از شیمی آموختم که ...

متنی زیبا و متفکرانه با دید علم شیمی به جهان هستی و زندگی

 

من از چرخش الکترون ها به دور هسته آموختم که کل جهان به دور مرکز هستی می چرخد و از حرکت پیوسته ذرات چه ارتعاشی چه انتقالی یا دورانی که ثبات و سکون در آفرینش راه ندارد و پیوسته در مسیر تغییر و تحول و تکامل هستیم.

از شیمی آموختم که هر چه فاصله ما از مرکز آفرینش و خالق هستی بیشتر باشد ما و نیستی ما آسانتر خواهد بود همانطوری که جدا کردن الکترون از دورترین لایه اتم آسانتر است.

از تلاش ذرات بی شعور برای پایدار شدن متعجب شدم و دریافتم که شعوری والا و اندیشه ای برتر در پس پرده هدایت گر نقش ها و طرح هاست از پیوند اتم ها برای پایدارشدن دریافتم که اتحاد در مرز پایداری است و از گازهای نجیب کامل شدن را رمز پایداری یافتم. 

از بحث واکنشهای چند مرحله ای و زنجیری آموختم که ما ذره های حد واسط مراحل زندگی هستیم که در یک مرحله واکنش متولد می شویم و در واکنشی دیگر می میریم و هدف آفرینش و خلقت فراتر از تولید و مصرف ماست..

از بحث تعادل های شیمیایی و واکنشهای برگشت پذیر آموختم که جهان تعادلی است پویا و دینامیک که گرچه در ظاهر خواص ماکروسکوپی ثابت و یا متغییری دارد اما در درون در تکاپو و فعال است.

و از شیمی آموختم که از دست دادن فرصت ها واکنش های برگشت ناپذیری هستند که تکرار انها میسر نخواهد بود.

از شبکه بلور جامد های یونی آموختم که با وجود تضادها می توان چنان گرد هم آمد و پیوستگی ایجاد کرد که شبکه ای مقاوم در مقابل دماهای ذوب بالا بوجود آید.

انواع محلول ها و روش های جداسازی مخلوط ها

در جدول زیر انواع محلول‌ها همراه با مثال آورده شده است.

حالت محلول	حالت اولیه اجزاء محلول	مثال‌ها
گاز	گاز در گاز	پروپان و بوتان(گاز آشپزخانه)، اکسیژن و هلیم(گاز تنفسی غواصان)
	مایع در گاز	عطر در هوا، رطوبت در هوا، بخار سمی برم در هوا، ابر و مه در هوا
	جامد در گاز	ذرات نفتالین در هوا، گردوغبار در هوا، دوده در هوا
مایع	گاز در مایع	اکسیژن در آب، گاز کربن‌دی‌اکسید در نوشابه
	مایع در مایع	الکل در آب، اسید استیک در آب (سرکه)
	جامد در مایع	قند در آب، نمک در آب، ید در الکل
جامد	گاز در جامد	هیدروژن در فلز نیکل یا پلاتین
	مایع در جامد	آب در بلور کات‌کبود، جیوه در فلز سدیم و نقره(ملغمه دندان‌پزشکی)
	جامد در جامد	فلز روی در مس، مس در طلا، کربن در آهن، (آلیاژ‌ها)

جداسازی مخلوط ها

مواد در نقطه ذوب و جوش تغییر حالت می دهند. که این ویژگی در جداسازی مخلوط ها بسیار اهمیت دارد. برای جداسازی ماده جامد محلول در آب می توان آب را تبخیر کرد. در این حالت ماده حل شده به صورت جامد در ته ظرف باقی می ماند. از این نکته که مواد از نظر نقطه جوش با هم تفاوت دارند، در جداسازی استفاده می شود. زیرا آنهایی که نقطه جوش پایین تری دارند زودتر تبخیر می شوند. اتیل الکل و آب با هم یک محلول تشکیل می دهند که الکل در آن دارای نقطه جوش پایین تری است. دمای جوش آب  ºC 100 و الکل ºC 78 است، بنابراین الکل زودتر تبخیر شده و جدا می شود. در مواد خالص در طول مدت زمانی که تغییر حالت می دهند، دما ثابت است. آب در فشار یک اتمسفر در ºC0 یخ می زند ودر دمای  ºC100 به جوش می آید.بنابراین در طول انجماد و جوشیدن آب دمای آن ثابت می ماند در صورتی که در محلول ها در طول تغییر حالتشان دما ثابت نمی ماند و مرتب تغییر می کند. این تغییر به صورت افزایش دمای جوش و کاهش نقطه انجماد با افزایش زمان نمایان می شود.

