X
تبلیغات
شیمی آزمایشگاهی - شیمی آلی

کربن

*          کربن عنصری شیمیائی در جدول تناوبی است، با نشان C و عدد اتمی ۶. کربن عنصری غیر فلزی و فراوان، چهارظرفیتی ودارای سه آلوتروپ می‌‌باشد:

*          الماس (سخت‌ترین کانی شناخته شده)

*          گرافیت(یکی از نرم‌ترین مواد)

*          Covalend bound sp1 orbitals are of chemical interest only

فولریت (فولرین ها، مولکولهایی در حد بیلیونیوم متر هستند که در شکل ساده آن، 60 اتم کربن یک لایه گرافیتی با ساختمان 3 بعدی منحنی، شبیه به روروئک (روروئکی که قسمت جلوی آن مانند چوب اسکی خم شده)، تشکیل می‌‌دهند .

دوده چراغ از سطوح کوچک گرافیت تشکیل شده. این سطوح بصورت تصادفی توزیع شده، به همین دلیل کل ساختمان آن همسانگرد (ایزوتروپیک) است.

چنین کربنی همسانگرد و مانند شیشه محکم است. لایه‌های گرافیت آن مانند کتاب مرتب نشده اند، بلکه مانند کاغذ خرد شده می‌‌باشند.

الیاف کربن شبیه کربن شیشه‌ای می‌‌باشند. تحت مراقبتهای ویژه (کشیدن الیاف آلی و کربنی کردن) می‌توان لایه‌های صاف کربن را در جهت الیاف مرتب کرد. هیچ لایه کربنی در جهت عمود بر محور الیاف قرار نمی‌گیرد. نتیجه الیافی با استحکام بیشتر از فولاد می‌‌باشد . کربن در تمامی جانداران وجود داشته و پایه شیمی آلی را تشکیل می‌‌دهد.همچنین این غیرفلز ویژگی جالبی دارد که می‌تواند با خودش و انواع زیادی از عناصر دیگر پیوند برقرار کند(تشکیل دهنده بیش از ده میلیون ترکیب).در صورت ترکیب با اکسیژن تولید دی اکسید کربن می‌کند که برای رویش گیاهان، حیاتی می‌‌باشد.در صورت ترکیب با هیدروژن ترکیبات مختلفی بنام هیدرو کربنها را بوجود می‌‌آورد که به شکل سوختهای فسیلی، در صنعت بسیار بنیادی هستند. وقتی هم با اکسیژن و هم با هیدروژن ترکیب گردد ،گروه زیادی از ترکیبات را از جمله اسیدهای چرب را می‌‌سازند که برای حیات و استر، که طعم دهنده بسیاری از میوه‌ها است، ضروری است.ایزوتوپ C-14 به طور متداول در سن یابی پرتوزایشی کاربرد دارد.

 

ویژگیهای کربن کربن

کربن به دلایل زیادی قابل توجه است. اشکال مختلف آن شامل یکی از نرم‌ترین (گرافیت) و یکی از سخت‌ترین (الماس) مواد شناخته شده توسط انسان می‌‌باشد. افزون بر این، کربن میل زیادی به پیوند با اتمهای کوچک دیگر از جمله اتمهای دیگر کربن، داشته و اندازه بسیار کوچک آن امکان پیوندهای متعدد را بوجود می‌‌آورد. این خصوصیات باعث شکل گیری ده میلیون ترکیبات کربنی شده است .ترکیبات کربن زیر بنای حیات را در زمین می‌‌سازند و چرخه کربن نیتروژن قسمتی از انرژی تولید شده توسط خورشید و ستارگان دیگر را تأمین می‌کند.

کربن در اثر مهبانگ (انفجار بزرگ آغازین) حاصل نشده، چون این عنصر برای تولید نیاز به یک برخورد سه مرحله‌ای ذرات آلفا (هسته اتم هلیم) دارد. جهان در ابتدا گسترش یافت و به چنان به سرعت سرد شد که امکان تولید آن غیر ممکن بود. به هر حال، کربن درون ستارگانی که در رده افقی نمودار H-R قرار دارند، یعنی جائی که ستارگان هسته هلیم را با فرایند سه گانه آلفا به کربن تبدیل می‌کنند، تولید شد



کاربردها

کربن بخش بسیار مهمی در تمامی موجودات زنده است و تا آنجا که می‌‌دانیم بدون این عنصر زندگی وجود نخواهد داشت(به برتر پنداری کربن مراجعه کنید).عمده‌ترین کاربرد اقتصادی کربن، فرم هیدروکربنها می‌‌باشد که قابل توجه‌ترین آنها سوختهای فسیلی، گاز متان و نفت خام است.نفت خام در صنعت پتروشیمی برای تولید محصولات زیادی از جمله مهم‌ترین آنها بنزین، گازوئیل و نفت سفید بکار می‌رود که از طریق فرآیند تقطیر در پالایشگاهها بدست می‌‌آیند. از نفت خام مواد اولیه بسیاری از مواد مصنوعی، که بسیاری از آنها در مجموع پلاستیک نامیده می‌شوند، شکل می‌گیرد.

دیگر کاربردها :

*          ایزوتوپ C-14 که در 27 فوریه 1930 کشف شد در سن یابی کربن پرتوزا مورد استفاده است.

*          گرافیت در ترکیب با خاک رس به‌عنوان مغز مداد بکار می‌رود.

*          الماس جهت تزئین ونیز در مته‌ها و سایر کاربردهایی که سختی آن مورد استفاده است کاربرد د ارد.

*          برای تولید فولاد، به آهن کربن اضافه می‌کنند.

کربن در میله کنترل در واکنشگاه‌های اتمی بکار می‌رود.

*          گرافیت به شکل پودر و سفت شده به‌عنوان ذغال چوب برای پخت غذا ،در آثار هنری و موارد دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

*          قرصهای ذغال چوب در پزشکی که به صورت قرص یا پودر وجود دارند برای جذب سم از دستگاه گوارشی مورد استفاده اند.

