کاتالیست جدید برای تولید هیدروژن

کاتالیست جدید برای تولید هیدروژن

محققان دانشگاه استانفورد موفق به ساخت کاتاليست جديدي براي به اصطلاح واکنش سير تکاملي هيدروژن شدند.

 

 

اين کاتاليست که از نانوذرات دي‌سولفيد موليبدن رشد يافته بر روي گرافن ساخته شده، ممکن است که براي کاربردهاي صنعتي در مقياس بزرگ در آينده، جايگزين واقعي براي پلاتين گران‌قيمت باشد.

 

هيدروژن مي‌تواند جايگزين زيست‌سازگاري براي سوخت‌هاي فسيلي مرسوم باشد، بويژه اگر به صورت الکتروشيميايي از آب دريا توليد شود.

 

با اين حال قبل از آن، دانشمندان نياز دارند که براي افزايش راندمان واکنش هيدروژن الکتروشيميايي(HER) کاتاليست‌هاي پيشرفته‌اي بسازند. امروزه، موثرترين کاتاليست HER، آنهايي هستند که از فلزات گروه پلاتين ساخته مي‌شوند؛ اما اين فلزات گران هستند.

 

اکنون هونگجي داي و همکارانش نشان داده‌اند که صفحه‌هاي اکسيد گرافن انعطاف‌پذير را مي‌توان بعنوان يک بستر ايده‌آل براي نانوذرات دي‌سولفيد موليبدن استفاده کرد.

 

هيبريد دي‌سولفيد موليبدن \ اکسيد گرافن احياء شده حاصله فعاليت الکتروکاتاليستي بسيار بالايي براي HER دارد. فعاليت اين کاتاليست بسيار بهتر از فعاليت کاتاليست‌هاي دي‌سولفيد موليبدن توليد شده بدون گرافن است.

 

شيب تافل که نشان‌دهنده سرعت يک واکنش الکتروشيميايي است، براي اين نانوکاتاليست برابر با 41 mV/decade است که از فعاليت کاتاليست‌هاي دي‌سولفيد موليبدن بسيار بيشتر است.

 

اين مقدار از تعداد زياد سايت‌هاي کناره کاتاليستي روي نانوذرات دي‌سولفيد موليبدن و اين حقيقت که اين ماده با شبکه گرافني زيرين به خوبي جفت مي‌شود، ناشي شده است.

 

بعلاوه اين کاتاليست هيبريدي اضافه‌ولتاژ کوچکي و چگالي جريان بزرگي دارد و حتي بعد از 100 چرخه فعال باقي مي‌ماند. داي گفت که کاتاليست‌هاي مرسوم از قبيل پلاتين و پالاديوم اگرچه خيلي کارآمد، اما گران‌قيمت هستند.

 

بواسطه داشتن عملکرد خوب و هزينه پايين اين نانوکاتاليست هيبريدي، ما مي‌توانيم پيش‌بيني کنيم اين کاتاليست در کاربردهاي صنعتي آينده احتمالا جايگزين فلزات گران‌قيميت قبلي شود.

 

اين محققان کاتاليست‌هاي هيبريدي خود را طي واکنش سولووترمال(solvothermal) تتراتيوموليبدات آمونيوم (NH4MoS4) و هيدرازين در محلول دي‌متيل‌فرمايدِ اکسيد گرافن در دماي 200 درجه سلسيوس براي يک شب ساختند.

 

در طول اين فرآيند، اکسيد گرافن به اکسيد گرافن احياء شده (RGO) و (NH4MoS4) به دي‌سولفيد موليبدن روي RGO بوسيله هيدرازين احياء شدند.

 

جزييات اين کار تحقيقاتي در مجله‌ Journal of the American Chemical Society منتشر شده است.

نانوحسگرها و انواع آنها

نانوحسگرها و انواع آنها

آيا تا به حال هوا را داخل سرنگي محبوس کرده‌ايد تا آن را تحت فشار قرار دهيد؟
چه اتفاقي مي‌افتد وقتي پيستون سرنگ را فشار مي‌دهيد؟
هوا چگونه متراکم مي‌شود؟ چگونه در يک فضاي کوچکتر جا مي‌گيرد؟
يک تکه اسفنج را مي‌توان در فضاي کوچکتري متراکم کرد. علت تراکم اسفنج اين است که در آن سوراخهاي ريزي وجود دارد، وقتي اسفنج را فشار مي‌دهيم هواي داخل اين سوراخها خارج مي‌شود و ماده جامد اسفنج به هم نزديکتر مي‌گردد. درست مثل زماني که يک تکه اسفنج خيس را فشار مي‌دهيد؛ آب از سوراخهاي اسفنج خارج و اسفنج متراکم مي‌شود. "بويل"، دانشمند انگليسي در سال 1662 ميلادي مقداري جيوه – که فلزي مايع است- را در يک لوله شيشه‌اي پنچ متري ريخت. اين لوله خميده به شکل حرف انگليسي U و يک سمت آن مسدود بود. بويل مشاده کرد که با افزودن جيوه هواي به دام افتاده در سمتي که بسته است، متراکم مي‌شود و فضاي کمتري اشغال مي‌کند. بويل نتيجه گرفت که هوا بايد از ذرات بسيار کوچک، يعني اتمهاي ريز، تشکيل شده باشد. ميان اتم‌ها فضايي است که در آن هيچ چيز نيست. وقتي هوا متراکم مي‌شود، اتم‌ها به هم نزديکتر مي‌شوند. بويل همان سال‌ها در کتابي نوشت: "عنصرها را بايد با آزمايش کشف کرد. شيميدانها بايد بکوشند تا هر چيزي را به مواد ساده‌تر تجزيه کنند، آن ماده يک عنصر است."
دانشمندان بر مبناي اين توصيه بويل، تا اواخر قرن هجدهم حدود 30 عنصر گوناگون کشف کردند و مواد مرکب زيادي را که از اين عناصر ساخته شده بود را بررسي کردند. بسياري از مواد مرکب بررسي شده تا آن زمان از مولکول‌هاي ساده ساخته شده بودند و هر کدام بيش از چند اتم نداشتند. کافي بود فهرستي از انواع گوناگون اتمها تهيه شده و گفته شود که در هر ماده مرکب از هر نوع اتم چند عدد وجود دارد. در سال 1824 ميلادي (1203 شمسي) "يوستون ليبينگ" و "فردريخ وهلر"، شيميدان آلماني درباره دوماده مرکب متفاوت تحقيق مي‌کردند. هريک از آنها براي ماده مرکب خود فرمولي بدست آورد و نشان داد که در آن چه عناصري و از هر عنصر چند اتم وجود دارد. وقتي آنها نتايج کار خود را اعلام کردند معلوم شد که هر دو ماده داراي فرمول يکساني هستند. با اينکه اين دو ماده با هم متفاوت بودند و از هر جهت خواص گوناگوني داشتند، مولکولهاي آنها از عناصر يکسان تشکيل شده و حتي عده اتمهاي هر عنصر در هر دو ماده يکسان بود. به اين ترتيب مشخص شد که تنها جمع کردنِ عده اتمهاي موجود در يک مولکول کافي نيست. و اين اتمها بايد آرايش ويژه‌‌‌اي داشته باشند. بنابراين، آرايش متفاوت سبب تفاوتِ مولکولها مي‌شود و خواص مواد با هم فرق خواهند داشت.
با توجه به اينکه هم مولکولها و هم اتمها به قدري کوچک هستند که ديده نمي‌شوند، شيميدانان چگونه مي توانند نوع آرايش اتم‌ها را در مولکولها بيابند؟
نخستين گام را در اين راه، "ادوارد فرانکلندِ" انگليسي برداشت. او مولکول‌هاي آلي را با برخي از فلزات ترکيب کرد و دريافت که اتمِ يک نوع فلزِ، هميشه با تعداد مشخصي از مولکول‌هاي آلي ترکيب مي‌شود. او نتيجه گرفت که هر اتم توانايي و ظرفيت خاصي براي ترکيب با عناصر ديگر دارد. او اسم اين خصلت را "والانس" گذاشت. "والانس" کلمه‌اي لاتين به معناي "ظرفيت" يا "توانايي" است. براي مثال وقتي مي‌گوييم:"ظرفيت هيدروژن «يک» است"، يعني اتم هيدروژن تنها با يک اتم ديگر مي‌تواند ترکيب شود. ظرفيت اکسيژن «دو»، نيتروژن «سه» و کربن «چهار» است.
اسکات کوپرِ اسکاتلندي، نيز در 1858 ميلادي نظريه "پيوندهاي شيميايي" را مطرح کرد. او معتقد بود که اتمها با "قلاب" يا "پيوند" به يکديگر متصل مي‌شوند و مولکولهاي مختلف را تشکيل مي‌دهند. طبق نظريه او، هر اتم به اندازه "ظرفيت" يا "والانس" خود مي‌تواند با اتمهاي ديگر پيوند بدهد. کوپر همچنين پيشنهاد کرد که اتم‌ها را با توجه به ظرفيتشان و تعداد پيوندهايي که مي‌توانند با ساير اتمها داشته باشند، به صورت ذيل نمايش دهند:

به اين ترتيب مي‌توانيم مولکول‌ها را با رسم پيوندهاي ميان اتم‌ها، به شکل زير نشان بدهيم:

استفاده از روش فوق براي نشان دادن ساختمان مولکول‌هاي کوچک و غير آلي، به راحتي مقدور بود، اما در مورد مولکول‌هاي بزرگتر و مواد مرکب آلي، مشکلاتي وجود داشت که گاه باعث گمراهي مي‌شد. از اينرو "ککوله" تلاش کرد تا مشکل ظرفيت را در موردِ مواد مرکب آلي برطرف کند. "فردريش آگوست ککوله" با توجه به اين مسأله که هر اتم کربن ظرفيت اتصال به چهار اتم ديگر را دارد، توانست مسايل مربوط به تعداد زيادي از مولکول‌ها -که ساختمان آنها تا آن زمان معمّا به نظر مي‌رسيد- را حل کند.
امروزه نيز از همين مدل براي نشان دادن مولکولها و همچنين توضيح خواص آنها استفاده مي‌شود.

اما شيمي‌دانان ها چگونه مي‌توانند بين ساختار مولکول و خواص آن ارتباط برقرار کنند؟
مواد مختلف بسته به اين‌که از چه عناصر تشکيل شده‌اند و داراي چه آرايشي هستند، خواص مختلفي دارند. براي مثال موادي که خاصيت اسيدي از خود نشان مي‌دهند در ساختار مولکولي خود اتم هيدروژني دارند که به اکسيژن متصل است و آن اتم اکسيژن هم با يک عنصر نافلز مانند گوگرد، فسفر و... پيوند دارد. حال اگر به جاي اتم نافلز، يک اتم فلز مانند سديم، کلسيم يا ... قرار گيرد، ترکيب به جاي "خصلت اسيدي"، "خاصيت قليايي" خواهد داشت.
در داروها و مولکول‌هاي بزرگ، خواص ترکيب به عوامل متعددي بستگي دارد. در نانو فناوري که هدف ساختن مولکولي جديد با رفتاري خواص است، يک دانشمند شيمي مولکولي با استفاده از تخصص خود، آرايشي از اتم‌ها را پيشنهاد مي‌کند که خواصيت مورد نظر ما را داشته باشد. از سوي ديگر بايد بدانيم مولکولها صرفاً آنچه ما روي کاغذ رسم مي‌کنيم نيستند. مولکول‌ها داراي بعد هستند و فضا اشغال مي‌کنند.
يک مولکول در فضا آرايشهاي مختلفي را مي‌تواند اختيار کند. درحال حاضر با استفاده از يک سري فنون خاص و به کمک کامپيوتر مي‌توان آرايش‌هاي مختلف را پيش‌بيني کرده و چگونگي قرار گرفتن اتمها را در کنار يکديگر را بررسي کرد. همچنين مي توان حدس زد که هر آرايش مولکولي چه خواصي را موجب مي‌شود. اين کار نيز به واسطه اطلاعاتي که يک دانشمند شيمي مولکولي از مطالعه ساختارهاي مختلف مولکولها بدست آورده است، امکان پذير مي‌باشد.
شاخه‌اي از نانوفناوري که با بهره‌گيري از شيمي مولکولي و روشهاي محاسباتي فيزيکي و مکانيک کوانتومي، آرايشهاي متنوع مولکولها را بررسي مي‌کند را نانوفناوري محاسباتي مي‌نامند

شیمی تابش

اطلاعات اولیه

فوتونی پرانرژی که به یک سیستم جذب کننده وارد می‌شود، در یک تک مرحله به مولکولهای زیستی مهم ، آسیب ناشی از یونش وارد نمی‌آورد. در هر حالت ، فوتون ، دستخوش رویدادهای پراکندگی قرار می‌گیرد که به تولید الکترونهای پرانرژی می‌انجامد که سرانجام در گونه‌های مولکولی انرژی را رسوب می‌دهد. انرژی جنبشی این الکترونها عموما در گستره کیلو و مگا الکترون ولت است و برای اینکه آسیب ناشی از یونش در مولکولهای زیستی مهم موثر باشد، این الکترونها باید از رویدادهای انتقال انرژی ، حدود دهها الکترون ولت متاثر شوند.

برهمکنش تابش با مولکولها در محیط جذب کننده از طریق فوتون اولیه صورت نمی‌گیرد، بلکه بیشتر از طریق انتقال از ذرات باردار با انرژی جنبشی زیاد است که بر اثر فرآیندهای پراکندگی بوجود آمده‌اند. انرژی جذب شده در مولکول محیط ، می‌تواند به پرتاب یک یا چند الکترون از مولکول بیانجامد که به ایجاد یک زوج یون یا یونش مولکول هدف منجر شود. انرژی جذب شده ممکن است به بالا بردن الکترونها از حالت پایه به حالت برانگیخته بیانجامد، فرآیندی که برانگیزش نام دارد. مولکولها در حالت برانگیخته بسیار ناپایدارند.

فرآورده‌های اولیه رادیولیز آب

آب ، بخش بزرگی از محیط موجودات زنده را تشکیل می‌دهد و عجیب نیست که برای موجودات زنده ، مقدار چشمگیری از انتقال انرژی با این مولکول انجام می‌شود. اثر مستقیم برانگیزشها و یونشهای ناشی از الکترون ثانویه ، واکنش غالب در موجودات زنده برای تابش با LET (انتقال خطی انرژی) پایین به شمار می‌آید. نتیجه نهایی این شیمی تابش اولیه برانگیزش و یونش در یک آبدار که در یک مقیاس زمانی^12-10 _ ^16-10 ثانیه روی می‌دهد، عبارتند از: فرآورده‌های شامل H₂O و فرآورده‌های ناشی از تجزیه آن02O و ⁰OH و الکترون.

واکنش رادیکالهای آب با گیرنده آن

واکنش رادیکالهای آب یا آب ، به خودی خود ، فرآیند جالبی است، اما برای بدست آوردن یک نتیجه زیست شناختی ناشی از رویداد تابش ، باید یک برهمکنش شیمیایی از گونه واکنشی یا مولکولهای زیستی موجود باشد تا سرانجام به تداخلی در عملکرد یاخته‌ای طبیعی منجر شود. شیمیدانهای تابش ، عبارت رباینده را برای انواع مواد شیمیایی بکار می‌برند که با رادیکالها و سایر صورتهای فعال موجود در آب پرتو گرفته ، بر همکنش برقرار کنند.

