جداسازی اجزاء هوا

تقطیر جزء به جزء بهترین روش و راه خالص سازی مخلوط های دو یا چند ماده فرار است. وقتی هوا با افزایش فشار و کاهش  دما تا حدود 200 -  درجه سلسیوس سرد  شود ، همه اجزاء عمده هوا مایع می شوند به کمک  تقطیر جزء به جزء در شرایط فشار محیط و بدون حرارت  هوای مایع خود می جوشد و اولین گازی که خارج می شود نیتروژن است که در -196  درجه خارج می شود سپس گاز بعدی آرگون  خارج می شودوسومین گاز اکسیژن در -183 درجه جدا می شود.

سوال آیا میشود در حین سرد کردن هوا یکی یکی مایعات را از مخلوط گازی جدا کرد ؟ به جای اینکه عمل تقطیر را انجام دهیم.

پاسخ منفی است .  چون در این حالت مخلوط هوا تحت فشار است نمی توان به هیچ طریقی مایعی را از مخلوط گازی جدا کرد ودر ظرفی دیگر ریخت. از طرفی برای تقطیر کردن باید شرایط دما وفشار طوری باشد که فاز مایع با بخار روی هر سینی در برج تقطیر  در حال تعادل باشند. این دما و فشار با توجه به درصد هرمایع روی هرسینی منحصر به فرد است. در مایع کردن هوا همزمان هم دما رو تغییر می دهیم و هم فشار و  با توجه به این که هرگازی در فشار ثابت نقطه جوش یا میعان مشخص دارد در این صورت با تغییر همزمان هر دو معلوم نیست کدام گاز در حال مایع شدن است اما در تقطیر فشار ثابت است. در ضمن ما از تقطیر هوای مایع سه ماده ارزشمند اکسیژن ونیتروژن وآرگون می خواهیم که نقطه جوش آنها نزدیک است راهی جز تقطیر جزء جزء نداریم و از نظر تکنولوژی ودستگاه نمی توان مایع را از گازهای فشرده جدا کرد .مثال آب ماشین آتش نشانی بافشار گاز پودر می شود در لیوان نمی ریزد. پس نمی توان در یک مرحله متوقف شد ومایع یا جامد را جدا کرد. تقطیر بهترین روش جداسازی اینگونه

مخلوطها است  .

چرا الکترونگاتیوی در عناصر بلوک p این همه روند غیر عادی دارد و منظم نیست؟

انتظار این است که از بالا به پایین الکترونگاتیوی  کاهش یابد در حالیکه این چنین نیست مورد هایی مشاهده شده که بیشتر شده و مواردی هم هست که از بالا به پایین در گروه  ثابت باقی مانده است .این شواهد به  مربوط به اثر پوششی اوربیتال dوf عناصر واسطه است که روی فلزات پس از واسطه    (Post tranziTion  metal )   اثر کرده و این فلزات به علتی که کفته شد بار موثر هسته روی لایه ظرفیت بیشتر است وباعث این بی نظمی ها در ویژگیهای این عناصر از قبیل الکترونگاتیوی – انرژی یونش و شعاع اتمی آنها می شوند. 

 

در گروه 13 از B  تا Al  الکترونگاتیوی کم می شود وسپس در Ga  افزایش می یابد ولی در گروه های دیگر این الگو روند را شاهد نیستیم، زیرا در گروه 13 دو عنصر بالایی اوربیتالd  پرشده ندارند.

 ولی چرا این اثر در گروه 14و15 و.. تاثیرش کم می شود؟ واضح است چون اختلاف فقط در گروه 13 است واین اثر برای گروه های بعدی مشابه است .

بیشترین تاثیر اثر پوششی اوربیتالهای dوf برای گروه سیزده است این بحث و تاثیرجفت بی اثر(inert pair effect)   وعدم شرکت جفت الکترون اوربیتال s تالیم وقلع در واکنش ها همین است.