خصوصیات ساختمانی و شیمیایی فولرن به شکل ریزتیوب کربن، کاربردهای بالقوه امیدوار کننده‌ای در رشته در حال شکل گیری نانوتکنولوژی ذارد

تاریخچه

کربن (واژه لاتین carbo به معنی زغال چوب) در دوران پیشاتاریخ کشف شد و برای مردم باستان که آن را از سوختن مواد آلی در اکسیژن ضعیف تولید می‌‌کردند، آشنا بود.(تولید [زغال چوب]]).مدت طولانی است که [الماس] به‌عنوان ماده‌ای زیبا و کمیاب به حساب می‌آید. فولرن ،آخرین آلوتروپ شناخته شده کربن در دهه 80 به‌عنوان محصولات جانبی آزمایشات پرتو مولکولی کشف شدند.

آلوتروپها

تاکنون چهار شکل گوناگون از کربن شناخته شده است: غیر متبلور(آمورف)، گرافیت، الماس و فولرن .

کربن در نوع غیر بلورین آن اساسا گرافیت است اما بصورت ساختارهای بزرگ بلورین وجود ندارد.این شکل کربن، بیشتر بصورت پودر است که بخش اصلی موادی مثل ذغال چوب و سیاهی چراغ (دوده) را تشکیل می‌‌دهد. در فشار و دمای اتاق کربن به شکل گرافیت پایدارتر است که در آن هر اتم با سه اتم دیگر بصورت حلقه‌های شش وجهی- درست مثل هیدروکربنهای معطر - به هم متصل شده اند. هردو گونه شناخته شده از گرافیت، آلفا (شش ضلعی) و بتا (منشور شش وجهی که سطوح آن لوزی است) خصوصیات فیزیکی همانند دارند تنها تفاوت آنها در ساختار بلوری آنها می‌‌باشد. گرافیتهای طبیعی شامل بیش از 30% نوع بتا هستند در حالیکه گرافیتهای مصنوعی تنها حاوی نوع آلفا می‌‌باشند. نوع آلفا از طریق فرآوری مکانیکی می‌تواند به بتا تبدیل شود و نوع بتا نیز براثر دمای بالای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد دوباره بصورت آلفا بر می‌گردد.

گرافیت به سبب پراکندگی ابر pi هادی الکتریسیته است. این ماده نرم بوده و ورقه‌های آن که اغلب به‌وسیله اتمهای دیگر تفکیک شده اند، تنها به‌وسیله نیروهای وان در والس به هم چسبیده‌اند به گونه‌ای که به راحتی یکدیگر را کنار می‌‌زنند.

در دما و فشارهای خیلی بالا کربن به صورت الماس پایدار است که در آن هر اتم با چهار اتم دیگر پیوند دارد.الماس ساختار مکعبی همانند سیلسیم و ژرمانیم دارد و (به سبب نیروی پیوندهای کربن کربن) با نیترید بور هم‌الکترون(BN) در کنارهم بوده و سخت ترین جسم از نظر مقاومت در برابر سایش به شمار می‌رود. تبدیل الماس به گرافیت در حرارت اتاق به قدری کند است که محسوس نیست. در برخی شرایط کربن به شکل لونسدالیت (lonsdalite) متبلور می‌شود که مشابه الماس ولی شش ضلعی است. فولرین ساختاری مثل گرافیت دارد اما بجای بخش‌های تماما" شش ضلعی، حاوی پنج ضلعیها (یا احتمالا" هفت ضلعیهای) اتمهای کربن نیز می‌‌باشند که ورقه را به شکل کره، بیضی یا استوانه بوجود می‌‌آورند. ویژگیهایی از فولرین با نام فولرین باکمینستر (buckminsterfullerene) هم نامیده می‌شوند هنوز بخوبی بررسی نشده اند. اینگونه ساختار را به گونه کوتاه شده، گلوله‌های باکی (buckyballs) هم نامیده اند. کل نامگان فولرین برگرفته از نام باکمینستر فولر (Buckminster Fuller)، توسعه دهنده گنبد میله‌ای می‌‌باشد که از ساختار گلوله‌های باکی تقلید کرد

پیدایش

تقریبا" ده میلیون ترکیبات کربنی که برای دانش شناخته شده‌اند وجود دارد که هزاران نوع آنها در فرآیندهای حیاتی و واکنشهای آلی بسیار مهم اقتصادی، ضروری می‌‌باشند.این عنصر به مقدار فراوان در خورشید، ستارگان، ستاره‌های دنباله دار و نیز در جو بیشتر سیارات یافت می‌شود.بعضی از شهابسنگها حاوی الماسهای میکروسکپی هستند که در زمانیکه منظومه شمسی هنوز یک دیسک گازی شکل بود شکل گرفته اند.کربن به صورت ترکیب با سایر عناصر در جو زمین وجود دارد و در همه گونه آب حل می‌شود.کربن به همراه مقادیر کمتر کلسیم، منیزیم و آهن، عنصر اصلی سازنده جرم زیادی از سنگ کربنات (سنگ آهک، دولمیت، سنگ مرمر و ...) می‌‌باشد. این عنصر در صورت ترکیب با هیدروژن تولید ذغال سنگ، نفت خام و گاز طبیعی می‌کند که آنها را هیدرو کربن می‌‌نامند. گرافیت به مقدار فراوان در نیویورک و تکزاس، امریکا، روسیه، مکزیک، گرینلند و هند یافت می‌شود. الماس طبیعی در کیمبرلیت معدنی موجود درچینه‌ها یا ستونهای سنگهای آذرین یافت می‌شوند.بیشترین الماس در افریقا بویژه افریقای جنوبی، نامیبیا، بوتسوانا، جمهوری کنگو و سیرالئون وجود دارد. همچنین کانادا، قسمت‌های قطبی روسیه، برزیل و بخش‌های غربی و شرقی استرالیا دارای الماس می‌‌باشد.

ترکیبات غیر آلی

معروف‌ترین اکسید کربن، دی اکسید کربن (CO2) است که به مقدار کمتری در اتمسفر زمین وجود دارد. این اکسید توسط موجودات زنده، و برخی موارد دیگر تولید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. آب مقدار کمی اسید کربنیک تولید می‌کند اما دی اکسید کربن مانند بیشتر ترکیباتی که دارای پیوندهای ساده چندگانه با اکسیژنهای روی یک کربن هستند، ناپایدار است. به هر حال، از طریق این واسطه، یونهای کربنات با تشدید تثبیت شده، بوجود می‌‌آیند. تعدادی از مواد معدنی مهم، کربناتها هستند که معروف‌ترین آنها کلسیت است. دی سولفید کربن، (2 CS)، هم مانند آن می‌‌باشد.