رباینده که می‌تواند هر نوع مولکول قادر به بر همکنش باشد، با رادیکالها واکنش انجام می‌دهد تا شیمی آب را به سرانجامی برساند. نکته جالب این است که برای غلظتهای پایین هر مولکول رباینده ، کسری از رادیکالها که با رباینده برهمکنش انجام می‌دهد. تقریبا در گستره وسیعی از غلظت رباینده‌ها ، ثابت است.

کنش مستقیم و غیر مستقیم

آب با آثار ممکن بر سیستمهای زیستی ، رابطه دارد. علاوه بر واکنش پذیری فرآورده‌های رادیولیز آب که سبب می‌شود با مولکولهای زیستی مهم موجود در یاخته برهمکنش انجام دهند، این امکان هم وجود دارد که انرژی ذخیره شده توسط الکترون با انرژی جنبشی بالا مستقیما در مولکول زیستی مورد نظر ، ذخیره شود. در آن مورد واکنشهای فیزیکی - شیمیایی بیشتر در مولکولهای اجزای تشکیل دهنده مهم مانند DNA صورت می‌گیرد تا در آب ، نتیجه یونش و یا برانگیزش در اتمهای این مولکولها و تشکیل رادیکال از این مولکول زیستی حائز اهمیت است.

کنش مستقیم

برای این فرآیند ، انرژی مستقیما در مولکول هدف که دارای اهمیت زیستی است، بدون دخالت انواع رادیکالی حاصل از رادیولیز آب انباشته می‌شود. رابطه دوز - پاخ عموما لگاریتمی - خطی است، بطوری که در قالب رابطه زیر بیان می‌شود. که در آن تعداد آغازگر مولکولهای دست نخورده بوده ، تعداد باقیمانده پس از دوز مقداری ثابت است.

این رابطه بر این فرض استوار است که یک تک رویداد یونش یا برانگیزش در مولکولهای زیستی به تغییری خواهد انجامید که منجر به اتلاف فعالیت زیستی در مولکول می‌انجامد.

کنش غیر مستقیم

کنش غیر مستقیم ، عبارت است از حاصل کنش فرآورده‌های رادیولیتی آب بر هدف که از اهمیت زیستی ناشی می‌شود. مشخصه مهم کنش مستقیم از این قرار است که آسیب وارده از جانب این سازوکار ، عبارت است از آسیبی که تنها وقتی می‌تواند حادث شود که انواع رادیکال تولید شده از طریق رادیولیز آب به مولکولهای مهم زیستی ، برسند و با آنها برهمکنش برقرار نمایند.

بنابراین فرآیند ، معمولا از لحاظ پخش یا انتشار محدود می‌شود و غالبا رابطه دوز - پاسخ پیچیده خواهد بود. اثر غیر مستقیم به صراحت به صورت برهمکنش مولکولهای جسم حل شده و انواع واکنش پذیر مولکولهای حلال تعریف می‌شود که از طریق کنش مستقیم تابش بر حلال تشکیل خواهد شد. چون آب ، حلال عمده سیستمهای حیاتی است، اکثر کنشهای غیر مستقیم نتیجه انواع واکنش پذیر تشکیل شده از مولکولهای آب خواهد بود.

بازترکیب ، استرداد و ترمیم

بازگرداندن مولکولها به حالت قبل از پرتو گیری از طریق سه ساز و کار ممکن است: بازترکیب ، استرداد و ترمیم.

بازترکیب

بازترکیب می‌تواند در مراحل بسیار اولیه پس از رویداد پرتو گیری تحقق پذیرد، ضمن اینکه گونه‌های ناشی از رادیولیز آب تولید شده هنوز بسیار به یکدیگر نزدیک هستند. مقیاس زمانی برای بازترکیب کوتاهتر از ^11- 10 ثانیه است. بازترکیب به سادگی به هم نزدیک شدن زوج یونها یا زوج رادیکالها برای تشکیل شدن مولکولی است که از آنها ناشی شده‌اند.

استرداد

عبارت است از بازگشت شیمیایی مولکول تغییر یافته به حالت اولیه‌اش بدون دخالت مراحل آنزیمی یا مراحل کاتالیستی زیستی دیگر. مقیاس زمانی برای استرداد ، یک چهارم ثانیه یا کمتر است. استرداد شیمیایی می‌تواند به چندین طریق پیشروی کند که بعضی از آنها به خوبی فهمیده نشده است. مثالی برای فهم این فرآیند مفید خواهد بود.

• مثالی در مورد استرداد: فرض کنید که در نتیجه کنش مستقیم و غیر مستقیم ، DNA دستخوش یک رویداد شیمیایی شده است که یک رادیکال را در محلی از مولکول باقی می‌گذارد. این رادیکال به نوبه خود می‌تواند دستخوش واکنشی شود که آسیب را به نحوی کم و بیش دائم تثبیت کند (مثلا واکنش با اکسیژن) ، یا ممکن است با یک مولکول دیگر در واکنش مبادله رادیکال ، واکنشی را برقرار کند که مولکول DNA را به حالت قبل از پرتو گیری بازگرداند و یک رادیکال دیگر ، تولید شود. یک مثال نوعی از فرآیند اخیر می‌تواند برهمکنش رادیکال DNA با مولکولی که دارای سولفیدریل باشد، انجام گیرد که منجر به بازگشت مولکول DNA و تبدیل مولکول سولفیدریل به یک ترکیب رادیکالی باشد.

ترمیم

در یک مقیاس زمانی طولانیتر ، ممکن است ترمیم آنزیمی روی دهد. مقیاس زمانی برای این فر‌‌‌آیند چند دقیقه تا چند ساعت می‌باشد.

هدف بزرگ مولکولی در یاخته

هدف اساسی برای تبدیل شیمیایی ناشی از القای تابش یونساز که این تغییرات می‌توانند از لحاظ زیستی برای زنده ماندن سلول مهم باشد، هم اکنون فهمیده شده است که DNA است. این مولکول اطلاعات ژنومی لازم برای خود تکثیری و نوسازی زیست شیمیایی در یاخته و تقسیم یاخته‌ای را با خود حمل می‌کند. قسمتی از آسیب القا شده توسط تابش ، نتیجه کنش غیر مستقیم فرآورده‌های رادیولیز آب است. قسمتی از آن حاصل کنش مستقیم روی مولکول DNA است. ضمن اینکه DNA هدف عمده به شمار می‌آید.

روشن است که مولکولهای فعال زیستی دیگر موجود در یاخته نیز دستخوش غیر فعال سازی ناشی از آسیب تابشی مستقیم و غیر مستقیم می‌شوند. یاخته می‌تواند از دست دادنهای بسیار بزرگ را در فعالیت زیستی اکثر بیومولکولها ، جز DNA را بدون وارد آوردن نقص جدی به کارهایش ، تحمل کند. مثلا آنزیمها پیوسته ساخته می‌شوند و مولکولهای آسیب دیده مرتبا جایگزین می‌شوند.

شواهد موجود برای DNA به عنوان مولکول هدف

• برای موجودات زنده ساده‌تر مانند باکتری خوار و ویروسها ، می‌توان یک رابطه کمی بین آسیب وارد به DNA و کارکرد زیستی برقرار کرد.
  
  
• برای موجودات زنده عالیتر ، از دست رفتن کارکرد باگمستت تک‌رشته‌ای و یا دو رشته‌ای ، همبستگی دارد.
  
  
• ترمیم آسیب وارد بر DNA در بسیاری از موجودات زنده رابطه تنگاتنگی با زنده ماندن یاخته دارد که از طریق توانایی یاخته برای تقسیم شدن ، سنجیده می‌شود.
  
