شیمی و عامل تلخی قهوه

در تلاشی که از طرف شیمی دانان انجمن شیمی آمریکا در جهت بهبود بخشی طعم قهوه و شناسایی عامل یا عوامل اصلی ایجاد طعم تلخ قهوه انجام گرفت، دانشمندان به نتایج جالبی دست یافتند.تحقیقاتی که توسط محققان دیگر در سال های پیش انجام گرفت در حدود 25 تا 30 ترکیب که احتمال ایجاد طعم تلخی را بر عهده داشتند شناسایی شد. اما عامل اصلی هنوز ناشناخته بودشیمی دانانی از آمریکا و آلمان اعلام کردند عواملی را که ظاهرا" نقش عمده ای در تلخی قهوه دارد را شناسایی کرده اند. نتیجه ی مطالعات آنها در 234 مین نشست ملی انجمن شیمی آمریکا مطرح گردید.

تصور عموم بر این است که کافئین عامل اصلی تلخی قهوه می باشد. اما طبق اظهارات پروفسور توماس هافمن، مجری طرح، تنها 15% از تلخی قهوه را کافئین باعث می شود. این در حالیست که قهوه ی کافئین دار با قهوه ی کافئین زدایی شده از نظر طعم فرق محسوسی ندارد. پختن (Roasting) قهوه عامل اصلی ایجاد طعم تلخ در دانه های قهوه می باشد. هر چه بیشتر پخته شود، قهوه ی حاصل تلخ تر می شود. عمل پخت به مدت طولانی باعث ایجاد واکنس های شیمیایی می شود که منجربه تشکیل تلخ ترین ترکیب می شود.با استفاده از تکنیک های کروماتوگرافی پیشرفته و همچنین تربیت افراد دارای قوه ی چشایی قوی برای تشخیص طعم های مختلف قهوه، هافمن و همکارانش دریافتند که عامل اصلی تلخی دو سری از ترکیبات می باشند: Chlorogenic Acid Lactone ها و Phenylindane ها. که هر دو گروه بعنوان آنتی اکسیدان در دانه های پخته شده ی قهوه موجود می باشند. این دو گروه از ترکیبات در دانه های سبز (خام ) قهوه وجود ندارند.وجود ترکیبات Chlorogenic Acid Lactone ها از مدت ها پیش در دانه های قهوه شناسایی شده بود اما نقش آنها در تلخ کردن قهوه تا به امروز شناخته نشده بود. قابل ذکر است که Lactone ها وPhenylindane ها از Chlororgenic Acid ها مشتق می شوند که خود این ترکیب تلخ نمی باشند.عامل تلخی بسته به شرایط می تواند یکی از دو گروه ترکیبات ذکر شده باشد. به این ترتیب که:

1. گروهChlororgenic Acid Lactone ها شامل 10 ترکیب شیمیایی مختلف در قهوه که عامل اصلی تلخی در شرایط جوش (به اصطلاح دم کردن) کوتاه مدت می باشد
2. گروه Phenylindane ها که محصول تبدیلات شیمیایی Chlorogenic Acid Lactone ها می باشد و عامل اصلی تلخی در شرایط جوش طولانی می باشد.

قهوه های Espresso (نوعی قهوه که در شرایط فشار بالا و حرارت بالا تولید می شود) تلخ ترین قهوه می باشند (بعلت وجود Phenylindane ها = گروه 2). اما قهوه های خانگی تلخی کمتری دارند (بستگی به شرایط: حرارت، مدت جوش، مقدار قهوه و نوع قهوه دارد)قهوه های آماده (نسکافه) نسبت به قهوه های معمولی تلخی کمتری دارند. چون شرایط تولید، که استخراج تحت فشار نام دارد، باعث کاهش درصد ترکیبات تلخ کننده می شود (30 الی 40 درصد).پروفسور هافمن، مجری طرح، می گوید: " اکنون که نحوه ی تشکیل ترکیبات تلخ برای ما آشکار شد در تلاش هستیم تا مقدار آنها را کاهش دهیم."او و همکارانش در جستجوی روشی برای کاهش پتانسیل های تلخ کننده ی موجود در دانه های خام قهوه می باشند تا قهوه ای با طعم مطلوب تر تولید کنند

تفلون

تفلونteflon :
تفلون از پلیمر شدن رادیكالی تترا فلوئورو اتیلن تشكیل می شود.داستان كشف ان حكایت جالبی از كشف های تصادفی در شیمی است كه نخستین بار در ازمایشگاه تحقیقاتی شركت دوپان روی داده است. در ان زمان با این كه تترافلوئورواتیلنسنتز شده بود,ولی كوشش برای پلیمر كردن ان ناموفق بود.از انجایی كه این تركیب گازی دردر یك سیلندر كوچك نگهداری می شد,پس از مدتی كه برای اجرای ازمایش دیگری به این ماده نیاز شد,با باز شدن شیر سیلندر هیچ گازی از ان بیرون نیامد.فرد ازمایشگاه برای رد این فرضیه كه "گاز از ظرف نشت كرده است."یسلندر را با ترازو كشید و مجموع جرم سیلندر و گاز را با با مجموع جرم سیلندر و گازی كه در ابتدا در ان بوده,مقایسه كرد. یكسان بودن این مقادیر اشكار كرد كه گاز تترافلورئوراتیلن باید به فراورده دیگری تبدیل شده باشد.كنجكاوی این شیمیدان سبب شد تا وی سیلندر را ببرد و پی به وجود ماده جامدپلیمری در درون سیلندر ببرد.پلیمری كه او پیدا كرد خواص جالبی داشت و همین انگیزه ای برای تلاش های بعدی شد.نتیجه این كوشش ها سرانجام به روشی بای تهیه این پلیمر منتهی شد.تفلون به دلیل داشتن ساختاری خطی و بدون پیچیدگی فضا شیمیایی,دمای ذوب بالایی (327 )دارد.تفلون,پلیمری انحلال ناپذیر و از نظر شیمیایی بسیار بی اثر است.ازتفلون برای ساختن سوپاپ ها و پوشش های مقاوم در برابر مواد شیمیایی استفاده می شود و به دلیل خواص نچسب و مقاومت گرمایی بالایی كه دارد,كاربرد وسیعی در پوشش دادن به ظروف پخت و پز یافته است.

آشنایی با برخی معرف های آزمایشگاهی

معرف تالنز:Reagent Tollens
از این معرف برای شناسایی آلدهید ها استفاده می شود. البته این معرف به آسیلوئینها- دی فنیل آمینها-آلفا نفتول و برخی فنلها نیز جواب مثبت می دهد.چون این معرف اگر خیلی بماند احتمال انفجار دارد بنابراین همیشه باید به مقدار مورد نیاز تهیه شود و اگر اضافی آمد دور ریخته شودبرای تهیه این معرف در یک لوله آزمایش 2 میلی لیتر از محلول نیترات نقره 5% بریزید.سپس 1 قطره از محلول 10% سود به آن بیفزایید.به این لوله قطره قطره آمونیاک 2% اضافه کنید تا اکسید نقره را حل کند و وقتی اکسید نقره حل شد دیگر آمونیاک اضافه نکنید
معرف آمونیوم هگزانیتراتو سریم(IV):
از این معرف برای شناسایی عامل OH الکلی استفاده می شود.برای تهیه این معرف ابتدا 13 میلی لیتر اسید نیتریک غلیظ را به 400 میلی لیتر آب مقطر اضافه کرده و مقدار 6/109 گرم آمونیوم هگزانیتراتو سریم را بدان اضافه کنید و تکان دهید تا حل شود.سپس حجم محلول را با آب مقطر به 500 میلی لیتر برسانید. این معرف تا یک ماه قابل استفاده است
معرف لوکاس: Reagent Lucas
همان طور که می دانید از این معرف برای شناسایی نوع الکل ها استفاده می شود و در واقع الکل های نوع سوم سریعا با این معرف واکنش میدهند ولی الکل های نوع دوم واکنشی کند داشته و الکل های نوع اول واکنشی ندارند.برای تهیه این معرف 136 گرم کلرید روی بدون آب را در 105 گرم اسید کلریدریک غلیظ همراه با سرد کردن حل کنید
معرف تست یدوفرم:
از این معرف برای شناسایی متیل کتون ها استفاده می شود.البته اتانل و متیل کاربینول ها هم با این معرف واکنش می دهند. برای تهیه این معرف 200 گرم یدید پتاسیم و 100 گرم ید به 800 میلی لیتر آب مقطر اضافه کنید و هم بزنید تا کاملا حل شود
معرف آب برم:
از این معرف برای تشخیص وجود فنل استفاده می شود. برای تهیه آن 15 گرم پتاسیم بروماید را در 100 میلی لیتر اضافه کنید و سپس 10 گرم برم به آن بیفزایید.

استفاده از مولکول C60 به‌عنوان ترانزیستورهای تک‌مولکولی

امکان استفاده از مولکول فلورن (C60) به‌عنوان سوئیچ‌های مولکولی القایی و ترانزیستورهای تک‌مولکولی:
دانشیار فیزیک ماده چگال دانشگاه پیام نور تهران در پژوهشی، ترابرد الکتریکی و مشخصه جریان – ولتاژ یک تک‌ مولکول C60 متصل به الکترودهای فلزی و اثر اتصالات مختلف الکترود با این مولکول را بررسی کرد.به گزارش سرویس پژوهشی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، دکتر علیرضا صفارزاده با بیان این که مولکول فولرین(C60) از مولکول‌هایی است که به عنوان عنصر اصلی سازنده قطعات الکترونیکی نقش مهمی در کوچک‌سازی دستگاه‌ها و بالا بردن حجم انباشت اطلاعات دارد، اظهار کرد: در مولکول فولرین به دلیل داشتن هندسه خاص، نحوه اتصال الکترودها با آن برای عبور جریان، به مقدارقابل توجهی به جهت‌گیری مولکول وابسته است. به عبارت دیگر، الکترودها می‌توانند از طریق پیوند با یک اتم، پنج اتم، یا شش اتم کربن با مولکول جفت‌شده و جریان را هدایت کنند. تأثیر این جهت‌گیری‌های مختلف که باعث این تنوع پیوند مولکول-الکترود می‌شود قادر است مشخصه جریان-ولتاژ دستگاه را بطور چشمگیری تغییر داده که جزئیات آن به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است.وی افزود: این مولکول، به دلیل ساختار قفسی شکل خود، باعث می‌شود که جریان عبوری از آن، جریان حلقه‌ای بزرگی را ایجاد کند که بسیار بزرگتر از جریان چشمه-چاهک است. این ویژگی ناشی از تقارن بالای مولکول است که خود منجر به تبهگنی ترازهای مولکولی می‌شود.دکتر صفارزاده خاطرنشان کرد: یکی دیگر از مشخصه‌های این مولکول داشتن پیوندهای یگانه و دوگانه کربن-کربن با طول‌های متفاوت است. تاکنون تصور می‌شد که این اختلاف در طول پیوند، تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر جریان‌های عبوری از آن ایجاد نمی‌کند، اما در تحقیق به عمل آمده نشان داده‌ایم که وارد کردن این اختلاف باعث شکستن تبهگنی یکی از ترازهای مولکولی شده که به تغییر عمده‌ای در رفتار الکتریکی مولکول منجر می‌شود.دانشیار فیزیک دانشگاه پیام نور تهران افزود: این تحقیق که مبتنی بر فرمول‌بندی تابع گرین غیر تعادلی و نظریه لانداور است، به وضوح نشان می‌دهد که از مولکول C60 می‌توان به عنوان سوئیچ‌های مولکولی القایی و همچنین ترانزیستورهای تک مولکولی استفاده کرد.بنابر اعلام ستاد ویژه توسعه فن‌آوری نانو، جزئیات این پژوهش در مجله Applied Physics (جلد 103 در سال 2008) منتشر شده است.

ساخت نانوذرات شیشه ای بامقاومت بالا

محققان سوئیسی موفق به ساخت نانو ذرات بوروسیلیکاتی شدند که از مقاومت بالایی برخوردار است. به گزارش خبرگزاری مهر، محققان سوئیسی موفق به ارائه شیوه ای جدید در ساخت نانوذرات شیشه ای بوروسیلیکات شده که در سیستمهای میکروفلودیک کاربرد خواهند داشت.این نانوذرات پیرکس مانند زمانی که در معرض نوسانات دمایی و بستر نامناسب شیمیایی قرار می گیرند از خود مقاومت بسیار بالاتری نسبت به نانو ذراتی که از بلورهای سیلیس و پلیمر ساخته شده اند، نشان می دهند این ذرات نانو به عنوان ناقلان فعال پادتن ها، داروها و مواد شیمیایی در آزمایش های تشخیص امراض، درمان به وسیله داروهای هدف گیری شده و دسته بندی واکنشهای شیمیایی توجه محققان را به خود جلب کرده اند. به گفته محققان استفاده از نانو ذرات رایج سیلیسی یا پلیمری به دلیل متلاشی شدن آنها در مقابل تغییر دما و تقابل با مواد شیمیایی و حتی آب یونیزه شده دارای محدودیتهایی بوده که استفاده از نانو پیرکس (بوروسیلیکات) به جای بلورهای سیلیس می تواند بر این محدودیتها غلبه کند.در عین حال تولید این نانو ذرات به دلیل ناپایداری اکسید بور که ماده اصلی تشکیل دهنده این نانو ذرات هستند غیر ممکن به نظر می آمد که به گفته گروه تحقیقاتی EPFL، این گروه با ایجاد شیوه ای جدید در تولیدنانو ذرات بورو سیلیکات، بر این محدودیت نیز غلبه کردند. بر اساس گزارش ساینس دیلی، محققان بر این باورند که معرفی این شیوه می تواند استفاده از نانو ذرات را در زمینه های طب زیستی، علم اپتیکی و الکترونیکی گسترش دهد.

