مطالب جالب شیمی

کاری از مهدی صابر صالحی

06

کبریت چگونه آتش می گیرد؟

کبریت به طور عمده از دو قسمت 1- سیستم آتش زن. 2- بخش آتش گیر ساخته شده است. سیستم آتش زن یا ایجاد آتش کبریت شامل دو قسمت است. 1- سرچوب کبریت که به طور عمده کلرات پتاسیم و کمی گوگرد است. 2- حاشیه ی کناره ی قوطی کبریت که به طور عمده فسفر قرمز می باشد.

فسفر قرمز به تنهایی دمای اشتعال بالایی دارد زمانی که بر اثر کشیدن چوب کبریت به حاشیه ی آن با کلرات پتاسیم قاطی می شود براثر اصطکاک و گرمای تولیدی از آن با هم ترکیب شده و حاصل آن گرمای زیاد و انفجار این دو است که از گرمای تولیدی چوب کبریت نیز که قسمت آتش گیر کبریت است شروع به شعله ور شدن و سوختن می کند.

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

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.

 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

استوکیومتری

فرمول شیمیایی مواد

اگر ماده مرکب ازمولکولها ساخته شده باشد، فرمول مولکولی ، عده دقیق هر نوعاتم موجود در یک مولکول را بدست می‌دهد. اگر ماده مرکب از یونها ساخته شده باشد، فرمول با استفاده از ساده‌ترین نسبت عدد صحیح یونهای موجود در یک بلور ماده مرکب نوشته می‌شود. بعضی از عناصر و مواد نیز وجود دارند که نه مولکولی‌اند و نه یونی هستند؛ مثلا در الماس ، تعداد زیادی اتمهای کربندر یک الگوی بلوریسه‌ بعدی ، با شبکه ای ازپیوندهایمشابهبا پیوندهایی که در مولکولها یافت می‌شوند، به هم متصل شده‌اند و همچنینفلزات، ساختارهایی دارند کهدر آنها تعداد زیادی اتم با پیوندهایی به نام پیوندهای فلزی به هم متصل شده‌اند.

اصول استوکیومتری

اصول استوکیومتری درباره واکنشهای شیمیایی از معادلاتشیمیایی واکنشها استخراج می‌شوند. معادلات شیمیایی نماینگر واکنشهای شیمیایی هستندبا نمادها و فرمولهای عناصر و مواد مرکبی که در این واکنشها در گیرند. تفسیراستوکیومتری یک معادله شیمیایی بر مبنای مول استوار است.

مول

یک مول از یک عنصر شامل عدد آووگادرو اتم از آن عنصر است و جرمی باوزن اتمی آن عنصر بر حسب گرم دارد و مقدار عدد آووگادرو عبارت از:6,02 * 10²³
یک مول از یک ماده مرکب شامل عدد آووگادرو و واحد فرمولی از آنماده مرکب است و جرمی برابر با وزن فرمولی ( یا اگر ماده مرکب مولکولی است، برابربا وزن مولکولی ) آن ماده مرکب بر حسب گرم دارد. با تفسیر فرمولهای مرکب بر حسب مول، ترکیب درصد مواد مرکب را می‌توان بدست آورد و دیگر مسائل استوکیومتری را حل کرد.

ترکیب درصد مواد مرکب

ترکیب درصد یک ماده مرکب از روی فرمول آن ماده مرکببه‌آسانی محاسبه می‌شود. زیروندهای فرمول ، عده مولهای هر عنصر در یک مول ماده مرکبرا بدست می‌دهد. از این اطلاعات و از وزنهای اتمی عناصر ، می‌توانیم عده گرمهای هرعنصر موجود در یک مول ماده مرکب را بدست آوریم. درصد یک عنصر معین ، 100 برابر جرمآن عنصر تقسیم بر جرم مول ماده مرکب است. ترکیب درصد یک ماده مرکب در بسیاری مواقعبوسیله تجزیه شیمیایی معین می‌شود. سپس این داده‌ها می‌تواند برای یافتن فرمولتجربی یک ماده مرکب بکار آید.

فرمول تجربی و فرمول مولکولی

اگر ترکیب درصد یک ماده مرکب با آزمایش معینشود، یعنی تجزیه شیمیایی ، نسبتهای جرمی عناصری که یک ماده را می‌سازند، بدست دهد،فرمول تجربی یک ماده مرکب بدست می‌آید. فرمول تجربی ، نسبتهای اتمی یک ماده مرکب ،یعنی تعداد نسبی اتمهای گوناگونی که آن ماده مرکب را می‌سازند، مشخصمی‌کند.

فرمول مولکولی ، ترکیب اتمی واقعی مولکول را بدست می‌دهد و می‌توانآنرا با استفاده از فرمول تجربی بدست آورد، در صورتی که وزن مولکولی ماده مرکبمعلوم باشد. برای مثال ، فرمول مولکولیهیدروژنپراکسید،H₂O₂، نشان می‌دهد که دو اتمهیدروژنو دو اتماکسیژندریک مولکول هیدروژن پراکسید وجود دارد. اما فرمول تجربی آن ، ساده‌ترین نسبت عددصحیح یعنیHOمی باشد و برای بعضی از مواد مرکب مولکولی ، فرمولهای مولکولیو تجربی یکسان‌اند نمونه‌هایی از این مواد عبارتند از: H₂O -H₂SO₄ - CO₂ - NH₃ .
زیروندهای این فرمولها را نمی‌توان به هیچ نسبت ساده‌تری کاهش داد، امابرای بسیاری از مواد مرکب مولکولی فرمولهای مولکولی و تجربی متفاوت‌اند.

وزن مولکولی

وزن فرمولی یک ماده خالص ، مجموع وزنهای اتمی همه اتمهایموجود در فرمول آن ماده است. اگر فرمول مورد نظر ، مربوط به یک ماده مولکولی وبنابراین یک فرمول مولکولی باشد، وزن فرمولی مربوط به آن نیز ، وزن مولکولی نامیدهمی‌شود. وزن مولکولی مجموع وزنهای اتمی ، اتمهایی است که یک مولکول را می‌سازند،بنابراین وزن فرمولی H₂O ، وزن مولکولی این ماده نیز هست.