  
• یاخته‌هایی که فاقد توانایی ترمیم DNA ناشی از تغییر ژنتیکی هستند، به مراتب نسبت به پرتو گیری حساستر از یاخته‌های طبیعی هستند.
  
  
• عوامل شیمیایی که معلوم شده است، مانع ترمیم آسیب وارد بر DNA می‌شوند، حساسیت یاخته‌ها را نسبت به پرتو گیری ، افزایش می‌دهند.
  
  
• کنشهای مستقیم تابش یوننده بر DNA و سایر مولکولهای زیستی فعال در یاخته به سهولت به صورت گسیختگی پیوند یا تشکیل رادیکال در محل نهشت انرژی تجسم می‌یابد، که به غیر فعال شدن مولکول هدف می‌انجامد. کنشهای غیر مستقیم از طریق فرآورده‌های تجزیه تابشی پیچیده‌تر هستند.

• آسیبهای وارده بر DNA در اثر رادیکالها

  • گروههای کارکردی در پورینها ممکن است بطور برگشت ناپذیری تغییر کنند تا به حضور یک نوکلئوتید نادرست منجر شود.
    
    
  • آسیب وارد آمده به پورینها و پریمیدینها ممکن است چنان زیاد باشد که به از دست رفتن آنها در مولکول DNA منجر شود.
    
    
  • یکی از ساز و کارهای انتقال رادیکال معلوم است که تشکیل شده در مکان بازها به ستون قند - فسفات منتقل شده و منجر به اتلاف باز و قطع زنجیره شود.
    
    
  • وارد آمدن آسیب به محور اصلی دی اکسی ریبوز - فسفات DNA ممکن است سبب قطع این محور اصی و منجر به گسست یک تک رشته شود. وارد آمدن این آسیب بسیار مهم را گسست تک رشته‌ای (SSB) می‌نامند.
    
    
  • وارد آمدن آسیب به محور اصلی دی‌اکسی ریبوز - فسفات در دو یا چند نقطه مجاور ممکن است به گسیختگی مولکول منجر شود و این آسیب را گسست دو رشته (DSB) می‌نامند.

  گسیختگی زنجیره در DNA

  گسیختگی زنجیره تک رشته‌ای از مولکول DNA برای یاخته ، رویداد چندان خطرناکی نیست زیرا فرآیندهای ترمیم در سلولهای بازده بالایی هستند. عقیده همگان بر این است که گسستهای تک رشته‌ای در یک یاخته رویداد شایع است، خواه با تابش و خواه بدون تابش و ترمیم آن بسیار کارآمد است. گسستهای دو رشته ای DSB) DNA) برای یاخته دارای عواقب جدی تری هستند. DSB ، یک فرآیند مستعد خطا هستند که اغلب به جهش در ژنوم و یا از دست رفتن ظرفیت تولید مثل ، منجر می‌شوند.
  

کلوئیــــــدها

 

کلوئیــــــدها:



اصطلاح کلوئید از ترکیب دو کلمه یونانی Kolla (به معنی چسب)و eidos (به معنای شبیه)بدست آمده است که اولین بار توسط دانشمند انگلیسی بنام توماس گراهام بکار برده شد.


کلوئیدها از یک نظر شبیه محلولها هستند و از جهاتی دیگر بکلی با آنها متفاوتند. هر سیستم کلوئیدی حداقل دارای بخش است:


1 – فاز پراکنده(Dispersed Phase)


2 – محیط پراکندگی(Dispersion Medium)


اما محلولهای حقیقی فقط یک فاز دارند و ماده حل شده و حلال باهم یک فاز را تشکیل میدهند.



اندازه ذرات کلوئیدی معمولا بین 50 تا 2000 آنگستروم است.


دسته بندی سیستمهای کلوئیدی:


فاز پراکنده **** محیط پراکندگی**** مثال
جامد************* گاز ********** دود
جامد*************مایع ********** چسب نشاسته، رنگها
جامد*************جامد***********بعضی آلیاژها
مایع************* گاز***********ابر
مایع*************مایع*********** شیر
مایع*************جامد***********ژله
گاز************** مایع**********تخم مرغ زده شده، کف
گاز************** جامد**********خاکستر آتشفشانی


برخی از خواص کلوئیدها:


الف- پراکندن نور:


همه کلوئیدها نور را پراکنده میکنند که از این نظر با محلولهای حقیقی تفاوت دارند. پدیده پراکندن نور توسط کلوئیدها به نام اثر تیندال معروف است. از راه پراکنده شدن نور توسط ذرات کلوئیدی، فقط از وجود آنها آگاه میشویم نه اینکه بتوانیم آنها را ببینیم.


ب- حرکت براونی ذرات کلوئیدی:


ذرات کلوئیدی که جرم کمی دارند پیوسته از طرف مولکولهای حلال به اطراف پرت میشوند.


ج- عدم پایداری لازم:


در اثر اعمال برخی تغییرات مانند گرم کردن، انجماد و یا سانتریفوژ بر روی کلوئیدها، باعث ایجاد لخته یا رسوب در آنها میشود و فاز پراکنده از محیط پراکندگی جدا میشود.


د- خواص الکتریکی:


یکی از مهمترین خواص ذرات پراکنده کلوئیدی، باردار بودن آنهاست. وقتی کلوئید Fe(OH)3 را در یک دستگاه الکترولیز قرار میدهند، ذرات پراکنده به سمت قطب منفی حرکت کرده و در اطراف آن رسوب میکنند. پس مشخص است که آنها دارای بار مثبت اند.


همه ذرات تشکیل دهنده فاز پراکنده در یک کلوئید یک نوع بار الکتریکی دارند که باعث پایداری سیستم کلوئید میشود چون ذرات کلوئیدی با بار الکتریکی یکسان یکدیگر را دفع میکنند و مانع از لخته شدن و تجمع ذرات کلوئیدی میشوند.


اکثر هیدروکسیدهای فلزی بار مثبت بدست می آورند در مقابل سولفیدهای فلزی کلوئیدهایی با بار منفی ایجاد میکنند.


ذرات کلوئیدی بار الکتریکی خود را از راه جذب یونهای موجود در محیط پراکندگی بدست می آورند. در بعضی موارد ذرات یاد شده فقط یونهای مثبت را جذب میکنند و دارای بار الکتریکی مثبت میشوند.



کاربرد کلوئیدها:



یکی از مهمترین کارهای مهم در تصفیه آب این است که ذرات ریز گل و لای و سایر ناخالصیها که بصورت معلق در آب وجود دارند را از راه لخته کردن، از آب جدا میکنند.


در داروسازی بیشتر پادها و شربتهای مورد استفاده حالت کلوئیدی دارند. مواد در حالت کلوئیدی در تهیه سرامیک و لعاب کاری نیز مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین در صنایع نساجی، چرمسازی، لاستیک سازی و کاغذ سازی و ساختن آلیاژهای مرغوب، کلوئیدها کاربرد گسترده ای دارند.


و شاید جالبترین نکته در خصوص کلوئیدها، ارتباط آن با ستاره شناسی باشد! علاوه بر آنکه ابر و مه خود حالت کلوئیدی دارند، مواد بین ستارگان نیز بطور عمده از گازها و گرد و غبار پراکنده در آنها تشکیل شده اند. ستارگان دنباله دار و سحابیها نیز شامل تودهای بسیار عظیم سیستمهای کلوئیدی هستند. درخشانی ستارگان دنباله دار در اثر پراکنده شدن نور خورشید از طرف ذرات بسیار ریز کلوئیدی تشکیل دهنده آنهاست.

