ويلارد گيبس

ويلارد گيبس

گيبس در سال 1839ميلادي متولد شد.پدر و مادر ش هر دو تحصيلات دانشگاهي داشتند.بعد از اتمام دوره ي دبيرستان در سن 15 سالگي در كالج يل پذيرفته شد.او از افراد ممتاز كلاس محسوب ميشد و موفق به كسب جوايزي در ادبيات و رياضيات شد.وي اولين دكتراي مهندسي خود را ذر سال 1863در يل گرفت.در سال 1866 به اروپا رفت و در هر يك از شهر هاي پاريس  برلين و هانبرگ يك سال را سپري كرد .در اروپا تحت تاثير كار هاي كير چوف و هلمهولتز قرار گرفت.در آن سال ها آلمان در زمينه ي شيمي ترموديناميك و جنبه هاي نظري علوم طبيعي پيشتاز بود.اين سه سال تقريبا كل مدتي بود كه گيبس در خارج از شهر محل تولد خود زندگي كرد .در 1869به يل برگشت و در سال 1871به عنوان پروفسور رياضي فيزيك در دانشگاه يل مشغول به كار شد.كرسي استادي كه اولين بار در امريكا ايجاد شد.گيبس تا آخر عمر در همين سمت باقي ماند.در ابتدا به وي حقوقي پرداخت نشد زيرا هنوز اثري را به چاپ نرسانده بود.بين سال هاي 1876تا1878يك سري مقالاتي تحت عنوان تعادل در مواد ناهمگن به چاپ رساند كه اكنون يكي از بزرگتريندست آورد هاي علمي قرن نوزدهم محسوب ميشود و يكي از شالوده هاي علم شيمي فيزيك را تشكيل مي دهد.او در مقاله ها با استفاده از ترموديناميك پديده هاي فيزيك و شيميايي را با موفقيت تفسير كرد.

موازنه به روش وارسی

موازنه به روش وارسی
ضریب مولی یا ضریب استوکیومتری چیست :
ضریب استوکیومتری عددی است که در سمت چپ نماد شیمیایی یک عنصر یا فرمول شیمیایی یک ترکیب قرار می گیرد و تعداد آن را مشخص می کند. مثلا وقتی می نویسیم ۵Fe عدد 5 ضریب استوکیومتری یا ضریب مولی آهن را نشان می دهد و مفهوم آن پنج اتم آهن است. یا وقتی می نویسیم ۳H2O ، عدد سه ضریب استوکیومتری آب را نشان می دهد، یعنی سه مولکول آب. ضریب استوکیومتری یک ترکیب علاوه بر آنکه تعداد واحد فرمولی آن ترکیب را نشان می دهد، در شمارش اتمهای سازنده آن ترکیب نیز محاسبه می شود.
مثال :
در 5 مولکول سولفوریک اسید، H2SO4 ، تعداد 10 اتم H هیدروژن ، 5 اتم S گوگرد و 20 اتم O اکسیژن وجود دارد.

موازنه واکنشهای شیمیایی به روش وارسی :
برای موازنه واکنشهای شیمیایی به روش وارسی به این صورت عمل می کنیم.
1- ترکیبی را که بیشترین تعداد اتمها در ساختمان آن وجود دارد ( از بین واکنش دهنده ها یا فرآورده ها ) انتخاب می کنیم.
2- موازنه را از عنصری در این ترکیب آغاز می کنیم که بیشترین شمار اتم را داشته باشد و پراکندگی آن در معادله واکنش کمتر باشد. ( منظور از پراکندگی کمتر این است که آن اتم در معادله شیمیایی واکنش در ترکیبهای کمتری دیده شود )
3- در مرحله آخر ابتدا تعداد اتمهای اکسیژن و سپس اتمهای هیدروژن را موازنه می کنیم.
توجه داشته باشید که اتمهای اکسیژن و هیدروژن حتما نباید در مرحله آخر موازنه شوند و در مواردی این قاعده اجرا نمی شود.

در موازنه به روش وارسی باید به نکات زیر نیز توجه داشت :
- اتمهای مناسب برای شروع موازنه باید فقط به صورت ترکیب باشند. مثلا در معادله واکنش زیر 3 نوع اتم (C , N , O ) وجود دارد که می توان موازنه را از آنها شروع کرد، اما چون اکسیژن در سمت چپ به صورت عنصر است موازنه با آن شروع نمی شود.
CH4 + NH3 + O2 HCN + H2O
معادله موازنه شده نباید دارای ضرایب کسری باشد. اگر در موازنه به ضرایب کسری برخوردیم ، تمام ضرایب معادله را در عددی مناسب ضرب می کنیم تا ضرایب کسری از بین بروند. برای مثال معادله واکنش سوختن گاز اتان پس از موازنه به صورت زیر است.
C2H6 + 7/2O2 2CO2 + 3H2O
برای از بین بردن ضریب کسری 2/7 برای اکسیژن می توان تمام ضریبهای معادله را در عدد 2 ضرب کرد. تا معادله به صورت زیر در آید

2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

- ضریبهای موازنه باید کوچکترین عددهای صحیح را برای آن معادله شامل شوند. مثلا معادله بالا را می تونستیم با ضریبهای بزرگتری نیز موازنه کنیم .

4C2H6 + 14O2 6CO2 + 12H2O

این ضریبها عددهای صحیح هستند ولی می توان آنها را ساده کرد.
اهمیت استفاده از ضریبهای غیر کسری و کوچک در محاسبات استوکیومتری نشان داده می شود.

حل چند تمرین در مورد موازنه به روش وارسی :
موازنه را از اتم کربن یا نیتروژن شروع می کنیم.

CH4 + NH3 + O2 HCN + H2O

بعد از موازنه اتمهای C معادله به صورت مقابل نوشته می شود.

1CH4 + NH3 + O2 1HCN + H2O

موازنه اتمهای N ادامه می یابد.

1CH4 + 1NH3 + O2 1HCN + H2O

و سرانجام اتمهای O موازنه شده و معادله موازنه شده بدست می آید.

۱CH4 + 1NH3 + 3/2O2 1HCN + 3H2O

سپس معادله در 2 ضرب می شود تا ضریب کسری از بین برود.

2CH4 + 2NH3 + 3O2 2HCN + 6H2O

اتم P پراکندگی زیادی دارد در معادله در 4 جا دیده می شود

P2I4 + P4 + H2O PH4I + H3PO4

پس موازنه با آن نباید شروع شود. دو نوع اتم ( I , O ) در هر طرف معادله فقط در یک ماده ظاهر شده اند و هر دو به صورت ترکیب هستند اما اکسیژن در ترکیبی با بیشترین تعداد اتم است ( H3PO4 ) . بنابر این موازنه با اتمهای O آغاز می شود :

P2I4 + P4 + 4H20 PH4I + 1H3PO4

با موازنه اتمهای H می نویسیم

P2I4 + P4 + 4H2O 5/4PH4I + 1H3PO4

بعد از موازنه اتمهای I داریم

5/16P2I4 + P4 + H2O 5/4PH4I + 1H3PO4

سرانجام معادله را برای اتمهای P موازنه می کنیم.

5/16P2I4 + 13/32P4 + 4H20 5/4PH4I + 1H3PO4

موازنه معادله های یونی :
برخی معادله های یونی را نیز می توان به روش وارسی موازنه کرد. در موازنه این نوع معادله ها باید علاوه بر موازنه تعداد اتمها در دو سمت معادله تعداد بارهای منفی یا مثبت نیز در دو سمت معادله برابر شوند. در این نوع معادله ها بهتر است ابتدا با استفاده از تغییر عدد اکسایش ضرایب موازنه را برای اتمهای که عدد اکسایش آنها تغییر کرده است را به دست آوریم. در معادله زیر عدد اکسایش کلر در Cl2 صفر و در ClO3- ، 5+ می باشد یعنی تغییر عدد اکسایش 5 درجه است. از طرفی عدد اکسایش کلر در یونCl- ، 1- می باشد. پس تغییر عدد اکسایش یک درجه است. تغییر عدد اکسایش در ClO3- را ضریب Cl- و تغییر عدد اکسایش در Cl- را ضریب ClO3- قرار می دهیم.

Cl2 + OH- ClO3- + Cl- + H2O

Cl2 + OH- 1ClO3- + 5Cl- + H2O

برای موازنه بارهای منفی به OH- ضریب 6 می دهیم.

