آزمون شعله ؛ آزمایشی ساده و جذاب
در بین ما انسانها، مسئله ی تعیین و تشخیص هویت افراد که با انجام روش های قدیمی و جدید صورت می گیرد به محققان و کارآگاهان برای یافتن پاسخ سوالاتشان کمک شایانی می کند . همانطور که برخی ویژگی های انسانی مانند اثر انگشت و DNA برای هر شخصی منحصر به فرداست و حالت ویژه ای دارد . برای یک عنصر شیمیایی نیز ویژگی های خاصی وجود دارد که برای شناسایی آن می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
آزمون شعله یکی از روش های شناسایی مواد در علم شیمی است . از این آزمایش برای تشخیص برخی عنصرها ( معمولاًفلزها ) در مواد مختلف استفاده می شود . اساس این آزمون بر منحصر به فرد بودن طیف نشری عناصر مختلف بناگذاری شده است . برای انجام این آزمایش به سادگی می توان مقداری ازیک نمونه ی مجهول را در شعله ی چراغ گاز قرار داد و تغییر رنگ شعله را زیر نظر گرفت . در این مورد روشهای مختلفی برای قرار دادن نمونه ها در شعله آتش پیشنهاد شده است . مثلاً برای برداشتن نمونه ها می توان از یک سیم فلزی تمیز و بی اثر ( مانند طلا – پلاتین ) یا آلیاژ نیکل و کروم ، ( سیم نیکرومی) که انتهای آن به شکل حلقه پیچیده شده است ،استفاده کرد . یا اینکه نوک یک چوب باریک ، بلند و تمیز را خیس می کنند و مقدار کمی از نمونه را با کمک آن برداشته در شعله قرار می دهند .
چون عنصر سدیم جزء سازنده ی بسیاری از ترکیب ها و مخلوط هاست و رنگ شعله ی آن بر سایر رنگها غلبه می کند و به اصطلاح آنها را می پوشاند ، بنابراین برای رفع این مزاحمت و برای دیدن هرچه بهتر رنگ شعله سایر فلزها می توان از شیشه ی آبی کبالت به عنوان صافی استفاده کرد .
در جدول زیرفهرستی از رنگ شعله ی چند عنصر ارایه شده است . بهتر است هریک از آنها را هم خودتان در آزمایشگاه تجربه کنید و از یک ازمایش شیمی ساده ولی جذاب لذت ببرید.
نماد عنصر | نام | رنگ شعله |
As | آرسنیک | آبی |
B | بور | سبز روشن |
Ba | باریم | سبز مایل به زرد( مغز پسته ای) |
Ca | کلسیم | قرمز- نارنجی |
Cs | سزیم | بنفش کم رنگ |
Cu نمکهای غیر هالید | مس | سبز زمردی |
Cu نمکهای هالید | مس | آبی مایل سبز |
In | ایندیوم | آبی |
Li | لیتیم | قرمز لاکی ( قرمز سیر) |
K | پتاسیم | بنفش کم رنگ |
Mo | مولیبدن | سبز مایل به زرد |
Na | سدیم | زرد پررنگ |
P | فسفر | سبز مایل به آبی کم رنگ |
Pb | سرب | سبز کمرنگ |
Rb | روبیدیم | بنفش کم رنگ |
Sb | آنتیموان | سبز کمرنگ |
Se | سلنیم | آبی لاجوردی |
Sr | استرنسیم | قرمز سیر |
Te | تلوریم | سبز کمرنگ |
Tl | تالیم | سبز خالص |
Zn | روی | سبز مایل به آبی |
موتور هیدروژنی
موتورهای هیدروژنی عاملی برای حل مساله انرژی و محیط زیست
آیا سوخت پاک واقعیت است یا خیال و آیا روزی خواهد رسید که سوختی بی پایان در دست بشر قرار گیرد؟ اینها همه سوالاتی است که ذهن دانشمندان و مهندسان خودرو را به خود مشغول کرده است. اما این سوالات دیگر خیال نیست، بلکه ممکن است در چند دهه آینده به واقعیت نزدیک شود، اما این شاهکلیدی که دانشمندان به آن نزدیک شدهاند چیست؟
هیدروژن، یکی از فراوانترین عناصر در طبیعت است. سوختن هیدروژن با انرژی زیاد تنها خروجی آب را در پی دارد؛ پس آیا هیدروژن میتواند تمام مشکلات گذشته را حل کند؟ البته تکنولوژی چنین موتوری بسیار پیچیدهتر است و در حال حاضر، تاسیسات سوخترسانی چنین خودرویی نیز بسیار گران قیمت است.
