دانستنیهای کوتاه در مورد علم شیمی

[Sara12]

تعادل بخار-مايع

گاهی در شرايط مناسب ميان حالت های فيزيکی يک ماده شيميايی

تعادل برقرار می شود .مانند تعادلی مولکولهای تشکيل دهنده يک نمونه ماده درهيچ يک ازحالت های فيزيکی ساکن نيستند وبنابر شرايط محيط دارای جنبش وحرکت های گوناگونی می باشند.دو نکته مهم لازم به تذکر است .

اول اينکه اين جنبش ها کاملا بی نظم وتصادفی هستند و دوم اينکه شدت آنهاازمولکولی به مولکول ديگر متفاوت می باشد .
مولکولهای يک مايع درهر دمايی جنب وجوش شديدی دارند و برخی ازآنها می توانند بر جاذبه مولکولهای اطراف خود درسطح مايع غلبه کرده و به بخار تبديل شوند.چون افزايش دما شدت جنبش های مولکولی را زياد می نمايند درنتیجه تعداد مولکولهايی راکه از واحد سطح جدا می شوند را افزايش می دهد.پس دردمای ثابت سرعت تبخير يک مايع ثابت خواهد ماند.
در يک ظرف در بسته هم زمان با تبخير برخی ازمولکولهای بخار به طور تصادفی به سطح مايع برخورد نموده در اين هنگام اگر انرژی آنها به اندازه کافی پايين باشد ممکن است توسط مولکولهای مايع جذب شوند.(ميعان)
درابتدا سرعت تبخير زياد ولی سرعت ميعان اندک است اما بعد از مدتی سرعت ميعان رو به افزايش می گذارد تا آنجا که با سرعت تبخير برابرمی شود در اين حالت تعادل بين بخار و مايع بوجود می آيد.اين تعادل ديناميک است يعنی تعداد مولکولهايی که در واحد زمان از واحد سطح مايع جدا می شوند (سرعت تبخير) با تعداد مولکولهايی که در واحد زمان به واحد سطح مايع برمی گردد(سرعت ميعان) با هم برابراست .
برای مشاهده اين پديده دراينجا کليک نماييدکه ميان آب وبخارآب دريک ظرف دربسته برقرارمی شود.

[Sara12]

بنزن وانرژی رزونانس
بکمک انرژی های پیوند می توان گرمای تشکیل یک ماده را محاسبه کرد. این محاسبات برای صدها مولکول بیش از یک ویا دوکیلو کالری هرگز اختلاف ندارد . اگر اختلاف زیادی دراین مورد مشاهده شود پدیده دیگری اتفاق افتاده است . مثلا دربنزن .

اگرماموقتا هریک از ساختار های ککوله را بپذیریم درنتیجه بنزن دارای سه پیوندساده C - C وسه پیوند دوگانه C = C وشش پیوند C -H ساده خواهد بود درنتیجه شش پیوند کربن - کربن ازنظر انرژی یکسان نخواهند بود . درحالی که بنزن از شش پیوندهمسان از لحاظ انرژی وطول تشکیل شده است. چگونه چنین پدیده ایی رامی توان توجیه نمود.؟
اگر گرمای استاندارد تشکیل بنزن C6H6 را محاسبه کنیم. گرمای استانداردبنزن ΔH واکنش بین اتم های تنهای گرافیت و گاز H2 می باشد که منجر به تشکیل بنزن می شود.
طبق محاسبه تفاوت بین انرژی لازم برای تشکیل اتم های مجزا از( گرافیت ومولکول هیدروژن ) و( پیوند بین این اتم ها وتشکیل بنزن )گرمای تشکیل بنزن خواهد بود.