Cl2 + 6OH- 1ClO3- + 5Cl- + H2O

هیدروژنها را موازنه می کنیم.

Cl2 + 6OH- 1ClO3- + 5Cl- + 3H20

با موازنه اتمهای کلر ، معادله موزنه می شود.

3Cl2 + 6OH- 1ClO3- + 5Cl- + 3H2O

طیف سنجی جرمی

طیف سنجی جرمی

تاریخچه
اصول طیف سنجی جرمی ، جلوتر از هر یک از تکنیکهای دستگاهی دیگر ، بنا نهاده شده است. تاریخ پایه گذاری اصول اساسی آن به سال 1898 بر می‌گردد. در سال 1911 ، "تامسون" برای تشریح وجود نئون-22 در نمونه‌ای از نئون-20 از طیف جرمی استفاده نمود و ثابت کرد که عناصر می‌توانند ایزوتوپ داشته باشند. تا جایی که می‌دانیم، قدیمیترین طیف سنج جرمی در سال 1918 ساخته شد.
اما روش طیف سنجی جرمی تا همین اواخر که دستگاههای دقیق ارزانی در دسترس قرار گرفتند، هنوز مورد استفاده چندانی نداشت. این تکنیک با پیدایش دستگاههای تجاری که بسادگی تعمیر و نگهداری می‌شوند و با توجه به مناسب بودن قیمت آنها برای بیشتر آزمایشگاههای صنعتی و آموزشی و نیز بالا بودن قدرت تجزیه و تفکیک ، در مطالعه تعیین ساختمان ترکیبات از اهمیت بسیاری برخوردار گشته است.
اصول طیف سنجی جرمی
به بیان ساده ، طیف سنج جرمی سه عمل اساسی را انجام می‌دهد:

مولکولها توسط جرایاناتی از الکترونهای پرانرژی بمباران شده و بعضی از مولکولها به یونهای مربوطه تبدیل می‌گردند. سپس یونها در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند.

یونهای شتاب داده شده بسته به نسبت بار/جرم آنها در یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی جدا می‌گردند.

یونهای دارای نسبت بار/جرم مشخص و معین توسط بخشی از دستگاه که در اثر برخورد یونها به آن ، قادر به شمارش آنها است، آشکار می‌گردند. نتایج داده شده خروجی توسط آشکار کننده بزرگ شده و به ثبات داده می‌شوند. علامت یا نقشی که از ثبات حاصل می‌گردد یک طیف جرمی است، نموداری از تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت بار/جرم.
دستگاه طیف سنج جرمی
هنگامی که هر یک از عملیات را بدقت مورد بررسی قرار دهیم، خواهیم دید که طیف سنج جرمی واقعا پیچیده‌تر از آن چیزی است که در بالا شرح داده شد.
سیستم ورودی نمونه
قبل از تشکیل یونها باید راهی پیدا کرد تا بتوان جریانی از مولکولها را به محفظه یونیزاسیون که عمل یونیزه شدن در آن انجام می‌گیرد، روانه ساخت. یک سیستم ورودی نمونه برای ایجاد چنین جریانی از مولکولها بکار برده می‌شود. نمونه‌هایی که با طیف سنجی جرمی مورد مطالعه قرار می‌گیرند، می‌توانند به حالت گاز ، مایع یا جامد باشند. در این روش باید از وسایلی استفاده کرد تا مقدار کافی از نمونه را به حالت بخار در آورده ، سپس جریانی از مولکولها روانه محفظه یونیزاسیون شوند.
در مورد گازها ، ماده ، خود به حالت بخار وجود دارد. پس ، از سیستم ورودی ساده‌ای می‌توان استفاده کرد. این سیستم تحت خلاء بوده، بطوری که محفظه یونیزاسیون در فشاری پایینتر از سیستم ورودی نمونه قرار دارد.
روزنه مولکولی
نمونه به انبار بزرگتری رفته که از آن ، مولکولهای بخار به محفظه یونیزاسیون می‌روند. برای اطمینان از اینکه جریان یکنواختی از مولکولها به محفظه یونیزاسیون وارد می‌شود، قبل از ورود ، بخار از میان سوراخ کوچکی که "روزنه مولکولی" خوانده می‌شود، عبور می‌کند. همین سیستم برای مایعات و جامدات فرار نیز بکار برده می‌شود. برای مواد با فراریت کم ، می‌توان سیستم را به گونه‌ای طراحی کرد که در یک اجاق یا تنور قرار گیرد تا در اثر گرم کردن نمونه ، فشار بخار بیشتری حاصل گردد. باید مراقب بود که حرارت زیاد باعث تخریب ماده نگردد.
در مورد مواد جامد نسبتا غیر فرار ، روش مستقیمی را می‌توان بکار برد. نمونه در نوک میله‌ای قرار داده می‌شود و سپس از یک شیر خلاء ، وارد محفظه یونیزاسیون می‌گردد. نمونه در فاصله بسیار نزدیکی از پرتو یونیزه کننده الکترونها قرار می‌گیرد. سپس آن میله ، گرم شده و تولید بخاری از نمونه را کرده تا در مجاورت پرتو الکترونها بیرون رانده شوند. چنین سیستمی را می‌توان برای مطالعه نمونه‌ای از مولکولهایی که فشار بخار آنها در درجه حرارت اتاق کمتر از 9 - 10 میلیمتر جیوه است، بکار برد.
محفظه یونیزاسیون
هنگامی که جریان مولکولهای نمونه وارد محفظه یونیزاسیون گشت ، توسط پرتوی از الکترونهای پرانرژی بمباران می‌شود. در این فرآیند ، مولکولها به یونهای مربوطه تبدیل گشته و سپس در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند. در محفظه یونیزاسیون پرتو الکترونهای پرانرژی از یک "سیم باریک" گرم شده ساطع می‌شوند. این سیم باریک تا چند هزار درجه سلسیوس گرم می‌شود. به هنگام کار در شرایطی معمولی ، الکترونها دارای انرژی معادل 70 میکرون - ولت هستند.
این الکترونهای پرانرژی با مولکولهایی که از سیستم نمونه وارد شده‌اند، برخورد کرده و با برداشتن الکترون از آن مولکولها ، آنها را یونیزه کرده و به یونهای مثبت تبدیل می‌کنند. یک "صفحه دافع" که پتانسیل الکتریکی مثبتی دارد، یونهای جدید را به طرف دسته‌ای از "صفحات شتاب دهنده" هدایت می‌کند. اختلاف پتانسیل زیادی (حدود 1 تا 10 کیلو ولت) از این صفحات شتاب دهنده عبور داده می‌شود که این عمل ، پرتوی از یونهای مثبت سریع را تولید می‌کند. این یونها توسط یک یا چند "شکاف متمرکز کننده" به طرف یک پرتو یکنواخت هدایت می‌شوند.
بسیاری از مولکولهای نمونه به هیچ وجه یونیزه نمی‌شوند. این مولکولها بطور مداوم توسط مکنده‌ها یا پمپهای خلا که به محفظه یونیزاسیون متصل نیستند، خارج می‌گردند. بعضی از این مولکولها از طریق جذب الکترون به یونهای منفی تبدیل می‌شوند. این یونهای منفی توسط صفحه دافع جذب می‌گردند. ممکن است که بخش کوچکی از یونهای تشکیل شده بیش از یک بار داشته باشند، (از دست دادن بیش از یک الکترون) اینها مانند یونهای مثبت تک ظرفیتی ، شتاب داده می‌شوند.
پتانسیل یونیزاسیون
انرژی لازم برای برداشتن یک الکترون از یک اتم یا مولکول ، پتانسیل یونیزاسیون آن است. بسیاری از ترکیبات آلی دارای پتانسیل یونیزاسیونی بین 8 تا 15 الکترون ولت هستند. اما اگر پرتو الکترونهایی که به مولکولها برخورد می‌کند، پتانسیلی معادل 50 تا 70 الکترون ولت نداشته باشد، قادر به ایجاد یونهای زیادی نخواهد بود. برای ایجاد یک طیف جرمی ، الکترونهایی با این میزان انرژی برای یونیزه کردن نمونه بکار برده می‌شوند.
تجزیه گر جرمی
پس از گذر کردن از محفظه یونیزاسیون ، پرتو یونها از درون یک ناحیه کوتاه فاقد میدان عبور می‌کند. سپس آن پرتو ، وارد "تجزیه گر جرمی" شده که در آنجا ، یونها بر حسب نسبت بار/جرم آنها جدا می‌شوند. انرژی جنبشی یک یون شتاب داده شده برابر است با:

12mv2=ev

که m جرم یون ، v سرعت یون ، e بار یون و V اختلاف پتانسیل صفحات شتاب دهنده یون است.

