روش‌هاي جداسازي مخلوط‌هاي همگن(28)

روش‌هاي جداسازي مخلوط‌هاي همگن

     منظور از مخلوط‌هاي همگن در اين‌جا محلول‌هاي حقيقي و كولوئيد است كه به سه حالت جامد، مايع و گاز وجود دارند. جداسازي با استفاده از تغيير حالت فيزيكي صورت مي‌گيرد مانند تبخير، ميعان، تقطير، تصعيد و تبلور.

 

     1- تبخير

     مانند استخراج نمك از آب دريا، تهيه رب‌گوجه، غليظ كردن شيره قند حاصل از چغندر يا نيشكر. در اين روش با استفاده از اختلاف نقطه جوش مواد مي‌توان عمل جداسازي را انجام داد. ماده‌اي كه نقطه جوش كمتري (آب100 درجه سانتي‌گراد) دارد زودتر تبخير مي‌گردد و ماده‌اي كه نقطه جوش بيشتري (نمك‌ در800 درجه سانتي‌گراد ذوب مي‌گردد.)دارد ديرتر تبخير مي‌گردد. در نتيجه آب تبخير شده و نمك در ظرف باقي مي‌ماند. در تهيه رب‌گوجه از تبخير در خلاء استفاده مي شود تا هم انرژي كمتري مصرف شود و هم به مواد موجود در گوجه آسيبي نرسد.

 

     2- ميعان

     مانند جداسازي گازهاي موجود در هوا به روش مايع كردن گازها. اگر هوا را فوق‌العاده سرد كنيم، انرژي جنبشي مولكول‌ها آن‌قدر كاهش مي‌يابد كه امكان ملحق شدن مولكول‌ها به يكديگر و انتقال به حالت مايع فراهم مي‌گردد. مثلا"  در دماي 5/78 – درجه سانتي‌گراد، گاز كربن‌دي‌اكسيد مايع و سپس جامد مي‌شود {(يخ خشك) چرا يخ خشك؟ چون وقتي كه تصعيد مي‌گردد هيچ آثار تري از خود بر جاي نمي‌گذارد.}. در دماي 183 – درجه سانتي‌گراد گاز اكسيژن مايع شده و با ادامه سردشدن و رسيدن به دماي 196 – درجه سانتي‌گراد، به نيتروژن مايع دست مي‌يايبم.

 

     3- تقطير

     مانند تقطير آب از آب شور دريا يا تقطير جزء به جزء نفت يا تقطير الكل از محلول‌هاي الكلي. عمل تقطير براي جداكردن جزء يا اجزاء فرار (گازي شكل) از يكديگر است. باقيمانده تقطير به صورت مايع يا جامد در ظرف اوليه باقي مي‌ماند. عمل تقطير شامل دو مرحله است: يكي تبخير فرارترين ماده موجود در محلول. دومي مايع كردن بخار ماده فرار مورد نظر و جمع‌آوري قطره‌هاي آن در ظرف ديگر است. در تقطير جزء به جزء براي جداسازي مواد محلول در نفت استفاده مي‌شود. نقش عمده برج تقطير (دستگاهي كه در آن نفت به اجزاء سازنده‌اش تبديل مي‌شود.) تامين سطح تماس هرچه وسيع‌تر بين بخار و مايع آن در هريك از طبقات اين برج است. مايعات فرارتر كه دماي جوش كمتري دارند در بخش‌هاي بالاتر جمع شده و از لوله كناري آن طبقه خارج مي‌شوند.

 

     4- تصعيد

     مانند تصعيد نفتالين و يد و كافور. تصعيد عبارت است از تبديل مستقيم ماده جامد به بخار آن بر اثر گرم كردن. اين عمل همراه است با تراكم مجدد بخار ماده روي يك سطح خنك و تبديل به بلورهاي خالص. نفتالين يك هيدروكربن است كه بوي شديد آن در دماي اتاق به مشام مي‌رسد. هرگاه نفتالين را آرام آرام حرارت دهيم، مستقيما" به بخار تبديل مي‌شود و دوباره در قسمت بالاي ظرف كه خنك‌تر است به جامد تبديل مي‌شود. بنابراين اگر نفتالين ناخالص و يا نفتالين مخلوط با مواد جامدي چون نمك طعام داشته باشيم، مي‌توان آن را حرارت داد و از راه تصعيد به بلورهاي نفتالين خالص دسترسي پيدا كرد.

 

     5- تبلور

     مانند تهيه بلور نمك و نبات از محلول نمك و قند. هنگامي كه گرماي ماده‌ي محلولي را بگيريم، انرژي جنبشي متوسط مولكولي كاهش مي‌يابد و چنان‌چه يون‌ها يا مولكول‌هاي يك جزء از محلول، آن چنان نيروي‌هاي ميان ذره‌اي داشته باشند كه بتوانند يكديگر را جذب كنند، به صورت جامد در مي‌آيند و از محلول جدا مي‌شوند. مانند بلور نمك و بلور نبات.