دیمتری اوانوویچ مندلیف

● تولد مندلیف
دیمیتری اوانوویچ مندلیف (Mandaliev) ، زیر و رو کننده علم شیمی و فرزند یکی از مدیران مدرسه محلی ، در ۷ فوریه ۱۸۳۴ در شهر توبولسک واقع در روسیه متولد شد.
● ورود به دنیای شیمی
وی در سال ۱۸۶۹ دکتر علوم و استاد شیمی دانشگاه شد و در همین سال ازدواج کرد. در این هنگام ، فقط ۶۳ عنصر از نظر شیمیدانها شناخته شده بود.
● قانون تناوبی
مندلیف در این فکر بود که خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر ، تابعی از جرم اتمی آنهاست. بدون قانون تناوبی نه پیش بینی خواص عناصر ناشناخته میسر بود و نه به فقدان یا غیبت برخی از عناصر می‌شد پی برد. کشف عناصر ، منوط به مشاهده و بررسی بود. بنابراین تنها یاری بخت ، مداومت و یا پیش داوری ، منجر به کشف عناصر جدید می‌شد.
قانون تناوبی ، راه جدیدی در این زمینه گشود. منظور مندلیف از این جمله‌ها آن بود که در سیر تاریخی شیمیایی ، زمان حدس زدن وجود عناصر و پیشگویی خواص مهمشان فرا رسیده است. جدول تناوبی ، پایه‌ ای برای این کار شد. حتی ساخت این جدول نشان می‌داد که در چه جاهایی مکان خالی باقی می‌ماند که باید بعدا” اشغال شود.
● چینش عناصر در جدول تناوبی
با آگاهی از خواص عناصر موجود در جوار این مکانهای خالی ، می‌شد خواص مهم عناصر ناشناس را تخمین زد و چند مشخصه مقداری آنها (جرمهای اتمی، چگالی ، نقطه ذوب ، و نقطه جوش و مانند آنها) را به کمک نتیجه گیری‌های منطقی و چند محاسبه ریاضی ساده ، تعیین کرد. این مطالب نیاز به تبحر کافی در شیمی داشت. مندلیف از این تبحر برخوردار بود که با ترکیب آن ، با تلاش علمی و اعتقاد به قانون تناوبی توانست پیشگوهای درخشانی درباره وجود و خواص چندین عنصر جدید را ارایه دهد. بنابراین مطابق با این فکر ، جدولی درست کرد و ۶۳ عنصر شناخته شده را به ترتیب جرم اتمیشان در جدول قرار داد. تعداد عناصر در سطرهای جدول یکی نبود، مثلاٌ سطر پنجم ۳۲ عنصر داشت، در حالی‌که سطر ششم فقط شامل ۶ عنصر بود. ولی عناصری که خواص آنها شبیه هم بود، در این جدول نزدیک هم قرار داشتند و بدین علت مقداری از خانه‌های خالی ، متعلق به عناصری است که تا آن زمان شاخته نشده بود. وی این نتیجه را در سال ۱۸۶۹ به جامعه شیمی روسیه تقدیم کرد.
● میزان استقبال از جدول مندلیف در آن زمان
جدول مندلیف که پیش بینی وجود ۹۲ عنصر را می‌نمود، جز “لوتر مایز” که یک سال بعد از مندلیف ، جدولی مشابه با جدول مندلیف انتشار داده بود، طرفداری نداشت.
● پیش‌بینی‌های مندلیف در جهان علم
پیش‌بینی‌های عجیب مندلیف ، زمان درازی به صورت مثلهای موجود در همه کتابهای شیمی در آمده بود و کمتر کتاب شیمی وجود دارد که در آن ، از اکاآلومینیوم و اکابور و اکاسیلیسیم یاد نشده باشد که بعدها پس از کشف به نامهای گالیوم، سکاندیوم و ژرمانیوم نامیده شدند. در میان سه عنصری که مندلیف پیش بینی کرده بود اکاسیلیسیوم بعد از سایرین کشف شد(۱۸۸۷) و کشف آن بیش از کشف دو عنصر دیگر ، مرهون یاری بخت و تصادف مساعد بود.
● تایید پیش‌گویی‌های مندلیف
در واقع ، کشف گالیوم توسط “بوابودران” (۱۸۷۵) مستقیماٌ توسط روشهای طیف سنجی‌اش بود و جداکردن سکاندیوم توسط “نیلسون” و “کلو” (۱۸۷۹) مربوط به بررسی دقیق خاکهای نادر بود که در آن زمان اوج گرفته بود. اندک اندک همه پیش‌گویی‌های مندلیف تحقق یافتند. آخرین تایید در مورد وزن مخصوص سکاندیوم فلزی بود.
در سال ۱۹۳۷ ، “فیشر” شیمیدان آلمانی ، موق به تهیه سکاندیوم با درجه خلوص ۹۸% شد. وزن مخصوص آن ، ۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب بود. این دقیقاٌ همان رقمی است که مندلیف پیش‌بینی کرده بود. در پاییز سال ۱۸۷۹ “انگلس” کتاب جامعی بدست آورد که نویسندگانش “روسکو” و “شورلمر” بودند. در آن کتاب ، برای نخستین بار به پیشگویی آلومینیوم توسط مندلیف و کشفش تحت تاثیر نام گالیوم اشاره شده بود. در مقاله ای که بعدها انگلس در کتابی هم نقل کرده است، اشاره به مطلب آن کتاب شیمی شده است و نتیجه گرفته است که: « مندلیف با به کار بردن ناخودآگاه قانون تبدیل کمیت به کیفیت هگل ، واقیعت علمی را تحقق بخشید که از نظر تهور ، فقط قابل قیاس با کار “لوریه” در محاسبه مدار سیاره ناشناخته نپتون بوده است. »
● شهرت جهانی مندلیف
علاوه بر آنچه گفته شد، با اکتشاف آرگون در سال ۱۸۹۴ و هلیوم و اینکه جدول مندلیف وجود نیون و کریپتون و گزنون را پیش‌بینی نمود، جدول مندلیف شهرت عجیب و فوق‌العاده ای کسب نمود. در آن سالها بود که تمامی آکادمی‌های کشورهای جهان (غیر از مملکت خویش) او را به عضویت دعوت نمودند.
● مرگ مندلیف
مندلیف دو دوم فوریه ۱۹۰۷ در ۷۳ سالگی در گذشت. به طوری که می‌دانیم، از هنگامی که جدول مندلیف بوجود آمد، خانه‌های خالی آن ، یکی پس از دیگری با کشف عناصر پر می‌شد و آخرین خانه خالی جدول ، در سال ۱۹۳۸ با کشف آکتنیوم در پاریس پر شد

تاریخچه مختصرازشیمی

شيمي يكي از علومي است كه هموراه در زندگي بشر دخالت كامل داشته و وارد و به اندازه كه تمدن كنوني بيشتر شود دخالت آن در شئون مختلف زندگي نيز زيادتر خواهد شد. ما در دنيايي زندگي مي كنيم كه پر از مواد شيميايي گوناگون است. بعضي از اين مواد مانند آب كاملاً برايمان آشنا است اما بسياري مواد ديگر وجود دارند كه چندان آشنا نيستند. واقعيت آن است كه ما از هر لحاظ با مواد شيميايي روبرو هستيم. لباسي كه مي پوشيم، غذايي كه مصرف مي كنيم، كاغذي كه مطالب را روي آن مي خوانيم همگي مواد شيميايي به شمار مي روند. علم شيمي از اجسام و خواص و ساختمان آنها و واكنشهايي كه آنها را به اجسام ديگر تبديل مي نمايد بحث مي كند. طي هزاران سال، دانش شيمي تنها منحصر به تهيه اكسيرها، عطرها و جوهر هاي پاره اي از فلزات بود. يونانيان قرن پنجم كه همواره در صدد پي بردن به رموز و اسرار طبيعت بودند آب را كه مايه حيات ساير موجودات است عنصري ساده مي پنداشتند حال آنكه آب تركيبي از دو عنصر ساده اكسيژن و هيدروژن است.فكر اوليه وجود عناصر ساده ابتدا از امپدوكل و سپس از ارسطو مي باشد. ارسطو معتقد بود كه چهار عنصر آب، هوا، خاك و آتش مظهر خواص اصلي از قبيل رنگ، استحكام و حالت اجسام مي باشند و از تركيب آنها مواد گوناگون به وجود مي آيد.شيمي در طول تاريخ طولاني و تكاملي خود دورانهاي گوناگوني را پشت سر گذاشته كه مي توان آن را به سه بخش عمده تقسيم كرد: دوران باستان كه هنوز شيمي به صورت يك علم مشخص درنيامده بود. دوران كيمياگري از آستانه پيدايش مسيحيت تا سالهاي 1700 ميلادي و دوران شيمي جديد.در سراسر دوران تاريك قرون وسطي دانش شيمي نيز همچون ديگر رشته هاي علوم پيشرفت قابل ملاحظه اي ننمود. كشف الكل و جوهر گوگرد به وسيله كيمياگر ايراني محمد زكرياي رازي و كشف فسفر در سال 1675 ميلادي توسط براند آلماني از آثار دوره كيمياگري است. كيمياگري تنها در اواخر قرن هفدهم و اوايل قرن هجدهم بود كه به صورت دانشي حقيقي و واقعي به نام شيمي در آمد. رابرت بويل انگليسي نخستين كسي بود كه دليرانه با نظرات و عقايد قدما درباره وجود عناصر چهارگانه و تبديل فلزات مخالفت نمود. به عقيده بويل عنصر جسمي است غيرقابل تجزيه و از تركيب آنها اجسام مختلف پديد مي آيد. نظريات بويل در كتاب شيميدانان شكاك كم و بيش يادآور نگرش ابن سينا در كتاب «ابطال كيميا» است كه در شش قرن پيش از آن به رشته تحرير درآورد. ژوزف بلاك شيميست اسكاتلندي در سال 1757 گاز كربنيك را به دست آورد و آن را هواي ثابت ناميد. ژوزف پريستلي انگليسي در سال 1774 گاز اكسيژن را ضمن حرارت دادن اكسيد قرمز جيوه براي نخستين بار تهيه كرد. هنري كاوانديش دانشمند انگليسي نيز در سال 1766 هيدروژن خالص را كشف نمود و خواص آن را معلوم و مشخص نمود. برگمان شيميست سوئدي اين نظر را ارائه كرد كه هوا مخلوطي از سه گاز است. هواي معيوب (ازت)، هواي خالص (اكسيژن) و اسيد هوايي (گاز كربنيك) بالاخره شارك گيوم سئل شيميست ديگر سوئدي درباره بي اكسيد منگنز مطالعاتي كرد و همين موضوع راهنماي او براي تهيه اكسيژن گرديد. لاووازيه كه در حقيقت بنيانگذار شيمي جديد محسوب مي شود گامهاي بلندي در راه آزمايش و پژوهش علمي برداشت. كشف گازهاي اكسيژن و هيدروژن به لاووازيه اين امكان را داد كه به تفسير علمي درستي براي پديده سوخت و ارتباط آن با هوا نائل آيد. لاووازيه ثابت نمود كه عمل سوختن تركيب جسم است با اكسيژن و در اين مورد يكي از قوانين اصلي شيمي يعني اصل بقاء ماده را به شرح زير وضع كرد:
هيچ چيز از بين نمي رود و هيچ چيز خلق نمي شود. در تمام واكنشهاي شيميايي مجموع وزنهاي مواد پيش از فعل و انفعال شيميايي مساوي وزنهاي مواد به دست آمده است.
در آغاز قرن هجدهم يعني در سال 1800 ميلادي ولتا فيزيكدان انگليسي نخستين پيل را كشف كرد و از آن پس الكتروشيمي در دسترس جهانيان قرار گرفت. ديوي انگليسي از تجزيه الكتريكي پتاس مذاب فلز پتاسيم و سپس از سود گداخته فلز سديم را به دست آورد. او با تجزيه الكتريكي ثابت كرد كه برخلاف عقيده لاووازيه كه اكسيژن را عامل ترشي مي ناميد تمام اسيدها اكسيژن ندارند. همچنين وهلر آلماني در آغاز اين قرن با استفاده از پتاسيم موفق به كشف آلومينيوم گرديد و از آن پس عناصر يكي پس از ديگري پيدا شدند. در اواخر نوزدهم ديمتري مندليف شيميست نابغه روس با تنظيم جدول تناوبي معروف خود عده زيادي از عناصر را از خاصيت تكرار اتمها پيش بيني كرد و با كشف آنها شيمي در رديف علوم مدرن و درجه اول قرار گرفت. بالاخره در حدود سال 1760 برتلو شيميست بزرگ فرانسوي توانست از تركيب مستقيم كربن و هيدروژن استيلن را تهيه نمايد. شيمي جديد به عنوان يك علم نظام يافت طي 200 سال گذشته شكل گرفت و از همان آغاز به كلي از شيوه هاي كيمياگري دور شد. از آغازقرن نوزدهم تا كشف و نوآوري در علم شيمي و كاربردهاي آن در تكنولوژي و زندگي با سرعت هرچه تمامتر ادامه دارد.