در حضور یک میدان مغناطیسی ، یک ذره باردار مسیر منحنی شکلی را خواهد داشت. معادله‌ای که شعاع این مسیر منحنی شکل را نشان می‌دهد به صورت زیر است:

(r =MV)/eH

که r شعاع انحنای مسیر و H قدرت میدان مغناطیسی است.


اگر این دو معادله را برای حذف عبارت سرعت ترکیب کنیم، خواهیم داشت:

این معادله مهمی است که رفتار و عمل یک یون را در بخش تجزیه‌گر جرمی یک طیف سنج جرمی توجیه می‌کند.

طیف سنج جرمی


تجزیه گر جرمی و قدرت تفکیک از معادله فوق چنین بر می‌آید که هر قدر ، مقدار m/e بزرگتر باشد، شعاع انحنای مسیر نیز بزرگتر خواهد بود. لوله تجزیه‌گر دستگاه طوری ساخته شده است که دارای شعاع انحنای ثابتی است. ذره‌ای که نسبت m/e صحیحی داشته باشد، قادر خواهد بود تا طول لوله تجزیه‌گر منحنی شکل را طی کرده ، به آشکار کننده نمی‌رسند. مسلما اگر دستگاه ، یونهایی را که جرم بخصوصی دارند، نشان دهد. این روش چندان جالب نخواهد بود.
بنابراین بطور مداوم ، ولتاژ شتاب دهنده یا قدرت میدان مغناطیسی تغییر یافته تا بتوان کلیه یونهایی که در محفظه یونیزاسیون تولید گشته‌اند را آشکار ساخت. اثری که از آشکار کننده حاصل می‌گردد، بصورت طرحی است که تعداد یونها را بر حسب مقدار m/e آنها رسم می‌کند. فاکتور مهمی که باید در یک طیف سنج جرمی در نظر گرفتن قدرت تفکیک آن است. قدرت تفکیک بر طبق رابطه زیر تعریف می‌شود:

(R=M)/M

که R قدرت تفکیک ، M جرم ذره و M∆ اختلاف جرم بین یک ذره با جرم M و ذره بعدی با جرم بیشتر است که می‌تواند توسط دستگاه تفکیک گردد. دستگاههایی که قدرت تفکیک ضعیفی دارند، مقدار R آنها حداکثر 2000 در بعضی مواقع قدرت تفکیکی به میزان پنج تا ده برابر مقدار فوق مورد نیاز است.
آشکار کننده
آشکار کننده بسیاری از دستگاهها ، شامل یک شمارشگر است که جریان تولیدی آن متناسب با تعداد یونهایی است که به آن برخورد می‌کند. با استفاده از مدارهای الکترون افزاینده می‌توان آن قدر دقیق این جریان را اندازه گرفت که جریان حاصل از برخورد فقط یک یون به آشکار کننده اندازه ‌گیری شود.
ثبات آشکار کننده
سیگنال تولید شده از آشکار کننده به یک ثبات داده می‌شود که این ثبات خود طیف جرمی را ایجاد می‌نماید. در دستگاههای جدید ، خروجی آشکار کننده از طریق یک سطح مشترک به رایانه متصل است. رایانه قادر به ذخیره اطلاعات بوده و خروجی را به هر دو صورت جدولی و گرافیکی در می‌آورد. دست آخر داده‌ها با طیفهای استاندارد ذخیره شده موجود در رایانه مقایسه می‌گردد.
در دستگاهها قدیمیتر ، جریان الکترونی حاصل از آشکار کننده به یک سری از پنج گالوانومتر با حساسیتهای متفاوت داده می‌شود. پرتو نوری که به آینه‌های متصل به گالوانومترها برخورد می‌کند و به یک صفحه حساس به نور منعکس می‌گردد. بدین طریق یک طیف جرمی با پنج نقش بطور همزمان ، هر یک با حساسیتی متفاوت ایجاد می‌گردد. در حالی که هنوز دستگاه قویترین قله‌ها را در صفحه طیف نگاه می‌دارد، با استفاده از این پنج نقش ثبت ضعیفترین قله‌ها نیز ممکن می‌گردد.

حالات ماده از جامد تا پلاسما

حالات ماده از جامد تا پلاسما

مایعاتو گازها شارههستند، یعنی جریان می‌یابند. این اجسام شکل معینی ندارند و شکلظرفی را که در آن قرار دارند به خود می‌گیرند، در حالی که مقدار معینی دارند. مثلامقدار آب ، دی اکسید کربن ، هوا ، شیر و غیره جرم قابل اندازه گیری و معینی دارند،اما نمی‌توانند همانند جامدات با اعمال نیروی پس زنی کشانی ، در مقابل تغییر شکل ،مقاومت کنند.
اندیشه اولیه تئوری مولکولی مربوط بهرابرت براوانبوده و بر پایه عقاید خودچندین نوع آزمایشات را انجام داد از جمله در یک لیوان شیشه‌ای پر از آب یک قطرهجوهر ریخته و حرکت جوهر را بررسی کرد. این حرکت نامنظم و زیگ زاگ و در هم و بر هممولکولی راحرکت براونیگویند. ولی اینهاتمام حالات ماده نیستند. اشکال ماده بطور کلی عبارتند از: جامد،مایع،گاز،پلاسماوماده چگال بوز - انیشتینوحالت تازه کشف شده یعنیماده چگال فرمیونی.

مواد جامد
مواد جامد در برابر تغییر شکل مقاومت می‌کنند و آنها سفت وشکننده هستند. برای درک چگونگی این موضوع می‌توان جامدات را اینگونه تعریف کنیم: درحالت جامد ، نیروهای بین مولکولی ، به قدری قویتر ازانرژیجنبشیهستند که باعث سخت شدن جسم در نتیجه عدم جاری شدن آن می‌گردند. جامداتشکل و حجم معینی دارند. در جامدات فاصله مولکولها مانند فاصله آنها در مایع است. جامدات نمی‌توانند مانند وضعیتی که حالات مایع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکتکنند. بلکه ، در جامد ، مولکولها در مکانهای خاصی قرار می‌گیرند و فقط می‌توانند دراطراف این مکانها حرکت نوسانی رفت و برگشتی بسیار کوچک انجام دهند. این حرکت نوسانی، بخصوص در جامدات بلورین ، کاربردهای صنعتی و علمی زیادی را برای این دسته از موادبه دنبال دارد.


جامدات بلورین: وقتی مایع به آرامی سرد شود مولکولهای مایع فرصت پیدامی‌کنند که شکل منظم و ثابتی به خود بگیرند، مثل فلزات.
جامدات بی شکل: وقتی مایعی به سرعت سرد شود مولکولهای مایع دیگر فرصتندارند که شکل منظم و ثابتی به خود بگیرند،مانند: چوب ، پنبه، عاج، شیشه.

