همپوشانی

برای تشخیص یک پیوند کووالانسی  دو اتم را بیاد در وضعیتی  قرار داد که اوربیتال یکی با اوربیتال دیگری همپوشانی کند؛ هر اوربیتال باید یک الکترون داشته باشد. وقتی این کار انجام می شود؛  دو اوربیتل اتمی در هم  می آمیزند و یک اوربیتال پیوندی که به وسیله ی هر دو الکترون اشغال می شود, تشکیل می شوند. دو الکترونی که یک اوربیتال پیوندی را اشغال می کنند, باید داری اسپینهای مخالف باشند, یعنی باید جفت شده باشند. هر الکترون بیاد به تنهایی تمام اوربیتال پیوندی را در اختیارمی گیرد و بنابراین,  می توان تصور کرد که به هر دو هسته  "تعلق" دارد.

این نوع آرایش الکترونها و هسته ها انرژی کمتری دارد-یعنی, پایدارر از آرایش الکترونها و تمها در اتمها مجزاست؛ در نتیجه, تشکیل پیوند با آزاد شدن انرژی همراه است. مقدار انرژی آزاد شده ( به ازاء هر مول) به هنگام تشکیل یک پیوند ( یا مقدار انرژی لازم برای شکستن این یپوند) را انرژی تفکیک پیوند می نامند. در مورد یک جفت اتم معین, هر اندازه همپوشانی اوربیتالهای اتمی بیشتر باشد , پیوند تشکیل شده محکم تر است.

استحکام پیوند کووالانسی افزایش جاذبه ی الکترواستاتیکی  سر  چشمه می گیرد . در اتمهی مجزا, هر الکترون بوسیله ی یک هسته ی  مثبت جذب یم شود- و آن را جذب می کند ؛ در ملکول, هر الکترون بوسیله ی دو هسته ی مثبت جذب می شود.

این مفهوم "همپوشانی" بین اوربیتالهای اتمی و اوربیتالهای پیوندی  یک پل تخیلی به وجود می آورد. همپوشانی اوربیتال های اتمی به این معنی است که اوربیتال پیوندی همان محدوده ای را در فضا اشغال می کند  که پیش از این بوسیله ی هر دو اوربیتال اتمی اشغال شده بود . در نتیجه, یک الکترون از یک اتم می تواندذ , تا اندازه یا قابل توجه, در همان محل مناسب پیشین, نسبت به هسته ی "خود" باقی بماند و در عین حال , محل نسبتا مناسبی را نیز نسبت به هسته ی دوم اشغال کند؛ البته این مطلب در مورد الکترون دیگر نیز درست است.

اصل همپوشانی بیشینه, که برای نخستین بار در سال 1931 به وسیله ی لینوس پولینگ (linus pauling) (در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا) عنوان شد, از نظر اهمیت در فهم ساختار مولکولی, فقط کمی پایین تر از اصل طرد رده بندی شده است.

هر پیوند کووالانسی دارای طول و استحکام مشخصی است.

 

 

ترمودینامیک

قوانین مکانیک را می توان بطور آماری در دو سطح مختلف به مجموعه ای از اتمها اعمال کرد در سطحی که نظریه جنبشی گازها نامیده می شود. به طریقی کم و بیش فیزیکی و با استفاده از روشهای نسبتا ساده میانگین گیری ریاضی ، عمل می کنیم. برای فهم نظریه جنبشی گاز را در فشار ، دما ، گرمای ویژه و انرژی داخلی این روش را که در سطح بکار برده می شود.

● نگاه اجمالی
در ترمودینامیک فقط با متغیرهای ماکروسکوپیک ، مانند فشار و دما و حجم سر و کار داریم. قوانین اصلی ترمودینامیک ها بر حسب چنین کمیتهایی بیان می شوند. ابدا درباره این امر که ماده از اتمها ساخته شده است صحبتی نمی کنند. لیکن مکانیک آماری ، که با همان حیطه ای از علم سر و کار دارد که ترمودینامیک از آن بحث می کند و وجود اتمها را از پیش مفروض می داند. قوانین اصلی مکانیک آماری حامی قوانین مکانیک اند که در حدود اتمهای تشکیل دهنده سیسنم بکار می روند.

● تاریخچه

نظریه جنبشی توسط رابرت بویل (Rabert Boyle) (۱۶۲۷ - ۱۶۹۱) ، دانیل بونولی (۱۷۰۰ - ۱۷۸۲) ، جیمز ژول (۱۸۱۸ - ۱۸۸۹) ، کرونیگ (۱۸۲۲ - ۱۸۷۴) ، رودولف کلاوسیوس (۱۸۲۲ - ۱۸۸۸) و کلرک ماکسول ( ۱۸۳۱ - ۱۸۷۹ ) و عده ای دیگر تکوین یافته است. در اینجا نظریه جنبشی را فقط در مورد گازها بکار می بریم، زیرا برهم کنش های بین اتمها ، در گازها به مراتب متغیرترند تا در مایعات. و این امر مشکلات ریاضی را خیلی آسانتر می کند.

در سطح دیگر می توان قوانین مکانیک را بطور آماری و با استفاده از روشهایی که صوری تر و انتزاعی تر از روشهای نظریه جنبشی هستند بکار برد. این رهیافت که توسط جی ویلارد گیبس (J.willard Gibbs) و لودویگ بولتز مانی (Ludwig Boltz manni) (۱۸۴۴ - ۱۹۰۶) و دیگران تکامل یافته است، مکانیک آماری نامیده می شود، که نظریه جنبشی را به عنوان یکی از شاخه های فرعی در بر می گیرد. با استفاده از این روشها می توان قوانین ترمودینامیک را به دست آورد. بدین ترتیب معلوم می شود که ترمودینامیک شاخه ای از علم مکانیک است.
● محاسبه فشار بر پایه نظریه جنبشی