معادلات شیمیایی

یک معادله شیمیایی را با استفاده از فرمولهای درست واکنشدهنده‌ها و محصول‌ها می‌نویسیم و با ضرایبی که عده واحدهای فرمولی را مشخص می‌کند،موازنه می‌کنیم. اگر پیش از یک فرمو.ل ضریبی نباشد، به منزله آن است که ضریب آنفرمول 1 است. ضرایب یک معادله شیمیایی موازنه شده برای بدست آوردن نسبت مولی میانهر دو ماده که در معادله نشان داده شده است، بکار می‌آید. این نسبتهای مولی ، اساسمحاسبات استوکیومتری است. با استفاده از این نسبتها می‌توان کمیت نظری یک واکنشدهنده لازم برای واکنش و همچنین کمیت محصول بدست آمده را محاسبه کرد.

استوکیومتری واکنشها در محلول

بسیاری از واکنشها در محلول انجام می‌شوند. محاسبات استوکیومتری برای این گونه واکنشها بر مبنای حجمهای محلولهای بکار رفته وغلظت این محلولها صورت می گیرد. غلظت این محلول ‌، مقدار ماده حل شده در مقدارمعینی حلال ، یا مقدار ماده حل شده موجود در مقدار معینی از محلول است. چند روشبرای بیان غلظت محلولها بکار می‌رود؛ (مانند نرمالیته ، مولاریته ، مولالیته). مولاریته معمول‌ترین روشی است که برای مطالعه واکنشهای استوکیومتری انجام شده درمحلولها بکار می‌رود و مولاریته M یک محلول ، عده مولهای ماده حل شده در یک لیترمحلول است، یعنی یک محلول M₃ شامل 3 مول ماده حل شده در1لیترمحلول است.

استوکیومتری و حجم گازها

مسائل استوکیومتری را می‌توان بر اساسی حجمگازهای در گیر در یک واکنش شیمیایی بنا نهاد. از قانون ترکیب حجمی گیلوساک برای حلمسائل مربوط به حجم دو گاز استفاده می‌شود. برخی مسائل ، به رابطه بین حجم یک گاز وجرم یک ماده دیگر مربوط می‌شود. طبق معمول ، کلید حل این مسائل ، مول است.

  ترمودینامیک

واژه ترمودینامیک از دو واژه یونانی ترمو به معنی گرما و دینامیک به معنی پویایی وقدرت تشکیل شده است . کلمه دینامیک در واژه این علم به معنی این است که ترمودینامیک علم بررسی انرژی در حرکت و پویایی اجسام و سیستمها است ، به همین دلیل واژه معادل فارسی ترمودینامیک ، گرماپویایی است . در این علم تمام جنبه های انرژی و تبدیلات آن از قبیل تولید قدرت ، تبرید و سرمایش توصیف می شوند .
ترمودینامیک علم بررسی رفتار مواد در برابر

کار و انرژی (معمولاً به شکل گرما) است. در ترمودینامیک درمورد روش‌های تبدیل انرژی و تغییرات خواص ماده در اثر تبدیل انرژی، تغییر فاز و یا تماس با ماده دیگر بحث می‌ شود. این تعریف بسیارکلی است و در واقع هنگامی می‌توان این تعریف را واقعاً درک کرد که با جوانب کاربردی آن آشنا شده باشیم.
تعریف دقیق ترمودینامیک درهمه کتابهای ترمودینامیک و جزوات درسی دانشجویان موجود است که آن را علم کار و حرارت یا دانش انرژی و انتروپی خوانده اند .

می دانیم که ماده از تعداد زیادی ذرات به نام مولکول تشکیل شده است که خواص یک ماده بطور طبیعی به رفتار این ذرات وابسته است . مثلا برای تعریف فشار یک گاز از برخورد مولکوها و انتقال اندازه حرکت آنها کمک می گیریم ؛ حال با دانستن این موضوع به این نکته اشاره می کنیم که برای تعیین فشار داخل یک محفظه لازم نیست که از رفتار ذرات گاز اطلاع دقیق داشته باشیم و با اتصال یک فشار سنج به آن محفظه نیز می توان فشارآن را یافت .
در ترمودینامیک ،این روش که یک دید کلی و باز یا به عبارتی یک دید ماکروسکوپی به رفتار اجسام است و نیاز به اطلاع از رفتار ذرات ندارد ، ترمودینامیک کلاسیک نام دارد .

درمقابل اگر با یک دید دقیق و میکروسکوپی به رفتار اجسام بنگریم و مبنای عمل ، میانگین رفتار گروههای بزرگ ذرات باشد در علم ترمودینامیک آماری به سر می بریم .

ترمودینامیک نیز مانند تمام علوم ، یک علم آزمایشگاهی و تجربی است که بنیان آن بر اساس چند اصل ساده و بسیلر مهم شکل گرفته است که به قوانین ترمودینامیک موسوم هستند که این قوانین نیز برگرفته از مشاهدات تجربی است .
بسیاری ازتجهیزات مهندسی شامل دستگاههای تاسیساتی ، تجهیزات نیروگاهی ، توربین های گاز ، موتورهای احتراق داخلی ، یخچال ها وبسیاری از دیگر اختراعات بشر بر پایه علم ترمودینامیک شکل گرفته است .

مشهود ترین کاربردهای ترمودینامیک در سیکلهای توان ( قدرت ) و سیکلهای تبرید ( سرمایش ) یافت می شوند.

ازاین میان می توان به سه مثال خوب از دستگاههای ترمودینامیکی اشاره کرد :

نیروگاه ساده بخار
موتورهای احتراق داخلی
یخچال ساده ومعمولی

 
تاریخچه ی ترمودینامیک

سیر تاریخی علم ترمودینامیک بصورت زیر می‌باشد (کلیه تاریخ‌ها میلادی می‌باشند):

۱۷۹۸- کنت رامفورد (بنجامین تامسون) مطالعه تبدیل کار به گرما را طی آزمایش مشهور مته و تخته آغاز نمود.

۱۷۹۹- سرهامفری دیوی تبدیل کار به حرارت را با آزمایش سابیدن یخ مطالعه نمود.

۱۸۲۴-  کارنو تئوری مشهور خود «بازتابی بر نیروی محرک آتش» منتشر نمود که در برگیرنده اصل جدیدی در باره تعریف چرخه و اصلی که توضیف کننده آن بود که چرخه بازگشت پذیر بین دو منبع حرارتی تنها به دمای منابع بستگی دارد و نه به موادکاری

۱۸۴۲- مایر اصل بقا انرژی را ارائه نمود.