ΔH0 = 1343 - 1283 = +60 kcal per mole of benzene

این محاسبات نشان می دهد تشکیل بنزن درحالت استاندارد با جذب گرما همراه است . که واقعیت است وگرمای تشکیل بنزن مثبت است . اما دراینجا ما بایک اختلاف درتجربه وتئوری مواجه می شویم ، گرما جذب شده هنگام تشکیل بنزن از کربن و هیدروژن 20 kcal mole-1 می باشد نه 60kcal mole-1 . به نظرشما علت چیست؟ .
اینجا کلیک کنید تاعلت این اختلاف رادریابید.
درساختار واقعی بنزن پیوند دوگانه ویک گانه وجود ندارد.بلکه تمام پیوندها یکسان وحد واسط یگانه و دوگانه وطول آن ها برابر pm 154 می باشد.
بنزن مثال مناسبی برای کاربرد یک سیستم الکترون غیر مستقر ( رزونانس) می باشد به طوری که طبق آن می توان برای سیستم پیوند پی بنزن یک قالب اوربیتال درنظر گرفت. اسکلت ساختاری بنزن درشکل زیر نشان می دهد .
اتم های کربن دربنزن دارای ساختار مسطح و هیبرید sp2 می باشند . دواوربیتال sp2 با دواتم کربن دیگر در تشکیل حلقه شش گوشه شرکت نموده و ویک اوربیتال sp2 دیگر با اتم H پیوند می دهد. به این ترتیب یک اوربیتال p برای هراتم کربن باقی می ماند. که به طور عمود برمولکول مسطح بنزن وبه فاصله مساوی ازهم قرارگرفته و درنتیجه باهم موازی خواهندشد .هر یک ازاین اوربیتال ها می توانند به طور یکسانی با اوربیتال سمت راست وچپ خود همپوشانی داده پیوندپی (پای ) تشکیل دهد. به طوری که دربنزن بجای سه پیوند دوگانه مجزا یک پیوند پی شش مرکزی وجود دارد. ابرالکترو نی پی برروی بنزن این پدیده رانشان می دهد.

[Sara12]

اکنون این سوال مطرح می شود که اوربیتال مولکولی MO ) p ) دربنزن چگونه است ؟
اوربیتال مولکولی حاصل از ترکیب سه یاچند اوربیتال اتمی P موازی برروی اتم های متفاوت معمولااوربیتال مولکولی غیرمستقر پی( پای) خوانده می شوند .این اوربیتال هاتمام اتم های درگیررا، زیر پوشش خود دارند. n اوربیتال مولکولی پی که باروش " ترکیب خطی اوربیتال های اتمی " ازn اوربیتال اتمی p موازی پدید می آیند برصفحه ی مولکولی عمودند .هنگامی که nزوج باشد شمار اوربیتال های مولکولی پیوندی پی ( ازهمپوشانی هم فازاوربیتال های موازی p برروی اتم هاحاصل می شود.) برابرباشماراوربیتال های مولکولی ضد پیوند پی ( ازهمپوشانی ناهم فاز اوربیتال های موازی p برروی اتم هاحاصل می شود.) است.
اوربیتال های مولکولی حول محور دوهسته متقارن نبوده ودانسیته الکترون درصفحه ای که دوهسته برآن قراردارند صفر است. یعنی دارای صفحه ی گرهی عمود برمحور پیوند هستند . گره ها درتابع موجی دیده می شوند .
بکمک اوربیتال مولکولی (MO ) وضعیت اوربیتال های pz1+pz2+pz3+pz4+pz5+pz6, شش کربن ، اطراف حلقه را می توان نشان داد.
هر MO از 0, 1, 2یا3 گره ناشی شده است. این گره ها را در دیاگرام MO برای الکترون های پی بنزن با رعایت سطح انرژی درزیرمی بینید. . دراین شکل هر اوربیتال pz بوسیله یک دایره شامل ‘+’ یا ‘-‘ نشان داده شده است ( دایره های ‘-‘ سایه دار نشان داده شده وتمام دایره های روشن دارای علامت مثبت هستند) این نمودار نمایش ساده گرافیکی ازانواع ترکیب های خطی بین اوربیتال pz بنزن هستند .میان گره هاMO خط کشیده شده است.