آزمایشگاه آلی1

تبلور(کریستالیزه شدن):

تبلور يكي از بهترين روشهاي تخليص اجسام جامد است روش عمومي تبلور عبارت است از:

1. حل كردن جسم در حلال مناسب به كمك گرما و تهيه محلول سيرشده جسم.

2.صاف كردن سريع محلول گرم.
3. سرد كردن تدريجي محلول صاف شده به منظور راسب كردن جسم به شكل بلور.
4. صاف كردن و شستن بلورها با حلال سرد و خشك كردن آنها و بالاخره تعيين نقطه ذوب بلور.

انتخاب حلال مناسب:

انتخاب حلال مناسب نكته اساسي و مهم در عمل تبلور محسوب مي شود. حلال مناسب حلالي است كه در دماي معمولي جسم را به مقدار جزئي در خود حل كند، ولي در گرما و به ويژه در دماي جوش، اين انحلال به آساني صورت گيرد.عامل ديگر در انتخاب حلال مناسب، توجه به قطبيت آن است كه با توجه به ساختمان ماده مورد نظر انتخاب مي شود. زيرا تركيبات قطبي در حلالهاي قطبي و تركيبات غير قطبي در حلالهاي غير قطبي حل مي شوند. به هنگام انتخاب حلال مناسب براي تبلور، به نكات زير توجه كنيد:

1.حلال در دماي معمولي (دماي آزمايشگاه) نباید تركيب را حل كند، اما در نقطه جوش خود بايد حداكثر تركيب يا تمام آن را در خود حل كند

2.نقطه جوش حلال نبايد از نقطه ذوب تركيب مورد نظر بيشتر باشد. زيرا در اين صورت، پيش از اينكه دماي حلال به نقطه جوش آن برسد، جسم در حلال ذوب مي شود. (در پديده تبلور، جسم بايد در حلال حل شود).

3.حلال و جسم حل شده نبايد با هم واكنش بدهند.

4.تا حد امكان نقطه جوش حلال پايين باشد تا به آساني تبخير شود.

مراحل متوالي زير، پس از انحلال جسم جامد در حلال بايد اجرا شود:

چنانچه محلول به شدت رنگي و يا ناخالص باشد، گرم كردن را قطع كنيد پس از اينكه محلول، اندكي خنك شد، كمي پودر زغال به آن اضافه كنيد. زغال به دليل دارا بودن سطح فعال زياد مي تواند ناخالصيها و رنگ را به خود جذب كند. سپس مجددا محلول را گرم كنيد.

به منظور جداسازي ناخالصيهاي نامحلول، محلول را گرم و صاف كنيد.براي اينكه بلورها پديدار شوند محلول صاف شده را به تدريج سرد كنيدبلورها را به وسيله صاف كردن جدا كنيد بلورها را با مقدرا كمي حلال سرد بشوييدبلورها را خشك كنيد.

در تبلور، براي ظاهر شدن از چند روش استفاده مي شود:

يك ميله شيشه اي (همزن) را از سطح مايع و كنار آن به جدار ظرف بساييد(خراش دهيد). حركت ميله بايد به صورت عمودي و سريع باشد. به نظر مي رسد كه با عمل سايش، به مولكولهاي جسم انرژي داده مي شود و اين انرژي باعث نزديك شدن مولكولها به يكديگر مي شود و به اين ترتيب، تشكيل هسته اوليه آسان مي شود.ظرف حاوي محلول را به وسيله قراردادن آن در حمام آب و يخ يا در يخچال سرد كنيديك تكه از بلور تركيب را به عنوان هسته اوليه در ارلن ماير بيندازيد اين عمل را بذرافشاني و تكه بلور را بذر مي نامند

چند نکته در مورد عمل تبلور ( کریستالیزه کردن ):

چنانچه محلول به شدت رنگي و يا ناخالص باشد، گرم كردن را قطع كنيد پس از اينكه محلول، اندكي خنك شد، كمي پودر زغال به آن اضافه كنيد. زغال به دليل دارا بودن سطح فعال زياد مي تواندبرای تسریع در عمل تبلور يك تكه از بلور تركيب را به عنوان هسته اوليه در ظرف بيندازيد اين عمل را بذرافشاني مي نامند. ناخالص يها و رنگ را به خود جذب كند. سپس مجددا محلول را گرم كنيددر

واکنشهای آلی محصولات بندرت به صورت خالص به دست می آیند. وقتی ماده به صورت جامد باشد معمولا آنرا در حلالی حل کرده ومجددا به صورت بلور رسوب میدهند. این عمل را تبلور مجدد می نامند.ترکیبی که میخواهیم متبلور کنیم را باید در یک حلال یا مخلوطی از حلالهای داغ، محلول بوده ودر حالت سرد همان حلالها نامحلول باشد. عمل تخلیص در صورتی انجام میشود که ناخالصی، یا در حلال سرد محلول باشد و یا در حلال داغ نامحلول باشد. در حالت دوم محلول رابصورت داغ صاف میکنیم تا ناخالصیهای محلول جدا شوند. اگر محلول رنگی باشد و مابدانیم که جسم مورد نظر بیرنگ است مقدار کمی از زغال رنگبر به محلول سرد اضافه نموده سپس آنرا حرارت داده، بصورت داغ صاف میکنیم. زغال رنگبر، ناخالصیهای رنگی راجذب میکند.انتخاب محیط تبلور کار ساده ای نیست، رفتار حلالیت ترکیب یا باید شناخته شده باشد و یا باید به طریق تجربی مشخص گردد. مثلا وقتی که تبلور پارا دی بروموبنزن مورد نظر باشد مخلوطی از اتانل و آب به کار میرود. ترکیب هم در اتانول سرد و هم در اتانل داغ محلول است: از اینرو اتانول تنها، برای این کار مفید نیست. از طرف دیگر این ترکیب چه در آبسرد و چه در آب داغ کم محلول است بنابر این آب تنها نیز برای این کار مفید نیست. اما مخلوط مساوی از الکل و آب در حالت داغ حلال خوبی برای جسم است و در حالت سرد حلالیت آن جزئی است از اینرو از مخلوط این دو حلال برای تبلور پارادی بروموبنزن استفاده میشود.بعضی مواقع عمل تبلور خودبخود صورت نمیگیرد و باید آنرا بر اثر تحریک متبلور نمود. بدین منظور یا جدار داخلی ظرف در سطح محلول را میخراشند و یا ذراتی خالص از همان جسم را در محلول سرد وارد میکنند تا تبلور شروع شود. بسیاری از ترکیبات بر اثر سرد کردن محلول یا سرد کردن به همراه هم زدن به صورت بلور در میآیند. برخی ترکیبات به صورت روغن در آمده چندین ساعت و حتی گاهی چندین روز وقت لازم است تا بلور تشکیل شود.

بخش عملی:

خالص سازی بنزوئیک اسید

یک گرم بنزوئیک اسید ناخالص را در ظرف ارلن مایر 50 میلی لیتری تمیزی قرار دهید. حدود 10 میلی لیتر آب به آن اضافه کنید. با چراغ گاز حرارت دهید تا به آرامی به جوش آید. در قسمتهای یک میلی لیتری به اندازه لازم آب اضافه کنید تا دیگر جسم جامدی در محلول جوشان حل نشود اگر محلول رنگین است (توجه داشته باشید که بنزوئیک اسید خالص بیرنگ است) محلول را کمی سرد کنید (احتیاط: هیچگاه به محلول جوشان زغال رنگبر اضافه نکنید) حدود 1/0 گرم زغال رنگبر اضافه کنید و دوباره مخلوط را همراه با همزدن گرم کنید تا برای چند دقیقه بجوشد. مخلوط داغ را مطابق شکل (1) بصورت داغ صاف کنید. ظرف خالی را با 1 تا 2 میلی لیتر آب داغ بشویید و محلول شستشو را از صافی عبور دهید. در صورتی که محلول صاف شده هنوز رنگی باشد، عمل با زغال رنگبر را تکرار کنید. اگر طی صاف کردن بلور تشکیل شد محلول را دوباره حرارت دهید تا بلورها حل شود سپس ظرف را با شیشه ساعت یا بشر معکوسی بپوشانید و اجازه دهید به آرامی سرد شود تا به دمای اتاق برسد (اگر سریع سرد شود بلورهای ریز ایجاد میشود). سپس ظرف را برای حدود 15 دقیقه در آب یخ قرار دهیدبه کمک صافی مکنده ای (تکه ای از کاغذ صافی را به اندازه کف قیف بوخنر بریده و در ته قیف قرار داده و با کمی حلال خیس کنید تا به کف قیف بوخنر بچسبد بلورها را جمع آوری کنید و توده رسوب روی صافی را با دو قسمت کم آب سرد بشویید بلور ها را بر روی تکه ای کاغذ صافی یا بهتر از آن بر روی شیشه ساعتی، پخش کنید و بگذارید تا در هوا کاملا خشک شود. وزن و نقطه ذوب محصول خالص شده را پس از اینکه کاملا خشک شد اندازه بگیرید. درصد بازده را حساب کنید.

آزمایشگاه آلی1

تصعيد:

فشار بخار يك ماده جامد با دما تغيير مي كند. به همين دليل، بعضي تركيبات جامد بدون اينكه از فاز مايع عبور كنند به آساني و مستقيما به بخار تبديل مي شوند. اين فرايند، تصعيد ناميده مي شود.چون بخار را مي توان دوباره جامد كرد از اين تبديل مي توان به عنوان روشي براي تخليص مواد استفاده كرد. عمل تخليص وقتي به خوبي انجام پذير است كه فشار بخار ناخالصيها مشخصا كمتر از فشار بخار ماده تصعيد شدني باشد.

تصعید جامدات:

تصعيد خاصيتي است كه معمولا در مواد نسبتا غير قطبي با ساختمان بسيار متقارن ديده مي شود. تركيبات متقارن، غالبا نقطه ذوب و فشار بخار بالايي دارند. تبخير پذيري آسان اين مواد از سطح جامد را معلول ضعيف بودن نيروهاي بين مولكولي مي دانند.

تصعيد بنزوئيك اسيد:

ساده ترين وسيله براي تصعيد، يك كپسول چيني يا يك شيشه ساعت (پيركس) است. مقداري از جسم را در وسط شيشه ساعت مي ريزيم و روي آن را با يك كاغذ صافي هم قطر با شيشه ساعت، كه در وسط آن سوراخ كوچكي ايجاد كرده ايم مي پوشانيم و يك قيف را به طور واژگون روي كاغذ قرار دهيم.انتهاي قيف را با پنبه مسدود كنيم سپس شيشه ساعت را به ملايمت گرم مي كنيم. بهتر است براي گرم كردن از حمام بخار استفاده شود. چنانچه حمام بخار در دسترس نبود، بشري را كه قطر دهانه آن متناسب با قطر شيشه ساعت باشد تا دوسوم حجم از آب پر كنيد و شيشه ساعت و قيف را روي آن بگذاريد و آب را به ملايمت گرم كنيد.

آزمایشگاه آلی1

تجزیه کیفی عنصری ترکیبات آلی:

معمولا تركيبات آلي عمدتا از كربن و هيدروژن تشكيل شده اند. اما در ساختار بعضي از تركيبات، عناصري نظير اكسيژن، نيتروژن، گوگرد، هالوژنها(x) و غيره وجود دارند.براي اكسيژن، آزمايش ساده و دقيقي در دست نيست چنانچه تركيب آلي را با سديم ذوب كنيم، N و S و X به نمكهاي سديم قابل حل در آب، تبديل مي شوند و سپس با واكنشگرهاي ويژه مورد شناسايي قرار مي گيرند.
آزمايش ذوب با سديم (تكليس با سديم):
در يك لوله آزمايش پيركس كاملا تميز و خشك يك تكه كوچك سديم (حدود 5 ميلي متر يا به اندازه دانه عدس) بيندازيد لوله را با گيره چوبي بگيريد و با استفاده از عينك ايمني انتهاي لوله را روي شعله چراغ گاز گرم كنيد تا بخارات سفيد از آن متصاعد شود لوله را از شعله دور كنيد و حدود 10 ميلي گرم از تركيب آلي را، و در صورتي كه تركيب مايع است حدود 4 قطره از آن را، درون لوله آزمايش، دقيقا بر روي سديم، بريزيد و آن را به مدت دو دقيقه گرم كنيد سپس لوله را از شعله دور كنيد و 10 ميلي گرم ديگر تركيب آلي به آن اضافه كنيد و دوباره انتهاي لوله را گرم كنيدغالبا رنگ سرخي در ته لوله مشاهده مي شود. اكنون لوله را بگذاريد سرد شود حدود 1.5 ميلي ليتر اتانول به آن اضافه كنيد تا بدين ترتيب سديم اضافي حذف شود. از افزايش الكل بيشتر، اجتناب كنيد. لوله آزمايش را كمي گرم كنيد و به كمك يك همزن شيشه اي محتويات آن را با 20-15 ميلي ليتر آب مقطر بشوييد و به بشر كوچكي منتقل كنيدسپس آن را گرم كنيد تا بجوشد و محلول جوشان را صاف كنيد محلول صاف شده شامل يونهايي از عناصر موجود در نمونه است كه هر كدام را با واكنشگر يا معرف ويژه اي تشخيص مي دهيم
فرمول واکنش سدیم با یک ترکیب آلی حاوی N, S وCl را بنویسید؟
يك ميلي ليتر از محلول اوليه را با استفاده از استيك اسيد اسيدي كنيد (pH اسيدي با كاغذ تورنسل كنترل شود) سپس چند قطره محلول سرب استات (5%) به آن افزوده و به هم بزنيد. تشكيل رسوب قهوه اي مايل به سياه مويد وجود گوگرد در تركيب است
فرمول واکنش فوق را بنویسید؟
به 2 ميلي ليتر از محلول اوليه، حدود 5-3 قطره محلول سديم نيتروپروسيات تازه تهيه شده اضافه كنيد رنگ ارغواني مايل به بنفش مويد وجود گوگرد در تركيب است. اين تركيب پايدار نيست و كمپلكس پس از مدتي تجزيه مي شودبه دو ميلي ليتر از محلول اوليه چهار قطره محلول سير شده فروآمونيوم سولفات و چهار قطره محلول پتاسيم فلوئوريد 30% بيفزاييد. مخلوط را حدود 45 ثانيه به آرامي گرم كنيد و بجوشانيد. سپس آنرا با محلول سولفوريك اسيد 30% اسيدي كنيد (pH اسيدي با كاغذ تورنسل كنترل شود) از افزايش اسيد به مقدار بيش از حد لازم اجتناب كنيد. ايجاد رسوب پتاسيم فروفري سيانيد آبي رنگ (آبي پروس)، مويد وجود نيتروژن در تركيب است. چنانچه رسوب آبي مشخص نباشد، اگر محلول آبي يا آبي مايل به سبز است، آن را صاف كنيد. اگر روي كاغذ صافي، آبي رنگ باشد، با اينكه جواب ضعيفي است ولي وجود نيتروژن مثبت تلقي مي شود
شناسایی هالوژنها:
2 ميلي ليتر از محلول اوليه را با اضافه كردن تدريجي نيتريك اسيد و كنترل با كاغذ تورنسل يا ليتموس اسيدي كنيد و محلول را براي 5-3 دقيقه بجوشانيد تا عاري از هيدروژن سولفيد و هيدروژن سيانيد شود پس از سرد شدن محلول، به آن، چند قطره محلول نقره نيترات (5%) بيفزاييد. تشكيل رسوب سنگين و لخته اي نقره هاليد مويد وجود هالوژن (كلر، برم، يد) است. كدورت جزئيت، معلول وجود عنصر هالوژن در تركيب نيست زيرا ممكن است دليل آن وجود مقدار بسيار جزئي هالوژن، به صورت ناخالصي باشدبا توجه به رنگ رسوب مي توان نوع هالوژن را معين كرد (AgCl سفيد، AgBr زرد كمرنگ، Agl زرد) نقره هاليدها در برابر نور تغيير رنگ مي دهند و كدر مي شوند. بنابراين، تنها در موردي كه كلر، تنها هالوژن موجود باشد مي توان حضور مسلم آن را از روي رسوب سفيد رنگ شناسايي كرد. چنانچه هر يك از دو هالوژن ديگر و يا هر دوي آنها موجود باشد، تشخيص دشوار است و بايد از آزمايشهاي ديگر نيز كمك گرفت، تا شناسايي دقيق ميسر شود. بنابراين، اين آزمايش، يك روش كلي براي تشخيص هالوژنها محسوب مي شود

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 Ag2S 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 :

شناسایی ید:

2 میلی لیتر از محلول زیر صافی حاصل از ذوب قلیایی را در یک لوله آزمایش 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 (CCl4) 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 20% 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).

شناسایی برم:

محلول اسیدی فوق را زیر هود حرارت دهید تا دیگر بخارات NO خارج نشود، سپس سرد کنید. محلول را با استیک اسید گلاسیال به شدت اسیدی کرده و مقدار کمی از دی اکسید سرب PbO2 اضافه نمائید. یک تکه کاغذ صافی آغشته به محلول فلورسئین را در بالای دهانه لوله آزمایش به دور دهانه چسبانده و حرارت دهید (کاغذ آغشته به فلورسئین به رنگ زرد لیمویی است) دی اکسید سرب در محلول استیک اسید تولید استات سرب میکند که HBr و HI را اکسید میکند ولی عملا تحت شرایط فوق بر HCl اثری ندارد.
چون در داخل لوله آزمایش ید وجود ندارد اگر کاغذ آزمایش فلورسئین به رنگ صورتی در آید نشانه وجود برم در جسم آلی است (البته باید توجه داشت که ید نیز چنین جوابی میدهد بنابر این باید ابتدا ید را کاملا از محیط عمل خارج ساخت و سپس آزمایش مربوط به برم را انجام داد) برای تشخیص کلر از محتویات همین لوله استفاده میکنیم.

شناسایی کلر :

اگر در آزمایش بالا کاغذ آزمایش فلورسئین به رنگ صورتی در نیاید دلیل آن است که در جسم مورد نظر برم شرکت ندارد در این صورت لوله آزمایش را با کمی آب مقطر بشوئید و محلول حاصل را صاف کنید و به محلول زیر صافی محلول رقیق اسید نیتریک و نیترات نقره اضافه کنید تشکیل رسوب سفید کلوئیدی نشانه وجود کلر است اما اگر در آزمایش قبل کاغذ آزمایش فلورسئین به رنگ صورتی در آید، عمل حرارت دادن را آنقدر ادامه دهید تا دیگر کاغذ آزمایش فلورسئین را به رنگ صورتی در نیاورد (در صورت لزوم مجددا کمی PbO و CH3COOH اضافه کنید) البته این آزمایش را میتوان بر محلول اولیه حاصل شده از ذوب قلیایی نیز انجام داد که در این صورت برم و ید هردو از محیط عمل خارج میشوند در این حالت حرارت را قطع کنید. پس از سرد شدن محلول محتویات آنرا با کمی آب مقطر بشوئید و صاف کنید و به محلول زیر صافی محلول رقیق اسید نیتریک و نیترات نقره اضافه کنید تشکیل رسوب سفید نشانه وجود کلر در جسم آلی است در اینجا برای انحلال این رسوب سفید نمیتوان از آمونیاک استفاده کرد، و اگر به محلول کلوئیدی فوق آمونیاک اضافه کنید مقدار رسوب سفید زیادتر خواهد شد. چرا؟ (یاد آوری: اگر ید و برم قبلا بطور کامل خارج نشده باشند، مقدار جزئی آنها نیز رسوب تقریبا سفید ایجاد خواهد کرد که با رسوب سفید کلرید نقره قابل اشتباه خواهد بود)

روش تشخیص هالوژنها با استفاده از آب کلر :

اگر مخلوطی از هالوژنها داشته باشید برای تشخیص هر یک از آنها با آب کلر مطابق زیر عمل کنید:

مقدار 2-1 میلی لیتر از محلول زیر صافی حاصل از ذوب قلیایی را به وسیله اسید کلریدریک رقیق اسیدی کنید و یک میلی لیتر تتراکلرید کربن و سپس یک قطره آب کلر رقیق اضافه کنید (به وسیله اسیدی کردن محلول 10% NaCl با 2/0 حجمش HCl رقیق محلول آب کلر تهیه کنید) این محلول را به شدت تکان دهید اگر ید وجود داشته باشد فاز تتراکلرید کربن (فاز زیری) برنگ ارغوانی در می آید اگر افزایش آب کلر ادامه یابد رنگ ارغوانی ابتدا شدید تر شده و سپس رو به کاهش می گذارد و بالاخره ناپدید میگردد (اکسید شدن ید رنگی به یدات بیرنگ).

اگر در این آزمایش برم وجود داشته باشد لایه زیری به رنگ قهوه ای یا قرمز ظاهر میشود که با افزایش کلر این رنگ ناپدید نخواهد گشت. بروش فوق نمیتوان کلر ار در جسم آلی تشخیص داد

شناسایی گوگرد:

الف) استفاده از استات سرب: در حدود 1 میلی لیتر محلول زیر صافی حاصل از ذوب قلیایی 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: در حدود 1 میلی لیتر محلول زیر صافی حاصل از ذوب قلیایی 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 ازت:

حدود 1 میلی لیتر محلول صاف شده مرحله قبل 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. رسوب یا رنگ آبی پروس دلیل بر وجود نیتروژن است. افزودن 1 میلی لیتر محلول 5% فلوئورید پتاسیم برای تشکیل آبی پروس مفید است.

ذوب قلیایی :

(احتیاط: به هنگام کار عینک محافظ فراموش نشود) در یک لوله آزمایش کاملا خشک (حدود 150 در 12 میلیمتر غیر پیرکس) یک

تکه سدیم کوچک تمیز به ابعاد تقریبی 4 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 2 سانتی متر بالا رود، سپس لوله را از شعله دور کرده و به آن چند ذره جسم جامد (حدود 20 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 10 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 3 الی 4 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 قبلی را انجام دهید.
شناسایی کربن و هیدروژن:

طبیعت ارگانیک مواد به وسیله حرارت دادن آنها بر روی چینی، پلاتین و یا هر فلز بی اثر دیگری ثابت می ماند. ماده آلی با شعله کم و بیش دود کننده سوخته و ذغال میشود و پس مانده سیاه رنگی بر جای میگذارد که نشان دهنده وجود کربن استبرای آزمایش مستقیم وجود کربن و هیدروژن به روش زیر عمل می کنیمحدود 300 میلی گرم از ماده جامد و یا نیم میلی لیتر از ماده مایع را با 1 الی 2 گرم مونواکسید مس خشک (CuO) پودر شده، در یک لوله آزمایش خشک به طور یکنواخت مخلوط کنید و سر لوله آزمایش را با چوب پنبه سوراخداری که لوله رابطی از آن گذشته ببندید. سر دیگر لوله رابط را وارد ظرفی محتوی سولفات مس بدون آب که سفید رنگ است نموده و خروجی ظرف را به ظرفی محتوی آب آهک Ca(OH)­2 اتصال دهید. حال لوله آزمایش محتوی مخلوط ماده آلی و پودر اکسید مس را گرم کنید و کم کم درجه حرارت را بالا ببرید تا محتوی لوله آزمایش سرخ شود. تشکیل قطرات آب در بالای لوله آزمایش و یا آبی رنگ شدن سولفات مس خشک دلیل بر وجود هیدروژن و کدر شدن آب آهک دلیل بر وجود کربن است.
شناسایی نیتروژن :
حدود 1 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=13) رسوب یا رنگ آبی پروس دلیل بر وجود نیتروژن است. افزودن 1 میلی لیتر محلول 5% فلوئورید پتاسیم برای تشکیل آبی پروس مفید است

آزمایشگاه آلی1

استخراج:

مفاهيم پيش نياز:

انتقال يا جدا كردن يك تركيب از يك حلال توسط حلال امتزاج ناپذير ديگر را استخراج مي گويند. در صورتي كه محلولي را (جسم A در حلال (1)) با حلال مخلوط نشدني (حلال (2)) در يك قيف جدا كننده بريزيم و به آرامي تكان مي دهيم، مقداري از جسم A به درون حلال (2) وارد مي شود. پس از جدا شدن دو لايه، حالت تعادل براي جسم A (از نظر مقدار) ايجاد مي شود. اين تعادل به يك ثابت تعادل (K) بستگي دارد كه آن را ضريب توزيع يا ثابت جدا شدن مي نامند. و از رابطه زيربدست میآورند K=C2/C1

در این رابطه C1 و C2 غلظت جسم A در حالت تعادل در حلال های (1) و (2) هستند. این رابطه مستقل از غلظت کلی ماده و مقادیر حلال های مذکور و تابع نوع جسم حلال و غلظت موثر در هر فاز است

كاربرد روشهاي استخراج:

استخراج يكي از مهمترين و سودمندترين روشهاي جداسازي و تخليص مواد است. اين روش قديمي در زندگي روزمره نيز مورد استفاده قرار مي گيرد. براي مثال، تهيه چاي از برگ چاي و آب جوش يا تهيه قهوه از دانه هاي خرد شده قهوه، دو نمونه از فرايند استخراج از يك مخلوط جامد به وسيله يك حلال گرم(آب جوش) است. معمولا با توجه به ماهيت تركيبها آنها را با يكي از سه دسته حلال زير استخراج مي كنند:

استخراج تركيبات به وسيله آب:

از اين روش براي جداسازي موادي كه تا حدود زيادي قطبي هستند، نظير نمك معدني اسيدهاي قوي، بازهاي قوي، الكلها، اسيدهاي كربوكسيليك و بعضي آمينها استفاده مي شود.

استخراج به وسيله محلول اسيدي رقيق معمولا هيدروكلريك اسيد 5 تا 10 درصد:
از اين برای محلول قليايي، مثل آمينهاي آلي استفاده مي شود. آمين به نمك اسيد تبديل مي شود كه محلول در آب است.