فشار یک گاز ایده آل را با استفاده از نظریه جنبشی محاسبه می کنند. برای ساده کردن مطلب ، گازی را در یک ظرف مکعب شکل با دیواره های کاملا کشسان در نظر می گیریم. فرض می کنیم طول هر ضلع مکعب L باشد. سطحهای عمود بر محور X را که مساحت هر کدام e۲ است. A۱ و A۲ می نامیم. مولکولی را در نظر می گیریم که دارای سرعت V باشد. سرعت V را می توان در راستای یالهای مولفه های Vx و Vy و Vz تجزیه کرد. اگر این ذره با A۱ برخورد کند در بازگشت مولفه X سرعت آن معکوس می شود. این برخورد اثری رو ی مولفه Vy و یا Vy ندارد در نتیجه متغیر اندازه حرکت عبارت خواهد بود :

(m Vx - m Vx) = ۲ m Vx - )= اندازه حرکت اولیه - اندازه حرکت نهایی

که بر A۱ عمود است. بنابراین اندازه حرکتی e به A۱ داده می شود برابر با m Vx۲ خواهد بود زیرا اندازه حرکت کل پایسته است.

زمان لازم برای طی کردن مکعب برابر خواهد بود با Vx/L. در A۲ دوباره مولفه y سرعت معکوس می شود و ذره به طرف A۱ باز می گردد. با این فرض که در این میان برخوردی صورت نمی گیرد مدت رفت و برگشت برابر با ۲ e Vx خواهد بود. به طوری که آهنگ انتقال اندازه حرکت از ذره به A۱ عبارت است: mVx۲/e = Vx/۲e . ۲ mVx ، برای به دست آوردن نیروی کل وارد بر سطح A۱ ، یعنی آهنگ انتقال اندازه حرکتی از طرف تمام مولکولهای گاز به A۱ داده می شود.
(P = M/e(Vx۱۲ + Vx۲۲ + Vx۳۲
P = ۱/۲eV۲

● تعبیر دما از دیدگاه نظریه جنبشی
با توجه به فرمول RT ۲/۳ = ۱/۲ MV۲ یعنی انرژی کل انتقال هر مول از مولکولهای یک گاز ایده آل ، با دما متناسب است. می توان گفت که این نتیجه با توجه به معادله بالا برای جور در آمدن نظریه جنبشی با معادله حالت یک گاز ایده آل لازم است. و یا اینکه می توان معادله بالا را به عنوان تعریفی از دما بر پایه نظریه جنبشی یا بر مبنای میکروسکوبیک در نظر گرفت. هر دو مورد بینشی از مفهوم دمای گاز به ما می دهد. دمای یک گاز مربوط است به انرژی جنبشی انتقال کل نسبت به مرکز جرم گاز اندازه گیری می شود. انرژی جنبشی مربوط به حرکت مرکز جرم گاز ربطی به دمای گاز ندارد.
حرکت کاتوره ای را به عنوان بخشی از تعریف آماری یک گاز ایده آل در نظر گرفت. V۲ را بر این اساس می توان محاسبه کرد. در یک توزیع کاتوره ای سرعتهای مولکولی ، مرکز جرم در حال سکون خواهد بود. بنابراین ما باید چارچوب مرجعی را بکار ببریم که در آن مرکز جرم گاز در حال سکون باشد. در چارچوبهای دیگر ، سرعت هر یک از مولکولها به اندازه U (سرعت مرکز جرم در آن چارچوب) از سرعت آنها در چارچوب مرکز جرم بیشتر است. در اینصورت حرکتها دیگر کتره ای نخواهد بود و برای V۲ مقادیر متفاوتی بدست می آید. پس دمای گاز داخل یک ظرف در یک قطار متحرک افزایش می یابد. می دانیم که M V۲ ۱/۲ میانگین انرژی جنبشی انتقالی هر مولکول است. این کمیت در یک دمای معین که در این مورد صفر درجه سلسیوس است، برای همه گازها مقدار تقریبا یکسانی دارد. پس نتیجه می گیریم که در دمای T ، نسبت جذر میانگین مربعی سرعتهای مولکولهای دو گاز مختلف مساوی است با ریشه دمای عکس نسبت به مربعهای آنها.

T=۲/۳k m۱ V۱۲/۲= ۲/۳k m۲ V۲۲/۲

● مسافت آزاد میانگین

در فاصله برخوردهای پی درپی ، هر مولکول از گاز با سرعت ثابتی در طول یک خط راست حرکت می کند. فاصله متوسط بین این برخوردهای پی درپی را مسافت آزاد میانگین می نامند. اگر مولکولها به شکل نقطه بودند، اصلا با هم برخورد نمی کردند. و مسافت آزاد میانگین بینهایت می شد. اما مولکولها نقطه ای نیستند و بدین جهت برخوردهایی روی می دهد. اگر تعداد مولکولها آنقدر زیاد بود که می توانستند فضایی را که در اختیار دارند کاملا پر کنند و دیگر جایی برای حرکت انتقالی آنها باقی نمی ماند. آن وقت مسافت آزاد میانگین صفر می شد. بنابراین مسافت آزاد میانگین بستگی دارد به اندازه مولکولها و تعداد واحد آنها در واحد حجم. و به قطر d و مولکولهای گاز به صورت کروی هستند در این صورت مقطع برای برخورد برابر با лd۲ خواهد بود.
مولکولی با قطر ۲d را در نظر می گیریم که با سرعت V در داخل گازی از ذرات نقطه ای هم ارز حرکت می کند. این مولکول در مدت t استوانه ای با سطح مقطع лd۲ و طول Vt را می روبد. اگر nv تعداد مولکولها در واحد حجم باشد استوانه شامل (лd۲ Vt ) nv ذره خواهد بود. مسافت آزاد میانگین ، L ، فاصله متوسط بین دو برخورد پی درپی است بنابراین ، L ، عبارت است از کل مسافتی که مولکول در مدت t می پیماید. (Vt) تقسیم بر تعداد برخوردهایی که در این مدت انجام می دهد. یعنی

I = Vt/&d۲nv =۱/√۲&nd۲

I=۱/√۲&nd۲
این میانگین بر مبنای تصویری است که در آن یک مولکول با هدفهای ساکن برخورد می کند. در واقع ، برخوردهای مولکول با هدف دمای متحرک انجام می گیرد در نتیجه تعداد برخورد دما از این مقدار بیشتر است.

