کربن فعال چیست؟

کربن اکتیو به گروهی از مواد کربنی با پوکی و سطح داخلی بالا اطلاق می‌شود که به‌دلیل مساحت داخلی قابل توجه، ساختار پوک و منفذی، ظرفیت جذب بالا، قابلیت فعال‌سازی مجدد سطح و همچنین قیمت پائین در مقایسه با جاذب‌های غیرآلی مانند زئولیتیک، مادهٔ منحصربه‌فردی می‌باشند. کاربرد مهم و قابل اهمیت آنها در جداسازی بو، رنگ، مزه‌های غیردلخواه از آب در عملیات‌های خانگی و صنعتی، بازیافت حلال، تصفیه هوا به‌ویژه در رستوران‌ها، صنایع غذائی و شیمیائی می‌باشد.

کربن فعال از پیرولیز موادکربنی از قبیل چوب، زغال‌سنگ ، هسته یا پوسته میوه‌ها مانند پوسته نارگیل حاصل می‌گردد و در مراحل بعدی تحت عملیات فعال‌سازی قرار می‌گیرد. پیرولیز موادکربنی، بدون حضور هوا، باعث تخریب مولکول‌های غیرآلی می‌شود که یک ماده پودری کربنی از آن ایجاد خواهد شد. جسم تولیدشده دارای سطح ویژه و تخلخل بالایی می‌باشد. سه فرایند اصلی برای فعال سازی کربن در نظر گرفته می شود: 1- فعال‌سازی با بخار 2- فعال‌سازی با دی اکسید کربن 3- فعال‌سازی شیمیایی

در میان سه روش بالا فعال‌سازی با بخار بهترین گزینه به لحاظ زیست محیطی و اقتصادی است درحالی‌که فعال‌سازی شیمیایی بیشترین سطح و تخلخل را حاصل می‌کند.

در واقع می توان گفت کربن فعال نوعی پودر زغال خالص است که بر اثر حرارت کلیه مواد فرار ان خارج شده ودارای خلل وفرج در ساختار خود است که می تواند به عنوان جاذب برخی مواد گازی یا مواد سمی و داروهای شیمیایی بشود و یک کاربرد ان این است که شخصی که با خوردن تعدادی قرص قصد خودکشی داشته و قرص در معده اش حل شده با کربن اکتیو ی که در اب حل کرده اند به او می دهند چون مقداری از دارو جذب کربن می شود وجذب بدن نمی شود.

در تصفیه آب برای جذب برخی از ذرات معلق ومواد بودار اب که مزه وطعم اب را تغییر می دهد هم کاربرد دارد. ماده اولیه تهیه کربن فعال زغال چوب یا کک است.

نمونه ای از واکنش گرماده و قانون اول ترمودینامیک در سوسک توپچی

سوسک بمب افکن حشره ای است که تحقیقات زیادی درباره آن انجام شده است. ویژگی قابل توجه ای که این حشره دارد این است که از روشهای شیمیایی برای محافظت از خود در برابر دشمنان استفاده می کند. این نوع سوسک در غدد دفاعی خود دارای 4،1- بنزن دی اُل (هیدروکینون)، و هیدروژن پراکسید می باشد. . این ترکیب در محفظه جداگانه ای که محفظه ذخیره شده نامیده می شود قرار می گیرد. این قسمت به قسمت دومی متصل است که محفظه انفجار نامیده می شود. این دو قسمت توسط عضله تنگ شونده از یکدیگر جدا شده اند. هنگامی که حشره ها با خطر مواجه می شوند، درحالی که به طور همزمان عضله های تنگ شونده را شل می کنند، ماهیچه های محفظه انفجار را که احاطه کرده است فشرده و باعث می شود تا مواد شیمیایی موجود در اتاق ذخیره، به سمت اتاق انفجار منتقل شود.در اینجا آنزیمی باعث یک واکنش انفجاری شده سبب تجزیه هیدروژن پراکسید شده که در اثر آن کینون ، اکسیژن و گرمای زیادی تولید می کند. تبخیر صورت می گیرد. بخار رها شده و گاز اکسیژن فشار را بر روی دیواره های محفظه انفجار می بندند و این ماده شیمیایی به سمت دشمن از طریق دریچه ای که به بیرون از بدن سوسک منتهی می شود پرتاب می گردد. این ماده شیمیایی با شدت ۵۰۰ پالس بر ثانیه و دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد از بدن این جاندار خارج می شود.(گرمای واکنش به ازای ترشح هر گرم ماده J 1479 می باشد).