چرا روند انرژی یونش Al و Ga غیر عادی است؟

در اتم Al اوربیتال 3d وجود دارد ولی خالی است اما در گالیم به خاطر لانه گزینی  ده الکترون وارد شده به اوربیتال 3d وبا توجه به اینکه اثر پوششی اوربیتالهای d کمتر از اوربیتال های S ,P است از این رو در گالیم 10 الکترون به اوربیتال دی اضافه شده وده پروتون به هسته ولی اثر پوششی نمی تواند جاذبه هسته را بپوشاند از اینرو بارموثر هسته زیاد می شود.

چند مورد از ویژگی های غیر عادی گالیم نسبت به آلومینیم را می توان نام برد عبارتند از:  شعاع اتمی کمتر - انرژی یونش بیشتر -الکترونگاتیوی بیشتر و........

 وقتی در اتمی اوربیتال 3d  کاملا پر می شود جاذبه هسته الکترون های ظرفیتی آن عنصررا با قدرت بیشتری جذب می کند بنابراین فشردگی اتم بیشتر می شود پس شعاع گالیم کوچک تر از آلومینیم می شود. 

اگر دماسنج جیوه ایی بشکند چه باید کرد؟

وقتی دماسنج جیوه ای می شکند جیوه آن بر اثر ریختن روی زمین به شکل گلوله های ریز در آمده و یخش می شود . این گلوله ها چون چگالی جیوه زیاد است بوسیله جارو برقی مکش نمی شود و نمی توان جمع کرد از طرفی به مرور زمان بخار شده و بخارات سمی جیوه در فضای اتاق و محل کار خطرناک است . جیوه به شدت سمی بوده و به بافت های بدن وارد شده و باعث بیماریهای کبدی و سیستم عصبی وسرطان می شود.

از اینرو برای خنثی سازی جیوه های درون درز موزائیک ها و اطراف اتاق باید گرد گوگرد را روی انها و کف اتاق ودرز موزاییک ها پاشید . چون گوگرد میل ترکیبی خوبی با جیوه دارد  وواکنش آن گرمازا بوده و سولفید جیوه حاصل آن است .البته برای احتیاط بیشتر باید تا چند روز درب و پنجره های اتاق را بازگذاشت و وارد اتاق نمی شویم تا اثرات جیوه از بین برود.

جیوه در حالت سولفید خطری ندارد و پس از چند روز اتاق را جاروب می کنیم.

Hg (l) + S (s) à HgS (s)                             

 در بدن جیوه به آمینواسیدهایی که دارای گوگرد هستند می چسبد.  جیوه می تواند طلا را حل می کند وملقمه بسازد.

مفاهیم و اساس کار سامانه آدیاباتیک،دیاترمیک، گرماسنج بمبی و گرماسنج لیوانی

 

برای اندازه گیری گرمای واکنش های شیمیایی در آزمایشگاه از دو نوع گرماسنج استفاده می شود.

الف - گرماسنج لیوانی 

گرماسنج بمبی

در گرماسنج لیوانی که برای اندازه گیری گرمای واکنش های شیمیایی در فشار ثابت  یا اندازه گیریΔH واکنش است یک ظرف به شکل لیوان استفاده میشود که در آن واکنش های شیمیایی فاز محلول یا مایع که با افزایش یا کاهش حجم همراه نیستند انجام می شود.ومقدار گرما از طرق افزایش یا کاهش دمای  آب درون لیوان اندازه گیری میشود .برای جلوگیری از هدر رفتن گرما از طرق جداره های گرماسنج سطوح خارجی لیوان را عایق کاری میکنند .از اینرو چون این گرماسنج ها هم فشار محیط بوده وعایق کاری هم شده اند آنها را گرماسنج آدیاباتیکی می گویند.( شکل سمت چپ(

