ضیا محبی

کلاس 05

تجزیه عنصری

در شناسایی ترکیبات آلی شیمیدان کمتر به یک جسم خالص برخورد می کند بلکه اکثرا جسم با محصولات فرعی و مواد اولیه مخلوط است.گرچه با وجود روش های جدید تفکیک بخصوص روشهای کروماتوگرافی جدا کردن ترکیب خالص از گذشته آسانتر است با این حال نباید اهمیت روشهای کلاسیک را نادیده گرفت.  
 
  
  
● مقدمه

▪ تفکیک مخلوط تر کیبات آلی:

در شناسایی ترکیبات آلی شیمیدان کمتر به یک جسم خالص برخورد می کند بلکه اکثرا جسم با محصولات فرعی و مواد اولیه مخلوط است.گرچه با وجود روش های جدید تفکیک بخصوص روشهای کروماتوگرافی جدا کردن ترکیب خالص از گذشته آسانتر است با این حال نباید اهمیت روشهای کلاسیک را نادیده گرفت.

اساس کلی روشهای که اغلب برای جدا کردن مخلوط های آلی به کارمی رود استفاده از قطبیتی است که در اجزای یک مخلوط وجود دارد یا در آن ایجاد می شود.این اختلاف تقریبا در تمام روشهای تفکیک از جمله تقطیر -تبلور مجدد-استخراج و کروماتوگرافی به کار می آید.بزرگترین قطبیتی که تفکیک را ساده تر می کند اختلافی است که در قطیبت نمکها و مواد آلی غیر قطبی وجود دارد.هر گاه یک یا چند جزاز یک مخلوط قابل تفکیک به نمکهای مربوط باشند به سهولت می توان آن اجزا را به کمک استخراج یا تقطیر به طور کامل از اجزای غیر قطبی جدا کرد.

تجزیه کیفی آلی به روش کلاسیک:

این تجزیه شامل ۶ مرحله ی اساسی است که در زیر آرده شده است:

۱) آزمایش مقدماتی خواص فیزیکی و شیمیایی

۲) اندازه گیری ثابت های فیزیکی

۳) تجزیه عنصری

۴) آزمایشهای مربوط به حلالیت

۵) آزمایشهای مربوط به گروه بندی(فعالیت عوامل مختلف غیر از واکنشهای اسیدو باز)

۶) تهیه مشتق ها

این روش بسیار با ارزش است.با این روش معمولا می توان یک ترکیب آلی شناخته شده را نسبت به یک ترکیب معدنی با اطمینان بیشتری تشخیص داد.

در ادامه به شرح مورد سوم(تجزیه عنصری) می پردازیم.

● تجزیه عنصری

عناصر متداول موجوددرترکیبات آلی کر بن هیدروژن واکسیژن می باشد گاهی عناصر دیگری نظیر نیتروژن- گوگرد-اکسیژن و هالوژن هاهم درآنها یافت می شوند .

برای اکسیژن آزمایش ساده ای وجود نداردو عناصر دیگر با پیوند کوالانسی در اتصال هستندو بنابراین با آزمایش های یونی معمولی مستقیما جواب نمی دهند.ولی اگر جسم آلی مجهول با سدیم مذاب ذوب شود در اگثر موارد طوری ترکیب می شود که NوSوXآن به یونهای CNوSوCNSوXتبدیل می شود.پس از آنکه سدیم اضافی دقیقا از بین برده شد محلول آبی را که محتوی این یونهاست به روش معمولی معدنی تجزیه می کنند.توضیح کامل تری در این مورد وجود دارد که در زیر به آن می پردازیم.

● کربن هیدروژن واکسیژن

برای اثبات وجود کربن و هیدروژن نمونه رابا پودر خشک مس(II) اکسید حرارت داده که منجر به ایجاد کربن دی اکسید وآب می شود . حضور کربن در نمونه با عبور دادن گاز های ایجاد شده از درون محلول با ریم یا کلسیم هیدروکسید مشخص نمی شود که دراین صورت رسوب کربنات مربوطه حاصل می شود . هیدروژن را می توان با ایجاد قطره های آب متراکم شده روی قسمت بالایی لوله تشخیص داد . هیچ آزمایش کیفی برای اثبات وجود اکسیژن در ترکیبات آلی وجود ندارد برای تعیین اکسیژن باید تجزیه کمی صورت بگیرد .دراین روش اگر اگر مجموع درصد تمام عناصر تشکیل دهنده ترکیب کمتر آن تا ۱۰۰ مربوط به در صداکسیژن است .

● نیتروژن گوگرد و هالوژن ها

تشخیص کیفی این عناصر در ترکیبات آلی مشکل تراز آنها در ترکیبات معدنی است . زیرا اکثر ترکیبات آلی در حالت محلول درآب به مقدار قابل ملاحظه ای یونیزه نمی گردند.از آنجا که آزمایشهای تجزیه کیفی براساس واکنش های یونی می باشند انها را نمی توان مستقیما برای ترکیبات آلی به کار گرفت.به عنوان مثال سدیم کلرید یا سدیم برمید با محلول آبی نقره نیترات به مقدار قابل توجهی رسوب هالید های نقره را ایجاد می نمایند در حالیکه کربن تترا کلرید -برومو بنزن و اغلب هالیدهای آلی در هنگام واکنش با محلول آبی نقره نیرات رسوب هالید نقره را ایجاد نمی نمایند زیرا در آنها به میزان یون هالید در محلول تولید نمی شود.