     هنگام يخ زدن بخشي از آب شور دريا در قطب‌هاي شمال و جنوب بلورهاي يخ نسبتا" خالص از آب شور جدا مي‌شود. مي‌توان آب شور دريا را در مناطق ساحلي، به همين روش انجماد و به آب شيرين تبديل كرد. البته آب به دست آمده به اين روش گران تمام مي‌شود.

 

روش‌هاي جداسازي مخلوط‌هاي ناهمگن(27)

روش‌هاي جداسازي مخلوط‌هاي ناهمگن

     روش‌هاي جداسازي و خالص سازي مواد از چنان اهميتي در علم و تكنولوژي برخوردار هستند كه هرگز نمي‌توان از آن‌ها به سادگي گذشت. با چنين روش‌هايي همواره در آزمايشگاه، آشپزخانه، كارگاه و كارخانه سروكار داريم.

     مي‌دانيم كه تركيب درصد مواد تشكيل دهنده مخلوط‌هاي ناهمگن در يك مخلوط ناهمگن يكسان نيست. براي مثال توزيع ذرات گل معلق در آب چه از لحاظ تراكم و چه از لحاظ اندازه ذرات در سراسر مخلوط آب گل‌آلود يكسان نيست. جداسازي اين مخلوط‌ها با استفاده از تفاوت مشخصات (خاصه‌ها يا خواص) فيزيكي ميسر است. روش‌هاي گوناگوني براي استفاده از اين تفاوت‌ها ابداع شده كه برخي از آن‌ها به قرار زير است:

 

     1- جداسازي براساس اندازه اجزاء

     اين روش صورت‌هاي گوناگون دارد مانند بيختن (بيختن يعني غربال كردن، سرند كردن، چيزي را در غربال يا سرند بريزند و آن را تكان دهند تا قسمت‌هاي ريز از آن عبور، و قسمت‌هاي درشت باقي بماند.) شن و ماسه و خاك در عمليات ساختماني و يا جداسازي گل‌ولاي و مواد معلق در آب هنگام تصفيه آب. در منزل نيز از اين روش براي صاف‌كردن چاي دم‌كرده، آب‌گيري از ماست و تهيه ماست كيسه و صاف‌كردن برنج استفاده مي‌شود. در صنايع به صورت جداكردن آرد و سبوس در كارخانه‌هاي آردسازي و در آزمايشگاه نيز مانند صاف‌كردن مخلوط سوسپانسيون و جداكردن رسوب‌ها به وسيله كاغذ صافي و غيره است.

 

     2- جداسازي براساس جرم حجمي (چگالي) مواد

     معمول‌ترين مثال آن جداسازي كاه و گندم از خرمن كوبيده است. هم‌چنين خاكوبي طلا كه طي آن تكه‌هاي ريز طلا كه از خاك توسط شست و شو با آب جدا مي‌شوند. مثال اين روش در صنعت نفت نيز جداسازي آب نمك از نفت خام است كه در مخزن‌هاي بزرگ صورت مي‌گيرد. هم‌چنين جداسازي سيليكات‌هاي مذاب معروف به سرباره است كه روي چدن گداخته‌اي كه از كوره بلند ذوب آهن خارج مي‌شود، شناور مي‌گردد.

     در اين روش نيز با استفاده از دستگاهي به نام سانتريفوژ (دستگاهي كه حركت دوراني دارد.) مخلوط را در داخل دستگاه با سرعت زياد به چرخش (حركت دوراني) درمي‌آورند، در نتيجه عمل جدا شدن اجزاء مختلف يك مخلوط متشكل از ذرات يا مولكول‌هاي سبك و سنگين امكان پذير مي‌شود. بنابراين اگر مخلوطي از اجزاء گوناگون را كه داراي جرم متفاوت هستند در سانتريفوژ بچرخانيم، مقدار نيروي وارد (نيرو گريز از مركز) بر اجزاء سنگين‌تر، بيشتر خواهد بود. به اين ترتيب اجزاء سنگين‌تر از مركز حركت دورتر مي‌شوند و به طرف محيط دايره حركت مي‌كنند. و اجزاء سبك‌تر به طرف مركز حركت، (دايره) حركت مي‌كنند. با اين روش اجزاء تشكيل‌دهنده سلول‌ها (هسته، غشاء سلولي، ريبوزوم) و شير و ... از يكديگر جدا مي‌شوند.

 

     3- جداسازي به روش الكترواستاتيك (الكترو به معناي الكتريسيته و استاتيك به معناي سكون است.)

     اين نوع روش جداسازي معروف به روش كاترل براي رسوب دادن دود كارخانجات و نيروگاه‌ها، هم‌چنين جداسازي ساير ذرات كولوئيدي (جامد در گاز) حاصل در محيط كارخانجات سيمان سازي، كوره ذوب آهن و غيره به كار مي‌رود.

     ذرات گردوغبار سيمان كه از تركيبات سيليس است معمولا" داراي بارهاي الكتريكي مثبت است و جذب الكترود (قطب) منفي دستگاه كاترل مي‌شود، در نتيجه فقط هوا و گازهاي احتراق نسبتا" تميز از دودكش كارخانه خارج مي‌شود. ذرات ته‌نشين شده كه ممكن است روزانه بيش از 5 تن وزن داشته باشد، مجددا" به مصرف سيمان‌سازي مي‌رسد، در عين حال از آلودگي محيط زيست هم جلوگيري مي‌شود.