در گرماسنج بمبی که برای اندازه گیری گرمای واکنشهای سوختن و واکنشهایی که با آزاد شدن گاز همراه است به کار میرود ودر این صورت حجم سامانه ئثابت بوده و از اینرو گرمای واکنش در حجم ثابت یعنی ΔE اندازه گیری می شود.بمب از جنس فولاد است ودر آن ماده مورد نظر برای سوختن به همراه مقدار زیادی اکسیژن خالص تحت فشار تا 30 اتمسفر وارد میکنند تا مطمئن باشند اکسیژن به مقدار کافی برای سوختن کامل ماده سوختنی در بمب موجود است.سپس بمب را درون یک ظرف آب که پشت ظرف را کاملا عایق بندی کرده اند میگذارند و با یک جرقه زن که در بمب تعبیه شده واکنش را شروع میکنند.و گرمای آزاد شده را به کمک دماسنج اندازه گرفته و به کمک محاسبات ریاضی و دانستن ظرفیت گرمایی گرماسنج که قبلا توسط یک آزمایش استاندارد که گرمای سوختن معینی دارد مثلا سوختن بنزوییک اسید بدست آمده است، محاسبه میکنند. 

اگر چه انتظار ما این است که چون سیستم گرماسنج بمبی بسته است و فرض بر این است که عایق نیز 100% جلو هدر رفتن گرما را می گیرد می توانیم  سامانه ایزوله داشته باشیم .(ولی در آزمایشگاه شیمی  ایزوله بودن سامانه غیر ممکن است و در اغلب موارد این سامانه نیز در حکم آدیاباتیک است(

در سامانه آدیاباتیک گرما مبادله نمی شود، یعنی تاکید بر عدم مبادله گرما است.

درسیستم دیاترمیک گرما می تواند عبور کند اما فرصت مبادله ی گرما با محیط را ندارد. در نتیجه در ساخت برف مصنوعی یک سامانه ی مایع داریم که بر اثر فشار ناگهانی منبسط می شودو آب به بخار تبدیل می گردد چون بر اثر انبساط  سامانه کار انجام می دهد  و این انبساط سریع وناگهانی است وفرصت انتقال گرما از محیط به سامانه فراهم نمی باشد (این سامانه را نیز می توان آدیاباتیک فرض کرد )ودر نتیجه انرژی لازم برای انجام کار از انرژی درونی مولکول های آب و بخار آب گرفته می شود و دما ناگهان کاهش و برف مصنوعی بوجود می آید.

 بمب فولادی بسته و گرماسنج بمبی در مجموع ایزوله است. در برف مصنوعی سامانه مرز مجازی دارد. برف مصنوعی سامانه باز وادیاباتیک است مبادله گرما کم علت ادیاباتیک بودن سرعت زیاد انبساط است.

برای ایزوله کردن باید سامانه را بسته و عایق نگه داشت و همچنین از مبادله گرما جلوگیری کرد. گرماسنج بمبی طوری ساخته شده است که عایق بندی کاملی برای آن صورت می گیرد و بنا به جمله ی کتاب می توان فرض کرد که هیچ گرمایی از درون گرماسنج به محیط اطراف منتقل نمی شود. بنابراین فرض می توان گرماسنج بمبی را یک سامانه ی ایزوله به حساب آورد.

یک راه آدیاباتیک کردن سامانه بدون کمک گرفتن از عایق آنست که سامانه را در یک حمام بزرگ آب قرا بدهیم از اینرو اختلاف دمای آب گرماسنج با آب حمام ناچیز می شود و با دمای محیط برابر  می گردد. در این حالت گرما به محیط منتقل نمی شود و گرماسنج کاملا عایق است.

گرماسنج لیوانی به فرض آنکه  ماده ای با محیط مبادله نکند تقریبا منزوی است.  