جابر بن حیان

زمان زندگی جابر

جابربن حیان در حدود سال 750 میلادی ولادت یافت. اما در مورد تاریخ دقیق تولد وی و حتی مرگ و محل تولد اختلاف نظر وجود دارد. پاره‌ای از قراین این گمان را برمی‌انگیزند که او ، ایرانی و زادگاهش طوس از شهرهای خراسان بوده است. گفتنی است که صفت کوفی که در روایات بسیاری به دنبال نام جابر آمده است، نشانگر زادگاه او نیست، بلکه حاکی از آن است که وی مدتی در کوفه اقامت داشته است.
‍‍‍‍‍‍ ‍‍‍‍‍‌!اعتقادات جابر
جابر هم شیعه ، هم فیلسوف و هم کیمیاگر (شیمیدان) بوده است. او در سیاست ، شیعه ، در بحث و استدلال فیلسوف و در علم و دانش ، شیمیدان بود. بالاتر از همه اینها او یک صوفی بود. آنچنان که پسوند صوفی را همچون جزئی از نام خود پیوسته به همراه داشت و به نام جابر بن حیان صوفی خوانده می‌شد. نام امام جعفر صادق علیه‌السلام فراوان در کتابهای جابر آمده است.، زیرا وی از شاگردان امام جعفر صادق علیه‌السلام بوده است. ارتباط جابر با امام جعفر صادق علیه‌السلام باید کوتاه مدت بوده باشد، زیرا شهادت امام جعفرصادق علیه‌السلام در سال 765 میلادی یعنی حدود بیست سال پس از ولادت جابر ، اتفاق افتاده است.

منزلت جابر در علم شیمی

جابر نخستین شیمیدان عرب است. وی اولین کسی است که به علم شیمی شهرت و آوازه بخشید و بی‌تردید نخستین مسلمانی است که شایستگی کسب عنوان شیمیدان را دارد. ظاهرا همین بلندی مقام ، پرآوازگی و دانش عظیم او موجب شده است که بعضی او را مورد قدردانی و ستایش و بعضی دیگر مورد حسادت و کینه‌توزی خود قراردهند.

اکسیر و عقیده جابر درباره آن

عقیده براین بود همچنان که طبیعت می‌تواند اشیا را به یکدیگر تبدیل کند، مانند تبدیل خاک و آب به گیاه و تبدیل گیاه به موم و عسل بوسیله زنبور عسل و تبدیل قلع به طلا در زیر زمین و … کیمیاگر نیز می‌تواند با تقلید از طبیعت و استفاده از تجربه‌ها و آزمایشها همان کار طبیعت را در مدت زمانی کوتاهتر انجام دهد. اما کیمیاگر برای اینکه بتواند یک شیء را به شیء دیگر تبدیل کند، بوسیله‌ای نیازمند است که اصطلاحا آنرا اکسیر می‌نامند.

اکسیر در علم کیمیا ، به منزله دارو در علم پزشکی است. جابر اکسیر را که از آن در کارهای کیمیایی خود استفاده می‌کرد، ازانواع موجودات سه گانه (فلزات ، حیوانات و گیاهان) به دست می‌آورد. او خود ، در این زمینه می‌گوید : هفت نوع اکسیر وجود دارد :

• اکسیر فلزی : اکسیر بدست آمده از فلزات.
• اکسیر حیوانی : اکسیر بدست آمده از حیوانات.
• اکسیر گیاهی : اکسیر بدست آمده از گیاه.
• اکسیر حیوانی - گیاهی : اکسیر بدست آمده ازامتزاج مواد حیوانی و گیاهی.
• اکسیر فلزی - گیاهی : اکسیر بدست آمده از امتزاج موادفلزی و گیاهی.
• اکسیر فلزی - حیوانی : اکسیر بدست آمده از امتزاج مواد فلزی و حیوانی.
• اکسیر فلزی - حیوانی - گیاهی : اکسیر بدست آمده از امتزاج مواد فلزی و گیاهی و حیوانی.

عقیده جابر درباره فلزات

-=

فلزات اصلی هفت تاست : طلا ، نقره ، مس ، آهن ، سرب ، جیوه و قلع.

=-

این فلزات به تعبیر جابر قانون صنعت را تشکیل می‌دهند. به عبارت دیگر قوانین علم کیمیا بر این هفت فلز استوار است. با این حال ، خود این کانیها از ترکیب دو کانی اساسی ، یعنی گوگرد و جیوه بوجود می‌آیند که به نسبتهای مختلف ، در دل زمین ، باهم ترکیب می‌شوند. بنابراین ، تفاوت میان فلزات هفتگانه تنها یک تفادت عرضی وجود دارد نه جوهری که محصول تفاوت نسبت ترکیب گوگرد و جیوه در آن می‌باشد. اما طبیعت هر یک از گوگرد و جیوه تابع دو عامل زمینی و زمانی است. به عبارت دیگر ، تفاوت خاک زمینی که این دو کانی در آن بوجود می‌آیند و همچنین تفاوت وضعیت کواکب به هنگام پیدایش آنها موجب می‌شود که طبیعت گوگرد و یا جیوه تفاوت پیدا کند.

تعریف جابر از بعضی فلزات و تبدیل آنها

قلع

دارای چهار طبع است. ظاهر آن ، سرد و تر و نرم و باطنش گرم و خشک و سخت … پس هرگاه صفات ظاهر قلع به درون آن برده شود و صفات باطنی آن به بیرون آورده شود، ظاهرش خشک و در نتیجه قلع به آهن تبدیل می‌شود.

آهن

از چهار طبع پدید آمده است که از میان آنها ، دو طبع ، یعنی حرارت و خشکی شدید به ظاهر آن اختصاص دارد و دو طبع دیگر یعنی برودت و رطوبت به باطن آن. ظاهر آن ، سخت و باطن آن نرم است. ظاهر هیچ جسمی به سختی ظاهر آن نیست. همچنین نرمی باطن آن به اندازه سختی ظاهرش می‌باشد. از میان فلزات جیوه مانند آهن است. زیرا ظاهر آن آهن و باطن آن جیوه است.

طلا

ظاهر آن گرم و تر و باطنش سرد و خشک می‌باشد. پس جمیع اجسام (فلزات) را به این طبع برگردان. چون طبعی معتدل است.

زهره(=مس)

گرم و خشک است ولی خشکی آن از خشکی آهن کمتر است زیرا طبع اصلی مس ، همچون طلا ، گرم و تر بوده است اما در آمدن خشکی بر آن ، آنرا فاسد کرده است. لذا با از میان بردن خشکی ، مس به طبع اولیه خود برمی‌گردد.

جیوه

طبع ظاهری آن سرد و تر و نرم و طبع باطنی‌اش گرم و خشک و سخت است. بنابراین ظاهر آن ، همان جیوه و باطنش آهن است. برای آن که جیوه را به اصل آن یعنی طلا برگردانی، ابتدا باید آن را به نقره تبدیل کنی.

نقره

اصل نخست آن ، طلا است ولی با غلبه طبایع برودت و یبوست ، طلا به درون منتقل شده است و در نتیجه ظاهر فلز ، نقره و باطن آن طلا گردیده است. بنابراین اگر بخواهی آن را به اصلش یعنی طلا برگردانی ، برودت آن را به درون انتقال ده ، حرارت آن آشکار می‌شود. سپس خشکی آن را به درون منتقل کن ، در نتیجه ، رطوبت آشکار و نقره تبدیل به طلا می‌شود.

نور شیمی

 

نگاه اجمالی

چون آغاز حیات به کمک نور خورشید بوده ، لذا این عقیده عمومیت پیدا کرد که درک فرایندهای آغاز شده توسط نور ، درک خود زندگی است و اگر چه هیچ کس اطمینان ندارد که زندگی را بدرستی درک کرده باشد ، اما آگاهی و دانش نسبت به بسیاری از فرایندهای نور شیمی در حد کمال است. فرایندهای نور شیمی برای ادامه حیات در روی زمین اهمیت زیادی دارند. اهمیت نور شیمی ، بیشتر در این امر نهفته است که بشر و طبیعت هر دو آن را بخوبی به خدمت می‌گیرد.