     رسوب‌دهنده كاترل بر اين اساس كار مي‌كند كه ذرات معلق كولوئيدي و حتي ذرات درشت‌تر كه دائما" در جنب و جوش و اصطكاك هستند، دود  كه شامل ذرات كربن حاصل از احتراق ناقص سوخت‌هاست، هم‌چنين ساير ذرات معلق و مزاحم، داراي بارالكتريكي مي‌باشند. اين ذرات، از ميان دو قطب الكتريكي كه يكي سيم مسي و ديگري ديواره فلزي دستگاه است عبور مي‌دهند. با عبور دادن جريان برق مسقيم قوي بيش از 30 هزار ولت و تشكيل يك ميدان قوي مغناطيسي، ذرات معلقي كه بار منفي دارند روانه الكترود مثبت مي‌شوند و ذراتي كه داراي بار مثبت هستند روانه الكترود منفي مي‌گردند و در آن‌جا بار الكتريكي خود را از دست داده، متراكم مي‌شوند و سرانجام ته‌نشين مي‌گردند. كاربرد دستگاه كاترل يا مشابه آن در اغلب كارخانه‌‌هاي  جهان الزامي است.

 

     4- جداسازي با استفاده از ميدان مغناطيسي

     اگر يكي از اجزاء مخلوط خاصيت مغناطيسي داشته باشد مانند سنگ معدن آهن معروف به ماگنتيت  Fe3O4 ، مي‌توان اين جزء را به كمك يك آهنرباي بسيار قوي از بقيه جدا كرد. به همين روش نيز تكه‌ها و ظروف آهني را از از زباله‌هاي شهري جدا مي‌كنند.

مخلوط‌ها(26)

 مخلوط‌ها

    مخلوط‌ها معمولا" به سه دسته 1- سوسپانسيون يا معلق يا ناهمگن، 2- حقيقي يا همگن يا محلول و 3- كولوئيد تقسيم مي‌كنند.

     وقتي كه خاك رس را در آب بريزيم و به هم بزنيم، مخلوطي تيره رنگ پديد مي‌آيد كه نسبت به نور كدر است. يعني با تاباندن پرتوهايي از نور به آن، عبور نمي‌كند. اين مخلوط را سوسپانسيون يا معلق يا نا‌همگن گويند. اگر مخلوط را مدتي به حال خود رها كنيم، ذرات درشت و سنگين زودتر ته‌نشين شده و ذرات ريزتر، به علت برخورد با ملكول‌هاي پرجنب‌وجوش آب، مدتي به حالت تعليق باقي مي‌مانند و سپس به تدريج ته‌نشين مي‌شوند.

     مخلوط ناهمگن را مي‌توان با ريختن بر روي كاغذ صافي، صاف كرد. ذرات درشت و ريزي كه حل نشده و شامل تجمع ميليون‌ها ذره جامد است، روي كاغذ صافي باقي مي‌مانند، ولي مايع زلالي كه ممكن است شامل اندكي ماده حل شده نيز باشد، از كاغذ صافي عبور مي‌كند.

     مخلوط زلالي مانند نمك در آب كه نور از آن عبور مي‌كند { چون ذرات ماده حل شده يا تك ملكول و يا يون (ذرات باردار) است كه به علت بسيار ريز بودن نور را بازتاب نمي‌كنند. يعني محلول همگن نسبت به نور كاملا" شفاف است.} و همه‌ي اجزاء ماده حل شده به طور يكنواخت در تمام نقاط آب پراكنده شده را محلول حقيقي يا همگن يا محلول مي‌گويند.

     هرگاه يك تكه از ورق ژلاتين را در آب گرم قرار دهيم، به نظر مي‌رسد كه آهسته آهسته حل مي‌شود. حال اگر پرتويي از نور قوي را از مخلوط بگذرانيم، نوعي تابش خفيف شيري رنگ در آن مي‌بينيم. اين محلول را كولوئيد مي‌گوييم كه حدواسط ميان مخلوط سوسپاسيون و همگن است. ذرات كولوئيد به اندازه‌اي ريز هستند كه به كمك انرژي جنبشي مولكول‌هاي آب تقريبا" هميشه معلق مي‌مانند. در عين حال به علت همين خاصيت ريز بودن از كاغذ صافي رد مي‌شوند. از سوي ديگر به اندازه‌اي درشت به شمار مي‌روند كه مقداري از نور را بازتاب و پخش مي‌كنند.

     معمولا" يك ذره كولوئيدي، يا خود نوعي مولكول بسيار درشت معروف به ماكروملكول است، مانند هموگلوبين خون، و يا اين‌كه از گردهم آمدن تعداد زيادي مولكول كوچك به وجود مي‌آيد مانند ذرات كولوئيدي گوگرد در آب كه از تجمع تعدادي در حدود 1000 مولكول  S₈ فراهم مي‌گردند. پخش ذرات كولوئيد در محلول يكنواخت است و به همين دليل مخلوط كولوئيد را نيز همگن مي‌دانيم.