مواد مایع
در حالت مایع ، مولکولها به هم نزدیکتر بوده ، بطوری که نیروهایمابین آنها قویتر از انرژی جنبشی آنان می‌باشد. از طرف دیگر ، نیروها آنقدر قوینیستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکولها گردند. از این روست که جریان مایع ازظرفی به ظرف دیگر شدنی است، اما نسبت سرعت جاری شدن آب در مقایسه با مایعات دیگر ازقبیل روغنها وگلسیرینبسیار متفاوت است که این تفاوت در سرعت جاری شدن ، میزان مقاومت یک مایع در مقابلجاری شدن ، یعنیویسکوزیتهآن خوانده می‌شود که خود تابعی از شکل ، اندازه مولکولی ، درجه حرارت و فشارمی‌باشد. بنابراین مایعات حجم معین و شکل نامعینی دارند. فاصله مولکولها در مایعاتدر مقایسه با گازها بسیار کم است. در مایعات مولکولها به اطراف خود حرکت می‌کنند وبه سهولت روی هم می‌لغزند و راحت جریان (شارش) پیدا می‌کنند. مواد مایع با قابلیتشکل پذیری و جریان یافتن در شبکه‌های ریز ، کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کرده‌اند.
گاز
بطور کلی می‌توان گازها را اینگونه تعریف کرد؛ گاز ها کم چگالند وساده متراکم می‌شوند و نه تنها شکل ظرف خود را می‌گیرند، بلکه آنقدر منبسط می‌شوندتا ظرف را کاملا پر کنند. اما اگر بخواهیم گازها را بهتر بشناسیم می‌توانیم بگوییمکه؛ حالت فیزیکی مواد در شرایطفشارو درجه حرارت طبیعی ، بستگی به اندازه مولکولی و نیروهای فی‌مابین آن دارد. اگرمقدار کمی از یک گاز ، در یک تانک نسبتا بزرگی قرار گیرد، مولکولهای آن با سرعت درسرتاسر تانک پخش می‌شوند. پخش سریع مولکولهای گاز دلالت بر آن میکند که نیروهایموجود فیمابین مولکولها ، بمراتب ضعیفتر از انرژی جنبشی آن است و از آنجایی که ممکناست مقدار کمی از یک گاز در سرتاسر تانک یافت شود، نشان دهنده آن است که مولکولهایگاز باید نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراین گازها شکل و حجمشان بستگی بهظرفی دارد که در آن جای دارند.
در حالت گازی ، مولکولها آزادانه به اطرافحرکت کرده و با یکدیگر و نیز با دیواره ظرف برخورد می‌کنند. فاصله مولکولها در حالتگازی در حدود چند ده برابر فاصله آنها در حالت مایع و جامد است. اگر در یک ظرفنوشابه پلاستیکی را بسته و آنرا متراکم کنید و سپس آنرا با آب پر کرده و دوباره سعیکنید که آنرا متراکم کنید، در حالت اول به علت فاصله زیاد بین مولکولی در گاز ،متراکم کردن سنگینتر و سختتر صورت می‌گیرد، در صورتی که در حالت دوم چنین نیست.

پلاسما
حالت چهارم مادهپلاسماشبیه گاز است و ازاتمهاییتشکیل شده است که تمام یا تعدادی از الکترونهای خود را از دست داده‌اند (یونیدهشده‌اند). بیشتر مواد جهان در حالت پلاسما هستند مانندخورشیدکه از پلاسما تشکیل شده است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می‌توان آن را درمیدان مغناطیسیبه دام انداخت. اما درتعریفی کلی از پلاسما باید گفت که؛ پلاسما حالت چهارمی از ماده است که دانش امروزینتوانسته آنها را جزو سه حالت دیگر پندارد و مجبور شده آنرا حالت مستقلی به حسابآورد. این ماده باماهیت محیط یونیزه، ترکیبی از یونهای مثبتو الکترون با غلظت معین می‌باشد که مقدار الکترونها و یونهای مثبت در یک محیطپلاسما تقریبا برابر است و حالت پلاسمای مواد ، تقریبا حالت شبه خنثایی دارد. پدیده‌های طبیعی زیادی از جمله آتش ، خورشید ، ستارگان و غیره در رده حالت پلاسماییماده قرار می‌گیرند.
پلاسما شبیه به گاز است، ولی مرکب از ذرات باردارمتحرکی به نام یون است. یونها به شدت تحت تأثیرنیروهایالکتریکی و مغناطیسیقرار می‌گیرند. مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند ازانواع شعله ،بخشخارجی جو زمین،اتمسفر ستارگان، بسیاری از مواد موجود درفضایسحابیو بخشی ازدمستاره دنباله‌داروشفقهایقطبی شمالیکه نمایش خیره کننده‌ای از حالت پلاسمایی ماده است که درمیدان مغناطیسیجریان می‌یابد.
بد نیست بدانید که دانش امروزی حالات دیگری از جملهبرهمکنش ضعیفوقوی هسته‌ایرا نیز در دسته‌بندیها به عنوانحالات پنجم و ششم ماده بحساب می‌آورد که از این حالات در توجیهخواص نوکلئونهای هسته،نیروهای هسته‌ای، واکنشهای هسته‌ای و در کلفیزیکذرات بنیادیاستفاده می‌شود.

چگالی بوز – اینشتین
حالت پنجم با نام ماده چگال بوز - اینشتین (Booze - Einstein condensate) که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نامبوزونها (Bosons) تا دماهایی بسیار پایینپدید می‌آید. بوزونهای سرد در هم فرو می‌روند و ابر ذره‌ای که رفتاری بیشتر شبیه یکموج دارد تا ذره‌های معمولی ، شکل می‌گیرد. ماده چگال بوز - اینشتین شکننده است وسرعت عبور نور در آن بسیار کم است.



چگالی فرمیونی
حالت تازه هم مادهچگال فرمیونی (Fermionic condensate) است. دبورا جین (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاییز۱۳۸۲ ، موفق به کشف این شکل تازه ماده شده است، می‌گوید: وقتی با شکل جدیدی از مادهروبرو می‌شوید، باید زمانی را صرف شناخت ویژگیهایش کنید. آنها این ماده تازه را باسرد کردن ابری از پانصد هزار اتم پتاسیم با جرم اتمی ۴۰ تا دمایی کمتر از یکمیلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدید آوردند. این اتمها در چنین دمایی بدونگرانروی جریان می‌یابند و این ، نشانه ظهور ماده‌ای جدید بود. در این حالت اتمهایپتاسیم بدون آنکه چسبندگی میان آنها وجود داشته باشد، بصورت مایع جریان یافتند. حالت چگالیده فرمیونی تا حدی شبیه چگالش بوز - اینشتین است. هر دو حالت از اتمهاییتشکیل شده‌اند که این اتمها در دمای پایین به هم می‌پیوندند و جسم واحدی را تشکیلمی‌دهند. در چگالش بوز - اینشتین اتمها از نوع بوزون هستند، در حالی که در چگالشفرمیونی اتمها فرمیون هستند.

تفاوت میان بوزونها و فرمیونها
رفتار بوزونها به گونه‌ای است که تمایلدارند باهم پیوند برقرار کنند و به هم متصل شوند. یک اتم در صورتی که حاصل جمعتعدادالکترون،پروتونونوترونهایشزوج باشد، بوزون است. به عنوان مثال اتمهای سدیم بوزون هستند، زیرا اتمهای سدیم درحالت عادی یازده الکترون ، یازده پروتون و دوازده نوترون دارند که حاصل جمع آنهاعدد زوج ۳۴ می‌شود. بنابراین اتمهای سدیم این قابلیت را دارند که در دماهای پایینبه هم متصل شوند و حالت چگالیده بوز - اینشتین را پدید آورند، اما از طرف دیگرفرمینها منزوی هستند. این ذرات طبقاصل طرد پائولیهنگامی که در یک حالتکوانتومی قرار می‌گیرند همدیگر را دفع می‌کنند و اگر ذره‌ای در یک حالت کوانتومیخاص قرار گیرد مانع از آن می‌شود که ذره دیگری هم بتواند به آن حالت دسترسییابد.
هر اتم که حاصل جمع تعداد الکترون ، پروتون و نوترونهایش فرد باشدفرمیون است. به عنوان مثال ، اتمهای پتاسیم با عدد جرمی ۴۰ فرمیون هستند، زیرادارای ۱۹ الکترون ، ۱۹ پروتون و ۲۱ نوترون هستند و حاصل جمع این سه عدد برابر ۵۹می‌شود. دکتر جین و همکارانش بر پایه همین خاصیت انزوا طلبی فرمیونها روشی را پیشگرفتند و از میدانهای مغناطیسی کنترل شونده‌ای برای انجام آزمایشها استفاده کردند. میدان مغناطیسیباعث می‌شود که اتمهای منفردباهم جفت شوند و میزان جفت شدگی اتمها در این حالت با تغییر میدان مغناطیسی قابلکنترل است. انتظار می‌رفت که اتمهای جفت شده پتاسیم خواص همانند بوزونها داشتهباشند، اما آزمایشها نشان دادند که در بعضی از اتمها که میزان جفت شدگی ضعیف بودهنوز بعضی از خواص فرمیونی خود را از دست نداده بودند. در این حالت یک جفت ازاتمهای جفت شده می‌تواند به جفت دیگری متصل شود و این جفت شدگی به همین ترتیب ادامهیابد تا اینکه سرانجام باعث تشکیل حالت چگالیده فرمیونی شود