سیر تحولی و رشد

بشر آگاه از زمان‌های بسیار دور با اثر نور بر ماده آشنا بوده است. مثلا رومیان می‌دانستند که نور خورشید برای رشد گیاهان لازم است. همچنین آنها می‌دانستند که نور آفتاب بر وسایل رنگی اثر تخریبی دارد. در آن ایام ، از انرژی خورشیدی استفاده عملی نمی‌کردند، جز اینکه معروف است که سربازان "اسکندر" دستبندی از الیاف رنگین داشتند که به عنوان ساعت از آن استفاده می‌کردند، زیرا با گذشت زمان رنگ آن تغییر می‌کرد.

در اواخر قرن هیجدهم ، "هیلز" ، فرآیند فتوسنتز را توضیح داد. پس از آن فیزیکدانان و شیمی‌دانان به این موضوع علاقمند شدند و از آن به بعد ، مطالب مربوط به نور شیمی گسترش یافت. در آغاز ، بررسی‌های نورشیمی در کشورهای حوزه‌ مدیترانه گسترده در زیر تابش عظیم خورشید توسعه یافت. "سیمیسیان" و "سیلبر" در سال 1900 در بولونی ، گزارش‌های علمی در مورد استفاده از نور خورشید در تغییرات شیمیایی چاپ نمودند و توضیح دادند که این واکنش‌ها بسیار جالب هستند.

چهل و پنج سال بعد ، "شونبرگ" و "مصطفی" در مصر در مورد واکنش‌های دسیر شدن ، حذف و حلقه‌سازی که همه توسط نور خورشید انجام شد، کشف جالبی نمودند. پس از آن واکنش‌های نور شیمی زیادی در فاز گازی انجام شد. در سال‌های بعد درباره کار "سیلبر" و "مصطفی" مطالب نظری زیادی به چاپ رسید. رابطه‌ی منطقی بین ماده و نور و مفهوم کوانتیده بودن انرژی از نظریه پلانک نتیجه گرفته شد و "آلبرت انیشتین" قاعده مهمی را فرموله کرد:« برای اینکه ترکیبی در یک واکنش شرکت کند، باید نور جذب نماید.»

در سال‌های اخیر ، فرآیندهای نور شیمی توسعه فراوان یافتند.

فرآیندهای نور شیمی

در فرآیند نور شیمی ، نور همراه یکی از اجزای واکنش کننده است. در نور شیمی ، اثرات فیزیکی و شیمیایی برانگیختگی الکترونی حاصل از اثر تابش الکترومغناطیسی با ماده ، مورد بررسی قرار می‌گیرد. تابش الکترومغناطیسی طیف گسترده‌ای از فیزیک امواج است که از طول موج کوتاه اشعه گاما تا طول موج‌های رادیویی و تلویزیونی را شامل می‌شود. اشعه ایکس و اشعه گاما ،‌ باعث یونیزه شدن مولکول‌ها می‌شوند.

در حالی که آنچه در نور شیمی بیشتر مد نظر است، برانگیختگی الکترونی است. لذا به طول موجهای زیر قرمز و فرابنفش ، توجه خاص معطوف می‌شود. همچنین واکنش‌ها ، تفکیک پذیری‌ ، ایزومری شدن و نشرنور توسط اتم‌ها و مولکولهای برانگیخته‌ ترکیبات شیمیایی ، هسته‌ اصلی فتوشیمی ( نور شیمی ) هستند.

هدف نور شیمی امروزی

• پاسخ به تقاضا برای انواع واکنشهای جدید و کلی
• جستجو برای ارائه نظریه‌های استادانه در مورد عوامل کنترل کننده انتقالات حالت برانگیخته.

کاربرد نور شیمی در زندگی

• فتوسنتز از انرژی خورشید برای تولید کربوهیدرات از دی‌اکسید کربن و آب و همچنین افزایش یا برگشت اکسیژن به هوا استفاده می‌کند.
  
  
• نور با تغییراتی که در گازها و ذرات معلق در اتمسفر ایجاد می‌کند، باعث اصلاح ترکیبات ساختاری و شیمیایی آنها شده و لذا از حیات بر روی زمین محافظت می‌کند. در واقع تولید مولکول‌های پیچیده‌ی حیات از مولکول‌های کوچک خود ، باعث ادامه حیات می‌شود.
  
  
• کاربرد نور در سنتز مواد جدید ، چه برای مصارف بیولوژیکی و چه صنعتی است.
  
  
• بینایی در موجودات زنده یک فرایندی نور شیمیایی است.

الکترولیز

دید کلی

رسانایی الکترولیتی هنگامی صورت می‌گیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل می‌کنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساسا توسط نمکهای مذاب و محلولهای آبی الکترولیتها صورت می‌گیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی ، لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد.

اصول رسانش الکترولیتی

این اصول رسانش الکترولیتی با بررسی الکترولیز NaCl مذاب بین الکترودهای بی‌اثر بهتر متصور می‌گردد. منبع جریان ، الکترونها را به الکترود سمت چپ می‌راند. بنابراین ، می‌توان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا می‌کند. این الکترونها ، از الکترود مثبت سمت راست کشیده می‌شوند. در میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود می‌آید، یونهای سدیم ( کاتیونها ) به طرف قطب منفی ( کاتد ) و یونهای کلرید ( آنیونها ) به طرف قطب مثبت ( آند ) جذب می‌شوند.

در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها که به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس ، به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود. برای آنکه یک مدار کامل تشکیل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی ( که لازم نیست حتما حامل بار باشند ) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن اجزا اکسید شوند.

یونهای سدیم در کاتد کاهیده می‌شوند:

Na⁺ + e→Na

یونهای کلرید در آند ، اکسید می‌شوند:

2Cl^-→Cl₂ + 2e

از جمع این دو معادله جزئی ، واکنش کلی سلول بدست می‌آید:

(2NaCl(l)→2Na(l) + Cl₂(g

مسیر جریان الکترونها در الکترولیز

الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد روانه می‌شوند. در آنجا یونهای سدیمی که به طرف این الکترود منفی جذب شده‌اند، الکترونها را می‌گیرند و کاهیده می‌شوند. یونهای کلرید از کاتد دور و به آند کشیده می‌شوند و در نتیجه ، بار منفی را در این جهت حمل می‌کنند. در آند ، الکترونها از یونهای کلرید جدا شده ، بوسیله منبع جریان به طرف خارج سلول رانده می‌شوند، بدین طریق ، مدار کامل می‌شود. البته ، یونهای کلرید با از دست دادن الکترون اکسید شده ، به‌صورت گاز کلر درمی‌آیند.

عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی

از آنچه گفته شد، مشخص می‌شود که رسانش الکترولیتی به تحرک یونها مربوطه می‌شود و هر چیز که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجاد مقاومت در برابر جریان می‌شود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهای الکترولیت اثر دارند، عبارتند از: جاذبه‌های بین یونی ، حلالپوشی یونها و گرانروی حلال. این عوامل به‌ترتیب به جاذبه‌های بین ذرات ماده حل شده ، جاذبه‌های بین ذرات حلال و ماده حل شده و جاذبه‌های بین ذرات حلال مربوط می‌شوند.

انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش دما زیاد می‌شود. و بنابراین ، مقاومت رساناهای الکترولیتی به‌طور کلی با افزایش دما کاهش می‌یابد (یعنی رسانایی زیاد می‌شود). به‌علاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما ، کم می‌شود.

