تازه های علم شیمی

[Sara12]

موئون (Muon): این ذرات نیز از خانواده ی فرمیون ها و گروه لپتون ها هستند و دارای اسپین 0.5 می باشند. باز این ذرات همانند الکترون است و جرمشان 105.6583 (MeV/C2) می باشد. اعمال واکنش در این ذرات به صورت نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی و همچنین نیروهیا ضعیف هسته ای است. این ذرات دارای پاد نیز می باشند. عمر این ذرات اغلب بیش از 2.2 میکروثانیه نیست که همین گونه نیز از دیگر لپتون ها و مزون ها عمر بیشتری دارند. موئون با جذب الکترون می تواند اتم موئونیم (Muonium) را بسازد که شعاع آن تقریبا برابر با هیدروژن است. به همین دلیل تا به حال این ذرات در اتم دیده نشده اند.
مزون (Meson): مزون نوعی هادرون با اسپین صحیح می باشد. مزون ها اصولا ترکیبی هستند به صورتیکه در آنها کوارک و آنتی کوارک هم دیده می شود! مزون ها شامل 3 دسته ی اصلی منفی – مثبت و صفر می باشند: مزون صفر سنگین (B0) – مزون مثبت یا پیون (Π+) - مزون منفی یا کائون (K-) – مزون صفر سبک یا اتا (Cη) و مزون های مثبت سنگین یا رو (+ρ).
پیون (Pion): نوعی از مزون ها هستند که دارای بار واحد (هم مثبت و هم منفی) می باشند. پیون ها زا آن جهت مهم هستند که دارای اسپین صفر می باشند و سبک ترین مزون ها هستند. جرم آنها Π0 = 134.976 (MeV/C2) و Π± = 139.570 (MeV/C2) می باشد.

[Sara12]

کوارک ها (Quarks): این ذرات شامل 6 نوع می شوند: کوارک های بالا (بار 3/2 و جرم 0.003) – Up (u) کوارک های پایین (بار 3/1- و جرم 0.006) – Down (d) کوارک های ربایشی (بار 3/2 و جرم 1.3) – Charm (c) کوارک های غیر ربایشی (بار 3/1- و جرم 0.1) – Strange (s) کوارک های زیر (بار 3/2 و جرم 175) – Bottom (b) کوارک های فوق ( باز 3/1- و جرم 4.3) – Top (t) دایون (Dyon): ذراتی فرضی که هم بار الکتریکی دارند و هم بار مغناطیسی و اگر در شرایطی بار الکتریکی انها سفرباشد تک قطبی خواهند بود. به این شرایط خاص شرایط کوانتیده شدن دیراک – اشوانزیگر – اشوینگر می گویند. (توجه کنید که این شرایط به تک قطبی هوفت – پولیاکوف بر نمی گردد بلکه مخصوص تک قطبی دیراک است و لازمه ی آن تعریف هوموتوپی برای توپولوژی فضا و زمان ناپیوسته است). اکثر تئوری های وحدت (GUT) وجود چنین ذره ای را پیش بینی کرده اند.
گراویتون (Graviton): ذراتی فرضی هستند که دارای جرم و بار صفر و اسپین 2 می باشند. این ذرات بیشتر در تئوری های کوانتومی به عنوان نتیجه ای از نسبیت مطرح می شود. به طوریکه QCD نیز از آنها نام می برد. چنین ذراتی (بدون جرم) تا به حالا دیده نشده اند. بنابراین حرف زدن در مورد ویژگی های آنها بسیار سخت است. (مگر از طریق ریاضی که این مقاله جایگاه آن نیست).