استخراج به وسيله محلول بازي رقيق: معمولا محلول سديم بي كربنات 5 درصد:
اين محلول براي استخراج اسيدهاي آلي به كار مي رود. براي مثال، در تهيه استرها، كربوكسيليك اسيد وارد عمل نشده(اضافي) را به وسيله محلول سديم بي كربنات به نمك اسيد كه محلول در آب است تبديل مي كنند كه مي توان آن را با آب استخراج كرد. براي بازيابي اسيد، لازم است محلول آبي نمك را اسيدي كنيم

جدا كردن سوسپانسيونها:

براي جدا كردن تركيبات آلي از محلول آبي يا سوسپانسيونها به اين محلول حلال آلي(يا حلالهاي آلي) غير قابل اختلاط با آب اضافه مي كنند. در نتيجه، تركيب آلي به حلال آلي منتقل شده و از لايه آبي جدا مي شود.

جداسازي مايع – جامد:
از راه صاف كردن و بعد خالص كردن بلورها به روش تبلور انجام مي شود.

جداسازي مايع – مايع:

براي جداكردن دو مايع مخلوط نشدني معمولا آنها را در قيف جدا كننده مي ريزند تا دو لايه از يكديگر تفكيك شود و سپس با باز كردن شير و قيف، آنها را جدا مي كنند. معمولا اين روش براي استخراج و انتقال تركيبات از حلالي به حلال ديگر انجام مي شود. استخراج بنزوئيك اسيد:

يك گرم بنزوئيك اسيد را در 10 ميلي ليتر كلروفرم حل كنيد. محلول را در يك قيف جدا كننده (دكانتور) بريزيد و به آن 10 ميلي ليتر محلول سود 10 درصد اضافه كنيد. در قيف را ببنديد و با رعايت نكاتي كه ذكر شد، بنزوئيك اسيد محلول در كلروفرم را به وسيله سود استخراج كنيد. بعد از تكان دادن به مقدار كافي، قيف را روي حلقه جاي قيف كه به پايه وصل شده است قرار دهيد تا دو لايه از هم جدا شوند، در قيف را باز كنيد و لايه زيرين (كلروفرم) را در ظرفي (ارلن ماير يا بشر) بريزيد لايه بالايي را نيز در ظرفي ريخته كنار بگذاريد. لايه كلروفرمي را دوباره به قيف جدا كننده منتقل كنيد و دوبار ديگر، هر بار با 10 ميلي ليتر محلول سود 10% استخراج كنيد. لايه بالايي جديد را به ظرفي كه لايه بالايي قبلي را ريخته ايد اضافه كنيد. واكنشي را كه در لايه آبي صورت گرفته است بنويسيد. PhCOOH + NaOH -----) PhCOONa + H2O
¨به لايه آبي حدود 25 ميلي ليتر محلول هيدروكلريك اسيد 20% اضافه كنيد تا pH محلول حاصل، اسيدي شود (كاغذ تورنسل). در اين حالت، رسوب سفيد رنگي ظاهر مي شود. اين رسوب بلوري سفيد رنگ چيست؟ بنزوئیک اسید

آن را صاف كنيد و با كمي آب سرد بشوييد و براي آزمايش تبلور نگه داريد. فرمول واكنش و محصول حاصل از افزايش اسيد را بنويسيد
PhCOONa + HCl -------) PhCOOH + NaCl
امولسيون، تعليق، كلوييدي يك مايع در مايع ديگر است. براي از بين بردن حالت امولسيوني (شكست امولسيون) چندين راه وجود دارد:
افزودن مقدار كمي از مواد پاك كننده محلول در آب، رهايي مولكولهاي آبي را آسان مي كند. اگر يكي از فازها آب باشد، جهت شكستن امولسيون، مي توان از محلول آبي سير شده سديم كلريد استفاده كرد. اين محلول سبب افزايش قطبيت فاز آبي و فاز آلي به راحتي از فاز آبي جدا مي شود. صاف كردن به طريقه معمولي نيز باعث جداسازي ذرات صمغي و قير مانند و در نتيجه، شكستن امولسيون آسان مي شود. قيف جدا كننده را به آرامي تكان مي دهيم تا به هم پيوستگي ذرات يكسان مختل شود و آنها از هم جدا شوند. چنانچه با اجرای این چهار روش توفیقی در شکستن امولسیون حاصل نشود باید از راه صبر کردن و صرف وقت زیاد استفاده کرد

استخراج پيوسته:
وقتي انحلال پذيري يك تركيب آلي در آب بيشتر از حلال آلي باشد. يعني ضريب توزيع بين حلال آلي و آب كوچك باشد، در اين صورت براي استخراج آن، مقادير زياد حلال آلي لازم است. براي اجتناب از مصرف زياد حلال و همچنين صرف وقت زياد، از استخراج پيوسته مايع، مايع استفاده مي شود
استخراج:
استخراج روشی است برای جداسازی که مستلزم انتقال جسمی از یک فاز به فاز دیگر میباشد. در بعضی مواقع لازم است برای بازیابی یک جسم آلی از محلول آبی از راههایی غیر از تقطیر استفاده شود. یکی از این راهها تماس دادن محلول آبی با یک حلال غیر قابل امتزاج با آب است. اگر حلال خاصیت جداسازی را داشته باشد بیشتر مواد آلی از لایه آبی به حلال آلی (حلال غیر قابل امتزاج با آب) انتقال پیدا میکند. روش استخراج مایع – مایع در جدا کردن ترکیبهای آلی از مخلوط مصرف بسیار زیادی دارد. یکی از خواص حلال که برای استخراج به کار برده میشود این است که قابلیت حل شدن آن در آب و یا هرماده دیگری که جسم آلی را در خود حل کرده کم باشد و یا بهتر از آن اینکه اصلا حل نشود. همچنین باید فرار باشد تا براحتی بتوان آنرا از ترکیب یا ترکیبات آلی استخراج شده، تقطیر نمود. با توجه به مطالب فوق جسم استخراج شونده باید در حلال استخراج کننده به خوبی حل شود و قابلیت انحلال در این حلال خیلی بیشتر از آب باشد. ضمنا حلال استخراج کننده هیچ نوع واکنشی با آب یا مواد قابل استخراج نباید بدهد. مهمترین حلالی که در استخراج به کار گرفته میشود دی اتیل اتر است که توانائی حل کردن تعداد زیادی از ترکیبات را در خود دارد. دی اتیل اتر نسبت به اکثر ترکیبات بی اثر بوده و به راحتی به وسیله یک تقطیر ساده از مخلوط بازیابی میشود. اما اشکال مهم آن این است که آتشگیر بوده و خیلی زود در هوا محترق میشود.
از نظر کمی پخش یک جسم بین دو حلال غیر قابل امتزاج را بر حسب ضریب پخش (ضریب تفکیک) K بیان میکنند

بدیهی است برای این که A در یکی از دو مایع غیر قابل اختلاط کاملا حل شود، باید مقدارK بینهایت یا صفر باشد. عملا هیچ یک از این دومقدار به دست نمی آید با این حال تا زمانی که مقدار K بزرگتر از 1 و حجم حلال S برابر یا بزرگتر از حلال S' باشد مقدارجسم در حلال S بیشتر خواهد بود.
یکی دیگر از نتایج قانون پخش (معادله بالا) این است که چنانچه برای جدا کردن جسم از محلول آن در S' باید جمعا حجم معینی از حلال S به کار رود، میتوان نشان داد که انجام چند استخراج متوالی با قسمتهایی از آن حجم بهتر از یک استخراج با تمام آن حجم است. مثلا در استخراج محلول آبی بوتیریک اسید، مقدار اسیدی که به کمک دو استخراج متوالی با قسمتهای 50 میلی لیتری اتر به دست می آید، بیشتر از اسیدی است که به کمک یک استخراج با 100 میلی لیتر اتر خارج میشود. با این حال سه استخراج متوالی با قسمتهای 33 میلی لیتری بهتر خواهد بود. با این حال حدی وجود دارد که بعد از آن دیگر استخراج اضافی بازده قابل ملاحظه ای نداد. ضمنا واضح است هرچه ضریب پخش بزرگتر باشد تعداد استخراج مکرری که برای جدا کردن کامل جسم لازم است کمتر میشود.
هنگام انتخاب حلال جهت استخراج یک جزء از محلول باید چند اصل کلی را به خاطر سپرد.
(1) حلال استخراج با حلال محلول اصلی باید غیر قابل اختلاط باشند.
(2) حلال انتخابی باید برای جزء مورد نظر مناسبترین ضریب پخش و برای ناخالصیها یا اجزای دیگر ضرایب نامناسبی داشته باشد.
(3) حلال انتخابی باید مانند تبلور مجدد از نظر شیمیایی با اجزای مخلوط، واکنش نامناسبی ندهد.
(4) پس از استخراج باید بتوان حلال را به آسانی از جسم حل شده جدا کرد. معمولا حلال را با تقطیر جدا میکنند.
هنگامی که یکی از حلالها آب باشد، ضرایب پخش اسیدها و بازهای آلی به مقدار زیادی تحت تاثیر pH قرار میگیرد. اسید آلی که در pH برابر با ۷ در آب نامحلول باشد ممکن است در محلول آبی رقیق سدیم هیدروکسید یا سدیم بی کربنات کاملا حل شود. در چنین حالی خروج پروتون از اسید، باز مزدوج مربوط را ایجاد میکند و این باز به علت خاصیت یونی خود در آب که حلالی قطبی است بیشتر حل میشود.


به همین روش باز آلی که در pH برابر با ۷ در آب نامحلول باشد، ممکن است در محیط اسیدی (pH کمتر از 7) مانند کلریدریک اسید کاملا حل شود. در این حالت افزایش حلالیت به علت پروتوندار شدن باز آلی به وسیله اسید آبی و ایجاد اسید مزدوج قطبی است که در آب بیشتر محلول است.

بنابراین اسیدها و بازهای آلی را میتوان به طور انتخابی از حلالهای آلی غیر قطبی مانند اتر، دی کلرومتان، بنزن و غیره به کمک استخراج با محلول آبی که pH مناسبی داشته باشد جدا کرد. با خنثی کردن محلول آبی میتوان اسید یا باز آلی اولیه را دوباره از آن به دست آورد. افزایش باز آبی به محلول اسیدی باعث ازاد شدن باز آلی میشود، در حالی که افزایش اسید آبی به محلول بازی، اسید آلی را آزاد میکند.
برای انجام استخراج محلول را در قیف جدا کننده میریزند (توجه کنید شیر بسته باشد) و به آن مقداری حلال استخراجی اضافه میکنند (قیف نباید بیش از سه چهارم پر شود). دهانه بالای قیف جدا کننده را با در لاستیکی یا سنباده ای که اکثر قیفها دارا هستند میبندند. هنگام تکان دادن قیف آنرا به نحو به خصوصی نگاه میدارند

قیف و محتویات آنرا به شدت تکان میدهند تا دو مایع غیر قابل اختلاط تا حد ممکن با هم تماس پیدا کنند. منظور از این تکان آن است که سطح تماس دو حلال افزایش بیشتری یابد تا جسم در زمان نسبتا کمتری در بین آنها پخش شود و به حالت تعادل برسد. باید هر چند ثانیه قیف را برگرداند (شیر به طرف بالا) و با احتیاط شیر آنرا باز کرد تا گاز قیف خارج شود و فشاری که در آن ایجاد شده از بین برود. این عمل مخصوصا وقتی حلالی با نقطه جوش کم به کار میرود و یا یک محلول اسیدی با سدیم بی کربنات استخراج میشود (گاز CO2 آزاد میشود) اهمیت پیدا میکند. در صورتی که این کار انجام نشود ممکن است در قیف و محتویات آن به شدت به بیرون بپرد. پس از تکان دادن کافی (حدود 2 دقیقه تکان شدید) برای آخرین بار گاز قیف را خارج میکنند و آنرا در روی حلقه ای قرار میدهند و میگذارند تا لایه ها از هم جدا شوند. پس از آن لایه پایینی را به دقت از راه شیر به داخل ظرفی ریخته و دو لایه مایع را از هم جدا میکنندقاعدتا لایه ها طوری جدا میشوند که حلال سنگینتر در قسمت پایین قرار میگیرد. بنابراین، آگاهی از دانسیته حلالهای مصرفی برای تشخیص لایه ها مفید است. با وجود این، این تشخیص بدون خطا نیست زیرا ممکن است ماهیت و غلظت جسم حل شده طوری باشد که دانسیته نسبی دو حلال را معکوس کند
بخش عملی

جداسازی اسید و باز آلی :

مخلوطی شامل بنزوئیک اسید و پارا نیترو آنیلین به وزن 2 گرم را در حدود 100 میلی لیتر دی کلرو متان حل کنید. محلول حاصل را 2 بار و هر بار با 30 میلی لیتر اسید کلریدریک M6 استخراج کنید. فازهای آبی استخراج شده را در یک ظرف جمع آوری کنید. این فاز شامل کدام یک از ترکیبات فوق است؟ لایه آلی را 2 بار و هر بار با 30 میلی لیتر محلول سود M3 استخراج کنید و فازهای آبی را در یک ظرف جداگانه جمع آوری کنید. محلولهای آبی جدا شده را بسته به ماهیت آنها با اسید کلریدریک M6 و سود M3 خنثی کنید. رسوبات جمع آوری شده را پس از سرد کردن صاف کنید و با حد اقل آب مقطر سرد بشوئید.