برای دید فیلم اینجا کلیک کنید.

انرژی شبکه بلور و عوامل موثر بر آن

تغییر آنتالپی مربوط به تراکم یون های مثبت و منفی برای یک شبکه بلوری را انرژی شبکه گویند. از عوامل موثر بر انرژی شبکه می توان گفت: 1-  بار2- شعاع یونها3- نوع شبکه

منیزیم اکسید مانند سدیم کلرید است یعنی مکعب مراکز وجوه پر و آلومینیوم اکسید در شکل آلفا دارای شبکه ی اچ سی پی از یونهای اکسید است که دو سوم حفره های هشت وجهی به وسیله کاتیون ها اشغال شده اند.با وجود اینکه انرژی شبکه آلومینیم اکسید بیشتر از منیزیم اکسید است ولی چون شبکه بلور منیزیم اکسید متراکم تر است نقطه ذوب آن بیشتر از آلومینیم اکسید است.

مقایسه انرژی شبکه پتاسیم فلورید و سدیم برمید برای دانش آموزان کار ساده ای نیست. در این مورد چون بار یونها برابر است اگر دانش آموز شعاع یونها را داشته باشد می تواند با جمع شعاع یونی در یابد که کدام شبکه چگالی بار بالاتری دارد. به طور مثال در این مورد با توجه به این که شعاع فلوئور پایین است دریابد که انرژی شبکه آن بیشتر است.

در غالب مواقع اثر بار بیشتر از شعاع است اما موارد استثنا هم وجود دارد

انرژی شبکه Ca3N2کمتر از CaF2 هست. بار آنیونNاز آنیون Fبیشتر است  اما شعاعش هم بیشتراست . در اینجا عامل دیگری در انرژی شبکه موثر است. هر چه چگالی بار بیشتر باشد انرژی شبکه بلور بیشتر است  بار به حجم مساوی چگالی بار را بدست می دهد. در اینجا اندازه یون نیترید خیلی بزرگتر از یون فلوئورید است و  شبکه بلور کلسیم کلرید هم انباشته تر باشد

در مورد کلسیم نیترید یکی از دلایل کمتر بودن انرژی شبکه اینست که قطبش پذیری یون نیترید زیاد است و پیوند کمی کوالانسی می شود وکاملا جاذبه یونی قوی نیست ونقطه ذوب کمتر می شود.

 کلسیم نیترید بعلت بزرگ بودن یون نیترید نمی تواند بلور با این فشردگی کلسیم فلوئورید بسازد

چگالی کلسیم نیترید 2.67 و چگالی کلسیم فلویورید 3.18 است. نقطه ذوب کلسیم نیترید1195 و کلسیم فلویورید2533 است.

معمولا انرژی شبکه با دمای ذوب و جوش هماهنگ است اما گاهی مشاهده می شود که این دو هماهنگ عمل نمی کنند به طور مثال انرژی شبکه آلومینیوم اکسید بیش تر از منیزیوم اکسید است اما دمای ذوب منیزیوم اکسید بالاتر است. برای توجیه این پدیده دو عامل را می توان بیان کرد.

1-     می توان گفت در الومینیم اکسید قطبش پذیری یون اکسید بوسیله یون الومینیم بیشتر رخ می دهد از قدرت یونی کم شده و خصلت کووالانسی افزایش می یابد و نقطه ذوب کمتر می شود.

پاولینگ معتقد بوده که دمای ذوب هالیدهای لیتیم با انچه پیش بینی می شده هماهنگ نیست و معتقد بوده که لیتیم یون کوچکی است(همانند الومینیوم ) و به دلیل چگالی بالا یونهای هالید را پلاریزه می کند و در واقع پیوندها کووالانسی می شوند و به طور کامل یونی نیستند.

2-     اما عامل دوم موثر بیان شده این است که وقتی یون های مثبت و منفی کنار هم قرار میگیرند به دلیل شعاع کوچک کاتیون یون های منفی به هم نزدیک شده و بر هم دافعه وارد می کنند و این باعث کاهش دمای ذوب می شود.