[Sara12]

مشخصات و طرز کار آشکارساز تناسبی
آشکارساز تناسبی از یک الکترود سیلندری و یک رشته سیم مرکزی که معمولا از تنگستن می‌باشد، ساخته می‌شوند. به دلیل وضع هندسی دستگاه میدان الکتریکی در فاصله x از سیم برابر است با (E=V/xLn(b/a که درآن V ولتاژ وصل شده بین الکترودها و a و b به ترتیب شعاعهای سیم و الکترود خارجی می‌‌باشند. میدان الکتریکی در نزدیک رشته سیم خیلی بزرگتر است و با فاصله از سیم نسبت عکس دارد. بنابراین بیشترین تکثیر در نزدیکی سیم مرکزی انجام می‌‌پذیرد. حدود نصف از زوجهای یون در فاصله‌ای برابر با متوسط طول آزاد و ۹۹% زوجهای یون در هفت برابر متوسط طول آزاد از الکترود مرکزی تشکیل می‌گردند. زمان جمع آوری الکترون‌ها خیلی کوچک است. به هرحال چون الکترون‌ها خیلی نزدیک به الکترود مرکزی ایجاد می‌‌‌شوند، v? مربوط به جمع آوری الکترون در الکترود مرکزی خیلی کوچک می‌باشد.
بنابراین سهم بیشتر سقوط پتانسیل مربوط به یونهای مثبت است. وجود این که یونهای مثبت کندتر از الکترون‌ها هستند، پس از عبور مسافت کمی‌ از سیم مرکزی بیشترین سقوط پتانسیل را درفاصله زمانی کوتاه بوجود می‌‌آورند. درنتیجه ، پالس مربوط به رسیدن یک زوج یون ابتدا خیلی سریع و سپس به کندی صعود می‌نماید. گاهی اوقات وقتی محل تشکیل هر یک از یونها نسبت به الکترود مرکزی متفاوت باشد، زمان تشکیل پالس‌ها نامشخص خواهدبود. در چنین حالتی زمان لازم برای الکترون‌های مختلف در رسیدن به ناحیه تکثیر یکسان نخواهد بود. تقویت کننده‌های مرحله اول یونها را جمع آوری می‌کنند تا این نامعلومی‌ را کاهش دهند.

[Sara12]

زمان تفکیک
در آشکارساز تناسبی ، یونیزاسیون محدود به ناحیه اطراف مسیر اشعه می‌باشد. فرض کنیم که تابش ۱ در زمان t۱ وارد شمارنده می‌شود و تابش مشابه ۲ در یک ناحیه دیگر در زمان t۲ وارد آشکارساز می‌شود. در الکترود جمع کننده سقوط پتانسیل خواهیم داشت. اگر تقویت کننده دستگاه آشکارساز بتواند این تغیییر ولتاژ را به عنوان دو علامت الکتریکی تشخیص دهد و اگر این کمترین زمان جدایی باشد که این تشخیص امکانپذیر می‌گردد، در این صورت t۲-t۱ زمان تفکیک (Resolving time) برای آشکارساز تناسبی است. بنابراین زمان تفکیک (T) تابع سیستم الکتریکی است.
اگر زمان تفکیک صفر باشد، تغییر تعداد شمارش برحسب تغییر تعداد تابش باید یک خط مستقیم باشد. به هرحال اگر زمان تفکیک بینهایت باشد، این منحنی در سیستم مختصات y-x به محور x متمایل شده و بالاخره آن را قطع خواهد نمود. یعنی وقتی تعداد تابشهایی که وارد آشکارساز می‌‌شوند افزایش یابد، تعداد شمارش ثبت شده ابتدا افزایش می‌یابد و بعد از رسیدن به یک ماکزیمم به طرف صفر میل می‌کند. در این میزان شمارش صفر ، ولتاژ الکترود جمع کننده ثابت می‌‌ماند. زیرا که میزان جمع آوری یونها برابر میزان نشت یونها خواهد بود.

[Sara12]