۱۸۴۷- هلمهولتز اصل بقا انرژی را بصورت مستقل از مایر فروموله نمود.

۱۸۴۳-۱۸۴۸- جیمز پریسکات ژول با ترتیب دادن آزمایشاتی چهارچوب تجربی قانون اول ترمودینامیک را بنیان نهاد. امروزه به پاس این دانشمند بزرگ حرف J برای نمایش معادل مکانیکی کار استفاده می‌شود.

۱۸۴۸- لرد کلوین (ویلیام تامسون) واحد درجه حرارت مطلق را بر مبنای چرخه کارنو تعریف نمود.

۱۸۵۰- رودلف کلاوزیوس احتمالا به عنوان اولین کسی که به وجود دو قانون اساسی ترمودینامیک: قانون اول و قانون دوم ترمودینامیک پی برد.

۱۸۶۵- کلاوزیوس قوانین اول و دوم ترمودینامیک را در دو خط بیان نمود:
انرژی جهان دارای مقدار ثابتی است.
آنتروپی جهان تمایل به بیشینه شدن دارد.

۱۸۷۵- جوسایا ویلارد گیبز گزارش سرنوشت ساز خود «در برابری مواد ناهمگون» را که ترمودینامیک را به سیستم‌های ناهمگون و واکنش‌های شیمیایی بسط داد منتشر نمود. این گزارش اصل مهم پتانسیل شیمیایی را توصیف می‌نمود.

۱۸۹۷- ماکس پلانک قانون دوم ترمودینامیک را به صورت: «غیرممکن است بتوان موتوری ساخت که در یک چرخه کامل کار نموده و اثر دیگری غیر از بالا بردن وزنه و خنک نمودن یک منبع حرارتی داشته باشد.» بیان نمود.

۱۹۰۹- کاراتئودوری ساختار جدیدی از ترمودینامیک را بر مبنای جدیدی که کاملا فرم ریاضی داشت منتشر نمود.

 
سوال های مربوط به ظرفیت گرمایی

1) مقدار گرمای لازم برای افزایش یک گرم آب به اندازه ی یک درجه ی سلسیوس را محاسبه کنید.

2) برای افزایش دمای 75 گرم سرب به میزان 10 درجه سانتی گراد به 96 ژول گرما نیاز  می باشد . ظرفیت گرمایی ویژه وظرفیت گرمایی مولی سرب را محاسبه کنید .

3)برای کاهش دمای 500 گرم آمونیاک از دمای 25 درجه سلسیوس به دمای 5 درجه سلسیوس چه مقدار گرما باید از آن گرفته شود ؟

 

4)  هرگاه  100   گرم آب    83.68   کیلوژول انرژی از دست بدهد دمای آن چند درجه تغییر می کند ؟

5)  50 گرم از فلز فرضی X  به مقدار   260  ژول انرژی نیاز دارد تا دمایش به اندازه  4   درجه افزایش پیدا کند . ظرفیت گرمایی ویژه فلز X چقدر است ؟

6)   یک فنجان چای چند ژول انرژی باید از دست بدهد تا دمای آن از  60  درجه به دمای بدن  37  درجه سلسیوس کاهش یابد ؟ (فرض کنید که فنجان  250  میلی لیتر چایی دارد . چگالی چای را g  / mL 1 فرض کرده و گرمای ویژه چای همان گرمای ویژه آب است . )

7) الف) هرگاه بخواهیم دمای   350   گرم آب را از   25   درجه به  3   درجه سلسیوس کاهش دهیم چقدر گرما باید از آن بگیریم ؟

ب) اگر برای افزایش دمای سرب به جرم 38 گرم به اندازه ی 5درجه سلسیوس   به  48  ژول گرما نیاز باشد ظرفیت گرمایی ویژه و ظرفیت گرمایی مولی سرب را محاسبه کنید .

8)  با توجه به جدول زیر بادادن گرمای معین به هر کدام از مواد جدول دمای کدامیک بیشتر تغییرمی کند ؟

 

نام ماده
    

طلا
    

کربن
    

چوب

گرمای ویژه (Jg-1˚C-1)
    

0.012
    

0.720
    

1.76

 
فشار

تعریف فشار : نیروی عمودی وارد بر واحد سطح

یکا های فشار

1) پاسکال    Pa

2) اتمسفر     atm

3) میلی متر جیوه    mmHg

4) سانتی متر جیوه    CmHg

5) تور  Torr

6) بار   bar

1atm = 101.325K Pa

1bar = 100KPa

1Torr = 1mmHg

1atm = 760 mmHg = 760 Torr

1CmHg = 10 mmHg

 
 انرژی

تعریف انرژی : توانایی انجام کار

یکاهای انرژی :

1) ژول  ( J )

2)کالری ( cal )

3) کیلوکالری  ( Kcal  )

4) کالری رژیم غذایی  ( Cal  )

1cal=4.184J


1Kcal = 1000 cal = 4184 J

 
1Cal =1000 cal =1 Kcal

تعریف کالری : مقدار گرمای لازم برای افزایش  دمای یک گرم آب خالص   به اندازه ی یک درجه ی سلسیوس  ( از 14.5 درجه به 15.5 درجه )

تعریف کالری رژیم غذایی : مقدار انرژی حاصل از یک مقدار معین ( 100 گرم ) مواد غذایی در بدن

 
یکاهای SI

یکا های اصلی (پایه ) :

یکا                        نماد یکا                      کمیت

1) کیلوگرم                  Kg                            جرم

2) متر                       m                            طول

3) ثانیه                     s                             زمان

4) کلوین                   K                             دما

5) مول                    mol                         مقدار ماده

6) آمپر                      A                          شدت جریان

7) شمع                    cd                          شدت نور

یکا های فرعی :

1)  ژول                       J                           انرژی

2) پاسکال                   Pa                          فشار

3) نیوتن                  N                          وزن

 
ظرفیت گرمایی

تعریف ظرفیت گرمایی : گرمای لازم برای افزایش دمای ماده به اندازه ی یک درجه ی سانتی گراد .