در این حالت برای تشخیص کیفی لازم است که ابتدا عناصر نیتروژن-گوگرد-و هالوژن ها را به ترکیبات یونیزه شونده تبدیل نمود.یکی از متداول ترین این روش هاجهت انجام این تبدیل ذوب کردن نمونه با فلز سدیم است که با انجام آن عناصر ذکر شده به ترکیبات سدیم سیانید-سدیم سولفیدو سدیم هالید تبدیل می شوند.سپس آنیون های حاصل را می توان توسط آزمایش های معمول معدنی شناسایی نمود.واکنش ذوب با سدیم به صورت زیر می باشد:

در مواردی که سدیم به مقدار کافی به کار برده نشود و ماده مورد نظر دارای گوگرد ونیتروژن (هردو)باشد گاهی تفکیک به خوبی صورت نمی گیرد واین دو عنصر به صورت ترکیب NaSCN ظاهر می گردند.برای شناسایی این ترکیب از کلرو فرمیک۱۰درصد استفاده می شود.

● تجزیه کیفی مواد آلی به روش ذوب قلیایی جهت تشخیص نیتروژن، گوگرد و هالوژنها

برای تشخیص این عناصر در ترکیبات آلی ابتدا باید آنها را به ترکیبات معدنی یونیزه تبدیل کرد سپس شناسایی نمود. این تبدیل ممکن است به روشهای مختلف صورت گیرد ولی بهترین روش ذوب ترکیبات با فلز سدیم است. در این روش سیانید سدیم (NaCN)، سولفید سدیم (Na۲S) و هالید سدیم (NaX) تشکیل میشود که به آسانی قابل تشخیص هستند.

معمولا سدیم به مقدار اضافی به کار برده میشود. در غیر اینصورت اگر گوگرد و نیتروژن هردو وجود داشته باشند. احتمالا تیوسیانات سدیم (NaSCN) تشکیل میشود. در این صورت در تشخیص نیتروژن به جای آبی پروس رنگ قرمز مشاهده میشود زیرا بجای یون (CN-)، یون (SCN-) خواهیم داشت. اما با سدیم اضافی تیوسیانات تشکیل شده تجزیه میشود و جواب درست به دست می آید.

مخلوط حاصل آب اضافه کرده مخلوط قلیایی را صاف نموده و سپس به آن (FeSO۴) اضافه کنید در این صورت فروسیانید سدیم تشکیل میشود.

وقتی محلولهای قلیایی نمکهای فروی بالا جوشانده میشود بر اثر اکسیژن هوا کمی یون فریک تشکیل میشود. (بر اثر سولفوریک اسید رقیق هیدروکسیدهای فرو و فریک تشکیل شده حل میشوند) فروسیانیدها با نمک فریک تشکیل فروسیانید فریک (آبی پروس) میدهند.

برای اسیدی کردن محیط نباید از (HCl) استفاده کرد زیرا به علت تشکیل (FeCl۶) رنگ زرد در محیط ایجاد میشود و به جای آبی پروس رنگ سبز ظاهر میشود. به همین دلیل کلرید فریک نیز نباید اضافه شود. همانطوری که قبلا ذکر شده است بر اثر اکسیداسیون به وسیله هوا در محیطهای قلیایی گرم به مقدار کافی یونهای فریک تشکیل میشود بنابراین نیازی به افزایش یون فریک نیست، افزایش مقدار کمی محلول رقیق فلوئورید پتاسیم ممکن است به تشکیل آبی پروس در محلول که به آسانی قابل صاف شدن است کمک نماید (Fe۳+ با F- تولید FeF۶۳- میکند که پایدار است و باعث خارج شدن Fe۳+ از محیط عمل میشود).

گوگرد به صورت یون سولفید را میتوان به وسیله استات سرب و استیک اسید و یا به وسیله پلمبیت سدیم (محلول قلیایی استات سرب) به صورت رسوب سولفید سرب (PbS) سیاه رنگ تشخیص داد.

برای تشخیص یونهای هالوژن (Cl, Br, I) از اثر محلول نیترات نقره در محیط اسید نیتریکی استفاده میشود در این صورت هالید نقره به صورت رسوب حاصل میشود.