وجود شش الکترون غیر مستقر برروی حلقه بنزن که به طور یکنواخت برروی شش کربن حرکت می نمایند (رزونانس ) وپایداری زیادی درحدود 40 کیلو کالری( Kj/mol 152 ) به بنزن داده اند به طوری که علیرغم ساختار غیر اشباع دربنزن تمایلی به واکنش های افزایشی ازخود نشان نمی دهد .

منابع:
http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/energy/Page_32.htm
http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/energy/Page_33.htm
http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/energy/Page_34htm
فرهنگ مفاهیم شیمی آلی مولفان ارچین، کاپلان، مکومر، ویلسون، زیمر

[Sara12]

- تفاوتهای فسفر سانس و فلور سانس چیست؟
در نتیجه جذب نور توسط برخی اجسام توانایی نشر نور رابه دست می آورند. حال دو حالت وجودارد اگر بعد ازقطع تابش نور جسم بازهم توانایی نشر نوررا داشته باشد فسفر سانس واگر بعد از قطع نور دیگر نشر نور توسط جسم صورت نگیرد این پدیده را فلوئور سانس گویند. فسفر سانس گونه ایی از فلوئورسانس است که درآن اتم ها ومولکول های جذب کننده نور می توانند در حالت های شبه پایدار باقی بمانند.فسفر سانس درآنالیز مواد شیمیایی برای تخمین غلظت مواد بسیار کم شیمیایی استفاده می شود .

[Sara12]

-ویژگی وکاربردهای فسفر سفید فسفر دارای چندین شکل است که سه آلوتروپ اصلی است . فسفر سفیدp4 به علت کشش زاویه ای درون مولکول ٬ واکنش پذیر ترین نوع فسفر است ودرزیر آب نگهداری می شود زیر آب قطبی وفسفر سفید غیر قطبی درهم حل نمی شوند وهم چنین با هم واکنشی انجام نمی دهند.
فسفر سفید را به کمک ذوب منطقه ایی خالص می کنند .اگر فسفر سفید را دردمای بالا وبه مدت طولانی گرم کنید فسفر قرمز به دست می آید که یک جسم پلیمری است وپایدار است . ازگرم کردن فسفر سفید درزیر فشار بالا فسفر سیاه حاصل می شود. که ساختاری همانند گرافیت دارد .بخار فسفر شاملP4 وP2 می باشد وفسفر سفید خود به خود آتشگیر اما فسفر سیاه عملا اشتعال نا پذیر است فسفر درقلیا هاانحلال ناپذیر اما در اسیدهای اکسید کننده حل می شود.
ترکیب های فسفر کود های شیمیایی با اهمیتی هستند .درکبریت سازی مبارزه با آفت های کشاورزی تهیه شیشه ها وظروف چینی ویژه تهیه آلیاژ ها(فولاد برنز فسفردار )عمل کردن فلز ها شوینده ها ادوات الکتریکی (برای نمونه Gap) در صنایع غذایی ونوشیدنی ها استفاده می شود وفسفات ها از اجزای ضروری برای اندام موجود زنده است

[Sara12]

3- کمی در مورد p4 (فسفر سفید) و هم چنین p4o10 (فسفر(5) اکسید) و p2o5 (دی فسفر پنتا اکسید) توضیح دهید، یعنی ربطشان به هم چیست و چه فرقی با هم دارند، در ضمن در کتاب درسی های ما آمده p4 فسفر سفید است ولی در المپیاد های آمریکا از آن به عنوان فسفر قرمز یاد کرده است!!
اگر فسفر در اکسیژن زیاد به سوزد P4O10 تشکیل می شود. که گردی سفید رنگ است ودر 360 درجه سانتیگراد تصعید می شود. ساختار این مولکول بر مبنای P4 استواراست . ودرهر مولکول از آن 4 اتم فسفر همراه 10 اتم اکسیژن وجود دارد.وبه همین علت فرمول مولکولی به صورت P4O10 نوشته می شود وقابل ساده کردن نیست (مانند مولکولهای آلی نظیر C2H2 ویاC2H4 ویاC2H6 و......) . این مطلب در مورد P4O6نیز صدق می کند.