 

جريان پلاسماي خورشيد

پلاسما گازي ست كه از يون هايي كه آزادانه شناورند تشكيل شده اند. پلاسما جريانات الكتريكي را هدايت مي كند (رسانا ست) و به وسيله ويليام كروكس در سال 1879 كشف شد. انواع بسيار مختلفي از پلاسما وجود دارد. پلاسما در ستارگان (شامل خورشيد) وجود دارد و باد خورشيدي در منظومه شمسي ما از پلاسما ساخته شده.
دانشمندان پلاسما را حالت چهارم ماده مي دانند، يعني مايع، جامد، گاز و پلاسما. اين ماده با ماهيت محيط يونيزه ، ترکيبي از يونهاي مثبت و الکترون با غلظت معين مي‌باشد که مقدار الکترونها و يونهاي مثبت در يک محيط پلاسما تقريبا برابر است و حالت پلاسماي مواد ، تقريبا حالت شبه خنثايي دارد. پديده‌هاي طبيعي زيادي از جمله آتش ، خورشيد ، ستارگان و غيره در رده حالت پلاسمايي ماده قرار مي‌گيرند. پلاسما شبيه به گاز است، ولي مرکب از ذرات باردار متحرکي به نام يون است. يونها بشدت تحت تاثير نيروهاي الکتريکي و مغناطيسي قرار مي‌گيرند. مواد طبيعي در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجي جو زمين ، اتمسفر ستارگان ، بسياري از مواد موجود در فضاي سحابي و بخشي از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهاي قطبي شمالي. نمايش خيره کننده از حالت پلاسمايي ماده است که در ميدان مغناطيسي جريان مي‌يابد. بد نيست بدانيد که دانش امروزي حالات ديگري از جمله برهمکنش ضعيف و قوي هسته‌اي را نيز در دسته‌بنديها بعنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب مي‌آورد که از اين حالات در توجيه خواص نکلئونهاي هسته ، نيروهاي هسته‌اي ، واکنش هاي هسته‌اي و در کل فيزيک ذرات بنيادي استفاده مي‌شود.
ساختار پلاسما : عموما پلاسما را مجموعه‌اي از يونها ، الکترونها و اتمهاي خنثي جدا از هم و تقريبا در حال تعادل مکانيکي ـ الکتريکي مي‌گويند. حالتهاي خاصي را در مقابل مغناطيس نشان مي‌دهد. اين رفتارها کاملا برعکس رفتار گازها در مقابل ميدان مغناطيسي است. زيرا گازها به سبب خنثي بودنشان از لحاظ بار الکتريکي توانايي عکس ‌العمل در مقابل مغناطيس و ميدان وابسته به آن را ندارند. در کنار اين رفتار پلاسما مي‌تواند تحت تاثير ميدان مغناطيسي دروني که از حرکت يونهاي داخلي به عمل مي‌آيد قرار گيرد. همچنين پلاسما بعلت رفتار جمعيتي که از خود نشان مي‌دهد، گرايشي به متاثر شدن در اثر عوامل خارجي ندارد. و اغلب طوري رفتار مي‌کند که گويي داراي رفتار مخصوص به خودش است. معيار ديگر براي پلاسما آن است که فراواني بارهاي مثبت و منفي بايد چندان زياد نباشد که هر گونه عدم توازن موضعي بين غلظت‌هاي اين بارها غير ممکن باشد. مثلا بار مثبت به سرعت بارهاي منفي را به سوي خود مي‌کشد تا توازن بار از نوع برقرار سازد. بنابراين اگرچه پلاسما به مقدار زيادي بار آزاد دارد، ولي از لحاظ بار الکتريکي خنثي است. ماده در حالت پلاسما نسبت به حالتهاي جامد ، مايع و گاز نظم کمتري دارد. با اين حال خنثي بودن الکتريکي پلاسما بطور متوسط انرژي از نظم را نشان مي‌دهد. اگر پلاسما تا دماي زياد حرارت داده شود، نظم موجود در پلاسما از بين مي‌رود و ماده به توده درهم و برهم و کاملا نامنظم ذرات منفرد تبديل مي‌شود. بنابراين پلاسما گاهي نظير سيارات ، رفتاري جمعي و گاهي نظير ذرات منفرد ، بصورت کاملا تکي عمل مي‌کند. بدليل همين رفتارهاي عجيب و غريب است که غالبا پلاسما در کنار گازها و مايعات و جامدات ، چهارمين حالت ماده معرفي مي‌شود. بنابراين با توجه به اينکه چگالي پلاسما قابل توجه مي‌باشد. مدولانک در تک ذرات منفرد به مشکلات رفتار پلاسما افزوده مي‌شود.
ضرورت بررسي پلاسماي طبيعي : با وجود اين پيچيدگي‌ها با عنايت به اينکه 99 درصد ماده موجود در طبيعت و جهان در حالت پلاسما است. علاقمندي ما به پلاسما جدا از بسياري کاربردها نظير توليد انرژي، عدسي پلاسمايي براي کانونش انرژي و ... معتدل مي‌باشد، چرا که از ترک زمين ، با انواع پلاسماها مانند «يونسفر ، کمربندها و بادهاي خورشيدي) مواجه مي‌شويم. بنابراين فيزيک پلاسما نيز در کنار ساير شاخه‌هاي علوم فيزيکي ، در شناخت محيط زندگي ما در قالب رشته ژئوفيزيک از يک اهميت زيادي برخوردار است.
انواع پلاسما
پلاسماي جو: نزديکترين پلاسما به ما «کره زمين) ، يونوسفر (Ionosphere) مي‌باشد که از صد و پنجاه کيلومتري سطح زمين شروع و به طرف بالا ادامه مي‌يابد. لايه‌هاي بالاتر يونسفر ، فيزيک سيستمها به فرم پلاسما مي باشند که توسط تابش موج کوتاه در حوزه وسيعي ، از طيف اشعه فرابنفش گرفته تا پرتوهاي ايکس و همچنين بوسيله پرتوهاي کيهاني و الکترونهايي که به گلنونسفر اصابت مي‌کنند يونيزه مي‌شوند.
شفق قطبي: پديده شفق نيز نوعي پلاسما است که تحت اثر يونيزاسيون ايجاد مي‌شود. يونسفر پلاسمايي با جذب پرتوهاي ايکس ، فرابنفش ، تابش خورشيدي ، انعکاس امواج کوتاه و راديويي اهميت اساسي در ارتباط راديويي در سرتاسر جهان دارد. با همه اين احوال نه تنها زمين بلکه زهر و مريخ نيز فضايي يونسفري دارند. ملاحظات نظري نشان مي‌دهد که در ساير سياره‌هاي منظومه شمسي نظير مشتري ، زحل ، اورانوس ، نپتون نيز بايد يونسفرهاي قابل مشاهده وجود داشته باشد.
فضاي بين سياره‌اي نيز از پلاسماي بين سياره‌اي در حال انبساط پر شده که محتواي يک ميدان مغناطيسي ضعيف (حدود 5 به توان 10- تسلا) است.
هسته‌هاي ستارگان دنباله دار نيز به فضاي بين پلاسمايي پرتاب مي‌کند.
از طرف ديگر ، خورشيد منظومه شمسي مانند يک کره پلاسمايي است. درخشندگي شديد خورشيد ، معمولا عين يک درخشندگي پلاسمايي مي‌باشد. خورشيد به سه قشر گازي فتوسفر ـ کروموسفر و کورونا (که کروناي آن بيش از يک ميليون درجه ، حرارت دارد) احاطه شده است و انتظار مي‌رود که هزارها سال به درخشندگي خود ادامه بدهد.
کاربرد پلاسماي يونسفر : يونوسفر زمين در ارتباطات راديويي اهميت زيادي دارد. توضيح اين نکته لازم است که يونوسفر ، امواج راديويي با فرکانسهاي بيش از 30 مگاهرتز (بين امواج رادار و تلويزيون) را عبور مي‌دهد. ولي امواج با فرکانسهاي کمتر (کوتاه ، متوسط و بلندراديويي) را منعکس مي کند. همچنين شايان ذکر است که ضخامت يونسفر زمين که از چند لايه منعکس کننده تشکيل شده است با عواملي نظير شب و روز آشفتگي پلاسمايي سطح خورشيد در ارتباط نزديک مي‌باشد.
بادهاي خورشيدي : خورشيد منظومه شمسي منبع نيرومندي از جريان مداوم پلاسما به صورت باد خورشيدي است. باد خورشيدي اصطلاحي براي ذرات تشعشع يافته نظير بادهايي در حدود 100 هزار درجه کلوين است. باد خورشيدي پديده پيچيده‌اي است که سرعت و چگالي آن متغير مي‌باشد. متغير بودن پلاسماي بادي به فعاليت خورشيد بستگي دارد. گفتني است که به دليل 100 برابر بودن انرژي جنبشي پلاسما نسبت به انرژي مغناطيسي‌اش ، اصطلاح باد مغناطيسي به آن داده‌اند.