یکای ظرفیت گرمایی :          J/ ॰c

 ---------------------------------------------------------------------------

تعریف ظرفیت گرمایی ویژه : گرمای لازم برای افزایش دمای یک کیلوگرم ( یا یک گرم ) ماده به اندازه ی یک درجه ی سانتی گراد

یکای ظرفیت گرمایی ویژه :   <st

گازهای نجیب بی رنگ و بی بو بوده و در گروه A8 جدول مندلیف قرار دارند. این گروه گازها شامل هلیم ، نیون ، آرگون ، کریپتون ، زنون و رادون است. به استثنای هلیم ، تمام گازهای نجیب دارای آرایش الکترونی خارجی ns2 np6 هستند که آرایش‌های بسیار پایدارند. تا سال 1960، تصور می شد که این گازها به علت داشتن عدد اکسیداسیون صفر بی اثر بوده و تمایل به تشکیل ترکیب ندارند. تمامی گازهای نجیب ماکزیمم تعداد الکترون را در لایه بیرونی(آخر) الکترونی خود دارا بوده ( گاز هلیم 2 و بقیه گازها 8 الکترون) و تمایلی خیلی اندکی به گرفتن یا از دست دادن الکترون دارند که همین خاصیت موجب پایداری آنها شده است. در مورد گازهای هلیم، نئون و آرگون ترکیبی شناخته شده ای ثبت نشده ولی کریپتون در واکنش با فلوئورین تشکیل جامد بی رنگ می دهد. زنون هم تشکیل ترکیبات زیادی با اکسیژن و فلوئورین می دهد. ﺧﻮﺍﺹ ﻭ ﺗﺮﻛﻴﺒﻬﺎ ﺗﺎ ﺳﺎﻝ 1962 ﺗﺼﻮﺭ ﻣﻲﺭﻓﺖ ﻛﻪ ﺍﻳﻦ ﮔﺎﺯﻫﺎ ﺩﺭ ﻭﺍﻗﻊ ﺍﺯ ﻧﻈﺮ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﺑـﻲﺍﺛﺮﻧـﺪ ﻭﻟـﻲ ﺩﺭ ﺁﻥ ﺳﺎﻝ ﺑﺎﺭﺗﻠﺖ، ﺑﺎ ﺗﻬﻴﻪ ﺗﺮﻛﻴﺒﻲ ﺑﻪ ﻓﺮﻣﻮﻝ O2PtF6 (ﺑﻠﻮﺭﻫﺎﻱ ﻗﺮﻣﺰ ﻧﺎﺭﻧﺠﻲ) ﻭ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺍﻳﻨﻜﻪ ﺍﻧﺮﮊﻱ ﻳﻮﻧﺶ Xe , O2 ﺑﻬﻢ ﻧﺰﺩﻳﻚ ﺍﺳﺖ (ﺣﺪﻭﺩ 279 ﻛﻴﻠﻮﻛﺎﻟﺮﻱ ﺑﺮ ﻣﻮﻝ) ﺑﻪ ﻓﻜﺮ ﺗﻬﻴﻪ O2PtF6 ﺍﻓﺘﺎﺩ ﻭ ﺳﺮﺍﻧﺠﺎﻡ ﺁﻥ ﺭﺍ ﺑﻪ ﺻﻮﺭﺕ ﺑﻠﻮﺭﻫﺎﻱ ﺯﺭﺩ ﺭﻧﮓ ﺑﺪﺳﺖ ﺁﻭﺭﺩ. ﺑﻪ ﺗﺪﺭﻳﺞ ﺗﺮﻛﻴﺒﻬﺎﻱ ﺩﻳﮕﺮﻱ ﺍﺯ Xe ﺑﺪﺳﺖ ﺁﻣﺪ ﻛﻪ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺁﻧﻬﺎ ﺭﺍ می توان از XeF6 (ﻛﻪ ﺧﻮﺩ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺳﺎﻳﺮ ﻓﻠﻮﺋﻮﺭﻳﺪﻫﺎﻱ ﺯﻧﻮﻥ ﺍﺯ ﺗﺮﻛﻴﺐ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺩﺭ ﺩﻣﺎﻱ ﻗـﻮﺱ ﺍﻟﻜﺘﺮﻳﻜـﻲﺣﺎﺻﻞ ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ) ﺑﺪﺳﺖ ﺁﻭﺭﺩ. ﻓﺮﻣﻮﻝ ﻭ ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﺑﺮﺧﻲ ﺍﺯ ﺍﻳﻦ ﺗﺮﻛﻴﺒﻬﺎ ﺩﺭ ﺟﺪﻭﻝ ﺯﻳﺮ ﻧﺸﺎﻥ ﺩﺍﺩﻩ ﺷﺪﻩ ﺍﺳﺖ. منبع اصلی گازهای نجیب اتمسفری تئوری های فعلی پیشنهاد می کنند گاز آرگون موجود در اطراف زمیت از ماگماهای آتش فشانی تولید شده است، اما دانشمندان موسسه ی پلی تکنیک رنسلیر نیویورک که نتایج بررسی های خود را در مجله ی نیچر منتشر کرده اند، تحقیقات جدیدی را در این خصوص انجام داده اند.محققان فرضیه ای را مطرح کردند مبنی بر این که این گاز می تواند از پوسته ی اقیانوسی آزاد شده باشد. در حقیقت پوسته ی اقیانوسی برعکس پوسته ی زمینی از کانی هایی ساخته شده است که غنی از آرگون هستند. ﺭﻭﺵ ﺗﻬﻴﻪ ﺁﺭﮔﻮﻥ، ﻧﺌﻮﻥ، ﻛﺮﻳﭙﺘﻮﻥ ﻭ ﺯﻧﻮﻥ ﺍﻭﻟﻴﻦ ﺑﺎﺭ ﺑﻴﻦ ﺳـﺎﻟﻬﺎﻱ 1894 ﺗـﺎ 1898 ﺗﻮﺳـﻂ ﺭﺍﻣـﺴﻲ، ﺭﺍﻳﻠـﻪ ﻭ ﺗﺮﺍﻭﺭﺱ ﺍﺯ ﺭﺍﻩ ﺗﻘﻄﻴﺮ ﺟﺰﺀ ﺑﻪ ﺟﺰﺀ ﻫﻮﺍﻱ ﻣﺎﻳﻊ ﺑﺪﺳﺖ ﺁﻣﺪﻧﺪ. ﺭﺍﺩﻭﻥ ﺍﺯ ﺭﺍﻩ ﻭﺍﻛﻨﺸﻬﺎﻱ ﻭﺍﭘﺎﺷﻲ ﺭﺍﺩﻳﻮﺍﻛﺘﻴـﻮﻱ ﺗﻮﺭﻳﻢ ﻭ ﺭﺍﺩﻳﻢ ﺗﻮﺳﻂ ﺩﻭﺭﻥ ﺩﺭ 1900 ﻛﺸﻒ ﺷﺪ ﻛﺎﺭﺑﺮﺩﻫﺎﻱ ﻣﻬﻢ • ﺩﺭ ﺗﻬﻴﻪ ﺗﺎﺑﻠﻮﻫﺎﻱ ﻧﺌﻮﻥ (ﻫﻠﻴﻢ: ﺯﺭﺩ، ﻧﺌﻮﻥ: ﻗﺮﻣﺰ، ﺁﺭﮔﻮﻥ: ﻗﺮﻣﺰ ﻳﺎ ﺁﺑﻲ، ﻛﺮﻳﭙﺘﻮﻥ: ﺳﺒﺰ ﻣﺎﻳﻞ ﺑﻪ ﺁﺑﻲ ﻭ ﺯﻧﻮﻥ: ﺁﺑﻲ ﻣﺘﻤﺎﻳﻞ ﺑﻪ ﺳﺒﺰ). • ﺗﻬﻴﻪ ﻫﻮﺍﻱ ﺗﻨﻔﺴﻲ ﺑﺮﺍﻱ ﻏﻮﺍﺻﻲ، ﺭﻗﻴﻖ ﻛﺮﺩﻥ ﺍﻛﺴﻴﮋﻥ ﺑﺮﺍﻱ ﺗﻨﻔﺲ ﺑﻴﻤﺎﺭﺍﻥ ﻣﺒﺘﻼ ﺑﻪ ﺁﺳـﻢ ﻭ ﺟﻮﺷﻜﺎﺭﻱ. • ﺗﻬﻴﻪ ﻻﻣﭙﻬﺎﻱ ﻓﻠﻮﺭﺳﺎﻥ ﻭ ﻻﻣﭙﻬﺎﻱ ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ ...