آشکارساز تناسبی حساس نسبت به محل ورود اشعه
یکی از تفاوتهای اساسی بین آشکارساز تناسبی و آشکارساز گایگر مولر این است که در آشکارساز تناسبی ، یونیزاسیون محدود به ناحیه کوچکی در اطراف مسیر ذره تابشی است. در صورتی که در آشکارساز گایگر یونیزاسیون در تمام حجم آشکارساز انجام می‌شود. بنابراین در آشکارسازهای تناسبی ، امکان این که اطلاعاتی در مورد محل اشعه تابشی بدست آوریم، وجود دارد. در این نوع از آشکارسازها ، آند از یک سیم با مقاومت زیاد (معمولا رشته کوارتز با پوششی از کربن) تشکیل می‌شود. فرض کنیم ذره تابشی در وضعیت x یونهایی در مجاورت آند ایجاد می‌‌نماید. این یونها بوسیله آند جمع آوری شده و باعث جاری شدن جریان در دو جهت در طول آند خواهد شد. مقدار جریانی که از هر جهت جاری می‌شود تابع مقاومت در مسیر می‌باشد. به دلیل تفاوت جریان در دو انتهای آند پالس‌های ایجاد شده در دو انتهای آند در ارتفاع و زمان صعود متفاوت خواهند بود. تفاوت در زمان صعود ، به دلیل تفاوت در ثابت زمانی ، معمولا برای بدست آوردن اطلاعات درباره محل اشعه بکار می‌رود.

[Sara12]

شمارش نوترون با آشکارساز تناسبی
علاوه بر اینکه می‌توان از آشکارساز تناسبی برای آشکارسازی ذرات آلفا و بتا استفاده نمود. این آشکارساز می‌تواند در آشکارسازی نوترونها نیز مورد استفاده قرار گیرند. یک آشکارساز واقعی نوترون معمولا گاز bf خالص و یا مخلوطی از bf۳ و یکی از گازهای استاندارد آشکارسازهای گازی ، می‌باشد. وقتی که نوترون حرارتی بوسیله هسته جذب می‌شود، دو ذره یونیزه کننده قوی یکی ذره آلفا و دیگری هسته لیتیم که در جهت مخالف حرکت ذره آلفا حرکت می‌‌کند، رها می‌شوند. پالسهای ایجاد شده بوسیله محصولات واکنش هسته‌ای در مقایسه با پالس‌های بوجود آمده بسیله تابشهای نظیر اشعه گاما ، دارای ارتفاع نسبتا بزرگ است.

رابطه ارتفاع پالس با نوع ذره
نکته‌ای که وجود دارد رابطه ارتفاع پالس و نوع ذره است. ارتفاع پالس‌های ایجاد شده با ذرات یونیزه کننده سنگین مانند ذرات آلفا ، ممکن است بطور قابل ملاحظه‌ای از پالس‌های بوجود آمده بوسیله الکترون‌های با انرژی برابر ، متفاوت باشد. این اختلاف تابع نوع اشعه است که معمولا برای آشکارسازهای گازی ، کوچک می‌‌باشد. در مورد آشکارسازهای تناسبی و یونیزاسیون و آشکارساز نیم رسانا این حالت وجود دارد.

[Sara12]

شيمي نقشي بنيادي در پيشرفت تمدن آدمي داشته و جايگاه آن در اقتصاد، سياست و زندگي‌روزمره روز به روز پر رنگ‌تر شده است. با اين همه، شيمي طي روند پيشرفت خود، كه همواره با سود رساندن به آدمي همراه بوده، آسيب‌هاي چشم‌گيري نيز به سلامت آدمي و محيط زيست وارد كرده است. شيميدان‌ها طي سال‌ها كوشش و پژوهش، مواد خامي را از طبيعت برداشت كرده‌اند، كه با سلامت آدمي و شرايط محيط زيست سازگاري بسيار دارند، و آن‌ها را به موادي دگرگونه كرده‌اند كه سلامت آدمي و محيط زيست را به چالش كشيده‌اند. هم‌چنين، اين مواد به‌سادگي به چرخه‌ي طبيعي مواد باز نمي‌گردند و سال‌هاي زيادي به صورت زباله‌هاي بسيار آسيب‌رسان و هميشگي در طبيعت مي‌ماند.