در اینجا سه عامل درگیر است ۱- بار یون ها یکی نیست ۲- اندازه یونها یکی نیست ۳-شبکه بلور یکی نیست  پس نمی توان گفت این سه عامل همسو هستند.

در مبحث تعیین انرژی شبکه، مثالهای دیگری هم هست که دوعامل بار و شعاع یون هماهنگ عمل نمی کنند. پس ما نمیتونیم پیش بینی دقیقی داشته باشیم و فقط می توانیم درصورت آگاهی از کمتر یا بیشتر بودن مقدار انرژی شبکه، آن را توجیه کنیم.

چه عواملی بر زاویه پیوندی میان اتمها تاثیر دارند؟

پیوند ها از همپوشانی اوربیتال های اتمی خالص یا هیبریدی تشکیل می شوند و این اوربیتال ها در راستاهای مشخصی که بایکدیگر زاویه معینی تشکیل می دهند قرار دارند( بقا توجه به نظریه هیبریداسیون  یا نظریه دافعه جفت الکترونهای لایه ظرفیت ) ، پس بین راستاهای پیوند هایی که از همپوشانی آنها تشکیل می شود ، نیز زوایای معینی وجود خواهد داشت که اصطلاحا زوایای پیوندی ( زاویه بین پیوند ها ) نامیده می شود .

در موردزوایای پیوندی ما چند عامل را موثر می دانیم: 1- هیبریداسیون اتم مرکزی2 -اندازه اتم مرکزی 3-اندازه اتم های اطراف 4-تاثیرزوج الترونهای روی اتم مرکزی5 -اثر مرتبه پیوند6- قطبیت پیوند

 قاعده بنت بیان می کند که زمانی که اتم های الکترونگاتیو اتم مرکزی باشند چون الکترون ها را به سمت خود می کشند پس زوایا بازتر می شود مثلا H2O , H2S در این دو زوایای اب بیشتر است اما زمانی که اتم الکترونگاتیو اتم جانبی باشد الکترون ها را به سمت خود می کشد پس زوایا بسته تر می شود مثلا در مولکولهای OSF2، OSCl2 زوایای بین فلوئور و گوگرد بسته تر از زوایای بین کلر و گوگرد است. در ضمن اتم های سنگین تر کمتر تمایل به هیبرید شدن دارند و حدود زوایا به 90 نزدیکتر است مثلا زوایای اب 104 درجه است اما زوایای هیدروژن سولفید 92 درجه است. البته مطمئنا سایر عواملی ذکر شده در بالا نیز موثرند. در این زمینه کتاب شیمی معدنی میسلر فصل 3 در مورد ساختارها و زوایا توضیحاتی را بیان کرده است.در ضمن در خصوص برخی از موارد ذکر شده قبلا در وبلاگ در پست های قدیمی تر مطالبی نگاشته شده است.

 

در این شکل چند واحد فرمولی نمک طعام دیده میشود؟

شکل زیر نماینده یک سلول واحد نمک طعام است که نوع شبکه مکعبی با وجوه مرکز پر است که در گوشه ها یک یون کلر و در وسط وجوه هم یون کلر داره و یونهای سدیم هم در مرکز و وسط یالها قرار می  گیرد. از این رو ۸ یون کلر در گوشه ها که سهم هر سلول ۱/۸ میشه و۸× ۱/۸=۱ می شود ویکی در وسط هر وجه وچون شش وجه داریم که هر وجه بین دو سلول واحد مشترک است پس ۶×۱/۲ =۳ که جمعا چهار یون کلر داریم و برای یون سدیم یکی در مرکز داریم که متعلق به سلول واحد است وشراکتی نیست و دوازده یال داریم که در چهار سلول اطراف مشترک هستند پس ۱۲×۱/۴=۳ وبنابرین چهار یون سدیم داریم ودر نتیجه ۴ واحد فرمول NaCl داریم.