ویژگیهای قابل توجه

پیدایش

این گاز از طرِیق تجزیه هوای مایع جدا می‌شود، چون اتمسفر ، حاوی تنها 94 درصد آرگون است.
ویژگیهای قابل توجه

آرگون 2.5 مرتبه حل شدنی‌تر از  نیتروژن در آب  است و تقریبا قابلیت حل شدن آن شبیه اکسیژن است. این عنصر شیمیایی ساکن ، در هر دو حالت گاز و مایع خود بی‌اثر است. هیچگونه ترکیب واقعی که شامل آرگون باشد، شناخته نشده است.

کاربردها

چون آرگون با افروزه داخل لامپ حتی در حرات بالا واکنش نشان نمی‌دهد، از آن ، در لامپ روشنایی استفاده می‌شود و در موارد دیگری که از نیتروژن دو اتمی بعنوان گازی نیمه ساکن نمی‌توان استفاده کرد.

سایر کاربردها

1.بعنوان حفاظ گاز ساکن در جوشکاری برقی و برش

2. بعنوان پوششی بدون واکنش در تولید  تیتانیوم و سایر عناصر واکنشی

3. بعنوان محیطی محافظ برای تشکیل بلورهای ژرمانیوم و سیلیکون

4. Ice coring و تخمین آبهای زیرزمینی

5. در سیستم تنفسی زیر آب غواصی

جابر بن حیان

این دانشمند بزرگ از شاگردان معروف امام صادق (ع) بود. گویند وی اهل طوس یا طراطوس بود. محل وفاتش احتمالا در لرستان می باشد. در کتابخانه های معتبر جهان 22 رساله علمی به نام جابر وجود دارد. اکتشافات بسیاری را در شیمی به جابر نسبت می داده اند که معروفترین آن ها جوهر گورگد(اسید سولفوریک)، جوهر شوره(اسید نیتریک) و سنگ جهنم (نیترات نقره) می باشد. در حدود هزار و دویست سال پیش جابر بن حیان شیمیدان عرب اسیدی کشف کرد که آن را تیزاب سلطانی می نامیم. تیزاب سلطانی که ترکیب است از اسید نیتریک و اسید کلریدریک، فلزهایی مانند نقره و طلا را در خود حل می کند مه قوی ترین اسید جهان است. او اطلاعاتی در زمینه ی ترکیب و ذوب مواد معدنی داشته است. کلود لویی برتوله Claude Louis Berthollet ، 1748-1822 میلادی) شیمیدان فرانسوی درباره جابر می گوید:

«جابر در علم شیمی همان مقامی را دارد که ارسطو در علم منطق داشت»

اورانیم یا یورانیم[۳] یکی از عنصرهایشیمیایی است که عدد اتمی آن ۹۲ و نشانه آن U است و در جدول تناوبی جزو آکتنیدها قرار می‌گیرد. ایزوتوپ ‎۲۳۵U اورانیم در نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای به عنوان سوخت و در سلاح‌های‌اتمی به عنوان ماده منفجره استفاده می‌شود.

اورانیم به طور طبیعی فلزی است سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا. این فلز کمی نرم تر از فولاد بوده و تقریبآ قابل انعطاف است. اورانیم یکی از چگالترین فلزات پرتوزا است که در طبیعت یافت می‌شود. چگالی آن ۶۵٪ بیشتر از سرب و کمی کمتر از طلا است.

سال‌ها از اورانیم به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال یا برای تهیه رنگ‌های اولیه در عکاسی استفاده می‌شد و خاصیت پرتوزایی (رادیواکتیو) آن تا سال ۱۸۶۶ میلادی ناشناخته ماند و قابلیت آن برای استفاده به عنوان منبع انرژی تا اواسط قرن بیستم میلادی مخفی بود.

اورانیم یکی از سنگین‌ترین و چگالترین 18,97 g/cm³عنصری است که در طبیعت یافت می‌شود (هیدروژن سبکترین عنصر طبیعت است Platin 21,45 g/cm³ .)