آزمایشگاه آلی1

تقطير:

تبخير يك مايع و سپس ميعان بخار براثر سرما و جمع آوري قطرات حاصل درظرف ديگر را تقطير مي گويند. براي جداسازي و تخليص مايعات چهار نوع تقطير در آزمايشگاه مورد استفاده قرار مي گيرد:

1. تقطير ساده

2. تقطير در فشار کم

3. تقطير به وسيله بخار آب

4. تقطير جزء به جزء

تقطير ساده:

وجود ناخالصيهاي غير فرار در مايع سبب كاهش فشار بخار مايع مي شود. زيرا وجود جزء غير فرار به مقدار زياد، غلظت جزء اصلي فرار را پائين مي آورد و قابليت تبخير مايع كم مي شود.اين جزء پس از تقطير در باقيمانده تقطير باقي مي ماند. چنانچه مخلوطي از دو يا چند مايع داشته باشيم، كه دماي جوش آنها به حد كافي با هم متفاوت باشند جدا كردن آنها از طريق تقطير ساده امكان پذير است و ابتدا مايعي كه نقطه جوش كمتري دارد تقطير مي شود. رعايت نكات زير در انجام تقطير ضروري است

1.حجم مايع تقطير شدني، نبايد، از دوسوم حجم بالون بيشتر باشد

2. انداختن چند عدد سنگ جوش (دو يا سه عدد) در بالون تقطير، به منظور توزيع يكنواخت گرما و جلوگيري از پريدن مايع

3. مخزن جيوه دماسنج بايد پايينتر از شاخه جانبي رابط در محل جريان بخارها قرار گيرد، تا نقطه جوش يك مايع به درستي تعيين شود

4. اتصال صحيح لوله ورود و خروج آب به مبرد

براي گرم كردن، معمولا حمام هاي روغن يا وسايل گرم كننده الكتريكي ارجحيت دارند. ولي چنانچه از شعله استفاده مي شود، بايد توجه داشته با گذاشتن يك توري فلزي روي سه پايه و زير بالون، شعله چراغ گاز، پخش شده به تمام نقاط بالن اتصال يابد تا بدين وسيله از گرم شدن موضعي بالن جلوگيري شود. بايد محل ارتباط و تماس شيشه آلات را با گريس يا وازلين روغنكاري كرد. اين امر براي اجتناب از چسبندگي و قفل شدن وسايل شيشه اي بر اثر گرما ضروري است. از بالنهاي تقطير بزرگ نبايد استفاده كرد، زيرا بالن بزرگ سبب از بين رفتن مايع مي شود قبل از انجام تقطير، تركيب مورد نظر را در بالن تقطير مي ريزيم و آن را توزين مي كنيم و بعد از عمل تقطير نيز مجددا بالن را وزن مي كنيم. به اين ترتيب مقدار مايع تقطير شده مشخص مي شود. انتخاب مبرد به نوع تقطير، سرعت تقطير و نقطه جوش مايع مورد نظر بستگي دارد سرعت تقطير مناسب (تنظيم دماي لازم) يك تا دو قطره در هر ثانيه است. بالن تقطير را هيچگاه نبايد تا خشك شدن كامل گرم كرد.

تقطير در فشار كم:

در بسياري از موارد، نقطه جوش در فشار معمولي زياد است و ممكن است تركيب مورد نظر، در دمايي پايينتر از نقطه جوش خود يا در دماي جوش، تجزيه يا اكسيد شود يا نوآرايي يابد در چنين مواردي مايع را در فشار كمتر از فشار جو تقطير مي كنند. معمولا تركيباتي را كه نقطه جوش آنها از حدود 180درجه سانتيگراد بيشتر است در فشار كم تقطير مي كنند. براي مثال اگر نقطه جوش يك تركيب در فشار 760 ميلي متر جيوه 20درجه سانتيگراد باشد، نقطه جوش آن در فشار 20 ميلي متر جيوه حدود 90درجه سانتيگراد است.براي كم كردن فشار، معمولا از خرطوم آبي يا پمپ روغني استفاده مي شود. مقدار كاهش فشار در هر يك از دو وسيله، به شرايط و مشخصات دستگاه تقطير بستگي دارد. نكات زير در اين روش تقطير بايد دقيقا مورد توجه قرار گيرد:

1. رعايت تمام موارد ذكر شده در مورد تقطير ساده

2.به جاي سنگ جوش مي توان از يك لوله مويين استفاده كرد.

3.اين لوله مويين را مي توان با گرم كردن يك لوله شيشه اي روي شعله و كشيدن آن تهيه كرد (نظير آماده كردن لوله مويين براي نقطه ذوب) و با استفاده از يك رابط در بالن تقطير قرار داد. از راه لوله مويين نه تنها هوا، بلكه در موارد لزوم، مي توان يك گاز بي اثر (نظير نيتروژن يا هليوم) را نيز وارد دستگاه كرد.

4. گاهي مي توان به جاي لوله مويين از يك همزن مغناطيسي استفاده كرد

5. استفاده از يك تله جهت مقابله با شكستن خلا (تقليل فشار) يا جلوگيري از ايجاد مكش معكوس و اجتناب از وارد شدن آب از طريق خرطوم آبي به درون دستگاه تقطير، ضروري است

6. چنانچه مايع مخلوطي از چند جزء باشد، مي توان از رابطهايي كه به چند بالن متصل مي شوند(رابط عنكبوتي) استفاده كرد

7.چنانچه در حين عمل، دستگاه خلا از كار بيفتد، فورا بايد منبع گرما را خاموش و لوله يا بست رابط بين تله و خلا (بمب يا خرطوم آبي) را باز كرد تا از مكش معكوس و ورد آب به بالن دريافت كننده جلوگيري شود.

8.در پايان تقطير، ابتدا منبع گرما را خاموش، سپس لوله خلا را از دستگاه جدا مي كنيم و بعد شير آب را مي بنديم.

تقطير به وسيله بخار آب:

مي دانيم كه مجموع دو مايع مخلوط نشدني، از هر كدام از دو مايع، به صورت تنها(مجزا) در دماي پايينتري مي جوشد. چنانچه يكي از دو مايع آب باشد و عمل تقطير انجام شود، آن را تقطير همراه با بخار آب مي گويند بنابراين مايع مورد نظر، زير 100درجه سانتيگراد تقطير مي شود. بدين ترتيب، يك تركيب كه در آب بسيار نامحلول است، به صورت مخلوط با آب، تقطير مي شود و موادي را كه جوش آنها خيلي بالاتر از 100 درجه سانتيگراد است، به راحتي مي توان تقطير كرد.

تقطير جزء به جزء:

چنانچه تفاوت نقاط جوش اجزاي موجود در مخلوط زياد نباشد، از طريق تقطير ساده نمي توان اجزا را جدا كرد. در اين گونه موارد، از روش تقطير جزء به جزء استفاده مي شود. در اين روش، يك ستون تقطير بين بالن تقطير و مبرد قرار مي گيرد. در طول اين ستون، چندين بار عمل تبديل بخار به مايع انجام مي شود و در هر بار بخار از تركيبي كه داراي نقطه جوش كمتري است غني مي شود. وقتي بخار به انتهاي ستون مي رسد و وارد مبرد مي شود، فقط بخارات يك جزء (نقطه جوش كمتر) است كه در اثر ميعان به قطرات مايع تبديل مي شود.

آزمایشگاه آلی1

تعيين دماي ذوب :
.در اثر جذب انرژي، آرايش منظم ذرات در يك تركيب جامد و بلوري به آرايش نامنظم(حالت مايع) تبديل مي شود. اين عمل را ذوب مي گويند. .پديده ذوب وقتي روي مي دهد كه انرژي گرمايي بر نيروهاي بين ملكولي كه ذرات را در حالت جامد نگه مي دارند فايق آيد.
. نقطه ذوب يك تركيب دمايي است كه در آن، جسم به صورت مايع در مي آيد. در اين دما فشار بخار مايع و فشار بخار جامد برابرند و دو فاز مايع و جامد در حال تعادل هستند. دماي ذوب يك جسم خالص در طول عمل ذوب ثابت مي ماند. به عبارت ديگر، اگر به مخلوط مايع و جامد يك جسم خالص گرما بدهيم، تا وقتي كه تمام جامد به مايع تبديل نشود، دماي جسم بالا نمي رود. و چنانچه گرم كردن متوقف شود، تا زماني كه تمامي مخلوط جامد نشده است، دما پائين نمي رود برخي از جامدات آلي در دماي ذوب شدن يا پيش از آن براثر گرما تجزيه مي شوند. در اين صورت مي توان به جاي نقطه ذوب دماي تجزيه را به عنوان يك خاصيت فيزيكي مورد استفاده قرار داد بعضي از مواد فشار بخار بالايي دارند، به طوري كه در نقطه ذوب خود يا پيش از آن تصعيد مي شوند. در این گونه موارد تعیین نقطه ذوب در لوله در بسته انجام می شود بعضی مواد قبل از ذوب شدن حلال تبلور خود را از دست می دهند (عرق می کنند) در این حالت اولین قطره مایع دیده شده نقطه ذوب واقعی است
دمای ذوب را عمدتا به دو طریق زیر تعیین میکنند:
1- لوله تيل
2- دستگاههاي اندازه گيري دقيق ميكروسكوپي
1- لوله تيل:
وسيله ساده اي است كه به سهولت قابل دسترسي است لوله تيل به نحوي طراحي شده است كه وقتي در آن روغن مي ريزيم و لوله را گرم مي كنيم، در آن تبادل گرمايي صورت مي گيرد به نحوي كه توزيع دما در سراسر روغن داخل لوله يكنواخت مي شود. چنانچه لوله تیل در دسترس نباشد از یک بشر کوچک 50 یا 100 میلی لیتری می توان به عنوان حمام استفاده کرد.
آماده كردن نمونه:
مقدار كمي از تركيب جامد را در هاون بساييد و به صورت پودر نرمي در آوريد. يك لوله مويين به طول حدود 10 سانتيمتر برداريد و يك انتهاي آن را با استفاده از شعله مسدود كنيد. انتهاي باز لوله را در توده نرم شده فرو كنيد تا مقداري از آن داخل لوله شود. سپس ته لوله را چند بار آهسته روي ميز بزنيد تا تمام پودر در انتهاي آن قرار گيرد همچنين مي توانيد يك لوله شيشه اي را كه ابتدا و انتهاي آن باز است به طور عمودي روي ميز قرار دهيد و لوله مويين را از سمت انتهاي بسته در آن رها كنيد. لوله مويين را به كمك يك نخ يا كش به دماسنج متصل كنيد به طوري كه انتهاي لوله مويين و بخش جيوه اي دماسنج هم تراز شوند اكنون دماسنج و لوله مويين را به كمك پايه و گيره در داخل حمام روغن قرار دهيد.حمام را به آهستگي با شعله (چراغ بنسن) گرم كنيد و دماي ابتدا و انتهاي ذوب شدن را از روي درجات دماسنج با دقت بخوانيد و يادداشت كنيداگر دمای ذوب یک ترکیب شناخته شده نیست معمولا دو لوله مویین حاوی ترکیب آماده می کنند. با لوله مویین اول نقطه ذوب را سریعا اندازه می گیرند. سپس دمای حمام را تا حدود 30 درجه کاهش می دهند و با استفاده از لوله مویین دوم نقطه ذوب را به آرامی و با دقت تعیین می کنند اگر لوله مویین در دسترس نباشد با استفاده از یک لوله شیشه ای به قطر حدود 0.5 سانتی متر و طول 25 سانتی متر لوله مویین بسازید
نقاط ذوب مخلوط ها:
دماي ذوب هر ماده بلوري خالص، يك خاصيت فيزيكي آن ماده است و مي توان از آن براي شناسايي يك تركيب استفاده كرد به طور كلي افزايش تدريجي و پي در پي ناخالصي به يك ماده خالص سبب مي شود كه به نسبت مقدار ناخالصي افزوده شده نقطه ذوب كاهش يابد.
دمای تقطیر و جوش:
فشار بخار مايعات، براثر گرم شدن آنها زياد مي شود تا حدي كه فشار بخار مايع برابر فشار هوا مي شود. در اين حالت جوشيدن مايع قابل رويت است. اين دما را نقطه جوش يا دماي جوش مي نامند.با كاهش فشار، نقطه جوش نيز پايين مي آيد زيرا انرژي گرمايي كمتري براي برقراري تعادل بين فشار بخار مايع و فشار هوا (كه كم شده است) لازم است. نقطه جوش در فشار يك اتمسفر را نقطه جوش عادي (نرمال) مي گويند فرايند تبخير و سپس ميعان مجدد يك مايع را تقطير مي گويند. اين روش براي جدا كردن مخلوط چند جزء كه نقاط جوش متفاوتي دارند سودمند است همچنين يك روش اساسي براي تخليص مايعات به شمار مي آيد.نقطه جوش مايع خالصي كه در طول عمل تقطير تجزيه نمي شود، دقيق و در تمام مدت جوش ثابت است تعيين نقطه جوش (bp) با دو روش به آساني امكان پذير است استفاده از اين دو روش به مقدار ماده موجود بستگي دارد
1.چنانچه مايع به مقدار كافي يا زياد در دسترس باشد، نقطه جوش آن را مي توان به روش تقطير ساده و به كمك دماسنج تعيين كرد
2.در صورتي كه مقدار مايع كم باشد، از روش نقطه جوش ميكرو استفاده مي شود.
تعیین نقطه جوش به روش ميكرو:
در اين روش از لوله آزمايشي به قطر داخلي 5 ميلي متر و طول تقريبي 12 سانتيمتر استفاده مي شود. مقداري از مايع مورد نظر (0.2 تا 0.5 ميلي ليتر) را به وسيله پي پت يا قطره چكان به درون لول آزمايش مي ريزيم سپس لوله موييني را كه يك انتهاي آن مسدود شده است به طور واژگون از انتهاي باز آن به درون لوله می اندازیم. بعد اين لوله را به وسيله نخ يا نوار لاستيكي به دماسنج مي بنديم. همانگونه كه در تعيين نقطه ذوب عمل كرديم. انتهاي لوله و دماسنج بايد در يك سطح باشند اين مجموعه را در حمام روغن قرار مي دهيم و به آرامي گرم مي كنيم. پس از مدتي گرم كردن، جريان منظم و يكنواختي از حباب هوا از انتهاي لوله مويين خارج مي شود در اين مرحله گرما را قطع مي كنيم و ملاحظه مي شود كه جريان حباب هوا قطع مي شود و سپس مقداري از مايع وارد لوله مويين مي شود. در اين لحظه عدد دماسنج را مي خوانيم و ثبت مي كنيم. اين دما، نقطه جوش مايع است
در تعين نقطه جوش به روش میكرو مشكلاتي به شرح زير پيش مي آيد:
1.چون مقدار مايع اندك است، در صورت افزايش ناگهاني گرما احتمال بخار شدن آن وجود دارد، و يا اينكه ممكن است نقطه جوش به دست آمده بيشتر از مقدار واقعي باشد
2. اگر گرم كردن كافي نباشد، در نزديكي نقطه جوش، در صورت گرما، ممكن است مايع از لوله آزمايش، وارد لوله مويين شود، زيرا در اين لحظه فشار بخار مايع پايينتر از فشار هواست. نقطه جوش به دست آمده در اين روش به علت تجربه ناكافي آزمايش كننده و خطاي چشم، تقريبي، و غالبا كمتر از مقدار واقعي است