برای جداسازی ماده به صورت جامد از مخلوط آن از تفاوت در نقطه ذوب استفاده می شود. هرگاه چنین ترکیبی را در مقابل گرما قرار دهیم، ماده ای که دارای نقطه ذوب پایین تری باشد، به حالت مایع در می آید و ماده دیگر جامد می ماند. محلول های همگن جامد در مایع و مایع در مایع با استفاده از تفاوت در نقطه جوش آنها از هم جدا می شوند. برای جداسازی محلول های جامد در مایع از روش تقطیر ساده استفاده می شود. روش کار به این صورت است که در اثر حرارت دادن آن ، مایع تبخیر شده و با خروج از بالون تقطیر از دستگاه سرد کننده گذشته، متراکم می شود. مایع متراکم شده در پایان در ظرف دیگری جمع آوری می شود که به آن تقطیر شده می گویند. در ظرف اولیه ماده جامد باقی می ماند. به این ترتیب مخلوط همگن جامد در مایع از هم جدا می شود.

برای جداسازی مخلوط های همگن مایع در مایع نمی توان از روش تقطیر ساده استفاده کرد. به عنوان مثال اگر از این روش برای جداسازی اتیل الکل و آب استفاده شود، به دلیل آن که الکل دارای نقطه جوش کمتری است، ابتدا الکل بخار می شود و همراه آن نیز مقداری آب تبخیر می شود. بنابر این تقطیر شده دارای مخلوطی از الکل و آب است. برای خالص سازی اینگونه مخلوط ها از روش تقطیر پیچیده استفاده می شود. همان طور که می دانیدتفاوتی که این دو روش دارند وجود کلون فراکسیون در تقطیر پیچیده است.  برای افزایش سطح تماس معمولاً داخل کلون را با تکه خرده های شیشه پر می کنند. هنگام حرارت دادن مخلوط قسمت پایینی کلون دارای دمای بالا و بالای کلون دمای پایین تری دارد. هنگام بالا آمدن بخارات مخلوط، آن قسمت از بخارات که نقطه جوش بالاتری دارد، با برخورد به تکه خرده های شیشه موجود در کلون متراکم شده و به داخل ظرف تقطیر بر می گردند. ولی بخارات ماده ای که دارای نقطه جوش پایین تری است و تا قسمت بالای کلون پیشروی کرده اند، پس از گذشتن از دستگاه سرد کننده متراکم شده ودر داخل ارلن مایر به صورت تقطیر شده جمع آوری می شود. به این ترتیب ، از مخلوط الکل در آب، الکل خالص بیشتری به دست می آید.

همان طور که در آزمایش مشاهده می شود، مخلوطی شامل دو مایع را هنگامی که گرم می کنیم، مایعی که دمای جوش پایین تری دارد ابتدا شروع به جوشیدن می کند. تا زمانی که این مایع تمام شود، افزایش دمای محلول باقی مانده بسیار کم است به همین دلیل دما ثابت فرض می شود. پس از آن دما مجدداً افزایش می یابد و مایع دوم شروع به جوشیدن می کند و دما دوباره ثابت می ماند.  در طول جوشیدن مواد خالص، دما ثابت می ماند. در قسمت هایی که دما ثابت است، مایعات به صورت جداگانه در ظرف های مورد نظر جمع آوری شده و از همدیگر جدا می شوند.

مهمترین کاربرد تقطیر جزء به جزء در صنعت جداسازی نفت خام است که از آن محصولات متفاوت به دست می آید. نفت خام خارج شده از چاه های نفت به عنوان سوخت و یا به منظورهای دیگرمستقیماً قابل استفاده نیست. برای استفاده از آن باید آن را در ستون های مختلف و متعدد برج تقطیر نفت خام حرارت داد. ترکیبات به دست آمده هم به عنوان سوخت و هم به عنوان ماده اولیه در صنعت استفاده می شود.  این روش برای جداسازی مخلوط های مایع در مایع استفاده می شود.