اورانیم خالص حدود ‎۱۸/۷ بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد پرتوزا در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت می‌شود.

اورانیم شانزده ایزوتوپ دارد. حدود ‎۹۹/۳ درصد از اورانیمی که در طبیعت یافت می‌شود ایزوتوپ ۲۳۸ (U-۲۳۸) است و حدود ‎۰/۷ درصد ایزوتوپ ۲۳۵ (U-۲۳۵). دیگر ایزوتوپ‌های اورانیم بسیار نادر هستند.

در این میان ایزوتوپ ۲۳۵ برای بدست آوردن انرژی از نوع ۲۳۸ آن بسیار مهم‌تر است چرا که U-۲۳۵ (با فراوانی تنها ‎۰/۷ درصد) آمادگی آن را دارد که در شرایط خاص شکافته شود و مقادیر زیادی انرژی آزاد کند. به این ایزوتوپ «اورانیم شکافتنی» (Fissil Uranium) هم گفته می‌شود و برای شکافت هسته‌ای استفاده می‌شود.

موضوع:آنچه باید درباره خشکسالی بدانیم

نام دبیر:جناب آقای سلامی

نام محقق:محمد جواد چمن کاری

اسم مدرسه:شاهد کمیل پسران رشت

سال اول دبیرستان کلاس02

سال تحصیلی92-91

کلمه « خشکسالی » این روزها دیگر برای بسیاری از شهروندان از اهمیت دو چندانی برخوردار است. به دفعات هم بحث و گفت و گو و تذکر درباره خشکسالی عنوان شده است. با وجود اینکه سالیان است در رابطه با مشکل خشکسالی می شنویم آیا راهکاری برای مقابله با آن وجود ندارد؟
ما دو مفهوم داریم که باید آنها را از همدیگر جدا کنم؛ نخست مفهومی به نام « خشکی » و دیگری مفهومی به نام « خشکسالی » است. معمولا مفهوم « خشکی » یک صفت ثابت است. به طور مثال ما می گوییم « آقای x بلند قد است » و این طور نیست که یک روز هفته ایشان بلند قد باشد و روزی دیگر در هفته کوتاه قد شود. مفهوم اینکه می گوییم فردی بلند قد است یعنی وقتی آقای x را با بقیه افراد مقایسه می کنیم صفت بلند قد را به او می دهیم. « خشکی » هم اینطور است. وقتی می گوییم کشور یمن خشک است یعنی با توجه به موقعیت جغرافیایی، یمن کشوری است که در آن بارندگی کمی اتفاق می افتد و سهم آب این کشور نسبت به متوسط دنیا کم است. اینطور نیست که سالی در یمن « خشکی » کم باشد و یک سال دیگر « خشکی » در آن زیاد باشد. بنابراین « خشکی » در واقع یک صفت است که به جغرافیای کشور بستگی دارد. یک صفت دیگر تحت عنوان « خشکسالی » داریم. یعنی کشوری ممکن است اصلا خشک نباشد که در این رابطه می توان به مناطق شمالی ایالت متحده آمریکا اشاره کرد. نمی توان گفت ایالت داکوتا خشک است یا اینکه حتی وایومینگ خشک است. اما می توان گفت داکوتا و یا دایومینگ دچار یک خشکسالی تاریخی پنجاه ساله شده است. یعنی نسب به متوسط خودش به طور معنی داری بارش آن کم بوده است. بنابراین خشکسالی یک صفتی است که یک سال هست و سالی دیگر امکان دارد نباشد.

وضوع:راههای صرفه جویی در آب

نام دبیر:جناب آقای سلامی

نام محقق:مسعود تقوی

نام مدرسه:شاهد کمیل پسران رشت

اول دبیرستان کلاس 02 

سال تحصیلی92-91

راههای صرفه جویی در مصرف آب - خانه داری آکا

خانه داری - صرفه جویی - راههای صرفه جویی در مصرف آب

متن پیش رو حاصل تلاش یكی از كارشناسان آب منطقه ای خراسان رضوی است كه به بهانه خشكسالی و پیامد های بی آبی، آن را منعكس كرده ایم و انتظار داریم شهروندان با بسیج عمومی در امر مصرف بهینه آب در حفظ این مایه حیات بیش از پیش كوشا باشند.