اکسیدهای دیگر آن، مونوکسید کربن (CO) و زیراکسید (suboxide) نادر C3O2 هستند.مونوکسید کربن که گازی بی رنگ و بی بو است به‌وسیله اکسیده شدن ناقص بوجود می‌آید.هر یک از این مولکولها دارای یک پیوند سه گانه و نسبتا" قطبی هستند که ناشی از تمایل به یک پیوند دائمی با مولکولهای هموگلوبین می‌‌باشد به طوریکه این گاز بسیار سمی است. سیانید (CN-) دارای ساختار و رفتاری بسیار شبیه به یون هالید بوده و نیترید سیانوژن (CN2) نیز به آن مربوط است .

کربن با فلزات قوی، کاربید C- , و یا استیلید C22- ; بوجود می‌‌آورد که با متان و استیلن همراه بوده و هر دوی آنها اسیدهای به طور باور نکردنی پائتیک اسید هستند. در کل ،کربن با الکترو نگاتیوی 5/2 به تشکیل پیوندهای کووالانسی تمایل دارد. تعداد کمی از کاربیدها مثل کربوراندوم و Sic، که شبیه الماس می‌‌باشند، بصورت شبکه‌های کوالانسی هستند

زنجیره کربن

در ساختار اتمی هیدروکربنها، گروهی از اتمهای کربن (اشباع شده با اتمهای هیدروژن) تشکیل یک زنجیره می‌‌دهند.روغنهای فرار زتجیره‌های کوچک تری دارند.چربیها دارای زنجیره‌های بلندتر و پارافینها زنجیره‌هایی بی‌اندازه بلندی دارند                  

 


برچسب‌ها: کربن, ویژگیهای کربن, تاریخچه کربن, آلوتروپها کربن, زنجیره کربن

تاريخ : یکشنبه هشتم مهر 1386 | 20:20 | نویسنده : هادی کسائی |

نوترون

تاریخچه

از آنجا که اتمها از نظر الکتریکی خنثی هستند، تعداد الکترونها و پروتونها در هر اتم بایستی برابر باشند. برای توجیه جرم کل اتمها ، ارنست رادرفورد در 1920 وجود ذراتی بدون بار را در هسته اتم مسلم دانست. چون این ذرات بدون بارند، تشخیص و تعیین خواص آنها مشکل است.

ولی در 1932 جیمز چادویک نتیجه کارهای خود را درباره اثبات وجود این ذرات که نوترون (از واژه لاتین به معنای خنثی) نامیده می‌شوند، منتشر کرد. او توانست با استفاده از داده های بدست آمده از بعضی از واکنشهای هسته‌ای مولد نوترون ، جرم نوترون را محاسبه کند. چادویک با در نظر گرفتن جرم و انرژی تمامی ذراتی که در این واکنشها مصرف و تولید می‌شوند، جرم نوترون را محاسبه کرد.

معادله واکنش نوترونی

 گسیل نوترون برای اولین بار در سال 1932 در ضمن بمباران بریلیم با ذرات ‏آشکار شد. درنتیجه گیراندازی ذره آلفا توسط هسته بریلیم ، هسته کربن ‏تشکیل و نوترون گسیل شد. بعدها شمار زیادی ‏واکنشهای هسته‌ای کشف شد که نوترون آزاد می‌کردند

انواع نوترون‏

·         نوترونهای سرد                                                                              

·         نوترونهای کند نوترونهای حرارتی

·         نوترونهای تند نوترونهای سریع

·         نوترونهای فوق سریع نوترونهای نسبیتی

چشمه تولید نوترون

برای بدست آوردن نوترون مثل سابق واکنش ذره آلفا با بریلیم معمول ‏است. حتی اکنون نیز آمپولهای محتوی آمیزه ای از ماده پرتوزای آلفا و گرد ‏بریلیم بعنوان چشمه تراکم نوترون بکار می‌رود. چنین چشمه نوترونی ‏را در نزدیکی اتاقک ابر ویلسون در حال کار قرار می‌دهیم که در آن لایه ‏نازکی از ماده محتوی هیدروژن مثلاً پارافین قراردارد.
روی عکسی که از این اتاقک گرفته شود، ردهایی مشاهده می‌شود که از ‏این لایه خارج می‌شوند. چنانکه می‌توان از روی جنس یونش پی برد که ‏اینها ردهای پروتون هستند. تمام ردها به طرف جلو هستند. آنها با پرتونهایی ‏ایجاد شده‌اند که بعلت برخورد نوترونهای تند گسیل شده از چشمه از ‏لایه خارج شده اند. خود نوترونها که از اتاقک می‌گذرند ردی ندارند.
بنابراین ، نوترونها یونش ‏قابل ملاحظه‌ای تولید نمی‌کنند، یعنی برخلاف ذرات باردار آنها با الکترونها ‏عملاً اندر کنش ندارند. نوترونها با گذر از میان ماده فقط با هسته های اتمی ‏اندرکنش می‌کنند. ولی نظر به اینکه اندازه هسته‌ها خیلی کوچک است، ‏برخورد نوترونها با آنها خیلی بندرت صورت می‌گیرد

آشکارسازی باریکه نوترونی

برای اینکه نوترون یک ذره خنثی می‌باشد، از مکانیزمهای آشکارسازی ذرات باردار نمی‌توان برای آشکار سازی نوترون استفاده کرد. اخیرا دانشمندان بکمک آشکارسازهای کوانتومی ، تداخل سنجهای نوترونی ، اسپکترومتر جرمی کوانتومی ، برخوردهای ذرات بنیادی ، بمباران نوترونی مواد و نیز واکنشهای هسته‌ای از جمله واکنش زنجیری شکافت نوترونها را آشکارسازی نموده اند.

 


برچسب‌ها: نوترون, معادله واکنش نوترونی, انواع نوترون‏, چشمه تولید نوترون, آشکارسازی باریکه نوترونی

ادامه مطلب
تاريخ : جمعه دوم شهریور 1386 | 21:26 | نویسنده : هادی کسائی |

پیوند یونی

پیوند یونی نوعی از پیوند شیمیایی است که برپایه نیروی الکترواستاتیک بین دو یون با بار مخالف شکل می‌گیرد.