گرماسنج باید تا حد ممکن اتلاف گرما نداشته باشد. در غیر این صورت گرمای اندازه گیری شده قابل قبول نیست. پس می توان گفت مثل فلاسک چای و با شرط عایق بندی تقریباً منزوی می شود.

 

برای تعیین گرمای واکنش یا فرایند انحلال از گرماسنج های ادیاباتیک استفاده می کنند یعنی از ظرفی استفاده می کنند که در وزن مشخصی اب فرو برده شده است و ان را یک پوشش عایق احاطه کرده که آن را در دمای یکسان با گرماسنج نگه می دارند به طوری که هیچ گرمایی جذب یا دفع نشود بنابراین تغییر گرمای این فرایند ادیاباتیک صفر است.

در گرماسنج بمبی کار انبساطی انجام نمی شود بنابراین تغییر انرژی داخلی برابر گرماست .

 در مورد سامانه ها هم هر سامانه منزوی الزاما بایدبسته باشد اما یک سامانه بی در رو یا ادیاباتیک الزاما بسته نیست ودر نتیجه اگر فشار ثابت باشد چون مبادله گرما برابر صفر است پس سامانه باتغییر حجم می تواند کار انجام دهد و تغییرات انرژی درونی آن هم برابر کارانجام شده  است.

 

اما در فرایندهای هم دما تغییر انرژی درونی یا  ΔE برابربا صفر است و  کار و گرما همیشه از نظر علامت برعکس و از نظر مقدار با هم برابر هستند .

فرایند هم حجم و هم فشار  که مثال آن لیوان های پلاستیکی است که کتاب به عنوان گرماسنج لیوانی معرفی کرده است. گرماسنج های لیوانی که در کتاب ذکر شده سامانه های باز هستند و نمی توانند ادیاباتیک هم باشند مگر به صورتی فرضی البته گرماسنج های لیوانی برای واکنش هایی که تولید گاز نمی کنند اگر کاملا عایق بندی شوند را می توان به صورت ادیاباتیک دانست.

                

روغن پالم جزء روغن های اشباع گیاهی است یا غیر اشباع؟

استفاده از روغن پالم تاریخچه 5000 ساله در زندگی انسان دارد و در کنار روغن سویا یکی از پر استفاده ترین روغنهای گیاهی در حال حاضر در دنیا است و بعنوان ترد کننده، مارگارین (کره نباتی) و روغن سرخ کردنی کاربرد زیادی دارد. همچنین در موارد غیر خوراکی مثل تهیه صابون هم مورد استفاده قرار می گیرد. این روغن از تری اسیل گلیسرول هایی درست شده است که مقدار اسیدهای چرب اشباع و غیر اشباع آن تقریبا با هم برابر هستند. روغنی که از هسته خرما تهیه می شود در دمای اتاق جامد هست و درصنعت شیرینی پزی و تهیه بستنی و مایونز کاربرد دارد. بخش اعظم چربی های روغن پالم شامل اسیدهای چرب اشباع پالمیتیک اسید (35-51٪)، میریستیک اسید (1-6٪)، استئاریک اسید (2-8٪)، و اسیدهای چرب غیر اشباع اولئیک اسید (38-52٪) و لینولئیک اسید (5-11٪) هست.

اضافه کردن روغن پالم به لبنیات کار غیر قانونی نیست و به نظر می رسد که تنها مشکل کار (علاوه بر حقوق مصرف کننده که نمیدونه این چربی از کجاست) اسیدهای چرب اشباع آن باشند که برای سلامتی مضرند و چربی و کلسترول خون را افزایش می دهند.  البته لازم به ذکر است که چربی هایی که در لبنیات پر چرب به صورت طبیعی وجود دارند به مراتب درجات اشباع شدگی بیشتری نسبت به روغن پالم دارند و در نتیجه خطر بیشتری هم خواهند داشت. لذا مصرف لبنیات پر چرب (و کلا چربی های حیوانی) چندان توصیه نمی شود.