     مخلوط كولوئيدي متشكل از دومايع غير محلول در هم را امولسيون مي‌گويند. مانند امولسيون خامه و شير است كه شامل ذرات بسيار ريز چربي بوده كه به طور يكنواخت در شير پخش شده‌اند.

     ابر و مه نمونه‌اي از كولوئيد مايع در گاز است، در صورتي‌كه گردوغبار، دوده و دود سيگار كه از ذرات خاكستر معلق در هوا تشكيل يافته مثالي از كولوئيد جامد در گاز به شمار مي‌روند.

 

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

 

حالت محلول	حالت اوليه اجزاء محلول	مثال‌ها
گاز	گاز در گاز	پروپان و بوتان(گاز آشپزخانه)، اكسيژن و هليم(گاز تنفسي غواصان)
	مايع در گاز	عطر در هوا، رطوبت در هوا، بخار سمي برم در هوا، ابر و مه در هوا
	جامد در گاز	ذرات نفتالين در هوا، ذرات يد در هوا، گردوغبار در هوا، دوده در هوا
مايع	گاز در مايع	اكسيژن در آب، گاز كربن‌دي‌اكسيد در نوشابه
	مايع در مايع	الكل در آب، اسيد استيك در آب،
	جامد در مايع	قند در آب، نمك در آب، كافور در الكل، يد در الكل
جامد	گاز در جامد	ئيدروژن در فلز نيكل يا پلاتين
	مايع در جامد	آب در بلور كات‌كبود، جيوه در فلز سديم و نقره(ملغمه دندان‌پزشكي)
	جامد در جامد	فلز روي در مس، مس در طلا، كربن در آهن، (آلياژ‌ها)

جانوراني كه مي‌درخشند(25)

 جانوراني كه مي‌درخشند

     بسياري از موجودات را مي‌شناسيم كه قابليت درخشندگي دارند. هر جهانگردي كه تابستان را در ساحل درياي سياه گذرانده باشد، شاهد يكي از مناظر زيباي طبيعت بوده است. شب نزديك مي‌شود. دريا آرام است. امواج كوچك در سطح آب مي‌لغزد ناگهان روي امواج نواري روشن ظاهر مي‌شود. سپس نوار دوم و سوم و بالاخره خطوط روشن بسيار پشت سرهم ظاهر مي‌شوند، در يك ثانيه برق مي‌زند و با شكست موج، خاموش مي‌گردد و دوباره ظاهر مي‌شود. مي‌ايستيد، نگاه مي‌كنيد، چقدر دلرباست! ميليون‌ها نوار روشن چون آتش مي‌درخشند و نورشان در دريا پخش مي‌شود. علت چيست؟

     ميليارد‌ها موجود ذره‌بيني مانند مژكداران كه شب هنگام مي‌درخشند در سطح آب زندگي مي‌كنند، آب نيم‌گرم دريا در تابستان به تكثير و ازدياد آن‌ها كمك مي‌كند. اين موجودات مانند امواج در سطح آب شناورند، روي بدن آن‌ها دانه‌هاي گرد زرد رنگي پخش است كه موجب درخشندگي اين موجودات مي‌گردد. در اعماق مختلف دريا اين نمايش جالب‌تر است. 

     اگر با ميكروسكوپ داخل بدن كرم شب‌تاب را بررسي كنيم ذرات درشت زرد مايل به قرمز خواهيم ديد. اين ذرات نوراني باكتري‌ها هستند كه در بدن كرم شب‌تاب زندگي مي‌كنند و از خود نور منتشر مي‌سازند. پس علت درخشندگي كرم شب‌تاب وجود موجودات ميكروسكپي است. هم‌چنين چشم بعضي از ماهي‌ها كه مي‌درخشد، علت درخشندگي را وجود باكتري‌هايي مي‌دانند كه در سلول‌هاي اندام درخشنده اين ماهي‌ها وجود دارد. هميشه علت درخشندگي جانوران وجود باكتري نيست، بلكه بعضي مواقع نور ناشي از واكنش‌هاي شيميايي درون سلول‌هاي موجود زنده است. 

 

گياهان گوشت‌خوار (24)

 گياهان گوشت‌خوار

     در طبيعت مبارزه‌ي دائمي براي ادامه زندگي در گياهان و جانوران، وسايل گوناگوني وجود دارد كه متناسب با شرايط محيط خود به تدريج به وجود آمده‌اند. سلاح گيرنده گياهان گوشت‌خوار يكي از اين وسايل است. تا كنون بيش از 500 نوع گياه گوشت‌خوار شناخته شده است. كه بيشتر آن‌ها در زمين‌هاي باتلاقي يعني جايي كه از نظر مواد غذايي فقير است، زندگي مي‌كنند. از ميان آن‌ها زندگي گياه ديونه را مورد بررسي قرار مي‌دهيم.

     گياه ديونه يا مگس‌گير، گياه كوچكي است كه در باتلاق‌هاي شمال امريكا زندگي مي‌كند. اين گياه حشرات را به وسيله برگي كه داراي دريچه است شكار مي‌كند. برگ‌هاي بيضي شكل آن روي زمين پخش مي‌شود. در وسط برگ رگبرگ ضخيمي وجود دارد كه انتهاي آن به دم‌برگ پهن ختم مي‌شود. كناره‌هاي برگ دندانه دندانه است و روي سطح بالايي برگ غده‌هاي كوچكي به رنگ قرمز وجود دارد كه شيره گوارشي(آنزيم) ترشح مي‌كند. از ميان هر نصف پهنك برگ، سه رشته كرك حساس خارج مي‌شود.

