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.

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

سرعت واکنش :

عبارت از تغییر غلظت هر یک از مواد اولیه یا مواد حاصل نسبت به زمان انجام واکنش است

1- اندازه گیری سرعت واکنش بین ید و استون:

2- بررسی بعضی از عوامل مؤثر  بر سرعت واکنشهای شیمیایی: مانند غلظت و کاتالیزور

سرعت واکنش؟

کمیتی مثبت است که میزان تغییر غلظت یکی از واکنش دهنده ها یا محصول واکنش را نسبت به واحد زمان (ثانیه، دقیقه، ساعت و ... ) نشان می دهد.

عوامل مؤثر بر سرعت واکنش:

1- نوع واکنش دهنده

2- غلظت واکنش دهنده ( با افزایش غلظت، سرعت افزایش می یابد )

3- دما (افزایش دما باعث افزایش سرعت می شود ،گاهی با افزایش 10 درجه،  سرعت 2 تا 3 برابر می شود )  دما روی k تاثیر دارد ، روی سرعت هم تاثیر می گذارد.

K= ثابت سرعت ؛ A= فاکتور فرکانس؛  = انرژی فعالسازی

R= ثابت جهانی گازها؛ T= دما ( کلوین )

4-کاتالیزور ( در وجود کاتالیزور واکنش با سرعت بیشتری انجام می گیرد )

مثالهایی از واکنش های فوق سریع :

تشکیل رسوب نقره کلرید به هنگام مخلوط شدن محلولهای حاوی یون های کلرید و نقره

تشکیل آب به محض مخلوط شدن محلول های اسید و باز در معادله ی شماره ی(2)   و   نشانه ی غلظت مولی واکنش دهنده های A  و B است.

K ثابت سرعت واکنش (rate constant ) نامیده می شود.

m و n مرتبه ی واکنش نسبت به واکنش دهنده های A  و B است.

 انرژی فعالسازی واکنش :

حداقل انرژی لازم برای فراهم کردن کمترین تحرک واکنش دهنده ها در شروع واکنش است.  رابطه ی بین K ( ثابت سرعت ) ،   ( انرژی فعالسازی )  و T ( دما به

 درجه ی کلوین ):

(3)اگر R ( ثابت گازها ) را برابر 8.314

 J/mol .k در معادله ی (3) قرار دهیم،   بر حسب J/mol  محاسبه خواهد شد. در عمل با اندازه گیری k یک واکنش در دماهای مختلف  می توان    آن واکنش را از روی منحنی به دست آورد.

در این آزمایش سرعت واکنش بین ید و استون ( واکنش 1 ) را اندازه گیری می کنیم.  سرعت این واکنش علاوه بر غلظت ید و استون به غلظت یون هیدروژن نیز بستگی دارد. بر طبق معادله ی (2)  رابطه ی سرعت برای این واکنش عبارت است از :

m و n و p مرتبه ی واکنش نسبت به استون، ید و یون هیدروژن است.

مرتبه ی کل واکنش = m + n + p

سرعت این واکنش از تغییرات غلظت    به مدت زمان تغییر غلظت   به دست می آید.

اگر t زمان لازم باشد تا رنگ محلول مربوط به غلظت اولیه ناپدید شود، سرعت واکنش با استفاده از معادله ی (5) برابر خواهد شد با :

  غلظت اولیه ی ید است.

می توان سرعت واکنش را  با تغییر دادن غلظت موارد اولیه تغییر داد.