روغن پالم اسید آن پالمتیک اسید است (C15H31COOH ). وهمراه آن روغن های سیر نشده ای وجود دارد که اثر حرارت با اکسیژن پراکسیده یا اکسیده می شود و بر اثر استفاده مجدد دربدن آب اکسیژنه و رادیکال آزاد تولید می کنند.

روغنها ی مایع سیرنشده حتی در دمای معمولی هم پراکسیده وبدبو می شود از اینرو باید در ظروف تیره و دور آز افتاب و اکسیژن هوا ودر جای خنک نگهداری کرد.همچنین روغن های جامد ومایع سیرشده نیز با حرارت بالا رادیکال های آزاد تولید می کنند پس نمی توان با آنها چند بار عمل سرخ کردن را انجام داد.

روغن پالم از هسته خرما بدست می آید . روغن پالم مصرف صنعتی هم دارد و صابون نخل از روغن پالم درست می شود.

واکنش های تولید پالمتیک اسید در بدن پیچیده است ودر یک مرحله اتفاق نمی افتد . ابتدا گلوکز طی فرایند گلیکولیز در سیتوزول سلول به پیروات تبدیل شده و سپس پیروات به استیل کوآنزیم آ و طی واکنش های بیوسنتز در یک کمپلکس آنزیمی پالمتیک اسید 16 کربنه حاصل می شود.

آیا جرم الکترون متغیر است وکم وزیاد می شود؟

فاصله الکترون نسبت به هسته تغییر می کند نسبت بار به جرم در رابطه تامسون به مقدار کم تغییر می کند و اگرشعاع که کم شود سرعت افزایش می یابد. الکترون در ترازهای نزدیک به هسته برای غلبه بر نیروی جانب مرکز باید از سرعت بیشتری برخوردار باشد مفهوم جرم کوانتومی نظریه جدیدی است که بیان می کند الکترون در مواقعی که جاذبه هسته روی آن زیاد شود برسرعت وجرمش افزوده می شود وبسیاری ازدیاد ها راتوجیه می کند. با این نظریه علت مایع بودن جیوه وعدم شرکت الکترون های اش اتم های تناوب ششم وهم انقباض لانتانیدی و بیشتر شدن انرژی یونش عناصر دوره ششم وهفتم رادر مقایسه با عناصر بالایی توجیه می کند.

واکنش متان با هالوژنها و افزایش هالوژن به آلکن ها آیا همگی از یک قانون سرعت ومکانیسم تبعیت می کند؟

مکانیسم واکنش متان با همه هالوژن ها از نوع رادیکالی است اما با توجه به تفاوت رادیکال ها در مرحله پایانی می تواند قانون سرعت متفاوت داشته باشد مثلا فلوئور انفجاری است و منجر به تشکیل دوده و HF می شود. در کل می توان گفت همگی رادیکالی ولی با سرعت متفاوت انجام می شوند.

 

افزایش هالوژنها به الکن ها

مکانیسم افزایشی الکترون دوستی می شود که سرعت تابع نوع کربوکاتیون تشکیل شده می باشد و برای همه هالوژنها مکانیسم یکسان نیست، برای کلر افزایش الکتروفیلی ولی برای برم وید افزایش رادیکالی است.  با کاهش الکترون خواهی هالوژن مکانیسم تغییر نمی کند و با کاهش انرژی پیوند هالوژن رادیکالی می شود.

از ماده حد واسط در قانون سرعت می توان استفاده کرد حتی اگر به عنوان واکنش دهنده در واکنش کند حضور داشته باشد در صورتی که  از مکانیسم تقریب پایا برای تعیین مرتبه سرعت استفاده میکنیم. در تقریب پایا تغییر علت ذرات حدواسط را صفر میگیریم یعنی سرعت تولید ومصرفشان برابر است

آیا مرتبه واکنش با غلظت واکنش دهنده ها تغییر میکند؟

شاید تغییر غلظت مکانیسم را تغییر دهد در واکنش تجزیه دی نیتروژن اکسید در حضور کاتالیزگر طلا بعد از اینکه سطح کاتالیزگر با یک لایه از واکنش دهنده کاملا پر شود, دیگر با افزایش غلظت, سرعت افزایش نمی یابد و به غلظت بستگی ندارد. 