اصلیترین گام را بی.ام.و برداشت
مهندسان بی.ام.و که در جهان اتومبیل به مهندسان تکنولوژی معروف هستند، رویای سوخت هیدروژنی را به واقعیت نزدیک کردهاند. متخصصان این شرکت هم اکنون مدل سری 5 خود را به موتور احتراق داخلی با سوخت هیدروژنی مجهز کردهاند و در گام بعدی، خودرویی را با شکل مسابقهای به موتور هیدروژنی تبدیل کردهاند.
مهندسان بی.ام.و خودرو هیدروژنی را با موتور H2R ساختهاند که با آرایش خورجینی و یا 12 سیلندر و بهکارگیری سوخت هیدروژن 285 اسب بخار قدرت تولید میکند. خودرو جدید بی.ام.و در آخرین رکوردگیری توانسته رکورد 302 کیلومتر بر ساعت را به دست آورد. موتور جدید H2R بر مبنای موتور احتراق داخلی بی.ام.و سری 7 ساخته شده که برای افزایش راندمان در این موتور از زمانبندی متغیر سوپاپها استفاده شده است.
به دلیل نوع سوخت هیدروژن و حالت گازی آن، تغییراتی در سیستم سوخترسانی این خودرو داده شده است.
بی.ام.و قصد دارد بر اساس تجربیات به دست آمده در مدل H2R، خودرویی بسازد که توانایی کارکرد با هیدروژن و بنزین را داشته باشد.
طراحان بهترین موتور هیدروژنی
خودرو هیدروژنی بی.ام.و به وسیله شرکت تکنوسنتز - از شرکتهای زیرمجموعه بی.ام.و - ساخته شده است.
یورگن کوبلر از مهندسان خبره آلمانی و مدیر پروژه H2R، اعتقاد دارد که در کوتاهترین زمان، بهترین خودرو هیدروژنی جهان ساخته شده است.
وی مدت ساخت نمونه بی.ام. و را تنها 10 ماه میداند و میگوید: "این کار سخت تنها با استفاده از سیستمهای شبیهساز رایانهای CAP قابل اجرا بود؛ به طوری که با استفاده از این روش در هزینه و وقت صرفهجویی بسیار شده است."
همچنین مهندسان بی.ام.و با استفاده از سیستمهای فنربندی و تعلیق رایج بی.ام.و زمان طراحی را کاهش دادهاند. موتور جذاب H2R بر مبنای مدرنترین و بزرگترین قوای محرکه بی.ام.و شکل گرفته است. این موتور چیزی نیست جز یک موتور 12 سیلندر V شکل شش لیتری که اولین موتور احتراق داخل تجاری هیدروژنی را پایهگذاری کرده است. مهمترین تغییراتی که در اجزای ساختمانی این موتور به نظر میرسد، نوع تزریق سوخت هیدروژن است. البته نوع فولادی که برای محفظه احتراق ساخته شده هم بسیار جالب است. آلیاژهای به کار رفته در این موتور از اسرار بی.ام.و است.
تفاوت احتراق بنزین و هیدروژن
مهمترین تفاوت بین موتور احتراق داخلی بنزینسوز و هیدروژنی در ذات این دو سوخت است. هیدروژن تحت فشار هوای طبیعی سریعتر از سوخت معمولی مشتعل میشود، اما دمای احتراق آن اندکی کمتر از بنزین است. در داخل موتور سرعت احتراق بالای مخلوط هیدروژن و هوا دمای بیشتری در مقایسه با یک موتور بنزینی تولید میکند. بنابراین، باید زمانبندی سوخت بنزین تغییر کند و جرقه باید زمانی زده شود که بهترین فشار در نقطه مرگ بالای پیستون شکل گیرد. یکی از مزایای قابل توجه فشار احتراق بالاتر از مخلوط هیدروژن و هوا، تولید قدرت بیشتر از مقدار انرژی است که در یک موتور بنزینی مصرف میشود و این یعنی موتور هیدروژنی بازده و کارایی بیشتری دارد.