مواد از نظر حالت فیزیکی به سه دسته جامد، مایع وگاز تقسیم می شوند. این مواد را می توان به دو دسته بزرگ مواد خالص و ناخالص (مخلوط) تقسیم کرد.

مواد خالص دارای جرم مخصوص ، حلالیت و نقطه ذوب و جوش معین است که از دیگر مواد براحتی قابل تشخیص است. اکثر مواددر طبیعت به صورت خالص وجود ندارند، بلکه به صورت مخلوط  یافت می شوند. بطور مثال هوا مخلوطی از گازهای نیتروژن، اکسیژن، کربن دی اکسید، آرگون و ... است.

بیشتر موادی که در زندگی روزمره ما جای دارند از منابع طبیعی بدست می آیند و همانطور که گفته شد، این مواد در طبیعت به  صورت مخلوط  یافت می شوند. از آنجا که هر کدام از اجزای تشکیل دهنده مخلوطها  دارای کاربردهای مختلف می باشند، جداسازی این مواد نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. مواد تشکیل دهنده مخلوطها ویژگی های خود را از دست نمی دهند و با روشهای الکتریکی ، مغناطیسی ، انحلال و نظایر آنها جدا می شوند. از کنار هم قرار گرفتن یک یا چند ماده بدون از دست دادن ویژگی های خود مخلوط به وجود می آید، بنابراین برای جداسازی مخلوطها  ابتدا باید ویژگی های مواد تشکیل دهنده را بدانیم.

مواد تشکیل دهنده مخلوطها از نظر نحوه پخش شدن به دو دسته تقسیم می شوند:

الف- همگن : ویژگی های این مخلوطها مانند هوا، آب نمک، آب گازدار و اتیل الکل در تمام سطح آنها به یک میزان پخش شده است و به آن محلول گفته می شود.

ب- ناهمگن : ویژگی های این مخلوطها مانند دوغ، آب وروغن زیتون در تمام سطح آنها به یک میزان پخش نشده است.

امولیسیون مخلوط مایع در مایع ، سوسپانسیون مخلوط جامد در مایع و آیروسل مخلوط گاز در جامد یا مایع است. از مخلوطهای گاز در جامد می توان دود و از مخلوطهای گاز در مایع مه را نام برد.

چند روش جدا سازی برای کلاس هشتم:

روش جداسازی	ویژگی مواد	وسیله جداسازی	مثال
صاف کردن استفاده از کاغذ صافی	ریز و درشت	صافی کاغذ صافی	آب و نشاسته
سرریز کردن	سبک و سنگین	قیف جدا کننده	آب و روغن
تبلور	جدا سازی یک جزء جامد از مایع	حرارت دادن	آب و نمک آب و شکر
تقطیر	تفاوت نقطه جوش دو مایع	دستگاه تقطیر	آب و الکل
گریز از مرکز	سبک و سنگین	دستگاه سانتریفوژ	چربی و شیر
انتشار ، تصفیه	سبک و سنگین  یا بزرگ و کوچک	دستگاه دیالیز	مواد محلول خون

جدول تناوبی عناصر (مندلیف)

جدول تناوبی عناصر (مندلیف) نمایشی نموداری (جدولی) از عناصر شیمیایی بوده که بر اساس افزایش عدد اتمی طراحی شده است. این جدول دارای 7 تناوب (دوره) و 18 گروه بوده که در آن عناصر با خواص مشابه در یک ستون و عناصر با تعداد یکسان الکترون در لایه آخر، در یک دوره (تناوب) قرار می گیرند.