ترکیبات یونی متشکل از تعداد زیادی آنیون و کاتیون هستند که با طرح معین هندسی در کنار هم قرار گرفته‌اند و یک بلور بوجود می‌آورند. هر بلور ، به سبب جاذبه‌های منفی ـ مثبت یونها به هم ، نگهداشته شده است. فرمول شیمیایی یک ترکیب یونی نشانه ساده‌ترین نسبت یونهای مختلف برای به وجود آوردن بلوری است که از نظر الکتریکی خنثی باشد.

ماهیت یون

وقتی اتم‌ها به یون تبدیل می‌شوند، خواص آنها شدیدا تغییرمیکند. مثلا مجموعه‌ای از مولکولهای برم قرمز است. اما یونهای در رنگ بلورماده مرکب هیچ دخالتی ندارند. یک قطعه سدیم شامل اتم‌های سدیم‌ نرم است. خواص فلزی دارد و بر آب به شدت اثر می‌کند. اما یونهای در آب پایدارند.

مجموعه بزرگی از مولکولهای کلر ، گازی سمّی به‌رنگ زرد مایل به سبز است، ولی یونهای کلرید مواد مرکب رنگ ایجاد نمی‌کنند و سمّی نیستند. به همین لحاظ است که یونهای سدیم و کلر را به صورت نمک طعام می‌توان بدون ترس از واکنش شدید روی گوجه فرنگی ریخت. وقتی اتم‌ها به صورت یون در می‌آیند، ماهیت آنها آشکارا تغییر می‌کند

خواص مواد مرکب یونی

رسانایی الکتریکی : رسانایی الکتریکی مواد مرکب یونی مذاب به این علت است که وقتی قطب‌هایی با بار مخالف در این مواد مذاب قرار گیرد و میدان الکتریکی برقرارشود، یونها آزادانه به حرکت در می‌آیند. این حرکت یونها بار یا جریان را از یک‌جا به جای دیگر منتقل می‌کنند. در جسم جامد که یونها بی‌حرکت‌اند و نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند، جسم خاصیت رسانای الکتریکی ندارد.


سختی : سختی مواد مرکب یونی به علت پیوند محکم میان یونهای با بار مخالف است. برای پیوندهای قوی انرژی بسیاری لازم است تا یون‌ها از هم جدا شوند و امکان حرکت آزاد حالت مذاب را پیداکنند. انرژی زیاد به معنی نقطه جوش بالا است که خود از ویژگی‌های مواد مرکب یونی است.


شکنندگی : مواد مرکب یونی شکننده‌اند. زیرا که ساختار جامد آنها آرایه منظمی از یونهاست. مثلا ساختار سدیم کلرید (NaCl) را در نظر بگیرید. هرگاه یک سطح از یونها فقط به فاصله یک یون در هر جهت جابجا شود، یونهایی که بار مشابه دارند درکنار یکدیگر قرار می‌گیرند و یکدیگر را دفع می‌کنند و چون جاذبه‌ای در کار نیست بلور می‌شکند. سدیم کلرید را نمی‌توان با چکش کاری ، به ورقه‌های نازک تبدیل کرد. با چنین عملی بلور نمک خرد و از هم پاشیده می‌شود.

گروههای حاوی پیوند یونی

عناصرگروه IA (فلزات قلیایی) یعنی Li ، Na ، K ، Rb ، Cs ، هر یک به ترتیب یک الکترون بیشتر از گازهای نجیب ، (He ، Kr ، Ne ، Ar ، Xe) دارند. اگر هر یک از این فلزات از هر اتم یک الکترون از دست بدهند، جزء باقیمانده آرایش الکترونی گاز نجیب متناظر خود را پیدا می‌کند. مثلا ، Li یک الکترون والانس در آرایش حالت پایه دارد. از دست دادن یک الکترون موجب می‌شود که Li ساختار الکترونی He را پیداکند. یک اتم Li که فقط دو الکترون و سه پروتون داشته باشد، بار +۱ خواهد داشت.

یک اتم باردار مانند یا یک گروه از اتم‌های باردار ، مانند گروه سولفات را یون می‌گویند.

عناصر گروه IIA (فلزات قلیایی خاکی) هریک دو الکترون والانس دارند. پس برای اینکه mg ، ca ، sr ، ba ساختار گاز نجیب را به دست آورند اتم‌های هرعنصر باید دو الکترون از دست بدهند. از دست رفتن دو الکترون موجب می‌شود که دو پروتون در هسته خنثی نشده بماند. پس هر یون بار +۲ خواهد داشت. برای جدا شدن سومین الکترون لازم است جفت الکترونهای تراز اصلی با انرژی پایین‌تر شکسته شود. این امر انرژی زیادتری می‌خواهد. جداشدن الکترونها از فلزات و تشکیل یونهای مثبت حاصل از آنها را می‌توان به راههای مختلف ترسیم کرد.

پس جدا شدن یک الکترون از یک اتم معین جداشدن الکترونهای بعدی به ترتیب مشکلتر می‌شود. زیرا با از دست رفتن هر الکترون بار مؤثر زیادتری می‌شود و الکترونهای باقیمانده را محکمتر نگاه می‌دارد. بطور خلاصه یونهای مثبت وقتی تشکیل می‌شوند که اتم‌های فلزی یک الکترون (گروهIA) دو الکترون (گروهIIA) و یا سه الکترون (گروهIIIA) به اتم‌های غیر فلزی می‌دهند. یونهای حاصل آرایش الکترونی یکسان با یک گاز نجیب دارند.

عناصر گروه VIIA (هالوژنها) یونهای مثبت در حضور یونهای منفی پایدار می‌شوند. خنثی شدن بار ، هر دو نوع یون را پایدار می‌کند. یونهای منفی پایدار ، از اتم‌هایی که شش یا هفت الکترون والانس دارند، تولید می‌شوند. اینگونه اتم‌ها آنقدر الکترون بدست می‌آورند تا ساختار گاز نجیب را پیدا کنند. مثلا اتم‌های عناصر گروه VIIA (هالوژن‌ها) هفت الکترون والانس دارند و هر یک ، یک الکترون می‌خواهند تا آرایش الکترونی یک گاز نجیب را پیدا کنند.