سوخترسانی فوق مدرن
سوخت هیدروژن همان اندازه که پاک است، خطرناک نیز هست و به همان اندازه ذخیره آن پیچیده است. به همین دلیل، مهندسان بی.ام.و برای ساخت یک خودرو هیدروژنی با سد بزرگی رو به رو بودهاند.
در خودرو H2R بیش از 11 کیلوگرم هیدروژن مایع در یک مخزن عایقبندی شده ذخیره میشود. در مجموع برای حفظ ایمنی ساخت در تمام شرایط، سه عدد سوپاپ مخصوص روی مخزن سوخت قرار گرفته است. یکی از این سوپاپها با رسیدن فشار هیدروژن به میزان 4.5 بار باز میشود و دو سوپاپ دیگر نیز برای جلوگیری از خطر نشت هیدروژن از مخزن به بیرون در نظر گرفته شده است و دمای آن نیز پائین نگه داشته میشود. جالب این که هیدروژن به سختی مایع میشود و باید این گاز را در حرارت 150 درجه زیر صفر با فشار بالا قرار داد تا بتوان آن را مایع کرد؛ پس نوع مخزن ذخیرهسازی هیدروژن هم بسیار پیچیده خواهد بود. حفظ ایمنی این مخزن پیچیدهتر است، زیرا در صورت انفجار، به راحتی محلهای را به هوا خواهد برد.
سوپاپهای اضافی فشار گاز در لولههای سوخترسانی به موتور و میزان جابهجایی هیدروژن از داخل مخزن به سمت بیرون را کنترل میکنند. با مشاهده کوچکترین نشت، فشار هیدروژن به 0.4 بار کاهش یافته و سوپاپهای تامین سوخت به طور خودکار جریان هیدروژن را قطع میکنند.
برای حفظ فشار مناسب در سوپاپهای تزریق، سیستم مدیریت موتور، فشار هیدروژن در لولههای مربوطه را به 1.2 بار کاهش میدهد. چهار سنسور نیز در نقاط خطرناک و حساس نصب شده و پس از هرگونه نشت در سیستم اخطار میدهند.
فناوری سوپاپهای پیشرفته
در موتور جدید هیدروژنی بی.ام.و از فناوری والوترینک بهرهگیری شده است. این سیستم که نام تجاری آن VANOS است دو مزیت دارد: تغییر زمانبندی سوپاپها و میزان بلند شدن و برخاستن سوپاپها. این سیستم منحصر به فرد برای متخصصان بی.ام.و برای کنترل عملکرد سوپاپها است و میزان بلند شدن سوپاپها را نیز مشخص میکند. این کار از طریق یک اهرم واسط بین میل سوپاپ و دو سوپاپ ورودی روی هر سیلندر انجام میشود و یک میله خارج از مرکز نیز به وسیله یک موتور برق به حرکت درمیآید.
آینده منتظر هیدروژن
به گزارش ایسنا، استفاده از سوختهای فسیلی احتمالا در 100 سال آینده، اندک اندک کنار گذاشته خواهد شد. آلودگی این سوختها مشکلساز هستند و اگر مهندسان بتوانند از هیدروژن در موتور خودروها استفاده کنند، مشکل انرژی و آلودگی حل خواهد شد؛ چرا که تنها نتیجه سوختن هیدروژن با اکسیژن، آب است، اما هنوز راه زیادی باقی است. شاید بعید به نظر برسد؛ عنصر هیدروژن که به گفته بسیاری از دانشمندان دومین عنصر طبیعت از نظر فراوانی است، به سختی تهیه و سختتر از آن ذخیره میشود؛ حال باید دید دانشمندان چگونه از هیدروژن استفاده میکنند و چگونه کلید استفاده از معدن هیدروژن در خودروها پیدا خواهد شد.