عملکرد کرم های ضد آفتاب

عملکرد کرم های ضد آفتاب


صنایع آرایشی از اكسیدهای غیرآلی، نظیر اكسید روی و تیتانیم، استفاده می‌كنند، اما استفاده از این اكسیدها به علت خاصیت سفیدكنندگی روی پوست محدود است. سفیدی به طور مستقیم با پخش نور رابطه دارد. به طور كلی با كاهش اندازة ذرات، شاهد افزایش جذب نور ماوراء بنفش توسط ذرات (به علت عبور كمترِ اشعه‌ها از بین ذرات) و كاهش پدیدة سفیدی (به علت كاهش پدیدة پخش نور) هستیم. به‌تازگی روش‌های گوناگون برای تولید نانوذرات، توسعه یافته‌ و بر صنعت کرم‌های ضدآفتاب اثر گذاشته‌اند.

وقتی ماده نوردهی شود، پدیده‌های زیر دیده می‌شوند: ۱. سفیدی
شكل ۱: شِمای نور عبوری و انعكاس‌یافته از یك لایة نازك
۱. عبور نور که منجر به گذشتن آن از ماده بدون هیچ تأثیر متقابلی است؛



در شکل ۱ پدیده‌های گفته‌شده نشان داده شده‌اند. اثر سفیدی ناشی از پخش نور به وسیلة ذرات ــ برای مثال در کِرِم‌ها ــ است. بنابراین، برای کاهش سفیدی باید میزان نور پخش‌شده را کم كرد. ۲. نورِ نافذ که منجر به پخش نور می‌شود؛ ۳. انعکاس نور از سطح، مانند آنچه در آینه رخ می‌دهد؛ ۴. انعکاس نفوذی که منجر به پخش نور از سطح می‌شود.
۲. پخش نور و اندازة ذرات
شدت نور پخش‌شده به وسیلة یک تک‌ذره، تابعی از اندازة ذره است. همان‌طور كه در شكل ۲ به‌روشنی مشاهده می‌شود، با افزایش اندازة ذرات، نور مرئی به علت برخورد با ذرات پخش می‌شود و با برگشت نور به چشم، ذراتْ سفید دیده می‌شوند. بنابراین، برای کاهش تأثیر سفیدی، کاهش اندازة دانه راهی است بسیار مؤثر.
شكل۲: الف. نانوماده نور را بدون انحراف از خود عبور می‌دهد، به همین خاطر نسبت به نور شفاف است.
ب. مواد با ذرات در ابعاد میكرومتر نور را پراكنده می‌كنند. بنابراین، نسبت به نور مات و نیمه‌شفاف‌اند و سفید دیده می‌شوند.
در شكل ۳ میزان پخش نور بر حسب اندازة دانه به نمایش درآمده و مشخص است كه با افزایش اندازة ذرات، میزان پخش‌شوندگی نور بیشتر می‌شود.
۳. جذب اشعة ماورای بنفش و بهترین اندازة ذره
نور ماورای بنفش (UV) طول موج كمتر از نور مرئی و انرژی بیشتر از نور مرئی دارد. قرار گرفتن در مقابل تابش ماورای بنفش از مهم‌ترین علل آسیب‌های پوستی و سرطان پوست است. به همین خاطر، جذب این اشعه و ممانعت از رسیدن آن به پوست بدن موضوع تحقیق بسیاری از مراكز علمی دنیا برای سالیان طولانی بوده است. جذب UV در مواد غیرآلی نظیر TiO۲ و ZnOناشی از دو اثر است:
الف ـ جذب فاصلة باند؛
ب ـ پخش نور UV
الف ـ جذب فاصلة باندی
اکسید روی و اکسید تیتانیم نیمه‌هادی‌اند و به‌شدت نور UV را جذب و نور مرئی را عبور می‌دهند. سازوكارِ جذب UV در این مواد شامل مصرف انرژی فوتون برای تهییج الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانایی است.
فاصلة باندی یا «گپ انرژی» چیست؟
میدانیم که اتمها از ترازهای انرژی تشکیل شده اند و این ترازهای انرژیِ حاوی الکترون، در جسم جامد تشکیل نوارهایی را می¬دهند که الکترون‌ها در آنها قرار گرفته‌اند.
اما فضاهایی بین این نوارهای انرژی وجود دارند که هیچ نوار حاوی الکترونی نمی تواند در آنها جا بگیرد. این فضاها را «فاصلة باندی» یا «گپ انرژی» می گویند. در جامدهای رسانا نوارهای انرژی میتوانند پر، نیمه‌پر یا خالی از الکترون ــ که در اصطلاح «نوار رسانایی» نامیده میشود ــ باشند. همچنین گپ انرژی آنها در مقایسه با نیمه‌هادی ها کوچک‌تر است. در نیمه‌هادی ها نوارهای انرژی نیمه‌پر وجود ندارند و گپ انرژی آنها کمی بزرگ‌تر از رساناهاست. از همین رو، الکترون‌ها در رساناها و نیمه‌رساناها میتوانند با گرفتن مقداری انرژیِ گرمایی ــ برای رساناها کم‌تر، برای نیمه‌رساناها بیش‌تر ــ برانگیختگی گرمایی پیدا كنند و از لایه های انرژیِ پُر به لایه های انرژیِ خالی بروند. این عمل در نارساناها به علت بزرگ بودن گپ انرژی امکان ندارد.
ZnO و TiO۲ دارای انرژی باند ev۳/۳ تا ev۴/۳ مربوط به طول موج‌های تقریباً ۳۶۵ نانومتر تا ۳۸۰ نانومتر هستند. نورهای زیر این طول موج‌ها انرژی کافی برای تحریك الکترون‌ها دارند. به بیان ساده، الكترون‌های این ذرات انرژی نور UV را جذب می‌كنند و از رسیدن این امواج به پوست مانع می‌شوند. پس ZnO و TiO۲ دارای خاصیت شدید در جذب UV هستند و اگر به اندازة کافی کوچک باشند، شفافیت خوبی در برابر نور مرئی خواهند داشت.
ب ـ اندازة دانة بهینه برای جذب UV
شكل ۴: تأثیر اندازة دانه بر عبور نور
با ریزتر شدن ذرات، علاوه بر اینكه در مسیر نور UV ذرات بیشتری برای جذب فاصلة باند وجود دارند، نور UV بیشتر پخش خواهد شد. بنابراین، عبور این نور كاهش می یابد. جذب فاصلة باند به ‌طور کلی تابعی از تعداد اتم‌هایی است که در مسیر نور UV قرار گرفته‌اند. بر اساس تحقیقات تجربی، با کاهش اندازة ذرات، به علت کم شدن فاصلة بین آنها برای عبور نور UV، شاهد عبور كم‌ترِ این اشعه هستیم. این موضوع در شکل شمارة ۴ نشان داده شده است. با توجه به این شكل، در محدودة نور فرابنفش (زیر ۴۰۰ نانومتر) با كاهش اندازة ذرات، عبور نور كمتر خواهد شد. همین پدیده است كه متخصصان را به تولید محصولات ضدآفتاب با خاصیت جذب (SPF) بالاتر رهنمون شده است.
شكل ۵: مقایسة تأثیر متقابل نور در برابر اندازة ذرات مختلف
SPF چیست؟
کرم‌های ضدآفتاب بر اساس میزان توانایی آنها در جذب و دفع اشعة UV درجه‌بندی می‌شوند. این معیار Sun Protection Factor یا SPF نام دارد. درجات SPF، مانند SPF۱۵ یا SPF۲۰ نشان‌گر آن‌اند که مصرف‌کنندة آن قبل از اینکه دچار آفتاب‌سوختگی بشود، تا چه حد می‌تواند زیر نور آفتاب بماند. برای مثال، شما می‌توانید بدون استفاده از کرم ضد آفتاب ده دقیقه زیر نور خورشید باقی بمانید و احساس سوختگی نکنید. هنگامی که از کرم ضد آفتاب استفاده می‌کنید، می‌توانید زمان ۱۰ دقیقه را ضرب در میزان SPF کرم کنید و به مقدار زمان به دست آمده زیر آفتاب بمانید. اگر SPF کرم شما ۱۵ باشد، شما ۱۵۰ دقیقه یا ۲ ساعت و نیم میتوانید در آفتاب بمانید. اگر پس از مدتی مجددا از کرم استفاده کنید، میزان محافظت آن بیشتر میشود اما، در مقدار زمان ایمن آن تاثیری ندارد.
نتایج:

۱- ایجاد پدیده سفیدی در ضد آفتاب ها ناشی از پدیده پخش نوردر محدوده نور مرئی(۴۰۰-۷۰۰ نانومتر) است. با توجه به شكل ۴ این پدیده در ضد آفتاب ها با اندازه ذره درشت، بسیار شدیدتر است.به عبارت دیگر كاهش شفافیت باعث افزایش پدیده سفیدی می شود.در شكل ۵ با ریزتر شدن ذرات شاهد عبور بیشتر نور مرئی و در نتیجه كاهش سفیدی و افزایش شفافیت هستیم. ۲- بر طبق شكل ۵ در محدوده نور UV با توجه به كمتر بودن فاصله بین ذرات در حالت نانومتری شاهد عبور كمتر نور هنگام ریزتر شدن ذرات هستیم.

مولکول عشق

مولکول عشق


وقتی عاشق می شویم به نظر می رسد مغز ما طبیعی فعالیت نمی کند . کف دستانمان عرق می کند ، نفسهایمان بند می آید ، به درستی نمی توانیم فکر کنیم و احساسی شبیه به اینکه پروانه ای در دلمان پر میزند به مادست می دهد. با این همه این احساس شگفت انگیز است . جرقه آن می تواند با چیزی به سادگی دیدن چشم ها ، لمس کردن دست ها،شنیدن موسیقی یا خواندن کتابی به وجود آید.
عامل ایجاد این تحریک، مولکول کوچکی موسوم به فنیل اتیل آمین است.این مولکول همراه با دوپامین و نوراپی نفرین میتواند یک حس نا معلوم ولی شادی آفرینی را که منجر به علاقه سیر ناپذیری می شود ایجاد کند.ولی متاسفانه در اینجا محدودیت هایی به خاطر برخی بمباران انتقال دهنده های عصبی ناشی از برخی پاسخ دهنده های کسل کننده وجود دارد.
فنیل اتیل آمین ماده ای شیمیایی طبیعی شبیه آمفتامین و دوپامین است که تجربه عالی عشق را برای ما فراهم می کند.
چیزی که توصیف عشق را مشکل می کند تلنگرهای اولیه آن در قشر جلوی مغزاست که انسان را قادر می سازد لذت بودن با شخصی خاص را ، حتی اگر تا آن زمان بک بار بیشتر او را ملاقات نکرده باشد ، برای خود پیش بینی کند. اگر این تلنگرها به اندازه کافی قوی باشند به آن ((حافظه آینده)) گویند که درگیر پاسخ به جنگ و گریزهای قدیمی قسمت جلوی مغز و مسئول رفتارهای ناخواسته ای چون لکنت زبان، عیاشی،لودگی و خنده های بلند به لطیفه های دیگران خواهد بود.اندورفینها که ساختاری شبیه به مرفین دارند بیشتر به ماده ای که می تواند در انسان احساس خوشی و شعف ایجاد کند شناخته شده اند. این مواد به عشاق ، آرامش مشابهی می بخشد ولی نه در همان لحظات اول.
اندورفینها در مراحل اولیه جذب با تحریک تک یاخته های خاصی در مغز میانی به شکل کاتالیزگر عمل کرده و آمفتامین های طبیعی قوی یعنی دوپامین و فنیل اتیل آمین را تحریک می کنند .آنها با فرمانهای خود در مغز فکر و خیال ها را طراحی می کنند ، هر فکرو خیالی را 

پيوند كوالانسي

پيوند كوالانسي

اتم فلز در چنين پيوندي الكترون از دست مي دهد و تبديل به كاتيون مي شود در حالي كه اتم نافلز الكترون ميگيرد و به آنيون تبديل مي شود.به اين ترتيب يون هاي بار هاي مختلف در اثر جاذبه هاي الكتروستاتيك يكديگر را جذب مي كنند و پيوند يوني به وجود مي آورند.

علاوه بر پيوند يوني نوع ديگري از پيوند وجود دارد كه بين اتم هايي كه بين اتم هايي از يك نوع و يا اتم هايي با اخنلاف الكترونگاتيوي كم برقرار مي شود.تركيب هاي پديد آمده از چنين پيوندي غير يوني هستند و به سبب جاذبه ي الكتروستاتيك بين بار هاي مختلف و انتقال الكترون از اتمي به اتم ديگر ايجاد نمي شود بلكه از اشتراك گذاشتن الكترون بين اتم ها تشكيل مي شوند.به پيوندي كه از اشتراك گذاشتن الكترون بين دو يا چند اتم پديد مي آيد پيوند كوالانسي مي گويند و به جرات مي توان گفت كه اين پيوند گسترده ترين و مهم ترين نوع پيوند در تركيب هاي شيميايي است.

نمونه اي از آنها را در تركيب هايي مانند:

CO2,H2,CL2,CH4,O3و...مي توان مشاهده كرد.

براي درك بهتر چگونگي تشكيل پيوند كوالانسي دو اتم هيدروژن را تصور كنيد كه ابتدا دور از هم قرار دارند.دو اتم در اين حالت برهمكنشي ندارند.به تدريج كه دو اتم به هم نزديك مي شوند.

بين هسته و الكترون هاي يك اتم خنثي با هسته و الكنرون هاي اتم ديگر بر هم كنش هاي جاذبه و دافعه ايجاد مي شود.نتيجه ي چنين بر هم كنش هايي اين است كه پس از نزديك شدن آن دو به يك ديگر در فاصله ي معيني دو اتم از لحاظ انرژي به وضعيت پايداري مي رسند به نحوي كه مي گوييم پيوند كوالانسي بين آنها شكل گرفته است.وضعيت پايدار به اين معني است كه دو اتم نه آن قدر به هم نزديك اند كه هسته هاي با بار مثبت يكديگر را دفع مي كنند و نه آنقدر دور هستند كه جاذبه بين يك هسته با الكترون هاي اتم از بين برود.

البته بايد توجه داشت كه پيوند كوالانسي طبيعت پيچيده اي دارد و درباره ي آن ب سادگي نمي توان اظهار نظر كرد.

هر پيوند كوالانسي ويژگي هاي مربوط به خود را دارد يعني نمي توان انتظار داشت كه طول پيوند و مقدار انرژي پيوند در همه ي پيوند ها يكسان باشد.با دانستن شعاع هاي اتمي مي توان به طور تقريبي طول پيوند را پيش بيني كرد.

تركيب هاي يوني آب پوشيده

 

در بسياري از تركيب ها مولكول آب با پيوند هاي متفاوتي به اجزاي مولكول متصل است.به چنين تركيب هايي تركيب هاي آبپوشيده ميگويند.اين تركيب ها به سه حالت فيزيكي گاز مايع و جامد وجود دارد ولي اغلب به صورت جامد هاي بلوري هستند.از تركيب هاي آبپوشيده ي مايع مي توان به سولفريك اسيد يك آبه با نقطه ي ذوب 8.6درجه يc H2O.H2SO4اشاره كرد.براي نشان دادن فرمول شيميايي يك تركيب آبپوشيده مولكول هاي آب با يك نقطه از تركيب آبدار شده جدا مي شود

براي مثال:

CuSO4.5H2O مس(II)سولفات پنج آبه(كات كبود)

Ba(OH)2.8H2O باريم هيدروكسيد هشت آبه

اگر بر اثر گرما تمامي مولكول هاي آب خارج شوند.نمك حاصل را نمك بي آب مي نامند.