● توزیع سرعتهای مولکولی
با توجه به سرعت جذر میانگین مربعی مولکولهای گاز ، اما گستره سرعتهای تک تک مولکولها بسیار وسیع است. بطوری که برای هر گازی منحنی  ای از سرعتها مولکولی وجود دارد که به دما وابسته است. اگر سرعتهای تمام مولکولهای یک گاز یکسان باشند این وضعیت نمی تواند مدت زیاد دوام بیاورد. زیرا سرعتهای مولکولی به علت برخوردها تغییر خواهند کرد. با وجود این انتظار نداریم که سرعت تعداد زیادی از مولکولها بسیار کمتر از V rms (یعنی نزدیک صفر) یا بسیار بیشتر از Vrms ، زیرا وجود چنین سرعتهایی مستلزم آن است که یک رشته برخوردهایی نامحتمل و موجی صورت بگیرد. مسئله محتملترین توزیع سرعتها در مورد تعداد زیادی از مولکولهای یک گاز را ابتدا کلوک ماکسول حل کرد. قانونی که او ارائه کرد در مورد نمونه ای از گاز که N مولکول را شامل می شد چنین است :
N(V)=۴&N(m/۲&Kt)۳/۲V۲e-mv۲/۲kt

در این معادله N(V)dV تعداد مولکولهایی است که سرعت بین V و V+۳v است، T دمای مطلق ، K ثابت بولتزمن ، m جرم هر مولکول است. تعداد کل مولکولهای گاز (N) را ، با جمع کردن (یعنی انتگرال گیری) تعداد موجود در هر بازه دیفرانسیلی سرعت از صفر تا بینهایت به دست می آید. واحد (N(V می تواند مثلا مولکول برا سانتیمتر بر ثانیه باشد.

N =∫∞۰N(V)dv

● توزیع سرعتهای مولکولی در مایعات

 توزیع سرعتهای مولکولی در مایعات شبیه گاز است. اما بعضی از مولکولهای مایع (آنهایی که سریعترند) می توانند در دماهایی کاملا پایینتر از نقطه جوش عادی از سطح مایع بگریزند. (یعنی تبخیر شوند). فقط این مولکولها هستند که می توانند بر جاذبه مولکولهای سطح فائق آیند. و در اثر تبخیر فرار کنند. بنابراین انرژی جنبشی میانگین مولکولهای باقیمانده نیز کاهش می یابد در نتیجه دمای مایع پایین می آید. این امر روشن می کند که چرا تبخیر فرایند سرمایشی است.

● مثال واقعی در مورد توزیع سرعتهای مولکولی

 

با توجه به فرمول N(V)= &۴۱۰N(M/۲&kT)۳/۲ توزیع سرعتهای مولکولی هم به جرم مولکول و هم به دما بستگی دارد هرچه جرم کمتر باشد نسبت مولکولهای سریع در یک دمای معین بیشتر است. بنابراین احتمال اینکه هیدروژن در ارتفاعات زیاد از جو فرار کند بیشتر است، تا اکسیژن و ازت. کره ماه دارای جو رقیقی است. برای آنکه مولکولهای این جو احتمال زیادی برای فرار از کشش گرانشی ضعیف ماه ، حتی در دماهای پایین آنجا نداشته باشند، انتظار می رود که این مولکولها یا اتمها متعلق به عناصر سنگینتر باشند. طبق شواهدی ، در این جو گازهای بی اثر سنگین مانند کریپتون و گزنون وجود دارند که براثر واپاشی پرتوزا در تاریخ گذشته ماه تولید شده اند. فشار جو ماه در حدود ۱۰ برابر فشار جو زمین است.

● توزیع ماکسولی
ماکسول قانون توزیع سرعتهای مولکولی را در سال ۱۸۵۹ میلادی به دست آورد. در آن زمان بررسی این قانون به کمک اندازه گیری مستقیم ممکن نبود و در حقیقت تا سال ۱۹۲۰ که اولین کوشش جدی در این راه توسط اشترن (Stern) به عمل آمد، هیچ اقدامی صورت نگرفته بود. افراد مختلفی تکنیکهای این کار را به سرعت بهبود بخشیدند. تا اینکه در سال ۱۹۵۵ یک بررسی تجربی بسیار دقیق در تائید این قانون (در مورد مولکولهای گاز توسط میلر (Miller) و کاش (Kusch) از دانشگاه کلمبیا صورت گرفت.

اسبابی که این دو نفر بکار بردند در مجموعه  ای از آزمایشها مقداری تالیوم در کوره قرار می دادند و دیواره های کوره O را تا دمای یکنواخت ۸۰±۴K گرم کردند. در این دما تالیوم بخار می شود و با فشار ۳.۲x۱۰-۳ میلیمتر جیوه ، کوره را پر می کند. بعضی از مولکولهای بخار تالیوم از شکاف s به فضای کاملا تخلیه شده خارج کوره فرار می کند و روی استوانه چرخان R می افتند در این صورت استوانه که طولش L است تعدادی شیار به صورت مورب تعبیه شده که فقط یکی از آنها را می توان دید. به ازای یک سرعت زاویه ای معین استوانه (W) فقط مولکولهایی که دارای سرعت کاملا مشخص V هستند می توانند بدون برخورد با دیواره ها از شیارها عبور کنند. سرعت V را می توان از رابطه زیر بدست آورد:

V=LW/q و L/V= &/W = زمان عبور مولکول از شیار : تغییر مکان زاویه ای بین ورودی و خروجی یک شیار مورب است. استوانه چرخان یک سرعت گزین است، سرعت انتخاب شده با سرعت زاویه ای (قابل کنترل) W متناسب است.