تاریخچه این ماده را از قرنها پیش بصورت گاز در آتشکده و یا به فرم قیر (کاده ای که پس از تبخیر مواد فرار یا سبک نفت از آن باقی می‌ماند) می‌شناخته‌اند یا بطوری که در کتب مقدس و تاریخی اشاره شده است که در ساختمان برج بابل از قیر استفاده گردیده و کشتی نوح و گهواره موسی نیز به قیر اندوده بوده است. بابلی‌ها از قیر بعنوان ماده قابل احتراق در چراغها و تهیه ساروج جهت غیر قابل نفوذ نمودن سدها و بالاخره جهت استحکام جاده‌ها استفاده می‌کرده‌اند. مدت زمان مدیدی ، مورد استعمال نفت فقط برای مصارف خانگی و یا به عنوان چرب‌کننده‌ها بود، اما از آغاز قرن شانزدهم میلادی روز به روز موارد استعمال آن رو به افزایش نهاد تا اینکه در سال 1854 دو نفر داروساز وجود یک فراکسیون سبک قابل اشتعال را در روغن زمینی تشخیص دادند و همچنین به کمک تقطیر ، مواد دیگری بدست آوردند که برای ایجاد روشنایی بکار می‌رفت. بر اساس این کار آزمایشگاهی بود که بعدا دستگاههای عظیم تصفیه نفت طرح‌ریزی و مورد بهره برداری قرار گرفت. صنعت نفت در آتازونی در سال 1859 شروع شد. تاریخچه استخراج نفت در ایران صنعت نفت ایران نیز از سال 1908 پس از هفت سال تفحص مکتشفین و کشف نفت در مسجدسلیمان واقع در دامنه جبال زاگرس ، پا به عرصه وجود گذاشت. نفت خام امروزه چاههای نفت متعددی در سراسر جهان وجود دارد که از آنها نفت استخراج می‌کنند و به نفتی که از چاه بیرون کشیده می‌شود، نفت خام می‌گویند. نفت خام را تصفیه می‌کنند، یعنی هیدروکربنهای گوناگونی را که نفت خام از آنها تشکیل شده است از یکدیگر جدا می‌کنند که به این کار پالایش نفت می‌گویند و در پالایشگاهها این کار انجام می‌شود. نفت منبع انرژی و سرچشمه مواد اولیه بسیاری از ترکیبات شیمیایی است و این دور از عوامل اصلی اقتصادی مدرن بشمار می‌رود. در صنایع جدید از ثروت بیکران و تغییر و تبدیل مواد خام اولیه آن بی‌اندازه استفاده می‌شود. تشکیل نفت نحوه پیدایش نفت دقیقا تشخیص داده نشده و در این مورد فرضیات گوناگونی پیشنهاد شده است. برخی از این تئوریها ، مربوط به مواد معدنی و بعضی دیگر مربوط به ترکیبات آلی می‌باشد. تشکیل نفت از مواد معدنی اساس این فرضیه بر این است که کربورهای فلزی تشکیل شده در اعماق زمین در اثر تماس با آب‌هایی که در زمین نفوذ می‌نماید، ابتدا ایجاد هیدروکربورهای استیلنی با رشته زنجیر کوتاه می‌کند. سپس هیدروکربورهای حاصل در اثر تراکم و پلیمریزه شدن ایجاد ترکیبات پیچیده و کمپلکس را می نماید که اغلب آنها اشباع شده است. تشکیل نفت از مواد آلی بر اساس این فرضیه تشکیل نفت را در اثر تجزیه بدن حیوانات در مجاورت آب و دور از هوا می‌دانند. زیرا در این شرایط ، قسمت اعظم مواد ازته و گوگردی تخریب و مواد چرب باقیمانده در اثر آب ، هیدرولیز می‌گردد. اسیدهای چرب حاصله ، تحت اثر فشار و درجه حرارت با از دست دادن عوامل اسیدی تولید هیدروکربورهائی با یک اتم کربن کمتر می‌نماید. "انگلر Engler" از تقطیر حیوانات دریائی توانسته است مواد نفتی را تهیه نماید و با توجه به خاصیت "چرخش نوری" مواد نفتی که علت آن وجود گلسترین است (ماده ای که در بدن حیوانات وجود دارد) این فرضیه بیان و مورد تایید شده است. در صورتی که فرضیه های دیگر که مبتنی بر اساس مواد معدنی در تشکیل نفت می‌باشد، هیچگونه توضیح و دلیل قانع کننده ای در مورد این ویژگی نمی‌تواند بیان نماید. همچنین نفت می‌تواند از تجزیه گیاهان تولید گردد. در این حالت ، خاصیت چرخش نور را به علت وجود ترکیب مشابه گلسترین یعنی پلی استرولها می‌دانند."مرازک Mrazec" ، میکروبها را در این تغییر و تبدیل موثر می‌داند. تئوری تشکیل نفت بر مبنای مواد آلی ، فعلا بیشتر مورد قبول می‌باشد و اختلاف قابل ملاحظه‌ای را که بین ژیزمان‌ها (منابع نفتی) مشاهده می‌گردد، بعلت شرایط و عوامل مختلف تشیکل ژیزمان‌ها می‌دانند. مواد سازنده نفت خام مواد سازنده نفت از نظر نوع هیدروکربور و همچنین از نظر نوع ترکیبات هترواتم دار بستگی به محل و شرایط تشکیل آن دارد. بنابراین مقدار درصد مواد سازنده نفت خام در یک منبع نسبت به منبع دیگر تغییر می‌کند. بطور کلی مواد سازنده نفت شامل: هیدروکربورها- ترکیبات اکسیژنه - سولفوره - ازته و مواد معدنی می‌باشد. خواص نفت خام گرانی چگالی نفتهای خام را بیشتر بر حسب درجه A.P.I به جای گرانی ویژه (چگالی نسبی) بیان می‌کنند. ارتباط بین این دو ، به گونه ای است که افزایش گرانی API با کاهش گرانی ویژه مطابقت می‌کند. گرانی نفت خام می‌تواند بین پایینتر از 10API تا بالاتر از 50API قرار بگیرد، ولی گرانی اکثر نفتهای خام در گستره بین 20 تا 45API قرار دارد. گرانی API همواره به نمونه مایع در 60 درجه فارینهایت اشاره دارد. مقدار گوگرد مقدار گوگرد و گرانی API دو خاصیتی هستند که بیشترین اثر را به ارزش‌گذاری نفت خام دارند. مقدار گوگرد بر حسب درصد وزنی گوگرد بیان می‌شود و بین 0,1 در صد تا 5 درصد تغییر می‌کند. نفتهایی که بیش از 0,5 درصد گوگرد دارند، در مقایسه با نفتهای کم‌گوگردتر ، معمولا محتاج فراورشهای گسترده‌تری هستند. نقطه ریزش نقطه ریزش نفت خام بر حسب F˚ یا c˚ معرف تقریبی پارافینی‌ بودن یا آروماتیکی ‌بودن نسبی آن است. هرچه نقطه ریزش پایینتر باشد، مقدار پارافین کمتر و مقدار آروماتیک بیشتر است. حلالیت قابلیت انحلال هیدروکربورها در آب عموما خیلی کم می‌باشد. مقدار آب موجود در هیدروکربورها