P4O6 P4O10

قبل از شناسایی مولکول واقعی این ترکیب از فرمول ساده آن P2O5 استفاده می شد .
P4O10 دارای چندین فرم است. و میل ترکیبی شدیدی با آب دارد ویک عامل خشک کننده وآب زدا است . برای تهیه اسیدهای گوناگون فسفریک استفاده می شود.
همان طور که ملاحظه می کنید. فسفر سفید ساختار مولکولی دارد درحالی که فسفر قرمز ساختار پلیمری دارند.

منابع:

فرهنگ شیمی دیوید ویلیام آرتور شارپ

شیمی عمومی جلد دوم چارلز مورتیمر

[Sara12]

کربن کربن به دوشکل بلوری الماس و گرافیت وجود دارد.خواص فیزیکی الماس وگرافیت به دلیل تفاوت در ساختار بلوری کاملا متفاوت است.
الماس فرم بلوری کربن باچگالی ( g/cm3 3/520) ٬ یک از سخت ترین ودیر گدازترین مواد شناخته شده است تمامی پیوندهای ( C-C ) کوالانسی و طول آن ها برابر 54/ 1 0A بوده وبرابر پیوند های مشاهده شده درهیدروکربن های سیر شده است. در الماس هر اتم کربن با اوربیتال های هیبریدی sp3 به چهار اتم کربن دیگر باآرایش چهاروجهی پیوند یافته است.این آرایش یک شبکه مکعبی مراکز وجوه پرراتشکیل می دهد.چون هراتم کربن باتمام اتم های اطراف خود پیوند دارد بلور الماس ٬ به عنوان مولکول واحد تلقی می شود. علاوه براین تمام الکترون های والانس هر اتم کربن دراوربیتال های پیوندی جفت شده اند وتراز والانس هراتم کربن بیش از هشت الکترون نمی تواند داشته باشد. به همین دلیل الماس فوق العاده سخت دیر ذوب پایدار بوده و رسانای الکتریسته نمی باشد واین بازتابی از ساختمان سه بعدی آن است.الماس ماده ای بیرنگ شفاف وشکننده است.رسانا یی گرمایی الماس از هر ماده دیگری بیشتراست .ودرحدود 5 برابر رسانایی گرمایی مس است. ضریب شکست الماس بالاست واگر به طرز خاصی تراش داده شود بازتاب نور را به رنگ های مختلف نشان می دهد.
باکلیک دراینجاساختار الماس رامشاهده نمایید.

[Sara12]

گرافیت جامدی سیاه نرم باکمی جلای فلزی است. بلور گرافیت ازلایه های مرکب از حلقه های شش گوشه ازاتم های کربن ترکیب یافته است این لایه هابا نیروی لاندن نسبتا ضعیف به هم متصل اند فاصله بین اتم کربن یک سطح با سطح مجاور 0A 3/35 است درصورتی که فاصله بین اتم های کربنی که درسطح به هم پیوند یافته اند 415/1 0A است .درمقایسه این فاصله با الماس نمایانگر آن است که درگرافیت تاحدی پیوند ( C-C) خصلت چند گانه به خود گرفته است. در هر لایه هر اتم کربن با هیبرید SP2 وبه وسیله پیوند کووالانسی σ باسه اتم دیگر متصل شده است بنابراین ساختارمسطح دارد. وچهارمین الکترون والانس موجود در اوربیتال P از هر اتم به صورت غیر مستقر روی این سه پیوند متحرک می باشد.و یک سیستم پیوندی πگسترده که تما م ساختار را دربر می گیرد تشکیل می دهد.دراین صورت گرافیت را می توان به صورت یک هیبرید رزونانسی که هرپیوند آن 1و ۳ /1 پیوند است. نشان داد . ازاین روی گرافیت جلای فلزی داشته ورسانای الکتریسته بوده واین رسانایی درجهت موازی بالایه ها نسبتا زیاد ودرجهت عمود باسطوح بلور کم است وبعنوان الکترود وبه صورت بوته برای فلزات داغ به کار می برند. . اتم ها درهرلایه بایکدیگر اتصال محکمی دارند
ولی نیروی بین لایه ها ضعیف است وامکان می دهد که لایه ها به آسانی بریکدیگربلغزند.ازاین روگرافیت نرم ولیزبوده وبعنوان چرب کننده استفاده می شود. تراکم وجرم حجمی گرافیت کمتر از الماس است.
باکلیک دراینجا می توانید ساختار گرافیت راببینید.