تعاریف اولیه از شیمی دارویی
شیمی دارویی ، جنبهای از علم شیمی است که درباره کشف ، تکوین ، شناسایی و تغییر روش اثر ترکیبات فعال زیستی در سطح مولکولی بحث میکند و تاثیر اصلی آن بر داروهاست، اما توجه یک شیمیدان دارویی تنها منحصر به دارو نبوده و بطور عموم ، دیگر ترکیباتی که فعالیت زیستی دارند، باید مورد توجه باشند. شیمی دارویی ، علاوه بر این ، شامل جداسازی و تشخیص و سنتز ترکیباتی است که میتوانند در علوم پزشکی برای پیشگیری و بهبود و درمان بیماریها بکار روند.
سیر تاریخی شیمی دارویی
آغاز درمان بیماریها با دارو ، در قدمت خود محو شده است. اولین داروها منشاء طبیعی داشته و عمدتا از گیاهان استخراج میشدند و برای درمان بیماریهای عفونی بکار رفتهاند. قرنها پیش از این ، چینیها ، هندیها و اقوام نواحی مدیترانه ، با مصارف درمانی برخی گیاهان و مواد معدنی آشنا بودهاند. به عنوان مثال ، برای درمان مالاریا از گیاه چهانگشان(Changshan) در چین استفاده میشد. اکنون ثابت شده است که این گیاه ، حاوی آلکالوئیدهایی نظیر فبریفوگین است.سرخپوستان برزیل ، اسهال و اسهال خونی را با ریشههای اپیکا که حاوی آستن است، درمان میکردند. اینکاها از پوست درخت سین کونا ، برای درمان تب مالاریا استفاده میکردند. در سال 1823 ، کینین از این گیاه استخراج شد. بقراط در اواخر قرن پنجم قبل از میلاد استفاده از نمکهای فلزی را توصیه کرد و درمانهای طبی غرب را نزدیک به 2000 سال تحت نفوذ خود قرار داد.
تاریخ معرفی شیمی دارویی به عنوان علم
اولین فارماکوپه در قرن 16 و قرنهای بعد منتشر شد. گنجینه عوامل دارویی سرشار از داروهای جدید با منشاء گیاهی و معدنی معرفی شدند. در اواخر قرن 19 ، شیمی دارویی با کشف "پل ارلیش" که او را پدر شیمی درمانی جدید مینامند، در ارتباط با اینکه ترکیبات شیمیایی در برابر عوامل عفونی ویژهای از خود سمیت انتخابی نشان میدهند، دچار یک تحول شگرف شد.در همین دوران ، "امیل فیشر" ، نظریه قفل و کلید را که یک تغییر منطقی برای مکانیسم عمل داروها بود، ارائه داد. تحقیقات بعدی ارلیش و همکارانش ، منجر به کشف تعداد زیادی از عوامل شیمی درمانی جدید شد که از آن میان ، آنتی بیوتیکها و سولفامیدها ، از همه برجستهتر بودند.
جنبههای بنیادی داروها
سازمان بهداشت جهانی ، دارو را به عنوان « هر مادهای که در فرایندهای دارویی بکار رفته و سبب کشف یا اصلاح فرایندهای فیزیولوژیک یا حالات بیماری در جهت بهبود مصرف کننده شود. » تعریف نموده است و فراوردههای دارویی را تحت عنوان « یک شکل دارویی که حاوی یک یا چند دارو همراه با مواد دیگری که در فرایند تولید به آن اضافه میشود. » معرفی میکند.
شکل داروها
بسیاری از داروها ، حاوی اسیدها و بازهای آلی میباشند. دلایل متعددی مبنی بر اینکه این ترکیبات در داروسازی و پزشکی باید به فرم نمک مصرف شوند، عبارتند از :
· اصلاح خصوصیات فیزیکوشیمیایی ، مانند حلالیت ، پایداری و حساسیت به نور و اثر بر اعضاء مختلف
· بهبود نواحی زیستی از طریق اصلاح جذب ، افزایش قدرت و گسترش اثر
· کاهش سمیت
کاربرد داروها
داروها بر اساس مقاصد خاصی بکار میرود که عبارتند از :
1. تامین مواد مورد نیاز بدن ، مثل ویتامینها
2. پیشگیری از عفونتها ، مثل سرمهای درمانی و واکسنها
3. سمیتزدایی ، مانند پادزهرها
4. مهار موقتی یک عملکرد طبیعی ، مانند بیهوش کنندهها
5. تصحیح اعمالی که دچار اختلال شدهاند و ... .