     نحوه شكار: مگس براي استفاده از شيره ترشحي گياه ديونه به سوي برگ پرواز مي‌كند، روي برگ مي‌نشيند و به تدريج حركت مي‌كند تا اين كه خرطوم مگس يا بال‌هايش به يكي از كرك‌هاي حساس گياه ديونه برخورد مي‌كند. يك نيمه پهنك برگ، روي نيمه‌ي ديگر بسته مي‌شود و مگس اسير مي‌گردد. مگس براي آزادي تلاش زياد مي‌كند اما هرچه بيشتر تلاش كند كرك‌هاي حساس بيشتر تحريك مي‌شوند و دو نيم پهنك برگ، بيشتر به هم مي‌چسبند. كرك‌هاي حساس يكي بعد از ديگري به بدن مگس فرو مي‌روند و جان او را مي‌گيرد. بدن مگس آغشته به شيره گوارشي مي‌گردد. بعد از چند ساعت برگ باز مي‌شود و پهنك به شكل اول درمي‌آيد. قسمت‌هاي سخت بدن باقي مي‌ماند و بقيه به وسيله سلول‌هاي برگ جذب مي‌شود.

     چارلزداروين (12 فوریه، ۱۸۰۹ - ۱۹ آوریل، ۱۸۸۲ دانشمند و زیست‌شناس انگلیسی و بنیانگذار نظریهٔ تکامل است. او کتابی با عنوان اصل انواع دارد.) در مورد گياه ديونه آزمايش‌هاي زير را انجام داده است:"برگ در مقابل دميدن عكس‌العمل از خود نشان نداد و برگ‌ها روي هم بسته نشد. اما كافي است كه مگس به يكي از كرك‌هاي حساس برخورد نمايد، برگ فورا" حركت مي‌كند. هم‌چنين برگ در مقابل قطره‌هاي آب فواره كه ضربه وارد مي‌كرد، بي‌علاقه بود"

     از اين آزمايش معلوم مي‌شود كه برگ گياه ديونه در مقابل باد و باران از خود حساسيت نشان نمي‌دهد. مي‌توان گفت كه برگ بيهوده و بدون نتيجه بسته نمي‌شود. معلوم مي‌شود كه كرك‌هاي حساس برگ گياه در مقابل طعمه از خود حساسيت نشان مي‌دهند.

     داروين در آزمايش ديگر ثابت كرد كه اگر روي برگ گياه ديونه يك قطعه كوچك سنگ، يك قطعه چوب، يك تكه شيشه و يا يك قطعه چوپ پنبه قرار دهيم برگ از خود عكس‌العمل نشان نمي‌دهد و شيره گوارشي ترشح نمي‌كند. اما اگر روي برگ يك قطعه گوشت يا يك تكه تخم‌ مرغ پخته سفت و يا حتي يك قطعه كاغذ آب خشك‌كن كه در آب گوشت وارد كرده باشيم، قرار دهيم برگ از خود عكس‌العمل نشان مي‌دهد و بسته مي‌شود و سلول‌هاي ترشحي سطح بالايي برگ شيره گوارشي ترشح مي‌كند و سطح آن از شيره گوارشي پوشيده مي‌گردد.

     پس نتيجه مي‌گبريم كه كرك‌هاي حساس و غده‌هاي ترشحي گياه ديونه در مقابل محرك‌هايي از خود عكس‌العمل نشان مي‌دهد كه بتواند آن‌ها را جذب كند اما در مقابل محرك‌هايي كه براي او فايده‌اي نداشته باشد پاسخ نمي‌دهد.            

 

در مورد ستارگان(23)

  در مورد ستارگان

        1- وقتي كه طيف نور ستاره‌اي را كه دريافت مي‌كنيم به طرف رنگ قرمز تمايل پيدا مي‌كند، نشان دهنده آن  است كه، آن ستاره از ما دور مي‌شود.

     2- اگر طيف نور ستاره‌اي به طرف نور آبي تمايل پيدا كند، نشان‌ دهنده آن است كه، آن ستاره به ما نزديك مي‌شود.

     3- از روي اين‌كه نور چه مقدار به طرف قرمز و چه مقدار به طرف آبي تمايل دارد، مي‌توان سرعت نزديك شدن و يا دور شدن ستاره به زمين را بدست آوريم.

     4- از روي سرعت، مي‌توان فاصله آن ستاره را با زمين تعيين كرد.

     5- از روي خطوط امواج نوري كه از ستارگان دريافت مي‌كنيم مي‌توان پي برد كه در آن ستاره چه عناصري وجود دارد. زيرا ما خطوط طيف نور هر عنصري را مي‌دانيم.

     6- خورشيد يك ستاره دست دومي مي‌باشد، كه خود از انفجار ستاره‌ي ديگري بوجود آمده است. به همين دليل خورشيد علاوه بر هيدروژن و هليم، عناصري ديگري در آن هم وجود دارد.