برای مثال اگر غلظت اولیه ی استون را نسبت به مخلوط شماره ی (I) دو برابر کنیم، اما غلظت ید و   را ثابت نگهداریم، معادله ی سرعت برای مخلوط شماره ی (II) تغییر خواهد کرد. معادله ی (7ب ) معادله ی سرعت را برای مخلوط شماره ی (II) نشان می دهد :

تاثیر سرعت روی غلظت با استفاده از روابط ریاضی:       

از تقسیم دو رابطه ی (7) بر یکدیگر می توان m ( مرتبه ی واکنش نسبت به استون ) را بدست آورد :

با اندازه گیری سرعت واکنش در مخلوط های (I) و (II)  می توان نسبت سرعت ها را که مساوی   است پیدا کنیم. سپس معادله را برای  محاسبه ی m از طریق لگاریتم حل می کنیم. اگر نسبت عددی   را برابر Y فرض کنیم، جواب آن بدین شکل است :

به روش مشابه نیز می توانیم مرتبه ی واکنش را نسبت به غلظت یون   و   تعیین کنیم. سپس با داشتن مرتبه ی هر واکنش دهنده، غلظت آنها و سرعت واکنش و K را بدست آوریم.

می دانیم هرچه زغال نیم افروخته رابیش تر باد بزنیم بر شدت سوختن آن می افزاییم همچنین اگر تکه ای از فلز روی را در اسید هیدرو کلریک 6 مولار حل کنیم واکنش انحلال سریعتر از زمانی رخ میدهد که همین مقدار روی را در اسید هیدروکلریک 1 مولار حل نماییم این ها نمایانگراثر غلظت بر سرعت واکنش هستند وقتی غلظت یکی از واکنش دهنده ها را زیاد می کنیم تجمع مولکولها در واحد حجم بیشتر می شودو عده کل برخورد ها در واحد زمان افزایش می یابد در نتیجه سرعت واکنش زیاد می سود واکنش  A  +   B -----> C  +  D      را  در نظر بگیرید . اگر فرض کنیم این واکنش بنیادی بوده ودر یک مرحله صورت می گیرد می توان گفت سرعت واکنش هم با غلظت واکنش دهنده    A  و هم با غلظت واکنش دهنده  B   رابطه مستقیم دارد یعنی :

 سرعت     é  [ A  ]

 سرعت     é   [ B  ]

اگر این دو عبارت را در یک عبارت خلاصه کنیم

سرعت     é  [ A ] . [ B ]

با ضرب در یک عدد ثابت این تناسب به تساوی تبدیل می شود

ثابت تناسب K ثابت سرعت نامیده میشود

 به طور مشابه واکنش زیر را در نظر بگیرید

بنابراین میتوان نتیجه گرفت ضریب یک ماده در معادله موازنه شده یک واکنش بنیادی در عبارت سرعت توان قرار می گیرد

عبارت سرعت برابر است با   aA  +  bB ----> cC   +  dD پس برای واکنش

 سرعت  = K . [ A ]a . [ B ]b 

 از جهتی دیگر وبراساس احتمال برخورد های مولکولی نیز همین نتیجه قابل دستیابی است .

 واکنس های غیر بنیادی واکنش هایی هستند که در یک مرحله صورت نمی گیرند واز جمع چند واکنش بنیادی حاصل می آیند به طور مثال اگر واکنش A  +  B -----> C  +  D   بنیادی نباشد می توان مکانیسم انجام آن را مطابق زیر فرض کرد :

 واکنش های دو یا چند مرحله ای به طور معمول با سرعت برابر انجام نمی شوند و معمولا یکی از آنها کند و بقیه سریع صورت میگیرند . بنابراین در این نوع واکنش ها ، واکنش کند تعیین کننده سرعت واکنش است. از این رو در این نوع واکنش ها تنها غلظت واکنش دهنده هایی که در مرحله کند مشارکت دارند در سرعت واکنش موثر است و غلطت سایرواکنش دهند ها تاثیر آنقدر کمی دارد که به طور تقریبی می توان تاثیر آنها را ناچیز گرفت . هرچه اختلاف انرژی فعالسازی مرحله کند با انرژی فعالسازی مرحله یا مرحله های سریع بیشتر باشد تاثیر غلظت واکنش دهنده های مرحله های سریع در سرعت کلی واکنش کمتر می شود

 پس در حالت کلی برای  واکنش  aA  +  bB -----> cC   +  dD باید

عبارت سرعت را چنین نوشت :