اگر اتم‌های F ، Cl ، Br ، I هر یک ، یک الکترون بدست آورند، یونهای حاصل یعنی ، ، ، به ترتیب آرایش الکترونی را خواهند داشت.

عناص گروه VIA (گروه اکسیژن) اتم عناصر (VIA) برای رسیدن به ساختار الکترونی یک گاز نجیب هریک دو الکترون نیاز دارند. اضافه شدن دو الکترون به هر اتم ، سبب تولید می‌شود. روند به دست آوردن الکترون توسط غیرفلزات ، مانند از دست دادن الکترون توسط فلزات را می‌توان به راههای متفاوت ترسیم کرد. بطور خلاصه غیرفلزات یک ، دو ، یا سه الکترون از فلزات می‌گیرند و یون منفی ایجاد می‌کنند.

این یونهای منفی همگی الکترونهای والانس جفت شده و آرایش هشت الکترونی پایدار گازهای نجیب را دارند.

فرمول شیمیایی مواد مرکب یونی فرمول شیمیایی یک ماده مرکب از لحاظ الکتریکی خنثی است. خنثی بودن الکتریکی مستلزم آن است که شمار بارهای مثبت و منفی در بلور ماده مرکب برابر باشند. دو برای هر ، سه یون برای دو یون Al^۳+ و الی آخر. در بلور نمک طعام یونهای با جاذبه الکتریکی میان بارهای مخالف ، در جای خود نگاه داشته شده‌اند.

علاوه بر این ، برای خنثی بودن این ماده مرکب باید نسبت یونهای سدیم به یونهای کلرید ۱ به ۱ باشد. در این صورت ساده‌ترین فرمول آن خواهد بود. در ساختار بلورین هر یون سدیم با هر شش یون کلرید اطراف آن جذب می‌شود. به همین طریق هر یون کلرید با هر شش یون سدیم اطراف آن جذب می‌شود.

در ساختارهای یونی هیچ مولکول تک اتمی وجود ندارد، یعنی هیچ یون خاصی وجود ندارد که منحصرا به یک یون دیگر بپیوندد.

 

 


برچسب‌ها: پیوند یونی, گروههای حاوی پیوند یونی, خواص مواد مرکب یونی, ماهیت یون

تاريخ : جمعه دوم شهریور 1386 | 21:2 | نویسنده : هادی کسائی |

پیوند آروماتیک

در شیمی پیوند آروماتیک به یک پیوند آلی گفته می‌شود که در آن یک حلقه جفت از پیوندهای غیراشباع، جفتهای تکی یا اربیتال‌های خالی یک استواری قویتر از استواری جفتسازی تنها را از خود نشان می‌دهند.


واژه آروماتیک به معنی خوشبو است.

آروماتیک‌ها، دسته وسیعی از ترکیبات را تشکیل می‌دهند که شامل بنزن و ترکیباتی باشند که از نظر رفتار شیمیایی مشابه بنزن می‌باشند. برخی از این مواد، حتی به‌ظاهر شباهتی به بنزن ندارند. برخلاف آلکن‌ها و آلکین‌ها، بنزن و سایر ترکیبات آروماتیک، تمایلی برای انجام واکنشهای افزایش از خود نشان نمی‌دهند، ولی در واکنشهای جانشینی شرکت می‌کنند که یکی از صفات شاخص این دسته از مواد می‌باشد.

اگر گروههای عاملی روی حلقه قرار بگیرند، بر واکنش پذیری حلقه اثر خواهند گذاشت. واکنش پذیری عوامل متصل به حلقه نیز بوسیله بخش آروماتیک تحت‌تاثیر قرار می‌گیرد.

مولکولهایی آروماتیک هستند و خصلت آروماتیکی از خود نشان می‌دهند که تعداد الکترونهای سیستم π آنها، 2 و 4 و 6و 10و... باشد. این ضرورت، قاعده هوکل یا 4n+2 نامیده می‌شود. سپس ترکیباتی که برای آنها n=0, 1 , 2 , می‌باشد، آروماتیک خواهند بود.

آروماتیک‌ها ، دسته وسیعی از ترکیبات را تشکیل می‌دهند که شامل بنزن و ترکیباتی باشند که از نظر رفتار شیمیایی مشابه بنزن می‌باشند. برخی از این مواد ، حتی به‌ظاهر شباهتی به بنزن ندارند. برخلاف آلکنها و آلکینها ، بنزن و سایر ترکیبات آروماتیک ، تمایلی برای انجام واکنشهای افزایش از خود نشان نمی‌دهند، ولی در واکنشهای جانشینی شرکت می‌کنند که یکی از صفات شاخص این دسته از مواد می‌باشد.

اگر گروههای عاملی روی حلقه قرار بگیرند، بر واکنش پذیری حلقه اثر خواهند گذاشت. واکنش پذیری عوامل متصل به حلقه نیز بوسیله بخش آروماتیک تحت‌تاثیر قرار می‌گیرد.


خصلت آروماتیکی و قاعده 4n+2 هوکل افزون بر بنزن و ترکیبات هم خانواده آن مثل نفتالین و آنتراسین و... ، مواد دیگری نیز وجود دارند که به‌ظاهر هیچ شباهتی به بنزن ندارند، ولی رفتاری مشابه بنزن دارند و به‌عبارت ساده‌تر ، آروماتیک هستند. از ویژگیهای این مواد می‌توان به نکات زیر اشاره نمود:

1. گرمای هیدروژن دار شدن و گرمای سوختن آنها پایین است. 2. برای انجام واکنشهای افزایشی ، تمایل زیادی نشان نمی‌دهند 3. در واکنشهای جانشینی الکترونخواهی شرکت می‌کنند. بررسی‌های تجربی مثل مطالعه خواص فیزیکی و انرژی هیدروژن‌دار شدن سیستمها با تعداد الکترونهای π مختلف به این نتایج منجر شده است که:

 