[Sara12]

پل نمكي چگونه باعث خنثي شدن محلول هادرسلول هاي الكتروشيمي مي شود .
خنثی بودن الکتریکی محلول دريك نيمه سلول همواره باید حفظ شود .زیرا مثلا درسلول( Zn-Cu) براثر تجمع یون های +2 Zn دراطراف تیغه Zn درنيمه سلول آندي و آنیون دراطراف الکترود Cu درنيمه سلول كاتدي سلول قطبیده شده وازکار باز می ماند به عبارتی دراطراف الکترود ها به همان مقدار که بار مثبت (کاتیون) وجود دارد همان مقدار بار منفی (آنیون ) نیز باید وجود داشته باشد .
در داخل سلول حرکت یون ها ٬ مدار الکتریکی را کامل می کند . این عمل توسط پل نمکی صورت می گیرد . به عبارتي پل نمكي براي خنثي شدن الكتريكي هرنيمه سلول يونهاي مثبت خودرا به سوي كاتد ويون هاي منفي خودرا به سمت آند روانه مي كند تا توازن بار الكتريكي اين محلول ها حفظ شود .هم چنین وجود پل نمکی برای کامل شدن و بستن مدار الزامی است . پل نمکی از اختلاط مکانیکی محلول دو نیم سلول نیز ممانعت می کند.

[Sara12]

چگونگی تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریکی

هرگاه الکترود روی ومس با یک رشته سیم به هم متصل شوند چون پتانسیل الکترودی روی از مس کمتر است الکترون ها ازالکترود روی به سوی الکترود مس جاری می شوند .چون الکترون درالکترود روی تولید می شود به عنوان قطب منفی درنظر گرفته می شود . فلز روی که اکسایش یافته به صورت یون های +2 Zn وارد محلول می شود . به این ترتیب کم کم الکترود روی خورده می شود وبرغلظت محلول آندی افزوده خواهد شد.

الکترون ها از مدار خارجی ( سیم رابط ) گذشته و وارد الکترود مس می شوند . به این ترتیب الکترود مس که دریافت کننده الکترون است قطب مثبت خواهد بود . و چون کاتیون های دراطراف آن جمع می شوند نقش کاتد را خواهد داشت. یون های مس این الکترون ها را دریافت نموده و کاهش می یابند . در نتیجه این عمل کم کم بر جرم الکترود مس افزوده شده وازغلظت یونهای مثبت در محلول کاتدی کاسته خواهد شد.
خنثی بودن الکتریکی محلول همواره باید حفظ شود .زیرا براثر تجمع یون های +2 Zn دراطراف تیغه Zn و آنیون دراطراف الکترود Cu سلول قطبیده شده وازکار باز می ماند به عبارتی دراطراف الکترود ها به همان مقدار که بار مثبت کاتیون وجود دارد همان مقدار بار منفی آنیون نیز باید وجود داشته باشد .
در داخل سلول حرکت یون ها ٬ مدار الکتریکی را کامل می کند . این عمل توسط پل نمکی صورت می گیرد . هم چنین وجود پل نمکی برای کامل شدن و بستن مدار الزامی است . پل نمکی از اختلاط مکانیکی محلول دو نیم سلول نیز ممانعت می کند.
با کلیک در اینجامی توانید چگونگی ساز وکار در این گونه سلول ها را مشاهده نمایید.