● نقص توزیع سرعت ماکسولی با نظریه جنبشی  

اگرچه توزیع ماکسولی سرعت برای گازها در شرایط عادی سازگاری بسیار خوبی با مشاهدات دارد. ولی در چگالیهای بالا ، که فرضهای اساسی نظریه جنبشی کلاسیک صادق نیستند. این سازگاری نیز به هم می خورد. در این شرایط باید از توزیعهای سرعت مبتنی بر اصول مکانیک کوانتومی ، یعنی توزیع فرمی - دیراک (Fermi Dirac) بوز - انیشتین (Bose Einstein) استفاده کرد. این توزیعهای کوانتمی در ناحیه کلاسیک ( چگالی کم ) با توزیع ماکسولی توافق نزدیک دارند و در جایی که توزیع کلاسیک با شکست مواجه می شود با نتایج تجربی سازگارند. بنابراین در کاربرد توزیع ماکسولی محدودیتهایی وجود دارد. همانگونه که در واقع برای هر نظریه ای چنین است.

در باره کنسرو

آیا سیاه شدن درب ظروف کنسرو، نشانه فساد آن است؟

سیاه شدن، ناشی از واکنش شیمیایی میان مواد غذایی و درب قوطی کنسرو است که در این حالت خطری برای مصرف کننده ندارد. البته احتمال خروج عطر و طعم آن وجود دارد.

یادآوری می شود این حالت بیشتر در مورد مواد غذایی اسیدی اتفاق می افتد. 