1. مولکولهایی آروماتیک هستند و خصلت آروماتیکی از خود نشان می دهند که تعداد الکترونهای سیستم π آنها ، 2 و 4 و 6و 10و... باشد. این ضرورت ، قاعده هوکل یا 4n+2 نامیده می‌شود. سپس ترکیباتی که برای آنها n=0, 1 , 2 , می‌باشد، آروماتیک خواهند بود. 2. مولکول باید ساختمان مسطح داشته باشد. تمام ترکیباتی که این دو شرط اساسی در آنها رعات شده باشد، زوایای پیوندی در آنها طبیعی ، همپوشانی اوربیتالهای π مناسب و غیر مستقر شدن الکترونها بخوبی میسر باشد، پایداری مولکول بیشتر خواهد بود. یک مثال واکنش 3- کلرو سیکلوپروپن با SbCl5 ، ماده پایداری به فرمول C3H3SbCl6 ایجاد می‌کند که در حلالهای دی‌اکسید گوگرد مایع بخوبی حل نشده ، ولی در حلالهای غیرقطبی نامحلول است. مطالعه طیفNMR این ماده ، سه پروتون هم‌ارزش را به نمایش می‌گذارد. این نتایج ، با تشکیل کاتیون سیکلوپروپن که کوچکترین مولکول آروماتیک می‌باشد، مطابقت دارد. ترکیبهای آروماتیک ، هتروآروماتیک و انرژی رزونانس نتایج تجربی حاصل از واکنشهای هیدروژن دار شدن هیدروکربنهای جوش خورده دو حلقه‌ای و سه حلقه‌ای و... نشان می‌دهد که هر چه تعداد الکترونهای بیشتری در رزونانس شرکت کرده باشند، انرزژی آزاد شده بیشتر و پایداری نسبی نیز بیشتر خواهد بود.

نامگذاری مشتقات بنزن و ترکیبات آروماتیک جوش خورده برخی از مشتقات بنزن ، نام مخصوص به خود دارند، مثلا هیدروکسی بنزن را فنل (C6H5OH) ، متوکسی بنزن را آنیزول (C6H5OCH3)، متیل بنزن را تولوئن (C6H5CH3) ، ایزوپروپیل بنزن را کیومن و آمینوبنزن را آنیلین می‌گویند.

برای نامگذاری خیلی از مشتقات بنزن ، نام گروه یا استخلاف به صورت پیشوند بر کلمه بنزن افزوده می‌شود. مثلا فلوئورو بنزن ، ترسیوبوتیل بنزن ، نیتروبنزن ، سیکلوپروپیل بنزن نمونه هایی از این نوع هستند. جهت نامگذاری مشتقات دو استخلافی بنزن. لازم است که محل استخلافها از پیشوند اورتو ، متا یا پارا استفاده شود؛ به عنوان مثال ، اورتو دی‌متیل بنزن ، متا دی‌متیل بنزن ، پارا دی‌متیل بنزن.

در مواردیکه دو استخلاف متفاوت روی حلقه بنزن قرار گرفته باشد و هیچکدام از گروهها نام ویژه ای به مولکول نداده باشند، پس از ذکر موقعیت گروهها با پیشوند اورتو و... ، نام گروهها را ذکر نموده ، در پایان ، کلمه بنزن بر آنها افزوده می‌شود. اگر وجود یک گروه ، نام ویژه ای به مولکول بدهد، در آن صورت مولکول به عنوان مشتق آن ترکیب ویژه محسوب می‌شود.



برچسب‌ها: آروماتیک, پیوند آروماتیک, خصلت آروماتیکی, فلوئورو بنزن, مشتقات بنزن

ادامه مطلب
تاريخ : دوشنبه پانزدهم مرداد 1386 | 20:17 | نویسنده : هادی کسائی |

فرمیک اسید

اسید فرمیک (جوهر مورچه) یا متانوئیک اسید، ساده‌ترین عضو گروه کربوکسیلیک اسیدها است. فرمول شیمیایی آن HCOOH بوده و در طبیعت در نیش حشراتی مانند مورچه و زنبور یافت می‌شود. همچنین ترکیب عمده، ماده گزش‌زا در برگ گزنه است. ریشه لغوی فرمیک اسید از نام لاتینی مورچه (Formica) گرفته شده است. زیرا این ترکیب اولین بار از تقطیر تخریبی مورچه بدست آمد.



تاریخچه

در سده 15 شیمیدانها و دانشمندان علوم طبیعی می‌دانستند که از تجمع مورچه‌ها بخارهای اسیدی متصاعد می‌شود. اولین بار جان ری طبیعت شناس انگلیسی در سال 1671 این اسید را از تقطیر توده‌ای از مورچه‌های مرده، جدا کرد. اما سنتز شیمیایی آن اولین بار توسط شیمیدان فرانسوی ژوزف گیلوساک از اسید هیدروسیانیک انجام گرفت. در سال 1855 شیمیدان فرانسوی دیگری به نام Marcellin berthelot اسید فرمیک را با استفاده از مونواکسید کربن سنتز کرد، شبیه روشی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد

خواص عمومی اسید

اسید فرمیک به خوبی با آب و بیشتر حلالهای آلی قطبی مخلوط می‌شود. در هیدروکربنها هم تا حدی حل می‌شود. اسید فرمیک در فاز گازی و در هیدروکرینها به صورت دیمرهایی است که با پیوند هیدروژنی به هم متصل شده‌اند. در فاز گازی پیوند هیدروژنی میان مولکولهای اسید فرمیک باعث انحراف از قانون گازهای ایده‌آل می‌شود. اسید فرمیک در حالت مایع و جامد شامل شبکه‌ای نامحدود از مولکولهایی است که با پیوند هیدروژنی به هم متصل هستند. بیشتر خواص اسید فرمیک همانند خواص سایر اسیدهای کربوکسیلیک می‌باشد اما آن نمی‌تواند آسیل کلرید ایجاد کند.

در صورت تشکیل هریک ازاین ترکیبات، تجزیه شده و مونواکسید کربن ایجاد می‌کنند. حرارت دادن اسید فرمیک باعث تجزیه آن بر Co می‌شود. اسید فرمیک به آسانی احیاء شده و به فرمالدئید تبدیل می‌شود. اسید فرمیک تنها کربوکسیلیک اسیدی است که توانایی شرکت در واکنشهای افزایشی به همراه آلکنها را دارد. اسید فرمیک و آلکنها به آسانی باهم واکنش داده و استرهای فرمات ایجاد می‌کنند. اسید فرمیک در حضور اسید سولفوریک و هیدروفلوئوریک اسید، در واکنش کخ شرکت کرده و اسیدهای کربوکسیلیک بزرگ‌تر ایجاد می‌کند.