باید توجه داشته باشیم که در هر زمان ، تمام قسمتهای محلول الکترولیت از نظر خنثی می‌ماند، زیرا بار مثبت کلی همه کاتیونها برابر با بار منفی همه آنیونها است.

استوکیومتری الکترولیز

روابط کمی میان الکتریسیته و تغییر شیمیایی برای نخستین بار در سالهای 1832 و 1833 بوسیله "مایکل فارادی" بیان شد. برای درک کار فارادی ، بهترین راه مراجعه به نیم واکنشهایی است که به هنگام عمل الکترولیز صورت می‌گیرد. به هنگام الکترولیز سدیم کلرید مذاب ، تغییر در کاتد:

Na⁺ + e→Na

نشان می‌دهد که برای تولید یک اتم سدیم ، یک الکترون لازم است. پس برای تولید یک مول سدیم فلزی ( 22.9898g Na ) ، یک مول الکترون ( عدد آووگادرو الکترون ) لازم است. مقدار بار معادل با یک مول الکترون ، فارادی (F) نامیده می‌شود. یک فارادی برابر با 96485 کولن است که برای مسائل معمولی ، آن را گرد کرده، برابر با 96500C در نظر می‌گیریم:

1F=96500C

اگر 2F الکتریسیته مصرف شود، 2 مول Na تولید می‌شود. در همان زمان که عده الکترونهایی معادل 1F الکتریسیته به کاتد اضافه شود، همان عده الکترون از آند جدا می‌شود:

2Cl→Cl₂(g) + 2e

نتیجه جدا شدن 1mol الکترون (1F) از آند ، تخلیه بار یک مول یون ^-Cl و تولید 0.5mol گاز کلر است. اگر 2F الکتریسیته در سلول جریان یابد، 2 مول یون تخلیه می‌شود و 1mol گاز Cl₂ آزاد می‌شود. بنابراین واکنشهای الکترودی را می‌توان بر حسب مول و فارادی تفسیر کرد. مثلا ، اکسایش آندی یون هیدروکسید:

4OH^-→O₂(g) + 2H₂O + 4e

را می‌توان این طور بیان کرد که وقتی 4F الکتریسیته از سلول می‌گذرد، 4 مول یون ^-OH ، یک مول گاز O₂ و دو مول H₂O تولید می‌کند. روابط میان مولهای ماده و فارادی های الکتریسیته ، مبنای محاسبات استوکیومتری مربوط به الکترولیز است. به خاطر داشته باشید که یک آمپر (1A) برابر آهنگ جریان یک کولن (1C) در ثانیه است.

سرعت واکنش های شیمیایی

 

سرعت واکنش
سرعت واکنش ، عبارت از تغییر غلظت هر یک از مواد اولیه یا مواد حاصل نسبت به زمان انجام واکنش است.

 نگاه
سرعت یک واکنش ، روند تبدیل مواد واکنش دهنده به محصول در مدت زمان معینی را نشان می‌دهد. سرعت واکنشها یکی از مهمترین بحثها در سینیتیک شیمیایی است. شیمیدانها همیشه دنبال راهی هستند که سرعت واکنش مفید را بالا ببرند تا مثلا در زمان کوتاه بازده بالایی داشته باشند و یا در پی راهی برای کاهش سرعت یا متوقف ساختن برخی واکنشهای مضر هستند. بعنوان مثال رنگ کردن سطح یک وسیله آهنی روشی برای متوقف ساختن و یا کم کردن سرعت زنگ زدگی و جلوگیری از ایجاد اکسید آهن است.

 طبقه بندی واکنشها برحسب سرعت
هدف از مطالعه سرعت یک واکنش این است که بدانیم آن واکنش چقدر سریع رخ می‌دهد. ترمودینامیک شیمیایی ، امکان وقوع واکنش را پیش‌بینی می‌کند، اما سینتیک شیمیایی چگونگی انجام یک واکنش و مراحل انجام آن و سرعت پیشرفت واکنش را بیان می‌کند. از لحاظ سرعت ، واکنشها به چند دسته تقسیم می‌شوند:
۱) واکنشهای خیلی سریع که زمان انجام این واکنشها خیلی کم و حدود ۰,۰۰۰۱ ثانیه است.
۲) واکنشهای سریع که زمان انجام این واکنشها کم و در حدود حساسیت انسان به زمان (ثانیه) است.
۳) واکنشهای معمولی ، اکثر واکنشهایی که در آزمایشگاهها با آنها سر و کار داریم از این نوع هستند و در حدود دقیقه‌ها یا چند ساعت طول می‌کشند.
۴) واکنشهای کند که در حدود روزها و هفته‌ها طول می‌کشند.
۵) واکنشهای خیلی کند که در حدود سالها و قرنها طول می‌کشند.
فقط تعداد اندکی از واکنشهای شیمیایی در سراسر فرآیند با سرعت ثابتی پیش می‌روند. بیشتر واکنشها در آغاز واکنش که غلظت واکنش‌دهنده‌ها بالا است با سرعت پیش رفته و با کم شدن غلظت از سرعت کاسته شده و با کامل شدن واکنش به صفر می‌رسد. برخی از واکنشها هم سرعت آنها پس از مدتی ثابت می‌ماند. چنین واکنشهایی ، واکنشهای تعادلی نام دارند.

 عوامل مؤثر بر سرعت واکنش
عوامل گوناگونی بر سرعت واکنش تاثیر دارند که بطور مختصر در مورد هر کدام توضیحی ارایه می‌شود.
▪ حالت فیزیکی واکنش دهنده‌ها
برای انجام یک واکنش ، واکنش‌دهنده‌ها باید با هم مخلوط شوند تا در مجاورت همدیگر قرار گیرند. اگر واکنش‌دهنده‌ها هم‌فاز باشند، یعنی همگی گاز یا بصورت حل شده در حلالی باشند، واکنش با سرعت بیشتری رخ می‌دهد.
▪ غلظت
غلظت بیشتر واکنش‌دهنده‌ها باعث ایجاد برخورد بیشتر بین آنها می‌شود و هر چه تعداد برخوردها بیشتر باشد، تعداد برخوردهای موثر هم بالا می‌رود بنابراین سرعت واکنش هم بیشتر می‌شود.
▪ دما
از مهمترین عوامل مؤثر بر سرعت واکنشهای شیمیایی است. در برخی از واکنشها با افزایش چند درجه سانتی‌گراد ، سرعت واکنش ممکن است چند برابر بیشتر شود. البته استثناهایی هم وجود دارد.
▪ کاتالیزور
کاتالیزورها سرعت یک واکنش شیمیایی را که از لحاظ ترمودینامیکی قابل انجام است، تغییر می‌دهند. بنابراین نمی‌توانند واکنشهایی را که از نظر ترمودینامیک امکان‌پذیر نیستند، به انجام برسانند. کاتالیزورها با پیش بردن یک واکنش از مسیر دیگر انرژی فعالسازی را کم کرده و باعث افزایش سرعت واکنشها می‌شوند.

 نقش برخورد در سرعت واکنش
برای انجام یک واکنش شیمیایی ، باید مولکولهای واکنش‌دهنده آنقدر به هم نزدیک شوند تا بین آنها برخورد ایجاد شود. این برخوردها وقتی منجر به انجام واکنش می‌شوند که مؤثر باشند، یعنی جهت‌گیری و انرژی برخوردها طوری باشد که بر اثر برخورد برخی پیوندها شکسته شده و پیوندهای جدیدی تشکیل شوند که نتیجه این عمل تولید مولکولهای جدید یعنی محصول است.
سرعت هر واکنش شیمیایی متناسب است با تعداد برخورد مولکولها در واحد زمان. اگر تمام برخوردهای مولکولها منجر به انجام واکنش شود، مدت زمان انجام واکنشها باید خیلی کمتر باشد. طبق محاسبات مختلف از هر ۱۰۱۴ برخورد ، فقط یک برخورد به واکنش منجر می‌شود. یعنی برخوردهایی موجب انجام واکنش می‌شوند که انرژی حاصل از برخورد برابر یا بیشتر از انرژی فعالسازی باشد.