● بخش عملی (ذوب قلیایی)

احتیاط: (به هنگام کار عینک محافظ فراموش نشود) در یک لوله آزمایش کاملا خشک (حدود ۱۵۰ در ۱۲ میلیمتر غیر پیرکس) یک تکه سدیم کوچک تمیز به ابعاد تقریبی ۴ میلیمتر بیندازید (سدیم را به وسیله کاردک تمیز و خشک بردارید) و لوله را با گیره بگیرید و ته لوله را با شعله کوتاه به ملایمت حرارت دهید تا سدیم در داخل لوله ذوب شده و به صورت دود سفید در آید و بخارات تا ارتفاع حدود ۲ سانتی متر بالا رود، سپس لوله را از شعله دور کرده و به آن چند ذره جسم جامد (حدود ۲۰ میلی گرم) یا حدود سه قطره مایع مورد آزمایش (ترجیحا طی چند نوبت) طوری اضافه کنید که مستقیما در ته لوله و بر روی دود سفید سدیم ریخته شود (دقت کنید ممکن است انفجار کوچکی رخ دهد بنابر این این آزمایش را حتما زیر هود و تحت نظر مربی آزمایشگاه انجام دهید) و بعد بتدریج لوله را تا سرخ شدن گرم کنید (احتیاط: موقع حرارت دادن، دهانه لوله را به طرف خود یا فرد دیگری نگیرید) سپس لوله داغ را داخل یک بشر کوچک حاوی ۱۰ میلی لیتر آب مقطر وارد کنید تا بشکند. مخلوط را تا جوش حرارت داده و سپس صاف کنید محلول صاف شده باید زلال و قلیایی باشد. در صورتیکه تیره باشد، احتمالا تجزیه ناقص بوده و ذوب قلیایی باید دوباره تکرار شود.

روش دیگر استفاده از لوله آزمایش پیرکس است. در این روش مطابق بالا عمل کنید اما پس از ذوب قلیایی اجازه دهید لوله سرد شود و سپس ۳ الی ۴ میلی لیتر متانول به آن اضافه کنید تا سدیم اضافی را تجزیه کند سپس بر روی آن آب مقطر بریزید تا نصف لوله پر شود و برای چند دقیقه به ملایمت بجوشانید. سپس مخلوط را صاف نموده و بر روی محلول آزمایشات زیر را انجام دهید.

● شناسایی نیتروژن

حدود ۱ میلی لیتر محلول صاف شده را در یک لوله آزمایش ریخته و به آن کمی سولفات فرو اضافه کنید و محلول را به آرامی و همراه با تکان دادن تا نقطه جوش حرارت دهید و سپس بدون سرد نمودن محلول را با اسید سولفوریک رقیق اسیدی کنید(PH=۱۳) رسوب یا رنگ آبی پروس دلیل بر وجود نیتروژن است. افزودن ۱ میلی لیتر محلول ۵% فلوئورید پتاسیم برای تشکیل آبی پروس مفید است.

● شناسایی گوگرد

الف) استفاده از استات سرب: در حدود ۱ میلی لیتر محلول زیر صافی را در یک لوله آزمایش ریخته و با استیک اسید اسیدی کنید. حال به محلول حاصل چند قطره استات سرب اضافه کنید. ایجاد رسوب سیاه رنگ سولفید سرب دلیل بر وجود گوگرد در ماده آلی است.

ب) استفاده از پلمبیت سدیم: ابتدا محلول پلمبیت سدیم را به این صورت تهیه کنید. به چند قطره محلول استات یا نیترات سرب قطره قطره محلول سود ۱۰% اضافه کنید تا ابتدا رسوب سفید تشکیل شده سپس در زیادی سود حل شود و محلول زلالی به دست آید. در حدود ۱ میلی لیتر محلول زیر صافی را در یک لوله آزمایش ریخته و حدود یک میلی لیتر محلول پلمبیت سدیم به آن اضافه کنید. تشکیل رسوب سیاه رنگ PbS نشانه وجود گوگرد در جسم مورد آزمایش است.

● شناسایی هالوژنها

▪ آزمایش نیترات نقره

اگر در ساختمان ماده آلی نیتروژن یا گوگرد حضور داشته باشد با افزایش نیترات نقره به محلول اسیدی تهیه شده از ذوب قلیایی علاوه بر هالید نقره، رسوب سفید AgCN یا رسوب Ag۲S نیز تشکیل میشود که مزاحم عمل تشخیص هالوژنها هستند بنابراین قبل از رسوب دادن AgX باید گوگرد و نیتروژن را از محیط عمل خارج سازید، بدین طریق که به آن اسید نیتریک غلیظ افزوده و محلول حاصل را بجوشانید تا بر اثر تبخیر حجم آن به نصف تقلیل داده شود، سپس آنرا سرد کرده و با حجم مساوی آب مقطر رقیق کنید. سپس بر روی آن آزمایشات زیر را انجام دهید، اگر گوگرد و ازت وجود نداشته باشد نیازی به عمل فوق نیست.

الف) اگر در جسم آلی یک نوع هالوژن وجود داشته باشد حدود ۲ میلی لیتر از محلول زیر صافی را در یک لوله آزمایش بریزید و با اسید نیتریک رقیق آنرا اسیدی کرده مقداری محلول نیترات نقره اضافه کنید، رسوب تشکیل شده مشخص کننده نوع هالوژن خواهد بود، مایع رویی را بر اثر سرازیر کردن جدا کنید و به رسوب محلول رقیق آمونیاک اضافه نمائید اگر رسوب سفید بوده و به خوبی محلول در آمونیاک رقیق باشد نشانه کلر، و اگر زرد کمرنگ و به سختی محلول در آمونیاک باشد (کم محلول باشد) نشانه برم، اگر زرد پر رنگ و تقریبا نا محلول در آمونیاک باشد نشانه وجود ید در جسم آلی است.