پلاستیک ها

آشنایی با صنعت پلاستیک 

پلاستیک محصولی است که به منظورهای مختلفی بکار می رود. پلاستیک ممکن است سخت یا نرم باشد شفاف یا مات باشد.می تواند شبیه چوب یا چرم یا ابریشم بنظر آید.می تواند در ساخت اسباب بازی یا دریچه های قلب بکار رود.در حال حاضر بیش از 10000 نوع پلاستیک مختلف وجود دارد.

 

پلاستیک چیست؟ 

مواد خام اولیه برای تهیه پلاستیک عبارتند از نفت و گاز .این سوخت های فسیلی بعضا با اکسیژن و کلر برای ساخت انواع پلاستیک ترکیب می شوند.خیلی از چیزهایی که می خرید در پوششها و بسته بندی های پلاستیکی عرضه می شوند .شما هم احتمالا هر بسته ای را باز می کنید بعد از مصرف جعبه یا ظرف پلاستیکی اش را بدون توجه دور می اندازید.اما اگر همه این جعبه ها و ظروف پلاستیکی را جمع آوری کنیدچه اتفاقی می افتد؟در عرض یک ماه چه مقدار مواد زائد پلاستیکی مانند بطری نوشابه کیسه پلاستیکی و خودکار خالی جمع می کنید؟

برای دیدن ادامه مطلب اینجا کلیک کنید.

قرص برنج

قرص برنج از جنس الومینیم فسفید است ویک توده جامد سخت است اگر بر اثر زمان داخل برنج با رطوبت هوا ویا رطوبت برنج واکنش داده و گاز فسفین خارج و گرد الومینیم هیدروکسید باقی می ماند که هبچ خطری ندارد.

AlP(s) +H2O (g)  ---> Al (OH)3 (s) + PH3(g)

اگر قرص برنج روی لایه پنبه گذاشته شود و داخل برنج ها قرار گیردو روی برنج ها را پلاستیک بکشیم تا گاز متصاعد شده موجودات داخل برنج را از بین ببرد . بعد از خروج گاز آلومینیم هیدروکسید به شکل پودر لابلای پنبه در داخل برنج باقی می ماند.و در موقع اب کشیدن وشستن برنج حتی اگر کمی از ان باقی مانده باشد با اب واکنش می دهد وخطری متوجه کسی نیست.

نکات ایمنی : گاز فسفین ناشی از قرص برنج شدیدا سمی بوده وباعث مسمومیت و مرگ افراد در معرض آن می شود . چندی پیش حادثه مسمومیت زائران عربستانی در مشهد که منجر به مسمومیت تعدادی و مرگ 4 نفر شد نمونه ای از خطرات استفاده از قرض برنج در مبارزه با حشرات و لارو آنها است.

قرص برنج که اسم علمی آن «قرص فسفید آلومینیوم» و اسم فرنگی آن «سلفوس» است، ماده‌ای است با ترکیب فسفید که به‌صورت قرص‌های 3گرمی، به رنگ خاکستری تیره در بسته‌های استوانه‌ای، به میزان 10 قرص در هر بسته عرضه شده و با قیمتی نازل فروخته می‌شود.

این قرص خاصیت تصعید (تبدیل جامد به بخار) دارد و در اثر این تصعید، گاز فسفین یا ph3 آزاد می‌کند و گاز آزاد شده سبب می‌شود لارو یا حشرات در دانه‌های غلات به‌ویژه غلات انبار شده از بین برود. هر قرص برنج در مجاورت با رطوبت برنج حدود 400 ppm ا (part per milion) گاز فسفین آزاد می‌کند.

اگر در فضای مناسبی حدود5 -3 ppm فسفین آزاد شود قابل استشمام خواهد بود که بویی بسیار نامطبوع همچون ماهی گندیده دارد. اگر میزان گاز متصاعد شده به حدود 50
تا 100 ppm برسد استشمام آن هم خطرآفرین می‌شود.

وقتی انسان این قرص را می‌خورد در محیط معده که رطوبت و اسید معده وجود دارد، قرص به سرعت تصعید شده و گاز فسفین آزاد می‌کند که از طریق سلول‌ها جذب می‌شود و به سلول‌های قلبی، ریوی و انتهای عروق سرخرگی( سرخرگ‌های ریز) آسیب وارد می‌کند و به سرعت انسان را دچار اختلالات کبدی، کلیوی، تنفسی، شوک، نارسایی قلبی و افت شدید فشار و کما می‌کند.