فعالیت زیستی داروها
عملکرد داروها در سه مرحله مشاهده میشود :
· تجویز دارو (فروپاشی شکل دارویی مصرف شده)
· سینتیک دارو (جذب ، توزیع ، متابولیسم و دفع دارو)
· نحوه اثر دارو (پدیدههای شیمیایی و بیو شیمیایی که باعث ایجاد تغییرات زیستی مورد نظر میشوند.)
(1) شیمی هسته ای
هدف از مطالعه ی شیمی هسته ای فراگیری اصول ساختمان هسته اتم و بررسی کاربرد رادیو ایزوتوپ ها در شیمی می باشد.
رادیو اکتیویته:نشر اشعه ها و تابش هایی نظیر α ٬ β٬ ץ از یک هسته است. برای اولین بار این بحث توسط دانشمندی به نام بکرل در سال ١٨٩٦ کشف شد.او روی ترکیبات اورانیم کار می کرد این ترکیبات تابش از خود نشر می کنند و می توانند از مواد عبور کنند و روی فیلم عکاسی تاثیر بگذارند. دانشمندانی مثل پیر کوری و ماری کوری به این نتیجه رسیدند که تابش هایی از نمک اورانیم به دست آمده حاصل فرایندهای هسته ای است و این فرایندها ویژگی هسته اتم است و ارتباطی به حالت شیمیایی یا فیزیکی آن ندارد.
دانش هسته ای : علم مطالعه ی خواص و تغییر در هسته های اتمی است. نقطه ی آغازین این دانش کشف بکرل است. پیر کوری و مادام کوری نیز توانستند رادیم را جدا کنند. دانش هسته ای از دو جنبه بحث می شود بحث تﺋوریک و کاربردی ،کاربردی مثل بحث انرژی ٬تشخیص و درمان پزشکی وبحث جنگی و اما حوادث در راکتورهای اتمی و تاثیر تشعشعات رادیواکتیویته بر روی انسان و موجودات بحث مفید بودن دانش هسته ای را زیر سوال می برد.
انواع تابش ها : نوکلئون به هسته که دارای ذرات بنیادی است گفته می شود. منظور از نوکلﺌوﺋید اتم می باشد. تابش α : هسته+ ² He (هلیم دو بار مثبت ) تابش α است . فرم کلی واکنش پرتوزا :A..........>E+X+B. A:نوکلوئید مادر ٬ B: نوکلوئید دختر ٬ X: انواع تابش ها یا ذرات نشر شده ٬ E : انرژی . تمام تابش هایی که بحث می کنیم قدرت نفوذ در ماده را دارند اما این قدرت برای هر کدام متفاوت است. قدرت نفوذ در α کم است چون سنگین تر و درشتر است اما در همان حدی که نفوذ می کند یون ایجاد می کند. چون ذره ی+² Hе دارای بار مثبت است توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی می تواند منحرف شود.
معادله هسته ای :
در یک معادله هسته ای دانش هسته ای را در یک فرم کوتاه نشان می دهیم. Po..........> He +Q+ Pb (پلونیم) ٬ Q:انرژی٬ نشر α باعث می شود نسبت نوترون به پروتون افزایش یابد.واحد جرم اتم amuمی باشد که برابر با ٥∕٩٣١ مگا الکترون ولت است. تمام ذرات α و همین طور پرتو ץ انرژی خاصی دارند اما همه ی ذرات β دارای انرژی یکسانی نیستند.
تابش β : الکترون ( نگاترون ) که جرم بسیار کمی دارد. مثال: P .........> β+S قدرت نفوذ تابش β از ذره ی α بیشتر است. نشر β همراه با نشر ذره ی دیگری به نام آنتی نوترینو ט است که در واقع انرزی ذرات β بین این دو توزیع می شود. دو دلیل عمده ی نشر دو ذره به طور همزمان : ١ ) بقای انرژی از انجا که توزیع پیوسته برای انرژی داریم و بیشتر ذرات ß ٤٠٪ انرژی ماکسیمم β هستند پس بایستی ذره ی دیگری هم در سیستم وجود داشته باشدکه آن هم انرژی متغیری را حمل کند. ٢ ) دلیل اسپینی مقدار عدد کوانتومی اسپین برای پروتون ٬ نوترون و الکترون ٢/١ است . در تبدیل نوترون به پروتون n...........> ט+β+P در اینجا اسپین دو طرف باید ثابت باشد در طرف چپ اسپین ٢/١ و در طرف راست پروتون اسپین ٢/١و β هم اسپین ٢/١ پس باید ذره ی دیگری نیز وجود داشته باشد که اسپین ٢/١- داشته باشد که این همان آنتی نوترینو (ט) است.