با افزایش درجه حرارت زیاد می‌شود. حلالیت هیدروکربورها در کلروفرم ، سولفورکربن و تتراکلریدکربن حائز اهمیت است که با افزایش درجه حرارت ، زیاد و با افزایش وزن مولکولی کاسته می‌گردد. قابلیت انحلال آروماتیکها بیشتر بوده و بعد از آنها اولفین‌ها - نفتن‌ها - متانی‌ها قرار دارد. ضمنا قابلیت انحلال ترکیبات اکسیژنه - ازته - سولفوره ، کمتر از هیدروکربورها می‌باشد. بالاخره نفت ، حلال هیدروکربورهای گازی‌شکل و تقریبا تمام هیدرورکربورهای جامد - گریس‌ها - رزین‌ها - گوگرد و ید می‌باشد. نقطه جوش نقطه جوش هیدروکربورهای خالص با وزن مولکولی و همچنین برای سری‌های مختلف با تعداد مساوی اتم کربن بترتیب از هیدروکربورهای اشباع‌شده به اولفین‌ها - نفتن‌ها و آروماتیکها افزایش می‌یابد. بدین ترتیب نقطه جوش هیدروکربورهای اشباع شده و اولفین‌ها از همه کمتر و سیکلوآلکان‌ها و آروماتیکها از سایرین بیشتر می‌باشد. برای برش‌های نفتی که مخلوطی از هیدروکربورهای مختلف می‌باشند، یک نقطه جوش ابتدائی و یک نقطه جوش انتهایی در نظر گرفته می‌شود و حد فاصل بین این دو نقطه برای یک برش به نوع مواد سازنده اغلب زیاد و متغیر می‌باشد که به این حد فاصل بین دو نقطه "گستره تقطیر" گفته می‌شود. گرمای نهان تبخیر گرمای نهان تبخیر در یک سری همولوگ از هیدروکربن‌ها بترتیب از مواد سبک به سنگین کاهش می‌یابد و همچنین مقدار آن از یک سری به سری دیگر ، مثلا بترتیب از آروماتیکها به نفتن‌ها و هیدروکربورهای اشباع شده نقصان می‌یابد. بنابراین گرمای نهان تبخیر با دانسیته فراکسیون مربوط بستگی دارد. قدرت حرارتی قدرت حرارتی عبارت از مقدار کالری است که از سوختن یک گرم ماده حاصل می‌شود. قدرت حرارتی هیدروکربورها به ساختمان مولکولی آنها و قدرت حرارتی یک برش نفتی به نوع و مواد سازنده آن سبتگی دارد. قدرت حرارتی متان بیشتر از سایر هیدروکربورها و برابر با 13310 کیلوکالری به ازای یک کیلوگرم می‌باشد و مواد سنگین حاصله از نفت خام دارای قدرت حرارتی در حدود 10000 کیلو کالری می‌باشد. اثر اسید نیتریک هیدروکربورها در اثر اسید نیتریک به ترکیبات نیتره یا پلی‌نیتره تبدیل می‌شود. نیتراسیون برخی از مواد نفتی منجر به تهیه ترکیبات منفجره یا مواد رنگین می‌گردد. موارد استعمال برخی از برش های نفتی بدست آمده از نفت خام 1- شیرین کردن آب دریا یکی از موارد استعمال گازهای نفتی در صنایع وابسته به پالایشگاهها تهیه آب شیرین از آب شور می‌باشد. 2- به عنوان سوخت از جمله ، بنزین برای سوخت موتورهای مختلف ، کروزون سوخت اغلب تراکتورها و ماشین‌های مورد استفاده در کشاورزی و همچنین موتورهای جت هواپیماها اغلب از کروزون یا نفت سفید می‌باشد، گازوئیل که موتورهای دیزل بعنوان سوخت از نفت گاز (گازوئیل) استفاده می‌نمایند، نفت کوره یا مازوت یک جسم قابل احتراق با قدرت حرارتی 10500 کالری بوده که بخوبی می‌تواند جانشین زغال سنگ گردد و سوختن آن تقریبا بدون دود انجام می‌گیرد. 3- روشنایی از کروزون جهت روشنایی و همچنین برای علامت دادن به کمک آتش استفاده می‌شود، چون نقطه اشتعال کروزون بالاتر از 35 درجه است، لذا از نظر آتش‌سوزی خطری ندارد. 4- حلال از هیدروکربورهای C4 تا C10 می‌توان برش‌هائی با دانسیته و نقاط جوش ابتدائی و انتهایی متفاوت تهیه نمود که مورد استعمال آنها اغلب بعنوان حلال می‌باشد. بعنوان مثال ، اتر نفت یک حلال سبک با نقطه جوش 75-30 درجه سانتیگراد و وایت اسپیریت (حلال سنگین) که از تقطیر بنزین بدست می‌آید بعنوان حلال ، رنگ‌های نقاشی و ورنی ها استفاده می‌گردد. همچنین برای تمیز کردن الیاف گیاهی و حیوانی و یا سطح فلزات از برش‌های خیلی فرار (تقطیر شده قبل از 110 درجه سانتیگراد) استفاده می‌شود. 5- روان کاری روغنهای چرب کننده: نوعی روغن که جهت روان کاری بکار می‌رود. بستگی به شارژ ، سرعت ، درجه حرارت دستگاه دارد. انواع روغنها عبارتند از: روغن دوک برای چرب کردن دوک ، موتورهای الکتریکی کوچک و ماشین های نساجی و سانتریفوژهای کوچک روغن ماشین‌های یخ سازی جهت روغنکاری کمپرسورهای آمونیاکی کارخانجات یخ‌سازی روغن ماشین‌های سبک جهت روان کاری موتورهای الکتریکی ، دینام‌ها و سانتریفوژهای با قدرت متوسط روغن ماشین‌های سنگین مخصوص روغنکاری موتورهای دیزلی است مانند دیزل‌های سورشارژه و غیره روغن برای سیلندرهای ماشین بخار روغن برای توربین ها روغن برای موتورهای انفجاری (اتومبیل و غیره) روغن دنده روغن موتورهایی که دائما با آب در تماس است. گریس ها: یک روان کننده نیمه جامد است و متشکل از یک روغن نفتی و یک پر کننده (از سری صابونهای فلزی) یا سفت‌کننده (از مواد پلیمری) می‌باشد. کاربرد گریس بیشتر برای اتومبیل‌ها و برخی صنایع مناسب می‌باشد. آسفالت و قیراندودی: در حال حاضر 75 درصد از باقیمانده حاصل از عمل تقطیر در خلاء برای پوشش جاده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. موارد استعمال داروئی: از قبیل وازلین باعث نرم شدن پوست بدن گردیده و برای بهبود سرمازدگی نیز موثر است. پارافین: از پارافین ذوب شده و خالص شده جهت ساخت داروهای زیبائی استفاده می‌گردد. گلیسیرین: مقدار قابل ملاحظه ای از این ماده ، از نفت تهیه می‌گردد. علاوه بر مصارفی که گلیسیرین در صنعت (برای تهیه باروت دینامیت ، مرکب و غیره) دارد، از آن برای فرم نگه داشتن پوست بدن و یا تهیه داروهائی از قبیل گلیسیرین یده استفاده می‌شود.