ب) اگر مخلوط چند هالوژن وجود داشته باشد:

▪ شناسایی ید

۲ میلی لیتر از محلول زیر صافی را در یک لوله آزماش بریزید و با مقداری استیک اسید خالص (گلاسیال)، آنرا اسیدی کنید و سپس به آن حدود یک میلی لیتر تتراکلرید کربن بیفزائید و قطره قطره محلول نیتریت سدیم ضمن تکان دادن شدید لوله آزمایش اضافه کنید رنگ بنفش یا ارغوانی که در لایه آلی (CCl۴) تشکیل میشود نشانه حضور ید است.

پس از تشخیص ید از محلول همین لوله آزمایش برای تشخیص برم استفاده کنید. بدین طریق که مجددا مقداری محلول نیتریت سدیم افزوده و مقدار جزئی گرم کنید. بعد شدیدا تکان دهید و صبر کنید تا دو لایه از هم جدا شوند، لایه رویی را در لوله آزمایش تمیز دیگری بریزید و لایه بنفش رنگ تتراکلرید کربن را دور بریزید. به لایه رویی که در لوله آزمایش تمیز ریخته بودید یک میلی لیتر تترا کلرید کربن اضافه کنید و قطره قطره محلول ۲۰% نیتریت سدیم بیفزائید و در ضمن افزایش لوله را تکان دهید اگر باز هم لایه زیری رنگی شد محلول سدیم نیتریت بیشتری ریخته و پس از تکان دادن و سپس جدا شدن دو لایه لایه رویی را به لوله آزمایش دیگری منتقل کنید و لایه زیری را دور بریزید و بر روی لایه رویی این عمل را آنقدر تکرار کنید تا دیگر لایه رنگی ایجاد نشود، در این صورت دیگر در محلول شما ید وجود ندارد. حال بر روی این محلول آزمایش تشخیص برم انجام دهید. (توجه کنید که اگر در ابتدای آزمایش رنگ بنفش ظاهر نشود نشانه عدم حضور ید در محلول است و بنابر این نیازی به استخراج ید نیست و از همان ابتدا میتوان برای تشخیص برم عمل کرد).

ضیا محبی

کلاس 05

فرآیندهای ترمودینامیک

 یک حالت تعادل با مقادیر پارامترهای ماکروسکوپیک T ، V ، P مشخص می شود. مقادیر ماکروسکوپیک و روشهای اندازه گیری P و V نیاز به توضیحات اضافی ندارند. 
 
  
  
● مقدمه

یک حالت تعادل با مقادیر پارامترهای ماکروسکوپیک T ، V ، P مشخص می شود. مقادیر ماکروسکوپیک و روشهای اندازه گیری P و V نیاز به توضیحات اضافی ندارند.

یک گاز ایده آل می تواند به صورت گازی که از قانون بویل _ ماریوت بر طبق قاعده زیر تبعیت می کند، تعریف شود:

برای یک گاز با جرم ثابت ، فشار حاصل شده توسط حجم فقط بستگی به درجه حرارت دارد. می دانیم که درجه حرارت ثابت همان دمای ثابت است. بنابراین منظور ما با بیان درستی قانون بویل _ ماریوت برای تمامی دماهای ممکنه ، کاملا واضح است. در حالیکه خود دما هنوز تعیین نشده است. در نتیجه ما می توانیم قبل از تعریف نحوه اندازه گیری درجه حرارت ، ایده آل بودن یک گاز را بررسی کنیم.

اگر ایده آل بودن گاز مشخص شود، ما می توانیم بستگی دمایی ،PV را از فرمول مسلم فرض کنیم. بعد از این ، گاز ایده آل به عنوان جسم دماسنجی بکار برده می شود، در حالیکه درجه حرارت بر طبق رابطه قبل با در نظر گرفتن P به عنوان ویژگی دماسنجی مشخص می شود. این ویژگی که به این صورت تعریف می شود، درجه حرارت نامیده می شود و در ادامه به عنوان T معین می شود.

بنابراین می توان فرض کرد که سومین پارامتر ماکروسکوپیک T که یک حالت تعادل سیستم را مشخص می کند، تعریف شده است. ما یک فرآیند را تحول یا انتقال از یک حالت تعادل به حالت تعادل دیگر می نامیم. یعنی انتقال از برخی مقادیر ، ، مربوط به پارامترها ، به مقادیر دیگر ، ، . در این تعریف ضروری است که حالتهای اولیه و نهایی ، حالتهای تعادل باشند.

● انواع فرآیندها

۱) فرآیند ناترازمندی یا عدم تعادل

۲) فرآیند تعادلی

۳) فرآیند برگشت پذیر

۴) فرآیند برگشت ناپذیر

الف) فرآیندهای ناترازمندی یا عدم تعادل

فرض کنید برای مثال باید به یک حالتی با حجم متفاوت برسیم. واضح است که اگر تحول به آرامی انجام نشود، فشار به همراه دما برای مدت زیادی در این حجم ثابت نخواهد ماند. در حالت کلی ، صحبت درباره هر فشار و دمای معینی بی معنی خواهد بود، چون آنها در نقاط مختلف ، متفاوت خواهد بود. به علاوه ، توزیع فشار و دما در یک حجم فقط به حالتهایی اولیه و نهایی بستگی ندارد، بلکه به نحوه انجام این تحول نیز وابسته است. بنابراین حالتهای میانی در یک چنین فرایندی ، ناترازمند هستند. این فرآیند ، فرآیند ناترازمندی (فرآیند عدم تعادل) نامیده می شود.