رآکتور هسته‌ای

تاریخچه

اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکافت هسته در دسامبر 1942 بدست آمد. با رهبری فرمی ساخت و راه اندازی یک پیل از آجرهای گرافیتی ، اورانیوم و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته‌ای ، در زیر میدان فوتبال دانشگاه شیکاگو ساخته شد و اولین راکتور هسته‌ای فعال بود.

ساختمان راکتور

با وجود تنوع در راکتور‌ها ، تقریبا همه آنها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند. این اجزا شامل سوخت ، پوشش برای سوخت ، کند کننده نوترونهای حاصله از شکافت ، خنک کننده‌ای برای حمل انرژی حرارتی حاصله از فرآیند شکافت ماده کنترل کننده برای کنترل نمودن میزان شکافت می‌باشد.

سوخت هسته‌ای

سوخت راکتورهای هسته‌ای باید به گونه‌ای باشد که متحمل شکافت حاصله از نوترون بشود. پنج نوکلئید شکافت پذیر وجود دارند که در حال حاضر در راکتورها بکار می‌روند. 232Th ، 233U ، 235U ، 238U ، 239Pu . برخی از این نوکلئیدها برای شکافت حاصله از نوترونهای حرارتی و برخی نیز برای شکافت حاصل از نوترونهای سریع می‌باشند. تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته‌بندی راکتورها است. در کنار قابلیت شکافت ، سوخت بکار رفته در راکتور هسته‌ای باید بتواند نیازهای دیگری را نیز تأمین کند. سوخت باید از نظر مکانیکی قوی ، از نظر شیمیایی پایدار و در مقابل تخریب تشعشعی مقاوم باشد، تا تحت تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط راکتور قرار نگیرد. هدایت حرارتی ماده باید بالا باشد بطوری که بتواند حرارت را خیلی راحت جابجا کند. همچنین امکان بدست آوردن ، ساخت راحت ، هزینه نسبتا پایین و خطرناک نبودن از نظر شیمیایی از دیگر فایده‌های سوخت است.

غلاف سوخت راکتور

سوختهای هسته‌ای مستقیما در داخل راکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. پوشش یا غلاف سوخت ، کند کننده و یا خنک کننده از آن جدا می‌سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند. همچنین این غلاف می‌تواند پشتیبان ساختاری سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای خواص خوب حرارتی و مکانیکی بوده و از نظر شیمیایی نسبت به برهمکنش با سوخت و مواد محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنشهای هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.

مواد کند کننده نوترون

یک کند کننده ماده‌ای است که برای کند یا حرارتی کردن نوترونهای سریع بکار می‌رود. هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کند کننده می‌باشند. کند کننده برای آنکه بتواند در راکتور مورد استفاده قرار گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون باشد. با توجه به خواص اشاره شده برای کند کننده ، چند ماده هستند که می‌توان از آنها استفاده کرد. هیدروژن ، دوتریم ، بریلیوم و کربن چند نمونه از کند کننده‌ها می‌باشند. از آنجا که بریلیوم سمی است، این ماده خیلی کم به عنوان کند کننده در راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین ایزوتوپهای هیدروژن ، به شکل آب و آب سنگین و کربن ، به شکل گرافیت به عنوان مواد کند کننده استفاده می‌شوند.

خنک کننده‌ها

گرمای حاصله از شکافت در محیط راکتور یا باید از سوخت زدوده شود و یا در نهایت این گرما بقدری زیاد شود که میله‌های سوخت را ذوب کند. حرارتی که از سوخت گرفته می‌شود ممکن است در راکتور قدرت برای تولید برق بکار رود. از ویژگیهایی که ماده خنک کننده باید داشته باشد، هدایت حرارتی آن است تا اینکه بتواند در انتقال حرارت مؤثر باشد. همچنین پایداری شیمیایی و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک کننده است. نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که این ماده نباید در اثر واکنشهای گاما دهنده رادیواکتیو شوند.

از مایعات و گازها به عنوان خنک کننده استفاده شده‌ است، مانند گازهای دی اکسید کربن و هلیوم. هلیوم ایده‌آل است ولی پر هزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد آن مشکل است. خنک کننده‌های مایع شامل آب ، آب سنگین و فلزات مایع هستند. از آنجا که برای جلوگیری از جوشیدن آب فشار زیادی لازم است خنک کننده ایده‌آلی نیست.

مواد کنترل کننده شکافت

برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع ، لازم است که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترونهای اضافی را جذب کنند. مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست، ولی ماده مورد استفاده باید دارای چند خاصیت مکانیکی و شیمیایی باشد که برای این کار مفید واقع شود.

انواع راکتورها

دوگروه اصلی راکتورهای هسته‌ای بر اساس تقسیم بندی کاربرد آنها. راکتورهای قدرت و راکتورهای تحقیقاتی هستند. راکتورهای قدرت مولد برق بوده و راکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه ، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپها مورد استفاده قرار می گیرند.

بر حسب نوع فرآیند شکافت، راکتورها به اقسام حرارتی ، ریع و میانی (واسطه)، و بر حسب مصرف سوخت به راکتورهای سوزاننده ، مبدل و زاینده ، و بر حسب نوع سوخت به راکتورهای اورانیوم طبیعی ، راکتورهای اورانیوم غنی شده با 235U (راکتور مخلوطی Be) ، و نیز بر حسب خنک کننده به راکتورهای گاز (CO2مایع (آب ، فلز) ، و بر حسب فاز سوخت کند کننده‌ها به راکتورهای همگن ، ناهمگن و بالاخره بر حسب کاربرد به راکتورهای قدرت ، تولید نوکلید و تحقیقاتی تقسیم می‌شوند.

کاربردهای راکتورهای هسته‌ای

راکتورها انواع مختلف دارند برخی از آنها در تحقیقات ، بعضی از آنها برای تولید رادیو ایزتوپهای پر انرژی برخی برای راندن کشتیها و برخی برای تولید برق بکار می‌روند.

شامپو

شامپوها از پاک‌کننده‌های سنتزی آنیونی هستند. شامپوی مناسب بعد از پاک کردن و تمیز کردن پوست و مو ، اثر نامطلوبی بجا نمی‌گذارد و باعث براق شدن موها می‌شود. همچنین موها براحتی آبکشی شده و شانه می‌شوند. علاوه بر این ، یک شامپوی خوب باعث می‌شود چربی موها زیاد و بار الکتریکی در آن جمع نشود (یعنی هنگام شانه زدن موها به هوا بلند نشوند). بالاخره شامپو نباید باعث تحریک چشم و پوست شود.

فرمول کلی

اکثر شامپوها دارای فرمول یکسان سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین لورین سولفات هستند. بنابراین اکثر شامپوها کار مشترکی انجام می‌دهند.بجز برخی از شامپوها که مصارف خاصی دارند.

نظر پزشکان در مورد نوع شامپوها

پزشکان متخصص پوست و مو ، اتفاق نظر دارند که نوع شامپو هیچ تاثیری در کاهش ریزش مو و یا پیشگیری از ریزش مو ندارد. غلظت زیاد (که تنها با افزودن بیشتر موادی مثل نمک طعام ایجاد می شود) ، عطر و بوی دل‌انگیز ، رنگهای متنوع و شکل و حالت صدفی مانند ، روشهایی هستند که از نظر روانی تاثیر بسزایی برای جلب مشتری دارند.

اجزای تشکیل دهنده شامپو

• عامل پاک کننده : عامل پاک کننده باعث جدا شدن ذرات چرک و کاهش چربی از سطح مو می‌شود که خود ، شامل 3 دسته مواد فعال سطحی آنیونی (مثل سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین سولفات) ، آمفوتری (ثل بتاتین کوکو آمیدو پروپیل) و غیر یونی هستند.
  
  
• عامل تقویت کننده کف : عامل تقویت کننده کف (مثل بتاتین) باعث ایجاد کف غلیظ مقاوم می‌شوند.
  
  
• عامل حالت دهنده مو : عامل حالت دهنده مو باعث می‌شود مو به آسانی شانه شود و هنگام شانه کردن به هوا بلند نشود.
  
  
• عامل نگهدارنده : عامل نگهدارنده مو را از مواد ضدعفونی کننده و میکروب کش نگه می‌دارد.

مواد جانبی تشکیل دهنده شامپو

• عامل صدفی کننده : عامل صدفی کننده (مانند اتیلن گلیکول) به شامپو حالت و شکل صدفی می‌دهد.
  
  
• عامل غلیظ کننده : عامل غلیظ کننده (مثل نمک طعام) باعث غلیظ شدن شامپو می‌شود.
  
  

عامل رنگ و مو

عوامل بالا ، مواد تشکیل دهنده عموم شامپوها می‌باشند. اما علاوه بر این مواد ، گاهی مواد دیگری هم به شامپوها زده می‌شود که چند نمونه از این مواد عبارتند از:

• حنا : حنا خاصیت ضدمیکروبی دارد و برای رفع بیماری پوستی مناسب است.
  
  
• بانونی : بانونی خاصیت ضدمیکروبی و ضدقارچی دارد ، باعث طلایی جلوه دادن مو می‌شود. همچنین تقویت کننده پوست و مو است.
  
  
• سدر : سدر برای تقویت مو و دفع شوره سر مناسب است. سدر همچنین ضدعفونی کننده است و مقاومت عفونت‌های پوستی را افزایش می‌دهد.
  
  
• کتیرا : کتیرا خاصیت تقویت کنندگی برای پوست و مو ندارد و به منظورهای غیر ضروری مانند غلیظ شدن شامپو به آن اضافه می‌شود.

انواع شامپو بر اساس نوع مو

شامپوها بر اساس نوع مو به چرب ، معمولی و خشک تقسیم می‌شوند. شامپو برای مو‌های چرب ، باید دارای قدرت پاک کنندکی بیشتر و روغن کمتر باشد. شامپو برای موهای خشک دارای مقداری نرم کننده است. موهای چرب باید هر روز ، موهای معمولی یک روز در میان و موهای خشک دو سه روز در میان شسته شوند.

شامپوهای طبی

گفته شد که کارکرد و توانایی شامپوهای مختلف در حفظ موها تفاوت زیادی ندارند. اما برخی از شامپوها ساختمان متفاوتی دارند و کاربرد‌های آن بخصوص است، مثل شامپوهایی که جنبه دارویی و طبی دارند. از جمله این شامپوها می‌توان به شامپوهای ضد التهاب و ضد جوش ، شامپوهای ضد قارچ و ضد شوره ، شامپوهای درمان کننده جوش سر ، شامپوهای التیام دهنده پوست و تسریع کننده ایجاد بافت اشاره کرد.

پل نمكي چگونه باعث خنثي شدن محلول هادرسلول هاي الكتروشيمي مي شود ؟

خنثی بودن الکتریکی محلول دريك نيمه سلول همواره باید حفظ شود .زیرا مثلا درسلول( Zn-Cu) براثر تجمع یون های ⁺² Zn دراطراف تیغه Zn درنيمه سلول آندي و آنیون دراطراف الکترود Cu درنيمه سلول كاتدي سلول قطبیده شده وازکار باز می ماند به عبارتی دراطراف الکترود ها به همان مقدار که بار مثبت (کاتیون) وجود دارد همان مقدار بار منفی (آنیون ) نیز باید وجود داشته باشد .