     7- دو عنصر ئيدروژن و هليم ماده اصلي، تشكيل دهنده ستارگان دست اول است. در اين ستارگان عناصر ديگري وجود ندارد.

انواع واكنش‌ها: قسمت سوم و آخر (22)

 انواع واكنش‌ها: قسمت سوم و آخر

     واكنش‌هاي هسته‌اي كدامند؟

     به طور كلي واكنش هسته‌اي به واكنشي گفته مي‌شود كه طي آن تغييراتي در هسته‌ي اتم پديد آيد. در واكنش‌هاي هسته‌اي همواره مقداري از ماده ناپديد مي‌گردد. اين ماده ناپديد شده به انرژي تبديل مي‌گردد كه مقدار اين انرژي از فرمول معروف آلبرت انيشتين (_E=MC^۲) قابل محاسبه است. واكنش‌هاي هسته‌اي را به طور كلي به دو دسته تقسيم مي‌كنند:

     الف: يكي واكنش‌هاي شكافت هسته‌اي يا فيسيون (Fission) كه طي آن هسته يك اتم سنگين‌تر شكسته مي‌شود و به هسته‌هاي سبكتر تبديل مي‌شود. اين واكنش هسته‌اي، اولين بار امريكايي‌ها در ساعت 30/5 دقيقه بامداد روز 16 ژوئيه سال 1945 ميلادي، اولين بمب اتمي را در صحراي نيومكزيكو آزمايش كردند و در كمتر از يك ماه بعد يعني در روز 6 اوت 1945 دومين بمب اتمي را بر روي شهر هيروشيما، و سه روز بعد سومين بمب اتمي را بر روي شهر ناكازاكي آزمايش كردند!!؟

     اساس اين گونه واكنش‌هاي شكافت هسته‌اي بمباران كردن اورانيوم 235 به وسيله‌ي نوترون است كه منجر به محصولات گوناگوني مانند باريم و كريپتون مي‌شود. بر اثر برخورد يك نوترون به يك هسته اورانيوم 235 ، سه نوترون توليد مي‌شود كه اين نوترون‌هاي توليد شده، خود به سه هسته ديگر برخورد كرده و آن‌ها را مي‌شكافند و 9 نوترون ديگر توليد مي‌شود كه اين‌ها نيز هسته‌هاي ديگر را مي‌شكنند اين عمل اگر كنترل نشود هم‌چنان ادامه خواهد داشت. به همين سبب، اين نوع واكنش‌ها را واكنش هسته‌اي زنجيره‌اي مي‌گويند. از شكستن هسته‌هاي هر گرم اورانيوم 235 در حدود 20 ميليون كيلوكالري انرژي آزاد مي‌شود. وقتي گفته مي‌شود كه كشوري يك بمب يك مگا‌تني را آزمايش كرد، يعني انرژي آزاد شده از آن بمب معادل انرژي حاصل از انفجار يك ميليون تن، تي ان تي ((T.N.T است.

     ب:دومي واكنش‌هاي هم‌جوشي هسته‌اي يا فوزيون (Fusion) كه در آن هسته‌هاي سبك‌تر با هم تركيب شده و هسته سنگين‌تري را به وجود مي‌آورند. هسته اتم‌هاي سبك بسيار ناپايدارتر از هسته‌هاي ديگر است. بنابراين، هرگاه بتوانيم اتم‌هاي سبكتر را به اتم‌هاي سنگين‌تر تبديل كنيم، انرژي بسيار زيادي آزاد خواهد شد. مثلا"با تركيب هسته‌هاي دو اتم دوتريم يا ئيدروژن 2، يك اتم هليوم توليد مي‌شود كه انرژي حاصل از آن، بسيار بيشتر از يك واكنش شكافت هسته‌اي است. برتري ديگر اين نوع واكنش به عنوان منبع انرژي آن است كه ايزوتوپ‌هاي توليد شده معمولا" پايدار و غير راديواكتيو هستند و مواد اوليه آن نيز فراوان‌تر است.

     مشكل اساسي در اين مورد اين است كه انرژي فعال‌سازي(مقدار انرژيي كه باعث شروع واكنش هسته‌اي هم‌جوشي مي‌گردد.) اين نوع واكنش‌هاي بسيار زياد است. براي غلبه بر نيروي دافعه‌ي الكتريكي ميان هسته‌هايي كه به هم نزديك مي‌شوند بايد شتاب آن‌ها بسيار زياد باشد و عمل در دماي بسيار بالا صورت گيرد. دمايي كه در آن اين نوع واكنش بايد صورت گيرد حداقل 15 ميليون درجه سانتي‌گراد است. در بمب‌هاي ئيدروژني كه بر اين اساس ساخته مي‌شوند براي تامين چنين دمايي از انفجار يك بمب هسته‌اي معمولي استفاده مي‌كنند، يعني چاشني بمب ئيدروژني يك بمب هسته‌اي معمولي است. انرژي ستارگان از واكنش‌هاي هسته‌اي هم‌جوشي تامين مي‌شود. امروزه چند كشور پيشرفته صنعتي جهان (آلمان، انگليس، فرانسه، ژاپن و...) با تشكيل گروه‌هاي كاري، در صدد هستند كه حداكثر تا سال 2030 ميلادي راكتوري بسازند كه بتوان در درون آن، واكنش هم‌جوشي را انجام داد. عملا" اين راكتور را به مرحله صنعتي برسانند. يعني كشور‌هاي ديگر بتوانند از آن استفاده كنند.