ادامه نوشته

ده آزمایش

در عصري كه ما زندگي مي كنيم آزمايشهايي كه چشمان جهانيان را خيره مي كند ازجمله آزمايشهايي كه براي يافتن توالي اجزاي يك ژنوم، شكافتن ذرات ريز اتمي در شتابدهنده ها و تجزيه وتحليل ستارگاني كه با ما ميلياردها سال نوري فاصله دارند نياز به ميليونها دلار سرمايه گذاري دارند و تجزيه وتحليل اطلاعات به دست آمده از ابزارهاي پيشرفته دراين آزمايشها ماهها به طول مي انجامد.
«رابرت كريز» عضو گروه فلسفه دانشگاه نيويورك در استوني بروك كه مورخ آزمايشگاه ملي بروك هيون هم هست، از فيزيكدانان خواست ده آزمايش برتر جهان فيزيك را نام ببرند. برخلاف انتظار عصر ما كه آزمايشهاي پيچيده توسط تيمهاي برجسته دانشگاهها و مراكز تحقيقات صورت مي پذيرد ده آزمايش برتري كه به عنوان زيباترين آزمايشهاي فيزيك در طول تاريخ انتخاب شد توسط ده فيزيكدان بسيار سرشناس انجام شده بود كه دستياران چندان زيادي هم نداشتند. ازهمه جالب تر اين كه اين آزمايشهايي كه در فهرست زيباترين آزمايشهاي فيزيك جاي گرفتند نيازي به كامپيوترهاي فوق پيشرفته بسيار مدرن نداشتند. اين ليست در مجله Physics World به چاپ رسيده است . دراينجا به جاي آن كه به اين آزمايشها به ترتيب رتبه بپردازيم به ترتيب تقدم وتأخر زماني انجام اين آزمايشها، به اين ده آزمايش محبوب در فيزيك خواهيم پرداخت.
۱ـ اندازه گيري محيط زمين توسط اراتوستن رتبه هفتم را به دست آورد. هنگام انقلابين [اصطلاح اخترشناسيSolstice] در ظهر روزي كه آفتاب در شهر آسوان مصر هيچ سايه اي ندارد به گونه اي كه نور خورشيد قادر است به طور مستقيم به ته يك چاه برسد، موردتوجه اراتوستن ـ كتابدار شهر اسكندريه در سه قرن پيش از ميلاد مسيح ـ قرار گرفت. اراتوستن در چنين روزي درست هنگام ظهر كه در آسوان سايه وجود ندارد در شهر اسكندريه سايه را اندازه گيري كرد، چاره اي نبود جز اين كه زمين را كروي درنظر بگيرد. چون سايه در اسكندريه نسبت به خط عمود هفت درجه بود. محيط هردايره ۳۶۰درجه است براساس اندازه گيري اراتوستن ميان اسكندريه وآسوان ۷درجه فاصله بود. [واحد اندازه گيري درآن زمان به جاي متر «Stadium» بود] با سفر ميان دوشهر اسكندريه وآسوان معلوم شد كه فاصله آنها براساس واحد اندازه گيري Stadium، ۵۰۰۰ است. به اين ترتيب هفت درجه از ۳۶۰درجه ۵۰۰۰ استاديوم اندازه گيري شده بود پس محيط زمين براساس محاسبات اراتوستن ۲۵۰۰۰۰استاديوم بود.
۲ـ آزمايش گاليله درمورد سقوط اجسام رتبه دوم را به دست آورد.
در اواخر دهه ۱۵۰۰ميلادي گاليليو گاليله Galileo Galilei كه كرسي استادي دانشگاه پيزا را داشت دانش متعارف زمان خود را زير سؤال برد . با انداختن دو شيء از بالاي برج پيزا كه وزنشان برابر نبود نشان داد كه شيءسنگين تر زودتر از جسم سبك تر فرود نمي آيد. اگر اين كشف را در دوران ارسطو انجام داده بود به قيمت شغلش تمام مي شد.
۳ـ آزمايش گاليله با گوي هاي غلتان برروي سطح شيب دار رتبه هشتم را به دست آورد. دراين آزمايش گاليله ثابت كرد كه مسافت با زمان به توان دو نسبت مستقيم دارد وسرعت [Velocity كه با علامت اختصاري Vنمايش مي دهند] در جريان آزمايش ثابت باقي مي ماند.
4ـ انكسار نور با منشور توسط نيوتن رتبه چهارم را به دست آورد. ايساك نيوتن درسالي به دنيا آمد كه گاليله مرد. نيوتن فارغ التحصيل كالج تثليث كمبريج (سال ۱۶۶۵) بود. اين بار هم نيوتن دانش متعارف به جامانده از دوران ارسطو را زير سؤال برد. تلقي مردم از نور خورشيد مانند برداشت ارسطو بود ونور را خالص مي دانستند. با وجودي كه مردم رنگين كمان را ديده بودند. تا پيش از عبور نور از منشور وتجزيه آن به هفت رنگ حتي فكرش را نمي كردند نور متشكل از اين رنگها باشد.
۵ـ آزمايش كاونديش در مورد ميله و پيچش رتبه ششم را به دست آورد. از تئوريهايي كه نيوتن در مورد گرانش داده بود يكي اين بود كه نيروي جاذبه ميان دوجسم رابطه مستقيم با جرم به توان دو و رابطه معكوس با فاصله به توان دو دارد. در قرن هجدهم، هنري كاونديش براي اندازه گيري قدرت گرانش آزمايشي انجام داد او يك ميله چوبي دومتري كه به دوسر آن دوكره فلزي نصب شده بود انتخاب و با سيم اين ميله چوبي را آويزان كرد. با همين وسايل ساده كاونديش موفق به اندازه گيري ثابت گرانشي gravitational Constant شد. اين آزمايش زمينه اندازه گيري جرم زمين هم بود.
۶ـ آزمايش تداخل ـ نور يانگ مقام پنجم را به دست آورد.
همه تئوريهاي نيوتن درست از آب درنيامد. او مي گفت نور از ذرات تشكيل شده است و به صورت موج منتشر نمي شود. در سال۱۸۰۳ توماس يانگ، درصدد برآمد به اثبات برساند نحوه حركت پرتوهاي نور به صورت موج است. او در پنجره سوراخي ايجاد كرد، همه پنجره ها را به دقت با پوششي ضخيم پوشاند بعد از يك آيينه براي تغيير جهت پرتويي از نور كه از طريق اين سوراخ وارد مي شد، استفاده كرد با استفاده از يك كارت كه عرض آن يك ميليمتر بود جلوي نيمي از سوراخ را گرفت در نتيجه به توالي نوارهاي سايه و روشن مشاهده كرد، اين پديده در صورتي قابل توضيح است كه پرتوهاي نور مانند امواج در يكديگر تداخل ايجاد كنند. بعدها اين آزمايش را با دوسوراخ انجام دادند و نتيجه واضح تري به دست آمد.
۷ـ آزمايش پاندول فوكو رتبه دهم را به دست آورد. دانشمندان سال پيش پاندولي را به قطب جنوب بردند و مهر صحت بر آزمايش زدند كه در سال۱۸۵۱ توسط ژان برنارد لئون فوكو با يك پاندول آهني ۳۰كيلوگرمي آويزان از گنبد پانتئون انجام شد. فوكو به گوي يك پاندول سوزن گرامافون وصل كرده بود و روي زمين زير گوي حلقه اي از شن هاي مرطوب قرار داد. در مقابل حيرت همه نشان داد كه با وجودي كه حركت پاندول به جلو و عقب هدايت شده بود اما پاندول حركتي دوار انجام داد. يعني در واقع كف پانتئون در حال گردش بود و يا به عبارت بهتر زمين در حال چرخيدن حول محور خود بود. در پاريس هر ۳۰ساعت پاندول در جهت عقربه هاي ساعت يك دور را كامل مي كند. در نيمكره جنوبي اين گردش در خلاف جهت عقربه هاي ساعت است. همانطور كه دانشمندان معاصر نشان داده اند در قطب جنوب دوره گردش كامل پاندول ۲۴ساعت است.
۸ـ آزمايش قطره روغن ميليكان رتبه سوم را به دست آورد. قرنها بود كه دانشمندان الكتريسيته را چه در مورد رعد و برق چه الكتريسته ساكن ناشي از تماس برس با موي سر مشاهده كرده بودند. در سال۱۸۹۷ تامسون فيزيكدان بريتانيايي پايه گذار اين دانش شد كه الكتريسيته از ذراتي به نام الكترون كه بار منفي دارند تشكيل شده است. رابرت ميليكان آمريكايي در سال۱۹۰۹ موفق به اندازه گيري بار منفي در الكترونها شد. براي اين كار از چندوسيله ساده استفاده كرد. با استفاده از افشانه هايي كه ادكلن را به صورت افشانه درمي آورند روغن را در يك محفظه شفافي افشاند كه دوطرف آن به دوسر يك باطري متصل بودند. به اين ترتيب يك سر محفظه مثبت و سرديگر آن منفي بود.
زماني كه نيروي گرانش با نيروي جاذبه الكتريكي كه قطرات روغن باردار را به سمت خود مي كشيد برابر مي شد قطره در ميان آسمان و زمين معلق مي ماند. در واقع در حالت عادي اين قطره به خاطر نيروي گرانش بايدپايين مي افتاد اما در اثر نيروي جاذبه الكتريكي در حال حركت به سمت قطب مخالف بود چون دونيرو برابر شدند اين قطره روغن از حركت بازايستاد. با همين وسايل ساده ميليكان موفق به اندازه گيري بار الكتريكي يك الكترون شد.
۹ـ آزمايش كشف هسته توسط رادرفورد مقام نهم را كسب كرد.
در سال۱۹۱۱ را در فورد و همكارانش با بمباران يك لايه بسيار نازك طلا با ذراتي به نام آلفا متوجه اين حقيقت شدند كه درصدي از اين ذرات منحرف و درصدي درست در جهت مقابل بازمي گردند به اين ترتيب رادرفورد موفق شد مدل قديمي آرايش هسته و الكترون را كه به «مدل كيك آلو» معروف بود به چالش بكشاند.
10ـ آزمايش ماكس پلانك و تئوري كوانتوم رتبه اول را كسب كرد. در مورد نور نه حق به جانب نيوتن بود ونه يانگ نه مي توان نور را فقط ذرات فوتون دانست و نه امواج. در اوايل قرن بيستم ماكس پلانك و بعد آلبرت انيشتين نشان دادند كه نور به صورت بسته هاي بسيار كوچكي منتشر و جذب مي شود كه به آن فوتون مي گويند. در عين حال آزمايشهاي ديگر هم موجي بودن حركت نور را به اثبات مي رسانند.
براي اثبات در اينجا به جاي آزمايش از سوراخ يانگ و پرتوهاي نور از پرتوهاي الكترون استفاده ميشود. ذرات، براساس قوانين كوانتومي، پديده اي شبيه به نور در آزمايش تداخل يانگ از خود برجاي مي گذارند اگرچه اين آزمايش در سال۱۹۶۱ توسط كلاوس جانسون از توبينگن انجام شد اما در اين سالها ديگر يافته هاي دانش به قدري زياد و گسترده شده بود كه ديگر نمي توانست نامهايي ابدي مثل نيوتن و انيشتين در اذهان مردم دنيا بيافريند