ب) فرآیند تعادلی

یک تحول می تواند به طرق مختلفی تکامل یابد. یعنی بی نهایت آرام صورت گیرد. بعد از یک تغییر بسیار کوچک در پارامترها ، تغییر بعدی تا رسیدن سیستم به حالت تعادل صورت نمی گیرد، یعنی تمام پارامترها در سراسر سیستم ، با مقادیر ثابت فرض می شوند. بعد از آن مرحله بعدی صورت می گیرد و به همین ترتیب ادامه می یابد. بنابراین ، تمامی فرآیند شامل حالتهای تعادلی متوالی است. چنین فرایندی، فرآیند تعادلی نامیده می شود. در معادله حالت یک گاز ایده آل ، ، دو تا از پارامترها (هر کدام) می توانند به عنوان پارامترهای مستقل در نظر گرفته شوند و مشخص کننده فرآیند باشند. یک نمونه از این فرآیند در انتقال از حالت و به حالت و در نظر گرفته می شود. در هر نقطه از این فرآیند ، دما منحصرا از معادله حالت بدست می آید.

ج) فرآیندهای برگشت پذیر و برگشت ناپذیر

فرآیندی که در تحول برگشت از حالت نهایی به حالت اولیه توسط حالت میانی ، نظیر فرآیند جلو برنده ، انجام گیرد، فرآیند بازگشت پذیر نامیده می شود.

اگر فرآیند برگشت ، بوسیله همان حالت میانی غیر ممکن باشد، فرآیند بازگشت ناپذیر است.

واضح است که یک فرایند غیر تعادلی (ناتراز مندی) در حالت کلی نمی تواند برگشت پذیر باشد. از طرف دیگر ، یک فرآیند تعادلی همواره برگشت پذیر است. البته این به آن معنا نیست که مفهوم فرآیند برگشت پذیر ، معادل یک فرآیند بسیار آرام (کند) باشد. برخی فرآیندهای بی نهایت آرام غیر قابل برگشت (برگشت ناپذیر) هستند. برای مثال تغییر شکل مومسان (پلاستیکی) جامدات ممکن است به صورت بی نهایت آرام صورت گیرد، ولی با وجود این یک فرآیند برگشت ناپذیر است.

بنابراین از این پس فقط فرآیندهای برگشت پذیر را در نظر خواهیم گرفت. به مثالی در مورد انبساط همدما (تک دما) در یک گاز توجه کنید. گازی با حجم اولیه در ظرفی که با پیستونی مسدود شده است، قرار دارد. برای کنترل فشار پیستون روی آن دانه های شن و ماسه ریخته شده است. بعد از اینکه حجم گاز از به V افزایش یافت. انتقال بعدی دانه های شن و ماسه از روی پیستون متوقف می شود. گاز مراحل متوالی را طی کرده است که در هر کدام از مراحل مقادیر حجم و فشار معین بود، در حالی که درجه حرارت ثابت می ماند. کار انجام گرفته توسط گاز برابر بیرون راندن هوای اتمسفری از حجمی است که اکنون توسط گاز در داخل سیلندر اشغال شده است و پیستون به همراه شن تا ارتفاع مشخصی بالا برده شده است. دانه های شن که به منظور بالا بردن پیستون تا ارتفاعهای مختلف در آنجا قرار داده شده اند، برداشته می شوند.

حال بیایید به تدریج پیستون را با دانه های شن پر کنیم که قبلا به منظور بالا بردن پیستون برداشته شده بودند و آن را به ارتفاع اولیه برسانیم. این دانه های شن ، جرم پیستون را افزایش می دهند. در نتیجه ، فشار گاز افزایش می یابد و با شروع فشرده شدن ، حجم آن کاهش می یابد. کل فرآیند در جهت معکوس انجام می گیرد و دما به علت مبادله گرما با محیط پیرامون در یک مقدار ثابت باقی می ماند. فشار گاز مربوط به هر کدام از وضعیتهای سیلندر نظیر فرآیند انبساط گاز است. در نتیجه ، با کاهش حجم ، گاز موجود در سیلندر تمامی حالتهای فرآیند انبساط را طی می کند. ولی این بار نظم (ترتیب) در جهت عکس است.

وقتی که گاز تا حجم فشرده می شود، پیستون همه دانه های شن را که قبلا برداشته شده بود، حمل می کند. حال جرم پیستون به همراه شن برابر است. بنابراین کل سیستم به حالت اولیه برگشته است. انبساط و فشرده شدن (انقباض) گاز به صورت معکوش صورت می گیرد.