 = K . [ A ]m . [ B ]n سرعت 

اگر m=a    و  n=b   باشد به احتمال زیاد واکنش بنیادی است ولی نمی توان مطمئن بود چون ممکن است واکنش غیر بنیادی باشد ولی در مرحله کند واکنش دهنده های واکنش اصلی با همان ضرایب مشارکت داشته باشند مانند واکنش فرضی زیر :

 ولی اگر m # a   و یا n # b   باشد می توان مطمئن بود که واکنش بنیادی یا چند مرحله ای است

بدیهی است که  m   و  n   می توانند صفر باشند مثلا اگر m   صفر باشد به این معنااست که سرعت واکنش نسبت به تغییر غلظت A تغییر نمی کند به عبارت بهتر در مرحله کند یا مرحله تعیین کننده واکنش گر

Aهیچ نقشی ندارد

یعنی سرعت واکنش نسبت به A   از مرتبه 1 و نسبت به B   از مرتبه صفر است  مرتبه کلی واکنش برابر مجموع توانهای غلظت مواد در عبارت سرعت است مثلا اگر عبارت سرعت یک واکنش مطابق زیر باشد :

     = K . [ A ]m . [ B ]n سرعت

 سرعت نسبت به A از درجه mو نسبت به B  از درجه n   بوده و مرتبه کلی واکنش برابر  m+n  است

 در عمل برای آنکه معین کنند سرعت یک واکنش به غلظت واکنش دهنده ها از مرتبه چند وابسته است آزمایش انجام میدهند به این صورت که طی چند مرحله آزمایش غلظت واکنش دهنده ها را تغیر داده واز روی تغییرات سرعت به چگونگی تاثیرواکنش دهنده ها پی می برند  به طور مثال برای واکنش زیر طی چند مرحله آزمایش نتایج زیر حاصل شده است

روش کار :

ابتدا درهرمرحله مقدارپتاسیم یدات وآب مقطر رادرارلن بریزید،سپس بااضافه کردن مقدار سولفیت سدیم(نشاسته)کرنومترراآغاز وباکدر شدن محلول(نشانه پایان واکنش)کرنومتررامتوقف وزمان رایادداشت کنید.این کاررابرای مراحل با غتظت های متفاوت پتاسیم یدات انجام دهید ونتایج رایادداشت کنید

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

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.

گاز نجیب
 
گازهای نجیب[۱] (یا گازهای کمیاب یا گازهای بی‌اثر) که بی بو، و بی رنگ هستند، به عنصرهای هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، گزنون، رادون و آن‌ان‌اکتیوم گفته می‌شود که همه در دمای اتاق گازی هستند.


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.

 

تمامی این گازها تک اتمی بوده و به مقادیر کم در اتمسفر یافت می شود (تنها حدود یک درصد حجم هوا را تشکیل می دهند). در بین گازهای بی اثر، رادون رادیواکتیو خطرناک می باشد. گازهای بی اثر بیشترین انرژی یونیزاسیون را داشته و الکترونگاتیویته آنها بسیار کم و ناچیز می باشد. این گازها نقطه ذوب پایینی داشته (هلیم کمترین مقدار نقطه ذوب را دارد) و همگی در هوای اتاق به شکل گاز می باشند.

گازهای نجیب در حال تابش

 
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 ﻭ ...

 يونش:

 

خارج كردن يك الكترون از اتم و ايجاد يون.

 

انرژي يونش (IE):

 

انرژي لازم براي فرآيند يونش يك مول اتم گازي.

 

انرژي نخستين يونش (IE1):

 

انرژي لازم براي خارج كردن يك مول از سست ترين الكترون ها از يك مول اتم گازي و توليد يك مول يون يك بار مثبت گازي.

 

X(g) + IE1 → X+(g) + e-

 

انرژي دومين يونش (IE2):

 

انرژي لازم براي خارج كردن يك مول از سست ترين الكترون ها از يك مول يون يك بار مثبت گازي و توليد يك مول يون دو بار مثبت گازي.

 

X+(g) + IE2 → X2+(g) + e-

 

يكا:

 

كيلو ژول بر مول (kJ/mol).