     چگونه انرژي هسته‌اي به برق تبديل مي‌شود؟

     در سال‌هاي پس از جنگ جهاني دوم دستگاه‌هايي به نام راكتور ساخته شد كه در آن انرژي حاصل از واكنش‌هاي هسته‌اي كه به صورت انرژي گرمايي است به انرژي الكتريكي تبديل مي‌شود. جايي كه در آن واكنش هسته‌اي صورت مي‌گيرد قلب راكتور نام دارد. در قلب راكتور ميله‌هاي سوخت كه از اورانيوم 235 (حداقل 3 درصد اورانيوم دارند) ساخته شده است فرو مي‌رود. و به وسيله نوترون‌ها، ميله‌هاي سوخت را بمباران مي‌كنند كه در نتيجه آن واكنش زنجيري شروع شده و گرما توليد مي‌گردد. براي جلوگيري از انفجار راكتور، در قلب راكتور ميله‌هاي كنترل كه از جنس گرافيت است فرو مي‌كنند. اين ميله‌ها نوترون‌هاي آزاد شده را جذب مي‌كنند در نتيجه واكنش هسته‌اي زنجيري مهار مي‌گردد. در اين دستگاه‌ها آب با فشار زياد از قلب راكتور عبور مي‌كند و در آن‌جا، بدون بخار شدن، به دمايي در حدود 300 درجه سانتي‌گراد مي رسد. جريان ديگري از آب با فشاري كمتر گرما را از آب قبلي جذب مي‌كند و به بخار با دماي حدود 260 درجه تبديل مي‌شود كه مي‌تواند يك توربين را به گردش درآورد. اين توربين نيز يك ژنراتور را به گردش مي‌آورد كه مي‌تواند انرژي مكانيكي حاصل از حركت ملكول‌هاي آب را به الكتريسيته تبديل كند. اين راكتور‌ها دو عيب اساسي دارند يكي اين‌كه تهيه سوخت آن‌ها، دشوار و گران است و ديگر اين‌كه دماي 300 درجه سانتي‌گراد كم بوده و بازده را كاهش مي‌دهد. در توربين‌هاي بخار كه با سوخت‌هاي فسيلي كار مي‌كنند دما تا 500 درجه سانتي‌گراد مي‌رسد. اگر در راكتورها به جاي آب از سديم استفاده شود مي‌توان، دما را تا 800 درجه سانتي‌گراد افزايش داد.

انواع واكنش‌ها: قسمت دوم(21)

 انواع واكنش‌ها: قسمت دوم

      عناصر راديواكتيو كدامند؟

     به طور كلي همه‌ي عنصرهاي سنگين‌تر از سرب، يعني از بيسموت به بعد، در جدول تناوبي عناصر، راديواكتيو هستند. عناصر راديواكتيو داراي هسته‌ي ناپايدار هستند و به تدريج به عنصر‌هاي ديگر تبديل مي‌شوند. از ميان اين هسته‌ها، سه هسته‌ي توريم 232 و اورانيوم 238 و اورانيوم 235 از ديگران پايدارترند. محصول نهايي هر سه هسته پس از متلاشي شدن، ايزوتوپ‌هاي سرب است. توريم به سرب 208، اورانيوم 238 به سرب 206، و اورانيوم 235 به سرب 207 تبديل مي‌شود.

      تاثير اشعه راديواكتيو بر موجودات زنده چگونه است؟

     چون اشعه‌ي آلفا، بتا و گاما با خود انرژي نسبتا" زيادي را حمل مي‌كنند، بنابراين مي‌توانند در اتم‌هايي كه به آن‌ها برخورد مي‌كنند تغييرات شيميايي ايجاد كنند. همه انواع اشعه‌ها به هنگام برخورد با اتم‌ها يا مولكول‌ها مي‌توانند باعث برانگيخته‌شدن الكترون‌هاي آن‌ها و در نهايت باعث يونيزه شدن آن‌ها بشوند. اين اشعه‌ها به همين دليل مي‌توانند به موجودات زنده آسيب برسانند، يعني باعث يونيزه(ذرات باردار)شدن مولكول‌هاي سازنده سلول زنده و مرگ آن شوند. ميزان آسيبي كه اين اشعه‌ها به بدن انسان وارد مي‌كنند به دو عامل بستگي دارد: يكي نوع اشعه و ديگري مقدار انرژي اشعه.