بارها از آسيب‌هاي مواد شيميايي به بدن آدمي و محيط زيست شنيده و خوانده‌ايم. اما، چاره‌ي كار چيست؟ آيا دوري و پرهيز از بهره‌گيري از مواد شيميايي مي‌تواند به ما كمك كند؟ تا چه اندازه‌اي مي‌توانيم از آن‌ها دوري كنيم؟ كدام‌ها را مي‌توانيم به كار نبريم؟ كدام‌يك از فرآورده‌هاي شيميايي را مي‌توان يافت كه با آسيب به سلامت آدمي يا محيط زيست همراه نباشد؟ داروهايي كه سلامتي ما به آن‌ها بستگي زيادي دارد، خود با آسيب‌هايي به بدن ما همراه‌اند. آيا مي‌توانيم آن‌ها را به كار نبريم؟ آيا مي‌توان آب تصفيه شده با مواد شيميايي را ننوشيم؟ پيرامون ما را انبوهي از مواد شيميايي گوناگون فراگرفته‌اند كه در زهرآگين بودن و آسيب‌رسان بودن بيش‌تر آن‌ها شكي نداريم و از بسياري از آن‌ها نيز نمي‌توانيم دوري كنيم.

بي‌گمان هر اندازه كه بتوانيم از به كارگيري مواد شيميايي در زندگي خود پرهيز كنيم يا از رها شدن اين گونه مواد در طبيعت جلوگيري كنيم، به سلامت خود و محيط زيست كمك كرده‌ايم. اما به نظر مي‌رسد در كنار اين راهكارهاي پيش‌گيرانه، كه تا كنون كارآمدي چشمگيري از خود نشان نداده‌اند، بايد به راه‌هاي كارآمدتري نيز بيانديشيم كه دگرگوني در شيوه‌ي ساختن مواد شيمايي در راستاي كاهش آسيب‌هاي آن‌ها به آدمي و محيط زيست، يكي از اين راه‌هاست. امروزه، از اين رويكرد نوين با عنوان شيمي سبز ياد مي‌شود كه عبارت است از: طراحي فرآورده‌ها و فرآيندهاي شيميايي كه به‌كارگيري و توليد مواد آسيب‌رسان به سلامت آدمي و محيط زيست را كاهش مي‌دهند يا از بين مي‌برند.

[Sara12]

بنيادهاي شيمي سبز
شيمي سبز، كه ‌بيش‌تر به عنوان شيوه‌اي براي پيش‌گيري از آلودگي در سطح مولكولي شناخته مي‌شود، بر دوازده بنياد استوار است كه طراحي يا بازطراحي مولكول‌ها، مواد و دگرگوني‌هاي شيميايي در راستاي سالم‌تر كردن آن‌ها براي آدمي و محيط زيست، بر پايه‌ي آن‌ها انجام مي‌شود.

1. پيش‌گيري از توليد فراورده‌هاي بيهوده

توانايي شيمي‌دان‌ها براي بازطراحي دگرگوني‌هاي شيميايي براي كاستن از توليد فراورده‌هاي بيهوده‌ و آسيب‌رسان، نخستين گام در پيش‌گيري از آلودگي است. با پيش‌گيري از توليد فراورده‌هاي بيهوده، آسيب‌هاي مرتبط با انباركردن، جابه‌جايي و رفتار با آن‌ها را به كم‌ترين اندازه‌ي خود كاهش مي‌دهيم.

2. اقتصاد اتم، افزايش بهره‌وري از اتم

اقتصاد اتم به اين مفهوم است كه بازده دگرگوني‌هاي شيميايي را افزايش دهيم. يعني طراحي دگرگوني‌هاي شيميايي به شيوه‌اي باشد كه گنجاندن بيش‌تر مواد آغازين را در فرآورده‌ها‌ي نهايي درپي داشته باشد. گزينش اين گونه دگرگوني‌ها، بازده را افزايش و فرآورده‌هاي بيهوده را كاهش مي‌دهد.

3. طراحي فرايندهاي شيميايي كم‌آسيب‌تر

شيمي‌دان‌ها در جايي كه امكان دارد بايد شيوه‌ي را طراحي كنند تا موادي را به كار برد يا توليد كند كه زهرآگيني كم‌تري براي آدمي يا محيط زيست داشته باشند. اغلب براي يك دگرگوني شيميايي واكنش‌گرهاي گوناگوني وجود دارد كه از ميان آن‌ها مي‌توان مناسب‌ترين را برگزيد.

4. طراحي مواد و فراورده‌هاي شيميايي سالم‌تر

فراورده‌هاي شيميايي بايد به گونه‌اي طراحي شوند كه با وجود كاهش زهرآگيني‌شان كار خود را به‌خوبي انجام دهند. فراورده‌هاي جديد را مي‌توان به گونه‌اي طراحي كرد كه سالم‌تر باشند و در همان حال، كار در نظر گرفته شده براي آن‌‌ها را به‌خوبي انجام دهند.