 

نكته:

 

يك اتم به تعدادِ الكترون هاي خود، داراي انرژي هاي يونش متوالي مي باشد. مثلا اتم سديم كه 11 الكترون دارد، داراي 11 انرژي يونش متوالي مي باشد (IE1 ، IE2 ، IE3 تا … IE11 ).

 

نكته:

 

همواره در يك اتم داريم:

 

IE123< …

 

علت: با جدا شدن هر الكترون، بر جاذبه ي مؤثر هسته (بر روي الكترون هاي باقي مانده) افزوده مي شود، لذا جدا كردن الكترون بعدي سخت تر مي گردد و نياز به وارد كردنِ انرژي بيشتري مي باشد.

 

مثال:

 

در مورد اتم سديم (Z = 11) داريم:

 

IE123< … 11

 

نكته:

 

همواره بيش ترين انرژي يونش در يك اتم، آخرين انرژي يونش (IEZ) در آن اتم مي باشد. مثلا بيش ترين انرژي يونش در اتم سديم، IE11 است.

 

جهش بزرگ:

 

اگر الكترون بعدي، از يك لايه ي نزديك تر به هسته جدا شود، انرژي يونش آن به شدت و به طور ناگهاني افزايش مي يابد و در اين حالت به اصطلاح گويند كه جهش بزرگ در انرژي يونش رخ داده است. (جهش بزرگ، شاهدي بر وجود لايه هاي الكتروني در اتم است.)

 

مثال:

 

در مورد اتم آلومينيم (Z = 13) داريم:

 

IE123<<IE4< … 11<<IE1213

 

يعني هنگامي كه سه الكترون از اتم آلومينيم جدا مي شود، با جدا كردن چهارمين الكترون، اولين جهش بزرگ در انرژي يونش رخ مي دهد. هم چنين هنگامي كه يازده الكترون از اتم آلومينيم جدا مي گردد، با جدا كردن دوازدهمين الكترون، دومين جهش بزرگ در انرژي يونش رخ مي دهد، و علت اين است كه هر بار يك لايه به هسته نزديك تر شده ايم.

 

نكته:

 

همواره در يك اتم، تعداد جهش هاي بزرگ در انرژي يونش، يكي كم تر از تعداد لايه هاي الكتروني آن اتم است:

1– n = تعداد جهش بزرگ

 

مثال:

 

در مورد اتم آلومينيم كه 3 لايه ي الكتروني دارد، 2 تا جهش بزرگ در انرژي يونش آن مشاهده مي گردد.

 

نكته:

 

همواره در يك اتم داريم:

 

1 + تعداد جهش بزرگ = شماره ي دوره ي تناوب (n)

 

تعداد الكتروني كه بايد جدا كنيم تا به اولين جهش بزرگ برسيم = شماره ي گروه

 

مثال:

 

اتم X داراي 3 جهش بزرگ در انرژي هاي يونش خود مي باشد، چنانچه اولين جهش بزرگ در اين اتم، از IE2 به IE3 باشد، موقعيت اتم X در جدول تناوبي را تعيين كنيد.

 

پاسخ:

 

4 = 1 +  3 = شماره ي دوره ي تناوب (n)

 

IIA)) 2 = شماره ي گروه

 

يعني عنصر X در دوره ي چهارم و گروه دوم اصلي جاي دارد و با توجه به جدول تناوبي عنصر X همان كلسيم Ca با عدد اتمي 20 مي باشد.

 

تمرين:

 

در مورد عنصر شماره ي 53 جدول تناوبي:

 آ ) چند جهش بزرگ در انرژي هاي يونش آن وجود دارد؟

ب) اولين جهش بزرگ در اين عنصر، ميان كدام انرژي هاي يونش آن رخ مي دهد؟

 

تغييرات انرژي يونش در جدول تناوبي:

 

به طور كلي انرژي يونش (در يك دوره) از چپ به راست، تقريبا افزايش و (در يك گروه) از بالا به پايين، كاهش مي يابد.