اگر تخلیه معده ظرف یک ساعت پس از مصرف این قرص مهلک شروع شود، شانس حیات وجود دارد، در غیر این صورت حتی نصف قرص هم کشنده خواهد بود. مرگ در ساعات اولیه به خاطر افت فشار و در ساعات بعدی درنتیجه نارسایی‌های کلیه و کبد رخ می‌دهد. این قرص هیچ فایده‌ای جز کنترل حشرات و از بین بردن آنها ندارد و هیچگونه علائم نشاط‌انگیز یا توهم‌زایی ایجاد نمی‌کند و انرژی زا هم نیست، بلکه قرصی بسیار کشنده با بوی نفرت‌انگیز است که ظرف چند ساعت پس از مصرف می‌تواند انسان را از پا درآورد.

خصلت کوالانسی پیوند در آهن ۳ اکسید بیشتر است یا در آهن ۲ اکسید؟

در یونهای مثبت یک اتم هر چه بار مثبت یا عدد اکسایش یون مثبت افزایش یابد ان یون در مواجهه با یونهای منفی قدرت باز پس گیری الکترون بیشتری دارد یعنی قطبش کننده تر است وخصلت پیوند کوالانسی تر میشود پس Fe2O3 کوالانسی تر است.

حفاظت اهن از خوردگی حفاظت کاتدی

حفاظت آندی نوعی حفاظت است که برای فلزاتی که از حالت فعال به غیر فعال تبدیل می شوند انجام می دهند در این روش لایه محافظی بر روی فلز تشکیل می شود که از خوردگی جلوگیری می کند در این روش پتانسیل را کاهش می دهیم و قطب منفی منبع را به فلز وصل می کنند. حفاظت آندی را برای فلزات خاصی می توان انجام داد که نمودار اکتیو- پسیو دارند و پر هزینه تر از حفاظت کاتدی می باشد.

 حفاظت آندی از جمله روشهای کنترل خوردگی است که با استفاده از تغییر پتانسیل سطح صورت می گیرد. با نگه داشتن پتانسیل فلز در محدوده روئین بوسیله اعمال جریان خارجی سطح فلز یا آلیاژ در برابر محیط روئین شده و تحت حفاظت قرار می گیرد. خوردگی و حفاظت نمونه های فولاد ساده کربنی در اسید سولفوریک با غلظت های بالا در دماهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بوسیله اطلاعات بدست امده از آزمایش های پلاریزاسیونتانسیواستاتیک (E-Log i) ومنحنی های پتانسیواستاتیک (I-t) اثر پارامترهای زمان، پتانسیل، غلظت و دما بر روی حفاظت آندی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با کاهش غلظت (از 98 درصد به 92 درصد) و افزایش دما سرعت خوردگی، افت نهایی جریان در پتانسیل حفاظت زیاد شده است. ترکیب شیمیایی لایه روئین بوسیله E.D.A.X , X.R.D نیز مورد بررسی قرار گرفته است. ترکیب لایه بصورت سولفات آهن با مقداری آب تبلور متفاوت (در غلظت های مختلف) می باشد.

برای دیدن ادامه بحثاینجا کلیک کنید

عدد کوانتومی مغناطیسی اسپینی

الکترون در اتم ، علاوه بر این که تحت تاثیر نیروی جاذبه هسته ، به دور آن می‌‌چرخد، دارای یک حرکت چرخشی به دور خود نیز می‌‌باشد. این نوع چرخش را اصطلاحا اسپین الکترون می‌‌گویند. «اسپین» واژه انگلیسی (Spin) است که به معنای چرخش می‌‌باشد.

می‌‌دانیم که کره زمین دارای دو نوع حرکت وضعی و انتقالی است. حرکت انتقالی آن به دور خورشید بوده و حرکت وضعی به دور خودش می‌‌باشد. هر یک از این دو نوع حرکت ، دارای اندازه حرکت زاویه‌ای مخصوص به خود هستند که در مورد حرکت انتقالی ، اندازه حرکت زاویه‌ای مداری و در مورد حرکت وضعی ، اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی می‌‌گویند، بدیهی است که اندازه حرکت زاویه‌ای کل برابر با مجموع این دو اندازه حرکت است.