همچنین گاز می تواند به صورت بازگشت ناپذیر انبساط یابد، برای مثال با برداشتن سریع تمامی دانه های شن از روی پیستون ، وقتی که پیستون در پایین ترین موقعیت است. در این صورت جرم پیستون بدون شن به اندازه کافی سبک خواهد بود. تحت این شرایط ، پیستون با شتاب زیادی به سمت بالا حرکت خواهد کرد و در نتیجه حجم گاز افزایش خواهد یافت. در این حالت درجه حرارت تغییر می کند و در قسمتهای مختلف حجم سیلندر مقادیر متفاوتی را خواهد داشت و فقط حجم گاز مقدار معینی را دارا خواهد بود. حالت گاز موجود در سیلندر با هیچ یک از مقادیر P و V قابل توصیف نیست. بدین علت فرآیند نمی تواند با یک خط پیوسته نظیر فرآیندهای برگشت پذیر نمایش داده شود.

▪ نکته ۱

تمامی حالتهای میانی در یک فرآیند تعادلی ، حالتهای متعادل هستند. در حالیکه حالتهای میانی در یک فرآیند ناترازمند ، شامل حالتهای ناترازمندی هستند.

فرآیندهای تعادلی برگشت پذیر هستند، در حالیکه فرآیندهای ناترازمندی ، برگشت ناپذیر هستند.

یک فرایند بی نهایت آرام (کند) لزوما یک فرآیند تعادلی و برگشت پذیر نیست.

▪ نکته ۲

تغییر حالت در یک سیستم همواره با یک تحول به حالت غیر تعادلی یادآوری می شود. هر چه تغییر در سیستم سریع تر صورت گیرد، اهمیت انحراف از حالت غیر تعادلی بیشتر می شود. برای برگشت به حالت تعادل مقدار زمان زیادی لازم است. از این رو با تغییر حالت سیستم به صورت بسیار آرام ، ما سیستم را از حالت تعادل خارج نخواهیم کرد و از طرف دیگر ، با زمان دهی کافی به سیستم برای برگشت به حالت تعادل در هر مرحله میانی ، سیستم از حالت تعادل خارج نخواهد شد. در نتیجه سیستم حالتهای تعادلی متوالی را طی خواهد کرد.

تقریبی در نظر گرفتن این اظهارات و فرض کردن این که سیستم فقط یک رشته حالتهای نزدیک تعادلی و نه خود تعادلی را طی می کند، کاملا اشتباه است و در واقع خود حالت تعادل توسط افت و خیزهایی بوسیله حالتهای غیر تعادلی بدست می آید. بنابراین اگر حالتهای نزدیک تعادل با حالتهای تعادلی بوسیله مقدار کوچکی نسبت به حالتهای افت و خیز تفاوت داشته باشد، آنها به سادگی می توانند به عنوان حالتهای تعادلی در نظر گرفته شوند. این مطلب همواره می تواند حاصل شود، به شرطی که فرآیند به اندازه کافی آرام انجام گیرد.

ضیا محبی

کلاس 05

عناصر کمیاب و منابع آنها در روی زمین

عناصر کمیاب زمین، عنصرهای ۵۸ تا ۷۱جدول تناوبی را تشکیل میدهند و جزو عناصر واسطه داخلی می باشند.  
 
   
 
   
عناصر کمیاب زمین، عنصرهای ۵۸ تا ۷۱جدول تناوبی را تشکیل میدهند و جزو عناصر واسطه داخلی می باشند. وجه تسمیه لانتانیدها از عنصر ۵۷ جدول یعنی لانتان(La)گرفته شده است. باید توجه داشت که خواص شیمیایی این دسته از عناصر مشابه خواص لانتان می باشد. در واقع اطلاق نام عناصر نادر یا کمیاب، از آنجائیکه این عناصر نه کمیابند و نه به آن دسته از اکسیدهای خاکی مانند(اکسیدهای)آلومینیوم، زیرکونیوم و ایتریوم تعلق دارند، غلط مصطلح است. زمانی که نخستین اعضای این گروه برای اولین بار کشف شد، بصورت اکسید مجتمع گردیده بودند و از آنجایی که این اکسیدها تا اندازهای به اکسیدهای کلسیم، منیزیم و آلومینیوم که بعدها به آنها عنوان اکسیدهای خاکی اطلاق گردید شباهت دارند، لذا این عناصر به نام عناصر کمیاب معروف گردیدند. در هر صورت باید توجه داشت که سریوم در پوسته زمین بسیار فراوان تر از سرب بوده و نیز ایتریم از قلع بسیار فراوانتر است و حتی بایداذعان نمود که کمیاب ترین خاکهای کمیاب، به استثنای پرومتیم، بسیار از عناصر گروه پلاتین فراوانترند.

مهمترین کانی های عناصر کمیاب عبارتند ازمونازیت، زنوتیم، بستناسیت. معمولااین مواد بوسیله اعمال مکانیکی مانند شناورسازی و یا استفاده از روشهای مغناطیسی تغلیظ میشوند. سپس لانتانیدها در حالتیکه بصورت کانیهای فسفات یا سیلیکات می باشند، بوسیله اسید مورد شستشو قرار می گیرند. برخی از کانیها مانندکولومبوتانتالات ها با کربن حرارت داده شده و یا تحت تاثیر کاستیک قوی قبل از سنگ شویی قرار داده میشوند.