5. بهره‌گيري از حلال‌ها و شرايط واكنشي سالم‌تر

بهره‌گيري از مواد كمكي(مانند حلال‌ها و عامل‌هاي جداكننده) تا جايي كه امكان دارد به كم‌ترين اندازه‌ برسد و زماني كه به كار مي‌روند از گونه‌هاي كم‌آسيب‌رسان باشند. دوري كردن از جداسازي در جايي كه امكان دارد و كاهش بهره‌گيري از مواد كمكي، در كاهش فراورده‌هاي بيهوده كمك زيادي مي‌كند.

[Sara12]

. افزايش بازده انرژي.

نياز به انرژي در فرايندهاي شيميايي از نظر اثر آن‌ها بر محيط زيست و اقتصاد بايد در نظر گرفته شود و به كم‌ترين ميزان خود كاهش يابد. اگر امكان دارد، روش‌هاي ساخت و جداسازي بايد به گونه‌اي طراحي شود كه هزينه‌هاي انرژي مرتبط با دما و فشار بسيار بالا يا بسيار پايين به كم‌ترين اندازه‌ي خود برسد.

7. بهره‌گيري از مواداوليه‌ي نوشدني

دگرگوني‌هاي شيميايي بايد به گونه‌اي طراحي شوند تا از مواد اوليه‌ي نوشدني بهره گيرند. فرآورده‌هاي كشاورزي يا فرآورده‌هاي بيهوده‌ي فرآيندهاي ديگر، نمونه‌هايي از مواد نوشدني هستند. تا جايي كه امكان دارد، اين گونه مواد را به‌جاي مواد اوليه‌اي كه از معدن يا سوخت‌هاي فسيلي به دست مي‌آيند، به كار بريم.

8. پرهيز از مشتق‌هاي شيميايي.

مشتق‌گرفتن‌(مانند بهره‌گيري از گروه‌هاي مسدودكننده يا تغييرهاي شيميايي و فيزيكي گذرا) بايدكاهش يابد، زيرا چنين مرحله‌هايي به واكنشگرهاي اضافي نياز دارند كه مي‌توانند فراورده‌هاي بيهوده توليد كنند. توالي‌هاي جايگزين مي‌توانند نياز به گروه‌هاي حفاظت‌كننده يا تغيير گروه‌هاي عاملي را از بين ببرند يا كاهش دهند.

9. بهره‌گيري از كاتاليزگرها

كاتاليزگرها گزينشي بودن يك واكنش را افزايش مي‌دهند؛ دماي مورد نياز را كاهش مي‌دهند؛ واكنش‌هاي جانبي را به كم‌ترين اندازه مي‌رسانند؛ ميزان دگرگون‌شدن واكنشگرها به فرآورده‌هاي نهايي را افزايش مي‌دهند و ميزان فرآورده‌هاي بيهوده مرتبط با واكنشگرها را كاهش مي‌دهند.

10. طراحي براي خراب شدن

فروآرده‌هاي شيميايي بايد به گونه‌اي طراحي شوند كه در پايان كاري كه براي آن‌ها در نظر گرفته شده، به فرآورده‌ها‌ي تجزيه‌شدني، بشكنند و زياد در محيط زيست نمانند. روش طراحي در سطح مولكول براي توليد فرآورده‌هايي كه پس از آزاد شدن در محيط به مواد آسيب‌نرسان تجزيه مي‌شوند، مورد توجه است.

11. تحليل در زمان واقعي براي پيش‌گيري از آلودگي

بسيار اهميت دارد كه پيشرفت يك واكنش را همواره پي‌گيري كنيد تا بدانيد چه هنگام واكنش كامل مي‌شود يا بروز هر فراورده‌ي جانبي ناخواسته را شناسايي كنيد. هر جا كه امكان داشته باشد، روش‌هاي آناليز در زمان واقعي به كار گرفته شوند تا به وجود آمدن مواد آسيب‌رسان پي‌گيري و پيش‌گيري شود.