تائید تجربی اسپین الکترون

اگر مدلی را در نظر بگیریم که زمین فقط یک نقطه مادی باشد، انتساب تکانه زاویه‌ای به آن بی‌معنی خواهد بود، اما در مدل دیگری که زمین را با ابعاد محدود در نظر می‌‌گیریم، وجود اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز امکان پذیر است. لذا اگر این قضیه را در مورد مدل اتمی ‌بوهر بکار ببریم، با این فرض که الکترون یک بار نقطه‌ای نبوده، بلکه یک کره کوچک فرض شود، در این صورت الکترون علاوه بر اندازه حرکت زاویه‌ای مداری دارای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز خواهد بود.

بنابراین باید جابجایی در ترازهای انرژی اتمها و نیز در طول موج خطوط طیفی که از اتمها گسیل می‌‌شود، ظاهر شود که مربوط به اسپین الکترون باشد. در طیف سنجهای دقیق چنین جابجائی‌هایی دیده شده‌اند. این نوع آزمایشها و نیز شواهد تجربی دیگر نشان می‌‌دهند که الکترون ، تکانه زاویه‌ای و گشتاور مغناطیسی دارد که به حرکت آن بر مدار پیرامون هسته مربوط نبوده، بلکه به ذات ذره مربوط است .

 

ویژگیهای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی

تکانه زاویه‌ای یا اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی الکترون را با S نشان می‌‌دهند. مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، این کمیت نیز کوانتیده است. بنابراین در میدان مغناطیسی ، S هر جهتی را اختیار نمی‌‌کند و فقط مجاز است در جهتهایی قرار گیرد که مولفه آن در امتداد میدان مغناطیسی (اگر میدان مغناطیسی در جهت z فرض شود) ، مضرب 2/1+ یا 2/1- داشته باشد.

اسپین الکترون در مکانیک کوانتومی

در مکانیک کوانتومی ‌که تابع موج جانشین مدارهای بوهر می‌‌شود، ارائه تصویری از چرخش الکترون غیر ممکن است. اگر توابع موج الکترون را مانند توده‌های ابری تصور کنیم که پیرامون هسته قرار گرفته‌اند، می‌‌توان تعداد بی‌شماری پیکان بسیار کوچک را در نظر مجسم کرد که در درون توده ابری پراکنده‌اند و همگی در یک راستا ، z+ یا z- ، امتداد هستند. البته آنچه گفته شد یک تصور خیالی است و امیدی به دیدن ساختار اتمی ‌وجود ندارد. چون ابعاد آن هزاران مرتبه از طول موجهای نورمریی کوچکتر است. همچنین برهمکنش فوتونها با اتم ، ساختاری را که رویت آن مورد نظر است را بشدت تغییر می‌‌دهد.

در هر حال ، مفهوم اسپین الکترون با آزمایشهای متعدد تجربی مورد تائید قرار گرفته است و در مکانیک کوانتومی ‌برای مشخص کردن عدد کوانتومی ‌جدیدی به نام عدد کوانتومی ‌اسپینی الکترون در نظر گرفته می‌‌شود.

حرکت اسپینی دو حالت دارد و ما یکی را در جهت ساعت و دیگری عکس جهت ساعت در نظر می گیریم.

حرکت اسپینی توصیف خاصیت مغناطیسی حاصل از حرکت الکترون حول محور خود است . اسپین یکی از ویژگی های بنیادی ذرات زیراتمی است که معادل کلاسیک ندارد و یک خاصیت کوانتومی بشمار می‌آید. نزدیک ‌ترین خاصیت کلاسیک به اسپین اندازه‌ حرکت زاویه‌ای است.ت.

مطابق تفسیر بور و هایزنبرگ از تابع موج الکترون، اسپین الکترون قبل از اندازه گیری ، ترکیبی احتمالی از هر دو حالت ممکن است.و به هنگام اندازه گیری است که یکی از دو مقدار 2/1+ و 2/1- را اخنیار می کند.

مثال عملی از اثبات وجود اسپین الکترون توسط اشترن گرلاخ برای جداسازی اتمهای نقره در فاز بخار و در حضور یک میدان مغناطیسی بود