تابش ץ : معمولا نشر اشعه ی گاما بعد از نشر الفا و بتا توسط یک نوکلﺋوﺋید رادیواکتیو ساطع می شود.علت: در یک تجزیه ی رادیواکتیو ، هسته ای که حاصل می شود از نظر انرژی در یک حالت تهییجی قرار دارد در این صورت وقتی می خواهد به حالت پایه برگردد این حالت همراه با نشر اشعه ی گاما است. تابش های گاما جزو تابش های الکترومغناطیسی هستند و ذره نیستند. دارای طول موج بسیار کوتاه و انرژی زیاد هستند و قدرت نفوذ آنها در ماده بسیار زیاد می باشد. نوکلﺋون ها (ذرات بنیادی ) در هسته در سطوح انرژی مستقل یا مجزایی قرار دارندبرای آنها حالت پایه و حالت برانگیخته وجود داردانها می توانند انرژی جذب کنند و به مدارهای بالاتر بروند که در آنجا کم ثبات هستند که این حالت را با m نشان می دهند.
خواص تابش های رادیواکتیو: چرا برخی هسته ها رادیواکتیواند و برخی نیستند ؟اگر تعداد نوترون ها به طور نسبی بیشتر باشد هسته رادیواکتیو است.
تغییر شیمیایی : برای یک واکنش شیمیایی 0 > ΔG از لحاظ تر مو دینامیکی خود بخودی است علاوه بر این در یک واکنش رادیو اکتیو تغییر انرژی مهم است یعنی 0 > ΔE و 0 > ΔM که این ها باعث خودبخودی شدن تجزیه رادیو اکتیو است .
واکنش های هسته ای :ما می توانیم در برخی موارد خودمان باعث ایجاد واکنش هسته ای شویم که به آن واکنش های هسته ای القایی یا مصنوعی یا دگردیسی های هسته ای می گویند که در اثر برخورد یک ذره به هسته ایجاد می شود.واکنش هسته ای خود به خودی : U...........> He+Th ، ( اعداد جرمی :٢٣٨ : U -٢٣٤ :Th – ٤ :He )
واکنش هسته ای مصنوعی: n+N........> H+C در اینجا n نوترون حرارتی است.در مثالی دیگر α+N...........> O+Pدر این واکنش اکسیژن با عدد جرمی ١٧ می باشد.فرم کلی واکنش طبق قرارداد به صورت o (P ̦٫ α ) N نوشته می شود ، o : هسته ی محصول ،P :ذره ی نشر شده، α : ذره ی برخورد کننده ، N : هسته ی هدف می باشد.
مقایسه ی بین واکنش های شیمیایی با واکنش های هسته ای : در واکنش های شیمیایی تغییرات در خارج از هسته صورت می گیرداتم ها به وسیله ی شکسته شدن وتشکیل پیوندها تجدید ارایش می کنند تنها الکترون های اوربیتالی درگیرند انرژی آزاد شده مقادیر نسبتا کمی دارد سرعت واکنش ها به وسیله ی شرایط تجربی تحت تاثیر قرار می گیرند و واکنش های معمول هستنددر حالی که در واکنش های هسته ای تغییرات در هسته صورت می گیرد نوکلﺋونها تجدید آرایش کرده و به هسته ی دیگری تبدیل می شوند پروتون ها نوترون ها و دیگر ذرات بنیادی درگیرند انرژی آزاد شده دارای مقادیر عظیم هستند سرعت واکنش ها به طور طبیعی تحت تاثیر شرایط تجربی نظیر دما فشار و یا کاتالیزور قرار نمی گیرند و واکنش های نادری هستند.
امید وارم که این پست نظرتونو جلب کرده باشه منتظر پست های بعدی شیمی هسته ای باشید.....