سوخت

شاید در سالهای آینده ، وقتی با خودروی شخصی خود به ایستگاه سوخت رسانی می روید ، باک آن را به جای بنزین پر از آب قند کنید.هر چند این گفته تنها یک شوخی ساده به نظر می آید ، اما ایده های جدید احتمال حقیقت یافتن آن را در خودروهایی که با سوخت هیدروژنی کار می کنند ، بسیار بالا برده است . تحقق این امر به معنای برطرف شدن یکی از عمده ترین مشکلات سوختهای هیدروژنی است . خودروهایی که با این نوع سوخت کار می کنند، نیازمند حمل گاز هیدروژن تحت فشار هستند که این امر نیاز به حمل یک منبع بسیار سنگین و حجیم سوختی دارد ، اما آزمایش های جدید نشان می دهد با حمل سوخت مایع و استخراج هیدروژن از آن ، می توان به حل مشکل امیدوار بود. این روش جدید - که هیدروژن را از گلوکز و هیدروکربنات های مربوطه تولید می کند - از سوی جیمز دومزیک ، رندی کرترایت و روپلی دودا، ۳مهندس دانشگاه ویسکونسین ارائه شده است . یک کاتالیزور پلاتینی ، کربوهیدرات را به مونوکسید کربن و گاز هیدروژن تجزیه می کند. منوکسید کربن هم در واکنش با آب به دی اکسید کربن و مقادیر بیشتری هیدروژن تبدیل خواهد شد. همه این فعل و انفعالات در یک منبع - که حاوی محلول مایع تحت فشار است - در دمای نسبتا پایین ۵/۲ درجه سانتی گراد رخ خواهد داد که در شیوه های دیگر شاید تا ۴برابر بیش از درجه حرارت حاضر باشد. گلوکز نوعی ماده قندی تجدیدشدنی است . در حال حاضر، این ماده در مقادیر زیاد، از غلات تهیه می شود و در عین حال ، می تواند از بسیاری مواد دیگر نیز حاصل شود. یکی از عمده ترین مشکلات موجود بر سر راه عملی شدن این طرح هم دقیقا به همین موضوع برمی گردد، چرا که تامین سوخت مورد نیاز ناوگان حمل ونقل کشور به اختصاص فضای بسیار زیاد برای کاشت و به عمل آوردن این گیاهان نیاز دارد که چندان مقرون به صرفه نیست .

اسیدهای چرب

.

شکل زیر ساختمان دو تری اسیل گلیسرول نمونه را نشان می دهد . الف ) 2-اولئیل -1 ، 3- دی استئارسل گلیسرول ، دو گروه آسیل به صورت استئاریل بوده اما گروه میانی اولئیل ( سیس -9  - اکتادکانوئیل ) است . همان طوریکه در شکل دیده می شود ، می توان تری استئارین گلیسرول به دست آورد . هیدروژناسیون باعث افزایش نقطه ذوب از  در 2- اوئیل-1 ، 3- دی استئاریل گلیسرول به  در تری استئارین شده و این یک روش استاندارد در صنایع غذایی برای تبدیل روغن مایع گیاهی به چربی جامد است .

مدل فضا پرکن این دو ترکیب نشان دهنده ساختمان مسطح تر تری استئارین است که در مقایسه با شکل نامنظم 2- اوئیل -1 ، 3- دی استئاریل گلیرسول ، بهتر می تواند در شبکه کریستالی قرار گیرد . این شکل نامنظم در نتیجه پیوند دوگانه سیس در زنجیر جانبی است .

 

ب ) هیدروژناسیون کاتالیتیکی موجب تبدیل 2- اوئیل -1 ، 3- دی استئاریل گلیسرول به تری استثارین می شود و تری استئارین دارای نقطه ذوب بیشتری از 2- اوئیل -1 ، 3- دی استئاریل گلیسرول است .

هیدرولیز چربیها باعث ایجاد گلیسرول و اسدهای چرب با زنجیر بلند می شود . بدین ترتیب هیدرولیز تری استثارین باعث ایجاد گلیسرول و سه مولکول اسید استثاریک می شود .

در جدول 26-1 تعدادی از اسیدهای چرب نشان داده شده است . با توجه به مثالهای نشان داده شده در جدول ، می توان دریافت که اکثر اسیدهای چرب موجود در طبیعت دارای تعداد زوج کربن بوده و زنجیر کربنی آنها غیر منشعب است .

زنجیره کربنی می تواند اشباع بوده و یا داری یک یا چند پیوند دوگانه باشد . در صورت وجود پیوند دوگانه آرایش آنها تقریبا همیشه به صورت سیس خواهد بود  .

فراوان ترین نوع در تری اسیل گلیسرول ها گروه های اسیل دارای 14 الی 20 اتم کربن است .