براي مثال:

SuSO4مس(II)سولفات بي آب

FeCl3آهن(III)كلريد بي آب

در برخي از تركيب هاي آبپوشيده تمام مولكول هاي آب به صورت يكسان  به تركيب  اصلي متصل اند ولي در برخي تركيب ديگر مولكول هاي آب با انرژي هاي متفاوت و با ماهيت پيوندي متفاوت به بقيه ي تركيب متصل اند.براي مثال در تركيب كات كبود 5H2O.   CuO4

چهار مولكول آب با انرژي پيوندي كمتر و يك مولكول آب با انرژي پيوندي بيش تر به مس (II)سولفات متصل است.

 

چهار مولكول آب با نوعي پيوند كوالانسي موسوم به پيوند داتيو (كوالانسي كوؤردينانسي)به يون Cu²⁺متصل اند.در حالي كه مولكول پنجم با پيوند هيدروژني به يون SO₄^2-متصل شده اند.

برخي از تركيب هاي يوني آبپوشيده به محض اينكه در معرض هوا قرار مي گيرند مولكول هاي آب خود را از دست ميدهند.اين فرايند را شكفتگي مي نامند.

اگر فشار بخار تركيب آبپوشيده از فشار بخار آب در هوا بيشتر باشد تركيب با از دست دادن آب خاصيت شكفتگي از خود نشان مي دهد تا در نهايت به تعادل برسد.براي مثال فشار بخار تركيب Na2SO4.H2Oدردماي اتاق 30.8Torrاست.فشار بخار جزعي آب در دماي اتاق در رطوبت ميانگين حدود 20Torrاست.(1Torr=1mmHg) بنابر اين سديم سولفات ده آبه به طور طبيعي با از دست دادن آب تبلور خود به يك تركيب شكفته تبديل مي شود.

برخي تركيب هاي آب را جذب مي كند يعني نمك گير اند.اين مواد نمك گير آب را از هوا جذ ب مي كنند.برخي از اين تركيب ها آن قدر مولكول هاي آب را جذب مي كنند تا آبپوشيده شوند.در بعضي از اين تركيب ها خاصيت آب گيري آنقدر زياد است كه خود تركيب در مقدار آبي كه از هوا جذب مي كند حل شود.اين تركيب ها را تركيب هاي نم پذيرمي نامند.براي مثال كلسيم كلريد ( CaCl2) وسديم  هيدروكسيد(NaOH) از اين نوع تركيب هاي بي آب مانندMgSO4 Na2SO4,CaCl2, به عنوان عوامل خشك كننده براي جذب آب از گاز هاي مايع استفاده مي شود.قدرت خشك كنندگي برخي تركيب ها تا حدي زياد است كه قادر ند بخار آبي را كه در تعادل با مواد مرطوب است جذب مي كنند و از اين طريق با هدايت تعادل به سمت تبخير آب ماده ي مرطوب را به ماده ي خشك تبديل كنند.از جمله اين تركيب ها به فسفر (V) اكسيدP4O10اشاره كرد.

شيمي آلي

 

شيمي آلي را شيمي تركيب هاي كربن مي نامند.

كربن در ميان عنصر هاي رديف دوم جدول تناوبي قرار دارد.اتم هاي سمت چپ كربن تمايل دارند الكترون از دست بدهند در حالي كه اتم هاي سمت راست تمايل دارند الكنرون بپذيرند.

تركيب هاي آلي همواره با اكسيژن هوايي كه تنفس مي كنيم انرژي لازم براي زندگي را فراهم مي كند.

تركيب هاي آلي چون پلي كلرو بي فنيلها(PCB)از آلوده كننده هاي محيط زيست به شمار مي آيد.

هيدرو كربن ها

فقط از كربن و هيد روژن تشكيل شده اند.

هيدروژن ها به دو گروه بزرگ هيدروكربن هاي آليفاتيك وهيدرو كربن هاي آروماتيك تقسيم مي شوند.

الف)هيدرو كربن هاي آليفاتيك خود به سه گروه كوچكتر تقسيم مي شوند:آلكانها و آلكنها و آلكينها

 

ب)هيد رو كربن هاي آروماتيك:شامل بنزن و مشتق هاي آنها است.

آلكانها:آلكانها را هيدرو كربن هاي سير شده نيز مي گويند.زيرا در آنها هر اتم كربن با چهار اتم ديگر پيوند ساده نيز دارد.

فرمول عمومي آلكانها به صورتC_nH_2n+2 nتعداد اتم هاي كربن است متان CH₄ساده ترين آلكان به شمار مي آيد و در طبيعت به مقدار نسبتا زيادي يافت مي شود.گاز طبيعي تا 75تا85در صد متان است.

ساخت آلكانها:ساخت آلكانها را با بررسي ساخت متان شروع مي كنيم.ساخت الكانها چهار وجهي است.زاوياي پيوندي H^/O\H109.5وطول پيوندC-H109 pmاست.

ساختار چها وجهي متان را با استفاده از اوربيتال هاي هيبريدي SP³كربن بهتر مي توان توضيح داد. كربن شش الكترون دارد.پايدار ترين حالت الكترون حالت پايه است.

در سال1930لينوس پاولينگ الگويي براي تشكيل چهار پيوند توسط كربن پيشنهاد كرد.او فرض كرد كه يكي از الكترون هاي اوربيتال 2Sمقداري انرژي مي گيرد و به اوربيتال خالي 2Pمنتقل مي شود. در اين حالت كربن داراي چهار الكترون جفت نشده است.اين آرايش الكتروني را حالت بر انگيخته اتم كربن مي نامند.

دو الكترن در اوربيتال 2Sيك الكترون در اوربيتال 2Pجاي گرفته انرژي چهار الكترون جفت نشده يكسان نيست.زيرا الكترون در اوربيتال 2Sوسه الكترون در اوربيتال 2Pقرار دارد.

براي توجيح يكسان بودن انرژي اين الكترون ها پاولينگ فرض كرد كه اوربيتال 2Sبا اوربيتال 2Pمخلوط شده چهار اوربيتال هيبريدي SP³هم انرژي به وجود آورند اين عمل را هيبريدي شدن مي نامند.

اتان:C₂H₆عضو بعدي خانواده ي آلكانهاست بعد از متان اتان فراوان ترين جزو تشكيل دهنده ي گاز طبيعي است و 5تا10 درصد آنرا تشكيل مي دهد.

پروپان:C₃H₈عضوي از آلكان هاست مقدار كمي پوپان در گاز طبيعي وجود دارد.

پروپان به صورت مخلوط با بوتان C₄H₁₀كه عضوي ديگر اين خانواده است.

و نيز پنتانC₅H₁₂ وهگزانC₆H₁₄عضو ديگري از آلكانها هاستند.

اگر آلكانها به صورت زنجير پشت سر هم بيايند به آنها آلكانهاي راست زنجير و اگر در انتهايشان زنجير هيدرو كربني دو گروه CH₃وجود داشته باشد گروه متيل و به آنها ايزو اضافه مي كنيم.پيش وند نؤ در مورد آلكانهايي به كار ميرود كه در انتهاي زنجير هيدرو كربن آنها سه گروه CH₃وجود داشته باشد.

انواع كربن و هيدروژن:اتم كربن را بر حسب تعداد پيوند با اتم هاي كربن ديگر به نوع اول دوم و سوم طبقه بندي مي كنند.هيدروژن هاي متصل به اتم هاي كربن نوع اول دوم و سومرا نيز به ترتيب هيدروژن نوع اول دوم وسوم مي نامند.

مسلم است كه به كربن نوع چهارم هيدروژن نمي تواند  متصل شود.پس هيدروژن نوع چهارم وجود ندارد مثلا نرمال بوتان دو اتم كربن نوع اول و دو اتم كربن نوع دوم شش اتم هيدروژن نوع اول و چهار اتم هيدروژن نوع دوم دارد.ايزو بوتان داراي سه اتم كربن نوع اول و يك اتم نوع سوم نه اتم هيدروژن نوع اول ويك اتم هيدروژن نوع سوم است.