در داخل سلول حرکت یون ها ٬ مدار الکتریکی را کامل می کند . این عمل توسط پل نمکی صورت می گیرد . به عبارتي پل نمكي براي خنثي شدن الكتريكي هرنيمه سلول يونهاي مثبت خودرا به سوي كاتد ويون هاي منفي خودرا به سمت آند روانه مي كند تا توازن بار الكتريكي اين محلول ها حفظ شود .هم چنین وجود پل نمکی برای کامل شدن و بستن مدار الزامی است . پل نمکی از اختلاط مکانیکی محلول دو نیم سلول نیز ممانعت می کند.

چرا آب گرم زودتر از آب سرد یخ می بندد

بين مولكول هاي آب پيوند هيدروژني وجود دارد . تعداد اين پيوند ها دريخ (حالت جامد ) حد اكثر وبرابر 4 است . درضمن يخ هم داراي شكل بلوري خاصي( شش گوشه ايي ) است كه درآن مولكولهاي آب درفاصله معيني ازهم قرارگرفته اند. يعني پيوند هيدروژني درفاصله تقريبا معيني بين مولكول ها تشكيل مي شود . ( طول پيوند )

براي ازبين بردن پيوند هيدروژني نيز به انرژي نياز است . درحالت مايع پيوند هيدروژني بازهم وجود دارد .ومولكول هاي آب به شكل خوشه ايي به هم متصل هستند ( خوشه هاي بيست وجهي ) . ولي تعداد آن ها به دما بستگي دارد وهرچه دماي آب بالاتر مي رود. از تعداد آن ها كاسته مي شود . حال اگر آب را دردماي بالاترسرد نماييد٬ مولكول ها آزادتر وبه راحتي مي توانند درفاصله معين ازهم قرارگرفته وشكل بلوري يخ(بلورهاي ريز ) را بسازند .( فراسرد شدن كم تر ).

ولي تنها مقدار كمي از مولكول هاي آب به شكل جامد ومقدار بسيار زيادي از مولكول هاي آب به حالت مايع هستند كه در شبكه بلوري يخ تشكيل شده به دام افتاده اند. اما اين حالت براي آبي كه دردماي پايين منجمد شده برعكس است .

اين امكان براي مولكول هاي آب دردماي پايين كمتر است( فراسرد شدن بيشتر ). زيرا تعداد بيشتر پيوند هيدروژني بين مولكول ها امكان حركت وجايگزيني را كم مي كند .دماي پايين سبب هسته زايي شديد وافزايش سرعت رشد بلورها مي شود .( بلورهاي بيشتر ودرشت تر ) .

لازم به تذكر است درحالت مايع مرتبا پيوند هيدروژني شكسته شده ودرجايي ديگر تشكيل مي شوند وبه عبارتي درحال تغيير وتبديل هستند .دردماي پايين براي اين كه مولكول هاي آب بتوانند شكل بلوري خاص خود را بگيرند بايد بعضي پيوند هاي هيدروژني شكسته ودرجاي مناسب تشكيل شود كه اين خود ٬ به زمان نياز دارد.

رادیواکتیویته (Radioactivity)

تاریخچه

حدود اواخر قرن نوزدهم اکثر دانشمندان بر این عقیده بودند که تمام مسائل عمده فیزیک حل شده‌اند، به غیر از چند مورد جزئی که برای قطعیت دادن به برخی نظریه‌ها ضروری بود. رونتگن ، در سال 1895 ، اشعه ایکس را کشف کرد. این اشعه نخست در معاینات پزشکی بکار رفت و بعدها برای بررسی ساختمان اساسی مواد مورد استفاده قرار گرفت.

چند ماه بعد از کشف رونتگن ، هنری بکرل (1908-1852 م) کشف کرد که ترکیبات اورانیوم ، پرتوی فوق‌العاده نافذ ، مشابه اشعه ایکس ، ساتع می‌کنند. ماری کوری این پدیده جدید را رادیواکتیو نامید. او و شوهرش پیر کوری ، همچنین پولونیم (Po ، فلز ضعیف) و رادیم (Ra ، فلز قلیایی خاکی) را کشف کردند. ماری کوری نخستین کسی بود که از اصطلاح «رادیواکتیو» برای موادی که فعالیت الکترومغناطیسی قابل‌توجهی دارند، استفاده کرد. خاصیت رادیواکتیویته این دو عنصر جدید از اورانیوم بیشتر بود.

پرتوهای گاما را توسط کاغذ و پرتوهای بتا را توسط آلومینیم می توان متوقف کرد اما پرتوهای گاما را فقط لایه ضخیمی از سرب متوقف می سازد.

تحولات رادیواکتیویته

• در مورد کشف رادیواکتیویته توسط هنری بکرل باید بگوییم که در سال 1896 میلادی ، بکرل در جستجوی شواهدی بود که ثابت کند مواد شیمیایی که دارای نور طبیعی فلوئورسان هستند، از خود پرتو ساتع می‌کنند. او یک نمونه سولفات پتاسیم اورانیوم را برداشت و آن را همراه با یک صفحه عکاسی در کاغذ سیاه پیچید. از آنجا که روزی ابری بود، نمونه بکرل خاصیت فلوئورسانی را از خود نشان نمی‌داد. او آن را در کشویی در آزمایشگاه خود گذاشت و به آزمایشهای خود در مورد لامپهای اشعه کاتدی ادامه داد. چند روز بعد ، بکرل دریافت که نمونه ، تصویری را بر روی صفحه عکاسی ایجاد کرده است. این نشان می‌داد که ماده مذکور شکلی از تشعشع را که بعدا ماری کوری آن را رادیواکتیویته نامید، از خود ساطع کرده است.
  
  
• ماری کوری و پیر کوری همراه با فیزیکدان فرانسوی ، هنری بکرل ، مدل دیوی انجمن سلطنتی انگلستان و جایزه نوبل را در فیزیک برای کشف رادیواکتیو دریافت دریافت کردند. پیر کوری کشف کرد که رادیم Ra خودبه‌خود حرارت آزاد می‌کند. این نخستین نمود ثبت شده از انرژی اتمی به شکل گرما است.
  
  در سال 1910 میلادی در کنفرانس بروکسل در مورد رادیواکتیویته ، واحد رادیواکتیویته به افتخار او کوری نامیده شد. ماری کوری تحقیق خود را با جستجوی کاربردهای پزشکی رادیواکتیو ادامه داد و قدرت تشعشع ترکیبات اورانیوم را اندازه گرفت و تحقیق خود را به عناصر دیگر از جمله توریم ، گسترش داد.
  
  
• در 1922 میلادی ، نیلز بوهر نظریه ساختار طیفهای اتمی ‌را منتشر کرد و در 1927 میلادی اصل مکمل بودن را تنظیم کرد که رفتار پیچیده رادیواکتیویته را توصیف می‌کند.
  
  
• ارنست رادرفورد ، فیزیکدان بریتانی نیوزلندی الاصل (1871-1937) ، بر روی رادیواکتیویته و ماهیت ذرات آلفا (دارای بار مثبت) تحقیق کرد و متوجه شد که بار مثبت اتم در مرکز آن و در هسته‌ای ریز و متراکم متمرکز است. در سال 1930 میلادی رادرفورد تشعشعات مواد رادیواکتیو را منتشر کرد.
  
  
• در سال 1934 میلادی زوج ژولیو - کوری رادیواکتیویته مصنوعی را کشف کرد.

تابشهای رادیواکتیو

سه نوع تابش رادیواکتیو وجود دارد که ذرات آلفا از چهار ذره اتمی‌ ، یعنی دو پروتون و دو نوترون ، تشکیل می‌شوند. این ذرات ضعیفترین نوع تابش رادیواکتیو هستند و بار الکتریکی مثبت دارند. مسیر آنها را می‌توان با صفحه کاغذ مسدود کرد. ذرات بتا قدرتمند هستند و از ذرات اتمی‌ که الکترون خوانده می‌شوند و بار منفی دارند، تشکیل می‌شوند. این ذرات از کاغذ عبور می‌کنند، ولی آلومینیوم آن را مسدود می‌کند.

پرتوهای گاما از همه قدرتمندترند. آنها امواج الکترومغناطیسی هستند و فاقد بار الکتریکی می‌باشند، اما پرتوهای گاما را فقط لایه ضخیمی ‌از سرب متوقف می‌سازد. خروجی یا تابش رادیواکتیو می‌تواند وارد بافتهای زنده شود و به آنها صدمه بزند، بنابراین اطراف آن باید کنترل شود. تابش رادیواکتیو را با وسیله‌ای به نام آشکارساز گایگر مولر ، که نام آن از نام مخترعانش اقتباس شده است، می‌توان اندازه گرفت. وقتی تابش رادیواکتیو ، وارد این شمارنده می‌شود، گاز موجود در آن حامل الکتریسیته می‌شود. مقدار بار را می‌توان روی صفحه‌ای قرائت کرد، یا از طریق یک بلندگو به صورت صداهای تیک‌تیک خاصی شنید.

نیم عمر

نیم عمر یک ماده ، مدت زمانی است که طول می‌کشد تا خاصیت رادیواکتیویته آن به نصف کاهش یابد. مثلا ، نیم عمر کربن 14 (شکل خاصی از عنصر کربن) 5600 سال است، یعنی 5600 سال طول می‌کشد تا نصف اتمهای رادیواکتیو کربن دچار فروپاشی شوند، یا یک گرم از اتمهای رادیواکتیو به نیم گرم تقلیل یابد. 5600 سال دیگر طول می‌کشد که همین مقدار نیز به نصف برسد و به همین ترتیب. نیم عمر عناصر مختلف از چند ثانیه تا میلیونها سال متغیر است. فروپاشی بشکه‌های زباله‌های اتمی ‌زیان‌بخش حاصل از نیروگاههای هسته‌ای میلیونها سال طول می‌کشد.

همه موجودات زنده روی زمین حاوی مقدار معینی کربن 14 (کربن رادیواکتیو) هستند که با تبادل مداوم گازهای اکسیژن و دی‌اکسید کربن بین موجودات زنده و جو زمین تشکیل می‌شود. وقتی یک گیاه یا حیوان می‌میرد، این تبادل متوقف می‌شود و کربن 14 شروع به فروپاشی می‌کند. دانشمندان می‌دانند که نیم عمر این کربن 5600 سال است. بنابراین پس از این مدت جسم مرده دقیقا نصف تشعشع رادیواکتیو زمان زندگی خود را ساتع می‌کند. این فروپاشی با آهنگ ثابتی انجام می‌شود و در نتیجه این امکان وجود دارد که با اندازه‌گیری میزان تابش ، زمان مرگ موجود مورد نظر را دریافت. باستان‌شناسان از نیم عمر کربن برای یافتن تاریخ مومیایی‌های مصر باستان استفاده کرده‌اند.

از دیدگاه نظری ، همه مواد رادیواکتیو نهایتا به سرب تبدیل می‌شوند. هسته اتم سرب پایدار است و بنابراین خاصیت رادیواکتیو ندارد، اما این امر بطور تجربی اثبات نشده است، زیرا نیم عمر بعضی از عناصر بیش از عمر انسانها است. در جدول زیر نام برخی عناصر متداول و نیم عمر آنها آمده است.

نام عنصر	نیم عمر عنصر
اورانیم 238	5 میلیارد سال
اورانیم 235	700 میلیون سال
پلوتونیم 239	24000سال
کربن 14	5600 سال
ید131	8 روز
طلای 198	3 روز
سدیم 24	15 ساعت
فلوئور 17	1 دقیقه
پولونیم 214	3x108- ثانیه
سرب	پایدار (بدون نیم عمر)

عمده کاربردهای ایزوتوپهای رادیواکتیو

بسیاری از ایزوتوپها ، رادیواکتیو هستند. یعنی ذرات با فرکانس بالا را از هسته (مرکز) اتمهای خود ساتع می‌کنند. از آنها می‌توان برای دنبال کردن مسیر مواد متحرکی که از دید پنهان هستند، مانند جریان خون در بدن یک بیمار در بیمارستان ، استفاده کرد.

در جریان خون

مقدار کمی ‌از یک ایزوتوپ رادیواکتیو به درون جریان خون بیمار تزریق می‌شود. سپس مسیر آن توسط آشکارسازهای خاصی که فعالیت رادیواکتیویته را مشخص می‌کنند، دنبال می‌شود. این اطلاعات به یک کامپیوتر داده می‌شود که صفحه آن هرگونه اختلالی ، مانند انعقاد خون در رگها ، را نشان می‌دهد. با استفاده از روشی مشابه ، می‌توان از ایزوتوپها برای مطالعه جریان مایعات در تاسیسات شیمیایی نیز استفاده کرد.

در فرسودگی ماشین‌آلات

آهنگ فرسودگی ماشین‌آلات صنعتی را نیز می‌توان با استفاده از ایزوتوپها اندازه گرفت. مقادیر اندکی از ایزوتوپهای رادیواکتیو به بخشهای فلزی ماشین آلات ، مانند یاتاقانها و رینگ پیستونها اضافه می‌شود. سپس سرعت فرسودگی با اندازه گرفتن رادیواکتیویته روغنی که برای روغنکاری این بخشها بکار رفته است، محاسبه می‌شود.