تعداد 118 عنصر در جدول تناوبی قرار داشته که از این تعداد، 114 عنصر شناخته شده است. هر دوره با یک فلز قلیایی آغاز و به یک گاز بی اثر ختم می گردد، برخی از خواص عناصر جدول تناوبی به صورت متناوب و دارای روندی خاص هستند. عناصر موجود در جدول بر اساس خواص فیزیکی و شیمیایی شان به چند دسته طبقه بندی شده اند که عبارت است از:

1- فلزات قلیایی

2- فلزات قلیایی خاکی

3- فلزات واسطه داخلی

4- فلزات واسطه خارجی

5- شبه فلزات

6- فلزات ضعبف

7- هالوژن ها

8- گازهای نجیب

8 گروه عناصر اصلی را با پسوند A و 10 گروه فلزات واسطه خارجی را با پسوند B کد گذاری کرده اند.

دیمتری مندلیف

دیمتری مندلیف در 8 فوریه سال 1834 در سیبری به دنیا آمد و در 2 فوریه سال 1907 در سن پترزبورگ فوت کرد. او در سال 1856 تحصیلات آکادمیک خود را به پایان رساند و موفق شد در سال 1864 به درجه استادی انستیتو تکنولوژی سن پترزبورگ نائل شود و در سال 1865 استاد دانشگاه ایالتی سن پترزبورگ شد. او اولین کتاب خود را در زمینه اسپکتروسکوپی در سال 1861 نوشت. بیشترین معروفیت مندلیف به دلیل ارائه جدول تناوبی می باشد که در آن 63 عنصر شناخته شده را بر اساس وزن اتمی شان به شکل یک جدول تناوبی مرتب کرد و با عنوان اصول شیمی در سال 1869 به چاپ رساند.

تاریخچه جدول تناوبی عناصر

جدول تناوبی به شکلی که امروزه در دسترس می باشد، از ابتدا به این صورت نبوده و طی سال های بسیاری گسترش یافته است.

گرچه منابع، دیمتری مندلیف را اولین دانشمندی معرفی کردند که عناصر را بر اساس وزن اتمی شان به صورت جدول مرتب کرد اما تا قبل از آنچه مندلیف ارایه کرده بود، تاریخچه ای در این مورد وجود دارد که در زیر خلاصه ای از آن آورده شده است.

در سال 1669 بازرگان آلمانی و کیمیاگر مبتدی به نام Hennig Brand تلاش کردند سنگ فیلسوف را کشف کنند، چیزی که ظاهرا می توانست فلزات را به طلای خالص تبدیل کند. او اولین نفری بود که فسفر را کشف کرد. در سال 1680 Robert Boyle، نیز فسفر را کشف کرد و این عنصر به عموم شناخته شد.

در سال 1809 ، حداقل 47 عنصر کشف شده بود که دانشمندان سعی می کردند آنها بر اساس مشخصاتشان دسته بندی کنند.

در سال 1863 شیمیدان انگلیسی John Newlands ، عنصر کشف شده را بر اساس مشخصاتشان به 11 گروه تقسیم کرد.

در سال 1869 شیمیدان روسی Dimitri Mendeleev، بر اساس وزن اتمی عناصر را رده بندی کرد. او کشف سایر عناصر را نیز پیش بینی کرد و فضایی را برای آنها در جدول تناوبی خود در نظر گرفت.

در سال 1886 فیزیکدان فرانسوی Antoine Bequerel ، اولین بار رادیو اکتیویته را کشف کرد. Marie  و  Pierre Curie روی تابش اورانیم و توریوم تحقیق کردند و در  ادامه رادیم و پولونیم را کشف کردند.

در سال 1894 Sir William Ramsay و Lord Rayleigh گازهای نجیب را کشف کردند که به عنوان گروه 0 به جدول تناوبی اضافه شدند.

در سال 1897 فیزیکدان انگلیسی J. J. Thomson اولین بار الکترون (ذره با بار منفی در یک اتم) را کشف کرد.

در سال 1913 Bohr کشف کرد که الکترون ها به دور یک هسته با انرژی های مختلف می چرخند که آنها را اربیتال نامید. تابش در حین حرکت آنها از یک اربیتال به اربیتال دیگر ساتع می شود.

و در سال 1945 Glenn Seaborg لانتانیدها و آکتنیدها (عدد اتمی > 92) را شناسایی کرد که معمولا در زیر جدول تناوبی گذاشته می شوند.