 انرژی فعالسازی
حداقل انرژی لازم که بایستی واکنش‌دهنده‌ها بگیرند تا بتوانند وارد واکنش شوند. انرژی فعالسازی برای تمام واکنش‌های شیمیایی چه گرماگیر و چه گرماده وجود دارد و معمولا از انرژی برخورد میان مولکولها تامین می‌شود.

سنتز اتیل استات

 

سنتز اتیل استات

اتیل استات مایعی بی رنگ – فرار و آتشگیر است که بوی مطبوعی دارد.در آب محلول است و حلالیت آن با افزایش دما کاه می یابد. همچنین با الکل – استن –کلروفرم و اتر قابل اختلاط است .

 از اتیل استات در فرمولاسیون مرکب های چاپ – چسب –لاک ها –پاک کننده ها – عطرها- خوشبوکننده ها-ورنیهای الکلی و آبنبات های شفاف و شیشه ای به مقدار زیادی استفاده می شود .همچنین حلال مناسبی برای انواع رزینها است.
اتیل استات حلال نیترات سلولز است که در ساخت محصولاتی از جمله چرم مصنوعی –ورنی-مرکب –سیمان و فیلم عکاسی استفاده می شود. و جهت استخراج کامفور- روغنها-چربیها-آنتی بیوتیکها-رزین ها و صمغ های مختلف مناسب می باشد.همچنین در بازیابی اسید استیک از محلولهای رقیق آبی مفید بوده و حلال مناسبی برای پلیمریزاسیون آکریلات می باشد.

خصوصیات :
درصد خلوص حداقل 99% (GC)
وزن مخصوص در 20درجه 898 /0
درصد اب حداکثر 01/0%(KF)
ضریب شکست در 20 درجه 3693/1
نقطه جوش 77 درجه سانتیگراد

مواد اولیه در این آزمایش استیک اسید و اتانول هستند و از سولفوریک اسید نیز به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.

تمامی مراحل واکنش بالا به صورت تعادلی انجام می گیرد بنابراین باید طبق اصل لوشاتلیه شرایطی را فراهم نمود که واکنش تعادلی به سمت راست جابه جا گردد.یعنی مقدار اتیل استات بیشتری سنتز و تولید گردد.
برای این کار دو روش وجود دارد:
1- اینکه مولکول های آب بدست آمده را به طریقی از محیط واکنش خارج کنیم که این کار را می توان با افزودن مقداری کلرید کلسیم به محیط واکنش عملی کرد
2- اینکه مقدار یکی از مواد اولیه را بیشتر از حد مورد نیاز استفاده کنیم تا تعادل به سمت راست جابه جا شود.

شرح آزمایش:

ابتدا مقدار 10ml استیک اسید را برداشته  درون بالن می ریزیم و به بالن 20ml هم اتانول می افزاییم.3 تا 4 قطره هم اسید سولفوریک به عنوان کاتالیزور به محتویات بالن اضافه می کنیم .مقدار کمی نیز سنگ جوش درون بالن می ریزیم تا از بامپینگ جلوگیری کنیم.
حال کندانسور را روی پایه نصب می کنیم و ورودی آب که پایین کندانسور است را توسط شیلنگ به شیر آب وصل می کنیم و شیلنگ متصل به خروجی را درون سینک قرار می دهیم.حال بلن را به کندانسور متصل کرده و سه پایه رل با توری زیر آن می گذاریم و حرارت دادن را آغاز می کنیم.
 
باید توجه داشت که باید قبل از اتصال شلیف ها از ژل مخصوص استفاده کرد و نکته دوم اینکه حرارت نباید زیاد شدید باشد.
حرارت دادن را برای حداقل 20 دقیقه انجام می دهیم و اتیل استات تولید شده را می توان از بوی آن که بویی شبیه به اتانول اما تندتر دارد شناسایی کرد.
در صورتی که بخواهیم محصول را از بقیه مواد جدا سازیم، تقطیر میکنیم، که اتیل استات اولین جزیی است که جدا میشود زیرا دمای جوش آن حدود 57 درجه سانتی گراد است.

جدول معرف های رایج

Table of Common Acid-Base Indicators

Indicator	pH Range	Quantity per 10 ml	Acid	Base
Thymol Blue	1.2-2.8	1-2 drops 0.1% soln. in aq.	red	yellow
Pentamethoxy red	1.2-2.3	1 drop 0.1% soln. in 70% alc.	red-violet	colorless
Tropeolin OO	1.3-3.2	1 drop 1% aq. soln.	red	yellow
2,4-Dinitrophenol	2.4-4.0	1-2 drops 0.1% soln. in 50% alc.	colorless	yellow
Methyl yellow	2.9-4.0	1 drop 0.1% soln. in 90% alc.	red	yellow
Methyl orange	3.1-4.4	1 drop 0.1% aq. soln.	red	orange
Bromphenol blue	3.0-4.6	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	blue-violet
Tetrabromphenol blue	3.0-4.6	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	blue
Alizarin sodium sulfonate	3.7-5.2	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	violet
α-Naphthyl red	3.7-5.0	1 drop 0.1% soln. in 70% alc.	red	yellow
p-Ethoxychrysoidine	3.5-5.5	1 drop 0.1% aq. soln.	red	yellow
Bromcresol green	4.0-5.6	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	blue
Methyl red	4.4-6.2	1 drop 0.1% aq. soln.	red	yellow
Bromcresol purple	5.2-6.8	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	purple
Chlorphenol red	5.4-6.8	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	red
Bromphenol blue	6.2-7.6	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	blue
p-Nitrophenol	5.0-7.0	1-5 drops 0.1% aq. soln.	colorless	yellow
Azolitmin	5.0-8.0	5 drops 0.5% aq. soln.	red	blue
Phenol red	6.4-8.0	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	red
Neutral red	6.8-8.0	1 drop 0.1% soln. in 70% alc.	red	yellow
Rosolic acid	6.8-8.0	1 drop 0.1% soln. in 90% alc.	yellow	red
Cresol red	7.2-8.8	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	red
α-Naphtholphthalein	7.3-8.7	1-5 drops 0.1% soln. in 70% alc.	rose	green
Tropeolin OOO	7.6-8.9	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	rose-red
Thymol blue	8.0-9.6	1-5 drops 0.1% aq. soln.	yellow	blue
Phenolphthalein	8.0-10.0	1-5 drops 0.1% soln. in 70% alc.	colorless	red
α-Naphtholbenzein	9.0-11.0	1-5 drops 0.1% soln. in 90% alc.	yellow	blue
Thymolphthalein	9.4-10.6	1 drop 0.1% soln. in 90% alc.	colorless	blue
Nile blue	10.1-11.1	1 drop 0.1% aq. soln.	blue	red
Alizarin yellow	10.0-12.0	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	lilac
Salicyl yellow	10.0-12.0	1-5 drops 0.1% soln. in 90% alc.	yellow	orange-brown
Diazo violet	10.1-12.0	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	violet
Tropeolin O	11.0-13.0	1 drop 0.1% aq. soln.	yellow	orange-brown
Nitramine	11.0-13.0	1-2 drops 0.1% soln in 70% alc.	colorless	orange-brown
Poirrier’s blue	11.0-13.0	1 drop 0.1% aq. soln.	blue	violet-pink
Trinitrobenzoic acid	12.0-13.4	1 drop 0.1% aq. soln.	colorless	orange-red