اگر واکنشی در چند مرحله انجام شود و سرعت یکی از مراحل آن نسبت به سایر مراحل بسیار کوچک تر باشد در این صورت سرعت کلی فرایند از سرعت کندترین مرحله تعیین می شود. به این مرحله, مرحله تعیین کننده سرعت گویند و قانون سرعت کلی فرایند را از روی همین مرحله نوشته می شود.

اگر اختلاف ثابتهای سرعت واکنش های بنیادی برای فرایندی کم باشد نمی توان سرعت کلی فرایند را به سرعت مرحله خاصی ربط داد. در چنین مواردی از تقریب حالت پایا استفاده می شود. ذرات ناپایدار به کندی تولید می شوند (چون سطح انرژی بالایی دارند) و به دلیل فعال بودنشون سریعا مصرف می شوند. بنابراین غلظت ذرات ناپایدار(مانند رادیکال ها و یون های ناپایدار) و در نتیجه تغییر غلظت آنها در طول واکنش بسیار کم است. با تقریب خوبی می توان تغییر غلظت این ذرات را برابر صفر فرض کرد. با استفاده از تقریب حالت پایا می توان غلظت ذرات ناپایدار را محاسبه و در عبارت قانون سرعت جایگزین کرد. 

علت کاهش نقطه انجماد محلول ها

هر ماده خالص در یک شکل بلوری خاصی منظم می شود و منجمد می گردد آب نیز وقتی می خواهد منجمد  شود اگر ناخالصی در محلول باشد اجازه نظم گیری وبررسی پیوند های هیدروژنی سوم وچهارم را نمی دهد در واقع ناخالصی مانع می شود بنابراین محلول باید بیشتر سرد شود تا ناخالصی ها کنار زده شوند و آب خالص یخ را بوجود اورد.

در مورد انجماد محلول ها آنتروپی محلول بیشتر است و برای منجمد شدن انرژی بیشتری از محلول گرفته می شود تا آنتروپی کاهش یابد شاهد آن هم یخ زدن یخمک در یک قالب است ته آن شیرین تر است وشکرها دریک جا جمع شدند هنگام انجماد بی نظمی کاهش می یابد وچون محلول بی نظم تر از حلال خالص است به نسبت بیش تری کاهش بی نظمی خواهد داشت که یک عامل نامساعد برای فرایند انجماد است پس دیرتر یخ میزند

لیتیم فلوئورید هنگام انحلال گرما آزاد می کند وحالا این گرما به محیط منتقل می شود اگرما محلول را سرد کنیم موقعی که لیتیم فلویورید می خواهد به شکل جامد وآب به شکل جامد در بیاید لیتیم فلوئورید گرمایش راپس می گیرد واین گرما بوسیله آب فراهم می شودو آب کمی آسانتر منجمد می شود. این توجیه برای آن نمک هایی است که یون های آن شدیدا آب پوشی می شوند وانحلال گرماده است، پس با این استدلال با انجماد می توان عمل جدایی نمک از آب را انجام داد، وقتی از آب دریا آب شیرین به کمک انجماد می گیرند باقی مانده آب شورتر می شود و راحت تر نمک جدا می شود و اگر چند بار انجماد را انجام دهیم ناخالصی ها بیش تر جدا می شوند.

کاهش زیاد بی نظمی آب در آب پوشی برخی یون های با چگالی بارزیاد بی نظمی آب را به سطح بی نظمی یخ نزدیکتر می کند به این دلیل گفته می شود  آسانتر منجمد می شود.