 

 

 

مساله 26-1

چه اسیدهای چربی از هیدرولیز 2- اوئیل -1 ، 3- دی استئاریل گلیرسول به دست می آید ؟ کدام تری اسیل گلیسرول دیگری بر اثر هیدرولیز همان اسیدهای چرب را به همان نسبت تولید می کند ؟

تعداد کمی از اسیدهای چرب با پیوند دوگانه ترانس ( اسیدهای چرب ترانس ) به صورت طبیعی یافت می شوند . منبع عمده چربی های ترانس برای مثال در تهیه مارگارین ، هیدروژناسیون جزئی روغن های گیاهی است . همان کاتالیست هایی که واکنش هیدروژناسیون پیوند دوگانه در تری اسسل گلیسرول را کاتالیز می کنند ، واکنش استری ایزومری شدن را نیز کاتالیز می کنند .

مکانیسم تبدیل پیوند دوگانه سیس به ترانس کاملا مانند مکانیسم هیدروژناسیون کاتالیتیک بوده و این طور می توان تصور نمود که کلیه مراحل برگشت پذیر است .

حد واسط هیدروژناسیون که بر اثر واکنش استر غیر اشباع با سطح هیدروژنه کاتالیزگر فلزی ایجاد می شود نه تنها موجب تشکیل استر اسید  چرب اشباع شده بلکه می توان با جدا شدن از سطح کاتالیزگر در ایجاد استر اولیه با پیوند دوگانه سیس و یا ایزومر ترانس را نماید . بر خلاف روغن های گیاهی بسیار غیر اشباع که باعث کاهش سطح کلسترولسرم خون می شود . چربی های ترانس نظیر چربیهای اشباع موجب افزایش کلسترول می شوند .

اسیدهای چرب در طبیعت به شکل هایی به غیر از گلیسریل تری استر نیز یافت می شوند و مثالهایی از آنها در این بخش آمده است . اناندامید ( anandamide ) که اخیرا کشف شده است یکی از مشتقات اسیدهای چرب است .

اناندامید مشتق اتانول ( H₂NCH₂CH₂OH ) آمیداز آراشید و نیک اسید است ( به جدول 1-26 نگاه کنید ) . این ماده در سال 1992 برای اولین بار از مغز خوک جداسازی شده و نقش آن در اتصال گیرنده های کانوبینوئیدی ( Cannabinoid receptor ) به یکدیگر است  . ⁹ D - تتراهیدروکانابینول جزء فعال ماری جوانا است که تاثیر خود را در بدن از طریق اتصال به یک گیرنده اعمال می کند و دانشمندان بسیار کنجکاو بودند تا بدانند چه ماده ای در بدن ، سویسترای طبیعی برای این اتصال است .

اناندامید همان ترکیب مورد نظر است و هم اینک به نظر می رسد صحبت از اتصال کانابینوئیدها به گیرنده های اناندامید مناسب تر است . به نظر می رسد اناندامید در کاهش درد نقش داشته باشد .

هنگامی که کانوبینوئیدهای آندوژنی ( endogenons cannabionoid ) شناخته شد ، توجه ویژه دانشمندان را برانگیخت و آنها این مواد را با کمال تعجب در شکلات نیز یافتند . بیوسنتز اسیدهای چرب از طریق استیل کوآنزیم A انجام شود . بخش بعدی به مکانیسم کلی بیوسنتز اسیدهای چرب می پردازد .

پلیمرها

بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید, با استفاده از مواد ألی (عمدتا هیدروکربنها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتا شامل عنصر کربن , هیدروژن, اکسیژن, نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروف هستند. مواد پلیمری یا مصنوعی کاربردهای وسیعی , از جمله در ساخت وسایل خانگی , اسباب بازیها, بسته بندیها , کیف و چمدان , کفش , میز و صندلی , شلنگها و لوله های انتقال أب , مواد پوششی به عنوان رنگها برای حفاظت از خوردگی و زینتی , لاستیکهای اتومبیل و بالاخره به عنوان پلیمرهای مهندسی با استحکام بالا حتی در دماهای نسبتا بالا در ساخت اجزایی از ماشین ألات, دارند.  
   
 

ادامه نوشته

نوبیوم

نوبیوم یک فلز خاکستری و هادی جریان الکتریسیته است که هنگامی که برای مدت زمانی در دمای اطاق در معرض هوا قرار بگیرد به رنگ آبی کمرنگ در می آید. خصوصیات شیمیایی نوبیوم کم و بیش همانند خصوصیات شیمیایی تانتالیوم میباشد که در جدول تناوبی در زیر نوبیوم قرار دارد.  

ادامه نوشته

اترها

اترها ، ترکیباتی با فرمول عمومی R-O-R ، Ar-O-R یا Ar-O-Ar هستند. (Ar ، فنیل یا یک گروه آروماتیک دیگر است).  
  
اترها ، ترکیباتی با فرمول عمومی R-O-R ، Ar-O-R یا Ar-O-Ar هستند. (Ar ، فنیل یا یک گروه آروماتیک دیگر است).

● نام‌گذاری اترها

برای نامیدن اترها ، معمولا دو گروه متصل به اکسیژن را نام می‌بریم و به دنبال آن ، واژه اتر را می‌آوریم. اگر دو گروه یکسان باشند، گفته می‌شود اتر متقارن است ( مانند دی اتیل اتر ، دی ایزوپروپیل اتر ). اگر دو گروه متفاوت باشند، اتر ، نامتقارن است مانند ترسیوبوتیل متیل اتر.