● منابع عناصر کمیاب در روی زمین :

کربناتیت ها بیشتر با سنگهای آذرین آلکالن در ریفت های داخل قاره ای وبه ندرت جزایر اقیانوسی ونقاط داغ داخل قاره گزارش شده اند . کربناتیت ها از دوره پر کامبرین تا عهد حاضر گزارش شده اند.مواد معدنی مهمی از کربناتیت ها بدست می آیند عبارت اند از نیوبیوم، آهن، آپاتیت، عناصر کمیاب، ورمیکولیت، استرانسیوم، باریم، زیرکون، اورانیوم، فلوریت و تیتان.

کربناتیت های حاوی عناصر کمیاب از نوع آهن دار هستند.این کربناتیت ها به ندرت یافت می شوند. کربناتیت های آپاتیت-مگنتیت اکثرا دارای مقدار کمی عناصر کمیاب هستند. دو کمپلکس کربناتیت کولا(Kola)در روسیه و مانت پاس(Mountain pass)در کالیفرنیا(آمریکا)ذخایر قابل توجهی از عناصر کمیاب دارند.

کانیهای مهمی که در این ذخایر یافت می شوند عبارتند:

▪ پیرو کلر (Ca.Na)۲(Nb.Ta)۲O۶(O.OH.F)

▪ بادالیت ZrO۲

▪ باستانسیت F.OH)(Ce.La)۲CO۳)

▪ مونازیت CePO۴

▪ پاریزیت Ca.La)۲(CO۳)۳F۲)

حدود ۱۳۰کانی مختلف تاکنون در کربناتیت ها تشخیص داده شده است.

عناصرکمیاب می تواند از سنگهای آذرین آلکالن حاصل شود(سمینوف وهمکاران ۱۹۷۲).عناصر کمیاب اکثرا در سنگهای آلکالن غنی از سدیم-پتاسیم اسیدی یافت می شود. نفلین سیانیت ها حاوی عناصر کمیاب می باشند.

پگماتیت هایی که در عمق۵/ ۳تا ۷ کیلومتری(عمق متوسط)از سطح زمین تشکیل شده اند به پگماتیت های حاوی عناصر کمیاب معروفند.بیشتر کانی های حاوی عناصر کمیاب به صورت پلاسر یافت می شوند.

کانی های زیر حاوی عناصر کمیاب می باشند :

▪ مونازیت Ce,La,Nd,Th)PO۴)

▪ زینوتیم YPO۴

▪ آلانیت (Ce,Ca,Y)۲(Al+۳,Fe+۳)۳O(SiO۴)(Si۲O۷)(OH)

▪ سریوپیرو کلر (Ce,Ca,Y)۲(Nb,Ta)۲O۶(OH,F)

▪ ایتروپیرو کلر Y,Na,Ca,Y)۱-۲(Nb,Ta,Ti)۲(O.OH)۷)

▪ لوپاریت Ca,Na,Ce)(Ti,Nb)O۸)

▪ گادولینیت Gadolinite)۲BeO.FeO.Y۲O۳.۲SiO۲)

▪ بستنا سیت Bastanasite)CeFCO۳)

▪ سامارسکیت Samarskite)(Ca,Fe,UO۲)۳O.Y۲O۳.۳(Nb,Ta)۲O۵)

▪ فرگوزنیت fergusonite)Y۲O۳.۳(Nb.Ta)۲O۵)

▪ اگزنیت Euxenite)Y۲(NbO۳)۳.Y۲(TiO۳)۳.۱ ۱/۲H۲O)

▪ ایتروفلوئوریت Yttrofluorite)۲YF۳۳CaF۳)

● زینوتیم( YPO۴):

زینوتیم یکی از کانی های کمیاب ایتریوم می باشد . Wakefielditeو chernovite-(Y)دیگر کانی های ایتریوم هستند هرچند به ترتیب وانادات وارسنات می باشند. اغلب اوقات اورانیوم وبرخی از عناصر کمیاب مانند ایربیوم، تریوم، ایتریوم، زیرکونیوم در این کانی یافت می شود. زینوتیم به مقدار کم رادیواکتیویته می باشد

● گادولینیت(Gadolinite):

فرمول شیمیایی ۲BeO.FeO.Y۲O۳.۲SiO۲

نام دیگر آن Yttrium Iron Beryllium Silicateاست. این کانی تاحدی کانی کمیاب است . شکل آن منشوری، مقطع عرضی بلورها به شکل الماس، ومعمولابه رنگ سبز وبادرخشندگی زیبا می باشد. این کانی حاوی دو عنصر ایتریوم(yttrium)وبریلیوم(beryllium)می باشد.اتریوم(yttrium)یک فلز کمیاب زمین است ودر صنعت مورد استفاده قرار می گیرد

● سامارسکیت(Samarskite):

نام دقیق آن smarskite-yاست این کانی در گرانیت پگماتیت ها در سنگهای آذرین درونی که آرام سردشده اند یافت می شود.سامارسکیت همراه کوارتز، فلدسپات، کلومبیت، تانتالیت، وبرخی ازعناصر کمیاب می باشد. رنگ آن مشکی مخملی تا قهوه ای تیره است.وکریستال های آن مات و رادیواکتیویته می باشدواغلب با لیمونیت(Limonit)پوشیده شده است.درکوهای ارال در روسیه، نروژ،سوئد، برزیل، امریکا یافت می شود

● ایتروفلوئوریت(Yttrofluorite):

این کانی حاوی فلرورید ومقدار قابل محسوس ایتریوم(Ytrium )می باشدویون های(Ca)در ساختار های فلورید جایگزین شده اند . این کانی در روسیه، امریکا، نروژ، ژاپن، مغولستان یافت می شود.