خواص فیزیکی اسید فرمیک

نام آیوپاک نام متداول فرمول شیمیایی وزن مولکولی دمای ذوب دمای جوش دانسیته PKa متانوئیک اسید اسیدفرمیک HCOOH 46.03 8.4° 100.8° 1.22gr/Cm3 3.75

روش تولید

در صنعت تولید ترکیبات شیمیایی، فرمیک اسید به مدت طولانی به عنوان ترکیبی که بهره وری کمتری را داراست، تلقی می‌شد. قسمت عمده اسید فرمیک به عنوان محصول فرعی در تولید سایر ترکیبات شیمایی، بویژه اسید استیک تولید می‌شود. اما با روند رو به رشد استفاده آن در مواد نگهدارنده و آنتی باکتریال در غذای دام، امروزه در صنعت به این منظور تولید می‌شود.

وقتی متانول و مونواکسید کربن در حضور یک باز قوی مانند منواکسید سدیم باهم واکنش می‌دهند، مشتقی از اسید فرمیک به نام متیل فرمات تولید می‌شود. این واکنش در فاز مایع در دمای درجه سانتیگراد و فشار 40atm انجام می‌شود. از آبکافت (هیدرولیز) متیل فرمات، اسید فرمیک ایجاد می‌شود.

کاربرد ویژه اسید فرمیک

اسید فرمیک بیشتر به عنوان نگهدارنده (جلوگیری از فاسد شدن) و آنتی باکتریال در غذای دام استفاده می‌شود. پاشیدن مقداری از آن روی علف تازه خشک شده از فساد و پوسیدگی آن جلوگیری کرده و مواد مغذی آن را تا حد بالایی حفظ می‌کند. برای جلوگیری از فساد غذای زمستانی دامها در مجتمعهای بزرگ دامداری از این ماده استفاده می‌شود.


اسید فرمیک در مرغداریها برای از بین بردن باکتری سالمونلا به غذای مرغها اضافه می‌شود. این ترکیب همچنین به مقدار ناچیز در صنعت نساجی و دباغی استفاده می‌شود. برخی از مشتقات آن مانند استرهای فرمات در صنعت خوشبوکننده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ایمنی بیشترین خطر فرمیک اسید در تماس پوست یا چشم با مایع یا بخار غلیظ آن است. تماس پوست با مایع یا بخار آن باعث سوختگی شیمیایی و در صورت تماس با چشم ممکن است باعث ایجاد آسیبهای دائمی در چشم شود. تنفس بخار آن موجب تحریک و سوزش دستگاه نفسی می‌شود. از آنجا که ممکن است مقادیری CO در بخار اسید فرمیک موجود باشد باید در نگهداری، حمل و نقل و استفاده از آن نکات ایمنی کاملاً رعایت شود.

سازمان غذا و داروی آمریکا مقدار مجاز، بخار اسید فرمیک در هوای محیط کار را 5ppm اعلام کرده است. اسید فرمیک به آسانی متابولیزه شده و از بدن دفع می‌شود. اما با این همه قرار گرفتن مداوم در معرض آن باعث ایجاد عوارض مزمن مثل ایجاد حساسیتهای پوستی می‌شود. آزمایش روی حیوانات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که قرار گرفتن طولانی در معرض اسید فرمیک باعث ایجاد جهش ژنی و آسیبهای کلیوی و کبدی می‌شود.

 


برچسب‌ها: اسید فرمیک, متانوئیک اسید, جوهر مورچه, اسید سولفوریک, هیدرولیز

تاريخ : دوشنبه پانزدهم مرداد 1386 | 20:9 | نویسنده : هادی کسائی |

شیمی آلی

بخشی از دانش شیمی است که به بررسی هیدروکربن‌ها می‌‌پردازد. به همین دلیل به آن شیمی ترکیبات کربن نیز گفته می‌شود.

پسوند «آلی» یادگار روزهایی است که مواد شیمیایی را بسته به این که از چه منبعی به دست می‌آمدند، به دو دسته معدنی و آلی تقسیم می‌کردند. مواد معدنی آنهایی بودند که از معادن استخراج می‌شدند و مواد آلی آنهایی که از منابع گیاهی یا حیوانی یعنی از موادی که توسط موجودات زنده تولید می‌شدند، به دست می‌آمدند. در واقع تا پیرامون سال ۱۸۵۰ بسیاری از شیمیدانان معتقد بودند که خاستگاه مواد آلی باید موجودات زنده باشند و در نتیجه این مواد را هرگز نمی‌توان از مواد معدنی سنتز نمود.

حتی پس از آن که مشخص شد این مواد لزوماً نبایستی از منابع زنده به دست آیند و می‌توان آنها را در آزمایشگاه سنتز کرد، باز هم مناسبت داشت تا نام آلی برای توصیف آنها و موادی همانند آنها حفظ شود. این تقسیم‌بندی بین مواد معدنی و آلی تا به امروز حفظ شده است.

 شیمی کربن = موادی که از منابع آلی به دست می‌آیند، در یک خصوصیت مشترکند: همه آنها دارای عنصر کربن هستند.

امروزه اگر چه هنوز بسیاری از ترکیبات کربن به آسانی از منابع گیاهی و جانوری بدست می‌آیند، ولیکن بسیاری از آنها نیز سنتز می‌شوند. از ترکیبات گاهی از مواد معدنی مانند کربناتها و سیانیدها سنتز می‌شوند ولی غالباً از سایر مواد آلی تهیه می‌گردند.

دو منبع بزرگ مواد آلی که از آنها مواد آلی ساده تأمین می‌شوند، نفت و ذغال سنگ است. (هر دو اینها از مفهوم قدیمی «آلی» بوده و فراورده تجزیه (کافت) گیاهان و جانوران هستند). این ترکیبات ساده به عنوان مصالح ساختمانی در ساختن ترکیبات بزرگ‌تر و پیچیده‌تر مصرف می‌شوند.