12. كاهش احتمال روي‌دادهاي ناگوار

يك راه براي كاهش احتمال روي‌داهاي شيميايي ناخواسته، بهره‌گيري از واكنش‌گرها و حلال‌هايي است كه احتمال انفجار، آتش‌سوزي و رهاشدن ناخواسته‌ي مواد شيميايي را كاهش مي‌دهند. آسيب‌هاي مرتبط با اين روي‌دادها را مي‌توان به تغييردادن حالت(جامد، مايع يا گاز) يا تركيب واكنش‌گرها كاهش داد.

[Sara12]

كوشش‌ها و دستاوردهاي شيمي سبز

شيميدان‌هاي سبز در پي آن هستند كه روندهاي شيميايي سالم‌تري را جايگزين روندهاي كنوني كنند يا با جايگزين كردن مواد اوليه‌ي سالم‌تر يا انجام دادن واكنش‌ها در شرايط ايمن‌تر، فراورده‌هاي سالم‌تري را به جامعه هديه دهند. برخي از آن ها مي‌كوشند شيمي را به زيست‌شيمي نزديك كند، چرا كه واكنش‌هاي زيست‌شيميايي طي ميليون‌ها سال رخ داده‌اند و چه براي آدمي و چه براي محيط زيست، چالش‌ها نگران كننده‌ي به وجود نياورده‌اند. بسياري از اين واكنش‌ها در شرايط طبيعي رخ مي‌دهند و به دما و فشار بالا نياز ندارند. فراورده‌هاي آن‌ها نيز به آساني به چرخه‌ي مواد بازمي‌گردند و فراورده‌هاي جانبي آن‌ها براي جانداران سودمند هستند. الگو برداري از اين واكنش‌ها مي‌تواند چالش‌هاي بهداشتي و زيست‌محيطي كنوني را كاهش دهد.

گروه ديگري از شيميدان‌هاي سبز مي‌كوشند بهره‌وري اتمي را افزايش دهند. طي يك واكنش شيميايي شماري اتم آغازگر واكنش هستند و در پايان بيش‌تر واكنش‌ها با فراورده‌هايي رو به رو هستيم كه شمار اتم‌هاي آن‌ها از شمار همه‌ي اتم‌هاي آغازين بسيار كم‌تر است. بي‌گمان آن اتم‌ها نابود نشده‌اند، بلكه در ساختمان فرآورده‌هاي بيهوده و اغلب آسيب‌رسان به طبيعت رها مي‌شوند و سلامت آدمي و ديگر جانداران را به چاش مي‌كشند. هر چه بتوانيم اتم‌هاي بيش‌تري در فرآورده‌هاي بگنجانيم، هم به سلامت خود و محيط زيست كمك كرده‌ايم و هم از هدر رفتن اتم‌هايي كه به عنوان مواد اوليه براي آن‌ها پول پرداخت كرده‌ايم، پيش‌گيري مي‌كنيم.

بازطراحي واكنش‌هاي شيميايي نيز راهكار سودمند ديگري براي پيش‌گيري از پيامدهاي ناگوار مواد شيميايي است. در اين بازطراحي‌ها از مواد آغازگر سالم‌تر بهره مي‌گيرند يا روندهايي را طراحي مي‌كنند كه با واكنش‌هاي مرحله‌اي كم‌تر به فراورده برسند. هم‌چنين، روندهايي را طراحي مي‌كنند كه به مواد كمكي كم‌تر، به‌ويژه حلال‌هاي شيميايي، نياز دارند. گاهي نيز واكنش‌هاي زيست‌شيمي و شيمي را به هم گره مي‌زنند و روند سالم‌تري و كارآمدتري را مي‌آفرينند. بازطراحي روند داروها مي‌تواند همراه با افزايش كارآمدي آن‌ها به هر چه سالم‌تر شدن آن‌ها بينجامد و اثرهاي جانبي آن‌ها بر روندهاي زيست شناختي بدن، تا جايي كه امان دارد، كاهش دهد.

در ادامه به نمونه‌هايي از كوشش‌ها و دستاوردهاي شيميدان‌هاي سبز اشاره مي شود.