● خواص فیزیکی اترها

از آنجا که زاویه پیوند C-O-C در اتر ، ۱۸۰ درجه است، گشتاورهای دو قطبی دو پویند C-O یکدیگر را خنثی نمی‌کنند؛ در نتیجه ، اترها مقداری گشتاور دو قطبی برآیند دارند. (مثلا ۱۸۰.۱ برای دی اتیل اتر). این قطبیت کم بر دمای جوش اترها تاثیر چندانی ندارد. دماهایی که در حدود دمای جوش آلکانها با وزن مولکولی مشابهند و از دمای جوش الکلهای ایزومری ، بسیار پایین‌ترند، به عنوان مثال ، دمای جوش n- هپتان ( ْ۹۸دجه سانتی‌گراد ) ، متیل n- پنتیل اتر ( ۱۰۰درجه سانتی‌گراد ) و n- هگزیل الکل ( ۱۵۷درجه سانتی‌گراد ) را با یکدیگر مقایسه کنید. پیوند هیدروژنی که مولکولهای الکل را با قدرت در کنار یکدیگر نگه می‌دارد، در اترها ممکن نیست؛ چون آنها فقط دارای هیدروژنهایی هستند که به کربن متصل‌اند.

از سوی دیگر ، انحلال‌پذیری اترها و الکلها در آب در یک حدود است. به عنوان مثال ، دی‌اتیل اتر و n-بوتیل الکل ، تقریبا به میزان ۸ گرم در ۱۰۰ گرم آب حل می‌شوند. ما انحلال‌پذیری الکلهای سبک در آب را به پیوند هیدروژنی بین مولکولهای آب و الکهای آب نسبت دادیم. انحلال‌پذیری اترها در آبها را نیز بر همین اساس می‌توان تبیین کرد: از طریق الکترونهای به اشتراک گذاشته نشده اکسیژن ، اتر می تواند با هیدروژن آب ، پیوند هیدروژنی تشکیل دهد.

● منابع صنعتی اترها
تعدادی از اترهای متقارن دارنده گروههای آلکیل کوچک در مقیاس بزرگ تولید می‌شوند و به‌عنوان حلال مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهمترین آنها ، دی‌اتیل اتر است، یعنی همان حلال آشنایی که در استخراجها و در تهیه واکنشگرهای گرینیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. نمونه‌های دیگری از این نوع اترها ، دی‌ایزوپروپیل اتر و دی-n-بوتیل اتر است.
این اترها در اثر واکنش الکلهای مربوطه با اسید سولفوریک حاصل می‌شوند.

از آنجا که از هر جفت الکل ، یک مولکول آب حذف می‌شود، واکنش از نوع آب‌زدایی است. الکلها می‌توانند با نوع دیگری آب‌زدایی ، واکنش حذفی به آلکن تبدیل شوند. آبگیری از الکلها و بدست آوردن اتر به جای آلکن ، با انتخاب شرایط واکنش کنترل می‌شود. به‌عنوان مثال ، اتیلن با گرم کردن اتیل الکل با اسید سوفلوریک غلیظ تا ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد تهیه می‌شود.

دی‌اتیل اتر با گرم کردن مخلوطی از اتیل الکل و اسیدسولفوریک غلیظ تا ۱۴۰ درجه سانتی‌گراد بدست می‌آید، در حالی‌که الکل دائما به مخلوط اضافه می‌شود تا فزونی مقدار آن حفظ شود. روش آبزدایی ، عموما به تهیه اترهای متقارن محدود است، چون ، همانگونه که انتظار می‌رود، ترکیبی از دو الکل ، معمولا می‌تواند مخلوطی از سه اتر بدهد.
● تهیه اترها از طریق سنتز ویلیامسون

در آزمایشگاه ، سنتز اتر به روش ویلیامسون بدلیل تنوع‌پذیری آن ، بسیار مهم است و می‌توان آن را برای سنتز اترهای متقارن و نامتقارن بکار برد. در سنتز ویلیامسون ، یک آلکیل هالید (یا آلکیل هالید استخلاف شده) را با یک سدیم آلکوکسید ترکیب می‌کنند. به‌عنوان مثال:

R-X + Na-O-R۱ -----> R-O-R۱ + NaX

نارنجك دودزا

نارنجك دودزا بعد از مشتعل شدن دود غلیظی از خود آزاد می كند كه در مورد نارنجك هاای دست ساز چندان هم بی خطر نیست. اما تنفس آن اصلا باعث مسمومیت و خفگی نمی شود.

موارد استفاده آن در جنگ عبور سریع از محل در تیررس دشمن در استتار دود آن و در نیروهای پلیس تخلیه و گیج و غافلگیر كردن دزدها یا خلافكاران داخل ساختمان است.

برای ساختن آن نیاز به شكر و پتاسیم نیترات دارید. همین !
به نسبت 4 واحد شكر و 5 واحد پتاسیم نیترات هر دو ماده را بعد از آسیاب كردن و پودر كردن با هم تركیب كنید و در یك ظرف فلزی بریزید ( ترجیحا از جنس روی ) سپس آن را روی شعله متوسط قرار داده و مرتب هم بزنید. باید پیاپی هم بزنید تا یكنواخت داغ شده و مشتعل نشود. پس از مدتی رنگ آن قهوه ای شده و به حالت خمیری در می آید. زمانی كه تمام مواد به شكل خمیری در آمد آن را از روی شعله بردارید ( مواظب باشید مشتعل نشود چون اگر شد خاموش شدنی نیست ! ) سپس تا داغ است به كمك یك قاشق آن را در قوطی خالی كنسرو ریخته و مدام هم بزنید ( بسیار داغ است مواظب باشید ) زیرا اگر هم نزنید بخار آن باعث می شود مجددا از داخل قوطی بیرون بریزد چون كه بسیار غلیظ است سپس بگذارید تا سرد شود. پس از سرد شدن مثل سنگ سفت می شود. آن گاه با اضافه كردن یك فتیله و بستن در قوطی خالی یك نارنجك دودزا دارید... آتشش بزنید تا ببینید چه دودی هوا می كند !!!

مواظب باشید در هنگام سوختن حتی اگر در آب هم بیندازیدش خاموش نمی شود و انقدر داغ است كه قوطی خودش را ذوب كه هیچ ... تقریبا نابود می كند.

با اضافه كردن كمی برم به آن در حین سوختن می توانید گاز آن را تبدیل به بك گاز سوزاننده چشم و حلق بكنید و در 1 دقیقه اهالی آپارتمانی را به كوچه بكشانید.