پتاسیم

نام ارشیا عبدی

کلاس01

دبیرستان شهید نصیری

پتاسیم یکی از عناصر شمیایی جدول تناوبی است که نماد آن K و عدد اتمی آن ۱۹ می‌باشد. پتاسیم ، فلز قلیایی سفید مایل به نقره‌ای است که به‌طور طبیعی به‌صورت ترکیبی با عناصر دیگر در آب دریا و دیگر کانی ‌ها یافت می‌شود.

  
 
پتاسیم یکی از عناصر شمیایی جدول تناوبی است که نماد آن K و عدد اتمی آن ۱۹ می‌باشد. پتاسیم ، فلز قلیایی سفید مایل به نقره‌ای است که به‌طور طبیعی به‌صورت ترکیبی با عناصر دیگر در آب دریا و دیگر کانی ‌ها یافت می‌شود. این عنصر به‌سرعت در هوا اکسید شده ، بسیار واکنش پذیر است(مخصوصا در آب ) و از نظر شمیایی همانند سدیم است.

پتاسیم ( انگلیسی ، potash و لاتین ، kalium ) در سال ۱۸۰۷ توسط "Sir Huphry Davy" که آن را از پتاس سوزآور ( KOH )بدست آورد، کشف شد. این فلز قلیایی تنها فلزی بود که توسط عمل الکترولیز از هم جدا شده بود.

شیمی مولکولی

نام ارشیا عبدی

کلاس01

دبیرستان شهید نصیری

یک تکه اسفنج را می‌توان در فضای کوچکتری متراکم کرد. علت تراکم اسفنج این است که در آن سوراخهای ریزی وجود دارد، وقتی اسفنج را فشار می‌دهیم هوای داخل این سوراخها خارج می‌شود و ماده جامد اسفنج به هم نزدیکتر می‌گردد. 

 
 
آیا تا به حال هوا را داخل سرنگی محبوس کرده‌اید تا آن را تحت فشار قرار دهید؟

چه اتفاقی می‌افتد وقتی پیستون سرنگ را فشار می‌دهید؟

هوا چگونه متراکم می‌شود؟ چگونه در یک فضای کوچکتر جا می‌گیرد؟

یک تکه اسفنج را می‌توان در فضای کوچکتری متراکم کرد. علت تراکم اسفنج این است که در آن سوراخهای ریزی وجود دارد، وقتی اسفنج را فشار می‌دهیم هوای داخل این سوراخها خارج می‌شود و ماده جامد اسفنج به هم نزدیکتر می‌گردد. درست مثل زمانی که یک تکه اسفنج خیس را فشار می‌دهید؛ آب از سوراخهای اسفنج خارج و اسفنج متراکم می‌شود. "بویل"، دانشمند انگلیسی در سال ۱۶۶۲ میلادی مقداری جیوه - که فلزی مایع است- را در یک لوله شیشه‌ای پنچ متری ریخت. این لوله خمیده به شکل حرف انگلیسی U و یک سمت آن مسدود بود. بویل مشاده کرد که با افزودن جیوه هوای به دام افتاده در سمتی که بسته است، متراکم می‌شود و فضای کمتری اشغال می‌کند. بویل نتیجه گرفت که هوا باید از ذرات بسیار کوچک، یعنی اتمهای ریز، تشکیل شده باشد. میان اتم‌ها فضایی است که در آن هیچ چیز نیست. وقتی هوا متراکم می‌شود، اتم‌ها به هم نزدیکتر می‌شوند. بویل همان سال‌ها در کتابی نوشت: "عنصرها را باید با آزمایش کشف کرد. شیمیدانها باید بکوشند تا هر چیزی را به مواد ساده‌تر تجزیه کنند، آن ماده یک عنصر است."

شیمی آب (فلوراید در آب)

نام ارشیا عبدی

کلاس01

دبیرستان شهید نصیری

این مقاله به بررسی ترکیبات موجود در آب آشامیدنی بالاخص فلوراید می پردازد، همانگونه که مسلم است آب مهمترین مایحتاج بشر برای زندگی میباشد. 
 
 
این مقاله به بررسی ترکیبات موجود در آب آشامیدنی بالاخص فلوراید می پردازد، همانگونه که مسلم است آب مهمترین مایحتاج بشر برای زندگی میباشد .پس پرواضح است که شناخت آب می تواند کمک شایانی به ما در رابطه با استفاده بهینه از این مایع حیات بخش نماید همچنین با بررسی ترکیبات موجود در آب می توانیم از رسیدن صدمات احتمالی ناشی از مصرف آب آلوده جلوگیری نماییم .

با توجه به اینکه املاح و مواد گوناگونی در آب وجود دارند و برخی از آنها برای سلامتی مضر است لذا سعی شده است مقدار مجاز برخی از آنها با توجه به استانداردهای جهانی ارائه گرددتا بدین وسیله به روشنگری در این خصوص پرداخته باشیم.