش می شود.
اثرات مزمن: تنفس: عملکرد کبد و کلیه را تحت تاثیر قرار می دهد.
خوردن: عملکرد کبد و کلیه را تحت تاثیر قرار می دهد. باعث کم خونی می شود و ممکن است در اثر رسوب سولفید بیسموت روی لثه، خطی سیاه به وجود آید و زخم قرنیه تشکیل شود. پوست: باعث تورم پوست می شود. چشم: هیچ عوارض مزمنی ثبت نشده است. بیسموت در انسان سرطان زا نیست.


اثرات زیست محیطی بیسموت

فلز بیسموت در محیط زیست سمی نیست و برای محیط حداقل تهدید را دارد. ترکیبات بیسموت انحلال پذیری بسیار اندکی دارد اما باید مراقب بود زیرا در مورد اثرات آن روی محیط زیست اطلاعات اندکی موجود است.


خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر بیسموت :

عدد اتمی : 83
جرم اتمی : 208.9804
نقطه ذوب: C° 271.4
نقطه جوش : C° 564
شعاع اتمی : Å 1.63
ظرفیت : 3
رنگ : سفید کدر
حالت استاندارد : فلز جامد
نام گروه : 15
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 7.289
شکل الکترونی : Xe6s24f145d106p3
شعاع یونی : Å 1.03
الکترونگاتیوی : 2.02
حالت اکسیداسیون : 3.5
دانسیته : 9.75
گرمای فروپاشی : Kj/mol 11.3
گرمای تبخیر : Kj/mol 104.8