     اشعه آلفا داراي قابليت نفوذ بسيار كمي است و پس از برخورد به ماده، الكترون جذب مي‌كند و به هليم بي خطر تبديل مي‌شود. پوست بدن انسان، تقريبا" تمام اشعه آلفا را متوقف مي‌كند. با اين وجود اگر يك ماده توليد كننده اشعه آلفا مانند پلوتونيم 239 وارد بدن شود، در استخوان ذخيره مي‌شود و اشعه آلفاي حاصل از آن در توليد گلبول‌هاي قرمز خون تاثير مي‌گذارد. (رشد سرطاني گلبول‌هاي قرمز خون) به همين دليل، پلوتونيم سم بسيار خطرناكي است كه مقدار قابل تحمل (دوز) آن، نبايد از 7/0 ميكروگرم بيشتر باشد.(یک میکروگرم برابر است با یک میلیونم گرم)

     اشعه بتا نيز به وسيله پوست بدن متوقف مي‌شود، ولي به سبب قابليت نفوذ بيشتر در بدن، علاوه بر يونيزه كردن مولكول‌هاي سلول‌ها، چون انرژي جنبشي آن به گرما تبديل مي‌شود، باعث سوختگي شديد در پوست مي‌گردد. با اين وجود اگر يك ماده توليد كننده اشعه بتا مانند استرانسيم 90 وارد بدن شود، خطر مرگ انسان را تهديد مي‌كند.

     اما پوست بدن نمي‌تواند مانع نفوذ اشعه ايكس، گاما، و اشعه نوتروني به داخل بدن شود. به همين دليل هرگاه مقدار ورود اين اشعه‌ها به بدن از حد معيني تجاوز كند، خطراتي براي انسان به دنبال خواهد داشت.

     مقدار اشعه يا انرژي توليد شده توسط چشمه‌هاي راديواكتيو (ماده توليد كننده اشعه راديواكتيو) را معمولا" با واحدي به نام كوري (به افتخار خانم و آقاي كوري كشف كنندگان عنصر راديم) اندازه مي‌گيرند. يك كوري برابر است با متلاشي شدن 7/3 ضرب در ده به توان ده اتم عنصر راديواكتيو در يك ثانيه. شير خوراكي در هر سانتي‌متر مكعب در حدود 5 ضرب در ده به توان هشت ميكرو كوري راديواكتيو دارد كه بيشتر مربوط به پتاسيم 40 است. در تمام بدن انسان در حدود 1/0 ميكروكوري راديواكتيو مربوط به پتاسيم 40 و كربن 14 وجود دارد كه از راه تغذيه به بدن وارد مي‌شود. يك راكتور هسته‌اي( دستگاهي كه انرژي هسته‌اي را مهار مي‌كند) بزرگ ممكن است تا 10 به توان 10 كوري(۱۰^۱۰ )راديواكتيو داشته باشد.

      كاربرد مواد راديواكتيو چيست؟

     مواد راديواكتيو در پزشكي، در صنعت و در تحقيقات شيميايي كاربرد دارند. در پزشكي از اشعه گاماي پرانرژي براي نابود كردن و جلوگيري از رشد سلول‌هاي سرطاني استفاده مي‌شود. در صنعت براي تعيين ميزان ساييدگي رينگ در موتورها، اندازه‌گيري سرعت زنگ‌زدن فلزات و خوردگي آن‌ها، اندازه‌گيري ضخامت ورقه‌هاي فلزي و پلاستيكي و كاغذي كاربرد دارد.

      نيمه عمر چيست؟

     سرعت تجزيه مواد راديواكتيو را مي‌توان با تعداد اتم‌هاي تجزيه شده در واحد زمان اندازه‌گيري كرد، ولي چون تعداد اتم‌هاي تجزيه شده به تعداد اتم‌هاي راديواكتيو اوليه بستگي دارد، معمولا" براي بيان سرعت تجزيه‌ي مواد راديواكتيو "مدت زماني كه نصف اتم‌هاي راديواكتيو موجود تجزيه مي‌شود" را نيمه عمر ماده‌ي راديواكتيو مي‌نامند و آن را با" t يك دوم" نشان مي‌دهند. نيمه عمر مواد راديواكتيو مختلف از ميليون‌ها سال تا چند صدم ثانيه تغيير مي‌كند. مثلا" نيمه عمر اورانيوم 238 براي تبديل شدن به توريم234 ، چهار ميليارد و پانصد ميليون سال طول مي‌كشد. در حالي كه نيمه عمر پولونيم218 براي تبديل شدن به سرب214 ، مدت سه دقيقه طول مي‌كشد.

      چگونه از نيمه عمر مواد راديواكتيو در تعيين عمر سنگ‌ها استفاده مي‌شود؟

     با استفاده از مواد راديواكتيو موجود در سنگ‌ها و مواد آلي،(موادي كه از موجودات زنده بدست مي‌آيد   مواد آلي مي‌گويند كه عمده عناصر تشكيل دهنده آن كربن، ئيدروژن، اكسيژن و نيتروژن است.) مي‌توان عمر آن‌ها را تعيين كرد. در مورد مواد آلي و بقاياي موجودات زنده روش كربن14 از همه معمول‌تر است. مقدار كربن14 در يك موجود زنده مقداري ثابت است، ولي پس از مرگ چون كربن14 جديدي وارد جسم موجود زنده نمي‌شود، به تدريج مقدار آن كاهش مي‌يابد. از روي مقدار كربن14 باقيمانده مي‌توان تعيين كرد كه چه مدت از مرگ آن موجود زنده گذشته است.