نفت و زغال سنگ سوختهای فسیلی هستند که در طی هزاران سال بر روی هم انباشته شده وغیر قابل جایگزینی هستند. این مواد، بویژه نفت، جهت رفع نیازهای انرژی که به طور دائم در حال افزایش است، با سرعت خطرناکی مصرف می‌گردند. امروزه کمتر از ۱۰٪ نفت برای ساختن مواد شیمیائی مصرف می‌شود و قسمت اعظم آن برای تولید انرژی سوزانده می‌شود. خوشبختانه منابع دیگری برای ایجاد نیرو از قبیل منبع خورشیدی، گرمای زمین، باد، امواج، جزر و مد و انرژی هسته‌ای وجود دارد.

اما چگونه می‌توان منبع دیگری به جای مواد آلی پیدا نمود؟ البته در نهایت باید به جایی که سوختهای سنگواره‌ای از آنجا ناشی می‌شوند یعنی توده زیستی برگشت، اما این بار به طور مستقیم و بدون دخالت هزاران سال. توده زیستی قابل تجدید است و چنانچه به طور مناسب مصرف شود، تا زمانی که ما بر روی این سیاره بتوانیم وجود داشته باشیم آن هم باقی می‌ماند. در ضمن می‌گویند که نفت با ارزش‌تر از آن است که سوزانده شود.

چه خصوصیتی در ترکیبات کربن وجود دارد که آنها را از ترکیبات مربوط به صد و چند عنصر دیگر جدول تناوبی متمایز می‌سازد؟ لااقل قسمتی از این جواب به نظر می‌رسد که چنین باشد: تعداد بسیار زیادی از ترکیبات کربن وجود دارند که مولکولهای آنها می‌توانند بسیار بزرگ و پیچیده باشد.

تعداد ترکیباتی که دارای کربن هستند چندین برابر بیشتر از تعداد ترکیبات بدون کربن است. این مواد آلی در خانواده‌های مختلف قرار می‌گیرند، و معمولاً در بین مواد معدنی، همتایی ندارند.

مولکولهای آلی شامل هزاران اتم شناخته شده‌اند، و ترتیب قرار گرفتن اتمها حتی در مولکولهای نسبتاً کوچک بسیار پیچیده است. یکی از مسایل اصلی در شیمی آلی، آگاهی از طرز قرار گرفتن اتمها در مولکولها و یا تعیین ساختمان ترکیبات است.

راه‌های زیادی برای شکستن این مولکولهای پیچیده و یا نوآرایی آنها برای ایجاد مولکولهای جدید وجود دارد؛ روشهای مختلفی برای اضافه نمودن اتمهای جدید به این مولکولها و یا جایگزین نمودن اتمهای جدید به جای اتمهای قدیم وجود دارد. بخش کلان شیمی آلی به پژوهش در مورد این واکنشها اختصاص دارد، یعنی تشخیص این که این واکنشها کدامند، چگونه انجام می‌شوند و چگونه می‌توان از آنها برای سنتز یک ترکیب دلخواه استفاده نمود.

اتمهای کربن می‌توانند به میزانی که برای اتم هیچ عنصر دیگری مقدور نیست، به یکدیگر بپیوندند. اتمهای کربن می‌توانند زنجیرهایی شامل هزاران اتم و یا حلقه‌هایی با اندازه‌های متفاوت ایجاد نمایند؛ زنجیرها و حلقه‌ها می‌توانند دارای شاخه و پیوندهای عرضی باشند. به اتمهای کربن این زنجیرها و حلقه‌ها، اتمهای دیگری که عمدتاً هیدروژن و همچنین فلوئور، کلر، برم، ید، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، فسفر و سایر اتمهای گوناگون میپیوندد.

هر آرایش مختلف از اتمها مربوط به ترکیب متفاوتی است، و هر ترکیب یک رشته ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی ویژه خود را دارد. از این رو غیرمنتظره نیست که امروزه بیشتر از ده میلیون ترکیب شناخته شده کربن وجود داشته باشد و هر سال به این تعداد نیم میلیون ترکیب تازه افزوده گردد. تعجب‌آور نیست که بررسی این ترکیبات، رشته ویژه‌ای را در شیمی به خود اختصاص دهد.

شیمی آلی اهمیت فوق‌العاده زیادی در تکنولوژی دارد و در واقع، شیمی رنگدانه‌ها و داروها، کاغذ و جوهر، رنگهای نقاشی و پلاستیکها، بنزین و تایرهای لاستیکی است؛ همچنین، شیمی غذایی است که می‌خوریم و لباسی است که می‌پوشیم.

شیمی آلی شالوده زیست‌شناسی و پزشکی است. ساختمان موجودات زنده، به غیر از آب، عمدتاً از مواد آلی ساخته شده‌اند؛ مولکولهای مورد بحث در زیست‌شناسی مولکولی همان مولکولهای آلی هستند. زیست‌شناسی در مقیاس مولکولی همان شیمی آلی است.

شاید دور از انتظار نباشد که بگوئیم ما در عصر کربن زندگی می‌کنیم. هر روزه، روزنامه‌ها ذهن ما را متوجه ترکیبات کربن نظیر کلسترول و چربیهای اشباع نشده، هورمونها و استروئیدها، حشره‌کشها و فرومونها، عوامل سرطانزا و شیمی درمانی، DNA و ژنها می‌نمایند. به خاطر نفت، جنگها به راه افتاده است.

وقوع دو فاجعه بشریت را تهدید می‌کند و هر دو ناشی از تجمع ترکیبات کربن در جو است؛ یکی نازک شدن لایه ازن که عمدتاً به واسطه وجود کلروفلوئورو کربنها است و دیگری پدیده گلخانه که به خاطر حضور متان، کلروفلوئور و کربنها و سرآمد همه کربن دی‌اکسید است.

شاید به همین مناسبت بوده است که مجله Science در سال ۱۹۹۰، الماس را که یکی از فرمهای آلوتروپی کربن است به عنوان مولکول سال انتخاب کرده است. و مولکول آلوتروپ تازه‌یاب فولرن باکمینستر کربن ۶۰ (buckminsterfullerene-C۶۰) است که هیجان بسیاری را در دنیای شیمی ایجاد کرده است، هیجانی که از زمان ککوله تاکنون دیده نشده است.

 


برچسب‌ها: شیمی آلی, هیدروکربن‌ها, شیمی ترکیبات کربن, فلوئور, هیدروژن

تاريخ : دوشنبه پانزدهم مرداد 1386 | 20:3 | نویسنده : هادی کسائی |
  • شبکه اجتماعی
  • فال حافظ